Nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên nền silica mao quản trung bình sba 15 để xử lý nước thải nhiễm phóng xạ

Nghiên cứu vật liệu SBA-15 xử lý nước thải phóng xạ. Tổng hợp vật liệu silica mao quản trung bình, ứng dụng công nghệ tiên tiến bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Văn Chính
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Đức Nhận
• Trường học: Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Trên Nền Silica Mao Quản Trung Bình SBA-15 Để Xử Lý Nước Thải Nhiễm Phóng Xạ
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MẶC LẠC
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TÌNH HÌNH Ô NHIỄM CÁC NHÂN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
• 1.1. Vấn đề ô nhiễm các nhân phóng xạ trong môi trường nước
• 1.2. Các dạng tồn tại của urani và thori trong môi trường nước
• 1.3. Các phương pháp xử lý ion phóng xạ trong môi trường nước
• 1.4. Giới thiệu vật liệu silica mao quản trung bình SBA-15
• 1.4.1. Khái niệm về vật liệu xốp
• 1.4.2. Tổng quan về vật liệu silica mao quản trung bình
• 1.4.3. Phương pháp biến tính vật liệu SBA-15
• 1.4.4. Tổng quan về hấp phụ các nhân phóng xạ U, Th trên vật liệu silica mao quản trung bình SBA-15
• 1.4.5. Cơ sở khoa học ứng dụng vật liệu composite của SBA-15 với TiO2 nanotubes để xử lý nước thải phóng xạ
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Thiết bị và một số dạng cá thể thí nghiệm
• 2.3. Chuẩn bị các dung dịch để thí nghiệm
• 2.4. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu
• 2.4.1. Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp vật liệu SBA-15
• 2.4.2. Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp vật liệu TiO2 nanotubes
• 2.4.3. Tổng hợp vật liệu composite SBA-15 với Fe3O4 hoặc TiO2 nanotubes
• 2.5. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu
• 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu
• 2.5.2. Hấp phụ - giải hấp phụ N2 xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu
• 2.5.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) xác định trật tự cấu trúc bên trong của vật liệu
• 2.5.4. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) xác định nhóm chức trên bề mặt vật liệu
• 2.5.5. Phân tán sắc năng lượng tia X (EDX) xác định thành phần hóa học vật liệu
• 2.5.6. Phân tử ngoài 3 khả kiến (UV-Vis) xác định trạng thái của kim loại trong và ngoài mương vật liệu
• 2.5.7. Thế zeta để xác định diện tích bề mặt vật liệu
• 2.6. Thí nghiệm nghiên cứu tính chất hấp phụ các nhân phóng xạ
• 2.6.1. Xác định dung lượng hấp phụ ion uranyl của các loại vật liệu tổng hợp
• 2.6.2. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH
• 2.6.3. Thí nghiệm nghiên cứu động học hấp phụ
• 2.6.4. Thí nghiệm nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ
• 2.6.5. Thí nghiệm nghiên cứu nhiệt động học hấp phụ
• 2.6.6. Nghiên cứu hấp phụ kết hợp quang xúc tác trong xử lý ion uranyl, Th4+
• 2.6.7. Thử nghiệm khả năng hấp phụ ion Ra2+ trên các vật liệu
• 2.6.8. Nghiên cứu tái sử dụng vật liệu hấp phụ
• 2.6.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của anion F- đến dung lượng hấp phụ ion uranyl
• 2.6.10. Phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ trong pha lỏng/pha rắn
• 2.6.10.1. Phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ trong pha lỏng
• 2.6.10.2. Phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ trong pha rắn
• 2.7. Nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải thạch tả
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả kiểm tra các đặc trưng của các vật liệu
• 3.1.1. Các đặc trưng của vật liệu tổng hợp từ chất hoạt động bề mặt Brij 56 và P123
• 3.1.2. Các đặc trưng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/Fe3O4
• 3.1.3. Các kết quả đặc trưng vật liệu của các mẫu SBA-15 và SBA-15/TNT
• 3.2. Nghiên cứu tính chất hấp phụ ion uranyl trong môi trường nước
• 3.2.1. Xác định dung lượng hấp phụ ion uranyl của các loại vật liệu tổng hợp trong luận án
• 3.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ
• 3.2.3. Động học hấp phụ
• 3.2.4. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 3.2.5. Nhiệt động học hấp phụ
• 3.3. Nghiên cứu tính chất hấp phụ ion Th4+ trong môi trường nước
• 3.3.1. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ
• 3.3.2. Động học hấp phụ
• 3.3.3. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 3.3.4. Nhiệt động học hấp phụ
• 3.4. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
• 3.4.1. Đối với xử lý ion uranyl
• 3.4.2. Đối với xử lý ion Th4+
• 3.5. Cơ chế quá trình xử lý ion uranyl và Th4+ trong môi trường nước
• 3.6. Đánh giá khả năng xử lý radi trên vật liệu
• 3.7. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu
• 3.8. Ảnh hưởng của anion F- đến dung lượng hấp phụ ion uranyl
• 3.9. Kết quả xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng urani
• 3.9.1. Kết quả nghiên cứu tỷ lệ lượng vật liệu/thể tích nước thải
• 3.9.2. Quy trình xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng urani
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÁ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

