nghiên cứu vật liệu tái chế từ phế thải xây dựng để xử lý nước thải

Trong vài năm gần đây, c+c hạt nano đồng và oxit đồng đã được sử dụng trong nhiều ứngdụng; điều này được khuyến khích nhiều nhà nghiên cứu trên toàn thế giới để ph+t triển c+c phương ph+

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

- -  

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU VÂT LIÊU TI CH T PH TH I XÂYDỰNG Đ! X" L# NƯ%C TH I

Sinh viên thực hiện:

STT Họ và tên Lớp MSSV1 Đ# Tr%nh B(o Kh+nh 66MSE1 03695662 Đ# Kiên Minh 66MSE1 01669663 Đă 5ng B(o Ngọc 66MSE1 01673664 Lê Thanh 66MSE1 0618366

Giảng viên hướng dẫn: TS Lưu Th% Lan Anh

TS Lê Mạnh Cường

Hà Nội, ngày 28 th+ng 1 năm 2024

Mở đầu

Công nghệ nano là một trong những lĩnh vực khoa học giành được sự quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây C+c hạt kim loại nano sở hữu những tính chất đặc biệt so với vật liệu khối do hiệu ứng bề mặt gây ra bởi kích thước nhỏ của chúng Nghiên cứu tổng hợp c+c hạt nano kim loại với kích thước và hình dạng kh+c nhau, nhằm kh+m ph+ c+c tính chất cũng như kh( năng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực như: điện tử, quang học , xúc t+c và y sinh là rất cần thiết Vật liệu nano của c+c kim loại quý như bạch kim, vàng và bạc thường được ứng dụng kh+ hiệu qu(trong c+c lĩnh vực nêu trên Trong công nghệ nano, nghiên cứu c+c hạt nano là một khía cạnh quan trọng Mà tiêu biểu là c+c hạt nano kim loại như hạt nano Au, Ag, Pt, Cu, C+c hạt nano kim loại thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học kh+c biệt và vô cùng quý gi+, đặc biệt là tính kh+ng khuẩn Hạt nano được sử dụng sớm và có nhiều ứng dụng trong việc kh+ng khuẩn là c+c hạt nano kim loại quý như vàng, bạc Nhưng với chi phí tổng hợp tốn kém, gi+ thành cao thì việc sử dụng nano vàng, bạc trên một quy mô lớn là khó có thể thực hiện được Trong khi đó đồng là một kim loại kh+ dồi dào, phổ biến, rẻ tiền và dễ tìm thấy trong tự nhiên C+c nghiên cứu gần đây cho thấy c+c hạt nano đồng được chế tạo ra cũng mang những tính năng ưu việt không kém gì c+c hạt nano vàng, bạc, đặc biệt là tính kh+ng khuẩn Chính vì vậy, hạt nano đồng đang nhận được sự quantâm lớn của c+c nhà nghiên cứu.

Mục tiêu của đề tài:

1 Đ+nh gi+ và xử lý th(i phẩm của nhà m+y và cơ sở t+i chế,s(n xuất nhôm2 Đ+nh gi+ c+c phương ph+p chế tạo PAC từ phế th(i nhà m+y

Nội dung nghiên cứu:

1 Tổng quan về c+c qu+ trình xử lý phế th(i xây dựng

2 Tổng quan về qu+ trình xử lý nước th(i bằng vâ 5t liê 5u t+i chế từ phế th(i xây dựng 3 Kh(o s+t c+c yếu tố (nh hưởng đến qu+ trình chế tạo

4 Đ+nh gi+ hiệu suất và hiệu qu( kinh tế

CHƯƠNG 2 TFNG HGP NANO ĐHNG VÀ CC OXIT ĐHNG

Trong vài năm gần đây, c+c hạt nano đồng và oxit đồng đã được sử dụng trong nhiều ứngdụng; điều này được khuyến khích nhiều nhà nghiên cứu trên toàn thế giới để ph+t triển c+c phương ph+p tổng hợp dễ dàng hơn Chưa từng có, nghiên cứu hiện nay b+o c+o một phương ph+p xanh để tổng hợp c+c hạt nano đồng/oxit đồng (NP Cu/Cu2O) bằng c+ch sửdụng chiết xuất của chà là không hạt NP Cu/Cu2O được tổng hợp theo phương ph+p khửhóa học sử dụng chà là không hạt' chiết xuất như một chất khử do hàm lượng phenolics và flavonoid cao Kính hiển vi điện tử (TEM) tiết lộ rằng c+c hạt gần như hình cầu đã được tổng hợp T+n xạ +nh s+ng động (DLS) cho thấy c+c NP Cu/Cu2O tổng hợp được có kích thước hạt trung bình là 78 nm và thế zeta là þ41 mV, cho thấy độ ổn đ%nh tốt của c+c hạt Khẳng đ%nh việc tổng hợp thành công NP Cu/Cu2O thông qua nhiễu xạ tia X (XRD), cho thấy sự hiện diện của c+c đỉnh đặc trưng của đồng ở 2θ ¼ 43,2745, 50,4083 và 74,1706, và UV-Vis Quang phổ cho thấy đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng cho c+c NP Cu/Cu2O tại 576nm Ngoài ra, Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) cho thấy sự hiện diện của c+c hợp chất phenolic, ch%u tr+ch nhiệm khử c+c ion đồng thành hạt nano đồng thông qua carbonyl và liên kết hydroxyl, được hấp phụ từ d%ch chiết trên NP Cu/Cu2O Tóm lại, công việc hiện tại cung cấp, cho Lần đầu tiên, một phương ph+p đơn gi(n, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường để tổng hợp NP Cu/Cu2O bằng c+ch sử dụng chà là không hạt vô dụng.

1 Giới thiệu

Kể từ bài nói chuyện đầy c(m hứng của Richard Feynman vào ngày 29 th+ng 12 năm 1959 có tựa đề "Có rất nhiều ch# ở phía dưới" tại cuộc thi hàng năm của Mỹ Cuộc họp của Hiệp hội Vật lý tại Viện Công nghệ California (Caltech) [1], hàng ngàn nhà nghiên cứu trên khắp thế giới bắt đầu kh+m ph+ và khai th+c những cơ hội linh hoạt do công nghệ nano mang lại tính chất chung và độc đ+o của hạt nano đặc biệt trong C+c lĩnh vực kh+c nhau Trong số c+c loại hạt nano, đồng và C+c hạt nano oxit đồng thu hút nhiều sự chú ý vì chúng phân biệt xúc t+c, cơ, từ, điện và nhiệt của c(i; Ngoài kh( năng ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực bao gồm c+c ứng dụng nông nghiệp, công nghiệp, môi trường và y tế Hơn nữa, c+c hạt nano đồng và oxit đồng có thể được sử dụng trong xúc t+c, c(m biến , phân hủy thuốc nhuộm, ứng dụng diệt nấm và nematicidal

C+c phương ph+p tổng hợp được coi là hết sức quan trọng trong lĩnh vực công nghệ nano Về vấn đề này, c+c phương ph+p có được +p dụng để tổng hợp NP Cu/Cu2O kh+c nhau giữa ba loại chính; phương ph+p vật lý, sinh học và hóa học Ý tưởng cốt lõi vượt rangoài tổng hợp hạt nano kim loại nói chung và hạt nano đồng đặc biệt, phụ thuộc vào hình thức đơn gi(n nhất của nó vào việc cung cấp ba chính c+c thành phần; tiền chất cungcấp ion đồng, chất khử để cung cấp c+c electron cần thiết để khử c+c ion đồng thành nguyên tử đồng sau đó tổng hợp thành c+c hạt nano đồng với kích thước giới hạn dưới sự kiểm so+t của thành phần thứ ba, chất hoạt động bề mặt; Bên dưới điều kiện pH và nhiệt độ tối ưu.

Khi nguồn điện tử, tức là chất khử, là một chất hóa học hợp chất thì phương ph+p hóa học; trong khi khi nguồn của electron là một nguồn vật lý như dòng điện, phương ph+p này là vật lý, và khi nguồn điện tử là một sinh vật thì phương ph+p sinh học.

Phương ph+p hóa học có thể được phân thành hai loại cơ b(n, phương ph+p hóa học truyền thống và xanh Phương ph+p hóa học truyền thống thường sử dụng c+c hóa chất tổng hợp độc hại làm chất khử, chẳng hạn như natri borohydride, hypophosphite và Hydrazine … v.v trong khi phương ph+p hóa học xanh thường sử dụng hóa chất tự nhiên làm chất khử t+c nhân, chẳng hạn như axit xitric và axit ascorbic Phương ph+p hóahọc xanh vượt trội so với phương ph+p truyền thống; bởi vì họ thường không độc hại, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí hơn.

