Hấp phụ Uran bằng Chitin/chitosan có độ Deaxetyl thấp

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 1 - 4, 2004<br /> <br /> <br /> <br /> HÊP PHô URAN B»NG CHITIN/CHITOSAN Cã §é<br /> DEAXETYL THÊP<br /> §Õn Tßa so¹n 18-7-2002<br /> NguyÔn v¨n Søc1, Ng« Quang Huy1, NguyÔn Quèc HiÕn2,<br /> NguyÔn V¨n Hïng3<br /> 1<br /> Trung t©m Kü thuËt h¹t nh©n, Tp Hå ChÝ Minh<br /> 2<br /> Trung t©m C«ng nghÖ bøc x¹, Tp Hå ChÝ Minh<br /> 3<br /> ViÖn Nghiªn cøu h¹t nh©n §3 L¹t, L©m §ång<br /> <br /> SUMMARY<br /> Adsorption ability of uranyl ion by chitin/chitosan with low degree of deacetylation<br /> was studied. The process of adsorption depended on pH values of the solution.<br /> Distribution coefficient (Kd) obtained the maximum and constant values at pH from 5 to 7.<br /> The effect of anions Cl- and SO42- on the uranyl ions adsorption ability by chitin/chitosan<br /> was also investigated. In fact, chloride anions have no effect on distribution coefficients<br /> even at 1M concentration, meanwhile sulfate anions have some effect on adsorption ability<br /> of uranyl ion by chitin/chitosan. The Kd values decreased at the sulfate concentration from<br /> 0.5M. The results obtained in this work can be applied to remove uranyl ion in the waste<br /> solution.<br /> <br /> <br /> I - Më §ÇU Trong b i b¸o n y chóng t«i tr×nh b y kÕt<br /> qu¶ nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp phô ion uran trªn<br /> Kh¶ n¨ng hÊp phô ion kim lo¹i ®Æc biÖt l chitin/chitosan ®-îc xö lý trong dung dÞch<br /> ion cña c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp cña chitosan -<br /> 20% NaOH víi môc ®Ých ®Ó l m gi u uran<br /> s¶n phÈm ®Ò axetyl hãa cña chitin t¸ch tõ c¸c<br /> trong dung dÞch n-íc v thu håi uran trong<br /> ®éng vËt gi¸p x¸c trong m«i tr-êng kiÒm ®Ëm<br /> ®Æc (kho¶ng tõ 40% ®Õn 50%) ®5 ®-îc nghiªn n-íc th¶i cña mét sè c¬ së nghiªn cøu, xö lý<br /> cøu v øng dông ®Ó xö lý n-íc th¶i c«ng v chÕ biÕn quÆng uran.<br /> nghiÖp v l m s¹ch vÕt ion kim lo¹i nÆng trong<br /> n-íc sinh ho¹t [1 - 4]. Tuy nhiªn, chitosan cã II - THùC NGHIÖM<br /> ®é deaxetyl cao cã nh-îc ®iÓm l dÔ bÞ hßa<br /> tan trong m«i tr-êng axit v trë th nh khèi 1. ChuÈn bÞ vËt liÖu hÊp phô<br /> nh5o v nhít nÕu nh- ®Ó l©u trong n-íc, thËm ChÕ phÈm chitin (®-îc t¸ch tõ vá t«m theo<br /> chÝ ë m«i tr-êng cã pH trung tÝnh nªn rÊt khã ph-¬ng ph¸p ®5 tr×nh b y trong c«ng tr×nh [6])<br /> t¸i t¹o, ®Æc biÖt l sö dông trong ph-¬ng ph¸p ®-îc nghiÒn th nh bét cã kÝch th-íc kho¶ng 50<br /> s¾c ký cét ®Ó l m gi u hoÆc t¸ch c¸c ion kim - 100 mesh. Ng©m 20 g chitin d¹ng bét trong<br /> lo¹i. Trong khi ®ã chitin/chitosan cã ®é dung dÞch 20% NaOH ë nhiÖt ®é phßng trong<br /> deaxetyl thÊp (xö lý trong dung dÞch 20% thêi gian 48 giê. Läc röa b»ng n-íc cÊt cho ®Õn<br /> NaOH) còng cã kh¶ n¨ng hÊp phô mét sè ion khi trung tÝnh. SÊy kh« s¶n phÈm chitin/<br /> kim lo¹i v bÒn trong m«i tr-êng axit. chitosan thu ®-îc ë 60oC.<br /> <br /> 1<br /> 2. Nghiªn cøu sù hÊp phô ion uran trao ®æi chøa 0,5 g chitin/chitosan ®5 ®-îc c©n<br /> b»ng tr-íc víi dung dÞch cã pH b»ng 5,5. X¸c<br /> a. PhE¬ng ph¸p c©n b»ng hÊp phô trong c¸c<br /> ®Þnh l-îng uran trong c¸c dung dÞch ®5 qua cét<br /> cèc thñy tinh (batch method)<br /> v tÝnh phÇn tr¨m hÊp phô còng nh- hÖ sè ph©n<br /> Trong 5 cèc (250 ml), mçi cèc cã chøa bè Kd ë mçi nång ®é kh¶o s¸t cña anion SO42-<br /> cïng mét l-îng chÊt hÊp phô (300 mg) víi thÓ v Cl-.<br /> tÝch dung dÞch hÊp phô l 30 ml, cã l-îng dung<br /> dÞch muèi uran 5 mg/ml. §iÒu chØnh pH mçi 4. T¸ch ion uran ra khái cét hÊp phô<br /> cèc theo c¸c gi¸ trÞ 1, 2, 4, 5 v 6 (tr-íc khi C¸c dung dÞch axit HNO3, H2SO4, HCl cã<br /> cho dung dÞch chøa uran v o c¸c cèc thÝ nång ®é tõ 0,05 M ®Õn 0,5 M ®-îc sö dông ®Ó<br /> nghiÖm) b»ng dung dÞch NH4OH v HCl. L¾c l m dung dÞch t¸ch ion uran ra khái cét hÊp phô<br /> c¸c cèc thÝ nghiÖm trªn m¸y l¾c trong thêi gian chitin/chitosan. Qu¸ tr×nh röa ion uran ®èi víi<br /> 4 - 5 giê. Sau khi qu¸ tr×nh hÊp phô c©n b»ng, mçi mét dung dÞch axit ®-îc tiÕn h nh theo tõng<br /> cÈn thËn lÊy 10 ml dung dÞch trong mçi cèc thÝ dung dÞch axit cã nång ®é ®5 ®-îc lùa chän.<br /> nghiÖm, x¸c ®Þnh l-îng uran cßn l¹i b»ng<br /> ph-¬ng ph¸p so m u, sö dông dung dÞch H2O2 LÊy 50 ml dung dÞch HCl (hoÆc axit HNO3,<br /> 30% l m t¸c nh©n t¹o phøc víi ion uran trong hoÆc axit H2SO4) cã nång ®é 0,05 M cho qua<br /> m«i tr-êng kiÒm [5]. cét ®5 hÊp phô uran (pH hÊp phô b»ng 5 - 6),<br /> ®iÒu chØnh tèc ®é ch¶y cña dung dÞch röa<br /> b. PhE¬ng ph¸p c©n b»ng hÊp phô trªn cét trao kho¶ng b»ng 0,5 ml/phót. Thu lÊy dung dÞch<br /> ®æi ion (columm method) trong c¸c ph©n ®o¹n röa theo thø tù 5, 10, 15,<br /> Cho 50 ml dung dÞch cã l-îng uran b»ng 20 v 25 ml. X¸c ®Þnh uran trong c¸c ph©n<br /> 5 mg, pH b»ng 2, qua cét trao ®æi ion cã ®-êng ®o¹n röa theo ph-¬ng ph¸p ®5 giíi thiÖu trong<br /> kÝnh 0,5 cm chøa 0,8 g chitin/chitosan ®5 ®-îc c«ng tr×nh [5]. C¸c qu¸ tr×nh röa uran ra khái<br /> c©n b»ng tr-íc víi dung dÞch cã pH b»ng 2. cét hÊp phô b»ng c¸c nång ®é tiÕp theo (0,1 M,<br /> §iÒu chØnh tèc ®é ch¶y lèi ra cña cét kho¶ng 0,2 M, 0,3 M v 0,4 M) cña dung dÞch axit HCl,<br /> 0,5 ml/phót. Sau ®ã röa cét b»ng 20 ml n-íc cã HNO3, H2SO4 còng ®-îc tiÕn h nh mét c¸ch<br /> pH b»ng 2. Gép dung dÞch qua cét ban ®Çu v t-¬ng tù trªn c¸c cét trao ®æi kh¸c nhau hoÆc sö<br /> dung dÞch röa, ®Þnh møc tíi thÓ tÝch 100 ml. dông cét trao ®æi ban ®Çu sau khi röa cét b»ng<br /> C¸c thÝ nghiÖm tiÕp theo ®-îc thùc hiÖn t-¬ng n-íc cÊt cho ®Õn khi trung tÝnh v c©n b»ng cét<br /> tù nh-ng ë nh÷ng gi¸ trÞ pH b»ng 4, 5, 6 v 7. hÊp phô víi dung dÞch cã pH b»ng 5 - 6.<br /> LÊy 10 ml tõ 100 ml, mçi dung dÞch (bao gåm<br /> dung dÞch ®5 qua cét v dung dÞch röa) ®Ó ph©n III - KÕT QU¶ V( TH¶O LUËN<br /> tÝch uran b»ng ph-¬ng ph¸p so m u gièng nh-<br /> ®5 tr×nh b y trong ph-¬ng ph¸p hÊp phô trong HÖ sè ph©n bè Kd cña uran víi chitin/<br /> c¸c cèc thñy tinh. chitosan trong c¶ hai ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu<br /> (ph-¬ng ph¸p cét v ph-¬ng ph¸p trong c¸c cèc<br /> 3. Nghiªn cøu ¶nh h'ëng cña c¸c anion SO42-, thñy tinh) ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:<br /> Cl- ®Õn sù hÊp phô cña ion uran b»ng<br /> S V<br /> chitin/chitosan Kd = × ,<br /> 100 S m<br /> §Ó kh¶o s¸t ¶nh h-ëng ®Õn sù hÊp phô ion<br /> uran b»ng chitin/chitosan khi cã mÆt c¸c anion 100 - S m<br /> sulphat v clo víi c¸c nång ®é kh¸c nhau, S l phÇn tr¨m hÊp phô:<br /> chóng t«i ®5 chän pH hÊp phô n»m trong M - M1<br /> kho¶ng 5 - 6 (v× ®©y l kho¶ng pH hÊp phô cña S (%) = × 100.<br /> ion uran ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i). Nång ®é anion M<br /> SO42- v Cl- trong c¸c thÝ nghiÖm n»m trong Trong ®ã: M l l-îng uran ban ®Çu trong dung<br /> kho¶ng tõ 10-2 M ®Õn 1 M. Cho c¸c dung dÞch dÞch, M1 l l-îng uran cßn l¹i trong dung dÞch<br /> chøa uran (2 mg) cã thÓ tÝch 50 ml víi nång ®é sau khi hÊp phô, V l thÓ tÝch dung dÞch (ml),<br /> anion SO42- hoÆc Cl- tõ 10-2 M ®Õn 1 M qua cét m l khèi l-îng chÊt hÊp phô (g).<br /> 2<br />  HÖ sè ph©n bè Kd ®-îc biÓu diÔn trªn h×nh phô b¾t ®Çu t¹i pH b»ng 4. Tõ pH b»ng 5,5 thi<br /> 1. Sù hÊp phô cña ion uran trªn chitosan phô Kd ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i v kh«ng ®æi ë c¸c gi¸ trÞ<br /> thuéc v o pH cña dung dÞch v chØ thùc sù hÊp pH lín h¬n 5.<br /> 100000<br /> <br /> 10000<br /> Kd<br /> 1000<br /> Kd<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100<br /> <br /> 10<br /> <br /> 1<br /> 1 2 3 4 5 6 7<br /> Giaùtrò<br /> Gi¸ trÞpH<br /> pH<br /> <br /> H×nh 1: HÖ sè ph©n bè Kd cña uran trªn chitin/chitosan<br /> <br /> HÖ sè ph©n bè Kd trong c¶ hai ph-¬ng ph¸p ng¨n c¶n ®Õn sù t-¬ng t¸c cña ion uran víi<br /> nghiªn cøu kh«ng phô thuéc v o sù cã mÆt cña ph©n tö chitin/chitosan. Anion Cl- kh«ng ¶nh<br /> c¸c anion Cl- v SO42- cho ®Õn nång ®é 1 M ®èi h-ëng ®Õn sù hÊp phô cña ion uran b»ng<br /> víi anion Cl- v 0,5 M ®èi víi anion SO42- (h×nh chitin/chitosan thËm chÝ khi nång ®é anion Cl-<br /> 2). Trong tr-êng hîp cã mÆt anion sulphat víi b»ng 1 M. §iÒu n y rÊt cã ý nghÜa khi sö dông<br /> l-îng lín (> 0,05 M), sù hÊp phô cña uran b»ng chitin ®Ó l m gi u uran trong dung dÞch n-íc<br /> chitin/chitosan bÞ gi¶m. Cã thÓ gi¶i thÝch r»ng cã nång ®é muèi ¨n cao nh- trong tr-êng hîp<br /> phøc [UO2(SO4)2]2- ®-îc h×nh th nh v cã thÓ l m gi u uran trong n-íc biÓn.<br /> <br /> Kd<br /> 10050<br /> 10050<br /> [Cl-]<br /> <br /> 10000<br /> 10000<br /> Kd<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 9950<br /> 9950<br /> [SO42-]<br /> <br /> 9900<br /> 9900<br /> <br /> <br /> 9850<br /> 9850<br /> [M]<br /> 55x10<br /> ×10-3-3 10-2 -2<br /> 10 5×10<br /> 5x10-2 -2<br /> 10 -1<br /> 10-1 5×10 -1 -1<br /> 5x10 11<br /> <br /> H×nh 2: ¶nh h-ëng cña anion SO42- v Cl- ®Õn sù hÊp phô cña uran b»ng chitin/chitosan<br /> <br /> §Ó röa gi¶i uran ra khái cét hÊp phô cã thÓ c¸c axit cã nång ®é 0,2 M (lÊy h¬n 5 ml ë mçi<br /> sö dông c¸c dung dÞch axit HNO3, H2SO4 v HCl ph©n ®o¹n tiÕp theo) cho thÊy r»ng b¾t ®Çu tõ<br /> cã nång ®é thÊp. Tuy nhiªn ë nång ®é 0,2 M cña ph©n ®o¹n ®Çu tiªn l-îng vÕt uran ®5 xuÊt hiÖn<br /> c¶ ba lo¹i axit th× l-îng uran ®-îc röa ra khái v l-îng uran ho n to n bÞ röa ra khái cét hÊp<br /> cét hÊp phô ë ph©n ®o¹n röa thø t- v th- n¨m phô tõ ph©n ®o¹n thø t- v n¨m (20 ml v 25 ml<br /> l lín nhÊt (chiÕm 87% trong to n bé l-îng uran cña dung dÞch röa). Trong thÝ nghiÖm n y chóng<br /> trong tÊt c¶ c¸c ph©n ®o¹n röa). C¸c kÕt qu¶ x¸c t«i ®5 sö dông dung dÞch axit HCl 0,2 M ®Ó l m<br /> ®Þnh l-îng uran bÞ röa ra ë mçi ph©n ®o¹n cña dung dÞch röa ion uran ra khái cét hÊp phô v×<br /> <br /> 3<br /> axit HCl dÔ ®-îc röa ra khái cét b»ng n-íc cÊt cña ion uran trong c¸c b-íc thÝ nghiÖm tiÕp theo.<br /> trong qu¸ tr×nh t¸i t¹o l¹i cét hÊp phô v thùc tÕ §-êng cong röa ion uran b»ng 50 ml HCl 0,2 M<br /> l ion Cl- kh«ng l m ¶nh h-ëng ®Õn sù hÊp phô ®-îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.<br /> <br /> 100<br /> 90 -<br /> 80<br /> 80 -<br /> 70<br /> % uran<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 60<br /> 60 -<br /> % uran<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 50<br /> 40<br /> 40 -<br /> 30<br /> 20<br /> 20 -<br /> 10<br /> 00 -<br /> 10 20 30 40<br /> Phaân ñoïan röûa (mL)<br /> Ph©n ®o¹n röa (ml)<br /> H×nh 3: §-êng cong röa ion uran ra khái cét hÊp phô b»ng HCl 0,2 M<br /> <br /> IV - KÕt luËn T(I LIÖU THAM KH¶O<br /> C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ sù hÊp phô cña 1. G. L. Rorre and Tzu - Yang Lisien. Ind. Eng. Res.,<br /> ion uran b»ng chitin/chitosan cã ®é deaxetyl Vol. 32, P. 2170 - 2178 (1993).<br /> thÊp cã thÓ ®-îc sö dông ®Ó l m s¹ch l-îng<br /> 2. R. Maruca and Billie Josuder. J. of Applied<br /> uran. MÆc dï kh¶ n¨ng hÊp phô ®èi víi ion<br /> Polymer Scienes, Vol. 27, P. 4827 - 4837 (1982).<br /> uran b»ng chitin/chitosan thÊp h¬n chitosan<br /> (®é deaxetyl lín h¬n 80%) nh-ng cã -u ®iÓm 3. E. Selme - Olsen, H. C. Ratnaweera, and R.<br /> l kh«ng bÞ ph©n hñy trong m«i tr-êng axit, Pehrsm. War. Sci. Tech, Vol. 34, No. 11, P. 33 -34<br /> rÊt bÒn khi ®Ó l©u trong n-íc v cã thÓ t¸i t¹o (1966).<br /> ®Ó sö dông ®-îc nhiÒu lÇn ®Æc biÖt l sö dông 4. Mimo, M. Miya, R. Iwamoto, and S.<br /> ®-îc trong ph-¬ng ph¸p s¾c ký cét - mét Yoshikawo. Proceedings of the Second<br /> ph-¬ng ph¸p rÊt thuËn tiÖn cho qu¸ tr×nh l m International Conference on chitin and<br /> gi u hoÆc l m s¹ch mét sè ion kim lo¹i trong chitosan, July 12 - 14, 1982, Sapporo, Japan, P.<br /> dung dÞch. S¶n phÈm chitin/chitosan cã ®é<br /> 21 - 29 (1982).<br /> deaxetyl thÊp cã thÓ ¸p dông ®Ó l m s¹ch<br /> uran trong n-íc th¶i cña mét sè c¬ së nghiªn 5. Standard Methods of Chemical Analysis, Six<br /> cøu cã liªn quan ®Õn quÆng uran tr-íc khi edition, Vol. One - the elements, New York, P.<br /> th¶i ra m«i tr-êng. 1199 - 1200 (1962).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 4<br />