Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch

Vật liệu mao quản trung bình silica SBA-15 và vật liệu biến tính composite SBA-15/TiO2 nanotubes được tổng hợp thành công từ thủy tinh lỏng Việt Nam và axit sunfuric. Các đặc tính của mẫu

vật liệu đã tổng hợp được xác định bằng các kỹ thuật XRD, BET, TEM. Nghiên cứu quá trình hấp phụ

urani(VI) và thori(IV) trên vật liệu được thực hiện theo phương pháp mẻ, một số yếu tố ảnh hưởng

tới quá trình hấp phụ như pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ đầu của các ion U(VI) và Th(IV) đã được

khảo sát.

Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu SBA-15/TiO2 nanotubes đối với cả hai kim

loại đã tăng đáng kể (666 mg/g đối với urani và 222 mg/g đối với thori) so với SBA-15 (476 mg/g đối

với urani và 116 mg/g đối với thori). Các kết quả nghiên cứu phù hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc hai.

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 1

Trang 1

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 2

Trang 2

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 3

Trang 3

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 4

Trang 4

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 5

Trang 5

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 6

Trang 6

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 7

Trang 7

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch trang 8

Trang 8

pdf 8 trang viethung 4260
Bạn đang xem tài liệu "Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch

Tổng hợp và ứng dụng vật liệu SBA-15 và composite SBA-15/TiO₂ nanotube từ thủy tinh lỏng Việt Nam để loại bỏ urani(VI) và thori(IV) khỏi dung dịch
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
23Số 66 - Tháng 03/2021
1. MỞ ĐẦU
Các chất thải ô nhiễm các đồng vị phóng xạ, các 
kim loại nặng có nguồn gốc từ các cơ sở nghiên 
cứu và ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, công nghiệp 
khai khoáng và nhà máy điện hạt nhân đã và 
đang là vấn đề nóng về môi trường. Các hạt nhân 
phóng xạ như urani (238), thori (232), radi (226), 
cesi (137, 134), iod (131), chì (210),  có trong 
chất thải phóng xạ ở các pha lỏng, rắn, khí rất 
độc hại và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. 
Có nhiều phương pháp xử lý chất thải phóng xạ 
nhưng hiện nay xu thế tìm ra những giải pháp 
công nghệ, sử dụng vật liệu mới có dung lượng 
hấp phụ cao và chọn lọc đối với các ion phóng xạ, 
tốc độ xử lý cao, giá thành cạnh tranh và giảm thể 
tích lưu trữ chất thải phóng xạ thứ cấp sau xử lý 
là vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu và phát 
triển [9,10].
Vật liệu hấp phụ hiệu năng cao silic dioxit mao 
quản trung bình SBA-15 có khả năng hấp phụ 
đối với các nguyên tố phóng xạ U, Th, Cs trong 
nước thải nhiễm phóng xạ [1]. Vật liệu SBA-15 
có bề mặt riêng lớn (500-1000 m2/g) đường kính 
mao quản trung bình lớn (3- 10 nm), có độ bền 
cơ học và hóa học cao, có thể biến tính hóa làm 
tăng cường ái lực hấp phụ với các ion phóng xạ 
trong môi trường nước nên có dung lượng hấp 
phụ lớn, tốc độ hấp phụ cao, đáp ứng tốt yêu cầu 
giảm thiểu về thể tích lưu trữ, chôn cất chất thải 
phóng xạ thứ cấp thu được sau khi xử lý chất thải 
phóng xạ dạng lỏng [2,3,4]. Khi biến tính vật liệu 
SBA-15 bằng cách đưa các ion kim loại như Fe, 
Cu, Ti, Al vào vật liệu SBA-15 để tạo ra các tâm 
hoạt tính mới nhằm tăng ái lực hấp phụ, tăng tốc 
độ và độ chọn lọc các ion phóng xạ một cách rõ 
rệt [8]. Vật liệu biến tính SBA-15/TiO2 với sự tồn 
tại của thành phần TiO2 nanotube (TNT) có khẳ 
năng trao đổi ion với các cation Na+ trong mạng 
lưới dioxit titan nanotube, vì vậy làm tăng cường 
dung lượng và tốc độ hấp phụ các ion phóng xạ, 
TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU SBA-15 VÀ 
COMPOSITE SBA-15/TiO2 NANOTUBE TỪ THỦY 
TINH LỎNG VIỆT NAM ĐỂ LOẠI BỎ URANI(VI) 
VÀ THORI(IV) KHỎI DUNG DỊCH
 Vật liệu mao quản trung bình silica SBA-15 và vật liệu biến tính composite SBA-15/TiO
2
 na-
notubes được tổng hợp thành công từ thủy tinh lỏng Việt Nam và axit sunfuric. Các đặc tính của mẫu 
vật liệu đã tổng hợp được xác định bằng các kỹ thuật XRD, BET, TEM. Nghiên cứu quá trình hấp phụ 
urani(VI) và thori(IV) trên vật liệu được thực hiện theo phương pháp mẻ, một số yếu tố ảnh hưởng 
tới quá trình hấp phụ như pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ đầu của các ion U(VI) và Th(IV) đã được 
khảo sát. 
 Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu SBA-15/TiO
2
 nanotubes đối với cả hai kim 
loại đã tăng đáng kể (666 mg/g đối với urani và 222 mg/g đối với thori) so với SBA-15 (476 mg/g đối 
với urani và 116 mg/g đối với thori). Các kết quả nghiên cứu phù hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 
Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc hai.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
24 Số 66 - Tháng 03/2021
đặc biệt là ion urani (VI) và thori (IV) trong môi 
trường nước [5,6,7,12]. Trong nghiên cứu này vật 
liệu SBA-15 và vật liệu biến tính SBA-15/TNT đã 
được tổng hợp từ thủy tinh lỏng Việt Nam làm 
chất hấp phụ để xử lý ion urani (VI) và thori (IV) 
trong dung dịch nước để ứng dụng cho mục đích 
xử lý nước thải ô nhiễm phóng xạ từ các ngành 
công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng có tính 
phóng xạ, các cơ sở nghiên cứu phóng xạ, các nhà 
máy điện hạt nhân, đồng thời giảm thiểu thể tích 
lưu trữ, chôn cất chất thải phóng xạ sau xử lý.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất
Titan dioxit (TiO2, Hàn Quốc, 98%), Natri 
hiđroxit (NaOH, Trung Quốc, 98%), Axit sun-
furic (H2SO4 (99%), Trung Quốc), PLURONIC 
P123 (Sigma Aldrich, 98%), Thủy tinh lỏng (Na-
2SiO3 (28% SiO2), Việt Nam), Muối uranyl axetat 
(UO2(CH3COO)2·2H2O) và thori clorua (ThCl4), 
(Viện Công nghệ xạ hiếm), Arsenazo III ((HO)2
C10H2(SO3H)2(N=NC6H4AsO3H2)2, Trung Quốc).
2.2. Tổng hợp vật liệu
Tổng hợp TiO2 nanotubes (TNT)
TiO2 nanotubes được tổng hợp theo phương pháp 
hồi lưu thủy nhiệt: cho 30 g TiO2 bột vào 630 ml 
dung dịch NaOH 10M, khuấy đều 30 phút, siêu 
âm trong 1h. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào bình 
autoclave có lót Teflon, đun nóng trong 24h ở 
110oC. Hỗn hợp sau phản ứng được lọc, rửa nhiều 
lần bằng nước cất để có pH = 7, sau đó tiếp tục xử 
lý axit để trao đổi ion Na+ bằng cách ngâm trong 
500ml HCl (0,1 M) trong 24h (dung dịch có pH = 
5). Sản phẩm được lọc, rửa đến pH = 7 trước khi 
đem sấy ở nhiệt độ 80oC trong 24h, sau đó nung 
ở 300oC trong 2h. Sản phẩm dạng bột trắng thu 
được là TiO2 nanotubes, ký hiệu là TNT.
Tổng hợp SBA-15
Cho 8g P123 vào trong 380 ml nước cất và khuấy 
trong 2 giờ ở 35- 400C để tạo thành dung dịch 
đồng nhất. 37g thủy tinh lỏng được thêm vào 
dung dịch đó ở nhiệt độ phòng khuấy trộn trong 
1h. Tiếp theo, thêm nhanh 48g H2SO4 98% vào 
dung dịch và khuấy tiếp trong 30 phút. Sau đó, 
giảm tốc độ khuấy để giữ hỗn hợp dạng gel trong 
18 giờ và làm già hóa trong 24h tại 800C. Chất rắn 
tách từ hỗn hợp được lọc, rửa bằng nước cất cho 
đến khi pH = 7, sấy khô ở nhiệt độ phòng. Bột 
rắn nhận được đem nung ở 5500C trong 5h để thu 
được sản phẩm cuối cùng là SBA-15.
Tổng hợp SBA-15/TiO2 nanotubes (SBA-15/
TNT)
Cho 8g P123 vào trong 380 ml nước cất và khuấy 
trong 2 giờ ở 35- 400C để tạo thành dung dịch 
đồng nhất. Cho 37g thủy tinh lỏng vào dung dịch 
đó ở nhiệt độ phòng khuấy trộn trong 1h, sau đó 
thêm 7g TiO2 nanotubes vào hỗn hợp (tương ứng 
với tỷ lệ mol Si/Ti = 1) và tiếp tục khuấy trong 1h 
với tốc độ 500 vòng/phút. Tiếp theo, thêm nhanh 
48g H2SO4 98% vào dung dịch và khuấy tiếp trong 
30 phút. Sau đó, giảm tốc độ khuấy để giữ hỗn 
hợp dạng gel trong 18 giờ và làm già hóa trong 
24h tại 800C. Chất rắn tách từ hỗn hợp được lọc, 
rửa bằng nước cất cho đến khi pH = 7, sấy khô ở 
nhiệt độ phòng. Bột rắn nhận được đem nung ở 
5500C trong 5h để  ... biến tính SBA-15/TNT 
rất giống với mẫu SBA-15 (Hình 1a), SBA-15 thu 
được có độ trật tự cao. Đỉnh tương ứng với góc 
phản xạ hẹp tại 2θ < 2° có cường độ cao nên cấu 
trúc hình lục giác 2D của mẫu SBA-15/TNT vẫn 
duy trì. Điều này khẳng định rằng sự kết hợp của 
titan không ảnh hưởng đến cấu trúc hình lục giác 
của SBA-15. Kết quả XRD góc rộng (hình 1b) cho 
thấy rõ ràng rằng một số lượng titan đã được kết 
hợp vào khung silic dioxit của SBA-15 trong điều 
kiện thí nghiệm. Các đỉnh cụ thể tại 2θ = 25,3° 
trong SBA-15/TNT được gán cho pha anatase, 
cường độ các đỉnh tương ứng với lượng Ti được 
cho vào. Vì vậy, vật liệu biến tính SBA-15/TNT đã 
được tổng hợp thành công. Phổ FT-IR của SBA-
15 (hình 2a) hiển thị dải hấp thụ ở khoảng tần số 
hơn 3400 cm-1 là đặc trưng cho các phân tử nước 
trong tinh thể và các phân tử nước bị hấp phụ vật 
lý bên trong các lỗ xốp. Các đỉnh xuất hiện xung 
quanh 1000-1100 cm-1 có thể là do Si-O –Si và Si-
O–H dao động bất đối xứng kéo dài và cho biết sự 
có mặt của silic dioxit trong vật liệu sau tổng hợp. 
Có hai dải mới tại 2931 và 1630 cm-1, tương ứng 
là các dao động kéo dài của C – H trong nhóm 
propyl và liên kết C=N. Đối với mẫu SBA-15/
TNT, độ hấp thụ IR ở khoảng 960cm-1 thường là 
đặc trưng của dao động Ti-O-Si. Hầu hết các đỉnh 
của hai vật liệu đều giống nhau nên việc biến tính 
không làm thay đổi cấu trúc của SBA-15.
Hình 1. Phổ XRD của mẫu SBA-15 và SBA-15/
TNT vùng góc nhỏ (a); SBA-15 và SBA-15/TNT 
vùng góc rộng (b)
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
26 Số 66 - Tháng 03/2021
Bảng 1. Đặc trưng cấu trúc của vật liệu
Hình 2 (b) cho thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ 
- giải hấp phụ N2 của các vật liệu SBA-15 và SBA-
15/TNT có dạng đường đẳng nhiệt dạng IV với 
sự xuất hiện của vòng trễ ở áp suất tương đối cao 
(P/Po ~ 0,6 -0,8) theo IUPAC. Nó có nghĩa là cấu 
trúc lục giác của vật liệu mao quản trung bình 
vẫn còn tồn tại. Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy 
rằng mẫu chứa các ống nano oxit titan vẫn có độ 
trễ tại P/Po ~ 1, đặc trưng của mao quản lớn. Do 
đó, vật liệu SBA-15/TNT là vật liệu đa cấp mao 
quản micro/meso/macro [11,12]. 
Đường cong phân bố kích thước mao quản của 
mỗi mẫu cũng được thể hiện trong Hình 2 (c), và 
kết quả phân tích các đẳng nhiệt này được tóm 
tắt trong Bảng 1. Các đường cong phân bố kích 
thước mao quản cho thấy kích thước mao quản 
trung bình khoảng ~ 14 nm đối với mẫu SBA-
15/TNT lớn hơn của mẫu SBA-15 tinh khiết (3,1 
nm). Sự gia tăng rõ rệt về kích thước mao quản 
trung bình khi các mẫu thay thế Ti có thể là do 
sự sụt giảm độ dày thành mao quản của các mẫu 
chứa titan. Có thể thấy rõ rằng mẫu SBA-15/TNT 
có diện tích bề mặt giảm từ 939 xuống 414 m2/g 
tương ứng SBA-15 đến SBA-15/TNT. Lý do là oxit 
titan hình thành trong quá trình tổng hợp, một 
phần nó bao phủ lên trên bề mặt vì vậy làm cho 
diện tích bề mặt riêng giảm và vật liệu bắt đầu 
xuất hiện các vùng mao quản lớn.
Hình 3. Phổ EDS của SBA-15/TNT
Bảng 2. Các thành phần trong SBA-15/TNT
Từ kết quả EDX (hình 3 và bảng 2) cho thấy, vật 
liệu SBA-15/TNT đã được tổng hợp thành công 
chứa ba phần tử Ti, Si và O. Ảnh TEM (hình 4) 
cho thấy đối với SBA-15 cấu trúc meso được tạo 
ra một cách rõ rệt với các kênh mao quản trung 
bình rất đều đặn có độ trật tự cao. Mặt khác, các 
ống TiO2 với kích thước nano được hình thành 
sau quá trình tổng hợp bằng phương pháp đun 
hồi lưu. Bên cạnh đó, đối với mẫu vật liệu tổng 
hợp SBA-15/TNT ảnh TEM cho thấy sự có mặt 
của các ống TiO2 tồn tại đồng thời cùng với cấu 
trúc mao quản trung bình của vật liệu. Điều đó 
Hình 2. Phổ FTIR của SBA-15 và SBA-15/TNT (a); Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 của các 
mẫu (b) và đường phân bố kích thước mao quản của các vật liệu (c)
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
27Số 66 - Tháng 03/2021
chứng tỏ đã tổng hợp thành công vật liệu tổng 
hợp SBA-15/TNT.
Từ kết quả EDX (hình 3 và bảng 2) cho thấy, vật 
liệu SBA-15/TNT đã được tổng hợp thành công 
chứa ba phần tử Ti, Si và O. Ảnh TEM (hình 4) 
cho thấy đối với SBA-15 cấu trúc meso được tạo 
ra một cách rõ rệt với các kênh mao quản trung 
bình rất đều đặn có độ trật tự cao. Mặt khác, các 
ống TiO2 với kích thước nano được hình thành 
sau quá trình tổng hợp bằng phương pháp đun 
hồi lưu. Bên cạnh đó, đối với mẫu vật liệu tổng 
hợp SBA-15/TNT ảnh TEM cho thấy sự có mặt 
của các ống TiO2 tồn tại đồng thời cùng với cấu 
trúc mao quản trung bình của vật liệu. Điều đó 
chứng tỏ đã tổng hợp thành công vật liệu tổng 
hợp SBA-15/TNT.
3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá 
trình hấp phụ urani (VI) và thori (IV) trong 
nước
Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc
Hình 5. Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến sự hấp 
phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Để đánh giá sự hấp phụ như một hàm của thời 
gian tiếp xúc, khoảng thời gian tiếp xúc từ 15 
phút đến 360 phút được áp dụng cho tất cả các 
mẫu. Lấy mẫu phân tích vào cuối mỗi khoảng 
thời gian tiếp xúc, phần huyền phù được tách ra, 
nồng độ ion trong dung dịch được phân tích bằng 
phương pháp so màu với arsenazo III và phân tích 
đối chiếu bằng ICP-MS. Kết quả nghiên cứu động 
học với sự hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và 
SBA-15/TNT được thể hiện trong hình 5.
Như quan sát trong hình 5, dung lượng hấp phụ 
tăng nhanh trong 30 phút đầu tiên, sau đó dung 
lượng hấp phụ tăng chậm dần và đến 60 phút, quá 
trình hấp phụ đã đạt trạng thái bão hòa. Sơ đồ 
động học của quá trình hấp phụ bao gồm hai giai 
đoạn: giai đoạn đầu tiên là hấp phụ tức thời hay 
hấp phụ bề mặt ngoài, quá trình xảy ra rất nhanh, 
giai đoạn hai là giai đoạn hấp phụ từ từ trong đó 
khuếch tán nội bào kiểm soát tốc độ hấp phụ cho 
đến khi sự hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng. 
Đối với quá trình hấp phụ urani và thori, chúng 
ta thấy rằng thời gian để đạt cân bằng trong 60 
phút là đủ, vì sự hấp phụ tối đa đạt được trong 
giai đoạn này.
Động học quá trình hấp phụ urani và thori trên 
các vật liệu SBA-15 và SBA-15/TNT
Hình 6. Mô hình động học biểu kiến bậc nhất của 
hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Hình 4. Ảnh TEM các mẫu vật liệu (a) SBA-15; (b) TiO2 nanotubes; (c, d) SBA-15/TNT
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
28 Số 66 - Tháng 03/2021
Hình 7. Mô hình động học biểu kiến bậc hai của hấp 
phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Từ các các kết quả thực nghiệm khảo sát ảnh 
hưởng thời gian tiếp xúc đến sự hấp phụ urani 
và thori (hình 5), mô hình động học bậc một và 
bậc hai biểu kiến được xây dựng như sau (hình 6 
và hình 7).
Từ hình 6 và hình 7, dựa vào hệ số hồi quy R2 có 
thể thấy rằng, quá trình hấp phụ urani và thori 
trên SBA-15 và SBA-15/TNT tuân theo mô hình 
động học biểu kiến bậc hai mà không tuân theo 
mô hình động học biểu kiến bậc nhất [13,14].
Từ mô hình động học, các tham số động học bậc 2 
biểu kiến được xác định và trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Các tham số động học bậc hai biểu 
kiến hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và 
SBA-15/TNT
Khảo sát ảnh hưởng của pH
pH của dung dịch là một thông số quan trọng 
trong khảo sát quá trình hấp phụ, nó ảnh hưởng 
đến điện tích bề mặt chất hấp phụ, trạng thái tồn 
tại các ion kim loại và vị trí gắn các ion lên trên 
bề mặt vật liệu hấp phụ. Để xác định pH tối ưu 
cho quá trình hấp phụ, các thí nghiệm được tiến 
hành trong phạm vi pH từ 3 đến 8 với urani và từ 
2 đến 7 với thori, nhiệt độ giữ ổn định 28±10C, 
thời gian cân bằng 60 phút, lượng chất hấp phụ 
5mg, nồng độ đầu dung dịch urani là 100mg/L, 
dung dịch thori là 10mg/L.
Hình 8. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ urani 
và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Hình 8 cho thấy ảnh hưởng của pH đến dung 
lượng hấp phụ urani và thori trong dung dịch. 
Lý giải cho dung lượng hấp phụ thấp trong môi 
trường axit có thể là do sự dư thừa ion H+ trong 
dung dịch. Ngoài ra pH thấp ngăn chặn sự thủy 
phân của các ion kim loại và bề mặt chất hấp phụ 
liên kết chặt chẽ với các ion H3O+ cản trở sự tiếp 
cận của các ion kim loại với các nhóm chức bề 
mặt. Khi pH tăng sự hấp phụ tăng, sự hấp phụ tối 
đa urani ở pH =6, thori ở pH =5. Tiếp tục tăng 
pH, dung lượng hấp phụ urani giảm có thể là do 
sự thủy phân của các ion uranyl làm giảm hiệu 
quả hấp phụ, trong khi dung lượng hấp phụ thori 
gần như không thay đổi khi tăng pH>5. Kết quả 
cho phép chọn pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 
urani và thori là 6 và 5, tương ứng.
Xây dựng đẳng nhiệt hấp phụ
Hình 9. Ảnh hưởng nồng độ đầu đến sự hấp phụ 
urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Dung lượng hấp phụ như một hàm của nồng độ 
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
29Số 66 - Tháng 03/2021
ban đầu của ion trong dung dịch được chỉ ra trong 
hình 9. Tổng lượng ion kim loại bị hấp phụ tăng 
khi tăng nồng độ đầu của các ion trong dung dịch 
và đạt đến dung lượng hấp phụ cực đại ở nồng độ 
100 và 70mg/L với urani và thori, tương ứng.
Từ các số liệu thực nghiệm thu được, thế vào 
phương trình đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến 
tính để xác định qmax và KL (hình 10).
Hình 10. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir cho sự hấp 
phụ urani và thori trên SBA-15 và SBA-15/TNT
Từ hình 10, xác định được các giá trị qmax và KL 
đối với quá trình hấp phụ urani và thori như sau:
- Đối với quá trình hấp phụ urani:
+ Trên vật liệu SBA-15: 
+ Trên vật liệu SBA-15/TiO2: 
- Đối với quá trình hấp phụ thori
+ Trên vật liệu SBA-15: 
+ Trên vật liệu SBA-15/TiO2: 
4. KẾT LUẬN
1. Đã đưa ra phương pháp tổng hợp vật liệu SBA-
15 và vật liệu biến tính SBA-15/TNT bằng cách 
biến tính với TiO2 nanotube bằng phương pháp 
tổng hợp trực tiếp từ thủy tinh lỏng và axit sunfu-
ric và bột TiO2 thương mại.
2. Đã xác định điều kiện tối ưu của quá trình hấp 
phụ urani (VI) và Th (IV) trên các vật liệu SBA-
15 và SBA-15/TNT (Si/Ti = 1) có dung lượng hấp 
phụ urani và thori là 666mg/g và 222 mg/g, cao 
hơn rõ rệt so với SBA-15 479 mg/g và 116 mg/g.
3. Qui luật hấp phụ urani và thori trên SBA-15 và 
SBA-15/TNT tuân theo phương trình đẳng nhiệt 
Langmuir tại vùng nồng độ từ 20-300mg/L, pH = 
6 và 10-150 mg/L, pH= 5 với urani và thori tương 
ứng, nhiệt độ 28±10C.
4. Vật liệu SBA-15 và vật liệu biến tính SBA-15/
TNT với giá thành rẻ và đạt hiệu quả cao trong xử 
lý urani và thori trong môi trường nước là vật liệu 
có tiềm năng ứng dụng và thương mại hóa để xử 
lý nước thải ô nhiễm phóng xạ.
Nguyễn Văn Chính, Nguyễn Bá Tiến, 
Lưu Cao Nguyên, Nguyễn Đình Tuyến
Viện Công nghệ xạ hiếm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hui Dan, Yi Ding, Xirui Lu, Fangting Chi, 
Shibin Yuan, Adsorption of uranium from 
aqueous solution by mesoporous SBA-15 
with various morphologies, J Radioanal Nucl 
Chem,2016,310(3), 1107–1114,3. Xinghui Wang, 
Guiru Zhu, Feng Guo, Removal of uranium (VI) 
ion from aqueous solution by SBA-15, Annals of 
Nuclear Energy, 2013, 56, 151–157.
[2] Zhao, D., et al. Non-ionic Triblock and Star 
Diblock Copolymer and Oligomeric Surfactant 
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
30 Số 66 - Tháng 03/2021
Synthesis of Highly Ordered, Hydrothermical-
ly Stable, Mesoporous Silica Structures, J.Am. 
Chem.Soc., 1999, 12, 6024 – 6036.
[3] A.Y. Khodakov, V.L. Zholobenko, R. Bechara, 
D. Durand, Microporous and Mesoporous Mater. 
79 (2005) 29-39
[4] Milan Z, Momcˇilovic´, Marjan S, Randelovic, 
Aleksandra R, Zarubica, Antonije E, Onjia, Maja 
Kokunešoski, Branko Z, Matovic´, SBA-15 tem-
plated mesoporous carbons for 2,4-dichlorophe-
noxyacetic acid removal, Chemical Engineering 
Journal, 2013,220, 276–283.
[5] Lili Yang, Zeyu Jiang, Sufeng Lai, Chongwen 
Jiang and Hong Zhong, Synthesis of Titanium 
Containing SBA-15 and Its Application for Pho-
tocatalytic Degradation of Phenol, International 
Journal of Chemical Engineering, 2014, Article 
ID 691562, 7 pages.
[6] Guanghui Wang, Jie Zhen, Limin Zhou, Feng 
Wu, Nansheng Deng, Adsorption and photocata-
lytic reduction of U(VI) in aqueous TiO2 suspen-
sions enhanced with sodium formate, J Radioanal 
Nucl Chem,2015,304, Issue 2, pp 579–585,
[7] Zijie Li, Zhiwei Huang, Wenlu Guo, Lin Wang, 
Lirong Zheng, Zhifang Chai, and Weiqun Shi, En-
hanced Photocatalytic Removal of Uranium (VI) 
from Aqueous Solution by Magnetic TiO2/Fe3O4 
and Its Graphene Composite, Environ, Sci, Tech-
nol, 2017,51 (10), pp 5666–5674,
[8] Yadan Guo, Yiqin Guo, Xuegang Wang, Peng 
Li, Liuwei Kong, Guanghui Wang, Xiaomeng Li 
and Yunhai Liu, Enhanced photocatalytic reduc-
tion activity of Uranium (VI) from aqueous solu-
tion using Fe2O3-Graphene oxide nanocompos-
ite, Dalton Trans, 2017, 46, 14762-14770.
[9] Leila Dolatyari, Mohammad Reza Yaftian, Sad-
egh Rostamnia; Adsorption characteristics of Eu 
(III) and Th (IV) ions onto modified mesoporous 
silica SBA-15 materials; Journal of the Taiwan In-
stitute of Chemical Engineers; 2016, 174-184.
[10] Milan Z. Momcˇilovic´, Marjan S. Ran-
delovic, Aleksandra R. Zarubica, Antonije E. 
Onjia, Maja Kokunešoski, Branko Z. Matovic´.
SBA-15 templated mesoporous carbons for 
2,4-dichlorophenoxyacetic acid removal. Chemi-
cal Engineering Journal, 2013,220, 276–283.
[11] Xinghui Wang, Guiru Zhu, Feng Guo. Re-
moval of uranium (VI) ion from aqueous solution 
by SBA-15. Annals of Nuclear Energy. 2013,56 
,151–157.
[12] S. Sreekantan, L. C. Wei. Study on the for-
mation and photocatalytic activity of titanate na-
notubes synthesized via hydrothermal method, J. 
Alloys Compd., 2010, 490(1–2), 436-442
[13] Pankaj Sharma, Radha Tomar; Synthesis and 
application of an analogue of mesolite for the re-
moval of uranium (VI), thorium (IV), and euro-
pium (III) from aqueous waste; Microporous and 
Mesoporous Materials; 2008, 641-652.
[14] Saeed Abbasizadeh, Ali Reza Keshtkar, Mo-
hammad Ali Mousavian, Preparation of a novel 
electrospun polyvinyl alcohol/titanium oxide 
nano fiber adsorbent modified with mercapto 
groups for uranium (VI) and thorium (IV) re-
moval from aqueous solution; Chemical Engi-
neering Journal; 2013, 161-171.

File đính kèm:

  • pdftong_hop_va_ung_dung_vat_lieu_sba_15_va_composite_sba_15tio.pdf