Cố định xúc tác ZnO lên đá trân châu nhằm xử lý Metylene xanh

Kết quả nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp - Xử lý nước thải hiệu quả từ đá trân châu và xúc tác ZnO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ & ỨNG DỤNG  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỐ ĐỊNH CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA ZnO LÊN BỀ MẶT ĐÁ TRÂN CHÂU NHẰM MỤC ĐÍCH XỬ LÝ PHẨM NHUỘM METHYLENE XANH VẤN ĐỀ ĐẶT RA PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT •• Sử Sử dụng dụng axit axit trung trung hoà hoà kiềm kiềm và các chất chất tạo tạo phản phản ứng ứng oxy oxy hoá hoá khử khử   Hiệu Hiệu quả không không cao cao   Gây Gây ôô nhiễm nhiễm thứ thứ cấp cấp •• Xử Xử lý lý bằng ozon, ozon, ozon ozon kết kết hợp hợp sinh sinh học học •• Công Công nghệ nghệ màng màng điện điện hóa hóa   Hiệu Hiệu quả cao cao   Ứng Ứng dụng dụng khó khó khăn khăn   Giá Giá thành thành cao cao PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT Phương pháp oxy hóa nâng cao Xúc tác quang hóa ƯU ĐIỂM •• •• •• •• Hiệu Hiệuquả quảcao cao Giá Giáthành thànhrẻ rẻ ÍtÍtsử sửdụng dụnghóa hóachất chất Thân Thânthiện thiệnvới vớimôi môitrường trường HẠN CHẾ ••     Kích Kíchthước thướcnano: nano: Trở Trởngại ngạiquá quátrình trìnhthu thuhồi hồi Cố định xúc tác vật liệu Đòi Đòihỏi hỏicác cácthiết thiếtbịbịđắt đắttiền tiềnđể đểloại loạibỏ bỏra rakhỏi khỏi dung dungdịch dịch MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp cố định chất xúc tác quang hóa ZnO lên đá trân châu nhằm xử lý phẩm nhuộm Methylene Xanh (MB) nước NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Tổng hợp cố định ZnO lên bề mặt đá trân châu phương pháp kết tủa kẽm oxalate • Khảo sát tính chất vật liệu vừa tổng hợp: cấu trúc tinh thể, thành phần pha, hình thái hàm lượng ZnO • Khảo sát khả hấp phụ MB hoạt tính quang xúc tác xử lý MB • Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu có hoạt tính tốt CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG HÓA Chất ô nhiễm hữu Các Cácphản phảnứng ứnghóa hóahọc: học: ZnO Adsorption •• ++ -ZnO ZnO++hν hνhh ++ee •• ++ ++ •• hh ++HH22OOHH ++ OH OH •• - ee ++OO22OO22 ••  ++ -OO22 ++2H 2H ++ee HH22OO22 ••  HH22OO22++hν hν2HO 2HO •• •• Chất Chấthữu hữucơ cơ++ OH OH++OO22CO CO22++HH22OO++sản sảnphẩm phẩmkhác khác Ánh sáng ĐÁ TRÂN CHÂU QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ MẪU 2CC2OO4 22 • Thêm 200 mL nước vào Zn(NO3)2.6H2O • 55ggPerlite Perlite Zn(NO Zn(NO33)2 )2.6H 6H22OO vào (NH4)2C2O4.H2O • (NH (NH44)2 )2CC22OO44.H H22OO Thêm 250 mL nước nóng Đổ perlite vào dung dịch kẽm 2+ 2+ Zn Zn Nung mẫu 2h • • Lọc, rửa mẫu nước cất o Sấy 30 – 60p 150 C BẢNG KÝ HIỆU CÁC MẪU Số mol ZnO g đá trân châu Nhiệt độ nung mẫu (mol) o ( C) Ký hiệu mẫu Các thông số nghiên cứu 1M450 0.01 450 3M450 0.03 450 4M450 0.04 450 5M450 0.05 450 3M550 0.03 550 Nồng độ kẽm tiền chất 1M 0.01 mol ZnO g 3M650 0.03 650 mẫu Nhiệt độ nung 450 Nhiệt độ nung o 450 C Biến thiên nhiệt độ nung KẾT QUẢ KHẢO SÁT THÀNH PHẦN PHA 3M650 • Đá trân châu = Lithosite + Microline • Có chuyển pha đá trân châu thay đổi nhiệt độ • o o o Mũi đặc trưng ZnO: 31.78 , 34.42 , 36.26 Intensity (a.u.) 3M550 3M450 Perlite Microline  Có tồn pha ZnO mẫu 3M450, 3M550, 3M650 Lithosite ZnO 20 30 40 50 2theta 60 70 80 • Cường độ mũi ZnO mẫu 3M650 thấp  Hàm lượng pha zincite mẫu 3M650 thấp Giản đồ XRD mẫu đá trân châu, 3M450, 3M550, 3M650 10 HÌNH THÁI CỦA VẬT LIỆU • Đá trân châu bề mặt trơn, có lỗ xốp • Dạng hình cầu, hạt đa phân tán • Kích thước: 3M450 < 3M550 < 3M650 • Đá trân châu thuận lợi để phủ ZnO • Kích thước hạt lớn nhiệt độ nung tăng Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu đá trân châu (a), 3M450 (b), 3M550 (c), 3M650 (d) Ký hiệu mẫu Kích thước hạt ZnO (nm) 3M450 50-80 3M550 100-180 3M650 150-200  Diện tích bề mặt giảm 11 HÀM LƯỢNG ZnO TRÊN ĐÁ TRÂN CHÂU Kết phổ hấp thu nguyên tử AAS mẫu biến thiên theo nhiệt độ nung Ký hiệu mẫu Phần trăm khối lượng ZnO (%) 3M450 3.5 3M550 3.7 3M650 2.5 Hàm lượng: 3M450 ≈ 3M550 > 3M650 • Nhiệt độ tăng, kích thước hạt tăng Cho đến mẫu 3M650 có kích thước lớn dẫn đến khả bám dính bề mặt đá trân châu  Bị rửa trôi rửa mẫu sau nung 12 KHẢO SÁT HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU Khả hấp phụ mẫu biến thiên theo nhiệt độ nung Ký hiệu mẫu Phần trăm hấp phụ (%) Perlite 17.83 3M450 3M550 3M650 3.84 • • Đá trân châu có khả hấp phụ • Mẫu 3M650 hấp phụ lượng nhỏ • Mẫu 3M450 3M550 không hấp phụ MB Mẫu 3M650 hàm lượng ZnO nên nhiều chỗ trống bề mặt đá trân châu  MB hấp phụ lên bề mặt đá trân châu 13 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU Hằng số tốc độ phản ứng mẫu đá trân châu, 3M450, 3M550 3M650 Ký hiệu mẫu -1 Hằng số tốc độ phản ứng (h ) Perlite 0.0351 3M450 0.569 3M550 0.569 3M650 0.480 Đồ thị biểu diễn ln (Co/C) theo thời gian mẫu đá trân châu, 3M450, 3M550 3M650 • Đá trân châu hoạt tính xúc tác • Hoạt tính: 3M450 = 3M550 > 3M650 14 THẢO LUẬN 3M650 Intensity (a.u.) 3M550 3M450 • Perlite 3M450 3M550: mũi đặc trưng ZnO tương đồng Microline  Cấu trúc ZnO tương đồng Lithosite ZnO 20 30 40 50 60 70 80 2theta Giản đồ XRD mẫu đá trân châu, 3M450, 3M550, 3M650 Ký hiệu mẫu Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu đá trân châu (a), 3M450 (b), 3M550 (c), 3M650 (d) Phần trăm khối lượng ZnO (%) • Kích thước hạt: 3M550 > 3M450 • Hàm lượng ZnO: 3M550 > 3M450  Hoạt tính: 3M450 = 3M550 3M450 3.5 • Kích thước hạt: 3M650 lớn 3M550 3.7 • Hàm lượng ZnO: 3M650 thấp 3M650 2.5  ZnO khả bám dính Kết phổ hấp thu nguyên tử AAS mẫu biến  Hoạt tính giảm thiên theo nhiệt độ nung 15 Biến thiên nồng độ kẽm tiền chất 16 KẾT QUẢ KHẢO SÁT THÀNH PHẦN PHA 5M450 Intensity (a.u.) 4M450 3M450 • Đá trân châu = Lithosite + Microline Perlite • o o o Mũi đặc trưng ZnO: 31.78 , 34.42 , 36.26 • Có tồn pha ZnO mẫu 1M450, 3M450, 4M450, 5M450 Microline Lithosite ZnO 20 30 40 50 60 70 2theta Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu: 3M450, 4M450 5M450 17 HÌNH THÁI CỦA VẬT LIỆU • Kích thước hạt: 1M450 ≈ 3M450 ≈ 4M450 ≈ 5M450 • Dạng hình cầu, hạt đa phân tán Ký hiệu mẫu