Tóm tắt

I. Tổng quan về SBA 15 Vật liệu tiềm năng xử lý phóng xạ 55 ký tự

Năng lượng hạt nhân ngày càng được ứng dụng rộng rãi, kéo theo đó là vấn đề nước thải phóng xạ trở nên cấp thiết. Các sự cố hạt nhân như Fukushima năm 2011 gióng lên hồi chuông cảnh báo về tác động lâu dài đến sức khỏe con người và môi trường. Các nhân phóng xạ urani và thori với chu kỳ bán rã cực dài gây nguy hại lớn, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Xử lý ô nhiễm phóng xạ trong nước đòi hỏi công nghệ hiệu quả, chi phí hợp lý. Các phương pháp hiện tại như kết tủa hóa học, trao đổi ion, thẩm thấu ngược còn nhiều hạn chế. Do đó, vật liệu hấp phụ với cấu trúc ổn định, khả năng hấp phụ cao đang được ưu tiên nghiên cứu, trong đó SBA-15 nổi lên như một ứng cử viên sáng giá. Theo [96], những tiến bộ trong vật liệu mở ra nhiều cơ hội trong xử lý nước thải phóng xạ.

1.1. Hiện trạng ô nhiễm nước bởi các nhân phóng xạ

Việc ứng dụng công nghệ hạt nhân vì mục đích hòa bình ngày càng phát triển, tuy nhiên, đi kèm với đó là sự gia tăng ô nhiễm từ các đổng vị phóng xạ. Các nguồn phát thải chính bao gồm thử nghiệm vũ khí hạt nhân, khai thác khoáng sản, nghiên cứu y tế và các sự cố hạt nhân. Urani và thori, với chu kỳ bán rã dài, tạo thành mối nguy hiểm tiềm tàng cho môi trường, ngay cả ở nồng độ thấp. Các nhân phóng xạ có thể gây ra tác động trực tiếp đến các tổ chức sinh học hoặc tương tác với các phân tử sinh học, dẫn đến nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ và gây hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Do đó, việc phát triển các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm phóng xạ trong nước là vô cùng quan trọng.

1.2. Yêu cầu và thách thức trong xử lý nước thải phóng xạ

Xử lý ô nhiễm phóng xạ trong nước đặt ra những thách thức đặc biệt do tính chất độc hại cao, nồng độ thấp và sự tồn tại đa dạng của các chất phóng xạ trong môi trường nước. Các chất phóng xạ có thể tồn tại ở dạng hòa tan, dạng keo, hoặc kết hợp với các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Các phương pháp xử lý hiện tại như kết tủa hóa học, trao đổi ion, thẩm thấu ngược và chiết dung môi có những hạn chế nhất định về hiệu quả, chi phí và khả năng áp dụng. Do đó, cần có những phương pháp xử lý tiên tiến, hiệu quả và kinh tế hơn để loại bỏ các nhân phóng xạ khỏi nước thải. Vật liệu SBA-15 biến tính được xem là có tiềm năng để giải quyết các thách thức này, nhờ vào cấu trúc mao quản trật tự, diện tích bề mặt lớn và khả năng biến tính linh hoạt.

II. Vật liệu SBA 15 Cấu trúc tổng hợp và biến tính 59 ký tự

Vật liệu SBA-15 là vật liệu silica mesoporous có cấu trúc trật tự, kích thước mao quản đồng đều và diện tích bề mặt riêng lớn (lên đến 1200 m2/g). Điều này tạo ra tiềm năng lớn trong xử lý nước thải phóng xạ. Vật liệu này khắc phục nhược điểm của zeolit, cho phép chuyển hóa các phân tử kích thước lớn. Được tổng hợp thành công năm 1998, SBA-15 có cấu trúc đối xứng lục phương, đường kính mao quản 2-10 nm, tường mao quản dày (6 nm) và diện tích bề mặt 500-1000 m2/g. SBA-15 có thể được biến tính bằng kim loại, oxit kim loại hoặc nhóm chức hữu cơ để tăng khả năng hấp phụ, tách pha, độ chọn lọc và tốc độ hấp phụ chất ô nhiễm.

