Radiochemical and spectroscopic studies of cesium, barium and cobalt sorption on some natural clays
Sezyum, baryum ve kobalt iyonlarının bazı kil minerallerce tutulmasının radyokimyasal ve spektroskopik yöntemleri ile incelenmesi
- Tez No: 96202
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN N. ERTEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Sorpsiyon, Sezyum, Baryum, Kobalt, Kaolinit, Klorit-İllit, Bentonit, Baç Metodu, İyon Değişimi, Radyokimya, ToF-SIMS, XPS, XRD Dağılım Oranı, izoterm Modelleri, Sorpsiyon Entalpisi, Sorpsiyon Entropisi, Gibbs Serbest Enerjisi, Sorption, Cesium, Barium, Cobalt, Kaolinite, Chlorite-IUite, Bentonite, Batch Operation, Radiotracer Method, Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy, X-ray Diffraction, Distribution Ratio, Depletion Factor, Percentage Contribution to Depletion, Isotherm Models, Enthalpy Change, Entropy Change, Gibbs Free Energy Change. VI
- Yıl: 2000
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
ÖZET SEZYUM, BARYUM, VE COBALT İYONLARININ BAZI KİL MİNERALLERCE TUTULMASININ RADYOKİMYASAL VE SPEKTROSKOPİK YÖNTEMLERİ İLE İNCELENMESİ TALAL SHAHWAN Doktora Tezi, Kimya Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Hasan N. Erten Ağustus 2000 Radyoaktif maddelerin kullanışından meydana gelen artış sonucunda oluşan radyoaktif atıklar biolojik çevre açısından gün geçtikçe büyüyen bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Bu atıkların yaratabilecekleri zararlardan korunmak için, jeolojik oluşumlara depolanması konusunda çeşitli projeler geliştirilmektedir. Bu oluşumlarda kullanılması planlanan kil mineralleri, radyoaktif izotopların dağılımını sorpsiyon yoluyla azaltmaktadır. Bunun sonucunda, bu izotopların yeraltı sularına vııulaşmaları ve meydana getirebilecekleri radyoaktif kirlenme önemli ölçüde önlenebilmektedir. Radyoaktif maddelerin killer üzerine tutulma davranışları çeşitli faktörlerce etkilenmektedir. Bunların arasında temas süresi, yeraltısulannm pH'ı ve Eh'ı, iyon konsantrasyonu, ısı, ve mineral tanecMerinin büyüklüğü sayılabilir. Radyoaktif atıkların depolanması ile ilgili güvenlik çalışmaları, radyoaktif izotopların jeolojik ortamdaki davranışlarının ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada sezyum, baryum, ve kobalt iyonlarının Türkiye'de bulanan üç 137 tane kil çeşiti üzerindeki farklı sorpsiyon yönleri incelenmiştir. Cs (t = 30.1 y), Ba (t = 12.8 d), ve ^Co (t = 5.3 y) izotopları radyoaktif atıklar bakımından 137 140 önemli olan radyoizotoplardır.. Cs ve Ba nükleer fizyon neticesinde yüksek verimle meydana gelen izotoplardır. ^Co ise, nükleer aktivasyon yoluyla ortaya çıkmaktadır. İncelenen kil örnekleri Sındırgı, Afyon, ve Giresun bölgelerinden alınmıştır. X-ışını Kırınımı (XRD) ve Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektroskopisi (FTTR) verilerine göre, Sındırgı kili büyük ölçüde kaolinit, Afyon kili klorit ve illit, ve Giresun kili bentonit (montmorrilonit) tipi kil çeşitlerinden oluşmaktadır. Yapılan bütün deneylerde baç metodu kullanılmıştır. Sorpsiyon çalışmalarında radyokimyasal yöntemle beraber güçlü birer yüzeysel teknik olan vuıTime of Flight-Kütle Spektoskopisi (ToF-SIMS) ve X-isim Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) de kullanılmıştır. Radyokimyasal yöntemle yürütülen çalışmada temas süresi, çözeltinin derişimi, ve ısı etkenlerinin, sezyum, baryum, ve kobalt iyonlarının killer üzerine sorpsiyonunu nasıl etkilediği araştırılmıştır. Sorpsiyon kinetiği çalışmaları dengeye iki gün içinde ulaşıldığım göstermiştir. Elde edilen sorpsiyon verilerine değişik izoterm modelleri uygulanmıştır. Sorpsiyon verileri Freundlich ve Dubinin- Radushkevich izoterm modellerine