Nghiên cứu khả năng hấp phụ đồng, niken, sắt của vật liệu oxit mangan kích thước nanomet trong môi trường nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THÚY NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỒNG, NIKEN, SẮT CỦA VẬT LIỆU OXIT MANGAN KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC CHUN NGÀNH: HĨA PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Trà Hương Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THÚY NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỒNG, NIKEN, SẮT CỦA VẬT LIỆU OXIT MANGAN KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Nước ta đà phát triển khu cơng nghiệp, khu chế xuất, q trình phát triển giúp kinh kế tăng trưởng đáng kể, thúc đẩy sản xuất công nghiệp, kêu gọi đầu tư nước ngồi, góp phần hình thành khu thị sầm uất q trình phát triển lại có tác động tiêu cực đến mơi trường sinh thái Vấn đề ô nhiễm môi trường vấn đề không riêng quốc gia mà vấn đề chung tồn nhân loại Mơi trường nói chung mơi trường nước nói riêng bị nhiễm nghiêm trọng Mơi trường nước Việt Nam xuống cấp cục Tình trạng báo động nước ta nước thải hầu hết sở sản xuất xử lý sơ bộ, trí chưa xử lý thải mơi trường Trong nước thải chứa nhiều chất độc hại như: chất hữu ion kim loại nặng như: Cu, Ni, Pb, Cd, Fe, Zn… Hậu môi trường nước kể nước mặt nước ngầm nhiều nơi bị nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng Vì việc nâng cao ý thức người dân, xiết chặt việc quản lý mơi trường việc tìm biện pháp xử lý nhằm loại bỏ thành phần độc hại khỏi mơi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Có nhiều cách khác để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước trao đổi ion, thẩm thẩu ngược, lọc nano, kết tủa hấp phụ Trong hấp phụ phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp khác vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường, đặc biệt khơng làm nguồn nước nhiễm thêm Vì lý mà chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ đồng, niken, sắt vật liệu oxit mangan kính thước nanomet mơi trường nước” Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Fe3+ 1.1.1 Tình trạng nhiễm kim loại nặng Hiện nước ta phát triển kinh tế theo hướng công nghiệp hốhiện đại hố Các khu cơng nghiệp, khu chế xuất ngày phát triển mở rộng Những vấn đề hệ sinh thái gia tăng với tiến cơng nghiệp Ơ nhiễm kim loại nặng vấn đề cấp thiết Kim loại nặng độc hại phát tán vào môi trường ngày tăng Nguồn nước thải sở sản xuất, nước thải sinh hoạt người dân chưa xử lý xử lý không triệt để hàng ngày thải môi trường nước Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, kim loại mạ, khai thác mỏ hoạt động… nhiều gây ảnh hưởng đến mơi trường Bên cạnh hàng trăm làng nghề thủ cơng như: đúc đồng, nhơm, chì… chưa có biện pháp xử lý nước thải có hiệu trước thải ngồi mơi trường nước Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng ion kim loại nặng môi trường nước gần khu công nghiệp xấp xỉ vượt giới hạn cho phép Không giống chất ô nhiễm hữu cơ, ion kim loại nặng không phân huỷ thành sản phẩm cuối vô hại [1], [3] 1.1.2 Tác động sinh hóa ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ người Hầu hết kim loại nặng nồng độ vi lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho phát triển sinh vật Tuy nhiên, hàm lượng chúng vượt giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, chúng lại gây tác động nguy hại đến sức khoẻ người sinh vật Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng môi trường nước nước thải chứa ion kim loại nặng khu cơng nghiệp, khu chế xuất Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn thải ngồi mơi trường Một số hợp chất kim loại nặng thải môi trường bị tích tụ đọng lại đất, song có số hợp chất hịa tan tác động nhiều yếu tố khác Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm Các kim loại nặng thường xâm nhập vào thể theo chu trình thức ăn Ngồi cịn thơng qua đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sinh vật 1.1.2.1 Đồng Đồng phân bố rộng rãi thiên nhiên, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nên kim loại chủ yếu kĩ thuật điện Đồng sử dụng nhiều để sản xuất mô tơ điện, động điện, máy thu thanh, vô tuyến truyền hình, thiết bị điện tử, đồ dùng gia dụng Trong ngành thuộc da, thuốc nhuộm, y học Ngồi đồng cịn ngun tố vi lượng quan trọng, cần thiết thực vật động vật Với thực vật, thiếu đồng, hàm lượng diệp lục tố đi, bị vàng úa, ngừng