Nghiên cứu quá trình hấp phụ Cs+ bởi vật liệu nano Ni2[Fe(CN)6] và Ni3[Fe(CN)6]2

Quá trình hấp phụ ion Cs+ của vật liệu Ni2[Fe(CN)6] với hiệu suất tốt nhất ở trong dãy pH từ 3 đến 5, dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu ở pH=4 đối ion Cs+ là 1,01 meq/g. Phản ứng đạt cân bằng trong thời gian khoảng 15 phút và ion Cs+ bị loại khỏi dung dịch lên đến 98%.

TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Cs+ BỞI VẬT LIỆU NANO Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Nguyễn Đình Trung1 Lê Thị Hà Lan2 Đồn Phương Hồng Ngọc1 TĨM TẮT Đã điều chế Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 có kích thước nano mét làm vật liệu loại bỏ ion Cs+ khỏi dung dịch So sánh loại vật liệu này, Ni2[Fe(CN)6] có dung lượng hấp phụ ion Cs+ cao thời gian phản ứng ngắn so với Ni3[Fe(CN)6]2 Quá trình hấp phụ ion Cs+ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] với hiệu suất tốt dãy pH từ đến 5, dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu pH=4 đối ion Cs+ 1,01 meq/g Phản ứng đạt cân thời gian khoảng 15 phút ion Cs+ bị loại khỏi dung dịch lên đến 98% Cả hai mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich khơng thể mơ tả q trình hấp phụ Do Ni2[Fe(CN)6] có dung lượng trao đổi cực đại lớn, thời gian đạt cân trao đổi nhanh, dễ tổng hợp, giá thành tổng hợp thấp nên chất trở thành chất hấp phụ hấp dẫn đầy hứa hẹn việc xử lý ion Cs+ nước Từ khóa: Cesium, hấp phụ, Ni2[Fe(CN)6], Ni3[Fe(CN)6]2, vật liệu nano Mở đầu thải vào biển lan tỏa khắp Sự phát triển ngành công đại dương nghiệp hạt nhân sản sinh số Theo Cơ quan Năng lượng ngun chất thải có tính phóng xạ, nguyên tử quốc tế (IAEA), năm 2016 ba tố có thời gian bán rã lên đến hàng chục nhà máy điện hạt nhân Trung Quốc 137 năm Chất phóng xạ cesium ( Cs) nằm vị trí gần với Việt Nam tạo trình phân hạch, bắt đầu vào hoạt động Ba nhà máy chiếm 6,3% sản phẩm phụ q trình điện hạt nhân phía nam Trung Quốc phân hạch nguyên nhân gây vừa vào vận hành thương mại gồm nhiễm phóng xạ từ cố hạt nhân Phòng Thành (Quảng Tây) công suất chất thải hạt nhân [1] Năm 2011, 1000 MW, Trường Giang (Quảng Đơng) sóng thần xảy Nhật Bản 600 MW tổ máy 650 MW Sương động đất Kết là, nhà máy điện hạt Giang (đảo Hải Nam) Nhà máy điện nhân Fukushima Daiichi bị kiểm hạt nhân Phòng Thành cách Quảng sốt nhiệt độ bên lị phản ứng, dẫn Ninh khoảng 50km Nhà máy điện đến nổ lị phản ứng, Xương Giang đảo Hải Nam cách nguyên nhân phát tán phóng xạ đảo Bạch Long Vĩ Việt Nam cesium vào môi trường [2] Một lượng 100km Xa Nhà máy điện lớn nước thải bị nhiễm phóng xạ Trường Giang cách biên giới Trường Đại học Đà Lạt Email: trungnd@dlu.edu.vn Trường THPT Trần Phú - Đà Lạt 133 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 Việt Nam 200 km [3] Nghiên cứu xác định nhanh hoạt độ đồng vị phóng xạ mơi trường nước vấn đề cần thiết làm thường xuyên, để làm sở cho việc quan trắc, cảnh báo nhanh phóng xạ mơi trường nước nhà máy điện hạt nhân gây trình hoạt động trường hợp xảy cố hạt nhân việc làm cần quan tâm Chất phóng xạ Cesium có độ hịa tan cao nước, có chu kỳ bán rã 30,2 năm có chế hoạt động hóa học tương tự với ion kali thể sinh vật Chính vậy, cesium bị thể người hấp phụ, tập trung nhiều khó bị đào thải, cesium gây nhiều loại ung thư khác [4] Vì lý này, vấn đề phát triển kỹ thuật để nhận biết loại bỏ cesium có tính phóng xạ nhà khoa học tập trung nghiên cứu Trong kỹ thuật quan trắc xử lý mơi trường, có nhiều kỹ thuật tách chiết, làm giàu cesium chiết lỏng – lỏng, đồng kết tủa, hấp phụ… Tuy nhiên, số kỹ thuật áp dụng hấp phụ cho kỹ thuật đơn giản kinh tế Các cơng trình nghiên cứu trước sử dụng zeolit [5], amoni molybdophosphate (AMP), silicotitanate (CST) [6] phức chất ferrocyanide kim loại chuyển tiếp [7] làm chất hấp phụ cesium Trong số này, phức chất ferrocyanide - kim loại chuyển tiếp 134 ISSN 2354-1482 biết có tính hấp phụ chọn lọc cao cesium [8] Các phức chất ferrocyanide kim loại chuyển tiếp làm vật liệu hấp phụ cesium có tính chọn lọc Nikel hexacyanoferate dạng nano việc ứng dụng làm chất bán dẫn việc oxy hóa alcohol vịng thơm phương pháp điện hóa, ngồi chúng cịn có khả trao đổi ion với kim loại hóa trị (I) [9-11] Trong hai dạng phức Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 có khả làm chất xúc tác hay chất bán dẫn để oxy hóa phân hủy chất màu cơng nghiệp dệt, loại vật liệu cịn có khả trao đổi ion với kim loại có hóa trị (I) Cs Tuy nhiên, cấu trúc phân tử xếp điện tử khác nên chúng có khả trao đổi ion với kim loại hóa trị (I) khác Ứng dụng khả xử lý hợp chất màu công nghiệp oxy hóa benzyl alcohol Nikel hexacyanoferate đa dạng loại vật liệu xử lý môi trường Trong khuôn khổ báo này, nghiên cứu tổng hợp Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 kích thước nano khảo sát trình, dung lượng chế hấp phụ cesium lên loại vật liệu Nguyên vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên vật liệu Dung dịch chuẩn gốc Cs+ 1000 mg/L (Merck), dung dịch CsCl ứng với nồng độ dùng nghiên cứu TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 pha từ muối CsCl (Merk); reflection X-ray fluorescence (TXRF) K4[Fe(CN)6] ; K3[Fe(CN)6]; NiSO4 S2 Picofox Bruker Phân tích, xử lý số 7H2O (Merk) Dung dịch HNO3 (0,01– liệu, vẽ đồ thị phần mềm 0,5 N) NaOH (0,01–1N) dùng Originlab 8.5.1 để chỉnh pH cần thiết 2.2 Tổng hợp vật liệu hấp phụ Ni [Fe(CN) 6] Ni3[Fe(CN)6]2 [12, 13] Cesium dung dịch Tổng hợp vật liệu theo hai phương vật liệu hấp phụ xác định trình phản ứng: thiết bị Shimadzu AA7000 Total 2NiSO4 + K4[Fe(CN)6] → Ni2[Fe(CN)6] + 2K2SO4 (1) 3NiSO4 + 2K3[Fe(CN)6] → Ni3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4 (2) Hòa tan 0,15 (mol) muối NiSO4 vào 750mL nước cất lần cho vào bình phản ứng Thêm 250 mL dung dịch K4[Fe(CN)6] 0,05 (mol/L) từ thiết bị nhỏ giọt vào bình phản ứng Trong suốt trình phản ứng, kết hợp siêu âm với tần số 50Hz khuấy với tốc độ 1200 vòng/phút, nhiệt phản ứng trì 45OC Kết thúc trình phản ứng, sản phẩm có màu xám Ni2[Fe(CN)6] theo