nghiên cứu chế tạo vật liệu nano lantan ferit la fe o 3 ứng dụng xử lý ô nhiễm phosphat trong nước

Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu khoa học này sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp kế thừa tài liệu Nghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung D

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ cũng như là quan tâm, động viên từ nhiều cơ quan, tổ chức và cá nhân Sau một thời gian làm việc và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam… em đã hoàn thành xong luận

văn của mình với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Lantan ferit LaFeO3, ứng dụng xử lý ô nhiễm phosphat trong nước”

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Vũ Huy Định và ThS Đặng Thế Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, luôn dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học.

Em cũng xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu nhà trường, Trung tâm phân tích môi trường và ứng dụng công nghệ địa không gian cùng toàn thể các thầy cô giáo công tác trong trường đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong đề tài nghiên cứu khoa học này không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong Quý thầy cô, các chuyên gia, những người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2019

Nghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong Nuoc

53Monday, June 10, 20244:45:36 PM4:45:36 PM53Monday, June 10, 20244:45:36 PM4:45:36 PM53Monday, June 10, 20244:45:36 PM4:45:36 PM

Nghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong Nuoc

Nghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocNghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong Nuoc

53Nghien Cuu Che Tao Vat Lieu Nano Lantan Ferit La Fe O 3 Ung Dung Xu Ly O Nhiem Phosphat Trong NuocMonday, June 10, 2024

Trang 2

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

- Tên đề tài: ―Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Lantan Ferit LaFeO3, ứng dụng xử lý ô nhiễm phosphat trong nước”

- Sinh viên thực hiện: Ngần Văn Nhì

- Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Huy Định, ThS Đặng Thế Anh – Bộ môn Hóa

học, Khoa QLTNR & MT

1 Đối tượng nghiên cứu

Vật liệu Lantan Ferit (LaFeO3) và các mẫu nước chứa phosphat

2 Mục tiêu nghiên cứu

Góp phần điều chế vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm phosphat trong môi trường nước bằng phương pháp hấp thụ

Điều chế ra vật liệu Lantan ferit LaFeO3 có kích cỡ nanomet

Xác định các điều kiện thí nghiệm sử dụng vật liệu điều chế được cho quá trình xử lý nước chứa phosphat

3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa sắt LaFeO3 kích cỡ nanomet từ muối lantan và muối sắt

Nghiên cứu sử dụng vật liệu chứa sắt cỡ nanomet để xử lý phosphat trong mẫu nước chứa phosphat tự tạo trong phòng thí nghiệm

Nghiên cứu sử dụng vật liệu chứa sắt cỡ nanomet để xử lý phosphat trong mẫu nước chứa phosphat thực tế

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu khoa học này sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp kế thừa tài liệu

Trang 3

- Phương pháp điều chế vật liệu LaFeO3

- Phương pháp phân tích các đặc tính của vật liệu:

+ Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM, EDX + Phương pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu

- Phương pháp xử lý số liệu

5 Các kết quả chính trong nghiên cứu

5.1 Kết quả điều chế sắt của vật liệu LaFeO3

Tổng hợp được vật liệu nano LaFeO3 theo phương pháp phương pháp sol – gel với kích thước hạt cấu trúc ≤50 nm với thành phần khối lượng là 12,45 % sắt và 33,72% lantan Thành phần nguyên tử là 6,6% sắt và 7,19% lantan, tương ứng với tỷ lệ 1:1 Bước đầu đã nghiên cứu được từ tính của vật liệu LaFeO3 và diện tích bề mặt, để từ đó có thể ứng dụng chúng trong thực tiễn

5.2 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm PO4

Đã ứng dụng vật liệu vào xử lý mẫu nước ô nhiễm phosphat trong thực tế Kết quả sau xử lý phosphat nằm trong khoảng quy chuẩn cho phép còn tùy thuộc vào loại nước và mục đích sử dụng của nước chiếu theo quy chuẩn

Sự có mặt của các ion vô cơ đã làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý phosphat của vật liệu, phụ thuộc vào bản chất ion và nồng độ của chúng hiệu suất xử lý bị thay đổi, một số ion vô cơ được khảo sát bao gồm: Fe3+

; Cu2+; NH4

Cl-, NO3-

Trang 4

Sau khảo sát đối với mẫu nước ô nhiễm tự tạo tiến hành tính toán và lựa chọn các điều kiện tối ưu tiến hành khảo sát với các mẫu nước mặt Ứng dụng vật liệu vào xử lý mẫu nước ô nhiễm phosphat trong thực tế Nhìn chung, hiệu xuất xử lý của vật liệu LaFeO3 đối với pphosphat khá tốt, kết quả sau xử lý phosphat nằm trong khoảng quy chuẩn cho phép, tùy thuộc vào loại nước và mục đích sử dụng của nước chiếu theo quy chuẩn

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 5

1.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý 3

1.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 4

1.2 Khái quát về vật liệu nano chứa sắt 6

2.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 16

2.1.1 Mục tiêu chung 16

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 16

2.2 Nội dung nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Phương pháp thực nghiệm 16

2.3.2 Phương pháp xác định nước ô nhiễm phosphat 21

2.3.3 Phương pháp điều chế vật liệu 22

2.3.4 Phương pháp phân tích các đặc tính của vật liệu 23

2.3.5 Phương pháp tính hiệu suất xử lý 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Điều chế vật liệu 26

3.1.1 Hình thái của vật liệu 26

3.1.2 Thành phần hóa học của vật liệu 27 123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com 532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 6

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý phosphat trong nước của vật liệu

29

3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 29

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý 30

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước ô nhiễm phosphat 32

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm 32

3.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ 34

3.2.6 Ảnh hưởng ion cản đến hiệu suất xử lý phosphat của vật liệu LaFeO3 35

3.2.7 Ảnh hưởng thể tích chất ô nhiễm 37

3.3 Khả năng xử lý phosphat với mẫu nước mặt bằng vật liệu 39

3.3.1 Các thông số môi trường của mẫu nước mặt thử nghiệm 39

3.3.2 Xử lý nước ô nhiễm phosphat bằng vật liệu 40

KẾT LUẬN VÀ TỒN TẠI 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com 532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TCVN Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam

QCVN Quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia Việt Nam

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số perovskit đã được tổng hợp bằng phương pháp đồng tạo phức 9

Bảng 1.2 Một số perovskit đã được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 10

Bảng 1.3 Tích số tan của một số hợp chất phosphat ít tan ở 25oC 13

Bảng 2.1 Các dụng cụ và thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm 20

Bảng 2.2 Kết quả đo độ hấp thụ quang 21

Bảng 3.1 Kết quả xác định thành phần nguyên tố của vật liệu 29

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 29

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý phosphat 31

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất xử lý phosphat 32

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến hiệu suất xử lý 33

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến hiệu suất xử lý phosphat 34

Bảng 3.7 Bảng kết quả khảo sát ion cản hiệu suất xử lý phosphat 36

Bảng 3.8 Ảnh hưởng thể tích chất ô nhiễm đến hiệu suất xử lý phosphat 37

Bảng 3.9 Điều kiện tối ưu xử lý phosphat trong nước của vật liệu 38

Bảng 3.10 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong nước mặt 39

Bảng 3.11 Xử lý nước ô nhiễm phosphat 40

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 9

DANH MỤC H NH

Hình 1.1 Sơ đồ của kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM) 6

Hình 2.1 Hóa chất LaCl3.7H2O 17

Hình 2.2 Hóa chất Fe(NO3)3.9H2O 17

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình điều chế vật liệu 18

Hình 2.4 Dãy bình định mức xây dựng đường chuẩn phosphat 21

Hình 2.5 Đường chuẩn phosphat 22

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 24

Hình 3.1 Quá trình khuấy tạo gel 26

Hình 3.2 Ảnh chụp SEM 27

của vật liệu x10000 27

Hình 3.3 Ảnh chụp SEM 27

của vật liệu x3000 27

Hình 3.4 Giản đồ phân tích phổ EDX của vật liệu 28

Hình 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến hiệu suất xử lý phosphat 30

Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất xử lý phosphat 31

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm 33

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến hiệu suất xử lý phosphat 35

Hình 3.9 Kết quả khảo sát ion cản hiệu suất xử lý phosphat của vật liệu 36

Hình 3.10 Ảnh hưởng thể tíchchất ô nhiễm đến hiệu suất xử lý 38

Hình 3.11 Kết quả xử lý nước ô nhiễm phosphat bằng vật liệu 40

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 10

MỞ ĐẦU

Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng ở Việt Nam Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước, tình trạng ô nhiễm càng lúc càng trở nên trầm trọng

Tác nhân chủ yếu gây ra sự ô nhiễm trong môi trường nước là do hàm lượng các ion độc hại vượt quá tiêu chuẩn an toàn cho phép của Bộ tài nguyên môi trường Ô nhiễm môi trường nước gây ra các ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường sống xung quanh và sức khỏe của con người, vì vậy nghiên cứu xử lý ô nhiễm làm sạch nguồn nước là điều cần thiết Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này em xin được trình bày phương pháp xử lý ion độc hại có trong nước mặt, cụ thể là ion phosphat

Việc xử lý phosphat đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến từ lâu nhưng vẫn chưa được xử lý được một cách triệt để đối với những nơi các nguồn phát thải phosphat cao Bên cạnh đó nghiên cứu về các vật liệu nano chứa sắt lại cho thấy khả năng hấp phụ các ion độc hại là rất hiệu quả Tuy nhiên các với các phương pháp tổng hợp còn phức tạp, giá thành cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi Với mong muốn sử dụng các vật liệu nano chứa sắt để xử lý triệt để các ion độc hại trong nước, hạn chế được các chi phí sản xuất em đã

thực hiện đề tài : “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Lantan ferit LaFeO3, ứng dụng xử lý ô nhiễm phosphat trong nước”

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các phương pháp xử lý nước

1.1.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng lý học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách các chất này ra khỏi nước thải sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp [18]

1.1.1.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sử dụng song chắn rác

Nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý trước hết phải được đi qua song chắn rác Tại đây các loại rác trôi nổi có kích thước lớn như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon…sẽ được giữ lại Rác có kích thước lớn sẽ được giữ lại ở song chắn rác nên tránh được tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn nước thải Chắn rác là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải [18]

Song chắn rác được phân thành tùy theo kích thước khe hở, loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện dòng chảy [18]

1.1.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp lắng cát

Bể lắng cát để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công đoạn xử lý sau Bể lắng cát chia thành 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 12

Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi [18]

Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo

1.1.1.3 Xử lý nước thải bằng tuyển nổi:

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất ở dạng rắn hoặc lỏng phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp khác quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học [19]

Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn

1.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý

1.1.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp trung hòa:

Trong nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm nên cần được trung hòa để đưa pH về mức 6,5 – 8,5 trước khi nước thải được đưa vào nguồn nhận hoặc công nghệ xử lý tiếp theo Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

– Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm – Bổ sung hóa học

– Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa

– Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước

acid [18]

1.1.2.2 Xử lý nước thải bằng keo tụ tạo bông

Trong nước thải các hạt một phần thường tồn tại ở dạng keo mịn phân tán, kích thước thường từ 0,1 – 10 micromet Các hạt này lơ lửng không nổi cũng không lắng nên tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 13

trở nên rất quan trọng Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Để phá vỡ tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông [18]

1.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, Sunfit, ammonia, Nito… Các Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn nên dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại :

- Phương pháp kị khí : sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong

điều kiện không có oxy

- Phương pháp hiếu khí : sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động

trong điều kiện cần cung cấp oxy liên tục

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Trong quá trình thực hiện các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn như sau :

- Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật - Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch

nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào

- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và

tổng hợp tế bào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng [16]

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 14

1.1.3.1 Xử lý nước thải bằng sinh học kỵ khí :

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ bằng kỵ khí là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình sau:

Vi sinh vật

Chất hữu cơ —> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử

- Giai đoạn 2: Acid hóa - Giai đoạn 3: Acetate hóa

- Giai doạn 4 : Trong quá trình kị khí xử lý nước thải: methan hóa Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí trong xử lý nước thải thành:

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật dạng lơ lửng như quá trình tiếp

xúc kỵ khí, quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên

- Qúa trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như

quá trình lọc kỵ khí [14]

1.1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí :

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải chia thành 3 giai đoạn : – Oxy hóa các chất hữu cơ

– Tổng hợp tế bào mới – Phân hủy nội bào

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong quá trình xử lý nhân tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên có tốc độ và hiệu quả cao hơn rất nhiều Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 15

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định [18]

1.2 Khái quát về vật liệu nano chứa sắt

1.2.1 Công nghệ nano

Khái niệm về công nghệ nano được nhắc đến năm 1959 khi nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử Những năm 1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano Công nghệ nano bắt đầu được đầu tư nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Ra đời mới hơn hai mươi năm, là một ngành công nghệ non trẻ nhưng công nghệ nano đang phát triển với tốc độ chóng mặt [4]

Hình 1.1 Sơ đồ của kính hiển vi đầu dò quét (SPM hay STM)

(Nguồn: Đỗ Kiên Trung, 2011)

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 16

Theo Hiệp hội Công nghệ nano Hoa Kỳ (NNI), công nghệ nano là chuyên ngành về vật liệu có kích cỡ tối thiểu từ 1 đến 100 nanomét (1 tỷ nanomét = 1 mét)

Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến mức cực nhỏ Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường

1.2.2 Vật liệu nano

1.2.2.1 Khái niệm

Vật liệu nano là một khái niệm tương đối rộng, nó có thể là tập hợp các nguyên tử kim loại hay phi kim, oxít hay các muối … có kích thước trong khoảng 1-100 nanomet [14]

1.2.2.2 Tính chất của vật liệu nano

Vật liệu nano khác biệt với vật liệu thông thường là vật liệu nano có kích thước vô cùng nhỏ (chỉ lớn hơn kích thước nguyên tử 1-2 bậc), nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh Trong khi vật liệu thông thường, do kích thước lớn nên chỉ một số nguyên tử nằm trên bề mặt tham gia tương tác với môi trường, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu bên trong thể tích của vật liệu, do đó bị chắn nên không tham gia tương tác [14] Đặc điểm này làm cho vật liệu nano có những tính chất khác thường mà các vật liệu thông thường khác không có được như: [5]

- Có diện tích bề mặt lớn nên có khả năng làm xúc tác cho nhiều quá trình hoá học

- Có thể thay đổi tính chất của vật liệu bằng cách thay đổi cấu hình mà không cần thay đổi thành phần hoá học của vật liệu

- Do khoảng cách giữa các phần tử là rất nhỏ, nên tốc độ tương tác giữa các cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so với các các cấu trúc khác trong vật liệu thông thường

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 17

1.2.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

a Phương pháp gốm truyền thống

Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường ở dạng bột và có kích thước hạt cỡ milimet Từ sản phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình kết khối thành vật liệu cụ thể Đây là phương pháp đã được sử dụng lâu đời nhất, nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi

Các công đoạn theo phương pháp này như sau: Chuẩn bị phối liệu nghiền, trộn ép viên nung sản phẩm

Ưu điểm của phương pháp gốm truyền thống: Dùng ít hoá chất, hoá chất không đắt tiền, các thao tác dễ tự động hoá nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với lượng lớn

Nhược điểm: Đòi hỏi nhiệt độ cao và nhiều thiết bị phức tạp, tính đồng nhất của sản phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet) nên khi ép tạo thành sản phẩm thường có độ rỗng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra chậm [18]

b Phương pháp đồng tạo phức

Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phức cùng với phối tử trong dung dịch Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phức chất có thành phần hợp thức mong muốn Phương pháp này đạt được sự phân bố lý tưởng các cấu tử trong hệ phản ứng [19]

Ưu điểm của phương pháp đồng tạo phức: Tỷ lệ hợp thức của các cấu tử trong hỗn hợp ban đầu đưa vào nung (hỗn hợp các phức chất) đúng bằng tỉ lệ như trong vật liệu tạo ra

Nhược điểm: Tìm các phức chất đa nhân không dễ dàng và công việc tổng hợp phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền Do đó với các vật liệu đòi hỏi phải bảo đảm chính xác tỷ lệ hợp thức [9]

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 18

Bảng 1.1 Một số perovskit tổng hợp bằng phương pháp đồng tạo phức

La[Cr(CH2(COO)2)3).6H2O LaCrO3 Li[Cr(C2O4)2).(H2O2)2 LiCrO3

Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm sau: - Cho sản phẩm tinh khiết

- Tính đồng nhất của sản phẩm cao

- Có thể thay đổi các tính chất của vật liệu thông qua việc điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết tinh, ảnh hưởng của hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng

Nhược điểm của phương pháp này là: Thành phần của vật liệu ảnh hưởng đến nhiều tính chất, do đó phản ứng đồng kết tủa cần tiến hành trong điều kiện nghiêm ngặt để kết tủa có thành phần mong muốn [9]

d Phương pháp sol gel

Mặc dù đã được nghiên cứu từ những năm 30 của thế kỉ trước Nhưng gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp solgel lại được quan tâm rất nhiều và nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu kích thước nano

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 19

Trong qúa trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và đông tụ tiền chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxít siêu nhỏ trong chất lỏng Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim loại như các alkoxide, ancolat của silic, nhôm, titan…Giai đoạn này có thể điều khiển bằng sự thay đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, xúc tác, nồng độ tác nhân, tỷ lệ nước…Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành mạng polime liên tục hay gel chứa các bẫy dung môi Phương pháp làm khô sẽ xác định các tính chất của sản phẩm cuối cùng; Gel có thể được nung nóng để loại trừ các phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ mạng gel, hoặc làm khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi mà không sụp đổ mạng gel Sản phẩm cuối cùng thu được từ phương pháp làm khô siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel Bên cạnh gel cũng có thể thu được nhiều loại sản phẩm khác

Bảng 1.2 Một số perovskit tổng hợp bằng phương pháp sol-gel Perovskit Nhiệt độ nung (0

(Nguồn: Đỗ Kiên Trung, 2016)

e Tổng hợp đốt cháy gel polyme

Trong số các phương pháp hoá học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn, và có thể đạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lý nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng

Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hoá khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành một

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 20

phương pháp hấp dẫn cho sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp hơn so với các phương pháp truyền thống Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là:

1.2.2.4 Một số ứng dụng của vật liệu nano

Ngày nay, công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội

Trong y sinh học: Các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở qui mô phân tử hay tế bào Hiện nay, con người đã chế tạo ra hạt nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư… [4]

Năng lượng: Nâng cao chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính hiệu quả và dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện [4]

Điện tử- cơ khí: Chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các vật liệu nano siêu nhẹ - siêu bền sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ… [7]

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 21

Môi trường: chế tạo ra màng lọc nano lọc được các phân tử gây ô nhiễm; các chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn… [4]

1.3 Ô nhiễm phosphat và các phương pháp xử lý

1.3.1 Ô nhiễm phosphat

Trong môi trường nước, phosphat tồn tại ở nhiều các dạng sau: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polymetaphosphat như: Na(PO3)6 và phosphat hữu cơ Muối của phosphat vô cơ tương đối quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nước và phân bón … [2]

Khi lượng phosphat có trong đất quá nhiều, các ion phosphat sẽ kết hợp với các kim loại trong đất như nhôm (Al3+), sắt (Fe3+

, Fe2+) dẫn đến chai cứng đất, tiêu diệt một số sinh vật có lợi, không tốt cho cây trồng phát triển [2]

Trong môi trường nước, khi lượng phosphat quá dư sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng Trong môi trường tự nhiên, quá trình trao đổi, hòa tan phosphat từ dạng kết tủa hoặc phức bền diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ phosphat diễn ra cân bằng tạo ra sự phát triển ổn định cho hệ sinh vật Tuy nhiên khi lượng phosphat quá dư do nước thải mang đến gây hiện tượng phú dưỡng ở các lưu vực [2]

Phú dưỡng là hiện tượng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật thủy sinh như rong, bèo, tảo…Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay đổi hệ sinh thái và điều kiện môi trường Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào lòng nước Khi chết đi quá trình phân hủy xác của chúng cần một lượng oxi lớn, làm cạn kiệt oxi trong nước, làm tăng các chất ô nhiễm trong nước, do các sản phẩm phân hủy không hoàn toàn Các xác chết cùng sản phẩm phân hủy tạo nên lớp bùn dày ở đáy hồ Cứ như vậy, sau một thời gian, quá trình phân hủy hiếu khí chuyển thành phân hủy yếm khí tạo ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng làm ô nhiễm môi trường nước, tạo ra các khí độc, các khí có mùi khó chịu Hậu quả làm sinh vật sống trong nước bị chết, ở mức độ nhẹ hơn, đối với các lưu vực có dòng chảy, hiện tượng phú dưỡng có thể

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 22

làm nghẽn dòng chảy do sự phát triển của bèo, làm nông các lưu vực do bùn tạo thành quá dày, là môi trường sống của các vi sinh vật có hại… [2]

1.3.2 Xử lý ô nhiễm phosphat

Biện pháp hiệu quả nhất hiện nay để loại bỏ phosphat là tạo ra muối phosphat ít tan với sắt, nhôm, canxi và phương pháp sinh học Trong một số trường hợp có thể sử dụng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion

1.3.2.1 Kết tủa phosphat

Kết tủa phosphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn Đặc trưng quan trọng nhất của một quá trình kết tủa là tích số tan Tích số tan của một chất càng nhỏ thì hiệu quả của phương pháp càng cao Trong bảng 1.3 ghi giá trị tích số tan của một số hợp chất liên quan trong quá trình xử lý phosphat bằng phương pháp kết tủa với muối, nhôm, sắt và canxi (vôi)

Bảng 1.3 Tích số tan của một số hợp chất phosphat ít tan ở 25oC

FePO4.2H2O Fe3+

+ PO43-

AlPO4.2H2O Al3+

+ PO43-

Ca10H(PO4)6(OH)2 10 Ca2+

+ 6 PO43- + 2 OH- (hydroxylappatit)

10-114 Ca10(PO4)6F2 10 Ca2+

+ 6 PO43-

+ 2 F- (appatit) 10-118 CaHAl(PO4)2 Ca2+

+ Al3- + 2 H+ + 2 PO43-

10-39 CaCO3 Ca2+

Trang 23

Từ bảng 1.3 có một số nhận xét sau: Cả 3 loại ion (Ca2+

, Al3+, Fe3+) đều tạo ra các hợp chất phosphat có độ tan rất thấp, đặc biệt là hydroxylapatit và apatit Phản ứng này tạo thành ở vùng pH cao nên nhiều loại hợp chất của canxi với phosphat có chứa thêm nhóm OH-

Hydroxit sắt, nhôm tan trở lại vào nước dưới dạng ferrat hoặc aluminat [(Fe(OH)4-, Al(OH)4-)] ở vùng pH cao (trên 8,5), ở vùng thấp hơn chúng tồn tại ở dạng kết tủa, keo tụ, hấp phụ có vai trò quan trọng hơn trong hệ sử dụng muối sắt, muối nhôm khi kết tủa so với sử dụng vôi [15]

1.3.2.2 Sử dụng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng phosphat nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí Thông thường hàm lượng phosphat trong tế bào chiếm 1,5-2,5% khối lượng tế bào thô, một số loại có thể hấp thu cao hơn từ 6-8% Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra phần phosphat tích lũy dư thừa, dưới dạng phosphat đơn PO43- Quá trình loại bỏ phosphat dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ phosphat tăng cường phosphat được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phosphat) hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ) [2]

Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu – tàng trữ – thải

loại phosphat được quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật Acinetobacter là chủ yếu Dưới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh vật bio-P tích

lũy phosphat trùng ngưng trong cơ thể chúng từ phosphat đơn tồn tại trong nước thải [2]

C2H4O2 + 0,16NH4+

+ 1,2O2 + 0,2PO43-

 0,16C5H7NO2 + 1,2CO2 + 0,2(HCO3) + 0,44OH- + 1,44H2O

Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật trên hấp thu chất hữu cơ, phân hủy phosphat trùng ngưng trong tế bào và thải ra môi trường dưới dạng phosphat đơn

2C2H4O2 + (HPO3) + H2O  (C2H4O2)2+ PO43-

+ 3H+

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 24

Trong đó (C2H4O2)2 là chất hữu cơ tích lũy trong cơ thể sinh vật được hấp thu từ ngoài vào

1.3.2.3 Hấp phụ và trao đổi ion

Hấp phụ và trao đổi ion là những phương pháp xử lý phosphat rất có triển vọng, để thu hồi phosphat một cách chọn lọc, thu hồi lại từ dung dịch tái sinh và tái sử dụng Trao đổi ion cũng cho phép thu hồi các thành phần có ích khác như K+, NH4+ để tạo ra MgNH4PO4 hay MgKPO4 dùng làm phân nhả chậm Hướng nghiên cứu trên đã được chú ý từ thập kỷ 70 và đã hình thành được một sơ đồ công nghệ REMNUT có ứng dụng trong thực tế Sơ đồ công nghệ gồm hai cột trao đổi ion: cột clinoptiolit thu hồi amoni, cột anionit thu hồi phosphat Dung dịch sau khi tái sinh từ 2 cột chứa NH4+, PO43- được kết tủa dưới dạng struvite [17]

Vật liệu hấp phụ để loại bỏ phosphat trong nước đã được nghiên cứu nhiều trong phòng thí nghiệm Ưu điểm và triển vọng của phương pháp là không phát sinh sinh bùn thải, không làm thay đổi pH của dung dịch được xử lý Rất nhiều vật liệu đã được nghiên cứu hấp phụ phosphat như: tro bay, bùn đỏ (bùn thải của quá trình khai thác quặng bauxit), nhôm hoạt tính, sắt oxit, ngoài ra còn nhiều vật liệu khác được nghiên cứu có bản chất là các kim loại như: La, Mg…sử dụng Zirconi làm chất hấp phụ phosphat cũng là một trong những lĩnh vực mới được nghiên cứu, và rất có triển vọng [14], [17]

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 25

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là vật liệu Lantan Ferit (LaFeO3) và các mẫu nước chứa phosphat

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa sắt LaFeO3

- Nghiên cứu sử dụng vật liệu chứa sắt cỡ nanomet để xử lý phosphat trong mẫu nước chứa phosphat tự tạo trong phòng thí nghiệm

- Nghiên cứu sử dụng vật liệu chứa sắt cỡ nanomet để xử lý phosphat trong mẫu nước chứa phosphat thực tế

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thực nghiệm

2.3.1.1 Hóa chất sử dụng

a) Đối với điều chế vật liệu nano LaFeO3

- LaCl3.7H2O (Lanthanum chloride heptahydrate) , M = 371,71 g/mol Tạo kết tủa La(OH)3.

- Fe(NO3)3.9H2O (Iron(III) nitrate nonahydrate), M = 403,99 g/mol Tạo kết tủa Fe(OH)3

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM

Trang 26

- Hỗn hợp keo Poly vinyl alcohol (PVA) Làm chất nền, sau đó đốt cháy để tạo khoảng trống trong vật liệu

- Điều chỉnh pH:

+ Dung dịch Natri hydroxyt NaOH 0,1 M + Dung dịch axit nitric HNO3 0,5 M - Nước cất

Hình 2.1 Hóa chất LaCl3.7H2O Hình 2.2 Hóa chất Fe(NO3)3.9H2O

532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM532410064:45:36 PM4:45:36 PM