Удаление Sr (II) из водных растворов адсорбцией с использованием смолы Amberlite XAD-7, пропитанной экстрагентом TOPO

Почему важно устранять этот скрытый риск

Радиоактивный стронций — невидимая угроза, которая может сохраняться в окружающей среде десятилетиями после ядерных аварий или неправильной утилизации отходов. Попав в питьевую воду, он ведет себя как кальций и может накапливаться в костях, повышая риск рака. В этом исследовании рассматривается перспективный способ более эффективного извлечения стронция из воды с помощью крошечных пластиковых шариков, покрытых специальным веществом. Работа указывает на более безопасные и практичные методы обработки загрязненной воды с АЭС, в медицинских учреждениях и на полигонах наследственных отходов.

Новый подход к очищающим шарикам

Многие системы очистки воды уже используют маленькие смолистые шарики, действующие как губки для посторонних металлов. Авторы сосредоточились на одном таком материале — коммерческой смоле Amberlite XAD-7. Сама по себе эта смола способна захватывать некоторый стронций, но команда решила повысить её эффективность, загрузив жидким экстрагентом, известным как TOPO, молекулой, которая особенно хорошо удерживает ионы металлов. Путём замачивания смолы в растворе TOPO и последующей сушки они создали «растворно-пропитанные смолы», где каждая частичка сочетает преимущества твердого фильтра и жидкого растворителя в одном многоразовом материале.

Как улучшенные шарики захватывают стронций

Чтобы проверить, действительно ли TOPO закрепился и участвует в захвате, исследователи изучили шарики до и после обработки. Инфракрасная спектроскопия подтвердила появление химических сигналов, принадлежащих покрытию TOPO, и эти сигналы ослабли после воздействия стронция, что согласуется с активным связыванием. Снимки сканирующего электронного микроскопа показали, что пропитка изменила поверхность со с гладкой и плотной на более шероховатую и открытую, а поры заполнились после адсорбции стронция. Эти изменения подтверждают идею, что ионы стронция проникают в поры смолы и прикрепляются к покрытым поверхностям, при этом как пластиковая матрица, так и слой TOPO способствуют их удержанию.

Поиск оптимума для наилучшей работы

Затем команда изучила, как разные условия влияют на количество стронция, которое могут удалить шарики. Кислотность оказалась ключевым фактором: при очень низком pH ионы водорода заполняют поверхность и блокируют стронций, тогда как при более высоком pH металл частично переходит в формы, которые легче взаимодействуют с TOPO. Эффективность удаления достигала максимума в слабо кислой или близкой к нейтральной среде (pH около 6) и снижалась при слишком щелочных условиях, когда стронций может начинать образовывать твердые частицы вместо того, чтобы оставаться растворенным. Также выяснилось, что увеличение количества TOPO в смоле заметно повышает захват стронция, и что большая часть удаления происходит в течение первого часа контакта, а полное равновесие достигается примерно через четыре часа.

Что говорят цифры о ёмкости

Чтобы перевести результаты испытаний в практические характеристики, исследователи применили стандартные модели, описывающие, сколько загрязнителя материал способен удержать. Данные во времени соответствовали так называемой кинетике второго порядка, которую часто связывают с более сильными, «сайтовыми» взаимодействиями между твердым материалом и растворенными ионами. При анализе зависимости ёмкости от увеличения концентрации стронция поведение соответствовало модели, в которой частицы покрываются однослойным, упорядоченным слоем ионов на четко определенных сайтах. В лучших условиях смола Amberlite XAD-7, загруженная TOPO, достигла максимального захвата примерно 65,79 миллиграмма стронция на грамм смолы — значительно выше, чем у необработанной смолы, и сопоставимо со многими другими современными материалами, описанными в литературе.

Что это значит для более безопасной воды

Для неспециалиста главный вывод таков: авторам удалось превратить стандартный очищающий шарик в более мощную, целенаправленную ловушку для радиоактивного стронция, покрыв его тщательно подобранной «металлолюбивой» жидкостью. Улучшенные шарики лучше работают в условиях, близких к нейтральным, захватывают стронций относительно быстро и могут удерживать значительные количества до насыщения. Хотя остаются вопросы стоимости и масштабирования, исследование показывает, что эта гибридная конструкция твердое–жидкое является сильным кандидатом для обработки радиоактивных сточных вод и снижения долгосрочных рисков для здоровья от стойких ядерных загрязнителей.

Цитирование: Khani, M.H., Khamseh, A.A.G. Removal of Sr (II) from aqueous solutions by adsorption using amberlite XAD-7 resin impregnated with TOPO extractant. Sci Rep 16, 8067 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39402-w

Ключевые слова: удаление стронция, радиоактивные сточные воды, адсорбентная смола, смола, пропитанная TOPO, очистка воды