Cỏc thớ nghiệm được tiến hành tương tự như đối với asen. Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ và đỏnh giỏ khả năng hấp phụ theo mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ langmuir. Hàm lượng sắt được xỏc định bằng phương phỏp so màu ở bước súng λ = 510 nm.
3.2.2.1. Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ
Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ: cõn 0,05g mẫu vào mỗi bỡnh tam giỏc 250ml, thờm 100ml dung dịch sắt cú nồng độ 1mg/l. Khuấy mẫu theo thời
gian thay đổi từ 15 phỳt đến 90 phỳt. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Thời gian đạt cõn bằng hấp phụ Fe(III) của LaFeO3 kớch thước nanomet
Thời gian (phỳt) 15 30 45 60 75 90
Nồng độ Fe(III) cũn lại (mg/l)
0,72 0,52 0,27 0,15 0,14 0,14
Qua kết quả bảng 3.4 thấy rằng sự hấp phụ sắt (III) bằng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet cú thời gian đạt cõn bằng hấp phụ là 60 phỳt.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.2.2. Đỏnh giỏ khả năng hấp phụ sắt theo mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Cõn 0,05g mẫu vào bỡnh tam giỏc 250ml cho thờm 100ml mẫu chuẩn dung dịch sắt cú nồng độ xỏc định, khuấy trong 1h, sau đú xỏc định nồng độ sắt cũn lại. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.5.
Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ Fe(III) của LaFeO3 kớch thước nanomet
Nồng độ Fe(III) ban đầu Ci (mg/l) Nồng độ Fe(III) cũn lại Cf (mg/l) Dung lƣợng hấp phụ Fe(III) q (mg/g) 1,02 0,14 1,72 12,96 6,12 13,68 25,27 12,11 26,32 52,26 26,02 52,48 103,24 58,12 90,24 156,5 102,43 108,14 198,76 142,58 112,36 253,07 196,68 112,78
Cỏc hằng số đẳng nhiệt của quỏ trỡnh hấp phụ sắt trờn vật liệu LaFeO3
kớch thước nanomet (tương tự như của asen). Kết quả được đưa ra ở hỡnh 3.12.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
q=Qmax.b.Cf/(b+Cf)
r^2=0.99761199 DF Adj r^2=0.99582099 FitStdErr=2.7044695 Fstat=1044.3987 Qmax=115.92 c=0.024 0 50 100 150 200 Nồng độ sắt còn lại Cf (mg/l) 0 25 50 75 100 125 D u n g l - ợ n g h ấp p h ụ q ( m g /g ) 0 25 50 75 100 125 D u n g l - ợ n g h ấp p h ụ q ( m g /g )
Hỡnh 3.12. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) của LaFeO3 kớch thước nanomet.
Hấp phụ Fe(III) bằng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet được mụ tả
khỏ tốt bằng mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ langmuir với hệ số hồi qui tương ứng là 99,76% đối với Fe(III). Theo kết quả hồi qui cỏc số liệu thực nghiệm trờn phần mềm Table Curve tải trọng hấp phụ cực đại đối với Fe(III) là 115,92 mg/g.
3.2.3. Hấp phụ Mn(II)của vật liệu LaFeO3 kớch thƣớc nanomet.
Cỏc thớ nghiệm được tiến hành tương tự như đối với asen. Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ và đỏnh giỏ khả năng hấp phụ theo mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ langmuir. Hàm lượng mangan được xỏc định bằng phương phỏp so màu ở bước súng = 525 nm.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.3.1. Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ
Xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ: cõn 0,05g mẫu vào cỏc bỡnh tam giỏc 250ml, cho thờm 100ml dung dịch mangan nitrat cựng nồng độ 1mg/l khuấy mẫu theo thời gian thay đổi từ 15 phỳt đến 90 phỳt. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Thời gian đạt cõn bằng hấp phụ Mn(II) của LaFeO3 kớch thước nanomet
Thời gian (phỳt) 15 30 45 60 75 90
Nồng độ Mn(II) cũn lại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(mg/l) 0,75 0,54 0,31 0,17 0,16 0,16
Tương tự như sự hấp phụ sắt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ mangan bằng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet là 60 phỳt.
