Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hệ MnO2/Fe3O4/SiO2 ứng dụng xử lý một số ion kim loại: Fe3+, Mn2+ và As3+ trong nước ngầm thành nước sinh hoạt ở Bình Định

- Trong quỏ trỡnh thực hiện đề tài luận văn “Nghiờn cứu tổng hợp vật liệu hệ MnO2/Fe3O4/SiO2 ứng dụng xử lý một số ion kim loại: Fe3+, Mn2+ và As3+ trong nƣớc ngầm thành nƣớc sinh hoạt ở Bỡnh Định”.
- Phƣơng phỏp hấp phụ [2, 3, 7.
- Vật liệu nano.
- Một số phƣơng phỏp tổng hợp vật liệu nano.
- Nghiờn cứu cỏc điều kiện tối ƣu để tổng hợp vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt.
- Xỏc định hỡnh thỏi học và cấu trỳc nano của hạt vật liệu oxit mangan và oxit sắt.
- Kết quả khảo sỏt khả năng hấp phụ của vật liệu theo mụ hỡnh hấp phụ Langmuir.
- Kết quả khảo sỏt khả năng hấp phụ chỡ (Pb) của vật liệu theo mụ hỡnh hấp phụ Langmuir.
- Kết quả khảo sỏt khả năng hấp phụ chỡ (As) của vật liệu theo mụ hỡnh hấp phụ Langmuir.
- Kết quả khảo sỏt khả năng hấp phụ Sắt (Fe) của vật liệu theo mụ hỡnh hấp phụ Langmuir.
- Kết quả khảo sỏt khả năng hấp phụ Mangan (Mn) của vật liệu theo mụ hỡnh hấp phụ Langmuir.
- Kết quả xỏc định một số thụng số cơ lý của vật liệu.
- Đỏnh giỏ khả năng xử lý kim loại ra khỏi dung dịch bằng phƣơng phỏp hấp phụ động trờn cột và giải hấp, thu hồi vật liệu.
- Đỏnh giỏ khả năng xử lý kim loại cú trong dung dịch nƣớc của vật liệu.
- 74 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang f DANH MC CÁC CH VIT TT VLHP: Vật liệu hấp phụ.
- Ảnh hƣởng của thời gian đến quỏ trỡnh hấp phụ Pb2+ lờn vật liệu.
- Ảnh hƣởng của thời gian đến quỏ trỡnh hấp phụ As3+ lờn vật liệu.
- Ảnh hƣởng của thời gian đến quỏ trỡnh hấp phụ Fe3+ lờn vật liệu.
- Ảnh hƣởng của thời gian đến quỏ trỡnh hấp phụ Mn2+ lờn vật liệu.
- Qui trỡnh tổng hợp vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt trờn nền silicat.
- Hỡnh thỏi học và cấu trỳc nano của hạt vật liệu.
- Khả năng hấp phụ chỡ (Pb) của vật liệu theo thời gian.
- Khả năng hấp phụ asen (As) của vật liệu theo thời gian.
- Khả năng hấp phụ Sắt (Fe) của vật liệu theo thời gian.
- Khả năng hấp phụ Mangan (Mn) của vật liệu theo thời gian.
- Hiện nay, cú rất nhiều vật liệu nano đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc bị ụ nhiễm kim loại nặng.
- Ứng dụng vật liệu chế tạo đƣợc để xử lý chỡ, asen, sắt và mangan trong nƣớc.
- Tổng hợp vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt trờn nền chất mang cỏt thạch anh bằng phƣơng phỏp bốc hơi nhanh, phƣơng phỏp kết tủa, và nhiệt phõn gel của axit citric, mangan nitrat, và sắt (III) clorua.
- Xỏc định cỏc đặc trƣng hoỏ lý của vật liệu bằng cỏc phƣơng phỏp nhiễu xạ tia X (XRD), hồng ngoại (IR), chụp ảnh hiển vi điện tử quột (SEM.
- Chế tạo vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt trờn chất nền cỏt thạch anh.
- Dựng vật liệu để xử lý một số mẫu nƣớc bị nhiễm kim loại chỡ, asen, sắt và mangan.
- phƣơng phỏp hấp phụ.
- Vật liệu cú thể tỏi sinh nhiều lần.
- q Vựng bóo hũa Vựng chuyển tiếp Vựng trống Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 26 Trƣớc tỡnh hỡnh đú, cỏc nhà khoa học khụng ngừng cải tiến cỏc vật liệu cũ, chế tạo cỏc vật liệu mới cú hiệu quả xử lý cỏc kim loại nặng cao.
- Đặc biệt là tỡm nguồn nguyờn liệu dồi dào, cú sẵn từ tự nhiờn để tổng hợp vật liệu.
- Tớnh đặc biệt của vật liệu nano cú đƣợc là dựa vào kớch thƣớc nhỏ bộ và tớnh chất bề mặt hoạt động của chỳng.
- Cỏc vật liệu cú hai chiều ở kớch thƣớc nano cú thể kể đến nhƣ sợi nano, ống nano, thanh nano.
- Những vật liệu cú ba chiều với kớch thƣớc nano bao gồm cỏc hạt nano.
- Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiờn cứu đỉnh cao sụi động nhất trong thời gian gần đõy.
- Vật liệu nano nằm giữa tớnh chất lƣợng tử của nguyờn tử và tớnh chất khối của vật liệu.
- Húa Hoỏ học nano là khoa học nghiờn cứu cỏc phƣơng phỏp tổng hợp và xỏc định tớnh chất của vật liệu nano.
- Cỏc quỏ trỡnh trờn đạt hiệu quả cao khi sử dụng cỏc vật liệu nano.
- Việc lƣu trữ hidro đƣợc thực hiện khi sử dụng cỏc vật liệu ống nano [19,20.
- Cỏc vật liệu gốm compozit đƣợc sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt khắc nhiệt.
- Đõy là cỏc phƣơng phỏp đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất hiệu quả, cú thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kớch thƣớc khỏ lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu).
- Kết quả thu đƣợc là vật liệu nano khụng chiều (cỏc hạt nano).
- Kết quả thu đƣợc là cỏc vật liệu nano một chiều (dõy nano) hoặc hai chiều (lớp cú chiều dày nm).
- Nguyờn lý: Hỡnh thành vật liệu nano từ cỏc nguyờn tử hoặc ion.
- Phần lớn cỏc vật liệu nano mà chỳng ta dựng hiện nay đƣợc chế tạo từ phƣơng phỏp này.
- Phương phỏp vật lý: Là phƣơng phỏp tạo vật liệu nano từ nguyờn tử hoặc chuyển pha.
- Nguyờn tử để hỡnh thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng phỏp vật lý: Bốc bay nhiệt (đốt, phúng xạ, phúng điện hồ quang).
- Phương phỏp húa học: Là phƣơng phỏp tạo vật liệu nano từ cỏc ion.
- Tuy nhiờn, chỳng ta vẫn cú thể phõn loại cỏc phƣơng phỏp húa học thành hai loại: Hỡnh thành vật liệu nano từ pha lỏng (phƣơng phỏp kết tủa, sol-gel.
- Để nghiờn cứu và tổng hợp vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt, chỳng tụi sử dụng phƣơng phỏp húa học bao gồm cỏc phƣơng phỏp sau.
- Theo phƣơng phỏp này, vật liệu ở dạng bột đƣợc nghiền đến kớch thƣớc nhỏ hơn.
- Phƣơng phỏp cơ học cú ƣu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo khụng đắt tiền và cú thể chế tạo với một lƣợng lớn vật liệu.
- Bao gồm cỏc phƣơng phỏp chế tạo vật liệu dựng trong húa keo (colloidal chemistry), phƣơng phỏp thủy nhiệt, sol-gel, và kết tủa.
- Sau cỏc quỏ trỡnh lọc, sấy khụ, ta thu đƣợc cỏc vật liệu nano.
- Thành cụng của quỏ trỡnh tổng hợp vật liệu bằng phƣơng phỏp thủy nhiệt phụ thuộc vào sự lựa chọn tiền chất, nhiệt độ, pH và nồng độ của cỏc chất phản ứng.
- Nhƣ vậy, ƣu điểm của phƣơng phỏp húa ƣớt là cỏc vật liệu cú thể chế tạo đƣợc rất đa dạng, chỳng cú thể là vật liệu vụ cơ, hữu cơ, kim loại.
- Đặc điểm của phƣơng phỏp này là rẻ tiền và cú thể chế tạo đƣợc một khối lƣợng lớn vật liệu.
- Nguyờn tắc của cỏc phƣơng phỏp này là hỡnh thành vật liệu nano từ pha khớ.
- Nhiệt phõn là phƣơng phỏp cú từ rất lõu, đƣợc dựng để tạo cỏc vật liệu đơn giản nhƣ: Carbon, silicon.
- Nhƣ vậy, cỏc vật liệu nano cú thể thu đƣợc bằng bốn phƣơng phỏp phổ biến trờn.
- Chớnh vỡ thế mà khi chế tạo vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt để xử lý nƣớc nhiễm chỡ (Pb), asen (As), sắt (Fe) và mangan (Mn), ban đầu chỳng tụi đó lựa chọn sử dụng gel (c t).
- Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 42 Vỡ vậy, phƣơng phỏp tụi lựa chọn để điều chế vật liệu hỗn hợp oxit mangan và oxit sắt với cấu trỳc nano là t phõn Gel ca [st (III) clorua và mangan nitrat] vi axit citric (Gel Precursor).
- Dƣới đõy là sơ đồ mụ phỏng, cỏc trạng thỏi của vật liệu trong quỏ trỡnh tổng hợp vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt mang trờn chất mang là cỏt thạch anh (SiO2).
- 600oC] Thời gian: 6h Vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt /Cỏt Thạch Anh H2O H2O FeCl3 Hỗn hợp dung dịch FeCl3 và MnNO3 Chất mang Cỏt Thạch Anh Gia nhiệt ở 100 → 2300C Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 44 Cỏc trạng thỏi vật liệu qua từng giai đoạn tổng hợp (a, b, c, d,e, f.
- Đỏnh giỏ khả năng hấp phụ của vật liệu bằng mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
- Ở nhiệt độ 4000C sự kết hạt đó đều nhƣng sự bỏm dớnh của nano oxit mangan và oxit sắt lờn trờn nền cỏt thạch anh khụng đều dẫn đến khả năng hấp phụ của vật liệu sẽ kộm.
- Vật liệu cho khả năng hấp phụ tốt cỏc cation kim loại cần nghiờn cứu.
- Tụi đó tiến hành phõn tớch X-ray cỏc mẫu vật liệu gồm: Mẫu vật liệu C0 chỉ cú silicat khụng tẩm nano oxit mangan và oxit sắt.
- Mẫu vật liệu C20 silicat cú tẩm 20% hàm lƣợng nano oxit mangan và oxit sắt.
- Mẫu vật liệu C30 silicat cú tẩm 30% hàm lƣợng nano oxit mangan và oxit sắt.
- nhiu x tia X ca mu C30 Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 57 Qua giản đồ nhiễu xạ tia X hỡnh 3.10.a cho thấy cỏc pha liờn kết của vật liệu chỉ cú thành phần cỏt thạch anh (SiO2).
- Nhƣ vậy, nếu tẩm vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt thỡ trờn giản đồ nhiễu xạ tia X phải cú sự xuất hiện pha liờn kết của vật liệu nano trờn nền chất mang cỏt thạch anh.
- Vấn đề quan tõm là tại sao khi tẩm 20% hàm lƣợng nano mangan oxit trờn chất mang cỏt thạch anh thỡ khả năng hấp phụ của vật liệu lại tốt.
- nh vi cu trỳc và hỡnh thỏi hc ca cỏt thch anh sau khi tm Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 59 Từ kết quả SEM thu đƣợc ở hỡnh 3.11 và 3.12 cho thấy, khi khụng tẩm vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt thỡ bề mặt của cỏt thạch anh rất cồng kềnh và lỗ hốc quỏ lớn, cấu trỳc bề mặt khụng đồng đều.
- Đõy là một điều kiện thuận để cỏc kim loại nặng cú khả năng hấp phụ tốt trờn vật liệu tổng hợp.
- Cỏc hằng số đẳng nhiệt của quỏ trỡnh hấp phụ chỡ trờn vật liệu oxit mangan và oxit sắt kớch thƣớc nanomet trờn chất mang Silicat đƣợc xỏc định từ kết quả hồi qui cỏc số liệu thực nghiệm trờn phần mềm tớnh toỏn Table Curve.
- Lƣợng vật liệu dựng là 1g.
- Nhận xột: Qua quỏ trỡnh khảo sỏt cú thể cho thấy vật liệu hấp phụ nhanh trong khoảng 90 phỳt đầu và sau đú đạt đến trạng thỏi cõn bằng ở phỳt 210.
- Nhận xột: Qua quỏ trỡnh khảo sỏt cú thể cho thấy vật liệu hấp phụ nhanh trong khoảng 60 phỳt đầu và sau đú đạt đến trạng thỏi cõn bằng ở phỳt 210.
- Nhận xột: Qua quỏ trỡnh khảo sỏt cú thể cho thấy vật liệu hấp phụ nhanh trong khoảng 60 phỳt đầu và sau đú đạt đến trạng thỏi cõn bằng ở phỳt 180.
- Từ cỏc kết quả khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ Pb2+ trờn vật liệu hấp phụ, tụi đó tiến hành khảo sỏt quỏ trỡnh hấp phụ Pb2+ lờn VLHP theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
- Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tớnh theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với cỏc ion Pb2+ là 9,69(mg/g.
- Từ cỏc kết quả khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ As3+ trờn vật liệu hấp phụ, tụi đó tiến hành khảo sỏt quỏ trỡnh hấp phụ As3+ lờn VLHP theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
- Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tớnh theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với cỏc ion As3+ là 32,965 (mg/g).
- Từ cỏc kết quả khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ Fe3+ trờn vật liệu hấp phụ, tụi đó tiến hành khảo sỏt quỏ trỡnh hấp phụ Fe3+ lờn VLHP theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
- Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tớnh theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với cỏc ion Fe3+ là 19,69 (mg/g.
- Từ cỏc kết quả khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ Mn2+ trờn vật liệu hấp phụ, tụi đó tiến hành khảo sỏt quỏ trỡnh hấp phụ Mn2+ lờn VLHP theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
- Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax tớnh theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với cỏc ion Mn2+ là 12,65 (mg/g.
- Kết quả xử lý hàm lƣợng cỏc kim loại trong dung dịch bằng vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt phủ trờn chất nền cỏt thạch anh là rất hiệu quả.
- Nhƣ vậy, cú thể núi vật liệu tụi điều chế đƣợc cú khả năng xử lý tốt cỏc nguồn nƣớc sinh hoạt cú chứa kim loại nhƣ hiện nay.
- Kt qu quỏ trỡnh gii hp, thu hi ion kim loi Một bƣớc quan trọng trong nghiờn cứu ứng dụng cỏc vật liệu hấp phụ là khảo sỏt khả năng làm giàu kim loại thụng qua hệ số làm giàu và khả năng rửa giải.
- Luận văn cao học GVHD: TS Nguyễn Văn Xỏ Học viờn: Trần Quớ Dương Trang 73 Sau khi cột hấp phụ đạt cõn bằng, tiến hành quỏ trỡnh giải hấp để thu hồi cỏc ion kim loại và tỏi sinh vật liệu bằng cỏc dung dịch HCl, NaCl, NaOH ở nồng độ thớch hợp.
- Bằng thực nghiệm và quỏ trỡnh thử nghiệm trong thời gian 1 (một) thỏng vật liệu hấp phụ đƣợc tỏi sinh 4 lần.
- Nờn VLHP cú thể sử dụng trong khoảng thời gian 1-2 năm mới thay lại vật liệu mới.
- Bằng phƣơng phỏp đốt chỏy Gel, đó tổng hợp đƣợc vật liệu nano oxit mangan và oxit sắt trờn nền silicat (VLHP) ở nhiệt độ tạo gel là 2300C, pH = 4, tỉ lệ mol tƣơng ứng giữa (Mn/Fe)/ACT là (1/1)/3, nung trong 6h ở nhiệt độ 5000C.
- Dung lƣợng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với cỏc cation kim loại nhƣ sau

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt