intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MNO2 ứng dụng xử lý methylene blue trong nước

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

7
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhằm góp phần tạo nên sự phong phú đa dạng của các vật liệu hấp phụ, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnO2 ứng dụng xử lý methylene blue trong nước” được tiến hành với mục tiêu tổng hợp vật liệu MnO2 có kích thước nanomet bằng phương pháp đơn giản, chi phí thấp và có khả năng xử lý methylene blue trong nước với hiệu quả cao.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MNO2 ứng dụng xử lý methylene blue trong nước

  1. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO MNO2 ỨNG DỤNG XỬ LÝ METHYLENE BLUE TRONG NƯỚC Tạ Thị Kim Anh - 1513172 Nguyễn Thị Ái Nhi - 1510523 Đặng Thị Cẩm Nhung - 1513210 Trần Nguyễn Quỳnh Như - 1513207 Nguyễn Xuân Quang - 1513216 Phan Thị Vợi - 1510549 Lớp MTK39, Khoa Môi trường và Tài nguyên 1. MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường do nước thải nói chung và nước thải dệt nhuộm nói riêng là một vấn đề môi trường đang được quan tâm ở Việt Nam trong những năm gần đây. Thông thường, trong quá trình dệt nhuộm, các chất như methylene blue có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào trong các sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn một lượng dư nhất định có thể lên đến 50% tổng lượng được sử dụng ban đầu. Đây là nguyên nhân chính làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn. Điều này gây ra những tác động không nhỏ đến hệ sinh thái cũng như sức khỏe của con người. Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý methylene blue trong nước như phương pháp hóa học, phương pháp hóa-lý và phương pháp sinh học. Trong đó hấp phụ là phương pháp được ứng dụng tương đối rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải với các ưu thế như: hiệu quả xử lý tốt, vật liệu sau hấp phụ có khả năng tái sinh, tái sử dụng nhiều lần và cho phép các nhà kỹ thuật có nhiều khả năng lựa chọn do tính phong phú của vât liệu hấp phụ. Nhiều hướng nghiên cứu đã được tiến hành nhằm tạo ra những vật liệu hấp phụ mới, trong đó, tổng hợp và sử dụng vật liệu nano như một chất hấp phụ là một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm tới trên thế giới hiện nay bởi những đặc tính riêng biệt của loại vật liệu có kích thước vô cùng nhỏ bé này. Một số nghiên cứu liên quan có thể kể đến như • Năm 2013, Harish Kumar và cộng sự đã tổng hợp MnO2 dạng nano bằng phương pháp đồng kết tủa. Vật liệu tổng hợp được có kích thước 25 – 30 nm và hướng đến điều chế số lượng lớn nhằm phục vụ cho các lĩnh vực công nghiệp dược phẩm, cảm biến, điện cực và xúc tác. • Năm 2015, tác giả Đinh Văn Phúc và cộng sự đã nghiên cứu về sự hấp phụ Pb2+ từ dung dịch nước trên vật liệu Chitosan có gắn các phân tử nano MnO2. Kết quả cho thấy hạt nano MnO2 có kích thước khoảng 18 nm trên vật liệu Chitosan, diện tích bề mặt vật liệu là 15,75 m2/g - lớn hơn khoảng 68 lần so với diện tích bề mặt của Chitosan là 0,23 m2/g. 117
  2. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 Nhằm góp phần tạo nên sự phong phú đa dạng của các vật liệu hấp phụ, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnO2 ứng dụng xử lý methylene blue trong nước” được tiến hành với mục tiêu tổng hợp vật liệu MnO2 có kích thước nanomet bằng phương pháp đơn giản, chi phí thấp và có khả năng xử lý methylene blue trong nước với hiệu quả cao. 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu • Tổng hợp thành công vật liệu nano MnO2 bằng phương pháp đơn giản, chi phí thấp. • Đánh giá khả năng hiệu quả xử lý methylene blue trong nước bằng vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Quy trình tổng hợp vật liệu nano MnO2 và khả năng hấp phụ methylene blue trong nước của nano MnO2 tổng hợp được. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano MnO2 Vật liệu nano MnO2 được tổng hợp bằng phương pháp hóa học thông qua phản ứng giữa dung dịch kali permanganate và hỗn hợp dung dịch cồn, nước được khuấy trộn trong khoảng thời gian nhất định. Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano MnO2 được thể hiện trong Hình 1. Lọc Rửa, sấy khô Nghiền mịn, hút ẩm Đánh giá vật liệu vừa tổng hợp Hình 1. Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano MnO2 118
  3. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 2.3.2. Phương pháp đánh giá vật liệu nano MnO2 Đặc tính của vật liệu sau khi điều chế được đánh giá bằng các phương pháp: • Phương pháp nhiễu xạ tia X-Ray Diffraction (XRD) để xác định cấu trúc vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp. • Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission Electron Microscopy (TEM) để xác định kích thước vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp. • Phương pháp đo Specific Surface Area (BET) để xác định diện tích bề mặt riêng (Surface Area) và kích thước lỗ xốp (Pore Size) của vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp. 2.3.3. Phương pháp xác định nồng độ methylene blue trong nước Nồng độ methylene blue trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp trắc quang so màu (UV-VIS). Độ hấp thụ quang của dung dịch methylene blue được đo tại bước sóng λ = 664nm. Dãy dung dịch xây dựng đường chuẩn có nồng độ nằm trong khoảng từ 1mg/l đến 4mg/l. • Phương pháp khảo sát khả năng hấp phụ methylene blue của vật liệu nano MnO2 Để đánh giá khả năng hấp phụ methylene blue của vật liệu nano MnO2, phương pháp hấp phụ tĩnh được sử dụng trong các thực nghiệm về quá trình hấp phụ. Khả năng hấp phụ methylene bluetrong nước của vật liệu nano MnO2 được đánh giá dựa trên hiệu xuất xử lý và dung lượng hấp phụ của vật liệu đối với methylene blue. • Phương pháp khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của vật liệu nano MnO2 Khảo sát sơ bộ khả năng xử lý methylene blue trong nước bằng cách lấy 0,02g vật liệu nano MnO2 được sử dụng để hấp phụ methylene blue trong 50 ml dung dịch methylene blue có nồng độ 25 mg/l, khả năng hấp phụ methylene blue của vật liệu nano MnO2 được đánh giá dựa trên hiệu xuất xử lý của quá trình hấp phụ. 2.3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ methylene blue của vât liệu nano MnO2 Các thực nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ methylene blue của vật liệu nano MnO2 được tiến hành nhằm lựa chọn được các điều kiện thích hợp cho quá trình hấp phụ methylene blue của vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp. Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến hành khảo sát bao gồm: Khối lượng vật liệu hấp phụ, thời gian đạt cân bằng hấp phụ, pH của dung dịch, cụ thể: • Khối lượng vật liệu khảo sát từ 0,01g đến 0,20g. 119
  4. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 • Thời gian cân bằng hấp phụ được khảo sát trong khoảng thời gian từ 10 phút đến 160 phút. • Khoảng pH khảo sát từ 5 đến 9. 2.3.5. Xác định mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của một quá trình hấp phụ được xây dựng dựa trên mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ và nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Để xác định mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu nano MnO2 với methylene blue trong nước, các thí nghiệm hấp phụ tĩnh nhằm xác định dung lượng hấp phụ của vật liệu và nồng độ methylene blue trong dung dịch tại thời điểm đạt cân bằng hấp phụ được tiến hành với dãy nồng độ methylene blue 10 mg/l đến 350mg/l với điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đã khảo sát. Dựa trên số liệu dung lượng hấp phụ và nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng để xác định mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của hệ. 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả nghiên cứu thu được bao gồm: vật liệu nano MnO2 với các thông số liên quan và khả năng hấp phụ methylene blue của vật liệu được trình bày cụ thể trong các mục bên dưới. 3.1. Các thông số đặc trưng của vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp 3.1.1. Cấu trúc vật liệu nano MnO2 MnO2_1 80 70 60 50 Lin (Counts) 40 30 20 10 0 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta - Scale MnO2_1 - File: MnO2_1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 8 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0. Hình 2. Phổ XRD của vật liêu nano MnO2 tổng hợp được Kết quả phân tích phổ XRD cho thấy vật liệu tổng hợp được có cấu trúc tinh thể phù hợp với γ-MnO2 dạng trực thoi (orthorhombic) (JCPDS card no. 82-2169). 120
  5. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 3.1.2. Hình thái vật liệu Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu nano MnO2 Dựa vào ảnh TEM cho thấy vật liệu MnO2 tổng hợp được có kích thước
  6. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 Diện tích bề mặt riêng của vật liệu nano MnO2 được xác định bằng phương pháp BET: Diện tích bề mặt riêng lớn đạt 238,1983 m2/g, thể tích lỗ xốp đạt 0,2974cm3/g và kích thước lỗ xốp đạt 4,9936 nm 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý methylene blue của vật liệu nano MnO2 Qua khảo sát vật liệu nano MnO2 đã tổng hợp có khả năng hấp phụ methylene blue với hiệu quả cao đạt hơn 90% và dung hấp lớn hơn 65 mg/g, khối lượng vật liệu tối ưu là 1,50g trong khoảng thời gian là 140 phút với pH = 8 và nồng độ methylene blue đầu vào là 50mg/l. 3.3. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Từ kết quả thu được bằng phương pháp đồ thị cho thấy mô hình hấp phụ của methylene blue trong nước lên vật liệu hấp phụ - nano MnO2 đã tổng hợp được khá phù hợp với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Điều này được thể hiện qua hệ số tương quan R2 của phương trình hồi quy (R2 = 0,9964) Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir: y = 0,0112 x + 0,0779 ⇨ qmax = 89,2857 (mg/g) ⇨ Kl = 0,1438 Từ phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, xác định được dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của vật liệu nano MnO2 cụ thể là qmax = 89,2857 (mg/g), Kl = 0,1438 Hình 5. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 1.Hấp dung của vật liệu nano MnO2 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ccb (mg/l) 0 5 10 15 20 25 50 75 100 125 150 qcb 0,00 37,34 52,66 61,00 66,25 69,85 78,38 81,71 83,48 84,58 85,33 (mg/g) 122
  7. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 Từ các tham số của phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, đường đẳng nhiệt hấp phụ của vật liệu nano MnO2 với methylene blue trong nước được thể hiện trong Hình 6. Hình 6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của vật liệu nano MnO2 được tổng hợp 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Từ những kết quả nghiên cứu trên thu được một số kết luận sau: • Nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu nano MnO2 bằng quy trình tương đối đơn giản với chi phí thấp. Qua phân tích mẫu vật liệu nano MnO2 điều chế được có kích thước
  8. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO ⦋1⦌. Lei Jin, Chun hu Chen, Vincent Mark B.Crisostomo, Linping Xu, Young-Chan Son, Steven L.Suib (2009), “γ-MnO2 octahedral molecular sieve: Preparation, characterization, and catalytic activity in the atmospheric oxidation of toluene”, Applied Catalysis A: General, 355, PP. 169 – 175. ⦋2⦌. Ming Sun, Bang Lan, Lin Yun, Fei Ye, Wei Song, Jun He, Guiqiang Diao, Yuying Zheng (2012), “Manganese oxides with different crystalline structures: Facile hydrothermal synthesis and catalytic activities”, MaterialsLetters. ⦋3⦌. Haish Kumar, Manisha and Poonam Sangwan, “Synthesis and Characterization of MnO2 Nanoparticles using Co-precipitation Technique”, International Journal of Chemistry and Chemical Engineering, ISSN 2248-9924 Volume 3, Number 3 (2013), pp.155-160 ⦋4⦌.Nguyễn Văn Hưng , Nguyễn Ngọc Bích , Nguyễn Hữu Nghị , Trần Hữu Bằng , Đặng Thị Thanh Lê, “Điều chế vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ xanh metylen trong nước”, Tạp chí hóa học, 53(4) 491-496, 08/2015. ⦋5⦌. Nguyễn Thị Kim Dung, Nguyễn Thị Như Ngọc, Đoàn Hà Huyên, “Tổng hợp vật liệu Mangan ddioxxit kích cỡ nanomet trên chất mang Laterit và nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Asen”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, số 25-1/2011. ⦋6⦌. Đinh Văn Phúc, Lê Ngọc Chung, Nguyễn Ngọc Tuấn, “Sự hấp phụ Pb2+ từ dung dịch nước trên vật liệu Chitosan có gắn các phân tử nano MnO2: Nghiên cứu các mô hình cân bằng đẳng nhiệt”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, Số 4/2015. [7]. K.V. Kumar, V. Ramamurthi, S. Sivanesan, (2005), “ Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash”, J. Colloid Interf. Sci., 284, pp. 14-21. [8]. D. Ghosh, K.G. Bhattacharyya, (2002) “Adsorption of methylen blue onkaolinite”, Appl. Clay Sci., 20, pp. 295-300. [9]. A. Gurses, S. Karaca, C.Dogar, R. Bayrak, M. Acıkyıldız, M. Yalcın, (2004) “Detremination of adsorptive properties of clay/water system: methylene blue sorption”, J.Colloid Interf. Sci., 269, pp. 310-314. [10]. Phạm Thị Lan Hương (2017), Nghiên cứu chế tại vật liệu nano tổ hợp trên cơ sở oxit sắt và cacbon, định hướng ứng dụng trong xử lý ion As (V) và xanh methylen trong nước. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. [11]. Đỗ Trà Hương, Trần Thúy Nga “ Nghiên cứu hấp thu màu Methylene blue bằng vật liệu bã chè”, Tạp chí Phân tích Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 19 (4), tr. 27-32. [12] . Ngô Thị Lan Anh (2011), Nghiên cứu khả năng hấp thụ Methylene blue , Methylene da cam của vật liệu hấp thụ chế tạo từ bã mía, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, trường Đại học sư phạm, Đại học Thái Nguyên. [13]. Nguyễn Thị Hồng (2016), Đề tài nghiên cứu xử lý xanh methylen bằng vật liệu hấp phụ Sepiolite của học viện nông nghiệp Việt Nam. 124
  9. Kỷ yếu tóm tắt Hội nghị nghiên cứu khoa học sinh viên 2018 [14]. Nguyễn Thị Thanh Chuyên (2009), Nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu oxit mangan được điều chế bằng phương pháp khử, Đại học Khoa học Tự nhiên. [15]. La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano-cuộc cách mạng trong khoa học kỹ thuật thế kỷ 21, Tạp chí Khoa học và ứng dụng số 12. [16]. Hoàng Nhâm (2000), Hóa vô cơ, tập 3, NXB Giáo dục. 125
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2