The preparation and characterization of magnesium oxide nanocrystals and the investigation of its applicability in removing uranium

Bu çalışmada, uranyumun sulu çözeltilerden kolay bulunabilir, az maliyetli ve etkin bir nanokristal malzeme olan MgO kullanılarak uzaklaştırılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, uzaklaştırma yöntemi olarak adsorpsiyon seçilmiştir. Nanokristal MgO adsorban hidrotermal metot ile sentezlenmiştir. Sentezlenen adsorbanın, SEM, XRD ve BET analizleri ile karakterizasyonu yapılmıştır. Çalışmada kesikli yöntem ile adsorpsiyona etki eden; başlangıç uranyum konsantrasyonu, çalkalama süresi ve sıcaklık gibi parametreler incelenmiş; dağılım katsayıları (Kd) ve adsorpsiyon verimi (%) hesaplanmıştır. Adsorpsiyon prosesi için optimum koşul belirlenmiştir. Optimum koşul, 40 µg/mL'lik UO2+2 çözeltisi, 25oC sıcaklık ve 120 dakika temas süresi olarak belirlenmiş ve bu koşuldaki adsorpsiyon verimi %87.61±3.10 olarak hesaplanmıştır. Geri alım denemeleri yapılmış ve adsorban üzeriden 0.1 M'lık NH4Cl ve NaNO3 çözeltisi ile tek kademede %100 verim ile geri alındığı belirlenmiştir. Uranyumun nanokristal MgO tarafından adsorplanmasında farklı metal iyonlarının etkisi incelenmiştir. Farklı metal iyonları varlığında uranyum alım veriminin arttığı gözlemlenmiş, yüksek adsorpsiyon verimine karşılık, adsorbanın çalışılan bu konsantrasyon aralığındaki matris iyonları ve uranyum arasında seçici davranmadığı görülmüştür. MgO nanokristallerin liç çözeltisi ortamındaki adsorpsiyon davranışının incelenmesi için de denemeler yapılmıştır. Yüksek alım verimine karşın geri alım verimi düşük bulunmuştur. Adsorpsiyon verilerinin Freundlich ve Dubinin-Radushkevich izoterm modellerine uyduğu belirlenmiş ve termodinamik DG°, DH° ve DS° parametreler sırasıyla -0.102 kJmol-1K-1, 8.738 kJmol-1, -21.68 kJ.mol-1 olarak hesaplanmıştır. In this study, the removability of uranium from aqueous solutions was studied by using MgO as a nanocrystal material which is easily accessible, effective and has a low cost. In this respect, adsorption has been decided on as a method for removal. Nanocrystal MgO has been synthesized using hydrothermal method. The characterization of the synthesized adsorbent has been carried out through SEM, XRD and BET analyses. The parameters such as initial uranium concentration, contact time and temperature that affect adsorption were investigated by the batch method. Moreover, distribution coefficient (Kd) and adsorption efficiency (%) were calculated. Optimum condition for adsorption process was determined. Optimum condition was determined as UO2+2 solution containing 40 µg/mL at 25oC in 120 minutes. Under these conditions, the adsorption efficiency is calculated as %87.61±3.10. Also, desorption test were carried out and desorption efficiency was found as %100 with NH4Cl and NaNO3 solutions containing 0.1 M on a single step. The effect of different metal ions on the adsorption of uranium by nanocrystal MgO was studied. It has been observed that the efficiency of uranium adsorption increases in the presence of different metal ions. In spite of the high adsorption efficiency, the adsorban does not act selectively between the matrix ions and uranium in the studied concentration range. Adsorption behaviour of MgO nanocrystals in the leach solution medium was also investigated. The desorption efficiency has been determined low whereas the adsorption efficiency is high. The adsorption data have been determined appropriate to Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherm models. The thermodynamic parameters ?G°, ?H° and ?S° were calculated as 0.102 kJmol-1K-1, 8.738 kJmol-1, -21.68 kJ.mol-1, respectively. 105