Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc của hợp chất Zr(IV) cố định trên chất mang và khả năng hấp phụ asen, selen trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- ĐÀO THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA HỢP CHẤT ZrIV CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG VÀ KHẢ NĂNG HẤP

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐÀO THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA HỢP

CHẤT Zr(IV) CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG VÀ KHẢ

NĂNG HẤP PHỤ ASEN, SELEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 62440120

DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 1 of 128

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác

Đào Thị Phương Thảo

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Quang Trung, PGS.TS Nguyễn Văn Nội người đã giao đề tài, hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều

kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô ở Phòng Thí nghiệm Hóa Môi Trường, Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Hà Nội đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá

trình nghiên cứu

Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp làm việc tại Phòng Thí nghiệm Vật liệu nano – Viện khoa học Công nghệ Bộ Quốc Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ

trang thiết bị phân tích, dụng cụ và hóa chất trong quá trình làm thực nghiệm

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Những người đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó

khăn trong thời gian thực hiện luận án này

Hà nội, ngày 08 tháng 03 năm 2016

Trang 4

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined.

1.1 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM ASEN, SELEN TRONG NƯỚCError! Bookmark not

defined.

1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm asen, selen trong nước Error! Bookmark not defined.

1.1.2 Ảnh hưởng của asen, selen đến sức khỏe con ngườiError! Bookmark not

defined.

1.1.3 Các dạng tồn tại của asen, selen trong nước Error! Bookmark not defined.

1.1.4 Các phương pháp xử lý asen, selen trong nướcError! Bookmark not

defined.

1.1.5 Vật liệu hấp phụ asen, selen Error! Bookmark not defined.

1.2 VẬT LIỆU ZIRCONI Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Zirconi Error! Bookmark not defined.

1.2.2 Zirconi hiđroxit Error! Bookmark not defined.

1.2.3 Zirconi oxit Error! Bookmark not defined.

1.3 VẬT LIỆU MANG THAN HOẠT TÍNH Error! Bookmark not defined.

1.3.1 Tính chất của than hoạt tính Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Ứng dụng của than hoạt tính Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error!

Bookmark not defined.

2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ Error! Bookmark not defined.

Trang 5

2.1.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined.

2.1.2 Thiết bị Error! Bookmark not defined.

2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU Error! Bookmark not defined.

2.2.1 Tổng hợp Zirconi hiđroxit Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Tổng hợp vật liệu zirconi oxit Error! Bookmark not defined.

2.2.3 Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên các vật liệu: nhựa Purolite C100,

Muromac-B1, ống nano cacbon, than hoạt tính Trà BắcError! Bookmark not

defined.

2.2.4 Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính Trà Bắc Error!

2.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA VẬT LIỆUError! Bookmark

not defined.

2.3.1 Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của zirconi hiđroxitError! Bookmark not

defined.

2.3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của ZrO2Error! Bookmark not defined.

2.3.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr/PC-100, Zr/M-B1,

Zr/CNT, Zr/AC Error! Bookmark not defined.

2.3.4 Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr/AC, Zr/AC/H,

Zr/AC/N Error! Bookmark not defined.

2.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ Zr/AC/NError!

2.3.6 Nghiên cứu khả năng tái sinh của vật liệu Zr/AC/NError! Bookmark not

defined

2.4 BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SELEN CỦA VẬT LIỆU

Zr/AC/N Error! Bookmark not defined.

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆUError!

2.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt (TA) Error! Bookmark not defined.

2.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Error! Bookmark not defined.

Trang 6

2.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined.

2.5.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)Error! Bookmark not

defined.

2.5.5 Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Error! Bookmark not defined.

2.5.6 Phương pháp quang điện tử tia X (XPS) Error! Bookmark not defined.

2.5.7 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ nitơ (BET)Error! Bookmark

2.5.10 Phương pháp xác định nồng độ asen, selen còn lại trong dung dịch Error!

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined

3.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU ZIRCONI HIĐROXIT, ZIRCONI OXIT VÀ LỰA CHỌN

VẬT LIỆU MANG Error! Bookmark not defined.

3.1.1 Tổng hợp vật liệu zirconi hiđroxit trong môi trường H2O2 và NH3 Error!

3.1.2 Tổng hợp vật liệu ZrO2 theo phương pháp kết tủaError! Bookmark not

defined.

3.1.2 Tổng hợp vật liệu ZrO2 theo phương pháp thủy nhiệtError! Bookmark not

defined.

3.2 CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN VẬT LIỆU MANG Error! Bookmark not defined.

3.2.1 Cố định Zr(IV) trên các chất mang và lựa chọn vật liệu mang thích hợpError!

3.2.2 Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính Trà Bắc theo phương

pháp kết tủa (Zr/AC) Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường H2O2 (Zr/AC/H) Error! Bookmark not defined.

Trang 7

3.2.3 Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường NH3 (Zr/AC/N) Error! Bookmark not defined.

3.3 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN VÀ TÁI SINH CỦA VẬT LIỆUError! Bookmark

not defined.

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr4/AC,

Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60 Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen, selen của các vật liệu Zr4/AC,

Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60 Error! Bookmark not defined.

3.3.3 Dung lượng hấp phụ asen cực đại của các vật liệu Zr4/AC, Zr4/AC/H4-180-72,

Zr4/AC/N3-180-60 Error! Bookmark not defined.

3.3.4 Ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu

3.3.5 Khả năng tái sinh của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60Error! Bookmark not defined.

3.4 BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SELEN CỦA VẬT LIỆU

Error! Bookmark not defined.

3.4.1 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu Zr4/AC/N

3-180-60 Error! Bookmark not defined.

3.4.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60

Error! Bookmark not defined.

3.4.3 Dung lượng hấp phụ selen cực đại của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60 Error!

3.4.4 Ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu

3.5 ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU Error! Bookmark not defined.

3.5.1 Kết quả phân tích nhiệt TGA Error! Bookmark not defined.

3.5.2 Kết quả phân tích XRD của các vật liệu Zr/AC-200, Zr4/AC/H4-180-72,

3.5.3 Kết quả chụp SEM Error! Bookmark not defined.

3.5.4 Kết quả chụp TEM Error! Bookmark not defined.

Trang 8

3.5.5 Kết quả đo BET Error! Bookmark not defined.

3.5.6 Kết quả phân tíchICP – MS Error! Bookmark not defined.

3.5.7 Kết quả phân tích IR Error! Bookmark not defined.

3.5.8 Kết quả phân tích XPS Error! Bookmark not defined.

NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀIError! Bookmark

not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

Trang 9

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

m – ZrO2 Tinh thể monoclinic zirconi oxit (Monoclinic Zirconia)

t – ZrO2 Tinh thể tetragonal zirconi oxit (Tetragonal Zirconia)

c – ZrO2 Tinh thể cubic zirconi oxit (Cubic Zirconia)

am – ZrO2 Zirconi oxit vô định hình (Amorphous Zirconia)

AC Than hoạt tính (Activated Carbon)

CNT Ống cacbon nano (Cacbon Nano Tube)

Zr/CNT Vật liệu Zr(IV) cố định trên ống cacbon nano

Zr/AC Vật liệu Zr(IV) cố định than hoạt tính theo phương pháp kết tủa

Zr/AC/As Vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp kết tủa

sau khi hấp phụ asen Zr/AC/H Vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường H2O2Zr/AC/H/As Vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường H2O2 sau khi hấp phụ asen Zr/AC/N Vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường NH3Zr/AC/N/As Vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy

nhiệt trong môi trường NH3 sau khi hấp phụ asen Zr/PC – 100 Vật liệu Zr(IV) cố định trên nhựa Purolite C100

Zr/MB – 1 Vật liệu Zr(IV) cố định trên nhựa Muromax B1

TGA Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysis)

DSC Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis)

XRD Nhiễu xạ tia X (X Ray Diffraction)

SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)

TEM Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

BET Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitơ (Brunauer-Emmett-Teller)

ICP – MS Phổ khối plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass

Trang 10

Spectrometry)

IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

XPS Phổ quang điện tử tia X (X-Ray Photoelectron Spectroscopy)

UV – VIS Quang phổ hấp thụ phân tử (Ultraviolet-Visible Spectroscopy)

pHPZC Điểm pH trung hòa điện (Point of zero charge)

WHO Tổ chức y tế thế giới (World Health Organization)

USEPA Tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ (United States Environmental

Protection Agency) MCL Mức ô nhiễm cao nhất (Maximum contamination level)

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các dạng tồn tại của asen trong nước ở các pH khác nhauError! Bookmark

Hình 1.4 Dạng α và β Zirconi hiđroxit Error! Bookmark not defined

Hình 1.5 Cấu trúc Ion tetrame[Zr4(OH)8(H2O)16]8+ Error! Bookmark not defined

Hình 1.6 Ảnh SEM của các hạt zirconi oxit Error! Bookmark not defined

Hình 1.7 Các dạng tinh thể ZrO2 Error! Bookmark not defined

Hình 1.8 Dự đoán cơ chế hình thành m – ZrO2 Error! Bookmark not defined

Hình 1.9 Dự đoán cơ chế hình thành t – ZrO2 Error! Bookmark not defined

Hình 1.10 Bề mặt than hoạt tính đã được oxi hóa Error! Bookmark not defined

Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp zirconi oxit theo phương pháp kết tủaError! Bookmark not

defined

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Zr/AC theo phương pháp kết tủaError! Bookmark

not defined

Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Zr/AC/H theo phương pháp thủy nhiệt Error!

Bookmark not defined

Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Zr/AC/N theo phương pháp thủy nhiệt Error!

Hình 2.6 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu Error! Bookmark not defined

Hình 2.7 Đường chuẩn selen từ 0,1 – 0,7 ppm Error! Bookmark not defined

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ asen của vật liệu ZrO2.nH2O/H phụ thuộc

vào hàm lượng H2O2 Error! Bookmark not defined

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ asen của vật liệu ZrO2.nH2O/N phụ thuộc

vào hàm lượng NH3 Error! Bookmark not defined

Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của vật liệu ZrO2.nH2O/N3Error! Bookmark

not defined

Trang 12

Hình 3.4 Giản đồ XRD của ZrO2 nung ở 200, 400 và 800oCError! Bookmark not

defined

Hình 3.5 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của vật liệu ZrO2/H4-180-72Error! Bookmark not

defined

Hình 3.6 Giản đồ XRD của vật liệu ZrO2/H4 ở các thời gian khác nhau Error!

Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của vật liệu ZrO2/N3-180-60Error! Bookmark not

defined

Hình 3.8 Giản đồ XRD của ZrO2 tổng hợp theo phương pháp thủy nhiệt trong NH3

(ZrO2/N3) Error! Bookmark not defined

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ asen của vật liệu Zr/AC phụ thuộc vào hàm

lượng Zr(IV) Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO

* Tài liệu tham khảo tiếng Việt:

1 Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức (2011), “Nghiên cứu khả năng

sử dụng oxit hỗn hợp Fe2O3-Mn2O3 cấu trúc nano để hấp phụ sắt, Mangan, asen”, Tạp

chí Hóa học T 49(2), tr 157-161

2 Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức, Dương Thị Lịm,

Đỗ Trung Kiên (2011), “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng LaFeO3 kích thước nanomet

để hấp phụ sắt, mangan và asen”, Tạp chí Hóa học T 49(3), tr 330-335

3 Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Dương Thị Lịm (2012), “Tổng hợp oxit hỗn hợp

CeO2-Mn2O3 cấu trúc nano và đánh giá khả năng hấp phụ của chúng đối với asen,

amoni, sắt, mangan”, Tạp chí Hóa học T.50(3), tr 273-277

4 Cao Thế Hà, Vũ Ngọc Duy, Võ Thị Thanh Tâm, Trương Thị Miền (2007), “Xử lý

asen trong nước ngầm bằng quá trình oxi hóa kết hợp hấp phụ trên FeOOH hình thành

trong quá trình xử lý nước”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học công nghệ môi

trường – nghiên cứu và ứng dụng, tr 375-382

5 Phan Đỗ Hùng, Nguyễn Thế Đồng, Nguyễn Hoài Châu, Đào Bích Thủy, Kim Ngọc

Mai (2007), “Xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp oxi hóa – cộng kết tủa

Trang 13

kết hợp”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học công nghệ môi trường – nghiên cứu

và ứng dụng, tr 383-389

6 Nguyễn Hoàng Nghị (2003), Các phương pháp phân tích cấu trúc, Nhà xuất bản giáo

dục Hà Nội

7 Hoàng Nhâm (1996), “Hóa học vô cơ tập 3”, Nhà xuất bản Giáo Dục

8 Đào Ngọc Nhiệm, Trần Trung Kiên, Dương Thị Lịm, Nguyễn Trọng Uyển (2013),

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen(III) và asen(V) trên ZrO2 kích thước nanomet”,

Tạp chí Hóa học T.51(6), tr 731-735

9 Đỗ Quý Sơn (1995), “Ảnh hưởng của sự thổi khí oxi vào dung dịch khi kết tủa

Zirconiumoxithydrat đến kích thước hạt của bột Zirconiumdioxit”, Tạp chí hóa học

33(4), tr 54-59

10 Nguyễn Tiến Tài (2008), “Phân tích nhiệt ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu ”, NXB

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội

11 Lê Thị Thanh Thúy (2012), Nghiên cứu biến tính TiO 2 bằng kim loại và phi kim làm

chất xúc tác quang hóa vùng khả kiến để xử lý các hợp chất hữu cơ bền trong môi

trường nước, Luận án tiến sĩ Hóa Học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội

12 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý - Tập 1,

NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

13 Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển, Bùi Thị Hiếu (2009), “Nghiên cứu chế tạo

vật liệu hấp phụ xử lý asen và photphat trong nước bằng cách cố định Ti(IV) trên than

hoạt tính”, Tạp chí Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25(2S) Đại học Quốc gia Hà Nội,

tr 349-354

14 Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển, Bùi Duy Cam, Nguyễn Ngọc Khánh (2010),

“Nghiên cứu chế tạo vật liệu than hoạt tính cố định Zr(IV) và ứng dụng xử lý asen trong

nước ngầm”, Tạp chí Hóa học T 48(4C), tr 371-375

15 Phan Đình Tuấn, Hoàng Văn Sính, Đỗ Quý Sơn, Lê Thị Kim Dung, Ngô Văn Tuyến

(2011), “Nghiên cứu quá trình tách silic và các tạp chất trong công nghệ sản xuất oxit

zirconi kỹ thuật”, Báo cáo hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân lần thứ IV

16 Quách Đức Tín, Nguyễn Thị Xuân, Phạm Thị Nhung Lý, Nguyễn Thị Thủy, Mai

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	385,29 KB