Neptunium on yksi käytetyssä ydinpolttoaineessa olevista transuraaneista plutoniumin, amerikiumin ja curiumin lisäksi. Sen lähteitä luonnossa ovat lähinnä ydinvoimateollisuus ja ilmakehän ydinasekokeet. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen turvallisuusanalyysien ja ydinvoimateollisuudesta sekä ydinasekokeista vapautuneiden nuklidien kulkeutumisen kannalta on tärkeää tuntea radioaktiivisten aineiden hydrogeokemiallinen käyttäytyminen ympäristössä.
Pro gradu –työssä tutkittiin neptuniumin sorptiokäyttäytymistä ja spesiaatiota karbonaattivapaissa olosuhteissa magnetiittiin, hematiittiin ja korundiin. Pro gradu -tutkimukseen valituista mineraaleista korundi ja hematiitti ovat rakenteeltaan hyvin samankaltaisia mineraaleja ja siksi niiden pintaominaisuudet ovat vertailtavissa keskenään. Neptuniumin sorptiokäyttäytymisen odotettiin olevan melko samankaltainen näihin kahteen mineraaliin. Pro gradu -tutkimuksessa oltiin kiinnostuneita myös magnetiitin ja hematiitin sisältämän kahdenarvoisen raudan vaikutuksista neptuniumin spesiaatioon ja sorptioon mahdollisten hapetus-pelkistys-reaktioiden kautta.
Pro gradu -tutkimuksessa neptuniumin sorptiota valittuihin oksidimineraaleihin tutkittiin sorptiokokeilla pH:n funktiona ja lisäksi sorptioisotermien avulla eri pH-arvoissa. Sorptiokokeiden tasapainottumisajan ja kiinteä/neste-suhteen vaikutusta tutkittiin koesarjoilla kaikissa kolmessa mineraalissa. Neptuniumin hapetustilaa ja spesiaatiota selvitettiin liuoksesta lantanidifluoridi-kerasaostuksella ja mineraalipinnalta XAFS-analyysillä.
Pro gradu -tutkimuksen perusteella voidaan todeta neptuniumin sorptioon tutkittuihin oksideihin vaikuttavan neptuniumpitoisuus, pH ja mineraalin pitoisuus sekä pintaominaisuudet. Mineraalipitoisuuden ja liuoksen pH-arvon noustessa sekä neptuniumpitoisuuden laskiessa kasvaa neptuniumin suhteellinen sorptio mineraalipintaan. Rautaoksidien pinnoilla havaittiin neptuniumilla esiintyvän mahdollisesti kahdenlaisia sorptiopaikkoja. Lisäksi magnetiitilla arvioitiin olevan neptuniumia pelkistäviä ominaisuuksia. Hematiitilla ja korundilla puolestaan havaittiin olevan samanlaisia sorptio-ominaisuuksia. Neptuniumin hapetustilanmäärityksissä kerasaostuksella ja XAFS-analyysillä ei saatu luotettavaa tietoa liuoksessa ja mineraalipinnalla esiintyvän neptuniumin hapetustilasta.
