Đề Tài: Nghiên cứu tổng hợp Nano-Akaganeite và các sản phẩm nhiệt của nó dùng làm chất xử lí môi trường doc

133 581 0
Đề Tài: Nghiên cứu tổng hợp Nano-Akaganeite và các sản phẩm nhiệt của nó dùng làm chất xử lí môi trường doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

  ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *********   NGUYỄN THỊ NGỌC THƠ   NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO- AKAGANEITE CÁC SẢN PHẨM NHIỆT CỦA DÙNG LÀM CHẤT XỬ MÔI TRƯỜNG          LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC    THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2011    ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *********   NGUYỄN THỊ NGỌC THƠ   NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO- AKAGANEITE CÁC SẢN PHẨM NHIỆT CỦA DÙNG LÀM CHẤT XỬ MÔI TRƯỜNG   CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ MÃ SỐ: 60.44.25   LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC  NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS: HOÀNG ĐÔNG NAM     THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011   L ôøi caûm ô n Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Đông Nam đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi rất nhiều để thực hiện đề tài này. Cảm ơn gia đình đã động viên tôi, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện ước mơ của mình. Tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy Cô, các bạn Sinh Viên, Cao Học Viên K16 – Hóa Vô Cơ đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực nghiệ m. Cảm ơn tất cả.   L ôøi caûm ô n Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Đông Nam đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi rất nhiều để thực hiện đề tài này. Cảm ơn gia đình đã động viên tôi, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện ước mơ của mình. Tôi cũng xin cảm ơn quý Thầy Cô, các bạn Sinh Viên, Cao Học Viên K16 – Hóa Vô Cơ đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực nghiệ m. Cảm ơn tất cả. i Mục lục Mục lục i DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ vii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về akaganeite β-FeOOH 2 1.1.1. Giới thiệu 2 1.1.2. Cấu trúc 2 1.1.3. Hình thái kích thước tinh thể 5 1.1.4. Diện tích bề mặt riêng tính xốp 7 1.1.5. Tính chất 9 1.1.5.1. Phổ IR 9 1.1.5.2. Phổ XRD 11 1.1.5.3. Phổ DTA/TG 11 1.1.5.4. Sự biến đổi nhiệt của akaganeite 14 1.1.6. Một số ứng dụng của akaganeite 16 1.2. Các phương pháp điều chế akaganeite 17 1.2.1. Đi từ hệ Fe(III) 17 1.2.2. Đi từ hệ Fe(II) 19 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành sản phẩm akaganeite 19 1.3.1. Ảnh hưởng của pH 19 1.3.2. Ảnh h ưởng của thời gian thủy phân 22 1.3.3. Ảnh hưởng của nguồn sắt 23 1.3.4. Ảnh hưởng của các cation/anion lạ 24 1.3.4.1 Ảnh hưởng của các cation Cu 2+ , Al 3+ , Cr 3+ 24 1.3.4.2 Ảnh hưởng của F - 25 1.3.5. Ảnh hưởng của chất hữu cơ 25 1.3.5.1. Ảnh hưởng của urea 25 1.3.5.2. Ảnh hưởng của urotropin (hexamethylenetetramine) 26 1.3.5.3. Ảnh hưởng của natri polyanethol sulphonate 26 1.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất 27 1.3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 29 ii 1.4. Hấp phụ trên bề mặt oxyhydroxide sắt 30 1.4.1. Các nhóm chức trên bề mặt oxide/oxyhydroxide sắt 30 1.4.2. Điện tích bề mặt 31 1.4.3. Hấp phụ anion 32 1.4.4. Các kiểu phối trí trên bề mặt 35 1.4.5. Hấp phụ arsenic trên akaganeite 35 Chương 2 THỰC NGHIỆM 40 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 40 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 2.3 Các phương pháp kĩ thuật dùng trong nghiên cứu 41 2.3.1. Phương pháp SEM (Scanning Electron Microscope): 41 2.3.2. Phương pháp BET: 41 2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): 43 2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai: 44 2.3.5. Phương pháp trắc quang: 45 2.3.6. Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS): 46 2.4 Các công thức tính toán 47 2.4.1. Xác định chính xác nồng độ KMnO 4 theo H 2 C 2 O 4 .2H 2 O 47 2.4.2. Xác định chính xác nồng độ FeCl 3 47 2.4.3. Xác định nồng độ congo đỏ 48 2.4.4. Xác định dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ 48 2.5 Hóa chấtDụng cụ - Thiết bị 48 2.6 Tiến trình thực nghiệm 49 2.6.1. Pha các dung dịch 49 2.6.1.1. Dung dịch FeCl 3 49 2.6.1.2. Dung dịch NaOH 49 2.6.1.3. Dung dịch KMnO 4 ~ 0,05N không chứa vết MnO 2 50 2.6.1.4. Dung dịch axit oxalic 0,1N 50 2.6.1.5. Các dung dịch H 2 SO 4 (1:1) ; HCl (1:2) ; H 3 PO 4 đặc 50 2.6.1.6. Dung dịch SnCl 2 10%: 50 2.6.1.7. Dung dịch HgCl 2 bão hòa (~ 4,5%) 50 2.6.1.8. Hỗn hợp bảo vệ Zymmerman: 50 2.6.1.9. Dung dịch đệm pH = 8,60 50 2.6.1.10. Dung dịch Na 2 HAsO 4 .7H 2 O 1g/l (dung dịch gốc) 51 2.6.2. Xác định chính xác nồng độ các dung dịch 51 iii 2.6.2.1. Dung dịch KMnO 4 51 2.6.2.2. Dung dịch FeCl 3 51 2.6.3. Phương pháp điều chế nano-akaganeite 52 2.6.4. Các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm điều chế 54 2.6.5. Khảo sát hoạt tính của các sản phẩm bằng phản ứng hấp phụ congo đỏ 55 2.6.6.1. Sơ lược về congo đỏ 56 2.6.6.2. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ congo đỏ C 32 H 22 O 6 N 6 S 2 Na 2 56 2.6.6.3. So sánh khả năng hấp phụ của các mẫu điều chế ở mục 2.6.5 58 2.6.6.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ congo đỏ của sản phẩm Ak-1-1-NP-5 59 2.6.6. Khảo sát khả năng giải hấp congo đỏ 61 2.6.7. Khảo sát khả năng hấp phụ metylen blue (MB) 62 2.6.8. Khảo sát hoạt tính xúc tác 62 2.6.9. Khảo sát khả nă ng hấp phụ arsenate của mẫu được chọn 63 2.6.10. Khảo sát các sản phẩm nhiệt của akaganeite 65 2.6.8.1. Khảo sát chế độ nung mẫu: 66 2.6.8.2. So sánh hoạt tính hấp phụ CR của các mẫu nung chưa nung 67 2.6.11. Xử mẫu As thực 67 Chương 3 KẾT QỦA BIỆN LUẬN 69 3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm t ổng hợp 69 3.1.1. Nồng độ Fe 3+ 69 3.1.2. Nồng độ OH - 72 3.1.3. Nhiệt độ phản ứng 74 3.1.4. Tốc độ khuấy trộn 76 3.1.5. Kết luận các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của akaganeite tổng hợp 79 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ CR của akaganeite tổng hợp được 79 3.2.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ theo thời gian 79 3.2.2. Ảnh hưởng của pH 80 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ hấp phụ 82 3.2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ CR ở các nồng độ khác nhau 84 3.2.5. Đẳng nhiệt hấp phụ 85 3.3. Khảo sát khả năng giải hấp congo đỏ 86 3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ metylen blue trên akaganeite tổng hợp 86 3.5. Khảo sát hoạt tính xúc tác của akaganeite khi có mặt của O 2 không khí 87 iv 3.6. Khảo sát khả năng hấp phụ As(V) trên akaganeite tổng hợp 87 3.6.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ theo thời gian 87 3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH 88 3.6.3. Khảo sát khả năng hấp phụ As(V) ở các nồng độ khác nhau 89 3.6.4. Đẳng nhiệt hấp phụ As(V) 90 3.7. Khảo sát sự biến đổi nhiệt của akaganeite tổng hợp 92 3.7.1. Kế t quả phân tích nhiệt DTA/TG của akagaeite tổng hợp 92 3.7.2. Khảo sát thành phần pha của các sản phẩm nhiệt 93 3.7.3. Khảo sát thành phần pha của các sản phẩm nung ở nhiệt độ trước sau peak tỏa nhiệt 95 3.7.4. Khảo sát hình thái sản phẩm nhiệt 95 3.7.5. Khảo sát diện tích bề mặt riêng của các sản phẩm nhiệt 97 3.8. So sánh khả năng hấp phụ congo đỏ c ủa akaganeite chưa nung với các sản phẩm sau khi nung của 98 3.9. Xử mẫu thực: nước sông nhiễm As 99 Chương 4 KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU CHƯƠNG 1 Bảng 1.1 Ảnh hưởng của việc thêm HCl trong quá trình thuỷ phân FeCl 3 ở 90 o C 20 Bảng 1.2 Ảnh hưởng của nồng độ tác chất trong quá trình thuỷ phân FeCl 3 . 27 Bảng 1.3 Tóm tắt các công trình nghiên cứu hấp phụ As 38 CHƯƠNG 2 Bảng 2.1 Hoá chất 48 Bảng 2.2 Dụng cụ 49 Bảng 2.3 Thiết bị 49 Bảng 2.4 Bảng tóm tắt kí hiệu các sản phẩm tổng hợp 55 Bảng 2.5 Cách chuẩn bị các dung dịch CR để dựng đường chuẩn 57 Bảng 2.6 Giá trị mật độ quang của các dung dich CR dựng đường chuẩn 57 Bảng 2.7 Bảng tóm tắt kí hiệu sản phẩm nung của Ak-1-1-NP-5 66 CH ƯƠNG 3 Bảng 3.1 Dung lượng hấp phụ congo đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi nồng độ Fe 3+ 70 Bảng 3.2 Kết quả BET của các sản phẩm Ak-x-1-NP-5 72 Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ congo đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi nồng độ OH - 72 Bảng 3.4 Kết quả BET của các sản phẩm Ak-1-y-NP-5 74 Bảng 3.5 Dung lượng hấp phụ congo đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi nhiệt độ 75 Bảng 3.6 Kết quả BET của các sản phẩm Ak-1-1-t-5 76 Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ congo đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi tốc độ khuấy 77 Bảng 3.8 Kết quả BET của các sản phẩm Ak-1-1-NP-k 78 Bảng 3.9 Độ h ấp phụ CR trên mẫu Ak-1-1-NP-5 theo thời gian 79 vi Bảng 3.10 Độ hấp phụ CR trên mẫu Ak-1-1-NP-5theo pH 81 Bảng 3.11 Độ hấp phụ CR trên mẫu Ak-1-1-NP-5 ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian 83 Bảng 3.12 Độ hấp phụ CR trên mẫu Ak-1-1-NP-5 ở các nồng độ CR khác nhau 84 Bảng 3.13 Hiệu suất giải hấp bằng NaOH ở các tỉ lệ thể tích 86 Bảng 3.14 So sánh hoạt tính của sản phẩm tổng hợp khi không có có O 2 . 87 Bảng 3.15 Dung lượng hiệu suất hấp phụ As(V) theo thời gian 87 Bảng 3.16 Dung lượng % hấp phụ As(V) theo pH dung dịch ban đầu 88 Bảng 3.17 Dung lượng hấp phụ As(V) theo nông độ As(V) 89 Bảng 3.18 Kết quả BET của mẫu akaganeite chưa nung so với khi nung ở 100 o C, 300 o C, 500 o C 97 Bảng 3.19 Dung lượng % hấp phụ CR của mẫu chưa nung sau nung 98 Bảng 3.20 Nồng độ As(V) trong mẫu thực trước sau khi xử 99 [...]... dụng vào xửmôi trường Đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp akaganeite, tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố tổng hợp đến tính chất hấp phụ của vật liệu này tác động nhiệt đến tính chất hấp phụ của Luận văn này khảo sát vấn đề nêu trên đối với việc tổng hợp akaganeite nano từ sắt(III) chloride, nhằm tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về điều kiện tổng hợp ra... 71 Hình 3.3 XRD của các sản phẩm Ak-1-y-NP-5 73 viii  Hình 3.4 Ảnh SEM của các sản phẩm Ak-1-y-NP-5 73 Hình 3.5 XRD của các sản phẩm Ak-1-1-t-5 75 Hình 3.6 Ảnh SEM của các sản phẩm Ak-1-1-t-5 76 Hình 3.7 XRD của các sản phẩm Ak-1-1-NP-k 77 Hình 3.8 Ảnh SEM của các sản phẩm Ak-1-1-NP-k 78 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ CR trên sản phẩm Ak-1-1-NP5 theo... Cl- sự hình thành hợp chất hematite Độ kết tinh của hematite tăng khi         13  TRƯỜNG ĐHKHTN  KHOA HÓA VÔ CƠ ỨNG DỤNG    nhiệt độ tăng lên đến 700oC Độ kết tinh không thay đổi ở các nhiệt độ cao hơn 1.1.5.4 Sự biến đổi nhiệt của akaganeite Có rất nhiều nghiên cứu về sự phân hủy nhiệt của akaganeite [19, 35, 37, 40, 43, 51, 57, 62, 67, 73] Cách thức hoạt động nhiệt của akaganeite tổng hợp phụ... hưởng của việc loại nhóm hydroxyl bằng nhiệt độ đến diện tích bề mặt độ xốp dường như phụ thuộc vào môi trường thực hiện phản ứng, vào thời gian nhiệt độ, vào tính chất (mức độ nước chloride) của mẫu ở một chừng mực nhất định Tuy nhiên, nhìn chung, các vi lỗ dạng khe hở phát triển ban đầu dựa trên việc đun nóng diện tích bề mặt tăng [27, 36] Khi nhiệt độ tăng (dưới 500oC), các vi lỗ kết hợp. .. thấy của chúng Các đặc điểm về cấu trúc cấu tạo của akaganeite có thể đạt được bằng việc kiểm soát nồng độ của cation kim loại, nhiệt độ độ pH của dung dịch cũng như sự hiện diện của các ion vô cơ khác Chính vì vậy, người ta có thể kiểm soát được các tính chất của các sản phẩm được điều chế từ akaganiete như: kích thước hạt, hình dáng, diện tích bề         16  TRƯỜNG ĐHKHTN  KHOA HÓA VÔ CƠ ỨNG... góc nhỏ TRƯỜNG ĐHKHTN  KHOA HÓA VÔ CƠ ỨNG DỤNG    MỞ ĐẦU Hàng năm, các ngành công nghiệp luyện kim, khai khoáng sản xuất hóa chất thải ra một lượng rất lớn các muối sắt(II) sắt(III) Việc nghiên cứu sử dụng chúng một cách kinh tế là một nhiệm vụ quan trọng trong việc bảo vệ môi trường Trong các hướng xửcác muối này, điều chế các loại sắt(III) oxide hydroxide tồn tại trong tự nhiên như... hấp phụ As(V) ở các pH khác nhau 89 Hình 3.16 Dung lượng hấp phụ As(V) theo nồng độ dung dịch ban đầu 90 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ As(V) theo Langmuir Freundlich 91 Hình 3.18 Giản đồ phân tích nhiệt DTA/TG của sản phẩm akaganeite 92 Hình 3.19 XRD của các sản phẩm akaganeite chưa nung nung 94 Hình 3.20 Kết quả IR của các sản phẩm nung ở 370oC 43 430oC 95... nhiên dưới các điều kiện tương tự như khi được tổng hợp ở phòng thí nghiệm, tức là với sự có mặt của ion Clvà ở nhiệt độ được nâng cao (chẳng hạn 60oC).Akaganeite tự nhiên tổng hợp thường bộc lộ các hình thái tinh thể tương tự nhau 1.1.2 Cấu trúc Akaganeite đồng cấu trúc với hollandite Các hợp chất với cấu trúc này có ô mạng cơ sở tứ phương hoặc đơn tà         2  TRƯỜNG ĐHKHTN  KHOA HÓA VÔ CƠ ỨNG... diễn sự tồn tại của các dạng As(V) ở các pH khác nhau 36 Hình 1.14 Giản đồ biểu diễn sự tồn tại của các dạng As(III) ở các pH khác nhau 37 Hình 1.15 Phức bề mặt của oxide sắt với arsenate 38 CHƯƠNG 2 Hình 2.1 Đường chuẩn biễu diễn nồng độ CR theo độ hấp thu quang 58 CHƯƠNG 3 Hình 3.1 XRD của các sản phẩm Ak-x-1-NP-5 70 Hình 3.2 Ảnh SEM của các sản phẩm Ak-x-1-NP-5... chẳng hạn như các nước biển nóng trong gỉ của môi trường biển .Các nhà khoa học cũng phát hiện akaganeite có trong đá ở mặt trăng [76] Không giống với các đa hình FeOOH khác, akaganeite có cấu trúc trên cơ sở việc sắp xếp các anion theo kiểu lập phương tâm khối (bcp) (tương tự như cấu trúc hollandite của BaMn8O16) thay vì là hcp hay ccp chứa lượng thấp các ion Cl hoặc F có màu nâu đến vàng sáng . HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *********   NGUYỄN THỊ NGỌC THƠ   NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO- AKAGANEITE VÀ CÁC SẢN PHẨM NHIỆT CỦA NÓ DÙNG LÀM CHẤT XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG          LUẬN. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *********   NGUYỄN THỊ NGỌC THƠ   NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO- AKAGANEITE VÀ CÁC SẢN PHẨM NHIỆT CỦA NÓ DÙNG LÀM CHẤT XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG   CHUYÊN. đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi nồng độ OH - 72 Bảng 3.4 Kết quả BET của các sản phẩm Ak-1-y-NP-5 74 Bảng 3.5 Dung lượng hấp phụ congo đỏ của các sản phẩm tổng hợp khi thay đổi nhiệt

Ngày đăng: 28/06/2014, 04:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan