Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbon xốp pha tạp nitơ ứng dụng làm vật liệu xúc tác hấp phụ xử lý ô nhiễm phẩm màu trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HOÁ HỌC Lương Thị Hải NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CACBON XỐP PHA TẠP NITƠ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU XÚC TÁC HẤP PHỤ XỬ LÝ Ơ NHIỄM PHẨM MÀU TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học Chương trình đào tạo: Chuẩn Hà Nội - 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HOÁ HỌC Lương Thị Hải NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CACBON XỐP PHA TẠP NITƠ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU XÚC TÁC HẤP PHỤ XỬ LÝ Ô NHIỄM PHẨM MÀU TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Cán hướng dẫn: TS Hà Minh Ngọc Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học Chương trình đào tạo: Chuẩn Hà Nội - 2021 LỜI CẢM ƠN Lời cho em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Hà Minh Ngọc tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm nghiên cứu, thầy chia sẻ cho em kiến thức chuyên môn sâu sắc kinh nghiệm sống bổ ích Để hồn thành nghiên cứu em xin chân thành cảm ơn thầy Phịng thí nghiệm Hóa Mơi trường, Phịng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Tiên tiến ứng dụng Phát triển xanh mơn khác Khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện trang bị cho em kiến thức giúp em hồn thành nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 104.05-2017.348 hỗ trợ kinh phí thực nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln bên cạnh ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi tận tình giúp đỡ em suốt trình thực hồn thiện khóa luận tốt nghiệp Trong suốt trình làm nghiên cứu, em cố gắng nhiều để hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này, nhiên thời gian có hạn nên khóa luận cịn nhiều thiếu sót hạn chế Kính mong nhận góp ý thầy bạn! Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2021 Sinh viên Lương Thị Hải MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG .8 DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 10 1.1 Tổng quan vật liệu than 10 1.2 Biến tính than 11 1.2.1 Biến tính vật liệu than axit - bazơ 11 1.2.2 Vật liệu carbon xốp pha tạp nitơ 13 1.2.3 Ứng dụng vật liệu carbon xốp 15 1.3 Tổng quan phẩm màu .17 1.3.1 Các loại phẩm nhuộm thường dùng 17 1.3.2 Phẩm màu Metyl Blue (MB) .18 1.3.3 Tác hại nước thải dệt nhuộm tới môi trường sức khỏe người 19 1.3.4 Các phương pháp xử lý 20 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 25 2.1 Dụng cụ hóa chất .25 2.1.1 Dụng cụ 25 2.1.2 Hóa chất .25 2.2 Các phương pháp phân tích sử dụng 26 2.2.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.2 Phương pháp đo quang UV-Vis .27 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 27 2.2.4 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 28 2.2.5 Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) 30 2.4 Tổng hợp vật liệu 31 2.4.1 Biến tính than mỏ .31 2.4.2 Tổng hợp vật liệu than biến tính pha tạp nitơ 32 2.4.3 Tổng hợp vật liệu than M2 pha tạp nitơ 32 2.4.4 Tồng hợp vật liệu nung than xốp pha tạp nitơ 33 2.5 Phương pháp nghiên cứu 33 2.5.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả xử lý phẩm màu vật liệu .33 2.5.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 34 2.5.5 Phương pháp xử lý số liệu 36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu 37 3.1.1 Kết phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 37 3.1.2 Kết phổ hồng ngoại (FTIR) .38 3.1.3 Ảnh kính hiển vi điển tử quét (SEM) 39 3.1.4 Phổ UV-Vis 40 3.1.5 Phổ tán sắc lượng Tia X – EDS 41 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả xử lý phẩm màu vật liệu chưa biến tính 42 3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ MB vật liệu 42 3.2.2 Khảo sát Khả xử lý phẩm màu vật liệu q trình biến tính 45 3.3 Xác định tải trọng hấp phụ vật liệu .49 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ phẩm màu MB than mỏ M1 49 3.3.2 Xác định tải trọng vật liệu trình biến tính 49 3.3.3 So sánh tải trọng hấp phụ cực đại q trình biến tính trình nung 52 CHƯƠNG : KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT M1: Mẫu than Hòn Gai sấy M2: Mẫu than Hòn Gai nghiền 6h M3: Mẫu than Hòn Gai nghiền 6h biến tính với NaOH M4: Mẫu than Hịn Gai nghiền 6h biến tính với HNO3 M5: Mẫu than Hịn Gai nghiền 6h biến tính với NaOH HNO3 M6: Mẫu than Hịn Gai nghiền 6h khơng biến tính pha tạp nitơ M7: Mẫu than Hòn Gai nghiền 6h biến tính với NaOH HNO3 pha tạp nitơ M8: Mẫu than Hịn Gai nghiền 6h biến tính với NaOH HNO3 pha tạp nitơ qua trình nung SEM: Kính Hiển vi điện tử qt (Scanning Electron Microscope) Abs: Hấp thụ (Absorption) UV- Vis: Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả biến (UV – Visible diffuse DRS reflectance spectroscopy) XRD: Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffaction) IR: Quang phổ hồng ngoại EDS: Phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X Ray Spectroscopy) MB: Metyl Blue DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần than …………………………………………… ….12 Bảng 1.2 Ưu điểm nhược điểm phương pháp rửa trôi…… ……… …14 Bảng 3.1 Kết khảo sát khả xử lý phẩm màu vật liệu q trình biến tính… ………………………………… ………… ………….… …42 Bảng 3.2 Kết khảo sát khả xử lý phẩm màu vật liệu pha tạp tỉ lệ N khác theo thời gian……………………………………….…… … …44 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng q trình biến tính với axit- bazo q trình nung vật liệu………………………………………………………… …45 Bảng 3.4 Kết ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý MB vật liệu M2… 46 Bảng 3.5 Kết ảnh hưởng ánh sáng đến hiệu suất xử lý phẩm màu MB vật liệu M7………………………………………………………………… ….….47 Bảng 3.6 Kết xử lý phẩm màu MB vật liệu q trình biến tính……………………………………………………………………………… 49 Bảng 3.7 Kết xử lý phẩm màu vật liệu theo ảnh hưởng q trình biến tính nung……….……………………………………………………………… 52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ tồn nguyên tử nitơ khung carbon…… …17 Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo MB ……………………………………….….……23 Hình 2.1 Sự phản xạ bề mặt tinh thể………………………………………… 25 Hình 2.2 Nguyên tắc phát xạ tia X dùng phổ……………………………… 27 Hình 2.1 Quang phổ hồng ngoại thực vùng hồng ngoại phổ xạ điện từ………………………………………………………………………………28 Hình 2.4 Q trình biến tính than…………………………………… ….….….…29 Hình 2.5 Q trình tổng hợp vật liệu than biến tính pha tạp nitơ………….…….….32 Hình 2.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir………………………….……… 35 Hình 2.7 Đồ thị để xác định số phương trình Langmuir….……….36 Hình 3.1 Phổ XRD M2 M7 …………………………… ………….………37 Hình 3.2 Phổ IR M2 M7………………………………… ………….… 38 Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu M2 ……………………………………………… 39 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu M7…………………………… ……………….… 39 Hình 3.5 Phổ UV-Vis vật liệu M2 M7…………… …………………… 40 Hình 3.6 Ảnh EDS M2 ……………………………………………………… 41 Hình 3.7 Ảnh EDS C ……………………….………………… ………….…41 Hình 3.8 Ảnh EDS N …………………………………………… …….41 Hình 3.9 Đường chuẩn Metyl Blue …………………………………… … ….….42 Hình 3.10 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý phẩm màu MB tính……… …43 Hình 3.11 Ảnh hưởng ánh sáng đến hiệu suất xử lý phẩm màu MB vật liệu M7……………………………………………………………………………….…44 Hình 3.12 Hiệu suất xử lý phẩm MB loại vật liệu trình biến … 45 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý phẩm màu MB loại vật liệu pha tạp tỷ lệ nittơ khác theo thời gian ……………………………………….…………….……46 Hình 3.14 Hiệu suất xử lý phẩm màu MB loại vật liệu xử lý qua trình biến tính nung…………………………………………… …………47 Hình 3.15 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir MB M1 …… 48 Hình 3.16 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M2…… …49 Hình 3.17 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M3…… ….50 Hình 3.18 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M4 ……… 50 Hình 3.19 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M5…… …51 Hình 3.20 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M6 ……… 52 Hình 3.21 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M7…… …53 Hình 3.22 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mẫu than M8…… …53 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trường nói chung, nhiễm mơi trường nước nói riêng vấn đề tồn cầu Nguồn gốc ô nhiễm nước chủ yếu việc xả thải trực tiếp nguồn ô nhiễm môi trường bao gồm nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp, nông nghiệp… Một ngành gây ô nhiễm nghiêm trọng nước ta dệt nhuộm Từ năm 2018, ngành dệt may Việt Nam ghi nhận nằm tốp nước xuất hàng đầu giời, sau Trung Quốc Ấn Độ Theo Báo cáo Hiệp hội Dệt may Việt Nam, tháng đầu năm 2019, kinh tế giới có xu hướng tăng chậm lại biến động xung đột trị, thương mại, đặc biệt sách bảo hộ, chiến tranh thương mại gia tăng ngày phức tạp, khó lường, ngành dệt may đạt tổng kim ngạch xuất gần 18 tỷ USD, tăng 8,61% so với kỳ năm 2018; đó, hàng may mặc đạt 14,02 tỷ USD, tăng 8,71% Mặt hàng vải đạt 1,02 tỷ USD, tăng 29,9%; mặt hàng xơ, sợi đạt 2,01 tỷ USD, tăng 1,1%; vải địa kỹ thuật tăng 16,9%; phụ liệu dệt may giảm 0,29% Bên cạnh lợi ích kinh tế khổng lồ ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường đáng quan tâm, với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ để xử lý chất hữu có hại nước thải như: ZIF-67, MOFs…Với tiêu chí tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm nghiên cứu khóa luận tiến hành chế tạo vật liệu carbon xốp pha tạp nitơ từ than mỏ Hòn Gai Quảng Ninh để ứng dụng làm vật liệu xúc tác hấp phụ xử lý ô nhiễm phẩm màu môi trường nước" Mục tiêu nghiên cứu biến tính bề mặt than thơ (than Hòn Gai) cách gắn phi kim nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt than hoạt tính làm tăng dung lượng hấp phụ khảo sát khả hấp phụ phẩm màu nước thải dệt nhuộm với hy vọng phát triển đa dạng loại vật liệu để ứng dụng kiểm soát, xử lý nước thải phẩm nhuộm trình thực tiễn CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu than Than mỏ tạo thành thực vật bị vùi lấp đất phân hủy dần, bị nén áp suất cao, nhiệt độ lớn hàng triệu năm Thời gian thành tạo dài, than già hàm lượng cacbon than cao Các mỏ than phân bố nhiều nước Bắc Bán cầu: Trung Quốc, Nga, nước châu Âu, Canada, Mỹ Tại Việt Nam mỏ than lớn Việt Nam Quảng Ninh Mức sản xuất than nước giới trung bình tỉ tấn/năm Than mỏ gồm loại: than đá, than mỡ, than non, than gỗ, than xương than bùn, dầu mỏ phân bố rừng Than loại đá trầm tích có màu nâu đen đen đốt cháy thường xuất tầng đá gồm nhiều lớp lớp khống chất hay cịn gọi mạch mỏ Một loại than cứng than anthracit, liên quan đến đá biến chất tác động lâu dài nhiệt độ áp suất Than mỏ chất gồm chủ yếu ngun tố carbon dạng vơ định hình (bột), chiếm từ 60 đến 75% khối lượng, phần có dạng tinh thể vụn grafit, lượng nhỏ tàn tro nguyên tố khác hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi, có sẵn nguyên liệu ban đầu liên kết với carbon q trình hoạt hóa Bảng 1.1 Thành phần than [1] STT Tên nguyên tố C (Carbon) 63,89 H (Hydrogen) 4,36 N (Nitrogen) 0.94 S (Sulfur) 0,63 O (Oxygen) 30.21 10 Thành phần % khối lượng Than chất hấp phụ sử dụng phổ biến sử dụng rộng rãi để loại bỏ chất ô nhiễm hữu vô nước Khả hấp phụ số quan trọng để đánh giá hiệu hấp phụ chất hấp phụ Các chất hấp phụ khác từ chất thải rắn nông nghiệp, chất thải rắn công nghiệp, phụ phẩm nông nghiệp sử dụng xử lý nước thải Ví dụ, đất sét , bùn , montmorillonite , sợi lanh , zeolit than sinh học (trấu , gỗ thông , lúa mì , bã mía , cỏ switchgrass , Ficus carica libe [1] làm chất hấp phụ sử dụng để xử lý hấp phụ nước thải nhuộm 1.2 Biến tính than 1.2.1 Biến tính vật liệu than axit - bazơ Để chuẩn bị cho trình pha tạp N vào vật liệu, mẫu than mỏ cần phải làm than cách loại bỏ chất khống vơ khơng mong muốn khơng cháy khỏi than Có hai kỹ thuật kỹ thuật tách sử dụng để làm than Một kỹ thuật chất hữu chiết xuất từ than thơng qua q trình chiết dung mơi để lại than dư giàu lượng tro [11] Trong số phương pháp khác, chất khống vơ loại bỏ khỏi than cách rửa trơi hóa học sử dụng hóa chất vơ Việc lọc than qua q trình chiết xuất dung mơi, tức tinh chế than hữu dẫn đến sản lượng than lớn Hơn nữa, khống chất vơ tách khỏi than dẫn đến việc thu hồi khống chất gia tăng [12] Bảng tóm tắt nhược điểm ưu điểm phương pháp rửa trôi khác sử dụng để khử khoáng chất than 11 Bảng 1.2 Ưu điểm nhược điểm phương pháp xử lý Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Xử lý axit Axit hòa tan hầu hết khoáng chất phốt phát, cacbonat, sunfat tùy thuộc vào axit sử dụng Không phải tất khoáng chất rửa axit Xử lý axit bước Hai axit sử dụng với khả axit loại bỏ khống chất khơng thể loại bỏ lần rửa trước Chất oxy hóa chất tạo chelat Dẫn đến việc khử lưu huỳnh hiệu than Xử lý axit kiềm Kết loại bỏ tro hiệu (90%) với việc rửa hai bước Việc sử dụng HF, HCl HNO3 yêu cầu vật liệu đặc biệt chắn Chúng làm thay đổi cấu trúc than đặc tính hình thái than Các chất oxy hóa tạo chelat nhạy cảm với pH tạo phức chất khó loại bỏ khỏi than Sử dụng nhiều cản trở cấu trúc than Việc sử dụng kỹ thuật làm sinh học cách sử dụng vi khuẩn enzym chúng trình tẩy trắng sinh học phân hủy sinh học than cách sử dụng ferroodoxin Acidithiobacillus Trên thực tế, khả chiết xuất than dung môi hữu mức độ nhẹ hơn, điều kiện áp suất xung quanh thường nhỏ 25% - 30% Năng suất chiết xuất nâng cao cách sử dụng áp suất cao nhiệt độ cao Tuy nhiên, điều dẫn đến thay đổi cấu trúc hóa học hữu than Các phương pháp sử dụng để điều chỉnh than xốp bao gồm phương pháp vật lý, hóa học sinh học Cơng nghệ biến tính hóa học cho thấy ý nghĩa to lớn để cải thiện tính ưa nước phân tán nước tăng lực than xốp nước giảm lượng hấp dẫn hạt Ưu điểm phương pháp giá thành rẻ [15] làm hỏng cấu trúc than Hơn nữa, chất hoạt động bề mặt thay đổi đặc tính điện tích bề mặt than cung cấp nhiều vị trí hấp phụ ion cho chất ô nhiễm, điều không nâng cao khả hấp phụ ion chất ô nhiễm vật liệu than xốp [15], mà cịn thúc đẩy q trình hấp phụ có chọn lọc 12 Do đó, rửa than hóa học cách sử dụng hóa chất vô dường lựa chọn tốt để làm than để thu than có độ tro thấp Trong q trình này, than xử lý với axit kiềm vô để giảm tro hàm lượng lưu huỳnh than Các thuốc thử thông dụng sử dụng NaOH, Na 2CO3, CaO, Ca (OH)2, vôi sống, KOH [10], axit khoáng HCl, HF, HNO 3, H2SO4, HI Các chất oxy hóa H2O2, Fe2(SO4)3, K2Cr2O7, NaOCl, số nhà nghiên cứu sử dụng Các chất EDTA, axit xitric, axit pyroliological sử dụng Sự có mặt chất oxy hóa axit phương pháp sử dụng điều dẫn đến việc loại bỏ lưu huỳnh pyritic Việc sử dụng axit, kiềm, chất oxy hóa loại kiềm khác nhau, kết hợp axit lựa chọn tốt để khử khoáng khử lưu huỳnh than Tuy nhiên, với khả khử khoáng khử lưu huỳnh cao tới 80% –90% than cấp thấp Vì vậy, nghiên cứu mở rộng theo hướng sử dụng q trình vật lý với phương pháp hóa học tương lai để làm than sử dụng than hiệu 1.2.2 Vật liệu carbon xốp pha tạp nitơ Cấu trúc đặc điểm cacbon xốp có tính độc đáo: độ bền học cao, cấu trúc lỗ kiểm sốt độ xốp cao Carbon xốp sử dụng rộng rãi, biện pháp nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất vật liệu đâng nghiên cứu sâu ngày đa dạng Một phương pháp phổ biến pha tạp nitơ, phương pháp quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc bề mặt vật liệu cải thiện cấu trúc lỗ rỗng Nitơ bảng tuần hồn ngun tố hóa học gần vị trí carbon có bán kính nguyên tử gần giống với bán kính nguyên tử carbon điều kiện thuận lợi để thay nguyên tử Các đặc tính cấu trúc vật liệu carbon tối ưu hóa cách pha tạp nitơ cách sử dụng kỹ thuật thủy nhiệt lắng đọng sử dụng để tổng hợp vật liệu cacbon nitrua có cấu trúc graphit Nguyên tử nitơ chứa cặp electron đơn lẻ, đóng vai trị mang ion sau kết hợp với cacbon xốp, giúp tăng cường mật độ điện tích khả dẫn điện vật liệu hiệu Qua phương pháp pha tạp nitơ nghiên cứu rộng sâu cịn làm tăng vị trí khuyết tật cấu trúc vật liệu hoạt động điện phân, điện hóa Nitơ sau pha tạp nâng cao khả kết hợp với ion kim loại phân tán chất xúc tác kim loại bề mặt vật liệu cacbon điều kiện thuận lợi Tính trơ vốn có carbon xốp pha tạp nguyên tử nitơ 13 hiệu suất cải thiện đáng kể giúp mở rộng phạm vi ứng dụng Sau nguyên tử nitơ pha tạp với cacbon xốp, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất mơi trường ngun tử nitơ vật liệu, nguyên tử nitơ có nhiều loại khác giai đoạn sau kết hợp với vật liệu cacbon Dạng tồn nguyên tử nitơ khuôn khổ vật liệu cacbon thể Hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ tồn nguyên tử nitơ carbon Các chất tương ứng hình amino, pyrrole, nitrosyl, pyridine nitơ bậc bốn Cấu trúc chủ yếu nguyên tử nitơ liên kết trực tiếp với khung C sau đưa vào vật liệu carbon, loại phổ biến pyridine Nitơ pyridine nitơ graphit, thúc đẩy cải thiện độ kiềm L vật liệu carbon Loại cịn lại nitơ hóa học, nhóm chức bề mặt phụ thuộc vào loại nguyên tử cacbon bề mặt vật liệu cacbon, chẳng hạn nhóm nitroso nhóm amin Nó đóng vai trò lớn việc cải thiện độ kiềm B vật liệu Nghiên cứu thử nghiệm chủ yếu bổ sung axit humic Thêm melamine đưa nguyên tử nitơ vào, điều chế cacbon xốp phương pháp hoạt hóa Người ta phát sau nguyên tử dị thể pha tạp nguyên tử nitơ cải thiện đáng kể hiệu suất hấp phụ cacbon xốp Hiện vật liệu carbon xốp pha tạp nitơ tổng hợp thông qua hai cách tiếp cận chính: Một doping sau xử lý, bao gồm việc điều chỉnh 14 aminocaproic axit (21) xử lý nhiệt amoniac (22,23), phóng hồ quang điện pyridin amoniac(24) xử lý ion chất lỏng(25) phương pháp thứ tổng hợp trực tiếp như: phương pháp tiêu (26,27), nhiệt phân trực tiếp (28,29) từ tiền chất chứa nitơ (30) Trong nghiên cứu này, sử dụng nguồn than mỏ Hòn Gai để làm vật liệu biến tính nitơ có ure để chế tạo vật liệu carbon xốp pha tạp nitơ 1.2.3 Ứng dụng vật liệu carbon xốp Carbon xốp ngồi khả hấp phụ tốt cịn có ưu điểm như: khơng độc hại, giá thành rẻ, sản xuất dễ dàng, lỗ trống lớn, dẫn điện tốt Vì sử dụng rộng rãi sống cho nhiều ứng dụng: Ứng dụng cơng nghiệp: ứng dụng cơng nghiệp xử lý kim loại cuối Nó sử dụng rộng rãi tinh chế dung dịch mạ điện Ví dụ, kỹ thuật tinh chế việc loại bỏ tạp chất hữu từ dung dịch mạ Nhiều chất hữu thêm vào dung dịch mạ để cải thiện tính bám dính tăng tính chất độ sáng, nhẵn, tính uốn v.v Sự truyền dịng điện trực tiếp phản ứng điện hóa oxi hóa anot khử catot, phụ gia hữu sinh sản phẩm phân hủy không mong muốn dung dịch Sự sinh nhiều chúng có hại cho chất lượng mạ tính chất vật lý kim loại Sự xử lý than loại bỏ tạp chất trả lại hiệu suất mạ mức độ mong muốn [26] Carbon xốp sử dụng nhiều để làm nhiên liệu rắn cho trình sản xuất điện trình đốt cháy Để sản xuất điện năng, theo truyền thống , thường nghiền thành bột sau đốt lị Nhiệt độ lị nung chuyển đổi nước lò thành nước, sau nước sử dụng để quay tuabin làm hoạt động máy phát điện để sinh điện Ngồi việc tạo điện, khí tự nhiên phổ biến số nước với mục đích dùng để làm nhiên liệu ô tô, sử dụng sản xuất thép sản phẩm từ sắt khác Việc khí hóa than sử dụng để sản xuất khí tổng hợp, hỗn hợp khí (CO) khí hydro (H2) Thơng thường khí tổng hợp sử dụng để đốt tuabin khí để sản xuất điện, tính linh hoạt khí tổng hợp phần cho phép chuyển đổi thành nhiên liệu vận chuyển, chẳng hạn xăng dầu diesel, thơng qua q trình Fischer-Tropsch; Ngồi ra, khí tổng hợp cịn chuyển đổi thành metanol, trộn trực tiếp thành nhiên liệu chuyển đổi thành xăng qua q trình chuyển hóa methanol thành xăng Ngồi ra, khí hydro thu từ khí hóa sử dụng cho mục đích khác nhau, chẳng hạn cung cấp 15 lượng cho kinh tế dùng khí hydrogen, chế tạo ammonia, nâng cấp nhiên liệu hóa thạch Trong q trình khí hóa, than hịa trộn lẫn với khí oxygen nước khí sau làm nóng điều áp Trong phản ứng, phân tử oxy phân tử nước chuyển hóa than thành khí carbon monoxide (CO), đồng thời giải phóng khí hydro (H2) Q trình thực mỏ than nằm sâu lòng đất đặc biệt trình sản xuất khí, nguồn khí sản xuất cung cấp cho thị trấn bán lại cho khách hàng với nhiều mục đích sử dụng để đốt, để chiếu sáng, hay để sưởi ấm nấu nướng 3C (như Than) + O2 + H2O → H2 + 3CO Nếu nhà máy lọc dầu muốn sản xuất xăng, khí tổng hợp thu thập trạng thái sau chuyển thành phản ứng Fischer-Tropsch Tuy nhiên, hyđro sản phẩm cuối mong muốn, khí tổng hợp đưa vào phản ứng dịch chuyển khí nước, nơi có nhiều hydro CO+H2O→CO2+H2 Than nguyên liệu quan trọng sản xuất loạt loại phân bón hóa học sản phẩm hóa học khác Phương pháp sản xuất sản phẩm khí hố than để sản xuất khí tổng hợp [27] Các hóa chất sản xuất trực tiếp từ khí tổng hợp bao gồm methanol, hydro carbon monoxide, khối cấu tạo hóa học mà tồn hóa chất phái sinh sản xuất, bao gồm olefin, axit axetic, formaldehyde, amoniac, chất khác Ứng dụng môi trường: Sự hấp phụ cacbon có nhiều ứng dụng loại bỏ chất gây nhiễm từ khơng khí hay nước như: + Làm dầu tràn + Lọc nước ngầm + Lọc nước uống + Làm khơng khí + Giữ tạp chất hữu không bay từ màu vẽ, lọc khô, bay xăng trình khác + Chuyển hóa methane thành H2 [16] 16 + Xử lý phẩm màu dệt nhuộm từ nhà máy Trong xử lý nước thải, carbon xốp sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ chất ô nhiễm khác nhau, bao gồm chất ô nhiễm hữu [23], thuốc nhuộm hoạt tính [20,21,22,24] kim loại nặng Carbon xốp biến tính chất hoạt động bề mặt khác có ảnh hưởng khác đến chất lượng nước khác nước thải nhuộm Do đó, cần phải xác định tồn ion khác ảnh hưởng đến hấp phụ Trong đó, cần thêm thông tin để hiểu rõ hấp phụ thuốc nhuộm vật liệu tổng hợp 1.3 Tổng quan phẩm màu 1.3.1 Các loại phẩm nhuộm thường dùng - Thuốc nhuộm hoạt tính Các loại thuốc nhuộm nhóm có cơng thức tổng qt S-F-T-X đó: S nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F phần mang màu, thường hợp chất azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại ftaloxiamin; T gốc mang nhóm phản ứng; X nhóm phản ứng Loại thuốc nhuộm thải vào mơi trường nước có khả tạo thành amin thơm xem tác nhân gây ung thư - Thuốc nhuộm trực tiếp Đây thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo số dẫn suất dioxazin Ngồi thuốc nhuộm cịn có chứa nhóm làm tăng độ bắt màu triazin salicylic axit tạo phức với kim loại để tăng độ bền màu - Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm hồn ngun gồm nhóm chính: nhóm đa vịng có chứa nhân antraquinon nhóm indigoit có chứa nhân indigo Cơng thức tổng qt R=C-O R hợp chất hữu nhân thơm, đa vòng Các nhân thơm đa vòng loại thuốc nhuộm tác nhân gây ung thư, không xử lý mà thải trực tiếp môi trường ảnh hưởng tới sức khoẻ người - Thuốc nhuộm phân tán 17 Nhóm thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo, antraquinon nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste…) không ưa nước - Thuốc nhuộm lưu huỳnh Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị tiazol, tiazin, zin…trong có cầu nối -S-S- dùng để nhuộm loại sợi cotton vicose - Thuốc nhuộm axit Là muối sunfonat hợp chất hữu khác có cơng thức RSO3Na tan nước phân ly thành nhóm R-SO mang màu Các thuốc nhuộm thuộc nhóm mono, diazo, dẫn xuất antraquinon, trỉayl metan - Thuốc in, nhuộm pigmen Có chứa nhóm azo, hồn ngun đa vịng, ftaoxiamin, dẫn xuất antraquinon… 1.3.2 Phẩm màu Metyl Blue (MB) Hiện khoảng 70% phẩm nhuộm sử dụng hợp chất màu Azo Hợp chất màu azo hợp chất màu tổng hợp có chứa nhóm azo –N=N– Hầu hết loại hợp chất màu azo chứa nhóm azo (gọi monoazo), số chứa hai nhóm nhiều Hợp chất azo thường có chứa vịng thơm liên kết với nhóm azo nối với naphtalen hay vòng benzen thứ hai Hợp chất màu azo bền tất phẩm màu tự nhiên Đặc biệt, phẩm màu azo bền phạm vi pH rộng, bền với nhiệt phơi ánh sáng oxy, khó bị phân hủy vi sinh vật Chính mà sử dụng phổ biến Các loại phẩm nhuộm tổng hợp có chứa nhóm mang màu azo có từ lâu đời ngày sử dụng phổ biến có đặc điểm dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định đa dạng màu sắc so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm sản phẩm chúng gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới sức khỏe người môi trường sinh thái Hàng năm, có khoảng 280000 phẩm nhuộm thải toàn giới Phẩm nhuộm azo chiếm khoảng 70% lượng phẩm nhuộm sử dụng, nhóm phổ biến chất màu tổng hợp thải vào môi trường Chỉ cần lượng nhỏ phẩm nhuộm nước (ít ppm) gây thay đổi màu dễ nhận thấy Thêm vào đó, nước thải gây số tác động độc hại ung thư, đột biến gen cho người Nước thải dệt nhuộm 18