Nghiên cứu khả năng hấp thụ Cr (VI), Mn (II), đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu Oxit Nano yFe2O3 và thăm dò xử lý môi trường

73 474 0
Nghiên cứu khả năng hấp thụ Cr (VI), Mn (II), đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu Oxit Nano yFe2O3 và thăm dò xử lý môi trường

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NÔNG THỊ NGỌC HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II), Mn(II), ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO γ-Fe 2 O 3 VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. ĐỖ TRÀ HƢƠNG THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II), đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu oxit nano γ-Fe 2 O 3 và thăm dò xử lý môi trường” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái nguyên, tháng 04 năm 2013 Tác giả luận văn Nông Thị Ngọc Hoa Xác nhận Xác nhận của trƣởng khoa chuyên môn của ngƣời hƣớng khoa học TS. ĐỖ TRÀ HƢƠNG Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Đỗ Trà Hƣơng, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Thái Nguyên, Ban Giám hiệu, tập thể giáo viên Trường Trung học Phổ thông Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu luận văn này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Tác giả NÔNG THỊ NGỌC HOA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục………………………………………………………………………….i Danh mục các chữ viết tắt iv Danh mục các bảng iv Danh mục các hình vi MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr(VI), Ni(II), Mn(II). 2 1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 2 1.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặ ng đố i vớ i con ngườ i và môi trườ ng 3 1.1.2.1. Tác dụng sinh hoá củ a crom 3 1.1.2.2. Tác dụng sinh hoá củ a niken 3 1.1.2.3. Tác dụng sinh hoá củ a mangan 3 1.1.3. Quy chuẩ n Việ t Nam về nướ c thả i công nghiệp 4 1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 4 1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 5 1.2.1. Phương pháp trao đổi ion 5 1.2.2. Phương pháp kết tủa 5 1.2.3. Phương pháp hấp phụ 5 1.3. Giớ i thiệ u về phương phá p hấ p phụ 6 1.3.1. Các khái niệm 6 1.3.1.1. Sự hấ p phụ 6 1.3.1.2. Giải hấp phụ 6 1.3.1.3. Dung lượ ng hấ p phụ cân bằ ng 7 1.3.1.4. Hiệu suất hấp phụ 7 1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 7 1.3.2.1. Mô hình độ ng học hấp phụ 7 1.3.2.2. Các mô hình đng nhiệt hấp phụ 9 1.3.3. Hấp phụ trong môi trường nước 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 1.3.3.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước 11 1.3.3.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước 12 1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 13 1.4.1. Phương pháp trắc quang 13 1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang 15 1.4.3. Định lượng Cr(VI), Ni(II), Mn(II) bằng phương pháp trắc quang 16 1.4.3.1. Định lượng Cr(VI) 16 1.4.3.2. Định lượng Ni(II) 16 1.4.3.3. Định lượng Mn(II) 16 1.5. Vật liệu hấp phụ oxit nano Fe 2 O 3 16 1.6. Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm 19 1.6.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 19 1.6.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 20 1.6.3. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 21 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM 22 2.1. Thiết bị và hóa chất 22 2.1.1. Thiết bị 22 2.1.2. Hoá chất 22 2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ oxit γ-Fe 2 O 3 (VLHP) 22 2.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP chế tạo được 23 2.4. Xác định điểm đng điện của VLHP chế tạo được 23 2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II), Mn(II), MB theo phương pháp trắc quang 23 2.5.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 24 2.5.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) 25 2.5.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Mn(II) 26 2.5.4. Xây dựng đường chuẩn xác định MB 27 2.6. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP 28 2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 28 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH 28 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii 2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 29 2.6.5. Động học hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP 29 2.6.6. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu γ- Fe 2 O 3 30 2.7. Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 30 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP 32 3.2. Điểm đng điện của VLHP 33 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 35 3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian 35 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH 37 3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 39 3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 41 3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mô hình đng nhiệt hấp phụ Langmuir 43 3.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mô hình đng nhiệt hấp phụ Freundlich 46 3.6. Động học hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP 49 3.7. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu γ-Fe 2 O 3 53 3.8. Kết quả xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 55 KẾT LUẬN 56 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu viết tắt Nội dung 1 BET Đo diện tích bề mặt riêng 2 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường 3 MB Methylene Blue - Metylen xanh 4 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 5 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 6 TEM Hiển vi điện tử truyền qua 7 VLHP Vật liệu hấp phụ 8 XRD X-ray Diffraction - Nhiễu xạ tia X Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại trong nước thải công nghiệp 4 Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) 24 Bảng 2.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn Ni(II) 25 Bảng 2.3: Số liệu xây dựng đường chuẩn Mn(II) 26 Bảng 2.4: Số liệu xây dựng đường chuẩn MB 27 Bảng 3.1: Kết quả xác định điểm đng điện của của VLHP 34 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian 35 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP 37 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 40 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP 42 Bảng 3.6: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 46 Bảng 3.7: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của lgq vào lgC cb trong quá trình hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP 47 Bảng 3.8: Các hằng số của phương trình Freundlich đối với Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 49 Bảng 3.9: Số liệu khảo sát động học hấp phụ của Cr(VI) 50 Bảng 3.10: Số liệu khảo sát động học hấp phụ của Ni(II) 51 Bảng 3.11: Số liệu khảo sát động học hấp phụ của Mn(II) 52 Bảng 3.12: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 đối với Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 53 Bảng 3.13: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 đối với Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 53 Bảng 3.14: Hiệu suất phân hủy MB của 3 mẫu theo thời gian 54 Bảng 3.15: Kết quả tách loại Cr(VI), Ni(II), Mn(II) khỏi nước thải 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể α -Fe 2 O 3 (a) và  -Fe 2 O 3 (b) 17 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua 21 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 25 Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ ion Ni(II) 26 Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ ion Mn(II) 27 Hình 2.4: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ MB 28 Hình 3.1: Giản đồ XRD của vật liệu hấp phụ chế tạo được 32 Hình 3.2: Ảnh TEM của vật liệu oxit γ-Fe 2 O 3 33 Hình 3.3: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 34 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của VLHP 36 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Ni(II), Mn(II) của VLHP 35 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP 38 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến quá trình hấp phụ Cr(VI), Ni(II) và Mn(II) của VLHP 40 Hình 3.8: Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) 43 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb của Cr(VI) 43 Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với Ni(II) 44 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb của Ni(II) 44 Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với Mn(II) 45 Hình 3.13: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb của Mn(II) 45 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lqC cb của quá trình hấp phụ ion Cr(VI) 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lqC cb của quá trình hấp phụ ion Ni(II) 48 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lqC cb của quá trình hấp phụ ion Mn(II) 48 Hình 3.17: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Cr(VI) 50 Hình 3.18: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Ni(II) 51 Hình 3.19: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Mn(II) 52 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phân hủy MB theo thời gian của ba mẫu nghiên cứu 54 [...]... nano Trong đó phương pháp hấp phụ với các vật liệu hấp phụ (VLHP) đã và đang được chú ý nhiều Ưu điểm của phương pháp này là: quy trình xử lý đơn giản, chi phí thấp, hiệu quả cao, thân thiện với môi trường, đặc biệt không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr( VI), Ni(II), Mn( II, đánh giá khả năng xúc tác. .. hấp phụ Cr( VI) của vật liệu  -Fe2O3 như sau: O O Fe – OH2 + Fe – OH2+ + CrO 2 4 O Fe – OH2+    O  O Fe – OH2+ O O CrO 2 4 O Fe – OH Fe + CrO 2 4 O Fe – OH (1.19) CrO 2 + 2OH4    O  O Fe O (1 20) Ngày nay nhiều tác giả đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu nano oxit sắt được biến tính như bã chè, cacbon ống nano Tác giả P Panneerselvam và cộng sự [28] đã nghiên cứu khả năng hấp. .. cũng đã có một số tác giả chế tạo, nghiên cứu khả năng hấp phụ của các oxit nano kim loại như tác giả Lưu Minh Đại và cộng sự [6] đã chế tạo oxit nano MnO2 và Fe2O3 bằng phương pháp đốt cháy gel và phủ lên vật liệu cát thạch anh để hấp phụ asen Kết quả trong hai loại vật liệu thì vật liệu cát thạch anh phủ Fe2O3 (FC) hấp phụ asen tốt hơn vật liệu cát thạch anh phủ MnO2 (MC) Dung lượng hấp phụ cực đại... giả Abbas Afkhami và cộng sự [22] cũng đã chế tạo được vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet và nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu này với phẩm màu Congo đỏ và xác định được dung lượng hấp phụ cực đại là 208,33 mg/g Jing Hu và cộng sự [32] đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr( VI) trên vật liệu  -Fe2O3 kích thước nhỏ hơn 30nm như nồng độ, pH, ảnh hưởng của ion lạ Ông cũng... tác của vật liệu oxit nano γ-Fe2O3 và thăm dò xử lý môi trường Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo VLHP oxit nano γ-Fe2O3 - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD), phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) - Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp. .. quả xử lý tương đối cao, vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm [5-8], [11], [15], [18], [21], [22], [24-32] Ngày nay vật liệu hấp phụ oxit kích thước nanomet được sử dụng làm chất hấp phụ xử lý ô nhiễm môi trường vì đây là vật liệu dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 môi trường Chính vì vậy, nghiên cứu. .. Định lượng Mn( II) Dùng kali pesunfat và chất xúc tác là ion Ag+ trong môi trường axit để oxi hóa Mn2 + đến MnO4 Hàm lượng MnO4 được xác định bằng phương pháp trắc quang với máy UV-Vis 1240 ở bước sóng λ = 526nm, cuvet 1cm [12], [23] 1.5 Vật liệu hấp phụ oxit nano Fe2O3 Nhiều phương pháp hóa lý đã được nghiên cứu xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng, trong đó hấp phụ là phương pháp được đánh giá cao... trình hấp phụ của VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh - Sơ bộ khảo sát khả năng xúc tác oxy hóa phân hủy MB của vật liệu γ-Fe2O3 chế tạo được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 - Sử dụng VLHP chế tạo được thử xử lý mẫu nước thải chứa Cr( VI), Ni(II), Mn (II) Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr( VI), Ni(II), Mn( II) 1.1.1... định hàm lượng ion Cr( VI), Ni(II), Mn( II) bằng phương pháp trắc quang như đã nêu ở phần tổng quan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 24 Đo độ hấp thụ quang A của dung dịch Cr( VI), Ni(II), Mn( II) theo thứ tự lần lượt các mẫu có nồng độ từ thấp đến cao Từ độ hấp thụ quang đo được và các phần mềm ta lập được đường chuẩn của ion Cr( VI), Ni(II), Mn( II) 2.5.1 Xây... lượng và cơ chế hấp phụ [2] 1.3.3.2 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp . Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr( VI), Ni(II), Mn( II, đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu oxit nano γ-Fe 2 O 3 và thăm dò xử lý môi trường . Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu. NÔNG THỊ NGỌC HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr( VI), Ni(II), Mn( II), ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO γ-Fe 2 O 3 VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: HOÁ. hưởng của nồng độ đầu của ion Cr( VI), Ni(II), Mn( II) 29 2.6.5. Động học hấp phụ Cr( VI), Ni(II), Mn( II) của VLHP 29 2.6.6. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu γ- Fe 2 O 3 30 2.7. Xử lý thử

Ngày đăng: 20/11/2014, 19:49

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan