Nghiên cứu làm giàu U(VI) bằng hydrotalcite trong nước biển cho phân tích tỷ lệ 234u 238u bằng phổ kế alpha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU U(VI) BẰNG HYDROTALCITETRONG NƯỚC BIỂN CHO PHÂN TÍCH TỶ LỆ 234U VÀ 238U BẰNG PHỔ KẾ ALPHA S K C 0 9 MÃ SỐ: T-2014-46TD S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU U(VI) BẰNG HYDROTALCITE TRONG NƢỚC BIỂN CHO PHÂN TÍCH TỶ LỆ 234U VÀ 238U BẰNG PHỔ KẾ ALPHA Mã số: T-2014-46TD Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Văn Sức TP HCM, 11/2014 Bảng chữ viết tắt ký hiệu Chữ viết tắt ký hiệu HT HT500 EPA SEM XRD FT-IR BET qe (mg/g) Qmax (mg/g) Co (mg/g) Ct (mg/g) KL k’1 k’2 kid Kf n A (mg/g) Nội dung Hydrotalcite Hydrotalcite nung 5000C Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ Quét hiển vi điện tử Nhiểu xạ tia X Biến đổi frontier hồng ngoại Phương pháp đo diện tích bề mặt Dung lượng hấp phụ Dung lượng hấp phụ cực đại Nồng độ ion ban đầu Nồng độ ion thời gian t Hằng số Langmuir Hằng số động học giả hấp phụ bậc Hằng số động học giả hấp phụ bậc hai Hằng số khuếch tán nội hạt Hằng số Freundlich Hằng số freundlich Dung lượng hấp phụ i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ KHOA CNHH & TP Tp HCM, Ngày tháng năm THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: T2014-46TĐ, “Nghiên cứu làm giàu U (VI) hydrotalcite nước biển cho phân tích tỷ lệ 234U/238U phổ kế alpha” - Mã số: T2014-46TĐ - Chủ nhiệm: Nguyễn Văn Sức - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: 03/ 2014 – 12/2014 Mục tiêu: - Điều chế hydrotalcite quy mô phòng thí nghiệm - Nghiên cứu số tính chất hydrotalcite dựa phổ nhiễu xạ tia X (XRD), biến đổi Fourie quang phổ hồng ngoại (FT-IR), xác định diện tích bề mặt phương pháp BET hình thái bề mặt quét hiển vi điện tử (SEM) - Xác định tham số hấp phụ hydrotalcite ion uranyl Tính sáng tạo: - Thay đổi cấu trúc hydrotalcite nhiệt độ để nâng cao khả hấp phụ ion uranyl - Chứng minh yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion uranyl - Dựa vào phản ứng trao đổi ion CO32- để sử dụng tác nhân thích hợp tái tạo lại hydrotalcite bão hòa ion uranyl Kết nghiên cứu: - Xác định tham số ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion uranil - Xác định chế hấp phụ hydrotalcite ion uranyl ii - Xác định tham số hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich - Xác định tham số nhiệt động học trình hấp phụ Sản phẩm: - Sản phẩm hydrotalcite - Các số liệu động học, cân hấp phụ hydrotalctie ion uranyl - Hướng dẫn học viên cao học có liên quan đến hydrotalcite - báo khoa học có số ISI Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Đã điều chế chất hấp phụ vô có cấu tạo lớp số loại khoáng sét tự nhiên có khả hấp phụ cao anion phức, hợp chất hữu độc hại Đây loại vật liệu có tiềm để xử lý, làm chất ô nhiễm nước thải nguồn nước bị ô nhiễm - Do chất hấp phụ vô nên bền vững với xạ, nên hydrotacite xem vật liệu thiếu hấp phụ đồng vị phóng xạ có hoạt độ cao, làm vết chất phóng xạ môi trường - Sản xuất lọc nước có khả lọc ion NO3-, PO43-, As(V) As(III), Cr(VI), Cr(III) hợp chất hữu cơ, nguyên tố phóng xạ… Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Nguyễn Văn Sức Nguyễn Văn Sức iii INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: “Studying of 234 U/238U concentration in seawater by hydrotalcite using alpha spectrometry” Code number: T2014-46TĐ Coordinator: Nguyen Van Suc Implementing institution: University of Technical Education HCM City Duration: from 03/2012 to /12/2012 Objective(s): - Development of procedure for preparation of hydrotalcite in lab scale - The study of the properties of hydrotalcite based on X-ray diffraction spectrum (XRD), Fourier transformation infrared spectroscopy (FT-IR), determination of the surface areas of hydrotalcite by the BET method and surface morphology by scanning electron microscopy (SEM) - Determination of the parameters that effect on the U(VI) adsorption by hydrotalcite Creativeness and innovativeness: - Transforming the structure of hydrotalcite with temperature to enhance the adsorption of uranyl ions - Based on the ion-exchange reaction CO32- of hydrotalcite, it reveals that this reagent could be used to regenerate the exhausted hydrotalcite with uranyl ions iv Research results: - The parameters including pH, contact time and adsorbent dose affecting to the adsorption process of uranyl ions were obtained - Experimental data shown the adsorption of U(VI) on hydrotalcite followed the Langmuir and Freundlich models - The adsorption capacity of hydrotalcite increases with increasing the cancinated temperature - The resulting hydrotalcite can be generated in U(VI) adsorption using Na2CO3 Products: - Hydrotalcite product - Data of the adsorption kinetics, adsorption isotherm of hydrotalctie for the uranyl ion - graduate student related to hydrotalcite - article with ISI index Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The inorganic adsorbent (Hydrotalcite -HT) with the layer structure that as some kind of natural clay minerals has been prepared in the lab conditions HT has very high adsorption capacity for anionic complexes, toxic organic compounds and it is the potential adsorbent to use for removal of contaminants in wastewater and contaminated water sources - Due to stable with radiation, hydrotalcite should be considered as an indispensable material in the adsorption of radioactive isotopes with high activity, in removal of traces of radioactive substances in the environment - This product can be used in preparation of the water filter to remove ions such as NO3-, PO43-, As (V) to As (III), Cr (VI), Cr (III), organic compounds and radioactive elements - Hydrotalcite can be used to pre-concentration uranium in the ground water, sea v water to analyze uranium nuclides for geochemistry investigation of ground water system and marine environment vi MỞ ĐẦU Phân tích nhân phóng xạ đối tượng môi trường trở nên cấp thiết nhà quan trắc nghiên cứu môi trường Nhân phóng xạ tự nhiên đặc biệt urani nguyên tố chuỗi phân hạch urani có ý nghĩa quan trọng trình đánh giá biến đổi địa hóa trái đất, Các đồng vị urani chất thị tin cậy cho biến đổi môi trường Ngày nay, với thay đổi khí hậu trái đất tính axit tăng lên nước biển làm thay đổi cách cân thành phần nguyên tố nước biển, dải san hô trầm tích đại dương Để có kết phân tích xác hoạt độ phóng xạ đồng vị U 238U, phương pháp phân tích chủ yếu sử dụng đo hoạt độ đồng vị phổ kế alpha Vấn đề khó khăn thường gặp phải phân tích phổ kế alpha chuẩn bị mẫu Giai đoạn chuẩn bị mẫu đóng vai trò định cho trình phân tích hiệu suất tách, hiệu suất đo chiếm tỷ trọng lớn giai đoạn 234 Một quy trình phổ biến cho việc tách 238U 234U tất đối tượng môi trường mạ điện urani đĩa thép không rỉ Để xác định hiệu suất thu hồi đồng vị 232U sử dụng Đây quy trình phức tạp, tiêu tốn nhiều thời gian bắt buộc phải luôn sử dụng vết (tracer) 232U, giá thành phân tích cho mẫu đắt độc hại tới môi trường Việc nghiên cứu quy trình để giảm giá thành không sử dụng vết 232U để phân tích 234U 238U cho phòng phân tích phóng xạ phương pháp phổ kế alpha đặc biệt môi trường biển cần thiết Được giúp đỡ Trung tâm Hạt nhân Tp HCM Chúng nghiên cứu tách urani từ nước biển khoáng sét tổng hợp hydrotalcite, khử U(VI) thành U(IV) Zn kim loại đồng kết tủa U(IV) với LaF3 Kết nghiên cứu cho quy trình tách 234U 238U đơn giản đạt độ xác cao Mặt khác quy trình không sử dụng TiCl4 để khử U(VI) vết đồng vị phóng xạ 232U tracer chất độc hại cho người môi trường I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC I.1.Giới thiệu chung đồng vị urani ý nghĩa chúng môi trường biển Trong số nguyên tố kim loại biết bảng tuần hoàn hóa học, urani đồng vị có vai trò quan trọng nghiên cứu địa hóa môi trường Urani có mặt khoáng vật, đất trồng, sông hồ đại dương.Mặc dù tồn mức hàm lượng nhỏ urani ý tới yếu tố thiếu đánh giá tuổi địa chất, nguồn gốc khoáng vật biến đổi lớp vỏ trái đất hàng triệu triệu năm [1] Nguyên tố urani có số nguyên tử 92 trọng lượng phân từ 238,0289 g/mol Tỷ trọng urani kim loại 19 g/cm3, nhẹ vonfram (W) lớn chì (Pb) Urani tự nhiên chứa ba đồng vị phóng xạ 234U, 235U 238U Phần trăm đồng vị phóng xạ theo khối lượng khoảng 0,054% 234U, 0,72% 235U 99,27% 238U Khoảng 48,9% hoạt độ phóng xạ 234U, 2,2% 235U 48,9% 238U Thời gian bán rã đồng vị urani dài, 24400 năm 234U, 710 triệu năm 235U 4500 triệu năm 238U Phân rã urani thành nhiều đồng vị phóng xạ gọi cháu urani, cuối chuỗi phân rã đồng vị bền (không có tính phóng xạ) nguyên tố chì (Pb) Do thời gian bán rã lớn so với tuổi hệ mặt trời, urani xem nguyên tố phóng xạ nguyên thủy tìm thấy tự nhiên Các tính chất hạt nhân đồng vị urani đưa bảng [2,3] Tất đồng vị urani chịu phản ứng hóa học tự nhiên có đặc tính hóa học đồng nhất, điểm nóng chảy, điểm sôi độ bay Tuy nhiên, tính chất phóng xạ (thời gian bán rã, hoạt độ riêng, kiểu phân rã…) tất đồng vị urani khác [4] Địa hóa biển urani nghiên cứu vài thập kỷ gần với việc đo thành phần urani phân bố chúng đại dương,nghiên cứu đồng vị cháu có mặt trình tiến hóa đại dương Các phép đo xác Phần trăm hấp phụ 150 100 50 0 Liều lượng chất hấp phụ (g/l) Hình 3.3 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ, (a) dung dịch điện ly, (b) nước biển 3.4 Tái tạo lại hydrotalcite Nghiên cứu tính chất hydrotalcite hấp phụ ion U(VI) kết luận chế hấp phụ hydrotalcite chế hấp phụ hóa học Ion U(VI) vào mạng lưới tinh thể hydrotalcite trao đổi anion phức âm ion uranyl với anion CO32- theo phản ứng: 2[Mg4Al2(OH)12]2+CO32- + [UO2(CO3)3]4- [Mg4Al2(OH)12]24+[UO2(CO3)3]4- + 2CO32(3.2) Từ phản ứng sử dụng dung dịch CO32- để rửa ion uranyl từ hydrotalcite: [Mg4Al2(OH)12]24+[UO2(CO3)3]4- + 2CO32- 2[Mg4Al2(OH)12]2+CO32- + [UO2(CO3)3]4- (3.3) Chúng sử dụng dung dịch Na2CO3 0,1 M để rửa ion uranyl hydrotalcite bão hòa ion uranyl Sau bốn chu trình hấp phụ / tái tạo thấy hydrotalcite vật liệu hấp phụ có hiệu quả, sử dụng nhiều lần với tính chất dung tích hấp phụ không thay đổi Kết nghiên cứu tái tạo lại hydrotalcite bão hòa ion uranyl đưa bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết nghiên cứu tái tạo hydrotalcite Số chu trình tái tạo Dung lượng hấp phụ (%) Trong điều kiện dung dịch chất điện ly 98,3 98,0 97,5 97,2 3.4 Kết nghiên cứu đồng kết tủa U(IV) với LaF4 Đồng kết tủa U(IV) với LaF3 định lượng để thu hồi U(VI) dung dịch Thực tế U(IV) đồng kết tủa với fluoride nguyên tố đất 34 La, Nd, Pr Sm Cho đến nay, chế đồng kết tủa U(IV) LaF3 chưa giải thích rõ ràng Khi đồng kết tủa với floride nguyên tố đất La, Nd Sm có U(IV) có khả đồng kết tủa Do vậy, việc khử U(VI) thành U(IV) quan trọng Để khử U(VI) thành U(IV), chất khử mạnh thường sử dụng TiCl4 Do chất dễ bay hơi, độc hại đắt nên cần phải thay tác nhân khử Chúng sử dụng kẽm (Zn) kim loại để làm tác nhân khử U(VI) thành U(IV) môi trường HCl 4M Phản ứng oxy hóa – khử Zn U(VI) xảy nhanh chóng định lượng Lượng ion Zn2+ không làm ảnh hưởng đến trình đồng kết tủa sau Bảng 3.2 đưa kết nghiên cứu khử U(VI) thành U(IV) Zn kim loại đồng kết tủa U(IV) với LaF3 Bảng 3.2: Kết nghiên cứu khử U(VI) thành U(IV) Zn kim loại đồng kết tủa với LaF3 ( lượng La3+ sử dụng đồng thí nghiệm 10 µg/l) U(VI) (µg/l) Lượng Zn (g) HF (ml) Hiệu suất 10 0.1 0,2 99.3 10 0.2 0.3 99.4 10 0.3 99.3 Từ kết bảng thấy hiệu suất thu hồi đạt cao dùng 0,1 g Zn kim loại 0,2 ml HF Điều đặc biệt tính ổn định hiệu suất đồng kết tủa U(IV) với LaF3 Nhờ có hiệu suất đồng kết tủa cao nên việc dùng vết đồng vị phóng xạ để xác định hiệu suất không cần thiết 3.6 Quy trình phân tích 234U 238U nước biển Từ kết nghiên cứu, đưa quy trình phân tích hình 3.4 Một yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ U (IV) hydrotalcite thành phần CO32- nước biển (xem phần ảnh hưởng pH) Do vậy, mẫu nước biển cần phải axit hóa để phân hủy thành phần carbonate (thường đưa pH nước biển pH sau đưa pH tới 7,5 để tiến hành hấp phụ) Trong trình tách U(VI) thường phải qua giai đoạn loại bỏ nguyên tố ảnh hưởng đến đồng kết tủa phổ alpha U(IV) 233Th 35 Nước biển (2l) Lọc qua giấy lọc Whatman có kích thước lỗ 0,45µm Điều chỉnh pH = 6,5 axit HNO3 Thêm 0,5 g hydrotalcite vào mẫu, khuấy mạnh thời gian 2h Gạn bỏ phần nước để giảm thể tích Thu hồi hydrotalcite chứa U(VI) cách lọc dung dịch qua giấy lọc Rửa kết tủa giấy lọc với 100 ml nước cất có pH = 6,5 Hòa tan hydrotalcite 80 ml HNO3 8M, sau cho dung dịch qua cốt chứa nhựa trao đổi ion Dowex kích thước hạt 20 × cm Lưu lượng chảy qua cột điều chỉnh khoảng 0.5 ml/phút Làm khô dung dịch rửa hòa tan 20 ml HCl 4M Thêm 80 µg La3+và 0.2 g kẽm kim loại Quá trình khử U(VI) thành U(IV) hoàn tất thời gian 15 phút Lọc kết tủa phin lọc hạt nhân có kích thước lỗ 0.1 µm Rửa kết tủa với 2-5 ml nước cất Làm khô giấy lọc nhiệt độ phòng để đo phóng xạ Hình 3.4: Sơ đồ tách U(VI) từ nước biển để phân tích 234U 238U Phổ alpha đo 234U 235U đo đưa hình 3.5 Phổ alpha ghi phản ánh độ tinh khiết urani tách từ mẫu nước biển đủ thống kê số đếm việc đo đếm hoạt độ hai nhân phóng xạ nước biển 36 Hình 3.5: Phổ alpha 234U 235U nước biển Kết phân tích mẫu chuẩn IAEA đưa bảng 3.3 Giá trị phân tích chấp nhận phân tích phương pháp chấp nhận độ xác tuân theo phương trình: 2 |𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị𝐼𝐴𝐸𝐴 − 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị𝑃ℎâ𝑛 𝑡í𝑐ℎ ≪ 3,29 × √𝑈𝑛𝑐𝐼𝐴𝐸𝐴 + 𝑈𝑛𝑐𝑃ℎâ𝑛 𝑡í𝑐ℎ | (3.4) Trong đó: Giá trị IAEA – Hoạt độ 234U 238U chuẩn Giá trị phân tích – Hoạt độ mẫu thu Unc.IAEA – không chắn chuẩn Unc Phân tích – Không chắn phân tích So sánh kết IAEA kết phân tích cho hai đồng vị 234U 238U cho thấy kết thu phương pháp đồng kết tủa với LaF3 tương đồng , phù hợp với phương trình (3.4) trừ trường hợp kết 234U mẫu 423 Bảng 3.3: So sánh kết thu với kết chuẩn IAEA Đồng Giá trị IAEAvị V giá trị phân tích code mẫu [UncIAEA/Giá trị 3,29[(UncIAEA)2- Độ 1/2 IAEA)2 + (Unc phân + Unc phân tích) ] xác tích/Giá trị phân 1/2 tích) ]  100% 37 So sánh hoạt độ Độ 238 U 0,05 0,044 P 0,07 0,035 P 0,05 0,043 P 0,07 0,036 F 0.003 0.018 P 0.32 0.014 P 0.02 0.047 p 0.24 0.036 P (423) 234 U (423) 238 U (426) 234 U (426) Ghi F: Không đạt, P: đạt Kết phân tích mẫu nước biển đưa bảng 3.3 Hoạt độ phóng xạ 238U nằm khoảng từ 35,3 – 35,7 mBq/l, hoạt độ 234U khoảng từ 36,1 tới 37,3 mBq/l Tỷ số 234U/238U tương đối ổn định nằm khoảng 1,02 – 1,05 Bảng 3.3: Kết phân tích mẫu nước biển phổ kế alpha (AS), khối phổ kế plasma cảm ứng (ICP-MS) kích hoạt nơtron (NAA) 234 Sample No 238 U (mBq/l) U (mBq/l) AS 35.7 ± 2.1 35.3 ± 1.8 35.5 ± 2.3 ICP-MS NAA 35.0 ± 3.2 31.5 ± 2.52 (2.84 ± 0.42 ppb) (2.56 ± 0.53 ppb) 34.3 ± 2.7 33.2 ± 2.40 (2.79 ± 0.38 ppb) (2.70 ± 0.39 ppb) 35.2 ± 1.8 35.0 ± 2.43 (2.86 ± 0.47 (2.84 ± 0.42 38 234U/238 AS 37.3 ± 2.2 1.05 ± 0.08 36.3 ± 2.3 1.03 ± 0.08 36.1 ± 2.42 1.02 ± 0.09 U 35.4 ± 1.8 35.2 ± 2.1 ppb) ppb) 34.2 ± 2.7 33.3 ± 2.40 (2.77 ± 0.32 ppb) (2.71 ± 0.38 ppb) 35.1 ± 1.7 35.1 ± 2.42 (2.85 ± 0.46 ppb) (2.81 ± 0.40 ppb) 39 36.2 ± 2.4 1.02 ± 0.07 36.3 ± 2.44 1.01 ± 0.06 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu trình làm giàu phân tích đồng vị 234U 238U mẫu nước biển, có kết luận kiến nghị sau đây: Đã đưa quy trình làm giàu tách urani(VI) từ mẫu nước biển hydrotalcite-một vật liệu điều chế phòng thí nghiệm, giá thành thấp có hiệu suất làm giàu urani (VI) cao Phương pháp đồng kết tủa U(IV) với LaF3 định lượng làm cho phương pháp nghiên cứu có ý nhĩa lớn việc hạn chế sử dụng vết phóng xạ 232U (tracer) có thời gian bán rã năm, để xác định hiệu suất tách Phương pháp làm giàu, tách urani không phức tạp, giá thành thấp phòng thí nghiệm nghiện cứu môi trường phóng xạ sử dụng.Đây thành công lớn đề tài nghiên cứu Những kết thu tỷ số 234U 238U bước đầu, cho ta thấy khả nghiên cứu môi trường biển theo hành vi đồng vị phóng xạ đặc biệt đồng vị phóng xạ urani Sự cân kỷ đồng vị phóng xạ urani bị phá vỡ đại dương bị nóng lên, mội trường biển bị thay đổi 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Aharon, P., Schwarcz, H P., Roberts, H H.: Radiometric dating of submarine hydrocarbon seeps in the Gulf of Mexico, Geological Society of America Bul.,109, 568-579 (1997) Thurber, D L., Broecker, W S., Blanchard, R L and Potratz, H A.: Uraniumseries ages of Pacific atoll coral Sc., 149, 55-58 (1965) Wehmiller, J F., Simmons, K R., Cheng, H., Edwards, R L., MartinMcNaughton, J., York, L L., Krantz, D E., Chuan-Chou, S.: Uranium-series coral ages from the US Atlantic coastal plain-the “80 ka problem” revisited Quaternary Inter., 120, 3-14 (2004) Andersen, M B., Stirling, C H., Porcelli, D., Halliday, A N., Anderson, P S., Baskaran, M.: The tracing of riverine U in Arctic sea water with very precise 234 U/238U measurements, Earth and Plan Sci Let., 259, 171-185 (2007) Amoli H S and Barker, J.: Accurate determination of uranium in soils using electroplating and closed-vessels microwave digestion method, Chem Anal (Warsaw), 52, 35-42 (2007) Jia, G., Belli, M., Sansone, U., Rosamilia, S., Ocone, R., Gaudino, S.: Determination of uranium isotopes in environmental samples by alphaspectrometry, J Radio.anal and Nucl.Chem., 253, 395-406 (2002) Jia, G., Belli, M., Rosamilia, S., Gaudino, S., and Sasone, U.: A new method for determination of uranium isotopes in water, vegetation and soil by alpha spectrometry, Radio prot., 37, 957-962 (2002) Huy, N G., Bich, T T., Suc, N.V.: Determination of uranium and thorium isotopes in soil samples by co-precipitation, J Radio.Anal and Nucl.Chem., 269, 129-133 (2006) Zarki, R., Elyahyaoui, A., and Chiadli, A.: Preparation of U(VI) and Th(IV) alpha-sources from sea and fresh water samples by combining co-precipitation, solvent extraction and electrodeposition procedure, Radiochim.Acta., 92, 161169 (2004) 41 10 Dojozan, D., Pournaghi-Ajar, M H., Toutounchi, J.: Pre-concentration of trace uranium from seawater with solid phase extraction followed by differential pulse polarographic determination in chloroform eluate, Talanta, 46, 123-128 (1998) 11 Das, S., Pandey, A.K., Athawale A.A., Natarajan, V., and Manchanda, V.K Uranium preconcentration from seawater using phosphate functionalized poly(propylene) fibrous membrane, J Desalination and water treatment, 38, 1-3 (2012) 12 Das, S., Pandey, A.K., Vasudevan, T., Athawale, A.A, Manchanda, V.K., Adsorptive preconcentration of uranium in hydrogels from seawater and aqueous solutions, Ind Eng Chem Res., 48, 6789–6796 (2009) 13 Khayatian, G., Hassanpoor, S., Azar, A.R J., Mohebbi, S., Spectrophotometric determination of trace amounts of uranium(VI) using modified magnetic iron oxide nanoparticles in environmental and biological samples, J Braz Chem Soc., 24, 1808-1817 (2013) 14 Oshita, K., Takayanagi, T., Oshima, M., and Motomizu, S., Synthesis of Chitosan-Based Resins Functionalized with Serine Moiety and Its Application to Determination of Trace Amounts of Uranium by FI/ICP-MS System, J Flow Injection Anal., 25, 73–76 (2008) 15 Hongshan, D.U., Guiqun, L.I., Guizhi D., Junlan, L., Progress in neutron activation analysis for uranium, Sci in China, 39, 220-224 (1996) 16 Vasile, M., and Benedik, L., JRC Scientific and technical report on the determination of 228Ra, 210Po, 234U and 238U in mineral waters, EUR 23683 EN – 2008 17 Khalili, F.I., Salameh, N.H., and Shaybe, M.M., Sorption of Uranium(VI) and Thorium(IV) by Jordanian Bentonite, J Chem., 2012, 1-13 (2013) 18 Bachmaf, S., Merkel B.J., Sorption of uanium (VI) at the clay mineral-water interface, Environ Earth Sci., 63, 925-934 (2011) 19 Peterson, S Anion exchange process, Ann.N.Y Academic Sci., 57, 144-158 (1954) 20 Miyata, S Anion-exchange properties of hydrotalcite-like compounde, Clays and Clay min., 31, 305-311 (1983) 21 Suc, N.V Adsorption of U(VI) from aqueous solution onto hydrotalcite-like compounds, J Chem., 9, 669-679 (2012) 22 Kazumichi, K., Jun, Y., Yoshiaki, K., Toshiro, Y., Masahiro, N., Tae-Gwan, L Phosphate removal and recovery with a synthetic hydrotalcite as adsorbent, Chemosphere 62, 45 – 52 (2006) 23 Maki, T Use of magnesium-aluminium and zinc-aluminium hydrotaxycompounds as adsorbents of uranium ions in aqueous solution, Bull Inst Chem., Kyoto Univ., 59, 234-247, (1981) 42 24 Timoshenko, T G., Kosorukov, A A., Pshinko, G N., Goncharuk, V V.: Calcinated hydrotalcite—a sorbent for purifying uraniferous waters, J Wat Chem and Tech., 31, 250-255 (2012) 25 Pshinko, G.N., Kosorukov, A.A., Puzyrnaya, L.N., Goncharuk, V.V Layered double hydroxides intercalated with EDTA as effective sorbents for U)VI) recovery from wastewater, J Radiochem., 53, 303-307 (2011) 26 Li, Y., Wang, J., Li, Z., Liu, Q., Liu, J., Liu, L., Zhang, X., Yu, J Ultrasound assisted synthesis of Ca-Alhydrotalcite for U(VI) and Cr(VI) adsorption, J Chem Eng., 218, 295-302, (2013) 27 http://www.epa.gov/rpdweb00/docs/marlap/402-b-04-001b-14-final.pdf 28 Abbasilar, F., Hosseini, T., Fathivand, A., Heravi, Gh Determination of uranium isotopes (234U, 238U) and natural uranium (U-nat) in water samples by alpha spectrometry, Iran, J Radiat Res., 2, 1-6 (2004) 29 Jong, H., Seog, W.R., and Duk-Young, J Step-wise Anion –Exchange in layer Double Hydroxide using Solvothermal treatment, Bull Korean Chem Soc., 26, 250 – 252 (2005) 30 Shjo, Y., Sakai, K Rapid spectrophotometric determination of uranium(VI) in seawater, Japan Anal 31, 395 – 400 (1982) PHỤ LỤC 43 MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC I.1 Giới thiệu chung đồng vị urani ý nghĩa chúng môi trường biển I.2 Những nghiên cứu làm giàu urani từ nước biển I.3 Kết tủa đồng kết tủa 10 I.2 Phân tích 234U 238U phổ kế alpha 13 I.3 Tính cấp thiết mục tiêu đề tài 17 I.4 Cách tiếp cận nghiên cứu đề tài 17 I.5 Nội dung nghiên cứu 18 I.6 Đối tượng nhiên cứu 18 II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 19 3.4 Hóa chất dụng cụ 19 3.5 Điều chế hydrotalcite (HT) 19 1.3 Phân tích urani 21 3.4 Quy trình hấp phụ urani hydrotalcite 21 1.5 Nghiên cứu khử U(VI) thành U(IV) Zn kim loại đồng kết tủa U(IV) với LaF3 23 3.4 Cơ sở tính toán hoạt độ 234U 238U 23 3.4.1 Trong trường hợp có vết phóng xạ (tracer 232U) 23 3.4.2 Trường hợp không sử dụng vết phóng xạ 232U 24 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HYDROTALCITE ĐỐI VỚI U(IV) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN 25 4.4 Đặc trưng hydrotalcite 25 4.4.1 Thành phần hydrotalcite 25 2.1.2 Phổ FT-IR 26 2.1.3 XRD 26 2.1.3 Hình thái bề mặt hydrotalcite 28 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ U(VI) BẰNG HYDROTALCITE 29 3.4 Ảnh hưởng pH 29 3.3 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 31 3.4 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ 33 3.4 Tái tạo lại hydrotalcite 34 3.6 Quy trình phân tích 234U 238U nước biển 35 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 43 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ tách làm giàu urani phân tích (a) NAA phổ kế alpha Hình2:Hydrotalcite……………………………………………………………………… …….9 Hình 3: Cấu trúc Hydrotalcite có nguồn gốc tự nhiên…………………………………….9 Hình 4: Sơ đồ hệ thống phổ kế alpha 14 Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp hydrotalcite 20 Hình 1.2 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến phần trăm (p) dung lượng (qt) hấp phụ hydrotalcite ion uranyl 22 Hình 1.3 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng pH đến phần trăm (p) dung lượng (qt) hấp phụ hydrotalcite ion uranyl 22 Hình 1.4 Quy trình thí nghiệm xác định khả sử dụng lại hydrotalcite 23 Hình 2.1 Phổ FT-IR hydrotalcite nung 100oC 26 Hình 2.2 (a) Phổ XRD hydrotalcite sấy 1000C 27 Hình 2.2 (b) Phổ XRD hydrotalcite sấy 5000C 28 Hình 2.3 Ảnh SEM hydrotalcite (HT100) 29 Hình 3.1 Ảnh hưởng pH đến suất hấp phụ ion uranyl, (3.1a): kết nghiên u hấp phụ ion U(VI) theo đề tài DTTD 2012-TD; (3.1b): kết nghiên cứu hấp phụ U(VI) hydrotalcite môi trường nước biển 31 Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc, (a): dung dịch hấp phụ U(VI) chất điện ly; (b): dung dịch hấp phụ U(VI) nước biển 33 Hình 3.3 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ, (a) dung dịch điện ly, (b) nước biển 34 Hình 3.4: Sơ đồ tách U(VI) từ nước biển để phân tích 234U 238U 36 Hình 3.5: Phổ alpha 234U 235U nước biển 37 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đặc tính hạt nhân đồng vị urani Bảng 2: Các tác nhân để đồng kết tủa nhân phóng xạ urani 12 Bảng 3: Các nhân phóng xạ sử dụng để chuẩn hệ phổ kế alpha 14 Bảng 2.1 Thành phần diện tích bề mặt hydrotalcite tổng hợp 25 Bảng 3.1 Kết nghiên cứu tái tạo hydrotalcite 34 Bảng 3.2: Kết nghiên cứu khử U(VI) thành U(IV) Zn kim loại đồng kết tủa với LaF3 ( lượng La3+ sử dụng đồng thí nghiệm 10 µg/l) 35 Bảng 3.3: So sánh kết thu với kết chuẩn IAEA 37 Bảng 3.3: Kết phân tích mẫu nước biển phổ kế alpha (AS), khối phổ kế plasma cảm ứng (ICP-MS) kích hoạt nơtron (NAA) 38 S K L 0 [...]... tính toán hoạt độ của 234U và 235U I.6.Đối tượng nhiên cứu 1 Vật liệu hấp phụ hydrotalcite 2 Làm giàu U(VI) trên vật liệu này 3 Tách U(VI) từ nước biển bằng đồng kết tủa với LaF 4 Phân tích hoạt độ phóng xạ của 234U và 238U trong năm mẫu nước biển bằng quy trình nghiên cứu II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 3.4 Hóa chất và dụng cụ Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu có độ tinh khiết hóa... biển cho phân tích các đồng vị 234 U và 238U. Kết quả nghiên cứu sẽ giải quyết được tính cấp thiết và nhu cầu phân tích các nhân phóng xạ của urani trong môi trường biển I.4.Cách tiếp cận trong nghiên cứu đề tài  Tổng quan tài liệuở trong nước và nước ngoài về những công trình khoa học có liên quan đến sử dụng hydrotalcite để hấp phụ và làm giàu ion urani trong môi trường nước tự nhiên và nước biển. .. dụng cho mẫu nước bề mặt Dojozan và cộng sự [10] đã nghiên cứu làm giàu urani từ nước biển bằng phương pháp chiết pha rắn, sau đó urani trong mẫu làm giàu được phân tích bằng phương pháp cực phổ xung vi phân Quá trình chiết được tiến hành sau khi U(VI) oxinate được tạo thành bởi phản ứng của U(VI) với 8-hydroxylquinoline và hấp phụ trên octylsilanre (C-8) SPE catridge U(VI) được rửa khỏi pha rắn bằng. .. Zr3+ (VI) Cupferron U(VI) Phisphate U(VI), Al3+ Peroxide U(VI) Th4+, Zr3+ cũng kết tủa Hydroxit Fe3+ Không có carbonate Fluoride Th4+ Dung dịch trung tính I.2 .Phân tích2 34U và 238U bằng phổ kế alpha Phân tích các đồng vị của các nguyên tố phát hạt alpha nói chung và của urani nói riêng hết sức phức tạp Công việc phân tích phải qua rất nhiều giai đoạn làm giàu và tách nguyên tố cần phân tích ở điều kiện... để đo phổ kế alpha 3.4 Cơ sở tính toán hoạt độ của 234U và 238U 3.4.1 Trong trường hợp có vết phóng xạ (tracer 232U) Công thức áp dụng để tính hoạt độ cho mỗi hạt nhân như sau:   238U , 234U   N  238  U , 234U  A( 232U )  M 1 N 232U Trong đó:  (238U hoặc 234U) – mức đồng độ của 238U trong mẫu (Bq,kg-1) N (238U hoặc 234U) – số đếm thực trong đỉnh của 238U hoặc 234U N232U – Số đếm thực trong. .. 234)𝜇𝑔/𝑘𝑔) (1.8) Trong đó:  (238U hoặc 234U) – mức nồng độ của 238U trong mẫu Nồng độ (238 hoặc 234U) - nồng độ khối lượng của 238U hoặc 234U SA – hoạt độ riêng , đối với 238U và 234U tương ứng là 12,4 và 231585 Bq/mg CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HYDROTALCITE ĐỐI VỚI U(IV) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN 4.4 Đặc trưng của hydrotalcite Đặc trưng của hydrotalcite được phân tích dựa vào phổ FT-IR (Fourier... tỷ lệ Zn/Al bằng 2 và hỗn hợp Zn-Al bằng 2, hydrotalcite tổng hợp được có công thức [Mg4Al8(OH)12]2+[SO4.3H2O]2- Kết quả nghiên cứu cho thấy, hydrotalcite tổng hợp qua con đường kết tủa có dung lượng hấp phụ đối với urani, 10 ppm U(VI)/ 1g hydrotalcite sau hai giờ tiếp xúc Timoshenko và cộng sự [24]đã nghiên cứu cấu trúc của hydrotalcite sau khi điều chế bằng phương pháp kết tủa và phân hủy nhiệt Kết... + 1ml HF Hòa tan trong HCl + H2O2, pH = 1, axit acorbic Kết tủa CeF3 Lắng đọng các nhân phóng xạ 208Po, 209 Po và 210Po Lọc 238U, 235U và 234 U Đo hoạt độ alpha Đo hoạt độ alpha Hình 1 Sơ đồ tách và làm giàu urani do phân tích (a) NAA và (b) phổ kế alpha Làm giàu urani từ nước biển bằng phương pháp hấp phụ trên các loại khoáng sét nhân tạo và có nguồn gốc tự nhiên cho mục đích phân tích hàm lượng urani... phụ của hydrotalcite 17  Nghiên cứu khả năng đồng kết tủa của LaF3 với ion U(IV)  Đánh giá khả năng của phương pháp và tính ứng dụng của nó I.5.Nội dung nghiên cứu Để thực hiện mục đích trên, chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung sau đây:     Đặc trưng của hydrotalcite tổng hợp Nghiên cứu khả năng hấp phụ của hydrotalcite đối với U(VI) trong nước biển Nghiên cứu quá trình đồng kết tủa... cách tổng quát những vấn đề cần nghiên cứu và sẽ được giải quyết được những vấn đề cấp thiết hiện nay về phân tích các nhân phóng xạ của urani trong môi trường biển Xử lý những thông tin có được để so sánh tìm ra những phương pháp thích hợp cho quá trình nghiên cứu  Trao đổi thông tin với những chuyên gia trong lĩnh vực hấp phụ và phân tích bằng phổ kế alpha  Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối