Biến tính than hoạt tính bằng phương pháp phủ các oxit kim loại

Theo đánh giá mới đây của Ngân hàng thế giới tại Việt Nam, với 59 điểm trong bảng xếp hạng chỉ số hiệu quả hoạt động môi trường, Việt Nam đứng ở vị trí 85163 các nước được xếp hạng. Còn theo kết quả nghiên cứu khác vừa qua tại Diễn đàn Kinh tế thế giới Davos, Việt Nam nằm trong số 10 quốc gia có chất lượng khôn khí thấp và ảnh hưởng nhiều nhất đến sức khỏe.15 Những dòng sông ở các thành phố lớn như Hà Nội hay thành phố Hồ Chí Minh bị ô nhiễm nặng nề. Những con sông này đã trở nên độc hại, làm hủy hoại nguồn thủy sản và ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống, sức khoẻ của cộng đồng.15 Tại thành phố Vũng Tàu, ô nhiễm nguồn nước vẫn đang là một vấn đề nan giải. Nguyên nhân khiến nhiều khu vực sông này trở thành “vùng đất chết” là do nước thải từ các cơ sở chế biến hải sản và từ các công ty dệt nhuộm xung quanh xả trực tiếp từ năm này qua năm khác. Trên thực tế, để xây được hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn thì không phải cơ sở nào cũng đủ khả năng, nên họ cứ lén lút xả ra môi trường. Vì vậy việc tìm kiếm vật liệu hấp phụ có dung lượng hấp phụ lớn, tính chọn lọc cao, khả năng tái chế tốt và có giá thành thấp đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học. Than hoạt tính là vật liệu hấp phụ đáp ứng được các nhu cầu trên và hiện nay đã được áp dụng rộng rãi. Có rất nhiều định nghĩa về than hoạt tính, nhưng có thể nói chung rằng than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn và khả năng hấp phụ tốt hơn. Than hoạt tính sau khi được sản xuất sẽ có khả năng hấp phụ một số chất, tuy nhiên để ứng dụng than hoạt tính vào lĩnh vực hấp phụ một số hợp chất nhất định như hợp chất vô cơ và hữu cơ thì nó cần được biến tính để có những tính chất vật lý tối ưu như tăng diện tích bề mặt, tăng sự tương tác giữa các lỗ xốp…. của nó để phục vụ mục đích cuối cùng là tăng khả năng hấp phụ của đối với một số chất vô cơ

I HC BÀ R CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP H tên sinh viên: Nguyễn Thị Thu Hiền MSSV: 1052010073 01/12/1992 : Bình Định Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học  TÀI: Biến tính than hoạt tính bằng phương pháp phủ các oxit kim loại chuyển tiếp MeOx II. NHIM V VÀ NI DUNG:  Bin tính than hot tính nhc sn phm có tính cht t ng dng trong các lnh vc hp ph mt s hp ch  Tin hành ph Fe 2 O 3 và CuO lên than ho thu c cht hp ph - xúc tác.  Kho sát kh  p ph ca cht hp ph - xúc tác u ch i vi mt s ch III. NGÀY GIAO NHIM V  ÁN: IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIM V: V. H TÊN CÁN B NG DN: PGS. TS. Nguyễn Văn Thông KS. Dương Khắc Hồng Bà Ra  CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ h tên) (Ký và ghi rõ h tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ h tên) (Ký và ghi rõ h tên) i LỜI CAM ĐOAN  án này là công trình nghiên cu thc s ca cá nhân tôi, c thc hin i s ng dn ca PGS. TS. Nguyễn Văn Thông và KS. Dương Khắc Hồng. Các s liu và nhng kt lun nghiên cu c trình bày trong lu là trung thc công b i bt c hình