khảo sát các điều kiện để tổng hợp nano sắt từ fe3o4 dùng để hấp phụ Cr(VI) trong nước

khảo sát các điều kiện để tổng hợp nano sắt từ fe3o4 dùng để hấp phụ Cr(VI) trong nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LÊ THỊ HỒNG ÁNH BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI GVHD: SVTH: Lớp: MSSV: TP HỒ CHÍ MINH, NĂM LỜI CẢM ƠN  LỜI CAM ĐOAN NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG 10 LỜI MỞ ĐẦU 10 35 Hình 7.11 đường chuẩn dung dịch K2CrO4 Kết luận: từ kết thu ta tiến hành vẽ đường chuẩn với độ tương quan R = 0.9999 đường thẳng có phương trình Y = 0.0079X + 0.1313 Dựa vào đường chuẩn ta dễ dàng xác định nồng độ dung dịch K2CrO4 khoảng đường chuẩn 7.2.3 hấp phụ Cr(VI) nước mẫu nano sắt từ với liều nhau(5g/L) Chuẩn bị bình định mức 50ml sau: Bình 1: cân 0.25g mẫu M1 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 2: cân 0.25g mẫu M3 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 3: cân 0.25g mẫu M4 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 4: cân 0.25g mẫu M6 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 5: cân 0.25g mẫu M8 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 6: cân 0.25g mẫu M9 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 7: cân 0.25g mẫu M10 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Sau tiến hành đo hấp thụ ánh sáng(Abs) thiết bị đo UV-Vis mốc thời gian phút, 10 35 36 phút, 15 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 60 phút, 90 phút 1200 phút ta kết bảng 7.3 sau: Bảng 7.2 tốc độ hấp phụ Cr(VI) mẫu Phú t 10 15 20 30 40 60 90 1200 0.851 0.651 0.593 0.58 0.579 0.57 0.545 0.539 0.497 91.10 8.898 0.623 65.78 34.21 0.527 58.44 41.55 0.489 56.79 43.20 0.452 56.67 43.32 0.431 55.53 44.46 0.425 52.36 47.63 0.402 51.60 48.39 0.387 46.29 53.70 0.334 62.24 37.75 0.84 50.08 49.91 0.806 45.27 54.72 0.748 40.59 59.40 0.705 37.93 62.06 0.681 37.17 62.82 0.645 34.26 65.73 0.61 32.36 67.63 0.573 25.65 74.34 0.528 89.70 10.29 0.828 85.40 14.59 0.715 78.06 21.93 0.66 72.62 27.37 0.585 69.58 30.41 0.57 65.02 34.97 0.54 60.59 39.40 0.518 55.91 44.08 0.471 50.21 49.78 0.426 88.18 11.81 0.821 73.88 26.11 0.533 66.92 33.07 0.394 57.43 42.56 0.355 55.53 44.46 0.348 51.73 48.26 0.34 48.94 51.05 0.339 43 57 0.312 37.30 62.69 0.301 87.30 12.69 0.786 50.84 49.15 0.855 33.25 66.74 0.753 28.31 71.68 0.674 27.43 72.56 0.62 26.41 73.58 0.605 26.29 73.70 0.606 22.87 77.12 0.584 21.48 78.51 0.557 82.87 17.12 0.776 91.60 8.392 0.749 78.69 21.30 0.72 68.69 31.30 0.702 61.86 38.13 0.666 59.96 40.03 0.622 60.08 39.91 0.553 57.30 42.69 0.521 53.88 46.11 0.475 81.60 18.39 78.18 21.81 74.51 25.48 72.24 27.75 67.68 32.31 62.11 37.88 53.37 46.62 49.32 43.5 50.67 56.49 Mẫu M1 M3 M4 M6 M8 M9 M 10 Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Abs Pp m %hp Dựa vào bảng số liệu 7.3 ta sử dụng excel vẽ đường biểu đổ thể tốc độ khả hấp phụ mẫu theo hình 7.3 sau: 36 37 Hình 7.12 tốc độ hấp phụ Cr(VI) mẫu Kết luận: Tốc độ hấp phụ Cr(VI) nước nano săt từ diễn nhanh khoảng 30 phút mẫu gần đạt đển điểm tương đương, tiếp tục tiến hành cho hấp phụ tới 1200 phút khả hấp phụ tăng thêm không đáng kể ta thấy mẫu M8 có khả hấp phụ tốt với liều lượng 5g/L, qua 1200 phút mẫu M8 hấp phụ 78.51% lượng Cr(VI) nước Vậy nên mẫu M8 chọn để tiếp tục làm thí nghiệm hấp phụ tái sinh 7.2.4 Hấp phụ Cr(VI) nước mẫu M8 với liều khác Chuẩn bị bình định mức 50ml sau: Bình 1: cân 0.25g mẫu M8 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 2: cân 0.5g mẫu M8 + 5ml dung dịch K2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Bình 3: cân 0.75g mẫu M8 + 5ml dung dịch K 2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml Sau tiến hành đo hấp thụ ánh sáng(Abs) thiết bị đo UV-Vis mốc thời gian phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 60 phút, 90 phút 1200 phút ta kết bảng 7.4 sau: 37 38 Bảng 7.3 tốc độ hấp phụ Cr(VI) nước mẫu M8 Phút Mẫu M8 5g/L M8 10g/L M8 15g/L Abs Pp m %h p Abs Pp m %h p Abs Pp m %h p 10 15 20 30 40 60 90 1200 0.821 0.533 0.394 0.355 0.348 0.34 0.339 0.312 0.301 87.30 50.84 33.25 28.31 27.43 26.41 26.29 22.87 21.48 12.69 0.706 49.15 0.463 66.74 0.382 71.68 0.347 72.56 0.342 73.58 0.328 73.70 0.318 77.12 0.31 78.51 0.275 72.74 41.98 31.73 27.30 26.67 24.89 23.63 22.62 18.18 27.25 0.661 58.01 0.392 68.26 0.349 72.69 0.322 73.32 0.305 75.10 0.294 76.36 0.276 77.37 0.268 81.81 0.181 67.05 33 27.55 24.13 21.98 20.59 18.31 17.30 6.291 32.94 67 72.44 75.86 78.01 79.40 81.68 82.69 93.70 Dựa vào bảng số liệu 7.4 ta sử dụng excel vẽ đường biểu đổ thể tốc độ khả hấp phụ mẫu theo hình 7.4 sau: Hình 7.13 tốc độ hấp phụ Cr(VI) mẫu M8 Kết luận: ta tăng liều hấp phụ từ g/L tới 15g/L tốc độ hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên nhiều từ 78.51% lên tới 93.7% khó hấp phụ tồn Cr(VI) nước 38 39 7.3 Tái sinh nano sắt từ tái hấp phụ Chuẩn bị bình định mức 50ml sau: cân 0.75g mẫu M8 + 5ml dung dịch K2CrO4 1000ppm + giọt axit HCl 1:2 định mức tới 50ml để hấp phụ 1200 phút, tiến hành đo khả hấp thụ ánh sáng(Abs) bước sóng 347nm Sau ta tiến hành giải hấp cách ngâm nano sắt từ dung dịch NaOH 0.01N vòng tiếng, rửa lại nước khử Oxy đến trung hòa tiếp tục tiến hành hấp phụ Cr(VI) nước thêm lần với thao tác tương tự Và ta thu kết sau: Bảng 7.4 kết hấp phụ tái sinh mẫu M8 Lần Lần Lần Abs 0.181 0.201 0.194 Nồng độ(ppm) 6.29 8.82 7.93 % hấp phụ 93.70 91.17 92.06 Dựa vào bảng số liệu 7.5 sử dụng excel vẽ biểu đồ cột để so sánh khả hấp phụ qua lần tái sinh qua hình 7.6: Hình 7.14 hiệu suất hấp phụ M8 15g/L Kết luận: qua lần tái sinh khả hấp phụ Cr(VI) nước vật liệu không bị thay đổi bị giảm khơng đáng kể từ 93.70% xuống 92.06, nên vật liệu nano sắt từ tái sinh tái sử dụng nhiều lần mà giữ khả hấp phụ 39 40 7.4 kết chụp XRD Hình 7.15 so sánh giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M7,M8,M10 Qua giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ta thấy đỉnh đặc trưng cấu trúc magnetit số Miller: 202, 311, 400, 511, 404 quan sát thấy mẫu đỉnh nhiễu xạ phù hợp với liệu chứng minh hạt nano thu có cấu trúc magnetit spine đảo Độ rộng pick nhiễu xạ cho thấy tính chất tinh thể nano mẫu bột tổng hợp Kích thương tinh thể đánh giá từ liệu XRD cách dùng cơng thức Debye-Scherrer: Trong đó: d: độ dày tinh thể k: số Debye-Scherrer(0.89) λ: bước sóng X-ray (1.5406) : độ rộng pick nhiễu xạ phần hai chiều cao(FWHM) : góc nhiễu xạ 40 41 Hình 7.16 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M1 Bảng 7.5 số liệu XRD mẫu M1 hkl theta FWHM Size(nm) 202 29.97 0.779 1.821 311 35.32 0.720 1.996 400 42.83 0.885 1.663 41 511 57.01 0.803 1.943 404 62.8 1.100 1.461 42 Hình 7.9: giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M8 Bảng 7.6 số liệu XRD mẫu M8 hkl theta FWHM Size(nm) 202 30.25 0.204 6.955 311 35.24 0.669 2.150 42 400 42.94 0.243 6.055 404 62.28 0.243 6.584 43 Hình 7.17 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M10 Bảng 7.7 số liệu XRD mẫu M10 hkl theta FWHM Size(nm) 202 30.47 0.304 4.673 311 35.25 0.557 2.580 43 400 42.97 0.173 8.522 404 62.55 0.748 2.143 44 Hình 7.18 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M7 Bảng 7.8 số liệu XRD mẫu M7 hkl 202 311 400 511 404 theta 29.19 34.9 42.46 56.39 62 FWHM 0.304 0.669 0.182 0.182 0.304 Size(nm) 4.659 2.148 8.060 8.524 5.260 Kết luận: Qua giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ta thấy đỉnh đặc trưng cấu trúc magnetit số Miller: 202, 311, 400, 511, 404 quan sát thấy mẫu đỉnh nhiễu xạ phù hợp với liệu chứng minh hạt nano thu có cấu trúc magnetit spine đảo hạt nano có kích thược hạt trung bình khác có kích thước hạt nano (M1:1.78nm, M8:5.44nm, M10:4.48nm, M7:5.73nm) kích thước hạt tính số hkl có kích thước khác chứng tỏ hạt khơng phải hình cầu hồn hảo 44 45 7.4: kết chụp BET Hình 7.19 đường giải hấp hấp phụ N2 mẫu M8 Hình 7.20 Đường phân bố kích thước mao quản theo BJH M8 Đường hấp phụ giải hấp cho ta thấy vật liệu thuộc dạng IV theo phân loại IUPAC đặc trưng cho loại vật liệu có kích thước mao quản trung bình Dạng đường cong trễ theo phân loại H1 hạt hình cầu xếp cách thống nhất, có mao quản hình trụ Đường cong hấp phụ giải hấp đẳng nhiệt M8 bắt đầu ngưng tụ áp suất tương đối P/P khoảng 0.5 vật liệu có kích thước mao quản trung bình ( đường kính trung bình mao quản tính theo phương pháp BJH 2.52nm) Từ kết đo BET tính kích thước hạt theo cơng thức: Trong đó: D: đường kính hạt S: diện tích bề mặt mẫu 45 46 tỷ trọng mẫu (5.18g/cm3) Kết luận: vật liệu có mao quản hình trụ kích thước trung bình khoảng 2.52nm Diện tích bề mặt 90.711m2, kích thước hạt tính theo cơng thức 12.796nm có chênh lệch lớn với kết XRD, sai khác giải thích hạt nano kết tụ lại với làm cho diện tích bề mặt thấp so với thực tế 7.5 kết đo VSM 46 47 CHƯƠNG 8.1 KẾT LUẬN VÀ ĐỂ XUẤT kết luận Qua q trình thí nghiệm khảo sát điều kiện để tổng hợp nano sắt từ Fe 3O4 dùng để hấp phụ Cr(VI) nước, tổng hợp nano sắt từ Fe3O4 phương pháp đồng kết tủa(Co-precipitation) với điều kiện sau: − − − − − Tổng hợp nhiệt độ phòng Tỷ lệ mol FeCl2:FeCl3:NaOH 1:2:8 Cho từ từ NaOH 1ml/phút Tốc độ khuấy 600rpm Thời gian khuấy tiếng Tốc độ hấp phụ Cr(VI) dung dich K2CrO4 nhanh, 30 phút đạt gần điểm tương đương Hấp phụ tới 93.7% Cr(VI) dung dịch K 2CrO4 100mg/L với liều hấp phụ nano sắt từ 15g/L Có thể dễ dàng tái sinh vật liệu mà giữ nguyên khả hấp phụ vật liệu Tuy nhiên vật liệu có kích thước