Luận Văn Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thước nano ứng dụng xử lý nitrat trong nước

MỞ ĐẦU
Với kích thước vô cùng nhỏ bé và những tính chất đặc biệt mà những loại vật liệu truyền thống không có được, vật liệu kích thước nano ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn cho những ứng dụng trong môi trường. Trong khóa luận tốt nghiệp này, vật liệu sắt kích thước nano được nghiên cứu. Có rất nhiều phương pháp để chế tạo vật liệu sắt kích thước nano, như phương pháp nghiền, phương pháp vi nhũ tương, đồng kết tủa, khử hóa học Trong đó, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo vật liệu sắt kích thước nano ứng dụng trong môi trường là phương pháp khử borohiđrit. Phương pháp này đơn giản và có hiệu suất cao, nhưng đòi hỏi chi phí lớn. Do đó một phương pháp mới chế tạo vật liệu sắt kích thước nano đơn giản và chi phí thấp hơn nhiều được nghiên cứu trong khóa luận tốt nghiệp. Đó là phương pháp điện hóa kết hợp siêu âm. Khi điều chỉnh dòng điện và thời gian siêu âm phù hợp ta sẽ thu được vật liệu kích thước nano.
Cùng với sự phát triển của nông nghiệp, phân bón hóa học ngày càng được sử dụng nhiều dẫn đến sự rò rỉ, rửa trôi và tích tụ nitrat trong môi trường đất và nước. Bản thân nitrat được coi là ít độc đối với người trưởng thành do khả năng bài tiết chất này của thận. Tuy nhiên hàm lượng lớn hơn 10mgN-NO3-/l sẽ gây ra “hiện tượng trẻ xanh” và có thể gây nguy hiểm với trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi. Với người trưởng thành, trong một số điều kiện nhất định, nitrat cũng có thể chuyển hóa thành nitrit và gây ra những căn bệnh như ung thư dạ dày. Hàm lượng nitrat quá lớn khi đi vào các thủy vực cũng gây ra hiện tượng tảo nở hoa làm ô nhiễm môi trường. Do đó, cần phải có những biện pháp để giảm nồng độ nitrat trong môi trường đến giới hạn cho phép. Sử dụng vật liệu sắt kích thước nano để khử nitrat là một phương pháp tương đối mới, hứa hẹn một phương pháp xử lý hiệu quả nitrat trong môi trường nước.
Khóa luận được thực hiện với đề tài: “Bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thước nano ứng dụng xử lý nitrat trong nước”. Mục đích của khóa luận là bước đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thước nano bằng phương pháp điện hóa kết hợp siêu âm và xem xét khả năng xử lý nitrat trong nước của vật liệu này ở quy mô phòng thí nghiệm.




MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - 2 -
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ - 4 -
MỞ ĐẦU - 5 -

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU - 6 -
1.1. Nitrat trong môi trường nước - 6 -
1.1.1. Giới thiệu chung về nitrat - 6 -
1.1.2. Một số phương pháp xử lý nitrat - 9 -
1.2 Giới thiệu chung về vật liệu chứa sắt kích thước nano - 12 -
1.2.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu - 12 -
1.2.3 Một số tính chất của hạt sắt nano [17] - 14 -
1.2.4 Một số ứng dụng trong môi trường của hạt sắt nano - 16 -
1.3 Phương pháp xử lý nitrat bằng vật liệu sắt kích thước nano - 19 -
1.3.1 Phương pháp điện hóa kết hợp siêu âm - 19 -
1.3.2. Cơ chế khử nitrat của vật liệu sắt kích thước nano - 21 -

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 22 -
2.1 Đối tượng nghiên cứu - 22 -
2.2 Phương pháp nghiên cứu - 22 -
2.2.1 Hóa chất, thiết bị - 22 -
2.2.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu chứa sắt kich thước nano bằng phương pháp điện hóa kết hợp siêu âm - 23 -
2.2.3 Phân tích các đặc tính của vật liệu - 23 -
2.2.4 Nghiên cứu khả năng khử nitrat của vật liệu chế tạo - 26 -
2.2.5 Phân tích nồng độ các ion trong dung dịch sau khi xử lý - 26 -
2.2.6 Phân tích xác định hàm lượng sắt - 27 -

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN - 29 -
3.1 Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu - 29 -
3.1.1 Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu không bổ sung chất hoạt hóa bề mặt - 29 -
3.1.2 Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu bổ sung chất hoạt hóa bề mặt - 29 -
3.2 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý nitrat của vật liệu - 32 -
3.2.1 Kết quả nghiên cứu sự thay đổi nồng độ nitrat theo thời gian và ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý - 32 -
3.2.2. Kết quả khảo sát sản phẩm của quá trình khử - 35 -
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 39 -
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO - 40 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO - 41 -
PHỤ LỤC HÌNH - 45 -



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1. Chất hoạt hóa bề mặt : CCHBM
2. Polyvinyl pyrrolidone : PVP
3. Phương pháp hiển vi điện tử quét :SEM
4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua :TEM
5. Sodium dodecyl sulfate : SDS
6. Từ kế mẫu rung : VSM

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

1. Bảng 1 : Hàm lượng sắt trong các mẫu vật liệu chế tạo 30
2. Bảng 2 : Sự thay đổi nồng độ nitrat theo thời gian và ở các pH khác nhau .31
3. Hình 1 : Quá trình thẩm thấu 8
4. Hình 2 : Quá trình thẩm thấu ngược 8
5. Hình 3 : Quá trình điện thẩm tách 9
6. Hình 4 : Dải phân bố tần số sóng âm 17
7. Hình 5 : Sơ đồ nguyên lý phương pháp điện hóa 18
8. Hình 6 : Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu 21
9. Hình 7 : Kết quả chụp SEM mẫu vật liệu không bổ sung chất hoạt hóa bề mặt 27
10. Hình 8 : Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu chế tạo 28
11. Hình 9 : Kết quả chụp TEM mẫu vật liệu bổ sung chất hoạt hóa bề mặt PVP 29
12. Hình 10: Kết quả đo đường cong từ hóa mẫu vật liệu chế tạo 30
13. Hình 11 : Sự thay đổi nồng độ nitrat theo thời gian, tại pH = 4, 32
14. Hình 12: Sự thay đổi nồng độ nitrat theo thời gian, tại pH = 5 32
15. Hình 13: Sự thay đổi nồng độ nitrat theo thời gian, tại pH = 6 33
16. Hình 14: Cân bằng nitơ tại pH = 4 34
17. Hình 15: Cân bằng nitơ tại pH = 6 34