Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Danh mục các từ viết tắt ...............................................................................................iv
Danh mục các bảng........................................................................................................v
Danh mục các hình ................................................................................................vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................... 3
1.1. Vật liệu ZnO ...........................................................................................................3
1.1.1. Đặc tính của ZnO.................................................................................................3
1.1.2. Cấu trúc ZnO .......................................................................................................3
1.1.3. Tính chất cơ học, điện và quang của ZnO ...........................................................4
1.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano ZnO.....................................................5
1.3. Giới thiệu về photphat ..........................................................................................10
1.3.1. Các nguồn gây ô nhiễm photphat ......................................................................10
1.3.2. Tác hại của photphat..........................................................................................11
1.3.3. Các hướng xử lý photphat..................................................................................14
1.4. Các công thức tính toán ........................................................................................19
1.5. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và động học hấp phụ........................................20
1.5.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .............................................................20
1.5.2. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundich.............................................................22
1.5.3. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Tempkin...............................................................22
1.5.4. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin – Radushkevic .......................................23
1.5.5. Động học hấp phụ..............................................................................................23
1.6. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu ..................................................25
1.6.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................................25
1.6.2. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ..........................................26
1.6.3. Phương pháp phổ tán xạ Raman ........................................................................27
1.6.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua............................................................28
1.7. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ..........................................................28
Chương 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................... 31
2.1. Dụng cụ, hóa chất .................................................................................................31
2.1.1. Thiết bị...............................................................................................................31
2.1.2. Hoá chất .............................................................................................................31
2.2. Chế tạo vật liệu nano ZnO ....................................................................................31
2.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc của EZ................................32
2.4. Xác định photphat.................................................................................................33
2.5. Khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu ZnO...........................................................34
2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ PO43- EZ theo phương
pháp hấp phụ tĩnh.........................................................................................................34
2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH...............................................................................34
2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .....................................................................35
2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng EZ ............................................................35
2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................35
2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .........................................................35
2.7. Xử lý mẫu nước thải lấy từ Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm
Thao .............................................................................................................................36
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................... 37
3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của ZnO ...............................37
3.2. Xây dựng đường chuẩn photphat..........................................................................40
3.3. Kết quả điểm đẳng điện của vật liệu ZnO ............................................................41
3.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43- theo phương
pháp hấp phụ tĩnh của EZ ............................................................................................42
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH...............................................................................42
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .....................................................................45
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................46
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ .......................................47
3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .........................................................48
3.4.6. Khảo sát theo các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt .................................................49
3.4.6.2. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freunlick ....................................50
3.4.6.3. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Tempkin .....................................52
3.4.6.4. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin-Radushkevich ..............53
3.4.7. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu EZ với các vật liệu khác......................56
3.5. Động học quá trình hấp phụ photphat của vật liệu EZ .........................................56
3.6. Nhiệt động lực học quá trình hấp phụ photphat của vật liệu EZ ..........................59
3.7. Xử lý nước thải Công ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao ..........60
3.7.1. Nước thải trước khi xử lý...................................................................................60
3.7.2. Nước thải sau khi xử lý......................................................................................61
KẾT LUẬN................................................................................................................ 63
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ........... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 65
MỞ ĐẦU
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường và thiếu nguồn nước sạch do công nghiệp
hóa đã trở thành mối quan tâm lớn trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Các phương pháp khác nhau đã được áp dụng để xử lý các vấn nạn về ô nhiễm môi
trường và đặc biệt là nâng cao chất lượng nguồn nước từ các khu công nghiệp. Một
trong các hướng được sử dụng gần đây là sử dụng các vật liệu có kích thước cỡ nano
để xử lí các chất xả thải bao gồm ô nhiễm khí, nước và cả đất để tận dụng những tính
chất độc đáo mà chỉ vật liệu có kích thước cỡ nano mới có thể sở hữu. Cụ thể, khi so
sánh vật liệu dạng khối và vật liệu kích cỡ nano ở của cùng một vật liệu có thể rằng
các tính chất vật lý và hoá học có sự khác nhau, ví dụ như tính chất xúc tác, chống/diệt
vi khuẩn, độ cứng và từ tính cũng được tăng cường. Trong đó, vật liệu nano kẽm oxit
(ZnO) đã được các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm và nghiên
cứu bởi những đặc tính ưu việt và khá thân thiện với môi trường. Hơn nữa, vật liệu
ZnO còn được sử dụng rộng rãi trong chất bán dẫn, phụ gia nhựa, bột màu, kem chống
nắng, mỹ phẩm và ngày càng được phát triển thêm những ứng dụng khác có tiềm năng.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nano ZnO như phún xạ, sol-gel,
đồng kết tủa,… Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng tuỳ từng trường hợp vào
từng mục đích nghiên cứu để lựa chọn phương pháp thích hợp. Gần đây, việc chế tạo
vật liệu nano ZnO bằng phương pháp điện hoá cũng đã và đang thu hút được rất nhiều
sự quan tâm của cộng đồng khoa học [3, 15]. Theo các nghiên cứu cho thấy, phương
pháp điện hoá có ưu điểm là đơn giản, thân thiện về mặt môi trường, có thể chế tạo
được một số lượng lớn ZnO.
Chất thải sinh ra từ các hoạt động công, nông nghiệp chủ yếu ở dạng rắn và lỏng
chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các ion kim loại độc hại như
phenol, crôm, asen, mangan, sắt, amoni, photphat... Các thành phần ô nhiễm chính
trong nước thải là kim loại nặng, BOD5, COD, nitơ, photpho, … Trong đó, hàm lượng
nitơ và photpho thường rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận
nước thải bị phú dưỡng, tạo điều kiện cho các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh
rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm. Vì vậy, cần quản lý và
xử lý tốt amoni và photphat trước khi đưa ra môi trường để tránh làm ảnh hưởng đến
sức khỏe cộng đồng nói riêng và môi trường nói chung.
Như vậy việc phát triển các công nghệ xanh, dễ dàng tiến hành và số lượng lớn
để ứng dụng vào việc xử lý các vấn đề còn tồn đọng trong môi trường dựa trên nền cơ
sở vật chất sẵn có và phù hợp với điều kiện thực tại. Xuất phát từ những lý do trên,
chúng tui lựa chọn thực hiện đề tài “Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp
điện hóa và định hướng ứng dụng”.
Trong đề tài này chúng tui tập chung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp điện hoá kết hợp plasma lạnh.
- Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, thành phần hóa học của vật liệu chế tạo được
bằng các phương pháp phân tích hiện đại như hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải
cao (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ Raman và hiển vi điện tử quét (SEM).
- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
photphat theo phương pháp hấp phụ tĩnh của vật liệu nano ZnO chế tạo được theo
phương pháp hấp phụ tĩnh.
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu ZnO
1.1.1. Đặc tính của ZnO
ZnO là một chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm rộng với năng lượng liên kết
exciton là 60 meV ở nhiệt độ phòng. Các tính chất điện, quang và từ của ZnO có thể
được thay đổi hay cải thiện đáng kể khi ở kích cỡ dạng nano. ZnO là một vật liệu thân
thiện với môi trường vì nó tương thích với các sinh vật sống, nó được áp một cách rộng
rãi các ứng dụng hàng ngày sẽ không để lại bất kỳ rủi ro hay nguy hại nào đối với sức
khỏe con người và các tác động môi trường. Do đó, vật liệu nano ZnO đã nhận được
nhiều sự quan tâm trong việc phân huỷ các hợp chất hữu cơ và xử lý các chất ô nhiễm
môi trường. Do ZnO có năng lượng vùng cấm gần như TiO2 (3,2 eV), nên khả năng
xúc tác quang của chúng được đoán là tương tự như TiO2. Hơn nữa, ZnO tương đối
rẻ hơn so với TiO2, theo đó việc sử dụng TiO2 là không phù hợp về mặt kinh tế cho các
hoạt động xử lý nước quy mô lớn [9]. Ưu điểm lớn nhất của ZnO là khả năng hấp thụ
một dải phổ rộng từ mặt trời và lượng tử ánh sáng nhiều hơn một số oxit kim loại bán
dẫn, tuy nhiên nhược điểm chính của ZnO là năng lượng vùng cấm rộng và ăn mòn
quang học. Sự hấp thụ ánh sáng của ZnO bị hạn chế trong vùng ánh sáng khả kiến do
năng lượng vùng cấm rộng. Điều này dẫn đến sự tái hợp nhanh chóng của các điện tích
được tạo ra và do đó gây ra hiệu quả quang xúc tác thấp [14].
1.1.2. Cấu trúc ZnO
ZnO có các cấu trúc tinh thể được xác định rõ, thường có trong cấu trúc dạng
muối (rocksalt), wurtzite hay khối (kẽm hỗn hợp). Cấu trúc dạng muối chỉ có thể hình
thành dưới áp suất cao do đó ZnO trong cấu trúc này là khá hiếm [36]. Cấu trúc wurtzite
ZnO có độ ổn định nhiệt động lực học nhất trong ba cấu trúc kể trên và đây cũng là cấu
trúc phổ biến nhất của ZnO. Ở áp suất và nhiệt độ môi trường, ZnO có cấu trúc tinh thể
wurtzite lục giác với hai tham số mạng, a và c, các giá trị lần lượt là 0,296 nm và
0,52065 nm. Cấu trúc lưới không gian wurtzite hình lục giác của ZnO thuộc nhóm
không gian P63mc và thể hiện cấu trúc không đối xứng, điều này làm cho ZnO bị hiện
Kết quả thực nghiệm cho thấy, vật liệu EZ có khả năng loại bỏ ion PO4 3− khỏi
nước thải với hiệu suất khá cao đạt đạt 89,3%. Bên cạnh xử lý được photphat, sau hấp
phụ lượng COD và NH4+ cũng giảm xuống đáng kể. Hiệu suất hấp phụ COD và NH4+
đạt lần lượt là 83,4% và 98,1%. Điều này sẽ là cơ sở để mở ra những hướng nghiên
cứu mới cho việc xử lý COD và NH4+. Trong nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nồng
độ PO4 3− đầu vào tới hiệu quả hấp phụ trong môi trường giả định, ở nồng độ PO4 3− bằng
42,17 mg/L (tương đương với nồng độ PO4 3− có trong nước thải là 44,9 mg/L) thì hiệu
suất hấp phụ ở hai môi trường là khác nhau. Hiệu suất hấp phụ photphat của nước thải
thấp hơn 10% so với môi trường giả định bởi trong nước thải của Công ty Cổ phần
Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao có chứa các yếu tố cản trở đến quá trình hấp
phụ photphat. Các yếu tố cản trở bao gồm sự có mặt của các ion và hợp chất hữu cơ có
trong nước thải. Mẫu nước thải chứa ion PO4 3− với nồng độ đầu vào là 44,9 mg/L và
sau khi tiến hành hấp phụ, nồng độ ion PO4 3− đầu ra có giá trị 4,9 mg/L. Theo QCVN
40:2011/BTNMT – Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp thì tổng
photphat cho phép trong nước thải đầu ra là 4 mg/L đối với nước thải đổ vào các khu
vực lấy nước cung cấp cho sinh hoạt (cột A) và là 6 mg/L đối với nước thải đổ vào các
khu vực không lấy nước cấp cho sinh hoạt (cột B). Như vậy, sau quá trình hấp phụ
bằng vật liệu nano ZnO thì nồng độ PO4 3− đầu ra thấp hơn giá trị TP ở cột B của QCVN
40:2011/BTNMT. Dựa vào kết quả nghiên cứu trên, nếu như hệ thống xử lý nước thải
của Công ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao áp dụng phương pháp hấp
phụ photphat bằng vật liệu EZ thì sẽ giải quyết được vấn đề đang gặp phải tại trạm xử
lý nước thải sản xuất supe photphat, một lượng lớn photphat sẽ được xử lí trước khi xả
thải ra môi trường, đồng thời xử lý được cả COD đạt quy chuẩn xả thải của Bộ Tài
nguyên và Môi trường.
KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả thực nghiệm, chúng tui rút ra một số kết luận như sau:
1. Đã chế tạo thành công hạt nano ZnO bằng phương pháp điện hóa với sự hỗ
trợ của plasma lạnh ngay tại nhiệt độ phòng không sử dụng các chất hoạt động bề mặt
ứng dụng hấp phụ PO4 3− trong nước.
2.. Hình thái học bề mặt, tính chất vật lý và cấu trúc của vật liệu ZnO chế tạo
được đã được khảo sát chi tiết thông qua ảnh hiển vi điện tử quét, hiển vi điện tử truyền
qua, giản đồ XRD và phổ Raman.
3. Khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO4 3− theo
phương pháp hấp phụ tĩnh cho kết quả:
+ Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 120 phút.
+ pH hấp phụ tốt nhất là khoảng 5,0-6,0.
+ Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ đã khảo sát thì khối lượng vật liệu
tối ưu cho sự hấp phụ là 0,05 g.
+ Khi tăng nồng độ PO4 3− trong khoảng nồng độ khảo sát thì hiệu suất hấp phụ
giảm, dung lượng hấp phụ tăng.
4. Xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với PO4 3− là qmax=
196,07 mg/g. Quá trình hấp phụ PO4 3− của vật liệu nano ZnO tuân theo một phần mô
hình Dubinin-Radushkevich, tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir,
Freundlich và Tempkin, tuân theo mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2.
5. Quá trình hấp phụ PO4 3− của vật liệu nano ZnO là quá trình hấp phụ vật lý, tự
diễn biến và toả nhiệt.
6. Dùng vật liệu chế tạo được xử lý mẫu nước thải của Công ty CP Supe phốt
phát và Hóa chất Lâm Thao. Kết quả cho thấy, sau quá trình hấp phụ bằng vật liệu nano
ZnO thì nồng độ PO4 3− đầu ra thấp hơn giá trị tổng P ở cột B của QCVN
40:2011/BTNMT.
Như vậy vật liệu hấp phụ nano ZnO có khả năng hấp phụ các PO4 3− cho kết quả
tốt. Các kết quả thu được cho thấy có thể triển khai nghiên cứu ứng dụng vật liệu này
trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Danh mục các từ viết tắt ...............................................................................................iv
Danh mục các bảng........................................................................................................v
Danh mục các hình ................................................................................................vi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................... 3
1.1. Vật liệu ZnO ...........................................................................................................3
1.1.1. Đặc tính của ZnO.................................................................................................3
1.1.2. Cấu trúc ZnO .......................................................................................................3
1.1.3. Tính chất cơ học, điện và quang của ZnO ...........................................................4
1.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano ZnO.....................................................5
1.3. Giới thiệu về photphat ..........................................................................................10
1.3.1. Các nguồn gây ô nhiễm photphat ......................................................................10
1.3.2. Tác hại của photphat..........................................................................................11
1.3.3. Các hướng xử lý photphat..................................................................................14
1.4. Các công thức tính toán ........................................................................................19
1.5. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và động học hấp phụ........................................20
1.5.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .............................................................20
1.5.2. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundich.............................................................22
1.5.3. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Tempkin...............................................................22
1.5.4. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin – Radushkevic .......................................23
1.5.5. Động học hấp phụ..............................................................................................23
1.6. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu ..................................................25
1.6.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................................25
1.6.2. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ..........................................26
1.6.3. Phương pháp phổ tán xạ Raman ........................................................................27
1.6.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua............................................................28
1.7. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ..........................................................28
Chương 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................... 31
2.1. Dụng cụ, hóa chất .................................................................................................31
2.1.1. Thiết bị...............................................................................................................31
2.1.2. Hoá chất .............................................................................................................31
2.2. Chế tạo vật liệu nano ZnO ....................................................................................31
2.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc của EZ................................32
2.4. Xác định photphat.................................................................................................33
2.5. Khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu ZnO...........................................................34
2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ PO43- EZ theo phương
pháp hấp phụ tĩnh.........................................................................................................34
2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH...............................................................................34
2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .....................................................................35
2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng EZ ............................................................35
2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................35
2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .........................................................35
2.7. Xử lý mẫu nước thải lấy từ Công ty Cổ phần Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm
Thao .............................................................................................................................36
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................... 37
3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của ZnO ...............................37
3.2. Xây dựng đường chuẩn photphat..........................................................................40
3.3. Kết quả điểm đẳng điện của vật liệu ZnO ............................................................41
3.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43- theo phương
pháp hấp phụ tĩnh của EZ ............................................................................................42
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH...............................................................................42
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .....................................................................45
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................46
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ .......................................47
3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .........................................................48
3.4.6. Khảo sát theo các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt .................................................49
3.4.6.2. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freunlick ....................................50
3.4.6.3. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Tempkin .....................................52
3.4.6.4. Khảo sát theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin-Radushkevich ..............53
3.4.7. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu EZ với các vật liệu khác......................56
3.5. Động học quá trình hấp phụ photphat của vật liệu EZ .........................................56
3.6. Nhiệt động lực học quá trình hấp phụ photphat của vật liệu EZ ..........................59
3.7. Xử lý nước thải Công ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao ..........60
3.7.1. Nước thải trước khi xử lý...................................................................................60
3.7.2. Nước thải sau khi xử lý......................................................................................61
KẾT LUẬN................................................................................................................ 63
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ........... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 65
MỞ ĐẦU
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường và thiếu nguồn nước sạch do công nghiệp
hóa đã trở thành mối quan tâm lớn trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Các phương pháp khác nhau đã được áp dụng để xử lý các vấn nạn về ô nhiễm môi
trường và đặc biệt là nâng cao chất lượng nguồn nước từ các khu công nghiệp. Một
trong các hướng được sử dụng gần đây là sử dụng các vật liệu có kích thước cỡ nano
để xử lí các chất xả thải bao gồm ô nhiễm khí, nước và cả đất để tận dụng những tính
chất độc đáo mà chỉ vật liệu có kích thước cỡ nano mới có thể sở hữu. Cụ thể, khi so
sánh vật liệu dạng khối và vật liệu kích cỡ nano ở của cùng một vật liệu có thể rằng
các tính chất vật lý và hoá học có sự khác nhau, ví dụ như tính chất xúc tác, chống/diệt
vi khuẩn, độ cứng và từ tính cũng được tăng cường. Trong đó, vật liệu nano kẽm oxit
(ZnO) đã được các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm và nghiên
cứu bởi những đặc tính ưu việt và khá thân thiện với môi trường. Hơn nữa, vật liệu
ZnO còn được sử dụng rộng rãi trong chất bán dẫn, phụ gia nhựa, bột màu, kem chống
nắng, mỹ phẩm và ngày càng được phát triển thêm những ứng dụng khác có tiềm năng.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu nano ZnO như phún xạ, sol-gel,
đồng kết tủa,… Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng tuỳ từng trường hợp vào
từng mục đích nghiên cứu để lựa chọn phương pháp thích hợp. Gần đây, việc chế tạo
vật liệu nano ZnO bằng phương pháp điện hoá cũng đã và đang thu hút được rất nhiều
sự quan tâm của cộng đồng khoa học [3, 15]. Theo các nghiên cứu cho thấy, phương
pháp điện hoá có ưu điểm là đơn giản, thân thiện về mặt môi trường, có thể chế tạo
được một số lượng lớn ZnO.
Chất thải sinh ra từ các hoạt động công, nông nghiệp chủ yếu ở dạng rắn và lỏng
chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các ion kim loại độc hại như
phenol, crôm, asen, mangan, sắt, amoni, photphat... Các thành phần ô nhiễm chính
trong nước thải là kim loại nặng, BOD5, COD, nitơ, photpho, … Trong đó, hàm lượng
nitơ và photpho thường rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận
nước thải bị phú dưỡng, tạo điều kiện cho các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh
rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm. Vì vậy, cần quản lý và
xử lý tốt amoni và photphat trước khi đưa ra môi trường để tránh làm ảnh hưởng đến
sức khỏe cộng đồng nói riêng và môi trường nói chung.
Như vậy việc phát triển các công nghệ xanh, dễ dàng tiến hành và số lượng lớn
để ứng dụng vào việc xử lý các vấn đề còn tồn đọng trong môi trường dựa trên nền cơ
sở vật chất sẵn có và phù hợp với điều kiện thực tại. Xuất phát từ những lý do trên,
chúng tui lựa chọn thực hiện đề tài “Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp
điện hóa và định hướng ứng dụng”.
Trong đề tài này chúng tui tập chung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp điện hoá kết hợp plasma lạnh.
- Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, thành phần hóa học của vật liệu chế tạo được
bằng các phương pháp phân tích hiện đại như hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải
cao (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ Raman và hiển vi điện tử quét (SEM).
- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
photphat theo phương pháp hấp phụ tĩnh của vật liệu nano ZnO chế tạo được theo
phương pháp hấp phụ tĩnh.
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu ZnO
1.1.1. Đặc tính của ZnO
ZnO là một chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm rộng với năng lượng liên kết
exciton là 60 meV ở nhiệt độ phòng. Các tính chất điện, quang và từ của ZnO có thể
được thay đổi hay cải thiện đáng kể khi ở kích cỡ dạng nano. ZnO là một vật liệu thân
thiện với môi trường vì nó tương thích với các sinh vật sống, nó được áp một cách rộng
rãi các ứng dụng hàng ngày sẽ không để lại bất kỳ rủi ro hay nguy hại nào đối với sức
khỏe con người và các tác động môi trường. Do đó, vật liệu nano ZnO đã nhận được
nhiều sự quan tâm trong việc phân huỷ các hợp chất hữu cơ và xử lý các chất ô nhiễm
môi trường. Do ZnO có năng lượng vùng cấm gần như TiO2 (3,2 eV), nên khả năng
xúc tác quang của chúng được đoán là tương tự như TiO2. Hơn nữa, ZnO tương đối
rẻ hơn so với TiO2, theo đó việc sử dụng TiO2 là không phù hợp về mặt kinh tế cho các
hoạt động xử lý nước quy mô lớn [9]. Ưu điểm lớn nhất của ZnO là khả năng hấp thụ
một dải phổ rộng từ mặt trời và lượng tử ánh sáng nhiều hơn một số oxit kim loại bán
dẫn, tuy nhiên nhược điểm chính của ZnO là năng lượng vùng cấm rộng và ăn mòn
quang học. Sự hấp thụ ánh sáng của ZnO bị hạn chế trong vùng ánh sáng khả kiến do
năng lượng vùng cấm rộng. Điều này dẫn đến sự tái hợp nhanh chóng của các điện tích
được tạo ra và do đó gây ra hiệu quả quang xúc tác thấp [14].
1.1.2. Cấu trúc ZnO
ZnO có các cấu trúc tinh thể được xác định rõ, thường có trong cấu trúc dạng
muối (rocksalt), wurtzite hay khối (kẽm hỗn hợp). Cấu trúc dạng muối chỉ có thể hình
thành dưới áp suất cao do đó ZnO trong cấu trúc này là khá hiếm [36]. Cấu trúc wurtzite
ZnO có độ ổn định nhiệt động lực học nhất trong ba cấu trúc kể trên và đây cũng là cấu
trúc phổ biến nhất của ZnO. Ở áp suất và nhiệt độ môi trường, ZnO có cấu trúc tinh thể
wurtzite lục giác với hai tham số mạng, a và c, các giá trị lần lượt là 0,296 nm và
0,52065 nm. Cấu trúc lưới không gian wurtzite hình lục giác của ZnO thuộc nhóm
không gian P63mc và thể hiện cấu trúc không đối xứng, điều này làm cho ZnO bị hiện
Kết quả thực nghiệm cho thấy, vật liệu EZ có khả năng loại bỏ ion PO4 3− khỏi
nước thải với hiệu suất khá cao đạt đạt 89,3%. Bên cạnh xử lý được photphat, sau hấp
phụ lượng COD và NH4+ cũng giảm xuống đáng kể. Hiệu suất hấp phụ COD và NH4+
đạt lần lượt là 83,4% và 98,1%. Điều này sẽ là cơ sở để mở ra những hướng nghiên
cứu mới cho việc xử lý COD và NH4+. Trong nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nồng
độ PO4 3− đầu vào tới hiệu quả hấp phụ trong môi trường giả định, ở nồng độ PO4 3− bằng
42,17 mg/L (tương đương với nồng độ PO4 3− có trong nước thải là 44,9 mg/L) thì hiệu
suất hấp phụ ở hai môi trường là khác nhau. Hiệu suất hấp phụ photphat của nước thải
thấp hơn 10% so với môi trường giả định bởi trong nước thải của Công ty Cổ phần
Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao có chứa các yếu tố cản trở đến quá trình hấp
phụ photphat. Các yếu tố cản trở bao gồm sự có mặt của các ion và hợp chất hữu cơ có
trong nước thải. Mẫu nước thải chứa ion PO4 3− với nồng độ đầu vào là 44,9 mg/L và
sau khi tiến hành hấp phụ, nồng độ ion PO4 3− đầu ra có giá trị 4,9 mg/L. Theo QCVN
40:2011/BTNMT – Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp thì tổng
photphat cho phép trong nước thải đầu ra là 4 mg/L đối với nước thải đổ vào các khu
vực lấy nước cung cấp cho sinh hoạt (cột A) và là 6 mg/L đối với nước thải đổ vào các
khu vực không lấy nước cấp cho sinh hoạt (cột B). Như vậy, sau quá trình hấp phụ
bằng vật liệu nano ZnO thì nồng độ PO4 3− đầu ra thấp hơn giá trị TP ở cột B của QCVN
40:2011/BTNMT. Dựa vào kết quả nghiên cứu trên, nếu như hệ thống xử lý nước thải
của Công ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao áp dụng phương pháp hấp
phụ photphat bằng vật liệu EZ thì sẽ giải quyết được vấn đề đang gặp phải tại trạm xử
lý nước thải sản xuất supe photphat, một lượng lớn photphat sẽ được xử lí trước khi xả
thải ra môi trường, đồng thời xử lý được cả COD đạt quy chuẩn xả thải của Bộ Tài
nguyên và Môi trường.
KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả thực nghiệm, chúng tui rút ra một số kết luận như sau:
1. Đã chế tạo thành công hạt nano ZnO bằng phương pháp điện hóa với sự hỗ
trợ của plasma lạnh ngay tại nhiệt độ phòng không sử dụng các chất hoạt động bề mặt
ứng dụng hấp phụ PO4 3− trong nước.
2.. Hình thái học bề mặt, tính chất vật lý và cấu trúc của vật liệu ZnO chế tạo
được đã được khảo sát chi tiết thông qua ảnh hiển vi điện tử quét, hiển vi điện tử truyền
qua, giản đồ XRD và phổ Raman.
3. Khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO4 3− theo
phương pháp hấp phụ tĩnh cho kết quả:
+ Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 120 phút.
+ pH hấp phụ tốt nhất là khoảng 5,0-6,0.
+ Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ đã khảo sát thì khối lượng vật liệu
tối ưu cho sự hấp phụ là 0,05 g.
+ Khi tăng nồng độ PO4 3− trong khoảng nồng độ khảo sát thì hiệu suất hấp phụ
giảm, dung lượng hấp phụ tăng.
4. Xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với PO4 3− là qmax=
196,07 mg/g. Quá trình hấp phụ PO4 3− của vật liệu nano ZnO tuân theo một phần mô
hình Dubinin-Radushkevich, tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir,
Freundlich và Tempkin, tuân theo mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2.
5. Quá trình hấp phụ PO4 3− của vật liệu nano ZnO là quá trình hấp phụ vật lý, tự
diễn biến và toả nhiệt.
6. Dùng vật liệu chế tạo được xử lý mẫu nước thải của Công ty CP Supe phốt
phát và Hóa chất Lâm Thao. Kết quả cho thấy, sau quá trình hấp phụ bằng vật liệu nano
ZnO thì nồng độ PO4 3− đầu ra thấp hơn giá trị tổng P ở cột B của QCVN
40:2011/BTNMT.
Như vậy vật liệu hấp phụ nano ZnO có khả năng hấp phụ các PO4 3− cho kết quả
tốt. Các kết quả thu được cho thấy có thể triển khai nghiên cứu ứng dụng vật liệu này
trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links