Vì vậy vật liệu Fe0 nano có thể sử dụng để xử lý đồng thời cả nitrat và phốt phát mà không làm ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý.. Trong nghiên cứu này chúng tôi chế tạo vật liệu Fe0 na
Trang 1Phương pháp chế tạo vật liệu Fe 0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường và ứng dụng để
kết hợp xử lý nitrat và phốt phát trong nước
Nguyễn Xuân Huân, Lê Đức
Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
334 – Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Tóm tắt
Nghiên cứu này giới thiệu phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano phân tán tốt và có thể bảo quản trong bình hút ẩm ở điều kiện thường Polyacrylamid (PAA) là một chất không độc được sử
hóa học, tính ổn định và khả năng linh động của bề mặt vật liệu Nó làm (1) giảm kích thước hạt Fe0 nano từ 200 nm xuống 16,7 nm và sự hấp phụ của PAA trên bề mặt vật liệu được biểu hiện qua chụp ảnh TEM; (2) diện tích bề mặt của vật liệu khá lớn (60 m2/g), được thể hiện qua chụp BET; (3) Chụp nhiễu xạ tia X đã chỉ ra sự tồn tại của vật liệu vừa chế tạo chủ yếu là Fe0 nano; (4) Các hạt sắt nano tạo thành không liên kết với nhau thành đám mà tách rời nhau, được thể hiện quả chụp ảnh SEM
Ứng dụng vật liệu Fe0 nano (nZVI) trong xử lý ô nhiễm môi trường là một hướng quan tâm mới của nhiều nhà khoa học trên thế giới Báo cáo này nghiên cứu ứng dụng vật liệu Fe0 nano bảo quản ở điều kiện thường để xử lý kết hợp nitrat và phốt phát trong nước Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý nitrat và phốt phát bởi Fe0 nano tăng dần theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên Hiệu suất xử lý sau 60 phút đạt 93,41% đối với nitrat và 86,17% đối với phốt phát Hiệu quả xử lý nitrat và phốt phát bằng Fe0 nano giảm dần khi pH tăng Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất
là 86,17% đối với nitrat và 84,9% đối với phốt phát Khi kết hợp xử lý nitrat và phốt phát thì hiệu quả
xử lý giảm không nhiều so với xử lý riêng nitrat và phốt phát Vì vậy vật liệu Fe0 nano có thể sử dụng
để xử lý đồng thời cả nitrat và phốt phát mà không làm ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý
Từ khóa: Chế tạo, vật liệu, sắt nano, kết hợp, xử lý, nitrat, phốt phát
1 Mở đầu 1
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét có thể tồn tại ở 3 trạng thái rắn, lỏng và khí Vật liệu sắt kích thước nano có thể được tổng hợp từ nhiều phương pháp như phương pháp nghiền, vi nhũ tương, điện hóa, khử bohiđrua, Trong đó, phổ biến nhất là phương pháp khử bohiđrua [1] Ý tưởng cơ bản của phương pháp khử bohiđrua (khử pha lỏng) là thêm một chất khử mạnh vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành các hạt kim loại có hóa trị 0
và kích thước nano Phương pháp này đã được sử dụng để chế tạo các hạt sắt kích thước nano trong nghiên cứu của Glavee và các cộng sự đầu năm 1995 Chất khử được sử dụng phổ biến nhất là
1
Tác giả liên hệ ĐT: 0983665756
E-mail: huannx@hus.edu.vn
Trang 2NaBH4 Các dung dịch sử dụng là sắt (III) clorua (FeCl3.6H2O) và sắt (II) sunfat (FeSO4.7H2O) được thể hiện qua các phương trình sau:
4Fe3+ + 3BH4- +9H2O 4Fe0 + 3H2BO3- +12H+ +6H2
Fe2+ + BH4- + 9H2O Fe0 + H2BO43- + 12H+ +6H2
giản và hiệu suất điều chế cao nên được ứng dụng nhiều trong điều chế sắt nano Tuy nhiên, mỗi tác giả khác nhau đều có những điều kiện chế tạo, làm khô, bảo quản khác nhau và kết quả thu được
cũng là khác nhau: Theo Nazli Efecan, Talal Shahwan, Ahmet E.Eroglu, Ingo Lieberwirth hòa tan
FeCl2.4H2O trong dung dịch ethanol và nước cất theo tỉ lệ thể tích 4:1, sau đó dùng một lượng dư NaBH4 để khử Sử dụng bình hút chân không để lọc phần hạt sắt, rửa sản phẩm bằng ethanol 99% ít nhất 3 lần và làm khô trong lò sấy ở 750C qua đêm María E Morgada, Ivana K Levy, Vanesa
Salomone, Silvia S Farías, Gerardo López, Marta I Litter cũng làm tương tự nhưng sử dụng máy li
tâm với tốc độ 2.500 vòng/phút trong 20 phút để thu hạt Fe0 nano Mẫu được làm khô trong lò sấy ở
400C trong 24h và được bảo quản trong khí N2 Heesu Park, Yong - Min Park, Kyoung - Min Yoo and
Sang - Hyup Lee thì các dung dịch sử dụng để điều chế Fe0 nano đều được đuổi ôxi bằng khí argon sau đó loại bỏ dung dịch và rửa chất được tổng hợp bằng nước đề ion hóa và bằng ethanol để ngăn
hòa tan trong dung dịch ethanol 30% với tỷ lệ khối lượng của NaBH4/ FeSO4.7H2O là 1/10 Sản phẩm được rửa bằng ethanol, sau đó ly tâm và phơi ngoài không khí [2]) Trong nghiên cứu này chúng tôi chế tạo vật liệu Fe0 nano bằng phương pháp khử sắt (II) sunphát bởi bohiđrua với tỷ lệ khối lượng của NaBH4/ FeSO4.7H2O là 1/2, có sử dụng chất phân tán là polyacrylamid (PAA) và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới quá trình chế tạo vật liệu Phân tích một số đặc tính của vật liệu chế tạo
Tình hình ô nhiễm nitrat và phốt phát trong hệ thống nước mặt và nước ngầm hiện đang ngày càng nghiêm trọng do ảnh hưởng của nước thải chưa qua xử lý từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt Nước bị ô nhiễm nitrat và phốt phát có thể gây hại cho sức khỏe của con người khi sử dụng cho mục đích ăn uống hay sinh hoạt Ngoài ra, hàm lượng nitrat và phốt phát quá cao trong nước còn gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, tác động xấu tới hệ thủy sinh vật cũng như cảnh quan, gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến mục đích sử dụng của các thủy vực Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm nitrat, phốt phát hay nguồn nước bị phú dưỡng đang là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Trong những năm gần đây, công nghệ sử dụng Fe0 nano có nhiều tính năng ưu việt trong xử lý ô nhiễm môi trường như: xử
lý nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật Đặc biệt là Fe0 nano vừa có tính khử, vừa có khả năng hấp phụ bề mặt nên nó có khả năng xử lý đồng thời nitrat và phốt phát trong nước
2 Nguyên liệu và phương pháp
2.1 Nguyên liệu
Trang 3- FeSO4.7H2O
- Bohiđrua (NaBH4)
- Các mẫu nước tự tạo nhiễm nitrat và phốt phát từ hóa chất KH2PO4, KNO3 loại tinh khiết hóa học có nồng độ là 50 mg N-NO3-/L và 50 mg P-PO43-/L
2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến kết quả chế tạo Fe 0 nano
Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe0 nano ở cùng các điều kiện như nhau, trong đó thí nghiệm 1 không sử dụng chất phân tán PAA và thí nghiệm 2 có sử dụng chất phân tán PAA với nồng độ 0,01% Kết quả chụp ảnh SEM và TEM để so sánh
2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH 4 và FeSO 4 7H 2 O đến kết quả chế tạo Fe 0 nano
Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe0 nano ở cùng các điều kiện như nhau, trong đó thí nghiệm 1
sử dụng tỷ lệ về khối lượng NaBH4/FeSO4.7H2O là 1/10 theo Choi, Hee- chul và thí nghiệm 2 sử dụng
tỷ lệ về khối lượng NaBH4/FeSO4.7H2O là ½ Kết quả được so sánh với các nghiên cứu đã công bố
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng cồn đề pha muối sắt đến kết quả chế tạo Fe 0 nano
Bố trí hai thí nghiệm chế tạo Fe0 nano ở cùng các điều kiện như nhau, trong đó thí nghiệm 1
sử dụng cồn 30% để hòa tan muối sắt theo Choi, Hee- chul và thí nghiệm 2 muối sắt được hòa tan trong nước sau đó bổ sung cồn để đạt nồng độ cồn là 30% So sánh các kết quả thu được và lựa chọn giải pháp ưu việt
2.2.4 Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe 0 nano
Bố trí thí nghiệm chế tạo Fe0 nano và bảo quản trong bình hút ẩm, kết quả được chụp ảnh SEM, TEM và so sánh với các kết quả nghiên cứu đã được công bố
2.2.5 Nghiên cứu một số đặc điểm của vật liệu Fe 0 nano
Sau khi lựa chọn được các điều kiện tốt nhất để điều chế vật liệu Fe0 nano, sản phẩm tạo thành được kiểm tra đặc tính thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh Scaning electron microscopy (SEM), ảnh Transmission electron microscopy (TEM) và phân tích diện tích bề mặt theo phương pháp Brunauer Emmett Teillor (BET)
2.2.5 Nghiên cứu hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng vật liệu Fe 0 nano
- Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
Hút 50mL dung dịch nitrat có nồng độ 50 mg N-NO3-/L vào 4 bình tam giác có dung tích 100
cần xử lý là 1 g/L) cho lần lượt vào 4 bình tam giác trên Lắc trên máy lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong các khoảng thời gian khác nhau là: 10, 20, 40 và 60 phút Ly tâm với tốc độ 2.500 vòng/phút và xác định nồng độ nitrat còn lại trong dung dịch
- Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
Trang 4Hút 50 mL dung dịch nitrat có nồng độ 50 mg N-NO3-/L vào 4 bình tam giác có dung tích 100 mL Điều chỉnh giá trị pH của các dung dịch trong bình tam giác về 2, 4, 6 và 8 bằng dung dịch H2SO4 và NaOH tiêu chuẩn 0,01N Bổ sung vào mỗi bình tam giác trên 0,05g Fe0 nano (tương ứng nồng độ Fe0 nano/ dung dịch cần xử lý là 1 g/L) Lắc trên máy lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong thời gian 40 phút
Ly tâm với tốc độ 2.500 vòng/phút và xác định nồng độ nitrat còn lại trong dung dịch
2.2.6 Nghiên cứu hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng vật liệu Fe 0 nano
Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát tương tự như bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat nhưng với dung dịch phốt phát có nồng độ ban đầu là 50 mg P-PO43-/L Sau đó xác định nồng độ phốt phát còn lại trong dung dịch
2.2.7 Nghiên cứu kết hợp xử lý nitrat và phốt phát bằng vật liệu Fe 0 nano
Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và phốt phát tương tự như bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat và phôt phát nhưng với dung dịch hỗn hợp nitrat và phốt phát có nồng độ ban đầu là 50 mg N-NO3-/L và 50
mg P-PO43-/L Sau đó xác định nồng độ nitrat và phốt phát còn lại trong dung dịch
Phân tích nồng độ nitrat và phốt phát còn lại sau khi xử lí bằng phương pháp so màu quang điện trên máy UV- VIS754 tại bước sóng λ = 430nm và λ = 710nm
3 Kết quả và thảo luận
Từ các phương pháp điều chế Fe0 nano của các tác giả đã nêu ở trên, chúng tôi đã sử dụng phương pháp điều chế Fe0 nano bằng cách dùng NaBH4 khử muối sắt (II) FeSO4.7H2O pha trong cồn với tốc độ cho chất khử là 3 đến 7 ml/phút Nghiên cứu một số yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình
điều chế và bảo quản sản phẩm
3.1 Ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến hiệu quả chế tạo Fe 0 nano
Khi không sử dụng chất phân tán thì sản phẩm thu được sau phản ứng tạo thành 2 lớp: 1 lớp
ở trên và 1 lớp ở dưới tách biệt Lớp ở dưới có màu đen, hạt bám chặt vào que khuấy từ và có kích thước lớn hơn so với lớp ở trên (hình 1) Hạt sắt có hình cầu hoặc hình dẹt và kích thước khoảng từ 50
- 200nm Tuy nhiên giữa các hạt không có sự phân biệt rõ ràng và kích thước phân bố không đều Lớp
ở trên có màu xanh đen, so với lớp ở dưới thì kích thước hạt nhỏ, mịn hơn (hình 2) Hạt sắt tạo thành liên kết với nhau thành hình que và bám vào nhau thành từng đám lớn, kích thước hạt khoảng
40-100nm
Trang 5Khi có sử dụng chất phân tán là PAA trong quá trình điều chế Fe0 nano thì sau phản ứng, các hạt đã có sự tách rời nhau rõ rệt và bám vào que khuấy từ nhưng không liên kết với nhau tạo thành đám Kết quả được thể hiện qua ảnh TEM (hình 3) và ảnh SEM (hình 4) Kích thước hạt sắt trong
khoảng từ 20 - 80nm
3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH 4 và FeSO 4 7H 2 O khi chế tạo Fe 0 nano
Theo kết quả nghiên cứu của Choi, Hee-chul thì tỉ lệ giữa NaBH4 và FeSO4.7H2O là 1:10 Với tỉ
lệ này khi điều chế với điểu kiện thực tế trong phòng thí nghiệm thì thấy lượng sắt (II) chưa được phản ứng hết với NaBH4, Fe(II) còn dư có ảnh hưởng đến chất lượng hạt Fe0 nano được chế tạo Vì vậy, nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm tăng lượng NaBH4 để đạt được tỉ lệ giữa NaBH4 và muối sắt là 1:2 Kết quả sản phẩm thu được thể hiện qua ảnh chụp TEM (hình 5)
Hình 3 Ảnh TEM hạt Fe0 nano,
có sử dụng chất phân tán
Hình 4 Ảnh SEM hạt Fe0 nano,
có sử dụng chất phân tán
Hình 1 Ảnh SEM hạt sắt ở lớp dưới,
không sử dụng chất phân tán
Hình 2 Ảnh SEM hạt sắt ở lớp trên, không
sử dụng chất phân tán
Trang 63.3 Sử dụng cồn để pha muối sắt
Khi sử dụng dung dịch cồn để hòa tan muối sắt (II) theo Choi, Hee-chul thì muối sắt rất khó hòa tan trong cồn, đặc biệt nếu nồng độ cồn càng cao thì càng khó hòa tan Để khắc phục nhược điểm trên, nghiên cứu tiến hành hòa tan muối sắt trong nước, sau đó mới bổ sung thêm cồn vào trong dung dịch muối sắt đã hòa tan để được nồng độ cồn trong dung dịch như nghiên cứu của Choi, Hee-chul
như sau (hình 7)
Hình 7 Kết quả chụp ảnh TEM của hạt sắt được điều chế khi dùng cồn 30%
3.4 Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe 0 nano
Sau khi Fe0 nano được tổng hợp từ dung dịch muối sắt và bohiđrua, cần làm khô và bảo quản
Fe0 nano khỏi quá trình oxy hóa bởi oxi của không khí Sắt nano thu được có thể được rửa bằng axeton và làm khô nó trong một buồng kỵ khí; hoặc theo được làm khô trong điều kiện lạnh; hay theo làm khô trong chân không ở nhiệt độ 100°C; một số tác giả khác thì làm khô và bảo quản sản phẩm
Hình 5 Ảnh TEM hạt Fe0 nano được điều chế
với tỉ lệ giữa NaBH4 và muối sắt và là 1:2
Hình 6 Ảnh TEM hạt Fe0 nano được điều chế với tỉ lệ giữa NaBH4 và muối sắt là 1:10, theo Choi- Hee chul
Trang 7tạo thành trong môi trường khí N2 Các nghiên cứu trên đều gặp khó khăn trong việc bảo quản hạt Fe0
nano được tạo thành vì vậy ít nhiều làm ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của hạt Fe0 nano Để
khắc phục hạn chế trên năm 2008 các tác giả Choi C.H., Mohammad A.B.,Raj S đã tiến hành tổng
quả như sau:
+ Phơi ngoài không khí: sau một thời gian khoảng 6-8h thì sắt nano bị oxy hóa rất nhanh và
chuyển sang màu vàng (mầu của sắt oxit)
hoặc rất dễ bị cháy do kích thước quá nhỏ
+ Phơi trong bình hút ẩm: sắt mới điều chế xong được làm khô và bảo quản trong bình hút
ẩm Kết quả cho thấy sau 2 tháng hạt sắt nano vẫn giữ nguyên màu đen, như vậy đã tránh được sự
oxi hóa sản phẩm bởi oxi của không khí
3.5 Một số đặc điểm của vật liệu đã điều chế
3.5.1 Kết quả nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X của sắt nano
File: Luu-MoiTruong-Fe nano.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 01/28/11 15:10:47
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2-Theta - Scale
Hình 8 Phổ nhiễu xạ tia X của sắt nano
Dựa trên phổ nhiễu xạ tia X, có thể nhận thấy pic đặc trưng của Fe0 nano xuất hiện với cường
độ lớn và không xuất hiện các píc phụ khác
3.5.2 Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu Fe 0 nano
Trang 8Qua ảnh TEM của vật liệu thu được cho thấy: kích thước hạt trong khoảng từ 10 – 18,6 nm (trung bình 16,7 nm), các hạt có sự phân biệt rõ ràng và không có sự kết đám lại với nhau làm cho diện tích bề mặt càng lớn Các tinh thể sắt có hình cầu và nối với nhau thành chuỗi, tạo thành mạng lưới Kiểu liên kết thành chuỗi này là do sự tương tác giữa các kim loại có từ tính với nhau So với kích thước các hạt sắt nano thu được từ nghiên cứu của Zhang là 10- 100 nm; của Yang-hsin Shih, Chung-yu Hsu, Yuh-fan Su là 50- 80nm [3] thì kích thước hạt nano thu được là khá nhỏ
3.5.3 Kết quả xác định diện tích bề mặt
Diện tích bề mặt có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả xử lý, diện tích bề mặt càng lớn khả năng tiếp xúc càng cao do vậy hiệu quả xử lý càng cao Kết quả đo diện tích bề mặt của vật liệu Fe0 nano
của Yuan-Pang Sun, Xiao-quin Li, Jiasheng Cao, Wei-xia zhang, H-Paul Wang (2006) thì diện tích bề mặt là 12,82 m2/g [4] và theo phương pháp điều chế của Yu-Hoon Hwang, Do-Gun Kim, Hang-Sik Shin là 46,27 m2/g thì phương pháp điều chế này cho kết quả diện tích bề mặt của hạt Fe0 nano cao hơn từ 1,3 đến 4,7 lần
3.6 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý riêng nitrat
3.6.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng Fe0 nano được thể hiện ở Hình 11
Trang 9Hình 11 Nồng độ nitrat sau xử lý và hiệu suất
xử lý ở các thời gian khác nhau
Hình 12 Nồng độ nitrat sau xử lý và hiệu suất
xử lý ở các pH khác nhau
Kết quả nghiên cứu tại Hình 11 cho thấy hiệu quả xử lý nitrat bởi Fe0 nano tăng dần theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên, hiệu suất đạt 71,36% và nồng độ nitrat còn lại là 14,32 mgN/l Sau 20 phút hiệu suất xử lý là 78,76%, sau 40 phút hiệu suất xử lý đạt 85,30% và sau 60 phút hiệu suất xử lý đạt 93,41%, nồng độ nitrat còn lại là 3,29 mgN/l
3.6.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng Fe0 nano tại Hình 12 cho thấy hiệu suất xử lý nitrat bằng Fe0 nano giảm dần khi pH tăng Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 86,17%, tại pH = 4 hiệu suất xử lý giảm xuống còn 78,60% và khi pH = 8 hiệu suất chỉ còn 49,07% và nồng độ sau phản ứng là 25,47 mgN/l Hiệu quả xử lý dựa vào cơ chế khử nitrat của
Fe0 nano Trong phản ứng khử nitrat, sắt chính là chất cho điện tử còn nitrat sẽ nhận điện tử và chuyển thành dạng nitrit, sau đó nitrit sẽ tiếp tục bị khử thành amoni và khí nitơ là sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý [5] Các phản ứng của nitrat và Fe0 nano diễn ra theo các phương trình sau:
Fe0 Fe2+ + 2e (1)
Fe0 + 2H2O Fe2+ + H2 + 2OH- (2)
Fe0 + NO3- + 2H+ Fe2+ + NO2- + H2O (3)
Fe0 + NO2 + 8H+ 3Fe2+ + NH4+ + 2 H2O (4) 4Fe0 + NO3- + 10H+ 4Fe2+
+ NH4+ + 3H2O (5) 4Fe0 + NO3- + 7H2O 4Fe(OH)2 + NH4+ + 2OH- (6) 3Fe0 + NO3- + H2O Fe3O4 + N2 + 2OH- (7) 5Fe0 + NO3- + 12H+ 5Fe2+ + N2+ 6H2O (8) 2,28Fe0 + NO3- + 0,75Fe2+ + NO3- + 2.25H2O 1,19Fe3O4 + NH4+ + 0,5OH- (9) Theo các nghiên cứu của Cheng (1997), Alowitz và Scherer (2002), ChihHsiang Liao (2002), Westerhoff (2003) và Huang, Zhang (2004) [6, 7] cũng chỉ ra rằng việc bổ sung axit có thể thúc đẩy cho quá trình khử nitrat của Fe0 nano Tất cả các nghiên cứu trên đều đưa đến kết luận rằng giá trị pH
< 4 là điều kiện thích hợp cho loại bỏ nitrat bằng Fe0 nano Như vậy, kết quả nghiên cứu về ảnh
Trang 10hưởng của pH tới hiệu quả xử lý nitrat bằng Fe0 nano của đề tài là hoàn toàn phù hợp với lý thuyết và kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu trên thế giới
3.7 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý riêng phốt phát
3.2.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng Fe0 nano được thể hiện ở Hình 13
Hình 3 Nồng độ phốt phát sau xử lý và
hiệu suất xử lý ở các thời gian khác nhau
Hình 4 Nồng độ phốt phát sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các pH khác nhau
Kết quả nghiên cứu tại Hình 3 cho thấy hiệu suất xử lý phốt phát tăng dần theo thời gian và cũng tăng nhanh ở 10 phút đầu tiên, sau 10 phút hiệu suất xử lý phốt phát của Fe0 nano đạt 69,47%, hiệu suất tăng chậm dần trong khoảng từ 20 - 60 phút và tại 60 phút hiệu suất xử lý đạt 86,17%, nồng
độ phốt phát lúc này là 6,92 mgP/l
3.6.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng phốt phát bằng Fe0 nano tại Hình 14 cho thấy hiệu suất xử lý phốt phát bằng Fe0 nano giảm dần khi tăng pH Tại pH = 2 hiệu suất
xử lý đạt giá trị cao nhất là 84,9%; Tại pH = 4 hiệu suất xử lý giảm xuống còn 77,26%; Khi pH = 6 hiệu suất xử lý giảm mạnh xuống còn 60,41% và tại pH = 8 hiệu suất xử lý chỉ còn 42,60% Cơ chế xử lý phốt phát bằng vật liệu Fe0 nano [8] như sau:
Trong môi trường nước, Fe0 nano bị oxi hóa thành các oxit sắt, hydroxit sắt và FeOOH theo các phương trình phản ứng sau:
2Fe0 + 4H+ + O2 → 2Fe2+ + 2H2O (10)
Fe0 + 2H2O → Fe2+ + H2 + 2OH− (11) 4Fe2+ + 4H+ + O2 → 4Fe3+ + 2H2O (12)
Fe2+ tiếp tục bị ôxy hóa thành Fe3+
Fe2+ + 1/4O2 + H+ Fe3+ + 1/2H2O (13)
Fe3+ phản ứng với OH- hoặc H2O tạo ra các hydroxit và oxyhydroxit;
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ (14)
