nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano mno2, mno2-cát thạch anh để xử lý nước nhiễm mangan

MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên rất quan trọng trong cuộc sống của con người còng như các loài động, thực vật khác. Hiện nay,ô nhiễm nguồn nước là mối quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, môi trường sống của con người ngày càng bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con người. Có rất nhiều loại chất gây ô nhiễm nguồn nước tồn tại cả ở dạng tan và không tan. Mét trong những tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng về lâu dài cho sức khỏe con người được cả cộng đồng thế giới lo ngại là kim loại nặng. Nguồn nước hiện nay được khai thác sử dụng chủ yếu là nước ngầm. Nước ngầm thường chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người như các kim loại, hợp chất lưu huỳnh, hợp chất nitơ, halogel và một số các hợp chất khác. Đặc biệt kim lọai nặng là những nguyên tố có hại cho sức khỏe con người như mần ngứa, ung thư Các phương pháp hóa học, hóa - lý được lùa chọn để xử lý nước như kết tủa, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, keo tô, sa lắng, lọc màng và thẩm thấu ngược. Tùy trong yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng cả về chất lượng và số lượng. Trong một vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số được sử dụng nước sạch. Do đó, việc lọai bỏ hoặc chuyển hóa các dạng tạp chất ra khỏi nguồn nước hoặc đa về dạng có nồng độ thấp trong giới hạn cho phép đang là vấn đề cấp bách. Dùa trên cơ sở phân tích trên đây, nhằm đÈy mạnh hướng công nghệ ứng dông vật liệu kích thước nanomet và ứng dụng các loại sản phẩm đầy tiềm năng này vào cuộc sống và sản xuất cũng như sử dụng tài nguyên sẵn có ở trong nước, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh để xử lý nước nhiễm Mangan ” đã được lùa chọn. Với 3 mục tiêu chính: - Tổng quan về nước và sự ô nhiễm môi trường nước - Tổng quan về vật liệu nano và những ứng dụng của vật liệu nano - Nghiên cứu dông vật liệu MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh xử lý nước nhiễm Mangan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1.1.1. Nước Cuộc sống trên trái đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống trên trái đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hòan của nước. Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp. Nước còn chứa đựng những tiềm năng khác, đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con người, trong sinh hoạt hàng ngày, trong tưới tiêu cho nông nghiệp, trong sản suất công nghiệp, tạo ra điện năng và nhiều thắng cảnh thiên nhiên hùng vĩ. Hơn 70% diện tích của trái đất được bao phủ bởi nước. Trữ lượng tài nguyên nước có khoảng 1,5 tỷ km 3 , trong đó gần 97% là nước đại dương, khoảng hơn 3% là nước ngọt tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết ở hai cực và ở trên các ngọn núi. Trên thực tế lượng nước có thể sử dụng được chỉ khoảng 4,2 triệu km 3 (0,28% thủy quyển) [1]. Nước trên hành tinh phân bố không đều. Nước tự nhiên tập trung phần lớn ở biển và đại dương, sau đó đến khối băng ở các cực rồi nước ngầm. Nước ngọt tầng mặt chỉ chiếm tỷ lệ không đáng kể. Nước không ngừng vận động và chuyển trạng thái, tạo nên vòng tuần hoàn của nước trong sinh quyển: nước bốc hơi, ngưng tụ rồi mưa. Nước mưa rơi xuống mặt đất, một phần đọng lại trong các hồ, phần khác tạo nên dòng chảy bề mặt để đổ ra biển. Nước cung cấp chính cho họat động của con người từ hai nguồn chính là nước mặt và nước ngầm. Hai nguồn có liên quan đến nhau, mỗi nguồn có những đặc trưng riêng và có những ưu, nhược điểm tuỳ vào mục đích sử dụng. Nước trên bề mặt trái đất ở dạng chảy hay dạng nước lặng được coi là nước mặt. Nước mặt là nước trong sông hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước. Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất. Nước ngầm hay còn gọi là nước dưới đất, là nước ngọt được chứa trong các lỗ rỗng của đất hoặc đá. Nó cũng có thể là nước chứa trong các tầng ngậm nước bên dưới mực nước ngầm. Nguồn cung cấp nước cho nước ngầm là nước mặt thấm vào tầng chứa, các nguồn thoát tự nhiên như suối và thấm vào các đại dương. 1.1.2. Nguồn nước ngầm Nước ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy mà việc cung cấp nước ngọt và sạch trên thế giới đang từng bước giảm đi. Nhu cầu nước đã vượt cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi khoa học công nghệ, công nghiệp và dân số tăng mạnh làm nhu cầu nước tăng Thực tế lượng nước dự trữ trên trái đất không nhiều mà nhu cầu sử dụng lại lớn. Để đáp ứng nhu cầu dùng nước con người không ngừng tìm các nguồn nước mới và cách xử lý nguồn nước. Nước khai thác gồm hai loại có nguồn gốc khác nhau là nước mặt và nước ngầm. Nước mặt là nước trong sông, hồ, ao, suối. Nước sông chảy qua nhiều vùng đất khác nhau vì thế lẫn nhiều tạp chất hàm lượng cặn cao (nhất là vào mùa lũ) có nhiều chất hữu cơ, rong tảo, vi trùng, dễ bị ô nhiễm. Nước ao, hồ tuy có hàm lượng cặn thấp hơn nước sông nhưng độ màu và phù du rong tảo nhiều hơn. [2] Nguồn nước ngầm có được là do sự thẩm thấu của nước mặt, nước mưa, nước trong không khí, qua các tầng vỉ đất đá tạo nên những tói nước trong lòng đất. Trong quá trình thẩm thấu một phần nước bị giữ lại ở các khe nói hay các lỗ xốp của các tầng đất đá tạo nên các tầng ngậm nước. Thông thường, nước ngầm di chuyển qua một số líp như: sỏi, cát thô, cát trung, cát mịn và đá vôi. Cho đến tầng không ngấm nước (đất sét và hoàng thổ). Nước ngầm ở Việt Nam nói chung có hàm lượng muối cao hàm lượng kim lọai nặng cũng cao hơn so với trên thế giới. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không có líp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nứơc biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong líp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các líp không thấm nước. Nước ngầm có hàm lượng chất hữu cơ thấp, vi trùng hầu như không có, các thành phần tương đối ổn định và Ýt bị ô nhiễm. Khoảng cách giữa vùng thu nhận và khai thác thường khá xa, từ vài chục đến vài trăm kilomet. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây là lọai nước có chất lượng ổn định. 1.1.3. Sự ô nhiễm môi trường nước Nước tự nhiên là nước được hình thành dưới ảnh hưởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Ô nhiễm môi trường nước là hiện tượng các vùng nước như sông, hồ, biển , nước ngầm bị các họat động của con người làm nhiễm các chất có thể gây hại cho con người và cuộc sống của các sinh vật trong tù nhiên. Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Khi mức sống của con người ngày càng cao thì nhu cầu sử dụng nước sinh họat ngày càng nhiều, tuy vậy, những nguồn nước đang sử dụng phần lớn không đạt tiêu chuẩn. Việt Nam là một trong những nước đang phải đối diện với sự ô nhiễm kim loại nặng ở nguồn nước một cách trầm trọng. Trong quá trình sinh họat hàng ngày, dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp. Các đơn vị, cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoan giếng, sau khi ngưng sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nước bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp làm ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm sẽ lẫn vào trong nước mưa cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước. [3] Do có tác động của nhân sinh, quá trình phát triển, sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cũng như tình trạng dân số tăng nhanh – Kéo theo đó là hệ lụy ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước. Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng của nước dưới ảnh hưởng hoạt động kinh tế của con người là: - Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H 2 SO 4 , HNO 3 từ khí quyển, tăng hàm lượng SO 4 2- , NO 3 - trong nước. - Tăng hàm lượng của các ion Ca, Mg, Si trong nước ngầm và nước sông do mưa hòa tan, phong hóa cacbonat. - Tăng hàm lượng của các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên như: Pb, Cd, Hg, As, Mn, Fe và Zn. - Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi từ khí quyển và từ các chất thải rắn cùng nước thải vào môi trường nước. - Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy bằng con đường sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu ). - Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxi hóa có liên quan tới quá trình sống của các vi sinh vật, các nguồn chứa nước và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ. Nguồn nước chủ yếu được khai thác là nước ngầm. Theo thống kê chưa đầy đủ cả nước hiện nay có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ cao hơn nhiều lần nồng độ cho phép. 1.1.4. Tính chất, tác hại và tình hình ô nhiễm Mangan 1.1.4.1. Tính chất và cơ chế gây hại của mangan Mangan là nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Mn và có số nguyên tử 25. Là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Nó là kim loại cứng, giòn, khó nóng chảy, nhưng lại bị oxy hoá dễ dàng. Mangan kim lọai chỉ có từ tính sau khi đã qua xử lý đặc biệt. Nó được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hơp với sắt) và trong một số loại khoáng vật. Dạng nguyên tố tự do, Mangan kim lọai là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ. Do cấu tạo địa chất, Mangan có thể có trong nước. Thường thì hàm lượng Mangan có trong nước ngầm cao hơn trong nước mặt Ngoài ra Mangan cũng là một kim lọại, do đó nó cũng có mặt trong thành phần cÊu tạo của đường ống dẫn nước (bằng gang, thép) với tỷ lệ nhỏ. Mangan có trong mặt trong nước ở dạng ion hoà tan (Mn 2+ ) . Với hàm lượng nhỏ thì Mangan có lợi cho sức khoẻ. Tuy nhiên, nếu Mangan có hàm lượng cao sẽ gây ảnh hưởng đến một số cơ quan nội tạng trong cơ thÓ. Nếu có trong nước có nhiều Mangan thì khi tiếp xúc với oxy, Mangan sẽ bị oxy hoá tạo nên dioxit mangan (MnO 2 ) làm nước có màu nâu đen và gây mùi tanh kim loại. Ngoài ra, khi Mangan có mặt trong nước gặp Clo thì cũng tạo kết tủa cặn bám dioxit mangan và có thể gây tắc đường ống. [4] Mangan và sức khoẻ mọi sinh vật đều phải cần Mangan để tồn tại và phát triển. Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yêu trong tất cả các dạng sống. Trong cơ thể người, Mangan duy trì sự hoạt động của một số men quan trọng và tăng cường quá trình tạo xương. Hằng ngày, mỗi người trưởng thành cần 2-5mg mangan. Mangan có nhiều trong ngò cốc còn nguyên vỏ cám (gạo, bột mú), trong các loại rau, quả Mangan cũng có một lượng đáng kể. Do nguồn cung cấp Mangan khá phong phú và nhu cầu không cao hầu nh không ai bị thiếu Mangan. Tuy nhiên, trong quá trình sinh hoạt sử dụng nguồn nước nhiễm Mangan cao có thể gây ngộ độc mangan, gây rối loại hoạt động thần kinh. Những người dễ nhiễm độc Mangan là trẻ em, người già và phụ nữ có thai và những người mắc bệnh về gan, mật. 1.1.4.2. Tình hình ô nhiễm Mangan Mét nghiên cứu mới đấy về nước ngầm tại đồng bằng sông Hồng cho thấy nguồn nước ngầm ở miền Bắc Việt Nam bị ô nhiễm kim loại nặng nói chung, Mangan nói riêng ở mức độ rất cao gây nguy hiểm cho người sử dông. Trong hơn 10 năm qua các nhà khoa học thế giới đã nhận thấy rằng tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đó có nguyên tè Mangan nói riêng ngày càng gia tăng. Đặc biệt là ở các quốc gia như: Ên Độ, Đài Loan, Arhentina, Trung Quốc, Mông Cổ, Mehico, Thái Lan, Bangladesh, Mỹ, Campuchia, Việt Nam. Theo các thông báo của Bộ Tài nguyên và Môi trường các tỉnh đồng bằng bắc bộ như: Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh Phóc, đều có hiện tượng ô nhiễm kim lọai nặng . [5,6,7] Theo đánh giá của WHO, nước ta có trên mười triệu người có thể phải đối mặt với nguy cơ tiềm tàng về nhiễm độc kim lọại nặng Trong môi trường thường tồn tại nhiều hóa chất khác nhau. Khó có thể nói một hóa chất nào có độc hay không độc. Người ta dùng hàm lượng giới hạn để diễn đạt tính độc và không độc của hóa chất. Khi nồng độ của hóa chất lớn hơn giới hạn cho phép thì nó sẽ gây độc hại,gây ra những tác hại cho quá trình sống. Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ, ngày 18/4/2002 của Bộ Y tế quy định TCVN 6182 – 1996, (ISO 6595 –1982) giới hạn cho phép đối với kim loại nặng trong nước ăn, uống là 0,05mg/l đối với mangan. Như vậy nếu như hàm lượng Magan trong nước ăn và uống lớn hơn 0,05mg/l thì sẽ gây độc, có hại cho sức khoẻ con người. Một báo cáo về nguồn nước ngầm ở khu vực đồng bằng sông Hồng của các chuyên gia quốc tế cho thấy những con số đáng lo ngại – Bởi mức độ ô nhiễm kim lọai nặng rất cao trong khi nhiều người dân ở vùng đồng bằng sông Hồng hiện đang sử dụng nước ngầm trong các sinh họat hàng ngày. Các chuyên gia đã thu thập mẫu từ 512 giếng đào trong khu vực để phân tích Mangan cũng như các kim lọai nặng và các chất độc khác. Theo tạp chí National Academy of Science trích lời các chuyên gia nghiên cứu cho biết có đến 44% số giếng nước được lấy mẫu từ đồng bằng sông Hồng bị nhiễm mangan vượt quá mức cho phép của tổ chức Y tế Thế giới. Theo tổ chức y tế thế giới, nước nhiễm hơn 50 microgram Mangan trên 1 lít nước bị coi là không an toàn. Những người bị nhiễm Mangan lâu dài, sẽ tích luỹ chất này trong cơ thể và tác động rất nguy hiểm với thần kinh và sự phát triển trí tuệ, nhất là ở trẻ nhỏ. Những nguồn nước có hàm lượng Mangan vượt quá mức cho phép sẽ sinh ra lượng vi khuẩn lớn ảnh hưởng đến đường ruột. Nếu vượt hàm lượng này sẽ gây độc hại cho cơ thể thông qua cơ chế gây độc tới nguyên sinh chất của tế bào. Đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận, bộ máy tuần hoàn phổi, ngộ độc nặng gây tử vong.