intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử lý diclodiphenyltricloetan (DDT) trong đất ô nhiễm tại kho Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST
Báo xấu
15
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là góp phần vào sự nghiệp bảo vệ môi trường và đóng góp một phần cơ sở khoa học cho Ủy ban nhân dân các tỉnh thực hiện quyết định số 1946/QĐ-TTg về việc xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trường do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lưu trên phạm vi cả nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử lý diclodiphenyltricloetan (DDT) trong đất ô nhiễm tại kho Hương Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh

  1. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Nguyễn Xuân Huân NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU SẮT NANO ĐỂ XỬ LÝ DICLODIPHENYLTRICLOETAN (DDT) TRONG ĐẤT Ô NHIỄM TẠI KHO HƢƠNG VÂN, XÃ LẠC VỆ, HUYỆN TIÊN DU, TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên i Khoa môi trường
  2. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Nguyễn Xuân Huân NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU SẮT NANO ĐỂ XỬ LÝ DICLODIPHENYLTRICLOETAN (DDT) TRONG ĐẤT Ô NHIỄM TẠI KHO HƢƠNG VÂN, XÃ LẠC VỆ, HUYỆN TIÊN DU, TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ ĐỨC Hà Nội - 2011 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ii Khoa môi trường
  3. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3 1.1. Khái quát về vật liệu nano ..................................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm ........................................................................................................ 4 1.1.2. Tính chất của vật liệu nano ............................................................................. 4 1.1.3. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano .......................................................... 6 1.1.4. Một số ứng dụng của vật liệu nano ............................................................... 11 1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng .. 12 1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano ................................................................. 12 1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý môi trƣờng của Fe0 nano ................................ 14 1.3. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật .................................................................... 18 1.3.1. Các nhóm thuốc BVTV và phân loại ............................................................ 19 1.3.2. Đặc điểm, tính chất của DDT và các tác động của nó đến môi trƣờng ........ 20 1.4. Hiện trạng kho chứa hoá chất bảo vệ thực vật ở thôn Hƣơng Vân ..................... 28 1.5. Các phƣơng pháp xử lý thuốc BVTV .................................................................. 30 1.5.1. Phƣơng pháp hoá học ................................................................................... 30 1.5.2. Phƣơng pháp vật lý ....................................................................................... 32 1.5.3. Phƣơng pháp cô lập ...................................................................................... 33 1.5.4. Phƣơng pháp xử lý thuốc bảo vệ thực vật bằng Fe0 nano ............................ 34 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 36 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................... 36 2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 36 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 37 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................ 48 3.1. Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu ................................................ 48 3.1.1. pH.................................................................................................................. 48 3.1.2. Chất hữu cơ ................................................................................................... 49 3.1.3. Thành phần cơ giới ....................................................................................... 49 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên i Khoa môi trường
  4. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân 3.1.4. Dung tích hấp phụ cation (CEC) .................................................................. 50 3.1.5. Hàm lƣợng nitrat (NO3-) ............................................................................... 50 3.1.6. Hàm lƣợng phốt pho tổng số và dễ tiêu ........................................................ 50 3.1.7. Hàm lƣợng Fe2+ ............................................................................................ 51 3.1.8. Hàm lƣợng Al2O3 và Fe2O3 .......................................................................... 51 3.2. Nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật trong đất khu vực nghiên cứu ....................... 52 3.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến điều chế vật liệu Fe0 nano.................................... 55 3.5. Khảo sát khả năng xử lý của Fe0 nano với nƣớc bị gây nhiễm DDT nhân tạo ... 63 3.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả xử lý................................................ 63 3.5.2. Kết quả phân tích hàm lƣợng Fe2+ và Fe3+ của các dung dịch sau xử lý DDT trong nƣớc bằng vật liệu Fe0 nano .......................................................................... 66 3.5.3. Ảnh hƣởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý ........................................ 68 3.6. Một số yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng xử lý DDT trong đất .............................. 70 3.6.1. Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu quả xử lý ................................................. 70 3.6.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Fe0 nano đến hiệu quả xử lý DDT .................... 72 3.6.3. Ảnh hƣởng của của pH đất tới hiệu quả xử lý .............................................. 74 3.6.4. Ảnh hƣởng của axit humic đến hiệu quả xử lý DDT.................................... 75 3.7. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất ô nhiễm ngoài thực địa .................................. 77 3.7.1. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp chuyển vị (ex-situ)... 77 3.7.2. Thử nghiệm xử lý DDT trong đất bằng phƣơng pháp tại chỗ (in-situ) ........ 79 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................................. 82 Kết luận ...................................................................................................................... 82 Khuyến nghị ............................................................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 84 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ii Khoa môi trường
  5. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT 1. BVTV: Bảo vệ thực vật 2. BET: Brunauer Emmett Teillor – Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng 3. CEC: Cation exchange capacity – Dung tích hấp phụ cation 4. DDD (1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) etan); 5. DDE: (1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) etylen); 6. DDT: Diclodiphenyltricloetan; 7. HCB: Poly Clorua Biphenyl; 8. LD50 per os: Lƣợng chất độc hoặc phóng xạ cần thiết để giết một nữa số lƣợng sinh vật thí nghiệm sau một quãng thời gian định sẵn bằng đƣờng miệng 9. LD50 dermal: Lƣợng chất độc hoặc phóng xạ cần thiết để giết một nữa số lƣợng sinh vật thí nghiệm sau một quãng thời gian định sẵn bằng đƣờng hấp thu qua da 10. PCB PolyChlorinated Biphenyl; 11. PAA: Polyacrylamid 12. QCVN 04/2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dƣ lƣợng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất 13. SEM: Scaning electron microscopy – Kính hiển vi điện tử quét 14. TCE: Trichloroethene 15. TEM: Transmission electron microscopy – Kính hiển vi điện tử truyền qua 16. TT: Trung tâm 17. XRD: Xray diffracsion – Nhiễu xạ tia X Trường Đại học Khoa học Tự nhiên iii Khoa môi trường
  6. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Các hợp chất gây ô nhiễm có khả năng bị xử lý bởi Fe0 nano .......................... 17 Bảng 2. Thời gian bán phân hủy của một số thuốc BVTV clo hữu cơ ........................... 23 Bảng 3. Hiện trạng tồn dƣ hóa chất bảo vệ thực vật tại các kho trên toàn quốc ............. 27 Bảng 4. Số ngƣời tử vong do ung thƣ tại thôn Hƣơng Vân và xã Lạc Vệ ...................... 30 Bảng 5. Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu…….…….50 Bảng 6. Kết quả phân tích dƣ lƣợng hóa chất BVTV tại khu vực nghiên cứu .............. 53 Bảng 7. Khả năng khử DDT bởi Fe0 nano trong nƣớc tại pH = 3 theo thời gian…..…..65 Bảng 8. Nồng độ Fe2+ và Fe3+ trong dung dịch sau xử lý DDT bằng Fe0 nano .............. 67 Bảng 9. Hiệu quả xử lý DDT bằng Fe0 nano và các sản phẩm trung gian...................... 68 Bảng 10. Nồng độ DDT còn lại sau thí nghiệm và hiệu quả xử lý ................................. 70 Bảng 11. Hiệu quả xử lý DDT trong đất đã bổ sung thêm DDT .................................... 71 Bảng 12. Ảnh hƣởng hàm lƣợng Fe0 nano đến hiệu quả xử lý DDT trong đất ............. 73 Bảng 13. Ảnh hƣởng của pH đất đến hiệu quả xử lý DDT ............................................. 74 Bảng 14. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit humic đến hiệu quả xử lý DDT .................... 76 Bảng 15. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp chuyển vị ................. 78 Bảng 16. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng phƣơng pháp tại chỗ ...................... 80 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên iv Khoa môi trường
  7. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cơ chế hoạt động của phƣơng pháp vi nhũ tƣơng ............................................... 9 Hình 2. Cấu trúc lõi vỏ của hạt Fe0 nano ........................................................................ 13 Hình 3. Ứng dụng của Fe0 nano trong môi trƣờng ......................................................... 15 Hình 4. Cấu tạo phân tử DDT ......................................................................................... 22 Hình 5. Bản đồ khu vực nghiên cứu, kho Hƣơng Vân, Lạc Vệ, Tiên Du, Bắc Ninh ..... 29 Hình 6. Mô hình cấu tạo hạt Fe0 nano và các phản ứng khử xảy ra trên bề mặt ............ 35 Hình 7. Máy sắc ký khí GC 2010 .................................................................................... 38 Hình 8. Hiện tƣợng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn ............................ 40 Hình 9. Máy đo nhiễu xạ tia X ........................................................................................ 41 Hình 10. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quyét .............................. 42 Hình 11. Máy kính hiển vi điện tử quét .......................................................................... 42 Hình 12. Kính hiển vi điện tử truyền qua........................................................................ 43 Hình 13. Máy phân tích diện tích bề mặt riêng theo BET .............................................. 44 Hình 14. Mặt cắt ngang ô bố trí thí nghiệm……………………………………………47 Hình 15. Mặt cắt dọc ô bố trí thí nghiệm……………………………………………...47 Hình 16. Nồng độ DDT trong đất tại nền kho Hƣơng Vân và các vị trí xung quanh ..... 54 Hình 17. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp dƣới, không sử dụng chất phân tán………….……...56 Hình 18. Ảnh SEM hạt sắt ở lớp trên, không sử dụng chất phân tán……………...…..56 Hình 19. Ảnh TEM hạt Fe0 nano, có sử dụng chất phân tán……………………...…...57 Hình 20. Ảnh SEM hạt Fe0 nano, có sử dụng chất phân tán……………………...…...57 Hình 21. Hình ảnh TEM của vật liệu Fe0 nano điều chế với các tỷ lệ NaBH4/FeSO4 …58 Hình 22. Ảnh TEM của hạt sắt đƣợc điều chế khi dùng cồn 30%..................................59 Hình 23. Sản phẩm vật liệu Fe0 nano sau chế tạo và bảo quản trong bình hút ẩm ......... 60 Hình 24. Phổ nhiễu xạ tia X của sắt nano…………………………………………......61 Hình 25. Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu sắt nano điều chế bởi Yuan-Pang Sun và nnk .......... 62 Hình 26. Ảnh SEM vật liệu Fe0 sau khi lựa chọn điều kiện tối ƣu để chế tạo……....…62 Hình 27. Ảnh TEM vật liệu Fe0 sau khi lựa chọn điều kiện tối ƣu để chế tạo................62 Hình 28. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý DDT theo thời gian.......................... 64 Hình 29. Nguyên lý phản ứng của Fe0 nano với hợp chất hữu cơ clo ............................ 65 Hình 30. Nồng độ Fe2+ và Fe3+ sau xử lý DDT bằng Fe0 nano ....................................... 67 Hình 31. Nồng độ DDT còn lại và hiệu quả xử lý đối với đất đã bổ sung DDT ............ 71 Hình 32. Nồng độ DDT và hiệu quả xử lý theo tỷ lệ Fe0 nano/DDT .............................. 73 Hình 33. Nồng độ DDT còn lại sau xử lý và hiệu quả xử lý theo pH............................. 75 Hình 34. Hiệu quả xử lý DDT bởi Fe0 nano phụ thuộc vào hàm lƣợng axit humic ....... 76 Hình 35. Hiệu quả xử lý DDT ngoài thực địa bằng Fe0 nano ......................................... 78 Hình 36. So sánh hiệu quả xử lý DDT bằng phƣơng pháp chuyển vị và tại chỗ........ .... 80 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên v Khoa môi trường
  8. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân MỞ ĐẦU Trên đất nƣớc ta nói chung và tỉnh Bắc Ninh nói riêng, vào những năm 60 của thế kỷ trƣớc với nền canh tác nông nghiệp tập thể (hợp tác xã) nên có rất nhiều kho thuốc bảo vệ thực vật (gần nhƣ mỗi hợp tác xã nông nghiệp có ít nhất 01 kho thuốc sâu). Các kho thuốc rất khác nhau về quy mô, diện tích, cách bảo quản, thời gian tồn tại và vị trí xây dựng. Do nhận thức và hiểu biết về tác hại của hoá chất bảo vệ thực vật còn thấp nên nhìn chung ở hầu hết các kho thuốc sâu công việc bảo quản rất tuỳ tiện, không đƣợc xây dựng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật đối với kho bảo quản các chất độc hại. Các loại thuốc thƣờng xếp lẫn lộn, không có giá kê, không có chống ẩm, nền kho không đảm bảo khô ráo, nhiều kho mái bị hỏng, mƣa dột. Mặt khác do khí hậu nƣớc ta nóng, ẩm nên bao bì chóng bị hỏng, rách, nhãn mác bị mờ hoặc mất, thuốc sâu rơi vãi không đƣợc thu gom xử lý mà thấm trực tiếp xuống các nền kho. Từ khi mở cửa cho các thành phần kinh tế phát triển, các cơ sở pha chế, đóng gói, phân phối thuốc sâu cũng đình trệ và nhiều kho đã bỏ hoang. Tuy nhiên, do không quản lý tốt nên thuốc sâu đã ngấm xuống và gây ô nhiễm đất ở các nền kho và khu vực xung quanh làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc, hệ sinh thái và gây tác động xấu đến sức khoẻ cộng đồng. Từ thực tế trên, Chính phủ đã có quyết định số 1946/QĐ-TTg ký ngày 21 tháng 10 năm 2010 về việc phê duyệt kế hoạch xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc. Theo quyết định về kế hoạch của Thủ tƣớng thì có 240 kho thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng và đặc biệt nghiệm trọng, cần phải đƣợc xử lý trƣớc năm 2015. Để xử lý ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật có nhiều các phƣơng pháp nhƣ thiêu huỷ, chôn lấp, cách ly, sử dụng vi sinh kết hợp chôn lấp, hay sử dụng phƣơng pháp hóa học với các chất ôxi hóa hoặc thủy phân để phá vỡ một số liên kết nhất định, chuyển hóa chất có độc tính cao thành chất có độc tính thấp hơn hoặc không độc. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này chỉ thích hợp với xử lý thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã đƣợc thu gom hoặc tồn lƣu tại các kho chứa. Còn đối với trƣờng hợp đất nhiễm thuốc BVTV Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1 Khoa môi trường
  9. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân lại cần một phƣơng pháp và công nghệ phù hợp hơn, trong đó công nghệ sử dụng sắt nano (Fe0 nano) trong việc xử lý ô nhiễm môi trƣờng nhƣ: xử lý nƣớc thải có chứa các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật trong đất và nƣớc đƣợc nhiều các nhà khoa học nƣớc ngoài nghiên cứu [24-27, 30, 31, 33,35,39]. Theo các tài liệu này Fe0 nano hoàn toàn không độc và an toàn với môi trƣờng, việc sử dụng Fe0 nano trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng đạt hiệu quả rất cao, với giá thành hợp lý. Hiện nay, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất bảo vệ thực vật trong đất bị ô nhiễm ở nƣớc ta mới đƣợc đề cập nghiên cứu. Vì vậy, cần phải có nghiên cứu cụ thể cho việc ứng dụng công nghệ vật liệu Fe0 nano để xử lý hoá chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trong đất tại các kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật. Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu sắt nano để xử lý diclodiphenyltricloetan (DDT) trong đất ô nhiễm tại kho Hƣơng Vân, xã Lạc Vệ, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh”. Đây là công trình nghiên cứu có triển vọng thực tiễn cao, tiếp nhận đƣợc công nghệ tiên tiến, góp phần vào sự nghiệp bảo vệ môi trƣờng và đóng góp một phần cơ sở khoa học cho Ủy ban nhân dân các tỉnh thực hiện quyết định số 1946/QĐ-TTg về việc xử lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trƣờng do hóa chất bảo vệ thực vật tồn lƣu trên phạm vi cả nƣớc. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 2 Khoa môi trường
  10. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Ý tƣởng ban đầu về công nghệ nano đƣợc đƣa ra bởi nhà vật lý ngƣời Mỹ Richard Feynman vào năm 1959. Nhƣng thuật ngữ ―công nghệ nano‖ mới bắt đầu đƣợc sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trƣờng đại học Tokyo sử dụng [7]. Theo Viện Hàn Lâm Hoàng Gia Anh thì công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nano mét. Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Theo chƣơng trình nano quốc gia của Mỹ định nghĩa công nghệ nano bao gồm: Nghiên cứu và phát triển công nghệ ở cấp độ phân tử hoặc vi phân tử với kích thƣớc từ 1nm- 100 nm; Tạo ra và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có các đặc tính và chức năng mới do kích thƣớc cực nhỏ; Có khả năng kiểm soát và thao tác ở cấp độ phân tử [14]. Công nghệ nano và khoa học nano đều có chung đối tƣợng là vật liệu nano. Khoa học nano tập trung chủ yếu vào nghiên cứu những tính chất, đặc điểm, các hiện tƣợng ở quy mô nanomet và có thể đƣa ra những đặc điểm khác biệt giữa những vật liệu đó khi ở kích thƣớc nanomet và khi ở kích thƣớc lớn hơn, còn công nghệ nano nghiên cứu cách chế tạo, ứng dụng của vật liệu nano. Khoa học nano cung cấp những thông tin khoa học cơ bản làm cơ sở cho công nghệ nano. Có thể nói rằng khoa học nano nghiên cứu vật liệu nano về mặt lý thuyết còn công nghệ nano là nghiên cứu chế tạo và khả năng ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Các lĩnh vực áp dụng công nghệ nano nhƣ là lĩnh vực y học, môi trƣờng, điện tử. Công nghệ nano thƣờng đƣợc nói đến nhƣ một cuộc cách mạng trong lĩnh cực công nghệ mới. Đặc biệt là lĩnh vực y học và môi trƣờng, các nano có thể là chất dẫn truyền thuốc, là chất xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 3 Khoa môi trường
  11. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân 1.1. Khái quát về vật liệu nano 1.1.1. Khái niệm [7] Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thƣớc nano mét (nm). Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau: - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano... - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano, điện tử đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,... - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,... Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano: - Vật liệu nano kim loại - Vật liệu nano bán dẫn - Vật liệu nano từ tính - Vật liệu nano sinh học 1.1.2. Tính chất của vật liệu nano [7] Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thƣớc chỉ ở cấp độ nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề mặt vật liệu nano và tổng diện tích bề mặt của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với vật liệu thông Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 4 Khoa môi trường
  12. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân thƣờng. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị thƣờng, đặc biệt là khả năng xúc tác hấp phụ. Với kích thƣớc nhỏ ở cấp độ phân tử, vật liệu nano xuất hiện ba hiệu ứng chính: hiệu ứng lƣợng tử, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thƣớc. Hiệu ứng lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ một đại nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử. Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thƣớc nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt nhƣ: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt…..của vật liệu nano sẽ lớn hơn nhiều. Điều đó mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực xúc tác, hấp phụ và nhiều hiệu ứng khác mà các nhà khoa học đang quan tâm, nghiên cứu. Kích thước tới hạn Các vật liệu truyền thống thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi một số các đại lƣợng vật lý, hóa học không đổi nhƣ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính axit….Tuy nhiên, các đại lƣợng vật lý và hóa học này chỉ bất biến nếu kích thƣớc của vật liệu đủ lớn (thƣờng là lớn hơn 100nm). Khi giảm kích thƣớc cua vật liệu xuống cấp độ nano mét (nhỏ hơn 100nm), thì các đại lƣợng lý, hóa ở trên không còn là bất biến nữa, ngƣợc lại chúng sẽ thay đổi. Hiện tƣợng này gọi là hiệu ứng kích thƣớc. Kích thƣớc mà ở đó vật liệu bắt đầu có sự thay đổi các tính chất đƣợc gọi là kích thƣớc tới hạn. Ví dụ nhƣ: Điện trở của một kim loại ở kích thƣớc vĩ mô mà ta thấy hằng ngày sẽ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 5 Khoa môi trường
  13. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thƣớc của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử trong kim loại (thƣờng là vài nm đến vài trăm nm) thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật liệu có kích thƣớc nano sẽ tuân theo quy tắc lƣợng tử. Các nghiên cứu cho thấy các tính chất điện, từ, quang, hóa học….của các vật liệu đều có kích thƣớc tới hạn trong khoảng từ 1nm đến 100nm, nên ở vật liệu nano các tính chất này đều có biểu hiện khác thƣờng so với vật liệu truyền thống 1.1.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano [4] - Phƣơng pháp từ trên xuống: Bao gồm phƣơng pháp nghiền và phƣơng pháp biến dạng. Phƣơng pháp nghiền là sử dụng kỹ thuật mài cơ khí thông thƣờng để phá vỡ các kim loại có kích thƣớc lớn hơn thành các hạt có kích thƣớc micro hoặc nano. Sự va chạm của các hạt hình cầu có thể phá vỡ kích thƣớc của các hạt riêng biệt xuống còn vài nm dẫn đến sự biến dạng, bẻ gãy và nối lại chúng. Khi nghiền, ngƣời ta thƣờng sử dụng chất hoạt hóa bề mặt giúp cho quá tình nghiền đƣợc dễ dàng và đồng thời tránh các hạt kết tụ lại với nhau. Phƣơng pháp nghiền có ƣu điểm là đơn giản và chế tạo đƣợc vật liệu khối lƣợng lớn. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là tính đồng nhất của các hạt nano không cao vì khó có thể khống chế quá trình hình thành hạt. Phƣơng pháp biến dạng đƣợc sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cỡ lớn mà không làm phá huỷ vật liệu. Nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy thuộc vào từng trƣờng hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì đƣợc gọi là biến dạng nóng, còn ngƣợc lại thì đƣợc gọi là biến dạng nguội. Ngoài ra, hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp. - Phƣơng pháp từ dƣới lên: là phƣơng pháp hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lƣợng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 6 Khoa môi trường
  14. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân dùng hiện nay đƣợc chế tạo từ phƣơng pháp này. Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai gọi là phƣơng pháp hóa - lý. + Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý dƣới tác dụng của nhiệt do đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang. Trong phƣơng pháp chuyển pha thì vật liệu đƣợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình - tinh thể (kết tinh). Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano hoặc màng nano. + Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phƣơng pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha khí (nhiệt phân, khử pha phí...) và từ pha lỏng (phƣơng pháp đồng kết tủa, vi nhũ tƣơng, polyol, khử pha lỏng…). Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano... Phương pháp nhiệt phân: là phƣơng pháp rất hiệu quả để có thể chế tạo hạt nano với quy mô lớn. Phƣơng pháp này đƣợc chia làm hai phƣơng pháp nhỏ là nhiệt phân bụi hơi và nhiệt phân laser. Phƣơng pháp nhiệt phân bụi hơi có thể tạo các hạt mịn nhƣng các hạt này thƣờng kết tụ lại với nhau thành các hạt lớn hơn. Trong khi phƣơng pháp nhiệt phân laser tạo các hạt mịn ít kết tụ với nhau. Phƣơng pháp nhiệt phân laser đƣợc dùng để chế tạo hạt Si, SiC, Si3N4, Si/C/N, ôxít sắt có kích thƣớc từ 5 – 20 nm. Ở phƣơng pháp này luồng hơi hỗn hợp có chứa chất phản ứng đƣợc nung nóng bởi laser CO2 và phản ứng xảy ra do nhiệt độ cao. Hạt nano tạo từ phƣơng pháp này có kích thƣớc nhỏ, đồng nhất và hầu nhƣ không kết tụ. Ngƣời ta dùng phƣơng pháp này để tạo hạt nano Fe2O3 kết tinh tốt và có kích thƣớc từ 3,5 – 5 nm. Vùng phản ứng hóa học xảy ra từ nơi giao nhau của chùm hơi và chùm laser (10,6 mm) và đƣợc tách hoàn toàn khỏi các vùng khác làm cho quá trình kết đám của các hạt đƣợc loại bỏ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 7 Khoa môi trường
  15. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân gần nhƣ hoàn toàn. Tiền chất trong trƣờng hợp này là Fe(CO)5 không hấp thụ laser nên etylen đƣợc dùng là chất hấp thụ năng lƣợng laser và là chất mang hơi đến buồng phản ứng. Etylen không bị phân hủy với năng lƣợng của laser (652 Wcm-2), nó chỉ có tác dụng chuyển đổi năng lƣợng laser thành năng lƣợng nhiệt để phân hủy Fe(CO)5. Để tạo Fe2O3 ngƣời ta phải đƣa không khí vào bằng cách trộn không khí với khí argon. Phương pháp khử pha khí [37]: là phƣơng pháp tạo ra các hạt sắt nano thƣơng phẩm thƣờng đƣợc biết đến với tên gọi RNIP (Reactive Nanoscale Iron Particles) đƣợc sản xuất từ phƣơng pháp khử hematit hoặc geolit bằng H2 ở nhiệt độ cao (350-6000). Sau khi làm lạnh và chuyển hạt sắt vào nƣớc dƣới dạng khí, một lớp vỏ bị ôxy hoá hình thành trên bề mặt. RNIP đuợc biết đến nhƣ một vật liệu hai pha gồm Fe3O4 và £-FeO. Vật liệu tổng hợp có kích thƣớc trung bình 50-300nm và diện tích bề mặt riêng 7- 55m2/g. Hàm lƣợng sắt thông thƣờng không nhỏ hơn 65% (theo khối lƣợng). Phương pháp đồng kết tủa: là một trong những phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt ôxít sắt. Có hai cách để tạo ôxít sắt bằng phƣơng pháp này đó là hydroxit sắt bị ô xi hóa một phần bằng một chất ôxi hóa nào đó và già hóa hỗn hợp dung dịch có tỉ lệ Fe2+ và Fe3+ trong dung môi nƣớc. Phƣơng pháp này có thể thu đƣợc hạt nano có kích thƣớc từ 30 nm – 100 nm. Hoặc có thể tạo hạt nano có kích thƣớc từ 2 nm – 15 nm. Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà ngƣời ta có thể có đƣợc kích thƣớc hạt nhƣ mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt của các hạt đã đƣợc hình thành. Phương pháp vi nhũ tương (microemulsion): là phƣơng pháp đƣợc dùng khá phổ biến để tạo hạt Fe3O4 nano do khả năng điều khiển kích thƣớc hạt dễ dàng. Với nhũ tƣơng ―nƣớc-trong-dầu‖, các giọt dung dịch nƣớc bị bẫy bởi các phân tử chất hoạt hóa bề mặt trong dầu. Cơ chế cụ thể của phản ứng xảy ra trong hệ vi nhũ tƣơng là phản ứng hóa học khi ta hòa trộn các hệ vi nhũ tƣơng này lại với nhau (Hình 1). Các phân tử chất phản ứng thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ra ngoài và gặp nhau hoặc khi các hạt vi nhũ tƣơng của các chất phản ứng gặp nhau, nếu có đủ lực tác động thì 2 hạt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 8 Khoa môi trường
