Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp vật liệu TiFe kích thước nano bằng phương pháp đốt cháy Gel để xử lý Asen trong nước 1 LỜI CAM ĐOAN Tên em là Trần Thị Thanh Huyền, sinh viên lớp ĐH2KM1, chuyê[.]
LỜI CAM ĐOAN Tên em Trần Thị Thanh Huyền, sinh viên lớp ĐH2KM1, chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật kiểm sốt nhiễm mơi trường, khóa 2012 – 2016, trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp “ Tổng hợp vật liệu Ti/Fe kích thước nano phương pháp đốt cháy Gel để xử lý Asen nước” cơng trình nghiên cứu riêng em, hướng dẫn khoa học TS Đào Ngọc Nhiệm, số liệu nghiên cứu thu từ thực nghiệm không chép Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường lời cam đoan Hà Nôi, tháng năm Sinh viên Trần Thị Thanh Huyền CẢM ƠN Trong thời gian qua, để hồn khóa luận cách tốt nhất, với cố gắng thân, em nhận giúp đỡ tận tình tạp điều kiện hết mức từ Viện Khoa học Vật liệu với cán Viện giảng viên hướng dẫn trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội Em xin cảm ơn ban lãnh đạo cán Viện Khoa học Vật liệu tạo điều kiện nhiệt tình giúp đỡ để em có hội thực khóa luận mình, tiếp cận với ngành khoa học vật liệu trao dồi thêm kiến thức thực tế, mẻ chuyên ngành thân Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS.Đào Ngọc Nhiệm tận tình giúp đỡ hướng dẫn em suốt thời gian em tiến hành làm khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Môi trường, trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội dạy dỗ, chuyền đạt kiến thức cốt lõi quý báu cho em năm rèn luyện học tập trường Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quý báu để em bước vào đời cách vững tự tin Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Phạm Phương Thảo người tận tình hướng dẫn bảo sát để em hoàn thành tốt hạn báo cáo đồ án Tuy nhiên với kiến thức, lực kinh nghiệm cịn hạn hẹp, em khơng tránh khỏi mắc phải nhiều thiếu sót nên em mong ý kiến đóng góp, nhận xét từ phía Thầy Cơ hội đồng bảo vệ đồ án khoa Môi Trường – trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội để em hồn thành báo cáo Đó vốn kiến thức quý giá giúp em hoàn thiện kiến thức thân Cuối em xin kính chúc q Thầy, Cơ khoa Mơi Trường, trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội Cô, Chú, Anh, Chị Viện Khoa học Vật liệu dồi sức khỏe, hành phúc thành đạt Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu Ti/Fe 1.2 Ứng dụng vật liệu TiO2 1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu Ti/Fe nước giới 1.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 1.4.1 Phương pháp thủy nhiệt 1.4.2 Phương pháp đồng tạo phức 1.4.3 Phương pháp sol-gel 1.4.4 Phương pháp đốt cháy gel 10 1.5 Giới thiệu chung Asen 10 1.5.1 Nguồn gốc tồn Asen môi trường 10 1.5.2 Cơ chế xâm nhập Asen vào nguồn nước ngầm 13 1.5.3 Tác động Asen sức khỏe người sinh vật 13 1.5.4 Xử lý ô nhiễm Asen 14 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hóa chất dụng cụ 17 2.1.1 Hóa chất 17 2.1.2 Dụng cụ 17 2.2 Tổng hợp vật liệu 17 2.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu 17 2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu 18 2.3 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, cấu trúc vật liệu 19 2.3.1 Xác định thành phần pha nhiễu xạ tia X (XRD) 19 2.3.2 Xác định hình thái, cấu trúc vật liệu phương pháp kính hển vi điện tử quét (SEM) 20 2.3.3 Xác định diện tích bề mặt riêng phương pháp BET 21 2.4 Khảo sát khả hấp phụ Asen vật liệu 21 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe 22 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe 22 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe 22 2.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe 23 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Kết tổng hợp vật liệu 24 3.1.1 Kết khảo sát nhiệt độ nung 24 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH tạo Gel 25 3.1.3 Kết xác định hình thái học mẫu 25 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ As vật liệu tổng hợp 26 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ As vật liệu Ti/Fe 26 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ As vật liệu Ti/Fe 28 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe 29 3.2.4 Xác định dung lượng dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Aas Atomic Absorption Quang phổ hấp thụ nguyên tử Spectrophotometric PVA Polyvinyl alcohol SEM Scanning Eclectron Kính hiển vi điện tử quét Microscope XRD X-Ray Diffraction BET Identifies Specific Xác định bề mặt riêng Surface Polyvinyl alcohol Nhiễu xạ tia X MỞ ĐẦU Asen hay cịn gọi thạch tín ngun tố hóa học kí hiệu As nằm thứ 33 bảng tuần hồn ngun tố hóa học, Asen nguyên tố phổ biến xếp thứ 20 tự nhiên, chiếm khoảng 0,0005% vỏ trái đất Asen kim gây ngộ độc cao có nhiều dạng hình thù ( màu vàng, vài dạng màu đen xám) Asen tìm thấy dạng tự tự nhiên mà phần lớn trạng thái kết hợp với lưu huỳnh, oxi sắt Asen tồn nguồn nước tự nhiên có số oxi hóa +3 và+5 Các dạng thủy phân Asen không màu gồm: H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-, H3SO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43- phụ thuộc nhiều vào pH môi trường Trong kim loại có xu hướng khơng tan nước mơi trường trung tính Asen tan mơi trường trung tính với nồng độ tương đối cao Điều lý giải nước ngầm dễ bị nhiễm Asen Gần tình trạng nước đất bị nhiễm độc Asen, phổ biến nước Ấn Độ, Trung Quốc mà Việt Nam bắt đầu xuất nhiều, điển khu cực Quỳnh Lơi, Hai Bà Trưng (Hà Nội), có nhiều gia đình chịu hậu di chứng nặng nề nhiễm độc Asen, nhiều trường hợp tử vong Với tình trạng khoan giếng bừa bãi (do nước máy khan ), đa số nguồn nước khoan lên chủ yếu sử dụng trực tiếp mà không qua xử lý triệt để ( thường dùng biện pháp thô sơ lắng, lọc ) biện pháp không loại bỏ kim loại nặng lẫn nước, lại thiếu kiểm soát hướng dẫn quan chức lên chất lượng nước làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân điều không tránh khỏi Việc sử dụng nguồn nước nhiễm Asen gây nhiều bệnh tật, ảnh hưởng đến sức khỏe người, chí tính mạng rối loạn thần kinh, ung thư Với mục đích khai thác tiềm ứng dụng vật liệu vào xử lý môi trường đặc biệt môi trường nước em xin lựa chọn đề tài: “Tổng hợp vật liệu Ti/Fe kích thước Nano phương pháp đốt cháy Gel để xử lý Asen nuớc” để nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: -Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ti/Fe kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel -Đánh giá khả xử lý Asen vật liệu Ti/Fe Nội dung nghiên cứu: - Thu thập, tổng hợp tài liệu liên quan đến vật liệu nano, phương pháp xử lý Asen - Chế tạo vật liệu Ti/Fe kích thước nano phương pháp đốt cháy gel - Phân tích cấu trúc vật liệu Ti/Fe kích thước nano qua thơng qua chụp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), BET - Đánh giá khả hấp phụ Asen nước vật liệu Ti/Fe kích thước nano: + Thời gian cân hấp phụ + Dung lượng hấp phụ cực đại + Các điều kiện tối ưu: pH, nhiệt độ, ion hòa