Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn đến Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá – Viện Kỹ thuật Hóa học – Đại học bách khoa Hà Nội dành nhiều thời gian tâm huyết hƣớng dẫn giúp hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong trình học tập, thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều thầy cô, gia đình bạn bè Vì vậy, suốt thời gian học tập trƣờng, nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ Quý thầy, cô Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gởi đến Quý thầy, cô giảng dạy trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho suốt thời gian học tập trƣờng Trong trình thực đề tài luận văn “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hệ MnO2/Fe3O4/SiO2 ứng dụng xử lý số ion kim loại: Fe3+, Mn2+ As3+ nƣớc ngầm thành nƣớc sinh hoạt Bình Định” Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá tận tình chu đáo hƣớng dẫn thực khóa luận Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song trình thực đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót hạn chế kiến thức, kinh nghiệm Tôi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến quý thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để khóa luận đƣợc hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Trần Quí Dƣơng Học viên: Trần Quí Dương Trang a Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu luận văn khoa học Các kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực, số liệu, tính toán đƣợc hoàn toàn xác chƣa đƣợc công bố công trình nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Trần Quí Dƣơng Học viên: Trần Quí Dương Trang b Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN a LỜI CAM ĐOAN .b MỤC LỤC c DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .g DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ h LỜI MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu .4 Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tài nguyên nƣớc ô nhiễm nƣớc 1.1.1 Vai trò nƣớc 1.1.2 Tài nguyên nƣớc [1, 8] 1.1.3 Tầm quan trọng nguồn nƣớc ngầm 1.1.4 Hiện trạng nƣớc ngầm Bình Định 1.1.5 Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc [2] 10 1.2 Chì tác hại chì (Pb) [1, 5] 11 1.3 Asen tác hại asen (As) [2] .12 1.4 Tác hại sắt (Fe) mangan (Mn) [10] 15 1.5 Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc bị ô nhiễm kim loại 15 1.5.1 Phƣơng pháp kết tủa hydroxyt [1, 13] 16 1.5.2 Phƣơng pháp đông tụ keo tụ [2, 8, 13] .16 1.5.3 Phƣơng pháp thẩm thấu ngƣợc [2, 7] 17 1.5.4 Phƣơng pháp trao đổi ion [2,7] .18 Học viên: Trần Quí Dương Trang c Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 1.5.5 Phƣơng pháp hấp phụ [2, 3, 7] 19 1.6 Vật liệu nano 26 1.6.1 Hóa học nano[11] 27 1.6.2 Ứng dụng công nghệ nano[21] 28 1.6.3 Một số phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano 30 1.6.3.1 Phƣơng pháp điều chế từ xuống 30 1.6.3.2 Phƣơng pháp điều chế từ dƣới lên .31 1.7 Nguồn nguyên liệu .32 1.7.1 Nguyên liệu Mn .32 1.7.2 Nguyên liệu sắt 33 1.7.3 Axit citric .35 CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM 37 2.1 Dụng cụ, hóa chất .37 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu [2] 37 2.2.1 Phƣơng pháp học (mechanical) 37 2.2.2 Phƣơng pháp hóa ƣớt (wet chemical) .37 2.2.2.1 Phƣơng pháp sol-gel 38 2.2.2.2 Phƣơng pháp kết tủa .38 2.2.2.3 Phƣơng pháp thủy nhiệt .39 2.2.3 Phƣơng pháp hình thành từ pha khí (gas-phase) .40 2.2.4 Phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy 40 2.3 Các phƣơng pháp xác định 46 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Nghiên cứu điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu nano oxit mangan oxit sắt 47 3.1.1 Nghiên cứu tỉ lệ mol mangan, sắt axit citric (ACT) 47 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH 48 Học viên: Trần Quí Dương Trang d Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung 49 3.1.4 Xác định hình thái học cấu trúc nano hạt vật liệu oxit mangan oxit sắt 53 3.1.5 Điều chế oxit mangan oxit sắt có kích thƣớc nanomet chất mang silicat 54 3.1.6 Đánh giá khả hấp phụ oxit mangan oxit sắt có kích thƣớc nanomet chất mang Silicat theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir 59 3.1.6.1 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách kim loại 59 3.1.6.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách chì (Pb) 59 3.1.6.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách asen (As) .61 3.1.6.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách sắt (Fe) 62 3.1.6.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách Mangan (Mn) .63 3.1.6.2 Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir 64 3.1.6.2.1 Kết khảo sát khả hấp phụ chì (Pb) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir 64 3.1.6.2.2 Kết khảo sát khả hấp phụ chì (As) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir 65 3.1.6.2.3 Kết khảo sát khả hấp phụ Sắt (Fe) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir 67 3.1.6.2.4 Kết khảo sát khả hấp phụ Mangan (Mn) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir .68 3.1.7 Kết xác định số thông số lý vật liệu .70 3.2 Đánh giá khả xử lý kim loại khỏi dung dịch phƣơng pháp hấp phụ động cột giải hấp, thu hồi vật liệu 71 3.2.1 Đánh giá khả xử lý kim loại có dung dịch nƣớc vật liệu .71 3.2.2 Kết trình giải hấp, thu hồi ion kim loại .72 KẾT LUẬN .74 Học viên: Trần Quí Dương Trang e Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VLHP: Vật liệu hấp phụ PC 49: Cảnh sát Môi trƣờng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ATP: Adenosine triphosphate NAD: Nicotinamide adenine dinucleotide IARC: Quốc tế quan nghiên cứu ung thƣ EU: Liên minh nƣớc Châu Âu WHO: Tổ chức y tế giới PAC: Poly Aluminium Chloride CTAB: Cetyl trimetyl amoni bromua SDS: Natri dodecyl sunfat EDA: Etylen diamin CS: Combustion Synthesis – Tổng hợp bốc cháy SHS: Self Propagating High Temperature Synthesis Process ACT: Axit citric SPM: Kính hiển vi đầu dò quét AFM: Kính hiển vi nguyên tử lực XRD: Nhiễu xạ tia X IR: Tia hồng ngoại SEM: Chụp ảnh hiển vi điện tử quét UV-Vis: Quang phổ hấp thụ phân tử Học viên: Trần Quí Dương Trang f Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chất lƣợng nƣớc ngầm Bình Định (xã Tam Quan, huyện Hoài Nhơn) Bảng 2.1 Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp kết tủa .39 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ Pb2+ lên vật liệu 60 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ As3+ lên vật liệu 61 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ Fe3+ lên vật liệu 62 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ Mn2+ lên vật liệu 63 Bảng 3.5 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân Cf Pb2+ .64 Bảng 3.6 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân Cf As3+ .65 Bảng 3.7 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân Cf Fe3+ .67 Bảng 3.8 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân Cf Mn2+ 69 Bảng 3.9 Kết phân tích hàm lƣợng kim loại trƣớc sau xử lý 72 Học viên: Trần Quí Dương Trang g Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .22 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf .22 Hình 