Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa sắt kích thước nano ứng dụng trong xử lý nước

Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th LI CM N Trc tiờn tụi xin cm n Khoa Mụi Trng -Trng i hc khoa hc t nhiờn H Ni ó luụn to iu kin thun li cho tụi sut quỏ trỡnh hc v nghiờn cu Trong quỏ trỡnh thớ nghim cho lun ca mỡnh, tụi ó nhn c s giỳp ca cỏc anh ch qun lý phũng thớ nghim v cỏc thy cụ ca B mụn Cụng ngh mụi trng Khoa Mụi trng, Trung tõm Khoa hc Vt liu Khoa Vt lý i hc Khoa hc T nhiờn v anh Phm Vn Lõm Vin Húa hc Vin Khoa hc v Cụng ngh Vit Nam ó giỳp tụi quỏ trỡnh lm thc nghim lun Tụi cng cm n cỏc sinh viờn nhúm thc hin ti ó luụn tn tỡnh h tr tụi thc hin ti ny c bit, tụi xin gi li cm n sõu sc nht ti PGS.TS Nguyn Th H, ngi ó giỳp tụi nh hng nghiờn cu, xõy dng ý tng v hng dn tụi rt tn tỡnh quỏ trỡnh nghiờn cu Cui cựng, tụi xin chõn thnh cm n gia ỡnh thõn yờu ca tụi Tt c cỏc bn bố, ng nghip ó luụn bờn tụi sut chng ng tụi i, ng viờn v h tr tụi giỳp tụi hon thnh bn lun ny Hc viờn Ngụ Ngc Th Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -1- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th DANH MC CC CH VIT TT AAS Phng phỏp ph hp thu nguyờn t BVTV Bo v thc vt CB Clobenzen DDT Dichloro-diphenyl-trichloroethane K iu kin FAO T chc Nụng lng Liờn Hp Quc EDTA Axớt etilendiamintetrainxetic HCBVTV Hp cht bo v thc vt RCl Hp cht c clo vũng thm OCP Hp cht thuc tr sõu c clo PCB Hp cht polyclobiphenyl POP Hp cht hu c bn vng khú phõn hy SEM Scanning Electron Microscope TEM Transmission Electron Microscope UV-VIS Ultravioletvisible spectroscopy WHO T chc y t th gii Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -2- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th MC LC M U Chng : TNG QUAN TI LIU NGHIấN CU 10 1.1 Tng quan v vt liu cha st kớch thc nano 10 1.1.1 c im ca vt liu nano 10 1.1.2 Khỏi quỏt cỏc phng phỏp ch to vt liu st kớch thc nano 12 1.2 ng dng vt liu cha st kớch thc nano cho x lý mụi trng nc 15 1.2.1 ng dng x lý nitrat 15 1.2.2 ng dng x lý hp cht clo hu c 24 Chng I TNG V PHNG PHP NGHIấN CU 46 2.1 i tng nghiờn cu 46 2.2 Cỏc phng phỏp nghiờn cu 49 2.2.1 Phng phỏp to vt liu cha st kớch thc nano 49 2.2.2 ng dng vt liu x lý nitrat 54 2.2.3 ng dng vt liu x lý hp cht clo hu c 58 Chng KT QU NGHIấN CU V THO LUN 63 3.1 Kt qu nghiờn cu ch to vt liu 63 3.1.1 Kt qu nghiờn cu ch to vt liu khụng b sung cht hot húa b mt 63 3.1.2 Kt qu phõn tớch c tớnh vt liu 64 3.2 Kt qu nghiờn cu kh nng x lý nitrat ca vt liu 68 3.2.1 Kt qu xõy dng ng chun phõn tớch nitrat, nitrit v amoni 68 3.2.2 Kt qu nghiờn cu cỏc yu t nh hng ti hiu qu x lý 70 3.2.3 Kt qu kho sỏt sn phm ca quỏ trỡnh kh 72 3.3 Kh nng x lý hp cht clo hu c vũng thm ca vt liu 74 3.3.1 Kt qu xõy dng ng chun phõn tớch clobenzen 75 3.3.2 Kt qu nghiờn cu cỏc yu t nh hng ti hiu qu x lý 75 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -3- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th 3.3.3 Kho sỏt sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh x lý 84 3.3.4 Xỏc nh kh nng hp ph ca hp cht FeOOH 86 KT LUN V KIN NGH 91 TI LIU THAM KHO 91 PH LC 95 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -4- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th DANH MC BNG BIU Tờn bng Trang Bng Hm lng st cỏc mu vt liu ch to 67 Bng : S thay i nng nitrat theo thi gian cỏc pH khỏc 70 (C0 = 100mg/l; [Fe] = 0,033mg/ml; pH = 4, 5, 6) Bng 3.S ph thuc ca hp th quang A vo nng CB 77 Bng nh hng ca nng ca EDTA 78 Bng nh hng ca pH ti s suy gim hm lng CB 80 Bng nh hng ca kớch thc bt