tan khác CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu Ti/Fe a Giới thiệu chung vật liệu TiO2 Vật liệu oxit titan (TiO2) chất xúc tác bán dẫn TiO2 tự nhiên tồn ba dạng thù hình khác rutile, anatase, brookite (hình 1.1) Cả ba dạng tinh thể có chung cơng thức hóa học TiO2, nhiên cấu trúc tinh thể chúng khác Hằng số mạng, độ dài liên kết Ti-O, góc liên kết ba pha tinh thể Titanium (IV) Oxide (II) có pha bền pha rutile (tetragonal) hai pha giả bền anatase (tetragonal) brookite (orthorhombic) Cả hai pha giả bền chuyển thành pha rutile vật liệu nung nhiệt độ 700oC (915oC cho pha anatase 750oC cho pha brookite) Một số tác giả thấy nhiệt độ 500oC pha anatase bắt đầu chuyển sang pha rutile trình xử lý nhiệt Hình 1.1 Các dạng thù hình khác TiO2: (A) rutile, (B) anatase, (C) brookite Cấu trúc mạng lưới tinh thể rutile, anatase brookite xây dựng từ đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với qua cạnh qua đỉnh oxy chung (hình 1.2) Mỗi ion Ti+4 bao quanh tám mặt tạo sáu ion O2- Hình 1.2 Khối bát diện TiO2 Các mạng lưới tinh thể rutile, anatase brookite khác biến dạng hình tám mặt cách gắn kết octahedra Pha rutile anatase có cấu trúc tetragonal chứa 12 nguyên tử tương ứng ô đơn vị Trong hai cấu trúc, cation Ti+4 phối trí với sáu anion O2-; anion O2- phối trí với ba cation Ti+4 Trong trường hợp nói khối bát diện TiO6 bị biến dạng nhẹ, với hai liên kết Ti-O lớn chút so với bốn liên kết cịn lại vài góc liên kết lệch khỏi 90o Sự biến dạng thể Pha rutile anatase có cấu trúc tetragonal chứa 12 nguyên tử tương ứng ô đơn vị Trong hai cấu trúc, cation Ti+4 phối trí với sáu anion O2-; anion O2- phối trí với ba cation Ti+4 Trong trường hợp nói khối bát diện TiO6 bị biến dạng nhẹ, với hai liên kết Ti-O lớn chút so với bốn liên kết lại vài góc liên kết lệch khỏi 90o Sự biến dạng thể pha anatase rõ pha rutile Mặt khác, khoảng cách Ti-Ti anatase lớn rutile khoảng cách Ti-O anatase lại ngắn so với rutile Điều ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử hai dạng tinh thể, kéo theo khác tính chất vật lý hóa học Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể TiO2: (A) rutile, (B) anatase b Giới thiệu Fe2O3 Oxit sắt tồn tự nhiên số dạng, có magnetit (Fe3O4), maghemit (γ-Fe2O3) hematit (α-Fe2O3) phổ biến Hematit, α-Fe2O3 oxit bền sắt điều kiện thường Nó sản phẩm cuối chuyển hóa oxit sắt khác Hematit có cấu trúc tinh thể kiểu corudum, ion O2- xếp nút mạng hình lục giác cịn ion Fe3+ nằm lỗ trống bát diện (hình 1.1a) (b) (a) Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể α-Fe2O3 (a) γ-Fe2O3 (b) Maghemit, γ-Fe2O3 tồn trạng thái nửa bền có mối quan hệ với α-Fe2O3 Fe3O4 γ-Fe2O3 có cấu trúc tinh thể spinel khuyết, ion O2- xếp nút mạng hình lập phương ion Fe3+ xếp ngẫu nhiên lỗ trống bát diện tứ diện (hình 1.1b) 1.2 Ứng dụng vật liệu TiO2 Vật liệu oxit titan (TiO2) chất xúc tác bán dẫn Gần kỷ trở lại đây, bột TiO2 với kích thước cỡ µm điều chế quy mơ công nghiệp ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: làm chất độn cao su, nhựa, giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ… Gần đây, bột TiO2 tinh thể kích thước nanomet dạng thù hình rutile, anatase, hỗn hợp rutile anatase, brookite nghiên cứu ứng dụng vào lĩnh vực pin mặt trời, quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu nước làm vật liệu quang xúc tác tổng hợp hợp chất hữu cơ, chế tạo sơn tự làm sạch, chế tạo thiết bị điện tử, đầu cảm biến lĩnh vực diệt khuẩn, xử lý kim loại nặng độc hại nước Với hoạt tính xúc tác cao, cấu trúc bền không độc, vật liệu TiO2 cho vật liệu triển vọng để giải nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng thách thức từ ô nhiễm TiO2 đồng thời hy vọng mang đến lợi ích to lớn vấn đề khủng hoảng lượng qua sử dụng lượng mặt trời dựa tính quang điện thiết bị phân tách nước dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu Ti/Fe Asen kết trình bày cụ thể chương III Dung lượng hấp phụ q xác định theo cơng thức: q= ( )× Trong đó: V: Thể tích dung dịch (lít) m: Khối lượng chất (vật liệu) hấp phụ (g) C0: Nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch bân đầu (mg/l) Cf; Nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch cân (mg/l) 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe Để tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ As(III) vật liệu Ti/Fe cấu trúc nano tổng hợp, tiến hành thí nghiệm sau: Chuẩn bị cốc thủy tinh chứa dung dịch Asen biết trước nồng độ Cho khối lượng vật liệu Ti/Fe vào cốc dung dịch As(III), sau khuấy lên lục máy khuấy từ với thời gian thay đổi định, sau đem mẫu phân tích xác định nồng độ As(III) lại 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ Asen củavật liệu Ti/Fe tổng hợp được, tiến hành thí nghiệm sau: Chuẩn bị cốc thủy tinh chứa dung dịch As(III) biết trước nồng độ giống thí nghiệm trên, điều chỉnh thời gian cân bằng, cho vật liệu tổng hợp với nhiệt độ nung khác nhau: 3500C, 4500C, 5000C, 6500C, 7500C vào cốc chứa dung dịch Sau khuấy máy khuấy từ thời gian định, đến đạt cân mẫu đêm phân tích nồng độ As(III) lại dung dịch mẫu 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe Để nghiên cứu ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As(V) vật liệu Ti/Fe tiến hành sau: Chuẩn bị cốc thủy tinh chứa dung dịch As(V) có nồng độ đẫ biết trước (giống phần trên) thay đổi pH lầ lượt sau: 4,5; 5,5; 6,5;7,5; 8,5 khuấy liên tục máy khuấy từ với lượng vật liệu Ti/Fe thí 22 nghiệm trên, đến thời gian đạt cân bằng, mẫu đem phân tích định nồng độ As(V) lại mẫu 2.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ Asen vật liệu Ti/Fe Sau xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ As(III) vật liệu Ti/Fe, tiến hành cố định yếu tố ảnh hưởng nâng nồng độ As(III) từ (mg/l) đến 120 (mg/l) Kết thực nghiệm phân tích đánh giá khả hấp phụ As(III) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir để xác định dung lượng hấp phụ cực đại (Qmax) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir áp dụng thành cơng vào q trình hấp phụ chất ô nhiễm sử dụng rộng rãi việc mơ tả q trình hấp phụ chất tan từ dung dịch theo phương trình Langmuir có dạng: q= × × × Trong : Qmax: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/l) q: Dung lượng hấp phụ (mg/l) b: Hằng số đẳng nhiệt phương trình (dm3/mg) Cf: Nồng đồng độ chất bị hấp phụ cịn lại dung dịch (mg/l) Các thí nghiệm tiến hành sau: Chuẩn bị dung dịch As(III) có nồng độ thay đổi tăng dần từ (mg/l) đến 120 (ml/l) vào cốc thủy tinh khuấy liên tục máy khuấy từ với lượng vật liệu định nhiệt độ, thời gian cân định Khi trình đạt cân bằng, mẫu đem phân tích xác định nồng độ As(III) cịn lại dung dịch mẫu Các số đẳng nhiệt trình hấp phụ As(III) vật liệu Ti/Fe tính tốn phần mềm Table Cuver 23 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết tổng hợp vật liệu 3.1.1 Kết khảo sát nhiệt độ nung Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hình thành pha vật liệu, mẫu điệu chế điều kiện: tỷ lệ mol Fe/Ti 1/1, tỷ lệ mol (Fe3+ + Ti3+)/PVA = 1/3, nhiệt độ tạo gel 800C, pH tạo gel Gel nung nhiệt độ 3500C, 4500C, 5000C, 6500C 7500C Tiến hành ghi phổ nhiễu xạ Rơnghen mẫu máy Siemens D5000 Viện Khoa học vật liệu Kết phân tích ghi lại hình 3.1 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung nhiệt độ khác Từ kết thu từ hình 3.1 cho thấy giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu cho thấy hỗn hợp oxit nano Fe2O3 – TiO2 (Fe2O3 dạng α, TiO2 dạng anatat) thu nung mẫu nhiệt độ 3500C, 4500C, 5000C Khi nâng nhiệt độ lên 6500C 7500C xuất pha α – Fe2O3 TiO2 (anatat) cịn có lẫn phần pha TiO2 (rutin) Điều tăng nhiệt độ nung, xảy tượng chuyển pha TiO2 (anatat) sang pha TiO2 (rutin) Để điều chế oxít hỗn hợp Fe2O3 – TiO2 (TiO2 dạng anatat) mẫu cần nung 4500C chọn cho nghiên cứu 24 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH tạo Gel Để nghiên cứu ảnh hưởng pH tạo gel đến hình thành pha vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – TiO2 Thí nghiệm tiến hành tương tự phần trên, pH tạo gel nghiên cứu 1, 2, Các mẫu gel nung 4500C Tiến hành ghi phổ nhiễu xạ Rơnghen mẫu máy Siemens D5000 Viện Khoa học vật liệu Kết phân tích ghi lại hình 3.2 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung pH khác Từ hình 3.2 nhận thấy kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu pH khác xuất pha oxit hỗn hợp Fe2O3 – TiO2 (TiO2 dạng anatat), pH gần không ảnh hưởng đến tạo thành oxit hỗn hợp Fe2O3 – TiO2 (TiO2 dạng anatat) Vì nghiên cứu chọn pH 3.1.3 Kết xác định hình thái học mẫu 25 Mẫu điều chế điều kiện tối ưu: pH tạo gel 1, nhiệt độ tạo gel 800C, tỷ lệ mol Fe/Ti = 1/1, tỷ lệ mol (Fe3+/ Ti3+)/PVA = 1/3, nhiệt độ nung 4500C đem xác định hình thái học vật liệu máy (SEM) S – JED – 480 (Nhật Bản) phân tích diện tích bề mặt (BET) máy AUTOSORB iQ/MP ( Mỹ ) Kết kích thước hạt mẫu tối ưu hình 3.3 Hình 3.3: Ảnh SEM mẫu tối ưu Ảnh SEM mẫu chế tạo điều kiện tối ưu phương pháp đốt cháy Gel, cho tháy Ti/Fe thu hạt đồng với kích thước hạt nhỏ 50nm với diện tích bề mặt riêng đo phương pháp BET 38,57 (m2/g) Đã xác nhận số yếu tố ảnh hưởng đến hình thành vật liệu Ti/Fe với pha α – Fe2O3 TiO2 (anatat) Với cấu trúc nano, phương pháp đốt cháy Gel PVA, hạt đồng kích thước hạt nhỏ 50nm diện tích bề mặt riêng 38,57 (m2/g) điều kiện: tỷ lệ mol Fe/Ti 1/1, tỷ lệ mol (Fe3+/Ti3+)/PVA = 1/3, nhiệt độ tạo gel 800C, pH tạo gel 1, Nhiệt độ nung 4500C,thời gian nung 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ As vật liệu tổng hợp 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ As vật liệu Ti/Fe Để khảo sát ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ As vật liệu Ti/Fe kích thước nano tổng hợp tiến hành thí nghiệm sau: Cân xác 0,005g vật liệu Ti/Fe vào cốc đựng 100ml dung dịch As(III) có nồng độ mg/l Sau khuấy máy khuấy từ với thời gian thay đổi 30 phút lại lấy mẫu phân tích phương pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) để xác định nồng độ 26 dung dịch As(III) lại mẫu Các kết phân tích, tính tốn ghi lại bảng 3.1 hình 3.4 Bảng 3.1: Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ mẫu nung 450oC TT Tphản ứng C0 (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1,00 1,00 30 1,00 0,32 1,36 60 1,00 0,18 1,64 90 1,00 0,10 1,8 120 1,00 0,03 1,94 150 1,00 0,02 1,96 Hình 3.4 Biểu diễn nồng độ As(III) lại theo thời gian hấp phụ Từ kết thực nghiệm tính tốn bảng 3.1 hình 3.4 cho thấy thời gian hấp phụ ảnh hưởng lớn tới hiệu suất hấp phụ As vật liệu Ti/Fe kích thước nanomet Q trình hấp phụ vật liệu diễn nhanh 30 phút đầu, từ 60 phút đến 150 phút dung lượng hấp phụ thây đổi, nhiên dung lượng thay đổi không đáng kể gần đạt cân 120 phút với dung lượng hấp phu q = 1,94 (mg/g) Thời gian 120 phút lựa chọn thời gian cân hấp phụ cho nghiên cứu 27 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ As vật liệu Ti/Fe Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu tới trình hấp phụ As vật liệu Ti/Fe tổng hợp ta tiến hành thí nghiệm sau: Cân xác 0,05 g vật liệu Ti/Fe với nhiệt độ nung khác nhau: 3500C, 4500C, 5000C, 6500C 7500C vào cốc chứa 100ml dung dịch As(III) có nồng độ (mg/l), thời gian cân định Sau khuấy liên tục máy khuấy từ vòng 120 phút Khi đạt cân mẫu đem ly tâm để tách hạt Ti/Fe đem phân tích phương pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) để xác định nồng độ As(III) cịn lại mẫu Kết phân tích tính tốn thể bảng 3.2 hình 3.5 Bảng 3.2: Kết khảo sát hiệu suất hấp phụ mẫu nung nhiệt độ khác Nhiệt độ nung Tphản ứng Ci Cf H 350oC 120 1,00 0,02 98 450oC 120 1,00 0,03 97 550oC 120 1,00 0,08 92 650oC 120 1,00 0,09 91 7500C 120 1,00 0,11 89 100 98 Hiệu suất (%) 96 94 92 90 88 86 84 350 450 550 Nhiệt độ (0C) 650 750 Hình 3.5 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất 28 Từ kết phân tích thực nghiệm bảng 3.2 hình 3.5 cho ta thấy nhiệt độ nung tăng hiệu suất hấp phụ As giảm Ở nhiệt độ 3500C hiệu suất hấp phụ As lớn nhất, nhiên chọn nhiệt độ nghiên cứu 4500C nhiệt độ tiền chất loại bỏ hoàn toàn pha oxit tạo thành Vậy ta lựa chọn nhiệt độ 4500C cho nghiên cứu 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe pH yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Asen định đến dạng tồn Asen dung dịch Trong nước sinh hoạt pH có giá trị giới hạn khoảng 6,5 ÷ 8,5 nên khảo sát ảnh hưởng pH khoảng từ 4,5 đến đến hấp phụ Asen Để nghiên cứu ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe thí nghiệm tiến hành với điều kiện tương tự thí nghiệm thay đổi pH sau: 4,5; 5,5; 6,5; 7,5; 8,5 khuấy liên tục máy khuấy từ đến thời gian đạt cân bằng, mẫu đem ly tâm đem phân tích phương pháp hấp phụ nguyên tử (AAS) để xác định nồng độ As lại mẫu Kết thực nghiệm thể bảng 3.3 hình 3.6 Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe pH C0 (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 4,5 0,2 1,6 5,5 0,15 1,7 6,5 0,05 1,9 7,5 0,08 1,84 8,5 0,25 1,5 29 1.8 1.6 q (mg/g) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 pH Hình3.6 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe Các số liệu đưa bảng 3.3 hình 3.6 cho ta thấy pH thay đổi dung lượng hấp phụ As vật liệu thay đổi Khi pH thay đổi từ 4,5 đến 6,5 dung lượng hấp phụ q tăng từ 1,6 (mg/g) đến 1,9 (mg/g) pH từ 7,5 đến 8,5 dung lượng hấp phụ q vật liệu giảm từ 1,84 (mg/g) đến 1,5 (mg/g) Dung lượng hấp phụ q (mg/g) lớn điều kiện pH = 6,5 với giá trị q = 1,9 (mg/g) Vì pH = 6,5 lựa chọn cho nghiên cứu 3.2.4 Xác định dung lượng dung lượng hấp phụ As vật liệu Ti/Fe Để xác định dung lượng hấp phụ vật liệu Ti/Fe tổng hợp tiến hành sau: Chuẩn bị dung dịch As (III) As (V) có nồng độ tăng dần là: 1; 10; 40; 60; 80; 120 mg/l, khuấy liên tục với 0,05g vật liệu Ti/Fe máy khuấy từ nhiệt độ 300C (xấp xỉ nhiệt độ phịng), pH = 6,5 Khi q trình đạt cân bằng, lấy mẫu đêm ly tâm tách hạt đêm phân tích phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định nồng độ As lại mẫu Xác định dung lượng hấp phụ cực đại: Phản ứng tiến