Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxihyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước (tt)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC  BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SẮT OXI-HYĐROXIT (FeOOH) THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG NƢỚC Mã số: ĐH2014-TN07-07 Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Đình Vinh Thái Nguyên, 7/2017 i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC  BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SẮT OXI-HYĐROXIT (FeOOH) THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG NƢỚC Mã số: ĐH2014-TN07-07 Xác nhận tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) Thái Nguyên, 7/2017 (ký, họ tên) i DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CHÍNH ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ I Thành viên thực đề tài - TS Trƣơng Thị Thảo - Khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên - TS Bùi Minh Quý - Khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên - ThS Nguyễn Thị Ngọc Linh - Khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên II Đơn vị phối hợp thực Phòng Hóa Vô - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nƣớc Việt Nam 1.1.4 Các phƣơng pháp xử lí kim loại nặng nƣớc 1.1.4.1 Phƣơng pháp kết tủa hóa học 1.1.4.2 Phƣơng pháp trao đổi ion 1.1.4.3 Phƣơng pháp điện hóa 1.1.4.4 Phƣơng pháp sinh học 1.1.4.5 Phƣơng pháp hấp phụ 1.2 Tổng quan vật liệu α-FeOOH 1.2.1 Giới thiệu oxi-hiđroxit sắt 1.2.2 Vật liệu goethite, α-FeOOH 1.2.2.1 Giới thiệu 1.2.2.2 Cấu trúc tinh thể 1.2 2.3 Phƣơng pháp tổng hợp 1.2.2.4.Ứng dụng goethite 1.3 Cơ chế hấp phụ vật liệu FeOOH 1.3.1 Cơ sở lí thuyết 1.3.2 Sự hấp phụ vật liệu FeOOH 1.4 Ứng dụng vi sóng tổng hợp vật liệu 1.5 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng vật liệu 1.5.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X XRD 1.5.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 1.5.3 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 1.5.5 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng BET CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất thiết bị 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Thiết bị 2.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu FeOOH 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng giá trị pH 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt dộ 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng vi sóng 2.3 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng vật liệu 2.3.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét 2.3.3 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 2.3.4 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại iii 2.3.5 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt BET 2.4 Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng vật liệu goethite 2.4.1 Thí nghiệm hấp phụ 2.4.2 Xác định hàm lƣợng KLN dung dịch phƣơng pháp F-AAS 2.4.2.1 Dựng đƣờng chuẩn 2.4.2.2 Xác định hàm lƣợng KLN dung dịch sau hấp phụ CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo vật liệu α-FeOOH 3.1.1 Ảnh hƣởng pH 3.1.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ 3.1.3 Ảnh hƣởng vi sóng 3.1.4 Một số đặc trƣng vật liệu 3.1.4.1 Thông số mạng 3.1.4.2 Độ bền nhiệt 3.1.4.3 Phổ hồng ngoại FT-IR 3.1.4.4 Diện tích bề mặt 3.2 Kết nghiên cứu hấp phụ Pb Cd 3.2.1 Hấp phụ ion riêng rẽ 3.2.1.1 Ảnh hƣởng pH dung dịch 3.2.1.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc mô hình động học hấp phụ 3.2.1.3 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 3.2.2 Hấp phụ hỗn hợp ion 11 3.3 Kết nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) 11 3.3.1 Ảnh hƣởng pH dung dịch 11 3.3.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc mô hình động học hấp phụ 12 3.4.3 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 13 KẾT LUẬN 15 iv DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu hình thành giá trị pH khác Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu hình thành nhiệt độ khác Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu đƣợc tổng hợp với hỗ trợ vi sóng Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu hình thành dƣới tác động vi sóng Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu đƣợc tổng hợp với hỗ trợ vi sóng Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu geothite Hình 3.8 Phổ hồng ngoại vật liệu Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH dung dịch đến hấp phụ Pb(II) Cd(II) Hình 3.10 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến hấp phụ Pb(II) Cd(II) Hình 3.11 Đƣờng biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) Hình 3.12 Đƣờng biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) Hình 3.13 Dung lƣợng hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite với nồng độ ion Pb(II) Cd(II) ban đầu khác Hình 3.15 Đƣờng đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính cho hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite 10 Hình 3.16 Sự biến đổi dung lƣợng hấp phụ ion kim loại goethite nồng độ Cd(II) ban đầu khác 11 Hình 3.17 Độ hấp phụ Cr(VI) goethite giá trị pH khác 12 Hình 3.18 Độ hấp phụ Cr(VI) goethite khoảng thời gian khác 12 Hình 3.19 Đƣờng biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Cr(VI) 12 Hình 3.20 Đƣờng biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Cr(VI) 13 Hình 3.21 Sự phụ thuộc độ hấp phụ dung lƣợng hấp phụ Cr(VI) vào nồng độ Cr(VI) ban đầu 13 Hình 3.22 Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính cho hấp phụ Cr(VI) goethite 14 Hình 3.23 Đƣờng đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính cho hấp phụ Cr(VI) goethite 14 v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kết BET mẫu goehtie Bảng 3.2 Các thông số động học mô hình bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Bảng 3.3 Các thông số phƣờng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freunlich hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite 10 Bảng 3.4 Các thông số động học mô hình bậc hấp phụ Cr(VI) goethite 13 Bảng 3.5 Các thông số phƣờng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freunlich hấp phụ Cr(VI) goethite 14 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT XRD (X-Ray Diffraction) TGA (Thermal Gravimetric Analysis) DTA (Differential Thermal Analysis) SEM (Scanning Electron Microscopy) TEM (Transmission Electron Microscopy) AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Nhiễu xạ tia X Phân tích nhiệt trọng lƣợng Phân tích nhiệt vi sai Hiển vi điện tử quét Hiển vi điện tử truyền qua Phổ hấp thụ nguyên tử Phổ hồng ngoại vii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxi-hyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trƣờng nƣớc - Mã số: ĐH2014 - TN07 - 07 - Chủ nhiệm: TS Nguyễn Đình Vinh - Tổ chức chủ trì: Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên - Thời gian thực hiện: 01/2014 - 12/2015 Mục tiêu: - Xác định đƣợc điều kiện tối ƣu để tổng hợp oxi-hydroxit sắt với kích thƣớc nanomet - Khảo sát đƣợc đặc trƣng sản phẩm tổng hợp đƣợc phƣơng pháp đại - Xác định đƣợc hiệu hấp phụ kim loại nặng vật liệu Tính mới, tính sáng tạo: - Nghiên cứu ứng dụng vi sóng tổng hợp vật liệu nano FeOOH - Đánh giá khả hấp thụ số kim loại nặng vật liệu tổng hợp đƣợc Kết nghiên cứu: - Khảo sát đƣợc yếu tố nhƣ pH, nhiệt độ vi sóng ảnh hƣởng đến trình tổng hợp vật liệu FeOOH - Phân tích đặc trƣng vật liệu phƣơng pháp đại - Đánh giá khả hấp phụ số kim loại nặng nhƣ Pb, Cd, Cr vật liệu chế tạo đƣợc Sản phẩm: 5.1 Sản phẩm khoa học: Có 02 báo đăng tạp chí Khoa học Nguyễn Đình Vinh, Ngô Thị Hồng Thu, Đào Quốc Hƣơng, Nguyễn Thị Hạnh (2015), “Nghiên cứu ảnh hƣởng giá trị pH nhiệt độ đến hình thành goethite”, Tạp chí Hóa học, 53(3e12), tr 365-369 viii Nguyen V D., Kynicky J., Ambrozova P., Adam V (2017), “Microwave-Assisted Synthesis of Goethite Nanoparticles Used for Removal of Cr (VI) from Aqueous Solution”, Materials 10(7), pp 783 5.2 Sản phẩm đào tạo: * 03 đề tài sinh viên NCKH nghiệm thu: Ngô Thị Hồng Thu (2015), Thiết kế quy trình xử lý số kim loại nặng nước, Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên Lự Thị Nga (2015), Thiết kế quy trình xử lý số chất hoạt động bề mặt nước, Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên Phan Thị Huệ (2016), Tổng hợp vật liệu nano goethite với hỗ trợ vi sóng, thử nghiệm hấp thụ ion Cr(VI) nước, Đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên * 01 luận văn thạc sĩ nghiệm thu Phạm Thị Phƣơng Thảo (2017), Ngiên cứu đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu goethite ứng dụng xử lý số kim loại nặng, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên Phƣơng thức chuyển giao, địa ứng dụng, tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu: - Khả áp dụng: Ứng dụng xử lý kim loại nặng nƣớc - Phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu: Có thể cung cấp vật liệu quy trình xử lý cho cá nhân tổ chức Ngày tháng 07 năm 2017 Tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) TS Nguyễn Đình Vinh 1.1.4.1 Phương pháp kết tủa hóa học 1.1.4.2 Phương pháp trao đổi ion 1.1.4.3 Phương pháp điện hóa 1.1.4.4 Phương pháp sinh học 1.1.4.5 Phương pháp hấp phụ 1.2 Tổng quan vật liệu α-FeOOH 1.2.1 Giới thiệu oxi-hiđroxit sắt 1.2.2 Vật liệu goethite, α-FeOOH 1.2.2.1 Giới thiệu 1.2.2.2 Cấu trúc tinh thể 1.2 2.3 Phương pháp tổng hợp 1.2.2.4.Ứng dụng goethite 1.3 Cơ chế hấp phụ vật liệu FeOOH 1.3.1 Cơ sở lí thuyết 1.3.2 Sự hấp phụ vật liệu FeOOH 1.4 Ứng dụng vi sóng tổng hợp vật liệu 1.5 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng vật liệu 1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X XRD 1.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 1.5.3 Phương pháp phân tích nhiệt 1.5.4 Phổ hồng ngoại 1.5.5 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất thiết bị 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Thiết bị 2.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu FeOOH 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng giá trị pH Chuân bị cốc chịu nhiệt cho vào cốc 100 ml dung dịch Fe(NO3)3 0.1 M Tiếp theo, dung dịch đƣợc điều chỉnh đến giá trị pH 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0 14.0 đồng thời đƣợc khấy liên tục Sau hỗn hợp đƣợc gia nhiêt nhiệt độ 70oC vòng 24 h Kết tủa hình thành đƣợc lọc rửa lại lần nƣớc cất sấy 70oC 24 h 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt dộ Chuân bị cốc chịu nhiệt cho vào cốc 100 ml dung dịch Fe(NO3)3 0.1 M Sau dung dịch đƣợc điều chỉnh đến giá trị pH 12.0 đồng thời đƣợc khấy liên tục Tiếp theo, hỗn hợp đƣợc gia nhiêt nhiệt độ 30, 50, 70 90oC vòng 24 h Kết tủa hình thành đƣợc lọc rửa lại lần hỗn hợp cồn-nƣớc (tỉ lệ 1:1 thể tích) đƣợc sấy 70oC 24 h 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng vi sóng Chuẩn bị cốc chịu nhiệt cho vào 100 ml dung dịch Fe(NO3)3 0,1 M điều chỉnh pH đến giá trị 12.0 cách nhỏ từ từ dung dịch NaOH 1M vào, đồng thời đƣợc khấy liên tục 30 phút Sau đó, hỗn hợp đƣợc đặt vào vi sóng với công suất 100oC thời gian lần lƣợt 10, 20 30 phút Hỗn hợp hình thành sau phản ứng đƣợc để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đem lọc rửa sản phẩm lần hỗn hợp cồn-nƣớc (tỉ lệ 1:1 thể tích) Cuối cùng, sản phẩm đƣợc sấy khô nghiền nhỏ 2.3 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt 2.3.4 Phương pháp phổ hồng ngoại 2.3.5 Phương pháp đo diện tích bề mặt BET 2.4 Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng vật liệu goethite 2.4.1 Thí nghiệm hấp phụ 2.4.2 Xác định hàm lượng KLN dung dịch phương pháp F-AAS 2.4.2.1 Dựng đường chuẩn 2.4.2.2 Xác định hàm lượng KLN dung dịch sau hấp phụ CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo vật liệu α-FeOOH 3.1.1 Ảnh hưởng pH Để nghiên ảnh hƣởng giá trị pH đến hình thành geothite mẫu đƣợc tổng hợp 70 C, giá trị pH lần lƣợt 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 14,0 Giản đồ XRD mẫu đƣợc đƣa Hình 3.1 o Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu hình thành giá trị pH khác Có thể kết luận giá trị pH có ảnh hƣởng đáng kể đến hình thành pha nhƣ độ tinh khiết goethite pH thích hợp cho việc tổng hợp đơn pha geothite nằm khoảng từ 12,0 đến 14,0 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ Để nghiên ảnh hƣởng nhiệt độ đến hình thành geothite, mẫu đƣợc tổng hợp giá trị pH 12,0 nhiệt độ phản ứng đƣợc thay đổi lần lƣợt 30, 50, 70 90oC Giản đồ XRD mẫu đƣợc đƣa Hình 3.2 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu hình thành nhiệt độ khác Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu hình thành nhiệt độ khác Qua kết kết luận điều kiện thích hợp cho trình tổng hợp vật liệu geothite từ muối Fe(NO3)3 phản ứng đƣợc thực môi trƣờng kiềm mạnh, pH nằm khoảng từ 12,0 đến 14,0 Nhiệt độ phản ứng không ảnh hƣởng đến hình thành pha geothite 3.1.3 Ảnh hưởng vi sóng Để nghiên cứu ảnh hƣởng vi sóng mẫu đƣợc tổng hợp pH 12.0, thời gian phản ứng đƣợc thay đổi từ đến 30 phút Giản đồ XRD mẫu đƣợc đƣa hình 3.4 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu tổng hợp với hỗ trợ vi sóng 5 mi n 20 mi n 10 mi n 30 mi n Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu hình thành tác động vi sóng Các kết cho thấy vật liệu goethite với kích thƣớc nano đƣợc tổng hợp từ dung dịch Fe(NO3)3 pH 12.0 dƣới tác dụng vi sóng 10 phút 3.1.4 Một số đặc trưng vật liệu 3.1.4.1 Thông số mạng Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau u pH=12 50 Để xác định cấu trúc mạng tinh thể sản phẩm goethite, mẫu hình thành điều kiện vi sóng đƣợc ghi giản đồ XRD với góc 2θ từ 20 đến 70o tốc độ quét 0.02o/0.8s Kết đƣợc đƣa Hình 3.6 40 Lin (Cps) 30 d=1.394 d=1.511 d=1.564 d=1.653 d=1.722 d=1.692 d=1.800 d=1.921 d=2.253 d=2.183 10 d=2.586 d=2.538 d=2.491 d=2.683 d=4.204 d=2.451 20 0 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale F ile : Vi nh VH m au u p H = 2.ra w - T y p e: Lo c k e d C o u ple d - Sta rt: 20 00 ° - En d: 0.0 00 ° - S tep : 0.0 20 ° - Ste p tim e: s - T e m p : 25 ° C (R o om ) - T i m e Sta rte d: s - 2-T he ta: 0.0 00 ° - T he ta: 0.0 00 ° - C h i 01 -0 81 -0 64 (C ) - Go e th ite , s yn - F e O (O H ) - Y : 12 % - d x b y : - W L : 54 - O rth o rho m b ic - a 48 - b 9 95 - c 02 00 - al ph a 0 0 - b eta 90 00 - ga m m a 0.0 00 - P rim itiv e - P bn m ( 62 ) - Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu tổng hợp với hỗ trợ vi sóng Dữ liệu XRD cho thấy, goethite kết tinh theo kiểu trực thoi (orthorhombic) với số mạng : a = 4.60 Å; b = 9.95 Å; c = 3.02 Å, α = β = γ = 90o Tinh thể thuộc nhóm đối xứng C2-Pbnm Khoảng cách họ mặt mạng (101), (301), (210) (111) lần lƣợt 4.20, 2.68, 2.58 2.45 Å 3.1.4.2 Độ bền nhiệt Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu geothite đƣợc đƣa Hình Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu geothite Nhƣ tổng độ giảm khối lƣợng cuả mẫu đƣợc gia nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 800oC 9.99 % nên suy phƣơng trình phân hủy geothite là: 2FeOOH  Fe2O3 + H2O Từ độ giảm khối lƣợng 9,99 % sát với tính toán theo lý thuyết l0,11 % nên kết luận vật liệu geothite tổng hợp đƣợc có độ tinh khiết cao 3.1.4.3 Phổ hồng ngoại FT-IR Phổ FT-IR mẫu geothite đƣợc trình bày Hình 3.7 Trên phổ hồng ngoại xuất cực đại hấp thụ nằm khoảng từ 3000 đến 3700 cm-1 gán cho dao động kéo dài nhóm Hình 3.8 Phổ hồng ngoại vật liệu Qua kết phân tích FT-IR thấy vật liệu pha geothite với liên kết đặc trƣng cho pha Ngoài ra, phân tử nƣớc tồn bề mặt vật liệu 3.1.4.4 Diện tích bề mặt Diện tích bề mặt goethite đƣợc xác định bằn phƣơng pháp BET dựa hấp phụ giải hấp phụ N2 nhiệt dộ 77.35 K đƣợc đƣa Bảng 3.1 Kết cho thấy sản phẩm goethite đƣợc tổng hợp với hỗ trợ vi sóng có diện tích bề mặt BET lớn, 158 m2/g, giá trị goethite tổng hợp theo phƣơng pháp truyền thống nằm khoảng từ 30 đến 100 m2/g [27] Ngoài ra, thể tích vi mao quản vật liệu 0.07 cm3/g, lớn so với vật liệu hình thành điều kiện mặt vi sóng [28, 33] Kết lần cho thấy ƣu điểm việc ứng dụng vi sóng tổng hợp vật liệu nano goethite Bảng 3.1 Kết BET mẫu goehtie Diện tích bề mặt đơn điểm 141.92 m2/g Diện tích bề mặt BET 158.31 m2/g Diện tích vi mao quản 78.27 m2/g Diện tích bề mặt 80.04 m2/g Thể tích vi mao quản 0.07 cm3/g Kích thƣớc trung bình vi mao quản 0.30 nm 3.2 Kết nghiên cứu hấp phụ Pb Cd 3.2.1 Hấp phụ ion riêng rẽ 3.2.1.1 Ảnh hưởng pH dung dịch Để nghiên cứu ảnh hƣởng pH dung dịch đến hấp phụ riêng rẽ ion Pb2+ Cd2+ goethite, thí nghiệm đƣợc tiến hành điều liện 298 K, nồng độ ban đầu ion kim loại 100 mg/L, lƣợng chất hấp phụ 1.5 g/L, thời gian hấp phụ 180 phút pH dung dịch đƣợc thay đổi từ 2.5 đến 6.0 Kết đƣợc trình bày Hình 3.9 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ Pb(II) Cd(II) Qua kết kết luận pH thích hợp cho trình hấp phụ cation Pb(II) Cd(II) khoảng 5.5 đến 6.5 Giá trị pH 5.5 đƣợc lựa chọn cho thí nghiệm 3.2.1.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc mô hình động học hấp phụ Để xác định thời gian hấp phụ tối ƣu, thí nghiệm đƣợc tiến hành với điều kiện: nồng độ ion kim loại 100 mg/L, lƣợng chất hấp phụ 1.5 g/L, pH dung dịch 5.5 thời gian tiếp xúc đƣợc thay đổi từ 30 phút đến 240 phút Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hấp phụ Pb(II) Cd(II) Từ liệu ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến hấp phụ Pb(II) Cd(II), mô hình động học trình hấp phụ đƣợc nghiên cứu dựa mô hình hấp phụ bậc bậc Đƣờng biểu diễn mô hình động học bậc bậc trình hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite đƣợc đƣa Hình 3.11 3.12 Bảng 3.2 thể thông số hai mô hình hấp phụ đƣợc tính toán dựa vào đƣờng Hình 3.11 Đường biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) Hình 3.12 Đường biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) Bảng 3.2 Các thông số động học mô hình bậc hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Mô hình động học Pb(II) Cd(II) Qe (mg/g) K1.10-2 (phút-1) R2 Qe (mg/g) K1.10-2 (phút-1) R2 37.792 2.072 0.9163 45.9198 2.947 0.952 Bậc Q(thực nghiệm)= 61.633 mg/g Bậc K2.10-3 Qe (mg/g) (g.mg-1.phút-1) 60.240 1.397 Q(thực nghiệm) = 52.34 mg/g K2.10-3 R Qe (mg/g) (g.mg-1.phút-1) 0.9974 73.529 0.365 R2 0.925 Qua kết kết luận hấp phụ Pb(II) đạt đến trạng thái cân sau 120 phút tuân theo mô hình động học bậc Sự hấp phụ Cd(II) đạt đến trạng thái cân sau 90 phút thuận lợi theo mô hình động học bậc 3.2.1.3 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đường đẳng nhiệt hấp phụ Để nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite, thí nghiệm đƣợc tiến hành giá trị pH 5.5 với thời gian tiếp xúc 120 phút Nồng độ ban đầu Pb(II) Cd(II) đƣợc thay đổi từ 10 đến 300 mg/L Kết (Hình 3.13) cho thấy vùng nồng độ từ 10 đến 100 mg/g dung lƣợng hấp phụ ion tăng nhanh Sau đó, dung lƣợng hấp phụ Pb(II) tiếp tục tăng nhƣng với tốc độ nhỏ nồng độ đạt 200 mg/L giá trị biến đổi Dung lƣợng hấp phụ Cd(II) tăng nồng độ ban đầu đạt 100 mg/L Hình 3.13 Dung lượng hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite với nồng độ ion Pb(II) Cd(II) ban đầu khác Các liệu tƣơng quan dung lƣợng hấp phụ nồng độ ban đầu ion đƣợc áp dụng vào phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir Freunlich dạng tuyến tính để xác định mô hình phù 10 hợp trình hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Các kết đƣợc đƣa Hình 3.14, 3.15 Bảng 3.3 Hình 3.14 Đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính cho hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính cho hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Bảng 3.3 Các thông số phường trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freunlich hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite Hấp phụ Pb(II) Mô hình Langmuir Hấp phụ Cd(II) Qm (mg/g) KL R2 Qm (mg/g) KL R2 111.111 0.1669 0.999 76.923 0.116 0.995 RL = 0.0195 RL = 0.0279 n KF R2 n KF R2 2.283 17.354 0.927 2.670 13.010 0.940 Frenundlich 11 Giá trị RL tính toán theo mô hình Langmuir hấp phụ Pb(II) Cd(II) nằm khoảng 0÷1 giá trị n tính toán theo mô hình Freunlich nằm khoảng 1÷10 chứng tỏ trình hấp phụ hai ion goethite thuận lợi Hệ số tƣơng quan R2 tính toán theo hai mô hình hấp phụ hai ion lớn 0.9, cho thấy trình hấp phụ phù hợp với mô hình Langmuir Freulich Tuy nhiên, giá trị R2 tính toán theo mô hình Langmuir lớn theo mô hình Freundlich, kết luận hấp phụ Pb(II) Cd(II) goethite phù hợp với mô hình Langmuir Giá trị Qm tính toán theo mô hình Langmuir Pb(II) Cd(II) lần lƣợt 111.111 76.923 mg/g Các giá trị cao so với số liệu công trình công bố [1, 4, 5], cho thấy vật liệu goethite đƣợc tổng hợp với hỗ trợ vi sóng có với diện tích bề mặt lớn nên khả hấp phụ ion kim loại nặng cao 3.2.2 Hấp phụ hỗn hợp ion Việc nghiên cứu hấp phụ hỗn hợp ion phức tạp bị chi phối tƣơng tác ion với bề mặt chất hấp phụ, có tƣơng tác ion với Trong nghiên cứu này, để nghiên cứu hấp phụ đồng thời hai ion dung dịch, thí nghiệm đƣợc tiến hành pH 5.5 với thời gian hấp phụ 120 phút nồng độ Pb(II) đƣợc giữ 200 mg/L Cd(II) đƣợc thay đổi từ 10 đến 130 mg/L Kết thể biến đổi dung lƣợng hấp phụ ion vào nồng độ ban đầu Cd(II) đƣợc đƣa hình 3.16 Hình 3.16 Sự biến đổi dung lượng hấp phụ ion kim loại goethite nồng độ Cd(II) ban đầu khác Nhƣ vậy, ảnh hƣởng lẫn ion trình hấp phụ không thực rõ ràng Với dung lƣợng hấp phụ bão hòa khoảng 155 mg/g, vật liệu goethite cho thấy có nhiều khả áp dụng việc xử lý nƣớc chứa hai kim loại Tuy vậy, cần phải có nghiên cứu sâu nhƣ ảnh hƣởng anion, chất hữu cơ, cation hấp phụ hai kim loại Tuy nhiên, thời gian điều kiện hạn chế nên nội dung đề tài chƣa thể nghiên cứu hết vấn đề 3.3 Kết nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) 3.3.1 Ảnh hưởng pH dung dịch Để tìm pH tối ƣu cho trình hấp phụ Cr(VI) goethite, thí nghiệm đƣợc thực pH khác nhau, từ 2.5 đến 6.0 với nồng độ Cr(VI) 80 µM 10 h Kết đƣợc đƣa Hình 3.21 12 Hình 3.17 Độ hấp phụ Cr(VI) goethite giá trị pH khác Nhƣ giá trị pH tối ƣu cho hấp phụ Cr(VI) goethite 4.0 đƣợc lựa chọn cho thí nghiệm 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc mô hình động học hấp phụ Để xác định thời gia tối ƣu cho hấp phụ Cr(VI) goethite, thí nghiệm đƣợc tiến hành pH 4.0, nồng độ Cr(VI) 80 µM thời gian hấp phụ đƣợc thay đổi từ 30 đến 720 phút Kết đƣợc đƣa Hình 3.22 Hình 3.18 Độ hấp phụ Cr(VI) goethite khoảng thời gian khác Để xây dựng mô hình động học phù hợp, liệu ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đƣợc áp dụng vào phƣơng trình động học bâc bâc Kết đƣợc đƣa Hình 3.19, 3.20 Bảng 3.4 Hình 3.19 Đường biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Cr(VI) 13 Hình 3.20 Đường biểu diễn mô hình động học bậc hấp phụ Cr(VI) Bảng 3.4 Các thông số động học mô hình bậc hấp phụ Cr(VI) goethite Mô hình bậc Mô hình bậc Q (thực nghiệm) -3 -5 K1.10 Qe K2.10 Qe R2 R2 -1 -1 -1 (phút ) (µmol/g) (g.mg phút ) (µmol/g) 38.328 μmol/g 8.982 46.633 0.877 3.630 41.667 0.992 Có thể thấy hệ số tƣơng quan R2 tính toán từ mô hình bậc lớn so với từ mô hình bậc 1và giá trị Qe thu đƣợc theo mô hình bậc gần với giá trị thực nghiệm so với theo mô hình bậc Kết chứng tỏ hấp phụ Cr(VI) goethite tuân theo mô hình động học hấp phụ bậc 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đường đẳng nhiệt hấp phụ Để nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến trình hấp phụ Cr(VI) goethite, thí nghiệm đƣợc tiến hành pH 4.0 với thời gian tiếp xúc 540 phút Nồng độ ban đầu Cr(VI) đƣợc thay đổi từ 10 đến 150 µM Hình 3.25 thể phụ thuộc độ hấp phụ dung lƣợng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Cr(VI) Hình 3.21 Sự phụ thuộc độ hấp phụ dung lượng hấp phụ Cr(VI) vào nồng độ Cr(VI) ban đầu Số liệu từ việc nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đƣợc áp dụng vào phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir Freunlich dạng tuyến tính, để thiết lập mô hình phù hợp cho trình hấp phụ Cr(VI) goethite Kết đƣợc đƣa Hình 3.22, 3.23 Bảng 3.5 14 Hình 3.22 Đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính cho hấp phụ Cr(VI) goethite Hình 3.23 Đường đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính cho hấp phụ Cr(VI) goethite Bảng 3.5 Các thông số phường trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freunlich hấp phụ Cr(VI) goethite Mô hình Langmuir Mô hình Freunlich Qm (mg/g) KL R2 RL KF n R2 169.49 0.231 0.998 0.012 28.740 2.100 0.906 Giá trị RL tính toán theo mô hình Langmuir hấp phụ Cr(VI) 0.012, nằm khoảng 0÷1 giá trị n tính toán theo mô hình Freunlich 2.10 nằm khoảng 1÷10 chứng tỏ trình hấp phụ ion goethite thuận lợi Hệ số tƣơng quan R2 tính toán theo hai mô hình hấp phụ hai ion lớn 0.9, cho thấy trình hấp phụ phù hợp với mô hình Langmuir Freulich Tuy nhiên, giá trị R2 tính toán theo mô hình Langmuir lớn theo mô hình Freundlich, kết luận hấp phụ Cr(VI) goethite phù hợp với mô hình Langmuir Giá trị Qm tính toán theo mô hình Langmuir 169.49 mg/g Các giá trị cao so với số liệu công trình công bố, cho thấy vật liệu goethite đƣợc tổng hợp với hỗ trợ vi sóng có với diện tích bề mặt lớn nên khả hấp phụ Cr(VI) với dung lƣợng cao 15 KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu rút số kết luận đề tài nhƣ sau: Đã khảo sát đƣợc ảnh hƣởng nhiệt độ, pH dung dịch vi sóng đến trình điều chế goethite từ dung dịch Fe(NO3)3 với tác nhân kiềm NaOH Kết cho thấy pH thích hợp cho hình thành goethite 12.0 đến 14.0 nhiệt độ ảnh hƣởng không đáng kể đến trình tổng hợp goethite đơn pha Đã khảo sát đƣợc ảnh hƣởng vi sóng đến hình thành goethite Với hỗ trợ vi sóng, goethite đƣợc tổng hợp thời gian ngắn 10 phút Sản phẩm thu đƣợc có kích thƣớc hình dạng đồng Đã nghiên cứu đặc trƣng vật liệu phƣơng pháp XRD, FT-IR, SEM, TGA-DTA Hạt goethite hình thành dƣới tác dụng vi sóng có dạng hình trụ với đƣờng kính từ 30 đến 60 nm chiều dài từ 200 đến 350 nm Sản phẩm thu đƣợc có diện tích bề mặt lớn, 158 m2/g Đã nghiên cứu hấp phụ ion Pb(II), Cd(VI) Cr(VI) vật liệu goethite thu đƣợc phƣơng pháp vi sóng Kết cho thấy hấp phụ Pb(II) Cd(II) đạt đến giá trị cực đại pH 5.5 sau lần lƣợt 120 90 phút Dung lƣợng hấp phụ cạc đại Pb(II), Cd(II) hỗn hợp ion lần lƣợt 111.1, 76.9 155 mg/g Sự hấp phụ Cr(VI) goethite đạt cực đại pH 4.0 sau 540 phút với dung lƣợng hấp phụ cực đại 169.4 mg/g Sự hấp phụ Pb(II) Cr(VI) tuân theo mô hình động học bậc 2, Cd(II) tuân theo mô hình bậc Quá trình hấp phụ kim loại đề phù hợp với đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ... nƣớc, phù hợp với xu hƣớng nghiên cứu nhà khoa học nƣớc Do việc lựa chọn đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxi-hyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trường nước có nhiều ý nghĩa khoa... TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sắt oxi-hyđroxit (FeOOH) thử nghiệm xử lý môi trƣờng nƣớc - Mã số: ĐH2014 - TN07... BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU SẮT OXI-HYĐROXIT (FeOOH) THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG NƢỚC Mã số: ĐH2014-TN07-07 Xác nhận tổ chức chủ trì