Морской коктейль: что ловят сорбентами крымские радиохимики

Достать золото из ртути, уран — ​из морской воды, пресную воду — ​со дна моря: ​у радиохимиков Севастопольского государственного университета большие планы и наработки. В Институте ядерной энергии и промышленности СевГУ открыли научно-исследовательскую лабораторию радиоэкологии и морской радиохимии.

Идея этой лаборатории появилась давно, первые шаги к ее созданию были предприняты в конце 2020 года. Исследователи под руководством член-корреспондента РАН Ивана Тананаева (на тот момент директора Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета, а ныне — ​директора Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН) выиграли внутренний грант на привлечение ведущих ученых со всей страны. Следуя условиям конкурса, собранная команда подготовила и опубликовала 12 статей в рецензируемых журналах базы Web of Science. Осенью 2023 года исследователи победили в конкурсе на открытие научно-исследовательской лаборатории (НИЛ) на базе Севастопольского госуниверситета.

В поисках сорбентов

«Девиз нашей лаборатории — ​извлечь все из всего, — ​говорит руководитель НИЛ Николай Бежин. — ​В сферу интересов попадают радионуклиды, которые есть как в радиоактивных отходах и отработавшем ядерном топливе, так и в природных средах. Одними из самых эффективных методов извлечения считаются сорбционные. Поэтому мы синтезируем и развиваем новые сорбенты, и сейчас у нас довольно широкая линейка собственных сорбционных материалов».

Среди разработок — ​уникальный сорбент на основе молекул Б15К5 (краун-эфира бензо‑15-краун‑5). Его испытали сотрудники лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии РАН и НИИ ядерной физики МГУ им. Ломоносова.

«На ускорителе электронов облучили ртуть, из-за чего в ней образовывались изотопы золото‑198 и золото‑199. Их извлекали с помощью нашего сорбента. Золото‑198 и золото‑199 применяются в ядерной медицине и считаются очень перспективными», — ​рассказывает Николай Бежин.

Еще одна новинка — ​аналог сорбента Sr Resin европейского производителя смол для аналитической химии Triskem. Этот сорбент нужен для определения содержания стронция в воде, почве и биологических материалах. Ученые НИЛ использовали более действенные, чем у конкурентов, разбавитель и растворитель.

«Компания Triskem признала российский вариант сорбента в два раза эффективнее Sr Resin и отметила меньшую вымываемость краун-эфира из российского продукта», — ​говорит Николай Бежин.

Радионуклиды в море

НИЛ располагает целым рядом сорбентов для систематических и комплексных океанологических исследований, а также для анализа природных сред.

Основа большинства таких сорбентов — ​полиакрилонитрильное (ПАН) волокно. Их можно применять комплексно для извлечения нескольких радионуклидов из морских проб. «Желтое» ПАН-волокно с гидроксидом железа — ​для изотопов тория, бериллия, свинца, полония, фосфора. «Черное» с диоксидом марганца — ​для изотопов радия. Новейшая разработка НИЛ — ​волокно с ферроцианидами переходных металлов, эффективно сорбирующее цезий.

Одна из функций лаборатории — ​комплексная оценка экологического и радиоэкологического состояния Крымского полуострова и прилегающих акваторий. Несмотря на то что за годы после аварии на Чернобыльской АЭС концентрация стронция и цезия значительно снизилась и не превышает нескольких беккерелей на кубический метр, постоянный мониторинг остается актуальной задачей.

Не менее актуально исследование содержания космогенных радионуклидов в морской воде, с помощью которых также можно оценивать состояние природных экосистем. Для проведения тестов через сорбционную установку нужно прогнать от 150 л до нескольких тонн морской воды.

«Извлечение радионуклидов из природных вод часто занимает очень много времени. Конечно, мы могли просто взять образец в определенной точке, но это скучно, работа не будет иметь практического значения, — ​поясняет Николай Бежин. — ​Мы стремимся получить максимальное количество поверхностных проб и проб с разной глубины. Так мы сможем подробно изучить распределение радионуклидов и по ним оценить процессы в природных средах. А быстро пропускать большой объем воды через сорбирующее вещество стало возможным благодаря сорбентам на основе ПАН-волокна, которое практически не имеет гидродинамического сопротивления».

Пресное в соленом

«Один из последних проектов лаборатории — ​особый сорбент для урана. К сожалению, работы вынужденно приостановили на полгода — ​элементарно не хватает рук, — ​признается Николай Бежин. — ​Так много идей, что приходится выбирать, чем заняться в первую очередь». Сорбент при помощи особой конструкции крепится к судну. При движении «носителя» он будет контактировать с большим объемом морской воды и собирать уран.

Большой блок исследований посвящен 226‑му и 228‑му изотопам радия, так как по ним можно определить родники с пресной водой в море (так называемую субмаринную разгрузку подземных вод).

«Это исследование наиболее актуально для засушливых и вододефицитных регионов, таких как Крым, особенно после взрыва на Каховском водохранилище. Мы уже провели серию измерений одного источника у мыса Айя: он дает около 7 тыс. м³ пресной воды в сутки!» — ​делится промежуточными итогами Николай Бежин.

Над этим проектом севастопольские исследователи работают с группой геохимиков из Новосибирска. В их планы входит отследить путь пресной воды на Крымском полуострове, что, в частности, стало возможным и благодаря разработанным лабораторией сорбентам. По результатам будут определены места для потенциальных водозаборов (каптажа) для использования подземных вод на суше.

СЛОВАРЬ

Краун-эфиры — ​крупные циклические молекулы, которые состоят из чередующихся этиленовых мостиков (СН₂=СН₂) и атомов кислорода. В некоторых случаях часть атомов кислорода заменена атомами азота или серы. Форма таких молекул напоминает корону, что и определило их название (англ. crown — ​«корона»).

Ферроцианиды (также гексацианоферраты, соли железосинеродистой кислоты) — ​соединения, содержащие комплексный ион [Fe(CN)₆]^4-.