Complex equilibria in strongly alkaline aqueous solutions containing Ca(II), Nd(III) and gluconate ions

Polyhydroxy carboxylates, such as gluconate (Gluc– ) play an essential role in a variety of industrial processing. Gluc– is used in large quantities because of its complexing ability: for example NaGluc is a common additive in the construction industry and employed to improve certain properties of c...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Main Author: Böszörményi Éva
Other Authors: Sipos Pál Miklós
Format: Dissertation
Published: 2023-10-05
Kulcsszavak:calcium, nedoymium, gluconate, complex
Subjects:
doi:10.14232/phd.11728

Online Access:http://doktori.ek.szte.hu/11728
Description
Summary:Polyhydroxy carboxylates, such as gluconate (Gluc– ) play an essential role in a variety of industrial processing. Gluc– is used in large quantities because of its complexing ability: for example NaGluc is a common additive in the construction industry and employed to improve certain properties of cement. In low- and intermediate-level (LL/IL) radioactive waste repositories, containers are filled with cement to prevent leakage, but upon water intrusion, the alkaline pore water might promote the complexation of metal ions by Gluc– , therefore these complexing processes have been excessively studied in the past decades. Gluc– has been proven to be an efficient complexing agent for alkaline-earth (Ca(II), Mg(II)) and transition (Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II), Zn(II)) metal ions, therefore it cannot be disregarded that it might be capable of enhancing the solubility of tri- and tetravalent actinides and lanthanides in alkaline media. Anoxic conditions characteristic of radioactive waste repositories ensure that actinides are present in reduced oxidation states (Cm(III), Am(III), Pu(III), Pu(IV)). Possible complexing agents are also present in these repositories such as organic ligands generated by the decomposition of contaminant cellulosic materials (isosaccharinate, Isa– ) or present as cement additives (Gluc– ). It is of high priority to study the capability of these ligands to enhance the solubility of actinide ions in case of water intrusion, since the calculation of the degree of mobilization these metal ions can reach is integral for estimating the associated risk of disposal. Due to the pronounced chemical analogies, stable (III) oxidation state lanthanide ions share with trivalent actinides, tri- and tetravalent actinides can be modeled by less elaborate lanthanide ions. To obtain a simplified and relevant model of possible complexation processes in radioactive waste repositories, neodymium (Nd(III)) and Gluc– have been employed previously as model ions in measurements carried out in aqueous solutions, but data acquired in alkaline equilibria are scarce.
A polihidroxi-karbonsavak, mint például a glükonát (Gluc– ), alapvető szerepet játszanak különböző ipari folyamatokban. A Gluc– komplexképző tulajdonsága miatt nagy mennyiségben kerül felhasználásra: erre példa a NaGluc, ami egy gyakori adalékanyag az építőiparban, és a cement bizonyos tulajdonságainak javítására használják. Az alacsony és közepes aktivitású radioaktív hulladéktárolókban (LL/IL) a tartályokat cementtel töltik fel a szivárgás megakadályozása érdekében, de vízbetörés esetén az erősen lúgos kémhatású pórusvíz elősegítheti, hogy a Gluc– komplexálja a fémionokat, ezért ezeket a komplexképző folyamatokat az elmúlt évtizedekben kitüntetett figyelemmel kísérték és behatóan tanulmányozták. A Gluc– bizonyítottan stabil komplpexeket képez alkáli-földfém (Ca(II), Mg(II)) és átmeneti (Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II), Zn(II)) fémionokkal, ezért nem zárható ki, hogy képes a három-, és négyvegyértékű aktinoidák és lantanoidák oldhatóságának növelésére. A radioaktív hulladéktárolókra jellemző oxigénszegény környezet biztosítja, hogy az aktinoida fémionok főként redukált oxidációs állapotban (Cm(III), Am(III), Pu(III), Pu(IV)) legyenek jelen. Lehetséges komplexképző anyagok is jelen vannak ezekben a tárolókban; erre példa a cellulóz tartalmú komponensek illetve szennyező anyagok bomlásával keletkező izoszacharinát (Isa– ) vagy cementadalékként a rendszerbe kerülő Gluc– . Kiemelt fontosságú tehát annak vizsgálata, hogy ezek a ligandumok képesek-e fokozni az aktinoida fémionok oldhatóságát vízbetörés esetén, mivel a radioaktív fémionok oldhatósága szerves részét képezi a radioaktív hulladék elhelyezésével kapcsolatos kockázatbecslésnek. A stabil (III) oxidációs állapotú lantanoidák és a három vegyértékű aktinoidák között fennálló kémiai hasonlóságok miatt utóbbiak modellezhetők kevésbé körülményesen vizsgálható lantanoidákkal. A radioaktív hulladéktárolókban végbemenő lehetséges komplexképződési folyamatok egyszerűsített és releváns modelljének felállításához felhasználták már a neodímiumot (Nd(III)) és a Gluc– -ot vizesközegű mérésekhez, de a lúgos kémhatású oldatokban lejátszódó folyamatok kevésbé ismertek.