Nghiên cứu chế tạo vật liệu zeolit y kích thước nano từ cao lanh và sử dụng vật liệu chế tạo được để xử lý nước thải chứa phenol và kim loại nặng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM THÁI HƯNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZEOLIT Y KÍCH THƯỚC NANO TỪ CAO LANH VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO ĐƯỢC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL VÀ KIM LOẠI NẶNG LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TẠ NGỌC ĐÔN HÀ NỘI – 2010 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Tạ Ngọc Đơn, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo thuộc Bộ môn Công nghệ chất vơ cơ, Bộ mơn Hóa hữu cơ, Khoa Cơng nghệ Hóa học, Viện đào tạo sau Đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội; Trung tâm phân tích thí nghiệm địa chất, Cục địa chất khống sản Việt Nam; Viện cơng nghệ xạ - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam; Viện vệ sinh dịch tễ - Bộ y tế; Bộ môn vật lý chất rắn - Khoa Vật lý - Đại học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn đồng nghiệp công tác Trường Cao đẳng Hóa chất tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện giúp tơi hồn thành khóa học Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Học viên Phạm Thái Hưng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi, số liệu kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Phạm Thái Hưng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng I.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp theo thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (không kể Si) Bảng I.2 Dữ liệu cấu trúc số zeolit thông dụng Bảng I.3 Dung lượng trao đổi cation số zeolit Bảng I.4 Kích thước phân tử đường kính động học số phân tử chất bị hấp phụ quan trọng Bảng I.5 Kích thước mao quản, đường kính động học khả hấp phụ chất tốt số zeolit thông dụng Bảng I.6 Ảnh hưởng tỷ lệ SiO2/Al2O3 gel ban đầu lên tỷ lệ SiO2/Al2O3 sản phẩm cuối kích thước tinh thể nanozeolit thu Bảng I.7 Hàm lượng kim loại nặng cho phép tối đa nước uống theo tiêu chuẩn WHO 8.Bảng III.1 Dung lượng CEC, AH2O, AC6H6 mẫu YY72-12- 90H zeolit NaY [4] Bảng III.2 Kết thu từ phương pháp hoá lý khác 10 Bảng III.3 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit mẫu có hàm lượng nước khác 11 Bảng III.4 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit mẫu có hàm lượng phức khác 12 Bảng III.5 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu khảo sát theo thời gian kết tinh kác 13 Bảng III.6 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu có thời gian làm già khác 14 Bảng III.7 CEC, AH2O, AC6H6 zeolit NaY mẫu có thời gian làm già khác 15 Bảng III.8 Đặc tính hóa lý mẫu thay đổi hàm lượng SiO2 16 Bảng III.9 Kết xử lý độc tố nước thải 25oC, pH = 7, với hàm lượng 1g xúc tác/ 1l nước thải DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình I.1 Sơ đồ khơng gian mạng lưới cấu trúc kaolinit Hình I.2 Các vị trí trao đổi ion khác hạt kaolinit Hình I.3 Các đơn vị cấu trúc sơ cấp zeolit: Tứ diện SiO4 (a), AlO4- (b) Hình I.4 Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) zeolit Hình I.5 Sự hình thành cấu trúc zeolit A, X (Y) từ kiểu ghép nối khác Hình I.6 Cấu trúc khung mạng zeolit Y Hình I.7 Mơ hình hấp phụ para-xylen sử dụng Mỹ Hình I.8 Các vật liệu nanozeolit thương mại tổng hợp từ hóa chất tinh khiết Hình I.9 Tổng hợp nanozeolit chất giới hạn 10 Hình I.10 Sự hình thành nanozeolit Y từ hệ gel 11 Hình I.11 Cơ chế kết tinh loại FAU từ dung dịch gel 12 Hình I.12 Ảnh hưởng nhiệt độ giai đoạn tới kích thước tinh thể nanozeolit 13 Hình I.13 Ảnh hưởng tỷ lệ KOH/SiO2 đến kích thước tinh thể 14 Hình I.14 Hình chụp SEM nanozeolit ZSM-5 với thay đổi tỷ lệ SiO2/Al2O3 15 Hình I.15 Cấu trúc khơng gian phenol 16 Hình I.16 Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể 17 Hình I.17 Phổ IR vùng dao động tinh thể số loại zeolit 18 Hình I.18 Nguyên lý phương pháp nghiên cứu TEM SEM 19 Hình I.19 Hình ảnh vật thể 3D chuyển thành ảnh dạng 2D 20 Hình I.20 Hình ảnh (TEM) 3D tinh thể Ag hạt Zeolit Y 21 Hình I.21 Đồ thị xác định thơng số phương trình BET 22 Hình III.1 Phổ XRD mẫu YY72-12-90H mẫu Micro-NaY (Pháp) 23 Hình III.2 Ảnh SEM mẫu Nano-NaY (a) tổng hợp từ cao lanh Micro-NaY Pháp (b) tổng hợp từ hóa chất tinh khiết 24 Hình III.3 Ảnh TEM mẫu YY72-12-90H 25 Hình III.4 Phổ IR mẫu YY72-12-90H (a) mẫu zeolit NaY (b) 26 Hình III.5 Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ mẫu YY72-12-90H (a) tổng hợp từ cao lanh Micro-NaY Pháp (b) tổng hợp từ hóa chất tinh khiết 27 Hình III.6 Phân bố lỗ xốp mẫu YY72-12-90H (a) mẫu NaY (b) 28 Hình III.7 Phổ XRD mẫu YY72-12-70H, YY72-12-90H, YY7212-110H, YY72-12-130H 29 Hình III.8 Phổ XRD mẫu YY72-12-0.0D, YY72-12-0.6D, YY72-121.2D YY72-12-1.8D 30 Hình III.9 Phổ XRD mẫu YY72-06-90H, YY72-12-90H, YY7218-90H YY72-24-90H 31 Hình III.10 Phổ XRD mẫu YY24-12-90H, YY48-12-90H, YY7212-90H YY96-12-90H 32 Hình III.11 Phổ XRD mẫu YY72-12a-7S(1), YY72-12a-7S(2) YY72-12a-7S(3) 33 Hình III.12 Phổ XRD mẫu YY72-12a-6S, YY72-12a-7S, YY7212a-8S MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN I.1 Cao lanh ứng dụng cao lanh I.1.1 Thành phần hoá học cấu trúc cao lanh I.1.2 Các tính chất cao lanh I.1.3 Ứng dụng cao lanh I.2 Giới thiệu zeolit I.2.1 Khái niệm phân loại zeolit ………………………… I.2.2 Cấu trúc tinh thể zeolit Y I.2.3 Các tính chất zeolit Y 10 I.2.4 Ứng dụng zeolit Y 16 I.3 Giới thiệu Nanozeolit Y 17 I.3.1 Lý thuyết tổng hợp tinh thể nanozeolit 19 I.3.2 Cơ chế kết tinh nanozeolit NaY 23 I.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành zeolit 26 I.3.4 Tổng hợp naonozeolit 32 I.4 Nước thải chứa kim loại nặng phenol 33 I.4.1 Nước thải 33 I.4.2 Các chất vô độc hại tiêu biểu 33 I.4.3 Các hợp chất hữu độc hại tiêu biểu 35 I.5 Các phương pháp đặc trưng nanozeolit 37 I.5.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 37 I.5.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 38 I.5.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 40 I.5.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 41 I.5.5 Áp dụng phương pháp BET để xác định bề mặt riêng 43 Chương II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM II.1 Nguyên liệu hóa chất 45 II.1.1 Các hoá chất dụng cụ 45 II.1.2 Chuẩn bị nguyên liệu 45 II.2 Chuyển hóa cao lanh thành nanozeolit NaY 45 II.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước 45 II.2.2 Khảo sát ảnh hưởng DNy 46 II.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian kết tinh 46 II.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian làm già 47 II.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh 47 II.2.6 Khảo sát ảnh hưởng SiO2 47 II.3 Ứng dụng xử lý nước thải chứa phenol kim loại nặng 48 II.4 Phương pháp nghiên cứu đặc trưng nanozeolit Y 48 II.4.1 Phương pháp đặc trưng cấu trúc 48 II.4.2 Phương pháp đặc trưng tính chất 49 Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1.Kết tổng hợp vật liệu nanozeolit NaY 53 III.1.1 Đặc trưng tính chất vật liệu nanozeolit NaY 53 III.1.2 Đặc trưng cấu trúc vât liệu nanozeolit NaY 54 III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành vật liệu nanozeolit Y 59 III.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng nước 59 III.12.2 Ảnh hưởng DNy 62 III.2.3 Ảnh hưởng thời gian kết tinh 64 III.2.4 Ảnh hưởng thời gian làm già 67 III.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh 69 III.2.6 Ảnh hưởng SiO2 71 III.3 Kết ứng dụng xử lý nước thải chứa phenol kim loại nặng 74 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 MỞ ĐẦU Từ nhiều thập niên trước, zeolite rây phân tử trở thành mặt hàng có thị trường rộng lớn giới, đáp ứng nhu cầu nhiều lĩnh vực Ngày nay, zeolit sử dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp với mục đích làm chất hấp phụ, xúc tác…do chúng thuộc họ vật liệu vi mao quản, có kích thước đồng đều, có bề mặt riêng lớn, hoạt tính xúc tác độ chọn lọc cao đồng thời bền cơ, bền nhiệt tái sinh …[4], [12] Chính ưu điểm zeolit mà nhà khoa học không ngừng nghiên cứu zeolit Trong nghiên cứu, chế tạo nanozeolit hướng phát triển Đó zeolit có kích cỡ nanomet Nanozeolit có nhiều tính chất vượt trội so với zeolit cỡ micromet thông thường như: khả hấp phụ tăng, hoạt tính xúc tác độ chọn lọc tăng cao,… Đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp nanozeolit, hầu hết từ hoá chất tinh khiết, đắt tiền Hướng nghiên cứu tổng hợp nanozeolit từ cao lanh thu kết bước đầu So với nanozeolit tổng hợp từ hoá chất tinh khiết nanozeolit tổng hợp từ cao lanh có nhiều lợi mặt số lượng giá thành Nghiên cứu tổng hợp nanozeolit từ cao lanh, loại vật liệu sẵn có, rẻ tiền hướng đắn bước đầu có kết Ở Việt Nam nguồn tài nguyên cao lanh phong phú, tận dụng nguồn tài nguyên để chế tạo vật liệu nanozeolit có giá trị cao có ý nghĩa Kế thừa kết đạt việc tổng hợp nanozeolit, luận văn tiến hành nghiên cứu chuyển hoá cao lanh Việt Nam thành vật liệu zeolit Y kích thước nano ứng dụng xử lý nước thải chứa phenol kim loại nặng CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 CAO LANH VÀ ỨNG DỤNG CỦA CAO LANH I.1.1 Thành phần hóa học cấu trúc cao lanh Khoáng sét loại aluminosilicat có cấu trúc lớp, hình thành từ tứ diện oxyt silic xếp thành mạng hình lục giác, liên kết với mạng bát diện [4], [5], [20], thành phần loại khoáng sét chủ yếu nguyên tố Si Al, hàm lượng silic lớn nhơm, ngồi cịn có nguyên tố khác sắt (Fe), magie (Mg), kali (K), natri (Na), canxi (Ca),…Tuỳ hàm lượng chúng có mặt khống sét mà ta phân loại khoáng sét khác Bảng I.1 Phân loại số khoáng sét thường gặp theo thành phần nguyên tố chủ yếu Al, Fe, Mg (khơng kể Si) Tên khống sét Nguyên tố có nhiều thành phần Beidelit Al Montmorilonit Al (Mg, Fe2+ ít) Nontronit Tên khống sét Fe Kaolinit, haloysit Sepiolit 3+ Saponit Mg, Al Vermiculit Mg, Fe2+, Al (Fe3+ ít) Ilit Clorit Talc Ngun tố có nhiều thành phần Al Mg, Al K, Al (Fe, Mg ít) Mg, Fe2+, Al Mg, Fe2+ Thông thường để nhận biết nhanh loại khoáng sét người ta thường dựa vào có mặt nguyên tố Al, Fe, Mg (khơng kể Si) có thành phần [4], [10] Cao lanh loại khoáng sét tự nhiên ngậm nước mà thành phần khống vật kaolinit, có cấu trúc 1:1 dạng diocta, chiếm khoảng 85-90% trọng lượng [4], [10], [12], [18] Cơng thức hóa học đơn giản Al2O3.2SiO2.2H2O, công thức lý YY72-06-90H Y YY72-12-90H Y YY72-18-90H Y Y YY72-24-90H Hình III.9 Phổ XRD mẫu YY72-06-90H, YY72-12-90H, YY72-18-90H YY72-24-90H Qua XRD ta thấy tăng thời gian kết tinh độ rộng pic tăng dần Trên phổ mẫu YY72-6-90H có cao cường độ quartz mạnh hơn, thời gian kết tinh ngắn nên không xốp độ tinh thể 65 III.2.4 Ảnh hưởng thời gian làm già Để khảo sát ảnh hưởng thời gian làm già đến trình tổng hợp nanozeolit NaY, tiến hành tạo lập mẫu có tỷ lệ thành phần mol mục II.2.4, thời gian kết tinh, nhiệt độ kết tinh thông số khác môi trường, áp suất giữ không đổi suốt trình, thay đổi thời gian làm già gel trước kết tinh Theo sản phẩm tạo xác định dung lượng CEC, độ hấp phụ nước benzen, độ tinh thể thể bảng III.6 Bảng III.6 CEC, AH2O, AC6H6, độ tinh thể kích thước hạt zeolit NaY mẫu có thời gian làm già khác Kí hiệu mẫu AH2O, AC6H6, CEC, meq/100g %TL %TL Độ tinh thể, % Kích thước hạt theo XRD, nm YY24-12-90H 150 12,0 12,2 60 - YY48-12-90H 230 19,7 20,0 92 50 YY72-12-90H 256 22,4 25,1 95 19 YY96-12-90H 256 23,0 23,5 95 19 Từ bảng III.6 ta thấy thời gian làm già tăng, dung lượng trao đổi CEC, độ hấp phụ benzen (AC6H6), độ hấp phụ nước (AH2O), độ tinh thể tăng lên mức độ tăng không khác biệt nhiều khoảng 72-96h làm già, kích thước hạt tinh thể có chiều hướng khơng đổi Điều cho thời gian làm già tăng chất tạo cấu trúc hữu có đủ thời gian để tác động tạo mầm tinh thể đồng tránh tượng lớn lên không tinh thể lớn Kết phù hợp với phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X trình bày hình III.10 Theo mẫu YY72-12-90H xem thích hợp 66 Y YY24-12-90H Y YY48-12-90H Y YY72-12-90H YY96-12-90H Y Hình III.10 Phổ XRD mẫu YY24-12-90H, YY48-12-90H, YY72-12-90H YY96-12-90H 67 Phổ XRD cho thấy pic đặc trưng zeolit Y góc 2θ =6,2o pic mở rộng dần tăng thời gian làm già, tức kích thước tinh thể hạt giảm dần tăng thời gian làm già Mẫu YY24-12-90H có đường cao có độ tinh thể thấp Đó thời gian già hóa ngắn (24h) chưa đủ để tác nhân khống hóa phức DNy phát huy tác dụng để tạo tiền tố cần thiết tạo nên tinh thể Các kết thực nghiệm chứng tỏ rằng, thời gian làm già gel có ảnh hưởng định đến kết tinh zeolit Điều giải thích thời gian làm già tăng, tác dụng chất tạo cấu trúc hữu DNy chất khoáng hoá NaOH xúc tiến cho trình tạo tiền tố SBU Ở nồng độ thích hợp SBU ghép nối với tạo mầm tinh thể Thời gian làm già tăng số mầm tinh thể tạo nhiều làm cho số lượng hạt tinh thể tăng dẫn đến tăng độ tinh thể Như vậy, việc tăng thời gian làm già có tác dụng tích cực đến q trình tổng hợp nanozeolit NaY III.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ kết tinh đến trình tổng hợp nanozeolit NaY, tiến hành tạo lập mẫu có tỷ lệ thành phần mol mục II.2.5, thời gian kết tinh, thời gian làm già thông số khác môi trường, áp suất giữ không đổi suốt trình, thay đổi nhiệt độ kết tinh Theo sản phẩm tạo xác định dung lượng CEC, độ hấp phụ nước benzen, độ tinh thể thể bảng III.7 Từ bảng III.7 ta thấy nhiệt độ kết tinh thấp (600C) cao (950C) dung lượng trao đổi CEC, độ hấp phụ benzen (AC6H6), độ hấp phụ nước (AH2O) giảm Điều cho nhiệt độ kết tinh thấp khoảng thời gian kết tinh 12 mầm tinh thể chưa lớn lên hoàn chỉnh dẫn đến hấp phụ nước, benzen CEC nhỏ Khi nhiệt độ kết tinh cao tốc độ lớn lên tinh thể nhanh, sớm đạt trạng thái bão hòa kéo dài thời gian dẫn đến hịa tan phần tinh thể làm cho tính chất vật liệu giảm Kết phù hợp với phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X trình bày hình III.11 68 Y YY72-12a-7S(1) Y YY72-12a-7S(2) YY72-12a-7S(3) Hình III.11 Phổ XRD mẫu YY72-12a-7S(1), YY72-12a-7S(2) YY72-12a-7S(3) 69 Bảng III.7 CEC, AH2O, AC6H6 zeolit NaY mẫu có thời gian làm già khác CEC, meq/100g AH2O, %TL AC6H6, %TL YY72-12a-7S (1) Nhiệt độ kết tinh C 60 189 16,5 6,9 YY72-12a-7S(2) 80 250 23,6 21,3 YY72-12a-7S(3) 95 241 22,4 18,6 Kí hiệu mẫu Phổ XRD cho thấy pic đặc trưng zeolit Y góc 2θ =6,2o pic mở rộng dần giảm nhiệt độ kết tinh, tức kích thước tinh thể hạt giảm dần giảm nhiệt độ kết tinh Mẫu YY72-12a-7S(2) đánh giá mẫu có chất lượng tốt ứng với nhiệt độ kết tinh 800C III 2.6 Ảnh hưởng SiO2 Bảng III.8 Đặc tính hóa lý mẫu thay đổi hàm lượng SiO2 Ký hiệu mẫu CEC, meq/100g AH2O, % AC6H6, % YY72-12a-6S 220 20,0 17,9 YY72-12a-7S 250 23,6 21,3 YY72-12a-8S 233 14,8 12,8 Tỷ lệ SiO2/Al2O3, hợp phần phản ứng xem yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến hình thành kiểu cấu trúc nanozeolit Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng SiO2 đến kích thước hạt tinh thể nanozeolit Y, ta tiến hành tạo lập mẫu có tỷ lệ thành phần mol mục II.2.6, thành phần giữ không đổi, thay đổi hàm lượng Silic (SiO2) 70 YY72-12a-6S YY72-12a-7S YY72-12a-8S Hình III.12 Phổ XRD mẫu YY72-12a-6S, YY72-12a-7S, YY72-12a-8S 71 Khi thời gian làm già, thời gian kết tinh, nhiệt độ kết tinh giữ giống mẫu Sau đó, sản phẩm tạo xác định CEC, độ hấp phụ nước benzen thể bảng III.8 theo thứ tự tăng dần hàm lượng SiO2 Từ bảng III.8, ta thấy giá trị CEC, độ hấp phụ nước, độ hấp phụ benzen mẫu YY72-12a-7S cho kết cao Đồng thời qua bảng III.8 ta thấy rằng, tăng hàm lượng SiO2/Al2O3 làm giảm kích thước hạt hạt đạt cực tiểu YY72-12a-7S Nếu ta tiếp tục tăng hàm lượng SiO2/Al2O3 kích thước hạt lại tăng lên Để khẳng định cho kết trên, ta xem tiếp phổ XRD Dựa vào phổ mẫu ta thấy tăng dần hàm lượng silic, pic đặc trưng có cường độ cao dần, độ rộng pic mẫu YY72-12a-7S lớn Chứng tỏ kích thước hạt nhỏ mẫu YY72-12a-7S Ta giải thích điều sau: Khi tăng dần hàm lượng SiO2 dẫn đến tăng dần tỉ lệ SiO2/Al2O3 gel dần đạt tỷ lệ thích hợp cho việc tổng hợp nanozeolit Y nên kết tốt đạt mẫu YY72-12a-7S Nhưng tăng hàm lượng SiO2 cao mức độ tiêu thụ kiềm tăng lên làm giảm tính kiềm hệ, kết số lượng mầm tinh thể tạo nên kích thước hạt tinh thể cuối tăng lên Mặt khác, tăng SiO2 bổ sung thủy tinh lỏng, chất có độ nhớt cao nên tăng hàm lượng SiO2 cao làm cho tăng trở lực khuấy trộn, giảm độ hòa tan hệ, hạt dễ co cụm lại với nhau, kích thước hạt tăng lên Như vậy, hàm lượng SiO2 thích hợp cho tổng hợp nanozeolit Y mol SiO2 72 III.3 Kết ứng dụng xử lý nước thải chứa phenol kim loại nặng Trong phần thực nghiệm này, trình hấp phụ để xử lý nước thải tiến hành điều kiện: - Lượng chất hấp phụ đưa vào nước thải theo tỷ lệ rắn: lỏng = : g/l - Quá trình hấp phụ tiến hành máy lắc SHEL-LAB mơi trường có: pH = 7, thời gian xử lý: 60 - 120 phút, nhiệt độ xử lý 25oC Kết thúc trình hấp phụ, chất rắn lọc bỏ định mức nước cất đến 50ml Nồng độ Pb2+ Ni2+ dung dịch trước sau hấp phụ xác định máy quang phổ hấp thụ nguyên tử SHIMADZU AA6601F (Nhật), nồng độ phenol xác định hệ sắc ký khối phổ GC-MS HP 6890 (Agilen) Từ kết bảng III.8 cho thấy, điều kiện thí nghiệm nhau, tăng thời gian hấp phụ nồng độ độc tố dung dịch giảm dần với tăng mạnh % chất bị hấp phụ Quá trình hấp phụ độc tố nước thải vật liệu tổng hợp diễn nhanh Nồng độ ban đầu chất Pb2+, Ni2+, phenol, nicotin đo nước thải tương ứng sau: 5,25mg/l, 7,54mg/l, 3,83mg/l, 1,86mg/l Kết hấp phụ sau: Sau 60 phút hàm lượng chất độc khảo sát giảm nhiều, 93% hàm lượng chất bị hấp phụ khỏi dung dịch Trong hàm lượng chì bị hấp phụ mạnh 99%, có lực mạnh kích thước động mao quản chì nhỏ kích thước mao quản nanozeolit Y Đến 90 phút tất hàm lượng chất tiếp tục giảm Trong hàm lượng chì tiếp tục giảm, bị hấp phụ đến 99,94%, tức cịn lại khơng đáng kể Còn chất phenol bị hấp phụ thêm khoảng đơn vị hấp phụ đạt khoảng 98% lượng chất ban đầu bị hấp phụ khỏi dung dịch Đến khoảng 120 phút nồng độ chất Pb2+, Ni2+, phenol lại 73 dung dịch tương ứng là: 0,0005mg/l, 0,0934mg/l, 0,0440mg/l; tương ứng với % bị hấp phụ là: 99,99%, 98,76%, 98,85% Bảng III.9 Kết xử lý độc tố nước thải 25oC, pH = 7, với hàm lượng 1g xúc tác/ 1l nước thải Chất bị hấp phụ Pb2+ Ni2+ Phenol Nồng độ ban đầu, mg/l 5,25 7,54 3,83 Sau 60 phút 99,86 95,65 93,35 Sau 90 phút 99,94 97,34 98,71 Sau 120 phút 99,99 98,76 98,85 0,0005 0,0934 0,0440 0,1 0,2 0,1 % bị hấp phụ Nồng độ sau 120 phút hấp phụ, mg/l Nồng độ theo tiêu chuẩn TCVN 5945:2005, mg/l Vậy sau khoảng thời gian xử lý tăng từ 60 phút lên 120 phút hiệu xử lý tăng lên rõ rệt có đến 98,76% chất độc bị hấp phụ khỏi dung dịch Như kim loại nặng phenol bị hấp phụ gần hồn tồn Ngồi ra, bảng III.9 cịn cho thấy rõ, vật liệu hấp phụ có khả hấp phụ nhanh có lực hấp phụ lớn trình hấp phụ ion kim loại hợp chất hữu xảy đồng thời dung dịch Số liệu thực nghiệm chứng tỏ, vật liệu nanozeolit Y sử dụng để xử lý đồng thời ion kim loại nặng chất độc hữu đơn vịng benzen có chứa nước thải Các số liệu phân tích phản ánh thực tế so với tiêu chuẩn ISI, 1991 TCVN 5945:2005, hàm lượng ion kim loại Pb2+ Ni2+ nước thải ban đầu lớn tiêu chuẩn cho phép từ 10,5 đến 15,08 lần với phenol cao 7,66 lần Do đó, việc sử dụng vật liệu tổng hợp với lượng 1g/l để xử lý đạt hiệu tốt 74 mở khả ứng dụng tốt việc bảo vệ môi trường Việt Nam Qua kết hấp phụ kết luận rằng: sản phẩm YY72-12-90H mà ta tổng hợp đạt chất lượng tốt, kết hấp phụ chất độc nước thải đạt tiêu chuẩn thải mơi trường, đáp ứng làm chất hấp phụ công nghiệp 75 KẾT LUẬN Bằng kỹ thuật kết tinh thủy nhiệt, tổng hợp vật liệu nanozeolit Y từ cao lanh Phú Thọ 72 làm già 12 thủy nhiệt Vật liệu tạo thành có độ tinh thể 95%, bề mặt riêng 565 m2/g, kích thước hạt tinh thể từ 19 – 21nm Đã sử dụng phương pháp XRD, IR, SEM, TEM, BET, CEC hấp phụ tĩnh để khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình kết tinh nanozeolit Y từ cao lanh Phú Thọ như: hàm lượng nước, hàm lượng chất tạo cấu trúc, hàm lượng silic gel; thời gian làm già, thời gian nhiệt độ kết tinh nanozeolit Y tạo thành phụ thuộc vào yếu tố mẫu thích hợp mẫu đáp ứng điều kiện thích hợp cho yếu tố riêng rẽ Đã khảo sát khả hấp phụ phenol kim loại nặng chứa nước thải vật liệu nanozeolit Y chế tạo Kết cho thấy vật liệu nanozeolit Y tổng hợp có khả hấp phụ tốt phenol kim loại nặng, độ bền hấp phụ cao sau thời thời gian xử lý 120 phút có đến 98% chất độc bị hấp phụ khỏi dung dịch 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Dương (2009), Tổng hợp đặc trưng nghiên cứu tính chất hấp phụ toluen vật liệu nano zeolite NaY tổng hợp từ cao lanh, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội Lê Cơng Dưỡng (1994), Kỹ thuật phân tích cấu trúc tia Rơnghen, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tạ Ngọc Đôn (2002), Nghiên cứu chuyển hóa cao lanh thành Zeolit xác định tính chất hóa lý đặc trưng chúng, Luận án tiến sĩ, Hà Nội Tạ Ngọc Đôn (1999), Nghiên cứu biến đổi cấu trúc cao lanh thành Zeolit xác định tính chất đặc trưng chúng, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội Tạ Ngọc Đôn, Đào Văn Tường, Hoàng Trọng Yêm (1999), Ảnh hưởng nồng độ NaOH chất tạo phức Co đến tính chất trao đổi ion kaolinit mơi trường có độ pH khác nhau, Tạp chí hóa học cơng nghệ hóa chất, số 6, tr 26-29 Tạ Ngọc Đơn, Vũ Đào Thắng, Hoàng Trọng Yêm (2001), Tổng hợp zeolit Y từ cao lanh Việt Nam, Tạp chí Hóa học, T 39, Số 2, tr 97-100 Tạ Ngọc Đôn, Vũ Đào Thắng, Hoàng Trọng Yêm (2001), Nghiên cứu ảnh hưởng chất tạo phức khác đến trình chuyển hóa cao lanh thành zeolit Y, Tạp chí hóa học cơng nghệ hóa chất, số 7, tr 7-10 Tạ Ngọc Đôn (2003), Ảnh hưởng tạp chất ngun liệu đến q trình chuyển hóa cao lanh khơng nung thành zeolit NaX, Tạp chí Hóa học ứng dụng, Số 6, tr 36-40 77 10 Nguyễn Thanh Khánh (2007), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanozeolit từ cao lanh Phú Thọ, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội 11 Nguyễn Đức Long (2006), Tổng hợp đặc trưng vật liệu nanozeolit NaX từ cao lanh Việt Nam, Luận văn thạc sĩ, Hà Nội 12 Từ Văn Mặc (1995), Phân tích hóa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Đinh Thị Ngọ (2006), Hóa học dầu mỏ vầ khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 Ngô Thị Thuận, Hoa Hữu Thu (2006), Vai trị pH q trình kết tinh thủy nhiệt zeolit, Tạp chí hóa học, Số 1, tr 48-52 15 Mai Tuyên (2009), Zeolit – Rây phân tử khả ứng dụng thực tế đa dạng, Viện Hóa học cơng nghiệp Việt Nam, Hà Nội 16 Mai Tun (2000), Nghiên cứu hóa lượng q trình hấp phụ Metanol bề mặt zeolit, Hóa học ứng dụng 3, tr 20-24 17 Hoàng Trọng Yêm, Dương Văn Tuệ (2001), Hóa học hữu cơ, Tập 4, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 18 A.G.Bechechin (1962), Giáo trình khoáng vật học (Nguyễn Văn Chiển dịch), NXB Giáo dục 19 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 20 Võ Vọng (1993), Kính hiển vi điện tử - cơng cụ khoa học đại, Viện khoa học Việt Nam 21 Hồng Vân (Theo Industry mineral 10-2004) (2005), Cơng nghệ nano lợi ích rủi ro tiềm tàng, Cơng nghệ hóa chất, số 11 22 Breck D W (1974), Zeolit molecular sieves, A Willey-Interscience publication, New York 78 23 Lubomira Tosheva and Valentin P Valtchev (2005), Nanozeolites: Synthesis, Crystallization Mechanism, and Applications 24 Qinghua L., Derek C., Johan S (2002), Chem.Master, V.14, No.10, pp 1319-1342 25 Holmberg B.A., Wang H.T., Norbeck J.M and Yan Y S., Controlling size and yield of zeolite Y nanocrystals using tetramethylammonium bromide, Micropoous and mesopous materials, V.59, 13-28 26 Zhan B-Z, White M.A ; Lumsden M ; Mueller-Neuhaus J ; Robertson K.N ; Cameron T.S ; Gharghouri M (2002), Chem Mater, 14, 3636 27 Valtchev, V.P ; Bozhilov, K N J Phys (2004), Chem B, 108, 15587 28 Valtchev, V P.; Bein, T Patent No WO040403, 2002 29 Schoeman, B J.; Sterte, J.; Otterstedt, J.-E.(1999), Zeolites, 14, 110 30 Mintova, S.; Olson, N H.; Bein, T (1999), Angew Chem., Int Ed., 38, 3201 31 Feijen E J P., Martens J A., Jacobs P A, “Hydrothermal Zeolite Synthesis”, Wiley, New York, 1999 32 Holmberg, B A.; Wang, H.; Norbeck, J M.; Yan, Y.(2003) Microporous Mesoporous Mater., 59, 13-28 33 Holmberg, B A.; Wang, H.; Yan, Y (2004), Microporous Mesoporous Mater., 74, 189-198 34 Li, Q.; Creaser, D.; Sterte, J.(2002), Chem Mater , 14, 1319-1324 35 Mintova, S.; Olson, N H.; Valtchev, V.; Bein, T (1999), Science , 283, 958960 36 Motuzas, A Julbe, R.D Noble, C Guizard, Z.J Bersnevicius, D Cot, Micropor Mesopor Mater 80 (2005) 73 79 ... mẫu YY72-06-90H, YY72-12-90H, YY7218-90H YY72-24-90H 31 Hình III.10 Phổ XRD mẫu YY24-12-90H, YY48-12-90H, YY7212-90H YY96-12-90H 32 Hình III.11 Phổ XRD mẫu YY72-12a-7S(1), YY72-12a-7S(2) YY72-12a-7S(3)... thành Nghiên cứu tổng hợp nanozeolit từ cao lanh, loại vật liệu sẵn có, rẻ tiền hướng đắn bước đầu có kết Ở Việt Nam nguồn tài nguyên cao lanh phong phú, tận dụng nguồn tài nguyên để chế tạo vật liệu. .. nanozeolit có giá trị cao có ý nghĩa Kế thừa kết đạt việc tổng hợp nanozeolit, luận văn tiến hành nghiên cứu chuyển hoá cao lanh Việt Nam thành vật liệu zeolit Y kích thước nano ứng dụng xử lý