Tổng hợp vật liệu sio2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43 trong nước

Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô ThS Trịnh Thị Thủy tin tưởng giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình thực Em xin chân thành cảm ơn TS Đào Ngọc Nhiệm, anh chị Viện Khoa Học Vật Liệu nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho em trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô Khoa Môi Trường giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .20 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 KẾT LUẬN .43 KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Abs Độ hấp thụ quang (Absorbance) BET Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitro ( the Brunauer-Emmett-Teller) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X Rays Diffraction) PVA Polyvinyl Ancol TA Cát thạch anh Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình tổng hợp vật liệu SiO2 23 Hình 2.7 Hiệu suất hấp phụ PO43- vật liệu SiO2 34 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Dữ liệu tỷ trọng số khúc xạ tinh thể silica Bảng 1.2 Khối lượng riêng số hình thái tinh thể silica 10 Bảng 1.3 Một số thống số kỹ thuật silica vô định hình 13 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện nay, với phát triển lên ngành khoa học kỹ thuật, tạo điều kiện cho việc đổi ứng dụng thành công nghệ vào đời sống Trong đó, công nghệ sản xuất nano đánh giá hướng phát triển với khả ứng dụng sâu rộng góp phần làm thay đổi sống người Nhờ vào khả ứng dụng linh hoạt vật liệu Nano mà việc nghiên cứu sử dụng loại vật liệu phát triển mạnh mẽ nhiều lĩnh vực quan trọng Thực tế nước ta thời gian gần nhu cầu ứng dụng nano từ nông nghiệp, thủy sản, y học môi trường lớn Trên sở ứng dụng rộng rãi vật liệu silica cho thấy việc quan tâm nghiên cứu chế tạo nhằm làm chủ công nghệ sản xuất loại vật liệu hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học thực tiễn Theo tài liệu công bố nước chủ yếu chế tạo nano silica từ nguồn alkoxit silic đắt tiền etyl silicat, TEOS, Ở đề tài nghiên cứu này, sử dụng nguồn nguyên liệu đầu vào cát thạch anh có giá thành thấp, có sẵn nước, phương pháp chế tạo silica từ cát thạch anh hướng chưa nghiên cứu nhiều Xuất phát từ tình hình thực tế khả nghiên cứu Phòng Vật liệu vô nghiên cứu vật liệu xúc tác – hấp phụ cần có chất mang có độ bền hóa học cao với điện tích bề mặt riêng lớn thực cần thiết Mặt khác để đánh giá ứng dụng vật liệu silica lĩnh vực xúc tác – hấp phụ, tiến hành khảo sát bước đầu khả hấp phụ vật liệu với anion phốt phát PO43- với lượng vừa đủ chất thiết yếu cho sống, cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật Nhưng, phát triển nhanh chóng ngành nông nghiệp, hàm lượng phốt phát môi trường tăng lên nhanh chóng làm ảnh hưởng nghiêm Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN trọng tới môi trường sống người sinh vật Dư thừa photphat gây tượng phú dưỡng, làm gia tăng đột biến thực vật phù du dẫn đến thiếu hụt lượng oxi hòa tan nước (DO), làm giảm số lượng cá thể quẩn thể động vật nước Vì để đáp ứng yêu cầu với giúp đỡ anh chị phòng Thí Nghiệm Vật liệu vô cơ, xin đề xuất đề tài tốt nghiệp: “Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43- nước” Mục tiêu đề tài: - Chế tạo vật liệu SiO2 với kích thước nano từ cát thạch anh phương pháp hóa học thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2 - Sử dụng phương pháp vật lý hóa học xác định hình thành pha tinh thể, cấu trúc tính chất vật liệu (BET, SEM, XRD, ) Nội dung nghiên cứu: - Tổng hợp vật liệu SiO2, CeO2/SiO2 kích thước nano - Khảo sát hình thái, cấu trúc, tính chất vật liệu SiO CeO2/SiO2 kích thước nano tổng hợp - Đánh giá khả xử lý PO 43- vật liệu tổng hợp khảo sát yếu tố ảnh hưởng Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên liệu silicat Thành phần vỏ trái đất gồm có: 86,5% trọng lượng SiC Silicat, gồm có: tràng thạch 55% trọng lượng, mêta octosilicat 15% trọng lượng; Quaczit, opan, canxedoan 12% trọng lượng Theo nghiên cứu Virmegaras vỏ trái đất chứa 27,6% SiC2; 8,8% nhôm Do theo chiều sâu vào tâm trái đất có vùng vỉa tạo nên màng dầy Phayalite (Fe 2.SiO4), phoocterite (P2MgO.SiO2), enstalite (MgO.SiO2), Olivine (MgO.FeO.SiO2) [1] Nguyên liệu Silicat tồn chủ yếu dạng: Nguyên liệu sét, fenspat, nguyên liệu silic [1] 1.1.1 Nguyên liệu sét [3] Khoáng sét chủ yếu nguyên liệu sét (cao lanh đất sét loại) dùng để sản xuất vật liệu silica Ngoài khoáng chính, nguyên liệu sét lẫn số tạp chất khoáng khác cát thạch anh, đá vôi, fenpat, mica, biotit, granat, pyrit, hematit, limonit, vật chất hữu cơ, Tùy theo hàm lượng tính chất mà tạp chất ảnh hưởng đến tính chất sử dụng nguyên liệu sét Sau số nguyên liệu sét đặc trưng [3] Đất sét có nhiều vùng nước, chúng thường tập trung thành mỏ lớn như: Hà Nội có sét Đống Đa; Sơn Tây có sét Chùa Trầm; Hải Dương có sét Trúc Thôn; miền Trung có sét Cổ Định; miền Nam có sét thuộc tỉnh Lâm Đồng [5] Các mỏ sét có chất lượng sét khác thành phần khoáng thành phần hóa học mỏ sét khác Ở miền Bắc mỏ sét thường chứa Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN khoáng Caolinit Illit, miền Nam, mỏ sét Đại Hiệp (Di Linh) có khoáng monmorilonit.[5] a Caolinit - Al2.2SiO2.2H2O Khoáng caolinit thành phần chủ yếu cao lanh, số loại đất sét phiến thạch sét Caolinit có dung lượng hấp phụ thấp, co sấy nhỏ, tạo huyền phù ổn định cường độ mộc yếu Các tinh thể dạng vảy caolinit suốt, có đường viền dạng giả lục phương kích thước thường từ 0,1 ÷ 3µm Tinh thể caolinit ổn định đến 250oC Ở 500 ÷ 600oC, sau tách nước hóa học tinh thể chuyển sang thể vô định hình giữ nguyên hình dạng ban đầu đến gần 1200oC b Monmorilonit – Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O Khoáng monmorilonit có tinh thể dạng hạt nhỏ (cỡ 0,06 µm), dung lượng hấp phụ lớn, độ dẻo cao, tạo huyền phù ổn định trương nở thuận nghịch có nước Khoáng thường chứa tạp oxit nhuộm màu, oxit kiềm kiềm thổ c Thủy mica - Illit - 2,4(K,Na)2O.1,2MO.8,8R2O3.24SiO2.10H2O Illit có cấu trúc tinh thể tương tự mica monmorilonit, nhiên không trương nở nước, chứa lượng kali thấp H 2O cao so với monmorilonit Dung lượng hấp phụ ion nằm trung bình caolinit monmorilonit Các loại đất sét dễ chảy với độ dẻo trung bình chứa illit sau nung đất sét thường có màu đỏ nâu Các tinh thể Illit riêng biệt nhỏ 2µm phát kính hiển vi điện tử có dạng giả lục phương Trong kính hiển vi điện tử phân cực thấy khoáng dạng tập hợp vảy không màu, màu phớt xanh, vàng, đen Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN 1.1.2 Fenpat [3] Nguyên liệu fenpat dùng rộng rãi công nghệ gốm sứ Fenpat loại thường gặp đá phún xuất, đá biến chất Người ta phân biệt loại khoáng fenpat octoclaz (fenpat kali), anbit (fenpat natri) anoctit (fenpat canxi) Các khoáng fenpat có nhiều tính chất vật lý giống nhau: màu sáng tươi, chiết suất tương đối thấp, độ cứng lớn (6 ÷ 6,5) Tùy theo thành phần hóa học, khoáng vật fenpat canxi-natri gọi plagioclaz, nhóm phụ fenpat kali-natri gọi octoclaz, nhóm phụ kali-bari gặp gọi hialophan a Nhóm phụ plagioclaz Các khoáng vật nhóm plagioclaz gồm loạt hỗn hợp đồng hình vế đầu anbit (Na2O.Al2O3.6SiO2) cuối anoctit (CaO.Al 2O3.2SiO2) khoáng trung gian Trong plagioclaz, tỷ lệ Na2O, CaO, Al2O3, SiO2 thay đổi rộng rãi tùy theo hỗn hợp đồng hình, có lẫn K2O, BaO, Fe2O3 b Nhóm phụ octolaz (fenpat kali-natri) Nhóm dùng rộng rãi công nghệ gốm sử thủy tinh Đặc điểm nhóm có thành tạo pectit - chất dung dịch rắn bị phân hủy giao cách có quy luật Dung dịch rắn hình thành nhiệt độ cao bị phân hủy nhiệt độ thấp kích thước ion K + Na+ tạo dung dịch rắn khác - Octolaz (K2O.Al2O3.6SiO2): Thành phần hóa học dạng tinh khiết: K 2O16,90%; Al2O3-18,40%; SiO2-64,70% Tuy nhiên khoáng octolaz thường có lẫn Na2O đến vài phần trăm, nhiều K 2O (loại natrioctolaz) có lẫn Fe2O3, BaO, Octolaz có màu đục có màu trắng phớt đỏ, màu hồng tươi, màu vàng nâu Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN - Microlin (K2O.Al2O3.6SiO2): Là khoáng vật thành tạo pecmatit Thành phần hóa học giống octolaz thường chứa Na 2O 1.1.3 Nguyên liệu silic [3] Thành phần hóa học nguyên liệu silic oxit silic – thường nằm dạng khoáng thạch anh dạng canxedoan opan Các khoáng nguyên liệu silic: - Thạch anh (SiO2): Thạch anh khoáng vật phổ biến vỏ trái đất, chủ yếu nằm nguyên liệu silic khoáng thường kèm nguyên liệu sét, fenpat - Canxedoan (SiO2): Có kiến trúc kinh thể giống thạch anh, khác chỗ có chứa nước Người ta cho canxedoan phần lớn tạo thành từ kết tinh không hoàn toàn keo silic - Opan (SiO2.nH2O): Do trình phong hóa đá siêu bazơ (giàu MgO, FeO, nghèo SiO2), phân hủy silicat, oxit silic giải phóng thành keo ngậm nước, nước dần keo chuyển sang thể rắn để tạo thành opan Nước chứa opan không cố định, từ đến 34% Opan khoáng dạng vô định hình hình thành nên khối đặc khít với màu trắng đục, nâu, vàng, đỏ, Nhóm nguyên liệu gồm có thạch anh mạch, quaczit, cát thạch anh số loại khác a Quaczit Quaczit loại đá gồm chủ yếu từ hạt tinh thể thạch anh (quaczit tinh thể) từ hạt thạch anh liên kết xi măng (quaczit xi măng) Xi măng hạt thạch anh thứ sinh nhỏ, canxedoan opan Loại quaczit tinh thể khó phân biệt với thạch anh mạch, đặc biệt trường hợp thạch anh mạch cấu tạo từ tinh thể thạch anh nhỏ, bé Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Dương Duy Đức 32 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.6 Ảnh chụp SEM vật liệu SiO2(độ phóng đại 50 nghìn lần) Ảnh SEM (hình 3.5 - 3.6) vật liệu chế tạo sau nung nhiệt độ 550oC cho thấy hạt đồng với kích thước hạt 50 - 100 nm nhiều khoang hốc, cấu trúc nano với diện tích bề mặt riêng đo phương pháp BET 532 (m2/g) 3.1.3 Kết khảo sát khả xử lý PO43- vật liệu SiO2 Để đánh giá khả hấp phụ PO 43- vật liệu SiO2 vô định hình, cần phải khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu trình bày cụ thể sau: Dương Duy Đức 33 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Cân xác 0,5g vật liệu SiO cân điện tử số, cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml Hút xác 100ml dung dịch PO 43- 10ppm pha từ dung dịch chuẩn làm việc 100 ppm vào cốc Khuấy liên tục máy khuấy từ IRE, sau khoảng thời gian 30, 60, 90, 120, 150 phút để đạt cân hấp phụ phân tán đồng hạt vật liệu dung dịch PO43- Sau khoảng thời gian trên, lấy mẫu, dung dịch mẫu li tâm tách loại vật liệu xúc tác SiO2 xác định nồng độ PO43- lại, ta thu kết sau: Bảng 3.1 Khảo sát khả hấp phụ PO43- vật liệu SiO2 Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 C0 (ppm) 10 10 10 10 10 Ct (ppm) 9,2 9,1 8,9 8,9 8,89 11 11 11,1 Hiệu suất (%) Hình 2.7 Hiệu suất hấp phụ PO43- vật liệu SiO2 Dương Duy Đức 34 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Từ bảng 3.1 hình 3.7 ta thấy thời gian cân hấp phụ vật liệu 90 phút với hiệu suất hấp phụ PO43- bão hòa 11 % Điều cho thấy khả hấp phụ PO 43- vật liệu SiO2 tổng hợp thấp, nên vật liệu chưa phù hợp để xử lý PO 43- Tôi tiến hành thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2 kết thu biểu diễn mục 3.2 3.2 Kết nghiên cứu vật liệu CeO2/SiO2 3.2.1 Kết nghiên cứu hình thành biến đổi pha vật liệu CeO2/SiO2 Sau tổng hợp vật liệu SiO 2, thử nghiệm biến tính thêm từ → 20% khối lượng CeO2 SiO2 Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng CeO2 biến tính vật liệu SiO2 trình bày cụ thể sau: Mẫu điều chế tỷ lệ CeO 2/SiO2 thay đổi từ 1% đến 20% theo khối lượng; nhiệt độ tạo gel 80 oC; tạo gel pH = 1; nung nhiệt độ 550 oC Các mẫu đem phân tích nhiễu xạ tia X kết thu sau: Dương Duy Đức 35 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu có tỷ lệ CeO2/SiO2 khác nhau: a) 595%; b) 10%-90%; c) 15%-85% d) 20-80% Kết nhiễu xạ tia X hình 3.8, ta nhận thấy mẫu nung nhiệt độ 550oC thành phần pha thu chủ yếu pha CeO2 không thấy xuất pha SiO2 (điều nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tạo pha SiO2) 3.2.2 Kết khảo sát cấu trúc hình thái học vật liệu CeO2/SiO2 Vật liệu chế tạo điều kiện tối ưu, đem xác định hình thái học hạt máy (SEM) S-JED-4800 (Nhật Bản) Kết kích thước hạt hình thái học mẫu tối ưu hình 3.9 hình 3.10 Dương Duy Đức 36 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.9 Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 100 nghìn lần) Hình 3.10 Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 50 nghìn lần) Ảnh SEM (hình 3.9 - 3.10) mẫu chế tạo phương pháp đốt cháy gel 550oC cho thấy vật liệu tổng hợp có kích thước hạt nhỏ, hạt đồng với kích thước hạt 50 - 100 nm nhiều khoang hốc, kích thước nano Đây ưu điểm phương pháp tổng hợp vật liệu đốt cháy gel Polyvinyl Ancol Dương Duy Đức 37 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Để đánh giá khả hấp phụ PO 43- vật liệu CeO2/SiO2 Cần phải khảo sát số yếu tố cụ thể trình bày phần sau 3.2.3 Kết khảo sát khả xử lý PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ PO 43- vật liệu CeO2/SiO2 thời gian cân hấp phụ, pH hấp phụ, nhiệt độ hấp phụ, cation, anion, Nhưng phần khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Kết thí nghiệm trình bày phần sau: a Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ với PO43Cân xác 0,5 g vật liệu SiO2 phân tán 100ml dung dịch PO4310ppm (C0), khuấy liên tục máy khuấy từ IRE, sau khoảng thời gian 30, 60, 90, 120 phút để đạt cân hấp phụ phân tán đồng hạt xúc tác Sau thời gian hấp phụ, lấy mẫu, dung dịch mẫu li tâm tách loại vật liệu xúc tác CeO2/SiO2 xác định nồng độ PO43- lại dung dịch ta thu kết sau: Bảng 3.2 Thời gian cân hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Thời gian (phút) 30 60 90 120 C0 (ppm) 10 10 10 10 10 Ct (ppm) 10 3,6 3,1 2,6 2,68 Hiệu suất (%) 64 69 74,2 73,2 Dương Duy Đức 38 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Dựa vào kết thực nghiệm (bảng 3.2 - hình 3.11) ta thấy sau khoảng thời gian 90 phút vật liệu đạt trạng thái cân hấp phụ Vật liệu biến tính 20% khối lượng CeO 2/SiO2 sau khoảng thời gian hấp phụ 90 phút hiệu suất hấp phụ so với vật liệu SiO tăng từ 11% lên 74,2% Như ta chọn thời gian thực khảo sát ảnh hưởng 90 phút b Ảnh hưởng pH đến khả xử lý PO43- vật liệu Cân xác 0,5g vật liệu phân