Khảo sát khả năng thu hồi sắt dưới dạng tinh thể clorua sắt (II) và vật liệu từ tính γ-FeOOH từ nước thải dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp

Đồ án thu hồi sắt từ nước thải tẩy rỉ sắt tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2020

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Uyên
• Người hướng dẫn: Lê Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Khảo sát khả năng thu hồi sắt dưới dạng tinh thể clorua sắt (II) và vật liệu từ tính γ-FeOOH từ nước thải dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Rỉ sắt
• 1.1.2. Điều kiện xảy ra gây rỉ sắt
• 1.1.3. Nguyên nhân xảy ra rỉ sắt
• 1.1.4. Cơ chế hình thành rỉ sắt
• 1.1.5. Cách phòng chống hiện tượng rỉ sắt
• 1.2. Nước thải tẩy rỉ sắt công nghiệp
• 1.2.1. Nguồn gốc nước thải tẩy rỉ sắt
• 1.2.2. Các phương pháp tẩy rỉ
• 1.2.3. Thành phần nước thải tẩy rỉ sắt
• 1.3. Độ tan
• 1.3.1. Khái niệm độ tan
• 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan
• 1.3.3. Cân bằng của dung dịch bão hòa
• 1.3.4. Độ tan của FeCl2 trong nước
• 1.3.5. Độ tan của FeCl3 trong nước
• 1.3.6. Kết tinh
• 1.4. Giới thiệu về oxy-hidroxit sắt
• 1.4.2. Nano Goethite (α-FeOOH)
• 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.1.1. Hóa chất
• 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2. Khảo sát quá trình oxy hóa của Fe2+, Fe3+ dưới sự ảnh hưởng của pH và các tác nhân oxy hóa
• 2.3. Xây dựng đường độ tan của FeCl2 và FeCl3
• 2.4. Tiến hành kết tinh để tách FeCl2.xH2O ra khỏi hỗn hợp
• 2.5. Tổng hợp γ-FeOOH
• 2.6. Thử hoạt tính của nano γ-FeOOH và α-FeOOH
• 2.7. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát quá trình oxy hóa của Fe2+, Fe3+ dưới sự ảnh hưởng của pH và các tác nhân oxy hóa
• 3.1.1. Tác nhân oxy hóa H2O2
• 3.1.2. Tác nhân oxy hóa nước Javen
• 3.1.3. Tác nhân oxy hóa oxy trong không khí
• 3.2. Xây dựng đường độ tan của dung dịch FeCl2 và FeCl3
• 3.2.1. Khảo sát độ tan theo thời gian
• 3.2.2. Khảo sát độ tan của dung dịch theo nhiệt độ
• 3.3. Kết tinh tách FeCl2
• 3.3.1. Kết tinh FeCl2.xH2O từ hỗn hợp dung dịch tinh khiết
• 3.3.2. Kết tinh FeCl2.xH2O từ nước rỉ sắt
• 3.4. Tổng hợp nano γ-FeOOH
• 3.4.1. Tổng hợp nano γ-FeOOH từ FeCl2
• 3.4.2. Tổng hợp nano γ-FeOOH từ nước rỉ sắt
• 3.5. Khả năng hấp thụ H2S của nano γ-FeOOH
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt

Nước thải tẩy rỉ sắt phát sinh chủ yếu từ ngành gia công cơ khí và xi mạ kim loại. Bề mặt thép luôn bám lớp oxit sắt do quá trình oxy hóa tự nhiên trong không khí. Quá trình làm sạch bề mặt kim loại bắt buộc sử dụng các dung dịch axit mạnh như axit clohydric hoặc axit sunfuric. Quá trình hòa tan này tạo ra lượng dung dịch thải chứa hàm lượng ion sắt rất lớn. Nồng độ axit dư trong nước thải cũng ở mức rất cao. Việc xả trực tiếp dung dịch thải này ra môi trường tự nhiên gây ô nhiễm đất và nguồn nước ngầm nghiêm trọng. Do đó, các nhà khoa học tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã triển khai nghiên cứu giải pháp thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp. Nghiên cứu tập trung tái sinh các hợp chất vô cơ có giá trị cao. Hai sản phẩm mục tiêu chính là tinh thể muối clorua sắt và vật liệu nano từ tính lepidocrocite. Hướng đi này giúp bảo vệ môi trường sinh thái bền vững. Đồng thời, giải pháp mang lại lợi ích kinh tế vượt trội cho các doanh nghiệp sản xuất cơ khí.

1.1. Nguồn gốc hình thành nước thải tẩy rỉ sắt

Quá trình tẩy gỉ kim loại là bước tiền xử lý bắt buộc trong công nghệ chế tạo máy và mạ điện. Kim loại nền dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc lâu ngày với oxy không khí và độ ẩm. Bề mặt chi tiết cơ khí bị bao phủ bởi lớp rỉ sét oxit sắt xốp và giòn. Lớp oxit này làm giảm độ bám dính của lớp mạ bảo vệ. Doanh nghiệp thường áp dụng phương pháp ngâm chi tiết trong bể axit vô cơ mạnh. Axit phản ứng hòa tan oxit sắt trên bề mặt và phản ứng với một phần kim loại nền. Dung dịch sau thời gian làm việc sẽ giảm nồng độ axit tự do. Đồng thời, dung dịch tích tụ nồng độ ion Fe2+ và Fe3+ rất đậm đặc. Dung dịch mất dần khả năng tẩy và trở thành nguồn thải nguy hại.

1.2. Đề tài nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM luôn chú trọng giải quyết bài toán môi trường thực tiễn. Đề tài nghiên cứu đã tập trung khảo sát thu hồi tài nguyên từ dung dịch tẩy rỉ sắt. Dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Minh Tâm, nghiên cứu phân tích rõ thành phần hóa học của dòng thải. Nhóm nghiên cứu thiết lập điều kiện thực nghiệm tối ưu để tách các hợp chất sắt có giá trị. Nghiên cứu mở ra hướng tiếp cận kinh tế tuần hoàn cho công nghiệp mạ kẽm và gia công kim loại. Đề tài biến chất thải độc hại thành nguồn vật liệu nano từ tính tiên tiến. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi cao khi ứng dụng vào dây chuyền sản xuất công nghiệp.

II. Vấn đề xử lý và thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt

Dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp sau sử dụng chứa nồng độ axit clohydric hoặc sunfuric còn dư rất cao. Độ pH của dung dịch thường nhỏ hơn 1. Hàm lượng ion Fe2+ và Fe3+ hòa tan có thể vượt quá ngưỡng hàng chục gam trên mỗi lít. Hóa chất ăn mòn này gây phá hủy nghiêm trọng hệ thống đường ống và kết cấu bê tông thoát nước. Nếu thẩm thấu vào lòng đất, axit sẽ làm suy giảm độ màu mỡ và hủy hoại thảm vi sinh vật có lợi. Phương pháp xử lý truyền thống thường áp dụng phản ứng trung hòa bằng vôi bột hoặc xút công nghiệp. Quá trình trung hòa tạo ra khối lượng bùn thải hydroxit sắt khổng lồ. Khối bùn này ngậm nhiều nước và rất khó lắng lọc. Chi phí vận chuyển và chôn lấp bùn thải làm tăng gánh nặng tài chính cho nhà máy. Hơn nữa, việc trung hòa đơn thuần làm thất thoát hoàn toàn nguồn tài nguyên sắt quý giá. Do đó, việc thu hồi sắt mang lại giải pháp căn cơ nhằm giải quyết áp lực môi trường và tối ưu hóa chi phí vận hành.

2.1. Tác hại sinh thái từ nước thải tẩy rỉ chứa axit

Nước thải tẩy rỉ sắt chứa lượng lớn axit vô cơ tự do và ion kim loại nặng. Khi nguồn nước này thoát ra tự nhiên, độ pH của các thủy vực bị suy giảm nhanh chóng. Môi trường axit mạnh làm biến tính protein và tiêu diệt nhiều loài thủy sinh vật. Hệ sinh thái sông hồ suy thoái nghiêm trọng do mất cân bằng sinh học kéo dài. Ngoài ra, ion sắt hòa tan trong nước bị oxy hóa dần tạo thành váng cặn màu vàng nâu. Lớp váng kết tủa này ngăn cản quá trình khuếch tán ánh sáng mặt trời xuống tầng nước sâu. Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh bị đình trệ. Đất nông nghiệp nhiễm axit cũng bị chai cứng và mất đi khả năng giữ chất dinh dưỡng.

2.2. Hạn chế kỹ thuật của phương pháp kết tủa truyền thống

Biện pháp xử lý nước thải axit truyền thống thường dựa vào phản ứng kiềm hóa. Doanh nghiệp bổ sung xút hoặc vôi bột để nâng giá trị pH lên vùng bazơ. Toàn bộ ion sắt kết tủa thành bùn Fe(OH)2 và Fe(OH)3 dạng keo nhầy. Bùn hydroxit giữ nước rất chặt khiến quá trình cô đặc và ép lọc gặp nhiều trở ngại. Tốc độ lắng của bùn keo rất chậm và đòi hỏi diện tích bể lắng rất lớn. Lượng hóa chất kiềm tiêu tốn trong quá trình này gây phát sinh chi phí vận hành định kỳ rất cao. Bùn thải sau ép lọc vẫn bị phân loại là chất thải nguy hại cần xử lý nghiêm ngặt. Việc lưu giữ bùn tiềm ẩn rủi ro hòa tan ngược kim loại khi gặp mưa axit. Phương pháp này gây lãng phí lượng sắt quý giá.

III. Phương pháp thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt hiệu quả

Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đề xuất quy trình thu hồi sắt tiên tiến bằng giải pháp công nghệ hai bước. Bước đầu tiên tập trung khảo sát độ tan của hệ muối clorua sắt FeCl2 và FeCl3. Quy trình điều khiển nhiệt độ dung dịch để tách chọn lọc tinh thể muối sắt FeCl2.4H2O với độ tinh khiết cao. Muối kết tinh tách khỏi pha lỏng dễ dàng bằng phương pháp lọc hút chân không. Bước tiếp theo là công nghệ tổng hợp vật liệu từ tính gamma-FeOOH trực tiếp từ dịch thải đã pha loãng. Dung dịch được cân chỉnh nồng độ ion Fe2+ về mức 0.07575M. Hệ thống phản ứng sử dụng thiết bị khuấy cơ học với tốc độ 1200 vòng trên phút kết hợp đầu dò kiểm soát độ pH tự động. Dung dịch xút NaOH 1M được châm nhỏ giọt liên tục để duy trì ổn định độ pH ở mốc 6.8. Đồng thời, thiết bị sục khí cấp oxy đều đặn vào bình phản ứng. Sau 20 phút phản ứng oxy hóa, kết tủa xanh đen chuyển hoàn toàn sang màu cam đặc trưng. Sản phẩm được ly tâm ở tốc độ 1000 vòng trên phút, rửa sạch và sấy khô.

3.1. Kết tinh muối sắt clorua bằng phương pháp hóa lý

Kỹ thuật kết tinh muối FeCl2 dựa trên nguyên lý thay đổi độ tan theo nhiệt độ dung dịch. Độ tan của clorua sắt (II) giảm mạnh khi hạ nhiệt độ dung môi. Quá trình cô đặc chân không dung dịch nước rỉ sắt giúp tăng nồng độ ion đến điểm bão hòa. Dung dịch sau đó được làm nguội có kiểm soát theo đường cong kết tinh. Các tinh thể FeCl2.4H2O hình thành với cấu trúc tinh thể đồng đều và độ tinh khiết cao. Muối sau tách lọc được tinh chế và bảo quản trong điều kiện kín khí để chống oxy hóa. Sản phẩm muối clorua sắt kết tinh là nguyên liệu giá trị cho công nghiệp hóa chất. Hóa chất này phục vụ trực tiếp cho các nhà máy sản xuất chất keo tụ xử lý nước cấp và nước thải.

3.2. Quy trình tổng hợp vật liệu nano từ tính gamma FeOOH

Quy trình chế tạo vật liệu từ tính nano gamma-FeOOH yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt các thông số hóa lý. Nước rỉ sắt được pha loãng đến nồng độ Fe2+ đạt 0.07575M. Dung dịch được khuấy liên tục với vận tốc 1200 vòng trên phút. Đầu dò pH giúp kiểm soát việc châm dung dịch kiềm NaOH 1M chính xác. Hệ thống duy trì độ pH ổn định ở mức 6.8 trong suốt tiến trình tổng hợp. Luồng khí nén được sục liên tục để cung cấp oxy hòa tan. Kết tủa xanh đen chuyển sang màu cam tươi sau 20 phút phản ứng oxy hóa. Hỗn hợp sau phản ứng được ly tâm 1000 vòng trên phút trong 10 phút. Hạt nano sau đó được rửa sạch và sấy khô hoàn toàn.