2.1. Cấu trúc và đặc tính nổi bật của vật liệu SBA 15

SBA-15 là một vật liệu silica mesoporous có cấu trúc trật tự, đồng đều về kích thước mao quản và diện tích bề mặt lớn. Cấu trúc này cho phép SBA-15 hấp phụ các phân tử có kích thước lớn hơn so với zeolit truyền thống. Diện tích bề mặt lớn cung cấp nhiều vị trí hấp phụ, tăng cường khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm. Ngoài ra, SBA-15 có độ bền hóa học và nhiệt cao, cho phép sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt. Cấu trúc và đặc tính độc đáo của SBA-15 làm cho nó trở thành một vật liệu hấp phụ đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng, bao gồm xử lý nước thải phóng xạ. Việc biến tính vật liệu cho phép tối ưu hóa các đặc tính hấp phụ và tăng cường khả năng loại bỏ các nhân phóng xạ cụ thể.

2.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu SBA 15 hiệu quả

Vật liệu SBA-15 thường được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sử dụng các chất hoạt động bề mặt (surfactant) như Pluronic P123 để tạo cấu trúc mao quản. Quá trình tổng hợp bao gồm việc hòa tan surfactant trong dung môi, thêm nguồn silica (ví dụ như TEOS), điều chỉnh pH và nhiệt độ, sau đó thực hiện quá trình thủy nhiệt để hình thành cấu trúc SBA-15. Các thông số tổng hợp như loại surfactant, nồng độ, pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và đặc tính của vật liệu. Việc tối ưu hóa các thông số này là rất quan trọng để tạo ra vật liệu SBA-15 có cấu trúc và đặc tính phù hợp với ứng dụng xử lý nước thải phóng xạ. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng thủy tinh lỏng nội địa và lò vi sóng có thể rút ngắn thời gian tổng hợp và giảm chi phí sản xuất.

2.3. Các phương pháp biến tính vật liệu SBA 15 phổ biến

Để tăng cường khả năng hấp phụ và độ chọn lọc của SBA-15 đối với các nhân phóng xạ, vật liệu này thường được biến tính bằng cách đưa vào các kim loại, oxit kim loại hoặc các nhóm chức hữu cơ. Các phương pháp biến tính phổ biến bao gồm: tẩm kim loại, ghép nhóm chức và tạo composite. Tẩm kim loại liên quan đến việc hấp phụ các ion kim loại lên bề mặt SBA-15, sau đó nung để tạo thành các oxit kim loại. Ghép nhóm chức liên quan đến việc gắn các nhóm chức hữu cơ có khả năng tương tác với các nhân phóng xạ lên bề mặt SBA-15. Tạo composite liên quan đến việc kết hợp SBA-15 với các vật liệu khác như nano sắt từ Fe3O4 hoặc TiO2 nanotubes để tạo ra vật liệu có tính chất kết hợp. Lựa chọn phương pháp biến tính phụ thuộc vào loại nhân phóng xạ cần xử lý và các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Theo [111], quá trình ngưng tụ tạo sản phẩm biến tính có thể sử dụng nhiều loại nhóm chức khác nhau.

III. Nghiên cứu ứng dụng SBA 15 biến tính trong xử lý Uranium 58 ký tự

Nghiên cứu tập trung vào ứng dụng SBA-15 biến tính trong xử lý ion uranyl (UO22+) và Th4+. Việc tạo composite SBA-15 với nano sắt từ Fe3O4 giúp dễ dàng tách pha rắn-lỏng để thu hồi và tái sử dụng. Composite với TiO2 nanotubes tăng cường khả năng hấp phụ (khi chiếu UV). Phương pháp hấp phụ kết hợp quang xúc tác (SBA-15/TNT) là một hướng đi mới trong xử lý thải phóng xạ. Nghiên cứu này được thực hiện dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có tại Việt Nam. Sử dụng thủy tinh lỏng nội địa giúp giảm chi phí, thay thế axit HCl bằng H2SO4 đặc để giảm độc hại, và lò vi sóng rút ngắn thời gian tổng hợp.

3.1. Tối ưu hóa quá trình hấp phụ Uranyl bằng SBA 15 biến tính

Khả năng hấp phụ ion Uranyl của SBA-15 biến tính phụ thuộc nhiều vào pH, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc. Nghiên cứu cho thấy pH tối ưu thường nằm trong khoảng 5-7 để uranyl tồn tại ở dạng dễ hấp phụ nhất. Nhiệt độ cao hơn có thể làm tăng tốc độ hấp phụ, nhưng cũng có thể làm giảm dung lượng hấp phụ tối đa. Thời gian tiếp xúc cần đủ để đạt được trạng thái cân bằng hấp phụ. Bằng cách tối ưu hóa các thông số này, hiệu quả xử lý Uranyl bằng SBA-15 biến tính có thể được cải thiện đáng kể. Nghiên cứu về động học hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời gian tiếp xúc tối ưu.

3.2. Cơ chế hấp phụ và yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

Cơ chế hấp phụ Uranyl trên SBA-15 biến tính có thể bao gồm trao đổi ion, tương tác bề mặt và phức hợp hóa. Các nhóm chức trên bề mặt SBA-15 biến tính, như các nhóm amin hoặc carboxyl, có thể tương tác với các ion Uranyl và tạo thành các phức hợp ổn định. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ bao gồm diện tích bề mặt của SBA-15, kích thước mao quản, loại nhóm chức biến tính và sự có mặt của các ion cạnh tranh. Các anion có nồng độ cao trong nước thải có thể cạnh tranh với Uranyl để hấp phụ trên SBA-15, làm giảm hiệu quả xử lý. Nghiên cứu về độ chọn lọc hấp phụ giúp đánh giá khả năng của vật liệu trong môi trường phức tạp.

3.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp phụ

Để giảm chi phí và tăng tính bền vững của quy trình xử lý, khả năng tái sử dụng của SBA-15 biến tính sau quá trình hấp phụ là rất quan trọng. Các phương pháp tái sinh vật liệu bao gồm rửa bằng axit, kiềm hoặc dung môi hữu cơ để loại bỏ các ion Uranyl đã hấp phụ. Hiệu quả tái sinh và số chu kỳ tái sử dụng có thể khác nhau tùy thuộc vào phương pháp tái sinh và loại SBA-15 biến tính. Nghiên cứu về khả năng tái sử dụng giúp đánh giá tính kinh tế và tuổi thọ của vật liệu hấp phụ. Phân tích XRD và XRF vật liệu sau giải hấp phụ cung cấp thông tin quan trọng về độ bền cấu trúc và thành phần.

IV. Giải pháp kết hợp SBA 15 TNT xử lý nước thải phóng xạ 54 ký tự

Việc sử dụng vật liệu composite SBA-15/TNT (TiO2 nanotubes) theo phương pháp hấp phụ kết hợp quang xúc tác là một hướng đi mới và tiềm năng trong xử lý nước thải phóng xạ. Dưới tác dụng của ánh sáng UV, TiO2 nanotubes có thể tạo ra các electron-hole pairs, thúc đẩy quá trình oxy hóa khử và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu. Điều này mở ra cơ hội để xử lý các loại nước thải phóng xạ phức tạp, chứa cả các nhân phóng xạ và các chất ô nhiễm hữu cơ.

4.1. Cơ chế quang xúc tác và ứng dụng trong xử lý Uranyl

Cơ chế quang xúc tác của TiO2 dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng UV và tạo ra các electron-hole pairs. Các electron có thể khử các ion Uranyl, trong khi các lỗ trống có thể oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ. Quá trình này có thể diễn ra đồng thời với quá trình hấp phụ trên SBA-15, tạo ra hiệu ứng hiệp đồng và tăng cường hiệu quả xử lý. Nghiên cứu cho thấy khả năng quang hóa khử ion uranyl trên vật liệu TiO2 nanotubes. Việc kiểm soát kích thước và cấu trúc của TiO2 nanotubes là rất quan trọng để tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác.

4.2. Đánh giá khả năng xử lý Radi trên vật liệu SBA 15 TNT

Bên cạnh Uranyl và Thori, Radi cũng là một nhân phóng xạ phổ biến trong nước thải. Nghiên cứu về khả năng hấp phụ Radi trên SBA-15/TNT giúp đánh giá tính ứng dụng rộng rãi của vật liệu. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ ion Ra2+ trên vật liệu.