tán dung dịch PO 43- 10 ppm (C0), điều chỉnh pH dung dịch H 2SO4 NaOH Khuấy liên tục máy khuấy từ IRE khoảng thời gian tối ưu 90 phút Sau thời gian hấp phụ, lấy mẫu, dung dịch li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2 xác định nồng độ PO43- lại dung dịch (Ct) ta bảng kết sau: Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 pH C0 (ppm) Dương Duy Đức 1-2 3-4 5-6 7-8 - 10 11 - 12 10 10 10 10 10 10 39 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Ct (ppm) 6,2 5,2 2,6 3,1 3,6 4,1 Hiệu suất (%) 38,1 48,5 74,2 69 64 58,8 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Từ kết ảnh hưởng pH (bảng 3.3 - hình 3.12) đến khả hấp phụ PO43- vật liệu CeO2/SiO2 cho thấy hiệu suất hấp phụ giảm từ 74,2% xuống 58,8% pH tăng từ đến 12, ngược lại hiệu suất hấp phụ giảm từ 74,2% xuống 38,1% giảm pH từ đến Như vậy, ta chọn pH khoảng từ đến cho khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng sau vật liệu với dung dịch chuẩn PO43- c Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả xử lý PO43- vật liệu Cân xác 0,5g vật liệu phân tán 100ml dung dịch PO 43- 10ppm (C0), điều chỉnh pH dung dịch khoảng pH = 5-6, khuấy dung dịch liên tục máy khuấy từ IRE tủ điều nhiệt, với điều kiện tối ưu khoảng nhiệt độ 10 oC, 20 oC, 30 oC, 40oC 90 phút Dương Duy Đức 40 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Sau thời gian t = 90 phút, lấy mẫu, dung dịch li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2, xác định nồng độ PO43- lại (Ct) dung dịch, ta kết bảng 3.4 hình 3.13: Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả xử lý PO43- vật liệu CeO2/SiO2 Nhiệt độ (oC) 10 20 30 40 C0 (ppm) 10 10 10 10 Ct (ppm) 3,6 3,1 2,6 3,1 Hiệu suất (%) 64 69 74 69 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến khả xử lý PO43của vật liệu CeO2/SiO2 Từ bảng 3.4 hình 3.13 ta thấy khả hấp phụ PO 43- vật liệu CeO2/SiO2 điều kiện khảo sát tốt nhiệt độ nằm khoảng 30oC, điều phù hợp với thực tế d Dung lượng hấp phụ tối đa PO43- vật liệu Dương Duy Đức 41 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Cân xác 0,5g phân tán 100ml dung dịch PO 43-, có nồng độ ban đầu khác (C0), với điều kiện thí nghiệm tối ưu thời gian cân hấp phụ, nhiệt độ, pH Sau vật liệu đạt trạng thái cân hấp phụ, lấy mẫu, dung dịch li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2, xác định nồng độ PO43- lại dung dịch (Cf), từ tính dung lượng hấp phụ vật liệu (Q mg/g), kết thu bảng sau: Bảng 3.5 Dung lượng hấp phụ PO43- tối đa vật liệu CeO2/SiO2 C0 (ppm) 10 25 50 75 100 125 Cf (ppm) 2,6 2,7 6,2 16,5 37,1 57,8 Q (mg/g) 3.3 18.2 39.7 54.4 58.8 63.1 Dương Duy Đức 42 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ PO43- tối đa vật liệu CeO2/SiO2 Từ số liệu thực nghiệm (bảng 3.5 - hình 3.14), dung lượng hấp phụ vật liệu xác định theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tính toán phần mềm Table - Curves Cho kết sau: Q max = 67,55 mg/g, hệ số hồi quy r = 0,979 KẾT LUẬN Tổng hợp thành công vật liệu SiO từ cát thạch anh, tiến hành khảo sát khả hấp phụ anion phốt phát vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy: • Silica tồn trạng thái tự nhiên α-quartz • Nhiệt độ nung thích hợp để tạo silica vô định hình 550oC • Vật liệu có kích thước 50 - 100 nm • Diện tích bề mặt tiếp xúc 532 m2/g • Vật liệu tổng hợp có hiệu suất xử lý anion phốt phát thấp nên phù hợp làm chất mang Tiến hành thử nghiệm tổng hợp vật liệu SiO biến tính CeO2 phương pháp đốt cháy gel PVA khảo sát khả hấp phụ PO43- nước Kết thực nghiệm cho thấy: • Vật liệu CeO2/SiO2 có hiệu suất xử lý PO 43- nước cao • • • • • nhiều so với vật liệu SiO2 (trên 70%) Sản phẩm vật liệu có kích thước hạt đồng 50 – 60 nm Thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 90 phút pH thích hợp để xử lý khoảng – Nhiệt độ hấp phụ PO43- thích hợp vật liệu 30oC Dung lượng hấp phụ đạt cực đại Qmax = 67,55 ppm Dương Duy Đức 43 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN KIẾN NGHỊ - Nghiên cứu thêm vật liệu CeO 2/SiO2 để xử lý tác nhân ô nhiễm khác môi trường - Nghiên cứu ảnh hưởng ion khác đến khả xử lý PO 43- vật liệu Dương Duy Đức 44 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Văn Chiến, Hóa lý silicat (2001), Hà Nội Phan Hồng Khôi, Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nano màng, ống, hạt, Báo cáo tổng kết đề tài cấp TT KHTN&CNQG (2003), Hà Nội Huỳnh Đức Minh, Khoáng vật học silicat (2006), Hà Nội Phạm Văn Tường, Vật liệu vô (2007), Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Nghiêm Xuân Trung, Hóa học silicat (2008), Hà Nội Nguyễn Vũ Giang, Lê Hải Đăng, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, Vi Đức Long, Ảnh hưởng hạt nanosilica đến tính chất học, nhiệt hình thái cấu trúc vật liệu compozit HDPE/bột gỗ, Tạp chí Hóa học, T.51 (6ABC), 739 – 743, (2013) Đỗ Quang Khánh, Lương Như Hải, Lưu Đức Hùng, Vương Quốc Tuấn, Đỗ Quang Minh, Phạm Công Nguyên, Nghiên cứu nâng cao tính lý cho vật liệu sở cao su thiên nhiên than đen nanosilica, Tạp chí Hóa Học, T.51 (6ABC), 244 – 248, (2013) Tiếng Anh Grose, Crystalline silica (1977),54 Dương Duy Đức 45 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN J.Fricke, T.Tillotson (1997), Aerogel: production, characterization, and applications, Elsevier 10 Zhu-Zhu Li, Li Xiong Wen, Lei Shao, Jian-Fend Chen* (2004), Fabrication of porous hollow silica nanoparticles and their applications in drug release control, Journal of Controlled Release 98, 245-254 11 U Vijayalakshmi, A.Balamurugan and S Rajeswari (2005), Synthesis and Charaterization of Porous Silica Gels for Biomedical Applications, Trends Biomater Artif Organs, Vol 18 (2) 12 W.R Grac, Synthetic Amorphous Silica product Stewardship Sumamary (2009) 13 T.Sumiyoshi et al (2010), Silica aerogel in high energy physic, Elsevier 14 R.Baetenn et al, Energy and Building (2011) 43, 761-769 15 Enobong R Essien1*, Oluyemi A.Olaniyil, Luqman A Adams2, Rafiu O.Shaibu2 (2012), Sol-Gel-Derived Porous Silica: Economic Synthesis and Characterization, Journal of Minerals and Matterials Characterization and Engineering 11, 976-981 16 Sanjay K S Pate, Vipin C Kalia, Joon-Ho Choi, Jung-Tim Haw, In-Won Kim* and Jung Kul Lee* (2014) Immobilization of Laccase on SiO2 Nanocarriers Improves Its Stability and Reusability S J Microbil Biotechno, 24(5), 639-647 17 AHP (2012), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 4550 - P C., Vol 4, pp 111-112 Dương Duy Đức 46 [...]... liệu SiO 2 kích thước nano để ứng dụng làm chất mang xử lý PO43- trong nước, nên tôi tiến hành biến tính vật liệu CeO 2 trên nền chất mang vật liệu SiO2 kết quả thu được tình bày ở phần sau 3.1.2 Kết quả khảo sát cấu trúc và hình thái học của vật liệu SiO2 Vật liệu được chế tạo trong điều kiện tối ưu, được đem xác định hình thái học của hạt trên máy (SEM) S-JED-4800 (Nhật Bản) Kết quả kích thước hạt... trình tổng hợp vật liệu SiO2 Vật liệu sau khi tổng hợp được đem xác định sự hình thành và biến đổi pha tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên thiết bị Siemens D5000 (Brucker, Đức) Diện tích bề mặt của vật liệu được xác định bằng phương pháp BET Hình thái học và kích thước hạt được xác định bằng hiển vi điện tử quét SEM trên thiết bị Hitachi S-4800 (Nhật bản) 2.2.2 Tổng hợp vật liệu CeO2 /SiO2. .. già hóa thành gel c Tổng hợp tự bốc cháy gel polyme Tổng hợp tự bốc cháy (CS - Combustion synthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc, và chức năng), composit, vật liệu nano và vật liệu thường Trong số các phương pháp hóa học, tổng hợp tự bốc cháy có thể tạo ra tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian... cuối cùng mà không cần phải xử lý nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng Quá trình tổng hợp tự bốc cháy xảy ra phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxy hóa khử Những đặc tính này làm cho tổng hợp tự bốc cháy thành một phương... bản) 2.3 Khảo sát khả năng xử lý PO43- của vật liệu SiO2 Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ PO 43- của vật liệu Silica vô định hình tổng hợp được trong điều kiện thí nghiệm với mẫu chuẩn: Lấy 5 cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml, cân chính xác (m) g vật liệu SiO 2 cho vào mỗi cốc và 100ml dung dịch PO43- 10ppm pha từ dung dịch chuẩn gốc 1g/l Khuấy dung dịch bằng máy khuấy từ IRE trong các khoảng thời gian:... sạch, sấy, nung cuối cùng hòa tan chất nền để thu được silica xốp 2.2.1 Tổng hợp vật liệu SiO2 Quy trình tổng hợp vật liệu SiO2 Cho chén niken vào đun trên bếp điện (làm nóng chảy sơ bộ để bay hết hơi nước) Cân một khối lượng xác định cát thạch anh đã được nghiền mịn cho vào chén làm nóng chảy sơ bộ bằng chất chảy (gồm có: NaOH + KOH đặc), khuấy đều Đun chảy đồng nhất trong khoảng 1h (phá vỡ cấu trúc... Dương Duy Đức 20 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN - Máy li tâm - Một số dụng cụ khác 2.1.2 Hóa chất Hóa chất sử dụng để tổng hợp vật liệu - Cát thạch anh - NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4 đặc - Amoni Hidroxit (NH4OH) - Polyvinyl Ancol (PVA) Hóa chất sử dụng phân tích PO43- Dung dịch PO43- chuẩn gốc 1 g/l : Pha từ KH2PO4 khan - Dung dịch PO43- làm việc 100 mg/l: Pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc - Thuốc thử Amoni... mang đã lần lượt được áp dụng vào nhiều ứng dụng khác nhau như: + Silica dạng khối có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp [2],[7],[16], quan trọng nhất là tăng cường tính đàn hồi như chất hoạt tính và làm đặc các chất lỏng như một chất phụ gia lưu biến Các thể tích silica nhỏ được sử dụng như khói thêm vào các chất rắn dạng bột trong mực in cho máy in và máy photocopy, chất dập lửa hoặc thậm chí... thiên nhiên đã tăng cường các tính chất cơ - lý [7] Các hạt nano silica cũng được sử dụng trong gia cường tính chất của gỗ nhân tạo; vật liệu silica còn được dùng làm chất mang xúc tác [16] Dương Duy Đức 14 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN - Silica vô định hình có nhiều ứng dụng và sản phẩm khác nhau như: [11],12], [15] Chất độn cao su và lốp bánh xe; keo dán; sơn và chất phủ; Các sản phẩm chăm sóc sức... liệu xử lý môi trường, 1.2 Giới thiệu vật liệu Silica và các dạng thù hình của silica 1.2.1 Vật liệu Silica Silic đioxit là hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là Silica với công thức phân tử là SiO2, mặc dù có công thức phân tử giống với Cacbon đioxit nhưng hợp chất này không tồn tại đơn phân tử mà dưới dạng một phân tử khổng lồ Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình Trong