ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tên đề tài: Nghiên cứu hạn chế quá trình lan truyền của các hoá chất bảo vệ thực vật từ đất mặt ra môi trườn
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN
CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA
Tên đề tài: Nghiên cứu hạn chế quá trình lan truyền của các hoá chất bảo vệ thực vật từ đất mặt ra môi trường nước sử dụng khoáng sét tự nhiên biến tính bởi oxit kim loại
Mã số đề tài: QG.17.27
Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Minh Phương
Hà Nội, 2019
Hà Nội, …
Trang 2PHẦN I THÔNG TIN CHUNG
1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu hạn chế quá trình lan truyền của các hoá chất bảo vệ thực vật từ đất
mặt ra môi trường nước sử dụng khoáng sét tự nhiên biến tính bởi oxit kim loại
1.2 Mã số: QG.17.27
1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
1 TS Nguyễn Minh Phương Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Chủ trì
2 PGS TS Nguyễn Văn Nội Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính
3 PGS TS Nguyễn Đình Bảng Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính
4 PGS.TS Nguyễn Thanh Bình Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính
5 TS Trần Đình Trinh Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính
6 ThS Hoàng Thu Trang Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính, Thư ký
7 TS Nguyễn Thị Minh Thư Khoa Hóa học,
Trường ĐHKHTN
Thành viên chính
1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội
1.5 Thời gian thực hiện:
1.5.1 Theo hợp đồng: 24 tháng từ tháng 02 năm 2017 đến tháng 02 năm 2019
1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…
1.5.3 Thực hiện thực tế: 24 tháng từ tháng 02 năm 2017 đến tháng 02 năm 2019
1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý
kiến của Cơ quan quản lý)
1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 250 triệu đồng
PHẦN II TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Viết theo cấu trúc một bài báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sẽ được đăng trên tạp chí khoa học ĐHQGHN sau khi đề tài được nghiệm thu), nội dung gồm các phần:
1 Đặt vấn đề
Hoá chất bảo vệ thực vật là những hóa chất độc hại, bền vững, khó phân hủy trong môi trường, có thể xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông ngòi, ao hồ và lan truyền vào các mạch nước ngầm, gây tổn hại cho các sinh vật thủy sinh, con người và hệ sinh thái Theo số liệu thống kê, khoảng 20.000 tấn thuốc trừ sâu thường được sử dụng hàng năm, trung bình tăng khoảng 4 -5 kg/ha.năm Thực tế ở Việt Nam, do thiếu kiến thức khoa học, hoá chất bảo vệ thực vật, trong đó có
Trang 3cả nhiều loại đã bị cấm vẫn thường xuyên được người nông dân sử dụng không đúng quy cách, quá liều lượng, dẫn tới sự tích tụ trong môi trường đất và nguy cơ rửa giải, xâm nhập vào môi trường nước Một số nghiên cứu vẫn cho thấy sự tồn tại của dư lượng một số các loại hoá chất bảo vệ thực vật đã bị cấm sử dụng trong đất, nước sông, nước ngầm và trầm tích sông
Theo thống kê của Cục bảo vệ môi trường dựa trên kết quả cuộc khảo sát tại 28 tỉnh-thành, lượng thuốc trừ sâu hết hạn sử dụng trong các kho chứa cũ còn tồn lưu trong môi trường ước tính lên tới khoảng 1.203 tấn, diện tích đất bị ô nhiễm bởi nhiều loại thuốc trừ sâu là trên 75.000 m2
với
độ sâu khác nhau Với điều kiện chôn lấp không an toàn và không đúng quy cách như ở nhiều nơi hiện nay, các loại hóa chất bảo vệ thực vật này có thể bị phát tán ra môi trường nước, đi vào chuỗi thức ăn, gây tác hại tới sức khỏe cộng đồng
Các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng mức độ ô nhiễm thuốc trừ sâu, diệt cỏ tại các khu vực trồng cỏ phục vụ mục đích thể thao, giải trí (sân bóng đá, sân golf, công viên ) thậm chí còn cao hơn so với khu vực hoạt động sản xuất nông nghiệp Để có bề mặt cỏ tốt phục vụ mục đích thể thao hay vui chơi giải trí đòi hỏi cỏ trồng tại đây phải có chất lượng cao, đồng nhất; đồng thời bắt buộc phải có sự cải tạo, bảo dưỡng thường xuyên Chính vì vậy, tại những khu vực này, một lượng lớn thuốc trừ sâu, diệt cỏ được sử dụng, tạo ra những mối đe doạ không nhỏ tới môi trường xung quanh
và hệ sinh thái
Chính vì vậy, việc xử lý, loại bỏ cũng như hạn chế sự lan truyền của các hợp chất độc hại này trong môi trường là nhiệm vụ được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm
Trong những năm gần đây, vật liệu quang xúc tác được quan tâm nghiên cứu nhờ khả năng phân huỷ triệt để các hợp chất độc hại, bền vững với môi trường Trên thế giới, rất nhiều nghiên cứu
đã cho thấy hiệu quả cao của xúc tác quang hóa trong quá trình phân hủy thuốc trừ sâu trong môi trường nước Một số chất bán dẫn dạng nano đã được nghiên cứu sử dụng làm chất xúc tác quang như như TiO2, ZnO, CdS, Fe2O3,… Khả năng quang xúc tác phân hủy và quá trình chuyển hóa thuốc trừ sâu, diệt cỏ như atrazin, prometron, propectrin, bantazon, DDT, parathion, lindan bằng TiO2 dạng huyền phù đạt hiệu quả tốt trong điều kiện chiếu sáng và sự có mặt của oxi Quá trình quang xúc tác dị thể của TiO2 và quang Fenton cũng cho hiệu quả cao, với 90% thuốc trừ sâu được khoáng hóa Fenoll và cộng sự (2013) đã nghiên cứu quá trình phân huỷ thuốc trừ sâu họ cácbamat (carbofuran) trong nước rửa trôi từ đất sử dụng ZnO, TiO2 P25 Degussa trong điều kiện chiếu sáng bởi ánh sáng tự nhiên Kết quả cho thấy ZnO có khả năng phân huỷ carbofuran tốt hơn, nồng độ carbofuran giảm từ 0,1 mg/L xuống còn 0,1g/L sau 240 phút chiếu sáng Vật liệu xúc tác ZnO đã được nghiên cứu thử nghiệm để phân huỷ 8 loại thuốc trừ sâu cơ phốtpho khác nhau trong điều kiện ánh sáng tự nhiên [18] Kết quả cho thấy sau từ 10-35 phút chiếu sáng, khoảng 50% lượng thuốc trừ sâu bị phân huỷ; và sau 2 giờ các loại thuốc trừ sâu đã bị khoáng hoá hoàn toàn
Mặc dù vậy, số lượng các nghiên cứu xử lý hoá chất bảo vệ thực vật và giảm thiểu quá trình rửa trôi của các chất này từ đất ô nhiễm còn hạn chế Higarashi và cộng sự (2002) cũng đã tiến hành
xử lý đất ô nhiễm thuốc trừ sâu sử dụng TiO2 dưới điều kiện chiếu sáng bởi ánh sáng mặt trời Nghiên cứu chỉ ra rằng với lượng vật liệu xúc tác 1%, hiệu quả xử lý thuốc trừ sâu Diuron ở tầng đất mặt dày 4 cm có thể đạt 99% Tuy nhiên, việc bổ sung trực tiếp vật liệu xúc tác vào môi trường đất có khả năng gây xáo trộn cấu trúc của đất Vì vậy, vật liệu dạng nanocomposit của sét tự nhiên (một thành phần của đất) và oxit kim loại những năm gần đây được nghiên cứu phát triển để tạo ra các vật liệu vừa có hoạt tính xúc tác cao, vừa thân thiện với môi trường Vì vậy, việc sử dụng bentonit làm pha nền cho vật liệu quang xúc tác như ZnO, TiO2 nano vừa có thể tận dụng được khả năng lưu giữ tốt các tác nhân ô nhiễm cũng như tâm hoạt động xúc tác, từ đó giúp nâng cao hiệu quả xúc tác Bentonit là khoáng sét sẵn có và rẻ tiền ở Việt Nam, có khả năng hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ có kích thước lớn, cồng kềnh Thêm vào đó, bentonit là một loại khoáng sét tự nhiên,
có sẵn trong đất, khi trộn vật liệu vào đất sẽ giảm được sự xáo trộn cấu trúc đất Zhao và cộng sự (2007) đã nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm bởi γ-hexachlorocyclohexane (γ-HCH) sử dụng vật liệu composit của TiO2 và montmorillonite Kết quả cho thấy vật liệu chứa 30% TiO2 cho hiệu quả phân huỷ γ-HCH tốt nhất
Trang 4Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu dạng nanocomposit của xúc tác oxit kim loại/sét tự nhiên (một thành phần của đất) với mong muốn tạo ra các vật liệu vừa có hoạt tính xúc tác-hấp phụ cao đối với thuốc trừ sâu, vừa thân thiện với môi trường Vật liệu sau khi được tổng hợp sẽ được áp dụng thử nghiệm để hạn chế khả năng giải phóng thuốc trừ sâu diazinon từ đất mặt ra môi trường nước, đồng thời thúc đẩy tốc độ của quá trình phân huỷ hợp chất này trong môi trường đất mặt
Diazinon được tổng hợp vào đầu những năm 1950 bởi Ciba- Geigy Diazinon là một hợp
chất thuốc bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ, có tên hóa học là O,O-Diethyl
O-[4-methyl-6-(propan-2-yl)pyrimidin-2-yl] phosphorothioate và công thức phân tử là C12H21N2O3PS
Diazinon dạng tinh thể không màu và dạng lỏng có màu vàng nâu, ít hòa tan trong nước, khoảng 40-60mg/L phụ thuộc vào nhiệt độ; hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ như cồn, benzene, toluene, hexan, cyclohexan, dichlomethan, acetone và tan hoàn toàn trong dầu hỏa
Diazinon là nhóm thuốc trừ sâu cơ photpho được sử dụng tương đối phổ biến trong nông nghiệp Diazinon được EPA xếp vào nhóm chất độc nhóm II Diazinon gây độc cho sinh vật qua cơ chế làm giảm hoạt tính enzym Acetylcholinesteraza (AChE); enzym có chức năng thủy phân Acetylcholine thành Choline và acid acetic Khi AChE bị ức chế bởi diazinon thì acetylcholine không được thủy phân nên sẽ tích tụ ở các đầu nối thần kinh, dẫn đến nhiều ảnh hưởng khác nhau
2 Mục tiêu
*Mục tiêu chung: Chế tạo được vật liệu khoáng sét tự nhiên biến tính bởi oxit kim loại có khả năng
hấp phụ - xúc tác phân huỷ hoá chất bảo vệ thực vật, ứng dụng để hạn chế quá trình lan truyền của các hợp chất này từ môi trường đất ra môi trường nước
*Mục tiêu cụ thể:
- Tổng hợp vật liệu khoáng sét tự nhiên biến tính bởi oxit kim loại dưới dạng nanocomposit
có khả năng hấp phụ - xúc tác phân huỷ hoá chất bảo vệ thực vật
- Ứng dụng vật liệu để hạn chế quá trình giải phóng hoá chất bảo vệ thực vật từ môi trường đất ra môi trường nước
3 Phương pháp nghiên cứu
3.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu
3.1.1 Tổng hợp Bentonit biến tính với Fe
Lấy 10 g Bentonit cho vào 100 ml dung dịch FeCl3 1M vào khuấy trong 24 giờ Rửa, gạn lọc nhiều lần với nước cất tới không còn Cl
(thử định tính bằng AgNO3) Lặp lại qui trình (1) và (2) 3 lần Sấy khô ở 100C thu được Bentonit-Fe
3.1.2 Tổng hợp vật liệu N-ZnO/Bent-Fe
Chuẩn bị dung dịch Bentonit trương nở trong etanol 99% với tỉ lệ 2% khối lượng Fe-Bentonit, khuấy liên tục trong 24 giờ để Bentonit trương nở hoàn toàn
Tổng hợp vật liệu N-ZnO/Bent-Fe: Cho 5,825 gam Kẽm acetat Zn(CH3COO)2.2H2O và 2,58 gam ure (NH2)2CO hòa tan vào 125 ml nước Thêm từ từ dung dịch NH4OH vào và khuấy từ cho
Trang 5đến pH = 8,5 Sau khi dung dịch N-ZnO tạo thành sol, nhỏ từ từ vào hỗn hợp dung dịch Fe-Bentonit
đã trương nở theo các tỉ lệ khối lượng N-ZnO trên Fe-Bentonit = 0,5:1; 1:1; 2:1 trong điều kiện khuấy liên tục 4 giờ Hỗn hợp được giữ ở nhiệt độ phòng cho đến khi bắt đầu tạo gel Gel tạo thành được ủ ở nhiệt độ phòng trong 24h để quá trình polyme hóa hoàn toàn, sau đó lọc, rửa sạch Tiếp theo sấy từ từ ở 70oC cho đến khi dung môi bay hết Bột thu được đem nung ở 400oC trong 5h với tốc độ gia nhiệt 10o
C/ phút
3.1.3 Tổng hợp vật liệu Fe-TiO 2 /Bent-Fe
Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch A chứa 6 ml TIOT; 34 ml etanol vào dung dịch B chứa 17 ml etanol; 0,4ml axit nitric 68%; 1,6 ml nước cất; 48,2 mg Fe(NO3)3.9H2O (ứng với 0,6% về số mol so TiO2)
và khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ cho đến khi thu được sol trong suốt, thu được sol Fe-TiO2 Sau khi dung dịch Fe-TiO2 tạo thành sol, đem nhỏ từ từ vào hỗn hợp dung dịch Bent-Fe đã trương
nở như đã chuẩn bị ở trên theo các tỉ lệ khối lượng Fe-TiO2/Bent-Fe = 3:1; 2:1; 1:1; 1:2 trong điều kiện khuấy ở nhiệt độ phòng liên tục 4 giờ, sau đó để già hóa trong 24 giờ Thuỷ nhiệt ở 160o
C trong 6h Sấy ở 80oC trong 24h, thu được vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe
3.2 Các phương pháp xác định đặc trưng tính chất vật liệu
Sau quá trình tổng hợp, tiến hành khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu bao gồm: hình thái
và diện tích bề mặt, cấu trúc tinh thể, các nhóm chức, khả năng hấp thụ quang Các thiết bị và các phương pháp phân tích lý hóa hiện đại sẽ được sử dụng để đặc trưng tính chất vật liệu bao gồm: kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope - TEM), phương pháp nhiễu xạ tia X (X Ray Diffraction – XRD), phương pháp hấp thụ và giải hấp nitơ kết hợp với phương trình đẳng nhiệt Brunauer-Emmett-Teller (BET), phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (Fourier Transform Infrared Spectroscopy - FTIR), phổ quang điện tử tia X (X Ray Photoelectron Spectroscopy – XPS) và phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)
3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ - xúc tác phân huỷ Diazinon của vật liệu
3.3.1 Xác định dung lượng hấp phụ Diazinon của vật liệu
a Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu
Cho vào bình nón 0,05 gam vật liệu và 100 ml dung dịch Diazinon có nồng độ ban đầu 5 ppm (C0), lắc dung dịch Sau 30, 60, 90, 120, phút lấy mẫu 1 lần, đem xác định lượng Diazinon còn lại trong dung dịch (Ct), rồi tính lượng chất bị hấp phụ (qt)
Dựa vào đồ thị sự phụ thuộc qt vào thời gian, suy ra thời gian cân bằng hấp
phụ của vật liệu
b Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại
Lấy 4 bình nón, cho vào mỗi bình 0,05 gam vật liệu và 100 ml dung dịch Diazinon có nồng
độ ban đầu khác nhau (C0 = 2,5; 5; 10 và 25 ppm) Lắc dung dịch trong khoảng thời gian cân bằng hấp phụ Sau đó, xác định lượng Diazinon còn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ của vật liệu (q (mg/g))
Vẽ đồ thị q/Ct phụ thuộc Ct, từ đó xác định được các hệ số của phương trình Langmuir và dung lượng hấp phụ cực đại (qmax)
3.3.2 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu đối với Diazinon
Lấy 0,05 g vật liệu khuấy trong 100 ml dung dịch Diazinon có nồng độ xác định trước khi làm thí nghiệm, để trong tối 30 phút, sau đó chiếu sáng bằng đèn compact 30W Sau những khoảng thời gian nhất định là 1h, 2h, 3h, 4h, 5h và 6h rồi đem xác định lượng Diazinon còn lại trong dung dịch (Ct), rồi tính hiệu suất xử lý
3.4 Khảo sát khả năng hạn chế quá trình lan truyền của Diazinon từ đất ra nước
Tẩm Diazinon lên đất
Đất sử dụng trong thí nghiệm là đất sạch TRIBAT sử dụng trong trồng trọt cung cấp bởi Công ty TNHH Công nghệ Sài Gòn xanh Các đặc trưng tính chất, thành phần của đất đã được khảo sát
Trang 6- Thành phần cơ giới của đất như sau: tỉ lệ cát 79%; tỉ lệ limon là 16,4%; tỉ lệ sét là 4,6%
- Thành phần tổng cacbon hữu cơ trong đất được xác định bằng phương pháp Walkley-Black
là 11,7%
- Tổng hàm lượng N là 1,1%
Chuẩn bị đất tẩm diazinon: Ta trộn đều 500 gam đất với 500 ml Diazinon 10 mg/L, rồi
ngâm trong 24h Sau đó để đất khô tự nhiên ta được đất tẩm diazinon với hàm lượng được xác định
lại trước mỗi thí nghiệm
Trộn đất với xúc tác
Cân lần lượt những lượng xác định đất rồi trộn đều với các lượng vật liệu nano composit N-ZnO/Fe-Bentonit khác nhau để được hỗn hợp đất - xúc tác có tỉ lệ 0%; 1% và 2% vật liệu xúc tác trên đất theo khối lượng
a) Thí nghiệm dạng mẻ khảo sát khả năng hấp phụ Diazinon của đất
Lấy 4 bình nón, cho vào mỗi bình 2 g vật liệu hỗn hợp đất - xúc tác và 10 ml dung dịch Diazinon có nồng độ ban đầu khác nhau (C0 = 2,5; 5; 10 và 25 ppm) Lắc dung dịch trong thời gian cân bằng hấp phụ Sau đó, xác định lượng Diazinon còn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ của đất q (kg/g) Xây dựng mô hình Freudlich lnq phụ thuộc vào lnCt để xác định hằng số hấp phụ K, n
b) Khảo sát khả năng hạn chế sự rửa trôi của Diazinon
Rải một lượng xác định các mẫu đất trộn xúc tác theo các tỉ lệ 0%, 1% và 2% lên lớp bề mặt của hệ thí nghiệm để tạo lớp đất có độ dày 5 cm Hằng ngày tưới nước lên lớp đất mặt Lượng nước tưới được tính tương đương với 3 mức khác nhau: mưa nhỏ (60 mm), mưa vừa (120 mm) và mưa to (240 mm) Thu dịch chiết rỉ ra từ lớp đất mặt đem phân tích xác định hàm lượng diazinon
3.5 Khảo sát khả năng thúc đẩy quá trình phân huỷ Diazinon của vật liệu
Rải một lượng xác định các mẫu đất trộn xúc tác theo các tỉ lệ 0%, 1% và 2% lên lớp bề mặt của hệ thí nghiệm để tạo lớp đất có độ dày 5 cm Chiếu sáng bằng đèn compact 30W ở trên cách lớp đất khoảng 15 cm hoặc để ở điều kiện ánh sáng tự nhiên Sau đó mẫu đất được lấy phân tích hàm lượng diazinon biến đổi theo thời gian
3.6 Phương pháp xác định Diazinon
Diazinon được xác định bằng thiết bị sắc ký khí GC-MS QP 2010 Plus, cột HP5-MS (GC) hoặc thiết bị HPLC (cột Supelco LiChrospher RP-18, 250 × 4.6 × 5) kết nối detectơ UV-PDA (Shimadzu SPD – M10Avp)
4 Tổng kết kết quả nghiên cứu
Với mục tiêu hạn chế khả năng lan truyền của hoá chất bảo vệ thực vật từ đất mặt ra môi trường nước, trước tiên cần nâng cao khả năng hấp phụ, lưu giữ chất ô nhiễm của vật liệu sét Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng khoáng sét Bentonit Ninh Thuận, với các đặc trưng về thành phần hoá học và khoáng học được trình bày trong Bảng 1 và 2
Bảng 1 Thành phần khoáng học của mẫu Bentonit Ninh Thuận Thành phần khoáng Hàm lượng (% KL)
Trang 7Bảng 2 Thành phần hóa học của mẫu Bentonit Ninh Thuận Chất SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 MnO
% KL 41,6 13,28 3,65 4,03 1,77 2,6 20,99 0,43 0,1
Vật liệu Bentonit được biến tính bằng cách trao đổi với ion Fe3+
(Bent-Fe) nhằm làm tăng khoảng cách của các lớp Bentonit Hình 1 và 2 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe – Bentonit Kết quả từ giản đồ cho thấy khoảng cách lớp cơ bản của Bentonit đã tăng đáng kể khi được biến tính với Fe, cụ thể là d001 của Bentonit = 15,16 Ǻ và d001 của Fe – Bentonit = 16,044Ǻ (Hình 1, 2)
Hình 1 Giản đồ XRD của Bentonit
Hình 2 Giản đồ XRD của Fe - Bentonit Vật liệu Bent-Fe có dung lượng hấp phụ cực đại cao hơn 2 lần so với của Bentonit ban đầu (Bent) (Hình 3)
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Bent
00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.009 - I/Ic PDF 3.6 - F30= 77(0.0126,31) 00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - WL: 1.5406 -
File: DuyenK59B Bent.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
2-Theta - Scale
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Bent-Fe
00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113.009 - I/Ic PDF 3.6 - F30= 77(0.0126,31) 00-003-0014 (D) - Montmorillonite - MgO·Al2O3·5SiO2·xH2O - WL: 1.5406 -
File: DuyenK59B Bent-Fe.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° -
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
2-Theta - Scale
7 d
Trang 8Hình 3 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Bent, Bent-Fe Kết quả cũng chỉ ra rằng vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất khi được biến tính với tỉ lệ Fe biến tính là 50 % theo khối lượng (Hình 4)
Hình 4 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir của Bent biến tính bởi Fe với các tỉ lệ khác nhau
Để nâng cao hiệu quả phân huỷ chất ô nhiễm trong vùng ánh sáng khả kiến, các xúc tác oxit kim loại như TiO2 và ZnO pha tạp với Fe và N tương ứng (Fe-TiO2 và N-ZnO) đã được đưa lên vật liệu Bent-Fe Các điều kiện tổng hợp vật liệu sét biến tính bởi oxit kim loại dưới dạng nanocomposit (Fe-TiO2/Bent-Fe, N-ZnO/Bent-Fe) đã được nghiên cứu, tối ưu hoá Để khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu tối ưu, hoạt tính quang xúc tác của các mẫu vật liệu sau khi được tổng hợp trong nội dung này được khảo sát sơ bộ trên phẩm màu Rhodamin B Điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe là sử dụng phương pháp sol-gel kết thuỷ nhiệt tại 160o
C trong 6h, tỉ lệ TiO2 trên Bentonit là 3:1 Vật liệu N-ZnO/Bent-Fe được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với tỉ lệ ZnO trên Bentonit là 1:1, gel thu được nung ở 400C trong 5 giờ Các vật liệu thu được có kích thước nano và có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến
Kích thước tinh thể Fe-TiO2/Bent-Fe và N-ZnO/Bent-Fe tính theo công thức Debye Scherrer (tính theo TiO2 và ZnO) lần lượt là 19,61 và 50,64 nm Các hạt ZnO và TiO2 được phân tán đều lên các lớp Bentonit (Hình 5)
Trang 9Hình 5 Ảnh SEM của (a) Bent-Fe, (b) Fe-TiO2/Bent-Fe và (c) N-ZnO/Bent-Fe
Hoạt tính hấp phụ và xúc tác của vật liệu đã được khảo sát sơ bộ đối với phẩm màu Rhodamin B và diazinon (thuốc trừ sâu cơ phốtpho) trong pha dung dịch Thời gian cân bằng hấp phụ diazinon của cả hai vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe và N-ZnO/Bent-Fe đều là 30 phút Dung lượng hấp phụ diazinon cực đại của Fe-TiO2/Bent-Fe và N-ZnO/Bent-Fe tương ứng là 27,03 và 24,89 mg/g (Hình 6, 7)
Hình 6 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe
(c)
Trang 10Hình 7 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu N-ZnO/Bent-Fe Hoạt tính xúc tác phân huỷ diazinon tại điều kiện tối ưu (pH = 4,5; lượng vật liệu 0,5 g/L) của vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe đạt 80,6% sau 6 giờ chiếu sáng bởi đèn compact 36W (Hình 8) Trong khi đó hoạt tính xúc tác phân huỷ diazinon tại điều kiện tối ưu (pH = 9; lượng vật liệu 0,5 g/L) của vật liệu N-ZnO/Bent-Fe đạt 87,1% sau 6 giờ chiếu sáng bởi đèn compact 36W (Hình 9) Kết quả là phù hợp với các giá trị pHpzc của Fe-TiO2/Bent-Fe và N-ZnO/Bent-Fe lần lượt là 4,6 và 9,2
Hình 8 Hiệu suất xử lý diazinon của vật liệu Fe-TiO2/Bent-Fe tại các điều kiện pH khác nhau
Hình 9 Hiệu suất xử lý diazinon của vật liệu N-ZnO/Bent-Fe tại các điều kiện pH khác nhau
y = 0.0841x + 0.2746 R² = 0.9987
0 0.5 1 1.5 2 2.5
C t /q
C t (ppm)
