Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Tải bản đầy đủ - 0trang

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1. Một số đặc điểm, tính chất vật lí quan trọng của Zr..................................4

Bảng 1.3. Tần số dao động hóa trị của các nhóm nguyên tử thường gặp (cm-1)......14

Bảng 2.1. Giá trị độ hấp thụ quang của các dung dịch đường chuẩn.......................28

Bảng 2.2. Số khối các nguyên tố được chọn để phân tích bằng ICP-MS.................32

Bảng 2.3. Một số thông số đo trên máy ICP-MS Nixon 300Q................................33

Bảng 3.1. Tóm tắt sự chuyển dịch các bước sóng của dung dịch Zr(IV)-HNO3,

PC88A-toluen và Zr(IV)-HNO3-PC88A-toluen (cm-1)..........................37

Bảng 3.2. Tóm tắt sự chuyển dịch các bước sóng của dung dịch Zr(IV)-HNO3,

TBP-toluen và Zr(IV)-HNO3 -TBP-toluen (cm-1)..................................41

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của loại axit đến hiệu suất chiết Zr(IV) bằng PC88A 0,01Mtoluen và TBP 0,01M-toluen..................................................................43

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M

bằng PC88A 0,01M-toluen và TBP 0,01M-toluen.................................45

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ PC88A-toluen và TBP-toluen đến hiệu suất

chiết Zr(IV) trong HNO3 3,0M; 8,0M....................................................46

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc pha đến hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10 3



M bằng PC88A 0,01M-toluen và TBP 0,01M-toluen............................49



Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích hai pha đến hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M

bằng PC88A 0,01M-toluen và TBP 0,01M-toluen.................................50

Bảng 3.8. Dung lượng chiết Zr(IV) 5.10-3 của PC88A 0,01M-toluen và TBP 0,01Mtoluen......................................................................................................52

Bảng 3.9. Kết quả phân tích Ims trong Zircaloy 360b sau khi tách nền Zr(IV)

bằng PC88A-toluen bằng ICP-MS (sau 5 lần đo)...................................54

Bảng 3.10. Kết quả phân tích Ims trong Zircaloy 360b sau khi tách nền Zr(IV)

bằng TBP-toluen bằng ICP-MS (sau 5 lần đo).......................................55

Bảng 3.11. Hàm lượng tạp chất trong ZrO2 (CNXH) sau khi tách nền Zr(IV) bằng

PC88A 0,01M-toluen (sau 3 lần đo).......................................................57

Bảng 3.12. Hàm lượng tạp chất trong ZrO2 (CNXH) sau khi tách nền Zr(IV)

bằng TBP 0,01M-toluen (sau 3 lần đo)...................................................58



x



DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1. Kim loại zirconi.........................................................................................3

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của ZrO2.............................................................................................................. 8

Hình 1.3. Bột ZrO2....................................................................................................................................................... 8

Hình 1.4. Các bộ phận chính của máy ICP-MS.......................................................20

Hình 2.1. Chén teflon..............................................................................................25

Hình 2.2. Vỏ thép....................................................................................................25

Hình 2.3. Sự thay đổi đổi màu của dung dịch trước (a) và ngay sau khi kết thúc

chuẩn độ (b).........................................................................................27

Hình 2.4. Phổ UV- Vis của XO và ZrXO.................................................................28

Hình 2.5. Đường chuẩn xác định Zr(IV) bằng XO ở bước sóng 536 nm.................28

Hình 2.6. Sơ đồ chung quá trình tách nền Zr(IV) và xác định tạp chất....................31

Hình 3.1. Phổ IR của dung dịch Zr(IV)-HNO3 3,0M...............................................35

Hình 3.2. Phổ IR của dung mơi PC88A...................................................................36

Hình 3.3. Phổ IR của phức Zr(IV)-HNO3-PC88A-toluen........................................36

Hình 3.4. Phổ UV-Vis của Zr(IV)-HNO3 3,0M........................................................38

Hình 3.5. Phổ UV-Vis của PC88A-toluen................................................................38

Hình 3.6. Phổ UV-Vis của Zr-HNO3-PC88A-toluen................................................38

Hình 3.7. Phổ IR của dung dịch Zr(IV)-HNO3 8,0M...............................................39

Hình 3.8. Phổ IR của dung mơi TBP-toluen............................................................40

Hình 3.9. Phổ IR của dung dịch phức Zr(IV)-HNO3 -TBP-toluen...........................40

Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch Zr(IV)-HNO3 8,0M.....................................42

Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung mơi TBP-toluen...................................................42

Hình 3.12. Phổ UV-Vis của phức Zr(IV)-HNO3 -TBP-toluen..................................42

Hình 3.13. Ảnh hưởng của loại axit đến hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M bằng

PC88A 0,01M-toluen...........................................................................44

Hình 3.14. Ảnh hưởng của loại axit đến hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M bằng

TBP 0,01M-toluen...............................................................................44

Hình 3.15. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M vào nồng độ

HNO3 bằng PC88A 0,01M-toluen........................................................45



Hình 3.16. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M vào nồng độ HNO3

bằng TBP 0,01M-toluen.......................................................................45

Hình 3.17. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV)5.10-3M vào PC88A-toluen

trong HNO3 3,0M.................................................................................47

Hình 3.18. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M vào TBP-toluen

trong HNO3 8,0M.................................................................................47

Hình 3.19. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M vào thời gian tiếp

xúc pha trong HNO3 3,0M bằng PC88A 0,01M-toluen.......................49

Hình 3.20. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV) 5.10-3M vào thời gian tiếp

xúc pha trong HNO3 8,0M bằng TBP 0,01M-toluen............................49

Hình 3.21. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV)-HNO3 3,0M vào tỉ lệ thể

tích hai pha bằng PC88A 0,01-toluen...................................................51

Hình 3.22. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết Zr(IV)-HNO3 8,0M vào tỉ lệ thể tích

hai pha bằng TBP 0,01M-toluen............................................................51

Hình 3.23. Dung lượng chiết Zr(IV) 5.10-3M trong HNO3 3,0M của PC88A

0,01-toluen...........................................................................................52

Hình 3.24. Dung lượng chiết Zr(IV) 5.10-3M trong HNO3 8,0M của TBP

0,01M-toluen........................................................................................52

Hình 3.25. Phổ EDX của sản phẩm ZrO2 sau khi tinh chế bằng PC88A-toluen......59

Hình 3.26. Phổ EDX của sản phẩm ZrO2 sau khi tinh chế bằng TBP-toluen..........59

Hình 3.27. Sơ đồ tách nền Zr(IV) và xác định các tạp chất trong các mẫu Zr độ

sạch cao bằng ICP-MS với PC88A-toluen và TBP-toluen...................62



MỞ ĐẦU

Sự phát triển của kinh tế xã hội, nông nghiệp và công nghiệp dẫn đến nhu

cầu sử dụng năng lượng tăng lên một cách nhanh chóng trên tồn thế giới. Trong

khi các nguồn nhiên liệu thông dụng như than đá, dầu mỏ, khí đốt,…đang dần cạn

kiệt và gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho mơi trường thì các nguồn năng lượng

mới trong đó có năng lượng hạt nhân đang được coi là giải pháp thay thế hàng đầu.

Hiện nay, năng lượng hạt nhân có thể coi là một giải pháp kinh tế, hiệu quả và là

nguồn năng lượng sạch đảm bảo sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia, trong

đó có cả Việt Nam.

Một vấn đề hết sức quan trọng được đặt ra là để có thể xây dựng các nhà máy

điện hạt nhân cần chủ động sản xuất và kiểm soát chất lượng của các vật liệu hạt

nhân (nhiên liệu, vỏ bọc thanh nhiên liệu, thanh điều khiển,…). Kim loại zirconi

(Zr) có nhiều ưu điểm nổi bật như: nhiệt độ nóng chảy cao, khả năng chống ăn mòn

và độ bền cao, đặc biệt là có tiết diện bắt nơtron nhiệt rất nhỏ (gần như là nhỏ nhất).

Chính vì thế, Zr và hợp kim của nó được sử dụng chủ yếu để chế tạo vỏ bọc thanh

nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân.

Tuy nhiên, chỉ các vật liệu Zr có độ sạch hạt nhân mới được sử dụng trong

chế tạo vỏ bọc thanh nhiên liệu. Như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng, với các vật liệu

Zr độ sạch cao, nhưng chúng vẫn chứa các tạp chất (Ims) với số lượng và hàm

lượng khác nhau, nhất là sự có mặt của các tạp chất với tiết diện bắt nơtron nhiệt

lớn sẽ làm giảm hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân. Do đó, việc xác định các tạp

chất trong vật liệu Zr độ sạch cao nhằm kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm là

một yêu cầu cấp thiết hàng đầu. Các nhà hóa học thường quan tâm chú ý phân tích

xác định các tạp chất có tiết diện bắt nơtron nhiệt lớn như: Gd, Sm, Cd, B, Hf… và

các nguyên tố đất hiếm khác.

Các phương pháp có thể được sử dụng để phân tích xác định Ims như: quang

phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), phân tích kích

hoạt nơtron (NAA), phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng(ICP-OES), phổ khối

plasma cảm ứng (ICP-MS),… Trong đó ICP-MS được đánh giá là một phương



13



pháp phân tích hiện đại, cho phép xác định đồng thời lượng vết, siêu vết hơn 70

nguyên tố kim loại với độ chính xác rất cao.

Tuy nhiên, để có thể sử dụng ICP-MS trong việc xác định tạp chất, cần thiết

phải tách chúng ra khỏi nền mẫu và nhằm tránh được sai số do nền mẫu gây ra. Vì

trong các nền mẫu lớn, sẽ làm giảm hiệu suất ion hóa của các tạp chất, dẫn đến sự

sai lệch kết quả phân tích.

Việc tách nền Zr(IV) có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau

như: kết tinh, kết tủa phân đoạn, sắc kí trao đổi ion, chiết pha rắn, chiết dung mơi,…

Trong đó, chiết dung mơi được đánh giá là một phương pháp có nhiều ưu việt như

tiến hành nhanh, dễ chọn các điều kiện tiến hành chiết, dễ chọn lựa tác nhân chiết

và có khả năng tái tạo tác nhân chiết,...

Trên cơ sở đó, chúng tơi chọn đề tài “Nghiên cứu xác định một số tạp chất

trong vật liệu zirconi độ sạch cao sau khi tách nền bằng phương pháp chiết

dung môi”. Ở đây, chúng tôi tập trung nghiên cứu một trong số các tác nhân như:

di-2-etyl hexyl photphonic axit (PC88A), tributyl photphat (TBP) pha loãng bởi

toluen, làm dung môi chiết Zr(IV) trong môi trường axit, nhằm tách các tạp chất ra

khỏi nền và xác định chúng bằng phép đo ICP-MS.



Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về Zr và hợp chất của nó

1.1.1. Giới thiệu về Zr

1.1.1.1. Tính chất vật lý

Zr là một kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc bóng láng, mềm, có độ dẻo

cao, dễ gia công cơ học, độ tinh khiết thấp Zr trở nên cứng và giòn. Ở dạng bột, Zr

dễ cháy nhưng ở dạng khối rắn thì khó bắt lửa hơn. Hình ảnh của kim loại Zr được

đưa ra ở hình 1.1.



Hình 1.1. Kim loại zirconi

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao lần lượt là 1855 ৹ C, 4330 ৹ C. Độ âm

điện bằng 1,33 (theo thang Pauling) và trong số các nguyên tố họ d, Zr có độ âm

điện thấp hàng thứ tư sau yttri, luteti, hafni [8].

Zr thuộc nguyên tố phân tán, chiếm khoảng 4.10-3 % khối lượng vỏ Trái Đất.

Tuy nhiên nó còn phổ biến hơn Cu, Ni,…. Zr có trữ lượng khá lớn trong lòng đất

nhưng lượng khai thác được trong các mỏ rất thấp và thường bị lẫn các tạp chất rất

khó tách rời. Zr là một nguyên tố hiếm và nó đã được sản xuất thương mại với số

lượng lớn từ khoảng những năm 1950. Sản xuất kim loại Zr chủ yếu đi từ việc xử lý

các khoáng vật của zirconi như: zircon (ZrSiO4) thường chứa gần 49% Zr và từ 0,41,5% Hf hoặc badeleyite (ZrO2) chứa 73% Zr và từ 0,4-1,7% Hf. Khoáng vật zircon

chủ yếu có ở Australia, Ấn Độ, Nga, Brazil,… Sản phẩm này ở Việt Nam có trữ

lượng khá lớn tới hàng triệu tấn nằm dọc bờ biển miền Trung. Do đó đây là yếu tố rất

thuận lợi để Việt Nam chế biến và sử dụng các sản phẩm từ Zr [11].



Zr được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: cơng nghệ hạt nhân,

cơng nghiệp quốc phòng, điện, điện tử, chế tạo máy, hàng không, vũ trụ, luyện kim

và hố chất. Đặc biệt, do có nhiệt độ nóng chảy cao, tiết diện bắt nơtron nhiệt thấp,

khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ phóng xạ thấp sau khi tiếp xúc với tia bức

xạ, nên các hợp kim Zr chứa rất ít hafni (Hf<100 ppm) được sử dụng làm vỏ bọc

thanh nhiên liệu hạt nhân và là vật liệu chế tạo bộ phận trao đổi nhiệt nước áp lực

của lò phản ứng hạt nhân. Các hợp kim zirconi sạch hạt nhân rất bền và không hấp

thụ nơtron là lớp bảo vệ thứ nhất ngăn cách nguyên liệu phóng xạ (urani oxit) với

bên ngồi, có nhiệt độ nóng chảy khoảng 2200 0C. Một số tính chất vật lý quan trọng

của Zr được đưa ra trong bảng 1.1 [11].

Bảng 1.1. Một số đặc điểm, tính chất vật lí quan trọng của Zr

Tính chất



Zr



Vị trí trong bảng tuần hồn các ngun

tố hóa học



ơ số 40, chu kì 5, nhóm IVB



Cấu hình electron

Khối lượng nguyên tử



[Kr]4d25s2

91,22 g/mol



Bán kính nguyên tử và ion Zr4+



1,452 và 0,74 A0



Năng lượng ion hóa I1, I2, I3, I4



6,95; 14,03; 24,71; 33,99 (eV)



Thế điện cực chuẩn



-1,43 V



Độ âm điện và độ dẫn điện



1,33 và 2,3



Khối lượng riêng



6,49 g/cm3



Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sơi



18520C và 35800C



1.1.1.2. Tính chất hóa học

∗ Ở điều kiện thường, Zr bền với khơng khí và nước nhờ có màng oxit ZrO2 bền bảo

vệ, nên nó khơng bị mờ đục trong khơng khí.

∗ Ở nhiệt độ cao, Zr rất hoạt động hóa học:

+ Tác dụng với oxi tạo thành oxit ZrO2, với halogen tạo thành halogenua

ZrX4 (X là halogen), với lưu huỳnh tạo thành sunfua ZrS 2, với nitơ tạo thành nitrua,



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×