Hiện nay, nhiều phương ph+p thường sử dụng chất khử độc hoặc quy trình phức tạp, tiêu tốn nhiều năng lượng Như vậy nhiều nhà nghiên cứu được khuyến khích ph+t triển c+c quy trình đơn gi(n hơn bằng c+ch sử dụng hóa chất ít độc hại hơn hoặc thậm chí không độc hại.

Về vấn đề này, nhiều bài b+o đã b+o c+o việc sử dụng c+c loại cây trồng kh+c nhau chiết xuất để điều chế c+c hạt nano đồng và oxit đồng như Nerium chiết xuất từ l+ cây trúc đào, chiết xuất vỏ của Punica granatum, chiết xuất từ tr+i Ziziphus spina-christi L., chiết xuất từ tr+i Rosa canina, chiết xuất tr+i cây của Syzygium alternifolium (Wt.) Walp và măng tây qu(ng c+o Roxb chiết xuất từ rễ và l+, một số trong đó có thể không chi phí hiệu qu( hoặc không dễ dàng có được.

Bài b+o này lần đầu tiên b+o c+o việc tổng hợp đồng và c+c hạt nano oxit đồng sử dụng chiết xuất từ qu( chà là không hạt, được ngày không có hạt do bón phân không đầy đủ, làm chất khử Vì số ngày không được thụ tinh được coi là tương đối thấp hoặc thậm chí không có gi+ tr% kinh tế và dễ dàng sử dụng, việc sử dụng chà là không hạt có ưu điểmlà tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

2 Vật liệu và phương pháp2.1 Hóa chất

Tất c( c+c hóa chất được sử dụng đều đạt tiêu chuẩn tinh khiết phân tích và được sử dụng như được cung cấp Để tổng hợp NP Cu/Cu2O, Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) (Sigma-Aldrich, Ai Cập), pentahydrat đồng sunfat (Elnasr Pharmacuticals Co., Ai Cập) và Ethanol (Sigma-Aldrich, Ai Cập) là đã sử dụng.

2.2 Thiết bị đo đạc

C+c thiết b% được sử dụng bao gồm M+y xay sinh tố điện (Monolex), M+y ly tâm (m+y ly tâm Hettich), M+y đo pH (Jenway 3510), Tấm gia nhiệt M+y khuấy (Stuart), Vortex (IKA), M+y đo nhiễu xạ tia X, (Philips PW1840 M+y đo nhiễu xạ tia X, Hoa Kỳ), M+y quang phổ FTIR (Jasco 4100, Nhật B(n; 400–4000 cm1 ), UV-Vis M+y quang phổ (Helios Gamma M+y quang phổ), Kính hiển vi điện tử truyền qua (Tecnai G20, Siêu đôi, nghiêng đôi, FEI, Hà Lan) và T+n xạ +nh s+ng động M+y (dòng Zetasizer nano (Nano ZS), Malvern, UK).

2.3 Chuẩn bị chiết xuất từ chà là không hạt

1 kg chà là tươi không hạt, giống Samany, đã được rửa sạch và đồng nhất tốt với 1 L nước khử ion trong m+y xay điện Sau đó, h#n hợp thu được được lọc qua qu+ trình ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút, viên được loại bỏ và phần nổi phía trên được được sử dụng nguyên trạng mà không cần tinh chế thêm làm chất khử C+c phía trên là chất lỏng màu vàng nhạt.

2.4 Tổng hợp NP Cu/Cu2O

Qu+ trình tổng hợp NP Cu/Cu2O được thực hiện theo phương ph+p hóa học phương ph+p khử [16] với sự biến đổi trong đó axit ascorbic đã được thay thế bằng chiết xuất chà là không hạt Đến 100 mL không hạt chiết xuất chà là, 1 gm Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) là thêm vào và khuấy đều, sau đó điều chỉnh độ pH của h#n hợp ở mức 6,8 và nhiệt độ của h#n hợp được nâng lên 80 C; sau đó, 0,1 g đồng sunfat pentahydrat được hòa tan trong 10 mL nước khử ion và được thêm từng giọt vào và khuấy đều vào h#n hợp d%ch chiết và CTAB Ph(n ứng được tiếp tục khuấy cho đến khi có màu đỏ màu nâu được ph+t triển cho thấy sự chuẩn b% thành công của NP Cu/Cu2O.

C+c NP Cu/Cu2O tổng hợp được thu thập bằng phương ph+p ly tâm ở tốc độ 4000 vòng/phút trong 5 phút, phần nổi phía trên (môi trường ph(n ứng) được loại bỏ và viên (NP Cu/Cu2O) được treo lại trong nước khử ion bằng c+ch sử dụng dòng xo+y để giặt Sau đó, NP Cu/Cu2O được thu thập lại bằng phương ph+p ly tâm ở 4000 vòng/phút trong5 phút Rửa bằng nước khử ion được lặp đi lặp lại ba lần thông qua sự kết tủa liên tiếp và t+i huyền phù trong môi trường khử ion nước, sau đó rửa bằng etanol tuyệt đối được lặp lại ba lần thông qua sự kết tủa liên tiếp và t+i huyền phù trong etanol tuyệt đối Cuối cùng, NP Cu/Cu2O được làm khô trong không khí và được thu thập để tiếp tục đặc tính hóa.

Hơn nữa, sự cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng của Cu/NP Cu2O được ph+t hiện bằng UV-Vis m+y đo quang phổ; và Kính hiển vi điện tử truyền qua được sử dụng để tìm ra hình dạng của tổng hợp c+c NP Cu/Cu2O

Ngoài ra, t+n xạ +nh s+ng động (DLS) đã được sử dụng để x+c đ%nh c( Phân bố kích thước hạt (PSD) và tiềm năng Zeta (ZP) của NP Cu/Cu2O tổng hợp, với Quy trình vận hành tiêu chuẩn của DLS dụng cụ.

3 Kết quả và thảo luận3.1 Nhiễu xạ tia X (XRD)

Mẫu nhiễu xạ tia X như trên Hình 1 đã khẳng đ%nh sự tổng hợp thành công hạt nano đồng với lớp vỏ oxit đồng; trong đó c+c đỉnh nhiễu xạ chính đặc trưng cho đồng nguyên tố được ph+t hiện ở 2θ ¼ 43,2745, 50,4083 và 74,1706 tương ứng đến c+c mặt tinh thể (1 1 1), (2 0 0) và (2 2 0) của đồng Nó cũng là Đ+ng chú ý là có c+c đỉnh kh+c ở 2θ ¼ 36,3967 và 61,4835, đặc trưng cho Cu2O; c( hai đỉnh đều được cho là do sự hiện diện của lớp vỏ Cu2O bao phủ lõi đồng.

Đ+ng chú ý, mẫu XRD của c+c hạt nano đã chế tạo có chứac+c đỉnh đặc trưng của c( đồng và oxit đồng H#n hợp này cấu trúc pha không ph(i do qu+ trình làm khô không khí của c+c hạt nano đã chuẩn b%, vì Mustafa Biçer & _ Ilkay S¸is¸man đã b+o c+o rằng XRD mẫu của c+c hạt nano đồng mới được chuẩn b% có chứa chất tương tự c+c đỉnh được thể hiện bằng mẫu XRD của cùng một mẫu hạt nano đồng sau khi tiếp xúc với không khí trong 24 giờ Đồng thời, Mustafa Biçer & _ Ilkay S¸is¸man đã b+o c+o rằng đỉnh đặc trưng của oxit đồng chỉ xuất hiện khi gi(m nhiệt độ ph(n ứng từ 85 C xuống 60 C; vì ở 60 C chất khử (ascorbic axit trong trường hợp đó) không thể khử hoàn toàn Cu2þ thành nguyên tử Cu0, do đó xuất hiện c+c đỉnh đặc trưng của oxit đồng; Không giống như ở 85 C, chất khử có thể khử hoàn toàn Cu2þ thành nguyên tử Cu0, do đó c+c đỉnh đặc trưng của oxit đồng không xuất hiện Nó là hợp lý là m#i chất khử có nhiệt độ riêng mà tại đó nó có thể khử hoàn toàn Cu2þ thành nguyên tử Cu0 Trong công việc hiện tại, nhiệt độ ph(n ứng 80 C được chọn để không tạo điều kiện cho qu+ trình khử t+c nhân (chiết xuất chà là không hạt trong trường hợp này) để khử hoàn toàn Cu2þ thành nguyên tử Cu0, do đó tạo ra h#n hợp c( đồng và đồng oxit trong cùng một hạt (tức là NP Cu/Cu2O).

Danh s+ch c+c pic và v% trí tương ứng của chúng cho qu+ trình tổng hợp C+c NP Cu/Cu2O thu được từ M+y đo nhiễu xạ tia X được thể hiện trong

Bảng 1.

Hình 1 Mẫu nhiễu xạ tia X (XRD) của c+c NP Cu/Cu2O tổng hợp, thu được từ M+y đo nhiễu xạ tia X, cho thấy c+c đỉnh nhiễu xạ chính đặc trưng cho đồng nguyên tố ở 2θ ¼ 43,2745, 50,4083 và 74,1706, ngoài c+c điểm đó đặc trưng cho Cu2O ở 2 θ ¼ 36,3967 và61,4835.

3.2 Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

Phổ FTIR, như trong Hình 2, của NP Cu/Cu2O được tổng hợp tiết lộ sự hiện diện của t+m đỉnh chính ở 3337,25; 2921,72; 1656,45; 1606,70; 1452,55; 1398,69; 1163,39 và 1097,44 cm1, đại diện cho c+c dao động kéo dài O–H (rượu hoặc phenolic), C–H không đối xứng kéo dài, kéo dài C¼C, kéo dài C¼C, kéo dài vòng thơm C¼C, dao động kéo giãn C–OH, uốn cong C–OH và uốn cong C–OH, tương ứng; như thể hiện trong B(ng 2

Những đỉnh này khẳng đ%nh kh( năng hấp phụ của c+c hợp chất phenolic từ chà là không hạt được chiết xuất trên bề mặt của c+c hạt nano đã chuẩn b% thông qua sự tương t+c của c+c electron π Hơn nữa, việc khử c+c ion đồng thành c+c hạt nano đồng đã đạt được dướit+c dụng của c+c liên kết hydroxyl và carbonyl trong d%ch chiết thành phần Ngoài ra, do c+c hợp chất phenolic được hấp phụ trên bề mặt của c+c hạt nano thì c+c hợp chất phenolic có thể hoạt động như một t+c nhân đóng nắp, do đó mang lại cho c+c hạt nano độ ổn đ%nh cao hơn C+c hạt nano đã chuẩn b% ổn đ%nh trong 24 giờ.

Ngoài ra, sự có mặt của đỉnh dao động đặc trưng của Cu2O quan s+t được ở 624,57 cm1, phù hợp với XRD kết qu(.

B(ng 1 Danh s+ch c+c pic và v% trí tương ứng của chúng của Cu/ tổng hợp được NPCu2O thu được từ M+y đo nhiễu xạ tia X.

3.3 UV-vis quang phổ

UV-Vis Quang phổ, như thể hiện trong Hình 3, mô t( rằng Cu/Cu2O

NP được tổng hợp thành công và thể hiện được đặc tính của chúng đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt ở bước sóng 576 nm Về vấn đề này, c+c hạt nano đồng thường thể hiện một đặc tính đỉnh cộng hưởng plasmonic bề mặt (XUÂN) trong phạm vi 560–570 nm; lớn hơn c+c hạt có thể làm cho đỉnh cộng hưởng này b% d%ch chuyển về phía dài hơn bướcsóng V% trí chính x+c của đỉnh SRP có thể được d%ch chuyển dựa trên về c+c đặc tính củatừng hạt bao gồm hình dạng, kích thước, giới hạn t+c nhân và thành phần hóa học chính x+c Hơn nữa, đỉnh SPR đặc trưng của đồng cũng xuất hiện khi có mặt c+c hạt nhỏ c+c phần oxit đồng ở bước sóng 580 nm Điều này gi(i thích ở một mức độ lớn sự xuất hiện

của đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt đặc trưng của c+c NP Cu/Cu2O tổng hợp được ở bước sóng 576 nm.

Số sóng cm-1

Hình 2 Phổ FTIR của c+c NP Cu/Cu2O tổng hợp được cho thấy đỉnh hấp thụ của c+c nhóm chức hấp phụ trên c+c NP Cu/Cu2O tổng hợp được ở 3337,25; 2921,72; 1656,45; 1606,70; 1452,55; 1398,69; 1163,39 và 1097,44 cm1, đại diện cho c+c dao động kéo dài O–H (cồn hoặc phenolic), C–H kéo dài không đối xứng, kéo dài C¼C, kéo dài C¼C, kéo dài vòng thơm C¼C, dao động kéo dài C–OH, uốn cong C–OH và uốn cong C–OH, tương ứng.

B(ng 2 Đỉnh hấp thụ của c+c hạt nano Cu/Cu2O đã chuẩn b% thu được từ m+y quang phổFTIR và c+c nhóm chức tương ứng của chúng.