Undersökning av sambandet mellan osmotiskt tryck och struktur i kalciummontmorillonit
| Diarienummer | |
| Koordinator | Clay Technology Lund AB |
| Bidrag från Vinnova | 498 000 kronor |
| Projektets löptid | november 2021 - december 2022 |
| Status | Avslutat |
| Utlysning | Forskningsinfrastrukturer - nyttiggörande och samverkan |
| Ansökningsomgång | Industriellt nyttiggörande av neutron- och synkrotronljusbaserade tekniker vid storskalig forskningsinfrastruktur |
| Slutrapport | 2021-03841_ClayTechnologyLund.pdf(pdf, 508 kB) (In English) |
Viktiga resultat som projektet gav
Bentonitlera med högt innehåll av montmorillonit (Mt) föreslås som ett barriärmaterial vid slutförvar av kärnavfall i kopparkapslar. Mt är ett skiktmineral bestående av 10 Å tjocka, negativt laddade lameller vilka laddningskompenseras av katjoner. Dessa joner attraherar vatten till utrymmet mellan lamellerna och bygger därigenom upp ett osmotiskt tryck, vilket undertrycker sulfatreducerande bakterier som annars skulle kunna orsaka kopparkorrosion. För att öka förståelsen mellan strukturen hos vattenmättad Mt och osmotiskt tryck användes synkrotronljus vid MAX IV.
Långsiktiga effekter som förväntas
Beroende på vattenhalten förväntades vattenfilmen mellan Mt lagren vara 6100 Å tjock (idealiserat). Tack vare att synkrotron SAXS gjorde det möjligt att detektera strukturer upp till 1 000 Å gavs en unik möjlighet att otvetydigt påvisa strukturella skillnader mellan Na-, K- och Ca-Mt, och etablera att Ca-Mt vid högt vatteninnehåll har vatten i både interlamellära- och icke-lamellära regioner. Skillnader i osmotiska tryck var delvis korrelerade till strukturella skillnader. Insikterna är viktiga för slutförvaret av kärnavfall.
Upplägg och genomförande
CoSAXS-strållinjen vid MAX IV är en lämplig forskningsanläggning för att utföra SAXS (small-angle X-ray scattering) mätningar i q-området 5 10-3 q 1 Å-1 som krävs för detektering av de förväntade montmorillonitstrukturerna, och att säkerställa robust information om hur strukturerna varierar beroende på katjon (Na, K, Ca) och vattenhalt. Mätningarna utfördes på 8 Mt prover från osmotiska trycktester samt 16 referensprover med olika vattenhalt och olika katjoner.