- Tổng hợp và đánh giá khả năng xử lí chất hữu cơ, amoni, asen của vật liệu MnO 2 kích thước nanomet mang trên silicagen, laterit, pyroluzit. - Khả năng hấp phụ asen của sắt hyđroxit/oxit và khả năng ứng dụng làm vật liệu hấp phụ. - Cơ chế hấp phụ asen của mangan dioxit. - Trình bày các phương pháp vật lý xác định đặc trưng vật liệu và Phương pháp hóa lý. - Tiến hành thực nghiệm: Tổng hợp vật liệu MnO2 kích cỡ nanomet trên chất mang silicagen, laterit, pyroluzit. - Khảo sát khả năng hấp thụ asen, amoni, xanh meylen của vật liệu. - Kết quả: đã nghiên cứu đặc tính và cấu trúc vật liệu. - Ảnh XRD của vật liệu. - khả năng hấp phụ của vật liệu. - khả năng ứng dụng của vật liệu. - Keywords: Vật liệu MnO2. - Khả năng hấp phụ. - Chúng tôi chọn phương pháp hấp phụ để tiến hành xử lý asen, amoni, chất hữu cơ.. - Khi vật liệu đạt đến kích cỡ nano, chúng sẽ có những tính chất đặc biệt do các hiệu ứng kích thước qui định: đó là các tương tác hoá học, khả năng xúc tác, hấp phụ, các tính chất nhiệt, từ, quang, điện. - Chính vì vậy, công nghệ chế tạo vật liệu nano là một hướng đi đầy triển vọng đang được tập trung nghiên cứu và là vật liệu kỹ thuật cao được ứng dụng hiện nay.. - Ứng dụng hiệu ứng nano làm tăng đột biến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ, khả năng xúc tác của vật liệu xúc tác và ở kích thước nanomét khi các hạt chất rắn mới là tập hợp của các phân tử, chưa ổn định nhưng trong các mạng lưới tinh thể của vật liệu macro thì mọi tính chất của chúng thay đổi, mức năng lượng cao cho nên có những khả năng đột biến đặc biệt v.v…. - Chính vì vậy trong đề tài này mục tiêu của chúng tôi là dùng laterit biến tính nhiệt, silicagen, pyroluzit làm chất mang để cố định mangan điôxit có kích thước nano làm vật liệu xử lý asen , amoni, chất hữu cơ trong môi trường nước sinh hoạt.. - Phương pháp hóa học có thể tạo ra hạt có kích thước nano với những đặc tính mong muốn như về cấu trúc (cấu trúc tinh thể hay vô định hình và bề mặt), đặc tính hóa học (thành phần, mặt phân cách…) là yếu tố quan trọng trong việc chế tạo vật liệu. - Khi đó, sắt hyđrôxit và mangan điôxit đều có khả năng hấp phụ asen cao. - Mặt khác, chúng tôi tổng hợp vật liệu này với khả năng tạo ra được xúc tác MnO 2 ở dạng nano để làm xúc tác cho quá trình xử lý hợp chất hữu cơ cho các hướng đi sau này.. - Các phương pháp vật lý xác định đặc trưng vật liệu. - Để xác định hình dạng cũng như kích thước hạt và sự phân bố hạt trên vật liệu chúng tôi sử dụng phương pháp chụp ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét tại Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam - 18 Hoàng Quốc Việt) và TEM (kính hiển vi điện tử truyền qua tại Viện Vệ sinh dịch tế Trung Ương - đường Yecxanh), XRD (Phổ nhiễu xạ tia X tại Khoa hóa học – trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQGHN).. - Để khảo sát khả năng hấp phụ asen, amoni, chất hữu cơ của các vật liệu tổng hợp được chúng tôi tiến hành nghiên cứu theo phương trình hấp phụ Langmuir.. - Tổng hợp vật liệu MnO 2 kích cỡ nanomet trên chất mang silicagen, laterit, pyroluzit.. - Chuẩn bị vật liệu nền. - Tiến hành tương tự với quặng pyroluzit, ta thu được vật liệu nền.. - Sau đó tiến hành cho thêm 0,4g PVA [3] vào dung dịch tổng hợp được. - Tổng hợp vật liệu M 1 , M 2 , M 3. - Qui trình chế tạo: Tổng hợp vật liệu bằng phương pháp ngâm tẩm.. - Ngâm tẩm 3 lần dung dịch được điều chế từ 5ml KMnO 4 0.5M ta được vật liệu M 1. - Ngâm tẩm 3 lần dung dịch được điều chế từ 6ml KMnO 4 0.5M ta thu được vật liệu M 2. - Ngâm tẩm 3 lần dung dịch được điều chế từ 6ml KMnO 4 0.5M ta thu được vật liệu M 3. - Khảo sát bề mặt vật liệu: ta chụp SEM để khảo sát cấu trúc bề mặt vật liệu tạo thành.. - Nước đục được xử lý bằng dung dịch ZnSO 4. - Xác định hàm lượng xanh metylen bằng phương pháp so màu Pha các dung dịch xanh metylen có nồng độ khác nhau.. - Cho 1g vật liệu vào bình nón 250ml có chứa sẵn 100ml dung dịch xanh metylen đã pha ở trên đem lắc. - Sau khi đạt cân bằng xác định lượng xanh metylen còn lại bằng phương pháp UV – VIS ở bước sóng 664nm ta sẽ tính được tải trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu.. - Khảo sát khả năng hấp thụ asen, amoni, xanh meylen của vật liệu 6.1. - Hấp phụ asen. - Chuẩn bị dung dịch As (III) có nồng độ thích hợp. - Đo giá trị pH của dung dịch trước khi hấp phụ.. - Cân chính xác 1 g vật liệu rồi cho vào bình nón 250 ml có chứa sẵn 100 ml dung dịch As (III) đã pha ở trên. - Đo giá trị pH của dịch lọc và tiến hành phân tích lượng asen còn lại trong dung dịch sau hấp phụ bằng phương pháp so màu HgBr 2 . - Từ đó suy ra lượng asen bị hấp phụ trên vật liệu.. - Hấp phụ amoni. - Chuẩn bị dung dịch NH 4. - Cân chính xác 1 g vật liệu rồi cho vào bình nón 250 ml có chứa sẵn 100 ml dung dịch dịch NH 4. - Sau 4h, lọc lấy dung dịch bằng giấy lọc băng xanh và tiến hành phân tích lượng amoni còn lại trong dung dịch sau hấp phụ bằng phương pháp so màu. - Từ đó suy ra lượng amoni bị hấp phụ trên vật liệu.. - Hấp phụ xanh metylen. - Chuẩn bị dung dịch xanh metylen có nồng độ thích hợp. - Cân chính xác 1 g vật liệu rồi cho vào bình nón 250 ml có chứa sẵn 100 ml dung dịch dịch xanh metylen đã pha ở trên. - Sau 6h, lọc lấy dung dịch bằng giấy lọc băng xanh và tiến hành phân tích lượng xanh metylen còn lại trong dung dịch sau hấp phụ bằng phương pháp so màu. - Từ đó suy ra lượng xanh metylen bị hấp phụ trên vật liệu.. - Nghiên cứu đặc tính và cấu trúc vật liệu 7.1. - a, Ảnh chụp TEM của hệ keo MnO 2 được điều chế từ 6ml dung dịch KMnO 4 0,5M. - b, Ảnh chụp TEM của hệ keo MnO 2 được điều chế từ 5ml dung dịch KMnO 4 0,5M. - Khảo sát cấu trúc về mặt vật liệu M 1. - Ảnh chụp SEM của vật liệu M 1 trên chất mang silicagen để xác định chính xác hình dạng và kích thước vật liệu M 1 được chụp kính hiển vi điện tử quét phân giải cao tại Viện khoa học và công nghệ Việt Nam – 18 - Hoàng Quốc Việt cho ta các ảnh sau:. - Trên vật liệu M 1 qua hình ảnh chụp SEM ta thấy bề mặt vật liệu đã được phủ lớp MnO 2. - phân bố đều trên bề mặt và cấu trúc vật liệu là khá xốp, có kích cỡ nanomét phân tán đều trên. - nền silicagen làm tăng khả năng hấp phụ của vật liệu. - Điều này sẽ làm tăng khả năng hấp phụ Asen của vật liệu. - Mặt khác, đây cũng chính là những tâm hấp phụ.. - Khảo sát cấu trúc về mặt vật liệu M 2. - Ảnh chụp SEM của vật liệu M 2 để xác định chính xác hình dạng và kích thước vật liệu M 2 được chụp kính hiển vi điện tử quét phân giải cao tại Viện khoa học công nghệ Việt Nam - 18 đường Hoàng Quốc Việt cho ta các ảnh sau:. - Trên vật liệu M 2 qua hình ảnh chụp SEM ta thấy bề mặt vật liệu chủ yếu là những hạt nano MnO 2 hình cầu gai. - Từ dung dịch đã bám lên bề mặt chất mang đều đặn, không thay đổi hình thái cũng như kích thước, các hạt không bị co cụm chứng tỏ sự thành công của phương pháp tổng hợp vật liệu.. - Từ hình ảnh trên ta thấy MnO 2 có kích cỡ nanomet được phủ khá đồng đều trên bề mặt laterit, pyroluzit, các hạt không bị kết cụm lại, điều này rất có lợi cho khả năng hấp phụ của vật liệu.. - Ảnh XRD của vật liệu Vật liệu M 1. - Ảnh Xray của vật liệu M 1. - Vật liệu M 3. - Ảnh Xray của vật liệu M 3. - Kết quả X-ray giữa vật liệu M 1 và vật liệu M 3 cho thấy vị trí các pic của MnO 2 trên vật liệu M 1 khớp với vị trí các pic của MnO 2 trên vật liệu M 3 . - Trên vật liệu M 3 tỉ lệ MnO 2 chiếm 42,32% và 69,14% SiO 2. - Tính kích thước hạt. - Kết quả hấp phụ của các vật liệu 8.1. - Hấp phụ tĩnh. - Tổng hợp kết quả tải trọng hấp phụ các chất của các vật liệu:. - Vật liệu Đối với asen mg/g. - Hấp phụ động. - Chúng tôi tiến hành kháo sát khả năng hấp phụ động dung dịch có nồng độ asen đầu vào là 1000ppb, lưu lượng dung dịch asen chảy qua là 2ml/phút, với nồng độ ban đầu là 1000ppb, trong mẫu ở đầu ra vẫn không có mặt Asen. - Đề xuất cơ chế hấp phụ asen, amoni, chất hữu cơ giả định. - Mặt khác, theo các nghiên cứu trước đó của nhiều tác giả, trên bề mặt của các oxit bazo đều mang hiệu ứng điện tích dương nhất định, bởi vậy khả năng hấp phụ As (V) của vật liệu MnO 2 nano là cao.. - Như vậy ta thấy MnO 2 một phần là bản thân nó có khả năng hấp phụ asen ( do cấu trúc bề mặt của nó có nhiều lỗ xốp và lỗ trống. - Sau đó As (V) sẽ bị hấp phụ lên bề mặt vật liệu. - Ngoài ra còn có một số các cơ chế giả thiết hấp phụ như:. - Trao đổi ion: trong quá trình hấp phụ có thể xảy ra sự trao đổi ion giữa nhóm OH - trong sắt hyđroxit và các oxyanion của asen có mặt trong dung dịch như H 2 AsO 4 (và có thể có cả HAsO 4 2. - Tương tác tĩnh điện: các nguyên tử oxi trong phân tử H 3 ASO 3 có một điện tích δ - và các ion âm H 2 AsO 4 - sẽ tương tác tĩnh điện với Fe (OH) 2 + dẫn đến việc giữ lại asen trên các loại vật liệu này.. - Do bề mặt của vật liệu là những lỗ trống xốp, do đó dẫn đến khả năng hấp phụ amoni, xanh metylen trên bề mặt vật liệu. - Ngoài ra còn có thể có khả năng chất màu, amoni bị ôxi hoá bởi Mn(IV) trên bề mặt vật liệu.. - Đã tạo ra được vật liệu mangan điôxit có kích thước nano.. - Tạo được vật liệu có tải trọng hấp phụ Asen , amoni cao, cụ thể là: 47,62 mg Asen/gam đối với vật liệu M 2 , 11,62 mg Xanh metylen/gam đối với vật liệu M 3 , 6,9 mg Amoni/gam đối với vật liệu M 3. - Đã đề xuất được các cơ chế hấp phụ Asen , amoni, chất hữu cơ trên các vật liệu tổng hợp được.. - Nguyễn Thị Thanh Chuyền (2009), Nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu MnO 2 bằng phản ứng điện phân, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội.. - Lưu Minh Đại (2009), Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu xúc tác chứa mangan oxit, sắt oxit kích thước nanomet sử dụng để tách sắt, mangan, asen từ nước sinh hoạt ở quy mô hộ gia đình, Báo cáo đề tài Viện khoa học vật liệu – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, Hà Nội.. - Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hòa (2008), Nghiên cứu hấp phụ màu trong nước thải nhuộm bằng cacbon hoạt hóa chế tạo từ bui bông, tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 24, Hà Nội.. - Nguyễn Đức Nghĩa (2005), vật liệu polyme cấu trúc nano và nanocomposit, Hội nghị khoa học KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Hà Nội.. - Nguyễn Thị Thanh (2005), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit(zieconi-chitosan) có tải trọng hấp phụ asen cao ứng dụng để xử lí asen trong môi trường nước , Khóa luận tốt nghiệp, Đại học khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội.. - Dạ Trạch vật liệu nano, Vietscience.