Luận văn tóm tắt nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng mno2 và tio2 làm vật liệu xử lý asen và amoni trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thu Trang NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH BẰNG MnO2 VÀ TiO2 LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ ASEN VÀ AMONI TRONG NƯỚC TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung nguồn nước sinh hoạt nói riêng cation kim loại nặng vấn đề toàn xã hội quan tâm nhu cầu chất lượng sống ngày cao Trên thực tế, nhiều địa phương, người dân phải sử dụng nguồn nước ô nhiễm, đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng asen, chì, thủy ngân, hay ô nhiễm amoni Sử dụng nguồn nước ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân, gây nên bệnh nguy hiểm đặc biệt ung thư Than hoạt tính từ lâu sử dụng để làm nước Tuy nhiên, ứng dụng xử lý nước dừng lại việc loại bỏ hợp chất hữu số thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ nước Với mục đích khai thác tiềm ứng dụng than hoạt tính việc xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt lĩnh vực loại bỏ cation anion nước; chọn thực đề tài “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính MnO2 TiO2 làm vật liệu xử lý asen amoni nước” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ quí linh hoạt, sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn tạp chất hữu cơ, vô nước thải công nghiệp sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm không khí, kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp khí thải động cơ, làm nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm nhiều ứng dụng pha khí Bên cạnh than hoạt tính chứa nguyên tố khác hidro, nitơ, lưu huỳnh oxi Các nguyên tử khác loại tạo từ nguồn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon suốt trình hoạt hóa trình khác Thành phần nguyên tố than hoạt tính thường 88% C, 0,5% H, 0,5% N, 1%S, –7% O Tuy nhiên hàm lượng oxy than hoạt tính thay đổi từ 1- 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm khoảng 800 đến 1500m2/g thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 0,6cm3/g [19] Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính nhỏ 2nm Than hoạt tính chủ yếu điều chế cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon nhiệt độ nhỏ 10000C Quá trình điều chế gồm bước: Than hóa nhiệt độ 800 0C môi trường trơ hoạt hóa sản phẩm trình than hóa nhiệt độ khoảng 950–10000C 1.2 Biến tính bề mặt than hoạt tính Đặc điểm quan trọng thú vị than hoạt tính bề mặt biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ làm cho than trở nên thích hợp ứng dụng đặc biệt Sự biến tính bề mặt than hoạt tính thực tạo thành dạng nhóm chức bề mặt khác Các nhóm chức bao gồm nhóm chức oxi – cacbon tạo thành oxy hóa bề mặt than với khí dung dịch oxi hóa Vì nhóm chức liên kết giữ cạnh góc lớp vòng thơm, thành phần cạnh góc chủ yếu bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng biến tính than hoạt tính thay đổi đặc trưng hấp phụ tương tác hấp phụ than hoạt tính 1.2.1 Biến tính bề mặt than hoạt tính tác nhân oxi hóa Bản thân cacbon nguyên chất chất kị nước, không phân cực Tính kị nước giảm tính ưa nước than tăng, lượng oxi liên kết với cacbon bề mặt tăng Từ lâu ta biết muội than với hàm lượng oxi cao dễ dàng bị làm ướt nước Vì vậy, oxi hóa nhiệt độ thấp muội than thường sử dụng để làm tăng đặc điểm ưa nước chúng Moreo cộng [24] tiến hành biến tính loạt than hoạt tính với tác nhân oxi hóa khác H2O2, (NH4)2S2O8, HNO3 nhằm tạo nhóm chức bề mặt cacbon – oxi khác Kết cho thấy oxi hóa (NH 4)2S2O8 cho số lượng nhóm chức bề mặt cacbon – oxi thấp nhất.Tuy nhiên trình oxi hóa lại mang đến nhóm chức có tính axit mạnh Điều giải thích (NH4)2S2O8 cố định nhóm cacboxyl gắn với nhóm khác gần hơn, chẳng hạn cacbonyl hydroxyl, làm tăng tính axit chúng [20] Edwin Vasu cộng [12] đem biến tính than hoạt tính chế biến từ vỏ dừa oxi hóa với tác nhân oxi hóa khác nhau, cụ thể là, hydrogen peroxide, amoni persulphate axit nitric Cấu trúc bề mặt than hoạt tính chưa biến tính sau biến tính xác định phương pháp Boehm, chuẩn độ phổ, hồng ngoại IR 1.2.2 Biến tính than hoạt tính phương pháp khác Than hoạt tính chứa lượng không đáng kể nhóm chức nitơ Tuy nhiên, phản ứng pha khí với dimethylamin 1500C 1h, với NH3 khô 3000C hơn, tạo lượng đáng kể nhóm chức C-N bề mặt Boehm cộng RiveraUtrilla cộng sự, thấy than hoạt tính oxi hóa đun nóng với NH khô, nhóm nitơ tạo thành bề mặt Ở nhiệt độ thấp cố định Nitơ cân với số nhóm oxi axit bề mặt cho tạo thành muối amoni Sự hấp phụ hóa học lưu huỳnh lên bề mặt than bao gồm liên kết với nguyên tử cacbon bên ngoài, cộng vị trí nối đôi, thâm nhập vào bên cấu trúc mạng, trao đổi lấy hydro oxi liên kết với bề mặt cacbon 1.3 Phương pháp hấp phụ Hấp phụ trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) phân tử khí, phân tử, ion chất tan lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha lỏng – rắn, khí – rắn Chất mà bề mặt có hấp phụ xảy gọi chất hấp phụ, chất mà hấp phụ bề mặt phân chia pha gọi chất bị hấp phụ Quá trình ngược lại hấp phụ gọi trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ Phương pháp hấp phụ phương pháp tách trực tiếp cấu tử tan nước, sử dụng rộng rãi kỹ thuật xử lý nước thải nhờ có ưu điểm sau: • Có khả làm nước mức độ cao, đáp ứng nhiều cấp độ chất lượng • Quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp • Vật liệu hấp phụ có độ bền cao, có khả tái sử dụng nhiều lần phí thấp hiệu xử lý cao • Vật liệu ứng dụng phương pháp hấp phụ đa dạng : than hoạt tính, zeolite, composit, đất sét, silicagel Với loại vật liệu có đặc điểm tính chọn lọc riêng phù hợp với mục đích nghiên cứu sử dụng thực tiễn Luiz C.A Oliveira cộng [18] nghiên cứu chế tạo vật liệu composit mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ số chất, thí nghiệm tiến hành sau: composit cho vào 400 ml huyền phù bao gồm cacbon hoạt tính, FeCl (7,8 g, 28 mmol) FeSO4 (3,9 g, 14 mmol) 700C Thêm 100 ml dung dịch NaOH 5M xuất kết tủa sắt oxit Lượng cacbon điều chỉnh cho tỷ lệ khối lượng cacbon hoạt tính oxit sắt 1:1, 2:1, 3:1.Vật liệu sấy khô 100 0C 3h Cân 50 mg vật liệu composit cho vào bình nón chứa 50 ml dung dịch bao gồm: phenol (500 mg/l, pH=5), clorofom (500 mg/l), clobenzen (25 mg/l), phẩm đỏ (100 mg/l), hỗn hợp để hấp phụ 24h, 25 ± 0C Nồng độ chất sau tiến hành hấp phụ xác định phương pháp đo phổ (MIMS) phenol, clorofom clobenzen, • • • phương pháp quang phẩm đỏ Kết sau: vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt tính/Fe3O4 3:1 tải trọng hấp phụ thứ tự sau: phenol (117 mg/g) < clobenzen (305 mg/g) < clorofom (710 mg/g) Nếu dùng cacbon hoạt tính tải trọng hấp phụ phenol 162 mg/g, clobenzen 480 mg/g, clorofom 910 mg/g Đối với phẩm đỏ, vật liệu composit có tỷ lệ cacbon hoạt tính/Fe 3O4 2:1, 3:1, có cacbon hoạt tính tải trọng hấp phụ thứ tự sau: cacbon hoạt tính > 3:1 composit > 2:1 composit Na Yang cộng [25] nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composit mang cacbon từ tính khảo sát hấp phụ phẩm xanh metylen, nghiên cứu cho thấy tải trọng hấp phụ cực đại ≈300 mg/g Silicagel tái sinh nhiệt độ