Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp: Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43 trong nước với mục tiêu chế tạo vật liệu SiO2 với kích thước nano từ cát thạch anh bằng phương pháp hóa học và thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2; sử dụng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đại để xác định sự hình thành pha tinh thể, cấu trúc và tính chất của vật liệu (BET, SEM, XRD,...).
Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cơ ThS. Trịnh Thị Thủy đã tin tưởng giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt q trình thực hiện Em cũng xin chân thành cảm ơn TS. Đào Ngọc Nhiệm, cùng các anh chị trên Viện Khoa Học Vật Liệu đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong q trình thực hiện đề tài Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cơ Khoa Mơi Trường đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 6 năm 2015 Sinh viên Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 KẾT LUẬN 46 KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Abs Độ hấp thụ quang (Absorbance) BET Đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ nitro ( the BrunauerEmmett Teller) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X Rays Diffraction) PVA Polyvinyl Ancol TA Cát thạch anh DANH MỤC HÌNH Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 1.1 Quy trình tổng hợp vật liệu SiO2 24 Hình 2.7. Hiệu suất hấp phụ PO43 của vật liệu SiO2 37 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Dữ liệu về tỷ trọng và chỉ số khúc xạ của tinh thể silica Bảng 1.2. Khối lượng riêng của một số hình thái của tinh thể silica 10 Bảng 1.3. Một số thống số kỹ thuật của silica vơ định hình .14 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay, với sự phát triển đi lên của các ngành khoa học kỹ thuật, đã tạo điều kiện cho việc đổi mới ứng dụng các thành quả cơng nghệ vào đời sống Trong đó, cơng nghệ sản xuất nano được đánh giá là hướng phát triển mới với khả năng ứng dụng sâu rộng đang góp phần làm thay đổi cuộc sống của con người Nhờ vào khả năng ứng dụng linh hoạt của vật liệu Nano mà việc nghiên cứu và sử dụng loại vật liệu này đã và đang được phát triển rất mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực quan trọng. Thực tế tại nước ta trong thời gian gần đây nhu cầu ứng dụng nano từ trong nông nghiệp, thủy sản, y học và môi trường là rất lớn. Trên cơ sở những ứng dụng rộng rãi của vật liệu silica cho thấy việc quan tâm nghiên cứu chế tạo nhằm làm chủ cơng nghệ sản xuất loại vật liệu này là hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Theo các tài liệu cơng bố trong và ngồi nước chủ yếu chế tạo nano silica đi từ các nguồn alkoxit silic rất đắt tiền như etyl silicat, TEOS, Ở đề tài nghiên cứu này, tơi sử dụng nguồn ngun liệu đầu vào là cát thạch anh có giá thành thấp, có sẵn trong nước, và phương pháp chế tạo silica từ cát thạch anh là hướng mới chưa được nghiên cứu nhiều. Xuất phát từ tình hình thực tế và khả năng nghiên cứu của tơi tại Phòng Vật liệu vơ cơ khi nghiên cứu về vật liệu xúc tác – hấp phụ thì cần có một chất mang có độ bền hóa học cao với điện tích bề mặt riêng lớn là thực sự cần thiết Mặt khác để đánh giá ứng dụng của vật liệu silica trong lĩnh vực xúc tác – hấp phụ, chúng tôi tiến hành khảo sát bước đầu khả năng hấp phụ của vật liệu Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN với anion phốt phát. PO43 với lượng vừa đủ là chất thiết yếu cho sự sống, cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật. Nhưng, do sự phát triển nhanh chóng của ngành nơng nghiệp, hàm lượng phốt phát trong mơi trường tăng lên nhanh chóng làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới mơi trường sống của con người và sinh vật. Dư thừa photphat gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm gia tăng đột biến các thực vật phù du dẫn đến thiếu hụt lượng oxi hòa tan trong nước (DO), làm giảm số lượng các cá thể và quẩn thể động vật trong nước Vì vậy để đáp ứng u cầu trên cùng với sự giúp đỡ của các anh chị tại phòng Thí Nghiệm Vật liệu vơ cơ, tơi xin đề xuất đề tài tốt nghiệp: “Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43 trong nước” 2. Mục tiêu của đề tài: Chế tạo vật liệu SiO2 với kích thước nano từ cát thạch anh bằng phương pháp hóa học và thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2 Sử dụng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đại để xác định sự hình thành pha tinh thể, cấu trúc và tính chất của vật liệu (BET, SEM, XRD, ) 3. Nội dung nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu SiO2, CeO2/SiO2 kích thước nano Khảo sát hình thái, cấu trúc, tính chất vật liệu SiO 2 và CeO2/SiO2 kích thước nano tổng hợp được Đánh giá khả năng xử lý PO43 của vật liệu tổng hợp được và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu silicat Thành phần vỏ trái đất gồm có: 86,5% trọng lượng là SiC 2 và Silicat, trong đó gồm có: tràng thạch 55% trọng lượng, mêta và octosilicat 15% trọng lượng; Quaczit, opan, canxedoan 12% trọng lượng Theo nghiên cứu Virmegaras trong vỏ trái đất ln chứa 27,6% SiC2; 8,8% nhơm. Do đó theo chiều sâu vào tâm trái đất có thể có những vùng những vỉa tạo nên màng dầy Phayalite (Fe 2.SiO4), phoocterite (P2MgO.SiO2), enstalite (MgO.SiO2), Olivine (MgO.FeO.SiO2) [1] Nguyên liệu Silicat tồn tại chủ yếu 3 dạng: Nguyên liệu sét, fenspat, nguyên liệu silic. [1] 1.1.1. Nguyên liệu sét [3] Khống sét chủ yếu trong ngun liệu sét (cao lanh và đất sét các loại) được dùng để sản xuất vật liệu silica. Ngồi các khống chính, trong ngun liệu sét còn lẫn một số tạp chất khống khác như cát thạch anh, đá vơi, fenpat, mica, biotit, granat, pyrit, hematit, limonit, vật chất hữu cơ, Tùy theo hàm lượng và tính chất của mình mà các tạp chất có thể ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của nguyên liệu sét. Sau đây là một số nguyên liệu sét đặc trưng. [3] Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Đất sét có nhiều vùng trong cả nước, chúng thường tập trung thành các mỏ lớn như: Hà Nội có sét Đống Đa; Sơn Tây có sét Chùa Trầm; Hải Dương có sét Trúc Thơn; ở miền Trung có sét Cổ Định; ở miền Nam có sét thuộc tỉnh Lâm Đồng. [5] Các mỏ sét này có chất lượng sét khác nhau vì thành phần khống và thành phần hóa học mỗi mỏ sét cũng khác nhau. Ở miền Bắc các mỏ sét thường chứa khống Caolinit hoặc Illit, miền Nam, mỏ sét Đại Hiệp (Di Linh) có khống monmorilonit.[5] a. Caolinit Al2.2SiO2.2H2O Khống caolinit là thành phần chủ yếu của cao lanh, một số loại đất sét và phiến thạch sét. Caolinit có dung lượng hấp phụ thấp, co sấy nhỏ, tạo huyền phù kém ổn định và cường độ mộc yếu Cỏctinhth dngvycacaolinittrongsut,cúngvinngoidng gilcphngvkớchthcthngt0,1ữ3àm.Tinhthcaolinitnnhn 250oC. 500ữ600oC,saukhitỏchnchúahctinhth chuynsangth vụ định hình nhưng vẫn giữ ngun hình dạng ban đầu của mình đến gần 1200oC. b. Monmorilonit – Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O Khống monmorilonit có tinh thể dạng hạt nhỏ (cỡ 0,06 µm), dung lượng hấp phụ lớn, độ dẻo cao, tạo huyền phù ổn định và trương nở thuận nghịch khi có nước. Khống thường chứa các tạp oxit nhuộm màu, các oxit kiềm và kiềm thổ c. Thủy mica Illit 2,4(K,Na)2O.1,2MO.8,8R2O3.24SiO2.10H2O Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Illit có cấu trúc tinh thể tương tự mica monmorilonit, tuy nhiên không trương nở trong nước, chứa lượng kali thấp hơn và H2O cao hơn so với monmorilonit Dung lượng hấp phụ ion nằm trung bình caolinit và monmorilonit Các loại đất sét dễ chảy với độ dẻo trung bình ln chứa illit và sau khi nung đất sét thường có màu đỏ nâu Các tinh thể Illit riêng biệt nhỏ hơn 2µm chỉ phát hiện được bằng kính hiển vi điện tử và có dạng tấm giả lục phương. Trong kính hiển vi điện tử phân cực thấy được khống dạng tập hợp của các vảy khơng màu, màu phớt xanh, vàng, đen 1.1.2 Fenpat [3] Ngun liệu fenpat được dùng rộng rãi trong cơng nghệ gốm sứ. Fenpat là loại thường gặp trong đá phún xuất, ít hơn là đá biến chất. Người ta phân biệt 3 loại khống fenpat octoclaz (fenpat kali), anbit (fenpat natri) anoctit (fenpat canxi) Các khống fenpat có nhiều tính chất vật lý giống nhau: màu sáng tươi, chiết suất tương đối thấp, độ cứng lớn (6 ÷ 6,5). Tùy theo thành phần hóa học, khống vật fenpat canxinatri gọi là plagioclaz, nhóm phụ fenpat kalinatri gọi là octoclaz, nhóm phụ kalibari ít gặp hơn và được gọi là hialophan a. Nhóm phụ plagioclaz Các khống vật của nhóm plagioclaz gồm một loạt hỗn hợp đồng hình vế đầu là anbit (Na2O.Al2O3.6SiO2) và cuối là anoctit (CaO.Al2O3.2SiO2) và ở giữa là các khống trung gian Trong plagioclaz, tỷ lệ Na2O, CaO, Al2O3, SiO2 thay đổi rộng rãi tùy theo hỗn hợp đồng hình, ngồi ra còn có lẫn một ít K2O, BaO, Fe2O3 Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN b. Nhóm phụ octolaz (fenpat kalinatri) Nhóm này được dùng rộng rãi trong cơng nghệ gốm sử và thủy tinh. Đặc điểm của nhóm này là có những thành tạo pectit là các chất do dung dịch rắn bị phân hủy và giao nhau một cách có quy luật. Dung dịch rắn được hình thành ở nhiệt độ cao và bị phân hủy ra ở nhiệt độ thấp do kích thước ion K + và Na+ tạo dung dịch rắn khác nhau Octolaz (K2O.Al2O3.6SiO2): Thành phần hóa học dạng tinh khiết: K2O 16,90%; Al2O318,40%; SiO264,70%. Tuy nhiên khống octolaz thường có lẫn Na2O đến vài phần trăm, đơi khi nhiều hơn cả K 2O (loại natrioctolaz) và ngồi ra có lẫn một ít Fe2O3, BaO, Octolaz có các màu đục có màu trắng phớt đỏ, màu hồng tươi, màu vàng nâu Microlin (K2O.Al2O3.6SiO2): Là một trong những khống vật chính trong các thành tạo pecmatit. Thành phần hóa học giống octolaz và thường cũng chứa Na2O 1.1.3. Ngun liệu silic [3] Thành phần hóa học chính của ngun liệu silic là oxit silic – thường nằm ở dạng khống thạch anh và ít hơn là dạng canxedoan và opan Các khống trong ngun liệu silic: Thạch anh (SiO2): Thạch anh là khống vật phổ biến nhất trong vỏ trái đất, chủ yếu nằm nguyên liệu silic khoáng thường kèm trong ngun liệu sét, trong fenpat Canxedoan (SiO2): Có kiến trúc kinh thể giống như thạch anh, nhưng khác chỗ có chứa một ít nước. Người ta cho rằng canxedoan phần lớn được tạo thành từ sự kết tinh khơng hồn tồn của keo silic Dương Duy Đức Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 2.7. Hiệu suất hấp phụ PO43 của vật liệu SiO2 Từ bảng 3.1 và hình 3.7 trên ta thấy thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu là 90 phút với hiệu suất hấp phụ PO43 bão hòa là 11 %. Điều đó cho thấy khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu SiO2 tổng hợp được rất thấp, nên vật liệu chưa phù hợp để xử lý PO43. Tơi tiến hành thử nghiệm biến tính vật liệu CeO2/SiO2 kết quả thu được biểu diễn ở mục 3.2 3.2. Kết quả nghiên cứu vật liệu CeO2/SiO2 3.2.1. Kết quả nghiên cứu sự hình thành và biến đổi pha của vật liệu CeO2/SiO2 Sau khi tổng hợp được vật liệu SiO2, thử nghiệm biến tính thêm từ 1 → 20% về khối lượng CeO2 trên nền SiO2. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng CeO2 khi biến tính trên nền vật liệu SiO2 được trình bày cụ thể như sau: Dương Duy Đức 37 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Mâu đ ̃ ược điêu chê ̀ ́ở cac ty lê CeO ́ ̉ ̣ 2/SiO2 lần lượt thay đổi từ 1% đến 20% o theo khối lượng; nhiêt đô tao gel la 80 ̣ ̣ ̣ ̀ oC; tao gel ̣ ở pH = 1; nung ở nhiêt đô 550 ̣ ̣ C trong 2 giờ. Các mẫu được đem phân tich nhiêu xa tia X k ́ ̃ ̣ ết quả thu được như sau: Hình 3.8. Gian đơ nhiêu xa tia X cua mâu co ty lê CeO ̉ ̀ ̃ ̣ ̉ ̃ ́ ̉ ̣ 2/SiO2 khác nhau: a) 5 95%; b) 10%90%; c) 15%85% và d) 2080% o Kết quả nhiêu xa tia X ̃ ̣ ở hình 3.8, ta nhân thây các mâu nung ̣ ́ ̃ ở nhiêt đơ 550 ̣ ̣ C thanh phân pha thu đ ̀ ̀ ược chủ yếu là pha CeO2 không thấy xuất hiện pha của SiO2 (điều này đúng như khi nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự tạo pha của SiO2). Dương Duy Đức 38 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN 3.2.2. Kết quả khảo sát cấu trúc và hình thái học của vật liệu CeO2/SiO2 Vật liệu được chế tạo trong điều kiện tối ưu, được đem xác định hình thái học của hạt trên máy (SEM) SJED4800 (Nhật Bản). Kết quả kích thước hạt và hình thái học của mẫu tối ưu được chỉ ra ở hình 3.9 và hình 3.10 Hình 3.9. Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 100 nghìn lần) Dương Duy Đức 39 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.10. Ảnh chụp SEM vật liệu CeO2/SiO2 (độ phóng đại 50 nghìn lần) Ảnh SEM (hình 3.9 3.10) của mẫu được chế tạo bằng phương pháp đốt cháy gel ở 550oC cho thấy vật liệu được tổng hợp có kích thước hạt nhỏ, các hạt đồng nhất với kích thước hạt 50 100 nm và nhiều khoang hốc, kích thước nano Đây chính là ưu điểm của phương pháp tổng hợp vật liệu đốt cháy gel Polyvinyl Ancol Để đánh giá khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2. Cần phải khảo sát một số yếu tố cụ thể được trình bày ở phần sau Dương Duy Đức 40 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN 3.2.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ PO43 vật liệu CeO2/SiO2 như thời gian cân bằng hấp phụ, pH hấp phụ, nhiệt độ hấp phụ, cation, anion, Nhưng phần này tơi chỉ khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ PO43 bằng vật liệu CeO2/SiO2. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở phần sau: a. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ với PO43 Cân chính xác 0,5 g vật liệu SiO 2 phân tán trong 100ml dung dịch PO 43 10ppm (C0), khuấy liên tục bằng máy khuấy từ IRE, sau các khoảng thời gian 30, 60, 90, 120 phút để đạt sự cân bằng hấp phụ và sự phân tán đồng đều của các hạt xúc tác Sau thời gian hấp phụ, lấy mẫu, các dung dịch mẫu được li tâm tách loại vật liệu xúc tác CeO2/SiO2 và xác định nồng độ PO43 còn lại trong dung dịch ta thu được kết quả như sau: Bảng 3.2. Thời gian cân bằng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Thời gian (phút) 30 60 90 120 C0 (ppm) 10 10 10 10 10 Ct (ppm) 10 3,6 3,1 2,6 2,68 Hiệu suất (%) 64 69 74,2 73,2 Dương Duy Đức 41 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Dựa vào kết quả thực nghiệm (bảng 3.2 hình 3.11) ta thấy sau khoảng thời gian 90 phút vật liệu đạt trạng thái cân bằng hấp phụ. Vật liệu khi được biến tính 20% về khối lượng CeO2/SiO2 sau khoảng thời gian hấp phụ 90 phút thì hiệu suất hấp phụ so với vật liệu SiO 2 tăng từ 11% lên 74,2%. Như vậy ta sẽ chọn thời gian thực hiện các khảo sát ảnh hưởng tiếp theo là 90 phút b. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý PO43 của vật liệu Cân chính xác 0,5g vật liệu phân tán trong dung dịch PO43 10 ppm (C0), điều chỉnh pH của dung dịch bằng H2SO4 và NaOH. Khuấy liên tục bằng máy khuấy từ IRE trong khoảng thời gian đã tối ưu ở trên là 90 phút Sau thời gian hấp phụ, lấy mẫu, các dung dịch được li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2 xác định nồng độ PO43 còn lại trong dung dịch (Ct) ta được bảng kết quả như sau: Dương Duy Đức 42 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C0 (ppm) 10 10 10 10 10 10 Ct (ppm) 6,2 5,2 2,6 3,1 3,6 4,1 Hiệu suất (%) 38,1 48,5 74,2 69 64 58,8 pH Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Từ kết quả ảnh hưởng của pH (bảng 3.3 hình 3.12) đến khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 cho thấy hiệu suất hấp phụ giảm từ 74,2% xuống 58,8% khi pH tăng từ 6 đến 12, ngược lại hiệu suất hấp phụ giảm từ 74,2% xuống 38,1% khi giảm pH từ 6 đến 1 Như vậy, ta sẽ chọn pH trong khoảng từ 5 đến 6 cho khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng sau của vật liệu với dung dịch chuẩn PO43 c. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý PO43 của vật liệu Dương Duy Đức 43 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Cân chính xác 0,5g vật liệu phân tán trong 100ml dung dịch PO43 10ppm (C0), điều chỉnh pH của dung dịch trong khoảng pH = 56, khuấy dung d ịch liên tục bằng máy khuấy từ IRE trong tủ điều nhiệt, với điều kiện tối ưu trong các khoảng nhiệt độ 10 oC, 20 oC, 30 oC, 40oC trong 90 phút. Sau thời gian t = 90 phút, lấy mẫu, các dung dịch được li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2, xác định nồng độ PO43 còn lại (Ct) trong dung dịch, ta được kết quả trong bảng 3.4 và hình 3.13: Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Nhiệt độ (oC) 10 20 30 40 C0 (ppm) 10 10 10 10 Ct (ppm) 3,6 3,1 2,6 3,1 Hiệu suất (%) 64 69 74 69 Dương Duy Đức 44 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 Từ bảng 3.4 và hình 3.13 trên ta thấy khả năng hấp phụ PO43 của vật liệu CeO2/SiO2 trong cùng điều kiện khảo sát tốt nhất khi nhiệt độ nằm trong khoảng 30oC, điều này khá phù hợp với thực tế d. Dung lượng hấp phụ tối đa PO43 của vật liệu Cân chính xác 0,5g phân tán trong 100ml dung dịch PO43, có nồng độ ban đầu khác nhau (C0), với các điều kiện thí nghiệm tối ưu như thời gian cân bằng hấp phụ, nhiệt độ, pH Sau khi vật liệu đạt trạng thái cân bằng hấp phụ, lấy mẫu, các dung dịch được li tâm tách vật liệu xúc tác CeO2/SiO2, xác định nồng độ PO43 còn lại trong dung dịch (Cf), từ đó tính được dung lượng hấp phụ của vật liệu (Q mg/g), kết quả thu được trong bảng sau: Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ PO43 tối đa của vật liệu CeO2/SiO2 C0 (ppm) 10 25 50 75 100 125 Cf (ppm) 2,6 2,7 6,2 16,5 37,1 57,8 Q (mg/g) 3.3 18.2 39.7 54.4 58.8 63.1 Dương Duy Đức 45 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn dung lượng hấp phụ PO43 tối đa của vật liệu CeO2/SiO2 Từ số liệu thực nghiệm (bảng 3.5 hình 3.14), dung lượng hấp phụ của vật liệu được xác định theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và tính tốn bằng phần mềm Table Curves. Cho kết quả như sau: Q max = 67,55 mg/g, hệ số hồi quy r2 = 0,979 KẾT LUẬN Dương Duy Đức 46 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN Tổng hợp thành công vật liệu SiO2 từ cát thạch anh, và tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ anion phốt phát của vật liệu Kết quả thực nghiệm cho thấy: Silica tồn tại ở trạng thái tự nhiên αquartz Nhiệt độ nung thích hợp để tạo ra silica vơ định hình là 550oC Vật liệu có kích thước 50 100 nm Diện tích bề mặt tiếp xúc là 532 m2/g Vật liệu tổng hợp được có hiệu suất xử lý anion phốt phát rất thấp nên phù hợp làm chất mang Tiến hành thử nghiệm tổng hợp vật liệu SiO biến tính bằng CeO2 bằng phương pháp đốt cháy gel PVA và khảo sát khả năng hấp phụ PO43 trong nước Kết quả thực nghiệm cho thấy: Vật liệu CeO2/SiO2 đã có hiệu suất xử lý PO43 trong nước cao hơn nhiều so với vật liệu SiO2 (trên 70%) Sản phẩm vật liệu có kích thước hạt đồng nhất 50 – 60 nm Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu là 90 phút pH thích hợp để xử lý trong khoảng 5 – 6 Nhiệt độ hấp phụ PO43 thích hợp của vật liệu là 30oC Dung lượng hấp phụ đạt cực đại Qmax = 67,55 ppm Dương Duy Đức 47 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN KIẾN NGHỊ Nghiên cứu thêm về vật liệu CeO 2/SiO2 để xử lý các tác nhân ô nhiễm khác trong môi trường Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion khác đến khả năng xử lý PO43 của vật liệu Dương Duy Đức 48 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Bùi Văn Chiến, Hóa lý silicat (2001), Hà Nội 2. Phan Hồng Khơi, Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo vật liệu nano màng, ống, hạt, Báo cáo tổng kết đề tài cấp TT KHTN&CNQG (2003), Hà Nội 3. Huỳnh Đức Minh, Khống vật học silicat (2006), Hà Nội 4. Phạm Văn Tường, Vật liệu vơ cơ (2007), Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội 5. Nghiêm Xn Trung, Hóa học silicat (2008), Hà Nội 6. Nguyễn Vũ Giang, Lê Hải Đăng, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, Vi Đức Long, Ảnh hưởng của hạt nanosilica đến tính chất cơ học, nhiệt và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit HDPE/bột gỗ, Tạp chí Hóa học, T.51 (6ABC), 739 – 743, (2013) 7. Đỗ Quang Khánh, Lương Như Hải, Lưu Đức Hùng, Vương Quốc Tuấn, Đỗ Quang Minh, Phạm Cơng Ngun, Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý cho vật liệu trên cơ sở cao su thiên nhiên bằng than đen và nanosilica, Tạp chí Hóa Học, T.51 (6ABC), 244 – 248, (2013) Tiếng Anh Dương Duy Đức 49 Đồ án tốt nghiệp ĐH TN&MT HN 8. Grose, Crystalline silica (1977),54 J.Fricke, T.Tillotson (1997), Aerogel: production, characterization, and applications, Elsevier 10. ZhuZhu Li, Li Xiong Wen, Lei Shao, JianFend Chen* (2004), Fabrication of porous hollow silica nanoparticles and their applications in drug release control, Journal of Controlled Release 98, 245254 11 U Vijayalakshmi, A.Balamurugan and S Rajeswari (2005), Synthesis and Charaterization of Porous Silica Gels for Biomedical Applications, Trends Biomater. Artif. Organs, Vol 18 (2) 12. W.R Grac, Synthetic Amorphous Silica product Stewardship Sumamary (2009) 13. T.Sumiyoshi et al (2010), Silica aerogel in high energy physic, Elsevier 14. R.Baetenn et al, Energy and Building (2011) 43, 761769 15 Enobong R Essien1*, Oluyemi A.Olaniyil, Luqman A Adams2, Rafiu O.Shaibu2 (2012), SolGelDerived Porous Silica: Economic Synthesis and Characterization, Journal of Minerals and Matterials Characterization and Engineering 11, 976981 16. Sanjay K. S. Pate, Vipin C. Kalia, JoonHo Choi, JungTim Haw, InWon Kim* and Jung Kul Lee* (2014) Immobilization of Laccase on SiO2 Nanocarriers Improves Its Stability and Reusability S. J. Microbil. Biotechno, 24(5), 639647 17. AHP (2012), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 4550 P C., Vol. 4, pp 111112 Dương Duy Đức 50 Đồ án tốt nghiệp Dương Duy Đức ĐH TN&MT HN 51 ... phòng Thí Nghiệm Vật liệu vơ cơ, tơi xin đề xuất đề tài tốt nghiệp: Tổng hợp vật liệu SiO2 với kích thước nano, ứng dụng làm chất mang xử lý PO43 trong nước 2. Mục tiêu của đề tài: Chế tạo vật liệu SiO2 với kích thước nano từ cát thạch anh bằng phương ... Tổng hợp vật liệu SiO2, CeO2 /SiO2 kích thước nano Khảo sát hình thái, cấu trúc, tính chất vật liệu SiO 2 và CeO2 /SiO2 kích thước nano tổng hợp được Đánh giá khả năng xử lý PO43 của vật liệu tổng hợp được và khảo sát các ... SiO2 bằng phương pháp đốt cháy gel Polyvinyl Ancol theo sơ đồ sau: PVA + Ce4+ SiO2 tổng hợp Gel Sấy 80 → 100oC trong 4h Nung (2h) CeO2 /SiO2 Hình 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu CeO2 /SiO2 Vật liệu sau khi tổng hợp được xác định sự hình thành và biến đổi pha tinh