ZEOLITE VÀ CÁC ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ZEOLITE

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO CÁ NHÂN MÔN KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ ĐỀ TÀI: ZEOLITE VÀ CÁC ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ZEOLITE GV hướng dẫn: NGUYỄN THỊ ÁNH NGA Sinh viên thực hiện: PHAN HUỲNH HẠO-61800742 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 I/ TỔNG QUAN Khái niệm Zeolite tên chung họ vật liệu khống vơ có thành phần aluminosilicat Nó có mạng lưới anion cứng với lỗ xốp kênh mao quản chạy khắp mạng lưới, giao khoang trống Các khoang trống chứa ion kim loại trao đổi (Na  ,K  ) với phân tử bên xâm nhập vào Các khoang trống có kích thước khoảng 0,2 – nm nên zeolite xếp vào loại vật liệu vi mao quản Công thức tổng quát zeolite : Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O Hay dạng hỗn hợp oxit : M2/nO.Al2O3.xSiO2.mH2O Với M cation bù có hóa trị n, x tỉ lệ SiO2/Al2O3 m số mol nước Tên gọi zeolit nhà khoáng vật học người Thụy Điển là Axel Fredrik Cronstedt nghĩ năm 1756, ông quan sát thấy nung nóng nhanh stilbit thì sinh lượng lớn nước bị vật liệu hấp phụ trước Hiện có khoảng 150 loại zeolit tổng hợp khoảng 48 loại có tự nhiên biết đến Zeolit có cấu trúc mở kết hợp với ion kim loại khác Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Zeolit dùng với nhiều mục đích khác lĩnh vực cơng nghiệp hóa học, kỹ thuật mơi trường chất hấp phụ, xúc tác, chiết tách Phân loại Zeolite a Theo nguồn gốc Zeolite chia làm loại : - Zeolite tự nhiên có 56 loại, có đá lớp tro núi lửa phản ứng với nước ngầm có tính kiềm Những zeolite kết tinh lắng đọng môi trường qua hàng ngàn, hàn triệu năm đại dương đoạn sông Zeolite tự nhiên tinh khiết nên ứng dụng thương mại, thường phù hợp với ứng dụng không yêu cầu khắt khe chất lượng, chẳng hạn dùng làm chất độn phân tử tẩy rửa, chất hấp phụ - Zeolite tổng hợp có 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng nên phù hợp nghiên cứu ứng dụng công nghiệp Hầu hết zeolite tổng hợp từ phân hủy nguồn nhôm silic dung dịch kiềm mạnh b Theo đường kính mao quản Zeolite chia làm loại : - Zeolite có mao quản nhỏ (đường kính bé Å) zeolite A, P - Zeolite có mao quản trung bình (đường kính 5-6 Å) zeolite ZSM-5 - Zeolite có mao quản lớn (đường kính 7-15 Å) zeolite X, Y c Theo chiều hướng không gian kênh cấu trúc mao quản Zeolite có hệ thống mao quản chiều, chiều, chiều d Theo tỉ lệ Si/Al - Zeolite có hàm lượng silic thấp (Si/Al = – 1,5) zeolite A, X - Zeolite có hàm lượng silic trung bình (Si/Al = – 5) nh zeolite Y, chabazit - Zeolite có hàm lượng silic cao (ZSM-5) Cấu trúc Zeolite Zeolite hình thành dựa đơn vị cấu trúc MO4 tứ diện silica [SiO4]  tứ diện alumina [AlO4]  liên kết với qua đỉnh oxi chung Các đơn vị cấu trúc sơ cấp giống loại zeolite (Tâm silic nhôm, đỉnh oxi) Các tứ diện dùng chung số oxi khác tạo nên đơn vị cấu trúc thứ cấp khác nhau, điều làm zeolite trở nên đa dạng Khi tất oxi tứ diện SiO4 dùng chung tứ diện silica trung hịa điện Sự thay Si(IV) Al(III) làm xuất cấu trúc zeolite điện tích âm Để trung hịa điện tích âm đó, zeolite có cation dương bù trừ điện tích Na  ,K  ,Ca  ,Mg  Và nhờ có mặt cation mà zeolite có tính chất trao đổi ion Trong số zeolite, loại A, X, Y, đơn vị cấu trúc thứ cấp lại kết nối với theo nhiều cách khác để tạo thành dạng cấu trúc sodalite với dạng hình học lập phương bát diện, gọi đơn vị sodalite Mỗi đơn vị sodalite có 24 ngun tử nhơm hay silic 48 nguyên tử oxi Các đơn vị sodalite lại kết nối với theo cách khác để tạo thành loại zeolite khác II/ Tính chất Zeolite Tính chất hấp phụ Zeolite Chính zeolite vật liệu xốp, có hệ thống mao quản với kích thước lỗ trống đặn vững chắc, bề mặt phát triển ( diện tích bề mặt bên lớn bên ngồi) Do zeolite có tính chất hấp phụ chọn lọc cao Hấp phụ trình làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ Vì zeolite có bề mặt phát triền nên tượng hấp phụ xảy chủ yếu bề mặt trong, tức phân tử hấp phụ phải qua lỗ trống Những phân tử có kích thước nhỏ hay kích thước lỗ trống vào bề mắt Những phân tử có kích thước lớn kích thước lỗ trống bị đẩy ngồi khơng hấp phụ zeolite Điều chứng tỏ đặc tính hấp phụ chọn lọc zeolite Thông thường bề mặt zeolite hấp phụ nước nước lấp đầy khoảng trống bên zeolite Trước sử dụng zeolite để hấp phụ phân tử khác cần tiến hành dehydrate hóa để loại phân tử nước, thường sử dụng nhiệt độ kết hợp với xử lý chân không Lượng chất bị hấp phụ zeolite tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất, chất loại zeolite Tính chất trao đổi ion Sự xuất cation bù cấu trúc tạo nên tính trao đổi ion cách chọn lọc zeolite Các cation bù linh động dễ dàng bị trao đổi với cation khác Qua việc trao đổi cation, zeolite có khả biến tính để tạo thành nhiều vật liệu có hoạt tính đa dạng, đáp ứng nhiều yêu cầu để ứng dụng nghiều lĩnh vực.Thông thường, zeolite tự nhiên hay tổn hợp ban đầu có cation bù Na  Phản ứng trao đổi ion mơ tả sau: M n  cation kim loại hóa trị n, Zeol  điểm mang điện tích âm khung zeolite Những ion phổ biến dễ dàng trao đổi zeolite Tuy nhiên, zeolite có hệ thống lỗ trống với kích thước phân tử đồng xác định nên trao đổi ion có tính chọn lọc, gọi hiệu ứng lưới Hiệu ứng lưới cho ion có kích thước bé hay kích thước lỗ trống trao đổi qua zeolite Độ lựa chọn tải trọng trao đổi ion zeolite phụ thuộc vào pH ( H  ion cạnh tranh), nhiệt độ độ hoạt hóa nước Các cation cạnh tranh, dung môi, tồn nhân tạo phức, nồng độ dung dịch anion yếu tố thay đổi chất lượng tách ion dung dịch Tuy nhiên, ảnh hưởng yếu tố zeolite không q phức tạp dự đốn dễ dàng so với loại nhựa trao đổi ion(vì zeolite có khung sườn chắn hơn) Sự tạo phức làm thay đổi rõ rệt tính chất ion trao đổi Do đó, zeolite tái sinh qua việc ngâm dung dịch có tác nhân tạo phức với ion trao đổi điều lợi cho việc tách chất có tác nhân tạo phức zeolite, mà phương pháp khác đạt Dung lượng trao đổi zeolite tăng nhiệt độ cao Tính acid Tính acid zeolite giữ vai trị quan trọng cơng nghệ chế tạo xúc tác Nhờ tính acid, zeolite sử dụng làm xúc tác cho nhiều trình phản ứng hóa học, đặc biệt hóa dầu Zeolite có vai trò xúc tác đặc biệt với phản ứng crắcking, đồng phân hóa tổng hợp hydrocarbon Ngồi ra, zeolite cịn sử dụng q trình xúc tiến phản ứng acid-base phản ứng kim loại Các phản ứng xuất bề lỗ trống zeolite nên cho khả chọn lựa sản phẩm tốt Tính acid zeolite xuất phát từ khả trao đổi ion Nếu ion bù Na  zeolite khơng có tính acid Nhưng Na  trao đổi với ion H, zeolite lại trở nên có tính acid Khi xử lý zeolite với acid (HCl, H2SO4 ) chuyển zeolite thành dạng acid: Zeolite thành dạng acid ion Na  trao đổi với cation đa hóa trị mơi trường nước ( trog nước, ion thường tồn dạng hydrat), sau xử lý nhiệt sản phẩm thu được: Độ acid zeolite phụ thuộc vào tỉ số Si/Al zeolite Nếu tỉ số cao zeolite có tính acid mạnh ngược lại Tính bền nhiệt bền hóa Zeolite có khung mạng cứng bền vững, nên zeolite bền với nhiệt, tác dụng oxy hóa-khử, xạ ion khó bị mài mịn vất lý tác nhân thẩm thấu so với loại nhựa trao đổi ion hữu Do đó, tính trao đổi ion zeolite tương đối ổn định dễ dự đoán khoảng nhiệt độ lực ion rộng so với vật liệu trao đổi ion khác Zeolite không bị nhiễm bẩn không hấp thu ion hay phân tử hữu Zeolite bền pH cao, mà vật liệu trao đổi ion vơ thường bị nhóm chức phản ứng thủy phân chậm Vì zeolite tổng hợp điều kiện pH cao nhiệt độ cao nên bền điều kiện Hạn chế chủ yếu zeolite bền môi trường acid Mặc dù có số loại zeolite sử dụng pH thấp (pH=2), zeolite sử dụng thích hợp pH lớn Sự trao đổi proton thủy phân nhôm cấu trúc zeolite xảy pH thấp làm cho dung lượng trao đổi ion giảm Hiện tượng dễ xảy tỉ lệ SiO /Al O III/ ỨNG DỤNG CỦA ZEOLITE Do zeolite có nhiều tính chất đặc biệt nên ứng dụng nhiều lĩnh vực khác công nghiệp, nông nghiệp, môi trường y học Zeolite sử dụng chủ yếu để làm khô tác chất, làm khô dung môi, tách chiết chọn lọc đặc thù, xúc tác chọn lọc Một vài ứng dụng zeolite: Sản xuất chất tẩy rửa Phần lớn zeolite sử dụng theo hướng này, tính chất trao đổi cation zeolite Trước đây, người ta sử dụng natri tripolyphosphate làm chất giặt tẩy nước dùng bột giặt có chứa Ca  Mg  Sau khám phá khả trao đổi ion làm mềm nước cứng zeolite, người ta thay cho natri tripolyphosphate để làm chất giặt rửa Zeolite không gây ảnh hưởng đến môi trường sinh vật khác chất giặt rửa trước Để đạt hiệu giặt rửa, zeolite phải thực trao đổi ion nhanh nên hàm lượng ion bù Na  Ứng dụng trồng trọt chăn nuôi Thông thường, phân bón bị rửa trơi, trồng hấp thu đươc lượng nhỏ phân bón Người ta vận dụng khả trao đổi ion zeolite để giữ lại nito dạng ion amoni (NH  ) kali dạng ion K  , nguyên tố vi lượng phân bón Nhờ vậy, phân bón khơng bị rửa trơi mà trồng sử dụng cách hiệu làm tăng suất Zeolite thêm vào đất góp phần giữ cho đất tơi xốp, thơng khí, trì pH làm giảm lượng vơi bón cho đất chua Zeolite ứng dụng với màng lọc sinh học nuôi trồng loại thủy hải sản hấp thụ amoniac dạng ion amoni NH  làm hạn chế ngộ độc amoniac ao hồ khép kín Ứng dụng y học Zeolite sử dụng để sản xuất oxy cho bệnh viện từ khơng khí có khả hấp phụ khí nito mạnh khí oxy Đồng thời q trình tách biệt khí nito khỏi khí oxy, zeolite cịn tách chất khí khác loại bỏ nước khỏi dịng khí giàu oxy.Zeolite sử dụng để kháng khuẩn, kích thích hình thành xương, chữa trị tiểu đường, chữa tiêu chảy, làm giảm acid hệ tiêu hóa làm chất mang dược phẩm  Trên vài ứng dụng Zeolite Dưới hai báo cụ thể nói Ứng dụng lọc zeolite hệ thống nuôi cá tuần hồn ảnh hưởng vi khuẩn nitrat hóa; Tổng hợp zeolite từ tro bay bã mía ứng dụng làm chất hấp phụ chi phí thấp để loại bỏ kim loại nặng tham khảo từ sciencedirect.com BÀI BÁO ỨNG DỤNG CỦA BỘ LỌC ZEOLITE TRONG HỆ THỐNG NI CÁ TUẦN HỒN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐỐI VỚI VI KHUẨN NITRAT HÓA K Skleničková a ,c ,* , D Koloušek b , M Pečenka c , D.Vejmelková c , M Šlouf a , I Růžičková c a: Viện Hóa học Macromolecular, Viện Hàn lâm Khoa học Séc, Heyrovského nám 2, 162 06, Prague 6, Cộng hịa Séc b: Sở Hóa học chất rắn, khoa Cơng nghệ hóa học, Đại học hóa học cơng nghệ Pargue, Technická 5, Prague - Dejvice 166 28, Prague 6, Cộng hòa Séc c: Sở Công nghệ Nước Kỹ thuật Môi trường, Khoa Cơng nghệ Mơi trường, Đại học Hóa học Công nghệ Prague, Technická 5, Prague - Dejvice 166 28, Prague 6, Cộng hòa Séc *Đồng tác giả Viện Hóa học Macromolecular, Viện Hàn lâm Khoa học Séc, Heyrovského nám 2, 162 06, Prague 6, Czech Republic E-mail address: sklenickova@imc.cas.cz (K Skleničková) THƠNG TIN VỀ BÀI BÁO Từ khóa: - Hệ thống tuần hoàn - Zeolite - Vi khuẩn nitrat hóa - Ni cá - Quản lý nguồn nước TÓM TẮT Quản lý nguồn nước trở thành vấn đề ngày quan trọng toàn cầu Việc sử dụng tính bền vững bàn luận rộng rãi ngành công nghiêp nuôi cá Hàm lượng ion NH  sinh từ tượng trao đổi chất cá không thuận lợi cho nguồn lưu trữ cá yêu cầu thay nguồn nước thường xun Tuy nhiên, nhiễm nguồn nước bị khử cách sử dụng vật liệu Zeolitecó khả loại bỏ NH  hiệu vi khuẩn nitrat hóa sử dụng lọc sinh học (chất mang vi khuẩn) Ba loại vật liệu Zeolite (Bear Blanked Clinoptilolite, Mordenite Manganese Geopolymeric Zeolite A) thử nghiệm thời hạn NH  trao đổi động lực học môi trường nước Vật liệu hiệu nhất(Mordenite Manganese) chọn để thử nghiệm điều kiện sử dụng bể nuôi cá chép (cá KOI) Vi khuẩn nitrat hóa lọc đồng định lượng huỳnh quang lai tạo chỗ(FISH-fluorescence in situ hybridization) Nitrosomonas Nitrospira tiêu biểu bước trình nitrat hóa Khơng có vật liệu Zeolite ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống cá Ảnh hưởng tích cực vật liệu Zeolite xác nhận cải thiện chất lượng nguồn nước lâu dài Do Zeolite Mordenite Manganese, lượng tiêu thụ nước giảm gần 70% thiết lập nước 40% điều kiện nuôi cá GIỚI THIỆU Thiếu nước hạn hán ngày tăng trở thành vấn đề tồn cầu Do đó, nhà cơng nghệ nước người nuôi cá cố gắng sử dụng hệ thống tuần hoàn hiệu đảm bảo chất lượng lâu dài (Ghose, 2002) Duy trì lâu dài chất lượng nước phù hợp với lượng chất ô nhiễm nước Chúng loại bỏ bị giới hạn hệ thống lọc tuần hoàn hiệu (Gendel Lahav, 2013) Trong nuôi cá, ô nhiễm nước chủ yếu trao đổi hợp chất sản xuất cá dư lượng thức ăn không sử dụng Chất quan trọng tổng ammonium-nitơ (TAN-total ammonium-nitrogen) xuất dạng phân tách (N-NH  ) dạng không phân chia (N-NH3) (Blute et al., 2012) Tỷ lệ hai dạng phụ thuộc chủ yếu vào độ pH nhiệt độ nước Dạng không phân chia độc tất động vật thủy sản nồng độ tối đa N-NH3 nước nuôi cá không vượt 21 μg L 1 , giá trị xác định giới hạn độc tính hầu hết động vật thủy sản (Eddy, 2005) Giá trị độc tính trung bình cấp tính 32 loài nước 2,79 mg NH L so với 1,86 mg NH L 17 loài nước biển (Randall Tsui, 2002) Trong thập kỷ qua, TAN bị loại bỏ khỏi nuôi trồng thủy sản nước lọc sinh học có chứa vi sinh vật nitrat hóa Vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB-Ammonia oxidizing bacteria) chuyển đổi TAN thành nitrite (NO -), chuyển đổi thành nitrat (NO -) vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB-nitrite oxidizing bacteria) (Costa et al., 2006; Bock Wagner, 2006) Các hợp chất nitơ bị oxy hóa gây hại nhiều so với N-NH3 (van Rijn, 1996) Nitrosomonas Nitrospira AOB NOB phong phú nhất, tương ứng lọc sinh học nuôi trồng thủy sản (Brown et al., 2013; Ma et al., 2008) Ngoài ra, vi khuẩn amoniac oxy hóa / comammox góp phần loại bỏ TAN khỏi hệ thống (Van Kessel et al., 2015; Bartelme et al., 2017) Vi khuẩn nitrat hóa vi sinh vật phát triển chậm Do phát triển tự nhiên chúng hệ thống ni trồng thủy sản tới tháng (Keuter et al., 2017) Để làm cho giai đoạn khởi động ngắn khởi độg nuôi cấy đặc biệt (chất cấy Sera Bio Nitridac ( Nitridac,2018)) sử dụng nghiên cứu Các thí nghiệm tiến hành cho thấy thời gian 14 ngày cần thiết cho phát triển đầy đủ vi khuẩn nitrat hóa Tuy nhiên,thậm chí thời gian ngắn, nồng độ TAN đạt đến mức tới hạn Sự chậm trễ hiệu lý chất hấp thụ loại bỏ TAN khỏi nước hiệu nghiên cứu thử nghiệm Một ví dụ vật liệu hấp thụ khoáng sản Zeolite thân thiện với môi trường sử dụng rộng rãi (Son et al., 2000) Zeolit bao gồm nhóm tứ diện [SiO ]  [AlO ]  liên kết với thông qua cầu nối oxy Khi silicon (Si) thay nhôm (Al) khung zeolite, điện tích âm hình thành nguyên tử oxy Điện tích âm oxy phải bù cation, chủ yếu kim loại kiềm (Li  , Na  , K  ) kim loại kiềm thổ (Ca  , Mg  ) (Querol et al., 2002) Do cấu trúc hóa học này, zeolite có khả hấp thụ cation tuyệt vời Zeolite thường ưa cation có bán kính lớn điện hóa trị Do đó, chúng có lực cao cation Cs  hoặcNH  Vì chúng cần thiết để loại bỏ nước thải nước thải sông, zeolite ứng cử viên tuyệt vời để xử lý nước chức làm vật liệu trao đổi ion (Kuronen et al., 2000) Nhờ cấu trúc xốp, trình trao đổi ion tiến hành khơng bề mặt mà cịn sâu bên cấu trúc zeolite, giúp tăng cường hiệu đáng kể Một lợi ích khác sau bão hịa, vật liệu zeolite ngâm vào dung dịch NaCl khả chúng đổi (Inglezakis, 2012; Hartman Fogler, 2007) Sự diện nhơm coi vấn đề kết nối với sinh vật sống, nhiên, nhơm có vật liệu zeolite tự nhiên khơng hịa tan với giá trị pH cao Nếu giá trị pH giảm xuống 4, nhôm giải phóng vào nước, điều có nghĩa độ pH nước phải theo dõi điều chỉnh Thật không may, người ta chứng minh trường hợp GZA zeolite REF, nhơm bị hịa tan mức độ nhỏ giá trị pH trung tính Tuy nhiên, khơng có độc tính cho môi trường quan sát nghiên cứu (Pavelić et al., 2018).Tài liệu mô tả xử lý nước cách sử dụng loại zeolite Clinicoptilolite, mordenite zeolite Y Zeolite khảo sát thời hạn hiệu loại bỏ TAN mordenite đánh giá ứng cử viên sử dụng cho mục đích (Xue et al., 2018) Một nghiên cứu khác cách hấp thụ NH  , zeolite ảnh hưởng lớn đến phong phú phát triển vi sinh vật nước Sự diện vi khuẩn nitrat hóa xác nhận cách thay đổi nồng độ nitơ hợp chất (giảm TAN, tăng N-NO  N-NO  ) nước (Motesharezadeh et al., 2015) Yang (1997) thấy q trình nitrat hóa sinh học bị ảnh hưởng lớn chế trao đổi ion Clinicoptilolite sử dụng để loại bỏ NH  khỏi hệ thống Clinoptilolite hấp thụ cation NH  nhanh vi sinh vật nitrat hóa, mà sau khơng thể sử dụng NH  cho nhu cầu trao đổi chất chúng (Yang,1997) (Montalvo cộng sự, 2014) Kết là, vi sinh vật nitrat hóa cung cấp khơng đủ TAN khơng cho q trình nitrat hóa mà cịn cho phát triển chúng (Hình 1) Trong nghiên cứu Motesharezadeh et al (2015) nồng độ nitơ nitrat (N-NO  ) sử dụng số q trình nitrat hóa hệ thống có khơng có Clinicoptilolite mơi trường nước (Motesharezadeh et al., 2015) 10 (Kroupova et al., 2005; Svobodová et al., 2005) Nồng độ nguy hiểm NNO  tiếp cận rõ ràng Tuy nhiên, sau 18 ngày, nồng độ N-NO  bắt đầu giảm trở lại, lượng vi khuẩn NOB tăng lên thành số lượng để chuyển hóa đáng kể ion nitrite Hoạt động thấy hình 10b, mơ tả thay đổi nồng độ N-NO  thời gian Trong hai hệ thống, hoạt động tương tự NOB nồng độ nitrat xem dao động dạng tương tự Nồng độ cho hệ thống với cột bắt đầu mức cao nhiều (21 mg L 1 ) nước từ thí nghiệm trước dùng Chỉ thay đổi tương đối có liên quan để quan sát Dữ liệu cho thấy nồng độ NNO  tăng 10 mg L 1 bể nuôi cấy mà không cần cột sau tháng so với 5mg L 1 bể ni cấy có sử dụng cột Tuy nhiên, đồng thời nồng độ N-NO  dao động hai thí nghiệm cho thấy hoạt động vi khuẩn khử nitrat (giảm NO  trở lại N ) Phương pháp FISH tiến hành cách sử dụng đầu dò cụ thể liệt kê Bảng 4, diện vi khuẩn Thaurea, Azoarcus Pseudomonas đại diện cho lồi khử nitơ xác nhận (Hình 11) Thơng tin chi tiết xuất vi khuẩn nêu Bảng A1 Hình Nồng độ TAN đo hàm thời gian (a) BBC (b) MM (c) Vật liệu zeolit GZA đặt lọc hai buồng hệ thống hồ chứa 20 Hình (a) Nồng độ TAN sinh cá chép hai hệ thống bể nuôi, (b) tính nồng độ N-NH cá chép sinh bể ni (vịng trịn, cột tỷ lệ bên trái) + đo pH-một hàm thời gian (hình vng, cột tỷ lệ bên phải), hình dạng trống - hệ thống mà khơng sử dụng cột, hình dạng đầy đủ - hệ thống với cột Hình 10 Nồng độ (a) N-NO  sinh q trình chuyển hóa AOB lọc sinh học bể nuôi cấy, (b) N-NO lọc sinh học bể nuôi cấy  sinh chuyển hóa NOB Hình 11 Vi khuẩn khử nitơ thuộc chi Thauera (tín hiệu màu hồng) từ lọc sinh học bể ni cấy có cột G20 Tín hiệu màu xanh biểu thị tất sinh khối nhuộm màu với DAPI (Để giải thích tương quan đến màu sắc hình giải này, người đọc tham khảo phiên Web báo này.) 21 3.5 Phát định lượng AOB NOB FISH cho thấy đa dạng vi khuẩn nitrat hóa hai lọc sinh học bể nuôi Các kết chi tiết thể Bảng A2 Hình A3a ‒ c Tất đầu dò sử dụng để phát AOB cho tín hiệu tích cực Cả Nitrosomonas oligotropha halophilic halotolerant Nitrosomonas đại diện số cụm mẫu nghiên cứu, có lẽ số AOB khác xuất nhiều cụm tìm thấy với đầu dị NSO_mix Các đầu dị cụ thể cho Nitrobacter âm tính tất mẫu Nitrospira NOB phát xảy cụm đông đúc Trong lọc sinh học bể ni cấy khơng có cột G20, cụm vi khuẩn nitrat hóa lớn quan sát Chỉ có khác biệt nhỏ quan sát thấy số lượng vi khuẩn nitrat hóa Các hỗn hợp đầu dị nhắm mục tiêu hầu hết biết đến AOB (NSO_mix) Nitrospira spp (Ntspa_mix) sử dụng để định lượng AOB NOB, tương ứng Lượng vi khuẩn nitrat hóa tính tốn từ hình ảnh kính hiển vi phần mềm daime (xem Bảng 5) Bể nuôi cấy với cột zeolite G20 chứa lượng nhỏ AOB NOB, khác biệt không đáng kể xem xét độ xác qFISH Lượng nitrifiers bể zeolite thấp chất có sẵn (vì NH4 + hấp thụ zeo lite) Bản thân mẫu từ lọc zeolite không bị đánh giá FISH vật liệu vơ chiếu q nhiều kính hiển vi huỳnh quang khơng thể nhìn thấy vi khuẩn Thí nghiệm xác nhận quy định tăng trưởng bể nuôi cấy, đặc biệt vi khuẩn nitrat hóa Theo hiểu biết tốt chúng tôi, nghiên cứu kết nối phép đo dạng N với nhận dạng vi khuẩn nitrat hóa hệ thống ni trồng thủy sản zeolite KẾT LUẬN 4.1 Kết luận thu từ thí nghiệm sau (1) Vật liệu GZA cho thấy hiệu trao đổi ion cao nồng độ TAN (500 mg L 1 ~1,5 mg L-1) Các hiệu hấp thụ TAN tương ứng tốt với tỷ lệ phần trăm thành phần zeolite mẫu (2) Trong hệ thống hồ chứa phịng thí nghiệm, vật liệu zeolite phù hợp MM, có nồng độ TAN 0,2 mg L 1 (3) Các hệ thống bể ni cấy có khơng có lọc zeolite theo dõi so sánh Các thông số đo (nồng độ TAN, nồng độ N-NO  , độ đục nước, pH, v.v.) thấp (khoảng ~1,5 mg L 1 TAN 2,0 mg L 1 NNO  ) bể nuôi cấy với zeolite có chứa cột 22 (4) Cột chứa zeolite có tác động tích cực lên quy định TAN