Nghiên cứu tổng hợp vật liệu fe2o3 lập phương xốp và ứng dụng trong xử lý xanh methylen và rhodamine b trong môi trường nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM BÙI THỊ THANH HÀ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Fe2O3 LẬP PHƢƠNG XỐP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ XANH METHYLEN VÀ RHODAMINE B TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ Hoá lý thuyết hoá lý Đà Nẵng – Năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM BÙI THỊ THANH HÀ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Fe2O3 LẬP PHƢƠNG XỐP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ XANH METHYLEN VÀ RHODAMINE B TRONG MƠI TRƢỜNG NƢỚC Chun ngành: Hố lý thuyết hoá lý Mã số: 8440119 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Võ Thắng Nguyên TS Vũ Thị Duyên Đà Nẵng - Năm 2023 v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii DANH MỤC BẢNG x MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu Fe2O3 lập phương xốp (α-Fe2O3) 1.1.1 Giới thiệu Fe2O3 1.1.2 Tính chất vật lí, tính chất hóa học, trạng thái tự nhiên ứng dụng 1.1.3 Giới thiệu α-Fe2O3 1.2 Giới thiệu hợp chất màu 1.2.1 Giới thiệu sơ lược hợp chất màu 1.2.2 Một số phẩm nhuộm thường gặp 1.2.3 Giới thiệu chung Methylene blue (MB) 1.2.4 Giới thiệu chung Rhodamine B (RhB) 1.3 Tổng quan phương pháp hấp phụ 10 1.3.1 Một số khái niệm 10 1.3.2 Hấp phụ môi trường nước 10 1.3.3 Động học trình hấp phụ 11 1.3.4 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ 13 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 15 2.1 Hố chất dụng cụ thí nghiệm 15 2.1.1 Hoá chất 15 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 15 2.2 Tổng hợp vật liệu 16 2.2.1 Tổng hợp Prussian blue 16 2.2.2 Tổng hợp Fe2O3 lập phương xốp (α-Fe2O3) 16 2.3 Phương pháp đặc trưng vật liệu 17 2.3.1 Phổ hồng ngoai (IR) 17 vi 2.3.2 Nhiễu xạ tia X (XRD) 17 2.3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET) 19 2.3.4 Hiển vi điện tử (SEM) 20 2.4 Phương pháp xác định điểm đẳng điện vật liệu 21 2.5 Phương pháp xác định nồng độ MB RhB 21 2.5.1 Phổ hấp phụ tử ngoại khả kiến (UV – Vis) 21 2.5.2 Xây dựng đường chuẩn MB RhB 22 2.6 Phương pháp nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu 22 2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện tổng hợp đến khả hấp phụ vật liệu 23 2.6.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 23 2.6.3 Phương pháp đánh giá khả tái sử dụng vật liệu 24 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Kết xác định đặc trưng vật liệu 25 3.1.1 Phổ IR 25 3.1.2 Phổ XRD 26 3.1.3 Ảnh SEM 26 3.1.4 Kết đo diện tích bề mặt phương pháp BET 27 3.1.5 Kết xác định điểm đẳng điện 27 3.2 Kết xây dựng đường chuẩn MB RhB 28 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng điều kiện tổng hợp đến khả hấp phụ vật liệu α-Fe2O3 29 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 30 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian nung 31 3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ MB RhB vật liệu α-Fe2O3 32 3.4.1 Ảnh hưởng pH 32 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian 33 3.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu 37 3.4.4 Ảnh hưởng nồng độ chất màu ban đầu 39 3.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 43 3.5 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MB: Xanh Methylen (Methylene Blue) RhB: Rhodamine B SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) IR: Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) XRD: Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) UV- Vis: Quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (Ultra violet - Visible) BET: Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 α-Fe2O3: Fe2O3 lập phương xốp viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Tên hình vẽ Cấu tạo Methylene Blue Cấu tạo Rhodamine B Các dạng hấp phụ Sơ đồ quy trình tổng hợp α-Fe2O3 Sự phản xạ tia X bề mặt tinh thể Sự xếp lỗ xốp kiểu Hexagonal Phổ IR Prussian blue (a) α-Fe2O3 (b) Phổ XRD vật liệu 3D α-Fe2O3 Ảnh chụp SEM vật liệu 3D α-Fe2O3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2 vật liệu α-Fe2O3 Đồ thị xác định điểm đẳng điện vật liệu Đồ thị đường chuẩn dung dịch MB (a) RhB (b) Ảnh hưởng nhiệt độ nung vật liệu α-Fe2O3 (thời gian nung giờ) đến hiệu suất hấp phụ MB(a) RhB (b) Ảnh hưởng thời gian nung vật liệu α-Fe2O3 550oC đến hiệu suất hấp phụ MB (a) RhB (b) Ảnh hưởng pH dung dịch MB (a) RhB (b) hiệu suất hấp phụ vật liệu α-Fe2O3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ MB (a) RhB (b) vật liệu α-Fe2O3 Đồ thị phụ thuộc ln(qe- qt) t trình hấp phụ MB (a) RhB (b Đồ thị phụ thuộc 1/ln(qt) 1/t trình hấp phụ MB (a) RhB (b) Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến hiệu suất hấp phụ MB (a) RhB (b) vật liệu α-Fe2O3 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ MB (a) RhB (b) vật liệu α-Fe2O3 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến hiệu suất hấp MB (a) RhB (b) vật liệu α-Fe2O3 Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir MB (a) RhB (b) lên vật liệu α-Fe2O3 Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich MB (a) RhB (b) lên vật liệu α-Fe2O3 Trang 10 16 18 19 25 26 26 27 28 29 30 31 32 34 35 36 38 39 40 41 41 49 trung bình, Luận án tiến sĩ Hóa học Hà Nội, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [12] Tôn Thất Lãng (2006), Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình kỵ kh tốc độ cao xử lý nước thải phát sinh từ ngành công nghiệp dệt nhuộm, Luận án tiến sĩ Kỹ thuật, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [13] Trương Thị Thùy Linh (2022), Nghiên cứu hấp phụ số ion kim loại nặng nước vật liệu ZIP-67/rGO, Luận văn thạc sĩ Hóa lý - Hóa lý thuyết, Đại học sư phạm- Đại học Đà Nẵng [14] Đặng Văn Long (2018), Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm Rhodamine B vật liệu hấp phụ từ bã m a qua xử NaOH NaOH/H2O2, Đại học Sư phạm- Đại học Đà Nẵng [15] Dương Thị Bích Ngọc, Nguyễn Thị Mai Lương, Nguyễn Thị Thành (2013), “Nghiên cứu khả hấp phụ thuốc nhuộm methylen xanh vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngơ vỏ ngơ”, Tạp chí khoa học công nghệ lâm nghiệp (2), 77-81 [16] GS.TS Trần Hiếu Nhuệ (2022), “Đánh giá tác hại ô nhiễm nguồn nước đa dạng sinh học, sức khỏe người đề xuất giải pháp giảm thiểu”, nguồn: http://tapchimoitruong.vn/nghien-cuu-23/danh-gia-tac-hai-cua-o-nhiemnguon-nuoc-doi-voi-da-dang-sinh-hoc-suc-khoe-con-nguoi-va-de-xuat-cac-giaiphap-giam-thieu-26488, ngày truy cập: 10/1/2023 [17] Huỳnh Phương Thảo (2015), Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng (As5+/As3+, Cr6+/Cr3+, Pb2+,Cd2+ môi trường nước vật liệu thông ba (pinus kesiya), Luận án tiến sĩ Hóa phân tích, Đại học Đà Lạt [18] Trần Hồng Quân (2021), Nghiên cứu phân hủy chất Rhodamine B sử dụng kỹ thuật plasma jet, Luận văn thạc sĩ Vật lý chất rắn, Viện Khoa học công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [19] Lê Thị Lan Thảo (2010), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp hóa lý, Luận văn thạc sĩ Cơng nghệ mơi trường, Đại học bách khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh [20] Trần Văn Thân, Ngơ Thị Nga (2022), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [21] Mã Thị Anh Thư (2007), Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu nanocomposit sở SiO2, ứng dụng xử lí số tác nhân gây nhiễm khơng khí, Luận án tiến sĩ Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội [22] Nguyễn Đình Triệu (1999), ác phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 50 [23] Hồ Thị Tuyết Trinh, Mai Thanh Tâm, Hà Thúc Huy (2015), “Tổng hợp vật liệu hạt nano oxit sắt từ graphen”, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ, 18(3T), 166-168 [24] Lê Tiến Trường (2019), “Ngành dệt may Việt Nam trước tác động cách mạng công nghiệp lần thứ tư”, Tạp chí Cộng sản [25] PGS.TS Cao Hữu Trượng, PGS.TS Hồng Thị Lĩnh (2018), Giáo trình lý thuyết màu sắc nguyên tắc tổng hợp thuốc nhuộm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [26] Đinh Tuấn (2011), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ tuyển điện hóa với anode hịa tan nhơm, sắt, Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật, Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng [27] Lê Thị Thanh Tuyền (2019), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu CeO2/TiO2 nano ống hoạt tính xúc tác phân hủy quang hóa vùng khả kiến, Luận án tiến sĩ Hóa lý thuyết Hóa lý, Đại học Huế [28] Lương Huỳnh Vủ Thanh, Khưu Gia Hân, Nguyễn Ngọc Hân, Bùi Yến Pha Ngô Trương Ngọc Mai (2021), “Tổng hợp vật liệu Fe3O4/SiO2 đính FeO xử lý methylene blue nước”, Tạp chí Khoa học rường Đại học Cần hơ, 57(4A), 40-52 [29] Lương Huỳnh Vủ Thanh, Cao Lưu Ngọc Hạnh, Đặng Huỳnh Giao, Phạm Mai Hương, Lý Thị Huyền Trang Hà Tấn Tâm (2022), “Tổng hợp vật liệu Fe3O4/Lignin ứng dụng xử lý methylene blue”, ạp ch hoa học rường Đại học ần hơ, 58(1A), 1-16 Tiếng Anh [30] A.R Yari, S Sadeghi, A Amrane (2018), “Adsorption of Congo Red Dye from aqueous solutions by montmorillonite as a low-cost adsorbent” Journal of Taibah University for Science, 12(6),1-9 [31] Abdul Waheed, Muhammad Mansha, Izzat Wajih Kazi, Nisar Ullah (2019), “Synthesis of a novel 3,5-diacrylamidobenzoic acid based hyper-cross-linked resin for the efficient adsorption of Congo Red and Rhodamine B”, Journal of Hazardous Materials, 369 (5), 528-538 [32] C Namasivayam, D Kavitha (2002), “Removal of Congo Red from water by adsorption onto activated carbon prepared from coir” , Dyes and Pigments, 54(1), 47-58 [33] Cheng, Z.; Saad, A.; Adimi, S.; Guo, H.; Liu, S.; Thomas, T.; Yang, M (2020), “Metal organic framework-derived porous Fe2N nanocubes by rapid-nitridation for efficient photocatalytic hydrogen evolution”, Materials Advances, 1(5), 11611167 51 [34] Dong Chen, Ziyang Zeng, Yubin Zeng, Fan Zhang, Mian Wang (2019),“Removal of methylene blue and mechanism on magnetic γ-Fe2O3/SiO2 nanocomposite from aqueous solution”, Water Resources and Industry, 15, 1-13 [35] Fardood, S T; Ramazani, A; Golfar, Z; Joo, S (2017), “Green Synthesis of Fe2O3 (hematite) Nanoparticles using Tragacanth Gel”, Quarterly Journal of Applied Chemical Research, 11, 19-27 [36] Freundlich, H (1906), “Concerning Adsorption in Solutions” Zeitschrift fur physikalische chemie-stochiometrie und verwandtschaftslehre, 57, 385-470 [37] Gui-Yun Mao , Fan-Xing Bu , Dong-Mei Jiang , Zhen-Jie Zhao , Qing-Hong Zhang , Ji-Sen Jiang (2015), “Synthesis, Characterization and Adsorption Properties of Magnetic γ-Fe2O3/C Nanocomposite”, J Nanosci Nanotechnol, 15(8), 24-32 [38] Ho Yuh Shan (2004), “Citation review of Lagergren kinetic rate equation on adsorption reactions”, Scientometrics, 59 (1), 171-177 [39] Ho Yuh Shan and McKay G (1999), “Pseudo second order model for sorption process”, Process Biochem, 34, 451-465 [40] Langmuir, I (1916), “The Constitution and Fundamental Properties of Solids and Liquids Part I” Solids Journal of the American Chemical Society, 38, 22212295 [41] S.M Al-Rashed, A.A Al-Gaid (2011), “Kinetic and thermodynamic studies on the adsorption behavior of Rhodamine B dye on Duolite C-20 resin”, Journal of Saudi Chemical Society, 16, 209–215