st 82 Bng nh hng ca hm lng bt st 84 Bng nh hng ca hm lng CB 85 Bng 9:Bng so sỏnh hm lng CB cũn li v hm lng COD cũn li 86 Bng 10 Kh nng hp ph CB ca FeOOH 89 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -5- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th DANH MC HèNH Tờn hỡnh Hỡnh 1: Quỏ trỡnh thm thu Hỡnh 2: Quỏ trỡnh thm thu ngc Hỡnh : Quỏ trỡnh in thm tỏch Trang 21 21 22 Hỡnh Di phõn b tn s súng õm 24 Hỡnh 5: S nguyờn lý phng phỏp in húa Hỡnh Mt s hp cht thuc tr sõu c clo ph bin Hỡnh Cu to ca cỏc hp cht polyclobiphenyl Hỡnh S hp th, phõn b, tớch ly, trao i cht v o thi ca 25 29 30 32 mt s húa cht c th sinh vt [5] Hỡnh St tham gia vo quỏ trỡnh kh cỏc hp cht clo hu c Hỡnh 10 S st (Fe(II)) tham gia vo quỏ trỡnh kh Hỡnh 11 S st v hydro tham gia vo quỏ trỡnh kh 45 45 46 Hỡnh 12 Phõn t clobenzen 48 Hỡnh 13: S quy trỡnh ch to vt liu 51 Hỡnh 14 Ph t ngoi ca dung dch clobenzen 59 Hỡnh 15: Sc ca mt cht 60 Hỡnh 16 Kt qu chp SEM mu vt liu khụng b sung cht hot húa b mt Hỡnh 17: Ph nhiu x tia X ca vt liu ch to 63 64 Hỡnh 18 Kt qu chp TEM mu vt liu b sung cht hot Hỡnh 19 Kt qu o ng cong t húa mu vt liu ch to Hỡnh 20 Vt liu st kớch thc nano ch to 65 66 67 Hỡnh 21 ng chun phõn tớch NH4+; NO2- v NO3- 69 Hỡnh 22 nh hng ca pH n hiu qu x lý nitrat 71 Hỡnh 23 nh hng ca hm lng Fe0 n hiu qu x lý nitrat (C0 = 100mg/l; pH=3,5-4,5) Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -6- 72 Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Hỡnh 24 nh hng ca nng nitrat ban u (Fe0=1g/l; pH=4) 73 (C0= 100mg/l; [Fe] = 0.033g/l) Hỡnh 25 Cõn bng lng cỏc dng tn ti ca N dung dch 74 (Co=100mg/l; Fe=1g/l; pH=4) Hỡnh 26 Cõn bng nit ti pH=6 75 Hỡnh 27 th ng chun ca clobenzen 77 Hỡnh 28 nh hng ca EDTA n kh nng x lý ca vt liu Hỡnh 29 S ph thuc ca hm lng CB cũn li dung dch 78 79 theo nng EDTA (sau gi phn ng) Hỡnh 30: nh hng ca pH ti s suy gim hm lng CB Hỡnh 31 S ph thuc ca hm lng CB cũn li dung dch 80 theo pH(sau gi phn ng) Hỡnh 32 nh hng ca kớch thc vt liu Hỡnh 33 S ph thuc ca hm lng CB cũn li dung dch 83 81 83 kớch thc vt liu (sau gi phn ng) Hỡnh 34 S ph thuc ca hm lng CB cũn li vo lng vt liu 84 cho vo Hỡnh 35: nh hng ca hm lng CB ban u n hiu sut x 86 lý(sau gi) Hỡnh 36: Bng so sỏnh hiu sut x lý CB v COD (sau gi) Hỡnh 37 So sỏnh hm lng CB (sau gi phn ng) pH khỏc Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -7- 87 89 Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th M U Quỏ trỡnh hi nhp mi ca Vit Nam (1995) ó to s tng trng kinh t liờn tc t trờn 7% v 10 quc gia cú tc phỏt trin kinh t nhanh nht th gii Hi nhp ó mang ti cho Vit Nam mt c hi ln phỏt trin, mỡnh mnh m, xõy dng mt din mo mi cho t nc a t nc thoỏt ph thuc v ang dn khng nh v th ca mỡnh trờn trng quc t Nhng kốm theo ú, cng hn chc nm qua, Vit Nam phi i mt vi nhng tỏc ng mụi trng v mi e da v suy gim mụi trng cha tng cú ễ nhim nc mt, nc ngm, khụng khớ, t khp ni v tc suy gim cỏc ngun ti nguyờn, suy gim a dng sinh hc ang gia tng l h qu ca vic phỏt trin m khụng tớnh ti cỏc li ớch mụi trng Trong ú, ụ nhim mụi trng nc l ang c c bit quan tõm vỡ liờn quan v nh hng trc tip n hot ng sinh hot ca cng ng Vn x lý ụ nhim mụi trng nc hin l ht sc quan trng m bo ngun nc sch cho sinh hot v cỏc hot ng sn xut Mt cỏc loi cht gõy ụ nhim ngun nc khỏ ph bin cỏc hot ng sn xut ca ngi to ú l nitrat v cỏc hp cht clo hu c õy l cỏc cht ụ nhim cú tỏc ng cú hi n mụi trng sinh thỏi, cỏc ng thc vt v sc khe ca ngi ó cú nhiu cụng ngh x lý cỏc cht ụ nhim ny c nghiờn cu v ng dng thc t Hin nay, cụng ngh mi ang c rt nhiu nh khoa hc nc