Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt oxit kích thước nano trên nền bentonit để xử lý asen trong nước ngầm

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU KÍCH THƯỚC NANO SẮT OXIT TRÊN NỀN BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TRẦN QUỐC VIỆT CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Mà SỐ: 8440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS.Đào Ngọc Nhiệm Đơn vị công tác: Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Hướng dẫn 2: TS Mai Văn Tiến Đơn vị công tác: Khoa Môi trường- Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Hà Nội - Năm 2019 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU KÍCH THƯỚC NANO SẮT OXIT TRÊN NỀN BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM HUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG TRẦN QUỐC VIỆT Hà Nội - Năm 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán hướng dẫn 1: PGS.TS.Đào Ngọc Nhiệm – Viện Vật Liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Cán hướng dẫn 2: TS Mai Văn Tiến – Khoa Môi trường – Trường đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Cán chấm phản biện 1: PGS.TS.Nguyễn Huy Tùng Cán chấm phản biện 2: TS Trần Mạnh Trí Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 17 tháng 01 năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Kết nghiên cứu luận văn trung thực thực sở nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu phòng thí nghiệm Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn khoa học PGS.TS.Đào Ngọc Nhiệm - Trưởng phòng Vật liệu Vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin cam đoan kết chưa công bố nghiên cứu khác Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung trình bày báo cáo Hà Nội, ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ LUẬN VĂN (Ký ghi rõ họ tên) Trần Quốc Việt XÁC NHẬN QUYỂN LUẬN VĂN ĐỦ ĐIỀU KIỆN NỘP LƯU CHIẾU CHỦ NHIỆM KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Lê Thị Trinh PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm TS Mai Văn Tiến LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm, Trưởng phòng Vật liệu Vơ – Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Ban giám hiệu tồn thể q thầy, giáo khoa Mơi trường – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội truyền đạt giúp đỡ suốt trình học tập rèn luyện, tạo điều kiện thuận lợi để thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo TS Mai Văn Tiến- Giảng viên Trường Đại học Tài ngun Mơi trường hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn suốt trình thực hoàn thành nghiên cứu Xin cảm ơn anh Phạm Ngọc Chức, anh Đoàn Trung Dũng, chị Nguyễn Hà Chi phòng Phân tích Vơ cơ- Viện Khoa họcVật liệu, giúp đỡ tơi thiết bị máy móc sử dụng Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ động viên suốt q trình nghiên cứu hồn thành nghiên cứu Trong thời gian khuôn khổ luận văn, chắn bao quát trọn vẹn hết vấn đề xoay quanh nội dung cần nghiên cứu luận văn Vì vậy, tơi xin chân thành cảm ơn mong nhận nhiều ý kiến từ thầy, giáo góp ý bổ sung cho luận văn Qua ý kiến đóng góp, giúp tơi hồn thiện vốn kiến thức ứng dụng vấn đề nghiên cứu vào sống Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Quốc Việt MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết luận văn Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nước ngầm tình hình nhiễm 1.1.1 Asen độc tính asen .3 1.1.2 Sự ô nhiễm asen môi trường nước Việt Nam giới 1.1.3 Tác hại Asen người 1.2 Tổng quan bentonite 1.2.1 Thành phần bentonite 1.2.2 Tính chất bentonite 1.3 Hấp phụ trao đổi ion vật liệu 10 1.3.1 Phương pháp trao đổi ion 11 1.3.2 Phương pháp hấp phụ 11 1.3.3 Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm asen 19 1.4 Lựa chọn giải pháp loại bỏ asen phương pháp hấp phụ nano Fe2O3 .22 1.5 Phương pháp chế tạo tổng hợp nano sắt oxit 22 1.5.1 Giới thiệu nano oxit sắt 22 1.5.2 Các phương pháp tổng hợp nano oxit sắt 25 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .30 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 30 2.2 Nguyên liệu, hóa chất dụng cụ thiết bị nghiên cứu 30 2.2.1 Thiết bị, dụng cụ 30 2.2.2 Hóa chất .31 2.