Microsoft Word 199 Le Thu Huong doc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN 978 604 82 2981 8 502 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU MnO2 PHỦ TRÊN LATERIT CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA XANH[.]
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU MnO2 PHỦ TRÊN LATERIT CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA XANH METYLEN Lê Thu Hường GIỚI THIỆU Xanh methylen (MB) dùng điều trị ngộ độc cyanua, điều trị chốc lở, viêm da mủ, sát khuẩn đường niệu sinh dục làm thuốc nhuộm mô số thao tác chẩn đốn (nhuộm vi khuẩn…) Ngồi ra, xanh methylen hóa chất sử dụng rộng rãi ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in Trong nước thải trình dệt nhuộm, lượng lớn MB dư gây nên ô nhiễm mơi trường Do đó, việc loại bỏ MB thu hút ý đáng kể lĩnh vực mơi trường Q trình oxy hóa tăng cường (AOP) phương pháp phù hợp để xử lý nước thải chứa nhiều thành phần độc, khó phân hủy sinh học Hiện nay, q trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng oxi hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng sử dụng để nghiên cứu sử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy Tuy nhiên, nhờ ưu bật việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt chất hữu khó phân hủy sinh học (POP) q trình oxi hóa nâng cao dựa gốc tự *HO xem “chìa khóa vàng” để giải toán đầy thách thức kỷ cho ngành xử lý nước nước thải Một số Fenton cổ điển q trình (hịa tan Fe (II) H2O2), chất ô nhiễm hữu phân hủy thành chất vô hại CO2 H2O Nhược điểm trình Fenton đồng thể phải thực pH thấp, sau phản ứng phải nâng pH > để tách ion Fe2+ khỏi nước thải sau xử lý nước vôi dung dịch kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau phải qua thiết bị lắng lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo lượng bùn kết tủa chứa nhiều sắt Vì vậy, để khắc phục nhược điểm trên, nguồn sắt sử dụng làm chất xúc tác nhiều cơng trình nghiên cứu thay quặng sắt goethite ( - FeOOH), cát có chứa sắt, sắt chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/zeolite, Q trình xảy giống trình Fenton khảo sát nên cịn gọi q trình kiểu Fenton dị thể (heterogenous Fenton like processes) Mangan oxit, đặc biệt mangan dioxit (MnO2) có tác dụng phân hủy H2O2 kiểu Fenton Do đó, báo nghiên cứu tổng hợp MnO2 kích thước nanomet phủ vật liệu laterite (quặng giàu sắt, sẵn có Việt Nam) làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất hữu (xanh metylen) tác nhân H2O2 MnO2 với kích thước nanomet laterite tác nhân mạnh công nghệ xử lý nước thải chứa chất hữu Ưu điểm vượt trội vật liệu q trình oxi hóa xảy nhanh, hiệu suất xử lý đạt 98% THỰC NGHIỆM Hóa chất dùng cho nghiên cứu loại tinh khiết: MnSO4.H2O, KMnO4, H2O2, Etylic 900 (C2H5OH), polyvinyl ancol (PVA), thuốc thử, xanh metylen (Merck) Hiển vi điện tử quét (SEM): S-4800 (SEM, Hitachi) Hiển vi điện tử truyền qua (TEM): JEOL-JEM1010-Mỹ Diện tích bề mặt riêng (BET): TriStar-3000Mỹ Trắc quang (UV-Vis): UV1800-Japan 502 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Xử lý mẫu biến tính nhiệt laterit Laterit kích thước hạt khoảng 1mm biến tính nhiệt theo sơ đồ sau: Laterit Ngâm HCl Sấy khô Rửa nước cã Hình Hạt MnO2 phóng đại 40000 lần Cân 100 g Laterit cho vào bình thủy tinh dung tích 250 ml Cho 40 ml HCl tỷ lệ (1:2) vào cốc thủy tinh Sau ngâm giờ, chắt bỏ axit, rửa laterit nước cất, đem sấy khơ Ta thu vật liệu Kí hiệu M1 Qui trình tổng hợp hệ keo MnO2 Từ hình ảnh ta thấy hạt thu có kích thước tương đối đồng đều, kích cỡ khoảng 50 nm; hình dạng cầu gai hạt hồn tồn khơng bị co cụm b) a) Hình Bề mặt laterit trước (a) sau (b) phủ Phương trình phản ứng hóa học xảy ra: 2KMnO4 + 3H2O2 2KOH + 2MnO2↓ +2H2O + 3O2↑ Chế tạo vật liệu M2 Qui trình chế tạo: Ta tổng hợp vật liệu phương pháp ngâm phủ Cho 50g laterite kích thước hạt 0.5 mm vào cốc chứa hệ keo trên, ngâm tẩm, đem sấy khô 1050C vòng 8h, rửa muối vật liệu nước cất ta thu vật liệu M2 Hoạt tính xúc tác vật liệu đánh giá