[8,9] 1.2. GIẢI PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG [12 – 18 ] Giải pháp loại bá kim loại nặng, đặc biệt là Mangan để nước đạt tiêu chuẩn an toàn sức khoẻ lầ cần thiết. Trên thế giới có 4 loại hình công nghệ đang được áp dụng là : trao đổi ion, oxy hoá, hấp phụ và đồng kêt tủa. 1.2.1 Phương pháp oxi hóa Trong phương pháp oxi hóa thường sử dụng các chất oxi hóa mạnh nh: Cl 2 , KMnO 4 và H 2 O 2 , hiện được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nhược điểm của phương pháp này là cần bổ sung thêm tác nhân oxi hóa. - Phương pháp oxi bằng oxi không khí: Bản chất của phương pháp là sự oxi hoá ion Me 2+ (Me n+ là các ion kim loại cần loại bỏ) thành Me 3+ và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng Me(OH) 3 . Khi có mặt oxi không khí các muối Me 2+ có trong nước ngầm sẽ bị oxi hoá thành Me(OH) 3 nhanh chóng hơn nếu chúng tiếp xúc với MnO 2 , Me(OH) 3 có trên vật liệu lọc. Nước ngầm thường không chứa oxi hoà tan hoặc có nhưng với nồng độ rất thấp. Để tăng hàm lượng oxi trong nước ngầm thì biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. - Phương pháp oxi hoá bằng Clo: Quá trình oxi hoá khử: Cl 2 + 2e = 2Cl - E E 0 = 1,36 V Khi cho Clo vào nước, Clo sẽ oxi hoá Me 2+ thành Me 3+ 2Me 2+ + Cl 2 + 6 H 2 O = 2Me(OH) 3 + 6H + . - Oxi hóa Me 2+ bằng KMnO 4 : Me 2+ + KMnO 4 + 7H 2 O = 3Me(OH) 3 +MnO 2 + K + + 5H + . Trên thực tế, lượng KMnO 4 tiêu tốn để oxi hoá Me 2+ nhìn chung Ýt hơn so với lượng tính toán theo hệ số tỷ lượng. Người ta giải thích hiện tượng này là do sự tạo thành MnO 2 như chất xúc tác của phản ứng. Phản ứng xảy ra ở pH = 6 - 9, tốc độ phản ứng nhanh hơn so với việc oxi hoá bởi Clo. - Oxi hóa Me 2+ bằng dioxit clo (ClO 2 ): Me 2+ + ClO 2 + 3H 2 O = Me(OH) 3 + ClO 2 + 3H + . Phản ứng oxi hoá Me bằng ClO 2 xẩy ra rất nhanh, nhất là khi pH > 7. - Oxi hóa Me bằng ozon: Ozon là chất oxi hoá mạnh mà người ta có thể sử dụng để oxi hoá Me 2+ , nhưng cũng cần phải tính đến hiệu ứng phụ. Kết tủa được hình thành trong quá trình oxi hoá có thể kết hợp với bọt khí ozon và nổi lên mặt nước gây khó khăn cho việc lắng lọc. 1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa Kỹ thuật đồng kết tủa kim loại dưới dạng hidroxit hoặc các hợp chất của chúng được sử dụng phổ biến nhất để thu hồi kim loại từ dung dịch. Các tác nhân đồng kết tủa thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên, kết tủa hidroxit khá phân tán nên khó thu hồi bằng cách lọc hay sa lắng. Để tách lọc thuận lợi người ta thêm vào tác nhân keo tụ, tuyển nổi dưới dạng polymer điện li. Nhược điểm của kỹ thuật này là quá trình kết tủa hidroxit chỉ là khâu xử lý sơ bộ vì không thể xử lý triệt để, lượng bùn thải sinh ra lớn và khó quay vòng, giai đoạn làm khô lâu và khá đắt. So với kỹ thuận đồng kết tủa hidroxit, kết tủa dưới dạng muối cacbonat thu được kết tủa đồng nhất hơn khi tiến hành ở pH= 8-9, do đó dễ thu hồi kết tủa bằng cách lọc hay gạn. Phương pháp này bị hạn chế bởi một số muối cacbonat kim loại có tích số tan lớn nên hiệu quả tách loại thấp. Vì vậy, kỹ thuật kết tủa cacbonat Ýt thông dụng hơn kết tủa dạng hidroxit. Hiện tượng bão hòa và tạo phức cũng làm giảm hiệu quả xử lý. Để khắc phục, người ta làm tăng số mầm kết tủa bằng cách đưa cát mịn hoặc CaCO 3 dạng huyền phù vào trong dòng thải cần xử lý. Nhờ vậy kết tủa thu được dễ dàng hơn . Kỹ thuật đồng kết tủa dưới dạng sunfua cũng thường được sử dụng bởi kết tủa sunfua kim loại có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thÓ được sử dông khi dòng thải chứa phức chất, thậm chí ngay khi dòng thải chứa các axit có tính oxi hóa. Muối sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá lớn nên kỹ thuật kết tủa sunfua cho phép thu hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhược điểm của phương pháp này là khó thu hồi toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng huyền phù keo, giá thành của tác nhân kết tủa (NaS, H 2 S) cao . Ngoài các kỹ thuật trên, người ta sử dụng một số cách khác nhằm làm giảm nồng độ còn lại của kim loại. Đó là các kỹ thuật đồng kết tủa với các tác nhân trợ kết tủa hay tạo phức vòng càng, kết tủa dưới dạng sunfua hữu cơ, những kỹ thuật này thường dẫn đến việc sử dụng nhiều hóa chất, giá thành cao và cần có bước xử lý thứ cấp. 1.2.3. Phương pháp trao đổi ion Cơ sở của phương pháp dùa trên quá trình trao đổi ion bề mặt chất rắn với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các chất ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng trao đổi ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng trao đổi ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm. Các ion có khả năng trao đổi cả anion và cation thì được gọi là ionit lưỡng tính. Chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay được tổng hợp: - Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolit, đất sét, fespat - Các chất trao đổi ion có nguồn gốc vô cơ tổng hợp : silicagen, các oxit và hidroxit khó tan của một số kim loại : Al, Cr, Zn - Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên : axit humic của đất (chất mùn). [...]... th to cac ht nano, dõy nano, ng nano, bột nano c Phng phỏp kt hp: L phng phỏp ch to vt liu nano dựa trờn nguyờn tc vt lý v húa hc nh: in phõn, ngng t t pha khớ, Phng phỏp ny cú th to cỏc ht nano, dõy nano, ng nano, bột nano, 1.3.3 Nhng ng dng ca vt liu nano Nh vo kớch thc nh, nhng cu trỳc nano cú th úng gúi cht li v do ú lm tng t trng trong gúi T trng trong gói cao cú cỏc im li: tc x lý v kh nng... hợp Mn PVA SiO2 Vật liệu Mn/Cát Thạch Anh Gia nhiệt ở180OC Thời gian 4h Hỡnh 6 S ch to oxit mangan/ Cỏt thch anh chng minh s xut hin ca MnO 2 kớch thc nanomet bao ph trờn ht cỏt thch anh, ó tin hnh ph MnO 2/Cỏt thch anh Sau ú, mi trờn b mt ca vt liu ó c ph MnO2, sy khụ, phõn tớch thnh phn pha v hỡnh thỏi b mt ca nó Kt qu c a ra trong hỡnh 7 (a) Mu Cỏt thch anh trc ph (b) Mu Cỏt thch anh sau ph Hỡnh... mnh, khi phn ng t bựng chỏy v thu c mt khi xp Khi xp ny c nghin, x lý nhit nhn c sn phm cui l cỏc ioxit mangan cú kớch thc nanomet 1.4.2 Quy trỡnh sn xut ioxit mangan/ Cỏt thch anh kớch thc nanomet ng dng MnO2 kớch thc nanomet vo thc t x lý kim lai nng nc sinh hot cn ch to vt liu MnO2 trờn nn cht mang Cht mang c chn l Cỏt thch vỡ Cỏt thch anh cú cu trỳc bn vng, a dng trong kớch thc ht, giỏ r, ỏp ng y... NANO [6 ] 1.3.1 Khỏi nim Vt liu nano cú th c nh ngha mt cỏch khỏi quỏt l loi vt liu m cu trỳc ca cỏc thnh phn cu to nờn nú ít nht phi cú mt chiu kớch thc nanomet Vt liu nano l mt thut ng rt ph bin, tuy vy cng khụng cú mt khỏi nim rừ rng v thut ng ú hiu rừ khỏi nim vt liu nano, chỳng ta cn bit hai khỏi nim cú liờn quan l khoa hc nano, v cụng ngh nano Theo Vin hn lõm hong gia Anh quc thỡ: Khoa hc nano: ... 1.3.2.2 Phng phỏp t di lờn Nguyờn lý: Hỡnh thnh vt liu nano t cỏc nguyờn t hoc ion Phng phỏp t di lờn c phỏt trin rt mnh m vỡ tớnh linh ng v cht lng sn phm cui cựng Phng phỏp t di lờn cú th l phng phỏp vt lý, húa hc hoc k hp c hai phng phỏp húa- lý a Phng phỏp vt lý: L phng phỏp to vt liu nano t nguyờn t hoc chuyn pha Nguyờn t hỡnh thnh vt liu nano c to ra t phng phỏp vt lý: bc bay nhit (t, phun x, phúng... cỏc quy mụ ln Cụng ngh nano: Hiu mt cỏch tng quỏt nht l cụng ngh to ra cỏc vt liu, linh kin v h thng linh kin cỳ cc tớnh cht mi, ni tri nh kớch thc nanomet, ng thi iu khin c cỏc tớnh cht v chc nng ca chỳng kớch thc nano Vt liu nano: Vt liu nano l i tng ca hai lnh vc l khoa hc nano v cụng ngh nano, nú liờn quan n hai lnh vc trờn L mt tp hp ht sc a dng cỏc loi vt liu kớch thc nanomet ( 1nm = 10 -9 m)... Hỡnh 7 nh vi cu trỳc v hỡnh thỏi hc ca Cỏt thch anh trc v Cỏt thch anh sau ph MnO2 ó o din tớch b mt riờng: Vic ph lớp oxit mangan kớch thc nanomet lờn b mt ht Cỏt thch anh lm tng din tớch b mt riờng ca vt liu t 6,36 m2/g lờn 21,1 m2/g Thụng s v vt liu MnO2/Cỏt thch anh c ỏnh giỏ v a ra trong bng 1 Bng 1 Một s thụng s k thut ca vt liu cha oxit mangan Dng vt lý Ht khụ mu en Kớch thc ht Di pH hot ng T trng... kớch thc nanomet trờn mỏy khuy t (Hana-ý) pH 7 Khi quỏ trỡnh hp ph t cõn bng nng mangan trong pha nc c xỏc nh trờn mỏy so mu (Anh) Cỏc kt qu c ch ra bng 3 3.2.3.2 Phng phỏp tin hnh hp phụ mangan ca vt liu MnO 2/Cỏt thch anh theo mụ hỡnh Langmuir -Hp phụ mangan ca vt liu MnO 2/Cỏt thch anh theo mụ hỡnh ng nhit Langmuir c cỏc nghiờn cu c tin hnh Thi gian t cõn bng hp ph l 1 giờ, th tớch dung dch mangan. .. so mu (Anh) 3.2.2 Yếu t nh hng n quỏ trỡnh hp ph Xỏc nh yu t thi gian nh hng n quỏ trỡnh hp ph Mangan ca MnO2 : 100ml dung dch mangan nng 1 mg/l c khuy vi 0,05g MnO2 trờn mỏy khuy t pH 7 Kt qu c ch ra bng 2 3.2.3 Phng phỏp tin hnh hp phụ mangan ca MnO 2 v ca vt liu MnO2/Cỏt thch anh theo mụ hỡnh Langmuir 3.2.3.1 Phng phỏp tin hnh hp phụ mangan ca MnO 2 theo mụ hỡnh Langmuir 100ml dung dch mangan. .. ngui vi tc nhanh thu c trng thỏi vụ nh hỡnh tinh th (kt tinh) (phng phỏp ngui nhanh) Phng phỏp vt lý thng c dựng to cỏc ht nano, mng nano b Phng phỏp húa hc: L phng phỏp to vt liu nano t cỏc ion Phng phỏp húa hc cú c im l rt a dng vỡ tựy thuc vo vt liu c th m ngi ta phi thay i k thut ch to cho phự hp Tuy nhiờn chỳng ta vn cú th phõn loi cỏc phng phỏp húa hc thnh hai loi: hỡnh thnh vt liu nano t pha . anh để xử lý nước nhiễm Mangan ” đã được lùa chọn. Với 3 mục tiêu chính: - Tổng quan về nước và sự ô nhiễm môi trường nước - Tổng quan về vật liệu nano và những ứng dụng của vật liệu nano - Nghiên. Nghiên cứu dông vật liệu MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh xử lý nước nhiễm Mangan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1.1.1. Nước Cuộc sống trên trái đất bắt nguồn từ trong nước. . ứng dụng các loại sản phẩm đầy tiềm năng này vào cuộc sống và sản xuất cũng như sử dụng tài nguyên sẵn có ở trong nước, đề tài Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh