Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano bifeo3 trên nền than hoạt tính để xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước

Nội dung thực hiện: - Tổng hợp vật liệu nano BiFeO3 và phân tán trên nền than hoạt tính bằng phương pháp đồng kết tủa - Khảo sát thành phần và cấu trúc của vật liệu bằng phổ EDX và ảnh

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO BiFeO 3 TRÊN NỀN THAN HOẠT TÍNH ĐỂ XỬ LÝ PHẨM MÀU HỮU CƠ TRONG NƯỚC

NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 306

Giáo viên hướng dẫn : Ths Lê Khánh Toàn

Ths Đặng Thế Anh Sinh viên thực hiện : Lê Thị Tươi

Mã sinh viên : 1453060696 Lớp : K59B - KHMT Khóa học : 2014- 2018

Hà Nội, 2018

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Khánh Toàn và ThS.Đặng Thế Anh, những người thầy đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm trong suốt thời gian em thực hiện và hoàn thành Khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ và các Thầy, Cô giáo trung tâm phân tích môi trường và ứng dụng công nghệ địa không gian, trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ em về kiến thức và hỗ trợ thiết bị thực nghiệm có liên quan tới Khóa luận

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình, đồng nghiệp

và bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập

và nghiên cứu

Tác giả khóa luận

Lê Thị Tươi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano BiFeO 3 trên nền than hoạt tính để xử lí phẩm màu hữu cơ có trong nước”

2 Sinh viên thực hiện: Lê Thị Tươi

3 Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Khánh Toàn, Th.s Đặng Thế Anh

4 Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu tổng quát:

- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính để xử

lí phẩm màu hữu cơ có trong nước

Mục tiêu cụ thể:

- Nghiên cứu được thành phần và cấu trúc của vật liệu

- Đánh giá khả năng xử lí của vật liệu

- Đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính

5 Nội dung thực hiện:

- Tổng hợp vật liệu nano BiFeO3 và phân tán trên nền than hoạt tính bằng phương pháp đồng kết tủa

- Khảo sát thành phần và cấu trúc của vật liệu bằng phổ EDX và ảnh SEM

- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu phẩm màu RY160 trong các điều kiện hấp phụ khác nhau: nhiệt độ, lượng vật liệu, thời gian, pH

- Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu

6 Những kết quả đạt được:

Qua nghiên cứu đề tài đạt được những kết quả sau:

- Đã tổng hợp được vật liệu BiFeO3 trên nền than hoạt tính có kích thước nano, khả năng hấp phụ cao bằng phương pháp đồng kết tủa

- Điều kiện pH tối ưu nhất cho quá trình hấp phụ là pH=7

- Ion vô cơ Cl- làm tăng hiệu quả xử lý của vật liệu

- Nhiệt độ thích hợp cho quá trình hấp phụ là 30oC

- Ánh sáng không ảnh hưởng quá nhiều tới hiệu quả xử lý của vật liệu

- Điều kiện phù hợp để tiến hành: khối lượng vật liệu là 1,5g/l, pH =7; nhiệt độ 30oC đối với mẫu phẩm màu Reactive Yellow 160 có nồng độ 50mg/l

Các kết quả thu được mở ra triển vọng áp dụng công nghệ tổng hợp vật liệu nano để xử lý phẩm màu hữa cơ khó phân hủy trong nước

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về ngành dệt nhuộm 3

1.1.1 Thuốc nhuộm 3

1.1.2 Nước thải dệt nhuộm 5

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 8

1.2.1 Phương pháp hóa học 8

1.2.2 Phương pháp sinh học 11

1.2.3 Các phương pháp hóa lý 12

1.3 Tổng quan vật liệu nano 16

1.3.1 Sơ lược về vật liệu nano 16

1.3.2 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano 17

CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM 19

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 19

2.2 Đối tượng nghiên cứu 19

2.2.1 Vật liệu BiFeO3 trên nền than hoạt tính 19

2.2.2 Phẩm màu 19

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.4 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ 20

2.4.1 Hóa chất 20

2.4.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 20

2.5 Quy trình thực nghiệm 22

2.5.1 Tổng hợp vật liệu 22

2.5.2 Khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của vật liệu 23

2.5.3 Tái sử dụng vật liệu 25

2.6 Các phương pháp phân tích 25

2.6.1 Phương pháp xác định nồng độ RY 160 trong mẫu 25

2.6.2 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 27

2.6.3 Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 27

2.7 Phương pháp tính toán 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Xác định bước sóng hấp thụ đặc trưng của dung dịch phẩm nhuộm RY 160 29

3.2 Xây dựng đường chuẩn nồng độ của dung dịch phẩm nhuộm 29

3.3 Xác định đặc tính của vật liệu 30

3.3.1 Hình thái bề mặt 30

3.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 32

3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian 33

3.4.4 Ảnh hưởng của pH 34

3.4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ 35

3.4.6 Ảnh hưởng của hydropeoxit 36

3.4.7 Ảnh hưởng của ion vô cơ 37

3.5 Tái sử dụng 38

KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Kính hiển vi điện tử quét

UV-vis : Ultraviolet-visible spectroscopy Phổ tử ngoại khả kiến

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 10

Bảng 3 1 Thành phần các nguyên tố trong nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính 31

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp BiFeO3 trên nền than hoạt tính 22

Hình 2.2 Quy trình khảo sát khả năng xử lý phẩm màu của BiFeO3 trên nền than hoạt tính 24

Hình 3.1 Tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm RY 160 tại bước sóng 422nm 29

Hình 3.2 Ảnh SEM của vật liệu nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính 30

Hình 3.3 Phổ EDX của nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính 31

Hình 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu tới hiệu suất xử lý 32

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian khuấy tới hiệu suất xử lý 33

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ phẩm màu tới hiệu quả xử lý 34

Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý 35

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất xử lý 36

Hình 3.9 Ảnh hưởng của H2O2 tới hiệu suất xử lý 37

Hình 3.10 Ảnh hưởng của ion vô cơ tới hiệu suất xử lý 38

Hình 3.11 Tái sử dụng vật liệu 39

MỞ ĐẦU

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa góp phần nâng cao cuộc sống vật chất tinh thần của con người nhưng cũng tác động đến toàn bộ môi trường tự nhiên của hành tinh chúng ta Việc phát triển quá nhanh sẽ dẫn đến hệ lụy là cạn kiệt các nguồn tài nguyên, giảm sút chất lượng môi trường sống và ảnh hưởng đến cuộc sống, sức khỏe con người và cả hệ sinh thái Môi trường chất lượng nước được xem là nguồn sống đang bị tác đông mạnh mẽ do sự phát triển kinh tế

không bền vững, đặc biệt do các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra

Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của Việt Nam Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta Hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đã có hệ thống xử lý nước thải tuy nhiên nước thải sau khi xử lý thì độ màu vẫn chưa đạt QCVN 13: 2008/BTNMT loại A dưới 50 Pt-Co đối với nhà máy xây dựng cũ và dưới 20 Pt-Co đối với nhà máy mới Nguyên nhân do trong thành phần thuốc nhuộm chứa một số hợp chất hữu cơ bền khó phân hủy sinh học POPs nên hiệu quả xử lý không triệt để

Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa phầm nhuộm hữu cơ khó phân hủy

là một vấn đề rất quan trọng nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và môi trường sinh thái Trong những năm gần đây, đã

có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm xử

lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoá học, phương pháp điện hoá

Hấp phụ là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và hiệu quả

để khử màu nhuộm Nhiều loại chất hấp phụ khác nhau được biết đến trong ứng

dụng này như than hoạt tính, zeolit, tro than, chitin và chitosan, v.v Một trong

số chất hấp phụ được dùng nhiều nhất là than hoạt tính bởi nó có dung lượng hấp phụ chất hữu cơ cao

ật thể ở kích thước nano có những tính chất không thể tin được.các kim loại được xem như trơ nhất trong các kim loại lại có những tính chất không thể ngh đến, đặc biệt khi phân bố trên các chất mang là oxit kim loại Khi đạt đến kích cỡ nano,các kim loại chuyển tiếp có khả năng hoạt động rất mạnh Những hoạt tính ở kích cỡ thông thường kim loại không thể hiện, như khả năng diệt khuẩn, xúc tác ở nhiệt độ thường

Từ quan điểm này chúng ta hướng tới đề tài “nghiên cứu tổng hợp vật

liệu nano BiFeO 3 trên nền than hoạt tính để xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm.”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ngành dệt nhuộm

1.1.1 Thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử không cố định như: >C =

C C = N -, -N = N -, -NO2 …

Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, -COOH, - SO3H, -OH…đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử

 Khái quát về một số loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng Có 2 cách phân biệt thuốc nhuộm cơ bản:

- Theo cấu tạo hóa học: Thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm polymetyn, thuốc nhuộm inđigoit, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm arylmetan

- Theo cách thức sử dụng: thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm bazơ – cation

Để hiểu rõ hơn về thuốc nhuộm chúng tôi xin trình một vài loại thuốc nhuộm cơ bản:

 Thuốc nhuộm azo: trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azo (-N=N-).Và phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo là monaazo, có hai nhóm azo là diazo và có nhiều nhóm azo là tri và polyazo

Thuốc nhuộm azo được sản xuất nhiều, chiếm 50% tổng sản lượng thuộc nhuộm

 Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar – SO3Na Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo Thuốc nhuộm phân ly: Ar-SO3Na Ar-SO3- + Na+

(1.1)

 Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm màu bằng tananh Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng dễ tan trong nước, khi hòa tan phân ly thành cation là các ion mang màu, còn anion là các ion không mang màu Trong các màu 7 thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antriquinon (5%) và các loại khác

 Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên khi hòa tan vào nước thì phân ly thành các ion:

Ar-SO3Na Ar-SO3 - + Na+

 Các ion mang màu của thuốc nhuộm tích điện âm (Ar-SO3-) sẽ hấp phụ vào các tâm tích điện dương của vật liệu Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit Xét về cấu tạo hóa học có tới 79% là thuốc nhuộm azo, 10% antraquimon, 5% là triarylmetan và 6% là các loại khác

Chúng tôi giới thiệu về những loại thuốc nhuộm sử dụng trong bài báo cáo:

 Methylen Xanh

Công thức phân tử: C16H18N3ClS (M= 373,9g/mol)

Methylen xanh là chất được ứng dụng trong nhiều l nh vực khác nhau, nhất là trong sinh học và hóa học Tinh thể methylen xanh có màu xanh lá cây thẫm có ánh đồng đỏ hoặc bột nhỏ màu xanh lá cây thẫm Khó tan trong nước lạnh và rượu etylic, khi đun nóng thì tan dễ hơn Ở nhiệt độ phòng, nó tồn tại ở

dạng rắn không mùi, màu xanh đen, khi hòa tan vào nước hình thành dung dịch màu xanh lam, methylen xanh hấp thụ cực đại ở bước sóng 660nm Methylen xanh là một phẩm nhuộm mang màu trong đó cường độ màu tỷ lệ với nồng độ của chất này trong dung dịch Trong nghiên cứu này, methylen xanh được chọn như một hợp chất gây ô nhiễm nguồn nước để khảo sát khả năng quang hóa xúc tác chính

 Congo đỏ

Công thức phân tử: C32H22N6Na2O6S2 (M= 696,6g/mol)

Congo đỏ là thuốc nhuộm diazo Congo đỏ tan trong nước và tốt hơn trong các dung môi hữu cơ như ethanol… Thay đổi màu sắc theo pH, ở pH dưới

3 dung dịch congo đỏ có màu xanh và ở pH trên 5.2 dung dịch có màu đỏ Bước sóng hấp thu cực đại là 498nm

 Orange cam

Công thức phân tử: C16H10N2Na2O7S2 (M=452,3g/mol) Orange cam là thuốc nhuộm monoazo được sử dụng nhuộm vật liệu sinh học, giấy, gỗ… Bước sóng hấp thu cực đại là 482nm

1.1.2 Nước thải dệt nhuộm

1.1.2.1 Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm

Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do lượng kiềm lớn

Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều

kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm, vừa là thị hiếu của người tiêu dùng, nhưng cũng là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện

tử π linh động như >C=CC=N- , >C=O, -N=N- Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như - SO¬H, -COOH, -OH, NH2 , đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện

tử [3,7]

Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50

% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn

1.1.2.2 Thành phần, đặc điểm nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất Theo phân tích của các chuyên gia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó, lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOXAdsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nước thải cao từ 9 đến 12, do lượng kiềm trong nước thải lớn Trong số các chất ô nhiễm

có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc

biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần.[4]

Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao, và nồng độ chất ô nhiễm lớn

1.1.2.3 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm

Các loại phẩm nhuộm tổng hợp đã có từ lâu đời và ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm do có đặc điểm là dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng về màu sắc so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và môi trường sống Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đối với con người (được đặc trưng bằng chỉ số LD50) Các kiểm tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích với vật thử nghiệm (thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: không có loại thuốc nhuộm nào nằm trong nhóm gây ung thư cho người Các thuốc nhuộm azo được sử dụng nhiều nhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, chủ yếu là thuốc nhuộm benzidin, có tác hại gây ung thư Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản xuất loại 9 này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao Khi đi vào nguồn nước tự nhiên như sông, hồ… với một lượng rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxi và ánh sáng mặt trời, cản trở quá trình quang hợp, do đó làm giảm thiểu lượng oxi hòa tan trong nước, gây tác hại cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh, làm tác động xấu đến khả năng phân giải của vi

sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải Đối với cá và các loài thủy sinh, các kết quả thử nghiệm trên cá của hơn 3000 loại thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực độc cho thấy có khoảng 37 % loại thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, khoảng 2 % thuộc loại rất độc và cực độc, các nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực tiếp thuốc nhuộm hoạt tính bằng vi sinh rất thấp do đó thời gian tồn lưu dài trong môi trường.[1,3,4,6]

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

1.2.1 Phương pháp hóa học

1.2.1.1 Khử hóa học

Được ứng dụng trong trường hợp nước thải chứa các chất dễ bị khử Phương pháp khử hóa học hiệu quả với các thuốc nhuộm azo nhờ phân giải liên kết azo tạo thành các amin thơm không màu có khản năng phân giải vi sinh hiếu khí tốt hơn thuốc nhuộm gốc Khử hóa học trên cơ sở natri bohidrid, xúc tác bisunfit áp dụng với thuốc nhuộm tan trong nước như thuốc nhuộm trực tiếp, axit, hoạt tính chứa các nhóm azo hoặc các nhóm khử được và thuốc nhuộm phức đồng Quy trình này có thể khử màu trên 90% với các loại thuốc nhuộm kể trên

1.2.1.2 Oxi hóa

 Oxi hóa bằng tác nhân thông thường

Cơ sở của phương pháp này là dùng các chất oxi hóa mạnh để phá vỡ một phần hay toàn bộ phân tử thuốc nhuộm chuyển thành dạng đơn giản khác Các chất oxi hóa thường dùng gồm O3, H2O2, Cl2 Ozon là chất oxi hóa mạnh, được dùng để phá hủy các hợp chất hữu cơ đặc biệt là các hợp chất màu azo có mặt trong nước thải dệt nhuộm Ưu điểm của nó là dễ tan trong nước, tốc độ phản ứng nhanh, xử lý triệt để, không tạo bùn cặn, cải thiện phân giải vi sinh, giảm chỉ số COD của nước Ozon có thể sử dụng đơn lẻ hay kết hợp với hydroperoxit, tia tử ngoại, siêu âm, hấp phụ than hoạt tính để phá huỷ nhiều thuốc nhuộm Jamshid Behin và cộng sự đã nghiên cứu xử lý phẩm nhuộm Acid Brown 214, một thuốc nhuộm triazo điển hình bằng ozon thu được kết quả loại

bỏ màu hoàn toàn trong 30 phút, hay một nghiên cứu khác của Yongjun Shen và cộng sự đã cho thấy hiệu quả cao khi xử lý phẩm màu Reactive Red X-3B bằng ozon và ozon kết hợp sóng siêu âm, 99,2% phẩm nhuộm được phân hủy trong vòng 6 phút Hydroperoxit cũng là một chất oxi hóa mạnh, có khả năng oxi hóa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ Tuy nhiên nếu phản ứng oxi hóa chỉ bằng hydroperoxit không đủ hiệu quả để oxi hóa các chất màu có nồng độ lớn Sự kết hợp giữa H2O2 và FeSO4 tạo nên hiệu ứng Fenton , cho phép khoáng hóa rất nhiều hợp chất hữu cơ và nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau (hoạt tính, trực tiếp, bazơ, axit và phân tán), làm giảm chỉ số COD của nước Các chất chứa clo hoạt tính (NaClO, Cl2, …) có thể xử lý nhiều thuốc nhuộm khác nhau tương đối hiệu quả, tuy nhiên nó cũng có các hạn chế nhất định Các nghiên cứu của Qianyuan

Wu và cộng sự cho thấy khả năng loại bỏ phẩm màu Reactive Red 2 với hiệu suất và tốc độ lớn bằng clo đồng thời chiếu tia UV Tuy nhiên, các nghiên cứu của Hamada và cộng sự đã chỉ ra rằng việc xử lý các chất màu họ azo có thể được oxi hóa nhờ natri hypoclorơ (NaClO), nhưng sau khi phá hủy các hợp chất hữu cơ, các halogen dễ dàng hình thành các trihalogenmetan và gây ô nhiễm môi trường thứ cấp

