Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu Graphite nở mang từ tính để hấp phụ màu nhuộm hữu cơ

ĐẠI HỌC NGUYỀN TÁT THÀNH KHOA MÔI TRƯỜNG - THỤC PHẤM - HĨA Bộ MƠN QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG NGUYEN TAT THANH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỎNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU GRAPHITE TRÓC NỞ MANG TỪ TÍNH ĐỂ HẤP PHỤ MÀU NHUỘM HỮU SVTH: Nguyễn Thị Mộng Điệp MSSV: 1311526196 T.p Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2017 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT i ABSTRACT ii PHỤ LỤC V CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIÉU X CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỐNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giói thiệu chung ngành dệt nhuộm 2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường màu nhuộm hữu CO’ ngành công nghiệp dệt nhuộm 2.3 Đặc điểm cấu trúc, tính chất phân loại số loại màu nhuộm hữu thường sử dụng 2.4 Ảnh hưởng màu nhuộm hữu đến môi trường 10 2.5 Một số phương pháp xử lý thu hồi màu nhuộm hữu nước thải 10 2.6 Nghiên cứu vật liệu thường sử dụng để xử lý màu nhuộm hữu cơl 2.6.1 Nghiên cứu nước 11 2.6.2 Nghiên cứu n ước 12 2.7 Vật liệu Graphite vật liệu hấp phụ tiềm 14 2.7.1 Các ứng dụng Graphite 14 2.7.2 Nguồn graphite tự nhiên cua Việt Nam 16 2.7.3 Vật liệu graphite tróc nở 17 2.7.4 ủng dụng graphite tróc nở 17 2.7.5 Các phương pháp tổng hợp Graphite tróc nở 17 2.7.6 Những kết nghiên cứu gần khả ứng dụng vật liệu hấp phụ graphite tróc nở để xử lý màu hữu 19 iii 2.8 Cơ sở lý thuyết trình hấp phụ 20 2.8.1 Khái niệm hấp phụ 20 2.8.2 Phân loại 21 2.8.3 Động học hấp phụ 22 2.8.4 Cân bang hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 22 CHƯƠNG THỤC NGHIỆM 25 3.1 Nguyên liệu hóa chất 25 3.2 Dụng cụ thiết bị 25 3.3 Phương pháp phân tích 27 3.3.1 Phương pháp phân tích vật liệu 27 3.3.2 Phương pháp phân tích nồng độ chất màuhữu 29 3.4 Quy trình thí nghiệm 30 3.4.1 Tổng hợp Graphite tróc nở (EG) 30 3.4.2 Tơng hợp Graphite tróc nở mang từ tính(MEG) 31 3.4.3 Chuẩn bị dung dịch màu hữu 32 3.4.4 Thực thí nghiệm hấp phụ .33 3.5 Tính tốn kết 33 3.6 Trình tự nghiên cứu 34 3.6.1 Xác định ảnh hưởng tỉ lệ phần trăm khối lượng NiFe2O4 34 3.6.2 Xác địnhảnh hưởng nhiệt độ nung vật liệu hấp phụ 34 3.6.3 Xác địnhảnh hưởng pH 34 3.6.4 Xác định ảnh hưởng nồng độ màu hữu 34 CHƯƠNG KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36 4.1 Kết phân tích vật liệu 36 4.1.1 Phân tích hình thái 36 4.1.2 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 37 4.1.3 Nghiên cứu tính chất từ từ kế mau rung (VMS) 38 iv 4.1.4 Phân tích FTIR 40 4.1.5 Phân tích bề mặt BE T cấu trúc lỗ xốp 41 4.1.6 Kết luận 42 4.2 Đánh giá ảnh hưởng điều kiện tổng họp vật liệu đến khả hấp phụ màu hữu vật liệu graphite tróc nở tẩm NiFe2O4 43 4.2.1 Đánh giả ảnh hưởng tỉ lệ phần trăm khối lượng NiFe2O4 43 4.2.2 Đảnh giá ảnh hưởng nhiệt độ nung 45 4.3 Đánh giá ảnh hưởng cúa điều kiện hấp phụ lên khả hấp phụ màu hữu 47 4.3.1 Đánh giá ảnh hưởng pH 47 4.3.2 Đánh giả ảnh hưởng nồng độ màu hữu ban đầu 49 4.4 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 51 4.4.1 Phương trình Langmuir 51 4.4.2 Phương trình Freundlich 54 4.4.3 Phương trình Temkin 57 CHƯƠNG KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC V CÁC TÙ VIẾT TẮT EG (Exfoliated Graphite): Graphite tróc nờ IUPAC (International Union of Pure and: Liên minh Quốc tế Hóa học Applied Chemistry): túy Hóa học ứng dụng FTIR: Quang hồng ngoại GIC: Than nhuận hợp chất MEG (Magnetic Exfoliated Graphite): Graphite tróc mang từ tính SEM (Scanning Electron Microscopy): Kính hiến vi điện tử VSM (Vibrating sample magnetometer): Từ kế mẫu rung XRD (X-Ray Diffraction): Nhiều xạ tia X UV-VIS: Phố hấp thụ phân tứ MB: Màu Methylene Blue CR: Màu Congo Red CV: Màu Crystal Violet MO: Màu Methyl Orange vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm .4 Hình 2.2 Cơng thức cấu tạo màu Methylene Blue Hình 2.3 Cơng thức cấu tạo màu Congo Red Hình 2.4 Cơng thức cấu tạo màu Crystal Violet Hình 2.5 Công thức cấu tạo màu Methyl Orange Hình 2.6 Các biện pháp xử lý nước thái nhuộm 11 Hình 2.7 Quy trình sán xuất Phôi Graphite 14 Hình 2.8 Ngun lý tơng hợp EG từ graphite vảy 18 Hình 3.1 Graphite dạng vảy 25 Hình 3.2 Thiết bị hút chân không Rocker 400 .26 Hình 3.3 Cán kỹ thuật điện từ Ohaus PA213 26 Hình 3.4 Máy đo SEM JSM-6600 27 Hình 3.5 Máy phân tích BET Nova 3200e 28 Hình 3.6 Máy phán tích từ kế mâu rung GMW 29 Hình 3.7 Máy quang phổ ƯV-VIS 30 Hình 3.8 Quy trình tơng hợp vật liệu Graphite tróc nỡ 31 Hình 3.9 Quy trình tơng hợp EG-NiFe2O4 32 Hình 4.1 Anh SEM cùa graphite tróc nở (a) (b) .37 Hình 4.2 Phán tích SEM-EDS cùa MEG2 37 Hình 4.3 Mau XRD mẫu MEG 38 Hình 4.4 Các đường cong M-H chất hấp phụ graphite tróc nở: (a) ảnh hưởng cùa nhiệt độ nung lên MEG2 (b) ảnh hường hàm lượng NiFe2O4 39 vii Hình 4.5 Phân tách vật liệu hấp phụ MEG từ dung dịch nước bảng nam châm; (a) MEGI, (b) MEG2 nước (c) MEG2 dung dịch màu cv 40 Hình 4.6 Kết phân tích FTIR cùa vật liệu hấp phụ: EG (a); MEG2 (b); MEG2 hấp phụ màu MV (c), MB (d), CR (e), MO (f) 41 Hình 4.7 Kết q phán tích độ rơng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc graphite gồm graphite (G), graphite tróc nỡ (EG) graphite tróc nở mang từ tính (MEG) 20% khối lượng NiFeiOj 42 Hình 4.8 Anh hưởng cùa phần trăm khối lượng NiFe2O4 MEG đến hiệu suất xử lý màu hữu 43 Hình 4.9 Anh hưởng phần trăm khối lượng NiFe2O4 MEG đến dung lượng hấp phụ màu hữu 44 Hình 4.10 Anh hưởng cùa nhiệt độ nung vật liệu đen hiệu suất xử lý màu hữu 45 Hình 4.1 ỉ Anh hưởng nhiệt độ nung vật liệu đến dung lượng hấp phụ màu hữu ' 46 Hình 4.12 Anh hưởng pH đến hiệu suất xử lý màu hữu 47 Hình 4.13 Anh hưởng cùa pH đến dung lượng hấp phụ màu hữu 48 Hình 4.14 Anh hướng cùa nồng độ màu đến hiệu suất xử lý màu hữu 49 Hình 4.15 Anh hưởng cùa nồng độ đến dung lượng hấp phụ màu hữu 50 Hình 4.16 Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir MEG Methylene Blue 52 Hình 4.17 Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir MEG Congo Red 52 Hình 4.18 Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir MEG Crystal Violet 53 Hình 4.19 Đường đăng nhiệt hấp phụ Langmuir MEG Methyl Orange 53 Hình 4.20 Đường đăng nhiệt hấp phụ Freundlich MEG Methylene Blue 55 Hình 4.21 Đường đăng nhiệt hấp phụ Freundlich cùa MEG đoi với Congo Red 55 Hình 4.22 Đường đăng nhiệt hấp phụ Freundlich MEG Crystal Violet 56 Hình 4.23 Đường đăng nhiệt hấp phụ Freundlich MEG đoi với Methyl Orange 56 Hình 4.24 Đường đăng nhiệt hấp phụ Temkin MEG Methylene Blue 58 viii Hình 4.25 Đường đăng nhiệt hấp phụ Temkin củaMEG Congo Red 58 Hình 4.26 Đường nhiệt hấp phụ Temkincủa MEG Crystal Violet 59 Hình 4.27 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Temkỉncủa MEG Methyl Orange 59 ix DANH MỤC BẢNG BIẾU Bàng 2.1 Lưu lượng tính chất nước thái nhà máy dệt nhuộm TpHCM Bàng 2.2 Phản bố tài nguyên graphite Việt Nam 16 Báng 2.3 So sánh hấp phụ vật lý hap phụ hóa học 22 Bàng 2.4 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng [3] 24 Bàng ỉ Thong kê hang so mơ hình Langmuir, Freundlich Temkin cho hấp phụ màu hữu 60 X CHƯƠNG MỞ ĐÀU Ngành dệt nhuộm ngành mũi nhọn Việt Nam, ngành có kim ngạch xuất khâu lớn thứ hai với giá trị xuất khau đóng góp từ 10 - 15% vào GDP Trong nhũng năm gần đây, ngành dệt nhuộm liên tục phát triển với tốc độ bình quân 17% năm [7] Ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mè đồng nghía với việc phát sinh vấn đề lớn môi trường, nước thài công đoạn nấu, tấy nhuộm Đặc biệt nước thài cơng đoạn nhuộm cịn chứa chất hữu khó phân hủy nhóm phức mang màu có cấu trúc bền vừng [7], Vì vậy, dư lượng cùa chúng nước thài gây ô nhiềm trầm trọng đến môi trường, ảnh hường đến động thực vật thũy sinh tác động đến sức khỏe cho người động vật Trước sức ép môi trường ngày lớn, sản xuất dệt nhuộm phài sàn xuất phù họp với tiêu chuẩn môi trường Việt Nam QCVN 13-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỳ thuật quốc gia nước thài công nghiệp dệt nhuộm ban hành, mà phải phấn đấu đạt tiêu chuẩn quàn lý chất lượng môi trường ISO 14000:2015 để đàm bảo xuất cạnh tranh thương trường quốc tế, đặc biệt bối cành Việt Nam gia nhập WT0 vấn đề xử lý nước thải sờ sàn xuất công nghiệp tiếu thủ công nghiệp rat quan tâm [13] Đẻ loại bỏ chất ô nhiễm hữu khó phân hủy người ta áp dụng công nghệ xử lý nước thãi khác phương pháp ozon, công nghệ màng vi lọc Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho cơng nghệ vơ tốn [11] Với mục đích loại bó phẩm màu nhuộm hữu khỏi nước thài phương pháp hấp phụ truyền thống cân nhắc phương pháp thích hợp tính đơn gián, tính kinh tế, tính hiệu quà cao khơng tạo sản phẩm phụ có tính độc hại Việt Nam có trữ lượng graphite dồi đầy tiềm Tuy nhiên, graphite yếu sừ dụng ngành pin, lượng mà quan tâm ứng dụng việc xử lý môi trường Hiện nay, nhà nghiên cứu sử dụng graphite vật liệu hấp phụ đầy tiềm năng, có hiệu q xử lý chất nhiễm cao nhược điếm chúng thường dạng bột nên khó thu hồi Chính thế, Trong đó: K.L (L/mg) số Langmuir co (mg/L) nồng độ ban đầu cao Các loại đường đăng nhiệt hấp phụ xác định phạm vi giá trị cùa RL: không thuận lợi (Rl> 1), tuyến tính (Rl=1), thuận lợi (0