Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa ce ứng dụng xử lý mangan trong môi trường nước

LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập rèn luyện Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp thời gian thực tập tốt nghiệp Trung Tâm Thí Nghiệm trƣờng, em hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp “Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa Xeri, ứng dụng xử lý Mangan nƣớc” Lời cho phép em đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp, Ban giám đốc trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa QLTNR & MT Cùng thầy cô giảng dạy em suốt trình học tập rèn luyện trƣờng Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Th.S Đặng Thị Thúy Hạt tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trình thực hồn thiện đề tài Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn Hóa học thầy phịng thí nghiệm, bạn sinh viên làm việc phịng thí nghiệm giúp đỡ em trình nghiên cứu luận văn này! Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng năm 2019 Sinh viên Trần Mạnh Hùng i TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƢỜNG TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Ce ứng dụng xử lý mangan môi trƣờng nƣớc” Sinh viên thực hiện: Trần Mạnh Hùng Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Đặng Thị Thúy Hạt Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chung: Góp phần tìm kiếm vật liệu có khả xử lý nhiễm mangan môi trƣờng nƣớc Mục tiêu cụ thể: - Chế tạo đƣợc vật liệu chứa Xeri - Xác định điều kiện thí nghiệm sử dụng vật liệu điều chế đƣợc cho trình xử lý nƣớc chứa mangan Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa Ce có khả hấp phụ mangan - Khảo sát điều kiện tối ƣu xử lý mangan nƣớc - Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc thực tế Xuân Mai Kết nghiên cứu Đã chế tạo đƣợc hai vật liệu chứa Ce kính cỡ nanomet với thành phần khối lƣợng lần lƣợt 6.46% Sắt với 10.44% Ce (vật liệu 1) 5.05% Sắt với 7.52% Ce( vật liệu 2) Thành phần nguyên tử lần lƣợt 2.1% Sắt với 1.35% Ce 1.63% Sắt với 0.97% Ce Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình hấp phụ vật liệu chế tạo đƣợc: Thời gian 30 phút, pH 9, nhiệt độ 20o, nồng độ mg/l, ảnh hƣởng ion cản NH4+, Cl-, Cu2+, NO3- Đã xử lý mẫu nƣớc thực tế đƣợc kết xử lý cao Vật liệu hồn tồn áp dụng mơi trƣờng nƣớc bị bị nhiễm hiệu suất cao, đơn giản, chi phí vừa phải ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU & VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vật liệu 1.1.1 Điều chế vật liệu 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu vật liệu 1.2.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét ( SEM) 1.2.2 Phƣơng pháp phổ tán sắc lƣợng tia X 1.3 Tổng quan phƣơng pháp 10 1.3.1 Lý thuyết phƣơng pháp hấp phụ 10 1.3.2 Quá trình ứng dụng phƣơng pháp hấp phụ 11 1.3.3 Phƣơng pháp đồng kết tủa 12 1.3.4 Cân hấp phụ dung lƣợng hấp phụ 12 1.4 Tổng quan mangan 13 1.4.1 Vai trò, tác hại mangan ngƣời môi trƣờng 13 1.4.2 Ô nhiễm mangan nƣớc ngầm 15 1.4.3 Phƣơng pháp xử lý, loại bỏ mangan nƣớc 16 1.5 Tổng quan xeri 18 CHƢƠNG MỤC TIÊU - ĐỐI TƢỢNG - NỘI DUNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.1.1 Mục tiêu chung 20 iii 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 20 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 20 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 20 2.4.1 Phƣơng pháp thu thập kế thừa tài liệu 20 2.4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 20 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Đặc trƣng cấu trúc vật liệu 27 3.1.1 Hình dạng vật liệu 27 3.1.2 Xác định thành phần vật liệu phổ EDX 28 3.2 Khả hấp phụ mangan vật liệu 29 3.2.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ mangan vật liệu 29 3.2.2 Ảnh hƣởng thời gian đạt trạng thái cân hấp phụ 31 3.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ 32 3.2.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 34 3.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng ion cạnh tranh đến khả hấp phụ vật liệu 35 3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa Mangan 39 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 44 Kết luận 44 Tồn 44 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO iv DANH MỤC KÍ HIỆU & VIẾT TẮT SEM Phƣơng pháp kình hiển vi điện tử quét EDX Phổ tán sắc lƣợng tia X UV-vis Phổ tử ngoại khả kiến Abs Độ hấp thụ quang WHO Tổ chức Y tế giới QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn cho phép mangan 16 Bảng 2.1 Các dụng cụ trình nghiên cứu 21 Bảng 2.2 Kết đo độ hấp thụ quang 24 Bảng 3.1 Phân tích thành phần khối lƣợng, nguyên tố vật liệu 29 Bảng 3.2 Phân tích thành phần khối lƣợng, nguyên tố vật liệu 29 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ mangan vật liệu 29 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ mangan vật liệu 30 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ vật liệu 31 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ vật liệu 31 Bảng 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu 32 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu 33 Bảng 3.9 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ vật liệu 34 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ vật liệu 34 Bảng 3.11 Ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu 36 Bảng 3.12 Ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu 37 Bảng 3.13 Vị trí lấy mẫu 39 Bảng 3.14 Kết xử lí mẫu nƣớc giếng khoan vật liệu 41 Bảng 3.15 Kết xử lí mẫu nƣớc giếng khoan vật liệu 42 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo EDX Hình 1.3 Ngun lí phép phân tích EDX Hình 1.4 Ơ mạng sở Ce 18 Hình 2.1 Đƣờng chuẩn Mn2+ khoảng nồng độ 0-6mg/l 24 Hình 3.1 Ảnh chụp SEM vật liệu x60000 27 Hình 3.2 Ảnh chụp SEM vật liệu x10000 27 Hình 3.3 Ảnh chụp SEM vật liệu x60000 27 Hình 3.4 Ảnh chụp SEM vật liệu x10000 27 Hình 3.5 Giản đồ EDX vật liệu 28 Hình 3.6 Giản đồ EDX vật liệu 28 Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ vật liệu 30 Hình 3.8 Biểu đồ ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ 32 vật liệu 32 Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ 33 Hình 3.10 Biểu đồ Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 35 Hình 3.11 Biểu đồ ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu1 37 Hình 3.12 Biểu đồ ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu 38 Hình 3.13 Các mẫu giếng khoan hiệu suất xử lý vật liệu 41 Hình 3.14 Các mẫu giếng khoan hiệu suất xử lý vật liệu 42 vii ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc tài nguyên thiên nhiên vô quý giá yếu tố thiếu đƣợc cho hoạt động sống trái đất Nhƣng nguồn nƣớc ngày cạn kiệt nhiều lí khác nhau, có vấn đề nhiễm nguồn nƣớc dòng nƣớc thải ngƣời Một vấn đề đƣợc quan tâm nguồn nƣớc bị nhiễm Mangan Nguyên nhân chủ yếu gây nhiễm mangan q trình đổ vào môi trƣờng nƣớc chất thải công nghiệp nƣớc thải độc hại không xử lý xử lý không đạt yêu cầu Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập thể ngƣời Nƣớc mặt bị ô nhiễm lan truyền chất ô nhiễm vào nƣớc ngầm, vào đất thành phần môi trƣờng liên quan khác Nƣớc bị nhiễm Mangan gây nhiều tác hại Mn lắng cặn gây tắc đƣờng ống, gây vết ố bẩn tất thứ mà tiếp xúc Mn khơng có khả tác động hình thành thể bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ, không ảnh hƣởng đến khả sinh sản…nhƣng có liên quan mật thiết đến hệ thần kinh gây độc tố hình thành hội chứng manganism với triệu chứng gần nhƣ tƣơng tự hội chứng Parkinson Do việc tìm quy trình xử lí nhằm loại bỏ chất độc nói chung mangan nói riêng khỏi mơi trƣờng nƣớc có ý nghĩa vơ to lớn Các phƣơng pháp hóa học, hóa lý để xử lý mangan nƣớc nhƣ: kết tủa, hấp phụ, hấp thụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, thẩm thấu ngƣợc….tùy theo yêu cầu cụ thể mà lựa chọn phƣơng pháp xử lý Trong phƣơng pháp sử dụng vật liệu hấp phụ đƣợc đánh giá phổ biến nhất, hiệu suất cao, đơn giản, chi phí vừa phải Chính em tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Xeri, ứng dụng xử lý Mangan nƣớc” CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vật liệu Nói cách đơn giản, khoa học nano khoa học nghiên cứu vật chất kích thƣớc nhỏ bé - kích thƣớc nanomet (nm), nanomet phần tỉ met (m) hay phần triệu milimet (mm) Công nghệ nano công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo, ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thƣớc quy mơ nanomet (từ - 100nm) Thực hạt nano tồn hàng triệu năm giới tự nhiên Từ kỷ thứ 10, ngƣời ta sử dụng hạt nano vàng để tạo thủy tinh, gốm sứ có màu sắc khác (màu đỏ, xanh vàng tùy vào kích thƣớc hạt)… Nghĩa ngƣời sử dụng, chế tạo vật liệu nano từ lâu, có điều chƣa biết nhiều [12] Có nhiều ngành ứng dụng vật liệu nano nhƣ y dƣợc (hạt nano), hóa chất vật liệu cao cấp (ống nano), công nghệ thông tin, viễn thơng (vật liệu xốp nano) nơng nghiệp … Ngồi ngành ứng dụng trên, vật liệu nano ứng dụng xử lý kim loại nặng nƣớc phƣơng pháp hấp phụ 1.1.1 Điều chế vật liệu 1.1.1.1 Phương pháp thu vật liệu Các vật liệu nano đƣợc chế tạo bốn phƣơng pháp phổ biến, phƣơng pháp có điểm mạnh điểm yếu, số phƣơng pháp đƣợc áp dụng với số vật liệu tùy thuộc vào yêu cầu vật liệu, điều kiện trang bị phịng thí nghiệm… a Phương pháp hóa ướt (wet chemical methods) Phƣơng pháp hóa ƣớt gồm có phƣơng pháp thủy nhiệt, sol-gel, đồng kết tủa Theo phƣơng pháp này, dung dịch chứa ion khác đƣợc trộn với theo tỷ phần thích hợp, dƣới tác động nhiệt độ, áp suất, điều kiện pH… mà vật liệu nano đƣợc kết tủa từ dung dịch Sau trình lọc, sấy khơ, ta thu đƣợc vật liệu có kích thƣớc nano [12] Ƣu điểm phƣơng pháp hóa ƣớt vật liệu chế tạo đƣợc đa dạng, chúng vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm phƣơng pháp rẻ tiền chế tạo đƣợc khối lƣợng lớn vật liệu nhƣng có nhƣợc điểm hợp chất có liên kết với phân tử nƣớc khó khăn, phƣơng pháp sol-gel khơng có hiệu suất cao, sản phẩm không đồng b Phương pháp học (Nano-Mechanical Method) Bao gồm phƣơng pháp tán, nghiền, hợp kim học Theo phƣơng pháp này, vật liệu dạng bột đƣợc nghiền đến kích thƣớc nhỏ Ngày nay, máy nghiền thƣờng dùng máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phƣơng pháp học có ƣu điểm đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền chế tạo với lƣợng lớn vật liệu Tuy nhiên, lại có nhƣợc điểm hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thƣớc hạt khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo thƣờng khó đạt đƣợc hạt có kích thƣớc nhỏ Phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng để tạo vật liệu hữu nhƣ kim loại [12] c Phương pháp bốc bay nhiệt (thermal evaporation method) Gồm phƣơng pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phƣơng pháp áp dụng hiệu chế tạo màng mỏng lớp bao phủ bề mặt, ngƣời ta dùng để chế tạo hạt nano cách cạo vật liệu nano từ chắn Tuy nhiên, phƣơng pháp khơng hiệu để chế tạo vật liệu quy mô thƣơng mại [12] d Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase method) Gồm phƣơng pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electroexplosion), đốt laser (laser ablation method), bốc bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc phƣơng pháp hình thành vật liệu nano từ pha khí Nhiệt phân phƣơng pháp có từ lâu, đƣợc dùng để tạo vật liệu đơn giản nhƣ carbon, silicon Phƣơng pháp đốt laser tạo đƣợc nhiều loại vật liệu VL1 VL2 94 92 HIỆU SUẤT 90 88 86 84 82 80 78 20 40 60 80 100 THỜI GIAN Hình 3.8 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vật liệu Từ kết thu đƣợc, ta thấy thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu khoảng 30 đến 60 phút Nên chọn thời gian 30 phút hiệu suất cao tiết kiệm thời gian khảo sát Do chọn 30 phút làm thí nghiệm 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ Tiến hành khảo sát ảnh hƣởng nồng độ với điều kiện nhƣ sau: nhiệt độ phản ứng 200C; pH dung dịch 9; khối