Tiến Sĩ Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng sắt trại cau- Thái Nguyên và khảo sát khả năng hấp phụ

ii
LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Thị Hậu, cô giáo trực
tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô
Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại
học Thái Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,
ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành
quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu
của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp
và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015


iii
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các từ viết tắt . iv
Danh mục bảng biểu v
Danh mục các hình . vi
Chương 1. TỔNG QUAN . 3
1.1. Một số phương pháp chế tạo vật liệu . 3
1.1.1. Phương pháp thủy nhiệt 3
1.1.2. Phương pháp kết tủa 4
1.1.3. Phương pháp sol-gel 5
1.1.4. Phương pháp tổng hợp đốt cháy 6
1.1.5. Phương pháp gốm truyền thống . 7
1.1.6. Phương pháp phóng điện hồ quang . 8
1.1.7. Phương pháp ngưng đọng pha hơi . 8
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ . 8
1.2.1.Các khái niệm . 9
1.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 12
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 16
1.2.4. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước . 17
1.3. Sơ lược về thuốc nhuộm 18
1.3.1. Định nghĩa thuốc nhuộm . 18
1.3.2. Phân loại thuốc nhuộm 18
1.4. Tiềm năng quặng sắt của Việt Nam . 21
1.5. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh và metyl da cam 22
1.5.1. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh . 22
1.5.2. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metyl da cam . 23
1.6. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang . 24
1.6.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang . 25
1.6.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang . 26
1.7. Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu. . 27
1.7.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) . 27
1.7.2. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) . 28
1.7.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) . 29
Chương 2. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 30
30
2.1.1. Thiết bị 30
2.1 30
2.2. Chuẩn bị nguyên liệu . 30
2.3. Xác định thành phần hoá học của quặng 31
2.4. Chế tạo một số mẫu vật liệu hấp phụ . 33
2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ . 34
2.5.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metylen xanh . 34
2.5.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của metyl da cam . 35
2.6. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của NL và các mẫu VLHP chế tạo được 36
2.7. Khảo sát ảnh hưởng các yếu tố đến quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ . 38
2.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung 38
2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung . 40
2.8. Một số đặc trưng của VLHP M 3 43
2.8.1. Diện tích bề mặt riêng 43
2.8.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) . 43
2.8.3. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được . 44
2.9. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da
cam của VLHP . 46
2.9.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH . 46
2.9.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của VLHP . 49
2.9.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP . 52
2.9.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP . 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
PHỤ LỤC . 63

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc
1 VLHP Vật liệu hấp phụ
2 BET Brunauer-Emmet-Teller
3 XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)
4 SEM Hiển vi điện tử quét
















v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ . 13
Bảng 2.1: Thành phần hóa học chính của quặng Sắt Trại Cau-Thái Nguyên . 32
Bảng 2.2: Kí hiệu các VLHP chế tạo được . 33
Bảng 2.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh với các
nồng độ khác nhau 35
Bảng 2.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metyl da cam với các
nồng độ khác nhau 36
Bảng 2.5: Số liệu đánh giá khả năng hấp phụ của NL và các VLHP đối với
metylen xanh và metyl da cam . 37
Bảng 2.6: Số liệu xác định điểm đẳng điện của VLHP M 3 . 45
Bảng 2.7: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của VLHP . 47
Bảng 2.8: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh và metyl da cam
của VLHP vào khối lượng VLHP 50
Bảng 2.9: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào
thời gian 52
Bảng 2.11: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir . 57


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệthấp phụ Langmuir . 14
Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của C f /q vào C f 14
Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 16
Hình 1.4: Sự phụ thuộc lgq vào lgC cb . 16
Hình 1.6: Công thức cấu tạo của metylen xanh . 20
Hình 1.7: Công thức cấu tạo của MB +
. 20
Hình 2.1: Giản đồ XRD của nguyên liệu . 31
Hình 2.2 : Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ 34
Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 35
Hình 2.4: Đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam. . 36
Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn khả năng hấp phụ metylen xanh và metyl da cam của NL
và các mẫu VLHP 37
Hình 2.6: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 200 0 C trong 1 giờ 38
Hình 2.7: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 200 0 C trong 2 giờ 39
Hình 2.8: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 200 0 C trong 3 giờ 39
Hình 2.9: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 150 0 C trong 2 giờ 40
Hình 2.10: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 200 0 C trong 2 giờ 41
Hình 2.11: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 250 0 C trong 2 giờ 41
Hình 2.12: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 300 0 C trong 2 giờ 42
Hình 2.13: Giản đồ XRD mẫu VLHP M 3 nung ở 400 0 C trong 2 giờ 42
Hình 2.14: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của VLHP M 3 . 44
Hình 2.15: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP M 3 . 45
Hình 2.16: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào pH . 48
Hình 2.17: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam của VLHP vào pH 48
Hình 2.18: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào khối
lượng VLHP 51
Hình 2.19: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metyl da cam của VLHP vào khối
lượng VLHP 51
Hình2.20: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấpphụ metylen xanh vào thời gian 53 vii

Hình 2.21: Sự phụ thuộc của hiệu suấthấp phụ metyl da cam vào thời gian . 53
Hình 2.22: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metylen xanh 56
Hình 2.23: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb đối với metylen xanh 56
Hình 2.24: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metyl da cam 56
Hình 2.25: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb đối với metyl da cam 56


1
MỞ ĐẦU

Hiện nay, Việt Nam đang ở giai đoạn đầu xây dựng một nước công nghiệp.
Đây là giai đoạn tạo ra những tiền đề cơ bản cho công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất
nước vì vậy vấn đề nhân lực có trình độ cao và vấn đề phát triển khoa học - công
nghệ phải được đặt lên hàng đầu. Khoa học - công nghệ thực sự trở thành lực lượng
sản xuất trực tiếp, là động lực cơ bản của sự phát triển. Đặc biệt là ngành khoa học
chế tạo vật liệu đang trên đà phát triển khá mạnh mẽ.
Là một nước đang phát triển nên công nghiệp hóa - hiện đại hóa được xem
như chìa khóa để phát triển đất nước. Hiện nay, với hơn 800.000 cơ sở sản xuất
công nghiệp và gần 70 khu chế xuất - khu công nghiệp tập trung đã đóng góp một
phần rất lớn vào GDP của đất nước. Công nghiệp càng phát triển thì vấn nạn ô
nhiễm môi trường lại càng đáng lo ngại.
Thuốc nhuộm hữu cơ là một trong những hóa chất gây độc môi trường sống
của sinh vật dưới nước làm ô nhiễm nặng nguồn nước. Các ngành công nghiệp dệt
nhuộm, giấy, chất dẻo, da, thực phẩm, mỹ phẩm thường sử dụng các phẩm màu. Do
vậy, nước thải công nghiệp từ các xí nghiệp nhà máy này thường chứa ít nhiều các
hóa chất màu nhuộm. Hấp phụ là một trong những phương pháp hóa lý phổ biến và
hiệu quả để khử màu nhuộm. Nhiều loại chất hấp phụ khác nhau được biết đến
trong ứng dụng này như than hoạt tính, zeolit, tro than, chitin và chitosan, v.v .
Một trong số chất hấp phụ được dùng nhiều nhất là than hoạt tính bởi nó có dung
lượng hấp phụ chất hữu cơ cao. Tuy nhiên, than hoạt tính thì giá thành cao và
không tái sinh được. Từ quan điểm này, các chất hấp phụ giá rẻ hơn từ chất liệu
thiên nhiên, vật liệu sinh học, phế liệu công - nông nghiệp được đề xuất và triển
khai ứng dụng trong việc loại bỏ thuốc nhuộm và các kim loại nặng trong nước.
Là một trong những quốc gia giàu khoáng sản như quặng sắt, quặng
mangan Các loại quặng này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như luyện
gang thép, nấu thủy tinh, pin khô Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng chúng làm

2
vật liệu hấp phụ còn chưa được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ những lý do đó,
chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng sắt Trại
Cau - Thái Nguyên và khảo sát khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam
của vật liệu hấp phụ”.
Với mục đích đó trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu những nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng sắt Trại Cau - Thái Nguyên
- Nghiên cứu cấu trúc, hình thái học, diện tích bề mặt riêng của vật liệu bằng
các phương pháp vật lý hiện đại như X-ray, BET, SEM
- Đánh giá được khả năng hấp phụ một số hợp chất hữu cơ như metylen
xanh, metyl da cam của các vật liệu chế tạo được.