Tổng hợp oxit hỗn hợp hệ mn fe kích thước nanomet ứng dụng để xử lý as, fe và mn trong nước sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC PHẠM NGỌC CHỨC TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP HỆ Mn – Fe KÍCH THƢỚC NANOMET ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ As, Fe VÀ Mn TRONG NƢỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC Phạm Ngọc Chức TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP HỆ Mn – Fe KÍCH THƢỚC NANOMET ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ As, Fe VÀ Mn TRONG NƢỚC SINH HOẠT Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60.44.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lƣu Minh Đại Hà Nội - 2012 Lời cảm ơn Mục lục Mục lục bảng Mục lục hình Mục lục ký h Mở đầu Chƣơng Tổng quan 1.1 Giới thiệu côn 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.2 Ứng dụng cô 1.2 Nước ngầm 1.2.1 Sự ô nhiễm As, F 1.2.2 Tác hại As, F 1.3 Các giải pháp xử 1.3.1 Phương pháp trao 1.3.2 Phương pháp oxi 1.3.3 Phương pháp hấp 1.4 Một số phương p 1.4.1 Phương pháp gốm 1.4.2 Phương pháp đồn 1.4.3 Phương pháp đồn 1.4.4 Phương pháp 1.4.5 Tổng hợp đốt 1.5 Tổng hợp vật thước nanome 1.5.1 Tổng hợp vật 1.5.2 Tổng hợp vật Chƣơng Các phƣơng 2.1 Phương pháp 2.1.1 Lựa chọn phư 2.1.2 Tổng hợp oxi 2.2 Các phương p 2.3 Phương pháp 2.3.1 Khái niệm ch 2.3.2 Cân hấp 2.3.3 Phương trình 2.3.4 Phương trình 2.4 Phương pháp dịch Chƣơng Kết thảo luận 3.1 Vật liệu Mn2O 3.1.1 Phương pháp 3.1.2 Lựa chọn nhiệ 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng pH 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng tỷ 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng nh 3.2 Đánh giá khả hấp phụ Fe2O3 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thờ 3.2.2 Khảo sát hấp phụ As trê mơ hình đẳng nhiệt Langm Đánh giá khả hấp phụ 3.3 Fe2O3 Đánh giá khả hấp phụ 3.4 Mn2O3 – Fe2O3 Một Một số yếu tố ảnh hưở 3.5 vật liệu 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng cá PO4 3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng cat 3.6 Vật liệu oxit phức hợp hệ M (TA) Phương pháp tổng hợp vật 3.6.1 thạch anh Đánh giá khả hấp phụ 3.6.2 Mn2O3 – Fe2O3 n 3.6.2.1 Khảo sát hấp phụ Langmuir 3.6.2.2 Khảo sát khả hấp Mn2O3 – Fe2O3/T.A 3.6.2.3 Khảo sát khả hấp hợp Mn2O3 – Fe2O3/T Kết luận Danh mục cơng trì Tài liệu tham khảo Phụ lục Bảng 1.1 D Bảng 3.1 Ả tr D Bảng 3.2 th D Bảng 3.3 th Bảng 3.4 D Bảng 3.5 Ả tr D Bảng 3.6 th Bảng 3.7 Ả tr D Bảng 3.8 th Bảng 3.9 Ả liệ Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Kết xác định hàm lượng sắt, mangan cát thạch Bảng 3.13 Dung lượng hấp phụ As(III) Mn2O3 – Fe2O3/ T.A Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Hình 2.1 Sơ đồ chế Hình 2.2 Đường hấp phụ Hình 2.3 Xây dựng Hình 3.1 Giản đồ nh Hình 3.2 Giản đồ nh khác Hình 3.3 Giản đồ nh Fe/Mn Hình 3.4 Giản đồ nh khác Hình 3.5 Ảnh SEM Hình 3.6 Ảnh hưởng Hình 3.7 Đường đẳn thước nano Đường đẳn Hình 3.8 thước nano Hình 3.9 Ảnh hưởng Hình 3.10 Đường đẳn thước nano 10 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Mn Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) Mn2O3 – Fe2O3 kích thước n Hình 3.13 Sơ đồ tổng hợp vật liệu oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe cát thạc Hình 3.14 Giản đ Hình 3.15 Đường Hình 3.16 Đường Hình 3.17 Đường Hình 3/18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) Mn2O3 – Fe2O3/T.A 11 Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) Mn2O3 – Fe2O3 /T.A 71 Sự hấp phụ Mn(II) Mn2O3 – Fe2O3/ T.A mô tả xác mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số hồi qui 99,85% Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir Mn(II) 2,62 mg/g Kết nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe asen, sắt, mangan khả quan Mặt khác, với kích thước hạt từ 0,5 – 1mm vật liệu oxit hỗn hợp Mn2O3 – Fe2O3 có khả ứng dụng thực tế xử lí nguồn nước ô nhiễm asen, sắt mangan 72 KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm điều chế oxit hỗn hợp Fe 2O3 – Mn2O3 nghiên cứu ứng dụng xử lí asen, sắt, mangan nước sinh hoạt, rút số kết luận sau đây: - Bằng phương pháp đốt cháy gel tổng hợp oxit hỗn hợp Fe 2O3 – Mn2O3 nhiệt độ 5500C, kích thước hạt cỡ 25nm, với diện tích bề mặt 68,5 m2/g - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tạo pha oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 như: nhiệt độ nung, pH, tỷ lệ mol (Mn2+ + Fe3+)/PVA, tỷ lệ mol Fe/Mn Đối với pha oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3, điều kiện thích hợp là: nhiệt độ nung 5500C, tỷ lệ mol Fe/Mn = 1:1, pH = 4, tỷ lệ mol (Mn2+ + Fe3+)/PVA = 1:3 - Đã ứng dụng oxit hỗn hợp Fe 2O3 – Mn2O3 có kích thước nanomet để hấp phụ As(III), As(V), Fe(III) Mn(II) pH = theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 có kích thước nanomet As(III) 41,12 mg/g, As(V) 48,44 mg/g, Fe(III) 111,04mg/g, Mn(II) 98,09mg/g - Đã tổng hợp oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3/cát thạch anh ứng dụng xử lý asen, sắt, mangan Dung lượng hấp phụ cực đại tương ứng As(III), As(V), Fe(III) Mn(II) là: 1,36; 1,53; 3,19; 2,62mg/g 73 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức (2011), “Nghiên cứu khả sử dụng oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 cấu trúc nano để hấp phụ sắt, mangan, asen”, Tạp chí Hóa học, T.49 (2), Tr.157 – 161 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hố học mơi trường sở, Trường ĐHKHTN Lê Văn Khoa (1995), Môi trường ô nhiễm, NXB Giáo dục Đặng Kim Chi (1998), Hoá học môi trường, NXBKHKT Hà Nội Bộ Khoa học công nghệ Môi trường (1994), Tổng quan trạng môi trường Việt Nam, Hà Nội Lưu Đức Hải, Đỗ Văn ái, Võ Công Nghiệp, Trần Mạnh Liễu (2005), Chiến lược quản lý giảm thiểu tác động ô nhiễm asen tới môi trường sức khoẻ người, Tuyển tập hội thảo Quốc tế “Ô nhiễm asen: Hiện trạng, tác động đến sức khoẻ người giải pháp phòng ngừa”, Hà Nội Lê Văn Cat ́́ nươc thai, Nhà xuất KHKT, Hà Nội ́́ ́̉ Nguyễn Hữu Phú (1998), Các tạp chất ô nhiễm thường gặp nguồn nước, Hội thảo quốc gia: Hóa học cơng nghệ hóa học với trương trình nước vệ sinh môi trường Ban đạo quốc gia – Viện hóa học Nguyêñ Hữu Phú(2003), Hóa lý hóa keo, nhà xuất KHKT, Hà Nội Đinh Hải Hà (2010), Phương pháp phân tích tiêu môi trường, Nhà xuất Khoa học – Kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Đình Bảng (2004), Các phương pháp xử lý nước, nước thải Khoa Hóa học – Trường Đại học KHTN – Đại học QGHN 11 Phan Văn Tường (2004), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm Khoa Hóa học – Trường Đại học KHTN – Đại học QGHN 12 Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano – công nghệ vật liệu nguồn Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội 75 13 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích Vật lý Hố lý, Trường ĐHKHTN 14 Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh (2008), “Tổng hợp Mn2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel nhiệt độ thấp”, Tạp chí hóa học, T.46 (4), Tr.451 – 455 15 Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Đào Ngọc Nhiệm (2009), “Tổng hợp α – Fe2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel sử dụng để hấp phụ asen”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Xúc tác – Hấp phụ toàn quốc lần thứ 5, Tr.213 – 216 16 Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh (2008), “Tổng hợp MnO2 kích thước nanomet phương pháp bốc cháy gel nghiên cứu khả sử dụng MnO2 kích thước nanomet để hấp phụ asenic”, Tạp chí Hóa học, T46 (2A),Tr451 – 455 17 Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan (2009), “Tổng hợp γ – Fe2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel nghiên cứu khả hấp phụ sắt, mangan, asen”, Tạp chí Hóa học, T.47 (6A), Tr.260 – 264 18 Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Nguyễn Thị Tố Loan (2009), “Nghiên cứu khả hấp phụ asen, mangan sắt α – Fe 2O3 kích thước nanomet silicat”, Tạp chí Hóa học, T.47 (6A), Tr.265 – 268 19 Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Võ Quang Mai (2011), “Chế tạo vật liệu cát thạch anh phủ nano oxit β – MnO2 γ – Fe2O3 để hấp phụ asen”, Tạp chí Hóa học, T.49 (3A), Tr.6 – 10 TÀI LIỆU TIẾNG ANH 20 McGraw-Hill (1997), Encyclopedia of Science and Technology, 8th edition 76 21 J.C Miller (2005), The handbook of nanotechnology, Wiley VCH, pp.26 22 C Meldrum et al (1991), “Synthesis of inorganic nanophase materials in supramolecular protein cages”, Nature, Vol 394, pp.684-687 23 K.J Klabunde (1994), Free Atoms, Clusters and Nanoparticles, Academic Press, San Diego 24 E.M Lucas and K.J Klabunde (1999), “Nanocrystals as destructive absorbants for mimcs of chemical warfare agents”, Nanostructured Materials, Vol 12, pp.1 25 C Wang, A Cui, Z Deng (2001), “Preparation of Cuprous oxide particles of different crystallinit”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol 243, pp.85-92 26 B Balamurugan, B R Mehta (2001), “Optical and structural properties of nanocystalline copper oxide thin films prepared by actived reactive evaporation”, Thin solid films, Vol 396, pp.90-96 27 R Smalley (1992), Congressional Hearing, Sol Energy Mater Sol Cells, Vol 27, pp 361-370 28 T Boronina, K.J Klabunde, G Sergeev (1995), “Destruction of Organohalides in Water Using Metal Particles: Carbon Tetrachloride/Water Reactions with Magnesium, Tin, and Zinc”, Environ Sci Technol, Vol 29, pp.1511-1517 29 E.M Lucas and K.J Klabunde (1999), “Nanocrystals as destructive absorbants for mimcs of chemical warfare agents”, Nanostructured Materials, Vol 12, pp.179-182 30 M McGehee, Stanford Univ (2003), Organic and Polymericphotovollatic Cells, Presented at NSF Organic, available at http://www mrc.utexas.edu/ 31 L Schlapbach and A Züttel (2001), “Hydrogen-storage Materials for mobile applications”, Nature, Vol 414, pp.353-358 77 32 M Peter (2005), “Ion exchange An over view of technologies useful for arsenic removal”, Vetrapure water, 22(5), pp.42-43 33 Kim, M J and Nriagn, J (2000), “Oxidation of arsenic in ground using ozone and oxygen”, Science of the total environment, 247, pp.71 – 79 34 M Bissen, F H Frimmel, Arsenic areview Part II (2003), “Oxidation of arsenic and its removal in water treatment”, Acta hydrochim Hydrobiol 31(2), pp.97 – 107 35 Dinesh Mohan, Charles U.Pittman Jr (2007), “Review arsenic removal from water/waste water using adsortbents – critical review”, J Hazard Mater 2007 01.006 36 Daus,R.Wennrich, H Weiss (2004), “Sorption materials for arsenic removal from water: a comparative study”, water Res 38(12), pp.2948 – 2954, 2004 37 T.Yuan, J Y Hu, S.L.Ong, Q.F.Luo, W.J.Ng (2001), “Arsenic removal from household drinking water by adsorption”, J Environ Sci Health A37(9), pp.1721 – 1736 38 Lucy M Camacho, Ramona R Parra, Shuguang Deng (2011), “Arsenic removal from groundwater by MnO2-modified natural clinoptilolite zeolite: Effects of pH and initial feed concentration”, Journal of Hazardous Materials 189, pp.286–293 39 Altundoan, S.; Tỹmen, F.; Bildik, M (2002), “Arsenic adsorption from aqueous solutions by activated red mud”, Waste Management 22, pp.357-363 40 A G Merzano (1993), “Theory and Paractice of SHS”: Worlwide state of the art and Newest Results, International Journal of Self Propagating High Temperature, (2), pp.113 – 158 78 41 P Deb, A Basumallick, P Chatterjee, and S.P Sengupta (2001), “Preparation of α – Fe2O3 nanoparticles from a nonaqueous precursor medium”, Scripta Materialia, 45, pp.341 – 346 42 P Chauhan, S Annapoorini, S.K Trikha (1999), “Humidity – sensing properties of nanocrystalline hematite thin films preparared by sol – gel processing”, Thin Solid Films, 45, pp.266 – 268 43 Bingjie Liu, Dongfeng Wang, Haiyan Li, Ying Xu, Li Zhang (2011), “As(III) removal from aqueous solution using α-Fe2O3 impregnated chitosan beads with As(III) as imprinted ions”, Desalination 272, pp.286–292 44 M.H Khedr, K.S Abdel halim, N.K Soliman (2009), “Synthesis and photocatalysis activity of nano sized iron oxides”, Materials Letters, 63, pp.598 – 601 45 Zhou Gui, Rong Fan, Xian Hui Chen, Yi Cheng Wu (2001), “A simple direct preparation of nanocrystalline γ – Mn2O3 at ambient temperature”, Inorganic Chemistry Communication, 4, pp.294 – 296 46 Shuyuan Zhang, Zhiwen Chen, Shun Tan, Jian Wang and Sizhao Jin (1997), “Prepation and microstructure of nanometer sized Mn2O3”, Nanostructured Materials, (6), pp.719 – 723 47 P Julius Pretorius, Peter W Linder (2001), “The adsorption characteristics of δ – mangansas dioxide: a collection of diffuse double layer constants for the adsorption of H+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+ and Pd2+”, Applied Geochemistry, 16, pp.1067 – 1082 48 Kanaparthi Ramesh, Luwei Chen, Ziyi Zhong, Jianhau Chin, Hongwai Mook, Yi Fan Han (2007), “Preparation and characterization of coral like nanostructured α – Mn2O3 catalyst for catalytic combustion methane”, Catalysis Communications, 8, pp.1421 – 1426 49 Gaosheng Zhanga,b, Jiuhui Qua, Huijuan Liua, Ruiping Liua, Rongcheng Wua (2007), “Preparation and evaluation of a novel Fe–Mn binary 79 oxide adsorbent for effective arsenite removal”, Water research, 41, pp.1921 – 1928 50 Wei Xu, Hongjie Wang, Ruiping Liu, Xu Zhao, Jiuhui Qu (2011), “Arsenic release from arsenic-bearing Fe–Mn binary oxide: Effects of Eh condition”, Chemosphere 83, pp.1020–1027 51 Jennifer A, Wilkie, Janet G Hering (1996), “Adsorption of onto hydrous ferric oxide: effects of adsorbate/adsorbent ratios and co – occurring solutes”, Colloid Surfaces A, 107, pp.97 – 110 52 J.N Moore, J.R Walker, T.H Hayes (1990), “Reaction scheme for the oxidation of As(III) to arsenic (V) by birnessite”, Clays Clay Miner, 38, pp.549 – 555 53 Sunbaek Bang, Manish Patel, Lee Lippincott, Xiaoguang Meng (2005), “Removal of arsenic from groundwater by granular tiannium dioxide adsorbent”, Chemosphere, 60, pp.389 – 3896 54 T.Tuutijarvi, J.Lu, M Sillanpaa, G Chen (2009), “As(V) adsorption on maghemite nanoparticles”, Journal of Hazardous Materials, 166, pp.1414 – 1420 55 Kaushik Gupta, Uday Chand Ghosh (2009), “Arsenic removal using hydrous nanostructure iron (III) – titanium (IV) binary mixed oxide from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials, 161, pp.884 – 892 56 Yun Fan, Fu Shen Zhang, Yinan Feng (2008), “An effective adsorbent developed from municipal solid waste and co – combustion ash for As(V) removal from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials, 159, pp.313 – 318 80 ... tài ? ?Tổng hợp oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe kích thước nanomet ứng dụng để xử lý As, Fe Mn nước sinh hoạt ” Trong khuôn khổ luận văn nghiên cứu tổng hợp oxit phức hợp hệ Mn – Fe ứng dụng để xử lý asen,... lệ mol Mn/ Fe= 1:1 có pha xít hỗn hợp Fe 2O 3Mn2 O3 Do vậy, để điều chế oxit hỗn hợp Fe 2O3 -Mn2 O3 chọn tỷ lệ mol Mn/ Fe =1:1 48 Mn/ Fe= 1/9 Mn/ Fe= 1/3 Mn/ Fe= 1/1 Mn/ Fe= 3/1 Mn/ Fe= 9/1 Mn2 O3 Fe2 O3 Mn3 O4 Hình... TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC Phạm Ngọc Chức TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP HỆ Mn – Fe KÍCH THƢỚC NANOMET ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ As, Fe VÀ Mn TRONG NƢỚC SINH HOẠT Chun ngành: Hóa