CZ309202B6 - Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého - Google Patents
Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309202B6 CZ309202B6 CZ2016700A CZ2016700A CZ309202B6 CZ 309202 B6 CZ309202 B6 CZ 309202B6 CZ 2016700 A CZ2016700 A CZ 2016700A CZ 2016700 A CZ2016700 A CZ 2016700A CZ 309202 B6 CZ309202 B6 CZ 309202B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sorbent
- radionuclide
- titanium dioxide
- aqueous medium
- medium according
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910000349 titanium oxysulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 6
- VCSZKSHWUBFOOE-UHFFFAOYSA-N dioxidanium;sulfate Chemical compound O.O.OS(O)(=O)=O VCSZKSHWUBFOOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 32
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000004682 monohydrates Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 4
- 150000004683 dihydrates Chemical class 0.000 claims description 3
- JGQMGRWYDHUYOA-UHFFFAOYSA-J O.O.S(=O)(=O)([O-])[O-].[Ti+4].S(=O)(=O)([O-])[O-] Chemical compound O.O.S(=O)(=O)([O-])[O-].[Ti+4].S(=O)(=O)([O-])[O-] JGQMGRWYDHUYOA-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000005067 remediation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M lithium hydroxide Inorganic materials [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- FWFGVMYFCODZRD-UHFFFAOYSA-N oxidanium;hydrogen sulfate Chemical compound O.OS(O)(=O)=O FWFGVMYFCODZRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- -1 sulfate anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 1
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-RNFDNDRNSA-M iodine-131(1-) Chemical compound [131I-] XMBWDFGMSWQBCA-RNFDNDRNSA-M 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0211—Compounds of Ti, Zr, Hf
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
- B01J20/28007—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size with size in the range 1-100 nanometers, e.g. nanosized particles, nanofibers, nanotubes, nanowires or the like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
- B01J20/28061—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 100-500 m2/g
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/008—Titanium- and titanyl sulfate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/36—Compounds of titanium
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Amorfní nanočásticový sorbent na bázi oxidu titaničitého se připraví působením koncentrovaného vodného roztoku alkalického činidla v přítomnosti ledové tříště na titanylsulfát v jeho krystalické formě za současného míchání směsi tak, že její počáteční teplota je 0 °C, po ukončení míchání bude hodnota pH směsi minimálně 9 a její teplota dosáhne okolní teploty. Produkt reakce je tvořen nanočásticemi oxidu titaničitého, případně amorfního hydratovaného oxidu titaničitého, kdy tyto nanočástice jsou uspořádány do jehličkových agregátů, které odpovídají původním tvarům a rozměrům krystalů výchozího dihydrátu titanylsulfátu. Lze ho použít jako vysoce účinného sorbentu radionuklidů pro jejich odstraňování z kontaminovaných vod a jejich následnou separaci z vodného prostředí.
Description
Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby vysoce aktivního sorbentu na bázi oxidu titaničitého ve formě jehličkových agregátů nanočástic amorfního oxidu titaničitého, případně amorfního hydratovaného oxidu titaničitého, a jeho použití pro sorpci radionuklidů z kontaminovaných vod a jejich následné separaci z vodného prostředí.
Předmět vynálezu
Sorbent je na bázi amorfního oxidu titaničitého, a je tvořen nanočásticemi oxidu titaničitého, případně amorfního hydratovaného oxidu titaničitého, kdy tyto nanočástice jsou uspořádány do jehličkových agregátů, které odpovídají původním tvarům a rozměrům krystalů výchozího dihydrátu titanylsulfátu. Tento sorbent je použit pro odstraňování radionuklidů z kontaminovaných vod a jejich následnou separaci z vodného prostředí.
Dosavadní stav techniky
Kontaminace životního prostředí radionuklidy představuje stále reálné nebezpečí v souvislosti s lidskou činností spojenou s radioaktivními isotopy. Došlo k ní již vícekrát, ať již vlivem nehod či jako vedlejší efekt jiných činností či cíleně. Příkladem jsou havárie - v roce 1979 v jaderné elektrárně Three Mile Island v USA, v roce 1986 na Cemobylské JE v bývalém SSSR a v březnu 2011 na prvním, druhém i třetím energobloku JE Fukušima-1 v Japonsku. Klíčovou otázkou pro řešení problémů souvisejících s takovýmito případy jsou vhodné sorpční materiály, které jsou schopné zachytit a dlouhodobě skladovat uvolněné nebezpečné radioisotopy, v této souvislosti zejména radiojód (hlavně 131I s poločasem rozpadu 8 dní), radiocesium (134Cs s poločasem rozpadu 2,2 let a 137Cs s poločasem rozpadu 30 let), radiostroncium (90Sr s poločasem rozpadu 28 let) a radioplutonium (239Pu s poločasem rozpadu 2,4.104 let a 240Pu s poločasem rozpadu 6.6.103 let).
Oxid titaničitý nebo různé titaničitany patří mezi materiály, které jsou často v této souvislosti zmiňovány [1 až 4], V poslední době získal velkou pozornost mezoporézní TiO2 díky své velké ploše povrchu, která může zvýšit povrchovou adsorpční kapacitu. Jeho rozpustnost je zanedbatelná a bod nulového náboje ležící při neutrální hodnotě pH umožňuje adsorbovat kovové ionty na TiO2 v širokém rozmezí pH a iontové síly [5], Jako mimořádně účinná forma oxidu titaničitého se ukázaly jeho nanočástice [2], ty ale tvoří ve vodném prostředí mimořádně stabilní disperze, jejichž separace z vodného prostředí je velmi obtížná až nemožná [6],
Konvenčně jsou nanočástice anatasu a jejich agregáty připravovány metodami sol-gel [7] nebo srážením z vodného prostředí [6, 8], Tyto metody sice umožňují připravit nanočástice oxidu titaničitého s kontrolovanými vlastnostmi, většinou jsou ale náročné na provedení, a proto dosti nákladné a sorpční vlastnosti produktů nejsou často optimální.
Podstata vynálezu
Většinu problémů spojených s aplikací sorbentů na bázi oxidu titaničitého pro záchyt radionuklidů odstraňuje nová forma nanočásticového amorfního hydratovaného oxidu titaničitého, připravená z krystalických forem dihydrátu nebo monohydrátu titanylsulfátu jeho reakcí s koncentrovanými vodnými roztoky amoniaku nebo alkalických hydroxidů (NaOH).
-1 CZ 309202 B6
V ledovém, alkalickém prostředí lze z výchozích krystalů titanylsulfátu extrahovat síranové aniony tak. že se zachovávají kostry podmřížky oxidu titaničitého, které následně fungují jako makroskopické vzory (templáty), do kterých se ukládají nanočástice oxidu titaničitého. Jinými slovy, tímto způsobem připravený produkt se skládá z nanočástic hydratovaného amorfního oxidu titaničitého, které tvoří pseudomorfózy o tvaru a velikosti totožnými s výchozími krystalky titanylsulfátu, a svými vlastnostmi se významně liší od hydratovaných oxidů titanu připravených jinými postupy.
Hydratovaný titanylsulfát tvoří běžně krystalky ve tvaru jehliček (obr. 1A a B) s patrnou vrstevnatou strukturou vyplývající z jeho uspořádání atomů v mřížce, obr. 1B. Tato morfologie zůstane plně zachována i v hydrolyzovaných produktech získaných navrženým postupem, obr. ID a E). Srovnáním EDS grafů výchozího hydratovaného titanylsulfátu, obr. 1C, s produktem této hydrolýzy, obr. 1F, je zřejmé, že při zpracování hydratovaného titanylsulfátu došlo k úplnému odstranění síranových aniontů ze struktury.
Z tabulky je patrné, že takto připravený nanočásticový amorfní oxid titaničitý je typický mimořádně vysokou plochou povrchu přes 300 m2/g tomu odpovídajícím velmi malým rozměrem primárních částic okolo 4 až 5 nm. Charakterizace elektronovým mikroskopem, na kterém jsou tyto primární nanočástice patrné, je v souladu s údaji z měření porozity. Tyto vlastnosti předurčují materiál pro aplikace v různých sorpčních procesech.