cng nh trờn th gii quan tõm nghiờn cu l cụng ngh nano S dng vt liu cú kớch thc nano tng hiu qu ca quỏ trỡnh Vỡ vy, lun ny ó chn ti nghiờn cu l: Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -8- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Nghiờn cu ch to vt liu cha st kớch thc nano ng dng x lý nc Phng phỏp x lý mt s cht ụ nhim nitrat v cỏc hp cht clo hu c bng vt liu st kớch thc nano l mt phng phỏp mi ó c ỏp dng mt s nc trờn th gii õy l mt phng phỏp mi thõn thin vi mụi trng, phng phỏp s dng st l mt cht ớt c hi, nú bin i hp cht ụ nhim, c hi thnh cỏc hp cht ớt c hi hn vi mụi trng Mc tiờu v ni dung nghiờn cu: - Nghiờn cu phng phỏp ch to vt liu cha st kớch nano; - Nghiờn cu ng dng ca vt liu ch to c x lý mt s cht ụ nhim ph bin mụi trng nc: + Nghiờn cu ng dng vt liu cha st kớch thc nano cho vic x lý nitrat nc; + Nghiờn cu ng dng ca vt liu cha st kớch thc nano cho vic x lý cỏc hp cht clo hu c (clo benzen) mụi trng nc; Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 -9- Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Chng : TNG QUAN TI LIU NGHIấN CU 1.1.Tng quan v vt liu cha st kớch thc nano 1.1.1 c im ca vt liu nano Cụng ngh nano l: ngnh cụng ngh liờn quan ti vic thit k, phõn tớch, ch to v ng dng cỏc cu trỳc, thit b v h thng bng vic iu khin hỡnh dỏng kớch thc trờn quy mụ nano Theo sỏng kin quc gia v khoa hc v cụng ngh nano (National Nanotechnology Initiative- NNI) ca M, cụng ngh nano phi bao gm cỏc lnh vc sau: - Nghiờn cu v phỏt trin cụng ngh cp nano vi kớch thc t ti 100nm - To cỏc cu trỳc, thit b, h thng cú cỏc c tớnh v chc nng mi kớch thc nh ca chỳng Vt liu nano l vt liu m cu trỳc thnh phn cu to nờn nú ớt nht phi cú mt chiu kớch thc nanomột Vt liu nano cú th tn ti trng thỏi: rn, lng, khớ Trong ú vt liu rn ang c quan tõm nghiờn cu nhiu nht, sau ú n vt liu lng v khớ Cú th phõn chia vt liu nano thnh loi da trờn hỡnh dng: - Vt liu nano ba chiu (hay vt liu nano khụng chiu): c chiu cú kớch thc nanomet.VD: ht nano, ỏm nano - Vt liu nano hai chiu: vt liu cú chiu cú kớch thc nano VD: mng nano Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 10 - 120 100 80 [clobenzen] mg/l Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Hm lng CB 60 40 20 pH = pH = pH = pH = Hỡnh 31 S ph thuc ca hm lng CB cũn li dung dch theo pH (sau gi phn ng) Cú th thy rng khong pH t n 4, nng CB cũn li dung dch sau phn ng gim i rt nhanh, khong pH t n hm lng CB chờnh lch nh v dung dch sau x lý cú pH khụng quỏ thp vỡ vy ta chn pH = Kt qu trờn c gii thớch nh sau: Trong mụi trng pH thp, nng H + ln, phn ng phõn hy s dch chuyn mnh theo chiu thun Hn na, iu kin phn ng cú s dng khớ O v ligan hu c EDTA thỡ phn ng phõn hy c thc hin theo c ch ca hiu ng Fenton Cỏc nghiờn cu ó ch rng phn ng Fenton xy thun li vựng pH thp, t hiu sut cao nht khong pH (t n 4) pH cao hn, nng CB dung dch sau phn ng gim chm hn, hiu sut phn ng t thp hn nhiu so vi thc hin phn ng vựng pH thp Cú th gii thớch rng vựng pH trung tớnh v kim, s kh hp cht CB khụng cú mụi trng thun li cho s tham gia Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 80 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th ca phn ng Fenton m u tiờn cho s kh ca st húa tr khụng Quan sỏt thy rng hiu sut phn ng pH= li cao hn pH = iu ny c gii thớch nh sau: quỏ trỡnh phn ng cú sinh mt sn phm phn ng l FeOOH mi sinh, mụi trng kim, hp cht FeOOH c sinh nhiu hn mụi trng axit v trung tớnh, hn na theo mt s nghiờn cu thỡ hp cht ny mi sinh cú kh nng hp ph mt s hp cht hu c c hi Do vy kh nng hp ph hp cht CB lờn FeOOH l ln hn thc hin phn