(Luận văn) nghiên cứu chế tạo vật liệu nano hệ fe2o3 mn2o3 la2o3, ceo2 mn2o3 fe2o3 để hấp phụ asen trong nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN ĐOÀN TRUNG HIẾU lu an NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO HỆ Fe2O3-Mn2O3-La2O3, CeO2-Mn2O3-Fe2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC n va p ie gh tn to d oa nl w u nf va an lu ll LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT oi m z at nh z m co l gm @ Thái Nguyên - Năm 2015 an Lu n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN ĐOÀN TRUNG HIẾU lu an NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO HỆ Fe2O3-Mn2O3-La2O3, CeO2-Mn2O3-Fe2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC n va p ie gh tn to d oa nl w Chun ngành: Hóa Vơ Mã số: 60 44 01 13 an lu ll u nf va LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT oi m z at nh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lƣu Minh Đại z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - Năm 2015 n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Lƣu Minh Đại Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả luận văn lu an Nguyễn Đoàn Trung Hiếu n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va i ac th si LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn, tơi nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Hóa học, thầy cô giáo trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên ban lãnh đạo tập thể cán nhân viên phịng Vật liệu Vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin chân thành cảm ơn Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lƣu Minh Đại, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn lu thành luận văn an n va Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ngƣời thân gia đình, đồng tn to nghiệp, bạn bè quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình p ie gh học tập nghiên cứu d oa nl w Tác giả luận văn va an lu ll u nf Nguyễn Đoàn Trung Hiếu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ii ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN lu 1.1 Tình hình nhiễm asen an 1.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm asen va n 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm asen nƣớc ngầm 1.2 Giải pháp xử lý asen từ môi trƣờng nƣớc ie gh tn to 1.1.3 Cơ chế tác hại ô nhiễm asen p 1.2.1 Các phƣơng pháp xử lý asen nl w 1.2.2 Phƣơng pháp hấp phụ 10 d oa 1.2.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng vật liệu oxit hấp phụ asen 14 an lu 1.3 Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano oxit 17 va 1.3.1 Phƣơng pháp kết tủa 17 ll u nf 1.3.2 Phƣơng pháp sol-gel 18 oi m 1.3.3 Phƣơng pháp đốt cháy gel 19 z at nh 1.4.Tình hình nghiên cứu oxit hỗn hợp nền Ce(La)-Mn-Fe 21 CHƢƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 23 z 2.1 Phƣơng pháp tổng hợp oxit hỗn hợp nền Ce(La)-Mn-Fe 23 @ gm 2.1.1 Hóa chất 23 m co l 2.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp 23 2.1.3 Quy trình tổng hợp 24 an Lu 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu 26 n va iii ac th si 2.2.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 26 2.2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 27 2.2.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử 28 2.2.4 Phƣơng pháp tán xạ lƣợng tia X 29 2.2.5 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng 30 2.2.6 Phƣơng pháp quang phổ hồng ngoại 31 2.2.7 Phƣơng pháp xác định điểm điện tích khơng vật liệu 32 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu 32 2.4 Phƣơng pháp phân tích nguyên tố 33 lu CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 an 3.1 Chế tạo oxit hỗn hợp Ce(La)-Mn-Fe 35 va n 3.1.1 Chế tạo oxit hỗn hợp CeO2-Mn2O3-Fe2O3 35 3.2 Ứng dụng vật liệu oxit hỗn hợp Ce(La)-Mn-Fe hấp phụ As(V) 52 ie gh tn to 3.1.2 Chế tạo oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 43 p 3.2.1 Vật liệu oxit hỗn hợp Ce1-xMnxO2-Fe2-yMnyO3 hấp phụ As(V) 52 nl w 3.2.2 Vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 hấp phụ As(V) 58 d oa KẾT LUẬN 65 an lu DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 66 ll u nf PHỤ LỤC va TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Brunauer- Emmett - Teller : Phƣơng pháp xác định diện tích bề BET mặt (lấy theo tên riêng nhà khoa học) CMF73 Vật liệu oxit hỗn hợp CeO2-Mn2O3-Fe2O3 có tỷ lệ (Ce+Mn)/Fe = 7/3 DTA Differential Thermal Analysis: Phân tích nhiệt vi sai EDX Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy: Phổ tán xạ lƣợng tia X KL/PVA Tỷ lệ mol ion kim loại so với PVA Vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 có tỷ lệ La/(Mn+Fe) = 7/3 PVA Poly vinyl ancohol: polyme vinyl ancol SBET Diện tích bề mặt riêng xác định theo phƣơng pháp BET lu LMF73 an n va tn to Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét ie gh SEM Thermal Gravity Analysis: Phân tích nhiệt trọng lƣợng p TGA Tài liệu tham khảo X-Ray Diffraction: Nhiễu xạ tia X d XRD oa nl w TLTK ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th iv si DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu báo cáo tình hình nhiễm asen UNICEF năm 2004 Bảng 1.2: Dung lƣợng hấp phụ cực đại asen 16 Bảng 1.3: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp kết tủa 18 Bảng 1.4: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp sol-gel 19 Bảng 1.5: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp đốt cháy gel polime .21 Bảng 3.1: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) oxit hỗn hợp Ce1-xMnxO2Fe2-yMnyO3 53 Bảng 3.2: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo thời gian 54 lu Bảng 3.3: Xác định giá trị pH CMF73 55 an Bảng 3.4: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo pH 56 va n Bảng 3.5: Xác định dung lƣợng hấp phụ As(V) CMF73 57 tn to Bảng 3.6: Xác định hiệu suất hấp phụ trê n oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 59 ie gh Bảng 3.7: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 theo thời gian 59 p Bảng 3.8: Xác định giá trị pH LMF73 60 nl w Bảng 3.9: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 theo pH 62 d oa Bảng 3.10: Xác định dung lƣợng hấp phụ As(V) LMF73 63 ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va v ac th si DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir phụ thuộc Cf /q vào Cf 13 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp mẫu oxit phƣơng pháp đốt cháy gel PVA 24 Hình 3.1: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TGA gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA 36 Hình 3.2: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 37 Hình 3.3: Phổ EDX mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC 38 Hình 3.4: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 39 lu Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp x%(CeO2-Mn2O3)-y%Fe2O3 41 an Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp 70%(CeO2-Mn2O3)-30%Fe2O3 va n 42 tn to Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu oxit hỗn hợp 70%(CeO2-Mn2O3)-30%Fe2O3 43 ie gh Hình 3.8: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TGA gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA p 44 nl w Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt d oa độ 46 an lu Hình 3.10: Phổ EDX mẫu perovskit LaMn0,5Fe0,5O3 47 va Hình 3.11: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ ll u nf 48 oi m Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu x%La2O3-y%(Mn2O3-Fe2O3) 49 z at nh Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp 70%La2O3-30%(Mn2O3-Fe2O3) 51 z Hình 3.14: Ảnh SEM mẫu oxit hỗn hợp 70%La2O3-30%(Mn2O3-Fe2O3) 51 @ gm Hình 3.15: Sƣ̣ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo thời gian m co l 54 Hình 3.16: Sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi CMF73 55 an Lu Hình 3.17: Sƣ̣ phụ tḥc hiệu śt hấp phụ As(V) vào pH CMF73 56 n va ac th vi si Hình 3.18: Sƣ̣ phụ tḥc dung lƣợng q vào nồng độ Cf CMF73 58 Hình 3.19: Sƣ̣ phụ tḥc của hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 60 theo thời gian 60 Hình 3.20: Sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi LMF73 61 Hình 3.21: Sƣ̣ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ As(V) vào pH LMF73 62 Hình 3.22: Sƣ̣ phụ tḥc dung lƣợng q vào nồng độ Cf LMF73 63 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 73 Zheng Long and Wu Xiao-Shan (2013), Structural distortions and magnetisms in Fe-doped LaMn1−x-FexO3 (0 < x ≤ 0.6), Chin Phys B Vol 22, No 10 107806 74 Zhijian Li, Shubo Deng, Gang Yu, Jun Huang, Veronica Chao Lim (2010), “As(V) and As(III) removal from water by a Ce-Ti oxide adsorbent: Behavior and mechanism” Chemical Engineering Journal 161, pp.106-113 75 Zr-iuan Lai, Kurikka V P M Shafi, Abraham Ulman, Nan Loh Yang, Min-Hui Cui, Thomas Vogt, Claude Estournès (2003), “Mixed iron – lu manganese oxide nanoparticles” Prepr Pap.-Am Chem Soc., Div Fuel an n va Chem 2003, 48(2), 729 p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 76 ac th si PHỤ LỤC lu an n va gh tn to p ie Hình 1: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 2: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 3: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 4: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 800oC n va ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 5: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 900oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 6: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 7: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 8: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 9: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 10: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 11: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 12: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC n va ac th si lu an n va p ie gh tn to Hình 13: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 14: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC n va ac th si lu an n va gh tn to p ie Hình 15: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 16: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC ac th si lu an n va p ie gh tn to Hình 17: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ (Ce+Mn)/Fe=7/3 an Lu Hình 18: Ảnh SEM mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC, n va ac th si lu an n va gh tn to Hình 19: Ảnh SEM mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC, p ie La/(Mn+Fe)=7/3 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ La/(Mn+Fe)=7/3 an Lu Hình 20: Ảnh SEM mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC, n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 21: Kết quả đo BET mẫu CFM73 n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 22: Kết quả đo BET mẫu LFM73 n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 23: Kết quả đo EDX mẫu CFM an Lu n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 24: Kết quả đo EDX mẫu LFM n va ac th si