nồng độ N-NO  trì mức an tồn Quy định đến lượt ảnh hưởng tiêu cực đến phát triển vi khuẩn nitrat hóa lọc sinh học (5) Sử dụng zeolite MM lọc sinh học, mức tiêu thụ nước giảm gần 70% môi trường nước hồ 40% điều kiện nuôi cá BÀI BÁO TỔNG HỢP ZEOLITE TỪ TRO BAY BÃ MÍA VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ CHI PHÍ THẤP ĐỂ LOẠI BỎ KIM LOẠI NẶNG Jessica A Oliveira, Felipe A Cunha, Luís A.M Ruotolo * Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Đại học liên bang Sao Carlos, Rod Washington Luiz km 235, 13565-905, São Carlos, SP, Brazil THÔNG TIN VỀ BÀI BÁO Lịch sử báo: Nhận ngày 8/1/2019 Nhận dạng sửa đổi 17/4/2019 Được chấp nhận ngày7/5/2019 Có sẵn trực tuyến ngày 7/5/2019 Từ khóa: Na-A Tro bay bã mía Hấp phụ Trao đổi ion Kim loại nặng TĨM TẮT Một quy trình bền vững để tổng hợp zeolite chi phí thấp từ tro bay bã mía(BFA), chất thải cơng nghiệp, trình bày BFA sử dụng làm nguồn Al Si để thu aluminosilicat có khả trao đổi ion đặc biệt, xác nhận hấp thu đồng Sau tro bay nung đưa vào xử lý thủy nhiệt sử dụng NaOH làm tác nhân khống hóa, mẫu XRD mẫu tổng hợp cho thấy hình thành zeolite Na-A Nhiệt độ thời gian nung thông số ảnh hưởng đến khả trao đổi ion (q) vật liệu zeolitic Vơi hóa 600 C giờ, môi trường oxy, đảm bảo tất carbon từ tro bay loại bỏ tối ưu hóa đặc tính trao đổi ion Là chiến lược để cải thiện nữa, Al isopropoxide thêm vào môi trường tổng hợp, làm giảm tỷ lệ Si / Al zeolite tạo nhiều vị trí trao đổi ion Việc xử lý thủy nhiệt bổ sung Al làm thay đổi cấu trúc hình thái vật liệu zeolitic, dẫn đến khả hấp phụ tối đa (142 mg Cu  g 1 ) mức 1,71 Si / Al, cao nhiều so với nhựa polyme thương mại ( 46,6 mg g 1 ) © 2019 Elsevier Ltd All rights reserved 23 GIỚI THIỆU Sự tổng hợp zeolit cách sử dụng sinh học làm nguồn Al Si điều tra nhiều tác giả vài năm qua (Belviso, 2018; Ma cộng sự, 2015) Trong số nhiều ứng dụng zeolit, chúng sử dụng làm chất trao đổi cation để xử lý nước thải loại bỏ kim loại nhiều người biết đến Zeolit aluminosilic tinh thể có cấu trúc ba chiều hình thành tứ diện tạo Si Al giới hạn nguyên tử oxy Sự diện Al3 3 khung zeolite dẫn đến điện tích rịng âm trung hòa cation bù, chịu trách nhiệm tính chất trao đổi ion vật liệu Ngồi ra, cấu trúc vi mơ với hốc kích thước xác định rõ, bên cạnh diện tích bề mặt cao, cung cấp tính chọn lọc, hấp phụ xúc tác (Nibou et al., 2010) Trong vài thập kỷ qua, việc sử dụng vô (Asl et al., 2019;Rashidi Yusup, 2016) chất thải sinh khối (Kim et al., 2018) báo cáo tiền thân cho việc tổng hợp vật liệu zeolitic (Belviso, 2018) Một ví dụ điển hình việc sử dụng tro bay than từ nhà máy nhiệt điện đốt than để tổng hợp zeolite A (Goscianska cộng sự, 2018), X, loại faujasite (Chang Shih, 2000; Volli Purkait, 2015), beta (Assawasangrat et al., 2016), Y (Rayalu et al., 2000), erionite ZSM-18, linde (Koukouzas et al., 2009), F linde, kalsilite, philipsite-KM (Querol et al., 1997), analcite, hydroxy sodalite (Lin Hsi, 1995), P (Fungaro Bruno, 2009; Murayama cộng sự, 2002) Trong số tiền chất sinh khối, động học nhanh khả loại bỏ cao báo cáo cho zeolit tổng hợp sử dụng trấu làm nguồn Al Si (Dalai et al., 1985; Sacesa cộng sự, 2011) Bất chấp tình trạng này, báo cáo tổng hợp zeolit từ tro bay bã mía cịn khan tài liệu Tro bay bã mía (BFA) sản xuất với số lượng lớn số lượng nhà máy đường ethanol sau đốt sinh khối tạo lượng nước kết từ đốt cháy khơng hồn tồn bã mía Do đó, tìm quy trình để thêm giá trị cung cấp điểm đến cuối cho chất thải rắn mối quan tâm lớn từ quan điểm môi trường kinh tế Vì BFA chủ yếu tạo thành carbon không cháy, SiO Al O (Gupta Sharma, 2003), nghiên cứu chuyển đổi chất thải thành aluminosilic để thu vật liệu trao đổi ion chi phí thấp Theo Shah cộng sự, zeolite P analcime vật liệu zeolitic thu sau xử lý thủy nhiệt BFA nhận; khả hấp thu chúng xác nhận theo hướng 2-chlorophenol (Shah cộng sự, 2011a), phenol (Shah cộng sự, 2011b,2012a), thuốc nhuộm (Shah et al., 2011c, 2011d) pnitrophenol (Shahet al., 2012b) hấp phụ theo lô cột Purnomo (2013) chiết xuất silicon nhôm từ tro bay bã mía để tổng hợp zeolit Na-X Na-A Trong trình này, Si Al tách khỏi carbon cách trộn tro bay với NaOH, sau làm nóng 500 C sau rửa vật liệu nung chảy với nước khử ion để thu ion Si Al Zeolit Na-A thu Moises cộng sự, 2013, 2014, thay BFA, tro đáy bã mía sử dụng làm nguồn Al Si Gần đây, Shah cộng sự, 2017a, 2017b báo cáo việc chuẩn bị vật liệu zeolitic sử dụng xử lý thủy nhiệt vi sóng ứng dụng chúng hấp phụ o-chlorophenol anilin Trong công việc này, BFA sử dụng trực tiếp để thu zeolit quy trình phức tạp sử dụng để trích xuất Si Al Đặc biệt, với kiến thức tốt chúng tôi, báo cáo lần tổng hợp zeolit tro 24 BFA thu sau xử lý nhiệt để loại bỏ carbon không cháy Hơn nữa, có vài tác giả khám phá tính chất trao đổi ion zeolit điều chế từ nguồn chi phí thấp để loại bỏ kim loại nặng Trong nghiên cứu này, đãnghiên cứu việc sử dụng BFA làm nguồn Si Al để thu vật liệu zeolitic chi phí thấp với đặc tính trao đổi cation phân biệt Quy trình sử dụng để thu zeolit bền vững thay thế, hồn tồn phần, tiền chất Si Al thông thường (tetraethyl orthosilicate nhôm isopropoxide, tương ứng) nguồn dồi nguyên tố có BFA Nhiệt độ thời gian nung khác nghiên cứu để loại bỏ lượng carbon lại BFA làm tăng hàm lượng Si Al Để cải thiện khả trao đổi ion, nghiên cứu ảnh hưởng việc giảm tỷ lệ Si / Al cách thêm Al isopropoxide tổng hợp gel Theo chúng tơi biết, quy trình chưa báo cáo trước để tổng hợp zeolitic vật liệu sử dụng BFA Khả trao đổi ion vật liệu tổng hợp nghiên cứu theo hướng hấp thụ Cu 2 Đồng chọn khối lượng lớn nước thải tạo nhiều quy trình công nghiệp, thường loại bỏ cách trao đổi ion nhựa polymer đắt tiền THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu BFA thu thập lối tháp rửa khí từ nhà máy đường nhà máy ethanol Sau rửa, tro bay nung nhiệt độ khác mơi trường khí để thu tro, chủ yếu hợp thành Si Al (Gupta Sharma, 2003) Tro đệ trình để đưa vào xử lý thủy nhiệt với có mặt 3,5 mol L 1 NaOH (Sigma-Aldrich) để thu vật liệu zeolitic Trong số thí nghiệm, nhơm isopropoxide, C H 21 O Al (Sigma Aldrich), thêm vào môi trường tổng hợp CuSO 5H O (Synth) sử dụng làm nguồn Cu  thí nghiệm trao đổi ion Tất giải pháp chuẩn bị sử dụng nước khử ion 2.2 Tổng hợp Zeolite BFA trước tách khỏi cát chất gây ô nhiễm khác phương pháp tuyển nổi, sấy khơ lị 100 C, nghiền sàng Các hạt có đường kính thấp 38 mm nung lị nung (EDG 7000), mơi trường khí quyển, nhiệt độ thời gian nung khác Tro thu được đưa vào tổng hợp thủy nhiệt áp dụng điều kiện mô tả Bảng minh họa Hình Bình phản ứng nồi hấp PTFE Sau 24 giờ, vật liệu rửa nước khử ion pH không đổi, lọc sấy khô 60 C cho 24 h Các mẫu mã hóa theo quy trình xử lý, nhiệt độ thời gian nung tương ứng; ví dụ H-600-8 vật liệu tổng hợp theo quy trình H sử dụng tro thu sau nung tro bay 600 C Trong trường hợp Al isopropoxide thêm vào gel tổng hợp, tro C-600-8 sử dụng tất thí nghiệm mẫu gắn nhãn theo tỷ lệ Si / Al pha rắn, ví dụ: HI-Si / Al- 1,71 25 2.3 Đặc tính Phân tích nhiệt lượng (Mettler Toledo TGA / SDTA851e) thực nhiệt độ phòng, sử dụng tốc độ gia nhiệt 15 C 1 nitơ oxy (60 mL 1 ) Thành phần pha xác định từ nhiễu xạ tia X (XRD) ghi máy đo nhiễu xạ Siemens D5005 sử dụng lọc xạ Ni-filtered Cu K  (  =1,5418 Å) phạm vi  khoảng từ đến 65 C 1 Phần mềm tìm kiếm kết hợp sử dụng để lập mục pha tinh thể Ảnh SEM thu kính hiển vi Philips XL30 FEG Phân tích huỳnh quang tia X (XRF) thực EDX 720 Shimadzu chế độ lượng phân tán Điện zeta đo cho giá trị pH khác hệ thống Zetasizer Nano ZS (Dụng cụ Malvern) Hàm lượng Si Al C600-8 xác định phát xạ quang plasma kết hợp tự cảm phép đo phổ (ICP-OES) sử dụng Thermo Scientifific iCAP6000 2.4 Trao đổi ion Các thí nghiệm trao đổi ion thực để xác định khả trao đổi ion (q) chức trình nung điều kiện tổng hợp Erlenmeyers (125 mL), chứa 50 mg zeolite 50 ml dung dịch Cu2  , đưa vào quỹ đạo lắc 150 vòng / phút 24 để đạt trạng thái cân Các pha rắn tách cách ly tâm đồng pha lỏng đo hấp thụ nguyên tử đo quang phổ (Varian, model SpectrAA200) Đồng nồng độ pha rắn (q) xác định phương trình(1), V: thể tích (L),m s :khối lượng chất hấp phụ (g), C :nồng độ đồng ban đầu (mg L 1 ) C :nồng độ đồng trạng thái cân (mg L 1 ) 26 q=( V ).(C -C) ms (1) Ảnh hưởng pH đến trao đổi ion nghiên cứu sử dụng quy trình, tiếp xúc với 50 mg chất hấp phụ với 40 mL 93,0 mg L 1 với giá trị pH thay đổi từ 1,0 đến 4.5 (điều chỉnh axit sulfuric) Nồng độ Cu  thiết lập xem xét giá trị thường thấy công nghiệp nước thải xử lý cách hấp phụ Các đường đẳng nhiệt thu theo quy trình mơ tả trước đó, tiếp xúc với 50 mg chất hấp phụ với khác nồng độ Cu  (50 mL) Một bồn lắc nước Dubnoff sử dụng để kiểm soát nhiệt độ thí nghiệm Hình (a) Phân tích nhiệt lượng (TG) BFA N O khí (b) Sự tổn thất trọng lượng hàm thời gian nhiệt độ nung (trong môi trường oxy) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng trình nung Hình 2a cho thấy đường cong đo nhiệt BFA ghi N O khí Theo oxy, tổn thất trọng lượng quan sát thấy 200 o C quy định để loại bỏ nước, tổn thất trọng lượng phạm vi từ 350 đến 580 o C liên quan đến việc đốt cháy carbon dư lượng hữu cơ, loại bỏ hoàn toàn ~ 900 o C ( 87% tổn thất trọng lượng), lại hợp chất vô Trên mặt khác, N , khối lượng lại cấu tạo carbon chất hữu Do đó, theo cân khối lượng, thành phần BFA ước tính 7,1% nước, 17,5% chất bay hơi, 62,4% carbon cố định và13,0% tro Tính đến kết từ hình 2a, nhiệt độ nung khác áp dụng để xác định thời gian hoạt động mong muốn để loại bỏ carbon lại từ tro bay (Hình 2b) Tổn thất trọng lượng bình thường xác định tỷ lệ tổn thất trọng lượng sau nung hàm lượng tro xác định phân tích nhiệt lượng (TG), tức là, 13% w / w khối lượng BFA Theo hình 2b, sau áp dụng 800 o C (5 h), tất carbon chất bay loại bỏ, cho kết 27 loại tro trắng chứa Si Al, số phần nhỏ yếu tố khác Hình 2b cho thấy nung 600 o C thực tế loại bỏ nước chất bay hữu (~ 98%), áp dụng 800 C tổn thất trọng lượng tối đa đạt sau Mặc dù động học nhanh hơn, nung 800 o C làm thay đổi hình thái có ảnh hưởng xấu đến khả trao đổi ion zeolite tổng hợp 3.2 Đặc tính 3.2.1 Phân tích hình thái cấu trúc Hình cho thấy hình ảnh SEM mẫu đưa vào nung xử lý thủy nhiệt Sau đốt bã mía, BFA giữ lại khía cạnh hình thái tiền chất (Hình 3a), mà không bảo quản sau nung Mặc dù tro khơng thể hình thái cụ thể (Hình 3b), sau xử lý thủy nhiệt chuyển đổi thành hạt hình cầu, với đường kính thay đổi từ đến mm (Hình 3c), chứa vật liệu zeolite (Hình 3d) tương tự thu tác giả cách sử dụng tro bay than (Koukouzas et al., 2009; Singervà Berkgaut, 1995) Hình thái cenosphere quy cho diện carbon dư, trường hợp C600-4 Điều chứng thực thực tế sau xử lý thủy nhiệt C-600-8 (trong khơng có carbon dư), cenospheres khơng hình thành (Hình 3e) kết vật liệu có hình thái riêng biệt (Hình 3f) Hình hình ảnh SEM : (a) tro bay, (b) C-600-4, (c)(d) H-600-4, (e) H-600-8, and (f) H-800-4 Mẫu XRD tro bay hình 4a xác nhận diện Si dạng a-SiO (thạch anh thấp) (JCPDS 86-1628).Đỉnh cao liên quan đến tồn vật liệu carbon hóa vi tinh thể bị rối loạn với lượng nhỏ pha vơ định hình silica / alumina Sau xử lý vơi hóa thủy nhiệt, đỉnh rộng biến hầu hết carbon loại bỏ.Đối với mẫu C-600-4 H600-4, đỉnh a-SiO bền chí cịn mạnh hơn, kết vật liệu cho thấy nhiều tinh thể silica Mặt khác, cường độ tương đối đỉnh thứ cấp cho H-800-4 giảm, cho thấy nhiệt độ nung cao không ảnh hưởng đến hình thái (Hình 3), mà độ tinh thể bị ảnh hưởng Hơn nữa, sau xử lý thủy nhiệt, đỉnh XRD (Hình 4b) cho thấy tổng hợp zeolite Na-A (JCPDS 73-2340) Al isopropoxide thêm vào môi trường tổng hợp phép thử giảm tỷ lệ Si / Al cải thiện tính chất trao đổi ion Trước tổng hợp này, lượng Si Al C-600-8 xác định ICP-OES, cho 28 thấy diện 49 mg Al 335 mg Si gram tro (Si / Al = 6.8) Thành phần BFA xác định cân khối lượng cách sử dụng tỷ lệ phần trăm xác định từ phân tích nhiệt lượng TG (Hình 2), cho 50 mg nước, 124 mg chất bay hơi, 438 mg carbon cố định 384 mg tro gram BFA Bảng cho thấy tỷ lệ Si / Al môi trường tổng hợp vật liệu zeolitic, xác định XRF Các mẫu dán nhãn HI-Si / Al- theo sau tỷ lệ Si / Al chất rắn Các mẫu XRD hiển thị Hình 5a cho vật liệu có chứa tỷ lệ Si / Al khác theo xu hướng quan sát Hình chủ yếu tạo thành a-SiO zeolite NaA Các mẫu HI có cấu trúc tương tự với hai đỉnh yếu 52 o 62 o Hình Các mẫu XRD: (a) o 22 o    36    65 o (b) o quy cho Al O (JCPDS88-0107), cho thấy phần kết tủa Al oxit Thật thú vị, H-600-8 thể mãnh liệt đỉnh zeolite H600-4, cho thấy thời gian nung dài cải thiện độ kết tinh zeolite Các hình ảnh SEM cho HI-Si / Al-1.71 (Hình 5b-c) cho thấy thay đổi hình thái đáng ý xử lý thủy nhiệt thực với có mặt Alisopropoxide Hình dạng que hạt dài ~ 400nm (Hình 5c), có dạng kết tụ cụm lớn giống bọt biển (Hình 5b) Hình thái tương tự quan sát cho HI-Si / Al-1.61, biến tỷ lệ Si / Al cao 1,82 29 3.3 Sự hấp phụ Cu  Vì pH ảnh hưởng đến tính chất ion trao đổi điện tích bề mặt pha rắn, ảnh hưởng đến khả trao đổi ion nghiên cứu trước Theo hình 6, khơng có hấp phụ pH thấp 2,5 quy cho việc dư thừa proton cản trở hấp thu đồng cạnh tranh mạnh H  Cu  Khi pH đạt đến điểm đẳng điện pH ~ 6.0 (hình 6), hấp thu đồng tăng lên tối đa mức 4,5 Đối với pH cao 4,5 ,đồng kết tủa sau thêm aluminosilicate Để ý độ pH tự nhiên dung dịch đồng gần 4,5, độ pH sử dụng thí nghiệm Hình 7a cho thấy giá trị q loại bỏ đồng cách sử dụng tro bay thu được, tro bay nung tro đưa vào phương pháp xử lý thủy nhiệt Sự hấp thu đồng thấp cho tro bay (Gupta Sharma, 2003) mẫu nung mong đợi, thật thú vị lưu ý cách nung 800 o C giảm q, sau xử lý thủy nhiệt, cho thấy hao hụt tinh thể quan sát mẫu XRD (Hình 4a) thay đổi hình thái (Hình 3a) có ảnh hưởng xấu đến tính chất trao đổi ion vật liệu Hiệu suất trao đổi ion vượt trội vật liệu thu sau xử lý thủy nhiệt cách sử dụng tro nung 600 o C cho hình thành zeolite Na-A Các giá trị thấp q quan sát mẫu nung cho thấy có mặt carbon dư, bên cạnh việc tăng trưởng hình thái cenosphere (Hình 2b), ảnh hưởng đến trình 30 trao đổi ion Một lần loại bỏ carbon, khả trao đổi ion đạt đến mức độ tối đa HI-600-8 Do đó, tro C-600-8 chọn tiền thân để nghiên cứu tổng hợp thủy nhiệt thay đổi tỷ lệ Si /Al Người ta biết tính chất trao đổi ion aluminosilicates phụ thuộc vào số lượng nguyên tử Al cấu trúc chúng, chịu trách nhiệm cho điện tích âm khung zeolite, mà bù cation, sơ đồ bên Hình Do đó, việc bổ sung Al mơi trường tổng hợp thử nghiệm chiến lược để cải thiện giá trị q Theo hình 8, xu hướng Si / Al giá trị khả trao đổi ion biểu mạnh mẽ cho giá trị thấp 2.04, lượng lớn Al-isopropoxide sử dụng alumina hình thành (Hình 5a) Khả trao đổi ion cải thiện mẫu cho thấy nhiều nguyên tử Al tích hợp vào vật liệu zeolitic, cung cấp điện tích âm bù Na  từ môi trường tổng hợp Hơn nữa, khả trao đổi cation cao zeolite Na-A hiểu rõ (Chang Shih, 2000; Purnomo et al., 2012) Thật thú vị lưu ý khả trao đổi ion HI-Si / Al-1.61 giảm, rằng, hàm lượng Al cao mẫu, có khả khơng liên quan đến NaA So sánh khả trao đổi ion tối đa thu sử dụng HI-Si / Al-1.71 (142 mg g 1 ) với Hirano Gubulin (2000) thu nhựa polymer thương mại (46,6 mg g 1 ) nhiệt độ, liều lượng vật liệu, nồng độ đồng, rõ ràng hiệu suất vượt trội vật liệu zeolitic 3.4 Nhiệt động lực học Theo phân loại IUPAC, đường đẳng nhiệt I hiển thị Hình cho hấp thu đồng HI-Si / Al-1.71 chất hấp thụ có lực mạnh với cation Các liệu hấp thụ trang bị tốt cho đường đẳng nhiệt Freundlich (phương trình (2)), cho thấy hấp phụ xảy đa lớp bề mặt không đồng Trong phương trình(2), Ce nồng độ chất tan pha lỏng trạng thái cân (mg L 1 ), / n số không thứ nguyên liên quan đến bề mặt không đồng KF số Freundlich, liên quan đến khả hấp phụ (mg 1 (1/ n ) g 1 L 1/ n ) Các số Freundlich thông số nhiệt động học thể Bảng cho ba nhiệt độ khác Bằng chứng tác động bất lợi nhiệt độ trình hấp phụ KF giảm / n tăng, cho thấy đường đẳng nhiệt thuận lợi Xem xét cao / n hấp phụ/ái lực hấp phụ, thấp giá trị / n mong muốn để có hiệu suất hấp phụ tốt q e =k F C e 1/ n Những thay đổi lượng tự (  G o ),enthalpy (  H o ), entropy(  S o ), tính tốn theo phương trình (4) (5), đề xuất Milonjic (2007) Các số cân (K e ), g L 1 ,tính theo phương trình (3),  mật độ dung dịch (g L 1 ), T nhiệt độ tuyệt đối (K) R số khí phổ (8.314 J mol 1 K 1 )  S o  H o xác định từ phần chặn độ dốc hồi quy Van Hoff hiển thị hình nhỏ hình Ke= qe Ce 31 Bản chất tỏa nhiệt hấp phụ quan sát Hình xác nhận entanpy âm, tính chất tự phát hấp thụ đồng vật liệu zeolitic thể giá trị âm G o Xem xét hấp phụ vật lý báo cáo xảy entanpy từ 2,1 đến 20,9 kJ mol 1 (Belhamdi et al., 2016), hấp phụ đồng có khả bị chi phối tương tác yếu Hơn nữa, giá trị G o hiển thị Bảng nằm phạm vi thường báo cáo khả hấp thụ trình (0-20.9 kJ mol 1 ) Giá trị dương G o có gia tăng ngẫu nhiên giao diện rắn / lỏng trình hấp phụ đồng 32 Bảng cung cấp so sánh hấp thu đồng cách sử dụng chất hấp phụ khác nhau, q max khả hấp phụ tối đa xác định từ đường đẳng nhiệt Khả hấp thu cao đạt cách sử dụng chất hấp phụ phức tạp, chẳng hạn sợi nano PVA / sợi nano dựa silica phenolic carbon dựa nhựa Tuy nhiên, bên cạnh chi phí cao, lực hấp phụ / hấp phụ thấp, xác nhận giá trị cao / n hiển thị Bảng Sử dụng tro bay than trực tiếp để hấp phụ, cho ví dụ, thực tế chất hấp phụ chi phí 0, có hấp thu đồng cận biên, sau chuyển đổi thành zeolite (Liu cộng sự, 2019), thu q max có nghĩa, chất hấp phụ /ái lực hấp phụ cịn thấp Các zeolite tổng hợp thí nghiệm sử dụng BFA cung cấp khả hấp thụ đồng vượt trội so với nhựa thương mại amberlite Mặc dù giá trị tương tự q max đạt cách sử dụng sợi nano thiosemicarbazide chitosan polyacrilonitrile, nên xem xét zeolite BFA có lực cao với chất hấp phụ, tham số quan trọng dự án hấp thụ hàng loạt cột, giảm thiểu lượng chất hấp phụ cần thiết cho việc loại bỏ đồng định Liên quan đến thông số nhiệt động lực học, phải nhận thấy q trình thực zeolite BFA tự phát ( nhiều giá trị G o âm số chất hấp phụ liệt kê Bảng 4) Thật thú vị, trình tỏa nhiệt quan sát sử dụng zeolite BFA KẾT LUẬN Zeolite Na-A tổng hợp thành cơng từ tro bay bã mía, tiền chất miễn phí tạo với số lượng lớn nhà máy đường nhà máy ethanol Quá trình tổng hợp đề xuất bền vững thay hóa chất thương mại có chứa nguồn Al Si chất thải BFA Các vật liệu zeolitic hình thành sau loại bỏ carbon cách nung đưa tro khử trùng vào xử lý thủy nhiệt Tính chất trao đổi ion vật liệu tổng hợp xác nhận hấp thụ đồng từ dung dịch nước Việc bổ sung thêm nguồn Al vào môi trường tổng hợp thúc đẩy tăng cường lớn quán khả trao đổi ion vật liệu zeolitic lên tới 142 mg g 1 Khả trao đổi ion đáng ý cao nhiều so với thu nhựa thương mại polymer (46,6 mg g 1 ) nhiệt độ, liều hấp phụ nồng độ đồng Bên cạnh đặc tính trao đổi ion tuyệt vời, vật liệu lấy từ nguồn tái tạo mang lại đích đến tới chất thải sinh khối tạo với số lượng lớn lĩnh vực công nghiệp quan trọng 33 THAM KHẢO https://tailieu.vn/doc/khoa-luan-tot-nghiep-hoa-hoc-tong-hop-zeolite-4a-tucao-lanh-va-khao-sat-kha-nang-hap-phu-ion-amoni-1867224.html Bài báo 1: https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2019.734605 Bài báo 2: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.069 MỤC LỤC I/ TỔNG QUAN .2 Khái niệm .2 Phân loại Zeolite a Theo nguồn gốc b Theo đường kính mao quản c Theo chiều hướng không gian kênh cấu trúc mao quản d Theo tỉ lệ Si/Al .3 Cấu trúc Zeolite .3 II/ Tính chất Zeolite Tính chất hấp phụ Zeolite Tính chất trao đổi ion Tính acid .5 Tính bền nhiệt bền hóa III/ ỨNG DỤNG CỦA ZEOLITE Sản xuất chất tẩy rửa Ứng dụng trồng trọt chăn nuôi .6 Ứng dụng y học BÀI BÁO .8 BÀI BÁO .23 34 ... - Zeolite có hàm lượng silic thấp (Si/Al = – 1,5) zeolite A, X - Zeolite có hàm lượng silic trung bình (Si/Al = – 5) nh zeolite Y, chabazit - Zeolite có hàm lượng silic cao (ZSM-5) Cấu trúc Zeolite. .. Hầu hết zeolite tổng hợp từ phân hủy nguồn nhôm silic dung dịch kiềm mạnh b Theo đường kính mao quản Zeolite chia làm loại : - Zeolite có mao quản nhỏ (đường kính bé Å) zeolite A, P - Zeolite. .. đẩy ngồi khơng hấp phụ zeolite Điều chứng tỏ đặc tính hấp phụ chọn lọc zeolite Thông thường bề mặt zeolite hấp phụ nước nước lấp đầy khoảng trống bên zeolite Trước sử dụng zeolite để hấp phụ phân