ng pH cao pH = v 8, kh nng x lý CB nh phn ng kh gim i nhng kh nng hp ph ca CB lờn b mt sn phm phn ng (FeOOH) li tng lờn Vỡ vy mc dự CB khụng b loi b nhiu quỏ trỡnh phn ng nhng lng CB cũn li dung dch sau phn ng cng gim i ỏng k c> Kt qu nghiờn cu nh hng ca lng vt liu cho vo * nh hng ca kớch thc ht Cho vo 02 bỡnh phn ng: Bỡnh cho gam vt liu cha st kớch thc nano, bỡnh cho g bt st cú kớch thc ht 200 - 1000 àm v 100ml CB bóo hũa + 5ml EDTA 0,01M, tin hnh phn ng pH = Sau cỏc khong thi gian xỏc nh khỏc nhau, tin hnh xỏc nh nng CB (mg/l) cũn li dung dch phn ng, kt qu thu c nh sau: Bng nh hng ca kớch thc bt st Loi t (phỳt) Vt liu 500 Bt st 500 30 134.21 211.57 60 70.44 121.05 90 33.37 61.12 120 13.72 45.23 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 81 - 600 500 400 Ngụ Ngc Th [clobenzen] mg/l Lun thc s khoa hc Vt liu Bt st 300 200 100 0 30 60 90 Thi gian t 120 Hỡnh 32 nh hng ca kớch thc vt liu Hỡnh 33 S ph thuc ca kh nng x lý vo kớch thc vt liu (sau gi phn ng) Loi vt liu cha st kớch thc nano cú kh nng x lý CB tt hn bt st cú kớch thc ht l àm iu ny l rt phự hp vi thc t vỡ vi cựng mt lng bt st nh thỡ loi bt st no cú kớch thc ht cng nh thỡ s cú din tớch b mt cng ln, kh nng tip xỳc vi cht phn ng s tng lm tng cỏc trung tõm phn ng dn n lm tng tc phn ng phõn hy, ngoi cũn nh cỏc tớnh cht c bit ca vt liu cú kớch thc nano nờn kh nng x lý ca vt liu kớch thc nano tt hn so vi kớch thc thng Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 82 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th * nh hng ca hm lng vt liu cha st Cho vo cỏc bỡnh phn ng lng bt st khỏc v 100ml CB bóo hũa + 5ml EDTA 0,01M, tin hnh phn ng pH = Sau cỏc khong thi gian xỏc nh khỏc nhau, xỏc nh nng CB (mg/l) cỏc bỡnh phn ng, kt qu thu c nh sau: Bng nh hng ca hm lng bt st 0.5g 500 1g 500 2g 500 30 287.47 184.12 133.41 107.45 60 251.32 126.29 71.38 59.26 90 205.31 85.24 33.75 26.17 120 184.39 69.36 13.88 10.23 600 500 [clobenzen] mg/l 0.1g 500 0.1g 0.5g 1g 2g 400 300 200 100 0 30 60 90 120 thi gian t Hỡnh 34 S ph thuc ca hm lng CB cũn li vo lng vt liu cho vo Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 83 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Cú th nhn thy rng cng tng hm lng st kim loi thỡ quỏ trỡnh x lớ cng nhanh, cng trit Tng hm lng st kim loi phn ng tc l tng din tớch b mt st kim loi lm tng kh nng tip xỳc ca st vi cỏc cht phn ng, dn n lm tng tc phn ng phõn hy Hng s tc phn ng phõn hy t l thun vi din tớch b mt ca st Cng tng hm lng st thỡ cng lm tng hiu sut phn ng nhng nờn chn hm lng st va phi ớt tn kộm v ngun nc sau x lý cỏc cht c hi khụng cú quỏ nhiu st Tựy thuc vo hm lng cht cn x lý cú ngun nc m s dng lng bt st phự hp d> Kt qu nghiờn cu nh hng ca hm lng CB Pha loóng t dung dch CB bóo hũa vo bỡnh nh mc 100ml vi cỏc t l khỏc (2 ln, ln, ln, ln) sau ú cho vo bỡnh nún 250ml v cho vo cỏc bỡnh phn ng 1g vt liu cha st kớch thc nano + 5ml EDTA 0,01M, tin hnh phn ng pH = Kt qu thu c nh sau: Bng nh hng ca hm lng CB [CB]mg/l t (phỳt) 500 400 300 200 100 500 400 300 200 100 30 133.57 125.21 109.18 85.31 72.5 60 71.38 57.36 42.35 28.56 22.48 90 33.82 24.81 17.11 11.69 10.03 120 13.69 12.21 9.72 7.77 6.63 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 84 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Hỡnh 35: nh hng ca hm lng CB ban u n hiu sut x lý(sau gi) Nhỡn vo bng kt qu thu c trờn ta thy hm lng CB ban u cng nh thỡ hm lng CB cũn li cng cng nh, hiu sut x lý cú gim song rt nh so vi vic gim nng CB ban u iu ny cho thy vt liu cha st kớch thc nano cú kh