 Oxi hóa tiên tiến

Quá trình oxi hóa tiên tiến là những quá trình phân hủy dựa vào gốc tự

do hoạt động hydroxyl OH• được tạo ra trong môi trường lỏng ngay trong quá trình xử lý Các gốc hydroxyl rất hoạt hóa và là tác nhân oxi hóa gần như mạnh nhất từ trước đến nay (Eo = +2,8V), chỉ đứng sau flo (Eo = +2,87 V)

Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

áp dụng của phương pháp với các nước thải không đồng nhất, chứa các hợp chất

ô nhiễm khác nhau Khả năng hoạt hóa nhanh phù hợp với thời gian sống ngắn

và nồng độ tức thời thấp của các gốc tự do hydroxyl Đặc biệt, phản ứng của gốc hydroxyl với các anken và các hợp chất thơm rất nhanh, hằng số tốc độ phản ứng trong khoảng 108-1010 mol-1

l.s-1 , do đó các gốc hydroxyl này cho phép khoáng hóa các chất hữu cơ ô nhiễm, khó phân hủy sinh học trong thời gian từ vài phút đến vài giờ Các gốc hydroxyl có thể được hình thành bằng các phương pháp khác nhau.[2]

Hiệu quả của quá trình xử lý các chất ô nhiễm phụ thuộc vào rất nhiều thông số như nồng độ tác nhân oxi hóa, cường độ ánh sáng UV, pH, nhiệt độ… cũng như thành phần của môi trường cần xử lý Ngoài ra, hiệu quả của quá trình

oxi hóa có thể bị ảnh hưởng do sự tiêu thụ gốc hydroxyl của các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ có mặt trong môi trường Hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc hydroxyl với cacbonat và bicacbonat lần lượt là 1,5.107 và 4,2.108 mol-1 .l.s-1 Các quá trình oxi hóa tiên tiến được phân loại dựa vào trạng thái pha (đồng thể hoặc dị thể) hoặc dựa vào phương pháp tạo gốc hydroxyl (phương pháp hóa học, quang hóa, điện hóa…) Nhìn chung các phản ứng của các quá trình oxi hóa tiên tiến tương tự nhau, tuy nhiên hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế của quá trình phụ thuộc vào phương pháp hình thành gốc OH• và các điều kiện vận hành của

hệ thống

1.2.1.3 Phương pháp điện hóa

Phương pháp này dựa trên cơ sở quá trình oxi hóa/ khử xảy ra trên các điện cực Ở anot, nước và các ion clorua bị oxi hóa dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2 và các gốc là tác nhân oxi hóa các chất hữu cơ trong dung dịch Quá trình khử điện hóa các hợp chất hữu cơ như thuốc nhuộm, ở catot, kết hợp với phản ứng oxi hóa điện hóa và quá trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất

xử lý màu và khoáng hóa cao Phương pháp điện hóa với điện cực nhôm hoặc sắt là công nghệ xử lý hiệu quả độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý các loại nước thải từ xưởng nhuộm chứa nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau có khả năng đạt tới 90% Đây là phương pháp được chứng minh hiệu quả đối với việc xử lý độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng của nước thải dệt nhuộm Tuy nhiên phương pháp điện hóa có giá thành cao do tiêu tốn năng lượng và kim loại làm điện cực.[2]

1.2.2 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải Phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt

độ, chủng vi sinh thích hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh Tuy nhiên nước thải xưởng nhuộm chứa thuốc nhuộm rất bền vi sinh hầu như không

bị phân hủy sinh học Vì vậy để xử lý nước thải dệt nhuộm cần qua hai bước: tiền xử lý chất hữu cơ khó phân giải sinh học chuyển chúng thành những chất có thể phân hủy sinh học, tiếp theo là dùng phương pháp vi sinh Xử lý sinh học có thể là xử lý vi sinh hiếu khí hoặc yếm khí tùy thuộc vào sự có mặt hay không có mặt oxi Quá trình yếm khí xảy ra sự khử còn quá trình hiếu khí xảy ra sự oxi hóa các chất hữu cơ Quá trình yếm khí có thể chạy với tải lượng hữu cơ lớn, loại bỏ một lượng lớn các chất hữu cơ đồng thời tạo ra khí sinh học, tiêu tốn ít năng lượng Lượng bùn thải của quá trình yếm khí rất thấp Tuy nhiên, hiệu quả khử màu của quá trình này không cao (đối với thuốc nhuộm axit là 80 – 90 %, thuốc nhuộm trực tiếp là 81 %) Ngược lại, quá trình hiếu khí có hiệu suất cao trên 85 % nhưng nó lại tiêu tốn năng lượng cho sục khí và tạo lượng bùn thải lớn

1.2.3 Các phương pháp hóa lý

1.2.3.1 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng để phân hủy các chất hữu cơ không hoặc khó phân hủy sinh học Trong công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm, thường dùng chúng để khử màu nước thải dệt nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính Cơ sở của quá trình là sự hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ), sau đó giải hấp để tái sinh chất hấp phụ Các chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, magie cacbonat Trong số đó, than hoạt tính hấp phụ hiệu quả nhất là do có bề mặt riêng lớn 400 - 1500 m2 /g Ngoài ra người ta còn dùng xenlulo biến tính và lignoxenlulo để hấp phụ thuốc nhuộm axit và thuốc nhuộm cation Các vật liệu thiên nhiên như lõi ngô, mạt cưa, thân cây mía, trấu,… cũng được thử nghiệm khả năng hấp phụ thuốc nhuộm

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc áp dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả

Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ

• Thực hiện quá trình hấp phụ;

• Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong) Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ

Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ là:

- Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ: diện tích lớn bao hàm một khả năng hấp phụ cao hơn

- Kích thước hạt của vật liệu hấp phụ: kích thước hạt nhỏ hơn làm giảm

sự khuếch tán nội bộ và truyền khối hạn chế để sự xâm nhập của các chất bị hấp phụ bên trong vật liệu hấp phụ (ví dụ, trạng thái cân bằng được dễ dàng đạt được

và khả năng hấp phụ gần như đầy đủ có thể đạt được) Ngoài ra bột vật liệu hấp phụ phải được tuân thủ bằng cách loại bỏ

- Thời gian tiếp xúc và thời gian lưu: thời gian càng lâu hiệu quả càng cao tuy nhiên các thiết bị sẽ lớn hơn

- Độ tan của chất tan ( chất bị hấp phụ) trong chất lỏng (nước thải):chất ít tan trong nước sẽ được dễ dàng tách ra khỏi nước hơn so với các chất có khả năng hòa tan cao Ngoài ra, các chất không phân cực sẽ được loại bỏ dễ dàng hơn chất phân cực kể từ sau có ái lực lớn hơn cho nước

- Tính chất hóa học của chất bị hấp phụ:

+ Các chất kị nước sẽ hấp phụ tốt hơn sơ với những chất ưa nước, các chất không phân ly bị hấp phụ như nhau với bất kỳ giá trị nào của pH trong môi trường

+ Nói chung đa số các chất bẩn khi hấp phụ có thể xác định được giá trị

pH tối ưu

+ Nếu không tạo được điều kiện tối ưu cho từng loại chất hữu cơ phân

ly trong nước thì sẽ tốn nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà hiệu quả sẽ không đạt được như mong muốn

- Mối quan hệ của các chất tan trong vật liệu hấp phụ (carbon):bề mặt của than hoạt tính chỉ là hơi phân cực Do đó các chất không phân cực sẽ dễ dàng chọn carbon hơn so với những chất phân cực (nước phân cực)

- Số lượng của các nguyên tử carbon: đối lượng lớn các nguyên tử cacbon liên kết với độ phân cực thấp và đó một tiềm năng lớn để được hấp phụ (ví dụ, mức độ hấp thụ tăng trong chuỗi formic, axit propionic acetic-butyric)

- Kích thước của các phân tử liên quan đến kích thước của các lỗ rỗng:các phân tử lớn có thể quá lớn để vào lỗ rỗng Điều này có thể làm khả năng giảm hấp phụ

- Mức độ ion hóa của phân tử chất bị hấp phụ: các phân tử bị ion hóa được hấp thụ ở một mức độ nhỏ hơn so với các phân tử trung tính

- pH: mức độ ion hóa bị ảnh hưởng bởi pH (các hợp chất có tính axit là loại bỏ tốt hơn ở pH thấp hơn)

- Đối với tích hợp hấp phụ và quá trình lọc: than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định Sau khi lọc được mộtkhối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất (chỉ những hãng uy tín mới chỉ định theo tiêu chí này), than sẽ không còn khả năng hấp thụ nữa.[2,5]

Ứng dụng của quá trình hấp phụ

• Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính;

• Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân;

• Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ;

1.2.3.2 Phương pháp keo tụ

Hiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong một thời gian đủ ngắn Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O

(n=14÷18), muối sắt Fe2(SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n=1÷6) được coi là những chất keo tụ cổ điển, trong đó phèn nhôm là chất keo tụ phổ biến nhất tại Việt Nam, trong khi đó muối sắt lại là chất keo tụ phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển do khoảng pH keo tụ tối ưu rộng hơn (5 ÷ 9), bông cặn nặng, bền hơn và dư lượng sắt trong nước thấp hơn so với dùng phèn nhôm (pH keo tụ 5,5 ÷ 7) Polime nhôm (PAC): khi hòa tan PAC tạo các hạt polime Al13 (thực chất là Al13O4(OH)247+) có điện tích vượt trội (7+ ) và kích thước lớn gây keo tụ mạnh, bông cặn lớn và thủy phân chậm nên tăng tác dụng củ a chúng lên các hạt keo cần xử lý Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm chứa các thuốc nhuộm phân tán và không tan Đây là phương pháp khả thi về mặt kinh thế tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp; thuốc nhuộm hoàn nguyên keo tụ tốt nhưng không kết lắng dễ dàng, bông cặn chất lượng thấp; thuốc nhuộm hoạt tính rất khó xử lý bằng các tác nhân keo tụ thông thường và còn ít được nghiên cứu Bên cạnh đó phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước

1.2.3.3 Phương pháp vật lý ( lọc)

Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho nước đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nước đi qua Các kỹ thuật lọc thông thường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng

Các kỹ thuật lọc màng, có thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước thải dệt nhuộm gồm có vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược Điểm khác biệt giữa

ba kỹ thuật trên là kích thước hạt mà chúng có thể lọc được Quá trình vi lọc có đường kính lỗ màng từ 0,1 ÷ 10 µm, siêu lọc có kích thước lỗ màng trong khoảng 2 ÷ 100nm, còn trong thẩm thấu ngược lỗ màng có kích thức từ 0,5 ÷ 2

nm Siêu lọc có thể lọc được các phần tử ở kích cỡ nano, cùng với các hiệu ứng hấp phụ, tạo màng thứ cấp, siêu lọc cho phép lọc các phân tử Trong phương

pháp thẩm thấu ngược, màng chỉ cho phép nước đi qua trong khi muối, axit và các phân tử hữu cơ không đi qua do đặt vào dung dịch nước thải cần xử lý một

áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch đó Trong các kỹ thuật màng thì

kỹ thuật siêu lọc có thể loại bỏ các chất tan với khối lượng phân tử lớn cỡ 1000

÷ 100.000 g/mol Tuy nhiên nó không lọc được các loại thuốc nhuộm tan và có phân tử lượng thấp, kích thước nhỏ Việc loại bỏ các loại thuốc nhuộm này được thực hiện bằng phương pháp lọc nano và thẩm thấu ngược Lọc nano đã được chứng minh là có thể tách thuốc nhuộm hoạt tính có khối lượng phân tử khoảng

400 g/mol ra khỏi nước thải

Tuy với những ưu điểm trên nhưng giá thành của màng, thiết bị lọc cao

và năng suất giảm dần do thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn màng lọc

1.3 Tổng quan vật liệu nano

1.3.1 Sơ lược về vật liệu nano

ật thể ở kích thước nano có những tính chất không thể tin được.các kim loại được xem như trơ nhất trong các kim loại lại có những tính chất không thể ngh đến, đặc biệt khi phân bố trên các chất mang là oxit kim loại Khi đạt đến kích cỡ nano,các kim loại chuyển tiếp có khả năng hoạt động rất mạnh Những hoạt tính ở kích cỡ thông thường kim loại không thể hiện, như khả năng diệt khuẩn, xúc tác ở nhiệt độ thường hay nhiệt độ âm

ật liệu nano lai cơ kim không chỉ đại diện cho sự thay thế đầy sáng tạo trong thiết kế vật liệu và các hợp chất mới trong nghiên cứu hàn lâm mà còn cho phép triển khai một cuộc cách mạng ứng dụng công nghiệp Ngày nay, hầu hết các vật liệu lai đang có mặt trong thị trường là được tổng hợp và xử lý dựa trên

kỹ thuật của hóa học trong thập niên 80 của thế kỷ 20

c) Chức hoá hữu cơ lên độn nano, nano clay, hoặc các hợp chất có cấu

trúc tấm

Những thế hệ mới các vật liệu nano này phát triển liên tục thông qua các nghiên cứu hàn lâm đã và đang là những quả ngọt cho các ứng dụng đầy lợi nhuận trong các l nh vực quang học, điện tử, truyền dẫn ion thể rắn, cơ khí, năng lượng, môi trường, sinh học, y học Các ứng dụng cụ thể có thể thấy như màng lọc, thiết bị tách, màng phủ thông minh, pin nhiên liệu, tế bào mặt trời, chất xúc tác, cảm biến,v.v…

1.3.2 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Trong những năm qua, việc tổng hợp các hạt nano có kích thước từ 1 đến

100 nm đã phát triển mạnh trên cả l nh vực nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng Những tính chất điện, quang, từ và cả tính chất hóa học đặc biệt của chúng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt nanomet Có hai hướng tiếp cận để tổng hợp vật liệu nano: hướng tiếp cận từ trên xuống và từ dưới lên Hướng tiếp cận từ trên xuống sử dụng các phương pháp vật lí, còn hướng tiếp cận từ dưới lên thường được thực hiện bằng con đường hoá học

Ưu điểm của các phương pháp vật lí là tổng hợp được lượng lớn các hạt nano, nhưng sự đồng đều kích thước hạt không cao do khó điểu khiển được kích thước hạt Một nhóm các phương pháp sol-khí (aerosol) vật lý được đưa ra để tổng hợp các hạt vật liệu oxit kích thước nanomet Nhóm phương pháp này bao gồm công nghệ ngưng tụ từ pha hơi, phương pháp phun nung, lắng đọng hóa nhiệt của tiền chất kim loại-hữu cơ trong các buồng phản ứng ngọn lửa và các quá trình aerosol khác được đặt tên theo các nguồn năng lượng được sử dụng để cung cấp nhiệt độ cao trong sự biến đổi khí-hạt

Ngược lại, các phương pháp hoá học đi từ các hợp chất trong pha lỏng cũng đã thu hút nhiều nhà khoa học do khả năng có thể điều khiển được kích thước hạt, thu được các hạt nano đồng đều Ngoài ra, các hạt nano có hình dạng

đa dạng như nano dạng hạt, dạng thanh, dạng sợi, dạng đ a … có thể được tổng hợp từ các điều kiện phản ứng rất khác nhau (như sử dụng những hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt khác nhau…) Các phương pháp chế tạo vật liệu nói

chung và vật liệu nano nói riêng rất phong phú và đa dạng Mỗi cách tổng hợp đều có ưu hoặc nhược điểm khác nhau Tùy mục đích sử dụng loại vật liệu nano nào mà người ta có thể chọn cách tổng hợp thích hợp và có hiệu quả cao

Trong khuôn khổ bài khóa luận, ta đề cập đến một số phương pháp tổng hợp vật liệu bằng phương pháp hoá học điển hình Hiện nay, các phương pháp hóa học ta có thể tạo ra các hạt nano đồng nhất có kích thước và hình dạng đa dạng Sau đây là các phương pháp tiêu biểu:

- Phương pháp đồng kết tủa

- Phương pháp khử

- Phun nóng phân hủy nhiệt

- Quá trình sol-gel

- Phương pháp keo tụ trực tiếp trong dung môi sôi cao

ật liệu nano BiFeO3 trên nền than hoạt tính được tiến hành tổng hợp thực nghiệm dựa trên phương pháp đồng kết tủa

Phương pháp đồng kết tủa

Đây là một trong những phương pháp đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó có thể điều chế được vật liệu mong muốn ở điều kiện nhiệt độ nung thấp Một điều quan trọng là trong điều kiện nghiêm ngặt kết tủa sẽ có thành phần mong muốn Một số hoá chất làm môi trường cho quá trình kết tủa như: Na2CO3, NaOH, NH3…

Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm sau:

- Cho sản phẩm tinh khiết

- Tính đồng nhất của sản phẩm cao

- Thay đổi các tính chất của vật liệu thông qua việc điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân, sự kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩm cuối cùng

ật liệu tổng hợp được bằng phương pháp này cho kích nhỏ, đồng đều, các tiền chất để tổng hợp đơn giản dễ tìm Tuy nhiên, để tổng hợp vật liệu nào

đó, không phải lúc nào cũng lựa chọn được các tiền chất thích hợp