thc nào. Tôi xin chu trách nhim v nghiên cu ca mình. Sinh Viên Nguyễn Thị Thu Hiền ii LỜI CẢM ƠN Vi lòng kính trng và bi   c, tôi xin chân thành c  PGS.TS. Nguyễn Văn Thông và KS. Dương Khắc Hồng i trc ti tài và tng dn tôi trong sut thi gian làm  tài tt nghip. Th ra ng gii quyp tài li c bn báo cáo này. tôi y Cô trong Khoa Hoá Hc Và Công Ngh Thc Phi Hc Bà Ra   cho tôi kin thc trong nhc tp t hôm nay tôi có th hoàn thành bn  tài tt nghip cng thi, tôi xin chân thành cn và anh Nguyn Chí Thun trong phòng thí nghim cng cùng tôi óng góp ý ki tôi  tài. Trong quá trình nghiên c     tài này, chc chn không tránh c nhng sai sót và khuym, rt mong s góp ý ca th tôi nm vng n thc v  tài ca mình. Mt ln na tôi xin chân thành c Sinh viên Nguyễn Thị Thu Hiền iii MỤC LỤC TRANG DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH viii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 3 1.1. Tổng quan về than hoạt tính 3 1.1.1. Gii thiu chung 3 1.1.2. Lch s hình thành và phát trin 4 1.1.3. Phân loi 5 1.1.4. Kh ng dng ca than hot tính trong thc t 7 1.2. Sơ lược về các phương pháp biến tính bề mặt than 8 1.2.1. Bin tính than hot tính bng N 2 9 1.2.2. Bin tính b mt than bng halogen 9 1.2.3. Bin tính b mt than bng s nh hóa 10 1.2.4. Bin tính than hot tính bng cách tm 10 1.3. Các thông số đánh giá than hoạt tính 12 1.4. Hấp phụ 13 1.4.1. Khái nim và phân loi hp ph 13 1.4.2. Các dng hp ph ng nhit 15 1.4.3. Mt s n ca s hp ph 16 c tính ca quá trình hp ph 19 1.4.5. Các yu t n kh hp ph ca vt liu hp ph 20 1.5. Sơ lược về phương pháp tẩm 21 1.5.1. M 21 1.5.2. Tác dng 22 m: 22 1.5.4. H thng lò nung: 24 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 25 2.1. Hóa chất 25 iv 2.2. Phương pháp trắc quang 25 c 25 a min quang ph 25  c pháp trc quang 26 ng chu nh n các cht 27 2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của các chất 28 2.3.1. Xây dng chunh n ca mt s cht cn thit 28 2.3.2. Metylen xanh 29 2.3.3. Phenol 31 2.3.4. NiCl2.6H 2 O (Nickel chloride herahydrate M=237,59g/mol) 33 2.3.5. CoCl 2 .6H 2 O (Cobalt chloride herahydrate M=237,93g/mol) 35 2.3.6. FeCl 3 .6H 2 O 36 2.3.7. CuCl 2 .6H 2 O 37 2.4. Khảo sát phương pháp tẩm trên than hoạt tính 38 2.4.1. Tm dung dch FeCl 3 .6H 2 O lên than hot tính 38 2.4.2. Tm dung dch CuCl 2 .6H 2 O lên than hom dung dch FeCl 3 .6H 2 O 44 2.4.3. Kho sát th t tm oxit kim loi lên than 47 2.5. Sấy và nung than 48 2.5.1. Kho sát ng ca nhi và thi gian nung than 48 2.5.2. Khc tính vt lý ca cht hp ph - xúc tác 49 2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ chất hấp phụ-xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng . 49 2.6.1. Xây dng nhit hp ph 49 2.6.2. ng ca pH lên kh p ph ca cht hp ph - xúc tác 50 2.6.3. n thn kh p ph ca cht hp ph - xúc tác 50 2.6.4. ng ca t l rn - lng lên kh p ph ca cht hp ph - xúc tác 50 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 3.1. Điều chế chất hấp phụ - xúc tác 51 3.1.1. ng ca vic ph các oxit Fe 2 O 3 và CuO lên than hot tính ti kh p ph ca than hot tính sau khi ph: 51 v 3.1.2. ng ca nhi và thn kh p ph ca than hot tính sau khi tm 53 3.2. Đặc tính của chất hấp phụ - xúc tác điều chế 58 c tính vt lý ca cht hp ph - u ch 58 3.2.2. Xây dng nhit hp ph 65 3.2.3. ng ca pH lên kh p ph ca cht hp ph - xúc tác : 74 3.2.4. ng ca thi gian hp ph n kh p ph ca cht hp ph - xúc tác 76 3.2.5. ng ca t l rn  lng lên kh p ph ca than 78 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 Kết luận 81 4.1. 4.1.1. Quá trình to thành cht hp ph - xúc tác 81 4.1.2. Kh p ph ca cht hp ph - xúc tác vi mt s ch81 Kiến nghị 83 4.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 vi DANH MỤC BẢNG TRANG Bng 2.1. S liu thc t xây dng chun metylen xanh 30 Bng 2.2. Bng pha hóa cht xây dng chun phenol 32 B hp th Abs ca hp cht phenol 32 Bng 2.4. S liu thc t xây dng chun Ni 2+ 34 Bng 2.5. S liu thc t xây dng chun dung dch CoCl 2 .6H 2 O 35 Bng 2.6. S liu thc t xây dng chun dung dch FeCl 3 .6H 2 O 37 Bng 2.7. S liu thc t xây dng chun dung dch CuCl 2 .6H 2 O 38 Bng 2.8. N ng ca các mu 39 Bng 2.9. N Fe 3+ còn tha trong dung dch sau khi tm ln 3 39 Bng 2.10. Ch s a dung dc hp ph bi than ho Fe 2 O 3 41 Bng 2.11. Ch s a dung dch CoCl 2 .6H 2 c hp ph bi than ho Fe 2 O 3 42 Bng 2.12. Ch s a dung dch NiCl 2 .6H 2 O c hp ph bi than ho Fe 2 O 3 43 Bng 2.13. N dung dch Cu 2+ lt tm lên tng mu 44 Bng 2.14. N Cu 2+ còn tha trong dung dch sau khi tm ln 3. 45 Bng 2.15. Dung dch metylen xanh c hp ph bng than ho Fe 2 O 3 và CuO 46 Bng 2.16. Ch s a dung dch metylen xanh c hp ph bi than ho Fe 2 O 3 và CuO 46 Bng 2.17. Dung dch CoCl 2 .6H 2 O c hp ph bng than ho Fe 2 O 3 và CuO 46 Bng 2.18. Ch s ng ca dung dch CoCl 2 .6H 2 O c hp ph bi than ho Fe 2 O 3 và CuO 47 vii Bng 2.19. Dung dch NiCl 2 .6H 2 O c hp ph bng than ho Fe 2 O 3 và CuO 47 Bng 2.20. Ch s a dung dch NiCl 2 .6H 2 O c hp ph bi than ho Fe 2 O 3 và CuO 47 Bng 2.21. Kho sát tc  hp ph metylen xanh ca Mu 5 và 6 48 Bng 3.1. Kh p ph ca 0,2gam than hoc ph oxit Fe 2 O 3 i vi các mu 51 Bng 3.2. Kh p ph ca 0,2g than hoc ph oxit Fe 2 O 3 và CuO i vi các mu 52 Bng 3.3. Bng so sánh kh p ph ca 0,2g than ho oxit Fe 2 O 3 và CuO (Mi mu than hou (Mi vi các mu 52 Bng 3.4. N c hp ph bi cht hp ph - xúc tác 55 B hp ph i metylen xanh ca cht hp ph - xúc tác 55 Bng 3.6. N c hp ph bi cht hp ph - xúc tác 56 B hp ph i phenol ca cht hp ph - xúc tác 56 Bng 3.8. Bng s liu S BET ca các mu theo nhi nung trong 2,5h 62 Bng 3.9. Xây dng nhit hp ph ca metylen xanh 66 Bng 3.10. Xây dng nhit hp ph ca phenol 68 Bng 3.11. Xây dng nhit hp ph ca CoCl 2 .6H 2 O 70 Bng 3.12. Xây dng nhit hp ph ca NiCl 2 .6H 2 O 72 Bng 3.13. ng ca pH lên kh p ph ca cht hp ph - xúc tác 74 Bng 3.14. ng ca thi gian hp ph n kh p ph ca cht cht hp ph - xúc tác 77 Bng 3.15. ng ca t l rn  lng lên kh p ph ca than 78 viii DANH MỤC HÌNH TRANG Hình 1.1. Cu trúc minh ha ca than hot tính 12 ng hp ph theo Brunauer 15 ng hp ph ng nhit Freundlich 16 ng hp ph ng nhit Langmuir 18 Hình 1.5. D th ng nhit hp ph BET 19  khm oxit kim loi lên than hot tính 23  h thng nung than 24 ng chunh n metylen xanh. 30 Hình 2.4. Các mu chun ca phenol 32 ng chunh n phenol 33 ng chunh n NiCl 2 .6H 2 O 34 ng chunh n CoCl 2 .6H 2 O 36 ng chunh n dung dch FeCl 3 .6H 2 O 37 ng chunh n dung dch CuCl 2 .6H 2 O 38 Hình 2.10. Dung dch FeCl 3 .6H 2 O còn tha sau ln tm 3 40 Hình 2.11. Dung dc hp ph bng than ho Fe 2 O 3 41 Hình 2.12. Dung dch CoCl 2 .6H 2 O c hp ph bng than ho Fe 2 O 3 42 Hình 2.13. Dung dch NiCl 2 .6H 2 O c hp ph bng than ho Fe 2 O 3 43 Hình 2.14. Dung dch Cu 2+ còn tha sau ln tm 3 45 Hình 2.15. Kho sát t hp ph metylen xanh ca Mi giây th 610 48 Hình 3.1. Kh p ph metylen xanh ca cht hp ph - xúc tác 55 Hình 3.2. Kh p ph phenol ca cht cht hp ph - xúc tác 56 ix Hình 3.3. Kt qu a mu than hou (Mu 0) 58 Hình 3.4. Kt qu  300 o C trong 2,5h (Mu A) 59 Hình 3.5. Kt qu  350 o C mu trong 2,5h (Mu B) 60 Hình 3.6. Kt qu u  400 o C trong 2h30ph (Mu C) 61 Hình 3.7. Kt qu u  450 o C trong 2h30ph (Mu D) 62 Hình 3.8. nh SEM Mu 0 (thang 1m) 63 Hình 3.9. nh SEM Mu C (thang 1m) 63 Hình 3.10. nh SEM Mu 0 (thang 5m) 63 Hình 3.11. nh SEM Mu C (thang 5m) 63 Hình 3.12. nh SEM Mu 0 (thang 500nm) 64 Hình 3.13. nh SEM Mu C (thang 500nm) 64 ng nhit hp ph metylen xanh 67 ng nhit Freundlich và dng tuyn tính 67 Hình 3.16. ng nhit Langmuir dng tuyn tính 67 Hình 3.17. Xây dng nhit hp ph phenol 69 ng nhit Freundlich và dng tuyn tính 69 Hình 3.19. ng nhit Langmuir dng tuyn tính 69 Hình 3.20. Xây dng nhit hp ph Co 2+ 71 ng nhit Freundlich dng tuyn tính 71 Hình 3.22. ng nhit Langmuir dng tuyn tính 71 Hình 3.23. Xây dng nhit hp ph Ni 2+ 73 ng nhit Freundlich dng tuyn tính 73 Hình 3.25. ng nhit Langmuir dng tuyn tính 73 Hình 3.26. ng cn kh p ph ca các cht hp ph - xúc tác . 75 Hình 3.27. ng ca thi gian hp ph n kh p ph ca cht cht hp ph - xúc tác 77 [...]... NiCl2.6H2O, dung dịch CoCl2.6H2O Tùy vào tính chất cần có mà than hoạt tính được biến tính theo những phương pháp riêng Đề tài của em được giao là Biến tính than hoạt tính bằng phương pháp phủ các oxit kim loại chuyển tiếp MeOx” Đề tài này em sử dụng phương pháp phủ than hoạt hoạt tính với Fe2O3 và CuO thông qua 2 muối FeCl3.6H2O và CuCl2.6H2O để thu được than hoạt tính có tính chất phù hợp Bản báo cáo này... hơi nước mà hỗn hợp hơi nước với HCN tăng gấp mười lần so với than hoạt tính thông thường Với điều kiện phòng thí nghiệm tại trường, tôi chọn phương pháp biến tính than hoạt tính bằng phương pháp tẩm vì các lý do ưu Việt sau: - Phương pháp thực hiện nhanh, đơn giản - Than hoạt tính được tẩm kim loại và các oxit của chúng đã phân tán ở dạng các hạt nhỏ đã và đang được sử dụng rộng rãi trong một vài phản... xúc tác hấp phụ được - Phương pháp thực hiện đơn giản, dễ dàng phân tích, so sánh kết quả tại phòng thí nghiệm Đề tài này, tôi chỉ nghiên cứu phương pháp biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm các oxit của kim loại chuyển tiếp như Fe2O3, CuO lên bề mặt than nhờ vào tẩm 2 muối FeCl3.6H2O và CuCl2.6H2O 1.3 Các thông số đánh giá than hoạt tính Các thông số để đánh giá than hoạt tính rất đa dạng, tuỳ theo... đồ khối phương pháp tẩm oxit kim loại lên than hoạt tính * Các bước thực hiện: - Bước 1: Rửa và sấy than Than hoạt tính rửa tới khi pH ≈ 7 được sấy khô trong không khí ở khoảng 40 – 50oC, sấy tiếp ở 150oC trong 24h và bảo quản trong lọ kín - Bước 2: Phân tán muối kim loại trên than bằng phương pháp tẩm ướt Quá trình tẩm được thực hiện với m(g) than (đã rửa, sấy khô) Lượng oxit kim loại được tính theo... mang 1.2 Sơ lược về các phương pháp biến tính bề mặt than [5] Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau Các nhóm chức này bao gồm các nhóm chức oxy -... hóa bề mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxy hóa Nhóm chức bề mặt cacbon - hydro tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hydro ở nhiệt độ cao Nhóm chức cacbon - lưu huỳnh bằng quá trình xử lý than hoạt tính với lưu huỳnh nguyên tố, CS2, H2S, SO2 Cacbon - nitơ trong quá trình xử lý than hoạt tính với amoniac Cacbon halogen được tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với halogen... dung dịch Vì các nhóm chức này được liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vòng thơm, và bởi vì thành phần các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng khi biến tính than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các than hoạt tính này Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt than cũng được thực hiện bằng quá trình khử khí và bằng việc mang kim loại lên bề mặt... tính chất bề mặt của những vật liệu này 1.2.4 Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm Những loại than này được sử dụng lần đầu tiên trong chiến tranh thế giới thứ nhất để bảo vệ hệ hô hấp của các binh lính chống lại chiến tranh khí Hơn nữa, việc mang các kim loại lên các vật liệu có cacbon làm giảm các đặc điểm khí hóa và thay đổi cấu trúc lỗ xốp của các sản phẩm cacbon cuối cùng Vì vậy, việc mang các. .. mặt và cấu trúc bề mặt của than hầu như được bảo toàn nên làm gia tăng tuổi thọ và duy trì lâu dài khả năng hấp phụ của than hoạt tính. [18],[7],[6] 1.5.2 Tác dụng[18],[6] Khi đưa lên than hoạt tính một hoặc một số oxit kim loại chuyển tiếp dạng MeOx, trong đó Me là: Cu, Fe, Cr…để tạo ra các tâm xúc tác, khi đó kim loại chuyển tiếp có thể đóng hai vai trò: - Các tâm oxit kim loại chuyển tiếp có thể gia... hoặc mật độ tâm hoạt động 1.2.3 Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa Các hợp chất cacbon-lưu huỳnh trên bề mặt được nghiên cứu rộng rãi trên than gỗ, than hoạt tính, muội than Các hợp chất này được tạo thành trong suốt hoặc sau quá trình tạo thành than Trong trường hợp của cacbon hoạt tính, chúng thông thường được tạo thành bởi đun nóng than trong sự có mặt lưu huỳnh nguyên tố hoặc các chất khí .  TÀI: Biến tính than hoạt tính bằng phương pháp phủ các oxit kim loại chuyển tiếp MeOx II. NHIM V VÀ NI DUNG:  Bin tính than hot tính nhc sn phm có tính cht t. phương pháp biến tính bề mặt than 8 1.2.1. Bin tính than hot tính bng N 2 9 1.2.2. Bin tính b mt than bng halogen 9 1.2.3. Bin tính b mt than bng s nh hóa 10 1.2.4. Bin tính. CoCl 2 .6H 2 O . Tùy vào tính cht cn có mà than hoc bin tính theo nh riêng.  tài cn tính than hot tính bph các oxit kim loi chuyn