Chương 1. Chương này trình bày tổng quan về tính chất của các kim loại Cs, Sr, Co, các nguồn ô nhiễm chính của 137Cs, 60Co, 90Sr cũng như một số nghiên cứu dùng các vật liệu khác nhau để hấp thu chúng; trình bày tổng quan về vật liệu Prussian Blue (PB), các chất tương tự PB, một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2 và một số ứng dụng của chúng; trình bày tổng quan về các phương pháp xác định tính chất nano của vật liệu và trình bày tổng quan về một số kỹ thuật thực nghiệm xác định khả năng hấp thu của các thải phóng xạ. Chương này giới thiệu về quy trình chế tạo vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2; cơ sở đánh giá chất lượng vật liệu nano được chế tạo; phương pháp xác định khả năng hấp thu bằng mô hình lý thuyết; phương pháp xác định hiệu suất hấp thu ion Cs+, Sr2+ và Co2+ qua thực nghiệm bằng kỹ thuật huỳnh quang tia X phản xạ toàn phần (TXRF). Kết quả và thảo luận.
Chương này trình bày kết quả tổng hợp vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2, xác định tính chất vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2; kết quả hấp thu vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2 đối với các ion Cs+, Co2+, Sr2+; kết quả xác định hiệu suất hấp thu ion Cs+, Sr2+ và Co2+ bằng kỹ thuật TXRF. Mỗi phần trình bày kết quả, chúng tôi luôn đánh giá, thảo luận và so sánh với các nghiên cứu trước đây trong và ngoài nước. Ý nghĩa khoa học Về mặt lý thuyết, đây là một hướng nghiên cứu khoa học cơ bản và kỹ thuật trong lĩnh vực hấp thu, xử lý nước thải, ngoài ra còn được ứng dụng trong phân tích kim loại ở hàm lượng vết. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần về mặt lý luận cho việc giải thích cơ chế của quá trình hấp thu các ion kim loại Cs+, Sr2+ và Co2+ trên vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2.
Ý nghĩa thực tiễn Về mặt thực tiễn, chúng tôi đã chế tạo thành công các vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và A3[Fe(CN)6]2, ứng dụng chúng trong việc hấp thu các ion kim loại Cs+, Sr2+, Co2+ góp phần xử lý môi trường nước, nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễu môi trường, đặc biệt là ô nhiễm từ nguồn thải phóng xạ. Tính mới của luận án Đã chế tạo và thử nghiệm thành công các vật liệu nano A2[Fe(CN)6] và 4 A3[Fe(CN)6]2 dùng hấp thu trên cả ba ion kim loại Cs+, Sr2+, Co2+, mở ra hướng ứng dụng trong xử lý, thu gom nhân thải phóng xạ của Cs, Sr và Co - đây là vấn đề luôn được quan tâm của thế giới trong lĩnh vực công nghệ xử lý thải phóng xạ, nhà máy điện hạt nhân và kỹ thuật hạt nhân. Tổng quan về các nguyên tố Cs, Co và Sr 1. Nguyên tố Cs 1.
Tính chất vật lý, hóa học của Cs và hợp chất Cs (tiếng Latinh Caesius có nghĩa là "thiên thanh" hay "lam nhạt") được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện nhờ quang phổ năm 1860 trong nước khoáng lấy từ Dürkheim, Đức. Cs là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim. Ánh kim này nhanh chóng biến mất khi Cs tiếp xúc với không khí. Cs rất mềm (độ cứng 0,2 - là nguyên tố mềm nhất).
Cs nóng chảy ở 29oC, là một trong ít các nguyên tố kim loại ở dạng lỏng trong điều kiện gần nhiệt độ phòng. Kim loại Cs có nhiệt độ sôi khá thấp, ở 666oC, thấp nhất trong tất cả các kim loại trừ thủy ngân. Cs tự do và các hợp chất dễ bay hơi của nó cháy cho ngọn lửa màu xanh lam (Hoàng Nhâm, 2006a). Ở dạng đơn chất, Cs có mạng tinh thể lập phương tâm khối.1 trình bày cấu trúc tinh thể của Cs.
Cấu trúc tinh thể của Cs Cs thuộc nhóm IA, là kim loại kiềm, có tính khử rất mạnh. Một số tính chất tiêu biểu của Cs được chỉ ra ở Bảng 1. Một số tính chất của nguyên tố Cs (Vũ Đăng Độ và cộng sự, 2010) Các thông số Nguyên tố Cs Số thứ tự trong bảng HTTH 55 Khối lượng nguyên tử (g/mol) 132,905 Cấu hình electron [Xe]6s1 Bán kính nguyên tử (nm) 0,274 Bán kính ion (nm) 0,167 Hằng số mạng (nm) 0,605 Khối lượng riêng (g/cm )3 1,90 Nhiệt độ nóng chảy (K) 302,85 Nhiệt độ sôi (K) 973 Thế ion hóa (eV) I1(3,89), I2(23,11) Ái lực với electron (kJ/mol) -45,5 Độ âm điện 0,86 Thế điện cực chuẩn E (V) 0 -2,92 Số oxi hóa 0; +1 Tỉ số bình phương điện tích ion và bán kính Z2/r 0,60 Cs tạo hợp kim với các kim loại kiềm khác (trừ Li). Hợp kim với tỷ lệ mol 41% Cs, 47% K và 12% Na có điểm nóng chảy thấp, - 78°C, thấp nhất trong bất kỳ hợp kim kim loại nào đã được biết đến.
Nó tạo được hỗn hống với thủy ngân. Một vài hỗn hợp như: CsHg2 có màu đen tạo ra ánh kim màu tía, trong khi CsHg có màu vàng ánh bạc. Cs tan được trong amoniac lỏng và độ tan của nó khá cao. Dung dịch loãng có màu xanh lam và dẫn điện.
Dung dịch với nồng độ cao hơn có màu đỏ đồng và có ánh kim (Hoàng Nhâm, 2006a). Phần lớn các hợp chất của Cs chứa nguyên tố ở dạng cation Cs+, nó tạo liên kết ion với nhiều loại anion. Đối với các hợp chất thông thường, các muối Cs hầu như không màu, trừ những trường hợp đặc biệt, màu của muối là do màu của anion gây nên. Các muối Cs thường có nhiệt độ nóng chảy cao và dẫn điện khi nóng chảy.
Các muối phosphat, acetat, cacbonat, halogenua, nitrat và sunfat của Cs đều tan trong nước. Các muối kép thường ít tan hơn, độ tan kém của Cesi nhôm sulfat được sử dụng để lấy Cs từ quặng. Muối kép với antimon (như CsSbCl4), bismuth, cadimi, đồng, sắt, và chì cũng ít tan (Vũ Đăng Độ và cộng sự, 2010). Khi đun nóng, Cs kết hợp với hydro tạo nên Cesi hydrua.
Ở điều kiện thường và trong không khí khô Cs tự bốc cháy và tạo thành CsO2. Nó phản ứng nổ với nước ngay ở nhiệt độ thấp, mạnh hơn các kim loại kiềm khác. Cs2O có màu da cam, nó tương tác với oxi ở ngay nhiệt độ thường tạo nên Cs2O2 7 màu vàng và CsO2 màu hung - là những chất oxi hóa mạnh. Giống như các cation kim loại, Cs+ tạo phức với các bazơ Lewis trong dung dịch.
Do có kích thước lớn, Cs+ thường có số phối trí lớn hơn 6. Sự ô nhiễm Cs Cs có ít nhất 39 đồng vị đã biết, nhiều hơn bất kỳ một nguyên tố nào (ngoại trừ Franxi). Nguyên tử khối của các đồng vị này nằm trong khoảng từ 112 tới 151. 137 Cs là một đồng vị phóng xạ của Cs, được hình thành chủ yếu từ sự phân hạch hạt nhân của 235U và 239Pu trong các lò phản ứng.
Đây là một trong số các sản phẩm phân hạch có nhiều vấn đề nhất trong nhóm có chu kỳ bán rã dài do nó dễ dàng di chuyển và phát tán trong tự nhiên bởi tính tan cao trong nước của các hợp chất hóa học tạo ra từ Cs.2 trình bày một số đồng vị phóng xạ của Cs. Các đồng vị phóng xạ của Cs (Nguyễn Đức Vận, 2006) Hoạt Năng lượng phân rã Loại Chu kỳ bán độ (MeV) Đồng vị phân rã riêng Alpha Beta Gamma rã (Ci/g) (α) (β) (γ) 134 Cs 2,1 năm 1,300 β - 0,16 1,6 135 Cs 2,3.10 năm 3 0,0012 β - 0,067 - 137 Cs 30,2 năm 88 β - 0,19 - 137m Ba (95%) (sản phẩm phân 2,6 phút 540×103 - 0,065 0,60 137 rã từ Cs) 137 Cs có thời gian bán rã 30,2 năm. 137Cs phân rã β- về 137mBa thời gian sống của trạng thái kích thích đồng phân này xấp xỉ 2,6 phút và sau đó thành Ba bền. Sơ đồ phân rã được mô tả ở Hình 1.
Sơ đồ phân rã của 137Cs 8 Sau khi đi vào cơ thể, Cs có thể di chuyển đều khắp cơ thể, chúng tập trung nhiều trong các mô mềm và khó bị đào thải (Sheha, 2012). Khoảng 10% Cs phóng xạ hấp thu được thải ra khỏi cơ thể tương đối nhanh theo tuyến mồ hôi và nước tiểu, 90% còn lại có chu kỳ bán rã sinh học khoảng 50 đến 150 ngày. Các thí nghiệm được tiến hành trên động vật là chó, kết quả chỉ ra rằng liều đơn 3,8 mCi (140 MBq, 4,1 μg 137Cs) trên mỗi kilogram gây tử vong trong 3 tuần; một lượng nhỏ hơn có thể gây vô sinh và ung thư (Avery, 1995). 137 Cs phát ra tia gamma (~ 661 keV), ảnh hưởng mạnh đến nhiều cơ quan chức năng trong cơ thể.
Nó tấn công và phá hủy các tế bào non trong tủy xương, gây ung thư máu (hay còn gọi là bệnh bạch cầu) và ung thư xương. Tia gamma tấn công vào nhân của các tế bào trên cơ thể người và làm cho cấu tạo của DNA bị hư hại hoặc bị phá hủy, từ đó gây đột biến DNA - dạng đột biến này có tác hại với cơ thể, đặt biệt là trẻ em và phụ nữ đang mang thai. Nguyên tố Sr 1. Tính chất vật lý, hóa học của Sr và hợp chất Sr được đặt theo tên của làng Strontian ở Scotland, nó được phát hiện trong các quặng lấy từ mỏ chì.
Năm 1790, Adair Crawford là một bác sĩ tham gia vào việc điều chế bari, ông đã nhận thấy rằng các quặng ở Strontian thể hiện các tính chất khác nhau so với cách thông thường mà ông đã từng thấy, khoáng vật mới được đặt tên là Strontites. Sr là kim loại kiềm thổ, thuộc nhóm IIA, số hiệu nguyên tử 38. Sr là một loại kim loại mềm, có màu xám bạc hoặc hơi vàng. Về cấu trúc mạng tinh thể, Sr có cấu trúc lập phương tâm diện có cạnh a = 6,05 Å, mỗi nguyên tử Sr được bao quanh bởi 12 nguyên tử khác có khoảng cách giữa hai nguyên tử d = 4,27 Å.
Ở nhiệt độ 488 K, Sr dạng α-Sr chuyển thành dạng β-Sr, có cấu trúc tinh thể lục phương (a = 0,431nm, c = 0,705 nm). Ở 878K, β-Sr chuyển thành γ-Sr có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (a = 0,484 nm).3 trình bày cấu trúc tinh thể của Sr và Bảng 1.3 trình bày một số tính chất của Sr. Cấu trúc tinh thể của Sr Bảng 1.