1.3 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 23 Hình 1.4 Sự phụ thuộc lgq vào lgC 23 Hình 1.5 Sơ đồ phân chia vùng tiến hành trình hấp phụ 25 Hình 2.1 Qui trình tổng hợp vật liệu nano oxit mangan oxit sắt silicat .43 Hình 2.2.a Dung dịch ban đầu 44 Hình 2.2.b Dung dịch sau gia nhiệt 44 Hình 2.2.c Dịch keo sau gia nhiệt .44 Hình 2.2.d Mẫu bắt đầu cho cát vào 45 Hình 2.2.e Mẫu sau nung có trộn cát 45 Hình 2.2.f Mẫu sau nung không trộn cát 45 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen mẫu điều chế từ gel với tỉ lệ (Mn/Fe)/ACT = (1/1)/2; (2/1)/3; (1/1)/3; (2/1)/2; (1/2)/3 nung 5000C 47 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu điều chế từ gel pH = 2, 3, 4, 5, 48 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen mẫu nung nhiệt độ 3000C, 4000C, 5000C, 6000C 49 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ 3000C 50 Hình 3.5 Phổ tử ngoại Mn(II), ACT Mn(II)-ACT 51 Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ 6000C 52 Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ 5000C 53 Hình 3.9 Hình thái học cấu trúc nano hạt vật liệu 54 Hình 3.10.a Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu C0 55 Hình 3.10.b Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu C20 56 Học viên: Trần Quí Dương Trang h Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Hình 3.10.c Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu C30 .56 Hình 3.11 Ảnh vi cấu trúc hình thái học cát thạch anh trƣớc tẩm 58 Hình 3.12 Ảnh vi cấu trúc hình thái học cát thạch anh sau tẩm .58 Hình 3.13 Khả hấp phụ chì (Pb) vật liệu theo thời gian 60 Hình 3.14 Khả hấp phụ asen (As) vật liệu theo thời gian .61 Hình 3.15 Khả hấp phụ Sắt (Fe) vật liệu theo thời gian 62 Hình 3.16 Khả hấp phụ Mangan (Mn) vật liệu theo thời gian 63 Hình 3.17 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Pb(II) 65 Hình 3.18 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(III) 66 Hình 3.19 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) 68 Hình 3.20 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) 70 Hình 3.21 Mô hình cột tách kim loại khỏi nƣớc 71 Học viên: Trần Quí Dương Trang i Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với phát triển kinh tế tiến khoa học kỹ thuật vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nói chung ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói riêng điểm nóng, đáng lo ngại toàn nhân loại, đòi hỏi giới phải quan tâm có biện pháp khắc phục Bởi vì, kèm với phát triển đáng mừng nguồn chất thải nhƣ: Rác thải, nƣớc thải, khí thải ngƣời dân nhà máy công nghiệp tăng theo cách tỷ lệ thuận Trong nguồn chất thải lại chứa đựng nhiều chất độc hại mà chƣa đƣợc xử lý xử lý sơ Từ đó, vào cống, rãnh, sông, hồ, …và làm ô nhiễm nguồn nƣớc Đây nguyên nhân chủ yếu quan trọng việc gây ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt môi trƣờng nƣớc Hiến chƣơng châu Âu nƣớc định nghĩa: “Ô nhiễm nƣớc biến đổi nói chung ngƣời chất lƣợng nƣớc, làm nhiễm bẩn nƣớc gây nguy hiểm cho ngƣời, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi loài hoang dã.’’ Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc không vấn đề lo ngại nƣớc phát triển mà thách thức nƣớc phát triển, có Việt Nam Trên thực tế, nguồn nƣớc ngày khan không đáp ứng đủ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày nhƣ sản xuất ngƣời Trong đó, nguồn nƣớc bị ô nhiễm ngày tăng cao, mức độ ô nhiễm ngày nặng Ngoài nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mà ta nêu số nguyên nhân quan trọng khác nhƣ: Hậu chiến tranh để lại (chất độc màu da cam), tồn kim loại nặng: Pb, Cu, Zn, Fe, Cd, Mn, As, …trong mạch nƣớc ngầm Đặc biệt kim loại chì (Pb) asen (As) Hiện Việt Nam, tình hình ô nhiễm chì (Pb) nguồn nƣớc vấn đề đáng lo ngại Cụ thể, theo kết phân tích kiểm định môi trƣờng Phòng Cảnh sát Môi trƣờng (PC 49), Công an tỉnh Yên Bái cho Học viên: Trần Quí Dương Trang Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.1.6.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách sắt (Fe) Thời Nồng độ Fe(III) Nồng độ Fe(III) gian ban đầu lại (Phút) (mg/l) (mg/l) 30 1,000 0,700 30,0 60 1,000 0,540 46,0 90 1,000 0,410 59,0 120 1,000 0,320 68,0 150 1,000 0,210 79,0 180 1,000 0,180 82,0 210 1,000 0,160 84,0 240 1,000 0,160 84,0 STT Hiệu suất (%) Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ Fe3+ lên vật liệu C(Fe) lại 30 240 60 90 120 150 180 210 Hình 3.15 Khả hấp phụ Sắt (Fe) vật liệu theo thời gian Nhận xét: Qua trình khảo sát cho thấy vật liệu hấp phụ nhanh khoảng 60 phút đầu sau đạt đến trạng thái cân phút 210 Học viên: Trần Quí Dương Trang 62 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.1.6.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất tách Mangan (Mn) Thời Nồng độ Mn(II) Nồng độ Mn(II) gian ban đầu lại (Phút) (mg/l) (mg/l) 30 1,000 0,680 32,0 60 1,000 0,490 51,0 90 1,000 0,410 59,0 120 1,000 0,300 70,0 150 1,000 0,180 82,0 180 1,000 0,170 83,0 210 1,000 0,170 83,0 240 1,000 0,170 83,0 STT Hiệu suất (%) Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ Mn2+ lên vật liệu C(Mn) lại 30 240 60 90 120 150 180 210 Hình 3.16 Khả hấp phụ Mangan (Mn) vật liệu theo thời gian Nhận xét: Qua trình khảo sát cho thấy vật liệu hấp phụ nhanh khoảng 60 phút đầu sau đạt đến trạng thái cân phút 180 Học viên: Trần Quí Dương Trang 63 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.1.6.2 Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir 3.1.6.2.1 Kết khảo sát khả hấp phụ chì (Pb) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir Từ kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Pb2+ vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát trình hấp phụ Pb2+ lên VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.5 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân b ng Cf Pb2+ Nồng độ ban đầu Nồng độ cân b ng Dung lƣợng hấp phụ Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) 1 0,22 0,16 2 0,38 0,32 0,75 0,85 10 2,10 1,60 20 5,0 3,34 40 23,33 6,75 60 36,2 7,24 100 69,0 8,60 120 82,1 8,65 10 150 112,0 9,69 STT Học viên: Trần Quí Dương Trang 64 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Hình 3.17 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Pb(II) Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mô hình Langmuir mô tả tốt số liệu thực nghiệm, điều đƣợc thể qua số hồi qui R2 Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ ion Pb2+ 9,69(mg/g) 3.1.6.2.2 Kết khảo sát khả hấp phụ chì (As) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir Từ kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ As3+ vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát trình hấp phụ As3+ lên VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.6 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân b ng Cf As3+ Nồng độ ban đầu Nồng độ cân b ng Dung lƣợng hấp phụ Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) 1 0,2 1,60 2 0,60 2,80 STT Học viên: Trần Quí Dương Trang 65 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 2,50 5,00 10 6,00 8,00 20 13,20 13,60 40 28,00 24,00 60 45,6 28,80 100 84,00 32,00 120 103,60 32,80 10 150 133,55 32,90 Ph-¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir q = Qmax.b.Cf/(1+b.Cf) 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 Dung l-îng hÊp phô q (mg/g) Dung l-îng hÊp phô q (mg/g) r^2=0.99507859 DF Adj r^2=0.99384824 FitStdErr=1.0131885 Fstat=1819.7453 Qmax = 32.965481 b = 0.045058663 0 50 100 150 Nång ®é cßn l¹i Cf (mg/l) Hình 3.18 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(III) Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mô hình Langmuir mô tả tốt số liệu thực nghiệm, điều đƣợc thể qua số hồi qui R2 Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ ion As3+ 32,965 (mg/g) Học viên: Trần Quí Dương Trang 66 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.1.6.2.3 Kết khảo sát khả hấp phụ Sắt (Fe) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir Từ kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Fe3+ vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát trình hấp phụ Fe3+ lên VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.7 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân b ng Cf Fe3+ Nồng độ ban đầu Nồng độ cân b ng Dung lƣợng hấp phụ Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) 3,19 0,45 10 4,64 1,34 20 7,65 3,09 30 12,09 4,48 40 17,45 5,64 50 25,82 6,04 100 55,73 11,07 150 96,89 13,28 200 137,29 15,68 10 250 183,57 16,61 11 300 232,71 16,82 12 350 281,49 17,23 13 400 331,85 17,20 14 450 381,55 17,27 STT Học viên: Trần Quí Dương Trang 67 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Hình 3.19 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mô hình Langmuir mô tả tốt số liệu thực nghiệm, điều đƣợc thể qua số hồi qui R2 Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ ion Fe3+ 19,69 (mg/g) 3.1.6.2.4 Kết khảo sát khả hấp phụ Mangan (Mn) vật liệu theo mô hình hấp phụ Langmuir Từ kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát trình hấp phụ Mn2+ lên VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Học viên: Trần Quí Dương Trang 68 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Bảng 3.8 Kết khảo sát phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ (q) vào nồng độ cân b ng Cf Mn2+ Nồng độ ban đầu Nồng độ cân b ng Dung lƣợng hấp phụ Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) 3.77 0.31 10 7.03 0.74 20 13.57 1.61 30 21.05 2.24 40 27.51 3.12 50 35.01 3.75 100 74.51 6.37 150 119.26 7.69 200 164.62 8.85 10 250 211.50 9.63 11 300 260.54 11.86 12 350 308.81 12.30 13 400 358.95 12.65 14 450 408.77 12.64 STT Học viên: Trần Quí Dương Trang 69 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Hình 3.20 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mô hình Langmuir mô tả tốt số liệu thực nghiệm, điều đƣợc thể qua số hồi qui R2 Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ ion Mn2+ 12,65 (mg/g) 3.1.7 Kết xác định số thông số lý vật liệu - Dạng vật lý: Hạt khô màu đen - Kích thƣớc hạt: 0,2 đến 0,7 nm - Dải pH hoạt động: 6,0 đến 8,5 - Bề dày lớp xúc tác hoạt động tốt: 45 đến 80 cm - Tỷ trọng: 2,5 g/cm3 - Nhiệt độ hoạt động: 10 đến 800C - Nhiệt độ phá hủy: >12000C - Áp suất tối đa: 8-10 PSI Học viên: Trần Quí Dương Trang 70 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 3.2 Đánh giá khả xử lý kim loại khỏi dung dịch b ng phƣơng pháp hấp phụ động cột giải hấp, thu hồi vật liệu 3.2.1 Đánh giá khả xử lý kim loại có dung dịch nƣớc vật liệu Để đánh giá khả xử lý kim loại có dung dịch nƣớc vật liệu, tiến hành lựa chọn mẫu nƣớc có nhiễm Pb(II), As(III), Fe(III) Mn(II) nồng độ khác nhau, cho chạy qua cột chứa vật liệu nhƣ hình 3.21, sau lấy dung dịch sau qua cột xác định hàm lƣợng Pb(II), As(III), Fe(III) Mn(II) lại Hình 3.21 Mô hình cột tách kim loại khỏi nƣớc Kết phân tích thu đƣợc bảng sau : Học viên: Trần Quí Dương Trang 71 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Bảng 3.9 Kết phân tích hàm lƣợng kim loại trƣớc sau xử lý Mẫu STT Kim loại Nồng độ kim loại (mg/l) Nồng độ kim loại (mg/l) trƣớc sau cho vào cột xử lý khỏi cột xử lý - Chì (Pb2+) 6,624 0,194 - Asen (As3+) 8,227 0,085 - Sắt (Fe3+) 6,173 0,116 - Mangan (Mn2+) 7,936 0,187 Nồng độ kim loại (mg/l) Nồng độ kim loại (mg/l) trƣớc sau cho vào cột xử lý khỏi cột xử lý Mẫu STT Kim loại - Chì (Pb2+) 7,537 0,283 - Asen (As3+) 6,158 0,064 - Sắt (Fe3+) 8,372 0,157 - Mangan (Mn2+) 9,482 0,224 Nhận xét: Qua kết phân tích cho thấy hàm lƣợng cation kim loại sau xử lý qua VLHP giảm đáng kể Kết xử lý hàm lƣợng kim loại dung dịch vật liệu nano oxit mangan oxit sắt phủ chất cát thạch anh hiệu Nhƣ vậy, nói vật liệu điều chế đƣợc có khả xử lý tốt nguồn nƣớc sinh hoạt có chứa kim loại nhƣ 3.2.2 Kết trình giải hấp, thu hồi ion kim loại Một bƣớc quan trọng nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ khảo sát khả làm giàu kim loại thông qua hệ số làm giàu khả rửa giải Học viên: Trần Quí Dương Trang 72 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá Sau cột hấp phụ đạt cân bằng, tiến hành trình giải hấp để thu hồi ion kim loại tái sinh vật liệu dung dịch HCl, NaCl, NaOH nồng độ thích hợp Bằng thực nghiệm trình thử nghiệm thời gian (một) tháng vật liệu hấp phụ đƣợc tái sinh lần Kết kiểm tra so với vật liệu ban đầu cho thấy: Đối với VLHP sau tái sinh hệ hoạt động bình thƣờng, VLHP đƣợc hoàn nguyên gần 95% (hình 22) Nên VLHP sử dụng khoảng thời gian 1-2 năm thay lại vật liệu Điều làm nên giá trị kinh tế VLHP Hình 3.22 Mẫu VLHP sau tái sinh Trong nghiên cứu chọn dung dịch NaCl bão hòa để giải hấp thu hồi kim loại nặng tái sinh vật liệu NaCl rẻ độc Học viên: Trần Quí Dương Trang 73 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm điều chế oxit hỗn hợp MnO2/Fe3O4/SiO2 nghiên cứu ứng dụng xử lí asen, sắt, mangan số mẫu nƣớc, rút số kết luận sau đây: Bằng phƣơng pháp đốt cháy Gel, tổng hợp đƣợc vật liệu nano oxit mangan oxit sắt silicat (VLHP) nhiệt độ tạo gel 2300C, pH = 4, tỉ lệ mol tƣơng ứng (Mn/Fe)/ACT (1/1)/3, nung 6h nhiệt độ 5000C Thông qua việc chụp ảnh SEM thiết bị JEOL-5300 (Nhật), xác định vi cấu trúc hình thái vật liệu Từ kết ảnh chụp cho thấy kích thƣớc oxit mangan oxit sắt khoảng < 50 nm (Khoảng 40 nm) Đã khảo sát dung lƣợng hấp phụ VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dung lƣợng hấp phụ cực đại vật liệu cation kim loại nhƣ sau: - Pb2+: qmax = 9,69 (mg/g) - As3+ : qmax = 32,965 (mg/g) - Fe3+ : qmax = 19,69 (mg/g) - Mn2+ : qmax = 12,65 (mg/g) Khảo sát khả tách loại kim loại phƣơng pháp hấp phụ động cột VLHP cho thấy khả tách kim loại tốt VLHP có khả tái sinh, tái sử dụng tốt VLHP đƣợc tái sinh sử dụng khoảng thời gian 1-2 năm thay lại vật liệu mới, mang tính hiệu kinh tế cao cho xã hội Với kết thu đƣợc từ việc hấp phụ kim loại oxit hỗn hợp MnO2/Fe3O4/SiO2 nhƣ trên, thời gian tới điều kiện cho phép nhân lực tài chính, hy vọng đƣợc tiếp tục nghiên cứu kỹ nội dung liên quan đến đề tài luận văn Đồng thời, sở thu đƣợc, hy vọng tƣơng lại tạo sản phẩm kỹ thuật với chức xử lý nƣớc phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt nhân dân Học viên: Trần Quí Dương Trang 74 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tiêu chuẩn nhà nƣớc Việt Nam môi trƣờng, NXB KH&KT Hà Nội, 1996 Cao Văn Hoàng, Nghiên cứu xây dựng qui trình xử lý số kim