6. Bố cục luận văn
2.2.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu
a. Khảo sát so sánh một số quy trình biến tính đá ong (Laterite)
Từ đặc điểm của Laterite tự nhiên, chúng tôi tiến hành tạo ra các vật liệu bằng nhiều phương pháp biến tính khác nhau để tiến hành so sánh, chọn hướng biến tính có khả năng hấp phụ cao nhất.
- Biến tính nhiệt
Khoáng Laterite có độ bền cơ học kém, dễ vỡ hạt và bị thôi sét khi tiến hành hấp phụ nên để tăng độ bền cơ học của laterite được nung ở 9500C trong 2 giờ nhằm thiêu kết phần sét, khi nung ở nhiệt độ thấp hơn 9500C thành phần sét chưa bị thiêu kết và ở nhiệt độ lớn hơn thì hoạt tính của Fe2O3 sẽ bị ảnh hưởng [13], chính vì vậy, chúng tôi chỉ nung ở 9500C. Laterite sau khi biến tính nhiệt được làm vật liệu nền để cố định sắt hydroxit và sắt hidroxit với mangan dioxit. Do đó, để đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu được hoạt hóa sau này, trước tiên chúng tôi tham khảo khả năng hấp phụ của vật liệu nền. Đá ong biến tính nhiệt được ký hiệu là VL_1.
+ Cách tiến hành
Đá ong tự nhiên sau khi được khai thác, tiến hành sơ chế, gia công cỡ hạt từ 0,5mm – 1mm. Sau đó được nung ở 9500C trong thời gian 2 giờ. Để nguội ở nhiệt độ phòng thu được vật liệu biến tính nhiệt (VL_1).
+ Tóm tắt quy trình
Đá ong tự
nhiên Sơ chế Đá ong Gia công 0,5-1mm Hạt Nung Vl_1
- Biến tính bằng axit-bazơ
Trong thành phần của đá ong tự nhiên có nhiều oxit nhôm và một số oxit khác có khả năng bị hòa tan bởi axit hoặc bazơ . Do đó chúng tôi chọn tác nhân biến tính là axit và bazơ, để bẻ gãy các liên kết của nhôm và hòa tan chúng vào dung dịch để làm tăng độ xốp hay làm tăng kích thước mao quản của vật liệu [28].
+ Cách tiến hành
Từ vật liệu biến tính nhiệt thu được ở trên, chúng tôi tiến hành ngâm tẩm 5 gam VL_1 trong 100ml dung dịch HCl 0,1M trong thời gian 1 giờ, vật liệu sau đó được tách ra rồi tiếp tục ngâm trong 100ml dung dịch NaOH 0,1M trong thời gian 1 giờ. Gạn bỏ dung dịch, rửa sạch vật liệu nhiều lần bằng nước cất cho đến khi pH không thay đổi. Sấy khô ở 1050C trong thời gian 8 giờ thu được vật liệu biến tính axit – bazơ. Ký hiệu VL_2.
+ Tóm tắt quy trình
- Biến tính bằng dung dịch Fe3+
Trên thực tế, sắt (III) hidroxit được hình thành qua quá trình thủy phân của muối sắt (III) với dung dịch kiềm. Sắt (III) hidroxit vừa kết tủa có hoạt tính hấp phụ cao đối với nhiều tạp chất trong nước kể cả các kim loại nặng và một số hợp chất hữu cơ. Trong kỹ thuật xử lý nước, người ta thường chế tạo các vật liệu lọc bằng cách phủ một lớp sắt hidroxit lên một số chất nền như cát thạch anh (SiO2) hay sợi polyme chitosan [3], [5]. Nhưng riêng với trường hợp của đá ong, một lượng lớn sắt oxit tồn tại song song cùng với thạch anh nên dễ hình thành lớp sắt (III) hidroxit trên bề mặt đá ong. Tuy nhiên, khả
VL_1 Vật liệu ngâm Vl_2
tẩm
Ngâm HCl 0,1M Ngâm NaOH 0,1M
năng hấp phụ phụ thuộc vào độ dày mỏng của lớp sắt (III) hidroxit trên bề mặt đá ong. Do đó, chúng tôi đưa thêm tác nhân Fe3+ vào để làm tăng mật độ sắt (III) hidroxit trên bề mặt.
+ Cách tiến hành
Từ vật liệu biến tính nhiệt thu được ở trên, chúng tôi tiến hành ngâm tẩm 5 gam VL_1 trong 100ml dung dịch HCl 0,1M trong thời gian 1 giờ, vật liệu sau đó được tách ra rồi tiếp tục ngâm trong 100ml dung dịch FeCl3 0,1M. Sau 1giờ lắc đều, gạn bỏ dung dịch và rửa sạch, ngâm trong dung dịch NaOH ở nồng độ tương ứng trong 20 phút. Sau đó rữa sạch trên phễu lọc hút chân không đến pH không đổi, sau đó đem sấy khô ở 1050C trong 2 giờ thu được vật liệu biến tính bằng Fe3+, ký hiệu VL_3.
+ Tóm tắt quy trình
- Biến tính bằng hỗn hợp dung dịch Fe3+ và KMnO4
Trong dung dịch, xanh metylen tồn tại dưới dạng là các ion [30]. Do đó, để hấp phụ tốt xanh metylen, ta cần đưa lên bề mặt chất nền các chất trao đổi ion như hidroxit của một số kim loại hay một số oxit khó tan. Trong phần biến tính này chúng tôi chọn tác nhân là Fe3+ và KMnO4 trong môi trường kiềm. Trong môi trường kiềm, Fe3+ chuyển thành Fe(OH)3 là chất có hoạt tính hấp phụ cao. Với tác nhân KMnO4, khi hấp phụ xanh metylen sẽ oxi hóa một số nguyên tố có trong xanh metylen như: N, S,... làm mất màu chúng. Mặt khác, quá trình khử các chất của KMnO4 trong môi trường kiềm sinh ra sản phẩm MnO2 cũng là chất có khả năng trao đổi ion rất cao.
VL_1 Vật liệu Vl_3 ngâm 1. Ngâm HCl 0,1M 2. Ngâm FeCl3 0,1M 3. Ngâm NaOH 0,1M Rữa, sấy 1050C
+ Cách tiến hành
Ngâm 15,0 gam VL_1 trong 10 ml dung dịch hỗn hợp KMnO4 và FeCl3 (có cùng nồng độ 0,1M) với các tỉ lệ thể tích 1:1. Sau 1giờ lắc đều, gạn bỏ dung dịch và rửa sạch. Ngâm trong 10 ml dung dịch NaOH ở nồng độ tương ứng trong 20 phút sau đó rữa sạch trên phễu lọc hút chân không đến pH không đổi, sau đó đem sấy khô ở 1050C trong 2 giờ thu được vật liệu biến tính bằng Fe3+ và KMnO4. Ký hiệu Vl_4.
- Thí nghiệm so sánh khả năng hấp phụ xanh metylen của các vật liệu
Thí nghiệm so sánh khả năng hấp phụ được tiến hành lần lượt với 4 loại đá ong đã được biến tính khác nhau và đá ong tự nhiên qua sơ chế, gia công cỡ hạt (VL_0).
Cân 2,0 gam mỗi vật liệu cho vào 5 bình tam giác, mỗi bình chứa sẵn 30 ml dung dịch xanh metylen nồng độ 100ppm. Cho 5 bình tam giác lên máy lắc, thực hiện quá trình xáo trộn với tốc độ 170 vòng/phút, trong thời gian 60 phút. Sau đó tiến hành tách lấy dung dịch, xác định hàm lượng xanh metylen còn lại trong dung dịch.
b. Điều chế vật liệu ĐOBTHH tối ưu
Từ kết quả của các thí nghiệm so sánh khả năng hấp phụ của các vật liệu, chọn ra vật liệu có khả năng hấp phụ cao nhất (dung lượng hấp phụ lớn nhất). Sau đó chúng tôi tiến hành tối ưu hóa quy trình biến tính đã chọn.
Khoáng Laterite tự nhiên sau khi mua về tiến hành sơ chế, sau đó đem nung trong lò nung điện ở 9500C trong 2 giờ nhằm thiêu kết phần sét có trong khoáng [14]. Laterite sau khi đã biến tính nhiệt được gia công lấy cỡ hạt 0,5 – 1mm, rửa sạch và sấy khô ở 1050C trong 8h, thu được vật liệu biến tính nhiệt.
Ngâm 15,0 gam vật liệu trong hỗn hợp dung dịch KMnO4 và FeCl3 (có cùng nồng độ) với các tỉ lệ khác nhau. Sau 1giờ lắc đều, gạn bỏ dung dịch và rửa sạch. Ngâm trong dung dịch NaOH ở nồng độ tương ứng trong 20 phút
sau đó rữa sạch trên phễu lọc hút chân không đến pH không đổi, sau đó đem sấy khô ở 1050C trong 2 giờ thu được vật liệu ĐOBTHH.
Quy trình điều chế đá ong biến tính hóa học theo sơ đồ hình 2.1.
Hình 2.1. Quy trình điều chế đá ong biến tính hóa học