Kích thước hạt ZnO (nm) 1M450 30-70 3M450 50-80 4M450 50-80 5M450 50-100 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu 1M450 (a), 3M450 (b), 3M550 (c), 3M650 (d) 18 HÀM LƯỢNG ZnO TRÊN ĐÁ TRÂN CHÂU Kết phổ hấp thu nguyên tử AAS mẫu biến thiên theo nồng độ kẽm tiền chất Ký hiệu mẫu Phần trăm khối lượng ZnO (%) 1M450 1.1 Hàm lượng ZnO: 5M450 > 4M450 > 3M450 > 1M450 3M450 3.5 4M450 5.6 5M450 6.7 Hàm lượng ZnO đá trân châu tăng tăng nồng độ kẽm tiền chất 19 KHẢO SÁT HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU Khả hấp phụ mẫu biến thiên theo nồng độ kẽm tiền chất Ký hiệu mẫu Phần trăm hấp phụ (%) 1M450 12.78 3M450 4M450 5M450 8.15 • • Mẫu 1M450 hấp phụ cao • Khi tăng nồng độ kẽm tiền chất khả hấp phụ giảm xuống • Mẫu 5M450 hấp phụ lượng nhỏ Mẫu 1M450: hàm lượng ZnO nên nhiều chỗ trống bề mặt đá trân châu  MB hấp phụ lên bề mặt đá trân châu • Mẫu 5M450: MB hấp phụ lên ZnO 20 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU Hằng số tốc độ phản ứng mẫu 1M450, 3M450, 4M450 5M450 Ký hiệu mẫu -1 Hằng số tốc độ phản ứng (h ) 1M450 0.295 3M450 0.569 4M450 0.594 5M450 0.593 Đồ thị biểu diễn ln (Co/C) theo thời gian mẫu 1M450, 3M450, 4M450 5M450 Mẫu 4M450: ZnO phủ bão hòa lên bề mặt đá Hoạt tính: 1M450 < 3M450 < 4M450 ≈ 5M450 trân châu 21 THẢO LUẬN Hằng số tốc độ phản ứng mẫu 1M450, 3M450, Kết phổ hấp thu nguyên tử AAS mẫu biến thiên theo nồng độ 4M450 5M450 kẽm tiền chất Ký hiệu mẫu Phần trăm khối lượng ZnO (%) 1M450 1.1 3M450 3.5 4M450 5.6 5M450 6.7 Ký hiệu mẫu Hằng số tốc độ phản ứng -1 (h ) 1M450 0.295 3M450 0.569 4M450 0.594 5M450 0.593 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu 1M450 (a), 3M450 (b), 3M550 (c), 3M650 (d) • Kích thước hạt không thay đổi • Hàm lượng ZnO tăng lên • Hoạt tính bão hòa: 4M450 hàm lượng ZnO mẫu 4M450 phủ lên toàn bề mặt đá trân châu nên diện tích bề mặt tiếp xúc hạt ZnO với môi trường tối đa 22 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG CỦA MẪU 4M450 Hằng số tốc độ phản ứng mẫu 4M450 Số lần sử dụng 4M450 -1 Hằng số tốc độ phản ứng (h ) Lần 0.5945 Lần 0.5732 Lần 0.5546 Đồ thị biểu diễn ln (Co/C) theo thời gian mẫu 4M450 hoạt tính mẫu có giảm sau lần tái sử dụng không đáng kể, mẫu có hoạt tính cao 23 KẾT LUẬN Đã phủ thành công ZnO lên bề mặt đá trân châu phương pháp kết tủa tiền chất kẽm oxalate 24 XIN CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE 25 ... cố định chất xúc tác quang hóa ZnO lên đá trân châu nhằm xử lý phẩm nhuộm Methylene Xanh (MB) nước NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Tổng hợp cố định ZnO lên bề mặt đá trân châu phương pháp kết tủa kẽm oxalate... lượng nhỏ Mẫu 1M450: hàm lượng ZnO nên nhiều chỗ trống bề mặt đá trân châu  MB hấp phụ lên bề mặt đá trân châu • Mẫu 5M450: MB hấp phụ lên ZnO 20 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU Hằng số tốc... • Đá trân châu có khả hấp phụ • Mẫu 3M650 hấp phụ lượng nhỏ • Mẫu 3M450 3M550 không hấp phụ MB Mẫu 3M650 hàm lượng ZnO nên nhiều chỗ trống bề mặt đá trân châu  MB hấp phụ lên bề mặt đá trân châu