qua phản ứng phân hủy xanh metylen với nồng độ khác Nồng độ xanh metylen trước sau xử lý xác định qua cường độ hấp thụ phổ UV Qua trình khảo sát phổ hấp thụ xác định bước sóng hấp phụ cực đại λ = 664 nm Qua hình ảnh SEM ta thấy bề mặt vật liệu phủ lớp MnO2 kích cỡ nanomet phân bố bề mặt 3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình oxi hóa MB vật liệu M2 Nồng độ đầu vào H2O2: 30 % 1.5ml Nồng độ đầu vào xanh metylen: 20 ppm Khối lượng vật liệu: 2g pH thay đổi từ 2-12 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đưa hình cho thấy pH từ 2–5 hiệu suất xử lý thấp, pH từ 6-8 hiệu suất xử lý đạt khoảng 89%, pH từ 9-12 hiệu suất xử lý đạt 100% Sự khác biệt xử lý MB môi trường bazơ nghiên cứu nghiên cứu Như trình khảo sát tiến hành pH = KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát kích thước bề mặt vật liệu Để xác định xác hình dạng kích thước, hệ keo MnO2 chụp thiết bị TEM (Hình 1) 503 Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ MB vật liệu Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 3.4 Khảo sát ảnh hưởng lượng H2O2 đến q trình oxi hóa MB vật liệu M2 Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng H2O2 đến q trình oxi hóa MB vật liệu Kết khảo sát ảnh hưởng lượng H2O2 đưa hình cho thấy từ 0,2 đến 1.5 ml H2O2 30 % hiệu xử lý tăng mạnh, tỷ lệ thuận với lượng H2O2 Điều giải thích số lượng gốc tự HO* sinh tăng theo lượng H2O2 tăng, tiếp tục tăng lượng H2O2 (> 1.5 ml) hiệu xử lý khơng khơng tăng mà cịn giảm Hiện tượng xảy trình tiêu thụ gốc tự theo phương trình: H2O2 + HO* → HO2* + H2O HO2* + HO* → H2O + O2 Việc tiêu thụ gốc tự HO* dư làm giảm khả xúc tác nên hiệu xử lý giảm Như thấy lượng H2O2 tối ưu cho q trình xử lý xanh metylen 1.5 ml H2O2 30 % 3.5 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất xúc tác đến q trình oxi hóa MB vật liệu M2 Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất xúc tác Kết khảo sát ảnh hưởng lượng chất xúc tác đưa hình cho thấy hiệu xử lý tăng tăng khối lượng xúc tác Nhưng tăng nhanh khoảng 0,5 đến 1.5 g Như trình khảo sát tiến hành chọn khối lượng chất xúc tác M2 1.5 g 3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý đến trình hấp phụ MB vật liệu M2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đưa hình cho thấy 45 phút đầu tốc độ xử lý tăng nhanh đạt hiệu suất cao 89.96 % sau tăng chậm dần Như q trình khảo sát thời gian chọn 45 phút Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian KẾT LUẬN Đã nghiên cứu tổng hợp MnO2 kích thước nanomet phủ vật liệu laterite (quặng giàu sắt, sẵn có Việt Nam) làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất hữu (xanh metylen) tác nhân H2O2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới q trình xúc tác oxi hóa xử lý xanh metylen vật liệu M2: pH = 7, 1,5 ml H2O2 30%, khối lượng xúc tác 1,5 g TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển, Nguyễn Thị Thu Phương, Tổng hợp đánh giá khả xử lý asen (III) vật liệu MnO2 kích thước nanomet silicagen, pyroluzit, Tạp chí Hóa học, 51(3AB), 311-314 (2013) [2] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn, Tổng hợp hỗn hợp đồng kết tủa FeOOH, MnOOH kích thước nanomet laterit để đánh giá khả xúc tác cho phản ứng oxi hóa xanh metylen, Tạp chí Hóa học, 52(5A), 205-207 (2014) 504 ... xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất hữu (xanh metylen) tác nhân H2O2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới q trình xúc tác oxi hóa xử lý xanh metylen vật liệu M2: pH = 7, 1,5 ml H2O2 30%, khối lượng xúc tác. .. làm giảm khả xúc tác nên hiệu xử lý giảm Như thấy lượng H2O2 tối ưu cho q trình xử lý xanh metylen 1.5 ml H2O2 30 % 3.5 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất xúc tác đến q trình oxi hóa MB vật liệu M2... phủ Cho 50g laterite kích thước hạt 0.5 mm vào cốc chứa hệ keo trên, ngâm tẩm, đem sấy khô 1050C vòng 8h, rửa muối vật liệu nước cất ta thu vật liệu M2 Hoạt tính xúc tác vật liệu đánh giá qua phản