Nghiên cứu điều chế nano Fe/Cu và sử dụng để xử lý nitrat trong nước ngầm

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

-------------------------

Ơ

N

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

H

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHỆP Họ và tên:

HUỲNH THỊ LY NA

2.

Lớp:

13CHP

3.

Tên đề tài:

“Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và ứng

TP

.Q

U Y

N

1.

Hóa chất, dụng cụ, thiết bị

Đ

4.

ẠO

dụng để xử lý nitrat trong nước”

Tinh thể KNO3

-

-

Tinh thể FeSO4.7H2O

-

Tinh thể CuSO4.5H2O

-

NaBH4 rắn.

Cồn tuyệt đối

-

H2SO4 đặc

-

NaOH rắn.

TR ẦN

-

Máy khuấy từ

-

Cân phân tích (Độ chính xác đến 0.001g)

-

Tủ sấy

-

Máy ly tâm

-

Máy đo pH SensION+ PH31, HACH Máy chụp nhiễu xạ tia X (XRD)

-

A Ó H

Í-

-L

TO

Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Lambda – 25

Các dụng cụ thủy tinh (cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức, pipet…)

D

IỄ N

Đ

ÀN

-

10 00

-

ÁN

B

4.2 Dụng cụ, thiết bị

Hồ tinh bột

N

-

H Ư

G

4.1 Hóa chất

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

5.

Nội dung nghiên cứu

-

Nghiên cứu điều chế vật liệu Nano lưỡng kim Fe/Cu và các đặc trưng của sản

phẩm điều chế.

N

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nitrat của Nano lưỡng kim

Ơ

-

N

Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu đến hiệu suất xử lý nitrat

U Y

-

H

Fe/Cu.

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy (thời gian phản ứng) đến hiệu suất

TP

-

.Q

của Nano lưỡng kim Fe/Cu.

Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng vật liệu nano đến hiệu suất xử lý nitrat

Đ

-

ẠO

xử lý nitrat của Nano lưỡng kim Fe/Cu

G

của Nano lưỡng kim Fe/Cu. Xử lý số liệu, tính toán và nhận xét.

6.

Giảng viên hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Vững

7.

Ngày giao đề tài: Ngày 1 tháng 9 năm 2016

8.

Ngày hoàn thành: Ngày 3 tháng 4 năm 2017

10 00

Chủ nhiệm khoa

B

TR ẦN

H Ư

N

-

(Kí và ghi rõ họ tên)

-L

Í-

H

Ó

A

(Kí và ghi rõ họ tên)

Giảng viên hướng dẫn

ÁN

PGS.TS Lê Tự Hải

TS. Bùi Xuân Vững tháng năm 2017.

Kết quả điểm đánh giá:

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Ngày

tháng năm 2017

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Kí và ghi rõ họ tên)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành tại phòng thí nghiệm khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng.

Ơ

N

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Bùi Xuân Vững đã

N

H

tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện

U Y

đề tài và viết luận văn.

.Q

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại khoa Hoá

TP

Học, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi

ẠO

điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn này.

Đ

Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ trong

G

suốt quá trình thực hiện luận văn.

H Ư

N

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Huỳnh Thị Ly Na

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 4 năm 2017

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC

Ơ

1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1

N

PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................1

H

2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ............................................................................1

N

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2

U Y

3.1. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................2

.Q

3.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................2

TP

4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2

ẠO

4.1. Nghiên cứu lý thuyết ............................................................................................2

Đ

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................................2

G

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................3

H Ư

N

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................4 1.1. Tổng quan về nitrat ..............................................................................................4

TR ẦN

1.1.1. Tính chất hóa lý của Nitrat [4] ..........................................................................4 1.1.2. Nguồn gây ô nhiễm Nitrat trong nước ngầm [11].............................................5 1.1.3. Ảnh hưởng độc hại của Nitrat đối với con người và sinh vật [4] .....................6

10 00

B

1.1.4. Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Nitrat [1] .........................................7 1.1.4.1. Phương pháp sử dụng hạt nhựa trao đổi ion .............................................7

A

1.1.4.2. Phương pháp khử sinh học .........................................................................8

H

Ó

1.1.4.3. Phương pháp điện phân .............................................................................8

Í-

1.1.4.4. Phương pháp thẩm thấu ngược ..................................................................8

-L

1.1.5. Một số phương pháp xác định hàm lượng Nitrat trong phòng thí nghiệm .......8

ÁN

1.1.5.1. Phương pháp phân tích thể tích .................................................................8

TO

1.1.5.2. Phương pháp trắc quang [nnj]...................................................................9 1.2. Tổng quan về vật liệu nano ................................................................................11

D

IỄ N

Đ

ÀN

1.2.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano ...................................................................11 1.2.1.1. Khái niệm vật liệu nano ............................................................................11 1.2.1.2. Phân loại vật liệu nano ............................................................................11 1.2.1.3. Tính chất vật liệu nano [5] .......................................................................12 1.2.1.4. Phương pháp chế tạo vật liệu nano ..........................................................13 1.2.1.5. Một số ứng dụng của vật liệu nano ..........................................................15 1.2.2. Giới thiệu về vật liệu chứa nano sắt và nano lưỡng kim .................................18

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1.2.2.1. Tính chất của hạt sắt nano [2] .................................................................18 1.2.2.2. Tính chất của hạt nano lưỡng kim Fe-Cu ................................................20 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .............................................................................22

H

Ơ

2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................22

N

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................22

N

2.2.1. Điều chế Nano lưỡng kim Fe/Cu ....................................................................23

U Y

2.2.2. Phương pháp xác định Nitrat trong phòng thí nghiệm ....................................24

.Q

2.2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp ...................................................................24

TP

2.2.1.2. Dụng cụ và hóa chất .................................................................................24

ẠO

2.2.1.3. Cách tiến hành ..........................................................................................25

Đ

2.2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Nitrat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu ..................................................................................................................26

H Ư

N

G

2.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu ..........................................................................................26

TR ẦN

2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu. ......................................................................26 2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu. .........................................................26

10 00

B

2.2.4. Tính toán .........................................................................................................27 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................................28

A

3.1. Kết quả nghiên cứu phỗ nhiễu xạ tia X của Nano lưỡng kim Fe/Cu .................28

H

Ó

3.2. Kết quả đồ thị đường chuẩn NO3- xác định bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử axit fenoldisunfonic ..................................................................................29

-L

Í-

3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của nano lưỡng kim với nước bị ô nhiễm nitrat nhân tạo .....................................................................................................................30

TO

ÁN

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu ..............................................................................................30

D

IỄ N

Đ

ÀN

3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu .....................................................................................32 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu. ................................................................33 KẾT LUẬN ...............................................................................................................35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................36

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Giới hạn cho phép hàm lượng nitrat trong nước ................................................... 7 Bảng 1. 2 Các chất và hợp chất có thể xử lý bằng Fe0 nano ................................................ 17

Ơ

N

Bảng 3. 1 Các thông số kích thước hạt………………………………………………….. 28

H

Bảng 3. 2 Kết quả đo độ hấp thụ của dãy chuẩn .................................................................. 29

U Y

N

Bảng 3. 3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat .... 31

.Q

Bảng 3. 4 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat......... 32

TP

Bảng 3. 5 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ Nitrat ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

ẠO

Nitrat .................................................................................................................................... 33

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1 Ứng dụng của sắt nano trong môi trường ............................................................ 15

Ơ

nano. ..................................................................................................................................... 19

N

Hình 1. 2 Mô hình cấu tạo hạt Sắt nano và các phản ứng khử xảy ra trên bề mặt của hạt Fe0

N

H

Hình 1. 3 Mô hình khái niệm của sự suy giảm nitrat bằng nano Fe/Cu [13]....................... 21

U Y

Hình 3. 1 Phổ nhiễu xạ tia X của nano lưỡng kim Fe/Cu .................................................... 28

.Q

Hình 3. 2 Kết quả quét tìm bước sóng tối ưu ....................................................................... 29

TP

Hình 3. 3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ của dãy chuẩn NO3-. 30

ẠO

Hình 3. 4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat .............................. 31

Đ

Hình 3. 5 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat .................... 33

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Hình 3. 6 Ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat . 34

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Nhiễu xạ tia X (X-raydiffraction)

UV

Ultra Violet (Tia tử ngoại/Tia cực tím)

VIS

Visibility spectrum (Ánh sáng khả kiến)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

XRD

N

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài

N

Nitrat là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật, tuy nhiên, quá nhiều nitrat

H

Ơ

trong nước sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng làm rong rêu phát triển quá mức, giảm

U Y

N

hàm lượng oxy tan trong nước, phá hủy hệ động vật thủy sinh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe môi trường và chất lượng nước mặt. Nitrat cũng là nguyên nhân

TP

.Q

của bệnh methemoglobin, hết sức có hại cho trẻ em và các bà mẹ đang nuôi con nhỏ [6]. Có rất nhiều phương pháp xử lý nước ô nhiễm nitrat như phương pháp thẩm thấu

ẠO

ngược, trao đổi anion, hấp phụ, xử lý sinh học…,Một trong những hướng nghiên cứu

G

Đ

mới hiện nay đang được rất nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm

N

đó là công nghệ sử dụng sắt nano (nano Feo) để xử lý nitrat.

H Ư

Ưu điểm của hạt nano sắt hoá trị không (nano Feo) trong xử lý nitrat là do kích thước

TR ẦN

hạt nhỏ nên diện tích bề mặt riêng lớn hơn và độ phản ứng bề mặt cao hơn. Ngoài ra, những hạt này không độc hại, có ở mọi nơi, không tốn kém và có thể được tiêm vào

B

vùng nước ngầm bị ô nhiễm. Tuy nhiên, kích thước nano Feo có thể mất khả năng

10 00

phản ứng của nó do quá trình oxy hóa bởi oxy trong không khí, đó là hạn chế trong xử lý. Để khắc khục tình trạng này, phủ lớp kim loại Cu trên các hạt nano Feo, tạo

Ó

A

thành hạt nano lưỡng kim Fe/Cu tăng tỷ lệ giảm nitrat trong dung dịch nước và giảm

Í-

H

sự tập hợp và kết tụ của các hạt nano khi tiêm vào vùng nước ô nhiễm. [8]

-L

Từ những lí do trên, tôi tiến hành đề tài :” Nghiên cứu điều chế nano Fe/Cu và sử

ÁN

dụng để xử lý nitrat trong nước ngầm”.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ❖ Xây dựng quy trình điều chế nano Fe/Cu ❖ Nghiên cứu quá trình phân hủy nitrat với tác nhân nano Fe/Cu ❖ Tìm ra các thông số tối ưu để quá trình phân hủy nitrat đạt hiệu quả cao nhất bởi tác nhân nano Fe/Cu.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 1

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Đóng góp thêm những thông tin, tư liệu và thực trạng của nitrat trong nước ngầm hiện nay để nghiên cứu hướng giải quyết hợp lý.

Ơ

N

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

N

H

3.1. Đối tượng nghiên cứu

U Y

Vật liệu sắt nano và nano lưỡng kim được điều chế trong phòng thí nghiệm

TP

.Q

khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng

ẠO

Tiến hành khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng trên mẫu giả chứa nitrat.

Đ

3.2. Phạm vi nghiên cứu

N

G

❖ Nước ngầm có thành phần phức tạp, ở phạm vi đề tài này chỉ tập trung xử lý

H Ư

nitrat.

10 00

4. Phương pháp nghiên cứu

B

pH, nồng độ nitrat ban đầu.

TR ẦN

❖ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình với các thông số như thời gian,

A

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

H

Ó

❖ Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.

-L

Í-

❖ Nghiên cứu tính chất và tác hại của nitrat trong nước.

ÁN

❖ Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp.

❖ Xác định thành phần nguyên tố trong nano tạo thành bằng phương pháp XRD. ❖ Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết quả thu được, tính được dung lượng hấp phụ cực đại.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

❖ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình với các thông số như ảnh hưởng thời gian, ảnh hưởng pH, ảnh hưởng nồng độ nitrat ban đầu.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ❖ Nghiên cứu này giúp hiểu biết rõ hơn về phương pháp điều chế hạt nano lưỡng

N

kim Fe/Cu.

Ơ

❖ Nghiên cứu quá trình xử lý nitrat bằng nano Fe/Cu nhằm đưa đến một phương

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

án xử lý nitrat trong nước ngầm: đơn giản, hiệu quả cao.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về nitrat

Ơ

N

1.1.1. Tính chất hóa lý của Nitrat [4]

N

H

Trong muối Nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng 1200 và

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A0.

TR ẦN

Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi. Obitan 2p còn lại ở nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π

B

không định chỗ với nguyên tử oxi.

10 00

Muối Nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng hoa trong

A

chân không ở 380 – 500oC). Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy khi đun

H

Ó

nóng.

Í-

Nitrat là muối của axit kém bền HNO3. HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng của ánh

ÁN

-L

sáng, dung dịch có màu vàng. Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li hoàn toàn.

TO

Tất cả các muối Nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh. Trong dung dịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion. Ion NO3- không có màu, nên màu của một số

D

IỄ N

Đ

ÀN

muối Nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên.

Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3, ... hấp thụ hơi nước trong không khí nên dễ bị chảy rữa. Các muối Nitrat dễ bị phân hủy. Độ bền nhiệt của muối Nitrat phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 4

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Muối Nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,...) bị phân hủy thành muối Nitrit và oxi. Muối Nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng,... bị phân hủy thành oxit kim loại tương ứng, NO2 và O2. Muối Nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,... bị phân hủy

H

Ơ

N

thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2.

U Y

N

2 NaNO3 →2 NaNO2 + O2

.Q

2 Pb(NO3)2→ 2 PbO +4 NO2 + O2

ẠO

TP

Hg(NO3)2 → Hg +2NO2 + O2

Ở nhiệt độ cao, muối Nitrat phân hủy ra oxi nên chúng là các chất oxi hóa mạnh. Khi

N

G

Đ

cho than nóng đỏ vào muối kali Nitrat nóng chảy, than bùng cháy.

H Ư

Ion NO3- trong môi trường axit có khả năng oxi hoá như axit nitric.

TR ẦN

Trong môi trường trung tính muối Nitrat hầu như không có khả năng ôxi hóa, nhưng trong môi trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3.

10 00

B

4 Zn + NO3- + 7 OH- → 4 ZnO2- + NH3 + 2 H2O Do tính chất oxi hóa trong môi trường axit, Nitrat còn có khả năng tham gia nitro hóa

Ó

A

với một số chất hữu cơ như: axit sulfosalicilic, diphenylamin, antipyrin. Khi chuyển

H

về môi trường kiềm sản phẩm của quá trình nitro hóa sẽ có màu. Đây là cơ sở cho

-L

Í-

phản ứng định lượng Nitrat bằng phương pháp trắc quang.

ÁN

1.1.2. Nguồn gây ô nhiễm Nitrat trong nước ngầm [11]

ÀN

TO

❖ Nguồn gốc tự nhiên

D

IỄ N

Đ

Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng: các hiện tượng xói mòn, xâm thực, hiện tượng sét trong tự nhiên, v.v xảy ra giải phóng các hợp chất của nitơ dẫn tới quá trình nitrat hóa. Tuy nhiên, trong môi trường tự nhiên, các hợp chất này có khả năng được đồng hóa và đưa về trạng thái cân bằng.

Nitrat tự nhiên trong nước ngầm có nồng độ rất thấp (thường ít hơn 10 mg/l NO3) SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 5

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

❖

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Nguồn gốc nhân tạo

- Trồng trọt ở các khu vực có lớp đất tương đối mỏng, hoặc có khả năng lưu trữ chất

Ơ

N

dinh dưỡng kém, hoặc có sự thay đổi về sử dụng đất;

H

- Trồng trọt các cây trồng đòi hỏi liều lượng bón phân cao, làm cho đất trơ ra trong

U Y

N

thời gian dài (ngô, thuốc lá và rau);

TP

.Q

- Hệ thống thoát nước phân bón;

ẠO

- Thâm canh luân canh nông nghiệp liên quan đến việc cày xới thường xuyên và các

Đ

vùng đất trống trọc trong mùa đông;

N

G

- Phân bón hữu cơ từ quá trình chăn nuôi;

TR ẦN

H Ư

- Gia tăng quá trình đô thị hóa.

Khi nước mới bị nhiễm bẩn bởi phân bón hoặc nước thải, trong nguồn nước có NH 3,

B

NO2- và NO3-. Sau một thời gian NH3 và NO2- bị oxy hóa thành NO3-.

10 00

Quá trình khoan khai thác nước diễn ra phổ biến cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước ngầm do lượng nước bị khai thác lớn mà lượng nước mới chưa kịp bổ

Ó

A

sung dẫn tới quá trình xâm thực được đẩy mạnh, nước ngầm được bổ sung bằng việc

H

thấm từ nguồn nước mặt xuống. Do các hoạt động của nguồn trên đã dẫn đến sự gia

-L

Í-

tăng nồng độ các chất nitơ trong nước bề mặt. Các chất này theo nước mặt thấm

ÁN

xuyên từ trên xuống hoặc thấm qua sườn các con sông, xâm nhập vào nước ngầm dẫn

TO

tới tình trạng tăng nồng độ hợp chất nitơ.

D

IỄ N

Đ

ÀN

1.1.3. Ảnh hưởng độc hại của Nitrat đối với con người và sinh vật [4] Nitrat là tác nhân gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng và là một trong những nguyên nhân gây ra hai loại bệnh: methaemoglobinemia: hội chứng da xanh ở trẻ sơ sinh và ung thư dạ dày ở người lớn. Khi đi vào cơ thể, Nitrat tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra Nitrit. Nitrit sinh ra

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 6

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

phản ứng với Hemoglobin tạo thành methaemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxi của Hemoglobin.

N

Thông thường Hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxi. Khi có

H

Ơ

mặt NO2- nó sẽ chuyển hoá thành Fe3+ làm cho hồng cầu không làm được nhiệm vụ

U Y

N

chuyển tải oxi. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong.

.Q

4HbFe2+(O2) +4NO2- + 2H2O → 2HbFe3+ + OH- +4NO3- +O2

TP

Sự tạo thành methaemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh

ẠO

này thường xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc bệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi.

G

Đ

Do độc tính của nitrat mà các tổ chức y tế thế giới và các quốc gia đều có những qui

H Ư

N

định về hàm lượng của ion này trong nước. Ở Việt Nam, Bộ Tài Nguyên Môi Trường, Bộ Y tế đã ban hành các quy chuẩn và tiêu chuẩn về hàm lượng cho phép

TR ẦN

nitrat như sau:

Bảng 1. 1 Giới hạn cho phép hàm lượng nitrat trong nước

H

Ó

Ion NO3-

15 (mg/l)

ngầm Nước uống (QCVN 01:2009/BYT)

09:2008/BTNMT) 15 (mg/l)

50 (mg/l)

-L

Í-

2,0 (mg/l)

Nước (QCVN

Mục đích khác

A

Sinh hoạt

10 00

B

Nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT)

ÁN

1.1.4. Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Nitrat [1]

TO

1.1.4.1. Phương pháp sử dụng hạt nhựa trao đổi ion

D

IỄ N

Đ

ÀN

Hạt nhựa trao đổi ion được sử dụng là hạt anion mạnh tái sinh với muối. Quá trình khử nitrat diễn ra bằng việc nước nguồn được đẩy qua lớp nhựa anion mạnh, các anion nitrat sẽ trao đổi với anion clorua gắn lên bề mặt anion từ trước, kết quả là càng ngày càng nhiều anion nitrat gắn lên bề mặt hạt anion và anion clorua thay thế vị trí của chúng trong dung dịch nước. Khi các ion clorua trên bề mặt hạt anion đã bị thay

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 7

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

thế hết bởi anion nitrat, lúc này lớp nhựa đã hết khả năng hoạt động nên cần tiến hành tái sinh bằng dung dịch muối.

Ơ

N

1.1.4.2. Phương pháp khử sinh học

N

H

Sử dụng phương pháp khử sinh học để khử nitrat thường không phổ biến cho xử lý

U Y

nước cấp mà thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Quá trình này

.Q

loại bỏ nitrat bằng vi khuẩn trong một lò phản ứng thiếu oxy. Khử nitrat có thể sử

TP

dụng hai hình thức dị dưỡng và tự dưỡng vi khuẩn.

Đ

ẠO

1.1.4.3. Phương pháp điện phân

G

Điện phân là quá trình mà các cation bán thấm (ion tích điện dương) và anion chuyển

H Ư

N

giao trực tiếp. Nguồn nước chảy giữa các cation và anion qua miếng đệm lưu lượng được đặt giữa màng. Các miếng đệm được sử dụng để cung cấp một đường dòng

TR ẦN

chảy cho nước, hỗ trợ các lớp màng và tạo ra dòng chảy.

10 00

B

1.1.4.4. Phương pháp thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược là quá trình để loại ion hòa tan trong nước, trong đó áp lực được sử

A

dụng để đẩy nước chảy qua màng, một số ion hòa tan trong nước sẽ bị giữ lại tại các

H

Ó

màng lọc.

ÁN

nghiệm

-L

Í-

1.1.5. Một số phương pháp xác định hàm lượng Nitrat trong phòng thí

TO

1.1.5.1. Phương pháp phân tích thể tích

D

IỄ N

Đ

ÀN

Người ta có thể xác định Nitrat theo phương pháp này dựa trên phản ứng khử NO3về các trạng thái oxi hoá thấp hơn bằng các chất khử thích hợp. Sau đó tiến hành phép chuẩn độ (có thể sử dụng chuẩn độ trực tiếp hay chuẩn độ ngược).

Phép chuẩn độ ngược thì một lượng chính xác dung dịch chuẩn Fe2+ được cho dư so với lượng cần thiết vào dung dịch mẫu. Sau đó lượng dư Fe2+ được chuẩn độ bằng dung dịch Cr2O72- với chất chỉ thị là ferroin. Các phản ứng xảy ra như sau: SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 8

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

NO3- + 3Fe2++ 4H+

→ NO + 3Fe3+ + 2H2O

2Fe2+ + Cr2O72- + 14H+→ 6Fe3++ 2Cr3++ 7H2O Phản ứng giữa Fe2+ và NO3- xảy ra nhanh hơn khi đung nóng dung dịch và có mặt của

Ơ

N

lượng dư axit H2SO4 65%. Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện. Cho phép xác định

N

H

lượng NO3- với nồng độ cao 10-3M đến 10-4M. Tuy nhiên, do NO sinh ra phản ứng

U Y

với oxi không khí tạo thành các chất có khả năng bị khử hay bị oxi hoá bởi Fe 2+ nên

.Q

trong quá trình phản ứng và chuẩn độ phải được tiến hành trong môi trường khí CO2.

TP

Điều này được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ NaHCO3 trước khi đun nóng

ẠO

và chuẩn độ. Phương pháp này có thể xác định cả lượng nhỏ và lượng lớn NO 3- trong

Đ

mẫu phân tích.

N

G

1.1.5.2. Phương pháp trắc quang

H Ư

* Thuốc thử axit fenoldisulfonic

TR ẦN

Trong môi trường axit sunfuric đậm đặc, Nitrat tham gia phản ứng với axit fenoldisunfonic tạo thành phức chất không màu nitrofenoldisunfonic. Ở môi trường

B

bazơ mạnh phức này có màu vàng bền trong vòng 15-20 phút và được đo bằng quang

10 00

phổ kế ở bước sóng λ= 432 nm.

OH

+

NO 3

OH O 2N

-

SO3H

+

-

HO

H

Ó

A

SO3H

SO3H

Í-

SO3H

-

OH

O 2N

SO3H

SO3H

O SO3

ON

+

3OH

-

-

+ SO3

3H2O

-

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Axit phenoldisunfonic

* Thuốc thử natri salixylat Trong môi trường axit sulfuric đậm đặc, Nitrat tham gia phản ứng với Natri salixylat tạo thành phức màu p-nitrosalixylat natri hoặc sản phẩm có thể là o-nitrosalixylat SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 9

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

natri. Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu vàng và được đo bằng máy đo quang tại bước sóng λ = 410nm.

Phương trình phản ứng OH COONa

N

OH

+

H

H

+

H2O

N

NO 3

U Y

+

+

Ơ

COONa -

.Q

NO 2

TP

OH O 2N

Đ

ẠO

COONa

N

G

Trong môi trường kiềm, phức chất phân ly thành ion gốc axit làm phân tử trở nên

H Ư

phân cực. Vì vậy, các electron hóa trị chuyển động hỗn loạn hơn nên phức chất có

TR ẦN

cường độ màu tăng và hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài. Dung dịch phức màu bền trong vòng 10 - 15 phút.

Ưu điểm của hai phương pháp này là có độ nhạy cao, sử dụng đơn giản. Bên cạnh đó

10 00

B

chúng cũng có nhiều nhược điểm, phải loại trừ các ion cản do phải cô, rất mất thời gian (để xác đinh được NO3- trong nước mất khoảng 5 – 6 giờ).

A

* Thuốc thử diphenylamin

H

Ó

Nitrat phản ứng với diphenylamine trong môi trường axit sulfuric đậm đặc, sản phẩm

Í-

tạo ra là muối có màu tím xanh. Phức màu ổn định trong vòng 2-3 giờ. Cường độ của

-L

màu tỷ lệ với nồng dộ Nitrat trong nước. Tốc độ ôxi hoá diphenilamin bằng nitrit lớn

ÁN

gấp nhiều lần so với ôxi hoá bằng nitrat. Cụ thể nếu ôxi hoá bằng Nitrit thì màu cực

TO

đại xuất hiện sau khoảng 15 phút, trong khi đó nếu ôxi hóa bằng Nitrat thì màu phát

D

IỄ N

Đ

ÀN

triển trong vòng vài giờ. Vì thế không nên tiến hành so màu quá sớm khi màu tím xanh do ôxi hoá bằng Nitrat chưa ổn định. Nếu so màu quá sớm thì có thể xác định được Nitrit là chính.

Ngoài ra diphenylamin còn bị oxi hóa bởi các ion MnO4-, Cr2O72- [Fe(CN)6]3, ClO3-, BrO3-... Các chất khử mạnh S2-, SO3-, S2O32-... bị oxi hóa bởi hỗn hợp axit nitric và axit sulfuric đều gây cản trở cho việc định lượng NO3-.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 10

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

1.2. Tổng quan về vật liệu nano 1.2.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano

Ơ

N

1.2.1.1. Khái niệm vật liệu nano

N

H

Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nanomet (1 nm

U Y

= 10-9 m). Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó

.Q

liên kết hai lĩnh vực này với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích

TP

thước của chúng vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa

ẠO

lý của vật liệu thông thường. Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu. Kích thước

TR ẦN

H Ư

1.2.1.2. Phân loại vật liệu nano ❖

G N

bản chất vật liệu và tính chất cần nghiên cứu. []

Đ

của vật liệu nano trải một khoảng từ vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc vào

Phân loại theo hình dáng vật liệu

B

- Vật liệu nano không chiều: cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự

10 00

do nào cho điện tử, ví dụ, đám nano, hạt nano...

A

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử

H

Ó

được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,...

-L

Í-

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều

ÁN

tự do, ví dụ, màng mỏng,...

TO

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một

ÀN

phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một

D

IỄ N

Đ

chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. ❖

Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano

- Vật liệu nano kim loại; - Vật liệu nano bán dẫn; - Vật liệu nano từ tính; SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 11

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

- Vật liệu nano sinh học;…

Có thể phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo

N

ra một khái niệm mới. Ví dụ, đối tượng chính là hạt nano kim loại” trong đó “hạt”

Ơ

được phân loại theo hình dáng, “kim loại” được phân loại theo tính chất hoặc “vật

N

H

liệu nano từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và “sinh học” để là khái niệm có

U Y

được khi phân loại theo tính chất.

TP

.Q

1.2.1.3. Tính chất vật liệu nano [5]

ẠO

Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở cấp độ nano

Đ

mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề mặt vật liệu nano và

G

tổng diện tích bề mặt của bề mặt của vật liệu lớn hơn rất nhiều so với vật liệu thông

H Ư

N

thường. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị thường, đặc biệt là khả năng xúc tác hấp phụ. Với kích thước nhỏ ở cấp độ phân tử, vật liệu nano xuất

10 00

B

❖ Hiệu ứng lượng tử

TR ẦN

hiện ba hiệu ứng chính : hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước.

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung

A

bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua

H

Ó

những khác biệt ngẫu nhiên của từng nguyên tử mà chỉ xét giá trị trung bình của

Í-

chúng. Nhưng đối với vật liệu có cấu trúc nano, do kích thước của vật liệu nhỏ, hệ có

-L

rất nhiều nguyên tử thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn và không thể bỏ

ÁN

qua. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

năng lượng giống như một nguyên tử. ❖ Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nm, tỷ số các nguyên tử nằm trên bề mặt trên tổng số các nguyên tử của vật liệu sẽ chiếm tỉ lệ lớn hơn nhiều so với các vật liệu dạng khối.

Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt như: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt…..của vật liệu nano sẽ lớn hơn nhiều. Điều đó mở ra những ứng dụng

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 12

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa học đang quan tâm, nghiên cứu.

Ơ

N

❖ Hiệu ứng kích thước

H

Các vật liệu truyền thống thường được đặc trưng bởi một số các đại lượng vật lý, hóa

U Y

N

học không đổi như độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính

.Q

axit….Tuy nhiên, các đại lượng vật lý và hóa học này chỉ bất biến nếu kích thước của

TP

vật liệu đủ lớn (thường là lớn hơn 100nm). Khi giảm kích thước của vật liệu xuống

ẠO

cấp độ nano mét (nhỏ hơn 100nm) thì các đại lượng lý, hóa ở trên không còn là bất

Đ

biến nữa, ngược lại chúng sẽ thay đổi. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng kích thước.

G

Kích thước mà ở đó vật liệu bắt đầu có sự thay đổi các tính chất được gọi là kích

H Ư

N

thước tới hạn. Ví dụ như: Điện trở của một kim loại ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hằng ngày sẽ tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống

TR ẦN

nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại (thường là vài nm đến vài trăm nm) thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật

10 00

B

liệu có kích thước nano sẽ tuân theo quy tắc lượng tử.

Các nghiên cứu cho thấy các tính chất điện, từ, quang, hóa học….của các vật liệu đều

Ó

A

có kích thước tới hạn trong khoảng từ 1nm đến 100nm, nên ở vật liệu nano các tính

Í-

H

chất này đều có biểu hiện khác thường so với vật liệu truyền thống.

-L

1.2.1.4. Phương pháp chế tạo vật liệu nano

ÁN

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top-

TO

down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp từ trên xuống là

D

IỄ N

Đ

ÀN

phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. a. Phương pháp từ trên xuống Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 13

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

(ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối.

Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền

Ơ

N

kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước

N

H

nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano). Phương pháp

U Y

biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cự lớn (có

.Q

thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, đó là các phương pháp SPD điển hình.

TP

Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ

ẠO

gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại

Đ

thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây

G

nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng

H Ư

N

các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano.

TR ẦN

b. Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp từ dưới

10 00

B

lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương

A

pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết

H

Ó

hợp cả hai phương pháp hóa-lý.

-L

Í-

- Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc

ÁN

bay nhiệt (đốt, phóng xạ, phóng điện hồ quang. Phương pháp vật lý thường được

ÀN

TO

dùng để tạo các hạt nano, màng nano như ổ cứng máy tính.

D

IỄ N

Đ

- Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 14

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

- Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,... Phương pháp này có thể tạo các

N

hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

N

H

Ơ

1.2.1.5. Một số ứng dụng của vật liệu nano

U Y

So với hạt có kích thước micro, hạt sắt nano có tốc độ phản ứng lớn hơn do

.Q

diện tích bề mặt riêng và diện tích bề mặt hoạt động lớn hơn. Hơn thế nữa, do có khả

TP

năng tồn tại ở dạng lơ lửng, sắt nano có thể đi vào trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và

ẠO

tầng ngậm nước. Tuy nhiên, do sự kết đám của các hạt nano, chúng rất khó tồn tại lâu

Đ

dài ở dạng lơ lửng. Schrick và các cộng sự đã chứng minh rằng nguồn cacbon hạn

N

G

chế đáng kể sự kết tụ và tăng sự vận chuyển hạt sắt nano.

H Ư

Người ta thấy rằng sắt nano có thể phản ứng một cách hiệu quả với nhiều loại

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

loại nặng và các chất vô cơ khác.

TR ẦN

đất ô nhiễm khác nhau trong môi trường, bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim

Hình 1.1 Ứng dụng của sắt nano trong môi trường -

Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa clo

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 15

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Sắt nano có thể khử hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa clo thành các hợp chất không độc như hydrocacbon, clo và nước.

N

Lowry đã đánh giá hiệu quả loại bỏ clo của PCBs hòa tan trong dung dịch

Ơ

nước- metanol bằng sắt có kích thước mico và nano. Với vật liệu sắt micro ngoài thị

N

H

trường không quan sát thấy bất kỳ sự loại bỏ clo nào sau 180 ngày, còn thí nghiệm

U Y

sau 45 ngày với sắt nano cho thấy sắt nano có khả năng khử clo của PCBs trong hỗn

TP

.Q

hợp nước –metanol ở điều kiện thường. a. Loại bỏ các ion kim loại nặng

Đ

ẠO

• Loại bỏ Asen

G

Kanel và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm ở các hàm lượng sắt nano khác

H Ư

N

nhau (0,5; 2,5; 5; 7,5; 10g/l) để đánh giá khả năng hấp phụ As(III) (1mg/l ở pH =7) trên bề mặt vật liệu. Kết quả thu được cho thấy ngoại trừ ở nồng độ 0,5g/l, hơn 80%

TR ẦN

lượng Asen bị hấp phụ trong 7 phút và gần 99% bị hấp phụ sau 60 phút. Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo định luật Freundlich là 3,5mg Asen/g sắt nano ở 250C.

10 00

B

• Loại bỏ Pb và Cr

Sắt nano đã được ổn định tách và giữ Cr(VI) và Pb(II) từ dung dịch nhanh

Ó

A

hơn, khử Cr(VI)Cr(III) và Pb(II)Pb(0), đồng thời oxy hóa sắt thành geolit. Dựa

H

trên những thí nghiệm với 0,5g sắt nano và 100ml hoặc 50mmol dung dịch trong 8

-L

Í-

ngày, 1g sắt nano loại bỏ 12mmol Cr(VI) và 0,18mmol Pb(II).

ÁN

b. Sự loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ

TO

• Loại bỏ Selen

ÀN

Mondal và các cộng sự đã nghiên cứu loại bỏ Selen bằng vật liệu sắt nano và

D

IỄ N

Đ

hợp kim Fe-Ni tổng hợp. Trong 5h thí nghiệm, gần 100% Selen bị loại bỏ bởi vật liệu Fe0 nano. Với hàm lượng vật liệu là 0,1g/l, sự loại bỏ của sắt nano đạt 155mg/g. Ở những nồng độ xác định, hiệu quả xử lý Selen của sắt nano tăng khi tăng lượng vật liệu sử dụng.

• Loại bỏ nitrat SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 16

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Xem xét động học phản ứng khử nitrat bằng sắt nano, Choe và cộng sự cho thấy có thể khử hoàn toàn nitrat trong dung dịch chỉ sau vài phút bằng cách cho dung

N

dịch đó tiếp xúc với bột sắt nano ở điều kiện thường, không có sự kiểm soát pH.

Ơ

Theo Xiao-qin Li, Daniel W.Elliott, và Wei-xian Zhang [7], sắt nano có khả

.Q

Bảng 1. 2 Các chất và hợp chất có thể xử lý bằng Fe0 nano

ẠO

Tên các chất và hợp chất 1.1.

Cacbontetraclorua (CCl4)

Các hợp chất Clo metan

1.2.

Cloroform (CHCl3)

G

Đ

1

N

1

Tên nhóm các chất và hợp chất

TP

T TT

U Y

N

H

năng xử lý các hợp chất hữu cơ và các chất vô cơ có tên dưới đây :

Diclorometan (CH2Cl2)

1.4.

Clorometan (CH3Cl)

2 Các hợp chất Trihalo metan

2.1. Bromoform (CHBr3) 2.2.

Dibromoclorometan

(CHBr2Cl) 2.3. Diclorobromometan (CHBrCl2)

Ó

A

10 00

B

2

TR ẦN

H Ư

1.3.

ÁN

Các hợp chất clo benzen

TO

3

-L

Í-

H

3

3.2. Pentaclorobenzen (C6HCl5) 3.3. Tetraclorobenzen (C6H2Cl4) 3.4. Triclorobenzen (C6H3Cl3)

Đ

ÀN

3.5. Diclorobenzen (C6H4Cl2) 3.6. Clorobenzen (C6H5Cl) 4

4.1. Tetracloroeten (C2Cl4)

D

IỄ N

3.1. Hexanclorobenzen (C6Cl6)

4.2. Tricloroeten (C2HCl3) 4.3. Cis-Dicloroeten (C2H2Cl2) SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 17

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

4

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Các hợp chất clo eten

4.4. Trans-Dicloroeten (C2H2Cl2) 4.5. 1,1- Dicloroeten (C2H2Cl2)

Ơ

5.1. DDT (C4H9Cl5)

Thuốc bảo vệ thực vật

5.2. Lindan (C6H6Cl6)

N

H

5

U Y

5

N

4.6. Vinylclorua (C2H3Cl)

6.2. PCBs

Các hợp chất polycloro khác

6.3. Pentaclorophenol

ẠO

6

Các kim loại nặng

10 00

7

B

7

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

6

TP

.Q

6.1. Các hợp chất hydrocacbon

7.1. Thuỷ ngân (Hg2+) 7.2. Niken (Ni2+) 7.3. Cadimi (Cd2+) 7.4. Chì (Pb2+)

H

Ó

A

7.5. Crôm (Cr6+) 8.1. Perclorat (ClO4-)

Í-

8

Các anion vô cơ

ÁN

-L

8.2.Nitrat (NO3-)

TO

1.2.2. Giới thiệu về vật liệu chứa nano sắt và nano lưỡng kim

Các hạt nano (< 100nm) là sắt hóa trị 0 (zero-valent iron ZVI) có cấu trúc như sau:

D

IỄ N

Đ

ÀN

1.2.2.1. Tính chất của hạt sắt nano [2]

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 18

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

N

G

Hình 1.2 Mô hình cấu tạo hạt Sắt nano và các phản ứng khử xảy ra trên bề mặt của hạt Fe0 nano.

H Ư

❖ Cấu trúc sắt nano

TR ẦN

Cấu trúc lõi – vỏ, cấu trúc điển hình của hạt Sắt nano đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý môi trường. Lõi bao gồm chủ yếu là sắt kim loại hóa trị 0, trong khi

10 00

B

vỏ là hỗn hợp hóa trị [Fe(II) và Fe(III)] oxit, được tạo thành như là kết quả của quá trình oxy hóa sắt kim loại.

Ó

A

❖ Diện tích bề mặt riêng

H

Cùng với kích thước vật liệu, cấu trúc lõi - vỏ, kết cấu và diện tích bề mặt riêng cũng

-L

Í-

là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến những tính chất vật lý và hóa học của vật

ÁN

liệu nano. Zhang và các cộng sự đã so sánh diện tích bề mặt của vật liệu nano kim

TO

loại với những vật liệu kim loại có kích thước micro trên thị trường và kết luận rằng diện tích bề mặt của vật liệu nano lớn hơn 1-2 bậc so với vật liệu micro. Diện tích bề

D

IỄ N

Đ

ÀN

mặt lớn như vậy cho phép phản ứng xảy ra ở nhiều điểm, đây là một trong số những lý do làm cho hạt sắt nano có thể phản ứng với chất ô nhiễm ở tốc độ cao hơn. ❖ Từ tính của hạt nano Từ tính của vật liệu nano đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như chất lỏng từ, các ứng dụng trong sinh y và chất xúc tác. Tuy nhiên những nhà nghiên cứu trong lĩnh vực ứng dụng môi trường lại có xu hướng tránh đặc tính này. Do có diện tích bề SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 19

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

mặt lớn và tĩnh lưỡng cực từ - lực hút lưỡng cực, vật liệu nano từ tính có xu hướng kết đám, hình thành những sợi lớn hơn nhiều và làm giảm hoạt tính cũng như sự vận chuyển của hạt nano tại những điểm bị ô nhiễm. Vì vậy, phân tán vật liệu nano từ

Ơ

N

tính là một yếu tố được ưu tiên để tăng hiệu quả của phản ứng này. He và Zhao đã sử

N

H

dụng dung dịch tinh bột để ổn định vật liệu Fe – Pd nano. Vật liệu nano đã được bọc

U Y

tinh bột là những hạt riêng rẽ và ít bị kết dính hơn nhiều.Kết quả của họ cho thấy vật

.Q

liệu nano tinh bột có hoạt tính mạnh hơn.

TP

Sắt nano xử lý cả dẫn xuất halogen hóa các dung môi hữu cơ và các chất ô nhiễm vô

ẠO

cơ như thạch tín, crom, đồng. Các sản phẩm cuối cùng là hydrocacbon, clorua, oxit

Đ

sắt và nhiều sản phẩm phụ khác.

N

G

Sắt nano có thể khử tiêu chuẩn E= -0.44 V, thấp hơn nhiều so với kim loại như

H Ư

Pb(E= -0,13), Cd(E= - 0,4), Ni(E= -0,25), Cr3+(E= -0,42) cũng như nhiều hợp chất

TR ẦN

hữu cơ như Clo Hydrocacbon. Các hợp chất này do đó dễ bị khử bởi hạt Fe 0 nano.

Những sự khác nhau về hình thức hạt Sắt nano có ích cho sự khử các chất ô nhiễm

B

như dung môi hữu cơ clo, thuốc trừ sâu clo hữu cơ, PCBs, thuốc nhuộm hữu cơ, hợp

10 00

chất vô cơ khác nhau của các kim loại As(III), Pb(II), Cu(II), Ni(II), Cr(VI)…

Ó

A

1.2.2.2. Tính chất của hạt nano lưỡng kim Fe-Cu

H

Do kích thước siêu nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn, hạt Sắt nano rất dễ bị oxy hóa

-L

Í-

trong không khí. Chính vì vậy mà nhiều nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng chứa

ÁN

oxit hoặc lớp vỏ kim loại quý lên bề mặt vật liệu để tránh sự oxy hóa sắt.

TO

Để nâng cao hiệu quả của phản ứng oxi-hóa khử, giảm bớt những tác động ảnh

ÀN

hưởng đến kết quả, bổ sung một lượng nhỏ kim loại xúc tác thứ 2 như Pd, Pt, Ag, Cu,

D

IỄ N

Đ

Ni vào bề mặt để tăng tốc độ khử của Fe0 nano. Kim loại hóa trị 2 phủ trên bề mặt sắt giống như một lớp bảo vệ để chống ăn mòn bề mặt, đồng thời tạo chất xúc tác kim loại đôi, có hiệu quả hơn trong xử lý chất ô nhiễm bởi tốc độ phản ứng nhanh hơn so với sắt nano. Ưu điểm khi sử dụng nano lưỡng kim: - Làm giảm năng lượng kích hoạt các chất ô nhiễm, tăng tốc độ phản ứng dechlorination và làm giảm sự hình thành các sản phẩm phụ; [12] SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 20

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

- Giảm các vấn đề hình thành các oxit trên bề mặt hạt sắt; - Nhanh chóng giải phóng electron từ Fe0 của Fe0 nano kim loại; [9]

Ơ

N

Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn Cu làm nguyên tố kim loại thứ hai bởi:

H

- Đồng có tính khử nhỏ hơn Fe, khi đồng đi vào bề mặt hạt Fe0, sự khác nhau này

U Y

N

giữa hai kim loại là nguyên nhân của sự giải phóng điện tử để làm tăng sự ăn mòn và

.Q

khả năng phản ứng của hạt Fe0 nano.

TP

- Lắng đọng của Cu trên bề mặt sắt sẽ tạo ra nhiều tế bào điện gốc, thúc đẩy ăn mòn

ẠO

sắt để tạo điều kiện giải phóng các điện tử và thuận lợi cho việc phản ứng nhiệt động

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

lực học (∆E0 = +0,784 V)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

Hình 1.3 Mô hình khái niệm của sự suy giảm nitrat bằng nano Fe/Cu [13]

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 21

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất Hóa chất

N

❖

N

H

Ơ

Các hóa chất được sử dụng xuất sứ từ Trung Quốc với độ phân tích.

Muối sắt (II): FeSO4.7H2O;

-

Borohidrit NaBH4;

-

Hồ tinh bột

-

Cồn 96%;

-

Na2SO4 khan;

-

Muối CuSO4.5H2O;

❖

Thiết bị, dụng cụ

-

Máy rung siêu âm;

-

Cân phân tích Adventurer (Độ chính xác đến ±0.001g)

-

Máy khuấy từ;

-

Máy đo pH sensION+ PH31,HACH);

-

Tủ sấy;

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

-

ÀN

-

Máy ly tâm; Bình hút ẩm;

-

Máy đo nhiễu xạ tia X (XRD);

-

Các dụng cụ thủy tinh (cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức, pipet…)

D

IỄ N

Đ

-

2.2. Nội dung nghiên cứu SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 22

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

2.2.1. Điều chế Nano lưỡng kim Fe/Cu ❖ Điều chế sắt nano Fe

Ơ

N

Nano sắt được điều chế bằng phương pháp khử pha lỏng thông qua sự khử muối

H

FeSO4.7H2O bằng Natri borohidrat (NaBH4) khi có mặt chất phân tán (tinh bột).

U Y

N

Quy trình cụ thể như sau:

.Q

- Hòa tan 4g FeSO4 trong 50ml nước bằng cách khuấy từ trong 5-10 phút  dung

TP

dịch A.

ẠO

- Hòa tan 0,4g NaBH4 bằng 10ml nước cất, thêm vào đó một lượng dung dịch hồ tinh bột  dung dịch B.

G

Đ

- Nhỏ từ từ dung dịch B vào dung dịch A trên máy khuấy từ. Phương trình phản ứng

H Ư

N

diễn ra như sau:

Fe2+ + BH4- + 3H2O → Fe0 + H2BO3 + + 4H+ + 2H2

TR ẦN

- Kết tủa màu đen là nano sắt tạo thành, sử dụng nam châm để tách nano sắt ra và rửa sạch bằng cồn. Sản phẩm được đem đi ly tâm và được tách ra phơi trong bình hút ẩm.

10 00

B

❖ Điều chế nano lưỡng kim Fe/Cu

Sau khi điều chế xong nano sắt, tiếp tục điều chế nano lưỡng kim bằng cách:

A

Nano sắt được định mức 50 ml bằng cồn, thêm một lượng dung dịch hồ tinh

Ó

-

-

-L

Hòa tan 0,5g CuSO4.5H2O bằng 10ml nước cất  dung dịch D.

ÁN

-

Í-

H

bột  dung dịch C.

Nhỏ từ từ dung dịch D vào dung dịch C trên máy khuấy từ. Phản ứng diễn ra

-

Fe0 + Cu2+ → Fe2+ + Cu0 Sau khi phản ứng xong, cốc được đặt trên thanh nam châm để tách biệt các hạt

nano lưỡng kim Fe/Cu vừa được tổng hợp.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

như sau:

-

Sản phẩm được đem ly tâm và được tách ra phơi trong bình hút ẩm.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 23

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Sản phẩm được bảo quản trong cồn và sau đó đem xử lý Nitrat trong phòng thí

-

nghiệm.

Ơ

N

2.2.2. Phương pháp xác định Nitrat trong phòng thí nghiệm

H

Trong báo cáo này, tôi chọn phương pháp trắc quang với thuốc thử axit

U Y

N

fenoldisunfonic để xác định hàm lượng Nitrat có trong nước ngầm. [3]

TP

.Q

2.2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp

Trong môi trường axit sunfuric đậm đặc, Nitrat tham gia phản ứng với axit

ẠO

fenoldisunfonic tạo thành phức chất không màu nitrofenoldisunfonic. Ở môi trường

G

Đ

bazơ mạnh phức này có màu vàng bền trong vòng 15-20 phút và được đo bằng quang

N

phổ kế ở bước sóng λ= 432 nm.

OH

+

NO 3

O 2N

-

TR ẦN

SO3H

SO3H

SO3H

-

+

HO

SO3H

10 00

B

Axit phenoldisunfonic

+

3OH

-

SO3

-

-

+

Í-

SO3

3H2O

-

-L

SO3H

O

ON

H

Ó

SO3H

A

OH O 2N

H Ư

OH

Dụng cụ

TO

❖

ÁN

2.2.1.2. Dụng cụ và hóa chất

Máy đo quang UV-VIS Lambda-25

-

Bếp điện, bếp cách thủy

-

Cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml

-

Bình định mức loại 50ml

-

Pipet các loại

❖

Hóa chất

D

IỄ N

Đ

ÀN

-

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 24

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

- Thuốc thử axit fenolsunfonic: Cân 3g phenol tinh khiết, nguyên chất hòa tan vào trong 20ml H2SO4 đậm đặc khuấy, để nguội, sau 24 giờ mới đem sử dụng.

- Dung dịch NO3- tiêu chuẩn: Cân chính xác 1.609g KNO3 đã hoạt hóa ở 1050C, hòa

Ơ

N

tan vào một ít nước cất sau đó định mức lên thành 1000ml. Ta có dung dịch chuẩn

N U Y

- Dung dịch NaOH 0.1N

.Q

- Dung dịch H2SO4 0.1N

ẠO

TP

2.2.1.3. Cách tiến hành ❖

H

1mg/ml. Pha loãng 5 lần dung dịch này, ta được dung dịch NO3- 200ppm.

Lập đường chuẩn

G

Đ

Chuẩn bị 5 cốc thủy tinh chịu nhiệt và 6 bình định mức 50ml và tiến hành như

-

H Ư

N

sau:

Cho lần lượt vào cốc: 0.0ml; 2.0ml; 4.0ml; 6.0ml; 8.0ml; 10.0ml NO 3-

-

TR ẦN

200ppm. Cốc đầu tiên sẽ là dung dịch so sánh.

- Đun cách thủy đến cô cạn, để nguội.

B

- Cẩn thận thêm vào mỗi cốc 2ml dung dịch thuốc thử axit fenolsunfonic (rải đều).

10 00

- Thêm vào khoảng 10ml nước cất, thêm 7ml amoni hydroxit đậm đặc và khuấy đều,

A

dung dịch sẽ có màu vàng.

Ó

- Chuyển tất cả vào bình định mức 50ml và định mức đến vạch,

Í-

H

- Để ổn định dung dịch trong khoảng 10-15 phút.

-L

- Tiến hành quét tìm bước sóng tối ưu trên máy đo quang UV-VIS.

ÁN

- Tiến hành đo độ hấp thụ của dãy dung dịch chuẩn ở bước sóng tối ưu.

TO

❖ Tiến hành phân tích mẫu

ÀN

- Mẫu nước chứa NO3- được pha chế tại Phòng thí nghiệm có nồng độ 50ppm.

D

IỄ N

Đ

- Lấy chính xác 25ml mẫu nước trên cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, sau khi cố định pH tối ưu, tiến hành xử lý bằng một lượng Nano lưỡng kim phù hợp.

- Sau xử lý, đem mẫu nước đi cô cạn trên bếp cách thủy và làm nguội.

- Tiến hành tạo màu với 1ml thuốc thử axit fenolsunfonic, 5ml nước cất và 3.5ml amoni hydroxit đậm đặc. Chuyển tất cả và bình định mức 25ml và định mức đến vạch.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 25

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

- Để dung dịch ổn định trong khoảng 10-15 phút, rồi tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch.

N

Dựa vào kết quả độ hấp thụ của mẫu nước và đồ thị của dãy chuẩn NO 3- ta tính được

H

Ơ

hàm lượng Nitrat còn lại sau xử lý.

U Y

N

2.2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Nitrat bằng

.Q

Nano lưỡng kim Fe/Cu

TP

2.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat

ẠO

bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu

G

Đ

- Hút 25 ml dung dịch Nitrat có nồng độ 50ppm vào 4 cốc có dung tích 50 ml.

H Ư

N

- Điều chỉnh pH ban đầu của các dung dịch trong cốc đến 2, 4, 6, 8 bằng dung dịch H2SO4 0.1N và NaOH 0.1N.

TR ẦN

- Thêm vào mỗi cốc đó 0,02g Nano lưỡng kim Fe/Cu, cho 4 cốc khuấy từ trong thời gian 10 phút.

B

- Ly tâm gạn dung dịch, đo nồng độ dung dịch Nitrat sau phản ứng.

10 00

2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm

Ó

A

Nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu.

H

- Hút 25 ml dung dịch Nitrat có nồng độ 50ppm vào 4 cốc có dung tích 50 ml.

-L

Í-

- Điều chỉnh pH ban đầu của các dung dịch trong cốc đến 6.

- Thêm vào mỗi cốc đó 0,02g Nano lưỡng kim Fe/Cu cho lần lượt vào 4 cốc trên, cho

ÁN

4 cốc khuấy từ trong thời gian lần lượt là 10 phút; 20 phút; 40 phút; 60 phút.

TO

- Ly tâm gạn dung dịch, đo nồng độ dung dịch Nitrat sau phản ứng.

D

IỄ N

Đ

ÀN

2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu. - Hút 25 ml dung dịch Nitrat có nồng độ lần lượt 30 ppm; 40 ppm; 50 ppm; 60 ppm vào 4 cốc có dung tích 25 ml.

- Điều chỉnh pH ban đầu của các dung dịch trong cốc đến 6.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 26

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DấyKèmQuyNhƥn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

BaĚ o caĚ o khĂła luáş­n tĂ´Ě t nghiáť&#x2021;p

GVHD: TS. BuĚ&#x20AC;i Xuân VĆ°Ě&#x192;ng

- ThĂŞm vĂ o máť&#x2014;i cáť&#x2018;c Ä&#x2018;Ăł 0,02g Nano lưᝥng kim Fe/Cu cho lần lưᝣt vĂ o 4 cáť&#x2018;c trĂŞn, cho 4 cáť&#x2018;c khuẼy tᝍ trong tháť?i gian 40 phĂşt.

- Ly tâm gấn dung dáť&#x2039;ch, Ä&#x2018;o náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch Nitrat sau phản ᝊng.

H

U Y

đ??śđ?&#x2018;Ą Ă&#x2014;100% đ??śđ?&#x2018;

.Q

đ??ť% =

N

CĂ´ng thᝊc tĂ­nh hiáť&#x2021;u suẼt quĂĄ trĂŹnh xáť­ lĂ˝ nitrat báşąng nano lưᝥng kim Fe-Cu:

Ć

N

2.2.4. TĂ­nh toĂĄn

TP

Váť&#x203A;i: H: Hiáť&#x2021;u suẼt quĂĄ trĂŹnh xáť­ lĂ˝ (%)

Ä?

G

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

Ă&#x20AC;N

TO

Ă N

-L

Ă?-

H

Ă&#x201C;

A

10 00

B

TR ẌN

H ĆŻ

N

Cs: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; nitrat sau khi xáť­ lĂ˝ (ppm)

áş O

Ct: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; nitrat trĆ°áť&#x203A;c khi xáť­ lĂ˝ (ppm)

SVTH: Huáťłnh Tháť&#x2039; Ly Na

SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

Trang 27

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DấyKèmQuyNhƥn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

BaĚ o caĚ o khĂła luáş­n tĂ´Ě t nghiáť&#x2021;p

GVHD: TS. BuĚ&#x20AC;i Xuân VĆ°Ě&#x192;ng

ChĆ°ĆĄng 3 KáşžT QUẢ NGHIĂ&#x160;N CᝨU VĂ&#x20AC; THẢO LUẏN 3.1. Káşżt quả nghiĂŞn cᝊu pháť&#x2014; nhiáť&#x2026;u xấ tia X cᝧa Nano lưᝥng kim Fe/Cu

.Q

U Y

N

H

Ć

N

Ảnh nhiáť&#x2026;u xấ tia X cho biáşżt thĂ nh phần chĂ­nh cᝧa mẍu nano lưᝥng kim, pic Ä&#x2018;ạc trĆ°ng cᝧa nano Fe 0 xuẼt hiáť&#x2021;n tấi 36.42o váť&#x203A;i cĆ°áť?ng Ä&#x2018;áť&#x2122; láť&#x203A;n vĂ Cuo áť&#x; 43.27o. Ä?iáť u Ä&#x2018;Ăł cho thẼy Ä&#x2018;ưᝣc mẍu nano lưᝥng kim nĂ y khĂ´ng báť&#x2039; oxy hĂła báť&#x;i Ä&#x2018;ưᝣc bao báť?c máť&#x2122;t láť&#x203A;p Cuo bĂŞn ngoĂ i Feo

TP

Meas. data:NanoFe-Cu_Theta_2-Theta

áş O Ä?

G N

5.0e+004

TR ẌN

0.0e+000 2e+004

B

1e+004

10 00

Intensity (cps)

H ĆŻ

Intensity (cps)

1.0e+005

0e+000 -1e+004

A

-2e+004 10

20

Ă&#x201C;

30

40

50

60

70

H

2-theta (deg)

-L

Ă?-

HiĚ&#x20AC;nh 3.1 Pháť&#x2022; nhiáť&#x2026;u xấ tia X cᝧa nano lưᝥng kim Fe/Cu

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

Ă&#x20AC;N

TO

Ă N

XĂĄc Ä&#x2018;áť&#x2039;nh kĂ­ch thĆ°áť&#x203A;c hất trung bĂŹnh theo cĂ´ng thᝊc Scherrer đ??ž. đ?&#x153;&#x2020; đ??ˇ= đ?&#x203A;˝. đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x203A;ł Trong Ä&#x2018;Ăł: D: kĂ­ch thĆ°áť&#x203A;c hất, nm K: háť&#x2021; sáť&#x2018; hĂŹnh dấng (K=0.9 cho hất hĂŹnh cầu) Îť : BĆ°áť&#x203A;c sĂłng tia X, nm β: Ä?áť&#x2122; ráť&#x2122;ng tấi náť­a chiáť u cao vấch nhiáť&#x2026;u xấ cáťąc Ä&#x2018;ấi, radian đ?&#x161;š: GĂłc nhiáť&#x2026;u xấ cᝧa vấch nhiáť&#x2026;u xấ cáťąc Ä&#x2018;ấi, Ä&#x2018;áť&#x2122; Bảng 3. 1 CĂĄc thĂ´ng sáť&#x2018; kĂ­ch thĆ°áť&#x203A;c hất đ?&#x153;&#x2020;

K 0.9

0.15418

SVTH: Huáťłnh Tháť&#x2039; Ly Na

SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

đ?&#x203A;˝ đ?&#x153;&#x2039; 180

đ?&#x203A;ł 18.21

Trang 28

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DấyKèmQuyNhƥn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

BaĚ o caĚ o khĂła luáş­n tĂ´Ě t nghiáť&#x2021;p

GVHD: TS. BuĚ&#x20AC;i Xuân VĆ°Ě&#x192;ng

N

H

quang váť&#x203A;i thuáť&#x2018;c tháť­ axit fenoldisunfonic

Ć

3.2. Káşżt quả Ä&#x2018;áť&#x201C; tháť&#x2039; Ä&#x2018;Ć°áť?ng chuẊn NO3- xĂĄc Ä&#x2018;áť&#x2039;nh báşąng phĆ°ĆĄng phĂĄp trắc

N

Váş­y kĂ­ch thĆ°áť&#x203A;c hất trung bĂŹnh cᝧa váş­t liáť&#x2021;u Ä&#x2018;iáť u cháşż Ä&#x2018;ưᝣc lĂ : đ??ž. đ?&#x153;&#x2020; 0.9 â&#x2C6;&#x2014; 0.15418 đ??ˇ= = đ?&#x153;&#x2039; = 8.362(đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161;) đ?&#x203A;˝. đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x203A;ł . cosâ Ą(18.21) 180

10 00

B

TR ẌN

H ĆŻ

N

G

Ä?

áş O

TP

.Q

U Y

Sau khi dò tĂŹm bĆ°áť&#x203A;c sĂłng táť&#x2018;i Ć°u trĂŞn mĂĄy Ä&#x2018;o quang UV-VIS. Ta thu Ä&#x2018;ưᝣc káşżt quả nhĆ° sau:

Ă&#x201C;

A

HiĚ&#x20AC;nh 3.2 Káşżt quả quĂŠt tiĚ&#x20AC;m bĆ°áť&#x203A;c sĂłng táť&#x2018;i Ć°u

Ă N

1

2

3

4

5

6

C (ppm)

0

8

16

24

32

40

D

0

0.3121

0.6814

1.0885

1.3942

1.7841

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

Ă&#x20AC;N

STT

TO

-L

Ă?-

H

Váş­y bĆ°áť&#x203A;c sĂłng táť&#x2018;i Ć°u cᝧa phĆ°ĆĄng phĂĄp nĂ y lĂ Îťmax = 432 nm.

Tiáşżn hĂ nh Ä&#x2018;o Ä&#x2018;áť&#x2122; hẼp th᝼ cᝧa dĂŁy dung dáť&#x2039;ch chuẊn áť&#x; bĆ°áť&#x203A;c sĂłng Îťmax = 432 nm. Ta thu Ä&#x2018;ưᝣc káşżt quả nhĆ° sau: Bảng 3. 2 Káşżt quả Ä&#x2018;o Ä&#x2018;áť&#x2122; hẼp th᝼ cᝧa dĂŁy chuẊn

Ä?Ć°áť?ng chuẊn thu Ä&#x2018;ưᝣc nhĆ° sau:

SVTH: Huáťłnh Tháť&#x2039; Ly Na

SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

Trang 29

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Đường chuẩn NO3-

y = 0.0449x - 0.0214 R² = 0.9987

2 1.8

Ơ

N

1.6

H N

1.2

U Y

1

.Q

0.8 0.6

TP

Mật độ quang D

1.4

0.4

ẠO

0.2 10

15

20 25 Nồng độ C (ppm)

30

35

40

45

G

5

H Ư

N

-0.2 0

Đ

0

TR ẦN

Hình 3. 3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ của dãy chuẩn NO3-.

B

Dựa vào đồ thị đường chuẩn NO3- y = 0.0449x - 0.0214 này, ta có thể xác định được nồng độ của Nitrat còn lại sau khi xử lý bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu.

10 00

3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của nano lưỡng kim với nước bị ô

A

nhiễm nitrat nhân tạo

H

Ó

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat

-L

Í-

bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Sau khi khảo sát yếu tố pH , kết quả thu được được thể hiện qua bảng sau:

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 30

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Bảng 3. 3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat Thời gian phản ứng (phút)

Hàm lượng nano cho vào (g)

Nồng độ Nồng độ Nitrat ban Nitrat sau đầu (ppm) phản ứng (ppm)

Hiệu suất (%)

2

10

0,02

50

29.24

4

10

0,02

50

22.01

6

10

0,02

50

10.48

79.05

8

10

0,02

50

17.76

64.49

U Y

N

H

Ơ

N

pH dung dịch

55.99

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

41.51

90

79.05

TR ẦN

80 70

64.49

B

60

50 40

Ct (ppm)

A

41.51

10 00

55.99

Ó

Cs(ppm) H (%)

-L

20

Í-

H

30

ÁN

10

Ct (ppm) Cs(ppm) H (%)

pH2 50 29.24 41.51

pH4 50 22.01 55.99

pH6 50 10.48 79.05

pH8 50 17.76 64.49

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

0

Hình 3. 4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat Phân tích biểu đồ, ta thấy trong môi trường axit thì hiệu suất xử lý Nitrat của Fe/Cu là thấp nhất. Hiệu suất xử lý tăng khi môi trường càng trung tính. Cụ thể, tại pH= 6 hiệu suất xử lý Nitrat của Nano lưỡng kim Fe/Cu đạt 79.05%. Điều này có thể lý giải như sau: [10] SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 31

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

Trong quá trình điều chế Nano lưỡng kim có thể xảy ra khả năng: Fe0 bị khử thành Fe2+ :

Fe0 - 2e  Fe2+

Cu2+ bị oxi hoá về Cu0:

Cu2+ + 2e  Cu0

Ơ

N

 Khi phản ứng này xảy ra làm giảm một lượng Fe0 Nano và thay vào đó một

N

H

lượng Cu0 bám lên hạt sắt nano.

U Y

Fe0 + H+  Fe2+ + 2H0 và

.Q

2H0 + Cu2+  Cu0 + 2H+

TP

Quá trình này làm tăng lượng H+ trong dung dịch, cũng làm giảm hiệu quả xử lý.

ẠO

Ngoài ra, do lượng H+ nhiều nên Fe2+ được sinh ra có thể bị oxy hóa thành Fe3+ 4Fe3+ + H2O

Đ

4Fe2+ + 4H+ +O2

H Ư

Fe0 với NO3- dẫn đến hiệu suất giảm.

N

G

Chính sự sản sinh nhanh chóng Fe2+ và Fe3+ dẫn đến sự tiếp xúc hạn chế của hạt

TR ẦN

 Như vậy, Nano lưỡng kim xử lý đạt hiệu quả tốt nhất ở pH= 6.

3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm

B

Nitrat bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu

10 00

Sau khi khảo sát yếu tố thời gian, kết quả thu được được thể hiện ở bảng sau:

A

Bảng 3. 4 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat pH dung

Hàm lượng

Nồng độ

Nồng độ

Hiệu suất

phản ứng

dịch

nano cho vào

Nitrat ban

Nitrat sau

(%)

(g)

đầu (ppm)

phản ứng

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

H

Í-L

ÁN

(phút)

Ó

Thời gian

(ppm)

10

6

0,02

50

9.90

80.20

20

6

0,02

50

5.54

88.93

40

6

0,02

50

7.18

85.65

60

6

0,02

50

9.17

81.66

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 32

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

100 90

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

88.93

85.65

80.20

81.66

80

N

70

Ct (ppm)

40

U Y

Cs (ppm)

30

H (%)

.Q

20

60 phút 50 9.17 81.66

Đ

ẠO

40 phút 50 7.18 85.65

G

20 phút 50 5.54 88.93

N

Ct (ppm) Cs (ppm) H (%)

10 phút 50 9.90 80.20

TP

10 0

N

50

H

Ơ

60

H Ư

Hình 3. 5 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat

TR ẦN

Qua phân tích biểu đồ, ta thấy rằng, hiệu suất xử lý Nitrat của Nano lưỡng kim Fe/Cu đều đạt trên 80% qua các khoảng thời gian khác nhau. Hiệu suất xử lý cao nhất

B

là 88.93% ở 20 phút. Như vậy có thể kết luận rằng, đối với Nano lưỡng kim Fe/Cu

10 00

thì thời gian tối ưu nhất là 20 phút.

A

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý

H

Ó

nước ô nhiễm nitrat bằng nano lưỡng kim Fe/Cu.

-L

Í-

Sau khi khảo sát nồng độ NO3-, kết quả thu được được thể hiện ở bảng sau:

ÁN

Bảng 3. 5 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ Nitrat ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Nitrat pH

Nitrat ban

dịch

ÀN

TO

Nồng độ

dung Hàm lượng

Đ

đầu (ppm)

Thời gian

Nồng độ

Hiệu

nano cho vào phản ứng

Nitrat sau

(%)

(g)

phản ứng

(phút)

suất

D

IỄ N

(ppm)

30

6

0,02

20

1.23

95.90

40

6

0,02

20

2.87

92.82

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 33

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

6

0,02

20

4.02

91.97

60

6

0,02

20

6.48

89.21

Ơ

N

50

95.90

92.82

91.97

89.21

U Y

100

N

H

120

.Q

80 60

TP

Ct (ppm)

40

ẠO

Cs (ppm) H(%)

50 ppm 50 4.02 91.97

60 ppm 60 6.48 89.21

TR ẦN

40 ppm 40 2.87 92.82

N

30 ppm 30 1.23 95.90

Ct (ppm) Cs (ppm) H(%)

H Ư

0

G

Đ

20

10 00

B

Hình 3. 6 Ảnh hưởng của nồng độ NO3- ban đầu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat Qua hai biểu đồ, ta thấy rằng, khi nồng độ Nitrat ban đầu càng thấp thì hiệu suất xử

Ó

A

lý của Nano lưỡng kim Fe/Cu càng cao. Cụ thể, với nồng độ Nitrat ban đầu thấp nhất

H

là 30 ppm thì hiệu suất xử lý của Nano lưỡng kim Fe/Cu là 95.90%. Như vậy, nano

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

Fe/Cu xử lý rất hiệu quả Nitrat có nồng độ ban đầu là 30 ppm.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 34

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

KẾT LUẬN Theo kết quả của phổ nhiễu xạ tia X cho thấy việc tổng hợp Nano lưỡng kim Fe/Cu

N

rất thành công. Các phổ đặc trưng của Fe và Cu xuất hiện với cường độ tương đối

Ơ

lớn, rõ ràng và ít xuất hiện các pic lạ.

N

H

Hiệu quả xử lý Nitrat trong nước ngầm bằng Nano lưỡng kim Fe/Cu rất cao. Với các

U Y

điều kiện tối ưu:

.Q

- pH tối ưu: 6

TP

- Thời gian tối ưu: 20 phút

ẠO

- Nồng độ NO3- tối ưu: 30 ppm

Đ

Ngoài ra, việc nghiên cứu ứng dụng Nano lưỡng kim Fe/Cu để xử lý các chất ô

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

nhiễm khác cũng nên thực hiện để tăng tính ưu việt cho loại vật liệu này.

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 35

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiếng Việt

N

[1]Lê Văn Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và Nitrat, Nxb Khoa Học Tự

H

Ơ

Nhiên và Công Nghệ, Hà Nội, 2007.

U Y

N

[2]Nguyễn Hoàng Hải, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học

.Q

Quốc gia Hà Nội, “Chế tạo hạt nanô ô xít sắt từ tính”, (2006).

TP

[3]Giáo trình thí nghiệm Phân tích môi trường, khoa Hóa – Đại học sư phạm Đà

ẠO

Nẵng

G

Đ

[4]https://vi.wikipedia.org/wiki/Nitrat

N

[5]http://vi.wikipedia.org/wiki/Công_nghệ_nano

H Ư

2. Tiếng Anh

TR ẦN

[6]B.T. Nolan, B.C. Ruddy, K.J. Hitt, D.R. Helsel, Risk of nitrate in groundwater of the United States—a national perspective, Environ. Sci. Technol. 31 (1997) 2229–

B

2236

10 00

[7]Bard, A. J., Parsons, R., and Jordan, J. (1985). Standard Potentials in Aqueous Solutions (Marcel Dekker, New York) Z.Y.

Chen,

A

Wang,

The

preparation,

surface

modification,

and

Ó

[8]C.Y.

Í-

H

characterization of metallic nanoparticles, Chin. J. Chem. Phys. 12 (1999) 670–674.]

TCE

ÁN

of

-L

[9]Cheng, S. F., & Wu, S. C. (2000). The enhancement methods for the degradation by

zero-valent

metals.

Chemosphere,

41,

1263-1270.

TO

http://dx.doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00530-5

D

IỄ N

Đ

ÀN

[10]Gunay G. Muradova, Sevinj R. Gadjieva, Luca Di Palma, Giorgio Vilardi; Nitrates Removal by Bimetallic Nanoparticles in Water [11]Lee Haller, Patrick McCarthy, Terrence O'Brien, Joe Riehle, and Thomas Stuhldreher, nitrate pollution of groundwater, http://www.reopure.com/nitratinfo.html [12]Liou, Y. H., Lo, S. L., Lin, C. J., Kuan, W. H., & Weng, S. C. (2005). Chemical reduction of an unbuffered nitrate solution using catalyzed and uncatalyzed nanoscale SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 36

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

iron

particles.

Journal

GVHD: TS. Bùi Xuân Vững

of

Hazardous

Materials

B,

127,

102-110.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.06.029

N

[13]S. Mossa Hosseini, B. Ataie-Ashtiani, M. Kholghi; Nitrate reduction by nano-

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

Fe/Cu particles in packed column

SVTH: Huỳnh Thị Ly Na

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 37

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial