Khảo sát loại bỏ các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus alternifolius (Thủy trúc) và chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí

n n Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH • • • Phạm Thị Kim Tuyền KHẢO SÁT LOẠI BÓ CÁC ION Fe, Zn TRONG DƯNG DỊCH NƯỚC BẰNG CÂY CYPERUS ALTERNIFOLIUS (THUỶ TRÚC) VÀ CHẾ TẠO VẶT LIỆU XÚC TÁC TƯ BÃ THẢI SAU xư LÍ • • Chun ngành: Hóa Vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC sĩ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DÃN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ TRÚC LINH TS NGUYỄN KIM DIỄM MAI Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2021 □ LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan cơng trình nghiên cứu chúng tơi Các kêt nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Phạm Thị Kim Tuyên LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến TS Nguyễn Thị Trúc Linh, TS Nguyễn Kim Diễm Mai giao đề tài tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô mơn Hóa Vơ q Thầy Cơ Khoa Hóa giúp đỡ nhiệt tình tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình tơi tiến hành thực nghiệm Khoa Hóa học MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu Danh mục từ viết tát MỞ ĐẦU Chương TÔNG QUAN 1.1 Phương pháp phytoremediation 1.1.1 Cơ chế tích trữ kim loại nặng phương pháp phytoremediation 1.1.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng phương pháp phytoremediation 1.1.3 Giới thiệu Cyperus altemifolius 1.1.4 Một số cơng trình nghiên cứu sử dụng Cyperus alternifolius để xử lí nước thải .10 1.2 Thuốc nhuộm Sodium 4-{ [4-(dimethylamino)phenylldiazenyl}benzene1-sulfonate 13 1.3 Vật liệu quang xúc tác 14 Chương NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN củ u 18 2.1 Hóa chất, thiết bị 18 2.2 Thực nghiệm xử lí nước nhiễm ion kim loại thực vật (phytore mediaton) 18 2.3 Điều chế vật liệu xúc tác 22 2.4 Đặc trưng chất xúc tác 24 2.5 Khảo sát hoạt tính hấp phụ,quang xúc tác 24 Chương KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Khả làm nước ô nhiễm mô phởng Thuỷ trúc 26 3.1.1 Nước ô nhiễm mô chứa ion Zn2+ 26 3.1.2 Nước ô nhiễm mô chứa ion Fe3+ 32 3.2 Đặc trưng hoạt tính hấp phụ, quang xúc tác vật liệu xúc tác tổng họp từ mẫu rễ Thuỷ trúc 37 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHU LUC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các ngăn tế bào đường chuyền tế bào Hình 1.2 Cơ chế thực vật trải qua trình hấp thụ lưu trữ kim loại nặng Hình 1.3 Cây Cyperus altemiíolius (Thủy trúc) loại thực vật thuộc họ cói 10 Hình 2.1 Quy trình xử lý nước nhiễm ion kim loại thực vật 20 Hình 2.2 Rễ sau sấy nung, nghiền mịn 22 Hình 2.3 Rễ hút Zn sau sấy nung, nghiền mịn 23 Hình 2.4 Rễ hút Fe sau sấy nung, nghiền mịn 23 Hình 3.1 Các mẫu Thủy trúc trồng nước ô nhiễm mô có nồng độ ion Zn2+ 41,78 mg-L’1 27 Hình 3.2 Các mẫu Thủy trúc trồng nước ô nhiễm mô có nồng độ ion Zn2+ ban đầu 5,23 mg-L_1 (mẫu 1), 10,46 mg-L (mẫu 2), 20,92 mg • L’1 (mẫu 3) .29 Hình 3.3 Mau Thủy trúc trồng nước nhiễm mơ có nồng độ ion Zn2+ ban đầu 20,92 mg • L’1 31 Hình 3.4 Các mẫu Thủy trúc trồng nước nhiễm mơ có nồng độ cùa ion Fe3+ 4,47 mg-L’1, 8,93 mg-L’1, 17,87 mg-L'1 35,74 mg-L’1 33 Hình 3.5 Biến thiên nồng độ ion sắt dung dịch trồng theo thời gian 35 Hình 3.6 Mau Thủy trúc trồng nước nhiễm mơ có nồng độ ion Fe3+ ban đầu 17,87 mg’L 36 Hình 3.7 Các giản đồ TGA/DSC mẫu than Thuỷ trúc trước sau thực nghiệm phytoremediation 38 Hình 3.8 Phổ EDX cúa mẫu Bio-C Zn-Bio-C 41 Hình 3.9 Phổ EDX cùa mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 .42 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu Bio-C Zn-Bio-C 43 Hình 3.11 Giản đồ XRD cùa mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 44 Hình 3.12 Thực nghiệm quang xúc tác mẫu Bio-C Zn-Bio-C 47 Hình 3.13 Thực nghiệm quang xúc tác mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết khảo sát khả làm nước ô nhiễm mô có nồng độ ion Zn2+ 41,78 mg-L’1 Thuỷ trúc 28 Bảng 3.2 Kết khảo sát khả làm nước nhiễm mơ có nồng độ ion Zn2+ban đầu 5,23 mg-L'1, 10,46 mg-L’1 20,92 mg-L’1 30 Bảng 3.3 Kết khảo sát khả làm nước nhiễm mơ có nồng độ ion Fe3+ ban đầu 4,47 mg-L’1, 8,93 mg-L’1, 17,87 mg- L1 35,74 mg-L'1 34 Bảng 3.4 Tóm tắt tên mẫu vật liệu hấp phụ, quang xúc tác từ rễ Thuỷ trúc 37 Bảng 3.5 Tổng hợp số liệu hiệu khử màu MO (độ khử màu*, %) tất mẫu thử nghiệm hấp phụ quang xúc tác 46 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EDX (Energy dispersive X-ray spectrocopy); Phô tán săc lượng tia X EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy): Phương pháp đo phổ tán sắc lượng tia X MCL (maximum contaminant level): Ngưỡng nồng độ chất ô nhiễm tối đa MO: Sodium 4-{ [4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl}benzene-1 -sulfonate SEM (Scanning Electronic Microscopy): Kính hiến vi điện tử quét TEM (Transmission Electronic Microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD (X-Ray Diffraction): Phương pháp nhiễu xạ tia X MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ị nhiễm mơi trường, đặc biệt môi trường nước, vấn đề đáng quan tâm Việc xả nước thải chưa qua xử lí có chứa ion kim loại nặng vi sinh vật gây bệnh vào môi trường từ hoạt động khai thác khống sản, sản xuất cơng nghiệp, nông nghiệp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người vi sinh vật [1] Quy chuẩn nước uống theo QCVN 01:2009/BYT [2] quy định nồng độ Fe (0,3 mg-L’1), nồng độ Zn (3,0 mg-L'1) Khi nồng độ Fe vượt ngưỡng ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức tim gan, hệ thần kinh nhiễm độc Zn gây ảnh hường đến [3] Có nhiều phương pháp xử lí nước thải khác với hiệu cao áp dụng phương pháp kết tủa hoá học, phương pháp lắng lọc, phương pháp keo tụ - đông tụ, phương pháp điện hoá, phương pháp trao đồi ion nhằm xử lí ion kim loại nước thải Tuy nhiên, phương pháp kể gặp số khó khăn lượng bùn thải sau q trình xử lí lớn, lượng tiêu tốn lớn, chi phí vận hành cao, gây biến đối đa dạng sinh học phá hủy hệ sinh thái Trong năm gần đây, nhà khoa học hướng ý đến phương pháp xử lí nhiềm kim loại nặng nước thực vật phương pháp phytoremediation Phương pháp nghiên cứu dựa trình sinh trưởng phát triển thực vật Theo lí thuyết, thực vật hấp thụ ion kim loại nước thơng qua rễ tích trữ phận cây, hàm lượng ion kim loại nặng nước giảm dần Phương pháp phytoremediation xem công nghệ xử lí nước thải có tiềm năng, có khả khắc phục hạn chế phương pháp xử lí thơng thường [4] Việt Nam đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cối quanh năm phát triển, đặc biệt loài thân thảo Qua quan sát thực tể, nhận thấy khu đất gần khu công nghiệp Lê Minh Xuân, khu công nghiệp Vĩnh Lộc, khu công nghiệp An Hạ huyện Bình Chánh thường xuất Cyperus alternifolius (tên thường gọi Thủy trúc) phát triển mạnh Mặc khác, theo nghiên cứu tài liệu thực vật học chúng tơi thây loại có thê thích nghi tốt điều kiện mơi trường khác Do đó, chúng tơi chọn Cyperus alternifolius thiết kế hệ thống xử lí nước ô nhiễm kỹ thuật phytoremediation Sau trình xử lí này, Cyperus alternifolius chết đi, chúng bị phân hủy trả lại chất độc vào mơi trường Do đó, chúng tơi phát triển hướng nghiên cứu chuyển bà thải thành vật liệu xúc tác cho phản ứng hữu công nghiệp Từ vấn đề nêu trên, chọn đề tài: “Khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí 99 làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ chun ngành Hố vơ Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí Đối tương, nội dung phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Loại bở ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus altemifolius (Thuỷ trúc) - Tống hợp xúc tác từ bã thải trình phytoremediation 3.2 Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tài liệu liên quan đến khả làm nước ô nhiễm ion Fe, Zn Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) điều chế xúc tác từ bã thải trình phytoremediation - Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ, thiết bị tiến hành thực nghiệm khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí - Phân tích đặc trưng vật liệu xúc tác chế tạo từ bã thải sau xử lí 3.3 Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) 34 Kết biến thiên nồng độ Fe3+ dung dịch nuớc ô nhiềm mô sụ thay đối giá trị pH dung dịch ghi nhận bảng 3.3 biểu diễn hình 3.5 Sau 14 ngày trình thực nghiệm, mẫu trồng dung dịch có nồng độ ion Fe3+ 4,47 mg-L’1 sinh trưởng phát triền bình thường, có xuất chồi non Trong đó, mẫu mẫu có từ - cá thể có thân chuyển sang màu vàng, có từ - cá thể khơ héo, nhiên xuất chồi non Riêng mẫu héo khơng có dấu hiệu sinh trưởng Theo tài liệu [16], yếu tố môi trường nuôi trồng có thề ảnh hưởng đến mức độ hấp thụ nước thoát nước qua lá, làm cho bị héo thiếu nước Ngoài ra, tuỳ thuộc vào nồng độ cùa ion kim loại có mơi trường, sinh trưởng phát triển loại bị tác động với mức độ khác Kết trình bày bảng 3.3 cho thấy, sau 14 ngày nồng độ ion kim loại chứa mẫu 1- giảm dần theo thời gian với tỉ lệ phần trăm nồng độ ion Fe3+ bị hấp thụ vào 45 %, 43 %, 47 %, 38 % Trong đó, khơng thể sống mơi trường nước có nồng độ ion Fe3+ 35,74 mg-L'1 Kết luận cho kết thứ nghiệm Thuỷ trúc sống tốt, ốn định mơi trường nước có nồng độ ban đầu ion Fe3+ khoảng từ 4,47 mg-L'1 đến 17,87 mg-L’1 Bảng 3.3 Kết khảo sát khả làm nước ô nhiễm mô phong có nồng độ ion Fe3+ban đầu 4,47 mg' L’1, 8,93 mg- L1, 17,87 mg- L1 35,74 mg- L1 T(ngày) 14 Ct Mầu 4,47 4,32 3,76 3,50 2,99 2,65 2,45 (mg • L1) Mau 8,93 7,70 7,51 6,12 5,98 5,30 5,10 Mâu 17,87 16,32 15,01 11,80 11,00 10,50 9,50 Mầu 35,74 33,55 29,45 25,20 24,00 23,20 22,00 2,6 3,4 5,7 6,5 6,6 6,6 6,8 pH 35 F ù Ù Hình 3.5 Biên thiên nơng độ ion săt dung dịch trông theo thời gian Từ kết khảo sát này, chọn nồng độ ion Fe3+ 17,87 mg •L để tiến hành pha dung dịch nước ô nhiễm mô nuôi Thuỷ trúc môi trường thời gian kéo dài, lên đến tháng Tưong tự với xử lí Zn, mục tiêu thí nghiệm làm tăng lượng ion Fe3+ mà Thuỷ trúc hấp thụ tích trữ được, từ sử dụng bã thải cho mục tiêu chế tạo vật liệu quang xúc tác Hình ảnh mẫu thí nghiệm trinh bày hình 3.6 Tồng khối lượng Fe3+ đà thêm vào sau tháng 1,08 gam Giá trị tính tốn cách tính tổng thể tích dung dịch Fe3+ nồng độ 17,87 mg-L’1 thêm vào suốt tháng thử nghiệm Thực tế sau tháng mẫu Vần sinh trưởng phát triển bình thường Tuy nhiên chúng tơi đà ngừng khảo sát thu hồi cây, rửa rễ, phơi khô cho mục tiêu chế tạo vật liệu hấp phụ/quang xúc tác Phần dung dịch cịn lại bình ni nước rửa rễ thu hồi, acid hoá đo lại nồng độ Fe3+ Giá trị thu nhỏ khả nãng xác định tối thiểu cùa máy đo, chúng tơi kết luận tồn ion Fe3+ hấp thụ vào thay kết tủa bám bề mặt rễ 36 Hình 3.6 Mầu Thủy trúc trồng nước ô nhiềm mô có nồng độ ion Fe3+ ban đầu 17,87 mg-L’1 Qua tham khảo tài liệu vê q trình phytoremediation Thuỷ trúc, chúng tơi nhận thấy chưa có cơng trình báo cáo nồng độ ion Fe3+ hay Zn2+ tối đa mà hấp thụ, khảo sát thời gian thực nghiệm kéo dài 10 ngày Vì vậy, từ kết này, đưa số kết luận đáng lưu ý tiềm ứng dụng Thuỷ trúc trinh phytoremediation sau: Thứ nhất, Thuỷ trúc trồng trực tiếp mơi trường nước có nồng độ ion Zn2+ lên đến 20,92 mg L’1 nồng độ ion Fe3+ lên đến 17,87 mg L1 có thề sinh trưởng phát triển bình thường sau thời gian thử nghiệm kéo dài lên đến 60 ngày Thứ hai, pH cũa môi trường nước nuôi trồng tự chuyển từ acid sang trung tính sau khoảng 10 ngày chế đặc biệt thích nghi sinh học 37 Ĩ giai đoạn tiếp theo, chúng tơi thu hồi toàn rề sau thử nghiệm phytoremediation chế tạo vật liệu hấp phụ, quang xúc tác Các kết đặc trưng hoạt tính hấp phụ, quang xúc tác vật liệu trình bày mục 3.2 3.2 Đặc trưng hoạt tính hấp phụ, quang xúc tác vật liệu xúc tác tổng hợp từ mẫu rễ Thuỷ trúc Cây Thuỷ trúc sau xử lí theo quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ, quang xúc tác (mục 2.3 trang 22 - 25) xác định số thơng số đặc trưng hoạt tính quang xúc tác thông qua hiệu suất khử màu dung dịch MO nước kết hợp với xạ UV-B (có bước sóng từ 315 nm đến 280 nm) Đe thuận tiện cho việc định danh so sánh hoạt tính giừa mẫu, bảng 3.4 trình bày tóm tắt lại tên mẫu tương ứng với nguồn gốc cúa chúng (xem thêm mục 2.3 trang 23 -25) Bảng 3.4 Tóm tăt tên mâu vật liệu hâp phụ, quang xúc tác từ rê Thuỷ trúc STT Ten mâu Nguồn gốc Bio-C Than rễ Thuỷ trúc tự nhiên Fe-Bio-C-1 Than rễ Thuỷ trúc sau xử lí nước chứa ion Fe3+ (mẫu 1*) Fe-Bio-C-2 Than rễ Thuỷ trúc sau xử lí nước chứa ion Fe3+ (mẫu 2*) Zn-Bio-C Than rễ Thuỷ trúc sau xử lí nước chứa ion Zn2+ Chú thích: (*) Mâu nuôi trông độc lập hai bình, điêu kiện thử nghiệm hồn tồn giống nhằm bước đầu đánh giá khả lặp lại kết Đẻ chứng minh tồn họp chất vơ có rễ Thuỷ trúc sau q trình phytoremediation, chúng tơi thực nghiệm phân tích TGA/DSC mẫu Bio-C, Fe-Bio-C-1 Zn-Bio-C mơi trường khơng khí nhiệt độ lên đến 1000°C (hình 3.7) Mục đích việc sử dụng khơng khí nhiệt độ cao nhằm đốt cháy hoàn toàn họp chất hữu toàn carbon có mẫu than từ sinh khối Thuỷ trúc 38 Nhiệt độ (°C) (a) Các giản đồ TGA mẫu than từ Thuỷ trúc Nhiệt độ (°C) (b) Các giản đồ DSC mẫu than từ Thuỷ trúc Hình 3.7 Các giản đồ TGA/DSC mẫu than Thuỷ trúc trước sau thực nghiệm phytoremediation Đường cong TGA biêu diên tỉ lệ phân trăm khôi lượng mât giai đoạn đốt mẫu so với khối lượng mẫu ban đầu, đường cong DSC biếu diễn đỉnh tỏa nhiệt thu nhiệt trinh Ở giản đồ nhiệt TGA (hình 3.7a) cho thấy khoảng nhiệt độ từ 50°C đến 600°C có ba giai đoạn giảm khối lượng sau: + Giai đoạn 1: Ớ ba mẫu giảm khối lượng mẫu bắt đầu khoảng 50°C kết thúc khoảng 200°C đường TGA, tương ứng đỉnh thu nhiệt 39 đường DSC, quy kêt cho hóa nước bê mặt sợi lignocellulose [42] Khối lượng ba mẫu Bio-C, Zn-Bio-C Fe-Bio-C-1 10,68 mg; 11,35 mg; 10,22 mg tương ứng với phần trăm khối lượng nước giai đoạn 12,409 % (1,32 mg); 11,187 % (1,27 mg); 15,874 % (1,62 mg) Ỏ khoảng nhiệt độ 200°C đến 500°C quy kết cho phân hủy nhóm chứa carboxyl có bề mặt carbon Nhóm carboxyl bề mặt carbon bị phân hủy mơi truồng khơng khí tạo khí CƠ2 khoảng nhiệt độ 100°C đến 400°C, cịn nhóm lactone bị phân hủy tạo khí co2 khoảng nhiệt độ 190°C đến 650°C [43] + Giai đoạn 2: Hình 3.7a, 3.7b cho thấy giai đoạn có giảm nhanh khối lượng kèm theo tỏa nhiệt mạnh khoảng nhiệt độ 350°C đến 600°C quy cho nhiệt phân hợp chất có chứa carbon (như cellulose, hemicelluloses, pectin hợp chất khác) [44], [45], [46] Do khác cấu trúc hóa học họp chất carbon nên chúng bị phân hủy nhiệt độ khác Mau Zn-Bio-C, cellulose bắt đầu nhiệt phân hủy 300°C đến 400°C nhiệt độ 394,54°c có xuất đỉnh tởa nhiệt Tại nhiệt độ 481,27°c xuất đỉnh tởa nhiệt có phân hủy lignin Yang cộng nghiên cứu tính chất q trình nhiệt phân hemicellulose, cellulose lignin kết luận phân hủy cellulose bắt đầu 315°c đến 400°C Ở 400°C tất cellulose bị nhiệt phân Hemicelluloses bắt đầu phân hủy 220°C đến 315°c đỉnh phân hủy đạt tốc độ lớn 268°c Sự nhiệt phân lignin bắt đầu 200°C có phạm vi nhiệt độ rộng hoạt động khác liên kết hóa học có cấu trúc [45] Trong đó, phần trăm tổng khối lượng giảm (tương ứng với đỉnh tỏa nhiệt) giai đoạn ba mẫu Bio-C, Zn-Bio-C Fe-Bio-C-1 62,76 %; 47,75 %; 33,362 % + Giai đoạn 3: Ở nhiệt độ cao hơn 600°C, khơng có giảm khối lượng đáng kể ghi nhận đường cong TGA, phù hợp với kết DCS (không có đỉnh thu nhiệt đỉnh tởa nhiệt) Tuy nhiên, đường cong DSC mẫư Fe-Bio-C-1 xuất vai đỉnh 681,4°c có liên quan đến biển dạng cao hợp chất cellulose [47], [48] 40 Kêt khôi lượng phân họp chât vô ba mâu Bio-C, Zn-Bio-C Fe-Bio-C-1 không bị phân huỷ mơi trường khơng khí sau nung đến 1000°C 19,70 %; 36,32 %; 44,52 % trọng lượng [46] Câu hỏi đặt thành phần họp chất vơ có mẫu Bio-C, ZnBio-C Fe-Bio-C-1 gì? Để trả lời câu hỏi này, chúng tơi tiến hành phân tích EDX hai nhóm mẫu: nhóm Bio-C, Zn-Bio-C, nhóm Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 Các kết phân tích EDX nhóm mẫu trinh bày hình 3.8 3.9 Các mẫu thuộc nhóm chứa nguyên tố bao gồm c, o, Na, Mg, Al, Si, s, Cl, K, Ca, mẫu Fe-Bio-C-1 ghi nhận có xuất nguyên tố p với tỉ lệ khối lượng khoảng 0,66 % Yếu tố khác biệt chưa giải thích thoả đáng Sự diện nguyên tố kim loại Na, Mg, Al, K, Ca rễ Thuỷ trúc có nguồn gốc từ tích lũy q trình sinh trưởng phát triển trước đưa vào môi trường thử nghiệm Theo [16], nguyên tố c, o thành phần chủ yếu họp chất hữu có cây, nguyên tố K có chức tổng hợp protein, cân nước điều khiển hoạt động lỗ khí Ngun tố Ca có vai trị hình thành tính ổn định cùa thành tế bào, trình cấu trúc màng, hoạt hóa số enzyme, điều khiển chiều phản ứng tế bào với tác nhân kích thích Đối với nguyên tố N, p, s thành phần acid nucleic, protein, coenzyme Ngoài nguyên tố giống với nguyên tố cùa than Thuỷ trúc tự nhiên mẫu Fe-Bio-C-1 có mặt nguyên tố Fe với tỉ lệ khối lượng 3,38 %, mẫu Fe-Bio-C-2 chứa Fe chiếm 1,45 % khối lượng Mầu ZnBio-C có tỉ lệ khối lượng Zn chiếm 1,94 % 41 (a) Mầu Bio-C (b) Mau Zn-Bio-C Hình 3.8 Phổ EDX mẫu Bio-C Zn-Bio-C 42 (a) Mâu Fe-Bio-C-1 (b) Mau Fe-Bio-C-2 Hình 3.9 Phổ EDX cúa mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 Từ kêt có thê rút hai điêu: Thứ nhất, nhóm Thuỷ trúc tự nhiên chọn khảo sát khơng tích luỹ Fe Zn rễ Sự tích luỳ có từ thử nghiệm phytoremediation nghiên cứu Giới hạn đề tài chúng tơi chưa phân tích đánh 43 giá đặc trưng tro than từ phận lại thân Điêu tiếp tục công bố nghiên cứu khác cùa cộng Thứ hai, hai mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 có nguồn gốc từ thực nghiệm hồn tồn giống nhau, khả tích luỹ iron khác Do đó, nghiên cứu rút kết luận ràng Thuỷ trúc có khả làm nước nhiễm Fe Zn, mức độ tích luỹ kim loại cá thể phụ thuộc vào đặc tính riêng cá thể Câu hỏi đưa hợp chất vô tồn mẫu Bio-C, Zn-Bio-C, Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 dạng vơ định hình hay pha tinh thể? Để trà lời câu hỏi này, chúng tơi phân tích giản đồ XRD mẫu, với kết trình bày hình 3.10 3.11 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 26 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu Bio-C Zn-Bio-C Hỉnh 3.10 cho thây mâu Bio-C có tín hiệu với cường độ rât thâp vị trí góc 20= 26,6°, vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng (002) pha graphite 149] chứng tỏ mức độ tinh thể hố carbon mẫu thấp Mầu Zn-Bio-C có số đỉnh nhiễu xạ có cường độ cao hơn, quy kết cho có mặt pha tinh thể SiO2 (các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng vị trí góc 20 21,98 (101); 28,44 (111)) pha tinh thể ZnO (các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng vị trí góc 20 31,77 (100); 44 36,25 (101) 47,54 (102)) Sự quy kêt dựa hai sở: (1) vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cùa graphite, ZnO, SiO2 (2) có mặt cùa nguyên tố c, o, Si Zn mẫu Tuy nhiên, thật xác họp chất có mặt mẫu than phạm vi nghiên cứu chưa xác định 26 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 Hai mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 có giản đồ XRD khác biệt, hai nhóm Thuỷ trúc ban đầu nuôi trồng điều kiện thực nghiệm khác Tín hiệu đỉnh nhiễu xạ mẫu Fe-Bio-C-2 cao so với mẫu Bio-C (hình 3.10) vị trí hầu góc 20 tương tự (khoảng 26,6°) Trong đó, đỉnh nhiễu xạ mẫu Fe-Bio-C-1 có cường độ cao hơn, lệch phía góc 20 nhở Thực tế pha Hematite Fe2O3 có đỉnh nhiễu xạ đặc trung (012) vị trí góc 20= 24,1° (PDF#33-0664) Do đó, trường hợp này, chúng tơi tạm quy kết đỉnh nhiễu xạ cúa mẫu Fe-Bio-C-1 pha hematite Fe2O3 Hiện tượng đỉnh nhiễu xạ có độ bán rộng lớn ghi nhận nghiên cứu khác Youji Li cộng chất xúc tác TiO2/C [50] Các tác giả cho tạo composite với than hoạt tính, tỉ lệ hàm lượng than hoạt tính lớn thỉ cường độ đỉnh nhiều xạ cùa oxide TiO2 giảm xuất giãn rộng chân đỉnh nhiễu xạ vị trí góc 20 pha anatase (khoảng 25,5°) 45 A /y Như vậy, qua phân tích thành phân tro than rê Thuỷ trúc, r r đưa sô kêt luận sau: Thứ nhât, Thuỷ trúc sau hâp thụ Zn Fe dung dịch tích luỹ phần rễ Thứ hai, rễ cây, ngồi ngun tố c, Fe (cây xử lí dung dịch Fe3+), hay Zn (cây xử lí dung dịch Zn2+) cịn có ngun tố khác Na, Mg, Al, K, Ca có nguồn gốc từ tích lũy trinh sinh trưởng phát triển trước đưa vào môi trường thử nghiệm cùa nghiên cứu Thứ ba, sau nung trơ, mẫu than chứa Fe hay Zn dạng oxide Do xem mẫu than composite oxide ZnO Fe2O3 với carbon sinh học Phần trình bày kết thử nghiệm khả nãng hấp phụ quang xúc tác mẫu Bảng 3.5 biểu diễn số liệu thống kê mức độ khử màu (%) tối đa mẫu thử nghiệm hấp phụ quang xúc tác sau khoảng Trong bảng 3.5, ngồi mẫu có nguồn gốc từ Thuỷ trúc, Bio-C, Zn-Bio-C, Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 cịn có mẫu oxide ZnO, Fe2O3 TiO2 với vai trò so sánh TiO2 P-25, sản phẩm thương mại Degussa (Merck), biết đến loại oxide có hoạt tính quang xúc tác cao, công bố vô số cơng trình nghiên cứu trước [511 Tuy nhiên, để đánh giá mức độ hấp phụ quang xúc tác mẫu vật liệu tổng hợp từ sinh khối Thuỷ trúc, việc chọn sản phẩm thương mại phổ biến để so sánh cần thiết Điều cần lưu ý kết bảng 3.5 khối lượng TiO2 sử dụng % khối lượng mẫu than hay oxide khác, tất điều kiện thí nghiệm khác giống hồn tồn Lí bột TiO2 có kích thước nano, xốp nhẹ, nên thử nghiệm với khối lượng % so với mẫu khác thỉ thề tích đổ đống tương đương Ngồi ra, chúng tơi sử dụng khái niệm “độ khử màu” thay cho “độ phân huỷ” báo cáo vật liệu quang xúc tác thông thường quan sát liệu phổ UV-Vis, chúng tơi nhận thấy có bất thường phổ vùng bước sóng tử 46 ngoại (hình 3.12 3.13) Do tính tốn bảng 3.5, chúng tơi dựa vào thay đồi cực đại hấp thu MO bước sóng 464 nm thuộc vùng khả kiến Bảng 3.5 Tổng họp số liệu hiệu khử màu MO (độ khử màu*, %) cùa tất mâu thử nghiệm hâp phụ quang xúc tác TT rp 'V Tên mâu Hấp phụ Quang xúc tác Bio-C 30,91 % 33,13 % Fe-Bio-C-2 65,86 % 71,36 % Fe-Bio-C-1 56,00 % 57,60 % Zn-Bio-C 53,29 % 75,45 % ZnO 13,50 % 62,59 % TiO2 3,25 % 99,63 % Fe2O3 15,54 % 35,06 % Blank** — 3,20 % Chú thích: f*) độ khử màu MO xác định cách lấy hiệu số Abs (ban đầu) Abs (cuối) chia cho Abs (ban đầu) f**) mẫu blank mẫu khơng có xúc tác, nhằm kiểm tra ảnh hường cùa xạ UVTừ bảng 3.5 đưa đến số nhận định sau: Thứ nhất, mẫu Zn-Bio-C có nguồn gốc từ than rễ Thuỷ trúc sau hấp thu ion Zn2+ có hoạt tính hấp phụ quang xúc tác cao hoạt tính than sinh học (Bio-C) hay ZnO nguyên chất Điều giải thích phân tán cùa ZnO than rễ cao Zn2+ vi lượng sau hấp thụ vào phân tán mao mạch, sau nung trơ phân tán đồng hỗn họp than tro Thứ hai, mẫu Fe-Bio-C-2 có hàm lượng Fe thấp mẫu Fe-Bio-C-1, lại có hoạt tính quang xúc tác cao Và hai mẫu cao đáng kể so với trường hợp than sinh học (Bio-C) hay Fe2O3 ngun chất Chúng tơi chưa có kết 47 luận hàm lượng Fe hấp thụ vào rễ cho hoạt tính cao khơng đủ liệu thực nghiệm, kết luận hàm lượng nhỏ oxide kim loại phân tán cao tro than sinh học làm tăng hoạt tính quang xúc tác vật liệu Thứ ba, tất mẫu tổng hợp cỏ hoạt tính quang xúc tác thấp so với sản phẩm thương mại TiO2 Degussa 45 3.5 2.5 1.5 0.5 190 220 250 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 19 220 250 28 310 340 370 400 430 46 49 520 550 Bước sóng, nm Bước sóng, nm (a) (b) MầuBio-C Mầu Zn-Bio-C Bước sóng, nm Bước sóng, nm (c) Mầu ZnO (đối sánh) (d) Blank (khơng có xúc tác) Hình 3.12 Thực nghiệm quang xúc tác mẫu Bio-C Zn-Bio-C (so sánh với mẫu ZnO blank) 48 4.5 190 230 270 310 350 390 430 470 510 550 BiPỞc sóng, nm (a) Mầu Fe-Bio-C-1 190 230 270 310 350 390 430 470 510 550 Bước sóng, nm (c) Mầu Fe2O3 (đối sánh) 190 230 270 310 350 390 430 470 510 550 ước sóng (b) Mầu Fe-Bio-C-2 Bước sơng, nm (d) Mầu TiO2 (đối sánh) Hình 3.13 Thực nghiệm quang xúc tác mẫu Fe-Bio-C-1 Fe-Bio-C-2 (so sánh với mẫu Fe2O3 TiO2) Sự bât thường vùng bước sóng tử ngoại phơ ƯV-Vis (hình 3.12a, b 3.13 a, b) xảy mẫu có nguồn gốc từ than Thuỷ trúc Cả mẫu có nét chung cường độ màu MO giảm theo thời gian, tương ứng với cực đại hấp thụ bước sóng 464 nm giảm dần, cực đại vùng tử ngoại lại tãng mạnh lùi từ 270 nm 230 nm Thông thường, trình ... trưng vật liệu xúc tác chế tạo từ bã thải sau xử lí 3.3 Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) 3 - Chế tạo vật liệu xúc tác từ Thủy... phytoremediation - Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ, thiết bị tiến hành thực nghiệm khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí. .. bà thải thành vật liệu xúc tác cho phản ứng hữu công nghiệp Từ vấn đề nêu trên, chọn đề tài: ? ?Khảo sát loại bỏ ion Fe, Zn dung dịch nước Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) chế tạo vật liệu xúc tác