Đang tải... (xem toàn văn)
Trang 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG TRÊN CƠ SỞ Fe2O3/TiO2 TỪ X
lOMoARcPSD|39514913 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG TRÊN CƠ SỞ Fe2O3/TiO2 TỪ XỈ TITAN THỨ CẤP Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Anh Thư Nguyễn Đức Thiệu Lớp Nhâm Đức Thịnh Người hướng dẫn : 2020DHKTHH02 – ĐH K15 : TS Nguyễn Mạnh Hà Hà Nội, 5/2023 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI MỞ ĐẦU 5 DANH MỤC HÌNH VẼ 7 DANH MỤC BẢNG 9 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11 1.1 Giới thiệu về xỉ titan .11 1.2 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng 12 1.3 Các phương pháp xử lý kim loại nặng 14 1.3.1 Kết tủa hóa học 14 1.3.2 Phương pháp điện hóa 15 1.3.3 Phương pháp hấp phụ .16 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu hấp phụ kim loại nặng 17 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 17 1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 21 1.5 Các phương pháp tạo hạt 23 1.5.1 Tạo hạt khô 23 1.5.2 Tạo hạt ướt .23 1.6 Chất kết dính cho quá trình tạo hạt 24 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 3 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM .26 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 26 2.1.1 Hóa chất 26 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 26 2.2 Phương pháp chế tạo vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan thứ cấp 27 2.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 27 2.3.1 Ảnh hưởng của pH 28 2.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch As(V) ban đầu 28 2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian 29 2.4 Nghiên cứu quá trình tạo hạt hấp phụ từ vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 29 2.4.1 Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính 29 2.4.2 Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ giữa chất kết dính và vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 29 2.4.3 Nghiên cứu lựa chọn độ ẩm .30 2.5 Các phương pháp đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu 30 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 30 2.5.2 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 30 2.5.3 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi (FT-IR) 30 2.5.4 Hiển vi điện tử quét qua (SEM) .30 2.5.5 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử AAS .31 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 4 2.5.6 Phương pháp xác định độ ẩm 31 2.5.7 Phương pháp xác định độ bền cơ học .31 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Đặc trưng tính chất của vật liệu Fe2O3/TiO2 33 3.1.1 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X 33 3.1.2 Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) 35 3.1.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 36 3.1.4 Phương pháp kính hiển vị điện tử quét (SEM) 37 3.2 Khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 37 3.2.1 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu 37 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch As(V) ban đầu 38 3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu 42 3.3 Nghiên cứu quá trình tạo hạt vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 45 3.3.1 Kết quả khảo sát lựa chọn chất kết dính 45 3.3.2 Kết quả khảo sát lựa chọn tỉ lệ chất kết dính 50 3.3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình tạo hạt 53 KẾT LUẬN 60 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 61 CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 5 LỜI MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Ô nhiễm kim loại nặng trong nước từ lâu đã là một vấn đề lớn ở nhiều quốc gia, đặc biệt là ở các nước đang phát triển do quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng Kim loại nặng là chất độc hại, không phân hủy sinh học, là mối đe dọa lớn đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người [1] Trong số các kim loại nặng như Cr(VI), Pb, Ni, Hg, Cu, Cd… thì Asen là nguyên tố nổi tiếng nguy hiểm có trong nguồn nước Tiếp xúc với asen gây ra các bệnh như tim mạch, mạch máu não, ung thư da, phổi, bàng quang và các bệnh rối loạn tiêu hóa Vì vậy, để cung cấp cho con người nguồn nước uống an toàn thì phải loại bỏ asen khỏi các nguồn ô nhiễm [2] Hiện nay, một số phương pháp xử lý đã được áp dụng để loại bỏ asen như hấp phụ, kết tủa, keo tụ, trao đổi ion, điện hóa, màng lọc, điện phân, quang xúc tác và xử lý sinh học Trong số các phương pháp này, hấp phụ được chú ý nhiều nhất do kỹ thuật loại bỏ hiệu quả, chi phí vận hành và ô nhiễm thứ cấp thấp, khả năng hấp phụ cao và xử lý đơn giản Gần đây, các hạt nano oxit kim loại, có kích thước và hình dạng thay đổi, sẵn có dồi dào, nhiều vị trí hoạt động bề mặt , không độc hại và khả thi về mặt kinh tế, đã nổi lên như những ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc loại bỏ nhanh, có chọn lọc và hiệu quả các kim loại nặng Một loạt các vật liệu nano dựa trên oxit kim loại đã được khám phá để loại bỏ nhanh chóng và hiệu quả các dạng ion asen khác nhau khỏi nước thải, chẳng hạn như gốc oxit sắt, gốc oxit nhôm, zirconi gốc oxit , gốc oxit xeri, gốc oxit đồng, gốc oxit titan, v.v… [3] Fe2O3 /TiO2 đã được sử dụng rộng rãi cho các quá trình quang xúc tác và hấp phụ Những vật liệu tổng hợp này có thể được chế tạo từ các phương pháp và nguyên liệu ban đầu khác nhau, đặc biệt là từ quặng ilmenit Các vật liệu composite Fe2O3 /TiO2 của các nghiên cứu trước đây được điều chế từ quặng ilmenite bao gồm nhóm sunfat cũng như sử dụng các tác nhân độc hại như axit sunfuric đậm đặc (98%) [4] Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 6 Trong nghiên cứu này, chúng em đề xuất quy trình chế tạo vật liệu composite Fe2O3 /TiO2 làm vật liệu hấp phụ hấp phụ As(V) sử dụng nguyên liệu là xỉ titan và axit sunfuric nồng độ thấp (20%) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2, và nghiên cứu quá trình tạo hạt vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 2 Mục tiêu đề tài - Chế tạo được vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan, đánh giả khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu Fe2O3/TiO2 - Chế tạo được hạt hấp phụ từ vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 3 Đối tượng nghiên cứu Xỉ titan, vật liệu composite Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan thứ cấp 4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan - Đặc trưng tính chất của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 - Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 - Nghiên cứu quá trình tạo hạt của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 và định hướng ứng dụng Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Nguyên lý xác định độ bền cơ học của hạt 32 Hình 2.2 Thiết bị đo độ bền cơ học 32 Hình 3.1 Giản đồ XRD của các mẫu nung ở 600oC 33 Hình 3.2 Giản đồ XRD của xỉ titan và vật liệu Fe2O3/TiO2 (mẫu C20) 34 Hình 3.3 Giản đồ XRD của vật liệu Fe2O3/TiO2 (mẫu C20) nung ở các nhiệt độ khác nhau trong 3 giờ .35 Hình 3.4 Phổ EDX của xỉ titan và vật liệu Fe2O3/TiO2 (mẫu C20) 36 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR 36 Hình 3.6 Ảnh SEM của quặng Ilmenite (A) và vật liệu tổng hợp Fe2O3 /TiO 2 đã điều chế (B) 37 Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu Fe2O3/TiO2 .38 Hình 3.8 Đẳng nhiệt hấp phụ (a) Langmuir và (b) Freundlich đối với As(V) của vật liệu Fe2O3/TiO2 41 Hình 3.9 Đường cong động học hấp phụ As(V) của vật liệu Fe2O3/TiO2 .43 Hình 3.10 Đồ thị động học hấp phụ As(V) dạng tuyến tính (a) bậc 1 và (b) bậc 2 của vật liệu Fe2O3/TiO2 44 Hình 3.11 Chất kết dính 45 Hình 3.12 So sánh thành phần cỡ hạt khi sử dụng các chất kết dính khác nhau 47 Hình 3.13 Ảnh hạt hấp phụ được chế tạo khi sử dụng các loại chất kết dính khác nhau 48 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 8 Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện độ bền cơ học trung bình của hạt khi sử dụng các chất kết dính khác nhau 49 Hình 3.15 So sánh thành phần cỡ hạt ở các tỉ lệ chất kết dính khác nhau .51 Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện độ bền cơ học trung bình của hạt ở các tỉ lệ compozit Fe2O3/TiO2:bentonit khác nhau 53 Hình 3.17 Ảnh của hạt hấp phụ phân loại ở các cấp hạt khác nhau 58 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 9 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Những hóa chất được sử dụng 26 Bảng 2.2 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 26 Bảng 3.1 Kết quả ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả năng hấp phụ 39 Bảng 3.2 Dữ liệu xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ As(V) của vật liệu 40 Bảng 3.3 Các tham số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của vật liệu Fe2O3/TiO2 đối với As(V) 41 Bảng 3.4 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ As(V) 42 Bảng 3.5 Các tham số trong mô hình động học hấp phụ As(V) .44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của chất kết dính đến quá trình tạo hạt .46 Bảng 3.7 Độ bền cơ học của hạt .48 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ chất kết dính đến hiệu suất tạo hạt 50 Bảng 3.9 Độ bền cơ của hạt ở các tỷ lệ compozit Fe2O3/TiO2:bentonit khác nhau 52 Bảng 3.10 Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất tạo hạt 54 Bảng 3.11 Kết quả tạo hạt theo mẻ ở điều kiện tối ưu .55 Bảng 3.12 Độ bền cơ học của hạt theo các mẻ 56 Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com) lOMoARcPSD|39514913 10 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X EDX Phổ tán xạ năng lượng FT-IR Energy Dispersive SEM Spectroscopy tia X AAS Fourier transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi Scanning Electron Hiển vi điện tử quét Microscope Phổ hấp thu nguyên tử Atomic Absorption Spectrophotometric Downloaded by XINH BONG (bongbong2@gmail.com)