nng x lý tt dung dch cú hm lng CB nh hn nng CB bóo hũa iu ny cú ý ngha ln vỡ thc t hm lng cỏc cht clo hu c cú nc b ụ nhim l rt nh 3.3.3 Kho sỏt sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh x lý kho sỏt thnh phn ca sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh x lý, chỳng tụi phõn tớch hm lng COD ti bỡnh phn ng cho 1g vt liu cha st kớch thc nano + 100ml CB bóo hũa + 5ml EDTA 0,01M, tin hnh phn ng pH = Sau cỏc khong thi gian l 120 phỳt, xỏc nh nng CB (mg/l) cỏc bỡnh phn ng Kt qu thu c nh sau: Bng 9: Bng so sỏnh hm lng CB cũn li v hm lng COD cũn li Hm lng Ch tiờu [CB] 500 400 300 200 100 13.69 12.21 9.72 7.77 6.63 COD 289.32 201.35 129.21 79.33 37.63 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 85 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Hỡnh 36: Bng so sỏnh hiu sut x lý CB v COD (sau gi) Da vo kt qu ta thy hm lng CB sau 120 phỳt phn ng cũn li nh nhng hm lng COD cũn khỏ cao iu ny chng t phn ng x lý xy khụng hon ton, sn phm ca quỏ trỡnh x lý cũn sn phm trung gian, gii thớch nh sau: Vt liu (Fe(0)) + RCl + H2O RH + ClVt liu (Fe(0)) + RH + O2 CO2 + H2O C ch ca phn ng 2: Fe0 + O2 + 2H+ Fe2+ + H2O2 Fe0 + H2O2 Fe(II) + 2OHFe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OHFe2+ c tỏi sinh li theo phn ng: Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 86 - (1) (2) Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H+ + HO2 Cui cựng: OH + RH + HO2 CO2 + H2O Sn phm trung gian õy chớnh l Benzen, ớt c hi hn CB sau l cht cú tớnh c hi vi mụi trng khỏ cao, thc t nõng cao hiu qu x lý n sn phm cui cựng (CO2, H2O, Cl-) cn tng thi gian tip xỳc ca vt liu v nc b ụ nhim CB bng cỏch khuy trn v cung cp thờm O2 tng hiu sut x lý trit 3.3.4 Xỏc nh kh nng hp ph ca hp cht FeOOH Trong quỏ trỡnh phn ng phõn hy hp cht c clo vũng thm, hp cht FeOOH c sinh dung dch theo phn ng sau: RCl + Fe(0) + H+ > RH + Fe2+ + ClFe2+ + O2 + H2O > Fe3+ + OH- + Fe(OH)3 Fe(OH)3 > FeOOH + H2O Chỳng tụi tin hnh kho sỏt kh nng hp ph ca hp cht FeOOH qua thớ nghim: Ly vo bỡnh phn ng, mi bỡnh 1g bt st + 100 ml dung dch CB bóo ho, iu chnh giỏ tr pH ti cỏc bỡnh l 4, v 8, khuy u bng mỏy lc Sau 120 phỳt, em ly ng thi cỏc bỡnh phn ng hai mu dung dch phn ng (hỳt dung dch ang c khuy trn u bng mỏy khuy hỳt c c phn bó bao gm phn bt st v phn hiroxit st to quỏ trỡnh phn ng): - Mu 1: Hỳt khong 30 ml dung dch phn ng, lc qua giy lc bng vng c dung dch khụng cú cha cn Fe v cỏc kt ta Ly 25ml dung dch lc sau ú trit bng 5ml n-hexan, em nh lng CB Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 87 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th - Mu 2: Hỳt 25 ml dung dch phn ng cú c bó v trit bng 5ml nhexan, em nh lng CB Kt qu thu c nh sau: Bng 10 Kh nng hp ph CB ca FeOOH pH [CB]t (mu 1), mg/l 6,45 112,63 100,24 [CB]t (mu 2), mg/l 17,25 129,42 133,26 10,8 16,79 33,02 [CB] b hp ph vo FeOOH ([CB]t mu - [CB]t mu 1) Hỡnh 37 So sỏnh hm lng CB (sau gi phn ng) pH khỏc Ta thy rng lng CB mu luụn nh hn mu ti cựng mt iu kin phn ng iu ny chng t rng CB ó b hp ph mt phn vo hp cht FeOOH sinh quỏ trỡnh phn ng Vy nh cú FeOOH sinh quỏ trỡnh phn ng m lng CB ó b hp ph mt lng ỏng k v Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 88 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th cú th loi b dung dch mt cỏch d dng hn nu ta lc b phn bó ca phn ng Hm lng CB b hp ph lờn FeOOH pH = l nh nht v pH = l cao nht Cú th gii thớch l mụi trng trung tớnh v mụi trng kim, FeOOH c sinh nhiu hn mụi trng axit Vỡ vy kh nng loi b CB nh hp ph vo FeOOH mụi trng kim v mụi trng trung tớnh l ln hn mụi trng axớt Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 89 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th KT LUN V KIN NGH T cỏc kt qu thu c cú th a cỏc kt lun sau: Phng phỏp in húa kt hp siờu õm cú th ch to vt liu st cú kớch thc nano Nu khụng s dng cht hot húa b mt, vt liu b kt thnh nhng ỏm ln, cú kớch thc trung bỡnh khong 10 m trỏnh hin tng ny, PVP ó c s dng lm cht hot húa b mt, vi hm lng 5g/l Vt liu b sung PVP phõn tỏn tt dung dch, cú kớch thc trung bỡnh khong 50nm v cú t tớnh mnh (80emu/g) Vt liu st ch to cú kh nng kh nitrat Cỏc kt qu thc nghim cho thy phn ng kh nitrat bng vt liu st nano chu nh hng ca pH Ti cỏc pH kho sỏt (pH = 4; 5; 6), phn ng t hiu qu tt nht ti pH = (x lý c khong 58% sau 60 phỳt) v gim dn giỏ tr pH lờn v Nng nitrat ban u v lng Fe0 s dng u cú nh hng rừ rt n hiu qu x lý nitrat T l gia hm lng NO3- v Fe0 bng ln t l theo tớnh toỏn lý thuyt s cho hiu qu kh tt nht Sn phm ca quỏ trỡnh kh nitrat l amoni, mt phn to thnh N2 th hin qua tớnh toỏn cõn bng N, u ch bng 85% u vo Do vy, cn cú cỏc nghiờn cu tip theo loi b amoni dung dch Vt liu st ch to cú kh nng x lý c hp cht clo hu c (c th l CB) Cỏc kt qu thc nghim cho thy phn ng x lý CB bng vt liu st nano chu nh hng ca pH, ti cỏc pH kho sỏt (pH = 2; 4; 7; 8), phn ng t hiu qu tt ti pH khong t n (x lý c khong trờn 90% CB sau 120 phỳt) v gim dn giỏ tr pH tng nờn Hm lng vt liu Fe(0), kớch thc ca ht vt liu, hm lng CB ban u u cú nh hng rừ rt n hiu qu x lý CB Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 90 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th Vt liu cha st kớch thc nano cú kh nng x lý tt hn bt st cú kớch thc thng Vt liu cú kh nng x lý khỏ tt hp cht CB song cha trit n sn phm cui cựng (H2O, CO2) m cũn dng trung gian vy cn cú cỏc nghiờn cu tip theo nõng cao hiu qu x lý n sn phm cui cựng; Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 91 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th TI LIU THAM KHO A Ti liu ting Vit ng ỡnh Bch (ch biờn), Nguyn Vn Hi (2006), Giỏo trỡnh Húa hc mụi trng, Nh xut bn Khoa hc v k thut, H Ni Hong Vn Bớnh (2002), c cht hc cụng nghip v d phũng nhim c, Nh xut bn khoa hc k thut Nguyn Minh Hiu (2008) Xõy dng h ch to ht Fe 3O4 nng sut cao v bc u ng dng - Khúa lun tt nghip Khoa Vt lý, i hc Khoa hc T nhiờn, i hc Quc gia H Ni Lõm Ngc Th; Trn Hng Cụn; Trn Ngc N/ Hi ngh Khoa hc v Mụi trng ln th nht Tuyn cỏc bỏo cỏo Khoa hc - B Quc phũng; 2004/S 00 265-269, Nghiờn cu x lý DDT t bng phng phỏp sinh hc Th Cm Võn (2007) Nghiờn cu phõn hy Diclofenac xỳc tỏc quang húa kt hp vi siờu õm (TiO2/UV/US) - Khúa lun tt nghip Khoa Mụi trng, i hc Khoa hc T nhiờn, i hc Quc gia H Ni B Ti liu ting Anh Alowitz, M.J and Scherer, M.M (2002) Kinetics of nitrate, nitrite, and Cr(VI) reduction by iron metal Environmental Science and Technology, 36, 299306 C Ruangchainikom, C.H Liao, J Anotai and M.T Lee (2005) Innovative process using Fe0/CO2 for the removal of nitrate from groundwater - Water Science and Technology: Water Supply Vol 5, No pp 4956 Cheng, I.F., Muftikian, R., Fernando, Q and Korte, N (1997) Reduction of nitrate to ammonia by zero-valent iron Chemosphere, 35, 26892695 Choe, S., Liljestrand, H.M and Khim, J (2004) Nitrate reduction by zero-valent iron under different pH regimes Applied Geochemistry, 19, 335342 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 92 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th 10 Christina, E Noradoun, Francis Cheng, 2005 - EDTA Degradation induced by oxygen activation in a zerovalent iron/air/water system Department of chemistry, university of Idaho 11 Derek F Laine, Simon D McAllister, I Francis Cheng, 2007 - Electrochemical characterization of oxygen reduction by FeII [ethylenediaminetetraacetate] Journal of electroanalytical chemistry, p.111-116 12 Environmental Toxicology Section Nitrate-Health Information - Oregon Department of Human Services Effects 13 Huang, C.P., Wang, H.W and Chiu, P.C (1998) Nitrate reduction by metallic iron Water research, 32, 22572264 14 J Schoeman, and A Steyn (2003) Nitrate removal with reverse osmosis in a rural area in South Africa - Desalination, Volume 155, Issue 1, pp 15-26 15 Kuen-Song Lin, Ni-Bin Chang, Tien-Deng Chuang (2008) Fine structure characterization of zero-valent iron nanoparticles for decontamination of nitrites and nitrates in wastewater and groundwater Science and Technology of Advanced Materials , pp 19 (6-I; 2-IV; 6-V) 16 Li, F., Vipulanandan, C., Mohanty, K.K (2003), Microemulsion and solution approaches to nanoparticle iron production for degradation of trichloroethylene- Colloid Surf A: Physicochem Eng 223, 103 (8-I; 8-II) 17 R.Boussahel, D.Harik, M.Mammar, S.Lamara-Mohamed Degradation of absolete DDT by Fenton oxidation with zezo-valen iron Desalination 206 (2007) 369-372 18 Saba Samatya, Nalan Kabay, ĩmran Yỹksel, Mỹerref Arda, Mithat Yỹksel (2006) Removal of nitrate from aqueous solution by nitrate selective ion exchange resins - Reactive and Functional Polymers, Volume 66, Issue 11, pp 1206-1214 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 93 - Lun thc s khoa hc Ngụ Ngc Th 19 Shiao-Shing Chen, Hong-Der Hsu, Chi-Wang Li (2004), A new method to produce nanoscale iron for nitrate removal - Journal of Nanoparticle Research, pp 639-647 (9-I; 10-II; 6-III; 3-IV;7-V) 20 Sohn, K.; Kang, S W.; Ahn, S.; Woo, M.; Yong, S K (2006), Fe(0) nanoparticles for nitrate reduction: stability, reactivity, and transformation - Environmental Science Technology 40, pp 5514 5519 21 Tielong Li, Lili Sun, Aihong Guo, Shuima Wang, An Yi, Zongming Xiu, Zhaohui Jin (2000) Reduction of Nitrate in Groundwater with Modified Iron Nanoparticles Water Research 40, pp 2508 2515 22 Ya Hsuan Liou, Shang-Lien Lo, Chin-Jung Lin, Wen Hui Kuan, Shih Chi Weng (2005) Chemical reduction of an unbeffered nitrate solution using catalyzed and uncatalyzed nanoscale iron particles Journal of Hazardous Materials, pp 102-110 23 Ya Hsuan Liou, Chin Jung Lin, Shih Chi Weng, Hsin Hung Ou, and Shang Lien Lo (2009) Selective Decomposition of Aqueous Nitrate into Nitrogen Using Iron Deposited Bimetals- Environmental Science and Technology, Vol 15, No.9 24 Y.H Huang, T.C Zhang (2004) Effects of low pH on nitrate reduction by iron powder, Water research 38, pp 2631-2642 25 Young, G C C.; Lee, H L (2005) Chemical reduction of nitrate by nanosized iron: kinetics and pathways - Water research, 39, pp 884 894 26 Zhang, Wang (1997) Synthesizing Nanoscale Iron Particles for Rapid and Complete Dechlorination of TCE and PCBs Environmental Science and Technology, Vol 27 Zhang, W.X (2003) Nanoscale Iron Particles for Environmental remediation: An overview- Journal of Nanoparticle Research 5, 323 Ngnh Khoa hc mụi trng khúa 2008 2010 - 94 - [...]