nghiên cứu chế tạo, đặc trưng cấu trúc vật liệu ống nano cacbon gắn trên gốm và ứng dụng để xử lý asen trong nước bị ô nhiễm

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TUẤN NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU ỐNG NANO CACBON GẮN TRÊN GỐM VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - 2012  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TUẤN NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU ỐNG NANO CACBON GẮN TRÊN GỐM VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC  TS. Nguyễn Mạnh Tường - 2012 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt AAS Atomic Absorption Spectrometric  CNT Carbon nanotube  CVD Chemical vapor diposition  MWCNT Multi  layer carbon nanotubes  SEM Scanning electron microscopy  SWCNT Single  layer carbon nanotube  MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Vật liệu 2 1.1.1. Vật liệu nano và phương pháp chế tạo 2 1.1.2. Ống nano cacbon (CNT) 6 1.1.2. Vật liệu gốm xốp (Ceramic) 13 1.2. Ô nhiễm Asen và phương pháp xử lí 13 1.2.1. Dạng tồn tại của As trong tự nhiên 13 1.2.2 Độc tính của As 17 1.2.3 Tình trạng ô nhiễm As 19 1.2.4. Một số công nghệ xử lý ô nhiễm As 23 Chương 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 26 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 26 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.2. Hóa chất, dụng cụ 26 2.2.1 Dụng cụ 26 2.2.2 Hóa chất và vật liệu 26 2.3. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ 27 2.3.1 Phương pháp tính toán dung lượng hấp phụ cực đại 27 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM 29 2.3.3 Phương pháp xác định diện tích bề mặt 31 2.4. Kỹ thuật thực hiện 33 2.5. Chế tạo xúc tác 33 2.6. Chế tạo gốm xốp 36 2.7. Chế tạo Gốm/CNT 38 2.7.1. Chế tạo CNT trên gốm xốp 38 2.7.2. Khảo sát khả năng hấp phụ As của vật liệu 41 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1. Chế tạo vật liệu 42 3.1.1. Chế tạo xúc tác 42 3.1.2. Chế tạo gốm xốp 42 3.1.3.Chế tạo CNT trên gốm xốp 48 3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ As của vật liệu 56 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC BẢNG  42    46  46  47  47   48    48   49  49  50 Asen 57  58 DANH MỤC HÌNH  6  7  7  8   15  h --O 2 -H 2  o C  16 Hìn h --Fe-H 2 O 17  21 Hình 1.9. Tình hình nhi 22   22  23  27 Hình 2.2.  28  nguyên lý ca kính hin t quét 31  32  34  35  37 Hình 2.8. S t    39  40  43  44  45  50  51  51  2  52  2  52  2 53  53  2  54  2   54  2   55 Hình 3.14. Asen  57  58  59 1 LỜI MỞ ĐẦU                     H     Asen  Asen        Asen  “Nghiên cứu chế tạo, đặc trưng cấu trúc vật liệu ống nano cacbon gắn trên gốm và ứng dụng để xử lý Asen trong nước bị ô nhiễm”. 2 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Vật liệu 1.1.1. Vật liệu nano và phương pháp chế tạo                            g                     - down) n -   -     -up. [...]... cu trỳc ca SWCNT [8] ng kớnh ca ng nano cacbon tựy thuc vo tng loi ng Thụng thng mt ng nano cacbon n lp cú ng kớnh vo khong 1-2 nm Cũn cỏc ng nano cacbon a lp thỡ cú ng kớnh ngoi vo khong 2-25 nm, v ng kớnh ng trong cựng dao ng trong khong 1-8 nm Cu trỳc ca MWCNT bao gm t 2 n 30 SWCNT cú ng kớnh khỏc nhau lng vo nhau, v khong cỏch gia cỏc lp trong cựng mt ng nano cacbon a lp t 0,34 - 0,36 nm [18] tc... nhiu ng nano cacbon a vỏch Ngi ta cho rng quỏ trỡnh nghin to ra cỏc ht graphit nhiu mm phỏt trin ng nano cacbon v khi nung nhit, cỏc mm ú phỏt trin thnh ng nano cacbon * Phng phỏp lng ng pha hi hoỏ hc (CVD) Trong phng phỏp CVD thng s dng ngun cacbon l cỏc hydrocacbon (CH4, C2H2) hoc CO v s dng nng lng nhit hoc plasma hay laze phõn ly cỏc phõn t khớ thnh cỏc nguyờn t cacbon hot húa Cỏc nguyờn t cacbon. .. cỏc nhúm chc amin cú trong cu ni APTES to thnh vt liu cha nano bc i vi ng dng lm cht lc nc khi kt hp vi ng nano cacbon, kh nng hp ph ca vt liu t hp i vi cỏc ion kim loi nng trong nc c tng cng mt cỏch ỏng k Bi ng nano cacbon khụng cú kt cu hỡnh khi nờn khi c gn kt trờn khung ca gm xp, vt liu t hp gia gm xp ng nano cacbon s cú kh nng x lý nc b ụ nhim kim loi nng tt hn 1.2 ễ nhim Asen v phng phỏp x lớ... tm graphen cú c CNT Tuy nhiờn, khụng phi lỳc no ng nano cacbon cng cú hỡnh dng ging nh hỡnh dng ca tm graphen cun li Bi vỡ tm graphen gm cỏc nguyờn t cacbon xp trờn 6 nh ca hỡnh lc giỏc, cũn CNT li cú s xut hin ca cỏc a giỏc l ng giỏc Cú hai loi ng nano cacbon l: ng nano cacbon n lp (SWCNT), c cu to bi mt lp duy nht cỏc nguyờn t cacbon v ng nano cacbon a lp (MWCNT), c cu to nh th bao gm nhiu ng n... cỏch gia cỏc mt graphen trong graphit t nhiờn Chiu di ca mi ng nano cacbon cú th t vi trm nanomet n micromet Ngy nay ngi ta ó lm c nhng ng nano cacbon di n hng centimet Vi cu trỳc tinh th c bit, ng nano cacbon cú nhiu tớnh nng c bit nh: dn in thay i theo kớch thc v cu trỳc ca ng, nh hn thộp gp 6 ln nhng li bn hn c 100 ln, chu c nhit cao rt tt (~ 2800 oC trong chõn khụng v ~700oC trong khụng khớ), cú... Mt trong s nhúm chc cú th gn lờn b mt nano cacbon nh: cacboxyl, xeton, ancol, anhydrite, quinon, hydroquinon, phenol, lacton bin tớch nano cacbon cú nhiu phng phỏp nh s dng HNO3, hn hp HNO3 v H2SO4, hi HNO3 nhit cao Trong ú phng phỏp s dng hn hp hai axit l phng phỏp n gin v cho kh nng bin tớnh sõu nht 11 1.1.2.3 ng dng ng nano cacbon trong cụng ngh mụi trng Trong cụng ngh mụi trng, vi nhiu tớnh cht... hiu qu s dng CNT trong vt liu hp ph, trc ht CNT phi c hot húa nhm mc ớch tng din tớch b mt Sau ú tựy vo mc ớch s dng cú th gn thờm nhúm chc Bn cht ca vt liu nano cacbon l rt tr v mt húa hc, khụng tan trong bt kỡ dung mụi no k c hn hp axit Bin tớnh nano cacbon nhm mc ớch gn cỏc nhúm chc nng lờn b mt, lm chỳng cú th d dng phõn tỏn trong dung mụi, thun li cho vic ch to vt liu hp ph Mt trong s nhúm chc... (CVD) - Cụng ngh ch to vt liu nano cacbon bng phng phỏp phúng in h quang - Cụng ngh ch to vt liu nano cacbon dựng ngun laze - Cụng ngh ch to vt liu nano cacbon bng phng phỏp nghin bi v nhit * C ch mc ng nano cacbon Quỏ trỡnh ny c hiu nh sau: Ht xỳc tỏc c to trờn Khớ cha hidrocacbon s b phõn ly thnh nguyờn t cacbon v cỏc sn phm ph khỏc do nng lng nhit, nng lng plasma cú vai trũ ca xỳc tỏc Cỏc sn phm sau... CNT vi polime xp cho phộp hp ph mt cỏch trit cỏc hp cht hu c ny Nhng nm gn õy vt liu nano cacbon bt u c nghiờn cu, sn xut ng dng ó thu c nhng thnh cụng nht nh Tuy nhiờn vic ng dng nano 12 cacbon trong x lý mụi trng c bit l mụi trng nc cũn cha phỏt trin rng rói Do vy vic nghiờn cu ch to vt liu hp ph trờn c s nano cacbon mt cỏch cú h thng l vic lm ht sc cn thit 1.1.2 Vt liu gm xp (Porous ceramic) 1.1.2.1... cho sn phm ng u hn, cú th iu chnh mt cỏch rt chi tit v trớ v hng cn mc ng nano cacbon bng mt cỏch n gin: dựng cht xỳc tỏc nh th nú l mc in lờn b mt ca vt liu cn lng ng, ri cho cỏc ng nano cacbon lng ng trờn b mt ú, kt qu l ch cú nhng v trớ ni cú mc l cỏc cht xỳc tỏc c in mi mc ng nano cacbon Nh vy ta cú th sp xp c cỏc ng nano cacbon vo nhng v trớ mong mun, t ú lm nờn linh kin in t Phng phỏp ny ó c . TUẤN NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU ỐNG NANO CACBON GẮN TRÊN GỐM VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60.     Asen   Nghiên cứu chế tạo, đặc trưng cấu trúc vật liệu ống nano cacbon gắn trên gốm và ứng dụng để xử lý Asen trong nước bị ô nhiễm . . NGUYỄN TUẤN NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU ỐNG NANO CACBON GẮN TRÊN GỐM VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC BỊ Ô NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