loại nặng nƣớc sinh hoạt huyện An Nhơn thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định, đề tài cấp 2008 Đặng Kim Chi, Hóa học môi trƣờng, NXB KH&KT Hà Nội, 2006 Hồ Vƣơng Bính, Đặng Văn Can, Phạm Văn Thanh, Bùi Hữu Việt, Phạm Hùng Thanh, Ô nhiễm asen sức khoẻ cộng đồng, Hội thảo Quốc tế Ô nhiễm asen: Hiện trạng, Tác động đến sức khỏe cộng đồng giải pháp phòng ngừa, Hà Nội, 2000, 91-101 Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nƣớc, NXB Thanh niên, Hà nội, 1999 Lƣu Đức Hải, Đỗ Văn ái, Võ Công Nghiệp, Trần Mạnh Liễu (2005), Chiến lƣợc quản lý giảm thiểu tác động ô nhiễm asen tới môi trƣờng sức khoẻ ngƣời, Tuyển tập hội thảo Quốc tế “Ô nhiễm asen: Hiện trạng, tác động đến sức khoẻ ngƣời giải pháp phòng ngừa”, Hà Nội Ngô Thị Nga,Trần Văn Nhân, Công nghệ xử lý nƣớc thải, NXB KHKT, 1999 Nguyễn Đình Bảng, Giáo trình phƣơng pháp xử lý nƣớc - nƣớc thải, ĐHKHTN, Hà Nội, 2004 Nguyễn Ngọc Khang, Nghiên cứu xử lý nƣớc ô nhiễm khoáng diatomit biến tính, Luận án tiến sĩ Hóa học, ĐHBK Hà Nội, 2001 10 Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hoá học môi trƣờng sở, Trƣờng ĐHKHTN 11 Phạm ngọc chức, Luận văn thạc sĩ khoa học: Tổng hợp hỗn hợp hệ Mn – Fe kích thƣớc nanomet ứng dụng để xử lý As, Fe Mn nƣớc sinh hoạt Học viên: Trần Quí Dương Trang 75 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xá 12 Sở Nông nghiệp phát triển nông thôn, trung tâm nƣớc vệ sinh môi trƣờng tỉnh Hà Nam, Báo cáo kết xét nghiệm nƣớc ngầm tình trạng ô nhiễm asen amoni tỉnh Hà Nam, 2002 13 A L Sauvet, J Fouletier, F Gaillard, and M Primet, Journal of Catalysis, 209, 25-34, 2002 14 B Balamurugan, B R Mehta (2001), “Optical and structural properties of nanocystalline copper oxide thin films prepared by actived reactive evaporation”, Thin solid films, Vol 396, pp.90-96 15 C Meldrum et al (1991), “Synthesis of inorganic nanophase materials in supramolecular protein cages”, Nature, Vol 394, pp.684-687 16 C.Wang, A.Cui, Z Deng (2001), “Preparation of Cuprous oxide particles of different crystallinit”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol 243, pp.85-92 17 E.M Lucas and K.J Klabunde (1999), “Nanocrystals as destructive absorbants for mimcs of chemical warfare agents”, Nanostructured Materials, Vol 12, pp.179182 18 J.C Miller (2005), The handbook of nanotechnology, Wiley VCH, pp.26 19 L Schlapbach and A Züttel (2001), “Hydrogen-storage Materials for mobile applications”, Nature, Vol 414, pp.353-358 20 M McGehee, Stanford Univ (2003), Organic and Polymericphotovollatic Cells, Presented at NSF Organic, available at http://www mrc.utexas.edu/ 21 R Smalley (1992), Congressional Hearing, Sol Energy Mater.Sol Cells, Vol 27, pp 361-370 22 T Boronina, K.J Klabunde, G Sergeev (1995), “Destruction of Organohalides in Water Using Metal Particles: Carbon Tetrachloride/Water Reactions with Magnesium, Tin, and Zinc”, Environ Sci.Technol, Vol 29, pp.1511-1517 Học viên: Trần Quí Dương Trang 76 ... nhiều vật liệu nano đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng Xuất phát từ sở nói trên, lựa chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hệ MnO2/ Fe3O4/ SiO2 ứng dụng xử lý số ion kim loại: ... tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Chế tạo vật liệu nano oxit mangan oxit sắt chất cát thạch anh 4.2 Phạm vi nghiên cứu - Dùng vật liệu để xử lý số mẫu nƣớc bị nhiễm kim. .. suất xử lý độ tin cậy công nghệ hay vật liệu, cần đòi hỏi giá thành vật liệu phải phù hợp Đặt trƣớc thách thức việc tìm nguồn nguyên liệu dồi dào, dễ kiếm từ tự nhiên để tổng hợp nên vật liệu