В ІФХЕ РАН запропонували добавку для ефективної іммобілізації технецію в цементній матриці.
Включення в цементну матрицю – це відносно простий і недорогий спосіб іммобілізації низькоактивних відходів. Однак цемент легко піддається хімічному та біологічному вивітрюванню, тому його не рекомендується використовувати для іммобілізації довгоживучих радіоактивних елементів. Ще одна проблема для цементування становлять добре розчинні елементи, які не включаються в цементну матрицю та можуть виходити з неї при контакті з водою.
Довгоживучий технецій-99 (з періодом напіврозпаду понад 104 років), який у відходах зазвичай присутній в окисленій формі пертехнетата, належить до таких високо розчинних елементів. Тому під час цементування відходів, що містять технецій, необхідно використовувати добавки — речовини, які сприяють зв'язуванню технецію в матриці. Проблема існуючих мінеральних добавок (залізосодержащі шлаки, зола тощо) полягає в тому, що вони, по-перше, збільшують об'єм підлягаючої консервації речовини.
По-друге, через наявність у них елементів, необхідних для життєдіяльності мікроорганізмів, ці добавки можуть сприяти протікання мікробних процесів. У інших роботах вчені групи радіоекології та біогеотехнології ІФХЕ РАН показали, що інтенсифікація мікробних процесів при захороненні радіоактивних відходів помітно прискорює як корозію сталей, так і руйнування цементів та інших компонентів інженерних бар'єрів, що може негативно впливати на безпеку сховищ.
Вчені ІФХЕ РАН пропонували додавати до розчину діетилдитиокарбамат натрію, який призводить до відновлення технецію з пертехнетата до п'ятивалентної форми. Після цього при формуванні цементних мінеральних фаз відбувається подальше відновлення технецію до найбільш стабільної чотиривалентної форми у вигляді малорозчинного діоксиду.
У роботі вперше була синтезована та описана структура комплексу діетилдитиокарбамата з технецієм [Tc(C5H10NS2)4]TcO4. У цьому з'єднанні один атом Tc(V) через вісім атомів сірки координує чотири діетилдитиокарбаматних фрагмента C5H10NS2, утворюючи міцний комплексний катіон. Подібні з'єднання можуть бути використані для вилучення технецію з розчинів при рідинній екстракції, а також для створення нових селективних сорбентів.
«Додавання відносно невеликої – одного масового відсотка – кількості діетилдитиокарбамата натрію не призвело ані до збільшення об'єму, ані до зниження механічних характеристик, – сказав один з авторів роботи, провідний науковий співробітник лабораторії хімії технецію ІФХЕ РАН, кандидат хімічних наук Олексій Сафонов. – Однак цієї кількості достатньо, щоб надійно утримати технецій у цементній матриці. Вихід технецію з матриці зменшився на 90 відсотків».
Спектроскопічні дослідження показали, що кінцева матриця містить аморфні включення діоксиду технецію. Слід також зазначити, що в присутності сильних окислювачів запропонована добавка розкладається з утворенням діетиламонію, який потенційно може уповільнювати корозію сталевих ємностей, що закривають цементну матрицю. Крім того, встановлено, що додавання діетилдитиокарбамата призводить до зниження інтенсивності мікробних процесів у цементі, що є вкрай важливим при зберіганні цементу в підземних та приповерхневих сховищах радіоактивних відходів.
Робота виконана за фінансової підтримки Міністерства науки та вищої освіти Росії.