Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ quặng laterite và ứng dụng phân tích, xử lý nước thải chứa chất phóng xạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------------

PHAN THI ̣ THANH HÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TƢ̀
QUẶNG LATERITE VÀ Ƣ́NG DỤNG PHÂN TÍ CH, XƢ̉
LÝ NƢỚC THẢI CHỨA CHẤT PHÓNG XẠ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------------

PHAN THI ̣THANH HÀ


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TƢ̀
QUẶNG LATERITE VÀ Ƣ́NG DỤNG PHÂN TÍ CH, XỬ
LÝ NƢỚC THẢI CHỨA CHẤT PHÓNG XẠ
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. TẠ THỊ THẢO

PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC MAI

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------------

PHAN THI ̣ THANH HÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TƢ̀
QUẶNG LATERITE VÀ Ƣ́NG DỤNG PHÂN TÍ CH, XƢ̉
LÝ NƢỚC THẢI CHỨA CHẤT PHÓNG XẠ
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC MAI

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan danh dự đ ây là công trình nghiên cứu của riêng tôi . Các số
liê ̣u, kế t quả nêu trong luâ ̣n văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ


công triǹ h nào khác .
Tác giả luận văn

Phan Thị Thanh Hà

i


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được
sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và
biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
PGS.TS Phạm Thị Ngọc Mai đã hết lòng giúp đỡ dạy bảo và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Trung tâm
phân tích Viện Khoa học và Công Nghệ Mỏ Luyện kim đã tạo mọi điều kiện về thời
gian giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Phân tích đã
truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại bộ môn, cũng như gia đình
bạn bè đã khuyến khích động viên giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 06 tháng 02 năm 2018
Tác giả luận văn

Phan Thị Thanh Hà

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................ vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................ viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Giới thiêụ về Thori và Urani ......................................................................... 3
1.1.1. Trạng thái tự nhiên và sự phân bố của Thori và Urani ........................ 3
1.1.2. Độc tính của urani và thori đối với con người ....................................... 4
1.1.3. Nguồ n phát thải thori và urani từ quá trình chế biến quặng................ 5
1.1.4. Trạng thái tồn tại của urani, thori trong nước ...................................... 5
1.2. Các phƣơng pháp xác định U và Th ............................................................ 6
1.2.1. Xác định bằng kích hoạt nơtron ............................................................. 6
1.2.2. Phương pháp phân tích quang UV-VIS ................................................. 7
1.2.3. Phương pháp phân tích ICP-MS ............................................................ 8
1.2.4. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) .............................. 8
1.2.5. Phương pháp phân tích ICP-OES .......................................................... 9
1.3. Giới thiêụ chung về vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ ......................................................... 10
1.3.1. Than hoạt tính ....................................................................................... 11
1.3.2. Silicagel .................................................................................................. 12
1.3.3. Nhôm oxit............................................................................................... 13
1.3.4. Zeolit...................................................................................................... 14
1.4. Vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ tƣ̀ khoáng sét tƣ ̣ nhiên và đá ong .................................. 15
1.4.1. Vật liê ̣u hấ p phụ từ khoáng tự nhiên ................................................... 15
1.4.2. Vật liê ̣u hấ p phụ từ đá ong.................................................................... 18
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................. 22
iii


2.1. Mục tiêu, nội dung và đối tƣợng nghiên cứu............................................. 22
2.1.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu ............................................................ 22
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 22
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 22
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc ....................................................... 22
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu xác định hàm lượng ................................... 23
2.2.3. Tính toán các đại lượng ........................................................................ 23
2.3. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm .................................................. 24
2.3.1. Thiết bị, dụng cụ .................................................................................... 24
2.3.2. Hóa chất ................................................................................................. 24
2.4. Điều chế vật liệu ........................................................................................... 25
2.4.1. Nghiền nhỏ và nung .............................................................................. 25
2.4.2. Hoạt hóa vật liệu bằng H2SO4. ............................................................ 26
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ ............................................ 29
2.5.1. Nghiên cứu hấ p phụ Th và U trên cột chiế t ......................................... 29
2.5.2. Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu ..................................................................... 30
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 31
3.1. Xác định U và Th trên thiết bị ICP-OES ................................................... 31
3.1.1. Các thông số xác định urani và thori bằng thiết bị ICP-OES............. 31
3.1.2. Đánh giá phương pháp ICP-OES ........................................................ 31
3.2. Xác định tính chất vật lý và độ sạch của vật liệu ...................................... 38
3.2.1. Xác định hình dáng bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) .... 38
3.2.2. Xác định nhóm chức bằng phổ hồng ngoại (IR) ................................. 39
3.2.3. Xác định thành phần bằng phương pháp X-ray (XRD). ..................... 42
3.2.4. Xác định diện tích bề mặt (BET) .......................................................... 43
3.3. Nghiên cƣ́u hấ p phu ̣ thori và urani trên cô ̣t chiế t .................................... 44
3.3.1. Ảnh hưởng của môi trường pH ............................................................ 45
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích mẫu ................................................................ 46
3.3.3. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ .................................................... 48
iv


3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu ........................................................... 49
3.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ ............................................ 50
3.3.6. Xác định dung lượng động ................................................................... 52
3.3.7. Ảnh hưởng của loại chất rửa giải ........................................................ 53
3.3.8. Ảnh hưởng tỉ lê ̣ nồng độ chất rửa giải ................................................. 54
3.3.9. Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải ............................................................. 55
3.3.10. Thể tích rửa giải .................................................................................. 56
3.3.11. Khả năng tái sử dụng vật liệu ............................................................. 57
3.3.12. Ảnh hưởng của các ion lạ ................................................................... 59
3.3.13. Xác định độ biế n thiên và độ thu hồ i .................................................. 60
3.4. Ứng dụng xử lý và phân tích mẫu .............................................................. 61
3.4.1. Xử lý và phân tích mẫu giả ................................................................... 61
3.4.2. Ứng dụng mẫu thực tế .......................................................................... 62
3.4.3. Quy trình xử lý, hấp phụ U và Th bằ ng vật liê ̣u LATH10 ................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 69
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 75

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TÊN BẢNG

TRANG

Bảng 2.1. Ký hiệu vật liệu trong quá trình điều chế

27

Bảng 3.1. Các điều kiện tối ưu xác định U và Th trên thiết bị ICP-OES

31

Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của cường độ phát xạ (cps) vào nồng độ

32

Bảng 3.3. Giới hạn phát hiện (LOD) và Giới hạn định lượng (LOQ) của Urani

34

Bảng 3.4. Giới hạn phát hiện (LOD) và Giới hạn định lượng (LOQ) của Thori

35

Bảng 3.5. Kết quả thông kê đánh giá phương pháp đo Urani trên máy ICP-OES

36

Bảng 3.6. Kết quả thông kê đánh giá phương pháp đo Thori trên máy ICP-OES

37

Bảng 3.7. Kế t quả xác đinh
̣ diê ̣n tić h bề mă ̣t vâ ̣t liê ̣u

44

Bảng 3.8: Kế t quả khảo sát ảnh hưởng pH

45

Bảng 3.9. Kế t quả khảo sát sự ảnh hưởng thể tić h mẫu

47

Bảng 3.10. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng khố i lươ ̣ng vâ ̣t liê ̣u hấ p phu ̣

48

Bảng 3.11. Kế t quả khảo sát tố c đô ̣ na ̣p mẫu

49

Bảng 3.12. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng nồ ng đô ̣ ion U và Th

51

Bảng 3.13. Kế t quả khảo sát dung lươ ̣ng đô ̣ng

53

Bảng 3.14. Kế t quả khảo sát chấ t rửa giải

54

Bảng 3.15. Kế t quả khảo sát tỉ lệ nồng độ hỗn hợp dung dịch rửa giải

55

Bảng 3.16. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng tố c đô ̣ rửa giải

56

Bảng 3.17. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng thể tić h rửa giải

57

Bảng 3.18. Kế t quả khảo sát khả năng tái sử du ̣ng vâ ̣t liê ̣u

58

Bảng 3.19. Kế t quả khảo sát sự ảnh hưởng của mô ̣t số ion la ̣

59

Bảng 3.20. Tổ ng hơ ̣p các thông số tố i ưu hấ p phu ̣ U và Th trên cô ̣t chiế t

60

Bảng 3.21. Kế t quả đánh giá đô ̣ lê ̣ch chuẩ n , đô ̣ biế n thiên và đô ̣ thu hồ i

61

Bảng 3.22. Kết quả xác định ion U và Th trong mẫu giả

62

Bảng 3.23. Kết quả phân tích U và Th trong mẫu thực

63

Bảng 3.24. Chuyển đổi nồng độ sang hoạt độ phóng xạ

63

Bảng 3.25. Hàm lượng U và Th sau khi xử lý qua cột

64

Bảng 3.26. Tổng hoạt độ phóng xạ sau khi sử lý qua cột

64

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TÊN HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

TRANG

Hình 1.1. Dạng tồn tại của ion urani và thori trong môi trường nước ở các pH

6

Hình 2.1. Laterite (đá tổ ong) tự nhiên

25

Hình 2.2. Laterite (đá tổ ong) bô ̣t miṇ sau nghiề n

26

Hình 2.3. Quy trình điều chế vật liệu

28

Hình 2.4. Vâ ̣t liê ̣u sau khi điề u chế (LATH10)

29

Hình 3.1. Đường chuẩn của Urani

32

Hình 3.2. Đường chuẩn của Thori

33

Hình 3.3. Ảnh bề mă ̣t các vâ ̣t liê ̣u (SEM)

38

Hình 3.4. Phổ hồ ng ngoa ̣i vâ ̣t liê ̣u LAT

40

Hình 3.5. Phổ hồ ng ngoa ̣i vâ ̣t liê ̣u LATN3

40

Hình 3.6. Phổ hồ ng ngoa ̣i vâ ̣t liê ̣u LATH10

41

Hình 3.7. Giản đồ phân tích X-ray của vâ ̣t liê ̣u LAT

42

Hình 3.8. Giản đồ phân tích X-ray của vâ ̣t liê ̣u LATN3

42

Hình 3.9. Giản đồ phân tích X-ray của vâ ̣t liê ̣u LATH10

43

Hình 3.10. Cô ̣t chiế t pha rắ n

44

Hình 3.11. Biể u thi ̣sự hấ p phu ̣ U và Th phu ̣ thuô ̣c pH

46

Hình 3.12. Biể u diễn hiê ̣u suấ t hấp phụ phụ thuộc vào lươ ̣ng chấ t hấ p phu ̣

47

Hình 3.13. Biể u diễn hiê ̣u suấ t hấp phụ phụ thuộc vào khối lươ ̣ng vâ ̣t liê ̣u

48

Hình 3.14. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ phụ thuộc tốc độ nạp mẫu

49

Hình 3.15. Biể u diễn sự phu ̣ thuô ̣c dung lươ ̣ng và o nồ ng đô ̣ ban đầ u

52

Hình 3.16. Biể u diễn hiê ̣u suấ t rửa giải khi thay đổ i tỉ lê ̣ hỗn hơ ̣p dung dich
̣

55

rửa giải
Hình 3.17. Biể u diễn hiệu suất rửa giải phụ thuộc tốc độ rửa giải

56

Hình 3.18. Biể u diễn hiệu suất rửa giải phụ thuô ̣c vào thể tić h rửa giải

57

Hình 3.19. Biể u diễn hiệu suất hấp phụ theo lầ n sử du ̣ng la ̣i vâ ̣t liê ̣u

58

Hình 3.20. Quy trình làm giàu và xác định U và Th

66

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Viế t tắ t
BET

Tên Tiế ng Anh
Brunaur – Emmetle – Teller

Tên Tiế ng viêṭ
Diện tích bề mặt riêng của vật
liệu

ICP-OES

ICP-MS

Inductively Coupled Plasma –

Quang phổ phát xạ plasma

Optical Emission Spectroscopy

cảm ứng

Inductively Coupled Plasma Mass

Khối phổ plasma cảm ứng

Spectrometry
Infrared Spectroscopy

Phổ hồng ngoại

SEM

Scanning Electron Microscopy

Hiển vi điện tử quét

SPE

Solid Phase Extraction

Chiết pha rắn

XRD

X-ray Diffraction

Phổ phát xa ̣ tia X

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of quantitation

Giới hạn định lượng

LAT

Vâ ̣t liê ̣u từ đá tổ ong tự nhiên (Laterite)

IR

LATN

Vâ ̣t liê ̣u đá tổ ong đươ ̣c gia nhiê ̣t

LATH

Vâ ̣t liê ̣u đá tổ ong đươ ̣c biế n tin
́ h bằ ng axit sunfuric

LATN3

Vâ ̣t liê ̣u đá tổ ong đươ ̣c gia nhiê ̣t ở 5000C

LATH10

Vâ ̣t liê ̣u hoa ̣t hóa LTAN3 bằ ng H2SO4 20%

viii


MỞ ĐẦU
Urani và Thori là các chấ t phóng xạ tồ n ta ̣i ở các mỏ quă ̣ng hoặc ở dạng
khoáng vật, dạng nguyên tố đi kèm với các khoáng sản khác. Đa số có trong các
quă ̣ng như quặng urani, quặng thori, sa khoáng titan, đất hiếm v.v. ngoài ra còn có
trong các loại quặng khác như đồng, than, graphit, phosphat, bazit, fluorit, molip
đen, zirconi, rutil, v.v...
Các loại quặng này phân bố chủ yếu ở vùng miền núi trung du phía Bắc như
Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, Hà Giang, Cao Bằng, Phú Thọ và Thái
Nguyên, vùng Tây Nguyên và vùng Trung bộ . Trong những năm qua và trong tương
lai gần, khai thác và chế biến quặng đất hiếm , quặng urani, sa khoáng titan , đồng,
than, graphit, fluorit... có xu hướng phát triển ma ̣nh . Do đó , nguy cơ phát tán các
nguyên tố phóng xạ và các kim loại nặng đi kèm vào môi trường sẽ gia tăng

. Các

chất phóng xạ từ các quá trình sản xuất nói trên có thể được phát tán ở dạng khí,
lỏng hoặc rắn từ các quá trình như: nghiền quặng, tuyển rửa quặng, lưu giữ, vận
chuyển, chiết tách, gia công quặng tinh bằng phương pháp hóa học, v.v.
Các nghiên cứu thử nghiệm quy mô bán công nghiệp về công nghệ chế biến
quặng đất hiếm và urani cho thấy tổng hoạt độ phóng xạ , , hàm lượng U, Th và
các kim loại nặng khác đi kèm trong nước thải rất cao , gấp hàng nghìn tới hàng
trăm lần quy chuẩ n cho phép . Do vậy, việc xả thải trực tiếp ra ngoài môi trường sẽ
gây ô nhiễm phóng xạ nghiêm trọng.
Để xử lý nước thải chứa phóng xạ, có thể sử dụng nhiều phương pháp như trao
đổi ion, kết tủa , thẩ m thấu ngược , tách chiết bằng dung môi, v.v. Trong số này,
phương pháp trao đổi ion được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi, nhựa trao đổi
ion đã được thương mại hóa trên thị trường. Tuy nhiên do giá thành của nhựa trao
đổi ion còn cao, thị trường chưa ổn định, xu hướng hiện nay của các nhà khoa học
là tập trung vào việc tìm kiếm và nâng cao hiệu suất trao đổi ion của các vật liệu có
nguồn gốc từ khoáng thiên nhiên như kaolin, bentonit, laterite, vermiculit... do các
khoáng này có khả năng hấ p phu ̣ tương đối cao và có tính chọn lọc… Xuấ t phát từ ý
1


tưởng tâ ̣n du ̣ng các nguồ n khai khoáng đó, tác giả đã thực hiê ̣n đề tài luâ ̣n văn của
mình “Nghiên cứu chế tạo vật liê ̣u từ quặng Laterite và ứng dụng phân tích , xử
lý nước thải chứa chất phóng xạ”.
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu điề u chế vâ ̣t liê ̣u từ quă ̣

ng Laterite và

hấ p phu ̣ Th, U trên vâ ̣t liê ̣u điề u chế đươ ̣c bằ ng phương pháp chiế t pha rắ n và xác
đinh
̣ bằ ng thiế t bi ̣quang phổ phát xạ ICP-OES.

2


Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiê ̣u về Thori và Urani
1.1.1. Trạng thái tự nhiên và sự phân bố của Thori và Urani
Trong bảng hệ thống tuần hoàn, thori có số hiệu nguyên tử Z = 90, nguyên tử
khối M = 232,22 và urani có số hiê ̣u nguyên tử Z = 92, nguyên tử khố i M = 238,28.
Thori (Th), urani (U) cùng với các nguyên tố: protactini (Pa), neptuni (Np), plutoni
(Pu), amenxi (Am), curi (Cm), beckeli (Bk), califoni (Cf), ensteni (Es), fecmi (Fm),
mendelevi (Md), nobeli (No), lorenxi (Lr) được xếp vào cùng một ô với actini tạo
thành các nguyên tố Actinoit hay họ Actini [9, 11].
Thori chiếm khoảng 0,002% trong cấu tạo vỏ Trái đất, nhưng ít khi có dạng
quặng tập trung. Thori được tách từ cát monazite, một hỗn hợp các muối photphat
của thori và các nguyên tố đất hiếm bằng cách xử lí với axit sunfuric.
Khoáng vật quan trọng nhất của thori là thorit ThSiO4 và cát monazite. Hàm
lượng ThO2 trong một số mỏ quặng nổi tiếng trên thế giới đã được khai thác: Quảng
Đông (Trung Quốc) 4%, Human (Trung Quốc) 6%, Baiynebo (Trung Quốc) 0,17 –
0,4%, Monazite đen (Đài Loan) 0,41%, Monazite vàng (Đài Loan) 3,21%, Australia
6,4%... Theo ước tính, trữ lượng monazite khoảng 14 triệu tấn, tương ứng với 700
nghìn tấn ThO2. Trên thế giới, những nước có giàu khoáng vật của thori là Ấn Độ,
Nam Phi, Brazil, Australia và Malaysia. Quặng thori thường chứa dưới 10% ThO2,
cá biệt có quặng chứa đến 20% ThO2. Khoáng vật monazite phân tán trong nhiều
nham thạch nhưng có tỉ khối lớn, trơ về mặt hóa học và do sự phong hóa các nham
thạch trong thiên nhiên, monazite được tập trung lại trong cát sông hoặc cát biển,
trong cát này thường có các khoáng vật khác như ilmenite, caxiterit…. Ở nước ta,
monazite là quặng có hàm lượng thori lớn nhất (khoảng 3 – 5%) và được tìm thấy
chủ yếu ở các tỉnh ven biển miền Trung, trong đó có các mỏ lớn như ở Cát Khánh
(Bình Định), Kỳ Khang (Hà Tĩnh). Ngoài ra, thori còn được tìm thấy trong một số
mỏ quặng: Thèn Sin – Tam Đường (3% ThO2), Làng Nhầy – Làng Nhèo – Làng
3


Phát (0,01 – 0,186% ThO2), Thạch Sơn – Thạch Khoán (Vĩnh Phúc) chứa 0,01 –
0,02% thori, Mường Hum (0,01 – 0,02% ThO2), Bắc Nậm Xe (0,01 – 0,06% ThO2),
Nam Nậm Xe (0,1% ThO2)…[11]
Urani là nguyên tố có các đồng vị phóng xạ có số neutron từ 144 đến 146
nhưng phổ biến nhất là các đồng vị urani 238, urani 235 và urani 234. Tất cả đồng
vị của urani đều không bền và có tính phóng xạ yếu. Urani có khối lượng nguyên tử
nặng thứ 2 trong các nguyên tố tự nhiên, xếp sau plutoni 244 [30]. Trong tự nhiên,
urani được tìm thấy ở dạng urani 238 (99,284%), urani 235 (0,711%) và một lượng
rất nhỏ urani 234 (0,0058%). Urani phân rã rất chậm phát ra hạt anpha. Chu kỳ bán
rã của urani 238 là khoảng 4,47 tỉ năm và của urani 235 là 704 triệu năm, do đó nó
được sử dụng để xác định tuổi của Trái Đất [17].
Trong giai đoạn cuối của chiến tranh thế giới thứ 2, trong chiến tranh lạnh và
các cuộc chiến sau đó, urani đã được dùng làm nguyên liệu chất nổ để sản xuất vũ
khí hạt nhân [2]. Trên lãnh thổ Việt Nam, kết quả các công tác nghiên cứu địa chất
và tìm kiếm khoáng sản Xạ hiếm đã được tiến hành ngay từ thập kỷ 60 với sự giúp
đỡ của các chuyên gia Liên Xô (cũ) và đã phát hiện được nhiều điểm khoáng hoá,
mỏ xạ- hiếm ở nhiều nơi, song chủ yếu là các mỏ đất hiếm. Công tác nghiên cứu
điều tra urani chỉ mới thực sự được tiến hành vào những năm sau ngày giải phóng
Miền Nam (1975), nhất là sau năm 1980. Các mỏ, các điểm khoáng hoá Xạ hiếm có
trên các cấu trúc địa chất khác nhau, với các tuổi khoáng hoá từ Proterozoi đến Đệ
tứ. Tuy nhiên, quặng khoáng hoá urani có triển vọng tập trung nhiều ở Trung Bộ,
Tây Nguyên và Việt Bắc [11].
1.1.2. Độc tính của urani và thori đối với con người
Thori là nguyên tố phóng xạ có số lượng lớn ở dạng nguyên thủy , nó có mặt
hầ u như khắ p nơi trên trái đấ t . Con người luôn tiếp xúc với một lượng nhỏ thori qua
hít thở, nước uống và thực phẩm. Sau nhiều năm tiếp xúc có thể gây ung thư phổi
và ung thư tuyến tụy. Thori có khả năng thay đổi gen di truyền, có thể gây ung thư
gan. Đặc biệt thori bị tích tụ trong xương và có khả năng gây ung thư xương…[11,
17].
4


Urani thường tiế p xúc với con người qua đường hô hấ p và đường tiêu hóa

,

nhưng trong không khí tự nhiên nồ ng đô ̣ urani là rấ t nhỏ nên hầ u như không gây
ảnh hưởng gì . Sau khi vào máu urani được hấp thụ có khuynh hướng tích tụ sinh
học và tồn tại nhiều năm trong các tế bào xương do liên kết của urani với photphat.
Có khoảng 0,5% được hấp thụ khi ở các dạng không hòa tan như các oxit urani
nhưng da ̣ng ion uranyl có thể hấ p thu ̣ nhiề u hơn và có thể lên đến 5%. Do urani chủ
yếu phát phóng xạ alpha nên gây ảnh hưởng lớn đến thận, não, gan, tim, đặc biệt là
nguy cơ cao gây ung thư và đột biến gen…[11, 17].
1.1.3. Nguồ n phát thải thori và urani từ quá trình chế biến quặng
Quá trình khai thác và chế biến quặng urani h ay điểm quặng urani , quặng có
urani đi kèm chưa nhiề u (do đó cũng chưa có nhà máy chế biến ). Tuy nhiên viê ̣c
khai thác và chế biế n các loa ̣i quă ̣ng và khoáng sản nói chung như quặng titan sa
khoáng thường trong quă ̣ng này có

4 - 10% Th và 1% U, khai thác và chế biến

quặng đất hiếm chứa da ̣ng U 3O8 = 0,01%; ThO2 = 0,02% khố i lươ ̣ng, kể cả quă ̣ng
apatit…. đều đào thải ra một lượng chất phóng xạ thori và urani nhất định

. Các

khoáng sản này mới chỉ được khai thác thử hoặc khai thác lấy mẫu công nghệ với
quy mô từ vài trăm kg đến vài trăm tấn . Trong quá trình khai thác đó sẽ tạo ra chất
thải cả rắn và lỏng có hoạt độ phóng xạ thấp và lượng thải lớn. Thải lỏng từ thủy
luyện quặng urani rất độc hại, do chứa các chất phóng xạ và kim loại nặng như U ,
Ra; Th; Cd, Pb, Fe…Về mặt phóng xạ , trong cả thải rắn và lỏng của quá trình thủy
luyện quặng đều có chứa một lượng đồng vị phóng xạ cao hơn tiêu chuẩ n an toàn
bức xạ. Thành phần thải lỏng thu được từ quá trình khai thác cầ n phải xử lý và quản
lý một cách nghiêm ngặt [5, 17].
1.1.4. Trạng thái tồn tại của urani, thori trong nước
Trong nước urani và thori tồn tại ở nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào pH
của môi trường . Điề u quan trọng là phải biết trạng thái tồn tại của các ion t

rong

dung dịch nước , làm cơ sở khoa học cho các thí nghiệm nghiên cứu hấp phụ tách
chúng để xác định và hướng tới xử lý ô nhiễm chất phóng xạ [11, 17].

5


(a) Trạng thái của urani

(b) Trạng thái của thori
Hình 1.1. Dạng tồn tại của ion urani và thori trong môi trường nước ở các pH
Dựa vào sự tồ n ta ̣i của urani và thori trong các môi trường nước

, người ta

đinh
̣ hướng tim
̣ với cơ chế phù hơ ̣p .
̀ cách xử lý phù hơ ̣p đê tách và xác đinh
1.2. Các phƣơng pháp xác định U và Th
Để xác định urani và thori người ta có thể áp dụng nhiều phương pháp
khác nhau trong đó có các phương pháp hiện đại như phổ plasma (ICP-MS,
ICP-AES, ICP-OES ), phương pháp phân tích hạt nhân (kích hoạt nơtron, phổ
gamma, phổ anpha), phuơng pháp trắc quang và nhiều phương pháp khác.
1.2.1. Xác định bằng kích hoạt nơtron
Phương pháp kích hoạt nơtron đã được sử dụng rộng rãi để xác định đồng
thời các NTĐH ở lượng vết cỡ ppm, một vài nguyên tố cỡ ppb mà thường không
đòi hỏi phá hủy mẫu. Phương pháp có độ nhạy cao, độ chụm và độ đúng tốt, có thể
phân tích được nhiều nguyên tố, phân tích được số lượng mẫu lớn một cách nhanh
6


chóng, lượng mẫu có thế thay đổi thường từ 1mg tới 1g [22]. Phương pháp kích
hoạt nơtron cũng gặp một vài khó khăn. Đặc biệt trong trường hợp mẫu có chứa U
sẽ gây ảnh hưởng tới phép xác định đất hiếm do sự tạo thành các đồng vị phóng xạ
như La 140, Ce 141, Sm 153 gây ra bởi Np, có nguồn gốc từ U 238 và Nd 147 [33].
A.M.G.Figueiredo [33] đã phân tích các mẫu chuẩn địa chất bazan BB1 và
granit GB1 để xác định hàm lượng các nguyên tố đấ t hiế m và những nguyên tố khác
như U, Th, Ba, Sc, Rb, Ta, Cs, Co, Hf. Hai nguyên tố Gd và Dy phải được tách
riêng nhờ phương pháp đồng kết tủa với hidroxit sắt trước khi chiếu chùm bức xạ
vào mẫu để loại ảnh hưởng của nền như 24Na lên Dy hay 223Pa,182 Ta lên Gd,
cuối cùng mẫu được phân tích bằng detector Ge(Li). Kết quả thu được có độ lệch
chuẩn tương đối <15%, phù hợp với các giá trị đã công bố cho mẫu chuẩn với sai số
tương đối < 13%.
S. Tiwari và cộng sự [49] đã đánh giá ảnh hưởng phổ của U lên La, Ce, Nd,
Zr, Ru, Mo, Sm và Lu. Hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm được sử dụng để loại bỏ ảnh
hưởng của U khi xác định La, Ce, Nd, Ru, Mo, và Zr. Phương pháp được sử dụng
để phân tích U, Th và các nguyên tố đấ t hiế m trong các mẫu quặng .
1.2.2. Phương pháp phân tích quang UV-VIS
Phương pháp có độ nhạy tương đối cao, cho phép xác định nồng độ trong
khoảng 10-6 10-2 mg/l. Phương pháp được áp dụng phân tích các chất với giới hạn
phát hiện cỡ 0,010,1 mg/l. Đây là phương pháp phân tích phổ biến, có thể phân
tích nhiều đối tượng mẫu khác nhau, có thể tự động hóa quá trình phân tích . Tuy
nhiên cầ n tố i ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ quang của dung dịch như
bước sóng, các yếu tố gây ảnh hưởng đến nồng độ (sự pha loãng dung dịch, nồng độ
ion H+, có ion lạ trong dung dịch, …), sai số chủ quan do người thao tác thực hiện
phép đo [15].
Urani trong dung dịch HCl (1:1), thêm axit ascorbic (một hạt tinh thể),
thêm nước cất và cho vào mỗi cốc 5 hạt kẽm. Lắc đều liên tục trong vòng 30- 40
phút sau đó gạn sang bình định mức 50 ml đã có sẵn 1ml thuốc thử asenazo III

7


(0,01%), định mức đến 50 ml bằng axit HCl 1:1. Để yên 5 phút đo mật độ quang
trên máy trắc quang so màu ở bước sóng λ = 655 nm [4].
1.2.3. Phương pháp phân tích ICP-MS
ICP-MS là một kỹ thuật phân tích được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với
khả năng phân tích được hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn gồm
các nguyên tố kiềm và kiềm thổ, các kim loại chuyển tiếp và các kim loại khác, các
nguyên tố đất hiếm, hầu hết các halogen và một số phi kim [8].
Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng [3] đã nghiên cứu xây dựng phương pháp xác
định Urani, Thori và các nguyên tố đất hiếm trong quặng bằng kỹ thuật ICP -MS xác
đinh
̣ đươ ̣c LOQ < 3,2 ppb, độ thu hồi dao động từ 101-110% và độ chính xác cao.
Để xác định Th, U, REEs trong các mẫu đất, Sarata Kumar Sahoo và cộng sự
[46] đã dùng kỹ thuật ICP-MS. Phương pháp cho RSD <5% đối với các NTĐH. Kết
quả phân tích so sánh với phân tích gama có sự tương đồng giữa hai phương pháp
với hệ số tương quan R2 = 0,91. So sánh kết quả đo của phương pháp ICP-MS với
kết quả xác định bằng detector HPGe cũng cho kết quả tương đồng nhau, với hệ số
tương quan R2=0,84.
Helena E. L [29] đã xác định hàm lượng U, Th và các nguyên tố đấ t hiế m
trong mẫu nước tự nhiên ở hàm lượng cỡ ppb tới ppt. Giới hạn phát hiện của
phương pháp là 0,5ng/l đối với các NTĐH, 3ng/l đối với U, Th. Phần trăm thu hồi
cho các NTĐH nằm trong khoảng 95-107%.
1.2.4. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát ra
năng lượng, nhưng nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử thì các nguyên tử sẽ
chuyển lên trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền, nguyên tử chỉ tồn tại
trong một thời gian cực ngắn 10-8s, chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền
vững và giải phóng ra năng lượng mà nó đã hấp thu dưới dạng bức xạ quang học.
Bức xạ này chính là phổ phát xạ của nguyên tử. Các nguồn kích thích phổ phát xạ là
ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện dòng xoay chiều và một chiều, tia lửa điện, plasma
cao tần cảm ứng(ICP)
8


Dựa vào vị trí các vạch phổ ta có thể phân tích định tính được các nguyên tố
có trong mẫu phân tích. Nếu đo cường độ vạch phổ thì ta có thể xác định được hàm
lượng nguyên tố cần phân tích.
Đặc biệt sự ra đời của nguồn năng lượng plasma cao tần cảm ứng (ICP) được
ứng dụng trong phép phân tích AES từ khoảng 20 năm trở lại đây cho hiệu quả cao.
Ngày nay, phổ phát xạ ICP là một công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho nghiên
cứu và sản xuất với độ ổn định và độ nhạy cao.
1.2.5. Phương pháp phân tích ICP-OES
Phương pháp phổ phát xạ plasma ghép cặp cảm ứng là một trong những
phương pháp tối ưu để phân tích đa nguyên tố. Đây là một công cụ rất hữu hiệu cho
phép phát hiện ở mức nồng độ thấp [8, 31]
Phương pháp đươ ̣c ứng du ̣ng rô ̣ng raĩ để xác đinh
̣ các ion kim loa ̣i , các chất
phóng xạ, các nguyên tố đất hiếm có độ nhạy , đô ̣ lă ̣p tố t , đô ̣ chin
́ h xác cao , giới ha ̣n
phát hiện cỡ ppb.
Nhóm tác giả Ioannidou M. D. và cộng sự [34] đã sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t đo ICPOES để xác đinh
̣ các ion kim loa ̣i trong mâ ̣t ong và đường bằ ng phương pháp
đường chuẩ n. Độ nhạy khi xác định các ion kim loại Cu, Pb, Cd…đề u đa ̣t cỡ ppb.
Ayranov M, Cobos J, KarinPopa, Rondinella [19] đã xác định hàm lượng các
nguyên tố đấ t hiế m và U , Th, Ba, Zr trong các mẫu địa chất sau khi đã tách các
thành phần nền bằng cách chiết với dung môi dietyl ete và axit HCl mạnh. Fe (III)
được chiết bằng HCl 6M vào trong dietyl ete với hệ số phân bố là 100 để loại bỏ
ảnh hưởng của sắt tới việc xác định các NTĐH. Các bước sóng đã chọn như sau Ce
446,021nm; Eu 381,965nm; Gd 342,246nm; La 379,477nm; Th 318,823nm; U
409,014 nm. Phương pháp có giới hạn phát hiện trong khoảng từ 1-24 ng/ml và độ
lệch chuẩn tương đối từ 0,9%-4,6%.
Ramanaiah G.V. [41] đã xác định hàm lượng các nguyên tố đấ t hiế m , Y, Sc
trong các mẫu địa chất giàu U ( U>0,1%) với các bước sóng: Sc 361,384nm; Y
371,030nm; La 333,749nm; Ce 418,660nm; Pr 422,293nm; Nd 430,358nm; Sm
442,434nm; Eu 381,967nm; Gd 364,619nm; Tb 350,917nm; Dy 353,170nm; Ho
9


345,600nm; Er 349,910nm; Tm 346,220nm; Yb 328,937nm; Lu 261,542 nm.
Phương pháp đã được kiểm chứng bằng các mẫu chuẩn. Giá trị RSD nằm trong
phạm vi cho phép 1-8,8%. Kết quả của phương pháp này phù hợp với kết quả của
phương pháp tách bằng trao đổi ion.
Trong nền mẫu đá silicat, Rathi M. S. và cộng sự [42] đã được xác định hàm
lượng của 11 nguyên tố đấ t hiế m bằng kỹ thuật ICP -AES mà không cần tách và làm
giàu nhờ sử dụng dung dịch để xây dựng đường chuẩn có thành phần nền tương tự
như mẫu thực tế. Các bước sóng như sau La 398,9nm; Ce 413,8 nm; Nd 430,4 nm;
Eu 382,0 nm; Dy 353,2 nm; Yb 328,9 nm; Sm 359,3 nm; Gd 335,0 nm; Er 337,3
nm; Lu 261,5 nm; Y 371,0 nm. Kết quả cho thấy La, Ce, Nd, Eu, Dy, Yb, Y phù hợp
với kết quả thu được so với việc sử dụng kỹ thuật tách. Sm, Gd, Er, Lu thì kém hơn
nhưng sai số vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Kết quả phân tích trong đá basic tốt
hơn so với đá granitic, có thể do ảnh hưởng phổ của các nguyên tố: Ba, Sr, Zr có mặt
trong đá granitic nhiều hơn từ 10-100 lần so với đá basic.
Liu Chun-ming [37] đã làm giàu các nguyên tố đấ t hiế m với

8-

Hydroxyquinoline-5-sulfonic trước khi xác định bằng ICP-AES. Ảnh hưởng của pH
dung dịch tới độ thu hồi đã được nghiên cứu với khoảng tối ưu từ 4-7. Axit nitric
được sử dụng làm tác nhân rửa giải với nồng độ là 3mol/l, thể tích 5 ml. Tốc độ
chảy của dung dịch mẫu là 2ml/phút, hệ số làm giàu là 200. Dung dịch các nguyên
tố đấ t hiế m sau khi làm giàu được xác định bằng ICP -AES cho kết quả tương đồng
với các giá trị của mẫu chuẩn.
1.3. Giới thiêụ chung về vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ xử lý chất thải
phóng xạ. Đối với chất thải phóng xạ thể rắn, biện pháp xử lý truyền thống vẫn là
chôn lấp an toàn, ngoài ra có một số công nghệ đóng rắn khác như thủy tinh hóa, bê
tông hóa, bitum hóa, ... Đối với chất thải phóng xạ dạng lỏng, hiện nay trên thế giới
có một số công nghệ xử lý như kết tủa, bay hơi, siêu lọc, vi lọc, tách chiết bằng
dung môi, trao đổ i hoă ̣c hấ p phu ̣ ... Trong số đó, phương pháp hấp phụ đang được
quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Nhiều nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc
10


tìm kiếm và nâng cao hiệu suất hấ p phu ̣ của các vật liệu mới trên cơ sở các khoáng
tự nhiên. Việc lựa chọn vật liệu hấ p phu ̣ phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học
của nước thải.
Vì chất hấp phụ phải là những chất có bề mặt tiếp xúc lớn, có khả năng hút
các chất khí hay chất tan trong pha lỏng lên bề mặt. Khả năng hấp phụ của mỗi chất
tuỳ thuộc vào bản chất, điện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản
chất của chất tan. Quá trình tích lũy vật chất lên bề mặt chất hấp phụ gọi là sự hấp
phụ. Chất được tích lũy lên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Ngược với
quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp. Đó là quá trình giải phóng chất bị hấp phụ
khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ mà có sự hấp phụ vật lý và sự hấp phụ hoá học [10, 40].
+ Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực vandecvan giữa các phân tử chất hấp
phụ và các phân tử chất bị hấp phụ.
+ Hấp phụ hoá học được tạo nên do ái lực hoá học giữa chất hấp phụ với chất
bị hấp phụ. Liên kết trong hấp phụ hoá học bền, khó bị phá vỡ hơn hấp phụ vật lý.
Hấp phụ hoá học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hoá học.
Người ta phải tim
̀ các điề u kiê ̣n tố i ưu cho quá trin
̀ h hấ p phu ̣ như : Nhiê ̣t hấ p
phụ, tố c đô ̣ hấ p phu ̣ , tính đặc thù trong quá trình hấp phụ… hay các yếu tố

ảnh

hưởng như chấ t hấ p phu ̣, chấ t bi ̣hấ p phu ̣, ảnh hưởng nhiệt độ…
Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng của các chất
hấp phụ. Các chất hấp phụ có tính thương mại như than hoạt tính, zeolites, silica gel
hay nhôm oxit hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong tách các kim loại , các chất
hữu cơ ở dạng khí và lỏng . Do đó người ta quan tâm tim
̀ hiể u về các chấ t hấ p phu ̣
đă ̣c trưng đó như than hoa ̣t tính, nhôm ô xít, silicagel, zeolit.
1.3.1. Than hoạt tính
Than hoạt tính được chế tạo theo phương pháp loại trừ với nguyên liệu ban
đầu có chứa thành phần cacbon như than , xenlulose, gỗ, sọ dừa , bã mía , tre, nứa,
mùn cưa [18, 20, 21]. Trong nguyên liệu ngoài thành phần cacbon còn tồn tại một
số thành phần hợp chất vô cơ, tạp chất gây ra thành phần tro khi đốt cháy (oxit kim
11


loại), trong đó Ca, Mg, K, Na có trong đó gây tính kiềm ví dụ K 2CO3, Na2CO3,
CaCO3, vì vậy sản phẩ m cuối nếu không được làm sạch, sẽ có tính kiềm. Áp dụng
hai phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hóa - giai đoạn phát triển độ xốp của
than: hoạt hóa với hóa chất và hoạt hóa với khí , hơi. Hai quá trình này còn được gọi
là hoạt hóa hóa học và vật lý . Theo phương pháp hoạt hóa hóa học than : trộn hay
tẩ m nguyên liệu với các hóa chất và đốt yếm khí từ 500-900oC. Các hóa chất vô cơ
khi đốt sẽ phân hủy ra các khí có tính oxy hóa hoặc phân hủy các phân tử chất hữu
cơ qua phản ứng dehydrat hóa [52]. Phương pháp hoạt hóa vật lý thường tiến hành
theo hai giai đoạn: than hóa và hoạt hóa. Giai đoạn than hóa là giai đoạn đốt yếm
khí tại 400 - 500oC nhằm loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đưa
nguyên liệu trở về dạng carbon. Bước hoạt hóa là tăng độ xốp của nguyên liệu
thông qua phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao (800 - 1.100oC). Trong quá trình oxy
hóa, một số nguyên tử carbon bị đốt cháy thành khí (CO, CO2), khí này bay đi để lại
chỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp . Quá trình hoạt hóa này còn được gọi
là khí hóa (gasification). Tác nhân oxy hóa có thể dùng là hơi nước

, không khí

(oxy), khí cácbonic, khí thải. Do phản ứng với oxy toả nhiệt nên nhiệt độ hoạt hóa
thường thấp và khó điều khiển, phản ứng với hơi nước, khí CO2 thu nhiệt nên tiến
hành ở nhiệt độ cao hơn và đây là phương án sản xuất thông dụng nhất.
1.3.2. Silicagel
Silicagel là một chất hấp phụ có thành phần hóa học chủ yếu là silic oxit
SiO2 có cấu trúc rất xốp, do silicagel hạt chứa rất nhiều “quả cầu” SiO2 nhỏ, các quả
cầu nhỏ SiO2 tụ lại với nhau, xắp xếp không theo một trật tự nào về mặt hình học.
Khoảng không gian giữa các quả cầu nhỏ chính là lỗ xốp, tổng diện tích bề mặt
ngoài của các quả cầu nhỏ đó là diện tích bề mặt của silicagel [35, 45].
Nhóm tác giả Ren Jun-shu, Mu Tao, Zhang Wei và Yang Sheng-ya [44] đã
tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của thành phần hóa học của nước thải tới hiệu
suất trao đổi ion của vật liệu composit bằng cách tiến hành thí nghiệm kết hợp hấp
phụ tĩnh và động để loại bỏ U trong nước thải. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu
quả hấp phụ của loại composit nghiên cứu đã giảm khi có sự xuất hiện của các
12


anion, triethanolamine và dầu trong nước thải . Khi có mă ̣t nồ ng đô ̣ các ion CO

23

,

HCO3-, SO32-, Cl- trong dung dịch cao hơn 0,24; 0,28; 0,23 và 0,09 mol/L tương
ứng, nồng độ của Urani trong nước thải đầu ra sẽ vượt quá

20 mg/L. Nồng độ cho

phép tối đa của Triethanolamine qua nhựa trao đổi ion không vượt quá 250 mg/L.
Trường hợp hàm lượng dầu trong nhựa vượt quá 1% (theo khối lượng), kích thước
lỗ xốp giảm 16% và khi vượt quá 11%, kích thước lỗ xốp gần như bằng 0.
Park Y và cô ̣ng sự [38] cũng cho thấy các hợp chất tổng hợp khác như
ammonium molybdophosphate-polyacrylonitrile (AMP-PAN), nano-crystalline
silicotitanate (IONSIV IE-911, UOP) [39], các phức kim loại của hexacyanoferrates
[Fe(CN6)] 4- đều có khả năng hấp phụ/trao đổi ion chọn lọc cao đối với các đồng vị
phóng xạ Cs, Sr và Co.
Tác giả Phan Đình Tuấn cùng các cộng sự

[13] đã tiến hành đề tài nghiên

cứu “Thu hồi Urani từ nước thải bằng nhựa trao đổi ion bazo mạnh”. Thí nghiệm
được tiến hành trên nước thải phóng xạ lấy từ hồ chứa ở Ningyo –toge Works (PNC,
Nhật Bản ), dung dịch sulphat urani 13,1g U /L được dùng để điều chỉnh nồng độ
Urani trong nước thải. Kết quả nghiên cứu trên nước thải phóng xạ này cho thấy
nhựa trao đổi ion PA-316 có khả năng hấp phụ Urani rất mạnh, đặc biệt trong môi
trường trung tính, do đó rất thuận lợi cho việc sử dụng vào mục đích thu hồi Urani
trong công nghệ xử lý nước thải phóng xạ. Sau quá trình hấp phụ, HCl 0,2N được
sử dụng cho quá trình giải hấp phụ. So sánh với việc sử dụng nhựa Chelat thì PA316 có khả năng hấp phụ lớn, dễ dàng giải hấp phụ và chi phí thấp hơn 3 lần, cho
thấy tính ưu việt của PA-316 trong công nghệ xử lý nước thải phóng xạ.
1.3.3. Nhôm oxit
Quặng bôxit dạng nguyên khai có khả năng hấp phụ thấp, thông qua hoạt hóa
nhiệt làm tăng khả năng hấp phụ của ôxit. Có mối quan hệ giữa nhiệt độ hoạt hóa,
thời gian hoạt hóa với hàm lượng tạp chất dư dễ bay hơi với diện tích bề mặt, độ
xốp và khả năng hấp phụ của sản phẩ m [32, 50]. Nhiệt độ hoạt hóa từ 370 - 400oC
thường cho sản phẩ m có dung lượng hấp phụ cao và giảm được hàm lượng chất bay
hơi từ khoảng 30% xuống còn 6-8%. Sản phẩ m tối ưu có khả năng hấp phụ
13

11 -


16% hơi nước theo khối lượng của nó. Sản phẩm có thể tái sinh ở nhiệt độ

150 -

250oC. Khi tăng nhiệt độ hoạt hóa, nước liên kết bị mất dần, khi đó diện tích bề mặt
và khả năng hấp phụ tăng đáng kể, đạt cực đại ở khoảng 370 - 400oC. Nếu tiếp tục
tăng nhiệt độ hoạt hóa, lượng nước còn lại tiếp tục giảm đi nhưng diện tích và khả
năng hấp phụ cũng giảm. Trong một số trường hợp, ngoài hoạt hóa nhiệt người ta
còn phải loại bỏ bớt một số tạp chất oxit trong quặng bôxit bằng cách hòa tan với
HCl hay HF loãng.
Ren, J.S, Mu, T., Yang, S.Y., Zhao, Y.J., Luo, S.Q [43] đã nghiên cứu xử lý
chất thải phóng xạ lỏng hoạt độ thấp có hàm lượng muối cao bằng phương pháp keo
tụ. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, Pu có thể được kết tủa và tách ra trong điều
kiện môi trường kiềm, U bị keo tụ khi giảm độ pH. Nghiên cứu cũng cho thấy, trên
95,5% U bị loại bỏ khi điều chỉnh pH tới 6 và bổ sung Fe với hàm lượng 100 mg/L.
Trong thí nghiệm keo tụ 2 bước này, nồng độ U sau lần keo tụ thứ 2 là dưới 10 μg/L
khi điều chỉnh pH tới 7 và bổ sung Fe với hàm lượng 80 mg/l.
1.3.4. Zeolit
Zeolit được chế tạo theo các phương pháp sau: Từ zeolit tự nhiên người ta
loại bỏ các tạp chất trong mao quản bằng cách chiết với nước hay với dung môi
khác, trong trường hợp này cấu trúc mạng tinh thể được giữ nguyên. Dưới tác dụng
của dung dịch muối khoáng đậm đặc, chúng được tái kết tinh để chuyển sang một
dạng khác.
Tổng hợp zeolit từ các hóa chất cơ bản: aluminat, silicat kiềm hoặc kiềm thổ
được gọi là Phương pháp tổng hợp trực tiếp. Trong phương pháp tổng hợp trực tiếp,
người ta đi từ một gel hỗn hợp có thành phần: Me2O Al2O3 nSiO2 pH2O (kiềm) hay
MeO Al2O3 nSiO2 pH2O (kiềm thổ) bằng cách trộn dung dịch (nước) aluminat,
silicat kiềm hay kiềm thổ.
Nhóm El-Kamash AM và cô ̣ng sự [25, 26] đã nghiên cứu ứng dụng zeolit để
tách Cs+ và Sr2+ trong nước bằng thiết bị hoạt động liên tục và cột trao đổi, cho thấy
Zeolite A và Zeolit Na A- X có khả năng sử dụng như một loại vật liệu trao đổi ion
vô cơ để loại bỏ các ion Cs và ion Sr trong dung dịch nước thải. Trước tiên nghiên
14


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×