biến tính sét di linh dùng cho phản ứng phân hủy một số dung môi hữu cơ ô nhiểm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ DUY HÙNG BIẾN TÍNH SÉT DI LINH DÙNG CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ DUY HÙNG BIẾN TÍNH SÉT DI LINH DÙNG CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM Chuyên ngành : Hóa Dầu Mã số: 60 44 0115 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thanh Bình Hà Nội – 2013 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS. Nguyễn Thanh Bình, người đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Dầu và Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình giảng dạy và dìu dắt em trong suốt những năm qua cũng như quá trình nghiên cứu, đặc biệt là trong quá trình làm thí nghiệm. Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, các anh chị và các bạn phòng Hóa Dầu đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2013 Vũ Duy Hùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 7 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiệu về Bentonit 1 1.1.1. Sự hình thành bentonit trong tự nhiên 1 1.1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc của montmorillonit 1 1.1.3. Tính chất hóa lý của bentonit 4 1.1.3.1. Tính chất vật lý của bentonit 4 1.1.3.2. Khả năng hấp phụ của bentonit 5 1.1.4. Bentonit ở Việt Nam 6 1.1.5. Ứng dụng của bentonit 7 1.1.6. Phƣơng pháp biến tính Bentonit. 7 1.2. Phƣơng pháp hấp phụ 8 1.2.1. Lý thuyết về phƣơng pháp hấp phụ 8 1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ 11 1.2.3. Một số đại lƣợng đánh giá hấp phụ 13 1.3. Quá trình quang xúc tác 14 1.3.1. Xúc tác quang dị thể [11] 14 1.3.2. Hệ xúc tác Fenton dị thể 19 CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. THỰC NGHIỆM 20 2.1.1. Hóa chất và thiết bị sử dụng 20 2.1.2. Xử lý sét thô thành bentonit – Na (Bent – Na) 20 2.1.3. Quá trình hấp phụ các ion kim loại (Fe 3+ , Zn 2+ , Cu 2+ ). 21 2.1.3.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 21 2.1.3.2. Ảnh hƣởng của pH tới quá trình hấp phụ ion kim loại. 22 2.1.3.3. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của bentonit – Na vào nồng độ cân bằng của Fe (III), Cu(II) và Zn(II) 22 2.1.4. Các xúc tác BentH – Fe x O y , BentH – Cu 2/x O, BentH – ZnO đƣợc điều chế ở điều kiện tối ƣu hấp phụ kim loại. 22 2.1.5. Hoạt tính quang hóa trong quá trình phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ. 22 2.1.6. Xây dựng đƣờng chuẩn cho Metyelen blue (MB) 23 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu 24 2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 24 2.2.2. Phƣơng pháp UV – VIS 25 2.2.3. Phƣơng pháp phổ của các tia X có năng lƣợng phân tán (EDS hay EDX) . 26 2.2.4. Phương pháp xác định phổ phản xạ khuếch tán Uv – Vis (UV-Vis DRS) 27 2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử F – AAS 28 CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Các đặc trƣng vật lý của các mẫu xúc tác: 31 3.1.1. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X – XRD 31 3.1.2. Kết quả phổ của các tia X có năng lƣợng phân tán - EDS 33 3.1.3. Kết quả phổ phản xạ khuếch tán UV – Vis (UV-Vis DRS) 36 3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ. 36 3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của pH 38 3.4. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của bentonit – Na vào nồng độ cân bằng của Fe (III), Cu(II) và Zn(II) 39 3.4.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của ion Fe 3+ 40 3.4.2. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của ion Zn 2+ 42 3.4.3. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của ion Cu 2+ 44 3.5. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác oxi hóa chất hữu cơ gây ô nhiễm Metylen blue của các BentH – Cu 2/x O, BentH – Fe x O y , BentH – ZnO. 46 3.5.1. Khả năng quang xúc tác của BentH – Cu 2/x O 46 3.5.2. Khả năng quang xúc tác của BentH - Fe x O y 47 3.5.3. Khả năng quang xúc tác của BentH – ZnO 49 3.6. So sánh hiệu suất quang hóa của BentH –Cu 2/x O , BentH –Fe x O y , BentH – ZnO 50 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 57 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 – Cấu trúc không gian mạng lưới cấu trúc của montmorillonit. 3 Hình 1.3 – Cơ chế hấp phụ 9 Hình 1.4 – Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir. 14 Hình 1.5 – Phổ năng lượng của các chất bán dẫn. 15 Hình 1.6 – Sơ đồ cơ chế tác dụng quang xúc tác phân huỷ các hợp chất hữu cơ 15 Hình 1.7 – Mô tả hệ quang xúc tác dị thể. 17 Hình 1.8 – Quá trình quang xúc tác của hệ Fenton 19 Hình 2.3– Phổ UV – VIS của metylen blue. 23 Hình 2.4– Đường chuẩn thể hiện sự phụ thuộc của Abs vào nồng độ của metylen blue. 24 Hình 2.1 – Sơ đồ nhiễu xạ của tia X. 24 Hình 2.2 – Nguyên lý của phép phân tích EDS 26 Hình 3.1 – Phổ XRD của bent – Na 31 Hình 3.2– Phổ XRD của bentH – Cu 2/x O 31 Hình 3.3– Phổ XRD của bentH – Fe x O y 32 Hình 3.4– Phổ XRD của bentH – ZnO. 32 Hình 3.5 – Phổ EDS của Bent – Na. 33 Hình 3.6– Phổ EDS của BentH – Cu 2/x O 34 Hình 3.7– Phổ EDS của BentH – Fe x O y 34 Hình 3.8– Phổ EDS của BentH – ZnO 35 Hình 3.9– Phổ UV rắn của Bent – Na, BentH – Fe x O y , BentH – CuO, BentH – ZnO. 36 Hình 3.10– Mối quan hệ giữa q t của các ion kim loại Cu 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ vào thời gian. 37 Hình 3.11– Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ các ion Cu, Fe, Zn của Bent – Na. 39 Hình 3.12– Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của Fe 3+ . 41 Hình 3.13– Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Fe 3+ . 41 Hình 3.14– Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của Zn 2+ . 42 Hình 3.15 – Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của Zn 2+ . 43 Hình 3.16– Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của Cu 2+ . 45 Hình 3.17– Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của Cu 2+ . 45 Hình 3.18 – Mối quan hệ giữa nồng độ của MB vào thời gian đối với BentH – Cu 2/x O . 47 Hình 3.19– Mối quan hệ giữa nồng độ của MB vào thời gian đối với BentH – Fe x O y . 48 Hình 3.11– Mối quan hệ giữa nồng độ của MB vào thời gian đối với BentH – ZnO. 50 Hình 3.21– Hiệu suất xử lý metylen blue của các xúc tác khác nhau. 51 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 – Bảng phân loại các loại sét [9] 4 Bảng 1.2: Đặc trưng thành phần hóa học của bentonit Di Linh [13] 6 Bảng 3.1 – Kết quả phân tích nguyên tố của các mẫu Bent – Na, BentH – Cu 2/x O, BentH – Fe x O y , BentH - ZnO bằng phương pháp phổ EDS 35 Bảng 3.2 – Ảnh hưởng của thời gian đến cân cân bằng hấp phụ của các ion Cu 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ . 37 Bảng 3.3 – Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ các ion Cu 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ . 38 Bảng 3.4– Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của ion Fe 3+ 40 Bảng 3.5 - Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của ion Zn 2+ 43 Bảng 3.6– Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ của Bent – Na vào nồng độ cân bằng của ion Cu 2+ 44 Bảng 3.7– Kết quả xử lý metylen blue bằng BentH – Cu 2/x O với các điều kiện khác nhau 46 Bảng 3.8– Kết quả xử lý metylen blue bằng BentH – Fe x O y với các điều kiện khác nhau 48 Bảng 3.9– Kết quả xử lý metylen blue bằng BentH – ZnO với các điều kiện khác nhau 49 MỞ ĐẦU Ngày nay, ô nhiễm môi trường là một vấn đề thời sự mang tính toàn cầu. Chúng để lại hậu quả nghiêm trọng cho môi trường như làm mất mỹ quan, ô nhiễm không khí, có tác động xấu đến sức khỏe con người thậm chí còn là tác nhân gây nên ung thư hay các biến đổi gen. Do có ảnh hưởng trực tiếp và lâu dài của chúng đến sức khỏe con người nên việc xử lý ô nhiễm đang nhận được sự quan tâm ngày càng lớn. Để giảm thiểu ô nhiễm đã có nhiều biện pháp công nghệ được đưa ra. Có thể sử dụng các biện pháp truyền thống như: hấp phụ, thẩm thấu ngược, lọc qua máy siêu lọc Đối với những nguồn nước bị ô nhiễm do các ion kim loại nặng gây ra thì phương pháp hấp phụ tỏ ra hiệu quả trong quá trình xử lý nước thải này do phương pháp này dễ áp dụng vào thực tế, chi phí cũng không quá đắt và có khả năng tái sử dụng lại chất hấp phụ. Phương pháp này càng hiệu quả nếu vật liệu sử dụng để hấp phụ có diện tích bề mặt và số tâm hấp phụ lớn như than hoạt tính, sét,… Theo phương pháp này chúng ta dễ dàng thu hồi lại những kim loại này để phục vụ cho những nhu cầu khác như làm xúc tác thứ cấp, tạo ra vật liệu mới từ những quá trình này. Tuy nhiên, các phương pháp hấp phụ không làm cho các hợp chất hữu cơ bị phá hủy, mà chỉ chuyển chúng từ trạng thái này sang trạng thái khác hay chỉ là xử lý tạm thời, vì vậy chúng vẫn gây nên ô nhiễm môi trường. Sử dụng quá trình oxi hóa tăng cường (Advanced Oxidation Processes: AOPs) nhằm phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ ô nhiễm là một giải pháp được tập trung nghiên cứu trong thời gian gần đây và đó cũng là xu hướng phát triển của khoa học xúc tác nói chung và xúc tác môi trường nói riêng. AOPs có thể oxi hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học gây ô nhiễm một cách nhanh chóng. Trong số các AOPs, xúc tác quang dị thể thường được sử dụng là TiO 2 , ZnO, CuO, Fe x O y ,… làm chất xúc tác quang. Bên [...]... các ion vô cơ phân cực, các phức cơ kim, các phân tử oligome, các polymer vô cơ, các phân tử hữu cơ, … Phân lớp tứ di n silic kết hợp với phân lớp bát di n nhôm theo các kiểu khác nhau ta được các sét khác nhau Thí dụ, một phân lớp tứ di n kết hợp với một phân lớp bát di n ta có sét Cao Lanh cấu trúc 1:1 Mẫu hai phân lớp tứ di n kết hợp với một phân lớp bát di n nhôm trong đó lớp bát di n nhôm bị kẹp... pháp khác nhau như: biến tính axit, biến tính kiềm, biến tính thành sét hữu cơ, Khoáng sét tự nhiên chứa nhiều tạp chất như canxit, đolomit, một số oxit sắt, TiO2, Biến tính sét kiềm nghĩa là hoạt hóa sét bằng dung dịch kiềm nhắm hòa tan một số yếu tố có tính lưỡng tính như nhôm tạo nên các Aluminat tự do Mặc dù hoạt Vũ Duy Hùng CHK22 7 Luận văn thạc sĩ khoa học hóa sét bằng kiềm không thể loại bỏ hết...cạnh đó quá trình xúc tác này còn có thể được thúc đẩy bằng cách cho thêm H2O2, đây cũng được coi là hệ Fenton dị thể Và với mục tiêu như vậy, đề tài Biến tính sét Di Linh dùng cho phản ứng phân hủy một số dung môi hữu cơ ô nhiễm” được tiến hành để hướng tới việc sử dụng nguồn xúc tác thứ cấp kể trên  Mục tiêu của đề tài: - Hấp phụ được các... cuộc nghiên cứu khác nhau với các chất ô nhiễm hữu cơ khác nhau Trong khi một số trường hợp tốc độ phản ứng thể hiện sự phụ thuộc bình phương với cường độ ánh sáng và có các nghiên cứu khác thu được mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến Ollis cùng cộng sự đã xem xét ảnh hưởng của cường độ ánh sáng với tốc độ phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm Tại cường độ cao, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào cường độ ánh sáng... lượng ôxi hoá mạnh Chúng có thể ôxi hoá nước để tạo ra gốc hydroxyl hoạt động mạnh (˙OH) Các lỗ trống và các gốc hydroxyl là các chất ôxi hoá rất mạnh, chúng có thể được dùng để ôxi hoá hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ: H2O + h+ → ˙OH + H+ Nhìn chung, ôxi không khí hoạt động mạnh như một chất nhận electron bằng cách tạo thành ion ˙O2O2 + e- → ˙O2Các ion này cũng có khả năng ôxi hoá các chất hữu cơ ... có nhiều chất không tan, chất lơ lửng và chất trôi nổi Các loại nước thải sau đây có thể bằng bentonit cho hiệu quả tốt: các chất dầu hòa tan và dầu dạng nhũ tương; các chất phân tán dạng phức chất hữu cơ (nước thải do giặt giũ, đãi quặng); nước thải công nghiệp từ công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn nuôi gia súc, gia cầm 1.1.6 Phƣơng pháp biến tính Bentonit [9] Bentonit được biến tính theo nhiều... lý sét thô thành bentonit – Na (Bent – Na) - Sét tự nhiên chứa nhiều khoáng khác và các hợp chất hữu cơ do vậy trước khi xử lý ta phải ngâm sét thô trong nước, để sét trương nở và tách lớp với các chất bẩn khác Ngâm sét thô trong nước cất trong 24h sau đó lọc gạn lấy huyền phù sét ở trên Lọc gạn nhiều lần (4-5 lần), rồi lọc qua giấy lọc để thu được sét Sét thu được sạch hơn ban đầu nhiều, sấy khô ngoài... độ hấp thụ ánh sáng bởi chất xúc tác bán dẫn tại một bước sóng nhất định Tốc độ bắt đầu hình thành cặp điện tử-lỗ trống trong phản ứng quang xúc tác phụ thuộc mạnh vào cường độ ánh sáng Sự phân bố cường độ ánh sáng trong hệ phản ứng không thay đổi sẽ xác định toàn bộ sự chuyển hóa của các chất ô nhiễm và hiệu quả phân hủy Do đó tốc độ phân hủy chất ô nhiễm phụ thuộc vào cường độ ánh sáng đã được nghiên... Huyền phù bentonit-Na được cho vào lọc qua màng cellofan Thay nước 3h/lần cho tới khi ion Cl- trao đổi hết với môi trường bền ngoài (thử bằng AgNO3) Có thể loại Cl- bằng cách khác như lọc, rửa bằng nước cất nhiều lần hay dùng phương pháp thẩm thấu nhưng đối phương pháp này thì môi trường nước bền ngoài nên thêm một ít dung dịch NaOH - Lọc trên giấy cho tới khô Làm khô trong không khí Chất rắn cuối cùng... dụng nhiều trong xử lý môi trƣờng do có nhiều ƣu điểm nổi trội: - Phân huỷ triệt để chất gây ô nhiễm thành các sản phẩm sạch thay vì chuyển hoá chúng sang một dạng khác ít gây ô nhiễm hơn như một số công nghệ khác - Điều kiện sử dụng đơn giản: Nhiệt độ và áp xuất thường - Tổng hợp từ các nguyên liệu dễ kiếm và không đòi hỏi công nghệ phức tạp - Có giá trị kinh tế lớn, rẻ và không tốn nhiều năng lượng . HỌC TỰ NHIÊN  VŨ DUY HÙNG BIẾN TÍNH SÉT DI LINH DÙNG CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM Chuyên ngành : Hóa Dầu Mã số: 60 44 0115 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA. đẩy bằng cách cho thêm H 2 O 2 , đây cũng được coi là hệ Fenton dị thể. Và với mục tiêu như vậy, đề tài Biến tính sét Di Linh dùng cho phản ứng phân hủy một số dung môi hữu cơ ô nhiễm” được. TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ DUY HÙNG BIẾN TÍNH SÉT DI LINH DÙNG CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦY MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ Ô NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà