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Technical Report NTB 95-08

The Radiolytic and Chemical Degradation of Organic Ion Exchange Resins under Alkaline Conditions: Effect on Radionuclide Speciation

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lonentauscherharze können sich durch radioaktive Bestrahlung und chemische Angriffe bei hohem pH zersetzen und dabei wasserlösliche organische Liganden bilden. Diese Abbauvorgänge wurden unter Bedingungen untersucht, die denen nahekommen, die im Nahfeld eines zementhaltigen Endlagers herrschen. Die wichtigsten Abbauprodukte wurden charakterisiert und ihr Einfluss auf die Speziation von Radionukliden wird beleuchtet.

Bei der Bestrahlung stark saurer Kationentauscherharze (Powdex PCH und Lewatit S-100) bilden sich hauptsächlich Sulfat und löslicher organischer Kohlenstoff. Ein kleiner Teil dieses Kohlenstoffs (10-20%) liegt als Oxalsäure vor. Der grössere Teil gehört zu unbekannten Verbindungen. Untersuchungen zum Komplexierungsverhalten von Cu2+ und Ni2+ deuten auf die Anwesenheit zweier starker Liganden hin: Oxalsäure und ein unbekannter Ligand X. Dieser Ligand X wird bei den Versuchen in Konzentrationen von 10-5 bis 10-6 M gefunden, hat eine Deprotonierungskonstante von pKH ~ 7.4 und eine Komplexierungskonstante mit Ni2+ von logKNiX ~ 7 (beide bei I = 0.1 M). Der Einfluss von Oxalsãure und Ligand X auf die Speziation von Radionukliden wird ausführlich abgehandelt. Es zeigt sich, dass für Oxalsäure kein Einfluss auf die Komplexbildung von Radionukliden zu erwarten ist. Der stärker komplexierende Ligand X hingegen kann einigen Einfluss ausüben, wobei dieser Einfluss von seiner Konzentration und anderen Parametern abhängt. Grenzwerte für diese Parameter werden angegeben.

Ohne Bestrahlung fanden sich keine komplexierenden Liganden in den Abbauprodukten.

Bei der Bestrahlung stark basischer Anionentauscherharze (Powdex PAO und Lewatit M-500) bilden sich hauptsächlich Ammoniak, Amine und löslicher organischer Kohlenstoff. Bis zu 50 % dieses Kohlenstoffs ist in Methyl-, Dimethyl-und Trimethylamin vorhanden. Versuche zur Komplexbildung mit Eu3+ zeigten, dass die Komplexbildungskapazität der Abbauprodukte unter den Bedingungen des Nahfeldes vernachlãssigbar klein ist. Jedoch kann die Speziation von Ag und Pd, und in geringem Ausmass auch von Ni und Cu, durch Amine beeinflusst werden. Die stärksten Aminkomplexe bildet dabei Pd, und deshalb wird als Beispiel das System Pd-Ammoniak-Wasser ausführlich abgehandelt.

Ohne Bestrahlung fanden sich keine komplexierenden Liganden in den Abbauprodukten.

Nach der Bestrahlung eines gemischten Kationen/ Anionentauscherharzes (Amberlit MB-I) fanden sich kleine Mengen an Sulfat und Aminen und eine grosse Menge löslichen organischen Kohlenstoffs. Nur 3 % dieses Kohlenstoffs konnten Methyl-, Dimethyl-und Trimethylamin zugeordnet werden, während der grösste Teil zu unbekannten Verbindungen gehört. Versuche zur Komplexbildung mit Eu3+ zeigten jedoch, dass die Komplexbildungskapazität der Abbauprodukte unter den Bedingungen des Nahfeldes vernachlässigbar klein ist.

Ohne Bestrahlung fanden sich keine komplexierenden Liganden in den Abbauprodukten.

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