... học Ngô Ngọc Thư - Vật liệu nano mét chiều: chỉ có duy nhất 1 chiều có kích thước nanomet VD: ống nano, dây nano - Vật liệu nano composite * Đặc điểm và tính chất Một đặc điểm quan trọng của vật liệu nano là kích thước hạt vô cùng nhỏ bé, chỉ lớn hơn kích thước của nguyên tử 1-2 bậc Do vậy, số nguyên tử nằm trên bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với các vật liệu có kích thước lớn hơn Như... vật liệu ở dạng khối - Hiệu ứng kích thước Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi Người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu Ví dụ điện trở của một... (theo khối lượng) 1.2 Ứng dụng vật liệu chứa sắt kích thước nano cho xử lý môi trường nước 1.2.1 Ứng dụng xử lý nitrat a> Khái quát về vấn đề ô nhiễm của nitrat, nitrit trong nước - Nguồn phát sinh nitrat: Nitrat là một oxit tồn tại trong tự nhiên của nitơ Nitơ có mặt trong không khí và nó phản ứng với oxi và ozon để tạo ra các oxit nitơ, trong đó có nitrat Sự oxi hóa nitơ cũng xảy ra trong các hệ thống... để chế tạo hạt oxit sắt nano với kích thước trung bình nhỏ hơn 5nm d) Phương pháp điện hóa Các nghiên cứu gần đây cho thấy các vật liệu nano chứa sắt có thể tổng hợp bằng phương pháp điện hóa Chen [19] đã sử dụng anode sắt và cathode Ti trơ để chế tạo sắt nano Dung dịch điện ly chứa 50g/l (NH 4)2Fe(SO4)2, 20g/l muối trinatri axit citric, 10g/l axit citric và 40g/l axit boric Nhiệt độ của bể phản ứng. .. sử dụng để điều chỉnh kích thước hạt Kết quả cho thấy hạt nano chế tạo được có kích thước trung bình là 19nm và độ ổn nhiệt lên tới 550K e) Khử pha lỏng Ý tưởng cơ bản của phương pháp khử pha lỏng (hay khử borohydride) là thêm một chất khử mạnh vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành các hạt kim loại có kích thước nano Phương pháp này đã được sử dụng để chế tạo các hạt sắt kích thước nano trong. .. bằng vật liệu chứa Fe kích thước nano Trong những năm gần đây, một vài kỹ thuật cũng được áp dụng để loại bỏ nitrat khỏi nước, trong đó việc sử dụng Fe0 và Fe0 nano được coi là phương pháp mới xử lý hiệu quả nitrat Xem xét động học phản ứng khử nitrat bằng Fe0 nano, Choe và cộng sự [19] cho thấy có thể khử hoàn toàn nitrat trong dung dịch chỉ sau vài phút bằng cách cho dung dịch đó tiếp xúc với bột sắt. .. độ nghiên cứu Đối với sắt, phản ứng khử nitrat gần đúng với phản ứng bậc một trong khoảng nồng độ tương đối thấp (50 g/l) Tốc độ khuấy trộn cũng ảnh hưởng đến sự khử nitrat Như vậy, động học của phản ứng khử nitrat chịu ảnh hưởng bởi nồng độ của nitrat và sắt trong dung dịch, cũng như cường độ khuấy trộn * Cơ chế khử nitrat của vật liệu sắt kích thước nano Trong. .. khoa học Ngô Ngọc Thư tạo được vật liệu có kích thước trong khoảng 1-100nm và diện tích bề mặt riêng 31,4m2/g Các hạt nano thu được trong nghiên cứu của Ruangchainikom nằm trong khoảng 10-100nm, với diện tích bề mặt riêng là 24,4-37,2m2/g f) Khử pha khí Một loại sắt nano thương phẩm được biết đến với tên gọi RNIP (Toda Kogyo Corp., Schaumberg, IL), sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng môi trường được... mà nó được nghiên cứu Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm 1.1.2 Khái quát các phương pháp chế tạo vật liệu sắt kích thước nano a) Phương pháp nghiền Phương pháp nghiền sử dụng kỹ thuật mài cơ khí thông thường để phá vỡ các hạt kim loại có kích thước lớn thành các hạt có kích thước micro hoặc nano Sự va... lượng nước bị suy giảm và ô nhiễm c> Một số phương pháp xử lý nitrat Hiện nay có một số phương pháp được áp dụng để xử lý nitrat trong nước, bao gồm: Trao đổi ion; thẩm thấu ngược; điện thẩm tách; phương pháp sinh học 1 Phương pháp trao đổi ion: Trao đổi ion là quá trình xử lý nước bằng phản ứng trao đổi giữa các ion trên pha rắn (chất trao đổi ion) với các ion cùng dấu trong pha lỏng (nước cần xử lý)