Tab. 1 Shrnutí výsledků z měření měrného specifického povrchu a porozity hydrolyzovaného materiálu s výchozím titanylsulfátem od výrobců Sigma Aldrich a Precheza Přerov
Memy , Celkový „ í v , . NLDF1* ,, , .1 , , NLDFl plocha , Premer pora „ . „
Vzorek specificky . t , objem póru , , Průměr noru 1 , _ povrchu t , ínm] ,. , ' ________________povrch hnvgj *_______λ (cm /gj______ __________mmj_______
ΠΟ-sigma 344 314 0,18 0.5 1,4
TlG-precheza 140 127 0,07 0.5 1,4 *NLDFT: Non-Local Density Functional Theory
Objasnění výkresů
Obr. 1. Morfologie a chemická analýza (EDS) výchozího dihydrátu titanylsulfátu (A, B, C) a připravených agregátů nanočástic (D, E, F).
Obr. 2. Kinetika sorpce radionuklidů Sr, Cs, Co a Eu.
Příklady uskutečnění vynálezu
1) Příprava sorbentů na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého
Příklad 1
Byl vytvořen výchozí roztok, 100 g destilované vody, ochlazené na 4 °C, se smíchalo s 40 g ledu a 5 g vodného roztoku amoniaku o koncentraci 25 %. 4,80 g krystalické formy sloučeniny titanium (IV) oxysulfát dihydrát (>29% Ti jako základ TiO2, technický stupeň čistoty, dodavatel Sigma Aldrich) bylo přidáno do výchozího roztoku s počáteční teplotou 0 °C a molámím poměrem Ti a NH3 1:2,2. Směs byla míchána po dobu 4 hodin, teplota směsi se zvýšila až na laboratorní teplotu (24 °C). Poté byly provedeny dvě dekantace následované filtrací, kdy se pevná látka oxidu titaničitého oddělila od suspenze. Amorfní oxid titaničitý se při pokojové teplotě nechal vysušit na filtru. U vzniklého oxidu titaničitého byl změřen měrný specifický
-2 CZ 309202 B6 povrch a porozita, přičemž měrný specifický povrch byl 344 m2/g, celkový objem pórů byl 0,18 cm3/g a průměr pórů byl 0,5 nm.
Příklad 2
Byl vytvořen výchozí roztok, 100 g destilované vody, ochlazené na 5 °C, se smíchalo s 48 g ledu a 5 g vodného roztoku amoniaku o koncentraci 29 %. 4,80 g krystalické formy sloučeniny titanium (IV) oxysulfát monohydrát (>29% Ti jako základ TiCh, technický stupeň čistoty, výrobce Precheza a.s.) bylo přidáno do výchozího roztoku s počáteční teplotou 0 °C a molámím poměrem Ti a NH3 1:2,2. Směs byla míchána po dobu 4 hodin, teplota směsi se zvýšila až na laboratorní teplotu (24 °C). Poté byly provedeny dvě dekantace následované filtrací, kdy se pevná látka oxidu titaničitého oddělila od suspenze. Amorfní oxid titaničitý se při pokojové teplotě nechal vysušit na filtru. U vzniklého oxidu titaničitého byl změřen měrný specifický povrch a porozita, přičemž měrný specifický povrch byl 140 m2/g, celkový objem pórů byl 0,07 cm3 g a průměr pórů byl 0,5 nm.
Příklad 3
Byl vytvořen výchozí roztok, 100 g destilované vody, ochlazené na 6 °C, se smíchalo s 50 g ledu a 7,5 g roztoku hydroxidu sodného (50 g NaOH rozpuštěno ve 100 g H2O), dále se přidalo 4,80 g krystalické formy sloučeniny titanium (IV) oxysulfát dihydrát (>29% Ti jako základ T1O2, technický stupeň čistoty, dodavatel Sigma Aldrich); t = 0°C a molámím poměrem Ti a NaOH 1:2,5. Směs byla míchána po dobu 4 hodin, teplota směsi se zvýšila až na laboratorní teplotu (24 °C). Poté byly provedeny dvě dekantace následované filtrací, kdy se pevná látka oddělila od suspenze. Pevný produkt se při pokojové teplotě nechal vysušit na filtru.
Příklad 4
Byl vytvořen výchozí roztok, 100 g destilované vody, ochlazené na 4 °C, se smíchalo s 50 g ledu a 7,5 g roztoku hydroxidu sodného (50 g NaOH rozpuštěno ve 100 g H2O), dále se přidalo 4,80 g krystalické formy sloučeniny titanium (IV) oxysulfát monohydrát (>29% Ti jako základ T1O2, technický stupeň čistoty, výrobce Precheza a.s.); t = 0 °C a molámím poměrem Ti a NaOH 1:2,5. Směs byla míchána po dobu 4 hodin, teplota směsi se zvýšila až na laboratorní teplotu (24 °C). Poté byly provedeny dvě dekantace následované filtrací, kdy se pevná látka oddělila od suspenze. Pevný produkt se při pokojové teplotě nechal vysušit na filtru.
Příklad 5
Byl vytvořen výchozí roztok, 100 g destilované vody, ochlazené na 4 °C, se smíchalo s 48 g ledu a 7,5 g roztoku hydroxidu sodného (50 g NaOH rozpuštěno ve 100 g H2O), dále se přidalo 4,80 g krystalické formy sloučeniny titanium (IV) oxysulfát anhydrid (>29% Ti jako základ T1O2, technický stupeň čistoty, výrobce Precheza a.s.); t = 0 0 C a molámím poměrem Ti a NaOH 1:2,2. Teplota směsi byla sledována a při dosažení 22 °C bylo míchání ukončeno. Poté byly provedeny dvě dekantace následované filtrací, kdy se pevná látka oddělila od suspenze. Pevný produkt se při pokojové teplotě nechal vysušit na filtru.
2) Sorpce radionuklidů
Sorpční experimenty byly provedeny statickou metodou, kdy v uzavřené nádobě (zkumavce) došlo k promíchávání fáze pevné (T1O2) s kapalnou (demineralizovaná voda obsahující ionty radionuklidu) po stanovenou dobu (po vymezený čas, než koncentrace sledovaného radionuklidu dosáhla rovnovážného stavu mezi oběma fázemi). Poté se vzorky ve zkumavce centrifugovaly (separace fází), po odstředění byl odebrán alikvótní podíl kapalné fáze, který se proměřil pomocí gama spektrometru. Účinnost sorpce se poté vypočítala podle níže uvedeného vztahu.
-3 CZ 309202 B6
Výsledkem určujícím rozdělení radionuklidu mezi pevnou a kapalnou fázi po zvolené době kontaktu obou fází je potom distribuční konstanta Kd. Tato distribuční konstanta Kd popisuje adsorpční chování radionuklidu na pevné fázi, Asi je hodnota počáteční relativní aktivity roztoku, A je hodnota relativní aktivity roztoku po adsorpci radioaktivního izotopu na pevné fázi, V je objem kapalné fáze (ml) a m je hmotnost pevné fáze (g).
S každou sadou vzorků bylo nutné zároveň změřit i tzv. slepý vzorek neboli standard, který neobsahoval pevnou fázi a tudíž obsahoval po celou dobu procesu výchozí koncentraci sledovaného radionuklidu. Tato metoda je dostatečná ke sledování imobilizace daného radionuklidu (137Cs, 152-4Eu, 85Sr, 60Co) v pevné fázi a k porovnávání rozdílu mezi jednotlivými matricemi.
Na obr. 2 je zobrazen průběh kinetiky sorpce radionuklidů Sr, Cs, Co, Eu, měření dokumentují vysokou účinnost materiálu pro sorpci těchto radionuklidů.
Koncentrace kationtů radionuklidů (Cs, Eu, Sr, Co) ve vodě se v případě testů statických pohybovala řádově 10-5 mol/1. Poměr fáze pevné a kapalné byl 1:150, tj. 0,01 g navážky sorbentu zalitý 1,5 ml H2O. Výsledky sorpce radionuklidů 137Cs, 152-4Eu, 85 Sr, 60Co, při kterých došlo k téměř 100% sorpci radionuklidů z vody, jsou uvedeny v tabulce 2.
Cs Ea SrCo sorbe nt Sorpce Sorpce [%] Sorpce [%] Sorpce [%]_
TÍCh 97 99 9999
Průmyslová využitelnost
Sorpční materiály na bázi oxidu titanu připravené podle předkládaného vynálezu mohou nalézt uplatnění jako vysoce účinné sorbenty radionuklidů z kontaminovaných vod, z odpadních vod jaderných elektráren, případně mohou být použity pro sanační technologie v případě likvidace ekologických zátěží nebo přímo pro likvidace ekologických havárií.
Odkazy
[1] T. Ohnuki N. Kozai, Adsorption behavior of radioactive cesium by non-mica minerals, Journal ofNuclear Science and Technology, 50 (2013) 369-375.
[2] R. Chakravarty, A. Dash, Role of Nanoporous Materials in Radiochemical Separations for Biomedical Applications, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13 (2013) 2431-2450.
[3] B.K. Singh, R. Tomar, S. Kumar, A.S. Kar, B.S. Tomar, S. Ramanathan, V.K. Manchanda, Role of the humic acid for sorption of radionuclides by synthesized titania, Radiochimica Acta, 102 (2014)255-261.
[4] W. Yang, L. Guo, C.-Y. Chuang, P.H. Santschi, D. Schumann, M. Ayranov, Influence of organic matter on the adsorption of Pb-210, Po-210, Be-7 and their fractionation on nanoparticles in seawater, Earth and Planetary Science Letters, 423 (2015) 193-201.
[5] S. Wang, L. Tan, J. Jiang, J. Chen, L. Feng, Preparation and characterization of nanosized
TiO2 powder as an inorganic adsorbent for aqueous radionuclide Co(II) ions, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 295 (2013) 1305-1312.
[6] M. Kolar, H. Mest'ankova, J. Jirkovsky, M. Heyrovsky, J. Subrt, Some aspects of physicochemical properties of TiCL nanocolloids with respect to their age, size, and structure, Langmuir, 22 (2006) 598-604.
[7] D.H. Chen, R.A. Caruso, Recent Progress in the Synthesis of Spherical Titania Nanostructures and Their Applications, Adv. Funct. Mater., 23 (2013) 1356-1374.
[8] V. Privman. D.V. Goia, J. Park, E. Matijevic, Mechanism of formation of monodisperzed colloids by aggregation of nanosize precursors, J. C J. Colloid Interface Sci., 213 (1999) 36-45.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Sorbent radionuklidů z vodného prostředí, vyznačující se tím, že sestává z amorfních nanočástic oxidu titaničitého, uspořádaných do agregátů odpovídajících jehličkovým tvarům a rozměrům krystalů titanylsulfátu, s kostrou podmřížky z oxidu titaničitého, přičemž měrný specifický povrch sorbentu má alespoň 300 m2/g v případě dihydrátu titanylsulfátu a alespoň 120 m2/g v případě monohydrátu titanylsulfátu.
- 2. Sorbent radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanočástice oxidu titaničitého jsou menší než 6 nm.
- 3. Způsob přípravy sorbentu radionuklidů z vodního prostředí podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vytvoří výchozí roztok smícháním vody, ledové tříště a vodného roztoku alkalického činidla, k výchozímu roztoku s počáteční teplotou 0 °C se přimíchá krystalický titanylsulfát, přičemž molámí poměr alkalického činidla a krystalického titanylsulfátu se pohybuje v rozmezí hodnot 1:2,2 až 1:2,5 Ti vůči alkalickému činidlu, přičemž míchání směsi se ukončí po dosažení teploty okolí.
- 4. Způsob přípravy sorbentu radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 3, vyznačující se tím, že směs se míchá po dosažení teploty okolí dalších 4 až 6 hodin.
- 5. Způsob přípravy sorbentu radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 3, vyznačující se tím, že jako alkalické činidlo je použit koncentrovaný vodný roztok amoniaku nebo hydroxidu lithného, sodného a draselného nebo kombinacemi těchto látek.
- 6. Způsob přípravy sorbentu radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 3, vyznačující se tím, že jako krystalický titanylsulfátu se používá dihydrát nebo monohydrát titanylsulfátu nebo anhydrid nebo kombinace dihydrátu a monohydrátu.
- 7. Způsob přípravy sorbentu radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 3, vyznačující se tím, že množství ledové tříště v celkové hmotnosti směsi tvoří s výhodou 25 až 30 % hmotn.
- 8. Použití sorbentu radionuklidů z vodného prostředí podle nároku 1, pro sorpci radionuklidů z vodného prostředí z kontaminovaných vod, z odpadních vod jaderných elektráren, případně při sanaci v případě likvidace ekologických zátěží nebo přímo pro likvidace ekologických havárií.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016700A CZ309202B6 (cs) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016700A CZ309202B6 (cs) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2016700A3 CZ2016700A3 (cs) | 2018-05-16 |
| CZ309202B6 true CZ309202B6 (cs) | 2022-05-18 |
Family
ID=62107363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016700A CZ309202B6 (cs) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Sorbent na bázi nanočástic amorfního oxidu titaničitého |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309202B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308654B6 (cs) * | 2020-02-11 | 2021-01-27 | České vysoké učení technické v Praze | Zařízení a způsob pro separaci radionuklidů z oplachových roztoků |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517804B1 (en) * | 2000-02-29 | 2003-02-11 | Korea Atomic Energy Institute | TiO2 ultrafine powder, and process for preparing thereof |
| CN102078792A (zh) * | 2009-11-27 | 2011-06-01 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种用于吸附重金属的纳米二氧化钛的合成方法与应用 |
-
2016
- 2016-11-09 CZ CZ2016700A patent/CZ309202B6/cs unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517804B1 (en) * | 2000-02-29 | 2003-02-11 | Korea Atomic Energy Institute | TiO2 ultrafine powder, and process for preparing thereof |
| CN102078792A (zh) * | 2009-11-27 | 2011-06-01 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种用于吸附重金属的纳米二氧化钛的合成方法与应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BONATO, M.; RAGNARSDOTTIR, K. V.; ALLEN, G. C. Removal of uranium (VI), lead (II) at the surface of TiO2 nanotubes studied by X-ray photoelectron spectroscopy. Water, Air, & Soil Pollution, 2012, 223, 3845-3857, ISSN 1573-2932 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2016700A3 (cs) | 2018-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mao et al. | Enhanced uptake of iodide on Ag@ Cu2O nanoparticles | |
| Tan et al. | Effect of soil humic and fulvic acids, pH and ionic strength on Th (IV) sorption to TiO2 nanoparticles | |
| Ma et al. | Efficient adsorption of Selenium (IV) from water by hematite modified magnetic nanoparticles | |
| Delstanche et al. | Silicon isotopic fractionation during adsorption of aqueous monosilicic acid onto iron oxide | |
| Liu et al. | Nanosheets-built flowerlike micro/nanostructured Bi2O2. 33 and its highly efficient iodine removal performances | |
| Lanzl et al. | Dissolution of hematite nanoparticle aggregates: influence of primary particle size, dissolution mechanism, and solution pH | |
| Recillas et al. | Chromium VI adsorption on cerium oxide nanoparticles and morphology changes during the process | |
| Yusan et al. | Sorption behaviors of uranium (VI) ions on α-FeOOH | |
| Gomaa et al. | Three-dimensional, vertical platelets of ZnO carriers for selective extraction of cobalt ions from waste printed circuit boards | |
| Ma et al. | The adsorption and desorption of Ni (II) on Al substituted goethite | |
| Li et al. | Versatile inorganic-organic hybrid WO x-ethylenediamine nanowires: Synthesis, mechanism and application in heavy metal ion adsorption and catalysis | |
| Lee et al. | Selective immobilization of iodide onto a novel bismuth-impregnated layered mixed metal oxide: Batch and EXAFS studies | |
| Yang et al. | In situ growth of Prussian blue nanocrystal within Fe3+ crosslinking PAA resin for radiocesium highly efficient and rapid separation from water | |
| EP1401576A1 (en) | Inorganic ion exchangers for removing contaminant metal ions from liquid streams | |
| US20190176123A1 (en) | Methods of making highly purified diatomaceous earth with wide range of filtration rates | |
| JP7146738B2 (ja) | アルカリ金属のヘキサシアノメタレートまたはオクタシアノメタレートに基づく固体ナノ複合材料、その調製方法、及び金属カチオンの抽出方法 | |
| JP6581986B2 (ja) | 無機細孔質モノリシックカチオン交換材料、その調製方法、およびそれを用いる分離方法 | |
| JPH09509918A (ja) | チタン含有材料の浸出 | |
| Tokarčíková et al. | The stability of photoactive kaolinite/TiO2 composite | |
| Zavarin et al. | Plutonium sorption and precipitation in the presence of goethite at 25 and 80○ C. | |
| Hameed et al. | Simultaneous removal of the toxic tungsten ions and rhodamine B dye by graphene nanosheets from model and real water | |
| Buchatskaya et al. | Sorption of actinides onto nanodiamonds. | |
| Liu et al. | Release of phosphorous impurity from TiO2 anatase and rutile nanoparticles in aquatic environments and its implications | |
| JP2013253963A (ja) | セシウム吸着材 | |
| Pendelyuk et al. | Amorphous MnO2–TiO2 composites as sorbents for Sr2+ and UO22+ |