Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano hệ fe2o3 mn2o3 la2o3 ceo2 mn2o3 fe2o3 để hấp phụ asen trong nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN ĐOÀN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO HỆ Fe2O3-Mn2O3-La2O3, CeO2-Mn2O3-Fe2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thái Nguyên - Năm 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN ĐOÀN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO HỆ Fe2O3-Mn2O3-La2O3, CeO2-Mn2O3-Fe2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC Chun ngành: Hóa Vơ Mã số: 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lƣu Minh Đại Thái Nguyên - Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Lƣu Minh Đại Các số liệu, kết luận văn hồn tồn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Đoàn Trung Hiếu i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Hóa học, thầy giáo trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên ban lãnh đạo tập thể cán nhân viên phòng Vật liệu Vô cơ, Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin chân thành cảm ơn Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lƣu Minh Đại, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ngƣời thân gia đình, đồng nghiệp, bạn bè ln quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Đoàn Trung Hiếu ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm asen 1.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm asen 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm asen nƣớc ngầm 1.1.3 Cơ chế tác hại ô nhiễm asen 1.2 Giải pháp xử lý asen từ môi trƣờng nƣớc 1.2.1 Các phƣơng pháp xử lý asen 1.2.2 Phƣơng pháp hấp phụ 10 1.2.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng vật liệu oxit hấp phụ asen 14 1.3 Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano oxit 17 1.3.1 Phƣơng pháp kết tủa 17 1.3.2 Phƣơng pháp sol-gel 18 1.3.3 Phƣơng pháp đốt cháy gel 19 1.4.Tình hình nghiên cứu oxit hỗn hợp nền Ce(La)-Mn-Fe 21 CHƢƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 23 2.1 Phƣơng pháp tổng hợp oxit hỗn hợp nền Ce(La)-Mn-Fe 23 2.1.1 Hóa chất 23 2.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp 23 2.1.3 Quy trình tổng hợp 24 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu 26 iii 2.2.1 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 26 2.2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 27 2.2.3 Phƣơng pháp hiển vi điện tử 28 2.2.4 Phƣơng pháp tán xạ lƣợng tia X 29 2.2.5 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng 30 2.2.6 Phƣơng pháp quang phổ hồng ngoại 31 2.2.7 Phƣơng pháp xác định điểm điện tích khơng vật liệu 32 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu 32 2.4 Phƣơng pháp phân tích nguyên tố 33 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Chế tạo oxit hỗn hợp Ce(La)-Mn-Fe 35 3.1.1 Chế tạo oxit hỗn hợp CeO2-Mn2O3-Fe2O3 35 3.1.2 Chế tạo oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 43 3.2 Ứng dụng vật liệu oxit hỗn hợp Ce(La)-Mn-Fe hấp phụ As(V) 52 3.2.1 Vật liệu oxit hỗn hợp Ce1-xMnxO2-Fe2-yMnyO3 hấp phụ As(V) 52 3.2.2 Vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 hấp phụ As(V) 58 KẾT LUẬN 65 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BET Brunauer- Emmett - Teller : Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt (lấy theo tên riêng nhà khoa học) CMF73 Vật liệu oxit hỗn hợp CeO2-Mn2O3-Fe2O3 có tỷ lệ (Ce+Mn)/Fe = 7/3 DTA Differential Thermal Analysis: Phân tích nhiệt vi sai EDX Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy: Phổ tán xạ lƣợng tia X KL/PVA Tỷ lệ mol ion kim loại so với PVA LMF73 Vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 có tỷ lệ La/(Mn+Fe) = 7/3 PVA Poly vinyl ancohol: polyme vinyl ancol SBET Diện tích bề mặt riêng xác định theo phƣơng pháp BET SEM Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét TGA Thermal Gravity Analysis: Phân tích nhiệt trọng lƣợng TLTK Tài liệu tham khảo XRD X-Ray Diffraction: Nhiễu xạ tia X iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu báo cáo tình hình nhiễm asen UNICEF năm 2004 Bảng 1.2: Dung lƣợng hấp phụ cực đại asen 16 Bảng 1.3: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp kết tủa 18 Bảng 1.4: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp sol-gel 19 Bảng 1.5: Một số oxit nano tổng hợp phƣơng pháp đốt cháy gel polime .21 Bảng 3.1: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) oxit hỗn hợp Ce1-xMnxO2Fe2-yMnyO3 53 Bảng 3.2: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo thời gian 54 Bảng 3.3: Xác định giá trị pH CMF73 55 Bảng 3.4: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo pH 56 Bảng 3.5: Xác định dung lƣợng hấp phụ As(V) CMF73 57 Bảng 3.6: Xác định hiệu suất hấp phụ trê n oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3-La2O3 59 Bảng 3.7: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 theo thời gian 59 Bảng 3.8: Xác định giá trị pH LMF73 60 Bảng 3.9: Xác định hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 theo pH 62 Bảng 3.10: Xác định dung lƣợng hấp phụ As(V) LMF73 63 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir phụ thuộc Cf /q vào Cf 13 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp mẫu oxit phƣơng pháp đốt cháy gel PVA 24 Hình 3.1: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TGA gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA 36 Hình 3.2: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 37 Hình 3.3: Phổ EDX mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC 38 Hình 3.4: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 39 Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp x%(CeO2-Mn2O3)-y%Fe2O3 41 Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp 70%(CeO2-Mn2O3)-30%Fe2O3 42 Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu oxit hỗn hợp 70%(CeO2-Mn2O3)-30%Fe2O3 43 Hình 3.8: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TGA gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA 44 Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 46 Hình 3.10: Phổ EDX mẫu perovskit LaMn0,5Fe0,5O3 47 Hình 3.11: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung theo nhiệt độ 48 Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu x%La2O3-y%(Mn2O3-Fe2O3) 49 Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu oxit hỗn hợp 70%La2O3-30%(Mn2O3-Fe2O3) 51 Hình 3.14: Ảnh SEM mẫu oxit hỗn hợp 70%La2O3-30%(Mn2O3-Fe2O3) 51 Hình 3.15: Sƣ̣ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ As(V) CMF73 theo thời gian 54 Hình 3.16: Sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi CMF73 55 Hình 3.17: Sƣ̣ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ As(V) vào pH CMF73 56 vi Hình 3.18: Sƣ̣ phụ tḥc dung lƣợng q vào nồng độ Cf CMF73 58 Hình 3.19: Sƣ̣ phụ tḥc của hiệu suất hấp phụ As(V) LMF73 60 theo thời gian 60 Hình 3.20: Sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi LMF73 61 Hình 3.21: Sƣ̣ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ As(V) vào pH LMF73 62 Hình 3.22: Sƣ̣ phụ tḥc dung lƣợng q vào nồng độ Cf LMF73 63 73 Zheng Long and Wu Xiao-Shan (2013), Structural distortions and magnetisms in Fe-doped LaMn1−x-FexO3 (0 < x ≤ 0.6), Chin Phys B Vol 22, No 10 107806 74 Zhijian Li, Shubo Deng, Gang Yu, Jun Huang, Veronica Chao Lim (2010), “As(V) and As(III) removal from water by a Ce-Ti oxide adsorbent: Behavior and mechanism” Chemical Engineering Journal 161, pp.106-113 75 Zr-iuan Lai, Kurikka V P M Shafi, Abraham Ulman, Nan Loh Yang, Min-Hui Cui, Thomas Vogt, Claude Estournès (2003), “Mixed iron – manganese oxide nanoparticles” Prepr Pap.-Am Chem Soc., Div Fuel Chem 2003, 48(2), 729 76 PHỤ LỤC Hình 1: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC Hình 2: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC Hình 3: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC Hình 4: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 800oC Hình 5: Giản đồ XRD mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 900oC Hình 6: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC Hình 7: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC Hình 8: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC Hình 9: Giản đồ XRD mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC Hình 10: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC Hình 11: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC Hình 12: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC Hình 13: Phổ FTIR mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC Hình 14: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 400oC Hình 15: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 500oC Hình 16: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC Hình 17: Phổ FTIR mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC Hình 18: Ảnh SEM mẫu gel (Ce3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 700oC, (Ce+Mn)/Fe=7/3 Hình 19: Ảnh SEM mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC, La/(Mn+Fe)=7/3 Hình 20: Ảnh SEM mẫu gel (La3++Mn2++Fe3+)-PVA nung 600oC, La/(Mn+Fe)=7/3 Hình 21: Kết quả đo BET mẫu CFM73 Hình 22: Kết quả đo BET mẫu LFM73 Hình 23: Kết quả đo EDX mẫu CFM Hình 24: Kết quả đo EDX mẫu LFM ... TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO HỆ Fe2O3- Mn2O3- La2O3, CeO2 -Mn2O3 -Fe2O3 ĐỂ HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Hóa Vơ Mã số: 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời... 1.2.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng vật liệu oxit hấp phụ asen 1.2.3.1 Một số cơng trình nghiên cứu hấp phụ asen từ oxit Ngày nay, vật liệu hấp phụ đƣợc quan tâm nghiên cứu chế tạo ứng dụng có... định, giá thành hợp lý để chế tạo vật liệu hấp phụ hệ CeO2 -Mn2O3 -Fe2O3, Fe2O3- Mn2O3- La2O3, và có tiềm đƣa sản phẩm vào sống sản xuất Các nghiên cứu trƣớc tập thể nghiên cứu thu đƣợc tỷ lệ mol