بخشی از مقاله
چکیده
در این پروژه از یک نانوکامپوزیت مغناطیسی تهیه شده از مس هگزاسیانوفرات، اکسید آهن و پلیآکریلونیتریل به عنوان یک مبادله کننده یونی برای حذف سزیم از محلول استفاده شده که مزایای بسیاری مانند سادگی در تهیه، ظرفیت بسیار بالا، گزینش پذیری بسیار خوب، قابلیت جداسازی مغناطیسی و خواص مکانیکی مناسب را داراست. این کامپوزیت پس از تهیه با استفاده از روشهای XRD، SEM و BET مورد شناسایی قرار گرفت.
بررسی زمان لازم برای حصول تعادل جذب سزیم توسط این کامپوزیت نشان داد که که زمان حدود 5 ساعت را میتوان به عنوان زمان تعادل در نظر گرفت. میزان جذب بسیار خوب که نزدیک به 260 میلیگرم از سزیم بر گرم جاذب میباشد نشان دهنده ظرفیت بالای این جاذب در مقایسه با سایر جاذبها می باشد. تطابق ایزوترم حاصل در غلظتهای مختلف با ایزوترم لانگمویر بررسی و تایید گردید. همچنین بررسی سینتیک واکنش نشان داد که این واکنش تبادل یون با سینتیک شبه مرتبه دوم مطابقت دارد.
مقدمه
سزیم به عنوان یکی از مهمترین پاره های شکافت هستهای حاصل از اورانیم توجه زیادی را در پسمانهای هستهای به خود جلب نموده است. سزیم در کنار استرانسیم باعث ایجاد بیشترین پرتوزایی و ایجاد حرارت در پسمانهای سطح بالا هستند، بنابراین حذف این مواد از پسمان قبل از دفع نهایی بسیار مهم بوده و باعث کاهش بسیار در پرتوزایی آن خواهد شد. ایزوتوپهای رادیواکتیو سزیم که تاثیرات خطرناکی بر بدن انسان دارند و عبارتند از 137Cs و 134Cs، که حاصل شکافت اورانیوم در نیروگاههای اتمی و راکتورهای تحقیقاتی میباشند.
یکی از روشهای بسیار کارامد برای حذف سزیم از پسمانها روش تبادل یونی می باشد و در این خصوص از جمله بهتربن مبادله کننده های استفاده شده، فروسیانیدها می باشند که گزینش و ظرفیت بالایی در مقایسه با تمام مبادله کننده ها دارند.
هگزاسیانوفرات فلزات واسطه با فرمول عمومیAhNk[Fe - CN - 6]l.mH2O - که h و k و l اعداد استوکیومتری هستند و A کاتیون فلز قلیای وM یون فلز واسطه هستند - یک کلاس مهمی از ترکیبات با ظرفیت مخلوط را نشان میدهند که آهن III هگزاسیانوفرات A=k - II و - M=Fe از آنها یک نمونه کلاسیک میباشد5]،.[4 حذف کارآمد سزیم از محلول نیاز به این امر دارد که تخریب شیمیایی جامد فروسیانید درطی تماس با محلول و جداسازی جامد، کم باشد. بنابر این تهیه این تبادل کننده یونی به صورت کامپوزیت به این امر کمک خواهد نمود. این کامپوزیت علاوه براین که دارای خواص مکانیکی بسیار خوبی با حضور پلی-آکریلونیتریل است، به دلیل خواص مغناطیسی وارد شده در ساختار آن قابلیت جداسازی با کمک میدان مغناطیسی را داشته و نیاز به سانتریفیوژ و یا فیلتر نخواهد داشت.
روش کار:
برای تهیه نانو ذرات Fe3O4 از ترسیب همزمان یون های Fe2+ و Fe3+ با آمونیاک تحت اتمسفر یک گاز بیاثر استفاده گردید. رسوب حاصل در مخلوط استن و پروپانول کریستالیزاسیون مجدد گردید. برای تهیه کامپوزیت مغناطیسی مسهگزاسیانوفرات محلول K4[Fe - CN - 6].3H2O به دوغاب تازه تهیه شده نانو ذرات مگنتیت اضافه گردید و در اتمسفر N2 مدتی همزده شد.سپس محلول نیترات مس به آرامی به آن اضافه شد. در حین اضافه نمودن مخلوط به شدت هم زده میشد.
سپس به کمک یک آهنربای قوی ذرات تهیه شده جدا گردید و چندین بار با آب مقطر شسته شد. مخلوط تهیه شده به ژل تهیه شده از پلیآکریلونیتریل اضافه گردید. این مخلوط به طور کامل هم زده شده تا توزیع یکنواخت ذرات در ژل حاصل گردد. سپس محصول نهایی در دمای 50 °C قرار داده شد تا خشک گردد و نهایتا توسط آسیاب خرد گردید. از روشهای پراش اشعه ایکس - XRD - و میکرسکوپ الکترونی - SEM - برای شناسایی ساختار کریستالی و مشاهده مورفولوژی کامپوزیت تهیه شده استفاده شد. آزمایشات جذب به روش ناپیوسته انجام شد و برای آنالیز کمی سزیم از روش جذب اتمی استفاده گردید.
نتایج
الگوی پراش اشعه ایکس - شکل - 1 نشان می دهد که هم مگنتیت و هم ترکیبی از مس هگزاسیانوفرات با فرمول Cu2Fe - CN - 6 ·7H2O در کامپوزیت حضور دارند.
شکل -1 الگوی پراش اشعه ایکس کامپوزیت تهیه شده
تصویر SEM کامپوزیت نشان دهنده تشکیل ذرات همگن کروی شکل با اندازه های بین 20 تا 70 نانومتر می باشد که این امر باعث افزایش سطح تماس کامپوزیت و افزایش میزان جذب خواهد شد.
شکل -2 تصویر SEM کامپوزیت تهیه شده
شکل 3 منحنی سینتیک جذب سزیم توسط کامپوزیت تهیه شده را نشان میدهد.
