Tổng hợp vật liệu cho xử lý zn2+ và CN trong nguồn nước ô nhiễm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - - TỔNG HỢP VẬT LIỆU CHO XỬ LÝ Zn2+ CN- TRONG NGUỒN NƢỚC Ô NHIỄM Giáo viên hƣớng dẫn : PGS TS Lê Minh Cầm Học viên : TRẦN VĂN TƢỜNG : K25 Lớp HÀ NỘI – 2017 LỜI CẢM ƠN ả X ả PGS TS L M ả ắ TS N ò – C ọ E C ă ễ T ịT H E ă ọ ả H H N ả ỉ ả L H ọ ọ E ả V ị ạ tron Em nc nt n c m n! Hà Nội, tháng năm 2017 Họ TRẦN VĂN TƯỜNG Trang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài I N ễ ẽ ủ ễ V ă ỉ ủ S ủ ị C ễ ủ ả Ni2+, Zn2+, Cd2+ …) C N ả : ỉ (Pb , Cu , 2+ … C ả ẩ ủ 2+ ả ả ễ ị ổ ả ả ễ ụ ọ ĩ ả O roxit ủ ị ủ K ủ “ ỉ ” ủ D ễ ủ ụ silic oxit, titan oxit, vv… / ọ Nano ZnO ủ nano Z O d ả ụ ả ẩ ẩ … ụ ò ọ M ắ / ụ oxit oxit, niken oxit, coban oxit ẽ oxit ă ò ụ N Z O ò ủ ả Trang D : “TỔNG HỢP VẬT LIỆU CHO XỬ LÝ Zn2+ CN- ă TRONG NGUỒN NƯỚC Ô NHIỄM” ụ ổ Z (II) ủ Z O ọ ọ ẽ ủ B Z O H H ả ă ụ ẳ ả ụ N ả ổ ụ Z O ă hy Z O ụ ả II Nhiệm vụ đề tài Tổ X B Z O ằ ọ ị ả ă ụ Zn(II) o 29 C ( 283K- 302K) ả ò ủ ụ ủ ằ Z O ổ ổ ụ ọ ả ủ 10oC - III Đối tƣợng nghiên cứu Nano ZnO D ị Z C2 IV Phạm vi nghiên cứu - Q ò V Phƣơng pháp tiến hành nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên c u v c u trúc ZnO Nghiên c u lý thuy t v ẳng nhi t h p phụ Langmuir, Freundlich, Toth ng học bi u ki n b c 1, b c Nghiên c lý phân tích k t thí nghi m Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Trang - - - P ủ ằ (SEM, Scanning electron microscope ), truy n qua (TEM, Transmission electron microscope) ễ X (XRD, X-ray powder diffraction), phổ hồng ngoại bi ổi Furier (FT-IR, Fourier transform infrared), phổ tán sắ ă ng tia X-EDX/EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy), Ti n hành thí nghi m h p phụ ion Zn(II) nano ZnO X ị ng ion Zn (II) bằ ổ h p phụ nguyên t (AAS, Atomic Absorption Spectroscope) X lý k t c ĩ ọc s li u th c nghi m thu VI Nội dung luận văn Lu ă C C C c trình bày gồm : – Tổng quan – Th c nghi m – K t thảo lu n Trang CHƢƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Cấu trúc ZnO Kẽ O ( ọ : Z O) ọ ẽ ắ ỉZ O ắ ẽ ắ Z O )( I 1) w ẽ ằ z (ụ ị ẽ ) z ắ ( Hình 1.1 Các dạng cấu trúc ZnO D C (a) Rocksalt, (b) Zinc blende, (c) hexagonal wurtzite w z ổ ị z Z O ỉ ằ áp Hình 1.2 C Z O w z Trang C trúc hexagonal wurtzite (hình 2) ụ M ( II) Khí kích ủ nhiên Zn(II), ị ( VI) ụ ủ Z O ả ụ ả ẩ … ă ụ ủ ả ỏ ủ ổ ọ ụ N Z O ò ẩ ả ụ ả ă ủ ụ ủ Z O Z O I.2 Các phƣơng pháp tổng hợp nano ZnO Hi n nay, có r t nhi c s dụ nano kim loại t cách tổng th pháp từ xu ng (top- w ) ch tạo hạt : i lên (bottom-up) Hình 1.3.P ng p áp c ế tạo ạt nano k m loạ oxit Trang I.2.1 P ng p áp t tr n u ng (top-down) V - w ỏ ằ ĩ ủ ả C ả ẩ ổ ỉ õ ắ ( theo cách có ụ ụ ĩ ọ ò …) Hình 1.4.Nguy n lý c ế tạo ạt nano k m loạ oxit p ng p áp ng ền c T n, v t li u dạng b c làm từ v t li u r t c ọc c tr n l n v i nh ng viên bi t m t c i Máy nghi n có th nghi n lắc, nghi n rung ho c nghi n quay (còn gọi nghi n ki u hành tinh) Các viên bi c ng va chạm vào phá v b c nano K t ) P không chi u (các hạ n c v t li u nano c s dụng v i kỹ thu c bi t nhằm tạo s bi n dạng c c l n (có th > 10) mà không làm phá hủy v t li u Nhi t có th l u chỉnh tùy thu c vào từ k t tinh lạ bi n dạng ngu i K t ng h p cụ th N u nhi c gọi bi n ò c lạ gia công c gọi c v t li u nano m t chi u (dây nano) ho c hai chi u (l p có chi u dày nm) P xu ng có m t s – m sau: Trang Ư - : ả ng l n v t li c hạt có n – 10 nm th xu N - nm ồng nh m: tạo hạ hạt bị khuy t t phân b r ng, ă ng l n tạp ch t, t n nhi ò ỏi thi t bị, công ngh ph c tạ … Chính v c s dụng th c t I.2.2 P ng p áp t dướ l n bottom-up) Nguyên lý củ a vi c hình thành hạt nano kim loại từ nguyên t ho lý, sinh họ ng thông qua trình x lý v i tác nhân hoá học, v t … P từ ồng nh t v m c phát tri n r t mạnh mẽ s ti n l i máy móc, thi t bị, công ngh không ph c tạ m r t khó tạo m hi T c P pháp v t lý, hóa học ho c k t h p -P : ịnh hình, x lý nhi )( i lên có th -lý ạo v t li u nano từ nguyên t ho c chuy n n pha: v t li c trạ ỏi v ng l n v t li u Ph n l n v t li u nano mà dùng c ch tạo từ P ò c sản phẩm cu i Ngoài ra, nh c nung nóng cho ngu i t xảy chuy thu ịnh hình – tinh th (k t ) P tạo hạt nano, màng nano -P ọ : hóa họ m r ạo v t li u nano từ ạng tùy thu c vào v t li u cụ th ổi kỹ thu t ch tạo cho phù h p Tuy nhiên có th phân loạ thành hai loại: hình thành v t li u nano từ pha lỏ ) P pha khí (nhi nano, b ( P i ta phải thay ọc t tủa, sol-gel) từ tạo hạt nano, dây nano, ng nano, màng … Trang -P : th ạo v t li u nano d a nguyên tắc : v t lý hóa họ ụ từ P tạo hạt … nano, dây nano, ng nano, màng nano, b Hình 1.5 Vật l ệu nano c ế tạo t eo p ng p áp sol – gel I.3 Tổng quan kim loại nặng I.3.1 G t ệu s lược k m loạ nặng K ỉ ỷ ọ ễ K / ạ ạ: A C S …) T R A …) V :C hòa tan) ị ( ạ (P P A A khí ắ T ằ ễ ạ T C P Z C R …) ( …) ) …K (H N C ), ả ă ồ ị (U ủ ( ( ạ ễ Trang 10 Hiệu suất hấp phụ 60 50 H(%) H302K 40 H293K 30 H283K H302K 20 H293K 10 H283K 0 100 200 300 400 500 Ce(mg/L) Hình 3.2 H ệu suất ấp p ụ ion Zn(II) tr n nano ZnO n ệt độ ng H ủ Nghiên H (i) (ii) (iii) (iv) S ò [6] ả M N f 283 T ă ủ ỉ Z O ụ ị n cứu ụ ả ả ả ằ ụ ả ả : H ụ: -ZnOH + ZnOH+ ↔ -ZnOZnOH + H+ T ủ ủ ẽ : Z 2+ + H2O ↔ Z OH+ + H+ K ủ : Z 2+ + 2H2O ↔ Z (OH)2 + 2H+ S ò ủ Z O : ZnO + 2H2O ↔ Z (OH)-3 + H+ ủ Z O ỉ ả H N ủ M stafa ả ủ H ủ ụ Z O ụ ă ỉ ằ ủ Z O ỉ ả H ă ủ H Ở ị ủ H>8Z O ỉ ằ ụ ( 50oC) ă ủ Z O ủ ă : ụ ( 300 K) H ủ ị 65 ả ủ ỏ ă ỏ ỉ ả ủ Z O ụ H o ị ụ ỉ 27 C Ch ả ụ Z (II) ủ ụS [7] nghiên ằ ụ ủ 367 / Z (II) ằ Z O 303K H= 55 ỉ Trang 38 III.3.4 Cân hấp phụ C ừ 50 ằ /L 500 /L ả ( 302K, 293K 283K) ẳ ụL ủ “ ụ ủ Z (II) , Freundlich Toth Các ằ ụ ả r” 34 quan R2 B ng 3.2 Các t ông s mô ìn Langmu r, Freundlich Toth ấp p ụ đẳng n ệt ion Zn(II) nano ZnO Langmuir T(K) qm (mg/g) 16,52 22,29 27,74 302 293 283 KL (L/mg) 0,010 0,004 0,003 Freundlich R2 0,91 0,94 0,93 APE (%) 11,75 13,43 15,22 KF (L/mg) 1,06 0,56 0,39 1/n R2 0,44 0,54 0,63 0,96 0,91 0,95 Toth APE (%) 7,90 14,23 11,49 q∞ (mg/g) 29,21 51,12 96,85 KT t R2 0,011 0,010 0,002 0,52 0,35 0,43 0,94 0,84 0,94 APE (%) 9,4 17,10 13,40 III.3.4.1 Mô hình Langmuir Mô ụ L ỉ ă ụ ủ Z O e ụ ụ ằ ủ Z O KL ụ C ă ủ ủ ả ị [Z (H2O)6]2+ V Ce, qm ụ ỏ ă ụ ọ ụ có kí ả ủ ụ ion Z (II) Z O ò ọ ằ L RL ị ò ĩ Trang 39 N RL> ụ ụ Giá ị RL Z (II) ẽ 50 mg/L ả Co ủ ion Z (II) (Bả ụ ủ Z (II) n 500 Z O ă /L ả T Z O ụ B ng 3.3 Giá trị RL t eo Co n ệt độ ng Co RL(302K) RL(293K) 51,88 0,66 0,83 93,13 0,52 0,73 144,60 0,42 0,63 294,50 0,25 0,46 391,40 0,20 0,39 479,70 0,17 0,34 35 ă ụ ừ0 ị 38 ảở ằ < RL