hoa chết Ở người động vật thiếu đồng, hoạt tính hệ men giảm đi, trình trao đổi protein bị chậm lại, mơ xương chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược… Nhu cầu hàng ngày người lớn khoảng 0,033 – 0,050mg/kg thể trọng Tuy nhiên hàm lượng đồng thể lớn thể bị nhiễm độc gây số bệnh thần kinh, gan, thận; lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hóa gây tử vong [10],[16] 1.1.2.2 Niken Niken nguyên tố vi lượng gia súc, vi sinh vật, thực vật Niken có huyết tương người Niken sử dụng nhiều ngành cơng nghiệp hóa chất, luyện kim, điện tử… Vì vậy, thường có mặt nước thải Niken vào thể người chủ yếu qua đường hô hấp, gây triệu trứng khó chịu, buồn Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nôn, đau đầu; tiếp xúc nhiều ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan thận; da tiếp xúc lâu dài với niken gây tượng viêm da, xuất dị ứng… Niken có ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất thủy tinh, gốm sứ [10],[16] 1.1.2.3 Sắt Sắt thành phần thạch (khoảng 5%) Sắt thường phát nước thải sinh hoạt, đặc biệt thành phố có thành phố sản xuất thép Sắt dễ dàng tạo phức sunfat lớp trầm tích mặt nước Sự có mặt sắt nước uống làm thay đổi mùi vị Các mùi vị sắt có nước uống rẽ dàng phát nồng độ thấp khoảng 1,8 mg/l Có nhiều vấn đề mà kết độc tính sắt Chúng bao gồm chán ăn, chứng tiểu ít, tiêu chảy, hạ thân nhiệt chí tử vong Thêm bệnh nhân bị tắc nghẽn mạch máu đường tiêu hóa, gan, thận, não, tim, thận tuyến ức Với ngộ độc sắt cấp tính, phần lớn xẩy với đường tiêu hóa gan Kết lưu trữ sắt bệnh, bị sơ gan Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt [13] STT Tên tiêu Giá trị giới hạn (mg/l) Nước thải công nghiệp Nước cấp sinh hoạt Hàm lượng đồng 2,0 1,0 Hàm lượng niken 0,2 0,1 Hàm lượng sắt 1,0 0,5 1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước Thực tế có nhiều nguồn gây nhiễm mơi trường nước Nước bị ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu việc khai thác mỏ Do nhu cầu sử dụng Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn người ngày tăng làm cho việc khai thác kim loại tăng lên Tuy nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa quan tâm mức làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường Ngồi ra, việc gây nhiễm mơi trường ion kim loại nặng việc sản xuất quặng sử dụng thành phẩm Quá trình sản xuất làm tăng cường có mặt chúng mơi trường Bên cạnh việc tái sử dụng lại phế thải chứa ion kim loại nặng chưa ý quan tâm mức 1.2 Giới thiệu số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng Hiện môi trường nước gần khu cơng nghiệp, thành phố lớn có nguy bị ô nhiễm kim loại nặng lớn đe dọa đến sức khỏe người môi trường sống Để đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt việc xử lý mơi trường địi hỏi phải có biện pháp xử lý phù hợp đạt hiệu cao 1.2.1 Phương pháp kết tủa Phương pháp thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dạng hiđroxit kim loại tan Mn+ + n OH-  M(OH)n Ngồi cịn sử dụng chất tạo kết tủa xút, vôi, cacbonat, sunfua Tuy nhiên phương pháp q trình xử lý sơ bộ, địi hỏi q trình xử lý 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion Trao đổi ion phương pháp thường dùng để tách kim loại nặng từ nước thải Nhựa trao đổi ion tổng hợp từ hợp chất vơ hay hợp chất hữu có gắn nhóm : (-SO3H), ( -COO-), amin Các cation anion hấp phụ bề mặt nhựa trao đổi ion: nRH + Mn+ Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên RnM + nH+ http://www.lrc-tnu.edu.vn RCl + A- RA + Cl- Khi nhựa trao đổi ion bão hịa, người ta khơi phục lại cationit anionit dung dịch axit loãng dung dịch bazơ lỗng Về mặt kĩ thuật hầu hết kim loại nặng tách phương pháp trao đổi ion, phương pháp thường tốn 1.2.3 Phương pháp hấp phụ So với phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có đặc tính ưu việt hẳn Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt, vật liệu hấp phụ có độ bền cao, tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu cao Trong đề tài này, sử dụng phương pháp hấp phụ [6], [10] 1.2.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.4.1 Sự hấp phụ, cân hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - rắn, lỏng - lỏng ) Trong đó: Chất hấp phụ: chất có bề mặt xảy hấp phụ phần tử lớp bề mặt chất đó, có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với Chất bị hấp phụ: chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ, chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ: trình khỏi bề mặt chất hấp phụ phần tử bị hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tuỳ theo chất lực tương tác mà người ta chia làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hấp phụ vật lí: gây lực tương tác Vanderwaals phần tử chất bị hấp phụ chất hấp phụ Lực liên kết yếu dễ bị phá vỡ Q trình hấp phụ vật lí q trình thuận nghịch Hấp phụ hóa học: gây lực liên kết hóa học phần tử chất bị hấp p hụ với phần tử chất hấp phụ Lực liên kết bền, khó bị phá vỡ [1],[2], [6],[10] Trong thực tế phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học tương đối Trong số hệ hấp phụ, hấp phụ xảy đồng thời hai trình hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Cân hấp phụ: Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ bề mặt hấp phụ di chuyển ngược trở lại pha thể tích Khi lượng chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ nhiều tốc độ di chuyển ngược trở lại pha thể tích nhanh Đến thời điểm tốc độ trình hấp phụ tốc độ trình giải hấp phụ trình hấp phụ đạt trạng thái cân Đối với hệ xác định, dung lượng hấp phụ hàm nhiệt độ áp suất nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích q = q(T, p) q = q(T, C) Ở nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất (nồng độ): q = q(p) q = q(C) Dung lượng hấp phụ cân khối lượng chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện nồng độ nhiệt độ cho trước Dung lượng hấp phụ tính theo cơng thức: Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn q (C  C cb )v m Trong đó: - q: dung lượng hấp phụ (mg/g) - V: thể tích dung dịch (l ) - m: khối lượng chất hấp phụ (g ) - Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) - Ccb: nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ (mg/l) Trong trình hấp phụ, phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng thời, phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt chất hấp phụ sau khuếch tán vào sâu bên hạt chất hấp phụ Đối với hệ lỏng - rắn, trình hấp phụ xảy theo giai đoạn sau: Giai đoạn khuếch tán dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngồi chất hấp phụ Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản Giai đoạn khuếch tán mao quản: phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ Giai đoạn hấp phụ thực sự: phần tử chất bị hấp phụ gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ Q trình hấp phụ coi phản ứng nối tiếp, phản ứng nhỏ giai đoạn q trình Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm đóng vai trị định đến tốc độ trình Trong trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán ngồi có tốc độ chậm Do giai đoạn đóng vai trị định đến tồn trình động học hấp phụ Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn lgq 57 y = 0.2396x + 1.2749 1.8 R = 0.9894 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -1 -0.5 0.5 lgCcb 1.5 2.5 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình 1.8 lgq hấp phụ ion Cu2+ y = 0.345x + 1.0007 R2 = 0.9215 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 lgCcb 1.5 2.5 Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ Ni2+ Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn logq 58 y = 0.227x + 1.305 R2 = 0.9143 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -1 -0.5 0.5 1.5 2.5 lgCcb Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ Fe3+ Từ hình 3.19, 3.20, 3.21 ta tính số phương trình Freundlich Bảng 3.14: Các số Freundlich hệ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ n k Cu2+ Ni2+ Fe3+ Cu2+ Ni2+ Fe3+ 4,174 2,900 4,405 0,188 0,345 0,174 Nhận xét: Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich mơ tả tương đối xác hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ VLHP Điều thể qua hệ số tương quan R2 đường đẳng nhiệt hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ 0,9894; 0,9215; 0,9143 Tuy nhiên mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mơ tả thích hợp trình hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ VLHP so với mơ hình đẳng nhiệt Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 hấp phụ Freundlich Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thường áp dụng cho trình hấp phụ đơn lớp, tất tâm hấp phụ trạng thái cân bề mặt đồng nhất, phân tử hấp phụ tâm xác định phân tử bị hấp phụ độc lập khơng tương tác với Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm, rút số kết luận sau: Đã chế tạo thành công vật liệu hấp phụ oxit mangan Kết chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy mẫu vật liệu chế tạo có hình dạng que, mảnh, kích thước chiều ngang trung bình khoảng 20nm Diện tích bề mặt riêng oxit mangan tối ưu theo phương pháp BET 83,5 m²/g Xác định điểm đẳng điện VLHP 6,7 Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ khả hấp phụ VLHP ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ phương pháp hấp phụ tĩnh Kết thu sau: - Thời gian đạt cân hấp phụ với ion Cu2+ 150 phút, ion Ni2+ Fe3+ 180 phút - pH hấp phụ tốt ion Cu2+ 4,5;đối với ion Ni2+ 5,5; ion Fe3+ 2,5 - Trong khoảng nồng độ từ 50-300 mg/l, nồng độ ban đầu ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ tăng dung lượng hấp phụ tăng (hiệu suất hấp phụ giảm) - Khi tăng khối lượng VLHP, hiệu xuất hấp phụ tăng dần - Khi cho thêm cation Na+, Ca2+, Mg2+ vào dung dịch hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP giảm dần - Khi cho thêm chất điện ly MgSO4, NH4NO3 vào dung dịch hiệu xuất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP giảm cịn thêm chất điện ly NaHCO3 hiệu suất hấp phụ ion Ni2+ VLHP tăng Sự hấp phụ ion Ni2+, Cu2+, Fe3+ VLHP mô tả tốt theo mơ hình đảng nhiệt Langmuir Điều đựoc thể qua hệ số hồi quy Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 phương trình ion Cu2+ 0,9953, ion Ni2+ 0,9965, ion Fe3+ 0,9943 Mơ tả q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP ion Cu2+ 53,191 mg/g, ion Ni2+ 50,000mg/g, ion Fe3+ 52,083mg/g Mơ tả q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich xác định số k Cu2+, Ni2+ Fe3+ là: 0,188; 0,345; 0,174 Xác định số n Cu2+, Ni2+ Fe3+ + là: 4,174; 2,900; 4,405 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lê Văn Cát (2002) - Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải - NXB Thống Kê Lê Văn Cát (1999) - Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lí nước thải - Nhà xuất Thanh niên Hà Nội Đặng Kim Chi (2005) - Hóa học mơi trường - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano β-MnO2 hấp phụ asen, sắt mangan" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ- Đại học học Thái Nguyên, Tập 80, số 04, Tr149-152 Vũ Thị Hậu, Vũ Ngọc Duy, Cao Thế Hà (2010) “Động học hấp phụ chất màu rective blue 19 (RB19) quặng mangan Cao Bằng” Tạp chí Hóa học Tập 48(4C) Tr 295-299 Nguyễn Đình Huề (2001) - Giáo trình hố lí - NXB Sư phạm Hà Nội Phạm Thị Hạnh, Phạm Văn Tình, Đinh Khắc Tùng (2010) "Điện phân MnO2 từ quặng tự nhiên pyroluzit cho sử lý asen nước giếng khoan" Tạp chí Hóa học, tập 48, số 4C, tr 290-294 Đỗ Trà Hương (2010) "Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ than bùn Việt n-Bắc Giang" Tạp chí phân tích Hố, Lý Sinh học Tập 15, số , Tr 150-154 Hồng Nhâm (2003) - Hóa vơ cơ, Tập II, Tập III - Nhà xuất Giáo dục 10 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004) - Giáo trình Hóa lí tập II - NXB Giáo dục 11 Hồ Viết Q (2005), Các phương pháp phân tích cơng cụ hoá học đại, Nhà suất Đại học Sư phạm Hà Nội 12 Đỗ Đình Rãng (2007)- Hóa học hữu - NXB Giáo dục Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 13 Quy chuẩn Việt Nam: TCVN 5945 – 2005, TCVN 5502 – 2003, TCVN 4573 – 88, TCVN 4574 – 88, TCVN 4577 – 88, TCVN 4578 – 88 14 Trịnh Thị Thanh (2003)- Độc học môi trường sức khoẻ ngườiNXB Đại học Quốc gia Hà Nội 15 Lê Hữu Thiềng, Hoàng Ngọc Hiền (2008) Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+ Pb2+ vật liệu hấp phụ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía", Tạp chí Phân tích, Hóa, lý Sinh học Tập 13, số 3, tr 77-82 Tài liệu tiếng Anh 16 Tivette Vaughan, Chung W seo and Wayne, E Mashall (2001) "Remove of selected metal ions from solution using modified corncobs." Bioresource Technology, Volume 82, issue 3, pp 274-251 17 Shaobin Wang, Z H Zhu, Anthony Coomes F Haghseresht, G Q Lu (2004) "The physical and suface chemical characteristics of activated carbons and the adsortion of metylene blu from waste water" Journal of Colloid and Interface Sience 284, pp 400-446 18 Liu Zhi-rong, Zhou Li-min, Wei Peng, Zeng Kai, Wen Chuan-xi, Lan Hui-hua.(2008), “Competitive adsorption of heavy metal ions on peat”, Journal of China Univerity of Mining & Technology, Vol 18, pp 255-260 19 F.A Al-Sagheer, M.I.zaki (2000), "Suface properties of solgel synthesized δ-MnO2 as assessed by N2 sortometry, electron microscopy, and X-ray photoelectron spectronscopy" A Physicochemical and Engineering Aspects, 173, pp 193-204 20 Lei Juin, Chun hu Chen, Vincent Mark B Crisotomo, Linping Xu, Young - Chan Son, Steven L Suib (2009) "γ-MnO2 octahedral molucular sieve: preparation, characterization, and catalytic activity in the atmospheric oxidation of toluene" Applied Catalysis A: Genenal, 355, pp 169-175 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 21 Zhengquan Li, Yue Ding, Yujie and Yi Xie.(2005), “Rational Growth of αMnO2 Hierarchical Structures and β-MnO2 Nanorods via a Homogeneous Catalytic Route” Journal Crystal Growth & Design, Vol 5, No 5, pp 1953 - 1958 22 Lijing Dong, Zhiliang Zhu, Hongmei Ma, YanlingQiu, Jianfu Zhao (2010) “Simultaneous adsorption of lead and cadmium on MnO2 - loaded resin” Journal of Environmental Sciences Vol 22(2), pp 225-229 23 Donglin Zhao, Xin Yang, Changlun Chen, Xiangke Wang.(2010), “Effect of environmental conditions on Pb(II) adsorption  -MnO2” Chemical Engineering Journal, pp 1-7 24 Sushree Swarupa Tripathy, Jean-Luc Bersillon, Krishna Gopal (2006), “Adsorption of Cd2 on hydrous manganese dioxide from aqueous solutions”, Journal Desalination, Vol 194, pp 11-21 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHỤ LỤC KẾT QUẢ CHỤP BET CỦA OXIT MANGAN Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Fe3+ 1.1.1.Tình trạng nhiễm kim loại nặng 1.1.2.Tác động sinh hóa ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ người 1.1.2.1 Đồng 1.1.2.2 Niken 1.1.2.3 Sắt 1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 1.2 Giới thiệu số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 1.2.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.4.1 Sự hấp phụ, cân hấp phụ 1.2.4.2 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ………………………………………10 1.2.5 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 12 1.2.5.1 Đặc tính ion kim loại mơi trường nước 12 1.2.5.2 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 13 1.3 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 14 1.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 14 1.3.2 Cơ sở vạch phổ hấp thụ nguyên tử 14 1.3.3 Phương pháp phân tích định lượng phổ hấp thụ nguyên tử 15 1.3.4 Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng đồng, niken, sắt phép đo phổ hấp thụ nguyên tử lửa (F - AAS) 15 1.4 Các phương pháp tổng hợp oxit kim loại kích thước nanomet 16 1.4.1 Phương pháp gốm truyền thống 16 1.4.2 Phương pháp đồng kết tủa 16 1.4.3 Phương pháp precursor hợp chất 17 1.4.4 Phương pháp precursor dung dịch rắn 17 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.4.5 Phương pháp sol-gel 18 1.4.6 Phương pháp tổng hợp đốt cháy 19 1.5 Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm 20 1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 20 1.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 21 1.5.3 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 22 1.6 Vật liệu hấp phụ oxit mangan 23 Chương 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1 Dụng cụ hoá chất 26 2.1.1 Dụng cụ 26 2.1.2 Hoá chất 26 2.2 Chế tạo vật liệu oxit mangan (VLHP) 27 2.3 Khảo sát tính chất bề mặt VLHP chế tạo 27 2.4 Xác định điểm đẳng điện VLHP chế tạo 28 2.5 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+, Ni2+, Fe3+ theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 28 2.5.1 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ đồng 28 2.5.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ niken 29 2.5.3 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ sắt 30 2.6 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Ni2+, Cu2+, Fe3+ VLHP 31 2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 31 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 31 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ 32 2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP 32 2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng cation 32 2.6.6 Khảo sát ảnh hưởng chất điện ly 33 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ VLHP 34 3.2 Điểm đẳng điện VLHP 36 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Ni2+, Cu2+, Fe3+ VLHP 37 3.3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian 37 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 39 3.3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ 42 3.3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP 44 3.3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng cation 45 3.3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng chất điện li 48 3.4 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 52 3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 56 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt Bảng 1.2: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 10 Bảng 1.3: Điều kiện để xác định đồng, niken, sắt 16 Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cu2+ 29 Bảng 2.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn ion Ni2+ 29 Bảng 2.3: Số liệu xây dựng đường chuẩn ion Fe3+ 30 Bảng 3.1:Kết xác định điểm đẳng điện của VLHP 36 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời gian 38 Bảng 3.3: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ VLHP…… 41 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP 43 Bảng 3.5: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ 44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng cation Na+ đến hiệu suất hấp phụ VLHP 45 Bảng 3.7 Ảnh hưởng cation Ca2+ đến hiệu suất hấp phụ VLHP 46 Bảng 3.8 Ảnh hưởng cation Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ VLHP 47 Bảng 3.9 Ảnh hưởng MgSO4 đến hiệu xuất hấp phụ VLHP 49 Bảng 3.10 Ảnh hưởng NH4NO3 đến hiệu suất hấp phụ VLHP 50 Bảng 3.11 Ảnh hưởng NaHCO3 đến hiệu suất hấp phụ VLHP 51 Bảng 3.12: Dung lượng cực đại số Langmuir ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ 55 Bảng 3.13: Kết khảo sát phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ VLHP 56 Bảng 3.14: Các số Freundlich hệ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ 58 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua 22 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ đồng 29 Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ niken 30 Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ sắt 31 Hình 3.1: Giản đồ XRD vật liệu hấp phụ chế tạo 34 Hình 3.2: Ảnh TEM vật liệu hấp phụ 35 Hình 3.3: Đồ thị xác định điểm đẳng điện VLHP 37 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Fe3+ VLHP 39 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Cu2+, Ni2+ VLHP 41 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ ion Fe3+của VLHP 42 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP 44 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cation Na+ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP 46 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cation Ca2+ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP 47 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cation Ca2+ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP 48 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng MgSO4 đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ VLHP 49 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng NH4NO3 đến hiệu suất hấp phụ ion 50 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng NaHCO3 đến trình hấp phụ ion Ni2+ VLHP 51 Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP hấp phụ ion Cu2+ 52 Hình 3.15: Sự phụ thuộc Ccb /q vào Ccb hấp phụ ion Cu2+ 53 Hình 3.16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP hấp phụ ion Ni2+ 53 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.17: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb hấp phụ ion Ni2+ 54 Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP hấp phụ ion Fe3+ 54 Hình 3.19: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb hấp phụ ion Fe3+ 55 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ ion Cu2+ 57 Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ Ni2+ 57 Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ Fe3+ 58 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THÚY NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỒNG, NIKEN, SẮT CỦA VẬT LIỆU OXIT MANGAN KÍCH THƯỚC NANOMET TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ... tương đối Trong số hệ hấp phụ, hấp phụ xảy đồng thời hai trình hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Cân hấp phụ: Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ bề mặt hấp phụ di chuyển... biệt không làm nguồn nước nhiễm thêm Vì lý mà chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ đồng, niken, sắt vật liệu oxit mangan kính thước nanomet mơi trường nước? ?? Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái