Debreceni Egyetem Műszaki Kar Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék
Belső konzulens: Dr. Bodnár Ildikó
Külső konzulens: Dr. Molnár Mihály Társkonzulens: Janovics Róbert
Tanszékvezető: Dr. Bodnár Ildikó
Debrecen 2015. 03. 25.
Áttekintés 14C keletkezése 14C méréstechnika bemutatása Módszerfejlesztések a vízminták előkészítésében és preparálásában Széntartalom és 14C eredmények
2
Radiokarbon a környezetvédelemben
Antropogén hatás
• Természetes úton kozmikus sugárzás hatására keletkezik • Légköri szén természetes 14C aktivitása ~100 pMC Nukleáris ipar és radioaktív hulladékok
Mesterséges eredetű 14C keletkezik 14C
keletkezése a Paksi Atomerőműben : • Hűtővízben •Fűtőelemben 14CO és szénhidrogének formájában 2
3
Mintavétel helyszíne • Környezeti monitoring keretében csak a szervetlen formában lévő 14C meghatározása történik. • Előzetes szervetlen 14C eredmények alapján 13 talajvízfigyelő kút kiválasztása. Duna (kontrollként) Felszíni vízfolyás követi a légköri szén 14C aktivitását Melegvízcsatorna
4
Alkalmazott méréstechnikák Schimadzu TOC-VCPN szénanalizátorral • Összes oldott széntartalom (TC) • Oldott szervetlen széntartalom (DIC) • Nem kiűzhető oldott szerves széntartalom (NPOC) /Mérési pontosság: CV max. 1,5 % az egész mérési tartományra/
Shimadzu TOC-VCPN készülék
Fajlagos 14C tartalom mérése Environ Micadas Gyorsítós tömegspektrométerrel Vízminta széntartalmából homogén, nagy tisztaságú grafit előállítása szükséges /Mérési pontosság: 1% - 0,2 % relatív hiba/
AMS /gyorsítós tömegspektrométer/
5
A vízben oldott széntartalom
DIC Oldott szervetlen széntartalom TC Teljes széntartalom
DOC Oldott szerves széntartalom
Környezeti monitoring keretében eddig vizsgált frakció 14C-re
POC Kiűzhető szerves széntartalom NPOC Nem kiűzhető szerves széntartalom
Már van lehetőség NPOC és TC 14C mérésre!
Minta előkészítése AMS méréshez DI14C- Szervetlen szén 14C preparálás Ismert és alkalmazott előkészítési technika 20 ml szűrt minta + 2ml H3PO4 Melegítés 75 °C-on
7
Minta előkészítése AMS méréshez T14C- Teljes oldott széntartalom 14C preparálása Új előkészítési technika! Módszerfejlesztés: • Új reakcióedény • Új oxidálószer Krómkénsav helyett kénsavas kálium-dikromát ezüst katalizátorral • Új szeptum teflon bevonattal
6ml oxidálószer+ 10ml szűrt minta Új Reakcióedény
Fűtés 120 °C-on
8
NPO14C minta- előkészítés
1.lépés Szűrés 0,45µm membránszűrőn 800ml vízminta + 10g P2O5 /Ezelőtt H3PO4 használata/
2.Lépés Bepárló és Vákkumdesztilláló rendszer /DIC savas kiűzése/ 30-35 °C-on
3.Lépés 4.Lépés Szerves szén Minta fűtése elroncsolása fűtőblokkban 20 ml új 120 °C-on oxidálószerrel (2óra) (Kénsavas Káliumdikromát ezüst katalizátorral) /Ezelőtt Krómkénsav/ 9
Minták feltárása AMS feltáró rendszeren CO2 kivonása az előkészítő rendszerben, tisztítással: NPO14C és T14C esetében 500°C-os kemencén átvezetjük a CO2 mintát
Minta
NPO14C : MnO2-os ezüstös tisztítás
10
Oldott széntartalom eredmények TC, NPOC (nem kiűzhető szerves szén), DIC (oldott szervetlen szén) eredményekből
DOC és DIC koncentrációk értéke a TC frakcióban, az egyes kutak vizében: 120 100
TC= DIC+DOC DOC= NPOC+POC
80 60
DOC (oldott szerves szén), POC (kiűzhető szerves szén) kiszámítható 30
40 20 0
T 70 T89 M 08 T 19 T 18 T 88 M 01 M 02 T 57 M 07 T 04 T 86 T 47 Duna MVCS
25
DIC (mg/l)
DOC (mg/l)
20 15
POC és NPOC tartalom aránya a DOC frakción belül
10 5 0 T 70
T89 M 08 T 19 T 18 T 88 M 01 M 02 T 57 M 07 T 04 T 86 T 47 Duna MVCS
POC (mg/l)
NPOC (mg/l)
11
DI14C és T14C AMS mérés eredmények Szerves és szervetlen frakciók fajlagos radiokarbon tartalma lényegében azonos. De a légköri 14C kibocsátás 95%-a szerves formákban van jelen!
DI14C (pMC)
550 y = 1,01x - 0,90 R² = 1,00
450 350 250 150
A 14C jelentős hányada a szervetlen 600 frakcióban van jelen 500 400
50 50
NPOC 14C preparálás
300 200 100 0
T14C (pMC)
DI14C (pMC)
150
250
350
450
550 T14C (pMC)
Paksi Atomerőmű figyelőkútjaiból vizsgált vizek oldott szerves széntartalma (DOC) nem ad jelentős többlet aktivitást a szervetlen frakcióhoz! 12
NPO14C mérés eredmények Eredmények alapján minták kiválasztása NPO14C meghatározásra: POC frakció járul hozzá jelentős mértékben a szerves 14C többlethez! 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 T89
M 01 NPO14C (pMC)
T 86
T 47
számolt DO14C (pMC) 13
Összefoglalás • Környezeti monitoring keretében a radiokarbon vizsgálatok rutinszerűen a vizek szervetlen széntartalmának 14C vizsgálatára terjednek ki. • Munkám során felhasználtam az előzetes 14C kutatásaim korábbi eredményeit, összegyűjtöttem a vízminták preparálásából szerzett tapasztalatokat, és módszert fejlesztettem NPO14C és T14C preparálásokban. • A teljes szén 14C fajlagos aktivitásához a szervetlen 14C járul hozzá jelentős mértékben. • A szerves frakción belül a POC tartalom 14C aktivitása jelenti a 14C többletet. Konklúzió: Az erőműből a környezetbe esetlegesen kijutó teljes radiokarbon aktivitás ismeretéhez nem elegendő pusztán a (könnyebben mérhető) szervetlen komponens rutinszerű mérése, hanem célszerű volt legalább egy kutatási program keretében ellenőrizni azt, hogy a szerves fázisokban mekkora járulék figyelhető meg. 14
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
15
