- Phương pháp chế tạo vật liệu Fe 0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường và ứng dụng để kết hợp xử lý nitrat và phốt phát trong nước. - Nghiên cứu này giới thiệu phương pháp chế tạo vật liệu Fe 0 nano phân tán tốt và có thể bảo quản trong bình hút ẩm ở điều kiện thường. - Polyacrylamid (PAA) là một chất không độc được sử dụng làm chất phân tán trong chế tạo Fe 0 nano. - (3) Chụp nhiễu xạ tia X đã chỉ ra sự tồn tại của vật liệu vừa chế tạo chủ yếu là Fe 0 nano. - Ứng dụng vật liệu Fe 0 nano (nZVI) trong xử lý ô nhiễm môi trường là một hướng quan tâm mới của nhiều nhà khoa học trên thế giới. - Báo cáo này nghiên cứu ứng dụng vật liệu Fe 0 nano bảo quản ở điều kiện thường để xử lý kết hợp nitrat và phốt phát trong nước. - Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý nitrat và phốt phát bởi Fe 0 nano tăng dần theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên. - Hiệu suất xử lý sau 60 phút đạt 93,41% đối với nitrat và 86,17% đối với phốt phát. - Hiệu quả xử lý nitrat và phốt phát bằng Fe 0 nano giảm dần khi pH tăng. - Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 86,17% đối với nitrat và 84,9% đối với phốt phát. - Khi kết hợp xử lý nitrat và phốt phát thì hiệu quả xử lý giảm không nhiều so với xử lý riêng nitrat và phốt phát. - Vì vậy vật liệu Fe 0 nano có thể sử dụng để xử lý đồng thời cả nitrat và phốt phát mà không làm ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý.. - Phương pháp này tạo ra Fe 0 nano có thể bảo quản trong điều kiện thường, phương pháp đơn giản và hiệu suất điều chế cao nên được ứng dụng nhiều trong điều chế sắt nano. - Trong nghiên cứu này chúng tôi chế tạo vật liệu Fe 0 nano bằng phương pháp khử sắt (II) sunphát bởi bohiđrua với tỷ lệ khối lượng của NaBH 4 / FeSO 4 .7H 2 O là 1/2, có sử dụng chất phân tán là polyacrylamid (PAA) và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới quá trình chế tạo vật liệu. - Tình hình ô nhiễm nitrat và phốt phát trong hệ thống nước mặt và nước ngầm hiện đang ngày càng nghiêm trọng do ảnh hưởng của nước thải chưa qua xử lý từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. - Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm nitrat, phốt phát hay nguồn nước bị phú dưỡng đang là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. - Trong những năm gần đây, công nghệ sử dụng Fe 0 nano có nhiều tính năng ưu việt trong xử lý ô nhiễm môi trường như: xử lý nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật.. - Đặc biệt là Fe 0 nano vừa có tính khử, vừa có khả năng hấp phụ bề mặt nên nó có khả năng xử lý đồng thời nitrat và phốt phát trong nước.. - Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến kết quả chế tạo Fe 0 nano. - Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe 0 nano ở cùng các điều kiện như nhau, trong đó thí nghiệm 1 không sử dụng chất phân tán PAA và thí nghiệm 2 có sử dụng chất phân tán PAA với nồng độ 0,01%.. - Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH 4 và FeSO 4 .7H 2 O đến kết quả chế tạo Fe 0 nano. - Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng cồn đề pha muối sắt đến kết quả chế tạo Fe 0 nano Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe 0 nano ở cùng các điều kiện như nhau, trong đó thí nghiệm 1 sử dụng cồn 30% để hòa tan muối sắt theo Choi, Hee- chul và thí nghiệm 2 muối sắt được hòa tan trong nước sau đó bổ sung cồn để đạt nồng độ cồn là 30%. - Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe 0 nano. - Bố trí thí nghiệm chế tạo Fe 0 nano và bảo quản trong bình hút ẩm, kết quả được chụp ảnh SEM, TEM và so sánh với các kết quả nghiên cứu đã được công bố.. - Nghiên cứu một số đặc điểm của vật liệu Fe 0 nano. - Nghiên cứu hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng vật liệu Fe 0 nano. - Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat Hút 50mL dung dịch nitrat có nồng độ 50 mg N-NO 3. - Cân chính xác 0,05g Fe 0 nano (tương ứng nồng độ Fe 0 nano/ dung dịch cần xử lý là 1 g/L) cho lần lượt vào 4 bình tam giác trên. - Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat. - Bổ sung vào mỗi bình tam giác trên 0,05g Fe 0 nano (tương ứng nồng độ Fe 0 nano/ dung dịch cần xử lý là 1 g/L). - Nghiên cứu hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng vật liệu Fe 0 nano. - Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát tương tự như bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat nhưng với dung dịch phốt phát có nồng độ ban đầu là 50 mg P-PO 4 3-. - Sau đó xác định nồng độ phốt phát còn lại trong dung dịch.. - Nghiên cứu kết hợp xử lý nitrat và phốt phát bằng vật liệu Fe 0 nano. - Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và phốt phát tương tự như bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat và phôt phát nhưng với dung dịch hỗn hợp nitrat và phốt phát có nồng độ ban đầu là 50 mg N-NO 3. - Sau đó xác định nồng độ nitrat và phốt phát còn lại trong dung dịch.. - Ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến hiệu quả chế tạo Fe 0 nano. - Ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH 4 và FeSO 4 .7H 2 O khi chế tạo Fe 0 nano. - Ảnh TEM hạt Fe 0 nano được điều chế với tỉ lệ giữa NaBH 4 và muối sắt và là 1:2. - Ảnh TEM hạt Fe 0 nano được điều chế với tỉ lệ giữa NaBH 4 và muối sắt là 1:10, theo Choi-Hee chul. - Các nghiên cứu trên đều gặp khó khăn trong việc bảo quản hạt Fe 0 nano được tạo thành vì vậy ít nhiều làm ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của hạt Fe 0 nano. - đã tiến hành tổng hợp Fe 0 nano có thể làm khô và bảo quản ở nhiệt độ phòng khi sử dụng dung dịch etanol thay cho nước tinh khiết (H 2 O). - File: Luu-MoiTruong-Fe nano.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000. - Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu Fe 0 nano. - Diện tích bề mặt có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả xử lý, diện tích bề mặt càng lớn khả năng tiếp xúc càng cao do vậy hiệu quả xử lý càng cao. - Kết quả đo diện tích bề mặt của vật liệu Fe 0 nano theo phương pháp Brunauer Emmett Teillor (BET) là 60 m 2 /g. - Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý riêng nitrat. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat. - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng Fe 0 nano được thể hiện ở Hình 11.. - Ảnh SEM vật liệu Fe 0 nano Hình 10. - Ảnh TEM vật liệu Fe 0 nano. - Nồng độ nitrat sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các thời gian khác nhau. - Nồng độ nitrat sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các pH khác nhau. - Kết quả nghiên cứu tại Hình 11 cho thấy hiệu quả xử lý nitrat bởi Fe 0 nano tăng dần theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên, hiệu suất đạt 71,36% và nồng độ nitrat còn lại là 14,32 mgN/l. - Sau 20 phút hiệu suất xử lý là 78,76%, sau 40 phút hiệu suất xử lý đạt 85,30% và sau 60 phút hiệu suất xử lý đạt 93,41%, nồng độ nitrat còn lại là 3,29 mgN/l.. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng Fe 0 nano tại Hình 12 cho thấy hiệu suất xử lý nitrat bằng Fe 0 nano giảm dần khi pH tăng. - Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 86,17%, tại pH = 4 hiệu suất xử lý giảm xuống còn 78,60% và khi pH = 8 hiệu suất chỉ còn 49,07% và nồng độ sau phản ứng là 25,47 mgN/l. - Hiệu quả xử lý dựa vào cơ chế khử nitrat của Fe 0 nano. - Trong phản ứng khử nitrat, sắt chính là chất cho điện tử còn nitrat sẽ nhận điện tử và chuyển thành dạng nitrit, sau đó nitrit sẽ tiếp tục bị khử thành amoni và khí nitơ là sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý [5]. - Các phản ứng của nitrat và Fe 0 nano diễn ra theo các phương trình sau:. - 4 là điều kiện thích hợp cho loại bỏ nitrat bằng Fe 0 nano. - hưởng của pH tới hiệu quả xử lý nitrat bằng Fe 0 nano của đề tài là hoàn toàn phù hợp với lý thuyết và kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu trên thế giới.. - Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý riêng phốt phát. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát. - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng Fe 0 nano được thể hiện ở Hình 13. - Nồng độ phốt phát sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các thời gian khác nhau. - Nồng độ phốt phát sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các pH khác nhau. - Kết quả nghiên cứu tại Hình 3 cho thấy hiệu suất xử lý phốt phát tăng dần theo thời gian và cũng tăng nhanh ở 10 phút đầu tiên, sau 10 phút hiệu suất xử lý phốt phát của Fe 0 nano đạt 69,47%, hiệu suất tăng chậm dần trong khoảng từ 20 - 60 phút và tại 60 phút hiệu suất xử lý đạt 86,17%, nồng độ phốt phát lúc này là 6,92 mgP/l.. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát. - Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng Fe 0 nano tại Hình 14 cho thấy hiệu suất xử lý phốt phát bằng Fe 0 nano giảm dần khi tăng pH. - Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 84,9%. - Tại pH = 4 hiệu suất xử lý giảm xuống còn 77,26%. - Khi pH = 6 hiệu suất xử lý giảm mạnh xuống còn 60,41% và tại pH = 8 hiệu suất xử lý chỉ còn 42,60%. - Cơ chế xử lý phốt phát bằng vật liệu Fe 0 nano [8] như sau:. - Hơn thế nữa khi pH thấp thì vật liệu Fe 0 nano có điện tích bề mặt dương. - Kết quả khảo sát hiệu quả của việc xử lý kết hợp nitrate và phốt phát 3.3.1. - Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và phốt phát. - Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và phốt phát và so sánh hiệu quả xử lý kết hợp với xử lý riêng nitrat và phốt phát được thể hiện ở Hình 15 và 16.. - Hiệu suất xử lý. - Xử lý riêng nitrat Xử lý riêng phốt p hát Xử lý nitrat khi kết hợp Xử lý p hốt phát khi kết hợp. - Nồng độ nitrate, phốt phát sau xử lý và hiệu suất xử lý kết hợp nitrat và phốt phát. - So sánh hiệu quả xử lý kết hợp với xử lý riêng nitrat và phốt phát theo thời gian Từ kết quả thu được ở trên ta thấy khi kết hợp xử lý nitrat và phốt phát thì hiệu suất xử lý nitrat và phốt phát đều tăng dần theo thời gian và tăng nhanh trong 10 phút đầu tiên, sau đó tăng chậm dần, sau 10 phút hiệu suất xử lý nitrat đạt 69,94% và hiệu suất xử lý phốt phát đạt 65,82%, tại 60 phút hiệu suất xử lý nitrat đạt 88,92% và hiệu suất xử lý phốt phát đạt 81,56%. - Kết quả tại Hình 6 cho thấy so với trường hợp xử lý riêng thì trong trường hợp xử lý kết hợp hiệu suất xử lý nitrat và phốt phát đều giảm xuống do tương tác cạnh tranh giữa nitrat và phốt phát trong dung dịch hỗn hợp. - Tuy nhiên, hiệu suất giảm không nhiều, điều này do Fe 0 nano sử dụng tính khử để xử lý nitrat sau đó vật liệu sau xử lý nitrat lại trở thành vật liệu để hấp phụ phốt phát trên bề mặt. - Vì đây là cơ chế xử lý liên tiếp với hai cơ chế hoàn toàn khác nhau nên không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý riêng từng yếu tố.. - Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và phốt phát. - Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý kết nitrat và phốt phát và so sánh hiệu quả xử lý kết hợp với xử lý riêng nitrat và phốt phát được thể hiện ở Hình 17 và 18.. - Xử lý riêng nitrat Xử lý riêng phốt phát Xử lý nitrat khi kết hợp Xử lý phốt phát khi kết hợp. - Nồng độ nitrat và phốt phát sau xử lý và hiệu suất kết hợp xử lý nitrat và phốt phát. - So sánh hiệu quả xử lý kết hợp với xử lý riêng nitrat và phốt phát theo pH. - Kết quả thu được ở Hình 17 cho thấy hiệu suất xử lý kết hợp nitrat và phốt phát giảm dần khi tăng pH. - Tại pH = 2 hiệu suất xử đạt giá trị cao nhất đạt 82,94% với nitrat và 74,72% với phốt phát. - tại pH = 8 hiệu suất xử lý giảm mạnh, hiệu suất xử lý nitrat chỉ đạt 45,64% và xử lý phốt phát chỉ đạt 39,74%. - So sánh với trường hợp xử lý riêng thì trong trường hợp xử lý kết hợp hiệu suất xử lý của cả nitrat và phốt phát đều giảm nhưng không nhiều.. - Sử dụng phương pháp khử muối sắt pha trong cồn bằng NaBH 4 khi có sử dụng chất phân tán là PAA có thể điều chế được các hạt Fe 0 nano rất đồng nhất, có kích thước tương đối nhỏ nm), có diện tích bề mặt lớn (60 m 2 /g) và đặc biệt có thể làm khô và bảo quản ở điều kiện thường.. - Điều đó làm tăng khả năng ứng dụng sắt nano trong xử lý ô nhiễm môi trường.. - Hiệu quả xử lý nitrat và phốt phát bởi Fe 0 nano tăng dần theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên kể cả khi xử lý riêng và khi kết hợp xử lý. - Hiệu suất xử lý sau 60 phút đạt 93,41% đối với nitrat và 86,17% đối với phốt phát.. - Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 86,17% đối với nitrat và 84,9% đối với phốt phát.