hành khoảng thời gian đạt cân hấp phụ thay đổi nồng độ ion ban đầu (C0), xác định dung lượng hấp phụ bão hồ (q) Sử dụng phần mềm tính tốn chun dụng TableCurves để mơ hình hố điểm thực nghiệm (Cf, q) theo lí thuyết xác định thơng số phương trình Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại hay hệ số đẳng nhiệt (Qmax; b) bảng 3.4; 3.5và hình 3.7; 3.8 30 Bảng 3.4: Dung lượng hấp phụ As(III) vật liệu Ti/Fe Nồng độ ban đầu Nồng độ lại Dung lượng hấp phụ C0(mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1,0 0,03 1,94 10 3,07 13,86 40 17,72 44,56 60 32,69 54,62 80 50,57 58,86 100 70,34 59,32 120 90,15 59,70 Từ kết thực nghiệm bảng 3.4, kết hồi qui mối quan hệ tương quan số liệu thực nghiệ nồng độ As (III) lại dung dịch (Cf, mg/l) theo dung lượng bão hóa (q, mg/g), xác định dung lượng hấp phụ cực đại (Qmax, mg/g) Kết tính tốn thực nghiệm ghi lại hình 3.7 Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Lăngmuir 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 20 40 60 80 Dung l-ỵng hÊp phơ asen q (mg/g) Dung l-ỵng hÊp phơ asen q (mg/g) r^2=0.99994216 DF Adj r^2=0.99988432 FitStdErr=0.22399141 Fstat=34575.618 Qmax = 59.914767 mg/g b = 0.07597375 100 Nồng độ As(III) lại Cf (mg/l) Hình 3.7 : Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(III) vật liệu Ti/Fe Hình 3.7 biểu diễn đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir As (III) vật liệu Ti/Fe tổng hợp phương pháp đốt cháy Gel Kết nghiên cứu cho ta thấy trình hấp phụ As (III) vật liệu Ti/Fe mô tả xác mơ 31 hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số hồi qui 99,99% Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir As(III)là 59,91 mg/g Bảng :Dung lượng hấp phụ As(V) vật liệu Ti/Fe Nồng độ ban đầu Nồng độ lại Dung lượng hấp phụ C0 (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1,0 0,05 1,96 10 3,05 13,90 40 18,05 43,90 60 32,83 54,34 80 50,04 59,92 100 67,24 65,52 120 87,12 65,76 Từ kết thực nghiệm bảng 3.5, kết hồi qui mối quan hệ tương quan số liệu thực nghiệ nồng độ As (V) lại dung dịch (Cf, mg/l) theo dung lượng bão hóa (q, mg/g), xác định dung lượng hấp phụ cực đại (Qmax, mg/g) Kết tính toỏn thc nghim ghi li hỡnh 3.8 Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Lăngmuir 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 20 40 60 80 Nồng độ As(V) lại Cf (mg/l) Hình 3.8 : Đường đẳng nhiệt hấp phụ As(V) vật liệu Ti/Fe 32 Dung l-ỵng hÊp phơ asen q (mg/g) Dung l-ỵng hÊp phơ asen q (mg/g) r^2=0.9968686 DF Adj r^2=0.9937372 FitStdErr=1.7650497 Fstat=636.69191 Qmax = 65.683459 mg/g b = 0.056548097 Hình 3.8 biểu diễn đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir As (V) vật liệu Ti/Fe tổng hợp phương pháp đốt cháy Gel Kết nghiên cứu cho ta thấy trình hấp phụ As (V) vật liệu Ti/Fe mô tả xác mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số hồi qui 99,68% Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir As(V) 65,08 mg/g 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đã nghiên cứu số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu Ti/Fe phương pháp đốt cháy Gel PVA khảo sát khả hấp phụ nước có kết luận sau: Kết thực nghiệm thu cho ta thấy, điều kiện tối ưu để điều chế vật liệu Ti/Fe kích thước nanomet phương pháp đốt cháy Gel PVA sau: + Nhiệt độ tạo Gel 800C + pH tạo Gel thích hợp + Tỷ lệ Ti/Fe 1/1, tỷ lệ (Fe3+ + Ti3+)/PVA 1/3 + Nhiệt độ nung 4500C + Vật liệu chế tạo phương pháp đốt cháy gel 4500C cho thấy hạt có kích thước đồng