Propiedades ópticas y estudio hidrotermal de Eu³⁺ en Laponita

Abstract

La correcta gestión de residuos radiactivos se ha convertido en un desafío cuya solución requiere el estudio de nuevos materiales. El enfoque propuesto por la mayoría de los gobiernos para garantizar su aislamiento es el almacenamiento en depósitos geológicos profundos; que implica el desarrollo de sistemas multibarrera que aseguren su confinamiento. En este contexto, las arcillas son un tipo de material que resulta de gran interés debido a su capacidad de interacción con los actínidos. Este proyecto se enfoca inicialmente en el análisis de la estructura laminar de las arcillas y en la comprensión de sus propiedades, las cuales dependen de su composición, carga laminar y tamaño de partícula. En particular, la Laponita es una nanoarcilla sintética de carga media. Su caracterización se llevó a cabo mediante técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. En segundo lugar, el trabajo se centra en el uso de técnicas espectroscópicas para simular el comportamiento de la arcilla frente a los actínidos. Para ello, se modelizó su interacción con el ion trivalente Eu³⁺, perteneciente a las Tierras Raras y destacado por sus propiedades luminiscentes. Se realizó el intercambio catiónico, obteniéndose así la primera muestra de estudio Laponita-Eu³⁺. Finalmente, en este trabajo se investiga la interacción de la arcilla y el ion al ser sometidos a reacciones hidrotermales, similares a las condiciones esperadas en los depósitos geológicos profundos. En particular, se estudian muestras tratadas a 300 °C durante distintos periodos de tiempo (0 días, 2 días, 1 semana y 2 semanas). En este sentido, este TFG demuestra como las técnicas espectroscópicas permiten estudiar los cambios estructurales de la arcilla a partir de la evolución de espectros de emisión, excitación y tiempo de vida del ion incorporado. Se empleó el diagrama de Dieke para identificar las transiciones observadas. La variación de estas transiciones se asocia con modificaciones en el entorno local del Eu³⁺.

The correct management of radioactive waste has become a challenge whose solution requires the study of new materials. The approach proposed by most governments to ensure their isolation is to storage it in deep geological repositories, which implies the development of multi-barrier systems to ensure their confinement. In this context, clays are interesting due to their ability to interact with actinides. This project has initially focused on the analysis of the lamellar structure of clays and the understanding of their properties, which depend on their composition, lamellar charge and particle size. In particular, Laponite, which is a synthetic medium-charged nanoclay. Its characterisation was carried out using diffraction and microscopy techniques. Secondly, the work was focused on the use of spectroscopic techniques to simulate the behaviour of the clay towards actinides. For this purpose, its interaction with the trivalent ion Eu³⁺, belonging to the rare earths and noted for its luminescent properties, was modelled. Cation exchange was performed, thus obtaining the first study sample Laponite-Eu³⁺. Finally, the interaction of clay and ion when subjected to hydrothermal reactions, similar to the conditions expected in deep geological repositories, was investigated. Particularly, samples treated at 300 °C for different periods of time (0 days, 2 days, 1 week and 2 weeks) were studied. In this sense, this TFG demonstrates how spectroscopic techniques allow to study the structural changes of the clay from the evolution of emission, excitation and lifetime spectra of the incorporated ion. The Dieke diagram was used to identify the observed transitions. The variation of these transitions is associated with modifications in the local Eu³⁺ environment.