Việc ứng dụng công nghệ hạt nhân và năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đang phát triển mạnh ở nhiều quốc gia trên thế giới. Song song với những lợi ích của năng lượng nguyên tử đem lại thì vấn đề xử lý chất thải sinh ra từ các quá trình như: chu trình nhiên liệu hạt nhân, hoạt động của nhà máy điện hạt nhân, các viện nghiên cứu hay các bệnh viện có ứng dụng kỹ thuật hạt nhân… đặc biệt là nước thải chứa các nhân phóng xạ, việc xử lý nước thải hiệu quả và đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật cũng đang được rất nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới nghiên cứu.

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nguồn nước thải nhiễm các nhân phóng xạ, tuy nhiên hướng nghiên cứu ứng dụng các loại vật liệu có hiệu quả xử lý cao, quá trình vận hành và tự động hóa đơn giản đang được đánh giá là một hướng có triển vọng cao và thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Vật liệu hấp phụ SBA-15 đã được biến tính hóa là vật liệu silica cao cấp hiện nay, bền vững trong môi trường, hiệu quả rất cao so với các loại vật liệu cùng loại trong tách ion kim loại và nhân phóng xạ (U, Th, Ra) đã được nghiên cứu áp dụng trên thế giới, có thể ứng dụng xử lý sự cố nhiễm Cs-137 trong nước biển. Nguồn nguyên liệu để chế tạo từ thủy tinh lỏng Việt Nam giá thành hạ, không cần sử dụng các hóa chất silic dạng ankoxit (TEOS tetraetyl octo silicate) đắt tiền.

Việc nghiên cứu và ứng dụng loại vật liệu này để xử lý các nhân U, Th, Ra trong nước thải ở Việt Nam sẽ mở ra một hướng mới trong xử lý nước thải phóng xạ hiện nay cũng như trong tương lai, tạo điều kiện chủ động đáp ứng các yêu cầu xử lý ô nhiễm chất thải hạt nhân ở Việt Nam, do đó nhóm nghiên cứu do ThS. Nguyễn Văn Chính, Viện công nghệ xạ hiếm, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ hiệu năng cao silica mao quản trung bình SBA-15 từ thủy tinh lỏng Việt Nam để xử lý nước thải nhiễm phóng xạ”.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đề tài đã giới thiệu kết quả thu được trong phòng thí nghiệm từ việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu SBA-15 từ nguồn thủy tinh lỏng của Việt Nam và axit sulfuric trong điều kiện nhiệt độ thấp (80 độ C). Các nghiên cứu khảo sát quá trình biến tính vật liệu nền SBA-15 với một số oxit kim loại 6 khác (Fe3O4 và TiO2) để tăng hiệu quả tách pha, dung lượng hấp phụ các nhân phóng xạ của vật liệu. Cuối cùng, đề tài đã xây dựng được các quy trình tổng hợp, biến tính vật liệu SBA-15 và quy trình ứng dụng vật liệu SBA-15 để xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng urani (chứa các nguyên tố phóng xạ U, Th và Ra) ở qui mô phòng thí nghiệm.

Sau một thời gian thực hiện, đề tài thu được một số kết quả như sau:

1. Đề tài đã tiến hành nghiên cứu và tổng hợp thành công vật 5kg liệu silica mao quản trung bình SBA-15 từ thủy tinh lỏng Việt Nam và axit sulfuric có chất lượng cao, tương đương với sản phẩm thương mại trên thế giới.

Bảng so sánh sản phẩm của đề tài và một số sản phẩm trên thế giới như hình sau:

2. Có được hệ thiết bị hoạt động gián đoạn để tổng hợp vật liệu SBA-15 biến tính từ thủy tinh lỏng Việt Nam ở qui mô phòng thí nghiệm.

3. Xây dựng được 02 quy trình công nghệ: quy trình tổng hợp, biến tính vật liệu SBA-15 (với Fe3O4 và TiO2) và quy trình xử lý nước thải từ quá trình chế biến quặng urani bằng vật liệu SBA-15 biến tính.

4. Về giá thành sản phẩm: kinh phí mua hóa chất để tổng hợp vật liệu ở qui mô phòng thí nghiệm (500g/mẻ) là 200$/kg. Trong khi giá thành sản phẩm thương mại trên thế giới (rẻ nhất là sản phẩm của Ấn Độ) giá thành khoảng 1500$/kg.

Mặc dù đã rất cố gắng song do điều kiện còn hạn chế nên vẫn còn một số vấn đề chưa được nghiên cứu, cụ thể: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu để xử lý nước thải từ các cơ sở sản xuất, nhà máy công nghiệp; Ảnh hưởng của các ion kim loại, các ion phóng xạ đến dung lượng hấp phụ urani và thori trên vật liệu SBA-15 và SBA-15/TNT; Nghiên cứu tạo hạt hoặc gắn vật liệu SBA-15 lên các vật liệu xốp để dễ dàng ứng dụng trong xử lý môi trường, tăng tính thương mại hóa của sản phẩm; Nghiên cứu hấp phụ các nguyên tố phóng xạ ở dạng cột.

Hy vọng rằng với việc nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu SBA-15, các phương pháp biến tính vật liệu đầu tiên ở Việt Nam và đánh giá khả năng hấp phụ các nhân phóng xạ trên vật liệu, đề tài góp phần phát triển một số vật liệu mới có khả năng hấp phụ hiệu quả và chọn lọc cao để loại bỏ các nhân phóng xạ từ nước thải phóng xạ cho không chỉ nước thải từ quá trình khai thác chế biến quặng có chứa các nhân phóng xạ mà còn cho các cơ sở hạt nhân ở Việt Nam trong tương lai mà trước đây chưa được nghiên cứu ở trong nước. Góp phần phát triển những vật liệu mới, chọn lọc, kinh tế mà hiệu quả để có thể dùng để làm sạch các ion phóng xạ và ion kim loại nặng trong nước thải lỏng của các cơ sở chế biến quặng có chứa các nguyên tố phóng xạ trong nước mà trước đây chưa được nghiên cứu ở trong nước, góp phần đảm bảo an toàn bức xạ cho người lao động làm việc trong các cơ sở chế biến quặng phóng xạ hiện nay, cơ sở hạt nhân trong tương lai và cho môi trường xung quanh.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 16648/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)