Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa xeri, ứng dụng xử lý ô nhiễm trong môi trường nước

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG =============== KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO CHỨA XERI, ỨNG DỤNG XỬ LÝ Ô NHIỄM PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ NGÀNH: 7440301 Giáo viên hướng dẫn : ThS Đặng Thị Thúy Hạt Sinh viên thực : Nguyễn Thanh Tú Mã sinh viên : 1553090175 Lớp : K60A - KHMT Khóa học : 2015 - 2019 Hà Nội, 2019 Ƣ G IH GHI KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG =================o0o=================== TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP n kh lu n t i tài : “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Xeri, ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước”, inh vi n th hi n: guyễn h nh ú Gi o vi n hƣ ng n: h ặng hị húy Hạt ụ ti u nghi n ứu: 4.1 Mục tiêu chung G p phần tìm kiếm v t li u khả xử lý ô nhiễm photph t môi trƣờng nƣ 4.2 Mục tiêu cụ thể - hế tạo r v t li u Xeri -X định trình xử lý nƣ khả hấp phụ photph t điều ki n tối ƣu sử ụng v t li u điều hế đƣợ ho qu photph t ội ung nghi n ứu: - ghi n ứu hế tạo v t li u n no Xeri khả hấp phụ photphat - Khảo s t điều ki n tối ƣu sử ụng v t li u n no Xeri xử lý photph t nƣ - nghi m xử lý m u nƣ th tế thị trấn Xuân i h ng kết đạt đƣợ : u qu trình nghi n ứu ho n th nh đề t i: ―Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Xeri, ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước‖, đề t i thu đƣợ kết nhƣ s u: i - ã hế tạo đƣợ v t li u e v i th nh phần khối lƣợng l e/Fe theo tỉ l mong muốn l 1/2 - ã khảo s t yếu tố ảnh hƣởng t i qu trình hấp phụ v t li u … ho kết quả: V i O43- nồng độ pH tối ƣu l 3, thời gi n phản ứng đạt ân hấp phụ l 30 phút, khối lƣợng v t li u hấp phụ - ã khảo s t v i m u nƣ xử lý đạt 71% đối v i m u nƣ nƣ đại l 0,01 g khu v thị trấn Xuân i v i hi u giếng khơi v thấp 26% đối v i m u giếng kho n N i, ng th ng n m Sinh viên guyễn h nh ú ii LỜI CẢM ƠN rƣ tr hết, em xin gửi lời ảm ơn sâu sắ đến h tiếp hƣ ng n t n tình, ln húng em suốt qu trình th ặng hị húy Hạt nh nhiều thời gi n, ông sứ hƣ ng n hi n nghi n ứu v ho n th nh đề t i nghi n ứu kho họ húng em ũng xin trân trọng to n thể thầy ô gi o ông t m ơn B n Gi m hi u nh trƣờng trƣờng t n tình truyền đạt nh ng kiến thứ quý b u, giúp đỡ húng em qu trình họ t p v nghi n ứu ột lần n húng em xin hân th nh ảm ơn! H ội, th ng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thanh Tú iii MỤC LỤC KH L I CẢ Ụ GHI i Ơ iii Ụ iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT T T vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii L I MỞ ẦU HƢƠ G TỔNG QUAN VẤ 11 Ề NGHIÊN CỨU phƣơng ph p xử lý nƣ c 1.1.1 hƣơng pháp xử lý nƣ c thải lý học 1.1.2 Xử lý nƣ c thải phƣơng pháp hóa – lý 1.1.3 Xử lý nƣ c thải phƣơng pháp sinh học 1.2 Khái quát v t li u nano chứa sắt 1.2.1 Công ngh nano 1.2.2 V t li u nano 1.3 Tổng quan Photphat 10 1.3.1 Nguồn gốc, tính chất hóa lý, dạng tồn Photphat 10 1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm photphat nƣ c 11 1.3.3 Ảnh hƣởng Photphat đối v i on ngƣời sinh v t 12 1.4 Một số phƣơng ph p xử lý Photphat nƣ c 13 1.4.1 hƣơng ph p sinh học 13 1.4.2 hƣơng pháp hóa học loại bỏ phophat kết tủa 13 1.4.3 hƣơng ph p hấp phụ v tr o đổi ion 14 HƢƠ G 2: I ƢỢNG, MỤC TIÊU, NỘI D G VÀ HƢƠ G HÁ NGHIÊN CỨU 17 2.1 ối tƣợng nghiên cứu 17 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 17 iv 2.1.1 Mục tiêu chung 17 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 17 2.3 Nội dung nghiên cứu 17 2.4 hƣơng ph