iyi uyduğu görülmüştür. Değişik sıcaklıklarda elde edilen deneysel verileri kullanarak sorpsiyonda entalpi değişimi, AH°, entropi değişimi, AS° ve Gibbs serbest enerjisi değişimi, AG°, hesaplanmıştır. Killerin üçünde de sezyum ve baryum iyonlarının sorpsiyonu ekzotermik olduğunu gözlenirken, kobalt iyonun sorpsiyonu endotermik olduğu tesbit edilmiştir. Değişik sıcaklıklarda yapılan AG° hesaplamalarında negatif değerler elde edilmiştir. Bunlar ise, sorpsiyonun kendiliğinden oluştuğunu göstermektedir. Hesaplanan AG° değerlerinin tümü, 8-16 kJ/moL değerleri arasında bulunmaktadır. Bu düzeyedeki enerjiler, sorpsiyonun daha çok iyon değişimi yoluyla meydana geldiğini göstermektedir. Sorpsiyon olayı daha çok yüzeyde yer aldığı için, ToF-SIMS ve XPS gibi etkili yüzeysel teknikler kullanılmıştır. Ayrıca, ToF-SIMS kullanılarak 70Â' a varan derinlik analizi de yapılmıştır. Bu çalışmaların sonucunda, sorpsiyon deneylerinin ıxöncesi ve sonrasında kilin yapısında bulunan değişik elementlerin oranları belirlenmiştir Sorpsiyon esnasında killerden salıverilen iyonların miktarlarının, killerce tutulan sezyum, baryum, ve kobalt iyonların miktarları ile karşılaştırılması sonucunda iyon değişiminin sorpsiyon mekanizmasında etkin bir rol oynadığı gözlenmiştir. XRD tekniği kullanılarak killerin yapılarında sorpsiyonla birlikte meydana gelen değişimler incelenmiştir. XRD verilerine göre, sezyum ve kobalt iyonlarının sorpsiyonu sonucunda önemli bir değişiklik olmazken, baryumun klont-illit ve bentonit killerince sorpsiyonu sonucunda BaC03 çökelti şeklinde oluştuğu tesbit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT RADIOCHEMICAL AND SPECTROSCOPIC SORPTION STUDIES OF CESIUM, BARIUM, AND COBALT ON SOME NATURAL CLAYS TALAL SHAHWAN Ph.D. in Chemistry Supervisor: Prof. Dr. Hasan N. Erten August 2000 The wide growth in the nuclear activities results in an increasing subsequent influx of radioactive wastes into the environment. This problem has manifested a great deal of interest aiming at finding out ways through which those wastes can be harmlessly isolated from the human environment. Geological disposal is considered as one of the most promising solutions that ensures a safe storage of radioactive wastes as long as their activities are above the accepted levels. Clay minerals are proposed as backfill buffering materials in the geological repositories that can delay the migration of the radionuclides through sorption and thus decrease the contamination of underground waters. The extent of retardation of the radionuclide mmigration is dependent on factors like time of contact, pH and Eh of groundwater, concentration, temperature and grain size of the mineral particles. In this study radiochemical, spectroscopic (ToF-SMS, XPS), and X-ray diffraction techniques were applied to examine different aspects of the sorption behavior of Cs+, Ba2+, and Co2+ on three natural clay minerals containing primarily kaolinite, illite-chlorite, and bentonite. The elements cesium (Z=55), barium (Z=56), and cobalt (Z=27) have the radioactive isotopes 137Cs (t1/2= 30.17 years), 140Ba (t1/2= 12.79 day), and 60Co (ti/2~5.3 y) which are important in radioactive waste management. The first two radionuclides are produced in high yields in nuclear fission, whereas the third is an activation product. The natural clay samples that were used in this study originated from natural mineralogical beds at Sındırgı, Afyon, and Giresun regions in Turkey. The characterization of these clay samples showed that the primary clay minerals were kaolinite in Sındırgı clay, chlorite and illite in Afyon clay, and montmorillonite in Giresun clay. Each of these clays possess different structural properties that result in different sorption capabilities. Radiochemical batch experiments were carried out to examine the effects of time, concentration, and temperature on the sorption of Cs+, Ba2+, and Co2+ on clays. Solutions of these cations spiked with several microliters of the radionuclides 137Cs (tı/2=30.1 y), 133Ba(ti/2=10.7 y), and 60Co(ti/2=5.3 y) were monitored using y-ray ivSpectroscopy prior to and after each sorption experiment. These results showed that equilibrium is achieved within two days in all cases. The sorption data was adequately described by Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherm models. Based on the parameters of those isotherm models, it was found that sorption was nonlinear, and that bentonite showed the highest sorption affinity and sorption capacity towards the sorbed ions. The thermodynamic parameters indicated that while sorption of Cs+ and Ba2+ on the three clays is exothermic that of Co2+ is endothermic. The obtained values of Gibbs free energy change, AG0, were generally in the 8-16 (kJ/mol) energy range that corresponds to ion exchange type sorption mechanism. Since sorption is mainly a surface phenomenon, part of our sorption studies were carried out using the surface sensitive techniques; Time of Flight- Secondary Ion Mass Spectroscopy (ToF-SIMS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). In addition, depth profiling up to 70 Â was performed using ToF-SIMS to investigate Cs+, Ba2+, and Co2+ concentrations through the clay surface. ToF-SIMS and XPS studies were helpful in figuring out the surface composition of different clays prior to and after sorption. Quantification of the depletion of different alkali and alkaline-earth metals initially contained within the analyzed clay surface showed that ion exchange plays a primary role in the sorption process. In addition, X-Ray Diffraction (XRD) technique was applied to figure out the mineralogical composition of the clay minerals used and examine any structural change a accompanying the sorption process. XRD spectra of the clay samples after sorptionshowed that -apart from some intensity reductions in some clay features-, no primary changes were detected in the sorption cases of Cs+ and Co2+. In Ba2+ sorption, however, features belonging BaCC«3 were present in the spectra corresponding to sorption on chlorite-illite and bentonite.
Benzer Tezler
- GABA-AT'nin γ-vinyl-GABA tarafından etkisizleştirilmesi: Hesapsal bir yaklaşım
Inactivation of GABA-AT by γ-vinyl-GABA: A Computational Approach
AHMET TUNCER DURAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FETHİYE AYLİN SUNGUR
- Türkiye'de üretilen tütün ürünlerinde 210Pb VE 210Po radyoaktivite seviyelerinin ve maruz kalınan radyasyon dozunun araştırılması - 210Pb uzaklaştırılması için adsorbent geliştirilmesi
Investigation of radioactivity levels of 210Pb and 210Po in produced tobacco products in Turkey and the radiation dose by exposure – development of adsorbent for the removal of 210Pb
MİHRİBAN ŞAHİN
- 99mTc ile işaretli estradiol türevi radyofarmasötiklerin sentezi ve radyofarmasötik potansiyellerin incelenmesi
Synthesis of radiopharmaceuticals estrogen derivative labeled with 99mTc and investigation of radiopharmaceutical potentials
HÜSEYİN ENGİNAR
Doktora
Türkçe
2002
Nükleer MühendislikEge ÜniversitesiNükleer Tıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PERİHAN ÜNAK
- Paklitaksel'in glukuronidasyonu ve radyoişaretlenmesi
Glucuronidation of paclitaxel and its radiolabeling
ÖNDER ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Radyoloji ve Nükleer TıpEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. F. ZÜMRÜT BİBER MÜFTÜLER