Nghiên cứu điều chế vật liệu nano lưỡng kim fe cu và ứng dụng để xử lý dicromat trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - LÊ THỊ HIỀN GIANG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ DICROMAT TRONG NƯỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng, năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO LƯỠNG KIM Fe/Cu VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ DICROMAT TRONG NƯỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực hiện: LÊ THỊ HIỀN GIANG Chun ngành: Hóa Phân tích – Mơi trường Lớp: 13CHP Giảng viên hướng dẫn: TS BÙI XUÂN VỮNG Đà Nẵng, năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐHSP KHOA HĨA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHỆP Họ tên: LÊ THỊ HIỀN GIANG Lớp: 13CHP Tên đề tài: “Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu ứng dụng để xử lý dicromat nước” Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 4.1 Hóa chất Các hóa chất sử dụng có xuất xứ từ Trung Quốc với độ tinh khiết phân tích PA: - Tinh thể K2Cr2O7 - Hồ tinh bột - Tinh thể FeSO4.7H2O - Cồn tuyệt đối - Tinh thể CuSO4.5H2O - HCl 36% - NaBH4 rắn - NaOH rắn 4.2 Dụng cụ, thiết bị - Tủ sấy - Máy khuấy từ - Máy ly tâm - Cân phân tích Advanturer (Độ xác đến ±0.001g) - Máy đo pH SensION+ PH31, HACH - Máy chụp nhiễu xạ tia X (XRD) - Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Lambda – 25 - Các dụng cụ thủy tinh (cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức, pipet…) Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu đặc trưng sản phẩm điều chế - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý dicromat Cr2O72- Nano lưỡng kim Fe/Cu: pH, nồng độ dicromat, thời gian khuấy (thời gian phản ứng), lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu dùng để xử lý - Xử lý số liệu, tính tốn nhận xét Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững Ngày giao đề tài: Ngày tháng năm 2016 Ngày hoàn thành: Ngày tháng năm 2017 Chủ nhiệm khoa Giảng viên hướng dẫn (Kí ghi rõ họ tên) (Kí ghi rõ họ tên) PGS.TS Lê Tự Hải TS Bùi Xuân Vững Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho khoa ngày tháng năm 2017 Kết điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2017 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Kí ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Được đồng ý khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng hướng dẫn giáo viên hướng dẫn TS Bùi Xuân Vững, em thực đề tài: “Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu ứng dụng để xử lý dicromat nước” Để hồn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho em suốt thời gian học tập rèn luyện trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Bùi Xuân Vững, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực đề tài, bảo kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô phụ trách phịng thí nghiệm tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian vừa qua Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ em nhiều suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành khóa luận Mặc dù cố gắng tìm tịi nghiên cứu để hồn thành đề tài cách tốt nhất, nhiên thân hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tránh khỏi thiếu sót mà thân chưa thấy Em mong góp ý thầy bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Lê Thị Hiền Giang MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiêm cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận văn Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tài ngun nước tình trạng nhiễm nguồn nước 1.1.1 Tài nguyên nước giới 1.1.2 Tài nguyên nước Việt Nam 1.1.3 Sự ô nhiễm nguồn nước 