Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ Urani(VI) và Thori(IV) khỏi dung dịch

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU SBA-15 VÀ

COMPOSITE SBA-15/TiO2 NANOTUBE TỪ THỦY

TINH LỎNG VIỆT NAM ĐỂ LOẠI BỎ URANI(VI)

VÀ THORI(IV) KHỎI DUNG DỊCH

Vật liệu mao quản trung bình silica SBA-15 và vật liệu biến tính composite SBA-15/TiO₂na-

notubes được tổng hợp thành công từ thủy tinh lỏng Việt Nam và axit sunfuric. Các đặc tính của mẫu

vật liệu đã tổng hợp được xác định bằng các kỹ thuật XRD, BET, TEM. Nghiên cứu quá trình hấp phụ

urani(VI) và thori(IV) trên vật liệu được thực hiện theo phương pháp mẻ, một số yếu tố ảnh hưởng

tới quá trình hấp phụ như pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ đầu của các ion U(VI) và Th(IV) đã được

khảo sát.

Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu SBA-15/TiO₂nanotubes đối với cả hai kim

loại đã tăng đáng kể (666 mg/g đối với urani và 222 mg/g đối với thori) so với SBA-15 (476 mg/g đối

với urani và 116 mg/g đối với thori). Các kết quả nghiên cứu phù hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc hai.

1. MỞ ĐẦU

đối với các nguyên tố phóng xạ U, , Cs trong

nước thải nhiễm phóng xạ [1]. Vật liệu SBA-15

có bề mặt riêng lớn (500-1000 m²/g) đường kính

mao quản trung bình lớn (3- 10 nm), có độ bền

cơ học và hóa học cao, có thể biến tính hóa làm

tăng cường ái lực hấp phụ với các ion phóng xạ

trong môi trường nước nên có dung lượng hấp

phụ lớn, tốc độ hấp phụ cao, đáp ứng tốt yêu cầu

giảm thiểu về thể tích lưu trữ, chôn cất chất thải

phóng xạ thứ cấp thu được sau khi xử lý chất thải

phóng xạ dạng lỏng [2,3,4]. Khi biến tính vật liệu

SBA-15 bằng cách đưa các ion kim loại như Fe,

Cu, Ti, Al vào vật liệu SBA-15 để tạo ra các tâm

hoạt tính mới nhằm tăng ái lực hấp phụ, tăng tốc

độ và độ chọn lọc các ion phóng xạ một cách rõ

rệt [8]. Vật liệu biến tính SBA-15/TiO₂với sự tồn

tại của thành phần TiO₂nanotube (TNT) có khẳ

năng trao đổi ion với các cation Na⁺trong mạng

lưới dioxit titan nanotube, vì vậy làm tăng cường

dung lượng và tốc độ hấp phụ các ion phóng xạ,

Các chất thải ô nhiễm các đồng vị phóng xạ, các

kim loại nặng có nguồn gốc từ các cơ sở nghiên

cứu và ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, công nghiệp

khai khoáng và nhà máy điện hạt nhân đã và

đang là vấn đề nóng về môi trường. Các hạt nhân

phóng xạ như urani (238), thori (232), radi (226),

cesi (137, 134), iod (131), chì (210), … có trong

chất thải phóng xạ ở các pha lỏng, rắn, khí… rất

độc hại và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Có nhiều phương pháp xử lý chất thải phóng xạ

nhưng hiện nay xu thế tìm ra những giải pháp

công nghệ, sử dụng vật liệu mới có dung lượng

hấp phụ cao và chọn lọc đối với các ion phóng xạ,

tốc độ xử lý cao, giá thành cạnh tranh và giảm thể

tích lưu trữ chất thải phóng xạ thứ cấp sau xử lý

là vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu và phát

triển [9,10].

Vật liệu hấp phụ hiệu năng cao silic dioxit mao

quản trung bình SBA-15 có khả năng hấp phụ

Số 66 - áng 03/2021 23

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

đặc biệt là ion urani (VI) và thori (IV) trong môi trong 2 giờ ở 35- 40⁰C để tạo thành dung dịch

trường nước [5,6,7,12]. Trong nghiên cứu này vật đồng nhất. 37g thủy tinh lỏng được thêm vào

liệu SBA-15 và vật liệu biến tính SBA-15/TNT đã dung dịch đó ở nhiệt độ phòng khuấy trộn trong

được tổng hợp từ thủy tinh lỏng Việt Nam làm 1h. Tiếp theo, thêm nhanh 48g H₂SO₄98% vào

chất hấp phụ để xử lý ion urani (VI) và thori (IV) dung dịch và khuấy tiếp trong 30 phút. Sau đó,

trong dung dịch nước để ứng dụng cho mục đích giảm tốc độ khuấy để giữ hỗn hợp dạng gel trong

xử lý nước thải ô nhiễm phóng xạ từ các ngành 18 giờ và làm già hóa trong 24h tại 80⁰C. Chất rắn

công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng có tính tách từ hỗn hợp được lọc, rửa bằng nước cất cho

phóng xạ, các cơ sở nghiên cứu phóng xạ, các nhà đến khi pH = 7, sấy khô ở nhiệt độ phòng. Bột

máy điện hạt nhân, đồng thời giảm thiểu thể tích rắn nhận được đem nung ở 550⁰C trong 5h để thu

lưu trữ, chôn cất chất thải phóng xạ sau xử lý.

được sản phẩm cuối cùng là SBA-15.

Tổng hợp SBA-15/TiO2 nanotubes (SBA-15/

TNT)

2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất

Cho 8g P123 vào trong 380 ml nước cất và khuấy

trong 2 giờ ở 35- 40⁰C để tạo thành dung dịch

đồng nhất. Cho 37g thủy tinh lỏng vào dung dịch

đó ở nhiệt độ phòng khuấy trộn trong 1h, sau đó

thêm 7g TiO₂nanotubes vào hỗn hợp (tương ứng

với tỷ lệ mol Si/Ti = 1) và tiếp tục khuấy trong 1h

với tốc độ 500 vòng/phút. Tiếp theo, thêm nhanh

48g H₂SO₄98% vào dung dịch và khuấy tiếp trong

30 phút. Sau đó, giảm tốc độ khuấy để giữ hỗn

hợp dạng gel trong 18 giờ và làm già hóa trong

24h tại 80⁰C. Chất rắn tách từ hỗn hợp được lọc,

rửa bằng nước cất cho đến khi pH = 7, sấy khô ở

nhiệt độ phòng. Bột rắn nhận được đem nung ở

550⁰C trong 5h để thu được sản phẩm cuối cùng

vật liệu biến tính SBA-15/TNT.

Titan dioxit (TiO₂, Hàn Quốc, 98%), Natri

hiđroxit (NaOH, Trung Quốc, 98%), Axit sun-

furic (H₂SO₄(99%), Trung Quốc), PLURONIC

P123 (Sigma Aldrich, 98%), ủy tinh lỏng (Na-

2SiO₃(28% SiO₂), Việt Nam), Muối uranyl axetat

(UO₂(CH₃COO)₂·2H₂O) và thori clorua (Cl₄),

(Viện Công nghệ xạ hiếm), Arsenazo III ((HO)₂

C₁₀H₂(SO₃H)₂(N=NC₆H₄AsO₃H₂)₂, Trung Quốc).

2.2. Tổng hợp vật liệu

Tổng hợp TiO₂nanotubes (TNT)

TiO₂nanotubes được tổng hợp theo phương pháp

hồi lưu thủy nhiệt: cho 30 g TiO₂bột vào 630 ml

dung dịch NaOH 10M, khuấy đều 30 phút, siêu

âm trong 1h. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào bình

autoclave có lót Teﬂon, đun nóng trong 24h ở

110^oC. Hỗn hợp sau phản ứng được lọc, rửa nhiều

lần bằng nước cất để có pH = 7, sau đó tiếp tục xử

lý axit để trao đổi ion Na⁺bằng cách ngâm trong

500ml HCl (0,1 M) trong 24h (dung dịch có pH =

5). Sản phẩm được lọc, rửa đến pH = 7 trước khi

đem sấy ở nhiệt độ 80^oC trong 24h, sau đó nung

ở 300^oC trong 2h. Sản phẩm dạng bột trắng thu

được là TiO₂nanotubes, ký hiệu là TNT.

2.3. Các phương pháp xác định các đặc trưng

vật liệu và phân tích các nguyên tố phóng xạ

Các đặc trưng của các mẫu vật liệu được xác định

bằng các kỹ thuật phổ hồng ngoại (FTIR) trên

máy Impact-410 (Đức), Phương pháp đẳng nhiệt

hấp phụ-giải hấp phụ N2 (BET) đo tại tại Viện

Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

được đo trên máy Jeol-JMS 6490. Ảnh hiển vi

điện tử truyền qua (TEM) được đo tại Viện Vệ

sinh dịch tễ trung ương. Phương pháp nhiễu xạ

tia X (XRD), phổ được đo trên máy Shimadzu

Tổng hợp SBA-15

Cho 8g P123 vào trong 380 ml nước cất và khuấy

24 Số 66 - áng 03/2021

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

XRD-6100 với tia phát xạ CuKα có bước sóng λ = 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1.5417Å tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa

3.1. Kết quả xác định các đặc trưng của vật liệu

học Tự Nhiên ĐHQG Hà Nội, Phân tích xác định

nồng độ urani (VI) và thori (IV) trong dung dịch

bằng phương pháp Arsenazo III trên máy so màu

6300 ở bước sóng 655 nm và thiết bị quang phổ

phát xạ cao tần ICP-MS Spectrometer tại Viện

Công nghệ xạ hiếm – Viện Năng lượng nguyên

tử Việt Nam.

Phổ XRD của mẫu vật liệu biến tính SBA-15/TNT

rất giống với mẫu SBA-15 (Hình 1a), SBA-15 thu

được có độ trật tự cao. Đỉnh tương ứng với góc

phản xạ hẹp tại 2θ < 2° có cường độ cao nên cấu

trúc hình lục giác 2D của mẫu SBA-15/TNT vẫn

duy trì. Điều này khẳng định rằng sự kết hợp của

titan không ảnh hưởng đến cấu trúc hình lục giác

của SBA-15. Kết quả XRD góc rộng (hình 1b) cho

thấy rõ ràng rằng một số lượng titan đã được kết

2.4. ực nghiệm hấp phụ ion urani (VI) và

thori (IV) trong dung dịch nước

Để đánh giá dung lượng hấp phụ urani, thori hợp vào khung silic dioxit của SBA-15 trong điều

của vật liệu SBA-15 và SBA-15/TNT và các yếu kiện thí nghiệm. Các đỉnh cụ thể tại 2θ = 25,3°

tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý urani (VI) và trong SBA-15/TNT được gán cho pha anatase,

thori (IV), thực nghiệm được tiến hành trong cường độ các đỉnh tương ứng với lượng Ti được

điều kiện hấp phụ theo quy trình như sau: cho 5 cho vào. Vì vậy, vật liệu biến tính SBA-15/TNT đã

mg vật liệu SBA-15 hoặc SBA-15/TNT vào 50 ml được tổng hợp thành công. Phổ FT-IR của SBA-

dung dịch urani và thori có nồng độ ban đầu là 15 (hình 2a) hiển thị dải hấp thụ ở khoảng tần số

(20 - 300mg/L và 10 - 150 mg/L tương ứng) trong hơn 3400 cm-1 là đặc trưng cho các phân tử nước

bình nón 100 mL, nhiệt độ của các mẫu được giữ trong tinh thể và các phân tử nước bị hấp phụ vật

ổn định ở 28 1^oC ở pH tối ưu. Các mẫu được lắc lý bên trong các lỗ xốp. Các đỉnh xuất hiện xung

trên máy lắc, tốc độ lắc là 120 vòng/phút đến khi quanh 1000-1100 cm^-1có thể là do Si-O –Si và Si-

quá trình hấp phụ đạt tới trạng thái cân bằng. Lấy O–H dao động bất đối xứng kéo dài và cho biết sự

mẫu pha lỏng tại các thời gian khác nhau bằng có mặt của silic dioxit trong vật liệu sau tổng hợp.

cách hút ra 1 ml dung dịch, lọc tách pha rắn ra Có hai dải mới tại 2931 và 1630 cm^-1, tương ứng

khỏi mẫu lỏng bằng bộ màng lọc 0.45 µm, phân là các dao động kéo dài của C – H trong nhóm

tích xác định nồng độ urani và thori trong các propyl và liên kết C=N. Đối với mẫu SBA-15/

mẫu theo phương pháp trắc quang so màu ở bước TNT, độ hấp thụ IR ở khoảng 960cm^-1thường là

sóng 665 nm trên máy UV-vis và thiết bị phân đặc trưng của dao động Ti-O-Si. Hầu hết các đỉnh

tích ICP-MS. Dung lượng hấp phụ urani và thori của hai vật liệu đều giống nhau nên việc biến tính

được tính theo công thức:

không làm thay đổi cấu trúc của SBA-15.

trong đó: C_o(mg/L) là nồng độ ban đầu; C_t(mg/L)

là nồng độ tại thời điểm t; V (L) là thể tích dung

dịch; m (g) là khối lượng của vật liệu. C_e(mg/L)

là nồng độ tại thời điểm cân bằng, Q_e(mg/g) là

dung lượng hấp phụ cân bằng.

Hình 1. Phổ XRD của mẫu SBA-15 và SBA-15/

TNT vùng góc nhỏ (a); SBA-15 và SBA-15/TNT

vùng góc rộng (b)

Số 66 - áng 03/2021 25

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

Hình 2. Phổ FTIR của SBA-15 và SBA-15/TNT (a); Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 của các

mẫu (b) và đường phân bố kích thước mao quản của các vật liệu (c)

Bảng 1. Đặc trưng cấu trúc của vật liệu

phần nó bao phủ lên trên bề mặt vì vậy làm cho

diện tích bề mặt riêng giảm và vật liệu bắt đầu

xuất hiện các vùng mao quản lớn.

Hình 2 (b) cho thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ

- giải hấp phụ N₂của các vật liệu SBA-15 và SBA-

15/TNT có dạng đường đẳng nhiệt dạng IV với

sự xuất hiện của vòng trễ ở áp suất tương đối cao

(P/P_o~ 0,6 -0,8) theo IUPAC. Nó có nghĩa là cấu

trúc lục giác của vật liệu mao quản trung bình

vẫn còn tồn tại. Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy

rằng mẫu chứa các ống nano oxit titan vẫn có độ

trễ tại P/P_o~ 1, đặc trưng của mao quản lớn. Do

đó, vật liệu SBA-15/TNT là vật liệu đa cấp mao

quản micro/meso/macro [11,12].

Hình 3. Phổ EDS của SBA-15/TNT

Bảng 2. Các thành phần trong SBA-15/TNT

Đường cong phân bố kích thước mao quản của

mỗi mẫu cũng được thể hiện trong Hình 2 (c), và

kết quả phân tích các đẳng nhiệt này được tóm

tắt trong Bảng 1. Các đường cong phân bố kích

thước mao quản cho thấy kích thước mao quản

trung bình khoảng ~ 14 nm đối với mẫu SBA-

15/TNT lớn hơn của mẫu SBA-15 tinh khiết (3,1

nm). Sự gia tăng rõ rệt về kích thước mao quản

trung bình khi các mẫu thay thế Ti có thể là do

sự sụt giảm độ dày thành mao quản của các mẫu

chứa titan. Có thể thấy rõ rằng mẫu SBA-15/TNT

có diện tích bề mặt giảm từ 939 xuống 414 m²/g

tương ứng SBA-15 đến SBA-15/TNT. Lý do là oxit

titan hình thành trong quá trình tổng hợp, một

Từ kết quả EDX (hình 3 và bảng 2) cho thấy, vật

liệu SBA-15/TNT đã được tổng hợp thành công

chứa ba phần tử Ti, Si và O. Ảnh TEM (hình 4)

cho thấy đối với SBA-15 cấu trúc meso được tạo

ra một cách rõ rệt với các kênh mao quản trung

bình rất đều đặn có độ trật tự cao. Mặt khác, các

ống TiO₂với kích thước nano được hình thành

sau quá trình tổng hợp bằng phương pháp đun

hồi lưu. Bên cạnh đó, đối với mẫu vật liệu tổng

hợp SBA-15/TNT ảnh TEM cho thấy sự có mặt

của các ống TiO₂tồn tại đồng thời cùng với cấu

trúc mao quản trung bình của vật liệu. Điều đó

26 Số 66 - áng 03/2021

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

Hình 4. Ảnh TEM các mẫu vật liệu (a) SBA-15; (b) TiO₂nanotubes; (c, d) SBA-15/TNT

chứng tỏ đã tổng hợp thành công vật liệu tổng mẫu. Lấy mẫu phân tích vào cuối mỗi khoảng

thời gian tiếp xúc, phần huyền phù được tách ra,

nồng độ ion trong dung dịch được phân tích bằng

phương pháp so màu với arsenazo III và phân tích

đối chiếu bằng ICP-MS. Kết quả nghiên cứu động

học với sự hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và

SBA-15/TNT được thể hiện trong hình 5.

hợp SBA-15/TNT.

