Luận văn Tổng hợp Oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe kích thước Nanomet ứng dụng để xử lý As, Fe và Mn trong nước sinh hoạt

Nội dung tài liệu: Luận văn Tổng hợp Oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe kích thước Nanomet ứng dụng để xử lý As, Fe và Mn trong nước sinh hoạt

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC VIỆN HOÁ HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM NGỌC CHỨC TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP HỆ Mn – Fe KÍCH THƢỚC NANOMET ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ As, Fe VÀ Mn TRONG NƢỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 1
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC VIỆN HOÁ HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Ngọc Chức TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP HỆ Mn – Fe KÍCH THƢỚC NANOMET ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ As, Fe VÀ Mn TRONG NƢỚC SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60.44.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lƣu Minh Đại Hà Nội - 2012 2
3. Mục Lục Lời cảm ơn Trang Mục lục i Mục lục các bảng v Mục lục các hình vii Mục lục các ký hiệu, chữ viết tắt iv Mở đầu Chƣơng Tổng quan 1 1.1. Giới thiệu về công nghệ nano 3 1.1.1 Một số khái niệm 3 1.1.2. Ứng dụng của công nghệ nano 3 1.2. Nước ngầm và sự ô nhiễm 7 1.2.1. Sự ô nhiễm As, Fe và Mn 9 1.2.2. Tác hại của As, Fe, Mn đối với sức khỏe con người 10 1.3. Các giải pháp xử lý As, Fe, Mn 12 1.3.1. Phương pháp trao đổi ion 15 1.3.2. Phương pháp oxi hóa – kết tủa 15 1.3.3. Phương pháp hấp phụ 16 1.4. Một số phương pháp điều chế vật liệu nano 16 1.4.1. Phương pháp gốm truyền thống 17 1.4.2. Phương pháp đồng tạo phức 17 1.4.3. Phương pháp đồng kết tủa 17 4
4. 1.4.4. Phương pháp sol – gel 18 1.4.5. Tổng hợp đốt cháy gel polyme 18 1.5. Tổng hợp vật liệu oxit sắt và vật liệu oxit mangan kích 19 thước nanomet 1.5.1. Tổng hợp vật liệu oxit sắt 20 1.5.2. Tổng hợp vật liệu oxit mangan 20 Chƣơng Các phƣơng pháp nghiên cứu và thực nghiệm 21 2.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu 22 2.1.1. Lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu 22 2.1.2. Tổng hợp oxit hỗn hợp Mn2O3 – Fe2O3 22 2.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 23 2.3. Phương pháp hấp phụ 24 2.3.1. Khái niệm chung 26 2.3.2. Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ 26 2.3.3. Phương trình động học hấp phụ 27 2.3.4. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ langmuir 28 2.4. Phương pháp xác định sắt, mangan và asen trong dung 29 dịch Chƣơng Kết quả và thảo luận 31 3.1. Vật liệu Mn2O3 – Fe2O3 33 3.1.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu Mn2O3 – Fe2O3 33 3.1.2. Lựa chọn nhiệt độ nung 33 5
5. 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH tạo gel 33 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại và PVA 34 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel 35 3.2. Đánh giá khả năng hấp phụ As trên vật liệu Mn2O3 – 36 Fe2O3 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ 38 3.2.2. Khảo sát sự hấp phụ As trên vật liệu Mn2O3 – Fe2O3 theo 38 mô hình đẳng nhiệt Langmuir 3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ sắt trên oxit hỗn hợp Mn2O3 – 39 Fe2O3 3.4. Đánh giá khả năng hấp phụ mangan trên oxit hỗn hợp 43 Mn2O3 – Fe2O3 3.5. Một Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phu của 46 vật liệu 3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH 48 2- - - 3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của các anion SO4 , Cl , HCO3 và 48 3- PO4 + 2+ 3+ 3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của cation NH4 , Mn và Fe 49 3.6. Vật liệu oxit phức hợp hệ Mn – Fe trên nền cát thạch anh 50 (TA) 3.6.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu oxit hỗn hợp trên nền cát 51 thạch anh 3.6.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu oxit hỗn hợp 51 6
6. Mn2O3 – Fe2O3 trên nền cát thạch anh (T.A). 3.6.2.1. Khảo sát sự hấp phụ As theo mô hình đẳng nhiệt 53 Langmuir 3.6.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ sắt của vật liệu oxit hỗn hợp 53 Mn2O3 – Fe2O3/T.A 3.6.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ mangan của vật liệu oxit hỗn 56 hợp Mn2O3 – Fe2O3/T.A Kết luận 57 Danh mục các công trình của tác giả 59 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 61 7
7. Mục lục các bảng Trang Bảng 1.1 Dung lượng hấp phụ As của oxit sắt và oxit mangan 21 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ As(III) 38 trên Mn2O3 – Fe2O3. Bảng 3.2 Dung lượng hấp phụ As(III) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 39 thước nanomet Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ As(V) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 41 thước nanomet Bảng 3.4 Dung lượng hấp phụ của một số oxit nano 43 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Fe(III) 44 trên Mn2O3 – Fe2O3 Bảng 3.6 Dung lượng hấp phụ As(V) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 45 thước nanomet Bảng 3.7 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Mn(II) 46 trên Mn2O3 – Fe2O3. Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ Mn(II) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 47 thước nanomet Bảng 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ asen của vật 48 liệu oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3. Bảng 3.10 Ảnh hưởng của anion đến hiệu suất hấp phụ (H%) đối 49 với As(V) 8
8. Bảng 3.11 Ảnh hưởng của cation đến hiệu suất hấp phụ (H%) đối 50 với As(V) Bảng 3.12 Kết quả xác định hàm lượng sắt, mangan trên cát thạch 53 anh. Bảng 3.13 Dung lượng hấp phụ As(III) trên Mn2O3 – Fe2O3/ T.A. 54 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ As(V) trên Mn2O3 – Fe2O3 / T.A 55 Bảng 3.15 Dung lượng hấp phụ Fe(III) trên Mn2O3 – Fe2O3 / T.A. 56 Bảng 3.16 Dung lượng hấp phụ Mn(II) trên Mn2O3 – Fe2O3/ T.A. 57 9
9. Mục lục các hình Trang Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo vật liệu 23 Hình 2.2 Đường cong động học biểu thị sự phụ thuộc của dung lượng 29 hấp phụ vào thời gian và nồng độ chất bị hấp phụ (C1 > C2) Hình 2.3 Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 31 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu nung ở nhiệt độ khác 34 nhau Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu được tổng hợp ở pH 35 khác nhau Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu được chế tạo ở tỷ lệ 36 Fe/Mn khác nhau Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ở các nhiệt độ tạo gel 37 khác nhau Hình 3.5 Ảnh SEM của mẫu nung ở 5500C 37 Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ đối với As 39 Hình 3.7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 40 thước nanomet Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(V) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 41 thước nanomet Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ đối với Fe 44 Hình 3.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 45 thước nanomet 10
10. Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ đối với Mn 47 Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) trên Mn2O3 – Fe2O3 kích 48 thước nanomet. Hình 3.13 Sơ đồ tổng hợp vật liệu oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe trên nền 52 cát thạch anh. Hình 3.14 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu oxit hỗn hợp 53 Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên Mn2O3 – Fe2O3/T.A 54 Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(V) trên Mn2O3 – Fe2O3/T.A 55 Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) trên Mn2O3 – Fe2O3/T.A 56 Hình 3/18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) trên Mn2O3 – Fe2O3/T.A 58 11