5. Cấu trúc luận văn
1.3.2.2. Phương pháp trao đởi ion
Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đĩ các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ ion cĩ trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau [6].
Năm 2009, Zou Weihua và cộng sự đã sử du ̣ng zeolite kết hợp với mangan đioxit (MOCZ) để tách U(VI) [81]. Các thí nghiệm được tiến hành để khảo sát ảnh hưởng của chiều cao cơ ̣t, tốc độ dịng chảy, kích thước hạt, nồng độ của U(VI), pH ban đầu, sự hiện diện của muối và các ion cạnh tranh. Kết quả chỉ ra rằng nồng độ U(VI) ban đầu và chiều cao của cợt tăng thì sự hấp phụ U(VI) của MOCZ tăng, nhưng giảm khi tốc độ dịng chảy và kích thước hạt tăng lên. Khả năng hấp phụ U(VI) đạt tối đa ở pH = 6,3.
Yanliang Chen và cộng sự đã sử dụng nhựa trao đổi anion nền silica (SiPyR-N4) nhằm tách Th(IV), U(VI) trong mơi trường axit HNO3 vào năm 2016 [31]. Sự hấp phụ của Th(IV) và U(VI) ở các nồng độ axit nitric khác nhau đã được nghiên cứu và kết quả cho thấy rằng sự phân tách tốt nhất cĩ thể đạt được trong dung dịch HNO3 9 M. Hơn nữa, khả năng tách Th(IV) ra khỏi U(VI) trong dung dịch HNO3 9 M đã được kiểm tra bằng sắc ký cột sử dụng nhựa trao đổi anion silicabase SiPyR-N. Ái lực của Th(IV) với nhựa trao đổi anion mạnh hơn nhiều so với U(VI). Urani cĩ thể được rửa giải bằng dung dịch HNO3 9 M, trong khi Thori bị hấp phụ mạnh bởi nhựa trao đổi anion. Kết quả thu được cho thấy rằng, với phương pháp này Thori cĩ thể tách ra khỏi Urani một cách hiệu quả.
Ứng dụng tiềm năng của các loại nhựa trao đổi ion thơng thường với các nhĩm chức khác nhau đã được đánh giá trong việc tách U(VI) và Th(IV) khỏi các nguyên tố đất hiếm RE(III) bởi Kwang Loon Ang và nhĩm nghiên cứu năm 2017 [13]. Các loại nhựa được nghiên cứu bao gồm nhựa trao đổi anion bazơ mạnh, yếu và nhựa trao đổi cation axit mạnh, yếu. Độ chọn lọc U (VI) và Th (IV) của các loại nhựa này khi cĩ mặt của RE (III) phụ thuộc mơi trường axit sunfuric cĩ nồng độ khác nhau. Hầu hết các loại nhựa cĩ khả năng hấp phụ chọn lọc ở nồng độ H2SO4 dưới 0,1 mol/L. Trong nhĩm các loại nhựa trao đổi anion, cả hai loại nhựa bazơ mạnh và yếu đều thể hiện tính chọn lọc với U(VI)
ưu tiên so với RE (III). Sự khác biệt giữa chúng là sự hấp phụ của Th(IV). Nhựa với gốc bazơ yếu với nhĩm chức amin đã chứng minh sự phân tách vượt trội của Th(IV) khỏi RE (III). Trong trường hợp nhựa trao đổi cation axit mạnh, mức độ chọn lọc theo thứ tự RE(III) > Th(IV) >> U(VI). Mặt khác, nhựa trao đổi cation axit yếu cho thấy sự hấp phụ kém tất cả các nguyên tố.
Trong nghiên cứu của Ehsan Zamani Souderjani và cộng sự vào năm 2018, nhĩm tác giả đã sử dụng nhựa trao đổi cation và anion IR-120 and IRA-400 để tách Th(IV) [74]. Sự ảnh hưởng pH, nồng độ Th(IV) ban đầu và lượng chất hấp phụ đã được nghiên cứu. Phương pháp đáp ứng bề mặt với phương án quy hoạch thực nghiệm cĩ tâm (CCD) đã được sử dụng cho việc tối ưu các thơng số. Hiệu suất tách tối đa Th(IV) khi sử dụng từng loại nhựa IR-120, IRA-400 và kết hợp chúng lại với nhau lần lượt là 98,09 %; 65,70 % và 72,19 % ở tại các giá trị pH tương ứng là 3,23; 6; và 4,07. Dữ liệu động học và cân bằng được mơ tả chính xác theo mơ hình Langmuir. Kết quả cho thấy nhựa IR-120 thích hợp cho việc tách Th(IV) khỏi mơi trường nước.
Năm 2018, Daniel R. McAlistera, E. Philip Horwitza (đa ̣i ho ̣c Lane, Mỹ) đã sử du ̣ng nhựa trao đởi cation tách cho ̣n lo ̣c Radi và Actini từ Thori trong mơi trường axit sunfuric [57]. Nhóm tác giả đã đưa ra quy trình tách cho ̣n lo ̣c các đờng vi ̣ Radi và Actini từ 232Th. Kim loa ̣i Th đươ ̣c hòa tan trong axit sunfuric với mơ ̣t lượng nhỏ HF, Actini và Radi được giữ lại trên nhựa trao đổi cation từ mơi trường sunfat, trong khi các phức trung hịa và anion Thori sunfat bị loại bỏ. Actini và Radi được thu hồi từ nhựa trao đổi cation bằng cách sử dụng HNO3 5 M. Thơng qua chiết Actini với các hạt UTEVA và DGAHO hiệu suất quá trình > 92 %.