phương trình phản ứng (1) Sản phẩm tách khỏi dung dịch phản ứng cách ly tâm 10 phút với tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa lần nước cất, sấy khô nhiệt độ 60OC dùng cho nghiên cứu phương trình phản ứng (2) Sản phẩm tách khỏi dung dịch phản ứng cách ly tâm 10 phút tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa lần nước cất, sấy khô nhiệt độ 60OC dùng cho nghiên cứu Hòa tan 0,2 (mol) muối NiSO4 vào 750ml nước cất lần cho vào bình phản ứng Thêm 250 mL dung dịch K3[Fe(CN)6] 0,05 (mol/L) từ thiết bị nhỏ giọt vào bình phản ứng Trong suốt trình phản ứng, kết hợp siêu âm với tần số 50Hz khuấy với tốc độ 1200 vịng/phút nhiệt phản ứng trì 45OC Kết thúc q trình phản ứng, sản phẩm có màu vàng nhạt Ni3[Fe(CN)6]2 theo 2.4 Nghiên cứu trình hấp phụ ion cesium (Cs+) vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 2.3 Xác định tính chất vật liệu hấp phụ Phổ XRD vật liệu chụp thiết bị nhiễu xạ Scintag-XDS2000 với bước sóng Cu Kα (λ=1,54059) góc độ qt 2θ 44,9OC Hình thái vật liệu chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (JEOL JEM-1400 Transmission Electron Microscope) kết hợp tán xạ tia X (EDS-TEM) 135 2.4.1 Xác định dung lượng hấp phụ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Để an tồn q trình nghiên cứu, cesium (Cs+) phục vụ cho nghiên cứu muối cesium đồng vị bền TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 Cân 0,1g vật liệu hấp phụ cho vào bình tam giác 250 mL thêm vào 100 mL dung dịch chứa ion Cs+ với dãy nồng độ từ 100 đến 500 mg/L tùy theo điều kiện nghiên cứu Nồng độ ion thiết bị nghiên cứu khơng điều chỉnh suốt q trình hấp phụ Bình hấp phụ đậy kín lắc máy lắc (IKA HS 260 basic USA) với tốc độ 180 vòng/phút liên tục 24 để đảm bảo trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, nhiệt độ thực q trình hấp phụ nhiệt độ phịng (25OC), trì giá trị pH=5,0 Sau kết thúc phản ứng, vật liệu hấp phụ tách loại ly tâm 10 phút (Universal 320- Germany) 10.000 vịng/phút, sau lọc qua màng lọc 0,24 µm dịch lọc phân tích thiết bị AAS TXRF ISSN 2354-1482 bình tam giác 250 ml, thêm vào 100 mL dung dịch chứa ion Cs+ với nồng độ 0,3 mg/L, nhiệt độ giá trị pH = 4,0 trì suốt trình hấp phụ Bình hấp phụ đậy kín lắc máy lắc (IKA HS 260 basic USA) với tốc độ 180 vòng/phút Sau phút phản ứng, liên tục lấy mẫu sau phút Sau lấy mẫu, tất mẫu xử lý mô tả phân tích ion Cs+ thiết bị AAS TXRF Chuẩn bị 25 bình phản ứng, cân 0,1g chất hấp phụ Ni3[Fe(CN)6]2 cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào 100 mL dung dịch chứa ion Cs+ với nồng độ 0,3 mg/L, nhiệt độ giá trị pH =4,0 trì suốt trình hấp phụ Bình hấp phụ đậy kín lắc máy lắc (IKA HS 260 basic USA) với tốc độ 180 vòng/phút Sau phút phản ứng, liên tục lấy mẫu sau phút Sau lấy mẫu, tất mẫu xử lý mơ tả phân tích ion Cs+ thiết bị AAS TXRF 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion Cs+ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Giá trị pH dung dịch điều chỉnh đến thang giá trị nghiên cứu pH 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0 dung dịch HNO3 hay NaOH (0,011N) Sau 24 phản ứng, vật liệu hấp phụ tách loại ly tâm 10 phút (Universal 320- Germany) 10.000 vịng/phút, sau lọc qua màng lọc 0,24 µm dịch lọc phân tích thiết bị AAS TXRF Các quy trình thực suốt trình nghiên cứu Hàm lượng cesium hấp phụ tính thay đổi nồng độ ban đầu hàm lượng lại cesium trong dung dịch khối lượng vật liệu hấp phụ Hàm lượng cesium bị hấp phụ 2.4.3 Khảo sát tốc độ phản ứng Chuẩn bị 25 bình phản ứng, cân 0,3g chất hấp phụ Ni2[Fe(CN)6] cho vào tính theo cơng thức sau: 136 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 Trong q hàm lượng cesium bị hấp phụ hay dung lượng hấp phụ vật liệu (mg/g chất hấp phụ); Ci Ce nồng độ ion Cs+ trước sau hấp phụ tương ứng (mg/mL), V thể tích dung dịch (mL), B khối lượng vật liệu hấp phụ sử dụng (g) ISSN 2354-1482 Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 thể hình 300 250 Ln(counts) 200 Phương trình hấp phụ Langmuir 150 100 Ni3[Fe(CN)6] 50 qe Ni2[Fe(CN)6] Trong qe lượng ion Cs+ bị hấp phụ vật liệu (mg/g), qm dung lượng hấp phụ cực đại ion Cs+, Ce nồng độ đầu điểm trình hấp phụ (mg/L), b số thực nghiệm Phương Freundlich trình hấp 10 20 30 40 50 60 70 80 2theta Hình 1: Phổ XRD Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Theo kết phổ đồ XRD Hình 1, ta thấy giá trị theta 15,2; 17; 25; 31; 35; 40; 44; 45; 45,5; 50; 54; 57 peak đặc trưng Ni3[Fe(CN)6]2 Khi so sánh kết phân tích phổ đồ với công bố trước Ali cộng [14] có tương đồng phụ Với qe lượng ion Cs+ bị hấp phụ vật liệu (mg/g), K, n số thực nghiệm phản ứng đạt trạng thái cân Phổ đồ XRD Ni2[Fe(CN)6]2 cho thấy giá trị theta hoàn tồn trùng khớp với chuẩn theo Hình [15], với đường (1) mẫu thực, đường (2) chuẩn 1010373.cif, phân tích phần mềm Fullfrop suit 072017 Kết thảo luận 3.1 Tính chất vật liệu hấp phụ Tính chất vật liệu dùng cho nghiên cứu xác định thông qua phổ XRD TEM loại vật liệu Kết nghiên cứu phổ XRD (1) (2) Hình 2: Phổ XRD Ni2[Fe(CN)6] so sánh với chuẩn 1010373.cif Hình thái vật liệu chụp với phổ tán sắc lượng tia X (JEOL JEM1400 Energy-dispersive X-ray) 137 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 (A1)TEM Ni3[Fe(CN)6]2 (A2)TEM + lớp tán xạ Ni (A3)TEM + lớp tán xạ Fe (B1) TEM of Ni2Fe(CN)6 (B2) TEM + lớp tán xạ Ni (B3) TEM + lớp tán xạ Fe Hình 3: Ảnh EDX-TEM Ni3[Fe(CN)6]2 Ni2[Fe(CN)6] Từ hình cho thấy dạng vật liệu Ni3[Fe(CN)6]2 Ni2[Fe(CN)6] có kích thước nano mét nhiên Ni3[Fe(CN)6]2 có cấu trúc mạng tinh thể phức tạp so với Ni2[Fe(CN)6] trình phản ứng chuyển dạng Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 dạng phức không tan Theo phương trình (3), (4) tổng hợp vật liệu, NiSO4 thiếu sản sinh dạng muối phức K2Ni[Fe(CN)6]; K2Ni2[Fe(CN)6]2 tan Trong trình tổng hợp dạng nano lượng dư muối NiSO4 thúc đẩy NiSO4 (dư) + K4[Fe(CN)6] → Ni2[Fe(CN)6] + 2K2SO4 NiSO4 (dư) + 2K3[Fe(CN)6] → Ni3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4 Khi phân tích phổ XRD vật