Để triển khai ứng dụng La2O3 làm vật liệu hấp phụ, cần đưa La2O3 kớch thước nanomet lờn trờn chất mang bằng phương phỏp đốt chỏy gel, thực hiện ở giai đoạn đầu tạo gel được tiến hành tương tự như trờn. Theo cỏc kết quả đỏnh giỏ khả năng sử dụng chất mang cho mục đớch này thỡ cỏt thạch anh (CTA) đó được lựa chọn. Sau khi thu được gel nhớt CTA được đưa vào theo phần trăm khối lượng La2O3/ CTA (hỡnh 3.17). Quỏ trỡnh này được thực hiện trờn mỏy khuấy cơ, để phõn tỏn đều gel trờn bề mặt chất mang. Cuối cựng, khối gel KL- PVA trờn chất mang được làm già trong tủ sấy và nung ở nhiệt độ thớch hợp sẽ thu được vật liệu oxit kim loại phủ trờn nền chất mang. Hỡnh 3.18 là sơ đồ biểu diễn quy trỡnh phủ oxit lantan trờn nền chất mang cỏt thạch anh .
Hỡnh 3.17. Sơ đồ chế tạo mẫu oxit La2O3/ CTA bằng phƣơng phỏp đốt chỏy gel PVA.
Dung dịch PVA Gel khụ/C.T.A Vật liệu hấp phụ La2O3/C.T.A Hỗn hợp dung dich PVA-La3+ Dung dịch La3+
Điều chỉnh pH Khuấy từ, gia nhiệt
Sấy
Nung 700oC Gel nhớt
Gel nhớt/C.T.A
C.T.A đưa vào theo 2 % La
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chất mang được sử dụng là cỏt thạch anh bởi những ưu điểm như: khả năng chống va đập, mài mũn hay ỏp lực cao của nước, tạo thành vật liệu lọc, khả năng kết hợp tốt với nhiều loại vật liệu khỏc,... Hiệu suất phủ và hàm lượng oxit trờn nền chất mang được chỳng tụi khảo sỏt như sau: theo tớnh toỏn lý thuyết, hàm lượng oxit La đưa lờn nền CTA ( kớch thước trung bỡnh 0,5 - 1,0 mm ) lần lượt là 2, 4 và 6% về khối lượng. Sau khi nung thu nhận sản phẩm vật liệu oxit Lantan/CTA ở cụng đoạn cuối của quy trỡnh (hỡnh 6), mỗi mẫu vật liệu (khoảng 10 g) được phỏ mẫu, hũa tỏch thu lại oxit lantan trờn CTA bằng kết tủa chọn lọc với axit oxalic, nung ở 850oC. Kết quả thu nhận được chỉ ra trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Hiệu suất phủ và hàm lượng oxit lantan trờn nền chất mang
TT Hàm lượng phủ lý thuyết (%) Hàm lượng phủ thực tế (%) Hiệu suất phủ (%) 1 2 1,89 96,00 2 4 2,22 55,50 3 6 2,36 39,33
Kết quả nhận được cho thấy khi tăng hàm lượng La trong tiền chất thỡ hàm lượng La trong sản phẩm cũng tăng lờn, tuy hiệu suất phủ lại giảm xuống rừ rệt khi tăng hàm lượng La của tiền chất từ 2 lờn 4% (96% giảm xuống 55,50%). Do vậy xột cả về hàm lượng oxit trờn chất mang lẫn hiệu quả thu hồi vật liệu hàm lượng 2% tiền chất oxit lantan trờn nền chất mang được chọn lựa.
3.2.2. Ứng dụng vật liệu La2O3/CTA hấp phụ asen
3.2.2.1. Khảo sỏt thời gian đạt cõn bằng hấp phụ asen trờn La2O3/CTA
Cỏc thớ nghiệm được tiến hành như phần hấp phụ trờn oxit nano La2O3. Ở đõy lượng vật liệu hấp phụ La2O3/CTA cho mỗi thớ nghiệm được sử dụng là 1g. Cỏc kết quả được chỉ ra trong bảng 3.11 và hỡnh 3.18.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.11. Kết quả hiệu suất hấp phụ As (III) theo thời gian trờn La2O3/C.T.A. Ci (mg/l) t (phỳt) Cf (mg/l) H (%) 1,00 0 1,00 0 1,00 30 0,35 65 1,00 60 0,27 73 1,00 90 0,23 77 1,00 120 0,21 79 1,00 150 0,21 79
Hỡnh 3.18. Sự phụ thuộc nồng độ As (III) sau hấp phụ theo thời gian. Từ bảng 3.11, kết quả phõn tớch và hỡnh 3.18, mối liờn hệ thời gian phản ứng và nồng độ As (III) sau phản ứng cho thấy quỏ trỡnh hấp phụ xảy ra nhanh trong 60 phỳt đầu và đạt cõn bằng ở 120 phỳt.
3.2.2.2. Dung lượng hấp phụ As (III) trờn La2O3/CTA
Cỏc thớ nghiệm được tiến hành tương tự như phần trờn. Kết quả được đưa ra trong bảng 3.12 và hỡnh 3.19.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.12. Kết quả dung lượng hấp phụ của La2O3 đối với As (III).
Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1,00 0,21 0,07 5,00 1,52 0,32 10,00 3,10 0,64 20,00 9,25 0,98 40,00 27,20 1,08 100,00 83,70 1,13
Đ-ờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với As III q=Qmax.b.Cf/(1+b.cf)
r^2=0.9863016 DF Adj r^2=0.97716933 FitStdErr=0.056811201 Fstat=288.00486 Qmax=1.2062681 mg/g
b=0.33027678
0 20 40 60 80
Nồng độ asen III còn lại Cf (mg/l)
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 D u n g l - ợ n g h ấp p h ụ q ( m g /g ) 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 D u n g l - ợ n g h ấp p h ụ q ( m g /g )
Hỡnh 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuirđối với As (III) trờn La2O3/CTA.
Kết quả tớnh toỏn cho thấy, quỏ trỡnh hấp phụ được mụ tả khỏ tốt bằng mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và dung lượng hấp phụ cực đại tớnh theo mụ hỡnh này đối với As (III) là Qmax = 1,21 mg/g.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.2.3. Dung lượng hấp phụ As (V) trờn La2O3/CTA
Cỏc thớ nghiệm được tiến hành tương tự như phần trờn. Kết quả được đưa ra trong bảng 3.13 và hỡnh 3.20.
Bảng 3.13. Kết quả dung lượng hấp phụ với As (V) trờn La2O3/CTA
Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) 1,00 0,15 0,08 5,00 1,62 0,34 10,00 3,25 0,67 20,00 9,98 1,01 40,00 27,65 1,23 100,00 86,73 1,32
Đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As (V)
q=Qmax.b.Cf/(1+b.Cf)
r^2=0.99451242 DF Adj r^2=0.99085404 FitStdErr=0.041437793 Fstat=724.91919 Qmax=1.4032525 mg/g b=0.24888978 0 20 40 60 80 Nồng độ asen (V) còn lại Cf (mg/l) 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 D un g l- ợn g h ấp p hụ q ( m g /g ) 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 D un g l- ợn g h ấp p hụ q ( m g /g )
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kết quả tớnh toỏn cho thấy, quỏ trỡnh hấp phụ được mụ tả khỏ tốt bằng mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và dung lượng hấp phụ cực đại tớnh theo mụ hỡnh này là Qmax = 1,40 mg/g.
Cỏc kết quả về dung lượng hấp phụ As(III), As(V) trờn vật liệu La2O3/ CTA là khỏ cao so với cỏc loại vật liệu hấp phụ khỏc và cú thể được đưa vào ứng dụng trong cỏc hệ cột hấp phụ tại cỏc hộ gia đỡnh, sử dụng nguồn nước ngầm để cung cấp nước ăn, uống đạt tiờu chuẩn chất lượng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN CHUNG
Từ những kết quả thực nghiệm điều chế oxit nano La2O3 và nghiờn cứu ứng dụng xử lý asen trong nước sinh hoạt, chỳng tụi rỳt ra một số kết luận sau đõy :
- Bằng phương phỏp đốt chỏy gel đó tổng hợp được oxit La2O3 ở nhiệt độ 7000C kớch thước hạt 22,27 nm, với diện tớch bề mặt là 23,75 m2
/g.
- Đó khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sự hỡnh thành pha La2O3, cỏc điều kiện thớch hợp là : nhiệt độ nung 7000
C, tỷ lệ mol La3+/PVA = 1 : 3, pH = 4, nhiệt độ tạo gel 80o
C.
- Đó ứng dụng oxit nano La2O3 để hấp phụ As(III), As(V) theo mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Dung lượng hấp phụ cực đại của oxit nano La2O3 đối với As(III) là 81,47 mg/g, As(V) là 85,40 mg/g.
- Đó tổng hợp oxit nano La2O3/cỏt thạch anh và ứng dụng xử lý asen. Dung lượng hấp phụ cực đại đối với As(III) là 1,21 mg/g, As(V) là 1,40 mg/g.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Đỡnh Bảng ( 2004 ), Cỏc phương phỏp xử lý nước, nước thải. Khoa Húa học – Trường Đại học KHTN – Đại học QGHN.
2. Bộ Khoa học cụng nghệ và mụi trường ( 1994). Tổng quan hiện trạng mụi trường Việt Nam.
3. Tiờu chuẩn vệ sinh nước uống, Ban hành theo quyết định của bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002.
4. Lờ Văn Cỏt ( 2002 ), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lớ nước và nước thải. Nhà xuất bản KHKT Hà Nội.
5. Đặng Kim Chi. Húa học mụi trường. NXBKHKT, Hà Nội ( 1998).
6. Trần Hồng Cụn, Vũ Văn Tỳ. Nghiờn cứu loại asen khỏi nước cấp của thành phố bằng cỏch lợi dụng quỏ trỡnh xử lý nước hiện hành của nhà mỏy nước. Tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học Khoa Húa học, trường ĐHKHTN – ĐHQGHN, tr. 228-233 ( 2001).
7. Trần Hồng Cụn, Hoàng Văn Hà, Phạm Hựng Việt, Nguyễn Trọng Uyển. Nghiờn cứu ứng dụng quặng sắt làm tỏc nhõn hấp phụ loại bỏ an toàn asen ra khỏi nước sinh hoạt. Tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học Khoa Húa học, trường ĐHKHTN – ĐHQGHN ( 2001).
8. Nguyễn Xuõn Dũng (2010), “ 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. Cao Thế Hà, Vũ Ngọc Duy, Vừ Thị Thanh Tõm, Trương Thị Miền. Xử lý asen trong nước ngầm bằng quỏ trỡnh oxi húa kết hợp hấp phụ trờn FeOOH hỡnh thành trong quỏ trỡnh xử lý nước. Tuyển tập bỏo cỏo hội nghị Khoa học Cụng nghệ mụi trường nghiờn cứu và ứng dụng, tr.375 – 381, 2007.
10. Lưu Đức Hải, Đỗ Văn Ái, Vừ Cụng Nghiệp, Trần Mạnh Liễu (Hà Nội thỏng 9/2005). Chiến lược quản lý và giảm thiểu tỏc động ụ nhiễm asen
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
tới mụi trường và sức khỏe con người. Tuyển tập hội thảo Quốc tế “ ễ nhiễm asen : Hiện trạng, tỏc động đến sức khỏe con người và giải phỏp phũng ngừa ” .
11. Nguyễn Văn Hũa, Đỗ Mạnh Hựng, Trần Quang Vinh, Vũ Anh Tuấn (2007). Nghiờn cứu biến tớnh một số vật liệu thụng thường thành chất hấp phụ loại bỏ asen trong nước ngầm và nước thải. Tuyển tập bỏo cỏo hội nghị khoa học cụng nghệ mụi trường nghiờn cứu và ứng dụng, tr 203,205. 12. Lờ Văn Khoa (1995), Mụi trường và ụ nhiễm, NXB Giỏo dục.
13. Phạm Văn Lõm, Phan Thị Ngọc Bớch, Đào Quốc Hương (2007). Chế tạo, khảo sỏt cỏc đặc trưng và hiệu ứng hấp phụ asen của vật liệu oxit sắt từ kớch thước nanomet. Tạp chớ Húa học, T45 (6A), Tr.11 – 15.
14. Nguyễn Đức Nghĩa ( 2007 ), Húa học nano – Cụng nghệ nền và vật liệu nguồn. Nhà xuất bản KHTN và CN Hà Nội.
15. Hoàng Nhõm (2002). Húa học vụ cơ, tập 3, NXBGD.
16. Nguyễn Hữu Tõm ( 2004 ), Cụng nghệ nano – hiện trạng, thỏch thức và những siờu ý tưởng. NXBKHKT, Hà Nội.
17. Nguyễn Đỡnh Triệu ( 2001 ), Cỏc phương phỏp phõn tớch vật lớ và húa lớ. Trường Đại học KHTN.
18. Phan Văn Tường ( 1998 ), Vật liệu vụ cơ, ĐHKHTN – ĐHQG HN.
19. Phan Văn Tường (2004). Cỏc phương phỏp tổng hợp vật liệu gốm. Khoa Húa – Trường Đại học KHTN – Đại học QGHN.
20. Phạm Hựng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999). Giỏo trỡnh húa học mụi trường cơ sở. Trường ĐHKHTN.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
21. Arsenic contamination in Asia, A world bank and water sanitation programme report, Mar. 2005.
22. B. Daus, R.Wennrich, H.Weiss (2004). Sorption materials for arsenic removal from water: a comparative study, water Res. 38(12), pp. 2948 – 2954.
23. Berg, M, Tr, H.C, Nguyen, J, Pham, H>V, Schertenleib, R. And Giger, W (2001). Arsenic contamination of ground water and drinking water in
Viet nam: A human health threat. Environ. Sci. Technol, 35, pp. 2621-2626. 24. Berg, M, Stengel, C, Trang, P.T, Hung Viet, p, Sampson, M.L, Leng, M,
Samreth, S. and Frederich, D (2007). Magnitude of arsenic pollution in the Mekong and Red River Deltas – Cambodia and Viet nam. Sci. Total. Environ, 372, pp. 413 – 425.
25. BVET – VNU international workshop technologies for asenic removal from rinking water, may 5 – 7, 2001.
26. Goldberg, S, Johnton, C.T (2001). Mechanisms of arsenic adsorption on amorphous oxides evaluated using macroscopic measurement vibrational spectroscopy and surface complexation modeling. J.Clloid Interface. Sci, 234(1), pp. 204 – 216.
27. Kim, M. J and Nriagn, J (2000). Oxidation of arsenic in ground using ozone and oxygen. Science of the total environment, 247, pp.71 – 79.
28. Luu Minh Dai, Dao Ngoc Nhiem, Vu The Ninh, Nguyen Thi To Loan (Ha Noi, September 14, 2007). Emination of factors affecting on synthesis of nanopower Mn2O3 by the Gel combusion method at low temperature. Proceding of the fist VAST KOCI wortshop on sience and technolory R $ D cooperation, pp. 39-52.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
29. Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Vừ Quang Mai (2011). Chế tạo vật liệu cỏt thạch anh phủ nano oxit β- MnO2 và γ - Fe2O3 để hấp phụ asen. Sylthesis sand coated nanosized β- MnO2 và γ - Fe2O3 for adsorption arsenic. 30. M. Bissen, F. H. Frimmel (2003). Arsenic areview. Part II. Oxidation of
arsenic and its removal in water treatment, Acta hydrochim. Hydrobiol. 31(2), pp. 97 – 107.
31. Meenakshi, R.C. Maheshwari (2006), Arsenic removal from water: areview, Asean. J. Water. Environ. Pollut.3(1), pp. 133 – 139.
32. M. Peter (2005), Ion exchange. An over view of technologies useful for arsenic removal, Vetrapure water, 22(5), pp.42 – 43.
33. Mooze, J.N, Walker, J.R, Hayes, T.H (1990). Reaction cheme for the oxidation of As(III) to As(V) by birnessite. Clays clay miner, 38(5), pp. 549 – 555.
34. Nobuhito Imanaka, Toshiyuki Masui, Yasuhiro Kato (2005). Preparation of the cubic-type La2O3 phase by thermal decomposition of LaI3 Journal of Solid State Chemistry 178, pp. 395–398.
35. Ratnaike, R.N (2003). Acute and chromic arsenic toxicity. Postgrad. Med. J, 79, pp. 391 – 396.
36. Sun,X.H, Doner, H.E (1996). An investigation of arsenite and arsenite binding structures on goethite by FTIR. Soil.Sci, 161(12), pp. 865-872. 37. Zhijian Li, Shubo Deng, Gang Yu, Jun Huang, Veronica Chao Lim (2010) “
As(V) and As(III) removal from water by a Ce-Ti oxide adsorbent: Behavior and mechanism”. Chemical Engineering Journal, 161, pp. 106-113.