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu 31 2.3.1 Quy trình tổng hợp vật liệu sắt oxit, kích thước nanomet 31 2.3.2 Quy trình tổng hợp vật liệu sắt oxit/bentonit kích thước nanomet 32 2.4 Khảo sát tối ưu hóa điều kiện phản ứng tổng hợp vật liệu 34 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung tới trình tổng hợp vật liệu .34 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tạo gel tới trình tổng hợp vật liệu 34 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ thể tích AT/PVA tới trình tổng hợp vật liệu .34 2.4.4 Khảo sát nhiệt độ tạo gel tới trình tổng hợp vật liệu 34 3+ 2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ thể tích Fe /(AT+PVA) tới q trình tổng hợp vật liệu 2.5 Phương pháp nghiên cứu vật liệu .35 2.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt .35 2.5.2 Phương pháp nhiễu xạ rơnghen 36 2.5.3 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu ( kính hiển vi điện tử quét SEM hiển vi điện tử truyền qua TEM) 38 2.5.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng ( phương pháp đo BET) 40 2.5.5 Phương pháp xác định điểm điện tích khơng vật liệu 41 2.6 Phương pháp xác định hàm lượng kim loại asen nước 42 2.6.1 Phương pháp phân tích asen theo tiêu chuẩn việt nam TCVN 6182:1996 (ISO 6595 : 1982 (E)) 42 2.6.2.Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Spectrophotometric- AAS) .42 (Atomic Absorption 2.6.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng 43 2.7 Phương pháp nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu 44 2.7.1 Phương pháp hấp phụ tĩnh 44 2.7.2 Phương pháp hấp phụ động 44 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hình thành pha vật liệu nhiệt độ nung, pH tạo gel, tỉ lệ theo thể tích KL/PVA, nhiệt độ tạo gel, .47 3.1.1 Vật liệu oxit nano Fe2O3 47 3.1.2 Vật liệu oxit nano Fe2O3/bentonit 54 3.2 Nghiên cứu khả tái sinh vật liệu GB 59 3.3 Kết thử nghiệm hiệu xử lý Asen mẫu nước thực tế .62 3.4 So sánh với nghiên cứu thực 62 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 Kết luận 63 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BET Brunauer- Emmett- Teller: Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng lấy theo tên riêng nhà khoa học SEM Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy: Hiển vi điện tử truyền qua XRD X-Ray Diffraction: Nhiễm xạ Rơnghen PVA Poli Vinyl Ancol AT Axit tartaric VLHP Vật liệu hấp phụ HPVL Hấp phụ vật lý HPHH Hấp phụ hóa học GB Vật liệu Fe2O3/Bentonit qmax Dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp Qan toàn Dung lượng hấp phụ an toàn cột DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm asen 19 Bảng 1.2 Đánh giá sơ khả xử lý loại vật liệu nghiên cứu sử dụng Việt Nam .21 Bảng 3.1 Giá trị ∆pH dung dịch hấp thụ khoảng ph khác 51 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ (H%) as(V) oxit nano Fe2O3 52 Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ Fe2O3 kích thước nanomet as(V) .53 Bảng 3.4 Kết xác định hàm lượng sắt bentonit .54 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ as(V) 