CC BY
89
УДК 543.54 544.72 553.611.6
СОРБЦИЯ ИОНОВ ЦЕЗИЯ -137 И СТРОНЦИЯ-90 ПРЕПАРАТОМ «ЭКОС»
В. Д. БУХАНОВ 1 В. Н. СКВОРЦОВ 2 А. И. ВЕЗЕНЦЕВ 1 А. А. ШАПОШНКОВ Л. А. КОЗУБОВА 1 Г. В. ФРОЛОВ 1
1Белгородский
государственный
университет,
Россия, 308015 г. Белгород, ул. Победы, 85
E-mail: [email protected] 2Белгородский отдел ВНИИЭВ Россия, 308002 г. Белгород, ул.Курская, 4
В данной статье представлены результаты исследований сорбции ионов 13705+ и 90Бг2+ препаратом «Экос». Установлено, что «Экос» обладает ярко выраженными сорбционными свойствами к ионам цезия и замедленной скоростью сорбции ионов стронция. Препарат «Экос» рекомендуется для сорбции ионов 137 05+ в объектах окружающей среды и выведения их из организма сельскохозяйственных животных.
Ключевые слова: сорбент, гидроалюмосиликат, сорбционная ёмкость, ионы 137 05+ и 905г2+, животноводство.
Введение
Улучшение качества продуктов животного происхождения путем снижения уровня вредных веществ, регулярно поступающих в организм животных с кормом, решается использованием подкормок, основу которых составляют неорганические сорбенты. Сорбционно активные неорганические субстанции представляют собой глинистые природные материалы типа монтмориллонитов (смектитов), возможно использование цеолитов и др. [1, 2, 3, 4].
Целью нашей научной работы явилось изучение in vitro сорбционных свойств гидроалюмосиликатного сорбента «Экос» по отношению к радиоактивным изотопам 137 Cs+ и 90Sr2+.
Материал и методы
В роле сорбента разработанного коллективом научных сотрудников Белгородского государственного университета и Белгородской государственной сельскохозяйственной академии, применили природную монтмориллонитовую глину месторождения «Поляна» Шебекинского района Белгородской области. Сорбент имеет коммерческое название — «Экос». Структура монтмориллонита представляет трехслойный пакет типа 2:1, т.е. два слоя кремнекислородных тетраэдров [S/O4]4-, обращенных вершинами друг к другу, с двух сторон покрывающих слой алюмогидроксильных октаэдров [А1(0,0Н)б]. Связь между пакетами слаба, межпакетное расстояние велико, поэтому в межпакетное пространство могут внедряться молекулы воды или другие полярные молекулы, а также обменные катионы. Из-за этого явления монтмориллонит при смачивании сильно набухает и тонко диспергируется в воде. Для монтмориллонитовых глин характерна высокая катионнообменная емкость [5].
Согласно временному наставлению по применению энтеросорбент «Экос» предназначен для различных видов сельскохозяйственных животных в качестве компонента комбикорма. Препарат не токсичен для животных, не обладает кумулятивными свойствами, эмбриотоксичность, тератогенность и раздражающее действие экспериментально не установлены. Он связывает и выводит из организма токсичные вещества, оптимизирует обмен белков, липидов, жизненоважных микроэлементов и способствует всасыванию витаминов пищеварительной системой, нормализует функцию кишечника, повышает неспецифическую резистентность организма, положительно влияет на продуктивность и воспроизводительные функции животных. При этом улучшается биологическая ценность и экологическая чистота продукции животноводства [1, 3].
С целью прогнозирования действия сорбента «Экос» в гетерогенной системе содержимого желудочно-кишечного тракта in vitro выполнили исследования по выяснению его сорбционных свойств к ионам 137Cs+ и 90Sr2+. Сорбционные характеристики препарата «Экос» изучали с учетом значения pH, состава и концентрации сорбируемых ионов в модельных растворах. В качестве модельных растворов в данном случае использовались водные растворы, содержащие: соляную кислоту и гидрокарбонат натрия. Выбор состава модельных растворов обусловлен присутствием компонентов этих растворов (Na+, Cl, HCO3", СО32") в кишечном и желудочном соках, а также в предполагаемом взаимодействии этих компонентов с сорбируемыми ионами. Концентрацию соли в модельных растворах поддерживали на уровне 1 % (по массе), а содержание кислоты с целью варьирования pH, изменяли от о до 2-10-2 моль/л. Растворы веществ, необходимых для приготовления модельных растворов, готовили из концентрированных растворов HCl и NaHCO3 или из соответствующей твердой соли квалификации “хч”.
Определение сорбционной емкости по 137 Cs+ и 90Sr2+ проводили в статическом режиме с использованием метода отдельных навесок. В представленных экспериментальных исследованиях навеска сорбента составляла 0.1 г, общий объем раствора — 20 мл, в котором содержались радиоактивные изотопы и исходные компоненты модельного раствора. Полученные суспензии перемешивали. Разделение раствора и сорбента проводили центрифугированием. Определение радиоактивности исходного (I0) и исследуемого (Ii) растворов проводили с использованием автоматического радиоанализатора ПСО2-4. По полученным данным рассчитывали коэффициент распределения радионуклида - Kd = (I0 - Ii) ■ vx ■ Ii-1 ■ m -1 и степень его извлечения - 0 = (Io - Ii) ■ I0-1 ■ 100 %. Перед началом экспериментов в растворы вносили метки радионуклида 137Cs и радионуклида 90Sr в количестве 7? 105 Бк/дм3.
Представленная работа выполнена совместно с соискателем А. Хорошевским. Опыты по изучению сорбционных свойств препарата «Экос» по отношению к радионуклидам 137Cs+ и 90Sr2+ выполнены в Белгородском государственном университете и Харьковском национальном университете им. В.Н. Каразина.
Результаты и обсуждение
Сорбционные свойства гидроалюмосиликатного сорбента «Экос» по отношению к 137Cs+ представлены на рисунках 1-2. На рисунке 1 продемонстрирована корреляция коэффициента распределения 137Cs+ (D = [Cs+] ■ [Cs+]-1) от времени и различных значений водородного показателя.
Из представленных рисунков установлено, что сорбция ионов цезия препаратом «Экос» высокая. Это имеет немаловажное значение в плане его практического применения для связывания и выведения из желудочно-кишечного тракта животных ионов радиоактивного цезия, которые могут содержаться в кормах и питьевой воде. Также просматривается отсутствие зависимости извлечения 137 Cs+ от продолжительности сорбции и pH среды, в представленных интервалах экспозиции. Полученные результаты объясняются большой скоростью сорбции ионов цезия -137 в начальном периоде процесса сорбции. Большая скорость сорбции ионов цезия и высокий коэффициент их распределения определяются процессом ионного обмена
Примечание: 1 - рН=3; 2 - рН=4; 3 - рН =6; 4 - рН=7; 5 - рН=8
Рис. 1. Зависимость коэффициента распределения цезия-137 от продолжительности сорбции и pH среды
137 Ов+ на ионы натрия и кальция исходного сорбента, находящиеся в структурных пустотах или непосредственно на поверхности сорбента. Рисунок 2 свидетельствует о линейной зависимости эффективности очистки модельных растворов от ионов 137 Ов+ от кислотности - щелочности среды, так при увеличении рН среды от 2 до 8 эффективность сорбции возрастает от 62 до 96 масс %.
Результаты исследования сорбции 905г2+ приведены на рис. 3-4.
Процесс сорбции ионов стронция характеризовался замедленной скоростью. Полученные результаты дают основание предполагать, что скорость сорбции 90Бг2+ во время обмена ионов этого радионуклида на ионы матрицы сорбента лимитируются внутридиффу-зионными процессами. Сорбционная емкость препарата «Экос» по отношению к 90Бг2+ на порядок меньше, чем к 137Ов+. Следует отметить скачкообразную зависимость сорбционной емкости и степени извлечения ионов стронция в интервале pH от здо 4. Замедленная скорость сорбции 90Бг2+ ставит под сомнение возможность эффективного использования исследуемого препарата для снижения данного радионуклида в объектах окружающей среды и его выведения из организма сельскохозяйственных животных.
5 £
(и о ■нЕн о
-& д £11 Й
100 80 -60 -40 -20 -0 -
о
|)Н
Рис. 2. Влияние величины рН на эффективность очистки модельных растворов от ионов цезия-137
Примечание: 1 - рН=3; 2 -рН=4; 3 - рН=6; 4 - рН=7; 5 -рН=8
Рис. 3. Зависимость коэффициента распределения стронция - 90 от продолжительности сорбции и рН среды
Рис. 4. Влияние величины рН на эффективность очистки модельных растворов от ионов стронция-90
Заключение
Установлено влияние таких факторов как: продолжительность сорбции, кислотность - щелочность среды, взаимодействие с компонентами желудочнокишечного тракта - имеющих определяющее значение при его использовании в практике животноводства на способность препарата «Экос» сорбировать радиоактивные изотопы 137Cs+ и 90Sr2+^ Гидроалюмосиликатный препарат «Экос» обладает ярко выраженными сорбционными свойствами к ионам цезия-137. Установлена низкая эффективность от использования препарата «Экос» для сорбции ионов стронция-90 в объектах окружающей среды и его выведения из организма сельскохозяйственных животных.
Список литературы
1 Использование природного гидроалюмосиликата в животноводстве и ветеринарии: Методические рекомендации / А.А. Шапошников, И.А. Бойко, В.Д. Буханов и др. — Белгород, 2000^ — 18 с.
2^ Профилактические и лечебные свойства природных цеолитов (Биологически активные пищевые добавки типа "Литовит ") / Е.М. Благитко, В.И. Бгатов, А.В. Ефремов и др. — Новосибирск: "Экор", 1999. — 160 с.
3^ Современные проблемы качественного питания и получение экологически чистых продуктов животного происхождения / В.Д. Буханов, А.И. Везенцев, Л.И. Науменко, Н.И. Мя-чикова // Прогрессивна техшка та технологи харчових виробнищв, ресторанного господарства i торговли Зб. Наук Пр^ — Харьюв: ХДУХТ, 2009, май — С- 474-479^
4^ Heavy metal removal with Mexican clinoptilolite: multi-component ionic exchange / Vaca Mier, Lopez Callejas, Gehr etc // Water Research — 2001^ — VoL 35^ — № 2^ — 276-281
5^ Пул Ч^, Оуэнс Ф^ Нанотехнологии — М/ Техносфера^ — 2005- 336 с
SORPTION OF CESIUM-37 AND STRONTIUM-90 IONS BY «EKOS» PREPARATION
V. D. Buhanov1 V. N. Skvortzov2 A. I. Vezentsev 1 A. A. Shaposhnikov1 L. A. Kozubova 1 G. V. Frolov1
Belgorod State University, Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia E-mail: [email protected] 2Belgorod department ofRRIEV,
Kurskaya Str.,4, Belgorod, 308002, Russia
The given article presents the research results of ions 137Cs+ and 90Sr2+ sorption behaviour with the help of the preparation "Ecos". It is determined that "Ecos" has the pronounced sorption properties to the caesium ions and slowed sorption rate of the strontium ions. The preparation "Ecos" is recommended for sorption of caesium ions in the environment objects and their allocation from agricultural animals' organisms.
Key words: sorbate, hydroalumosilicate, ions of caesium and strontium, sorption capacity.