4.3. Kết quả xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng Urani

Việc áp dụng SBA-15 và SBA-15/TNT trong xử lý nước thải thực tế từ quá trình chế biến quặng Urani cho thấy tiềm năng ứng dụng cao. Kết quả cho thấy thành phần nước thải sau công đoạn kết tủa hóa học và sau khi hấp phụ kết hợp quang xúc tác. Quy trình xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng Urani được xây dựng dựa trên các kết quả nghiên cứu này, với các bước tối ưu hóa lượng vật liệu hấp phụ, thời gian tiếp xúc và các thông số vận hành khác.

V. Tổng kết và hướng phát triển vật liệu SBA 15 56 ký tự

Luận án đã thành công trong việc tổng hợp và biến tính vật liệu SBA-15, đồng thời chứng minh tiềm năng ứng dụng của vật liệu này trong xử lý nước thải phóng xạ. Việc sử dụng các nguồn nguyên liệu và quy trình tổng hợp đơn giản, hiệu quả giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi của ứng dụng. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc nghiên cứu các phương pháp biến tính mới để tăng cường độ chọn lọc và khả năng tái sử dụng của vật liệu.

5.1. Ưu điểm và hạn chế của vật liệu SBA 15 trong thực tế

SBA-15 có nhiều ưu điểm như cấu trúc mao quản trật tự, diện tích bề mặt lớn, khả năng biến tính linh hoạt và chi phí sản xuất tương đối thấp. Tuy nhiên, vật liệu này cũng có một số hạn chế như độ bền cơ học không cao và khả năng bị tắc nghẽn mao quản trong môi trường nước thải phức tạp. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc khắc phục những hạn chế này để nâng cao tính ứng dụng của SBA-15 trong thực tế.

5.2. Triển vọng ứng dụng và nghiên cứu mở rộng trong tương lai

Triển vọng ứng dụng của SBA-15 trong xử lý nước thải phóng xạ là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp xử lý hiệu quả và bền vững. Các nghiên cứu mở rộng trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các vật liệu composite SBA-15 với các vật liệu khác như graphene oxide, MOFs để tạo ra các vật liệu có tính chất vượt trội. Đồng thời, cần có các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hấp phụ và quang xúc tác để tối ưu hóa hiệu quả xử lý và giảm chi phí vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O BÞ KHOA HàC VÀ CÔNG NGHÆ VIÆN NNG L¯þNG NGUYÊN TĀ VIÆT NAM ----------------------------- NGUYÄN VN CHÍNH NGHIÊN CĄU TàNG HþP VÀT LIÆU TRÊN NÀN SILICA MAO QUÀN TRUNG BÌNH SBA-15 Đ XĀ LÝ N¯àC THÀI NHIÄM PHÓNG X¾ LUÀN ÁN TI¾N SĨ HÓA HàC HÀ NÞI – 2024 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O BÞ KHOA HàC VÀ CÔNG NGHÆ VIÆN NNG L¯þNG NGUYÊN TĀ VIÆT NAM ----------------------------- NGUYÄN VN CHÍNH NGHIÊN CĄU TàNG HþP VÀT LIÆU TRÊN NÀN SILICA MAO QUÀN TRUNG BÌNH SBA- 15 Đ XĀ LÝ N¯àC THÀI NHIÄM PHÓNG X¾ LUÀN ÁN TI¾N SĨ HÓA HàC Chuyên ngành: Hóa vô c¢ Mã sá: 9.13 Ng°ãi h°áng d¿n khoa hác: 1. Nguyßn Lanh Hà Nßi – 2024 LâI CAM ĐOAN Tôi xin cam oan, ây là công trình nghiên cāu cÿa riêng tôi d°ßi sā h°ßng d¿n khoa học cÿa TS. Đặng Đāc NhÁn và TS. Các sá liáu và kÃt quÁ nghiên cāu nêu trong luÁn án là trung thāc, °ÿc các ßng tác giÁ cho phép sử dāng và ch°a từng °ÿc công bá trong bÃt kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giÁ luÁn án NguyÅn Vn Chính i LâI CÀM ¡N Lái Åu tiên, tôi xin bày tß lòng biÃt ¢n chân thành và sâu sắc Ãn TS. Đặng Đāc NhÁn và TS. Nguyßn Lanh ã tÁn tình h°ßng d¿n, gÿi mã nhÿng ý t°ãng khoa học cho tôi trong suát thái gian nghiên cāu luÁn án bằng tÃt cÁ tâm huyÃt và sā quan tâm hÃt māc. Tôi xin trân trọng cÁm ¢n Ban lãnh ¿o cùng các cán bộ trong Vián Công nghá x¿ hiÃm 3 Vián Năng l°ÿng nguyên tử Viát Nam và ặc biát là tÁp thể cán bộ, nhân viên Trung tâm Công nghá xử lý chÃt thÁi phóng x¿ - Vián Công nghá x¿ hiÃm ã quan tâm, t¿o mọi iều kián, hỗ trÿ, giwp ơꄃ tát nhÃt cho tôi trong quá trình học tÁp và nghiên cāu thāc hián luÁn án.

Tôi xin trân trọng cÁm ¢n PGS. Nguyßn Đình TuyÃn cùng các cán bộ phòng VÁt liáu tiên tiÃn 3 Vián Hóa Học 3 Vián Hàn lâm Khoa học và Công nghá Viát Nam ã giwp ơꄃ tôi trong quá trình thāc hián luÁn án. Tôi xin trân trọng cÁm ¢n Ban Giám ác cùng các cán bộ phong Đào t¿o, Nghiên cāu và Triển khai 3 Trung tâm ào t¿o h¿t nhân 3 Vián Năng l°ÿng nguyên tử Viát Nam ã giwp ơꄃ tôi trong quá trình học tÁp và hoàn thành luÁn án. Cuái cùng tôi xin bày tß lái cÁm ¢n sâu sắc nhÃt Ãn gia ình, ng°ái thân và b¿n bè ã luôn bên c¿nh ộng viên, giwp ơꄃ tôi hoàn thành luÁn án này.

Tác giÁ luÁn án NguyÅn Vn Chính ii MĀC LĀC LàI CAM ĐOAN .iii DANH MĀC HÌNH VÀ. Gißi thiáu về tình hình ô nhißm các nhân phóng x¿ trong môi tr°áng n°ßc. VÃn ề ô nhißm các nhân phóng x¿ trong môi tr°áng n°ßc. Các d¿ng tßn t¿i cÿa urani và thori trong môi tr°áng n°ßc.

Các ph°¢ng pháp xử lý ion phóng x¿ trong môi tr°áng n°ßc. Gißi thiáu vÁt liáu silica mao quÁn trung bình SBA-15. Khái niám về vÁt liáu xáp. Táng quan về vÁt liáu silica mao quÁn trung bình.

Ph°¢ng pháp biÃn tính vÁt liáu SBA-15. Táng quan về hÃp phā các nhân phóng x¿ U, Th trên vÁt liáu silica mao quÁn trung bình SBA-15. C¢ sã khoa học āng dāng vÁt liáu composite cÿa SBA-15 vßi TiO2 nanotubes ể xử lý n°ßc thÁi phóng x¿. PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU VÀ THĀC NGHIàM.

Hóa chÃt và thiÃt bị. ThiÃt bị và một sá dāng cā thí nghiám. Chuẩn bị các dung dịch ể thāc nghiám. Nghiên cāu táng hÿp vÁt liáu.

Nghiên cāu cÁi tiÃn quy trình táng hÿp vÁt liáu SBA-15. Nghiên cāu cÁi tiÃn quy trình táng hÿp vÁt liáu TiO2 nanotubes. Táng hÿp vÁt liáu composite SBA-15 vßi Fe3O4 hoặc TiO2 nanotubes. Các ph°¢ng pháp xác ịnh ặc tr°ng cÿa vÁt liáu.

Ph°¢ng pháp nhißu x¿ tia X (XRD) xác ịnh cÃu trwc tinh thể cÿa vÁt liáu. HÃp phā - giÁi hÃp phā N2 xác ịnh dián tích bề mặt riêng cÿa vÁt liáu. Kính hiển vi ián tử truyền qua (TEM) xác ịnh trÁt tā cÃu trwc bên trong cÿa vÁt liáu. Quang phá hßng ngo¿i biÃn ái Fourier (FTIR) xác ịnh nhóm chāc trên bề mặt vÁt liáu.

Phá tán sắc năng l°ÿng tia X (EDX) xác ịnh thành phÅn hóa học vÁt liáu. Phá tử ngo¿i 3 khÁ kiÃn (UV-Vis) xác ịnh tr¿ng thái cÿa kim lo¿i trong và ngoài m¿ng vÁt liáu. Thà zeta ể xác ịnh ián tích bề mặt vÁt liáu. Thāc nghiám nghiên cāu tính chÃt hÃp phā các nhân phóng x¿.

