Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano fe0 trên nền polyme và ứng dụng xử lí hợp chất hữu cơ chứa clo ”

ĐẶT VẤN ĐỀ Tính cấp thiết đề tài Trong vài thập kỷ vừa qua, Việt Nam, phát triển khoa học công nghệ đô thị hoá làm tăng ô nhiễm môi trường nguồn khí thải, nước thải chất thải rắn không sử lý cách triệt để Quá trình công nghiệp hóa, đại hóa diễn mạnh mẽ nước làm thay đổi hàng ngày kinh tế xã hội mặt sống Đồng thời phát triển gây vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung , ô nhiễm nguồn nước nói riêng mà ô nhiễm chất hữu nguồn nước có chiều hướng gia tăng mạnh mẽ Một số tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước hợp chất hữu chứa Clo Và công nghệ nano đời để giải vấn đề thiết Đối tượng nghiên cứu công nghệ nano vật liệu nano Một số nước phát triển giới Mỹ, Nhật nước châu Âu nhìn nhận công nghệ nano lĩnh vực triển vọng cuả kỷ 21 , đầu tư nghiên cứu mạnh mẽ để giải vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung ô nhiễm nguồn nước hợp chất chứa Clo nói riêng Các hợp chất Clo hữu nằm hợp chất sử dụng rộng rãi công nghiệp Các hợp chất Clo hữu có tác động mạnh tới môi trường chúng độc khó phân hủy đốt cháy Các chất thường hợp chất Clo hữu mạch vòng , ổn định cấu trúc hóa học nên tồn bền vững luân chuyển môi trường Đặc biệt chất tích lũy thể người động vật thông qua thức ăn Thời gian phân hủy chuyển hóa hợp chất thường kéo dài hàng chục năm thường để lại hậu di chứng nặng nề cho người động vật Hợp chất hữu chứa Clo môi trường nước dẫn đến nguồn nước bị ô nhiễm chất hữu làm cho nước có màu sắc mùi vị khó chịu, có nhiều hợp chất độc hại gây tác động xấu đến sức khoẻ người Vì vậy, tiến hành đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Fe0 polyme ứng dụng xử lí hợp chất hữu chứa clo ” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Xác định phương pháp tổng hợp vật liệu nano Fe0 Chitosan - Nghiên cứu khả xử lí hợp chất hữu chứa clo vật liệu nano Fe Chitosan - Xác định điều kiện tối ưu xử lý hợp chất hữu chứa Clo vật liệu nano Fe0 Chitosan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.Tổng quan công nghệ nano 1.1Khái niệm công nghệ nano Công nghệ Nano (Nanotechnology), hay gọi sản xuất phân tử, ngành khoa học kỹ thuật liên quan tới thiết kế sản xuất mạch điện tử thiết bị cực nhỏ cấp độ phân tử vật thể Viện công nghệ Nano Anh quốc (Institute of Nanotechnology) định nghĩa Nano “một ngành khoa học công nghệ mà kích thước từ 0,1nm (Nanomét) tới 100nm đóng vai trò chủ đạo” Nanomét đơn vị đo lường vũ trụ phần tỷ mét Công nghệ Nano thường đôi với hệ thống vi điện MEMS (micro-electromechanical systems) Các hệ thống thường sử dụng công nghệ Nano bao gồm công nghệ khác cấp độ cao phân tử Chương trình Nano quốc gia Mỹ NNI định nghĩa công nghệ Nano phải bao hàm: – Nghiên cứu phát triển công nghệ cấp độ phân tử vi phân, với kích thước khoảng – 100 nm – Tạo sử dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống có đặc tính chức kích thước cực nhỏ – Có khả kiểm soát thao tác cấp độ nguyên tử 1.2 Tiềm công nghệ Nano Không giống công nghệ khác , thường bắt nguồn từ môn khoa học cụ thể, công nghệ nano kết hợp nhiều môn khoa học Công nghệ nano xác định quy mô hoạt động Khoa học nano công nghệ nano liên quan đến việc nghiên cứu vật chất kích thước siêu nhỏ Một nano mét phần triệu 1mm sợi tóc người rộng khoảng 80.000 nano mét Kích thước vật liệu nano nhỏ làm cho người khó nhìn thấy Kích thước nano cho phép xử lý phận nhỏ vật chất Hoạt động kích thước nano liên kết nguyên tử phân tử để khai thác dễ dàng đặc điểm vật chất Giống xây dựng mô hình từ viên gạch Lego, hình dung việc tạo vật liệu thay đổi vật liệu cũ Trong ứng dụng lọc nước, vật liệu làm điều chỉnh để lọc kim loại nặng độc tố sinh học Các vật liệu kích thước nano thường có đặc tính quang học dẫn điện khác với vật liệu loại có kích thước nhỏ hay lớn Ví dụ, titan oxit nano chất xúc tác hiệu titan oxit có kích thước nhỏ Có thể sử dụng titan oxit nano để phân hủy chất ô nhiễm hữu xử lý nước Tuy nhiên, nhiều trường hợp, kích thước nhỏ hạt nano sản xuất làm cho vật liệu độc mức bình thường Nguyên tắc chủ yếu công nghệ nano giảm vấn đề nan giải nước, giải khó khăn kỹ thuật để xử lý chất ô nhiễm nước, bao gồm vi khuẩn, virút, asen, thủy ngân, thuốc bảo vệ thực vật muối Nhiều nhà nghiên cứu kỹ sư khẳng định, công nghệ nano đảm bảo giải pháp hiệu bền vững sử dụng hạt nano để xử lý nước gây ô nhiễm so với phương pháp truyền thống đòi hỏi nhân công, vốn, đất đai lượng 1.3 Vật liệu nano Vật liệu nano loại vật liệu có kích thước cỡ nanômét Đây đối tượng nghiên cứu khoa học nano công nghệ nano, liên kết hai lĩnh vực với Tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước chúng, vào cỡ nanômét,đạt tới kích thước tới hạn nhiều tính chất hóa lý vật liệu thông thường Đây lý mang lại tên gọi cho vật liệu.Kích thước vật liệu nano trải khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào chất vật liệu tính chất cần nghiên cứu Định nghĩa khoa học nano dựa tiền tố nano tiếng Hi Lạp có nghĩa nhỏ xíu , nhỏ Trong kĩ thuật nano có nghĩa phần tỉ đó, 10-9(1/1.000.000.000) Một nano mét 10-9m, đơn vị đo lường để đo kích thước vật cực nhỏ Cơ cấu nhỏ vật chất nguyên tử có kích thước khoảng 1nm, phân tử hợp nhiều nguyên tử có kích thước khoảng 1nm, vi khuẩn: 50nm, hồng huyết cầu 10.000 nm, sợi tóc: 100.000nm, đầu kim: triệu nm chiều cao người: tỉ nm.Vật liệu nano định nghĩa vật liệu mà thành phần cấu trúc có mộtchiều với kích thước 100 nm Những vật liệu có chiều kích thước nano lớp (layers) màng mỏng hay lớp phủ bề mặt Các vật liệu có hai chiều kích thước nanocó thể kể đến sợi nano (nanowires) hay ống nano (nanotubes) Những vật liệu có ba chiều với kích thước nano bao gồm hạt nano (nano particles) Ngoài vật liệu mao quản nằm khoảng vài đến vài chục nano mát gọi vật liệu có cấu trúc nano (nanostructured materials) 1.3.1 Phương pháp chế tạo vật liệu nano Vật liệu nano chê tạo băng hai phương pháp: phương pháp từ xuống (top-down) phương pháp từ lên (bottom-up) Phương pháp từ xuống phương pháp tạo hạt kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn, phương pháp từ lên phương pháp hình thành hạt nano từ nguyên tử Phương pháp từ xuống Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu quả, tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu dạng bột trộn lẫn với viên bi làm từ vật liệu cứng đặt cối Máy nghiền nghiền lắc , nghiền rung nghiền quay (còn gọi nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào phá vỡ bột đến kích thước nano Kết thu vật liệu nano không chiều (các hạt nano) Phương pháp biến dạng sử dụng với kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo biến dạng cự lớn(có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, phương pháp SPD điển hình Nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn nhiệt độ kết tinh lại gọi biến dạng nóng , ngược lại gọi biến dạng nguội Kết thu vật liệu nano chiều (dây nano) hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra, người ta thường dùng phương pháp quang khăc đê tạo cấu trúc nano phức tạp Phương pháp từ lên Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triên mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn vật liệu nano mà dùng chế tạo từ phương pháp Phương pháp từ lên có thê phương pháp vật lý, hóa học kết hợp hai phương pháp hóa-lý • Phương pháp vật lý: phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyên pha Nguyên tử hình thành vật liệu nano tạo từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phóng xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu nung nóng cho nguội với tốc độ nhanh để thu trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường dùng để tạo hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính • Phương pháp hóa học: phương pháp tạo vật liệu nano từ ion Phương pháp hóa học có đặc điểm đa dạng tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, phân loại phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, • Phương pháp kết hợp: phương pháp tạo vật liệu nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, 1.4 Ứng dụng công nghệ nano xử lý môi trường 1.4.1 Ứng dụng xử lý môi trường nước - Màng lọc nano ứng dụng phổ biến để xử lý muối hòa tan chất ô nhiễm có kích thước nhỏ, làm mềm nước xử lý nước thải Màng lọc nano đóng vai trò rào cản vật lý, ngăn chặn hạt vi sinh vật lớn lỗ màng lọc loại bỏ có chọn lọc chất ô nhiễm - Công nghệ nano góp phần cải tiến công nghệ màng đồng thời làm giảm chi phí lớn quy trình khử mặn Các nhà khoa học phát triển loại vật liệu có lỗ nano hoạt động hiệu thiết bị lọc truyền thống Ví dụ, nghiên cứu Nam Phi chứng minh, màng lọc nano lọc nước uống an toàn từ nước ngầm mặn Một nhóm nhà khoa học Ấn Độ Hoa Kỳ phát triển thiết bị lọc ống nano cácbon xử lý vi khuẩn virút hiệu thiết bị màng lọc truyền thống Bảng 3.1: Bảng tình hình lao động công ty từ năm 2013 – 2015 Chỉ tiêu Tổng số lao Năm 2013 Số Cơ lượng 176 cấu 100 Năm 2014 Số Cơ lượng 185 cấu 100 Năm 2015 Số Cơ lượng 195 cấu 100 2014/2013 So sánh 2015/2014 +/9 +/10 % 105,5 105,3 động I Phân theo % 105, giới tính Nam 97 55,1 105 56,8 112 57,4 108,2 106, 107,5 Nữ 79 44,9 80 43,2 83 42,6 102,7 103, 103,3 II Phân theo trình độ Đại học 40 22,7 43 23,2 46 23, 107,5 107 105,3 128, 122,2 125,4 107, 106, 107,2 102 102,9 102,5 Cao đẳng, 4,9 11 5,6 trung cấp Công nhân kĩ 27 15, 29 15,7 31 15,9 102 58 thuật Lao động phổ 104 56,2 107 54,9 thông ( Nguồn : phòng tổ chức hành chính ) 2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+ Chứng từ gốc Nhật ký đặc biệt Nhật ký chung Sổ Sổ kế toán chi tiết Bảng tổng hợp chi tiết Bảng cân đối TK Báo cáo tài 13 Tác dụng với dung dịch muối - Fe đẩy kim loại yếu khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại - Fe tham gia phản ứng với muối Fe3+ → muối sắt (II): 2.2 Ứng dụng nano Fe xử lí HCHC Môi trường bị ô nhiễm không kim loại nặng mà nhiều chất hữu độc hại khác Nhiều biện pháp xử lý môi trường áp dụng hiệu chưa mong muốn Một loại “thần dược vạn năng” sản phẩm công nghệ nano hạt sắt hóa trị có kích thước nanomet phát triển biện pháp xử lý nhanh, hiệu quả, để làm chất độc hại với môi trường sinh thái Theo nhà nghiên cứu, kết hợp tài tình công nghệ cao ngành công nghiệp nặng giải vấn đề chất thải độc hại quy mô lớn giếng phun hạt nanô sắt có khả phản ứng mạnh Chất thải dạng bùn đặc làm độc tính, đồng thời “cố định” địa điểm ô nhiễm Phương pháp này, ngược lại với phương pháp tổ chức như: dự án Superfund tiêu tốn hàng nghìn tỷ đô la Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, làm địa điểm ô nhiễm đất nước ngầm cách xử lý chúng với chất trung hòa đặc hiệu Nhưng nay, nhà khoa học hợp tác với hãng dược phẩm lớn, hãng chế tạo vật liệu bán dẫn nhiều hãng khác quan tâm đến quy trình làm địa điểm ô nhiễm Khả làm sắt yếu tố định quy trình, nhờ đặc tính oxy hóa không lớp gỉ oxit sắt màu đỏ gạch quen thuộc, mà oxyt sắt kim loại có chất ô nhiễm tricloroethen, cacbon tetraclorua, đioxin, PCB (diphenyl polyclo) … phân tử hữu tham gia vào phản ứng bị phân hủy thành hợp chất cacbon đơn giản Các hãng quan tâm đến môi trường thực quy trình tiền xử lý phế thải công nghiệp với dạng vật liệu bột sắt thô để làm phế thải trước thải vào môi trường Sắt có nhiều môi trường đá, đất, nước tác động độc hại Tuy nhiên, hạt nanô sắt tồn lơ lửng bùn thải, 14 bơm thẳng vào trung tâm địa điểm ô nhiễm Việc giảm kích thước vật liệu bột sắt xuống kích thước nanomet, tạo cho hạt khả phản ứng cao gấp 101000 lần (ở cấp độ từ 1-3), so với hạt có kích thước thông thường Không giống biện pháp xử lý sinh học chỗ, dùng vi khuẩn biến đổi gen để chuyển hóa chất độc hại, sắt không bị ảnh hưởng yêu cầu sinh học chất dinh dưỡng, nhiệt độ phù hợp độ axit thấp Cũng nhờ kích thước nhỏ 10-1000 lần so với hầu hết loại vi khuẩn, tinh thể sắt nhỏ xíu di chuyển dễ dàng hạt đất, không bị kẹt lại Các thử nghiệm hạt nano sắt phòng thí nghiệm thực địa cho thấy, làm giảm ô nhiễm xuống đến mức chấp nhận vòng ngày sau phun làm hoàn toàn khu vực rò rỉ chất ô nhiễm vòng vài tuần, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm Hoa Kỳ hay Châu Âu Có thể xử lý khử ô nhiễm cho khu vực rộng phương pháp phun lần hạt nano sắt Sau khu vực làm sạch, hạt nano sắt chưa sử dụng dư tiếp tục di chuyển theo đường nước ngầm hòa tan hoàn toàn, không phát thấy nữa, so với mức sắt tồn tự nhiên cao nhiều Theo nhà Khoa học trường Đại học Brown (Hoa Kỳ) công bố: nhà khoa học họ tạo hạt nano từ ôxít sắt nhỏ từ trước đến để giúp tìm tế bào ung thư qua biện pháp chụp cộng hưởng từ (MRI) Nhóm nghiên cứu trường Đại học Brown tạo hạt nano từ oxít sắt có đường kính tổng thể khoảng 8,4 nanomet Sau họ tiêm hạt vào chuột thử thành công khả chúng định vị tế bào ung thư não gọi U87MG Các hạt nano hoạt động giống "tên lửa dẫn đường" tí hon, tìm kiếm tự gắn kết với tế bào u ác tính Khi gắn kết với tế bào bệnh, hạt nano phát tín hiệu mạnh giúp bác sĩ phát tế bào ung thư biện pháp chụp cộng hưởng từ Các nhà khoa học có kế hoạch thử khả gắn kết hạt nano với tế bào ung thư khác động vật cấp cao 15 Hiện tình trạng ô nhiễm môi trường nước đất mối nguy báo động toàn cầu Các chất ô nhiễm sinh nhiều nguồn Chẳng hạn bón nhiều phân đạm làm tăng đáng kể hàm lượng NO nông sản Ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật tồn dư lâu dài đất nước độc với sinh vật người Chất thải công nghiệp, ví dụ: SO2, NO2 , kim loại nặng chì, arsenic,crom, cadimi … Sử dụng vật liệu nano sắt hóa trị ( zero-valent iron) trở thành lựa chọn ngày phổ biến cho việc sử lý chất độc hại khắc phục khu vực bị ô nhiễm Đây chất khử mạnh, có hoạt tính tốt phản ứng giải trừ hợp chất chứa clo, nito, hợp chất chứa nhân thơm benzen, phenol, hợp chất mang màu … đất nước, đặc biệt nước ngầm Tại Hoa Kỳ có 20 dự án thử nghiệm thực từ năm 2001 Ngày có nhiều dự án thử nghiệm với mức độ lớn xúc tiến Châu Âu châu Á Do có đổi gần công nghệ tổng hợp nano sắt dẫn đến giảm chi phí đáng kể tăng khả sử dụng cho ứng dụng quy mô lớn Người ta sơ tổng kết danh sách hợp chất vô hữu bị khử dùng hạt nano Fe0 ( bảng ) Những hợp chất tồn đất nước làm ô nhiễm nước sinh hoạt, lương thực, thực phẩm tác nhân gây bệnh ung thư hiểm nghèo 16 CHƯƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo vật liệu nano Fe0 Chitosan Phương trình phản ứng FeCl2 + 2NaBH4 + 6H2O → Fe(s) + 7H2(gas) + 2B(OH)3 + 2NaCl 3.2 Tính chất vật liệu Sau đem sấy ta màng vật liệu có khả bóc tách dễ dàng, hạt nano tụ lại thành đám hạt màu đen có kích thước khác Sản phẩm thu lớp màng mỏng, khô ráo, dễ có khả bị vỡ, không tan nước, dễ dàng bảo quản sử dụng Hình 3.1 Vật liệu trước sau sấy 17 Cấu tạo bên vật liệu: Kết phân tích SEM Hình 3.2 Hình ảnh bề mặt vật liệu chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 18 Hình 3.3 Cấu tạo mô hình vẽ vật liệu nano sắt Hóa trị Nhìn vào hình ta quan sát thấy hạt nano Fe có kích thước trung bình khoảng 30nm-50nm hình cầu bao bọc lượng Chitosan tạo nên dạng hình thù khác liên kết với tạo thành mảng vật liệu có bề mặt thoáng, có nhiều khoảng trống Hình ảnh thu cho kết tương tự nghiên cứu hạt nano lưỡng kim Lingfeng Wu, Stephen M.C Ritchie,2005 Trong báo cáo vấn đề tương tự D E Meyer and D Bhattacharyya (2007), bề mặt vật liệu nghiên cứu có đồng trình chế tạo vật liệu Fe(0) mang tính chủ quan, phụ thuộc nhiều vào người làm thí nghiệm 3.3 Khảo sát khả xử lý TCE vật liệu 3.3.1 Khảo sát thay đổi theo thời gian Khảo sát thay đổi hiệu suất xử lý vật liệu nano theo thời gian, tiến hành thí nghiệm cân 0,2 gam mẫu; môi trường pH = 7.Đem hỗn hợp mẫu lắc 10 phút, 20 phút, 30 phút, 50 phút tốc độ 150 vòng/ phút 19 Bảng 3.1 Kết phân tích mối tương quan thời gian hiệu suất xử lý TCE Thời gian xử lí Nồng độ Cl- sau phản Hiệu suất xử lí TCE ứng ( mol/l) 10 phút 5.10-7 27,78% 20 phút 6.10-7 33,33% 30 phút 1,05.10-6 58,3% 1,075.10-6 59,72% 50 phút Hình 3.4: Biểu đồ mối quan hệ thời gian lắc mẫu hiệu suất xử lý TCE Kết thí nghiệm cho thấy, điều kiện khối lượng vật liệu, độ pH môi trường, thời gian lắc mẫu ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý hợp chất TCE Kết mẫu lắc theo thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút , 50 phút cho kết hiệu suất xử lý 27,78% ; 33,33% ; 58,3 % ; 59,72% 20 Từ thí nghiệm ta thấy, yếu tố độ pH , khối lượng vật liệu nano thay đổi thời gian lắc mẫu làm thay đổi đến hiệu suất xử lý hợp chất TCE: thời gian lắc tăng hiệu suất xử lý hợp chất TCE tăng đến hiệu suất mức cân 3.3.2 Khảo sát thay đổi theo pH Khảo sát thay đổi hiệu suất xử lý theo pH, tiến hành thí nghiệm vật liệu mức pH 4,7,11, khối lượng vật liệu nano 0,2 gam, thời gian lắc 30 phút Bảng 3.2 Kết phân tích mối tương quan pH hiệu suất xử lý TCE Độ pH mẫu Nồng độ Cl- sau phản Hiệu suất xử 11 ứng ( mol/l) 1,5.10-6 1,15.10-6 8,5.10-7 lí TCE 83,33% 63,9% 47,2% Hình 3.5: Biểu đồ mối quan hệ pH hiệu suất xử lý TCE Kết thí nghiệm cho thấy, điều kiện không bị ảnh hưởng 21 yếu tố khác khả xử lý TCE vật liệu nano Fe chitosan nhanh phụ thuộc lớn vào pH Tại môi trường axit cho hiệu suất cao nhất,và giảm dần tăng pH môi trường hiệu suất thấp môi trường bazo Từ thí nghiệm, ta thấy hiệu suất xử lý tăng độ pH giảm, ngược lại hiệu suất giảm độ pH môi trường tăng lên điều kiện thời gian lắc mẫu khối lượng vật liệu nano Trong môi trường axit chế khử TCE Fe0 nano thực trình khử trực tiếp bề mặt kim loại khử ion Fe 2+ Trong trình phản ứng hai chế cần nhận thêm H + từ môi trường làm xúc tác cho trình khử nên dung dịch phần H + , làm cho giá trị pH dung dịch tăng lên Cơ chế phản ứng thể phương trình phản ứng C2HCl3 + 4Fe0 + 5H+ → C2H6 + 4Fe2+ + 3ClTại pH = (môi trường trung tính) môi trường trung tính đến kiềm chế khử TCE Fe0 nano thực trình khử trực tiếp H2 có chất xúc tác, sản phẩm sau phản ứng có tạo thành H + làm cho giá trị pH dung dịch sau phản ứng giảm Cơ chế phản ứng thể phương trình phản ứng sau: RX + H2 → RH + Cl- + H+ Như vậy, sản phẩm tạo thành trình xử lý hợp chất hữu chứa clo bao gồm chất khử clo, nhiên sản phẩm chất không độc độc so với chất ban đầu trước xử lý 3.3.4 Khảo sát thay đổi theo khối lượng vật liệu nano Tiến hành khảo sát thay đổi hiệu suất xử lý hợp chất hữu chứa Clo theo khối lượng vật liệu nano Fe0 mức khối lượng 0,1g ; 0,5g ; g Thời gian lắc 30 phút, pH=7 Kết phân tích thể bảng 3.3 22 Bảng 3.3 Kết phân tích mối tương quan khối lượng vật liệu hiệu suất xử lý TCE Khối lượng vật liệu Nồng độ Cl- sau phản Hiệu suất xử 0,1g 0,5g 1g ứng ( mol/l) 7,5.10-7 1,3.10-6 1,55.10-6 lí TCE 42% 72,22% 86,11% Hình 3.6: Biểu đồ mối quan hệ khối lượng vật liệu hiệu suất xử lý TCE Kết thí nghiệm cho thấy, trường hợp yếu tố ảnh hưởng không thay đổi ( pH=7, thời gian lắc=30 phút) việc thay đổi khối lượng vật liệu làm thay đổi khả xử lý TCE Cụ thể khối lượng vật liệu tăng dần từ 0,1 g ; 0,5g ; 1g dẫn đến hiệu suất khả xử lý TCE thay đổi 42% ; 72.22% ; 86,11 % Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy điều kiện độ pH thời gian lắc mẫu, khả xử lý hợp chất TCE phụ thuộc vào khối lượng 23 vật liệu nano Fe0 theo chiều hướng tăng dần tăng khối lượng vật liệu ngược lại 3.3.5 Khảo sát thay đổi theo khối lượng vật liệu nano, pH thời gian lắc Từ kết nghiên cứu thực nghiệm, tiến hành thí nghiệm xác định điều kiện để tăng hiệu suất xử lí Kết phân tích : Khối lượng Thời gian pH môi Nồng độ Cl- sau Hiệu suất xử lí vật liệu lắc ( phút) trường phản ứng (mol/l) TCE 1g 50 1,65.10-6 91,67% Điều cho thấy, từ việc thay đổi yếu tố thời gian, độ pH, khối lượng vật liệu làm thay đổi hiệu suất xử lý hợp chất hữu chứa Clo vật liệu nano Fe0 Chitosan 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ trình nghiên cứu tiến hành thực nghiệm, đưa quy trình chế tạo vật liệu nano Fe chitosan Vật liệu thu màng mỏng, nhìn thấy rõ đám hạt nano Fe màu đen bên trong, dễ vỡ không tan nước Hình ảnh SEM cho thấy hạt nano tụ lại bao bọc chitosan thành hình dạng không Dựa vào kết thu được, đưa điều kiện để tăng hiệu suất xử lý hợp chất hữu chứa Clo (TCE) Hiệu xử lý tăng tăng khối lượng vật liệu nano Fe0, tăng thời gian lắc giảm độ pH môi trường Hiệu suất xử lí đạt hiệu cao H= 91,67 % khối lượng vật liệu nano 1g, môi trường axit, thời gian lắc 50 phút Tóm lại, vật liệu nano Fe0 chitosan với ưu điểm trình chế tạo đơn giản, dễ bảo quản có khả xử lý tốt hợp chất hữu chứa Clo có tiềm phát triển rộng rãi thị trường, mở hướng cho lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường KIẾN NGHỊ Sử dụng vật liệu nano kim loại hóa trị xử lý môi trường nghiên cứu phát triển rộng rãi, từ đề tài nghiên cứu mình, kiến nghị số nội dung sau: - Nghiên cứu thử nghiệm khả xử lý vật liệu nano Fe0 chitosan với số hợp chất gây ô nhiễm khác : hợp chất hữu chứa clo, kim loại nặng, nước thải công nghiệp sinh hoạt…… - Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Fe polymer khác cellulose aceate… - Nghiên cứu thêm ảnh hưởng số yếu tố khác để có biện pháp khắc phục, nâng cao hiệu xử lý, tìm điều kiện xử lí tối ưu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano kim loại khác chitosan để xử lý hợp chất hữu 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt 1.Giáo trình Độc học môi trường đại học nông lâm HCM Chế tạo hạt nanô ô xít sắt từ tính PGS TS Nguyễn Hoàng Hải, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu xử lí hợp chất clo hữu trình hydrodeclo hóa xúc tác sử dụng than hoạt tính làm chất mang Cao Thủy Tiên đại học dân lập hải phòng hạt nano kim loại- nguyễn hoàng hải, 2010 đồ án tốt nghiệp nghiên cứu sử dụng xúc tác pd-Ni cho trình xử lý hợp chất clo hữu pha lỏng- hoàng thị phương Nguyễn Bá Cảnh - Áp dụng thành công công nghệ nano lĩnh vực xử lý nước,Công ty cổ phần Cơ Khí Môi Trường Công Nghệ Lớp DH10DL (201.2) Clo hợp chất độc Clo Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh Nghiên cứu xử lý ô nhiễm không khí vật liệu nano TiO2 Viện KHCNVN- Viện Khoa học Vật Liệu Viện Công nghệ Môi trường Dùng công nghệ nano để xử lý nước- An Nguyên, http://khoahoc.tv/dung-cong-nghe-nano-de-xu-ly-nuoc-34472 10 Công nghệ NANO VAST xử lý nước nhiễm Asen kim loại nặngPhòng Hóa Vô cơ- Viện Hóa học 11 Ngô Tuấn Vĩ (2015), Nghiên cứu xử lý đất bị nhiễm DDT nano Sắt hóa trị Tài liệu tiếng anh 12 Agency for Toxic Substances Task Force and Tracking Disease Toxic Profile: Trichloroethylene (TCE) CAS No 000079-01-6 Atlanta, GA, Department of Health and Services Human USA; September 2010 26 13 Linfeng Wu, Stephen M.C Ritchie (2005), Removal of trichloroethylene from water by cellulose acetate supported bimetallic Ni/Fe nanoparticles, Chemosphere 63 (2006) 285–292 14 D E Meyer and D Bhattacharyya (2007), Impact of Membrane Immobilization on Particle Formation and Trichloroethylene Dechlorination for Bimetallic Fe/Ni Nanoparticles in Cellulose Acetate Membranes, J.Phys Chem B 2007, 111, 7142-7154 15 Preparation of chitosan-stabilized Fe0 nanoparticles for removal of hexavalent chromium in water - Bing Geng, Zhaohui Jin ⁎, Tielong Li, Xinhua Qi 11, 19 XIANG Ting, ZHANG ZuLei, LIU HaiQing, ZIN Zh ZengZhi, LI Lei & LIU XiaoMing (2013), Characterization of cellulose-based electrospun nanofiber membrane and its adsorptive behaviours using Cu(II), Cd(II), Pb(II) as models, science China 5: 567-575 27