55 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ As(V) đến dung lượng hấp phụ vật liệu GB1, GB2, GB3 56 Bảng 3.7 Các thông số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir As(V) vật liệu GB1, GB2 GB3 57 Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ asen số oxit sắt phủ bentonit theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .58 Bảng 3.9 Nồng độ ion Asen (V) lại dung dịch sau qua cột hấp phụ 58 Bảng 3.10 Kết chạy cột asen lần vật liệu GB .59 Bảng 3.11 Nồng độ asen thu hồi giải hấp vật liệu GB 60 Bảng 3.12 Kết chạy cột asen lần hai vật liệu GB .61 Sự hấp phụ As(V) Fe2O3 kích thước nanomet mơ tả xác mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số hồi qui 99,64% Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir As(V) 35,097 mg/g 3.1.2 Vật liệu oxit nano Fe2O3/bentonit 3.1.2.1 Xác định hàm lượng kim loại bão hòa vật liệu Hàm lượng sắt phủ bentonit xác định đưa bảng 3.4 Từ bảng 3.4 nhận thấy, hàm lượng sắt tẩm ban đầu tăng từ 1% đến 4% hàm lượng sắt phủ bentonit tăng, hàm lượng sắt tẩm đạt từ 4% đến 5% hàm lượng sắt phủ bentonit khơng thay đổi Do đó, đưa kết luận hàm lượng sắt tẩm 4% thích hợp để phủ bentonit Bảng 3.4 Kết xác định hàm lượng sắt bentonit % Fe tẩm 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 % Fe phủ 0,83 1,55 1,73 1,78 1,80 3.1.2.2 Thành phần pha, hình thái học vật liệu Tiến hành chụp bề mặt hạt Bentonit trước sau phủ lớp oxit sắt kính hiển vi Các hình ảnh cho thấy khác rõ rệt bề mặt hạt bentonit trước sau phủ oxit sắt Lớp oxit sắt phủ bề mặt Bentonit Ảnh SEM vật liệu hình 3.10 3.11 cho thấy, hạt oxit Fe2O3 có kích thước < 50 nm Hình 3.10 Ảnh SEM bentonit trước phủ Fe2O3 Hình 3.11 Ảnh SEM bentonit sau phủ Fe2O3 3.1.2.3 Đánh khả hấp phụ asen vật liệu Fe2O3/bentonit Các thí nghiệm tiến hành máy khuấy từ, điều kiện nhiệt độ, pH, thể tích dung dịch asen nồng độ 1mg/l 100ml Lượng vật liệu hấp phụ 0,5g Kết đưa bảng 3.5: Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ As(V) đầu Ci (mg/l) Nồng độ lúc sau Cf (mg/l) Hiệu suất hấp phụ H (%) Nồng độ ban STT t (phút) 30 1,00 0,72 28,0 60 1,00 0,46 54,0 90 1,00 0,34 66,0 120 1,00 0,22 78,0 150 1,00 0,09 91,0 180 1,00 0,08 92,0 210 1,00 0,08 92,0 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ cho thấy hiệu suất hấp phụ vật liệu thay đổi thay đổi thời gian hấp phụ Khi tăng thời gian thực hấp phụ vật liệu từ 30 đến 150 phút hiệu suất hấp phụ vật liệu tăng từ 28% lên 91% Nguyên nhân trình hấp phụ vật liệu cần có thời gian định để ion As(V) có thời gian khuyếch tán di chuyển tới bề mặt vật liệu sâu vào cấu trúc bên mao quản, để thực trình hấp phụ trao đổi Các kết cho thấy thời gian thực trình hấp phụ vật liệu 150 phút hiệu suất hấp phụ vật liệu không tăng lên chứng tỏ thời gian hấp phụ vật liệu đạt tới trạng thái cân Như , điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ ban đầu ion khối lượng vật liệu, thời gian đạt cân hấp phụ với As(V) 150 phút Tổng hợp VLHP với bentonit có kích thước 0,1-0,5 mm (GB1), 0,5-1,0 mm (GB2), 1,0-1,25 mm (GB3) Tiến hành nghiên cứu khả hấp phụ As(V) ba loại vật liệu điều kiện Ảnh hưởng nồng độ asen đến dung lượng hấp phụ vật liệu bảng 3.6 Đường cong đẳng nhiệt hấp phụ asen vật liệu đưa hình 3.12 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ As(V) đến dung lượng hấp phụ vật liệu GB1, GB2, GB3 Vật liệu GB1 Vật liệu GB2 Vật liệu GB3 Ci (mg/l) q (mg/g) Ci (mg/l) q (mg/g) Ci (mg/l) q (mg/g) 1,03 0,05 1,02 0,05 1,16 0,04 5,16 0,37 5,21 0,36 5,12 0,34 10,23 0,66 10,12 0,64 10,21 0,63 20,15 1,13 20,02 1,11 20,14 1,08 40,12 1,62 40,12 1,61 40,23 1,53 80,20 1,73 80,22 1,70 80,16 1,62 100,35 1,82 100,02 1,75 100,24 1,66 120,28 1,87 120,32 1,78 120,32 1,69 150,25 1,92 150,42 1,82 150,28 1,73 Phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phơng trình đẳng nhiệt hÊp phô Langmuir q=qmax.b.Cf/(1+b.Cf) r^2=0.99693101 DF Adj r^2=0.99590801 FitStdErr=0.042163652 Fstat=2273.8812 qmax=1.9829732 b=0.15139995 q=qmax.b.Cf/(1+b.Cf) r^2=0.99538828 DF Adj r^2=0.99385103 FitStdErr=0.049621937 Fstat=1510.8706 q max =1.895890 b=0.1570916 2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.25 1.25 1.25 1.25 1 0.75 0.75 0.5 0.5 0.25 0.25 0 50 150 100 Nång độ As(V) lại (mg/l) 1 Dung lợng hấp phụ (mg/g) 1.75 Dung lợng hấp phụ (mg/g) 1.75 Dung lợng hấp phụ (mg/g) 1.75 Dung lợng hấp phụ (mg/g) 1.75 0.75 0.75 0.5 0.5 0.25 0.25 0 50 100 Nồng độ As(V) lại (mg/l) (a) 150 (b) Phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir q=qmax.b.Cf/(1+b.Cf) r^2=0.99302216 DF Adj r^2=0.99069622 FitStdErr=0.057750357 Fstat=996.17598 qmax =1.810858 b=0.15278695 1.75 1.75 1.5 1.25 1.25 1 0.75 0.75 0.5 0.5 0.25 Dung lợng hấp phụ (mg/g) Dung lợng hấp phụ (mg/g) 1.5 0.25 50 150 100 Nång ®é As(V) lại (mg/l) (c) Hỡnh 3.12 ng cong ng nhiệt hấp phụ asen vật liệu GB1(a), GB2 (b) GB3 (c) Các thơng số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7 Các thơng số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir As(V) vật liệu GB1, GB2 GB3 VLHP b R qmax (mg/g) GB1 1,98 0,151 0,99 GB2 1,89 0,157 0,99 GB3 1,81 0,153 0,99 Như kích thước hạt bentonit có ảnh hưởng đến khả hấp phụ As(V) vật liệu Khi kích thước hạt tăng dung lượng hấp phụ As(V) giảm diện tích bề mặt riêng vật liệu giảm Tuy nhiên để thuận lợi cho trình sử dụng vật liệu thực tế ta chọn GB2 để nghiên cứu triển khai ứng dụng Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ asen số oxit sắt phủ bentonit theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir qmax (mg/g) Loại nước pH Tài liệu tham khảo As(V) Nước uống 7,6 0,043 [32] 5,0 0,022 Nước tinh khiết 7,0 0,021 [60] Nước tự nhiên - 0,018 [32] Nước mặt - 0,136 [32] 3.1.2.4 Nghiên cứu khả hấp phụ động vật liệu Fe2O3/bentonit Ta tiến hành nghiên cứu khả hấp phụ động cột giải hấp phụ vật liệu Fe2O3/bentonit nhằm hướng đến mục đích ứng dụng vật liệu thực tiễn Thời gian lưu cột chứa vật liệu Fe2O3/bentonit xác định ion As(V) 5,30 phút Cho dung dịch As(V) 0,25 mg/l chạy qua cột hấp phụ với tốc độ dòng 2,5ml/ phút cho đạt thời gian lưu Khi nồng độ ion đầu gần đến giới hạn cho phép TCVN, thể tích 100 ml lấy để phân tích Kết thực nghiệm xác định dung lượng hấp phụ an toàn asen vật liệu Fe2O3/bentonit thể bảng 3.9 Bảng 3.9 Nồng độ ion Asen (V) lại dung dịch sau qua cột hấp phụ Nồng độ đầu vào Thể tích dung dịch qua Nồng độ đầu STT (mg/l) cột để phân tích (ml) (mg/l) 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 0,254 500 - 10 0,254 500 - 11 0,254 500 - 12 0,254 500 - 13 0,254 500 - 14 0,254 500 - 15 0,254 500 0,005 16 0,254 500 0,005 17 0,254 500 0,005 18 0,254 100 0,01 19 0,254 100 0,035 Dựa kết nghiên cứu xác định dung lượng hấp phụ an toàn (mg/g) As(V) 0,085 3.2 Nghiên cứu khả tái sinh vật liệu GB Cho dung dịch As(V) nồng độ 0,25 mg/l chạy qua cột hấp phụ chứa 25g vật liệu GB Kết xác định nồng độ As(V) đầu ra bảng 3.10 Bảng 3.10 Kết chạy cột asen lần vật liệu GB STT Thể tích dung dịch qua cột để phân tích (ml) Nồng độ đầu 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 10 500 - 11 500 - 12 500 - (mg/l) 13 500 - 14 500 - 15 500 0,005 16 500 0,005 17 500 0,005 18 100 0,01 19 100 0,035 Khối lượng Asen hấp phụ an toàn (mg) 2,154 Vật liệu hấp phụ bão hòa lần giải hấp phụ dung dịch muối bão hòa Kết phân tích nồng độ As(V) thu hồi giải hấp trình bày bảng 3.11 Bảng 3.11 Nồng độ asen thu hồi giải hấp vật liệu GB STT V (ml) Nồng độ As(V) đầu (mg/l) 100 3,624 100 3,441 100 3,154 100 2,526 100 2,161 100 1,554 100 1,126 100 0,786 100 0,587 10 100 0,437 11 500 0,134 12 500 0,096 13 500 0,026 14 500 0,005 15 100 - Khối lượng asen thu hồi (mg) 2,045 Vật liệu sau giải hấp phụ hấp phụ dung dịch As(V) lần hai Kết chạy cột lần hai vật liệu bảng 3.12 Bảng 3.12 Kết chạy cột asen lần hai vật liệu GB STT Thể tích dung dịch qua cột để phân tích (ml) Nồng độ đầu (mg/l) 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 500 - 10 500 - 11 500 - 12 500 - 13 500 0,005 14 500 0,005 15 500 0,005 16 500 0,01 17 400 0,025 18 100 0,035 Khối lượng Asen hấp phụ an toàn (mg) 1,887 Kết thực nghiệm cho thấy, rửa giải dung dịch muối bão hòa thu hồi 95% asen hấp phụ vật liệu sử dụng vật liệu hấp phụ lần sau tái sinh khả hấp phụ 93% Vì sử dụng vật liệu khoảng lần sau hoàn nguyên 3.3 Kết thử nghiệm hiệu xử lý Asen mẫu nước thực tế - Mẫu nước lấy nhà anh Đào Đăng Khuê, thôn Đa Phúc, xã Sài Sơn ,huyện Quốc Oai, TP Hà Nội - Phương pháp lấy mẫu: Xả vòi nước thật kỹ thời gian đủ để đẩy hết lượng nước cũ, đảm bảo nước vào rút trực tiếp từ tầng ngậm nước (khoảng 5-10 phút) - Bảo quản mẫu: Sau lấy, mẫu cần bảo quản chai tối màu nhiệt độ C0 C, chuyển đến phòng thí nghiệm Viện Địa Lý – Viện hàn Lâm Công nghệ Việt Nam tối đa 8h để tránh phản ứng sinh hóa xảy làm sai lệch kết - Kết thử nghiệm thể phụ lục với hiệu suất xử lý 90% 3.4 So sánh với nghiên cứu thực So sánh với kết báo cáo đề tài độc lập cấp viện Khoa học Công nghệ Việt Nam PGS.TS Lưu Minh Đại (năm 2009) với nghiên cứu khả hấp phụ asen vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang silicat Vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất Vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang bentonite mang silicat Dung lượng hấp phụ cực đại theo mơ hình Dung lượng hấp phụ cực đại theo mơ hình Langmuir 1,89 mg/g Langmuir 1,31 mg/g Từ kết ta thấy vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang bentonite vật liệu có triển vọng để xử lí nước nhiễm asen Cần có nghiên cứu để phát triển ứng dụng vật liệu vào sống CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã nghiên cứu điều kiện tối ưu để tổng hợp oxit nano Fe2O3là: pH = 2, tỉ lệ theo 3+ o thể tích Fe /(AT+PVA) = 1/3, nhiệt độ tạo gel 80 C; tỉ lệ theo thể tích AT/PVA= 1/1, nhiệt độ nung 500 C Đã xác định số đặc trưng: kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, điểm điện tích khơng oxit tổng hợp theo phương pháp đốt cháy gel điều kiện tối ưu Oxit thu có diện tích bề mặt riêng lớn: 35,5 m /g; kích thước hạt: 24,89 nm; Điểm điện tích khơng vật liệu 6,7 Khả hấp phụ asen oxit nano Fe2O3 khảo sát: Sự hấp phụ As(V) Fe2O3 kích thước nanomet mơ tả mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số hồi qui 99,64% Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir As(V) 35,097 mg/g Đã tổng hợp nghiên cứu đặc trưng vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang bentonit Khả hấp phụ asen vật liệu khảo sát Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) As(V) có giá trị là: 1,89 Dung lượng hấp phụ an tồn (mg/g) As(V) có giá trị là: 0,085 Hiệu suất xử lý mẫu asen thực tế đạt 90% Sau vật liệu rửa giải dung dịch muối bão hòa sử dụng vật liệu khoảng lần So với vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang silicat vật liệu chứa oxit nano Fe2O3 chất mang bentonite cho hiệu xử lý asen cao Kiến nghị Do hạn chế mặt thời gian, kinh phí, khó khăn việc tìm kiếm, hạn chế mặt trang thiết bị, trình độ chun mơn nên kết nghiên cứu thiếu sót, tơi xin kiến nghị tiếp tục nghiên cứu bổ sung kết đề tài nghiên cứu sau TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Ngọc Minh Đào Châu Thu (2012), khoáng sét đất khả ứng dụng lĩnh vực môi trường Phạm Thị Hà Thanh Nghiêm Xuân Thung (2010), “Bentonite: Tài nguyên, công nghệ chế biến ứng dụng Việt Nam” Tạp chí Khoa học & công nghệ 65(03): 159 – 164 Trần Thị Việt Hoa, Trần Hữu Hải, Phan Thanh Sơn Nam (2000), “Nghiên cứu phản ứng alkyl hóa toluen xúc tác bentonit Bình Thuận biến tính”, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, T 6, tr 64 - 71 Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải (2006), Giáo trình Hòa học mơi trường, nhà xuất khoa học- kĩ thuật Lê Văn Cát, Lê Hải Đăng (2003), “Tổng hợp nghiên cứu khả hấp phụ Ni oxit sắt”, Tạp chí hóa học, T41, tr.54-60 2+ Lê Minh Cầm, Nguyễn Hồng Hào, Ngơ Đức Huyền (2009), “Nghiên cứu khả hấp phụ As(V) bentonit diatomit biết tính”, Tạp chí hóa học, T.47(6A), tr.246253 Lê Minh Cầm, Nguyễn Hoàng Hào (2009), “Nghiên cứu khả hấp phụ As Fe bentonit”, Tạp chí hóa học,T.47(6A), tr 253-259 Nguyễn Xn Dũng (2009), Nghiên cứu tổng hợp peorovskit hệ Lantan cromit Lantan manganit phương pháp đốt cháy, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Hóa học, Viện khoa học công nghệ Việt Nam Đinh Hải Hà (2010), Phương pháp phân tích tiêu mơi trường, Nhà xuất Khoa học – Kĩ thuật, Hà Nội 10 Vũ Trung Hiếu, Bùi Duy Cam, Lê Thị Hoài Nam, Nguyễn Thị Huệ (2008), 11 Phạm Văn Lâm, Phan Thị Bích Ngọc, Đào Quốc Hương (2007), “Chế tạo, khảo sát đặc trưng hiệu ứng hấp phụ asen vật liệu oxit sắt từ kích thước nano”, Tạp chí Hóa học, T.45(6A), tr.11-15 12 Phạm Văn Lâm, Phan Thị Bích Ngọc, Đào Quốc Hương (2008), “Đẳng nhiệt hấp 3+ - 2- phụ, ảnh hưởng ion (Fe , HCO3 , SO4 ) đến hấp phụ Asen vật liệu oxit sắt từ kích thước nano chế tạo từ ngun liệu kĩ thuật”, Tạp chí Hóa học T.46 (2A), tr 133-138 13 Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 14 Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano-cơng nghệ vật liệu nguồn, Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ Hà Nội 15 Lê Thị Kim Oanh, Phạm Thị Hạnh (2008), “Xử lí asen nước ngầm” 16 Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học – Kĩ thuật Hà Nội 17 Nguyễn Hữu Phú (2000), Giáo trình Hóa lí, Nhà xuất Khoa học – Kĩ thuật Hà Nội 18 Nguyễn Hữu Phú (2003), Hóa lí hóa keo, Nhà xuất Khoa học – Kĩ thuật Hà Nội 19 Nguyễn Thy Phương (2004), Nghiên cứu khả sử dụng than sọ dừa Việt Nam 2+ 2+ 2+ 3+ sau oxi hóa vào việc xử lí ion kim loại Ni , Cu , Zn , Cr nước thải bể mạ, Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHKH Tự nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội 20 Nguyễn Tiến Tài (1997), Giáo trình phân tích nhiệt, Viện khoa học cơng nghệ việt nam, Hà Nội 21 Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Nội (2004), Một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng việc hấp phụ ion kim loại, Báo cáo đề tài hợp tác nghiên cứu ĐHKH Tự nhiên Đại học Tự Vương Quốc Bỉ, Brussels 22 Nguyễn Than Tùng, Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu, Ngô Thị Mai Việt (2006), 2+ “Nghiên cứu khả hấp phụ chì (Pb đá ong Việt Nam sau biến tính”, Tạp chí phân tích hóa, lý sinh học, T.11(4), tr.40-44 23 Lê Thị Cát Tường (2005), Nghiên cứu cấu trúc số vật liệu perovskit (ABO3) vật liệu nano tinh thể nhiễu xạ tia X mẫu bột, Luận án tiến sĩ Khoa học Vật Liệu, Việt khoa hojcc công nghệ Việt Nam 24 Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống Ban hành kèm định trưởng y tế số 1329/20020BYT/QĐ ngày 18/4/2002) TIẾNG ANH 25 Abdusalam Uheida, German Salazar-Alvarez, Eva Bjorkman, Zhang Yu, Mamoun Muhammed (2006), “Fe3O4 and γ- Fe2O3 nanoparticles for the adsorption of Co from aqueous solution”, Jounal of Colloid and Interface Science, 298, pp.501-507 2+ 26 A.G Merzanov (1993), “Theory and Practice of SHS: Worldwide state of the art and Newest Results”, International Journal of Self Propagating High Temperature, 2(2), pp.113-158 27 Amyn S.Teja, Pei-Yoong Koh (2009), “Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles”, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 55, pp.22-45 28.B.J.Laferty and R.H.Loepert (2005), “Methyl Arsenic Adsorption and Desorption Behavior on Ion Oxides”, Environmental Science Technology, 39, pp.2120-2127 29 Chunbao Xu,Amyn S.Teja (2008), “Cotinuous hydrothermal synthesis of iron oxide and PVA – protected iron oxide nanoparticles”, Journal of Supereritival Fluids, 44, pp.85-91 30 C.K.Jain and I.Ali (2000), “Arsenic: occurrence, toxicity and speciation techniques”, Water Reseach, 34(17), pp.4304-4312 31 C.V.Gopal Reddy, K.Kalyana Seela, S.V.Manorama (2000), “Preparation of γFe2O3 by the hydrazine method Application as an alcohol sensor”, International Journal of Inorganic Material, 2, pp.301-307 32 Dinesh Mohan, Charles U.Pittman Jr (2007), “Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents-A critical review”, Journal of Hazardous Materials, 142(1-2), pp.1-53 33 Erin Camponeschi, Jeremy Walker, Hamid Garmestani, Rina Tannenbaum (2008), “Surfactant effects on the particle size of iron (III) oxides formed by sol-gel synthesis”, Journal of Non-Crystalline Solids,354, pp.4063-4069 34 Gabbott P (2008), Principles and Applications of Thermal Analysis, Blackwell Publishing, Ofxord 35 Gai P.L, and Boyes E.D (2003), Electron Microscopy in Heterogeneous Catalysis, IOP Publishing Ltd 36 Gallagher P.K (2003), Handbook of thermal analysis and calorimetry 1, Elsevier 2+ 37 Hiroki Tamura, Noriaki Katayama and Ryusaburo Furuichi (1997), “The Co adsorperies of Al2O3, Fe2O3, Fe3O4, TiO2 and MnO2 evaluaed by Modeling with the Frumkin isotherm”, Journal of Colloid and Inter face science, 195, pp.192-202 38 Ivan Carabante, Mattias, Allan Holmgren, Jurate Kumpiene, Jonas Hedlund (2009), “Adsorption of As (V) on iron oxide nanoparticle film study by in situ ATR – FTIR spectroscopy”, Colloids and Sur faces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 346, pp.106-113 39 I.Ray, S.Chakraborty, A.Chowdhury, S.Majumdar, A.Prakash, Ram Pyare, A.sen (2008), “Room temperature synthesis of γ-Fe2O3 by sonochemical route and its response towards butane”, Sensors and Actuators B: Chemical, 130, pp 882-888 40 Li Dengxin, Gao Guolong, Meng Fanling, Ji Chong (2008), “Preparation of nano iron oxide red pigment powders by use of cyanided tailings”, Journal of Hazardous Materials, 155, pp.369-377 41 Marek Kosmulski (2004), “pH-dependent surface charging and points of zero charge.II-Update”, Journal of Colloid and Interface Science, 275, pp.214-224 42 Marek Kosmulski (2006), “pH-dependent surface charging and points of zero charge.III-Update”, Journal of Colloid and Interface Science, 275, pp.730-741 43 Marek Kosmulski (2009), “pH-dependent surface charging and points of zero charge.IV-Update and new approach”, Journal of Colloid and Interface Science, 377, pp.439-448 44 Maria E.Pena, George P.Korfiatis, Manish Patel, Lee Lippincott, Xiaoguang Meng (2005), “Adsorption of As(V) and As (III) by nanocrystalline titanium dioxide”, Water Research, 39, pp.2327-2337 45 M.H.Khedr, K.S.Abdel Halim, N.K.Soliman (2009), “Synthesis and photocatalystic activity of nano sized iron oxides”, Materials Letters, 63, pp.598-601 46 Ming Tsai Liang, Shih Han Wang, Yu Lun Chang, Hsing I Hsiang, Huang JheHuang, Meng Huan Tsai, Wen Cheng Juan, Shih Fu Lu (2010), “Iron oxide synthesis using a continous hydrothermal and solvolthermal system”, Ceramics International, 36, pp.1131-1135 47 M.S.Rahaman, A.Basu, M.R.Islam (2008), “The removal of As(III) and As(V) from aqueous solutions by waste materials”, Bioresource Technology, 99, pp.28152823 48 P.Chauhan, S.Annapoorni, S.K.Trikha (2009), “Humidity-sensing properties of nanocrystalline hematite thin films prepared by sol-gel processing”, Thin Solid Film, 346, pp.266-268 49 P.Deb, A.Basumallick, P.Chatterjee, and S.P.Semgupta (2001), “Preparation of γFe2O3 nanoparticles from a nonaqueous precursor medium”, Scripta Materialia, 45, pp.341-346 50 Patil K.C and Aruna S.T (2002), “Redox methods in SHS practice in selfpropagating high temperature synthesis of materials”, Taylor and Francis, New York 51 Prita P.Sarangi, Bhanudas Naik, N.N.Ghosh (2009), “Low temperature synthesis of single a-Fe2O3 nanopowder by using simple but novel chemical methods”, Powder Technology, 129, pp.245-249 52 Radhakrishnan, C.Sajanya, P.sonar, I.K Gopalkrishnan, J.V.Yakhmi (2001), “Polymer-mediated synthesis of γ-Fe2O3 nano-particles”, Polyhedron, 20, pp.14891494 53 Rajeev C.Chikate, Ki Won Jun, Chandrasekhar V.Rode (2008), “Nonaqueous synthesis and characterization of capped a-Fe2O3 nanoparticles from iron (III) hydroxy-oleate precursor ”, Polyhedron, 27, pp.933-938 54 R.M Cornell, U.Schwertmann (2006), “The Iron Oxide: Structure, Properties, Reactions, Occurrence and Use”, Wiley-VCM, New York 55 Taeghwan Hyeon, Su Seong Lee, Jongnam park, Yunhee Chung and Hyon Bin Na (2001), “Synthesis of highly Crystalline and Monodisperse maghemite nanocrystallites without a size selection process”, Journal of the American Chemical Society, 123, pp 12798-12801 56 T.Tuutijarvi, J.Lu, M.Sillanpaa, G.Chen (2009), “As(V) adsorption on maghemite nanoparticles”, Journal of Hazadous Materials, 166, pp.1414-1420 57 Zhihong Jing (2006), “Preparation and magnetic properties of fibrous gamma iron oxide nanoparticles via a nonaqueous medium”, Materials Letters, 60, pp.2217-2221 58 Zhihong Jing and Shihua Wu (2004), “Synthesis, characterization and magnetic properties of γ-Fe2O3 nano-particles via a non-aqueous medium”, Journal of Solid State Chemistry, 177,p.1213-1218 59 Yun Fan, Fu Shen Zhang, Yinan Feng (2008), “An efective adsorbent developed from municipal solid waste and coal co-combustion ash for As (V) removal from aqueous solution”, Journal of Hazardous Material, 159, pp.313-318 60 Jia Chin Hsu, Chien Jung Lin, Chih Hsiang Liao, (2010), “ Removal of As(V) and As(III) by reclaimed iron – oxide coated sand”, Journal of Hazadous Material, 153,pp.817-826 ... trường nước đáp ứng phần nhu cầu nước đề xuất Mục tiêu nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu kích thước nano sắt oxit bentonit - Đánh giá khả hấp phụ xử lý asen nước ngầm vật liệu có kích thước nano sắt oxit, ... Nghiên cứu tổng hợp vật liệu kích thước nano sắt oxit bentonit để xử lý asen nước ngầm để nghiên cứu Dựa kết thực đề tài, hướng ứng dụng cơng nghệ chế tạo vật liệu có kích thước nanomet lĩnh vực... 2.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu 31 2.3.1 Quy trình tổng hợp vật liệu sắt oxit, kích thước nanomet 31 2.3.2 Quy trình tổng hợp vật liệu sắt oxit/ bentonit kích thước nanomet 32 2.4