1.2 1.1.3.1 Khái niệm ô nhiễm nguồn nước 1.1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước 1.1.3.3 Tác hại ô nhiễm nguồn nước Tổng quan crom 1.2.1 1.2.1.1 Tính chất vật lý 1.2.1.2 Tính chất hóa học 1.2.1.3 Các hợp chất quan trọng Crom 10 1.2.1.4 Các dạng tồn Crom tự nhiên 12 1.2.2 1.3 Tính chất dạng tồn Tác hại crom 12 Khái quát vật liệu nano 15 1.3.1 Công nghệ nano 15 1.3.2 1.3.2.1 Khái niệm 15 1.3.2.2 Phân loại vật liệu nano 15 1.3.2.3 Cơ sở khoa học công nghệ nano 16 1.3.2.4 Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano 17 1.3.2.5 Một số ứng dụng vật liệu nano 19 1.3.3 1.4 Vật liệu nano 15 Khái quát vật liệu nano lưỡng kim 20 1.3.3.1 Tính chất hạt nano lưỡng kim 20 1.3.3.2 Cơ chế khử Cr2O72- nano lưỡng kim Fe/Cu 21 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 22 1.4.1 Khái niệm 22 1.4.2 Nguyên lý nhiễu xạ tia X 22 1.4.3 Các kỹ thuật nhiễu xạ tia X 23 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 24 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ 24 2.1.2 Hóa chất 24 2.2 Chuẩn bị dung dịch 24 2.2.1 Dung dịch chuẩn Dicromat Cr2O72- 1000 ppm 24 2.2.2 Dung dịch chuẩn Dicromat Cr2O72- 100 ppm 25 2.2.3 Dung dịch HCl 0.1M 25 2.2.4 Dung dịch NaOH 0.1 M 25 2.2.5 Dung dịch hồ tinh bột 1% - Starch Soluble (C6H10O5)n 25 2.3 Nội dung nghiên cứu 25 2.3.1 Quy trình điều chế vật liệu Nano Fe/Cu 25 2.3.1.1 Điều chế Nano sắt Fe0 26 2.3.1.2 Điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu 27 2.3.1.3 Kiểm tra 27 2.3.2 Khảo sát trình xử lý Dicromat Nano lưỡng kim Fe/Cu 28 2.3.2.1 Xác định bước sóng tối ưu lập đường chuẩn 28 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình xử lý 28 2.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu dung dịch Dicromat đến trình xử lý 28 2.3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng (thời gian khuấy) đến trình xử lý 29 2.3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu Nano Fe/Cu sử dụng đến trình xử lý 29 2.3.3 Tính tốn 30 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Kết điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu 31 3.1.1 Kết đo XRD nano lưỡng kim Fe/Cu 31 3.1.2 Xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu 32 3.2 Kết khảo sát xử lý Dicromat vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 33 3.2.1 Xây dựng đường chuẩn Dicromat 33 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình xử lý Dicromat vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 34 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Dicromat ban đầu đến hiệu suất xử lý 36 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình xử lý Dicromat vật liệu nao lưỡng kim Fe/Cu 37 3.2.5 Kết khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến trình xử lý Dicromat 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 Kết luận 42 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng1.1 Một số số vật lý quan trọng Crom Bảng 3.1 Các thơng số xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu 33 Bảng 3.2 Mật độ quang dãy dung dịch chuẩn Dicromat 33 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 34 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Dicromat ban đầu 36 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy 37 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu nano sử dụng 39 Bảng 3.7 Kết xử lý Cr2O72- nano Fe/Cu điều kiện tối ưu 41 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sự phân bố nước Trái đất Hình 1.2 Nguồn nước bị nhiễm Hình 1.3 Cấu trúc mạng tinh thể Crom Hình 1.4 Viêm da tiếp xúc với Cr2O72- 14 Hình 1.5 Ứng dụng sắt nano xử lý môi trường 19 Hình 1.6 Nguyên lý phương pháp nhiễu xạ bột 23 Hình 2.1 Quy trình điều chế Sắt nano 26 Hình 2.2 Quy trình điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu từ Sắt nano 27 Hình 3.1 Vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu 31 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 31 Hình 3.3 Ảnh nhiễu xạ tia X nano lưỡng kim Fe/Cu chế tạo 32 Hình 3.4 Dãy dung dịch chuẩn dicromat Cr2O72- 33 Hình 3.5 Phương trình đường chuẩn Dicromat 34 Hình 3.6 Sự ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Dicromat Nano Fe/Cu 35 Hình 3.7 Sự ảnh hưởng nồng độ dung dịch Dicromat ban đầu đến hiệu suất trình xử lý 36 Hình 3.8 Sự ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất trình xử lý Dicromat 38 Hình 3.9 Ảnh hưởng lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến hiệu suất trình xử lý 39 Hình 3.10 Dung dịch Cr2O72- trước xử lý (10ppm) sau xử lý 40 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu Điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu theo quy trình mục 2.3.1, sản phẩm thu có dạng bột mịn màu đen bảo quản cồn tuyệt đối bảo quản bình kín Hình 3.1 Vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu 3.1.1 Kết đo XRD nano lưỡng kim Fe/Cu Vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu phân tích nhiễu xạ tia X máy XRD điều kiện sau: xạ Cu_ bước sóng = 0.154046nm, trục quét 2θ/θ, tốc độ quét 2.01560/phút, khoảng quét 100 - 700 sử dụng detecto D/teX Ultra 250 Meas data:NanoFe-Cu_Theta_2-Theta Chú thích: Intensity (cps) Intensity (cps) 1.0e+005 : Fe : Cu 5.0e+004 : Fe2O3 0.0e+000 2e+004 1e+004 0e+000 -1e+004 -2e+004 10 20 30 40 50 60 70 2-theta (deg) Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 31 Phổ nhiễu xạ tia X (Hình 3.2.) cho biết thành phần mẫu nano lưỡng kim, pic đặc trưng Fe0 xuất θ = 36.42° với cường độ lớn Cu0 2θ = 43.27° với cường độ nhỏ Điều cho thấy mẫu nano lưỡng kim có chứa Fe0 Cu0, ngồi cịn chứa lượng nhỏ Fe2O3 So sánh với nano lưỡng kim Fe/Cu chế tạo Chien-Li Lee & Chih-Ju G [9] Jou thấy kết hoàn toàn tương đồng Hình 3.3 Ảnh nhiễu xạ tia X nano lưỡng kim Fe/Cu chế tạo Chien-Li Lee & Chih-Ju G Jou 3.1.2 Xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu Kích thước trung bình hạt Nano lưỡng kim Fe/Cu tính dựa theo cơng thức thực nhiệm Scherrer: D= K.λ β.cosθ (2) Trong : K : Hệ số hình dạng (K = 0.9 cho hình cầu) D : Kích thước hạt trung bình, nm λ : Bước sóng tia X, nm β : Độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại, radian θ : Góc nhiễu xạ vạch nhiễu xạ cực đại, độ 32 Bảng 3.1 Các thơng số xác định kích thước hạt nano lưỡng kim Fe/Cu K (nm) 0.9 θ (0 ) Β (rad) 0.154046 18.21 180 Vậy kích thước hạt trung bình là: D= K.λ 0.9 × 0.1544046 = π = 8.362 (nm) β.cosθ × cos(18.21) 180 3.2 Kết khảo sát xử lý Dicromat vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu 3.2.1 Xây dựng đường chuẩn Dicromat Ta tiến hành xây dựng đường chuẩn trình bày phần 2.3.2.1 Hình 3.4 Dãy dung dịch chuẩn dicromat Cr2O72Kết xây dựng đường chuẩn Cr2O72- trình bày Bảng 3.2 Hình 3.5 Bảng 3.2 Mật độ quang dãy dung dịch chuẩn Dicromat STT 10 15 20 30 40 50 0.0000 0.0107 0.0226 0.0327 0.0439 0.0668 0.0869 0.1094 Nồng độ Cr2O72(ppm) Abs 33 Cr2O72- Mật độ quang D 0.12 0.1 y = 0.0022x + 0.0002 R² = 0.9998 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.1094 0.0869 0.0668 0.0439 0.0327 0.0226 0.0107 10 20 30 40 Nồng độ Cr2O72-, ppm Hình 3.5 Phương trình đường chuẩn Dicromat 50 60 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình xử lý Dicromat vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Để khảo sát ảnh hưởng pH đến trình xử lý dicromat nano lưỡng kim Fe/Cu, tiến thành thí nghiệm trình bày mục 2.3.2.2 Kết thu thể bảng 3.3 hình 3.6 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH Thời Dung dịch Dicromat Dung dịch Dicromat trước xử lý sau xử lý mVL Vdd gian (g) (ml) khuấy pH Abs Ct (ppm) Abs Cs (ppm) 1.49 0.0442 20.00 0.0266 12.00 40.00 2.05 0.0445 20.14 0.0202 9.09 54.85 3.05 0.0438 19.82 0.0155 6.95 64.91 3.98 0.0426 19.27 0.0109 4.86 74.76 5.03 0.0428 19.36 0.0063 2.73 85.92 6.01 0.0430 19.45 0.0059 2.59 86.68 6.99 0.0419 18.95 0.0093 4.14 78.18 8.05 0.0440 19.91 0.0154 6.91 65.30 (phút) 0.05 25 10 H (%) 34 pH - H% 85.92 12.00 64.91 10.00 74.76 100.00 86.68 78.18 65.30 54.85 60.00 8.00 6.00 80.00 40.00 40.00 4.00 Hiệu suất (%) Nồng độ Cr2O72-(ppm) 14.00 20.00 2.00 0.00 0.00 1.49 2.05 3.05 3.98 5.03 6.01 6.99 8.05 pH Nồng độ Dicromat sau xử lý (ppm) Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.6 Sự ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý Dicromat Nano Fe/Cu Từ hình 3.6 ta nhận thấy pH = 1.5 – 2, hiệu suất xử lý thấp (40 – 54.85%), pH tăng hiệu suất tăng dần pH = hiệu trình xử lý đạt giá trị cao 87.05% Tuy nhiên đến pH - hiệu suất giảm xuống cịn 78.18 – 65.30% Điều giải thích sau: Ở pH = 1.5 - ta cho nano lưỡng vào dung dịch, bên cạnh phản ứng khử Cr2O72-, Fe0 dễ dàng cho electron để tạo thành Fe2+ Fe0 Fe2+ + 2e- Do lượng H+ nhiều nên Fe2+ sinh bị oxy hóa thành Fe3+ 4Fe2+ + 4H+ +O2 4Fe3+ + H2O Cả hai trình xảy nên làm giảm Fe0 nano, giảm hiệu xử lý Đối với pH = - lượng H+ nên lượng Fe0 bị oxi hóa hơn, hiệu xử lý cao Vì ta chọn pH = làm điều kiện tối ưu cho trình xử lý Dicromat 35 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Dicromat ban đầu đến hiệu suất xử lý Để khảo sát ảnh hưởng nồng độ dicromat đến hiệu suất xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu, tiến hành thí nghiệm trình bày mục 2.3.2.3 Kết khảo sát thể bảng 3.4 hình 3.6 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Dicromat ban đầu Thời Dung dịch Dicromat Dung dịch Dicromat trước xử lý sau xử lý mVL Vdd gian (g) (ml) khuấy (phút) 0.05 25 10 H (%) Abs Ct (ppm) Abs Cs (ppm) 0.0109 4.86 0.0014 0.55 88.79 0.0223 10.05 0.0027 1.14 88.69 0.0440 19.91 0.0060 2.64 86.76 0.0672 30.45 0.0136 6.09 80.00 0.0861 39.05 0.0223 10.05 74.27 C - H% 88.69 90.00 86.76 10.00 85.00 80.00 8.00 80.00 6.00 74.27 4.00 75.00 Hiệu suất (%) Nồng độ Cr2O72- sau xử lý (ppm) 12.00 88.79 70.00 2.00 0.00 65.00 4.86 10.05 19.91 30.45 2Nồng độ Cr2O7 trước xử lý (ppm) Nồng độ Dicromat sau xử lý (ppm) 39.05 Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.7 Sự ảnh hưởng nồng độ dung dịch Dicromat ban đầu đến hiệu suất trình xử lý 36 Từ kết khảo sát ta nhận thấy nồng độ ban đầu Cr2O72- có ảnh hưởng lớn đến hiệu xử lý nano lưỡng kim Fe/Cu, hiệu trình xử lý đạt giá trị cao gần 88.79% ứng với dung dịch dicromat nồng độ ppm 88.69% ứng với dung dịch dicromat có nồng độ 10 ppm, nồng độ Cr2O72- tăng lên hiệu suất xử lý giảm dần Với lượng vật liệu xử lý, nồng độ thấp ion kim loại chuyển động tự do, làm tăng khả tiếp xúc ion kim loại với vật liệu, hiệu suất xử lý tăng Ở nồng độ cao, có va chạm ion kim loại với làm cản trở chuyển động lẫn nhau, hạn chế khả tiếp xúc ion kim loại với vật liệu làm giảm hiệu suất xử lý Vậy ta chọn nồng độ ban đầu dung dịch Dicromat 10 ppm làm điều kiện tối ưu cho trình xử lý 3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình xử lý Dicromat vật liệu nao lưỡng kim Fe/Cu Để khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý dicromat nano lưỡng kim Fe/Cu, tiến hành thí nghiệm trình bày mục 2.3.2.4 Kết thu thể bảng 3.5 hình 3.7 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy Thời Dung dịch Dicromat Dung dịch Dicromt sau trước xử lý xử lý mVL Vdd gian (g) (ml) khuấy Abs Cs (ppm) 10 0.0030 1.27 87.61 30 0.0025 1.05 89.82 0.0012 0.45 95.58 90 0.0010 0.36 96.46 120 0.0009 0.32 96.90 (phút) 0.05 25 60 Abs 0.0228 Ct (ppm) H (%) 10.27 37 1.40 Nồng độ Cr2O72- 1.20 95.58 1.00 96.46 96.90 0.80 89.82 0.60 87.61 0.40 0.20 0.00 10 30 60 90 Thời gian phản ứng (phút) Nồng độ Dicromat sau xử lý (ppm) 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 86.00 84.00 82.00 Hiệu suất xử lý) Thời gian - H% 120 Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.8 Sự ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất trình xử lý Dicromat Từ kết khảo sát ta nhận thấy, thời gian khuấy tăng lên hiệu suất xử lý tăng lên, thời gian khấy đạt khoảng 60 phút hiệu suất trình xử lý tăng cao, đạt 95.58%, sau hiệu suất xử lý tăng tăng với tốc độ chậm Ta giải thích: Khi thời gian tiếp xúc vật liệu xử lý Cr2O72- ngắn trình khử chưa xảy hoàn toàn Khi thời gian khuấy tăng lên, lượng Cr2O72- bị khử nhiều hơn, hiệu suất xử lý tăng lên Nhưng thời gian khuấy dài quá, khả xử lý vật liệu đạt cực đại (phản ứng khử xảy gần triệt để) trình khử giảm, hiệu suất xử lý không tăng Như vậy, ta chọn thời gian khuấy tối ưu cho trình xử lý 60 phút 3.2.5 Kết khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến trình xử lý Dicromat Để khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu nano đến hiệu suất xử lý dicromat, tiến hành thí nghiệm trình bày mục 2.3.2.5 Kết thu thể bảng 3.6 hình 3.8 38 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng lượng vật liệu nano sử dụng Thời mVL gian Vdd (g) khuấy (ml) Dung dịch Dicromat Dung dịch Dicromat sau trước xử lý xử lý H (%) Abs Ct (ppm) Abs Cs (ppm) 0.025 0.0026 1.09 89.38 0.050 0.0014 0.55 94.69 0.0006 0.18 98.23 0.150 0.0004 0.09 99.12 0.200 0.0003 0.05 99.56 (phút) 0.100 60 25 0.0228 10.27 Nồng độ Cr2O72- (ppm) 1.20 98.23 1.00 99.56 99.12 94.69 0.80 0.60 0.40 89.38 0.20 0.00 0.025 0.050 0.100 0.150 Lượng vật liệu m (g) Nồng độ dicromat sau xử lý (ppm) 102.00 100.00 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 86.00 84.00 Hiệu suất (%) m - H% 0.200 Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.9 Ảnh hưởng lượng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu đến hiệu suất trình xử lý Từ kết khảo sát ta thấy khối lượng vật liệu tăng từ 0.025-0.100g hiệu suất xử lý tăng cao, đến 0.150-0.200g hiệu suất tăng khơng đáng kể Khi lượng vật liệu nhỏ khơng đủ để khử hết Cr2O72- có dung dịch, lượng vật liệu tăng lên hiệu suất xử lý tăng Tuy nhiên lượng vật liệu tăng lên đến 0.100g 39 Cr2O72- gần bị khử hết nên tiếp tục tăng lượng vật liệu lên hiệu suất xử lý tăng không đáng kể Theo QCVN 40:2011/BTNMT chất lượng nước thải cơng nghiệp giới hạn cho phép nồng độ Cr(VI) nước thải không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt 0.1mg/l, nước thải cơng nghiệp dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt 0.05mg/l Ta tính giới hạn cho phép Cr2O72- là: - Đối với nước thải không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt: C1 = - 0.1 × 216 = 0.208 ( mg⁄l ) 52×2 Đối với nước thải dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt: C2 = 0.05 × 216 = 0.104 ( mg⁄l ) 52×2 Như vậy, nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý không dùng cấp nước sinh hoạt chọn điều kiện tối ưu cho trình xử lý pH 6, khuấy 25ml dung dịch có nồng độ Cr2O72- 10ppm thời gian 60 phút với 0.100g vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Nếu nguồn tiếp nhận dùng để cấp nước sinh hoạt chọn điều kiện tối ưu cho trình xử lý pH 6, khuấy 25ml dung dịch có nồng độ Cr2O72- 10ppm thời gian 60 phút với 0.150g vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu Hình 3.10 Dung dịch Cr2O72- trước xử lý (10ppm) sau xử lý 40 Bảng 3.7 Kết xử lý Cr2O72- nano Fe/Cu điều kiện tối ưu Thời mVL (g) gian khuấy pH Vdd (ml) Dung dịch Dicromat Dung dịch Dicromat trước xử lý sau xử lý H (%) Abs Ct (ppm) 0.0228 10.27 Abs Cs (ppm) 0.0006 0.18 98.23 0.0004 0.09 99.12 (phút) 0.10 0.15 60 25 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Dựa vào kết trình nghiên cứu, số kết luận rút sau: - Đã điều chế thành công vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu từ FeSO4.7H2O CuSO4.5H2O cách sử dụng chất khử NaBH4 với có mặt hồ tinh bột - Đã xác định thành phần định tính vật liệu cách đo nhiễu xạ tia X (XRD): Cu0 bọc phần bên ngồi hạt Fe0, tính kích thước hạt trung bình 8.362 nm - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả xử lý dicromat nano lưỡng kim Fe/Cu cho kết quả: + pH tối ưu + Nồng độ dicromat ban đầu 10 ppm + Thời gian khuấy tối ưu 60 phút + Lượng vật liệu sử dụng để xử lý cho 25ml dung dịch 0.10-0.15 g Với điều kiện tối ưu hiệu suất trình xử lý đạt 98.23 - 99.12%, nồng độ dicromat sau xử lý đạt tiêu chuẩn theo QCVN 40:2011/BTNMT chất lượng nước thải công nghiệp Kiến nghị Do điều kiện thời gian khả hạn chế nên đề tài chưa sâu nghiên cứu số yếu tố khác Nên xin đề suất vài ý kiến để mở rộng đề tài đưa kết nghiên cứu áp dụng vào thực tế: - Để đánh giá xác đặc tính vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu điều chế được, tiến hành chụp TEM để xác định hình dạng hạt, đo SEM để xác định kích thước xác hạt vật liệu số thông số khác - Nghiên cứu thêm điều kiện để làm tăng hiệu suất tổng hợp vật liệu nano - Nghiên cứu phương pháp hoàn nguyên vật liệu để tái sử dụng, làm tăng tính kinh tế, thân thiện với mơi trường - Nghiên cứu khả xử lý kim loại khác nano lưỡng kim Fe/Cu - Ứng dụng nano lưỡng kim Fe/Cu để xử lý mẫu nước thải thực tế 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng (2007), Hướng dẫn thí nghiệm Hóa Phân tích, Bộ mơn Hóa Phân tích, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội [2] Lê Đức nnk (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Fe nano phương pháp dùng bohiđrua (NaBH4) khử muối sắt II (FeSO4.7H2O)”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 27, số 5S, trang 23-29 [3] Hồng Nhâm (2005), Hóa học vô cơ, tập (Tái lần thứ 4), NXB Giáo Dục, trang 97-108 [4] Nguyễn Xuân Huân, Lê Đức (2011), “Nghiên cứu xử lý Asen nước Fe0 nano”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 27, số 5S, tr 132-138 [5] Nguyễn Hồng Hải, (2006), Chế tạo hạt nanơ xít sắt từ tính, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [7] Bùi Xuân Vững (2009), Giáo trình xử lý số liệu, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, Đà Nẵng [8] Bùi Xn Vững (2010), Phân tích cơng cụ hóa hữu cơ, Giáo trình cao học, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng Tiếng Anh: [9] Chien-Li Lee, Chih-Ju G Jou (2012), “Integrating Suspended Copper/Iron Bimetal Nanoparticles and Microwave Irradiation for Treating Chlorobenzene in Aqueous Solution”, Environment and Pollution, Vol 1, No 2; 2012 43 [10] Eary, L.E and Rai, D., (1988), “Chromate removal from aqueous wastes by reduction with ferrous ion”, Environ Science and Technology, vol 22, pp 972 – 977 [11] Eary, L.E and Rai, D., (1989), Kinetics of chromate reduction by ferrous ions derived from hematice and biotile at 25°C Am J Sci., 289:180 – 213 [12] Feng He and Dongye Zhao (2005), “Preparation and characterization of a new class of starch-stabilized bimetallic nanoparticles for degradation of chlorinated hydrocarbons in water”, Environmental Science and Technology, Vol 39, No 9, pp 3314–3320 (Fe/Pd) [13] Gleick, P H (1996), “Water resources”, Encyclopedia of climate and weather, Oxford University Press, New York, Vol 2, 817-823 [14] Kimbrough, D.E., Cohen, Y., Winer, A.M., Creelman, L., and Mabuni, C., (1999), “A critical assessment of chromium in the environment, Critical Reviews”, Environmental Science and Technology, vol 29, pp – 46 [15] Kunwar P Singh, Arun K Singh, Shikha Gupta, Sarita Sinha (2011), “Optimization of Cr(VI) reduction by zero-valent bimetallic nanoparticles using the response surface modeling approach”, Desalination 270, pp 275–284 [16] Muradova, G G., Gadjieva, S R., Di Palma, L., & Vilardi, G (2016), “Nitrates removal by bimetallic nanoparticles in water”, Chemical Engineering Transactions, Vol 47, pp 205-210 [17] M.J Alowitz, M.M Scherer (2002), “Kinetics of nitrate, nitrite, and Cr(VI) reduction by iron metal”, Environ Sci Technol., vol 36, pp 299–306 [18] P V V V Prasad, Chandan Das and Animes Kumar Golder (2011), “Reduction of Cr(VI) to Cr(III) and removal of total chromium from wastewater using scrap iron in the form of zerovalent iron(ZVI): Batch and column studies”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol 89, Issue 6, pp 1575–1582 [19] Wei-xian Zhang (2003), “Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview”, Journal of Nanoparticle Research 5, pp 323–332 44 [20] Xu, J., Dozier, A., and Bhattacharyya, D (2005), “Synthesis of nanoscale bimetallic particles in polyelectrolyte membrane matrix for reductive transformation of halogenated organic compounds”, J Nanopart Res 7, 449 – 461 [21] Zhanqiang Fang, Xinhong Qiu, Jinhong Chen, Xiuqi Qiu (2011), “Removal of chromium in electroplating wastewater by nanoscale zero – valent metal with synergistic effect of reduction and immobilization”, Journal of Hazardous Materials 280, 224–231 [22] Zhanqiang Fang, “Debromination of Xinhong Qiu, polybrominated Jinhong diphenyl Chen, ethers Xiuqi by Qiu Ni/Fe (2011), bimetallic nanoparticles: Influencing factors, kinetics, and mechanism”, Journal of Hazardous Materials 185, 958–969 Trang Web: [23]http://baochinhphu.vn/Doi-ngoai/Bao-dong-ve-o-nhiem-nguon-nuoc-toancau/35807.vgp, Báo động nhiễm nguồn nước tồn cầu (Linh Đức) [24] https://en.wikipedia.org/wiki/Water_resources, Wikipedia, The Free Encyclopedia [25] http://hoahocngaynay.com/vi/phat-trien-ben-vung/an-toan-hoa-chat/232-kim-loainang-va-anh-huong-cua-no-doi-voi-con-nguoi.html, Kim loại nặng ảnh hưởng chúng người [26] http://vi.wikipedia.org/wiki/Cơng_nghệ_nano, Cơng nghệ Nano, Bách khoa tồn thư mở Wikipedia [27] https://vi.wikipedia.org/wiki/Crom, Crom, Crom, Bách khoa toàn thư mở Wikipedia [28] https://vi.wikipedia.org/wiki/Ơ_nhiễm_nước, Ơ nhiễm nước, Bách khoa tồn thư mở Wikipedia [29] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nhiễu_xạ_tia_X, Nhiễu xạ tia X, Bách khoa toàn thư mở Wikipedia 45 ... - Nghiên cứu quy trình điều chế vật liệu nano lưỡng kim Fe/ Cu - Nghiên cứu khả xử lý dicromat (Cr2O72-) vật liệu nano lưỡng kim Fe/ Cu điều chế 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tạo nguồn vật liệu nano lưỡng. .. Từ lý trên, tiến hành xây dựng luận văn với đề tài: ? ?Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/ Cu sử dụng để xử lý dicromat nước? ?? Mục đích nghiêm cứu - Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng. .. lưỡng kim Fe/ Cu - Tiến hành xử lý mẫu giả chứa Dicromat 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Phương pháp quy trình điều chế Nano lưỡng kim Fe/ Cu từ muối FeSO4.7H2O CuSO4.5H2O - Sử dụng Nano Fe/ Cu để xử lý Dicromat