liệu phần mềm Fullfrop suit 072017 kết hợp với phổ EDX-TEM Ni3[Fe(CN)6]2 Ni2Fe(CN)6 (hình 1, 2, 3) Nikel hexacyanoferate có cấu (3) (4) trúc mạng lưới hệ tinh thể xếp khối lập phương với Cấu trúc khối lập phương xếp tổ hợp nguyên tố (Ni, Fe), niken sắt đặt 138 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 mạng khối trung tâm Các nguyên tử xếp theo cách mà nguyên tử sắt bao quanh nguyên tử nitơ nguyên tử nikel bao quanh nguyên tử carbon cấu trúc đề xuất hình Cấu trúc tương đồng với ISSN 2354-1482 cơng trình nghiên cứu Wu cộng [16] nghiên cứu cấu trúc Prussian blue Theo Wu cộng sự, nhiệt độ tổng hợp vật liệu có ảnh hưởng đến trật tự xếp nguyên tử, ảnh hưởng đến hình thái vật liệu Hình 4: Cấu trúc tinh thể Nikel hexacyanoferate 3.2 Quá trình hấp phụ cesium (Cs ) vật liệu Quá trình hấp phụ thực nhiệt độ 25OC pH=5,0 Kết dung lượng hấp phụ ion Cs+ lên vật 3.2.1 Xác định dung lượng hấp phụ liệu thể bảng Khi đạt vật liệu Ni2[Fe(CN)6] trạng thái cân lượng Cs+ Ni3[Fe(CN)6]2 dung dịch tính theo công thức mục 2.4.3 + Bảng 1: Dung lượng hấp phụ ion Cs Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 theo thang nồng độ Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Số mili Số mili Dung Dung Nồng độ đương đương lượng hấp Nồng độ lượng hấp + dung dịch lượng Cs lượng Cs+ phụ Cs+ dung dịch phụ Cs+ (mg/L) bị hấp phụ bị hấp phụ (mg/g) (mg/g) (meq/g) (meq/g) 99,996 49,899 0,375 99,996 49,62186 0,373 169,572 84,565 0,636 169,572 84,26412 0,634 203,204 100,176 0,754 203,204 100,5861 0,757 255,986 120,639 0,908 255,986 124,6648 0,953 292,506 133,527 1,005 292,506 122,5825 0,994 354,327 134,422 1,011 354,327 124,422 0,936 399,415 132,779 0,999 399,415 122,779 0,924 450,011 133,559 1,005 450,011 123,559 0,949 500,193 132,123 0,994 500,193 122,123 0,919 + 139 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 Dùng phần mềm Originlab 8.5.1 để phân tích kết bảng 1, thơng số q trình hấp phụ đẳng nhiệt ion Cs+ lên vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 theo mô hình Langmuir Freundlich thể hình 5, bảng Kết từ bảng cho thấy, đạt trạng thái cân nồng độ Cs+ có tăng lên dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu không tăng Đối với vật liệu Ni2[Fe(CN)6], dung lượng hấp phụ cực đại dao động từ 133-134,5 mg/g cịn Ni3[Fe(CN)6]2 dung lượng hấp phụ cực đại dao động từ 122-124,5 mg/g Bảng 2: Các thơng số phương trình hấp phụ Langmuir Freundlich ion Cs+ vật liệu hấp phụ Vật liệu hấp phụ Ni2[Fe(CN)6] Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Ion bị hấp phụ qm (mg/g) b R2 + Cs 208,440 0,004 0,873 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Ion bị hấp phụ KF (mg/g) 1/n R2 + Cs 8,163 0, 465 0,791 Vật liệu hấp phụ Ni3[Fe(CN)6]2 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Ion bị hấp phụ qm (mg/g) b R2 Cs+ 178,994 0,005 0,814 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Ion bị hấp phụ KF (mg/g) 1/n R2 Cs+ 11,115 0, 403 0,708 thuyết Tuy nhiên, giá trị R2 Phương trình