Bentoniitin kationinvaihdon ja selektiivisyyden kokeellinen määritys

Abstract

Suomessa käyttöönotettavaksi suunnitellussa ydinjätteen loppusijoituskonseptissa käytetään ydinjätekapselien ympärillä bentoniittia puskurimateriaalina. VTT mallintaa ydinjätteen loppusijoitustilan lämpö-, vesi- ja kemiallisia olosuhteita pitkällä aikavälillä. Luotettavien mallinnustulosten pohjaksi tarvitaan kuitenkin kokeellisia mittaustuloksia.

Tässä insinöörityössä tutkittiin bentoniitin kationinvaihtokapasiteettia ja -selektiivisyyttä ioniselektiivisillä elektrodeilla. Vertailumittaukset ICP-AES-analyysimenetelmällä saatiin kaupallisesti tilauspalveluna.

Näytteiden kationinvaihtokapasiteetti saatin laskettua natriumin ja kalsiumin yhteismäärästä. Kaikki ISE- ja ICP-AES –menetelmillä saadut tulokset eivät vastaa toisiaan ja osa tuloksista poikkeavat aiemmin määritetyistä kationinvaihtokapasiteetin arvoista. Samoin mittaustulosten perusteella laskettu Gaines-Thomasin selektiivisyyskerroin poikkeaa huomattavasti aiemmin määritetyistä arvoista. Tuloksista kuitenkin ilmeni, että osa mittauksista on mahdollista suorittaa ioniselektiivisillä elektrodeilla, vaikka projektin tavoitteiden kannalta ei kummallakaan mittausmenetelmällä saatu tyydyttäviä tuloksia. Jatkossa nesteiden erottamista voisi harkita toteutettavan suodattamalla, jolloin saataisiin kaikki neste erotettua, eikä tulisi tarvetta sentrifugoida montmorilloniittia.

The planned concept for depositing spent nuclear waste includes a bentonite buffer around the nuclear waste capsules. The Technical Research Centre of Finland, VTT, requires experimental measurements for modeling reliably the long term thermo-hydrodynamic-chemical conditions in the repository.

In this thesis the cation exchange capacity and selectivity of bentonite was measured with commercial ion selective electrodes. The results were compared with an outside measurement by ICP-AES analysis.

The cation exchange capacity was measured from the sum of sodium and calcium ions. All the results from ISE and ICP-AES methods did not match and some of the results differed from earlier measured values for cation exchange capacity. In addition the Gaines-Thomas selectivity coefficient calculated from measured results differs substantially from earlier results. However the results indicated that some of the measurements can be done with ion selective electrodes even though the results from neither of the analysis methods provided satisfying results concerning the project. In the future it could be considered to filter the solution instead of centrifugating to separate all the liquid from the montmorillonite.