Xác ịnh dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl cÿa các lo¿i vÁt liáu táng hÿp. Thāc nghiám nghiên cāu Ánh h°ãng cÿa pH. Thāc nghiám nghiên cāu ộng học hÃp phā. Thāc nghiám nghiên cāu ẳng nhiát hÃp phā.

Thāc nghiám nghiên cāu nhiát ộng học hÃp phā. Nghiên cāu hÃp phā kÃt hÿp quang xúc tác trong xử lý ion uranyl, Th4+. Thử nghiám khÁ năng hÃp phā ion Ra2+ trên các vÁt liáu. Nghiên cāu tái sử dāng vÁt liáu hÃp phā.

Nghiên cāu Ánh h°ãng cÿa anion F- Ãn dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl. Phân tích hàm l°ÿng các nhân phóng x¿ trong pha lßng/ pha rắn. Phân tích hàm l°ÿng các nhân phóng x¿ trong pha lßng. Phân tích hàm l°ÿng các nhân phóng x¿ trong pha rắn.

Nghiên cāu āng dāng xử lý n°ßc thÁi thāc tÃ. KÂT QUÀ VÀ THÀO LUÀN. KÃt quÁ kiểm tra các ặc tr°ng cÿa các vÁt liáu. Các ặc tr°ng cÿa vÁt liáu táng hÿp từ chÃt ho¿t ộng bề mặt Brij 56 và P123.

Các ặc tr°ng vÁt liáu SBA-15 và composite SBA-15/Fe3O4. Các kÃt quÁ ặc tr°ng vÁt liáu cÿa các m¿u SBA-15 và SBA-15/TNT. Nghiên cāu tính chÃt hÃp phā hÃp phā ion uranyl trong môi tr°áng n°ßc. Xác ịnh dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl cÿa các lo¿i vÁt liáu °ÿc táng hÿp trong luÁn án.

Ành h°ãng cÿa pH dung dịch Ãn dung l°ÿng hÃp phā. Động học hÃp phā. Đẳng nhiát hÃp phā. Nhiát ộng học hÃp phā.

Nghiên cāu tính chÃt hÃp phā ion Th4+ trong môi tr°áng n°ßc. Ành h°ãng cÿa pH dung dịch Ãn dung l°ÿng hÃp phā. Động học hÃp phā. Đẳng nhiát hÃp phā.

Nhiát ộng học hÃp phā. Ho¿t tính quang xwc tác cÿa vÁt liáu. Đái vßi xử lý ion uranyl. Đái vßi xử lý ion Th4+.

C¢ chà quá trình xử lý ion uranyl và Th4+ trong môi tr°áng n°ßc. Đánh giá khÁ năng xử lý radi trên vÁt liáu. Nghiên cāu khÁ năng tái sử dāng vÁt liáu. Ành h°ãng cÿa anion F- Ãn dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl.

KÃt quÁ xử lý n°ßc thÁi từ quá trình chà biÃn quặng urani trên vÁt liáu. KÃt quÁ nghiên cāu tỷ lá l°ÿng vÁt liáu/ thể tích n°ßc thÁi. Quy trình xử lý n°ßc thÁi từ quá trình chà biÃn quặng urani. 131 DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG Bà.

134 TÀI LIàU THAM KHÀO. 144 v DANH MĀC HÌNH VẼ Hình 1. Quy trình công nghá xử lý quặng urani ã phòng thí nghiám. Quy trình xử lý n°ßc thÁi phóng x¿ t¿i Vián Công nghá x¿ hiÃm .3 CÃu trúc cÿa uranyl nitrat dihydrat.

Tr¿ng thái tßn t¿i cÿa U(VI) trong n°ßc khử ion. Tr¿ng thái tßn t¿i cÿa ion uranyl trong dung dịch ã tr¿ng thái cân bằng vßi không khí (PCO2 = 10-3,58 atm) [125]. Tr¿ng thái tßn t¿i cÿa ion uranyl (100 mg/l) trong n°ßc chāa H2SO4 0,1 M. D¿ng hình học phân tử lăng trā 3 chiều cÿa Th(H2O)94+.

Tr¿ng thái tßn t¿i cÿa ion thori trong dung dịch. Các tr¿ng thái tßn t¿i cÿa thori trong môi tr°áng có ion SO42-. Phân lo¿i các vÁt liáu xáp. C¢ chà hình thành vÁt liáu MCM-41.

Các d¿ng cÃu trúc cÿa các vÁt liáu mao quÁn trung bình M41S. S¢ ß sÁn xuÃt vÁt liáu SBA-15 từ Pluronic P123 và TEOS. CÃu trúc SBA-15 sau phÁn āng ã 500C tr°ßc khi thÿy nhiát. a) Ành SEM, b) Đẳng nhiát hÃp phā-khử hÃp phā N2, c) GiÁn ß nhißu x¿ tia X cÿa SBA-15 [126].

Quy trình táng hÿp SBA-15 từ Brij 56 và dung dịch natri silicat. S¢ ß táng hÿp TiO2 nanotubes từ bột TiO2. S¢ ß táng hÿp vÁt liáu SBA-15/TNT. Quá trình ng°ng tā t¿o sÁn phẩm biÃn tính (R: SH hoặc NH2) [111].

S¢ ß phÁn āng biÃn tính sau táng hÿp [34]. Chāc năng hóa bề mặt bằng ph°¢ng pháp ghép [90]. Chāc năng hóa bề mặt bằng ph°¢ng pháp ghép và ph°¢ng pháp phÿ. CÃu trúc mao quÁn cÿa SBA-15 và các nhóm silanol trên bề mặt.

C¢ chà quang xúc tác cÿa TiO2 [45]. S¢ ß quy trình táng hÿp SBA-15 từ Pluronic P123. Quy trình táng hÿp TiO2 nanotubes. S¢ ß quy trình táng hÿp composite SBA-15/Fe3O4 hoặc SBA-15/TNT.

S¢ ß nghiên cāu thāc nghiám. GiÁn ß XRD cÿa vÁt liáu SBA-15 táng hÿp sử dāng Brij 56 và P123. GiÁn ß XRD góc hẹp (a) và góc rộng (b) cÿa SBA-15 và SBA-15/Fe3O4. Phá FT-IR cÿa SBA-15 và SBA-15/Fe3O4.

(A) Đ°áng ẳng nhiát hÃp phā - giÁi hÃp phā N2 và (B) °áng cong phân bá kích th°ßc mao quÁn cÿa các vÁt liáu SBA-15 và SBA-15/Fe3O4. Phá hÃp thā UV-Vis cÿa các vÁt liáu SBA-15 và SBA-15/Fe3O4. KÃt quÁ hình Ánh TEM cÿa SBA-15 và SBA-15/Fe3O4. Phá tán sắc năng l°ÿng tia X (EDX) cÿa SBA-15.

Phá tán sắc năng l°ÿng tia X (EDX) cÿa SBA-15/Fe3O4. GiÁn ß XRD góc hẹp (A) cÿa SBA-15 và SBA-15/TNT và góc rộng (B) cÿa SBA-15/TNT vßi các tỷ lá Ti/Si khác nhau. Phá FT-IR cÿa SBA-15 và SBA-15/TNT. (A) Đ°áng ẳng nhiát hÃp phā - giÁi hÃp phā N2 và (B) °áng cong phân bá kích th°ßc mao quÁn cÿa các vÁt liáu SBA-15 và SBA-15/TNT.

Phá UV-Vis cÿa các m¿u vÁt liáu SBA-15/TNT. Ành TEM cÿa (a)TiO2 d¿ng anatase (KA.100) và (b)TiO2 nanotubes. Ành TEM cÿa SBA-15/TNT. Phá tán sắc EDX cÿa SBA-15/TNT(Ti/Si = 1/4).

KÃt quÁ EDX m¿u SBA-15/TNT(Ti/Si = 1/2). KÃt quÁ EDX m¿u SBA-15/TNT(Ti/Si = 1/1). Dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl trên các vÁt liáu. Ành h°ãng cÿa pH dung dịch tßi dung l°ÿng hÃp phā ion uranyl cÿa vÁt liáu SBA-15 và SBA-15/TNT(1/1).

Thà zeta cÿa SBA-15, SBA-15/TNT(1/1) và ion uranyl là một hàm cÿa pH dung dịch. Động học hÃp phā cÿa ion uranyl trên SBA-15 và SBA-15/TNT(1/1). Đß thị biển dißn sā phā thuộc giÿa logarith hằng sá tác ộ lnk2 và giá trị 1/T cÿa quá trình hÃp phā ion uranyl trên SBA-15 và SBA-15/TNT(1/1). Đß thị biểu thị dung l°ÿng hÃp phā cân bằng theo nßng ộ Åu cÿa ion uranyl trên SBA-15 và SBA-15/TNT(1/1).

Đẳng nhiát Langmuir (a) và Freundlich (b) cÿa hÃp phā ion uranyl trên vÁt liáu SBA-15 và SBA-15/TNT(1/1) .