hấp phụ Langmuir theo lý thuyết khoảng 0,708 - 0,790 hai ; nhiên, trường hợp thấp Quá trình hấp giá trị b số liệu thực nghiệm tiến phụ ion Cs+ nước hai loại vật giá trị zero đồng thời dung lượng hấp liệu Ni2[Fe(CN)6] phụ cực đại theo tính tốn (qmax) Ni3[Fe(CN)6]2 không tuân theo quy luật trình lớn nhiều so với giá trị thực hấp phụ đơn thuần, nên mơ hình hấp nghiệm hai vật liệu hấp phụ phụ Langmuir Freundlich khơng thể Xét thơng số q trình hấp phụ đạt mơ tả q trình Điều có đến trạng thái cân riêng tương đồng với cơng bố nhóm tác mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich giả B Li cộng [12] có giá trị 1/n < phù hợp với lý 140 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 130 140 120 110 120 qe(mg/g) qe(mg/g) 100 100 Cs+/Ni2[Fe(CN)6] Langmuir isotherm curve Freundlich isotherm curve 80 90 80 Cs+/Ni3[Fe(CN)6]2 70 Langmuir isotherm curve Freundlich isotherm curve 60 60 50 40 40 100 100 200 300 400 200 500 300 400 500 Ce(mg/L) Ce(mg/L) Hình 5: Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 ion Cs+ 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion Cs+ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 Riêng Ni3[Fe(CN)6]2 thay đổi pH không ảnh hưởng nhiều đến trình hấp phụ Trong dãy pH từ 3-7, dung lượng hấp phụ gần không thay đổi nhiều, cấu trúc hình khối lập phương vật liệu, trình thay đổi mơi trường dung dịch, để ứng phó thay đổi phân tử có dịch chuyển điện tích Tại giá trị pH 2, 8, dung lượng hấp phụ giảm Kết thực nghiệm thể qua hình 6, Ni2[Fe(CN)6] giá trị pH=2 trình hấp phụ gặp khó khăn, dung lượng hấp phụ vật liệu thấp Khi giá trị pH 3,4,5 dung lượng hấp phụ trình đạt giá trị cực đại, đến pH đạt đến giá trị 6, 7, 8, dung lượng hấp phụ giảm Ni bề mặt chất hấp phụ bị hydrat hóa, tạo thành lớp màng bề mặt chất hấp phụ, hạn chế trình tiếp xúc ion Cs+ lên bề mặt chất hấp phụ thay đổi điện tích dung dịch, làm cho ion Cs+ không tương tác hút tĩnh điện với bề mặt Từ kết cho thấy trình hấp phụ ion Cs+ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] đạt dung lượng hấp phụ cao nhất, giá trị pH từ 3-5 pH =4,0 giá trị hấp dung cực đại Ni2[Fe(CN)6] 134 mg/g 140 120 qe(mg/g) 100 80 Ni3[Fe(CN)6]2 60 Ni2[Fe(CN)6] 40 pH Hình 6: Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ ion Cs+ lên vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 141 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 3.2.3 Khảo sát tốc độ phản ứng ISSN 2354-1482 Ni2[Fe(CN)6] Đối với Ni3[Fe(CN)6]2 trình hấp phụ đạt trạng thái cân chậm, phản ứng đạt cân phải đến 20 ion Cs+ bị loại khỏi dung dịch 91% Tốc độ phản ứng loại vật liệu Ni3[Fe(CN)6]2 chậm cấu trúc loại vật liệu có cân mặt điện tích, cấu trúc bền vững nên q trình hấp phụ khó xảy Quá trình hấp phụ thực theo mục 2.4.3 phản ứng thực giá trị pH=4, trình khảo sát tốc độ phản ứng thí nghiệm dùng nồng độ Cs+ dung dịch loãng Kết thể hình Từ kết cho thấy phản ứng đạt cân thời gian khoảng 15 phút ion Cs+ bị loại khỏi dung dịch lên đến 98% 100 100 80 % ion Cs+ removed % ion Cs+ removed 80 60 40 % ion Cs+ removed by Ni2[Fe(CN)6] 60 40 20 20 % ion Cs+ removed by Ni3[Fe(CN)6] 0 10 15 20 25 10 15 20 25 Time (hour) Time (min) Hình 7: Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ ion Cs+ Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 hấp phụ ion Cs+ cao thời gian phản ứng ngắn Quá trình hấp phụ ion Cs+ vật liệu Ni2[Fe(CN)6] xảy với hiệu suất tốt dãy pH 3-5, dung lượng trao đổi ion cực đại vật liệu pH=4 ion Cs+ 1,01 meq/g Phản ứng đạt cân thời gian khoảng 15 phút ion Cs+ bị loại khỏi dung dịch lên đến 98% Cả hai mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich khơng thể mơ tả q trình hấp phụ Khi so sánh hai loại vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 cho thấy loại vật liệu Ni2[Fe(CN)6]2 dễ điều chế, có khả loại ion Cs+ lên đến 98% đồng thời dễ áp dụng vào thực tế Kết luận Đã tổng hợp loại vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]3 có kích thước nano mét làm vật liệu hấp phụ ion Cs+, so sánh loại vật liệu Ni3[Fe(CN)6]3 có kích thước nhỏ hơn, Ni2[Fe(CN)6] có dung lượng 142 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 TÀI LIỆU THAM KHẢO D.J Yang, S Sarina, H Zhu, H Liu, Z Zheng, M Xie, S V Smith, S Komarneni (2011), “Capture of radioactive cesium and iodide ions from water by using titanate nanofibers and nanotubes,” Angew Chem Int Edit., vol 50, pp 10594–10598 T J Yasunari, A Stohl, R S Hayano, J F Burkhart, S Eckhardt, T Yasunari (2011), “137 Cesium deposition and contamination of Japanese soils due to the Fukushima nuclear accident,” Proc Natl Acad Sci., vol 108, pp 19530– 19534 http://nangluongvietnam.vn/news/vn/nhan-dinh-phan-bien-kien-nghi/dien-hatnhan-o-trung-quoc-va-nhung-quan-ngai-cua-viet-nam.html R Sheha (2012), “Synthesis and characterization of magnetic hexacyanoferrate (II) polymeric nanocomposite for separation of cesium from radioactive waste solutions,” J Colloid Interface Sci., vol 388, pp 21–30 E H Borai, R Harjula, L Malinen, A Paajanen (2009), “Efficient removal of cesium form low-level radioactive liquid waste using natural and impregnated zeolite minerals,” J Hazard Mater., vol 172, no.1, pp 416–422 T A Todd, V N Romanovskiy (2005), “A comparison of crystalline silicotitanate and ammonium molybdophosphate-polyacrylonitrile composite sorbent for the separation of cesium from acidic waste,” Radio Che., vol 47, no 4, pp 398–402 P A Hass (1993), “A review of information on ferrocyanide solid for removal of cesium from solutions,” Sep Sci Technol., vol 28, pp 2479–2506 H Mimura, J Lehto, R Harjula (1997), “Selective removal of cesium from simulated high-level liquid wastes by insoluble ferrocyanides,” J Nucl Sci Technol., vol 34, pp 607–609 L.-Neskovic, C.; Fedoroff, M Fixation (1989), “Mechanisms of cesium on nickel and zinc ferrocyanides”, Solvent Extr Ion Exch vol 7, pp.131–158 10 H Guo, T.t Li, W.w Chen, L x Liu, J.l Qiao, J j Zhang (2015), “Selfassembly formation of hollow Ni-Fe-O nanocage architectures by metal-rganic frameworks with high-performance lithium storage” , J Scientificreports, pp 1-10 11 J Narang, N Chauhan, C.S Pundir (2013), “Construction of triglyceride biosensor based on nickel oxide-chitosan/zinc oxide/zinc hexacyanoferrate film Int J Biol Macromol, vol 60, pp 45–51 12 B Li, J Liao, J j Wu, D Zhang, N Liu (2008), “Removal of radioactive cesium from solutions by zinc ferrocyanide”, J Nuclear Sci and Tech, vol 19, no 2, pp 88-92 13 V assal, U Shanker, S Shankar (2015), “Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review, J Environ Anal Chem 2, vol 2, no 2, pp 1-14 14 S R Ali, P Chandra, M Latwal, S.K Jain, V.K Bansal (2011), “Synthesis of Nickel Hexacyanoferrate Nanoparticles and Their Potential as Heterogeneous Catalysts for the Solvent-Free Oxidation of Benzyl Alcohol”, Chin J Catal vol 32, pp 1844–1849 143 TẠP CHÍ KHOA HỌC - ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI, SỐ 15 - 2019 ISSN 2354-1482 15 C.D Wessels, S.V Peddada, R.A Huggins, Y Cui (2011), “Nickel hexacyanoferrate nanoparticle electrodes for aqueous sodium and potassiu ion batteries” Nano Lett No.11, pp 5421-5425 16 X L Wu, M H Cao, C W Hu, and X Y He (2006), “Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor” J Crystal Growth & Design, ACS, vol.6 , no.1, pp 26–28 INVESTIGATE THE ADSORPTION OF CESIUM ION (Cs+) ON Ni2[Fe(CN)6] AND Ni3[Fe(CN)6]2 NANOPARTICLES ABSTRACT Ni2[Fe(CN)6] and Ni3[Fe(CN)6]2 nanoparticle adsorbents for removal Cs+ ion from solution have been successfully synthesized Comparison between two materials, the Cs + ion adsorption capacity of Ni2[Fe(CN)6] was higher than Ni3[Fe(CN)6]2 and the reaction time was shorter The Cs+ ion absorption by Ni2[Fe(CN)6] nanoparticle depends on the pH, the maximum absorption capacity of the material at pH = is 1.01 meq/g After 15 minutes, about 98% of initial ion Cs+ concentration was removed from solution, the adsorption data did not accord with Langmuir and Freundlich isotherms The high adsorption capacity and good performance on other aspects, make the Ni2[Fe(CN)6] nanoparticle a promising adsorbent for the removal of ion Cs+ from water Keywords: Cesium, adsorption, Ni2[Fe(CN)6],Ni3[Fe(CN)6]2, nanoparticle (Received: 5/6/2019, Revised: 5/7/2019, Accepted for publication: 16/12/2019) 144 ... 3.2 Quá trình hấp phụ cesium (Cs ) vật liệu Quá trình hấp phụ thực nhiệt độ 25OC pH=5,0 Kết dung lượng hấp phụ ion Cs+ lên vật 3.2.1 Xác định dung lượng hấp phụ liệu thể bảng Khi đạt vật liệu Ni2[Fe(CN)6]. .. phương trình hấp phụ Langmuir Freundlich ion Cs+ vật liệu hấp phụ Vật liệu hấp phụ Ni2[Fe(CN)6] Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Ion bị hấp phụ qm (mg/g) b R2 + Cs 208,440 0,004 0,873 Mơ hình hấp. .. Kết thúc trình phản ứng, sản phẩm có màu vàng nhạt Ni3[Fe(CN)6]2 theo 2.4 Nghiên cứu trình hấp phụ ion cesium (Cs+) vật liệu Ni2[Fe(CN)6] Ni3[Fe(CN)6]2 2.3 Xác định tính chất vật liệu hấp phụ Phổ