Nghiên cứu xử lý Chloroform trong nước bằng nano lưỡng kim loại Fe Cu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  PHAN KIM NGUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHLOROFORM TRONG NƢỚC BẰNG NANO LƢỠNG KIM LOẠI Fe/Cu Chuyên ngành : Hóa hữu Mã số : 60 44 01 14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC ĐÀ NẴNG – NĂM 2017 Cơng trình đƣợc hồn thành Trƣờng Đại học Sƣ phạm- Đại học Đà Nẵng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS BÙI XUÂN VỮNG Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Hóa hữu họp Trƣờng Đại học Sƣ phạm – ĐHĐN vào ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng  Thƣ viện trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ơ nhiễm mơi trƣờng, suy thối tài ngun biến đổi khí hậu thách thức lớn nhân loại kỷ XXI Các mối nguy hại làm thay đổi toàn diện, sâu sắc hệ sinh thái tự nhiên, đời sống kinh tế - xã hội, đe dọa nghiêm trọng đến mơi trƣờng phạm vi tồn cầu Hàng năm, 500 cơng ty hóa chất lớn giới sản xuất 52 triệu clo 62 triệu natri hydroxit để phục vụ cho nhu cầu ngƣời Trong số này, 21% lƣợng clo đƣợc sử dụng công nghiệp hữu để sản xuất hợp chất hữu chứa clo, có ứng dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp nhƣ sản xuất hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, sản xuất nhựa, công nghiệp may mặc [12] Do chƣa có cơng nghệ chế quản lý tốt, hàng năm chất sau sử dụng thƣờng đƣợc thải trực tiếp môi trƣờng với số lƣợng hàng triệu gây hậu nghiêm trọng cho môi trƣờng đặc biệt cho sức khỏe ngƣời Những ảnh hƣởng trực tiếp nghiêm trọng hợp chất hữu chứa Clo nhƣ: phá hủy tầng ozon, gây mƣa axít, nhiễm mơi trƣờng đất, nƣớc… đặt yêu cầu cấp bách đề xuất giải pháp xử lý triệt để hợp chất nguồn thải nhà máy công nghiệp Chloroform hay triclometan đƣợc dùng làm dung môi thƣờng đƣợc dùng làm nguyên liệu ngành công nghiệp sản xuất thuốc trừ sâu, sản xuất thuốc dƣợc phẩm, sản xuất loại hƣơng liệu mỹ phẩm Trong y học đƣợc sử dụng làm chất gây mê Trong nông nghiệp, Chloroform đƣợc sử dụng làm thuốc bảo quản lƣơng thực, diệt nấm mốc cho kho chứa nơng sản Còn phòng thí nghiệm, đƣợc dùng làm dung mơi bảo quản mẫu nƣớc [20] Chloroform chất độc với mơi trƣờng chất độc có khả gây ung thƣ cho ngƣời nồng độ cao Chloroform hợp chất bền, có mặt nƣớc sông, nƣớc ngầm ô nhiễm công nghiệp, nông nghiệp, xuất nƣớc máy phản ứng clo hóa hợp chất hữu có nƣớc tự nhiên Vì vậy, số nƣớc đƣa giới hạn nồng độ Chloroform nƣớc sử dụng làm nƣớc sinh hoạt thấp [6] Do đó, yêu cầu cần thiết lúc xây dựng biện pháp xử lí để làm giảm thiểu lƣợng Chloroform nƣớc Đƣợc nghiên cứu lần giới vào năm 1959 nhà vật lý học ngƣời Mỹ Richard Feynman, song bắt đầu thu đƣợc thành vòng thập kỷ trở lại đây, công nghệ nano tạo cách mạng khoa học nhân loại Với nhiều triển vọng ứng dụng, hạt phân tử nano với kích thƣớc bé nhỏ 1nm=10-9m mở đƣờng cho xu hƣớng phát triển tƣơng lai Hiện nay, vật liệu nano đƣợc biết đến với ứng dụng nhƣ: cung cấp lƣợng sạch, truyền tải điện hiệu suất cao, sử dụng vật liệu nano cho hệ thống lọc nƣớc chẳng hạn nhƣ lƣới lọc nƣớc nano với cấu tạo đủ rộng phân tử nƣớc qua, song đủ hẹp để ngăn chặn phân tử chất bẩn gây ô nhiễm Đặc biệt, công nghệ đƣợc đánh giá (ít gây nhiễm) hiệu công nghệ Một hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc giới quan tâm sử dụng vật liệu nano lƣỡng kim để xử lý hợp chất hữu chứa Clo gây ô nhiễm môi trƣờng đạt hiệu cao, với giá thành hợp lý Trên sở đó, tơi tiến hành xây dựng luận văn với đề tài: “Nghiên cứu xử lý Chloroform nước nano lưỡng kim loại Fe/Cu” Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu trình điều chế nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Nghiên cứu hiệu xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim loại Fe/Cu Đối tƣợng nghiên cứu - Vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu đƣợc điều chế phòng thí nghiệm trƣờng đại học Sƣ phạm Đà Nẵng - Mẫu nƣớc chứa Chloroform với nồng độ khác đƣợc pha chế phòng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Thu thập tài liệu, thông tin liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu đề tài để đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu nƣớc giới, từ xây dựng ý tƣởng cho nghiên cứu - Phân tích tài liệu cơng bố ngồi nƣớc để xây dựng nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp điều chế vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Phân tích đặc điểm vật liệu điều chế đƣợc phƣơng pháp đại nhƣ XRD, SEM, TEM - Phƣơng pháp phổ tán sắc lƣợng EDX để phân tích thành phần nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS phƣơng pháp lập đƣờng chuẩn để xác định hàm lƣợng Cl- tách nƣớc sau xử lý nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Phƣơng pháp GC-MS đƣợc sử dụng để xác định hiệu suất xử lý chloroform nƣớc Nội dung nghiên cứu - Điều chế vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Phân tích đặc điểm vật liệu điều chế đƣợc phƣơng pháp đại nhƣ XRD, SEM, TEM, EDX - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim loại Fe/Cu phƣơng pháp đo quang UV/VIS - Đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc phƣơng pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC – MS) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu quy trình điều chế vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu - Nghiên cứu khả xử lý Chloroform nƣớc vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu điều chế đƣợc 6.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tạo nguồn vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/Cu phục vụ cho công tác làm môi trƣờng - Nghiên cứu nhằm đƣa đến phƣơng án xử lý hợp chất hữu chứa Clo gây ô nhiễm môi trƣờng: đơn giản, chi phí thấp, hiệu cao Cấu trúc luận văn Khóa luận gồm 78 trang có bảng hình Phần mở đầu (4 trang), kết luận kiến nghị (2 trang), tài liệu tham khảo (5 trang) Nội dung đề tài chia làm chƣơng: Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU (29 trang) Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (21 trang) Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN (17 trang) CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát vật liệu nano 1.1.1 Công nghệ nano 1.1.2 Vật liệu nano 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano 1.2 Giới thiệu vật liệu chứa sắt nano nano lƣỡng kim Fe/Cu 1.2.1 Tính chất hạt sắt nano 1.2.2 Tính chất hạt nano lưỡng kim 1.3 Tổng quan Chloroform 1.3.1 Giới thiệu Chloroform 1.3.2 Đặc tính lý hóa Chloroform 1.3.3 Ứng dụng Chloroform 1.3.4 Độc tính Chloroform 1.3.5 Phương thức xâm nhập vào thể 1.3.6.Cơ chế trình khử Chloroform nước nano lưỡng kim Fe/Cu 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu nano lƣỡng kim ngồi nƣớc 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Hóa chất thiết bị 2.3.2 Chuẩn bị dung dịch 2.3.3 Điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 4g FeSO4 0,4g NaBH4 +H2O/khuấy +H2O/khuấy Dung dịch A Dung dịch B Rửa hạt kết tủa cồn 95% + ly tâm 0,5g CuSO4.5H2O Nano Fe Rửa hạt nano = nước cất+ định mức 50ml +H2O/khuấy Dung dịch C Dung dịch D Rửa hạt kết tủa cồn 95% + ly tâm Nano Fe/Cu Hình 2.1 Sơ đồ điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu 2.3.4 Phân tích đặc tính vật liệu a Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) b Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) c Kính hiển vi điện tử quét (SEM) d Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X 2.3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý Chloroform mẫu nước cách xác định hàm lượng Clqua phương pháp đo quang UV/VIS a Bước sóng tối ưu b Cơ sở phương pháp c Xây dựng đường chuẩn Bảng 2.3 Số liệu nồng độ mật độ quang D dãy chuẩn ClC 10 20 30 40 50 60 Abs 0,029 0,065 0,094 0,129 0,156 0,191 Hình 2.7 Đường chuẩn Cld Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu + Khảo sát ảnh hưởng pH + Khảo sát ảnh hưởng thời gian + Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Chloroform + Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng vật liệu e Tính tốn kết 2.3.6 Đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nước phương pháp GC – MS a Phương pháp sắc ký ghép khối phổ (GC – MS) b Quy trình phân tích CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân tích đặc trƣng vật lý vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu 3.1.1 Trạng thái vật lý Nano lƣỡng kim Fe/Cu sau điều chế xong đƣợc sấy khơ khí Ar, thu đƣợc hạt nano lƣỡng kim Fe/Cu tụ lại thành đám hạt màu đen, mịn, có kích thƣớc khác (Hình 3.1) Hình 3.1 Vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu điều chế 3.1.2 Kết nghiên cứu phổ nhiễu xạ taia X nano lưỡng kim Fe/Cu Phổ nhiễu xạ tia X (Hình 3.2) cho biết thành phần mẫu nano lƣỡng kim, peak có cƣờng độ lớn xuất góc 2θ = 36,420 ứng với xuất Fe0 peak có cƣờng độ lớn xuất 10 3.1.3 Ảnh chụp TEM nano lưỡng kim Fe/Cu Hình 3.4 Ảnh chụp TEM Hình 3.5 Ảnh chụp TEM phân phân tử nano lưỡng kim Fe/Cu tử nano lưỡng kim Fe/Cu May điều chế Thant Zin cộng (2013)[37] Kích thƣớc vật liệu chế tạo đƣợc xác định kính hiển vi điện tử truyền qua Từ hình ảnh nhận đƣợc (Hình 3.4), ta thấy vật liệu chế tạo dạng hạt gần nhƣ hình cầu, kích thƣớc hạt nano lƣỡng kim thu đƣợc khoảng từ 60 – 100nm Khi so sánh kích thƣớc hạt nano lƣỡng kim Fe/Cu thu đƣợc với kết nghiên cứu nano lƣỡng kim Fe/Cu May Thant Zin, Josephine Borja, Hirofumi Hinode, Winarto Kurniawan (2013) từ 50 – 60nm ta thấy hạt nano lƣỡng kim Fe/Cu điều chế đƣợc thơ to [37] (Hình 3.5) Vì nguyên tử sắt tồn lực từ mạnh vật liệu chế tạo khơng tách rời mà có cấu trúc kết đám, quan sát rõ điều hình ảnh chụp TEM mẫu vật liệu (Hình 3.4) 3.1.4 Ảnh chụp SEM nano lưỡng kim Fe/Cu Để khảo sát hình thái cấu trúc hạt vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu, tơi dùng kính hiển vi điện tử quét Ảnh SEM Hình 3.6 cho thấy, hạt nano có dạng gần nhƣ hình cầu với kích thƣớc 11 trung bình từ 60 – 100nm liên kết với tạo thành khối hạt lớn Hình 3.6 Ảnh chụp SEM Hình 3.7 Ảnh chụp SEM phân tử nano lưỡng kim Fe/Cu điều chế phân tử nano lưỡng kim Fe/Cu chế tạo Chien-Li Lee & Chih-Ju G Jou [27] 3.1.5 Kết chụp phổ tán sắc lượng EDX Bảng 3.1 Kết phân tích thành phần nguyên tố mẫu vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Element Weight % Atomic % O 4,02 12,82 S 1,23 1,95 Fe 81,72 74,74 Cu 13,04 10,48 Totals 100.00 Từ giản đồ nhiễu xạ tia X biết đƣợc sản phẩm thu đƣợc nano lƣỡng kim Fe/Cu tinh khiết từ ảnh SEM, TEM biết đƣợc hạt thu đƣợc tƣơng đối đồng đều, có dạng hình cầu Để biết đƣợc sản phẩm thu đƣợc có phần trăm sắt đồng, chụp phổ tán sắc lƣợng Tiếp theo, tơi tiến hành phân tích thành phần 12 ngun tố mẫu vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu phƣơng pháp phổ tán sắc lƣợng (EDX) Kết thể Hình 3.8 Hình 3.8 Phổ tán sắc lượng tia X vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Kết chụp phổ tán sắc lƣợng Bảng 3.1 cho thấy: phổ EDX mẫu ta thấy thành phần mẫu gồm Fe, Cu với phần trăm khối lƣợng tƣơng ứng là: 81,72%; 13,04% ứng với tỉ lệ mol 1,459 : 0,204 Kết tƣơng đối phù hợp với tỉ lệ lý thuyết ban đầu Trên phổ quan sát thấy đỉnh nhỏ O với phần trăm khối lƣợng 4,02% chiểm tỉ lệ thấp, q trình bảo quản đo vật liệu bị oxi hóa phần nhỏ Còn đỉnh nhỏ S với phần trăm khối lƣợng 1,23% tiền chất sử dụng có lẫn tạp chất 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình xử lí Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu 13 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu pH Thời gian phản ứng Trƣớc Sau xử lý xử lý 2,65 Hàm Nồng độ lƣợng Chloroform (mg/l) Hiệu suất vật liệu Trƣớc Sau xử (g) xử lý lý 10 0,025 20 12,899 35,50 3,94 10 0,025 20 2,731 86,35 4,53 10 0,025 20 5,930 70,35 5,31 10 0,025 20 7,684 61,58 6,51 10 0,025 20 11,102 44,49 (phút) (%) Hình 3.9 Biểu đồ mối quan hệ pH dung dịch hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Kết nghiên cứu Bảng 3.2 Hình 3.9 cho thấy, điều kiện không bị ảnh hƣởng yếu tố khác khả xử lý Chloroform vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu nhanh phụ thuộc lớn vào pH Tại pH = 2, hiệu suất xử lý Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu đạt 35,50%, sau tăng mạnh pH = hiệu 14 xử lý Chloroform đạt giá trị cao 86,35%, hiệu suất xử lý giảm xuống 70,35% tăng pH lên tiếp tục giảm xuống 61,58% tăng pH lên Tại pH =7, hiệu suất xử lý giảm xuống 44,49% Điều giải thích nhƣ sau: Trong mơi trƣờng axit, chế khử Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu đƣợc thực trình khử trực tiếp bề mặt kim loại (Trƣờng hợp A, Hình 1.9) khử ion Fe2+(Trƣờng hợp B, Hình 1.9) Trong trình phản ứng hai chế cần nhận thêm H+ từ môi trƣờng làm xúc tác cho trình khử nên dung dịch phần H+, làm cho giá trị pH dung dịch tăng lên Cơ chế phản ứng đƣợc thể phƣơng trình phản ứng: CHCl3 + 3Fe0 + 3H+ → CH4 + 3Fe2+ + 3ClTại pH=2 ta cho nano lƣỡng kim Fe/Cu vào dung dịch Chloroform, bên cạnh phản ứng khử Chloroform theo chế trên, môi trƣờng axit mạnh hạt nano dễ dàng cho electron để tạo thành Fe2+: Fe0 → Fe2+ + 2e Fe0 + 2H+ → Fe2+ + H2 Ngoài ra, lƣợng H+ nhiều nên Fe2+ đƣợc sinh bị oxy hóa thành Fe3+: 4Fe2+ + 4H+ + O2 → 4Fe3+ + H2O Chính sản sinh nhanh chóng Fe2+ Fe3+, hai trình xảy nên làm giảm hàm lƣợng hạt nano lƣỡng kim Fe/Cu dẫn đến hiệu suất xử lý giảm Tại pH=7, giá trị pH sau xử lý giảm 6,51 Điều giải thích mơi trƣờng trung tính đến kiềm chế khử Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu đƣợc thực trình khử trực tiếp H2 (Trƣờng hợp C, Hình 1.9), sản phẩm sau phản 15 ứng có tạo thành H+ làm cho giá trị pH dung dịch sau phản ứng giảm Cơ chế phản ứng đƣợc thể phƣơng trình phản ứng sau: CHCl3 + 3H2 → CH4 + 3Cl- + 3H+ Nhƣ vậy, sản phẩm đƣợc tạo thành trình xử lý hợp chất hữu chứa Clo bao gồm chất đƣợc khử Clo, nhiên sản phẩm chất khơng độc độc so với chất ban đầu trƣớc xử lý Năm 2010, Xiao-Li Xuan, Xiang-Zhong Li, Chuan Wang, Hong Liu nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình khử Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Pd/Fe Kết thu đƣợc, hiệu suất xử lý Chloroform đạt giá trị cao 77,5% pH=3 [43] Từ thí nghiệm trên, điều kiện thời gian, nồng độ mẫu hàm lƣợng vật liệu nano ta thấy hiệu suất xử lý đạt giá trị cao 86,35% pH=3 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng yếu tố thời gian đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng yếu tố thời gian đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Nồng độ Chloroform Thời gian phản ứng pH (phút) Hàm lƣợng vật liệu (g) (mg/l) Hiệu Trƣớc xử Sau xử lý lý suất (%) 0,025 20 10,971 45,15 10 0,025 20 3,169 84,15 30 0,025 20 2,424 87,88 60 0,025 20 2,249 88,76 16 Hình 3.10 Biểu đồ mối quan hệ thời gian hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Kết nghiên cứu Bảng 3.3 Hình 3.10 cho thấy, sau 60 phút nồng độ Chloroform giảm từ 20mg/l xuống 2,249mg/l, nhƣ hiệu xử lý đạt 88, 76% Ta thấy nồng độ Chloroform giảm theo thời gian phản ứng, thời gian lâu lƣợng Chloroform lại thấp Trung bình sau phút lƣợng Chloroform khử đƣợc 0,296mg/l, nhiên tốc độ khử không giống giai đoạn Theo phút đầu (0 – phút) lƣợng Chloroform bị khử 9,029mg/l tƣơng đƣơng 1,806mg/l phút; phút sau (5 phút – 10 phút) lƣợng Chloroform bị khử 7,802mg/l tƣơng đƣơng 1,560mg/l phút; sau 20 phút (10 phút – 30 phút) lƣợng Chloroform bị khử 0,745mg/l tƣơng đƣơng 0,037mg/l phút; sau 30 phút (30 phút – 60 phút) lƣợng Chloroform bị khử 0,175mg/l tƣơng đƣơng 0,006mg/l phút Nhƣ vậy, giai đoạn đầu khả khử nhanh nhất, sau giảm dần giai đoạn sau giảm mạnh giai đoạn từ 30 phút – 60 phút Điều lƣợng 17 nano lƣỡng kim Fe/Cu giảm xuống theo thời gian, phần bị oxi hóa thành Fe(II), Fe(III), phần bị oxi hóa oxi nƣớc tạo thành FeO, Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeO(OH) Từ thí nghiệm trên, yếu tố độ pH, hàm lƣợng vật liệu nano nồng độ mẫu thay đổi thời gian phản ứng mẫu làm thay đổi đến hiệu suất xử lý hợp chất Chloroform: thời gian tăng hiệu suất xử lý hợp chất Chloroform tăng đến hiệu suất mức cân 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Chloroform ban đầu đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Chloroform đến hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Thời gian phản ứng pH (phút) Hàm Nồng độ lƣợng Chloroform (mg/l) vật liệu Trƣớc xử Sau xử (g) lý lý Hiệu suất (%) 30 0,025 20 2,161 89,20 30 0,025 40 22,818 42,95 30 0,025 60 43,301 27,83 30 0,025 80 64,002 20,00 Kết nghiên cứu Bảng 3.4 Hình 3.11 cho thấy, nồng độ ban đầu Chloroform nhỏ mức 20mg/l, hiệu suất xử lý vật liệu cao đạt 89,20% Và tăng nồng độ lên 40mg/l, hiệu suất xử lý giảm 42,95% tiếp tục giảm xuống 27,83% tăng nồng độ lên 60mg/l Khi nồng độ đạt 80mg/l, hiệu suất giảm 20,00% 18 Hình 3.11 Biểu đồ mối quan hệ nồng độ Chloroform hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Nhìn vào biểu đồ mối quan hệ nồng độ Chloroform hiệu suất xử lí Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu ta thấy nồng độ Chloroform ban đầu nhỏ nồng độ Chloroform lại nhỏ Điều cho thấy vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu có khả xử lý tốt dung dịch có nồng độ Chloroform nhỏ nồng độ nồng độ Chloroform bão hòa Điều có ý nghĩa lớn thực tế hàm lƣợng hợp chất hữu chứa Clo có nƣớc bị nhiễm nhỏ Từ thí nghiệm trên, điều kiện thời gian, pH hàm lƣợng vật liệu nano ta thấy hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nồng độ Chloroform 20 mg/l 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng vật liệu sử dụng đến q trình xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu 19 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng vật liệu sử dụng đến q trình xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Thời gian phản ứng Hàm pH (phút) lƣợng vật liệu (g) Nồng độ Chloroform (mg/l) Hiệu suất Trƣớc xử Sau xử lý lý (%) 30 0,01 20 4,133 79,33 30 0,025 20 2,862 85,69 30 0,05 20 2,292 88,54 30 0,1 20 2,205 88,98 Hình 3.12 Biểu đồ mối quan hệ hàm lượng vật liệu hiệu suất xử lí Chloroform nano lưỡng kim Fe/Cu Kết nghiên cứu Bảng 3.5 Hình 3.12 cho thấy, điều kiện độ pH, nồng độ Chloroform thời gian phản ứng, khả xử lý Chloroform phụ thuộc vào khối lƣợng vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu theo chiều hƣớng tăng dần tăng khối lƣợng vật liệu Cụ thể khối lƣợng vật liệu tăng dần từ 0,01g; 0,025g; 0,05g; 0,1g dẫn đến hiệu suất khả xử lý Chloroform thay 20 đổi lần lƣợt 79,33%, 85,69%, 88,54% 88,98% Tuy nhiên lƣợng vật liệu tăng lên đến 0,05g Chloroform -gần nhƣ bị khử hết nên tiếp tục tăng lƣợng vật liệu lên hiệu suất xử lý tăng không đáng kể Càng tăng hàm lƣợng nano lƣỡng kim Fe/Cu làm tăng hiệu suất phản ứng nhƣng nên chọn hàm lƣợng nano lƣỡng kim Fe/Cu vừa phải để tốn nguồn nƣớc sau xử lý chất độc hại nhiều sắt, đồng Tùy thuộc vào hàm lƣợng chất cần xử lý có nguồn nƣớc mà sử dụng lƣợng nano lƣỡng kim Fe/Cu phù hợp Từ thí nghiệm trên, điều kiện thời gian, pH nồng độ Chloroform, hàm lƣợng vật liệu cho vào xử lý đạt hiệu suất cao 0,1g, có hiệu suất 88,98% 3.3 Đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc phƣơng pháp GC – MS Bảng 3.6 Kết đo GC – MS mẫu Chloroform xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu Thời gian lƣu CHCl3 Nồng độ Hiệu (%v/v) suất Mẫu Mẫu (%) Diện tích peak Mẫu Mẫu 8,037 4344995 482577 0,1102 0,0122 88,89 CH2Cl2 6,623 295083 13847 0,0143 0,0007 95,3 Nhìn vào sắc ký đồ Hình 3.13 Hình 3.14 ta thấy peak 1, peak 1’ n – hexan, thành phần dung môi Từ sắc ký đồ Hình 3.13, ta thấy thành phần mẫu ban đầu chƣa xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu gồm: 21 + CHCl3 (peak 2) ứng với thời gian lƣu 8,037 phút, diện tích peak 4344995, nồng độ 0,1102 (%v/v) + CH2Cl2 (peak 3) ứng với thời gian lƣu 6,623 phút, diện tích peak 295083, nồng độ 0,0143 (%v/v) Sở dĩ thành phần mẫu ban đầu chứa CH2Cl2 Chloroform ban đầu có lẫn tạp chất CH2Cl2 Hình 3.13 Sắc ký đồ biểu thị thành phần mẫu Chloroform chưa xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu Hình 3.14 Sắc ký đồ biểu thị thành phần mẫu Chloroform xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu 22 Từ kết phân tích Bảng 3.6 sắc ký đồ Hình 3.14 ta thấy sau mẫu Chloroform đƣợc xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu, thành phần mẫu gồm CHCl3 (peak 2’) CH2Cl2 (peak 3’) với nồng độ thấp, khơng có cấu tử CH3Cl Diện tích peak CHCl3 ban đầu 4344995, sau đƣợc xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu diện tích peak CHCl3 giảm 482577, hiệu suất xử lý đạt 88,89% Diện tích peak CH2Cl2 ban đầu 295083 sau đƣợc xử lý nano lƣỡng kim Fe/Cu diện tích peak CH2Cl2 giảm 13847, hiệu suất xử lý đạt 95,3% Chứng tỏ điều trình xử lý Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu xảy hoàn toàn, Clo hợp chất hữu bị loại hoàn toàn khỏi phân tử CHCl3, không tạo sản phẩm phụ CH3Cl, CH2Cl2, hiệu suất trình xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu đạt 88,89% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu, tổng hợp thành công vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu ứng dụng vào xử lý Chloroform nƣớc (dung mơi phổ biến sử dụng phòng thí nghiệm) Các kết đạt đƣợc nhƣ sau: a Kết khảo sát tia X (XRD) cho ta thấy vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu với peak đặc trƣng Fe0 xuất khoảng 2θ = 36,420 với cƣờng độ lớn peak đặc trƣng Cu0 xuất khoảng 2θ = 42,280 với cƣờng độ lớn Mẫu nano lƣỡng kim bị oxi hóa đƣợc bao bọc lớp Cu0 bên Fe0 b Kết chụp TEM SEM cho ta thấy hạt nano có dạng gần nhƣ hình cầu với kích thƣớc trung bình từ 60 – 100nm liên kết với tạo thành khối hạt lớn 23 c Kết chụp phổ tán sắc lƣợng (EDX) mẫu ta thấy thành phần mẫu gồm Fe, Cu với phần trăm khối lƣợng tƣơng ứng là: 81,72%; 13,04% ứng với tỉ lệ mol 1,459 : 0,204 Kết tƣơng đối phù hợp với tỉ lệ lý thuyết ban đầu d Vật liệu nao lƣỡng kim Fe/Cu có khả xử lý hợp chất hữu chứa Clo (cụ thể Chloroform) Các kết thực nghiệm cho thấy phản ứng khử Chloroform vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu chịu ảnh hƣởng yếu tố pH dung dịch, thời gian phản ứng, nồng độ Chloroform ban đầu hàm lƣợng vật liệu Hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu tăng tăng hàm lƣợng vật liệu, tăng thời gian phản ứng, nồng độ Chloroform nhỏ giảm độ pH môi trƣờng giá trị thích hợp Trong kiện tối ƣu pH dung dịch 3, thời gian phản ứng 30 phút, nồng độ Chloroform ban đầu 20mg/l hàm lƣợng vật liệu 0,1g hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu đạt giá trị cao 88,98% e Phƣơng pháp đo GC – MS để đánh giá hiệu suất xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim Fe/Cu, hiệu suất xử lý đạt giá trị cao H = 88,89% pH = 3, thời gian phản ứng 30 phút, nồng độ Chloroform 20 mg/l hàm lƣợng vật liệu 0,05g Kết đo GC – MS cho thấy trình xử lý Chloroform nano lƣỡng kim Fe/Cu xảy hồn tồn, khơng tạo sản phẩm phụ CH3Cl, CH2Cl2 Kiến nghị Lĩnh vực nghiên cứu sử dụng nano lƣỡng kim Fe/Cu nhằm xử lý môi trƣờng nói chung xử lý Chloroform nƣớc nói riêng hƣớng nghiên cứu có nhiều triển vọng phát triển mở rộng 24 nghiên cứu Đề tài kiến nghị số nội dung cần nghiên cứu giai đoạn nhƣ sau: - Nghiên cứu trình điều chế sắt nano lƣỡng kim với kim loại khác không giới hạn lƣỡng kim Fe/Cu - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano lƣỡng kim Fe/Cu xử lý hợp chất hữu chứa Clo độc hại khác nhƣ DDT, đioxin, PCBs, CFCs nghiên cứu ứng dụng có hệ thống việc xử lý nƣớc thải có chứa hợp chất hữu độc hại khác để tăng tính ƣu việt cho loại vật liệu ... Nghiên cứu xử lý Chloroform nước nano lưỡng kim loại Fe/ Cu Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu trình điều chế nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu - Nghiên cứu hiệu xử lý Chloroform nƣớc nano lƣỡng kim loại. .. tài 6.1 Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu quy trình điều chế vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu - Nghiên cứu khả xử lý Chloroform nƣớc vật liệu nano lƣỡng kim loại Fe/ Cu điều chế đƣợc 6.2 Ý nghĩa... đến hiệu suất xử lý Chloroform nano lưỡng kim Fe/ Cu pH Thời gian phản ứng Trƣớc Sau xử lý xử lý 2,65 Hàm Nồng độ lƣợng Chloroform (mg/l) Hiệu suất vật liệu Trƣớc Sau xử (g) xử lý lý 10 0,025 20