p nghi n ứu 17 2.3.1 hƣơng ph p th c nghi m 17 2.3.2 hƣơng ph p x định nƣ c ô nhiễm photphat 18 2.3.3 hƣơng ph p điều chế v t li u 20 2.3.4 hƣơng ph p phân tí h 235 đặc tính v t li u 21 hƣơng ph p tính hi u suất xử lý 25 HƢƠ G KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LU N 26 3.1 Kết điều chế v t li u chứa Xeri 26 3.1.1 Ảnh chụp SEM sắt nano 26 312 X định thành phần v t li u phổ EDX 26 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hi u xử lý hotph t nƣ c 27 3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH 27 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian 28 3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ chất ô nhiễm 30 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhi t độ 31 3.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng ion cản 33 3.2.6 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích chất ô nhiễm 33 3.4 Kết xử lý nƣ c ô nhiễm Photphat v i m u nƣ c th c v t li u 34 3.4.1 Kết đo nh nh thông số thị ô nhiễm nguồn nƣ c 34 3.4.2 Kết xử lý nƣ c ô nhiễm Photphat v t li u 35 TÀI LI U THAM KHẢO v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Abs ộ hấp thụ qu ng B Bình định mứ Ce Xeri EDX hƣơng ph p đo hổ t n sắ lƣợng ti X, ―EnergyDispersive X- QCVN SEM y pe tros opy‖, Quy huẩn kĩ thu t Quố gi Vi t m hƣơng ph p kính hiển vi n tử quét, ―Scanning Electron i ros ope‖ TCVN i u huẩn Quố gi Vi t UV-VIS hổ tử ngoại khả kiến, ― ltr violet–visible spe tros opy‖ vi m DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 đồ ủ kính hiển vi đầu ị qt ( Hình Vịng tuần ho n ủ photph t nƣ Hình Dãy bình định mứ xây h y ) 12 ng đƣờng huẩn hotph t 19 Hình 2 ƣờng huẩn hotph t khoảng nồng độ 0/1 mg/l 20 Hình đồ nguy n lý ủ kính hiển vi n tử quét 22 Hình đồ ấu tạo EDX 23 Hình guy n lí ủ phép phân tí h EDX 24 Hình Ảnh hụp E ủ v t li u x60000 26 Hình Ảnh hụp E ủ v t li u x10000 26 Hình 3 Giản đồ EDX ủ v t li u 26 Hình Ảnh hƣởng ủ pH ung ị h đến hi u xử lý hotph t thời gi n phản ứng l 30 phút 28 Hình Ảnh hƣởng ủ thời gi n phản ứng đến hi u xử lý photph t 29 Hình Ảnh hƣởng ủ nồng độ hất ô nhiễm đến hi u xử lý hotph t ủ v t li u 31 Hình Ảnh hƣởng ủ nhi t độ phản ứng đến hi u xử lý hotph t 32 Hình Ảnh hƣởng ung lƣợng hất ô nhiễm đến hi u xử lý hotph t ủ v t li u 34 Hình Biểu đồ kết xử lý nƣ ô nhi m hotph t v t li u 36 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 ột số perovskit đƣợ tổng hợp phƣơng ph p đồng tạo phứ Bảng ột số ấu trú đƣợ tổng hợp phƣơng ph p sol-gel citrate Bảng í h số t n ủ số hợp hất photph t 250C 14 Bảng Kết đo độ hấp thụ qu ng 19 Bảng hân tí h th nh phần khối lƣợng, ủ nguy n tố v t li u 27 Bảng Ảnh hƣởng ủ pH ung ị h đến hi u xử lý Photphat 27 Bảng 3 Ảnh hƣởng ủ thời gi n phản ứng đến hi u xử lý Photphat 29 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng ủ nồng độ hất ô nhiễm đến hi u xử lý Photphat ủ v t li u 30 Bảng Ảnh hƣởng ủ nhi t độ phản ứng gi hất ô nhiễm v v t li u 32 đến hi u xử lý Photphat 32 Bảng Ảnh hƣởng ung lƣợng hất ô nhiễm đến hi u xử lý Photphat ủ v t li u 33 Bảng Kết đo nh nh m u nƣ hủy Xuân i n – hƣơng Bảng Kết xử lý nƣ ỹ–H ô nhiễm hôn i n rƣợng – Xã ội 35 ô nhi m hotphat- v t li u 35 viii LỜI MỞ ĐẦU hotph t l hất inh ƣỡng thƣờng hoạt động sinh hoạt v sản xuất ủ n y nƣ nƣ ngầm ặ mặt nguồn nƣ t nhi n, on ngƣời l m gi tăng nồng độ ù không độ hại đối v i ngƣời, song ion mặt nồng độ tƣơng đối l n, ùng v i nitơ, photph t gây r hi n tƣợng phú ƣỡng B n đầu l s ph t triển bùng nổ ủ tảo, lƣợng l n bùn lắng đƣợ tạo th nh o x ủ tảo hết Dần ần, hồ trở th nh vùng đầm lầy v uối ùng l vùng đất khô, uộ sống ủ động v t thủy sinh hồ bị ngừng tr rong v i th p kỷ gần đây, s ph t triển mạnh ủ kinh tế ũng nhƣ bùng nổ ân số tạo r nhiều sứ ép l n môi trƣờng sống, số đ l vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣ hoạt động ông nghi p h y sinh hoạt ủ on ngƣời ph t thải số lƣợng l n O43-, tí h lũy huỗi thứ ăn v động t i on ngƣời Do đ , nghi n ứu xử lý O43- nƣ cuối ùng t đ ng l hủ đề n ng đƣợ nhiều qu n tâm v nghi n ứu phƣơng ph p h họ , h hấp phụ, tr o đổi ion, oxi h ầu ụ thể m - lí để xử lý nƣ khử, tạo phứ , thẩm thấu ngƣợ họn phƣơng ph p xử lý đơn lẻ h y tổ hợp l bi n ph p phổ biến v ụng v t li u n no nhƣ: Kết tủ , hấp thụ, , tùy theo y u hƣơng ph p hấp phụ hi u để loại bỏ O43- nƣ , l vi ể tổng hợp v t li u sử nhiều phƣơng ph p nhƣ đồng kết tủ nhi t độ phòng, phƣơng ph p gốm truyền thống, phƣơng ph p sol gel hoặ đốt h y gel (v i hất trợ gel l xit xitri , V , etylen gly ol) phƣơng ph p đồng kết tủ nhi t độ thấp tính đồng Vi thể tạo r v t li u o, thời gi n tạo sản phẩm ngắn, tiết ki m đƣợ nghi n ứu hế tạo v ứng ụng rong đ , độ mịn v hi phí v t li u n no oxit kim loại để hấp phụ O43- đƣợ nhiều nh kho họ qu n tâm o nh ng đặ tính ƣu vi t ủ húng ặ bi t nghi n ứu khả hấp phụ O43- tr n v t li u n no Fe ịn hạn hế Vì v y, húng tiến h nh đề t i ―Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chứa Xeri, ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước‖ chùm n tử lƣợng hổ ti X ph t r o v đƣợ thu hẹp nhờ h thấu kính n từ tần số (năng lƣợng photon ti X) trải vùng rộng v đƣợ phân tí h nhờ phổ kế t n sắ lƣợng o đ ghi nh n thông tin nguy n tố ũng nhƣ th nh phần Kỹ thu t EDX đƣợ ph t triển từ nh ng năm 1960s v thiết bị thƣơng phẩm xuất hi n v o đầu nh ng năm 1970s v i vi sử ụng ete tor ị h huyển Si, Li hoặ Ge Hình 2.5 Ngun lí phép phân tích EDX i X ph t r từ v t rắn ( o tƣơng t v i hùm n tử) lƣợng biến thi n ải rộng, đƣợ đƣ đến h t n sắ v ghi nh n (năng lƣợng) nhờ ete tor ị h huyển (thƣờng l Si, Ge, Li ) đƣợ l m lạnh nitơ lỏng, l on hip nhỏ tạo r n tử thứ ấp o tƣơng t v o nốt nhỏ v i ti X, đƣợ l i ƣờng độ tia X tỉ l v i tỉ phần nguy n tố mặt m u ộ phân giải ủ phép phân tí h phụ thuộ v o kí h ỡ hùm n tử v độ nhạy ủ ete tor (vùng hoạt động tí h ộ hính x nh n đƣợ s ủ ete tor) ủ EDX ấp độ v i phần trăm (thông thƣờng ghi mặt ủ nguy n tố EDX tỏ r không hi u v i hi n hi u ứng trồng h p tỉ phần ỡ 3-5% trở l n) nguy n tố nhẹ (ví ụ B, C ) v thƣờng xuất đỉnh ti X ủ nguy n tố kh nguy n tố thƣờng ph t r nhiều đỉnh đặ trƣng Kα, Kβ , v nguy n tố kh nh u uy nhi n, nh u (một đỉnh ủ thể hồng h p l n nh u gây kh khăn ho phân tí h) 24 2.3.5 Phƣơng pháp tính hiệu suất xử lý ố li u thu đƣợ s u qu trình th v tính to n D nghi m đƣợ ghi hép s o lƣu xử lý v o kỹ tính to n theo phƣơng trình , sử ụng phần mềm hỗ trợ nhƣ ex el, internet v mộ số ông ụ kh … - Hi u suất hấp phụ đƣợ tính theo ơng thứ : - ình nồng độ huẩn: y = x + b v o độ hấp thụ qu ng ( bs) theo phƣơng trình đƣờng rong đ y l bs v x l nồng độ H: Hi u suất xử lý ( % ) t: ồng độ hất ô nhiễm b n đầu ( mg/l ) s: ồng độ hất ô nhiễm hấp phụ ( mg/l ) 25 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết điều chế vật liệu chứa Xeri D v o ông trình nghi n ứu ơng bố [9-10] , húng họn khuấy m u để tạo gel l 800C, nhi t độ nung m u 3000C vòng 30 phút để tiến h nh khảo s t ảnh hƣởng ủ nhi t độ nung đối v i qu trình hình th nh đơn ph … 3.1.1 Ảnh chụp SEM sắt nano Hình 3.1 Ảnh chụp SEM vật liệu x60000 Nhận xét: hìn v o hình ảnh E kh xốp v Kí h thƣ Hình 3.2 Ảnh chụp SEM vật liệu x10000 ủ v t li u ho thấy bề mặt v t li u hố đặ trƣng ho bề mặt v t li u