Đang tải... (xem toàn văn)
Tình trạng ô nhiễm môi trường đang là vấn đề nan giải trên phạm vi toàn cầu. Trong đó ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí đang được đặc biệt quan tâm do sự phát triển của nền công nghiệp và sự đô thị hóa ngày càng gia tăng.Công nghệ nano là một ngành khoa học mới mẻ và đầy hứa hẹn, thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học. Số lượng các nghiên cứu ngày càng tăng, các phát minh ngày càng nhiều. Trong ngành khoa học vật liệu, thuật ngữ nano đã trở nên thông dụng và được dùng để chỉ những hạt có kích thước 10-7 >10-4 pH=2-3 Ni2+ 10-14,7 >0,2 >20 pH>8,5 2+ -12,6 Mn 10 >25,1 n+ (M : nồng độ ion kim loại ion Ts Ts: tích số tan hiđroxit) Từ bảng 3.1, nghiên cứu khả hấp phụ ion Ni 2+, nghiên cứu pH dung dịch thu từ cách tiến hành phần 2.5, dung dịch có pH khoảng 6,5 Khi nghiên cứu khả hấp phụ ion Fe 3+, sau tiến hành bước phần 2.5 thu dung dịch có pH~6,5; chúng tơi điều chỉnh pH =2-3 dung dịch CH3COOH loãng 3.3.1 Với mẫu tổng hợp xương gốm (5gam) Các mẫu vật liệu tổng hợp theo quy trình nêu phần 2.4 Khi dung dịch ổn định pH, đổ dung dịch lên xương gốm, tiếp tục khuấy trì nhiệt độ tới dung dịch thấm hết lên chất mang Bảng 3.2 Khả hấp phụ vật liệu tổng hợp xương gốm Mẫu Khối Hấp Nồng Thời Nồng độ Hấp lượng phụ độ gian sau hấp phụ(%) ion đầu(Co) hấp phụ(CM) 56 LaMnO3 LaNiO3 0,25 0,25 LaFeO3 0,25 La0,8Li0,2NiO3 0,25 LaNiO3 0,25 Mẫu rửa qua nước lọc LaFeO3 0.25 phụ(t) Mẫu không rửa qua nước lọc Ni2+ 0,01M 30 phút 3+ Fe 0,017M 1giờ 24giờ 48giờ 2+ Mn 0,02M 1giờ 24giờ 2+ Co 0,02M 1giờ 24giờ 2+ Mn 0,02M 20phút 30phút 24giờ Mn2+ 0,02M 0,01M 0,016M 0,017M 0,018M 0,019M 0,022M 0,018M 0,022M 0,018M 0,019M 0,021 -6 -10 10 -10 10 -5 0,01M 50 Qua bảng 3.2 nhận thấy: - Với mẫu rửa qua nước lọc lần, khả hấp phụ cao Với mẫu LaFeO3, thời gian hấp phụ giờ, không rửa qua nước lọc hấp phụ 5%, rửa qua nước lọc khả hấp phụ tăng lên 50% Nguyên nhân trinh khuấy, có tượng phân li ngược trở lại ion kim loại, ảnh hưởng đến trình chuẩn độ Chính vậy, với mẫu nghiên cứu tiếp theo, trước thử hấp phụ rửa mẫu nước lọc Các bước tiến hành sau: + Cho mẫu vật liệu vào cốc 100ml, cho tiếp 50ml nước cất vào, khuấy liên tục thời gian 30 phút Sau đó, lọc máy hút chân khơng, lấy phần chất rắn, sấy 1200C 30 phút + Lặp lại trình lần Để thử mẫu cịn tượng phân li ngược khơng, với mẫu LaFeO3 dùng thuốc thử ortho phenantrolin Cho vào dung dịch nước lọc 1ml dung dịch HCl đặc, thêm tiếp vào ml dung dịch NH 2OH, thêm tiếp 57 4ml thuốc thử ortho phenảntolin 10ml dung dịch đệm axetat Nếu dung dịch có màu hồng chứng tỏ dung dịch có chứa sắt Với dung dịch nước lọc Sau ba lần lọc, dung dịch có màu hồng nhạt, tương đương với màu hồng thử với mẫu trắng Vì vậy, chúng tơi dự đốn sau rửa nước lọc ba lần tượng phân li ngược xong Các mẫu nghiên cứu sau, tiến hành rửa ba lần nước lọc Ngồi ra, chúng tơi xác định hàm lượng phân li với mẫu L28 Cách tiến hành: + Cân 0,156g mẫu L28 => khối lượng Mn mẫu 36,6mg + Rửa mẫu L28 nước lọc lần Phần nước lọc đem cô cạn xuống 5ml, chuẩn độ dung dịch EDTA 0,1M + Kết thể tích dung dịch EDTA=0,1ml => khối lượng Mn dung dịch 0,55mg => % phân li= 1,5% - Thời gian hấp phụ tốt khoảng đầu, để thời gian lâu, có tượng giải hấp làm giảm dần khả hấp phụ 58 3.3.2 Khả hấp phụ kim loại mẫu dạng bột Bảng 3.3 Khả hấp phụ vật liệu dạng bột Mẫu L9 L10 Khối Hấp lượng ion 2+ 0,25 0,25 Mn Mn2+ LaNiO3 0,25 La0,8Sr0,2NiO3 0,25 2+ Mn M phụ Nồng Thời Nồng độ Hấp độ gian sau hấp phụ(%) đầu(Co) hấp phụ(CM) 0,02M 0,02M phụ(t) 48 30 0,01M 0,012M 50 40 0,02M Mn2+ phút 1giờ 0,018 0,019 10 Tử bảng 3.3 nhận thấy: Khả hấp phụ LaFeO3 dạng bột sau rửa nước lọc khoảng 40-50% Khả hấp phụ mẫu hệ La Ni không cao so với hệ La Fe Hệ pha tạp vào vị trí có khả hấp phụ khơng cao hệ không pha tạp 3.3.3 Khả tái sử dụng vật liệu Để nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu, sử dụng mẫu L9 để nghiên cứu Sau hấp phụ Mn 2+ phần 3.3.2, lọc lấy chất rắn, cho vào cốc 50ml, thêm tiếp dung dịch HNO3 đặc, để nhiệt độ phịng 30 phút Sau lọc lấy chất rắn, đem sấy 1200C thời gian 30 phút Chất rắn thu đem thử hấp phụ bước nêu phần 2.5 Kết sau: khối lượng Mn 2+ ban đầu 25,3mg, hấp phụ thời gian giờ, lượng Mn 2+ lại xác định chuẩn độ tạo phức với EDTA thu khối lượng Mn2+ lại 23,45mg %hấp phụ lần 7,3% Nhận xét: vật liệu hấp phụ lần thứ không cao 59 Chúng tiếp tục nghiên cứu trình tái sử dụng mẫu L9 cách tiến hành bước tương tự thay dung dịch HNO H2O dung dịch HCl Nhưng hai trường hợp khả hấp phụ lại vật liệu khơng đáng kể 3.4 Hoạt tính xúc tác vật liệu phản ứng oxi hóa m-xylen Chúng chọn mẫu vật liệu số 60 mẫu tổng hợp thuộc hệ trình bày mục III.1 để nghiên cứu hoạt tính xúc tác theo nhiệt độ Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác mẫu phản ứng oxi hóa hồn tồn m-xylen trình bày cụ thể mục 2.3.1 Để đánh giá vai trị xúc tác, chúng tơi đo độ chuyển hóa m-xylen khơng dùng xúc tác, kết biểu diễn đồ thị hình KXT 3.4.1 Mẫu LaFe0,1Mn0,9O3 - Điều kiện thực mẫu: + Khối lượng mẫu: 0.1254g + Nhiệt độ bình sục chứa m-Xylen: 00C + Lưu lượng khí: 2l/h - Tiến trình thí nghiệm: +/ Cho hệ vào reactor, đặt lò Nâng nhiệt độ lên 450 0C dịng khơng khí, giữ 2h nhiệt độ +/ Hạ nhiệt độ lò xuống nhiệt độ 250, 300, 3500C Khi ổn định nhiệt chuyển van đưa dịng khơng khí + m-xylen qua, đo 1h - Kết quả: 60 Hình 3.15 Độ chuyển hóa m-xylen mẫu LaFe0,1Mn0,9O3 Từ hình 3.15 nhận thấy, mẫu LaFe 0,1Mn0,9O3 chuyển hóa m-xylen cho kết cao nhiệt độ khoảng 350 0C, nhiệt độ 3500C 15 phút đầu tiên, độ chuyển hóa đạt tới 90% Bảng 3.4 Kết tính tốn độ chuyển hóa mẫu LaFe0,1Mn0,9O3 Nhiệt độ( 0C) α (%) v (mmol.h/g) 250 5,6 4,61.10-3 300 13 0,098 350 95 0,65 Tính lựợng hoạt hóa E: Cách tính lượng hoạt hóa tính theo cơng thức (12) phần 2.3 Kết E= 77,59 (kJ) 61 3.4.2 Mẫu La0,8Sr0,2FeO3 Điều kiện thực mẫu: - Khối lượng mẫu: 0.16g - Nhiệt độ bình sục chứa m-Xylen: 00C - Lưu lượng khí: 2l/h - Tiến trình thí nghiệm: +/ Cho hệ vào reactor, đặt lò Nâng nhiệt độ lên 450 0C dịng khơng khí, giữ 2h nhiệt độ +/ Hạ nhiệt độ lò xuống nhiệt độ 250, 300, 350 0C Khi ổn định nhiệt chuyển van đưa dịng khơng khí + m-xylen qua, đo 1h - Kết quả: Bảng 3.5 Kết tính tốn độ chuyển hóa mẫu La0,8Sr0,2FeO3 Nhiệt độ( 0C) 250 300 62 350 α (%) v (mmol.h/g) 5,5 0,036 12,6 0,075 99 0,542 Hình 3.16 Độ chuyển hóa m-xylen mẫu La0,8Sr0,2FeO3 Từ hình 3.16 nhận thấy độ chuyển hóa m-xylen mẫu La 0,8Sr0,2FeO3 cao Ở nhiệt độ 3500C gần đạt tới 100% Tính lựợng hoạt hóa E: 63 Từ đồ thị chúng tơi tính lượng hoạt hóa E= 77,129 (KJ) Kết khảo sát độ chuyển hóa m-xylen hai mẫu biểu diễn hình 3.17 Hình 3.17 Độ chuyển hóa m-xylen LaFe0,1Mn0,9O3 La0,8Sr0,2FeO3 Nhận xét: Từ kết cho ta thấy độ chuyển hóa m-xylen dùng xúc tác cao Nhiệt độ ảnh hửong nhiều đến hoạt tính xúc tác mẫu khảo sát Khi nhiệt độ tăng, độ chuyển hóa tăng, tăng nhanh vùng 300 0C gần đạt 100% nhiệt độ 3500C Các mẫu đo đạt giá trị T50 khoảng nhiệt độ 3003500C 64 Kết luận kiến nghị Kết luận: Trên sở khảo sát yếu tố pH, tỉ lệ axit xitric và tổng ion kim loại, thời gian, nhiệt độ nung ảnh hưởng tới tạo gel, hình thành oxit phức hợp perocskit, từ xác định điều kiện tổng hợp tối ưu: -Hệ LaNiO3 nên tổng hợp pH=7, k=1,6 nung 700oC 3h - Mẫu La0,9Sr0,1NiO3 nên tổng hợp pH=7, k=1,6 nung 700 oC 3h - Hệ La1-xSrxFeO3 tổng hợp với k=1,6 k=1,4 và pH=67, nung 700oC 2h - Hệ LaFe1-xMnxO3 tổng hợp với k=1,4 pH=5-6, nung 7500C - Hệ La1-xSrxMnO3 tổng hợp với k=1,4 pH=6 800 0C Các mẫu vật liệu có kích thước tinh thể tương đối nhỏ (11 – 16nm), kích thước hạt tương đối lớn, độ xốp nhỏ nên diện tích bề mặt riêng tính theo phương pháp BET nhỏ (5,2m2/g) LaFe0,1Mn0,9O3 mẫu La0,8Sr0,2FeO3 đơn pha có khả xúc tác tốt cho phản ứng chuyển hóa m-xylen (chuyển hóa 100% m-xylen ở 360 0C sau khoảng 10 phút phản ứng) Khả hấp phụ kim loại nặng Mn 2+, Fe3+, Ni2+… hệ dạng bột khoảng 40-50%, khả tái sử dụng chưa cao Kiến nghị: Cần nghiên cứu sâu để đưa hệ vào ứng dụng xử lí khí thải Cần nghiên cứu thêm việc tái sử dụng vật liệu hấp phụ kim loại nặng nước thải 65 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN CỦA TÁC GIẢ Lê Hải Đăng, Lê Đăng Khương, Trần Thị Phương Thảo, Nguyễn Thị Nguyệt (2013), “Khảo sát điều kiện tổng hợp xác định số đặc trưng cấu trúc vật liệu perovskit La1-ySryFe1-xMnxO3 (y=0,5; 0,7 x=0; 0,2)”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, ISSN 0868-3224, Tập 18, số 2/2013, tr.27-33 66 MỤC LỤC TT .24 XRD(PL) 24 67