intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu khả năng xúc tác của vật liệu MnO2 phủ trên laterit cho phản ứng oxi hóa xanh metylen

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

6
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu khả năng xúc tác của vật liệu MnO2 phủ trên laterit cho phản ứng oxi hóa xanh metylen nghiên cứu tổng hợp MnO2 kích thước nanomet phủ trên nền vật liệu laterite (quặng giàu sắt, sẵn có ở Việt Nam) làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất hữu cơ (xanh metylen) bằng tác nhân H2O2. MnO2 với kích thước nanomet trên nền laterite sẽ là tác nhân mạnh trong công nghệ xử lý nước thải chứa chất hữu cơ.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu khả năng xúc tác của vật liệu MnO2 phủ trên laterit cho phản ứng oxi hóa xanh metylen

  1. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU MnO2 PHỦ TRÊN LATERIT CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA XANH METYLEN Lê Thu Hường 1. GIỚI THIỆU kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau đó phải qua các thiết bị lắng Xanh methylen (MB) được dùng trong hoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra điều trị ngộ độc cyanua, điều trị chốc lở, một lượng bùn kết tủa chứa rất nhiều sắt. Vì viêm da mủ, sát khuẩn đường niệu sinh dục vậy, để khắc phục nhược điểm trên, nguồn và làm thuốc nhuộm các mô trong một số sắt sử dụng làm chất xúc tác đã được nhiều thao tác chẩn đoán (nhuộm vi khuẩn…). công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng Ngoài ra, xanh methylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành sắt goethite ( - FeOOH), cát có chứa sắt, nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in. hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Trong nước thải của quá trình dệt nhuộm, Fe/than hoạt tính, Fe/zeolite,... Quá trình này một lượng lớn MB dư gây nên ô nhiễm môi xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã trường. Do đó, việc loại bỏ MB đã thu hút khảo sát ở trên nên còn gọi là quá trình kiểu được sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực môi như Fenton dị thể (heterogenous Fenton like trường. Quá trình oxy hóa tăng cường processes). Mangan oxit, đặc biệt mangan (AOP) là một phương pháp phù hợp để xử lý dioxit (MnO2) cũng có tác dụng phân hủy nước thải chứa nhiều thành phần độc, khó H2O2 kiểu như Fenton. phân hủy sinh học. Hiện nay, quá trình oxi Do đó, bài báo này đã nghiên cứu tổng hợp hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng và oxi MnO2 kích thước nanomet phủ trên nền vật hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng liệu laterite (quặng giàu sắt, sẵn có ở Việt được sử dụng để nghiên cứu sử lý nước thải Nam) làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy hữu cơ (xanh metylen) bằng tác nhân H2O2. nhiên, nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ MnO2 với kích thước nanomet trên nền chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất laterite sẽ là tác nhân mạnh trong công nghệ hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá xử lý nước thải chứa chất hữu cơ. Ưu điểm trình oxi hóa nâng cao dựa trên gốc tự do vượt trội của vật liệu này là quá trình oxi hóa *HO được xem như một “chìa khóa vàng” xảy ra nhanh, hiệu suất xử lý đạt trên 98%. để giải các bài toán đầy thách thức của thế 2. THỰC NGHIỆM kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. Một trong số đó là Fenton cổ điển quá Hóa chất dùng cho nghiên cứu là loại tinh trình (hòa tan Fe (II) và H2O2), khi đó các khiết: MnSO4.H2O, KMnO4, H2O2, Etylic 900 chất ô nhiễm hữu cơ phân hủy thành chất vô (C2H5OH), polyvinyl ancol (PVA), thuốc thử, hại như CO2 và H2O. Nhược điểm duy nhất xanh metylen (Merck). Hiển vi điện tử quét của quá trình Fenton đồng thể là phải thực (SEM): S-4800 (SEM, Hitachi). Hiển vi điện hiện ở pH thấp, sau khi phản ứng phải nâng tử truyền qua (TEM): JEOL-JEM1010-Mỹ. pH > 7 để tách các ion Fe2+ ra khỏi nước thải Diện tích bề mặt riêng (BET): TriStar-3000- sau xử lý bằng nước vôi hoặc dung dịch Mỹ. Trắc quang (UV-Vis): UV1800-Japan. 502