lƣợng vật liệu xử lý 0.01g 0.05g; nồng độ chất ô nhiễm ban đầu mg/l, thời gian phản ứng 30 phút Kết khảo sát đƣợc tính toán nhƣ bảng sau: Bảng 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu STT Thời gian phản ứng (phút) Nồng độ trƣớc phản ứng (mg/l) Abs Nồng độ sau phản ứng (mg/l) Hiệu suất (%) 30 0.064 0.6 35.6 30 0.06 0.6 70.1 30 0.051 0.5 83.5 30 0.056 0.6 86.2 30 0.064 0.6 87.1 30 0.063 0.6 89.5 30 0.071 0.7 89.7 30 0.071 0.7 91.0 32 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu Thời gian Nồng độ trƣớc phản ứng phản ứng ( phút) (mg/l) 30 0.073 0.7 25.3 30 0.046 0.4 78.1 30 0.049 0.5 84.3 30 0.06 0.6 85.1 30 0.054 0.5 89.4 30 0.047 0.4 92.5 30 0.048 0.5 93.4 STT Nồng độ sau phản ứng Abs Hiệu suất (%) (mg/l) VL1 VL2 100 90 HIỆU SUẤT 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 NỒNG ĐỘ Hình 3.9 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp phụ Nhƣ nồng độ từ - mg/l với 0,05g vật liệu 0.01g vật liệu hiệu suất xử lý đạt tốt 89.7% với vật liệu 93.4% với vật liệu 33 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ Tiến hành khảo sát nhiệt độ phản ứng thời gian phản ứng 30 phút, nồng độ chất ô nhiễm bạn đầu mg/l, khối lƣợng vật liệu nano 0.01g 0.05 pH dung dịch điều chỉnh Nhiệt đƣợc điều chỉnh cách đặt cốc lên máy khuấy nhiệt đặt nhiệt kế vào cốc để xác định mức nhiệt Chọn mức nhiệt độ khảo sát 30, 40, 50, 60 Mức nhiệt độ 200 nhiệt độ phịng thí nghiệm Kết khảo sát đƣợc tính toán hiệu suất xử lý nhƣ sau: Bảng 3.9 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ vật liệu Nhiệt độ phản Nồng độ sau ứng phản ứng Hiệu suất STT (0C) Abs (mg/l) (%) Nhiệt độ phòng 0.063 0.6 89.4 30 0.065 0.6 89 40 0.071 0.7 87.93 50 0.073 0.7 87.5 60 0.076 0.7 86.9 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ vật liệu STT Nhiệt độ Nồng độ sau phản ứng phản ứng Hiệu suất Abs (mg/l) (%) (0 C ) Nhiệt độ phòng 0.047 0.4 92.5 30 0.049 0.4 92.1 40 0.05 0.4 91.9 50 0.058 0.5 90.4 60 0.061 0.6 89.8 34 VL1 VL2 93 92 HIỆU SUẤT 91 90 89 88 87 86 10 20 30 40 50 60 70 NHIỆT ĐỘ Hình 3.10 Biểu đồ Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả hấp phụ Từ kết cho thấy nhiệt độ phản ứng có ảnh hƣởng đến q trình hấp phụ mangan hai vật liệu Nhiệt độ phản ứng diễn từ 30 – 500C hiệu suất xử lý giảm dần Điều đƣợc giải thích tăng nhiệt độ xảy trình giải hấp hiệu suất xử lý giảm dần Ta chọn nhiệt độ 20 để làm thí nghiệm 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng ion cạnh tranh đến khả hấp phụ vật liệu Trong thực tế, gặp số ion khác có mặt thành phần mẫu ảnh hƣởng đến khả hấp phụ mangan Các thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng số ion nhƣ: NH4+, Cl-, Cu2+, NO3- ….đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ phần với nồng độ ion ảnh hƣởng là: 1, 2, 5, 10, 15, 20 mg/l Kết khảo sát ảnh hƣởng ion đến khả hấp phụ mangan vật liệu đƣợc 35 Bảng 3.11 Ảnh hưởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu STT Hàm lƣợng Mn (mg/l) Ion Cu2+ NH4+ Cl- NO3- Nồng độ ion (mg/l) Abs Nồng độ sau phản ứng (mg/l) Hiệu suất (%) 10 15 20 10 15 20 10 15 20 0.066 0.067 0.069 0.071 0.074 0.075 0.056 0.058 0.064 0.068 0.073 0.077 0.059 0.061 0.065 0.071 0.079 0.085 0.063 0.065 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.5 0.6 0.6 0.7 0.8 0.8 0.6 0.6 88.8 88.6 88.3 87.9 87.3 87 90.7 90.4 89.2 88.5 87.5 86.7 90.2 89.8 89 87.9 86.4 85.2 89.4 89 0.071 0.7 87 10 0.076 0.7 86.9 15 0.08 0.8 86.2 20 0.086 0.8 85 36 Cu NH4 CL NO3 92 91 HIỆU SUẤT 90 89 88 87 86 85 84 10 12 NỒNG ĐỘ CÁC ION Hình 3.11 Biểu đồ ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu1 Bảng 3.12 Ảnh hưởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu STT Hàm lƣợng Mn (mg/l) Ion Cu2+ Nồng độ ion (mg/l) Abs Nồng độ sau phản ứng (mg/l) Hiệu suất ( %) 0.052 0.5 91.5 0.053 0.5 91.3 0.056 0.5 90.7 10 0.057 0.5 90.6 15 0.059 0.06 0.5 0.5 90.2 90 0.052 0.5 91.5 0.054 0.5 91.1 0.059 0.5 90.2 10 0.067 0.6 88.6 15 0.07 0.7 88.1 20 0.073 0.7 87.5 0.05 0.4 91.9 20 NH4+ 37 6 Cl 0.054 0.5 91.1 0.064 0.6 89.2 10 0.07 0.7 88.1 15 0.078 0.8 86 20 0.082 0.8 85.8 0.048 0.46 92.3 0.05 0.4 91.9 0.06 0.5 90 0.067 0.6 88.6 15 0.072 0.7 87.7 20 0.081 0.8 86 - NO3- 10 Cu NH4 CL NO3 93 92 HIỆU SUẤT 91 90 89 88 87 86 85 10 12 NỒNG ĐỘ ION Hình 3.12 Biểu đồ ảnh hƣởng ion khác đến khả hấp phụ Mn vật liệu Kết thu đƣợc hình cho thấy có mặt ion vơ làm giảm hiệu trình xử lý vật liệu, phụ thuộc vào chất ion nồng độ chúng 38 Với nồng độ ion Cu2+ thấp vật liệu có hiệu suất cao 88.8% 91.5%, Khi tăng nồng độ lên 20 lần hiệu suất xử lý giảm khơng đáng kể lần lƣợt 87% 90% Với ion NH4+ hiệu suất cao lần lƣợt 90.7% 91.5% Hiệu suất giảm 86.7% 87.5% tăng nồng độ lên 20 lần Ion NO3- hiệu suất cao 89.4% 92.3%, thấp 85% 87.7% Tƣơng tự với Clnồng độ thấp có hiệu suất 90.2% 91.9%, nồng độ tăng lên 20 lần có hiệu suất lần lƣợt 85.2% 85.8% Nhƣ nồng độ ion cản nƣớc cao, làm giảm khả hấp phụ mangan vật liệu 3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa Mangan Lấy mẫu bảo quản mẫu: Tiến hành theo QCVN - Tiêu chuẩn quốc gia (2008), Vi - TCVN6202-2008: Mẫu nƣớc ngầm đƣợc lấy qua vòi bơm nên cần xả bỏ phần nƣớc ban đầu từ đến phút, sau lấy mẫu chai nhựa PE Mẫu nƣớc ngầm dùng để khảo sát khả hấp phụ vật liệu đƣợc lấy thị trấn Xuân Mai Bảng 3.13 Vị trí lấy mẫu STT Ví trí lấy mẫu Độ sâu(M) Ký hiệu Xuân Mai Làng 30 GK1 Xuân Mai Làng 30 GK2 Cổng Trƣờng C3 XM 45 GK3 Chợ XM 40 GK4 Cổng Chính DHLN 45 GK5 Đầu đƣờng Z119 35 GK6 Ngã Tƣ XM 45 GK7 Xuân Mai Làng 35 GK8 Xuân Mai Làng 30 GK9 10 Xuân Mai Làng 30 GK10 39 *Xử lí mẫu: Mỗi mẫu nƣớc ta lấy 150ml mẫu nƣớc lọc qua giấy lọc băng xanh cho vào cốc 250ml, thêm 0.5ml HNO3 đặc để bảo quản mẫu Nhỏ giọt AgNO3 kết tủa hết ion Cl-, thêm tiếp 1ml dung dịch AgNO3 0.2N để lắng lọc xong mang đun sơi đến thể tích cịn khoảng 50ml để làm giàu mẫu Thêm 0.5g (NH4)2S2O8 vào mẫu nƣớc làm giàu, đun thêm khoảng phút để nguội, lọc sang bình định mức 50ml, định mức tới vạch nƣớc cất Đem so màu bƣớc sóng 545nm Để xác định hàm lƣợng Mn mẫu thực Từ tính khối lƣợng vật liệu cần dùng cho mẫu theo công thức: Trong đó: C1 nồng độ ban đầu điều kiện tối ƣu (mg/l) C2 nồng độ ban đầu mẫu thực (mg/l) m1 khối lƣợng vật liệu làm thí nghiệm tối ƣu (g) m2 khối lƣợng vật liệu cần tính cho mẫu (g) *Vật liệu: Mỗi mẫu nƣớc ta lấy 150ml mẫu nƣớc lọc qua giấy lọc băng xanh cho vào cốc 250ml, thêm 0.5ml HNO3 đặc để bảo quản mẫu Nhỏ giọt AgNO3 kết tủa hết ion Cl-, thêm tiếp 1ml dung dịch AgNO3 0.2N để lắng lọc Đổ dung dịch sau lọc vào cốc 250ml thêm vật liệu tƣơng ứng với nồng độ thực xác định từ thí nghiệm trên, khấy 30p lọc, sau đun sơi đến thể tích cịn khoảng 50ml để làm giàu mẫu Hệ số làm giàu Thêm 0,5g (NH4)2S2O8 vào mẫu nƣớc làm giàu, đun thêm khoảng phút để nguội, lọc sang bình định mức 50ml, định mức tới vạch nƣớc cất Đem so màu bƣớc sóng 545nm 40 Bảng 3.14 Kết xử lí mẫu nƣớc giếng khoan vật liệu Nồng độ Khối lƣợng ban đầu vật liệu (mg/l) (g) Nồng độ sau Abs phản ứng (mg/l) Hiệu suất (%) STT Abs GK1 0.036 0.3 0.0025 0.018 0.11 61 GK2 0.041 0.3 0.0025 0.019 0.12 57.2 GK3 0.045 0.4 0.003 0.018 0.11 70.7 GK4 0.043 0.4 0.003 0.02 0.13 72 GK5 0.055 0.5 0.004 0.018 0.11 76.6 GK6 0.038 0.5 0.004 0.018 0.11 61 GK7 0.053 0.5 0.004 0.017 0.10 78.9 GK8 0.033 0.2 0.001 0.015 0.08 58.7 GK9 0.049 0.4 0.003 0.018 0.11 70.7 GK10 0.038 0.3 0.0025 0.02 0.13 53.4 90 80 70 Hiệu suất 60 50 40 30 20 10 GK1 GK2 GK3 GK4 GK5 GK6 GK7 GK8 GK9 GK10 Mẫu nước Hình 3.13 Các mẫu giếng khoan hiệu suất xử lý vật liệu 41 Bảng 3.15 Kết xử lí mẫu nƣớc giếng khoan vật liệu Nồng độ Khối lƣợng Nồng độ sau Hiệu ban đầu vật liệu phản ứng suất STT Abs (mg/l) (g) Abs (mg/l) (%) GK1 0.036 0.3 0.0005 0.017 0.1 64.8 GK2 0.041 0.3 0.0005 0.017 0.1 64.8 GK3 0.045 0.4 0.0006 0.016 0.09 76.5 GK4 0.043 0.4 0.0006 0.02 0.13 65.0 GK5 0.055 0.5 0.0008 0.018 0.11 76.6 GK6 0.054 0.5 0.0008 0.019 0.1 74.3 GK7 0.053 0.5 0.0008 0.019 0.1 74.3 GK8 0.033 0.2 0.0003 0.015 0.08 58.7 GK9 0.049 0.4 0.0006 0.021 0.1 62.2 GK10 0.038 0.3 0.0005 0.02 0.1 53.4 90 80 70 Hiệu suất 60 50 40 30 20 10 GK1 GK2 GK3 GK4 GK5 GK6 GK7 GK8 GK9 GK10 Mẫu nước Hình 3.14 Các mẫu giếng khoan hiệu suất xử lý vật liệu 42 Nhận xét: Qua khảo sát với mẫu thực ta thấy nồng độ Mn2+ ban đầu mẫu thấp Theo QCVN 01: 2009/BYT nồng độ tiêu chuẩn tối đa cho phép Mn nƣớc 0,3mg/l nhƣ có mẫu nƣớc GK 1, 2, 8, 10 nằm khoảng quy chuẩn cho phép nên hồn tồn sử dụng mẫu nƣớc cho mục đích ăn uống Qua ta thấy vật liệu nano xử lý hiệu mẫu giếng khoan 3, 4, 5, 6, với hiệu suất 70% với 0.003g vật liệu 0.0008g vật liệu 2/150ml nƣớc thực tƣơng đƣơng với 3kg/1500L 0,8kg/1500L nƣớc thực Nhƣ vậy, hai vật liệu hồn tồn sử dụng để xử lý mangan nƣớc, vật liệu xử lý mangan nƣớc tốt vật liệu 43 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ Kết luận Sau q trình nghiên cứu hồn thành đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Xeri, ứng dụng xử lý Mangan nƣớc” thu đƣợc kết nhƣ sau: Đã chế tạo đƣợc hai vật liệu chứa Ce kính cỡ nanomet với thành phần khối lƣợng lần lƣợt 6.46% Sắt với 10.44% Ce 5.05% Sắt với 7.52% Ce Thành phần nguyên tử lần lƣợt 2.1% Sắt với 1.35% Ce 1.63% Sắt với 0.97% Ce Tỉ lệ Fe/Ce 2/1 nhƣ ban đầu mong muốn Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình hấp phụ vật liệu Ce(SO4)2 cho kết quả: Đối với Mn(II) pH tối ƣu pH 9, thời gian để trình hấp phụ tốt 30 phút, nồng độ tối ƣu 0,006g/l, nhiệt độ tối ƣu trình hấp phụ 20 độ Đã khảo sát đƣợc ảnh hƣởng số ion NH4+, Cl-, Cu2+, NO3- đến khả hấp phụ vật liệu Đối với khảo sát hiệu suất xử lý mẫu nƣớc thị trấn Xuân Mai Chƣơng Mỹ - Hà Nội vật liệu chứa Ce vật liệu xử lý đƣợc Mn mẫu nƣớc giếng khoan nhiên khối lƣợng vật liệu sử dụng nhiều Tồn - Đề tài chƣa khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện động - Vật liệu thu đƣợc chƣa phải dạng công thức mong muốn CeFe2O5 - Chƣa tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Kiến nghị Để khắc phục số tồn phát triển thêm nghiên cứu cá nhân có số kiến nghị sau: - Khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện động - Với kết nghiên cứu ban đầu đạt đƣợc, hy vọng vật liệu đƣợc điều chế đƣợc tiếp tục nghiên cứu toàn diện để ứng dụng vào thực tế xử lý tách loại mangan có nguồn nƣớc bị nhiễm 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, QCVN 01: 2009/BYT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống Trần Thị Hồng Giang, Mangan nước, Bộ Y Tế - Viện Sức Khỏe Nghề Nghiệp Môi Trƣờng Đào Trung Hiếu (2016), Tìm hiểu khả hấp phụ mangan nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngơ, Khóa luật tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano- cách mạng khoa học kỹ thuật kỷ 21 Nguyễn Đức Minh (2012), Nghiên cứu khả xử lý Mn nước vật liệu ALUMINIUM SILICAT XỐP, Khóa luật tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Nguyễn Thị Hằng Nga (2013), Nghiên cứu xử lý sắt,mangan nước giếng khoan bể lọc kết hợp trồng dương sỉ, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Nguyễn Hoài Thu (2013), Tổng hợp vật liệu mangan didoxxit kích cỡ nanomet chất mang laterit ứng dụng vật liệu vào xử lý mangan nước ngầm, Khóa luật tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Vũ Thị Đức Trang (2015), Nghiên cứu khả hấp phụ sắt, mangan nước vật liệu MnO2 kích thước nanomet, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Nguyễn Thị Xuyến (2015), Nghiên cứu chế tạo vật liệu Mangan ddioxxit cấu trúc nano phương pháp thủy nhiệt ứng dụng xử lý nước, Luận văn thạc sĩ – Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN 10 Nguyễn Thị Kim Yến (2013), Nghiên cứu tổng hợp khảo sát cấu trúc vật liệu nano NiFe2O4, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh 11 Viện Nghiên Cứu Môi Trƣờng - Trƣờng Đại Học Đà Lạt (2016) Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu nano Tiếng anh 12 Canada Health, Manganese, Updated November 1987