Kutatás

A Kolloid- és Környezetkémia Tanszéken folyó kutatási témák

A Kolloid- és Környezetkémiai Tanszéken két kutatócsoport működik.  Környezeti Kolloidok Kutatócsoport és az  Izotópalkalmazási Kutatócsoport. Mindkét csoportban erősen környezetkémiai ihletésű kutatási témák az elsődlegesek.

 Környezeti Kolloidok Kutatócsoport

  • Dendrimer típusú vegyületek vizsgálata vizes oldatban. Protonálódási folyamatok, komplexképződés fémonokkal, kölcsönhatás kismolekulákkal. Katalítikus folyamatok. Diffúzió tanulmányozása oldatokban.
  • Polielektrolitok (poli-g-glutaminsav és annak funkcionalizált származékai, poliakrilsav) előállítása, azonosítása, szerkezeti jellemzése. Protonálódási és komplexképződési folyamatok jellemzése. Méretmeghatározás különböző technikákkal. Lehetséges alkalmazásuk mint katalizátorok vagy flokkulensek.
  • Gélek, szolok, emulziók, pórusos anyagok vizsgálata. Jellemzésük NMR spektroszkópiával, fényszórás, adszorpciós és egyéb technikák segítségével

 

Az Izotópalkalmazási Részlegen folyó kutatási témák

Tudományos munka

A laboratórium megalakulásakor a hordozómentes radioaktív izotópok fizikai-kémiai tulajdonságainak, illetve elválasztásának vizsgálata képezte fõ tevékenységét. Már ebben az idõben megkezdõdött olyan témáknak a vizsgálata, mely a hordozómentes radioaktív anyagok természeti környezetben való mozgását vizsgálta (223Rn-gáz diffúziója és adszorpciója). Ezek a témákból nõttek ki a Részleg mai kutatási területei. Jelentõs fejlõdést jelentett, amikor a korábbi mesterséges rendszerekrõl a természetes szervetlen kristályok és elektrolitoldat rendszerek vizsgálatára tértünk át. A téma vizsgálatában benne foglaltatnak éppúgy a radioaktív izotópok megkötõdésének és dekontaminációjának törvényszerûségei, mint a kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok tárolásának megoldása. A téma kidolgozásában új aspektust jelentett a környezeti szennyezések fizikai-kémiai tulajdonságainak vizsgálata.

Kutatásaink fõ irányát jelenti az agyagásványok határfelületi reakcióinak vizsgálata. Ez egyrészt a kationok megkötõdésének és határfelületi átalakulásainak vizsgálatát, valamint különbözõ kationcserélt montmorillonitok elõállítását jelenti. Tanulmányozzuk továbbá a szerves anyagok hatását a kationok szorpciójára, amely a természetes (pl. talajbeli) kölcsönhatások értelmezését teszi lehetõvé. Az utóbbi idõben az agyagásványok (montmorillonitok) katalitikus tulajdonságaival is foglalkozunk.

Alapelvi kutatásaink eredményeit gyakorlati problémák megoldásában is hasznosítjuk. Széchenyi-tervi pályázat keretében vizsgáltuk a sajóbábonyi bentonitok hasznosítási lehetõségeit. Foglalkozunk a radioaktív izotópok és kõzetek, talajok kölcsönhatásaival, különös tekintettel a radioaktív hulladékok föld alatti tárolására.

Legkedvesebb témáink a következõk:

1. Fémionok, agyagásványok és talajok kölcsönhatásai, a szennyezõ fémionok eltávolítási lehetõségei

Az Izotópalkalmazási Részlegben a fémionok, valamint agyagásványok és talajok közötti kölcsönhatás vizsgálata több évtizedes múltra tekint vissza. Az alábbi rendszereket vizsgáltuk:

Szilárd fázis: talaj, szervetlen ioncserélõk, agyagásványok

Makro kationok: Na+, K+, Mg2+, Ca2+

Mikro kationok: Zn2+, Mn2+, Cu2+, Fe3+, Co2+

Radioaktív kihullások: 134,137Cs+, 90Sr2+, 140Ba2+, 60Co2+, 45Ca2+, 63Ni2+, 36Cl, 125I, 99mTcO4, 3H2O, 14CO32-

Szennyezõ ionok: Pb2+, Cd2+, Hg2+, Ag+, CN

Katalizátorok: H+, Zn2+, Cu2+, Mn(II,IV), Ce(III,IV), Pd(0,II)

Vizsgáltuk továbbá a H+-ion hatását a kation-megkötõdési reakciókra, amely a savas esõk hatásának tanulmányozását is jelenti. Kutatásokat végeztünk ezen kívül a PO43-– és a cianid-anion és a talajok közötti kölcsönhatásokkal kapcsolatban is. Alapvetõ analitikai eszközünk ezekben a vizsgálatokban a radioizotópos nyomjelzéses módszer.

Tanulmányoztuk a komplexképzõ tulajdonságú anyagok hatását a fenti reakciókra, beleértve a természetben elõforduló (citrát, tartarát, aminosavak, stb.) és a mesterséges komplexképzõk (EDTA, NTA, DTPA, stb.) hatását is. Az agyagásványokból, ionokból és komplexképzõkbõl álló összetett rendszerekben lejátszódó folyamatokat egyensúlyi rendszerekben a felületi elektromos tulajdonságokat is figyelembe vevõ matematikai modellekkel értelmezzük.

A fenti kutatások megteremtik az alapját a környezetszennyezõ ionok eltávolításának a talajokról.

2. Agyagásványok és szerves vegyületek kölcsönhatásai

A szerves anyagok különbözõ módon kötõdhetnek meg az agyagásványokon és katalitikus reakciókban vehetnek részt. Ezek a kölcsönhatások természetes körülmények között is lehetségesek, szerepet játszhatnak a talaj-humusz komplexek kialakulásában. Az agyagásványokkal katalizált reakciók környezetbarát szintézisekre adnak lehetõséget. A következõkben erre mutatunk be néhány példát kutatásainkból.

Valin aminosav különbözõképpen kötõdhet meg montmorillonit agyagásványon: 1. a rétegközi térben, ahol a valin mint protonált H2Val+ részecske kötõdik meg, 2. adszorbeálódhat a protonált aluminol-csoportokon, és 3. pozitív töltésû komplexként adszorbeálódhat a deprotonált szilanol-csoportokon. A fenti megkötõdési módok aránya a kicserélhetõ kationtól függ. A 3. folyamat például csak akkor lehetséges, ha a kicserélhetõ kation stabil pozitív töltésû komplexet képez a valinnal.

Az 1,1-diacetátok 2 egyszerû módon elõállíthatók különbözõ aromás aldehidekbõl 1 Zn-montmorillonit katalizátor alkalmazásával:

ahol R: 2-HOC6H4, 4-HOC6H4, 3-HOC6H4, 2,4-(HO)2C6H3, 3,4-(HO)2C6H3, 4-MeOC6H4, 4-BrC6H4, 4-O2NC6H4, R’: 2-AcOC6H4, 4-AcOC6H4, 3-AcOC6H4, 2,4-(AcO)2C6H3, 3,4-(AcO)2C6H3, 4-MeOC6H4, 4-BrC6H4, 4-O2NC6H4. A szintézis egyszerû módon, környezetszennyezõ anyagok alkalmazása nélkül megvalósítható.

Másik példa a montmorillonit katalitikus hatására a ketonok és az alkoholok reakciója, pl. aceton és alkohol esetén:

3. Radioaktív izotópok megkötõdése és migrációja földtani képzõdményeken

Közismert, hogy az atomerõmûvek mûködése során nagy számú, hosszú felezési idejû radioaktív izotóp keletkezik. Ezek az izotópok egyrészt a különbözõ üzemzavarok (pl. a csernobili reaktorbaleset) során kijuthatnak a természetbe, vagy a hulladékok tárolása következtében kölcsönhatásba kerülnek a tárolóban létrehozott mesterséges gátakkal ill. a geológiai környezettel.

Vizsgáljuk a radioizotópok megkötõdését és migrációját a földtani képzõdményekben (kõzetekben, talajokban, stb.). A szorpció idõbeli változását, kinetikáját statikus kísérletekben vizsgáljuk. Meghatározzuk az egyensúlyban mérhetõ megoszlási hányados értékét a vizsgált földtani képzõdmény és a környezetében levõ vizes oldat között. A kísérleti eredmények értelmezésénél törekszünk arra, hogy a szorpció mértékét az izotóp adott környezetben lehetséges kémiai formáival hozzuk összefüggésbe. Az eredmények felhasználhatók a migrációt leíró modellszámításokban is.

4. Hosszú felezési idejû, lágy béta-sugárzó izotópok aktivitáskoncentrációjának meghatározása radioaktív hulladékokban

A radioaktív hulladékok tartalmazhatnak lágy béta-sugárzó, hosszú felezési idejû izotópokat (pl. Zr-93, Se-79, Pd-107), amelyeknek mennyiségi meghatározása igen nehéz. Ezeket az izotópokat vizes oldat és feltárás után szilárd anyagokból elemezzük. Ehhez szükséges a zavaró izotópok eltávolítása, a meghatározni kívánt izotópok kémiai elválasztása.

Comments are closed.