Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 152 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
BGIODCVOTO TRNGIHCSPHMHNI StyleDefinition:Cp1:Linespacing:single Formatted:Indent:Firstline:0 cm PHMXUNCNG NGHIÊNCứUTíNHCHấTVàCƠCHếHấPPHụ MộTSốIONKIMLOạINặNGTRÊNVậTLIệUCHếTạOTừBùNĐỏ Chuyờnngnh:HúalýthuytvHúalý Mós:62.44.01.19 LUẬNÁNTIẾNSĨHÓAHỌC NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TSNguyễnTrungMinhP GS.TSNguyễnNgọcHà Formatted:Linespacing:M u l t i p l e 1,3li Formatted:Font:18pt HNI-20165 LờicảmơN Vi tỡnh cm chân thành, lịng kính trọng, tơi xin chân trọng cảmơncác thầygiáo,cơgiáođãtậntìnhgiảngdạychotơitrongthờigianhọc tập nghiên cứu Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư phạm HàNội Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tớiPGS.TS Nguyễn TrungMinh,PGS.TS Nguyễn Ngọc HàvàPGS.TS Nguyễn Đức Chuyđãtrực tiếp hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi q trình nghiêncứuhồnthiệnluậnán Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy, giáo Khoa Hóa Học TrườngĐ i h ọ c s p h m H N ộ i , t ậ p t h ể l ã n h đ o , c n b ộ V i ệ n đ ị a chất - Viện Hàn lâm khoa học Cơng nghệ Việt Nam…đã tạo điềukiệnthuậnlợigiúpđỡtơitrongqtrìnhthựchiệnluậnánnày Tơi vơ biết ơn người thân gia đình bạn bè,đồng nghiệp động viên, chia sẻ, giúp đỡ tơi suốt q trình họctập,cơngtác,nghiêncứukhoahọcvàhồnthiệnluậnán Xintrântrọng cảmơn! HàNội, ngàytháng Tác Giả năm PhạmXuânCƣờng Formatted:Centered Formatted Formatted MỤCLỤC MỞĐẦU Formatted Lí chọn đềtài Formatted Mụctiêunghiêncứu Đốitượng,phạmvinghiêncứu .2 Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủađềtàinghiêncứu .3 Những đóng góp mớicủa luận án .4 Chƣơng 1:TỔNG QUANTÀI LIỆU 1.1 T quan bùn đỏ 1.1.1 B ùn đỏ 1.1.2 TìnhhìnhkháithácvàchếbiếnbauxiteởViệtNamvàThếgiới 1.1.3 Cácnghiên cứu xửlýbùn đỏ [8] 1.2 Tổngquan vềkim loại nặng .1110 1.2.1 Ônhiễm kim loạinặng .1110 1.2.2 Hậuquảcủa ônhiễm kim loại nặng đến sứckhỏe conngười 111.3 Tổng quan tượng hấp phụ 1413 1.3.1 Hấpphụ .1413 1.3.2 Hấpphụvậtlý hấp phụhóahọc .1514 1.3.3 Nhiệthấp phụ,nănglượng hoạthóa củaquá trình hấp phụ .1816 Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted FieldCodeChanged Formatted Formatted Formatted FieldCodeChanged Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted 1.3.4 Sựchọn lọc hấp phụ 1817 Formatted 1.3.5 Sựphụ thuộc củanhiệt độ 1817 Formatted 1.3.6 Tínhchất điểm hấp phụ 1817 1.3.7 Nănglượng hoạt hóa hấp phụ .1917 1.3.8 Trạngthái chất bịhấp phụ .1918 1.3.9 Cânbằng hấpphụ [14] 2018 1.4 Tổngquan cácphần mềm hỗ trợ tính tốn 2422 1.4.1 Ngơnngữ lập t r ì nh Py thon .2523 1.4.2 Siesta 2624 1.4.3 GaussView 2624 Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted 1.4.4 Chemcraft 2625 Formatted Formatted Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Chƣơng2:CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM.28262.1.Các phương pháp nghiêncứu 2826 2.1.1 Phương pháp quangphổ hấpthụnguy êntử (AAS)[21] 28 26 2.1.2 Phươngpháphiển vi electron [16] 3129 2.1.3 Phươngpháp nhiễu xạ tiaX (XRD) 3230 2.14 Phương phápphiếmhàmmậtđộ(DensityFunctionalTheory:DFT)3230 2.2 Thựcn g h i ệ m 3937 2.2.1 Hóachất thiếtbị [21] 3937 2.2.2 Tổnghợp vật liệu 3937 2.2.3.Hấp phụkim loại nặng [18,21, 37, 43] 4240 2.2.4.X â y d ự n g m ô h ì n h , c c t í n h t o n h ó a h ọ c l ợ n g t t r ê n m y vitính 4240 Chƣơng3 :KẾT QUẢ NGHIÊNCỨU VÀTHẢO LUẬN 43 41 31 Thànhphần, cấu trúcvà tính chất hóa lýcủa hạt vật liệu hấp phụ 4341 3.1.1 Thànhphần hóa học 4341 3.1.2 Nghiên cứu cấutrúc 44 41 3.1.3 Quytrình hoạt hóa vật liệu [21] 4745 3.2 Cáckết nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng Asen củ a hạt vật liệu BVNQ, BOS 50 48 3.2.1 Kết quảthựcnghiệm hấpp h ụ i o n C d 2+t r o n g d u n g d ị c h n c củahạtBVNQ, BOS 5048 Formatted 2+ 3.2.2 Kếtq uả t h ự c n g h i ệ m h ấ p p h ụ i o n C u t r o n g d u n g d ị c h n c củahạt BVNQ, BOS 6460 3.2.3 Kếtq u ả t h í n g h i ệ m h ấ p p h ụ i o n Z n 2+trongd u n g d ị c h n c củahạt BVNQ, BOS 7671 3.2.4 Kếtq u ả t h í n g h i ệ m h ấ p p h ụ A s e n ( V ) t r o n g d u n g d ị c h n c củahạt BVNQ, BOS 8780 3.2.5 Tổnghợp thảo luận kếtquả nghiên cứuthực nghiệm 96883.3 Xây dựng mơhìnhGeothite đểtính lí thuyết 9990 3.4 Cáck ế t q u ả n g h i ê n c ứ u l ý t h u y ế t h ấ p p h ụ i o n k i m l o i n ặ n g v Asen củ a hạt vật liệu BVNQ, BOS 103 94 3.4.1 Kết quảnghiêncứulýthuyếtc c h ế h ấ p p h ụ i o n C d 2+trongdungdịch nước hạt vật liệu BVNQ, BOS 10394 3.4.2 Kếtquảnghiêncứulýt h u y ế t c c h ế h ấ p p h ụ i o n C u 2+trongdungdịch nước hạt vật liệu BVNQ, B OS 10596 3.4.3 Kếtquảnghiêncứulýthuyếtc c h ế h ấ p p h ụ i o n Z n 2+trongdung dịch nước hạt vật liệu BVNQ, BOS 10899 3.4.4 Kếtquả nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụ ion Ase(V)trong dung dịch nước hạt vật liệu BVNQ, BOS 111101 3.4.5 Tổnghợp thảo luận kết nghiên cứu lý thuyết .112102 CÁC KẾTLUẬN CHÍNHVÀ KIẾNNGHỊCỦA LUẬN ÁN .113 104 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO VÀCƠNGTRÌNHKHOAHỌC 116 106 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 119 109 MỞĐẦU 31 Lídochọnđềtài 31 Mụctiêunghiêncứu Formatted Formatted Formatted:Font:14pt Formatted:Justified, cm,Firstline:0 cm Left: ormatted:Font:14ptForma tted:Font:14ptFormatted: Font:14ptFormatted:Font :14pt Formatted:Linespacing:M u l t i p l e 1,3li FormattedFormatted :Font:14pt Formatted:Justified,Indent:Left:0 cm,Filine: cm FormattedFormatted :Font:14ptFormatted Formatted:Font:14pt Formatted:Checkspellingandgrammar,No Expandedby/Condensedby Formatted:Font:NotItalic,Swedish(Swed Checkspellingandgrammar,NotExpandedb Condensedby Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Đốitượng,phạmvinghiêncứu 32 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủađềtàinghiêncứu Nhữngđónggópmớicủaluậnán 33 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 34 Chƣơng1:TỔNGQUANTÀILIỆU Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 36 Tổngquanvềbùnđỏ Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.1.1 Bùnđỏ 36 1.1.2 Tìnhhìnhkhái thác vàchế biến bauxite Việt Nam Thế giới 37 1.1.3 Cácnghiêncứuxửlýbùnđỏ 39 1.2 Tổngquanvềkimloạinặng 310 1.2.1 Ônhiễmkimloạinặng 310 1.2.2 Hậuq u ả c ủ a ô n h i ễ m k i m l o i n ặ n g đ ế n s ứ c k h ỏ e c o n người 311 0,5 Formatted:Font:14ptF 32 1.1 Indent: Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3 Tổngquanvềhiệntƣợnghấpphụ313 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.1.Hấpphụ3 13 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.2.Hấpphụvậtlývàhấpphụhóahọc3 14 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.3.Nhiệthấp phụ, nănglượng hoạt hóacủa q trìnhhấp phụ 316 1.3.4.Sựchọnlọchấpphụ317 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.5.Sựphụthuộccủanhiệtđộ3 17 Tính chấtcủacácđiểm hấp phụ 317 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.7.Nănglượnghoạthóahấpphụ3 18 1.3.8.Trạngtháicủachấtbịhấpphụ3 18 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.3.9.Cânbằnghấpphụ3 18 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 1.4.Tổngquanvềcácphầnmềmhỗtrợtínhtốn3 23 1.4.1.NgơnngữlậptrìnhPython3 23 1.4.2.Siesta324 1.4.3 GaussView3 25 1.4.4 Chemcraft3 25 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Chƣơng2:CÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUVÀTHỰCNGHIỆM 327 2.1 Cácphƣơngphápnghiêncứu3 27 2.1.1.Phươngphápquangphổhấpthụnguyêntử(AAS)3 27 2.1.2.Phươngpháphiểnvielectron[16]3 30 2.1.3.PhươngphápnhiễuxạtiaX(XRD)3 31 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 2.1.4.Phươngphápphiếmhàmmậtđộ(DensityFunctionalTheoryDFT) 332 2.2 Thựcnghiệm338 2.2.1.Hóachấtvàthiếtbị3 38 2.2.2.Tổnghợpvậtliệu3 38 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 2.2.3.Hấpphụkimloạinặng 341 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 2.2.4.Xây dựngmơhình,cáctínhtốnlượng tửtrênmáyvitính Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 341 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Chƣơng3:KẾTQUẢNGHIÊNCỨUVÀTHẢOLUẬN 342 3.1 Thànhphần,cấutrúcvàtínhchấthóalýcủahạtvậtliệuhấpphụ Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 342 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.1.1 Thànhphầnhóahọc3 42 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.1.2.Nghiêncứucấutrúc3 43 3.1.3.Quytrìnhhoạthóavậtliệu3 46 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.2Các kếtquả nghiêncứu thực nghiệm hấp phụionkim loại nặng vàAsencủahạtvậtliệuBVNQ,BOS3 49 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.2.1.Kếtquả thực nghiệmhấp phụ ion Cd 2+trong dung dịch nước hạtBVNQ,BOS 349 3.2.2 Kếtquả thực nghiệm hấp phụion Cu 2+trong dung dịch nước hạtBVNQ,BOS Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 362 3.2.3 Kết thí nghiệm hấp phụ ion Zn2+trong dung dịch nước Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt hạtBVNQ,BOS3 73 3.2.4 KếtquảthínghiệmhấpphụAsen(V)trong dungdịchnướccủahạtBVNQ,BO Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt S Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 384 3.2.5 Tổnghợpv t h ả o l u ậ n c c k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u t h ự c n g h i ệ m 394 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.3 XâydựngmơhìnhGeothiteđểtínhlíthuyết 396 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.4Các kết nghiên cứu lý thuyết hấp phụ ion kim loại nặng Asenc ủahạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100 3.4.1.Kết nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụionCd 2+trong dung dịchn ướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100 3.4.2.Kết nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụ ionCu 2+trongdung dịchnướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3102 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.4.3.Kết nghiêncứulýthuyếtcơ c h ế h ấ p p h ụ i o n Z n 2+trong dungdịchnướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3105 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3.4.4.Kếtquảnghiên cứu lýthuyết cơchế hấpphụ ionAse(V)trong dungdịchnước trênhạtvậtliệuBVNQ,BOS Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3108 3.4.5.Tổnghợpvàthảoluậncáckếtquảnghiêncứulýthuyết 3109 CÁCK Ế T L U Ậ N C H Í N H V À K I Ế N N G H Ị C Ủ A L U Ậ N Á N 3111 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt DANHMỤC C Á C B À I B Á O V À C Ô N G T R Ì N H K H O A H Ọ C 3113112 TÀILIỆUTHAMKHẢO Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt 3116 Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Centered DANHMỤCCÁCCHỮVIẾTTẮTTRONGLUẬNÁN AAS PhươngphápquangphổhấpthụnguyêntửAutoD ADS iagnosticsSystem BET BrunauerEmmettTeller BOS Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp 45% đá ong Bình Yên, Hà Nội +45% bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng với 10% thủy tinh lỏng nung ởnhiệtđộ350C,thờigiannung3giờ BVNQ Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp bazan phong hóa bùn đỏ Bảo Lộc,Lâm Đồng với 15% thủy tinh lỏng nung nhiệt độ 350 C, thờigiannung3giờ BBL2 BùnđỏBảoLộc C Nồngđộchấtthamgiaphảnứngởthờiđiểmt C0D Nồng độ chất tham gia phản ứng thời điểm ban FT đầuPhươngphápphiếmhàmmậtđộ(DensityFunctionalTheory)Dung qΔHH lượnghấpphụ EE Entanpy DS Nănglượnghoạthóa GGA PhổtánsắcnănglượngtiaX Sựgầnđúnggradiensuyrộng(GeneralizedGradientApproximationĐáongBìnhY OBY ên LDA Sựgầnđúngmậtđộđịaphương(LocalDensityApproximationHiểnviele SEM ctronqt(ScanningElectronMicroscopy) TEM Hiểnvielectrontruyềnqua(TransmissionElectronMicroscopy)Phươngphápnhiễux XRD ạtiaX