Nghiên cứu chế tạo hạt nano sắt hóa trị (Fe0) nhằm ứng dụng xử lý môi trường nước Nguyễn Thị Tồn Đại học Cơng nghệ Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm Người hướng dẫn: TS Trần Thị Minh Nguyệt Năm bảo vệ: 2014 Keywords Linh kiện nano; Hạt nano; Sắt hóa trị 0; Xử lý mơi trường nước 6 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trƣờng, suy thối tài ngun biến đổi khí hậu thách thức lớn nhân loại kỷ XXI Các mối nguy hại làm thay đổi toàn diện, sâu sắc hệ sinh thái tự nhiên, đời sống kinh tế - xã hội, đe dọa nghiêm trọng đến môi trƣờng, lƣợng, lƣơng thực phạm vi toàn cầu Đặc biệt, tình trạng nhiễm mơi trƣờng nƣớc đất mối nguy báo động Các chất ô nhiễm đƣợc sinh nhiều nguồn Chẳng hạn nhƣ việc sử dụng nhiều phân đạm chứa nhiều NO-3 nông nghiệp, ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật, chất thải cơng nghiệp có chứa SO2, NO2 kim loại nặng nhƣ chì, arsen, crom, cadimi… Tại thành phố lớn, hàng trăm sở sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc cơng trình thiết bị xử lý nƣớc thải Đối với nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý, hàm lƣợng xyanua vƣợt đến 84 lần, H2S vƣợt 4,2 lần, hàm lƣợng NH3 vƣợt 84 lần tiêu chuẩn cho phép Hàm lƣợng ion kim loại nƣớc thải vƣợt tiêu chuẩn cho phép gây ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khoẻ ngƣời Nhiễm độc Asen thời gian dài làm tăng nguy có gây ƣng thƣ bàng quang, thận, gan phổi Asen gây chứng bệnh tim Zn có khả gây ung thƣ đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, nhạy cảm, sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm Đặc biệt, với đặc tính tồn lâu môi trƣờng, không bị vi sinh phân hủy, vào thể chất hữu mang màu làm tăng nguy ung thƣ, sảy thai, dị tật bẩm sinh bệnh da, hô hấp Sử dụng vật liệu nano Fe0 (nano Zero-valent iron) trở thành lựa chọn ngày phổ biến cho việc xử lý chất độc hại khắc phục khu vực bị ô nhiễm Fe hóa trị chất khử mạnh, có hoạt tính tốt phản ứng phân hủy hợp chất chứa Clo, Nitơ, hợp chất chứa nhân thơm nhƣ benzen, phenol, hợp chất hữu mang màu Có nhiều phƣơng pháp để chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano nhƣ phƣơng pháp nghiền, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng, đồng kết tủa, khử hóa học… Trong đó, phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến để chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano ứng dụng môi trƣờng phƣơng pháp khử borohiđrit Phƣơng pháp đơn giản, hiệu suất cao, cho hạt có kích thƣớc nhỏ độ đồng cao Khóa luận đƣợc thực với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hạt nano sắt hóa trị (Fe0) nhằm ứng dụng xử lý mơi trường nước” Mục đích khóa luận bƣớc đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano phƣơng pháp khử borohiđrit xem xét khả xử lý chất hữu mang màu vật liệu quy mơ phòng thí nghiệm dựa phản ứng phân hủy xanh metylen Mục tiêu nghiên cứu đề tài bao gồm nội dung sau: - Nghiên cứu qui trình chế tạo ZVI kích thƣớc nhỏ 100 nm - Nghiên cứu quy trình bọc hạt nano ZVI mơi trƣờng phân tán phù hợp 7 - Nghiên cứu tính chất hạt nano ZVI hạt ZVI bọc, xác định cấu trúc kích thƣớc hạt nano, hạt bọc - Nghiên cứu hoạt tính hạt nano ZVI hạt ZVI bọc phản ứng phân hủy xanh metylen 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt : Cao Thế Hà (2006), “Giáo trình Cơng nghệ Mơi trƣờng đại cƣơng” Lê Văn Khoa (2004) “Khoa học Môi trƣờng” , Nhà xuất Giáo dục http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-qua-trinh-sinh-hoc-ky-khi-63923/ Tiếng Anh Bruce I Dvorak, Sharon O Skipton (2008) “Drinking water treatment : Reverse Osmosis” – Water Management Drinking, University of Nebraska Lincoln Extension, Institute of Agriculture and Natural Resources J Schoeman, and A Steyn (2003) “Nitrate removal with reverse osmosis in a rural area in South Africa” - Desalination, Volume 155, Issue 1, pp 15-26 Fred Bergsrud, Bruce Seelig, Russell Derickson “Reverse Osmosis” , Treatment systems for household water supplies Kuen-Song Lin, Ni-Bin Chang, Tien-Deng Chuang (2008) “Fine structure characterization of zero-valent iron nanoparticles for decontamination of nitrites and nitrates in wastewater and groundwater” – Science and Technology of Advanced Materials , pp 1-9 Puls, R.W., Paul, C.J and Powell, R.M 1999 The Application of in situ Permeable Reactive (Zero-valent Iron) Barrier Technology for the Remediation of Chromate Contaminated Groundwater: A Field Test, Applied Geochemistry, 14, 989-1000 Lee T., Lim H., Lee Y and Park J-W 2003 Use of Waste Iron Metal for Removal of Cr(VI) from Water, Chemosphere, 53, 479-485 10 Sivavec, T.J and Horney, D.P 1995 Reductive Dechlorination of Chlorinated Ethenes by Iron Metal Proceedings of the 209th ACS National Meeting, Anaheim, California, April 2-7, 1995 11 Gillham, R.W and O’ Hannesin, S.F 1994 Enhanced Degradation of Halogenated Aliphatics by Zero-valent Iron, Ground Water, 32, 958-967 12 Matheson, L.J and Tratnyek, P.G 1994 Reductive Dehalogenation of Chlorinated Methanes by Iron Metal, Environmental Science and Technology, 28, 2045-2053 13 KMITL Sci Tech J Vol No Jul Dec 2005 14 Ling Li, Maohong Fan, Robert C Brown, J (Hans) Van Leeuwen, Jianji Wang Wenhua Wang “Synthesis, Properties and Environmental 49 Applications of Nanoscale iron-based Materials : A review” Critical Reviews in Environmental Science and Technology, pp 405-431 15 Zhang, Wang (1997) “Synthesizing Nanoscale Iron Particles for Rapid and Complete Dechlorination of TCE and PCBs” – Environmental Science and Technology, Vol 31, No.7 16 Carpenter, E.E (2001) “Iron nanoparticles as potential magnetic carriers”, J Magn Magn Mater 225, 17 17 Li, F., Vipulanandan, C., Mohanty, K.K (2003), “Microemulsion and solution approaches to nanoparticle iron production for degradation of trichloroethylene”- Colloid Surf A: Physicochem Eng 223, 103 18 Zetasizer Nano series technical note, MRK654-01, Malvern Instruments 19 Frederick R Eirich, Egon Matijević (1969) Surface and colloid science, John Wiley & Sons 20 J Lyklema (2005) Fundamentals of Interface and Colloid Particulate colloids, Science Science: 21 Wei-xian Zhang Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview, Journal of Nanoparticle Research 5: 323–332, 2003 22 http://www.nanotech.dtu.dk/Research- mega/Forskningsgrupper/Surface_Engineering/Research/KAIST-Projekt 23 Young-Hun Kim, Won Sik Shin, Seok-Oh Ko and Myung-Chul Kim, Reduction of aromatic hydrocarbons by zera-valent iron and palladium catalyst, Symposia Papers Presented Before the Division of Environmental Chemistry American Chemical Society, Anaheim, CA March 28 – April 1, 2004 ... hạt nano sắt hóa trị (Fe0) nhằm ứng dụng xử lý mơi trường nước Mục đích khóa luận bƣớc đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano phƣơng pháp khử borohiđrit xem xét khả xử lý chất hữu... dựa phản ứng phân hủy xanh metylen Mục tiêu nghiên cứu đề tài bao gồm nội dung sau: - Nghiên cứu qui trình chế tạo ZVI kích thƣớc nhỏ 100 nm - Nghiên cứu quy trình bọc hạt nano ZVI môi trƣờng... phân tán phù hợp 7 - Nghiên cứu tính chất hạt nano ZVI hạt ZVI bọc, xác định cấu trúc kích thƣớc hạt nano, hạt bọc - Nghiên cứu hoạt tính hạt nano ZVI hạt ZVI bọc phản ứng phân hủy xanh metylen