  16. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân nhỏ có thể tạo thành một hạt lớn hơn. Các chất trong hai hạt nhỏ sẽ hòa trộn với nhau và phản ứng xảy ra trong lòng hạt lớn để tạo thành hạt magnetite Fe3O4. Các hạt magnetite Fe3O4 sau khi tạo thành sẽ bị chất hoạt hóa bề mặt bao phủ và ngăn cản không cho phát triển thêm về kích thƣớc. Bằng phƣơng pháp này, ngƣời ta có thể chế tạo hạt ôxít sắt bao phủ bởi một lớp vàng để tránh bị ôxi hóa Hình 1. Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương Phương pháp Polyol: là phƣơng pháp thƣờng dùng để tạo các hạt nano kim loại nhƣ Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe... Các hạt nano đƣợc hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol (rƣợu đa chức). Polyol có tác dụng nhƣ một dung môi hoặc trong một số trƣờng hợp nhƣ một chất khử ion kim loại. Tiền chất có thể hòa tan trong polyol rồi đƣợc khuấy và nâng đến nhiệt độ sôi của polyol để khử các ion kim loại thành kim loại. Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà chúng ta có thể thu đƣợc các hạt kim loại với kích thƣớc và hình dáng nhƣ mong muốn. Ngƣời ta còn thay đổi phƣơng pháp này bằng cách đƣa những mầm kết tinh bên ngoài vào dung dịch. Nhƣ vậy quá trình tạo mầm và phát triển hạt là hai quá trình riêng biệt làm cho hạt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 9 Khoa môi trường
  17. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân đồng nhất hơn. Hạt nano ôxít sắt với đƣờng kính 100 nm có thể đƣợc hình thành bằng cách trộn tỉ lệ không cân đối giữa sắt hydroxit với dung môi hữu cơ. Muối FeCl2 và NaOH phản ứng với etylen glycol (EG) hoặc polyetylen glycol (PEG) và kết tủa sắt xảy ra ở nhiệt độ từ 800 - 100°C. Bằng phƣơng pháp này còn có thể tạo các hạt hợp kim của Fe với Ni hoặc Co. Hạt đồng nhất có kích thƣớc từ khoảng 100 nm thu đƣợc bằng cách không cho mầm kết tinh từ bên ngoài. Nếu cho mầm kết tinh từ bên ngoài là các hạt nano Pt thì có thể thu đƣợc các hạt có kích thƣớc có thể dao động từ 50 – 100 nm. Phương pháp khử pha lỏng: là phƣơng pháp sử dụng chất khử mạnh (NaBH4) vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành các hạt kim loại có kích thƣớc nano và hóa trị 0. Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng để chế tạo các hạt sắt kích thƣớc nano trong nghiên cứu của Glavee và nnk (1995) [25]. Các hạt sắt tổng hợp theo phƣơng pháp này gọi là FeBH. Do sự đơn giản cũng nhƣ hiệu quả của phƣơng pháp khử pha lỏng, nó đã trở thành phƣơng pháp đƣợc biết đến nhiều nhất và sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo Fe0 nano trong các ứng dụng môi trƣờng. NaBH4 là một chất khử mạnh nó có thể khử cả muối Fe2+ và Fe3+ tạo thành Fe0 nano theo phƣơng trình phản ứng sau: 4Fe3+ + 3BH4- +9H2O  4Fe0 + 3H2BO3- +12H+ +6H2 Fe2+ + BH4- + 9H2O  Fe0 + H2BO3- + 12H+ +6H2 Các đặc điểm quan trọng của Fe0 nano cho phép nó có phản ứng có hiệu quả với nhiều chất ô nhiễm hơn khi ở trạng thái hóa trị không. Các vấn đề kỹ thuật chính thƣờng gặp phải trong xử lý đối với vật liệu này là độ nhạy cao trong không khí. Khi tiếp xúc với không khí, Fe0 nano nhanh chóng bị ôxi hóa và mất khả năng phản ứng cao của nó Vì vậy, nhiều kỹ thuật đã đƣợc phát triển để ngăn chặn quá trình ôxy hóa và bảo vệ Fe0 nano trong quá trình làm khô sau khi tổng hợp, chẳng hạn nhƣ việc sử dụng một buồng kỵ khí, làm lạnh khô và kỹ thuật sấy khô trong chân không. Nhƣng tất cả những phƣơng pháp này tốn kém, phức tạp, và tạo ra những trở ngại trong các ứng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 10 Khoa môi trường
  18. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân dụng khác nhau của Fe0 nano để loại bỏ các chất ô nhiễm trong môi trƣờng. Vì vậy, nghiên cứu các phƣơng pháp bảo quản dễ dàng và thân thiện với môi trƣờng trong quá trình làm khô Fe0 nano tránh bị ôxy hóa sau khi Fe0 nano đƣợc tổng hợp từ dung dịch muối sắt khử bởi bohiđrua và nghiên cứu ứng dụng nó trong xử lý đất ô nhiễm DDT là điều rất quan trọng + Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí...Phƣơng pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano 1.1.4. Một số ứng dụng của vật liệu nano - Trong y học: Các hạt nano đƣợc xem nhƣ những robot thâm nhập vào cơ thể giúp con ngƣời có thể can thiệp ở quy mô phân tử và tế bào. Con ngƣời sử dụng phân tử nano để chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thƣ. Để ứng dụng trong sinh học, các hạt nano cần phải đƣợc chức năng hoạt hóa bề mặt để có thể liên kết đƣợc với các đối tƣợng sinh học nhƣ ADN, kháng thể, enzyme. Các nhóm chức thƣờng gặp là nhóm amino, biotin, steptavidin, carbonxyl, thiol, silica hoặc các bề mặt có điện tích âm hoặc dƣơng. - Năng lƣợng: Nâng cao chất lƣợng của pin năng lƣợng mặt trời, tăng hiệu quả dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm chất dẫn truyền điện đƣờng dài. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp công nghệ nano với sử dụng hệ thống gƣơng tập trung ánh sáng vừa giúp tạo ra hệ thống pin năng lƣợng mặt trời hiệu quả bậc nhất thế giới vừa giảm đƣợc 50% chi phí cho mỗi Wp (Watt peak). Trong thiết kế pin năng lƣợng mới, các tế bào năng lƣợng sẽ đƣợc tập hợp lại thành bó dây nano; chính thiết kế bó dây này giúp liên kết các subcell (vùng chuyển tiếp - junction) với nhau. Sau đó mỗi subcell sẽ có nhiệm vụ chuyển đổi một màu của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Hiệu quả cao nhất đạt đƣợc của một tế bào năng lƣợng mặt trời dạng dây nano hiện nay là 8,4%. Tuy nhiên, nếu đƣợc thiết kế thêm 5-10 vùng chuyển tiếp, hiệu quả hoạt động của tế bào có thể lên tới 65% Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 11 Khoa môi trường
  19. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân - Điện tử - Cơ khí: Chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng thiết bị nano làm thiết bị ghi thông tin cực nhỏ…. - Môi trƣờng: Chế tạo ra màng lọc nano lọc đƣợc các phân tử chất ô nhiễm, các chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải ô nhiễm nhanh chóng và hoàn toàn. 1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trƣờng 1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano Công nghệ sử dụng sắt nano hóa trị không (Fe0 nano) ngày càng trở thành một lựa chọn phổ biến trong việc xử lý các chất thải nguy hại để khắc phục các điểm ô nhiễm. Kích thƣớc nhỏ bé của hạt nano giúp nó phân tán mạnh trong môi trƣờng dƣới bề mặt. Trong khi đó do có diện tích bề mặt riêng lớn nên nó có khả năng phản ứng nhanh với các chất ô nhiễm [26]. Hiện nay, các ứng dụng của Fe0 nano chủ yếu dựa trên đặc tính đóng góp điện tử trong phản ứng khử của Fe0 nano. Trong điều kiện môi trƣờng bình thƣờng, Fe0 nano phản ứng tốt trong nƣớc và có thể đóng vai trò là một chất cho điện tử, giúp nó trở thành một vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm tốt. a. Cấu trúc lõi - vỏ - Phần lõi bao gồm chủ yếu là Fe0 nano và cung cấp năng lƣợng khử cho các phản ứng với chất gây ô nhiễm môi trƣờng. - Phần vỏ này phần lớn là các ôxit sắt/hydroxit đƣợc hình thành từ sự ôxi hóa Fe0. Lớp vỏ này là nơi cung cấp những thông tin hóa học phức tạp (ví dụ: sự hấp phụ hóa học). Các nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng chứa ôxit hoặc kim loại quý lên bề mặt phân tử nano để tránh sự ôxi hóa sắt [22]. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 12 Khoa môi trường
  20. Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyễn Xuân Huân Hình 2. Cấu trúc lõi vỏ của hạt Fe0 nano Sự hình thành lớp vỏ ôxit bao quanh phân tử sắt nano đầu tiên là sự tạo thành Fe2+ trên bề mặt; 2Fe0 + O2 + H2O  2Fe2+ + 4OH- Fe0 + 2H2O  Fe2+ + H2 + 2OH- Fe2+ tiếp tục bị ôxy hóa thành Fe3+ Fe3+ phản ứng với OH- hoặc H2O tạo ra các hydroxit và oxyhydroxit; Fe(OH)3 có thể bị dehydrat thành FeOOH Ở pH thấp (≤ 8) lớp sắt ôxit có khả năng là vật mang và hút chủ yếu các anion nhƣ phốt pho, sunfat, nhƣng khi ở pH đạt tới điểm đẳng điện, bề mặt ôxit không là vật mang và nó có thể hình thành phức giữa bề mặt với cation (ví dụ các ion kim loại). b. Diện tích bề mặt riêng Cùng với kích thƣớc vật liệu, cấu trúc lõi - vỏ, kết cấu và diện tích bề mặt riêng cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tính chất vật lý và hóa học của phân tử vật liệu. So với các phân tử có kích thƣớc micro thì các phân tử có kích thƣớc nano có diện tích bề mặt riêng lớn hơn từ 1- 2 lần. Diện tích bề mặt riêng lớn cho phép phản ứng xảy ra ở nhiều điểm, đây là một tính chất làm cho hạt Fe0 nano phản ứng với các chất ô nhiễm với tốc độ cao hơn so với các vật liệu khác. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 13 Khoa môi trường
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1641 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
22=>1