  2. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 Xử lý mẫu biến tính nhiệt laterit. Laterit kích thước hạt khoảng 1mm được biến tính nhiệt theo sơ đồ sau: Laterit Ngâm trong HCl Rửa sạch bằng Hình 1. Hạt MnO2 phóng đại 40000 lần nước Sấy khô cã Từ hình ảnh trên ta thấy hạt thu được có kích thước tương đối đồng đều, kích cỡ Cân 100 g Laterit cho vào bình thủy tinh khoảng 50 nm; hình dạng như các quả cầu dung tích 250 ml. Cho 40 ml HCl tỷ lệ (1:2) gai và các hạt hoàn toàn không bị co cụm. vào cốc thủy tinh. Sau đó ngâm 2 giờ, chắt bỏ b) a) axit, rửa sạch laterit bằng nước cất, đem sấy khô. Ta thu được vật liệu nền. Kí hiệu là M1. Qui trình tổng hợp hệ keo MnO2 Hình 2. Bề mặt laterit trước (a) và sau (b) khi phủ Qua hình ảnh SEM ta thấy bề mặt vật liệu nền đã được phủ lớp MnO2 kích cỡ nanomet phân bố đều trên bề mặt. Phương trình phản ứng hóa học xảy ra: 2KMnO4 + 3H2O2  2KOH + 2MnO2↓ 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến +2H2O + 3O2↑ quá trình oxi hóa MB của vật liệu M2 Chế tạo vật liệu M2 Nồng độ đầu vào của H2O2: 30 % 1.5ml Qui trình chế tạo: Ta tổng hợp vật liệu Nồng độ đầu vào của xanh metylen: 20 ppm bằng phương pháp ngâm phủ. Cho 50g Khối lượng vật liệu: 2g laterite kích thước hạt 0.5 mm vào cốc chứa pH thay đổi từ 2-12. hệ keo trên, ngâm tẩm, đem sấy khô ở 1050C Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH được trong vòng 8h, rửa sạch muối trong vật liệu đưa ra ở hình 3 cho thấy khi pH từ 2–5 hiệu bằng nước cất ta thu được vật liệu M2. suất xử lý thấp, pH từ 6-8 hiệu suất xử lý đạt Hoạt tính xúc tác của vật liệu được đánh khoảng 89%, khi pH từ 9-12 hiệu suất xử lý giá qua phản ứng phân hủy xanh metylen với đạt 100%. Sự khác biệt khi xử lý MB trong các nồng độ khác nhau. Nồng độ xanh môi trường bazơ sẽ được chúng tôi nghiên metylen trước và sau khi xử lý được xác định cứu trong các nghiên cứu tiếp theo. Như vậy qua cường độ hấp thụ của phổ UV. Qua quá trong quá trình khảo sát tiếp theo chúng tôi trình khảo sát phổ hấp thụ đã xác định được tiến hành ở pH = 7. bước sóng hấp phụ cực đại là λ = 664 nm. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát kích thước và bề mặt vật liệu Để xác định chính xác hình dạng và kích thước, hệ keo MnO2 được chụp bởi thiết bị Hình 3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH TEM (Hình 1). đến quá trình hấp phụ MB của vật liệu 503
  3. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 3.4. Khảo sát ảnh hưởng lượng H2O2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng đến quá trình oxi hóa MB của vật liệu M2 chất xúc tác được đưa ra ở hình 5 cho thấy hiệu quả xử lý tăng khi tăng khối lượng xúc tác. Nhưng tăng nhanh trong khoảng 0,5 đến 1.5 g. Như vậy trong quá trình khảo sát tiếp theo chúng tôi tiến hành chọn khối lượng chất xúc tác M2 là 1.5 g. 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý đến quá trình hấp phụ MB của vật liệu M2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian được đưa ra ở hình 6 cho thấy 45 phút đầu Hình 4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tốc độ xử lý tăng nhanh và đạt hiệu suất khá lượng H2O2 đến quá trình oxi hóa MB cao 89.96 % và sau đó tăng chậm dần. Như của vật liệu vậy trong quá trình khảo sát tiếp theo thời gian được chọn là 45 phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng H2O2 được đưa ra ở hình 4 cho thấy từ 0,2 đến 1.5 ml H2O2 30 % hiệu quả xử lý tăng mạnh, tỷ lệ thuận với lượng H2O2. Điều này được giải thích do số lượng gốc tự do HO* sinh ra tăng theo lượng H2O2 tăng, khi tiếp tục tăng lượng H2O2 (> 1.5 ml) thì hiệu quả xử lý không những không tăng mà còn giảm hơn. Hiện tượng này có thể do khi đó đã xảy ra quá Hình 6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng trình tiêu thụ gốc tự do theo phương trình: của thời gian H2O2 + HO* → HO2* + H2O 4. KẾT LUẬN HO2* + HO* → H2O + O2 Việc tiêu thụ gốc tự do HO* dư đã làm Đã nghiên cứu tổng hợp MnO2 kích thước giảm khả năng xúc tác nên hiệu quả xử lý nanomet phủ trên nền vật liệu laterite (quặng giảm. Như vậy có thể thấy lượng H2O2 tối ưu giàu sắt, sẵn có ở Việt Nam) làm xúc tác cho cho quá trình xử lý xanh metylen là 1.5 ml phản ứng oxi hóa chất hữu cơ (xanh metylen) H2O2 30 %. bằng tác nhân H2O2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xúc tác oxi hóa xử lý 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất xanh metylen của vật liệu M2: pH = 7, 1,5 ml xúc tác đến quá trình oxi hóa MB của vật H2O2 30%, khối lượng xúc tác 1,5 g. liệu M2 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển, Nguyễn Thị Thu Phương, Tổng hợp và đánh giá khả năng xử lý asen (III) của vật liệu MnO2 kích thước nanomet trên silicagen, pyroluzit, Tạp chí Hóa học, 51(3AB), 311-314 (2013). [2] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn, Tổng hợp hỗn hợp đồng kết tủa FeOOH, MnOOH kích thước nanomet trên laterit để đánh giá khả năng xúc tác cho Hình 5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của phản ứng oxi hóa xanh metylen, Tạp chí lượng chất xúc tác Hóa học, 52(5A), 205-207 (2014). 504
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2