Исследователи выявили проблемы в подходе к биоремедиации урана

Токсичный уран часто обнаруживается в почве и грунтовых водах в местах, где его добывали или обогащали для производства ядерного топлива и оружия. Загрязнение ураном, угрожающее дикой природе и водным ресурсам и способное вызывать повреждение почек и рак у людей, особенно проблематично, поскольку его радиоактивный распад занимает миллиарды лет. Традиционные методы очистки, такие как откачка загрязненной воды, неэффективны против урана, так как он прочно связывается с почвой. Чтобы сузить поиск эффективного и экономичного метода, исследовательская группа, используя данные, частично полученные на NSLS, изучила популярный потенциальный метод биоремедиации, основанный на внесении органического углерода.

Подвижность урана в окружающей среде определяется его степенью окисления: гексавалентной — U(VI) — или тетравалентной — U(IV). В гексавалентном состоянии уран, как правило, более растворим и мигрирует с водой. В тетравалентном состоянии он нерастворим и практически неподвижен. Цель исследователей — восстановить уран и стабилизировать его в тетравалентном состоянии.

«Однако некоторые из наших более ранних работ показали, что это может быть проблематично», — отметил Тетсу Токунага из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Используя загрязненные ураном осадки из Национальной лаборатории Ок-Ридж, Токунага и коллеги ранее изучали эффект добавления различных количеств органического углерода. Органический углерод служит донором электронов, способствуя восстановлению урана. Результаты оказались неожиданными: хотя быстрое восстановление U(VI) до U(IV) происходило в первые 80 дней, вскоре после этого уран начал повторно окисляться обратно в гексавалентное состояние.

«Мы обнаружили, что в краткосрочной перспективе, даже если восстановление урана прошло успешно, он имеет тенденцию к повторному окислению, даже когда восстановительные условия поддерживаются», — пояснил Токунага.

Исследователи предположили, что это повторное окисление может быть вызвано другими преобладающими элементами в загрязненных образцах — железом или марганцем. В ходе нового исследования ученые собрали образцы осадков и, обрабатывая их различным количеством органического углерода, использовали микро-рентгеновскую абсорбционную спектроскопию ближнего края на источниках синхротронного излучения для определения степеней окисления урана, железа и марганца в реальном времени. Данные показали, что по мере перехода урана в тетравалентное состояние под влиянием органического углерода марганец также быстро и полностью восстанавливался, в то время как большая часть железа оставалась в состоянии Fe(III). Это свидетельствует о том, что железо, вероятно, и является агентом повторного окисления.

Кроме того, исследователи выяснили, что количество используемого органического углерода влияет на процесс восстановления.

«Ранее общепринятым было мнение, что чем больше органического углерода в растворе, тем лучше. Но в реальности окисление органического углерода генерирует пропорциональное количество бикарбоната, который фактически возвращает уран обратно в воду. Существует оптимальный уровень органического углерода, который работает лучше всего для всего процесса», — сказал Токунага.

Полученные результаты, опубликованные 7 марта 2008 года в журнале Environmental Science & Technology, показывают, что попытка стабилизировать уран путем восстановления с помощью органического углерода не является идеальной. В будущем группа планирует изучить другие, более устойчивые методы стабилизации урана.