Từ kết quả EDX (hình 3 và bảng 2) cho thấy, vật

liệu SBA-15/TNT đã được tổng hợp thành công

chứa ba phần tử Ti, Si và O. Ảnh TEM (hình 4)

cho thấy đối với SBA-15 cấu trúc meso được tạo

ra một cách rõ rệt với các kênh mao quản trung

bình rất đều đặn có độ trật tự cao. Mặt khác, các

ống TiO₂với kích thước nano được hình thành

sau quá trình tổng hợp bằng phương pháp đun

hồi lưu. Bên cạnh đó, đối với mẫu vật liệu tổng

hợp SBA-15/TNT ảnh TEM cho thấy sự có mặt

của các ống TiO₂tồn tại đồng thời cùng với cấu

trúc mao quản trung bình của vật liệu. Điều đó

Như quan sát trong hình 5, dung lượng hấp phụ

tăng nhanh trong 30 phút đầu tiên, sau đó dung

lượng hấp phụ tăng chậm dần và đến 60 phút, quá

trình hấp phụ đã đạt trạng thái bão hòa. Sơ đồ

động học của quá trình hấp phụ bao gồm hai giai

đoạn: giai đoạn đầu tiên là hấp phụ tức thời hay

hấp phụ bề mặt ngoài, quá trình xảy ra rất nhanh,

chứng tỏ đã tổng hợp thành công vật liệu tổng giai đoạn hai là giai đoạn hấp phụ từ từ trong đó

khuếch tán nội bào kiểm soát tốc độ hấp phụ cho

đến khi sự hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng.

Đối với quá trình hấp phụ urani và thori, chúng

ta thấy rằng thời gian để đạt cân bằng trong 60

phút là đủ, vì sự hấp phụ tối đa đạt được trong

giai đoạn này.

hợp SBA-15/TNT.

3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình hấp phụ urani (VI) và thori (IV) trong

nước

Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc

Động học quá trình hấp phụ urani và thori trên

các vật liệu SBA-15 và SBA-15/TNT

Hình 5. Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến sự hấp

phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

Để đánh giá sự hấp phụ như một hàm của thời

gian tiếp xúc, khoảng thời gian tiếp xúc từ 15

phút đến 360 phút được áp dụng cho tất cả các

Hình 6. Mô hình động học biểu kiến bậc nhất của

hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

Số 66 - áng 03/2021 27

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

thời gian cân bằng 60 phút, lượng chất hấp phụ

5mg, nồng độ đầu dung dịch urani là 100mg/L,

dung dịch thori là 10mg/L.

Hình 7. Mô hình động học biểu kiến bậc hai của hấp

phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

Hình 8. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ urani

và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

Từ các các kết quả thực nghiệm khảo sát ảnh

hưởng thời gian tiếp xúc đến sự hấp phụ urani

và thori (hình 5), mô hình động học bậc một và

bậc hai biểu kiến được xây dựng như sau (hình 6

và hình 7).

Hình 8 cho thấy ảnh hưởng của pH đến dung

lượng hấp phụ urani và thori trong dung dịch.

Lý giải cho dung lượng hấp phụ thấp trong môi

trường axit có thể là do sự dư thừa ion H⁺trong

dung dịch. Ngoài ra pH thấp ngăn chặn sự thủy

phân của các ion kim loại và bề mặt chất hấp phụ

liên kết chặt chẽ với các ion H₃O⁺cản trở sự tiếp

cận của các ion kim loại với các nhóm chức bề

mặt. Khi pH tăng sự hấp phụ tăng, sự hấp phụ tối

đa urani ở pH =6, thori ở pH =5. Tiếp tục tăng

pH, dung lượng hấp phụ urani giảm có thể là do

sự thủy phân của các ion uranyl làm giảm hiệu

quả hấp phụ, trong khi dung lượng hấp phụ thori

gần như không thay đổi khi tăng pH>5. Kết quả

cho phép chọn pH tối ưu cho quá trình hấp phụ

urani và thori là 6 và 5, tương ứng.

Từ hình 6 và hình 7, dựa vào hệ số hồi quy R2 có

thể thấy rằng, quá trình hấp phụ urani và thori

trên SBA-15 và SBA-15/TNT tuân theo mô hình

động học biểu kiến bậc hai mà không tuân theo

mô hình động học biểu kiến bậc nhất [13,14].

Từ mô hình động học, các tham số động học bậc 2

biểu kiến được xác định và trình bày trong bảng 3.

Bảng 3. Các tham số động học bậc hai biểu

kiến hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và

SBA-15/TNT

Xây dựng đẳng nhiệt hấp phụ

Khảo sát ảnh hưởng của pH

pH của dung dịch là một thông số quan trọng

trong khảo sát quá trình hấp phụ, nó ảnh hưởng

đến điện tích bề mặt chất hấp phụ, trạng thái tồn

tại các ion kim loại và vị trí gắn các ion lên trên

bề mặt vật liệu hấp phụ. Để xác định pH tối ưu

cho quá trình hấp phụ, các thí nghiệm được tiến

hành trong phạm vi pH từ 3 đến 8 với urani và từ

2 đến 7 với thori, nhiệt độ giữ ổn định 28 1⁰C,

Hình 9. Ảnh hưởng nồng độ đầu đến sự hấp phụ

urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

Dung lượng hấp phụ như một hàm của nồng độ

28 Số 66 - áng 03/2021

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

ban đầu của ion trong dung dịch được chỉ ra trong 4. KẾT LUẬN

hình 9. Tổng lượng ion kim loại bị hấp phụ tăng

khi tăng nồng độ đầu của các ion trong dung dịch

và đạt đến dung lượng hấp phụ cực đại ở nồng độ

100 và 70mg/L với urani và thori, tương ứng.

1. Đã đưa ra phương pháp tổng hợp vật liệu SBA-

15 và vật liệu biến tính SBA-15/TNT bằng cách

biến tính với TiO₂nanotube bằng phương pháp

tổng hợp trực tiếp từ thủy tinh lỏng và axit sunfu-

Từ các số liệu thực nghiệm thu được, thế vào ric và bột TiO₂thương mại.

phương trình đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến

2. Đã xác định điều kiện tối ưu của quá trình hấp

tính để xác định q_maxvà K_L(hình 10).

phụ urani (VI) và  (IV) trên các vật liệu SBA-

15 và SBA-15/TNT (Si/Ti = 1) có dung lượng hấp

phụ urani và thori là 666mg/g và 222 mg/g, cao

hơn rõ rệt so với SBA-15 479 mg/g và 116 mg/g.

3. Qui luật hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và

SBA-15/TNT tuân theo phương trình đẳng nhiệt

Langmuir tại vùng nồng độ từ 20-300mg/L, pH =

6 và 10-150 mg/L, pH= 5 với urani và thori tương

ứng, nhiệt độ 28 1⁰C.

Hình 10. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir cho sự hấp

phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT

4. Vật liệu SBA-15 và vật liệu biến tính SBA-15/

TNT với giá thành rẻ và đạt hiệu quả cao trong xử

lý urani và thori trong môi trường nước là vật liệu

có tiềm năng ứng dụng và thương mại hóa để xử

lý nước thải ô nhiễm phóng xạ.

Từ hình 10, xác định được các giá trị qmax và KL

đối với quá trình hấp phụ urani và thori như sau:

- Đối với quá trình hấp phụ urani:

+ Trên vật liệu SBA-15:

Nguyễn Văn Chính, Nguyễn Bá Tiến,

Lưu Cao Nguyên, Nguyễn Đình Tuyến

Viện Công nghệ xạ hiếm

+ Trên vật liệu SBA-15/TiO₂:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Đối với quá trình hấp phụ thori

+ Trên vật liệu SBA-15:

[1] Hui Dan, Yi Ding, Xirui Lu, Fangting Chi,

Shibin Yuan, Adsorption of uranium from

aqueous solution by mesoporous SBA-15

with various morphologies, J Radioanal Nucl

Chem,2016,310(3), 1107–1114,3. Xinghui Wang,

Guiru Zhu, Feng Guo, Removal of uranium (VI)

ion from aqueous solution by SBA-15, Annals of

Nuclear Energy, 2013, 56, 151–157.

+ Trên vật liệu SBA-15/TiO₂:

[2] Zhao, D., et al. Non-ionic Triblock and Star

Diblock Copolymer and Oligomeric Surfactant

Số 66 - áng 03/2021 29

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

Synthesis of Highly Ordered, Hydrothermical- stitute of Chemical Engineers; 2016, 174-184.

ly Stable, Mesoporous Silica Structures, J.Am.

Chem.Soc., 1999, 12, 6024 – 6036.

[10] Milan Z. Momcˇilovic´, Marjan S. Ran-

delovic, Aleksandra R. Zarubica, Antonije E.

[3] A.Y. Khodakov, V.L. Zholobenko, R. Bechara, Onjia, Maja Kokunešoski, Branko Z. Matovic´.

D. Durand, Microporous and Mesoporous Mater. SBA-15 templated mesoporous carbons for

79 (2005) 29-39

2,4-dichlorophenoxyacetic acid removal. Chemi-

cal Engineering Journal, 2013,220, 276–283.

[4] Milan Z, Momcˇilovic´, Marjan S, Randelovic,

Aleksandra R, Zarubica, Antonije E, Onjia, Maja [11] Xinghui Wang, Guiru Zhu, Feng Guo. Re-

Kokunešoski, Branko Z, Matovic´, SBA-15 tem- moval of uranium (VI) ion from aqueous solution

plated mesoporous carbons for 2,4-dichlorophe- by SBA-15. Annals of Nuclear Energy. 2013,56

noxyacetic acid removal, Chemical Engineering ,151–157.

Journal, 2013,220, 276–283.

[12] S. Sreekantan, L. C. Wei. Study on the for-

[5] Lili Yang, Zeyu Jiang, Sufeng Lai, Chongwen mation and photocatalytic activity of titanate na-

Jiang and Hong Zhong, Synthesis of Titanium notubes synthesized via hydrothermal method, J.

Containing SBA-15 and Its Application for Pho- Alloys Compd., 2010, 490(1–2), 436-442

tocatalytic Degradation of Phenol, International

[13] Pankaj Sharma, Radha Tomar; Synthesis and

Journal of Chemical Engineering, 2014, Article

application of an analogue of mesolite for the re-

ID 691562, 7 pages.

moval of uranium (VI), thorium (IV), and euro-

[6] Guanghui Wang, Jie Zhen, Limin Zhou, Feng pium (III) from aqueous waste; Microporous and

Wu, Nansheng Deng, Adsorption and photocata- Mesoporous Materials; 2008, 641-652.

lytic reduction of U(VI) in aqueous TiO2 suspen-

[14] Saeed Abbasizadeh, Ali Reza Keshtkar, Mo-

sions enhanced with sodium formate, J Radioanal

hammad Ali Mousavian, Preparation of a novel

Nucl Chem,2015,304, Issue 2, pp 579–585,

electrospun polyvinyl alcohol/titanium oxide

[7] Zijie Li, Zhiwei Huang, Wenlu Guo, Lin Wang, nano ﬁber adsorbent modiﬁed with mercapto

Lirong Zheng, Zhifang Chai, and Weiqun Shi, En- groups for uranium (VI) and thorium (IV) re-

hanced Photocatalytic Removal of Uranium (VI) moval from aqueous solution; Chemical Engi-

from Aqueous Solution by Magnetic TiO2/Fe3O4 neering Journal; 2013, 161-171.

and Its Graphene Composite, Environ, Sci, Tech-

nol, 2017,51 (10), pp 5666–5674,

[8] Yadan Guo, Yiqin Guo, Xuegang Wang, Peng

Li, Liuwei Kong, Guanghui Wang, Xiaomeng Li

and Yunhai Liu, Enhanced photocatalytic reduc-

tion activity of Uranium (VI) from aqueous solu-

tion using Fe2O3-Graphene oxide nanocompos-

ite, Dalton Trans, 2017, 46, 14762-14770.

[9] Leila Dolatyari, Mohammad Reza Yafian, Sad-

egh Rostamnia; Adsorption characteristics of Eu

(III) and  (IV) ions onto modiﬁed mesoporous

silica SBA-15 materials; Journal of the Taiwan In-

30 Số 66 - áng 03/2021