3.2.2.2. Đỏnh giỏ khả năng hấp phụ mangan theo mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Cõn 0,05g mẫu vào bỡnh tam giỏc 250ml cho 100ml mẫu chứa dung dịch mangan cú nồng độ thay đổi từ 1mg/l đến 250mg/l, khuấy trong 60 phỳt, sau đú xỏc định nồng độ mangan cũn lại. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.7.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.7. Dung lượng hấp phụ Mn(II) của LaFeO3 kớch thước nanomet
Nồng độ Mn(II) ban đầu Ci (mg/l Nồng độ Mn(II) cũn lại Cf (mg/l) Dung lƣợng hấp phụ Mn(II) q (mg/g) 1,07 0,16 1,20 11,54 5,28 12,52 25,09 11,19 27,8 56,42 27,38 58,08 98,67 61,27 74,80 153,17 114,78 76,78 202,45 164,04 76,82 250,56 212,16 76,83
Cỏc hằng số đẳng nhiệt của quỏ trỡnh hấp phụ mangan bằng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet (tương tự như của asen). Kết quả được đưa ra ở hỡnh 3.13.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ langmuir
q=Qmax.b.Cf/(b+Cf)
r^2=0.99388222 DF Adj r^2=0.98776443 FitStdErr=3.1106812 Fstat=324.91578 Qmax=78.08 c=0.045 0 50 100 150 Nồng độ magan còn lại Cf (mg/l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 D un g l- ợn g hấ p ph ụ q (m g/ g) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 D un g l- ợn g hấ p ph ụ q (m g/ g)
Hỡnh 3.13. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) của LaFeO3
kớch thước nanomet
Hấp phụ Mn(II) bằng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet được mụ tả khỏ tốt bằng mụ hỡnh đẳng nhiệt hấp phụ langmuir với hệ số hồi qui tương ứng là 99,38%. Theo kết quả hồi qui cỏc số liệu thực nghiệm trờn phần mềm Table Curve tải trọng hấp phụ cực đại đối với Mn2+
là 78,08 mg/g.
Đó khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ asen, sắt, mangan của vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet ( < 50nm) với diện tích b ề mặt riờng 39,70 m2/g.
Thời gian đạt cõn bằng hấp phụ đối với asen là 120 phỳt, đối với sắt là 60 phỳt và đối với mangan là 60 phỳt.
Đó ứng dụng vật liệu LaFeO3 kớch thước nanomet để hấp phụ As(III); As(V), Fe(III) và Mn(II). Theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đó xỏc định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu LaFeO3 cú kớch thước nanomet đối với As(III) là 55,09mg/g; đối với As(V) là 60,74mg/g; đối với
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Fe(III) là 115,92mg/g và đối với Mn(II) là 78,08mg/g. Kết quả trờn cho thấy vật liệu tổng hợp được cú dung lượng hấp phụ tương đối lớn so với cỏc vật liệu đó cụng bố gần đõy.
3.3. Khả năng xỳc tỏc oxy hoỏ CO
Thớ nghiệm nghiờn cứu khả năng xỳc tỏc của LaFeO3 được tiến hành trờn thiết bị đo của Viện Khoa học Vật liệu với cỏc điều kiện sau:
- Lượng xỳc tỏc thử nghiệm: 0.2 g;
- Dũng khớ mang N2 xục qua nguyờn liệu CO với tốc độ: 0,9 lớt/phỳt; - Tốc độ dũng O2 : 0,1 lớt/phỳt; - Nồng độ CO đầu vào A0 = 560 ppm - Tốc độ dũng CO: 0,073lớt/phỳt; - Tốc độ dũng tổng: 1,073 lớt/phỳt; - Nhiệt độ phũng: 20ºC; - Vựng nhiệt độ khảo sỏt: 100ºC-400ºC;
Độ chuyển hoỏ C của CO được tớnh theo cụng thức:
CCO=(A/A0).100%
Trong đú:
Ao: Nồng độ CO ban đầu; A: Nồng độ CO cũn lại;
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.8. Độ chuyển hoỏ của CO theo nhiệt độ
Nhiệt độ ( ºC) Độ chuyển hoỏ (%)
100 22,4 150 28 200 33,1 250 40 300 52,9 350 82,3 380 95,1 390 97,5 400 98
Căn cứ vào kết quả thu được ta cú thể xõy dựng được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoỏ CO vào nhiệt độ như hỡnh 3.14.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn đ ộ ch u yể n h o ỏ ( % ) 0 20 40 60 80 100 120 0 200 400 600 Nhiệt độ phản ứng ºC
Hỡnh 3.14. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hoỏ CO
vào nhiệt độ
Đồ thị đó chỉ ra nhiệt độ ảnh hưởng rừ rệt đến hoạt tớnh xỳc tỏc của vật liệu nghiờn cứu. Khi nhiệt độ tăng độ chuyển hoỏ tăng lờn, ở nhiờt độ thấp (< 200ºC) lỳc này chủ yếu xảy ra quỏ trỡnh hấp phụ, hoạt tớnh xỳc tỏc của vật liệu mới bắt đầu thể hiện, đến khoảng nhiệt độ 300-400ºC hoạt tớnh xỳc tỏc thể hiện mạnh. Điều này cú thể là do CO bị hấp phụ vật lớ đó giải phúng khỏi bề mặt xỳc tỏc, mặt khỏc ở nhiệt độ cao cả oxi và chất xỳc tỏc đều được hoạt hoỏ nờn phản ứng xỳc tỏc cú thể xảy ra một cỏch thuận lợi. Như võy, khoảng nhiệt độ gần 400 ºC là khoảng nhiệt độ tại đú quỏ trỡnh chuyển hoỏ xảy ra mạnh nhất.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đó khảo sỏt khả năng xỳc tỏc cho phản ứng oxy hoỏ CO của vật liệu LaFeO3. Độ chuyển hoỏ CO trờn hệ xỳc tỏc tổng hợp là 98% ở khoảng nhiệt độ 400ºC. So với cỏc vật liệu khỏc đó cụng bố gần đõy, vật liệu LaFeO3 cú khả năng xỳc tỏc chuyển húa khỏ tốt CO ở nhiệt độ tương đối thấp.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN CHÍNH
Căn cứ vào cỏc kết quả đó đạt được ở trờn cú thể đưa ra cỏc kết luận chớnh sau đõy:
1. Tỡm ra được điều kiện tối ưu để tổng hợp LaFeO3 bằng phương phỏp đốt chỏy gel PVA:
- Tỉ lệ KL/PVA: 1: 1 - Nhiệt độ tạo gel: 80 ºC - PH tạo gel: 4
- Nhiệt độ nung: 550ºC - Thời gian nung: 2h
2. Tổng hợp được vật liệu perovskit LaFeO3 kớch thước nanomet bằng phương phỏp đốt chỏy gel PVA ở nhiệt độ thấp. Vật liệu chế tạo được cú tớnh đồng nhất cao với kớch thước <50nm, diện tớch bề mặt 39.7 m2
/g
3. Đó đỏnh giỏ khả năng hấp phụ cực đại đối với As(III), As(V), Fe(III),
Mn(II) trờn vật liệu chế tạo. Dung lượng hấp phụ cực đại cú cỏc giỏ trị sau: 55,09mg As(III)/g; 60,74mg As (V)/g; 115,92mg Fe(III)/g và 78,08mg Mn(II)/g.
4. Đó khảo sỏt khả năng xỳc tỏc và khoảng nhiệt độ tại đú vật liệu thể hiện
hoạt tớnh xỳc tỏc cao nhất. Vật liệu chế tạo được cú hoạt tớnh xỳc tỏc cao, cú khả năng xỳc tỏc chuyển hoỏ tới 98% CO ở 400 ºC.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Vũ Đỡnh Cự, Nguyễn Xuõn Chỏnh (2004), Cụng nghệ nano điều khiển đến
từng phõn tử, nguyờn tử, NXBKH&KT, Hà Nội.
2. Ngụy Hữu Tõm (2004), Cụng nghệ nano hiờn trạng, thỏch thức và những
siờu ý tưởng, NXBKHKT, Hà Nội.
3. Phan Văn Tường (1998), Vật liờu vụ cơ, ĐHKHTN-ĐHQGHN. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Phan Văn Tường (2004), Cỏc phương phỏp chế tạo vật liệu gốm,
ĐHKHTN-ĐHQGHN.
5. Phạm Hựng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999), Giỏo trỡnh hoỏ
học mụi trường cơ sở, Trường ĐHKHTN, Hà Nội.
6. Đặng Kim Chi (1998), Hoỏ mụi trường, NXBKH&KT, Hà Nội.
7. Tổng quan hiờn trạng mụi trường Việt Nam (1994), Bộ Khoa học Cụng
nghệ và Mụi trường.
8. Nguyễn Xuõn Dũng (2009), Nghiờn cứu tổng hợp perovskit hệ lantan cromit và lantan manganit bằng phương phỏp đốt chỏy, luận ỏn tiến sĩ
Húa học, Hà Nội.
9. Vũ Thế Ninh (2009), Điều chế NiO, NiFe2O4 kớch thước nanomet và định hướng ứng dụng, Luận văn thạc sĩ Khoa học, Hà Nội.
10. Tiờu chuẩn vệ sinh nước uống (2002), ban hành theo Quyết định của Bộ
Y tế số 1329/2002/BYT/QĐ.
11. Trần Quế Chi, Trần Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Quốc Trung, Nguyễn Doón Thai, Hà Phương Thư, Nguyễn Quang Huấn, Đỗ Thế Chõn (2009), Tổng hợp oxớt phức hợp perovskit La1-xLixMnO3 kớch thước
nanomet và nghiờn cứu hoạt tớnh xỳc tỏc trong phản ứng oxi hoỏ CO và
chuyển hoỏ NOx , Tạp chớ Hoỏ học trang 56-64, Hà Nội.
12. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức (2011), Nghiờn cứu
hoạt tớnh xỳc tỏc trong phản ứng oxi hoỏ CO trờn vật liệu cấu trỳc nano Ce0,5Zn0,5O2 , Tạp chớ Hoỏ học T.49 Tr.61-64, Hà Nội.
13. Lưu Minh Đại, Vũ Thế Ninh, Vừ Quang Mai (2011), Nghiờn cứu chế tạo
một số oxớt chứa niken làm xỳc tỏc cho phản ứng oxi hoỏ CO, Tạp chớ
Hoỏ học T49 Tr.80-85, Hà Nội.
14. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức (2010), Nghiờn cứu
tổng hợp perovskit CeMnO3 bằng phương phỏp đốt chỏy gel và sử dụng
để hấp phụ , sắt, mangan, amoni, Tạp chớ Hoỏ học, Hà Nội.
15. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức (2007), Nghiờn cứu
tổng hợp ụxớt hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3 kớch thước nanomet và ứng dụng để xử lý asen, Tạp chớ Hoỏ học, Hà Nội.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
16. K. J. Klabunde (1994), Free Antoms, Clusters and nanoparticles,
Academic press, San Diego. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
17.J. C. Miller (2005), The handbook of nano technology, Wiley VCH, pp.
26.
18. R. Smaley(1992), Congressional Hearing, Sol. Energy Mater. Sol. Cells,
Vol. 27, pp. 361.
19. Isupova L. A, Yakovlenva I.S, Tsybulya S.V, Kryukova G.N, Alikina
G.M, Rogov V.A, Vlasov A.A. and Sadykov V.A (2002),
Mechanochemical synthesis
Of perovskit deep oxidation catalysts La1-xCaxFeO3-0,5x, Chemistry for
Sustainable Development, 1-2, pp. 27-38.
20. Popescua I, Urdaa A, Yuzhakovab T, Marcua I. C and Kovacsb J. (2008),
Supported perovskite: active catalysts methane combustion, 14th International conggress on catalysis, Seoul, Korea.
21. Leanza R, Rosseti I, Fabbrini L, Oliva C and Forni L (2000), Perovskite catalysts of the catalytic flameless combustion of methane Preparation by flame-hydrolysis and charasterisation by TPD-TPR-MS and EPR,
Applied Catalysis B, 28(1), pp. 55-64.
22. Aono H, Tsuzaki M, Kawaura A, Sakomoto M, and Sadaoka Y (2001),
Preparation of nanosized Perovskit –Type LaMnO3 Powder Using the Thermal Decomposion of a Heteronuclear Complex, LaMn (dhbaen) (OH)(NO3)(H2O)4, Journal of the American Ceramic Society, 84(5), pp. 969-975.
23. Rao C. N. R (1993), Chemical synthesis of solid inorganic materials
,Materials science and engineering. B, 18(1), pp. 1-21
24. A.D. Jadhav, A.B. Gaikwad, V. Samuel, V. Ravi (2007), A low temperature route to prepare LaFeO3 and LaCoO3, Materials Letters 61
(2007) 2030–2032, Pune 411008, India.
25. F. L. Tang, M. Huang, W. J. Yu (2009), Structural relaxation and jahn-
teller distor of LaMnO3 (001) surface, surface science.
26. Fa-tang Li, Ying Liu, Zhi-min Sun, Rui-hong Liu, Cheng-guang Kou, Ye Zhao, Di-shun Zhao(2010), Facile preparation of porous LaFeO3
nanomaterial by self-combustion of ionic liquids,Materials Letters 65, 406–408, Beijing, China.
27. Iwei Qi, Ji Zhou, Zhenxing Yue, Zhilun Gui, Longtu Li (2002), Auto- combustion synthesis of nanocrystalline LaFeO3, Materials Chemistry
and Physics 78 (2002) 25–29, Beijing, China.
28. Zhi Yang, Yi Huang, Bin Dong, Hu-Lin Li (2005), Controlled synthesis
of highlyordered LaFeO3 nanowires using a citrate-based sol–gel route,
Beijing.
29. Jiansheng Feng, Ting Liu, Yebin xu, Jingyuan Zhao, Yanyan He (2011), (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Effect of PVA content on the synthesis of LaFeO3 via sol-gel route, Wu Han. Chi na.
30. Monica Popa, Jose M.Calderon Moreno (2011), Lanthanium Ferrite
Ferromagenic nanocrystallites by a polimeric precursor route, Bucharest,
Romani.
31. Mati P. E. And Baiker A. (1994), Influence of the A–site cation in
the catalytic activity for methane combustion, Catalysis Letters, 26(1-2),
pp. 71-84.
32. Seyfia B, Baghalha M, Kazemian H (2009), Modified LaCoO3 nano- perovskite catalysts for the automotive CO oxidation, Chemical
Engineering journal, 148, pp. 306-311.
33. Sun, X.H; Doner, H. E(1996), Aninvestigation of arsenite binding structures on goethite by FTIR. Soil. Sci, 161(12), pp. 865-872.
34. Goldberg, johnton, C.T(2001), Mechanisms of arsenic adsorption on amorphous oxides evalutated using macroscopic measurements vibrational spectros copy and surface complexation modeling j.clloid inter face. Sci, 234(1), pp. 204-216.