(LUẬN văn THẠC sĩ) oxi hóa xử lý rhodamine b trong nước trên xúc tác hydrotalcite zn cr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Quế Võ OXI HÓA XỬ LÝ RHODAMINE B TRONG NƢỚC TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Zn-Cr LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Quế Võ OXI HÓA XỬ LÝ RHODAMINE B TRONG NƢỚC TRÊN XÚC TÁC HYDROTALCITE Zn-Cr Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Tiến Thảo Hà Nội, 2016 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Tiến Thảo tin tưởng giao đề tài tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu, hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy, giáo cán quản lý Phịng thí nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy khoa Hóa học, đặc biệt thầy Bộ mơn Hóa mơi trường, Khoa Hóa học, Trường ĐHKHTN dạy dỗ, giúp đỡ động viên suốt thời gian học tập trường Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, người giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Nguyễn Quế Võ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung hydrotalcite 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Đặc điểm hydrotalcite 1.1.3 Tính chất 1.1.4 Phương pháp điều chế hydrotalcite 1.1.5 Ứng dụng hydrotalcite 13 1.2 Xử lý Rhodamine B hợp chất hữu nước thải 14 1.2.1 Nghiên cứu khả xử lý hợp chất hữu nước thải xúc tác hydrotalcite Zn-Cr 14 1.2.2 Rhodamine B 15 Chương - THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hóa chất dụng cụ 17 2.1.1 Hóa chất 17 2.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 17 2.2 Quy trình tổng hợp 17 2.2.1 Quy trình tổng hợp mẫu xúc tác hydrotalcite 17 2.2.2 Quy trình tổng hợp Zn(OH)2 18 2.2.3 Quy trình tổng hợp ZnO+Cr2O3 18 2.3 Nghiên cứu đặc trưng xúc tác phương pháp vật lý 19 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 19 2.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 21 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 22 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM 22 2.3.5 Phương pháp hấp phụ - giải hấp phụ (BET) 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.4 Phản ứng oxi hóa rhodamine B C28H31ClN2O3 29 2.4.1 Hóa chất 29 2.4.2 Tiến hành thực nghiệm 29 2.5 Xây dựng đường chuẩn dung dịch Rhodamine B 29 2.5.1 Nguyên tắc 29 2.5.2 Xây dựng đường chuẩn 30 2.5.3 Tính tốn độ chuyển hóa 31 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Đặc trưng mẫu xúc tác hydrotalcite Zn-Cr 32 3.1.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 32 3.1.2 Phổ hồng ngoại (IR) 33 3.1.3 Đặc trưng hình thể hydrotalcite Zn-Cr 36 3.1.4 Kết hấp phụ - giải hấp phụ nitơ 38 3.2 Đánh giá khả oxi hóa rhodamine B xúc tác 40 3.2.1 Khảo sát q trình oxi hóa rhodamine B xúc tác 40 3.2.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác theo pH 42 3.2.3 Khảo sát hoạt tính theo nồng độ đầu dd RhoB 44 3.2.4 Khảo sát hoạt tính theo lượng xúc tác 45 3.2.5 Khảo sát hoạt tính xúc tác theo lượng H2O2 47 3.2.6 Khảo sát hoạt tính xúc tác theo tác nhân oxi hóa 49 3.2.7 Khảo sát hoạt tính xúc tác theo điều kiện chiếu sáng 50 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Khoáng sét hydrotalcite Hình 1.2 Cấu tạo hydrotalcite Hình 1.3 Hình dạng lớp brucite (a) cấu trúc lớp hydrotalcite (b) Hình 1.4 Giá trị L phụ thuộc vào bán kính anion Hình 1.5 Giá trị L phụ thuộc vào dạng hình học anion Hình 1.6 Quá trình trao đổi anion Hình 1.7 Phân tử Rhodamine B 16 Hình 2.1 Hình mặt phản xạ nhiễu xạ tia X 20 Hình 2.2 Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPAC 26 Hình 2.3 Đường chuẩn Rhodamine B 31 Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu hydrotalcite Zn-Cr có tỉ lệ Zn/Cr khác nhau33 Hình 3.2 Kết ghi phổ IR mẫu ZC2 (Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O) 34 Hình 3.3 Kết ghi phổ IR mẫu ZC3 (Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O) 35 Hình 3.4 Kết ghi phổ IR mẫu ZC5 (Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O) 35 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu xúc tác 36 Hình 3.6 Ảnh TEM mẫu xúc tác 37 Hình 3.7 Đường hấp phụ giải hấp nitơ mẫu hydrotalcite 38 Hình 3.8a Sự phân bố mao quản BJH mẫu ZC2 39 Hình 3.8b Sự phân bố mao quản BJH mẫu ZC3 39 Hình 3.8c Sự phân bố mao quản BJH mẫu ZC5 40 Hình 3.9 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với mẫu xúc tác 42 Hình 3.10 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian pH khác 43 Hình 3.11 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với nồng độ đầu khác 45 Hình 3.12 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với lượng xúc tác khác 47 Hình 3.13 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với lượng H2O2 khác 48 Hình 3.14 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với tác nhân oxi hóa khác 50 Hình 3.15 Độ chuyển hóa RhoB với điều kiện chiếu sáng khác 52 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần mẫu xúc tác 19 Bảng 2.2 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo nồng độ Rhodamine B 30 Bảng 3.1 Kí hiệu mẫu xúc tác 32 Bảng 3.2 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với xúc tác khác 41 Bảng 3.3 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian pH khác 43 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với nồng độ đầu khác 44 Bảng 3.5 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với lượng xúc tác khác 46 Bảng 3.6 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với lượng H2O2 khác 48 Bảng 3.7 Độ chuyển hóa RhoB theo thời gian với tác nhân oxi hóa khác 49 Bảng 3.8 Độ chuyển hóa RhoB với điều kiện chiếu sáng khác 51 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Tên kí hiệu viết tắt RhoB Rhodamine B HT Hydrotalcite HTC Hydrotalcite cacbonat H2 O2 Hidro peoxit 30% nước) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Tài nguyên nước nguồn nước mà người sử dụng sử dụng vào mục đích khác Nước dùng hoạt động nông nghiệp, cơng nghiệp, dân dụng, giải trí mơi trường Hầu hết hoạt động cần nước ngọt, nhiên 97% lượng nước trái đất nước mặn, 3% lại nước Hiện nguồn tài nguyên nước gần bị cạn kiệt suy thối nguồn nước gây chất nhiễm phổ biến [4] Tại Việt Nam, nước thải từ khu công nghiệp, làng nghề vấn đề nghiêm trọng Theo số liệu Sở Công thương thành phố Hà Nội năm 2103 Hà Nội có khoảng 1.350 làng nghề chiếm 22% số làng nghề nước có 286 làng nghề truyền thống công nhận Số lượng tập trung đông đúc địa bàn thành phố thải ao hồ xung quanh lượng nước thải lớn gây ô nhiễm nghiêm trọng tới nguồn nước Trong số 1000 làng nghề Hà Nội có lượng lớn nước thải từ làng nghề dệt nhuộm, hầu hết số chúng chưa có hệ thống xử lý nước thải mà đổ thẳng ao hồ làm ô nhiễm nặng nề khu vực xung quanh Ngoài làng nghề nước thải dệt nhuộm cịn phát sinh từ nhà máy dệt, ngành dệt ngành phát triển nước ta, kim ngạch xuất đạt 15% kim ngạch xuất nước Song song với phát triển ngành may mặc, dệt kim vấn đề phát sinh từ trình sản xuất nước thải [6] Nước thải loại gây ô nhiễm nghiêm trọng đặc trưng như: nhiệt độ, độ màu, COD cao thuộc loại khó phân hủy… Trong nước thải dệt nhuộm, đáng ý chất hữu bền có khả tích lũy thể sinh vật gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho người như: phenol, hợp chất phenol, phẩm màu dệt nhuộm… Một loại phẩm nhuộm bền màu, khó phân hủy Rhodamine B Việc nghiên cứu, xử lý giảm thiểu đến TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com mức thấp ô nhiễm cần thiết Các phương pháp truyền thống như: lắng, lọc, keo tụ, tuyển nổi, vi sinh khơng xử lý triệt để nước thải dệt nhuộm [7] Hiện hướng nghiên cứu nhà khoa học quan tâm vật liệu xúc tác dị thể đặc điểm dễ dàng tách thu hồi xúc tác sau phản ứng Để tăng độ chuyển hóa, xúc tác mang kim loại chuyển tiếp đa dạng tiếp tục nghiên cứu phát triển [3] Bên cạnh đó, việc sử dụng tác nhân oxi hóa thân thiện mơi trường như: oxi khơng khí, dung dịch hidro peroxit quan tâm nghiên cứu Hydrotalcite (khoáng hidroxit đan xen (LDHs)) vật liệu có tính kiềm Ngồi ra, vật liệu hydrotalcite cịn có bề mặt lớn, cấu trúc lỗ xốp khả trao đổi ion… nên ứng dụng làm chất xúc tác oxi hóa khử [17,22,26,34] Trong trường hợp này, ion kim loại chuyển tiếp cấu trúc yếu tố định độ hoạt động xúc tác [27,28] Vì vậy, để đánh giá vai trò hoạt động ion kim loại chuyển tiếp xúc tác hydrotalcite với phản ứng oxi hóa RhoB, chúng tơi thực đề tài nghiên cứu “Oxi hóa xử lý rhodamine B nước xúc tác hydrotalcite ZnCr” TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh SEM mẫu xúc tác hydrotalcite ZC3 Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh SEM mẫu xúc tác hydrotalcite ZC5 Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh TEM mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3 (OH)2(CO3)1/6.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh TEM mẫu xúc tác hydrotalcite ZC3 Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh TEM mẫu xúc tác hydrotalcite ZC5 Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đường hấp phụ/giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3 (OH)2(CO3)1/6.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kết hấp phụ giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3 (OH)2(CO3)1/6.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đường hấp phụ/giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC3 Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kết hấp phụ giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC3 Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đường hấp phụ/giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC5 Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kết hấp phụ giải hấp mẫu xúc tác hydrotalcite ZC5 Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.5 Độ hấp thụ quang 0p 2.5 30p 60p 1.5 90p 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC3 Zn3/4Cr1/4(OH)2(CO3)1/8.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+3ml H2O2, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=6) Độ hấp thụ quang 3.5 0p 30p 2.5 60p 90p 1.5 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+3ml H2O2, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=11) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.5 Độ hấp thụ quang 0p 2.5 30p 60p 1.5 90p 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 80 mg/l+3ml H2O2, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=6) Độ hấp thụ quang 3.5 0p 30p 2.5 60p 90p 1.5 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O (0,2g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+3ml H2O2, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=6) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.5 Độ hấp thụ quang 0p 2.5 30p 60p 1.5 90p 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+2ml H2O2, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=6) Độ hấp thụ quang 3.5 0h 2.5 2h 4h 1.5 6h 8h 0.5 10h 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC2 Zn2/3Cr1/3(OH)2(CO3)1/6.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+oxi khơng khí, to = 26-28oC, ánh sáng đèn huỳnh quang 36W, pH=6) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.5 Độ hấp thụ quang 0p 2.5 30p 60p 1.5 90p 120p 150p 0.5 180p 210p 300 350 400 450 500 550 600 Bước sóng (nm) Phổ đồ UV-Vis mẫu xúc tác hydrotalcite ZC5 Zn5/6Cr1/6(OH)2(CO3)1/12.xH2O (0,3g xúc tác +100ml RhoB 20 mg/l+3ml H2O2, to = 26-28oC, bóng tối, pH=6) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... cịn xúc tác xốp b? ?? mặt riêng gồm b? ?? mặt b? ?? mặt xúc tác Nói chung b? ?? mặt riêng xúc tác xốp cao b? ?? mặt riêng xúc tác không xốp B? ?? mặt xúc tác xốp vấn đề thú vị đóng vai trị quan trọng xúc tác dị... ZC2 Zn2 / 3Cr1 /3 (OH)2(CO3)1/6.xH2O ZC3 Zn3 / 4Cr1 /4(OH)2(CO3)1/8.xH2O ZC5 Zn5 / 6Cr1 /6(OH)2(CO3)1/12.xH2O Zn( OH)2 - Zn( OH)2 ZnO +Cr2 O3 ZnO + Cr2 O3 Nghi n c u ặc trƣng xúc tác phƣơng pháp vật lý Xúc tác. .. nitơ lớp brucite hydrotalcite ngưng tụ nitơ lỏng hốc mao quản hở Đánh giá khả oxi hóa rhodamine B xúc tác 3.2.1 Khảo sát trình oxi hóa rhodamine B xúc tác Cho 0,3 (g) xúc tác + 100 (ml) RhoB 20 (mg/l)