Nghiên cứu chế tạo và đánh giá hiệu quả tẩy xạ của dung dịch BX-40.VN

Bài viết này trình bày kết quả điều chế dung dịch tẩy xạ BX-40.VN cho bề mặt vũ khí, trang bị trên cơ sở kết hợp sodium dodecylbenzensolfonate, 2- Butoxylethanol, Sodium metasilicate và muối kim loại natri.

Hóa học & Kỹ thuật mơi trường NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TẨY XẠ CỦA DUNG DỊCH BX-40.VN Nguyễn Thị Thoa*, Cao Văn Hiệp, Nguyễn Minh Cơng Tóm tắt: Bài báo trình bày kết điều chế dung dịch tẩy xạ BX-40.VN cho bề mặt vũ khí, trang bị sở kết hợp sodium dodecylbenzensolfonate, 2Butoxylethanol, Sodium metasilicate muối kim loại natri Khả tẩy xạ dung dịch thử nghiệm bề mặt nhôm, thép CT3 sơn thép CT3 Chất tẩy xạ BX-40.VN đạt hiệu tẩy xạ cao bề mặt nhôm bề mặt thép (trên 85%) hiệu tẩy xạ thấp (dưới 55%) bề mặt sơn thép Khả tẩy xạ mẫu dung dịch chế thử tương đương với chất tẩy xạ BX-40 Italia sản xuất Từ khóa: Chất tẩy xạ; Chất hoạt động bề mặt; BX-40 MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề nhiễm xạ người, địa hình, vũ khí trang bị, phương tiện, cơng trình… có tình cố phóng xạ, hạt nhân xảy khơng thể tránh khỏi Song song với việc phát triển thiết bị quan trắc, trinh sát, phát tác nhân phóng xạ hạt nhân, việc nghiên cứu, sản xuất chất tẩy xạ phương pháp tẩy xạ nhiệm vụ cấp thiết tình hình Bên cạnh chất, dung dịch tẩy xạ nghiên cứu, sản xuất dạng sản phẩm thương mại: BX-40, RDS2000, ContaminEx, EAI RadRelease II, SDF,SF-2, SF-2U, [1-6], nghiên cứu chất tẩy xạ hệ nước tiến hành có nhiều điểm đột phá , ] Tuy nhiên, chất tẩy xạ th o m u BX c a h ng Cristanini- talia v n chưa nghiên cứu, chế tạo nhu c u s dụng có c n thiết BX- chất tẩy xạ s dụng phổ biến Việt Nam nay, chất tẩy xạ hoạt động th o nguyên tắc s dụng thành ph n chất hoạt động bề mặt nhằm r a trơi chất bẩn, đồng vị phóng xạ khỏi bề mặt đối tượng nhiễm Đây chất tẩy xạ có hiệu tẩy xạ cao, khơng phá h y bề mặt sơn, nhôm, sắt vật liệu tổng hợp, an toàn với người s dụng thân thiện với mơi trường Tuy nhiên, chất tẩy xạ BX- có giá thành cao, thời gian đặt hàng lâu, không ch động việc cung cấp loại chất tẩy xạ để đáp ứng yêu c u nhiệm vụ tình hình Trên sở phân tích đặc tính hóa lý, thành ph n c a chất tẩy xạ BX-40, dung dịch tẩy xạ điều chế th nghiệm (BX- VN) nhằm mục đích thay cho chất tẩy xạ BX- nhập Bài báo trình bày kết phân tích thành ph n, xây dụng quy trình chế tạo hiệu tẩy xạ bề mặt khác c a chất tẩy xạ BX-40.VN, so sánh, đánh giá với chất tẩy xạ BX- talia sản xuất PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phân tích thành phần chất tẩy xạ BX-40 Chất tẩy xạ BX- phân tích yếu tố ngoại quan, pH, tỉ trọng thành ph n thông qua kỹ thuật phân tích khối phổ hồng ngoại 9], sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS) [10] kỹ thuật phân tích sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (LC-MS) [11] 2.2 Vật liệu, hóa chất điều chế trang thiết bị 2.2.1 Vật liệu Vật liệu s dụng để đánh giá hiệu tẩy xạ c a chất tẩy xạ bao gồm: m u thép CT3, sơn alkyd thép CT3 nhôm chuẩn bị sở TCVN :2 ( SO 8690:1988 – “Tẩy xạ cho bề mặt bị nhiễm xạ - Phương pháp th nghiệm đánh giá 116 N T Thoa, C V Hiệp, N M Công, “Nghiên cứu chế tạo … dung dịch BX-40.VN.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ tính dễ tẩy xạ”) 2.2.2 Hóa chất điều chế Trong nghiên cứu này, hóa chất s dụng trình điều chế th nghiệm chất tẩy xạ BX- VN bao gồm: Sodium Dod cyl B nz nsulfonat – SDBS (BASF – Đức); 2-Butoxy Ethanol (BASF – Đức), Sodium silicat (VMC -Việt Nam), Sodium Dihidro Phosphat (VMC – Việt Nam), Clorofoc (VMC – Việt Nam), Sodium Sulphat (VMC – Việt Nam), Ethanol (VMC – Việt Nam) Uranyl Ac tat (Hóa chất PTN), Thori Nitrat (Hóa chất PTN) Độ tinh khiết c a hóa chất 99%, PA 2.2.3 Trang thiết bị, dụng cụ Các trang thiết bị s dụng để đánh giá hiệu tẩy xạ c a dung dịch BX- chất tẩy xạ chế tạo th nghiệm bao gồm: Máy phân tích phổ hồng ngoại R Pr stig 21 (Shimadzu Europa GmbH – Đức); Thiết bị đo pH chuyên dụng HANNA (USA); Thiết bị đo sắc ký lỏng khối phổ (LC/MS); Thiết bị đo sắc ký khí khối phổ (GC/MC); Thiết bị đo phóng xạ SVG-2 (ThermoFisher -Đức); Thiết bị đo phóng xạ Radiag m-1000 (Mirion Techonologies – USA); Rados RDS-200 (Mirion Techonologies – USA); Máy khuấy từ gia nhiệt; Cân phân tích; Cốc th y tinh; Ống đong 2.2.4 Phương pháp chuẩn bị mẫu Đối với phương pháp phân tích phổ hồng ngoại R, m u chuẩn bị th o quy trình sau: Đong ml dung dịch, đưa vào t sấy khơ nhiệt độ ÷50℃ khoảng h, thu hồi cặn, nghiền cặn, nén viên tạo tiêu đo Các tiêu đánh số từ đến Các m u phân tích phổ hồng ngoại R bay tự nhiên, thu tinh thể kết tinh dung dịch nhớt Ph n tinh thể kết tinh sau r a nước cất tiến hành phân tích phổ hồng ngoại R l n Đối với phương pháp khối phổ, m u hịa tan dung mơi clorophoc, nh cxan, m tanol; làm nước m u natri sulfat; lọc m u μl c a h ng Whatman Các tiêu đánh số từ đến 2.3 Phương pháp đánh giá tiêu kỹ thuật chất tẩy xạ thử nghiệm 2.3.1 Các tiêu hóa lý Tương tự dung dịch tẩy xạ BX- , tiêu hóa lý c a dung dịch tẩy xạ chế tạo đánh giá th o tiêu chuẩn sau:  Giá trị pH: tiêu chuẩn TCVN 5 :1991 12]  Tỉ trọng : tiêu chuẩn TCVN 31 -1969 [13]  Độ nhớt động học: tiêu chuẩn ASTM D 5-11 [14]  Độ tạo bọt ổn định bọt: tiêu chuẩn TCVN TCN :199 15] 2.3.2 Xác định hiệu tẩy xạ dung dịch Các tiêu s dụng đánh giá hiệu tẩy xạ c a dung dịch th nghiệm gồm: thép CT3, sơn thép CT3, nhơm Đồng vị phóng xạ s dụng U 238 dạng hợp chất muối Uranyl Acetate (UO2(CH3CH2COO)2) đồng vị Thori Th232 dạng muối Thori Nitrate (Th(NO3)4) với hoạt độ l n lượt 13 25 Bq/ml Các tiêu đánh số gây nhiễm xạ th o phương pháp RDD Hoạt độ phóng xạ c a tiêu trước tẩy xạ (Ao) sau tẩy xạ (Af) xác định th o công thức (1) (2): A0  Nto  N p  I Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 (1) 117 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Af  Ntf  N p  I (2) Với Nto , N tf tốc độ đếm trước sau tẩy xạ; N p tốc độ đếm phơng trung bình;  hiệu suất ghi đỉnh lượng cường độ phát tia gamma từ nguồn Hiệu suất tẩy xạ H c a dung dịch xác định th o công thức (3): Af   H (%)  1   100(%) A0   (3) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân tích thành phần chất tẩy xạ BX-40 Các tiêu ngoại quan, pH tỷ trọng c a dung dịch tẩy xạ BX- trình bày bảng Bảng Đặc điểm ngoại quan, pH tỷ trọng dung dịch BX-40 Đơn TT Thông số Phương pháp đo Kết vị đo Quan sát mắt Dạng lỏng, khơng có tạp chất Dạng tồn thường học, m u vàng nhạt Mùi Hắc nhẹ TCVN 6492:2011 8,99 ± 0.053 pH (tại 19,5 ℃) Tan tốt tạo thành dung dịch đồng Khả hòa tan Pha trực tiếp nước cất thanol Khối lượng riêng g/ml TCVN 3731:2007 0,994 ± 0,019 (tại ℃) Hàm lượng chất % TCVN 10519:2014 13,737 ± 0,275 không bay Rf (Sắc ký TLC) 0,55 0,75 Kết phân tích pH, tỷ trọng tiêu ngoại quan dung dịch tẩy xạ BX-40 hoàn toàn trùng khớp với kết nhà sản xuất công bố Kết phân tích chất tẩy xạ BXdưới dạng dung dịch dạng kết tinh thiết bị phân tích phổ hồng ngoại R Pr stig 21 trình bày hình (a) (b) Hình Kết phân tích phổ hồng ngoại chất tẩy xạ BX-40 dạng dung dịch (a) dạng kết tinh sau bay tự nhiên (b) 118 N T Thoa, C V Hiệp, N M Công, “Nghiên cứu chế tạo … dung dịch BX-40.VN.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Các liên kết đặc trưng dung dịch chất kết tinh quan sát rõ phổ hồng ngoại thu được: i) Dao động hóa trị c a nhóm –OH (a 2, cm-1, a 33,62 cm-1, a 339 , cm-1, a 333 ,1 cm-1, a 32 ,35 cm-1); ii) Dao động hóa trị c a liên kết nhóm –CH2- c a nhóm ankyl (a 2919, cm-1); iii) Dao động c a nhóm –C=O có chứa vịng b nz n (a 1646,80 cm-1, a 61,12 cm-1); iv) Dao động biến dạng c a nhóm –OH (a 5,32 cm-1); v) Dao động hóa trị c a liên kết C-O (a 1139,2 cm-1, a 1115,80 cm-1) Từ kết c a phổ hồng ngoại dự đốn thành ph n c a BX- hỗn hợp c a nhiều chất khác có chứa nhóm chức rượu, axit, axit hữu có chứa vịng b nz n Phổ sắc ký khí khối phổ sắc ký lỏng khối phổ trình bày hình Kết phân tích phổ MS m u chất cho thấy, đỉnh phổ LC đặc trưng cho cấu t có m u Sodium Dod cylb nz nsolfonat (C18H29NaO3S) (tR = 7,247; 23,16 25,5 phút) với M+ , m/z M u có thời gian lưu phổ LC 3,9 phút c a cấu t 2-Butoxyetanol (C6H14O2) với M+ 11 ,9 m/z (a) (b) (c) Hình Kết phân tích chất tẩy xạ BX-40 sắc ký lỏng khối phổ (a) sắc ký khí khối phổ (b)(c) 3.2 Quy trình chế tạo chất tẩy xạ BX-40.VN Từ số liệu cung cấp từ nhà sản xuất kết phân tích định tính thành ph n c a m u dung dịch tẩy xạ BX- , nhóm nghiên cứu xác định thành ph n c a m u dung dịch tẩy xạ bao gồm: Chất hoạt động bề mặt anion: Sodium dod cylb nz nsolfonat (< 5%); Chất hoạt động bề mặt không ion: 2-Butoxylethanol (5 – 15 %); Chất nhũ hóa huyền phù: Sodium m tasilicat (< 5%); Chất tạo màu; Nước cất Bảng Thành phần 100ml dung dịch chất tẩy xạ BX-40.VN STT Tên hóa chất Khối lượng, thể tích Sodium dodecylbenzensolfonate (SDBS) 5g Na2SiO3.9H2O 2-Butoxylethanol NaH2PO4 H2O Chất tạo màu 0,95 g 10 ml 0,5g 90 ml Vừa đ Sau trình th nghiệm số đơn pha chế với tỷ lệ thành ph n khác dựa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 119 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường chất đ xác định, nhóm nghiên cứu rút đơn pha chế với tỷ lệ thành ph n đưa bảng Chất tẩy xạ th nghiệm chế tạo th o quy trình sau: - Cân 5g SDBS đong ml nước cất cho vào cốc th y tinh (dung tích 25 ml), khuấy với tốc độ 35÷ vịng/phút, nhiệt độ 25÷30℃ đến tan hết, dung dịch chất hoạt động bề mặt anion - Đong ml 2-Butoxyl thanol rót từ từ vào cốc th y tinh chứa chất hoạt động bề mặt anion, đồng thời khuấy với tốc độ 35÷ vịng/phút nhiệt độ 25÷30 ℃ đến dung dịch đồng nhất, tạo thành bán thành phẩm Tiếp tục bổ sung ,95g Na2SiO3, tiếp tục khuấy đến tan hết Na2SiO3, thu bán thành phẩm Sau bổ sung ,5g NaH2PO4 phụ gia tạo màu, tiếp tục khuấy vòng – 15 phút để ổn định vòng 30 phút Dung dịch tạo thành có màu vàng, suốt Một số tiêu kỹ thuật c a chất tẩy xạ th nghiệm trình bày bảng Bảng Một số tiêu kỹ thuật dung dịch tẩy xạ BX-40.VN Chỉ tiêu Dung dịch tẩy xạ thử nghiệm pH 10,09 Tỷ trọng 0,986 Mùi Hắc nhẹ Màu Vàng Dạng tồn Chất lỏng đồng So sánh với kết phân tích dung dịch tẩy xạ BX- ph n 3.1, nhận thấy dung dịch tẩy xạ chế tạo th nghiệm có thơng số kỹ thuật tương đương với chất tẩy xạ BXdo talia sản xuất Mặt khác, phân tích thành ph n chất tẩy xạ chế tạo hệ sắc ký khí khối phổ sắc ký lỏng khối phổ cho kết nhóm đặc trưng hồn tồn trùng khớp với chất tẩy xạ BX- Phổ hồng ngoại m u dung dịch tẩy xạ chế tạo th nghiệm trình bày hình Hình Kết phân tích phổ hồng ngoại chất tẩy xạ BX-40.VN 3.3 Đánh giá hiệu tẩy xạ dung dịch chế tạo Chất tẩy xạ pha lo ng tới nồng độ % trước phun lên bề mặt nhiễm xạ Hỗn hợp chất hoạt động bề mặt dung dịch làm giảm sức căng bề mặt, tăng khả thấm ướt c a dung dịch lên bề mặt nhiễm, tạo bọt lên bề mặt Các mix n c a chất hoạt động bề mặt tách chất phóng xạ khỏi bề mặt nhiễm, đồng thời ph lớp mỏng lên bề mặt ngăn chất phóng xạ bám ngược lại bề mặt nhiễm Sau thời gian phản ứng (khoảng ÷20 120 N T Thoa, C V Hiệp, N M Công, “Nghiên cứu chế tạo … dung dịch BX-40.VN.” Nghiên cứu khoa học công nghệ phút), bề mặt đối tượng nhiễm r a dễ dàng nước Bảng Hiệu tẩy xạ chất tẩy xạ BX-40 BX-40.VN bề mặt vật liệu Hiệu suất tẩy xạ (%) BX-40.VN BX-40 STT Mẫu Sau tẩy xạ l n Sau tẩy xạ l n Sau tẩy xạ l n Sau tẩy xạ l n2 Bề mặt sơn 86,08 90,37 alkyd Bề mặt 74,87 87,71 80,96 92,74 thép CT3 Bề mặt 42,17 54,42 55,43 63,80 nhôm Hiệu tẩy xạ c a dung dịch tẩy xạ BX- VN dung dịch tẩy xạ BX-40 bề mặt thép CT3, sơn alkyd thép CT3 nhơm trình bày bảng Từ kết bảng cho thấy hiệu suất tẩy xạ c a dung dịch tẩy xạ BX-40.VN BX- bề mặt vật liệu nhiễm phóng xạ U238 tương đối cao bề mặt sơn thép CT3, mức trung bình bề mặt nhơm Như vậy, bề mặt nhẵn chất phóng xạ khơng thể thấm sâu vào vật liệu: Thép CT3, sơn thép CT3 hiệu suất tẩy xạ BX-40.VN BX- đạt % đến %, bề mặt không nhẵn nhơm, chất phóng xạ vào kh hở bề mặt hiệu suất tẩy xạ giảm, đạt 40÷6 % Các kết so sánh đối chứng cho thấy hiệu tẩy xạ c a dung dịch BX.VN với sản phẩm thương mại BX- tương đương KẾT LUẬN Nghiên cứu đ phân tích, khảo sát thành ph n chất tẩy xạ BX- số phương pháp hóa lý: phân tích pH, thành ph n hóa học để làm sở tiếp cận cho nghiên cứu chế tạo dung dịch chất tẩy xạ tương đương Bước đ u đ điều chế dung dịch BX- VN th o m u BX-4 từ sodium dodecylbenzensolfonate 2-Butoxyl thanol Đ xây dựng thành ph n đơn quy trình chế tạo chất tẩy xạ sở nguyên liệu phân tích Qua đánh giá đặc tính kỹ thuật đánh giá khả tẩy xạ cho thấy dung dịch tẩy xạ BX- VN có hiệu tẩy xạ tương đương với m u chất tẩy xạ nhập BX- số bề mặt vật liệu khảo sát Tuy nhiên, nghiên cứu chưa khảo sát thông số: độ biến tính c a sản phẩm th o thời gian niêm cất; hiệu tẩy xạ phụ thuộc vào điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm Để khảo sát thông số c n phải th o dõi sản phẩm nghiên cứu thời gian dài Trong thời gian tới nhóm thực tiếp tục nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện, phát triển sản phẩm để nội địa hóa sản xuất, sẵn sàng sản xuất số lượng lớn đáp ứng nhu c u huấn luyện sẵn sàng chiến đấu Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn tài trợ kinh phí từ đề tài “Nghiên cứu thăm dò khả chế tạo chất tẩy xạ bề mặt cho vũ khí trang bị theo kiểu BX-40” TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BX-40 LIQUID (CRISTANINI SPA), Via Porton, 537010 Rivoli, Veronese (VR), Italy [2] RDS 2000 (Kärcher Futuretech GmbH), Alfred-Schefenacker-Str 1, 71409 Schwaikheim, Germany [3] ContaminEX ® Decontamination Fluid (Maclin Sourcing Solutions Limited), Unit A3, Risby Business Park, Newmarket Road, Risby, Suffolk, IP28 6RD, UK Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 121 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường [4] EAI Rad-release I, EAI Rad-release II (Environmental Alternatives, Inc.), 33 Whittemore Farm Road, Swanzey, NH 03446, USA [5] CASCAD™ SDF, CASCAD™ UDF (All n-Vanguard Technologies Inc.), 2400 St Laurent, Blvd Ottawa, K1G 6C4, CANADA [6] SF-2U (СФ-2У), (LLC C nt r for Compl x Suppli s), 12 55 , Moscow, st Pryanishnikova, Russia [7] N.V Hoàng, Đ.X Trường, N.K.H Việt (2 ), “Nghiên cứu chế tạo chất tẩy xạ dùng cho vũ khí trang bị kỹ thuật”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số , 10/2018, 123-128 [8] L.V.Cương (2 ), Báo cáo tổng kết đề tài cấp Tổng cục, “Nghiên cứu chế tạo chất tiêu độc theo mẫu GDS 2000 BX 24” [9] Stuart, B (2005) Infrared Spectroscopy In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, (Ed.) [10] Santos, F J., & Galceran, M T (2003) “Modern developments in gas chromatography–mass spectrometry-based environmental analysis” Journal of Chromatography A, 1000(1-2), 125–151 [11] Pitt, James J (2017) "Principles and Applications of Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Clinical Biochemistry" The Clinical Biochemist Reviews 30 (1): 19–34 12] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5 :1991 (ST SEV 59-79), “Chất tẩy rửa tổng hợp - phương pháp xác định số nồng độ ion hidro (độ pH)”, Bộ Khoa học Công nghệ 13] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 31 :1969, “Tỷ trọng nước nhiệt độ từ đến 100oC”, Bộ Khoa học Công nghệ ] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 31 1:2 11 (ASTM D -11), “Chất lỏng dầu mỏ suốt không suốt – Phương pháp xác định độ nhớt động học (và tính tốn độ nhớt động lực)”, Bộ Khoa học Công nghệ [15] Tiêu chuẩn ngành TCN :199 , “Chất tẩy rửa tổng hợp kem giặt tổng hợp phương pháp thử”, Bộ Khoa học Công nghệ ABSTRACT AN EMPIRICAL STUDY ON MANUFATURING AND DECONTAMINATION EFFICIENCY OF BX-40.VN SOLUTION In this paper, the results of the preparation of BX-40.VN radioactive decontamination solution for weapons, equippments surface on the basis of a combination of sodium dodecylbenzensolfonate, 2-Butoxylethanol, Sodium metasilicate and sodium metal salt are presented The decontamination capability of the solution was tested on aluminum surfaces, CT3 steel and painted on CT3 steel surfaces Proposed decontamination solution is highly effective on aluminum and steel surfaces (over 85%) and less effective on steel-painted surfaces (less than 55%) The decontaminated efficiency of the proposed solution is similar to that of some commercial solutions such as Italian-made BX-40 Keywords: Radiation decontamination solution; Surfractant; BX-40 Nhận ngày 20 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 02 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 03 tháng năm 2020 Địa chỉ: Viện Hóa học mơi trường qn sự/Binh ch ng Hóa học Email: nguyenthoa201086@gmail.com * 122 N T Thoa, C V Hiệp, N M Công, “Nghiên cứu chế tạo … dung dịch BX-40.VN.” ... 63,80 nhôm Hiệu tẩy xạ c a dung dịch tẩy xạ BX- VN dung dịch tẩy xạ BX-40 bề mặt thép CT3, sơn alkyd thép CT3 nhôm trình bày bảng Từ kết bảng cho thấy hiệu suất tẩy xạ c a dung dịch tẩy xạ BX-40.VN. .. quy trình chế tạo chất tẩy xạ sở nguyên liệu phân tích Qua đánh giá đặc tính kỹ thuật đánh giá khả tẩy xạ cho thấy dung dịch tẩy xạ BX- VN có hiệu tẩy xạ tương đương với m u chất tẩy xạ nhập BX-... ? ?Nghiên cứu chế tạo … dung dịch BX-40.VN. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ phút), bề mặt đối tượng nhiễm r a dễ dàng nước Bảng Hiệu tẩy xạ chất tẩy xạ BX-40 BX-40.VN bề mặt vật liệu Hiệu suất tẩy