Selective Removal of Cs+, Sr2+, and Ni2+ by K2xMgxSn3–xS6 (x = 0.5–1) (KMS-2) Relevant to Nuclear Waste Remediation

离子交换 化学 核化学 离子 放射化学 放射性废物 锕系元素 晶体结构 分析化学(期刊) 结晶学 材料科学 冶金 有机化学 色谱法
作者
Joshua L. Mertz,Z.H. Fard,Christos D. Malliakas,Manolis J. Manos,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:25 (10): 2116-2127 被引量:301
标识
DOI:10.1021/cm400699r
摘要

137Cs and 90Sr, both byproducts of the uranium and plutonium fission processes, make up the majority of high-level waste from nuclear power plants. 63Ni is a byproduct of the erosion-corrosion process of the reactor components in nuclear energy plants. The concentrations of these ions in solution determine the Waste Class (A, B, or C); thus, their selective removal in the presence of large excesses of nonradioactive ions is necessary to reduce waste volume and cut disposal costs. We report the new material K2xMgxSn3–xS6 (x = 0.5–1, KMS-2) and its application for the ion exchange of Cs+, Sr2+, and Ni2+ in varying conditions. This compound crystallizes in the hexagonal space group P63/mmc with cell parameters a = b = 3.6749(8) Å and c = 16.827(4) Å. The difference in crystal structure between KMS-2, the previously reported Mn analog K2xMnxSn3–xS6 (KMS-1), and their parent SnS2 is also described. Distribution coefficients for KMS-2 are high for Cs+ (7.1 × 103 mL/g) and Sr2+ (2.1 × 104 mL/g) at neutral pH (∼ 6 ppm, V/m ∼1000 mL/g). We also report on the comparative study of Ni2+ ion exchange with both KMS-1 and KMS-2. Additional competitive reactions using Cs+, Sr2+, and Ni2+ in high concentrations of salt solution and at different pH values are reported.
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