IV. Ứng dụng thực tiễn thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt

Quy trình thu hồi sắt từ dung dịch tẩy rỉ sắt đem lại giá trị ứng dụng to lớn cho công nghiệp hiện đại. Vật liệu nano từ tính gamma-FeOOH sở hữu diện tích bề mặt riêng lớn cùng hoạt tính xúc tác vượt trội. Nghiên cứu thực nghiệm tại trường chứng minh vật liệu này có khả năng hấp phụ khí độc hydro sunfua H2S cực kỳ hiệu quả. Ứng dụng này mở ra tiềm năng thương mại hóa trong xử lý mùi hôi và khí thải độc hại tại các bãi chôn lấp rác hoặc trạm xử lý nước thải sinh hoạt. Bên cạnh đó, muối sắt clorua kết tinh được tái sử dụng trực tiếp để sản xuất chất trợ lắng FeCl3 trong ngành cấp thoát nước. Mô hình tuần hoàn khép kín này giúp doanh nghiệp xi mạ giải quyết triệt để rủi ro môi trường. Chi phí vận hành và xử lý chất thải độc hại giảm thiểu đáng kể. Nghiên cứu khẳng định năng lực ứng dụng khoa học kỹ thuật của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM vào bài toán sản xuất sạch hơn. Đây là nền tảng vững chắc để chuyển giao công nghệ cho các cụm công nghiệp luyện kim trên toàn quốc.

4.1. Khả năng hấp phụ khí độc H2S của vật liệu gamma FeOOH

Vật liệu nano lepidocrocite tổng hợp từ dòng thải tẩy rỉ sắt có kích thước hạt siêu mịn. Cấu trúc mạng tinh thể đặc thù tạo ra nhiều tâm hoạt tính bề mặt. Các thí nghiệm đối chứng tại trường cho thấy gamma-FeOOH có khả năng khử khí H2S rất nhanh. Khí hydro sunfua là khí độc có mùi trứng thối đặc trưng trong các khu xử lý chất thải. Khi tiếp xúc với bề mặt gamma-FeOOH, các phân tử khí bị giữ lại và chuyển hóa thành hợp chất sunfua sắt ổn định. Quá trình khử độc diễn ra hiệu quả ngay trong điều kiện áp suất và nhiệt độ thường. Hơn nữa, vật liệu sở hữu đặc tính từ tính giúp việc tách pha sau phản ứng hấp phụ diễn ra rất thuận lợi bằng từ trường ngoài.

4.2. Hiệu quả kinh tế tuần hoàn cho ngành xi mạ kim loại

Ứng dụng quy trình thu hồi sắt giúp chuyển đổi dòng nước thải độc hại thành nguồn thu kinh tế ổn định. Các cơ sở xi mạ kim loại không còn phải chi trả ngân sách lớn cho dịch vụ thu gom bùn thải nguy hại. Doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí hóa chất trung hòa kiềm tính hàng tháng. Nguồn muối FeCl2 và FeCl3 thu hồi được tái sử dụng trực tiếp trong sản xuất hoặc bán lại cho các nhà máy xử lý nước. Mô hình này kiến tạo chuỗi giá trị khép kín theo tiêu chuẩn sản xuất xanh và phát triển bền vững. Doanh nghiệp nâng cao uy tín thương hiệu và dễ dàng đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải khắt khe của Nhà nước. Giải pháp kỹ thuật mở ra hướng phát triển công nghiệp thân thiện với môi trường tự nhiên.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của nền kinh tế và các ngành công nghiệp xây dựng, gia công cơ khí dẫn đến nhu cầu tiêu thụ sắt thép ngày càng gia tăng. Trong điều kiện tự nhiên tại Việt Nam với khí hậu nhiệt đới gió mùa và độ ẩm không khí thường xuyên vượt mức 80%, bề mặt sắt thép rất dễ ngưng tụ màng ẩm – đóng vai trò chất điện giải thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hóa. Sự hiện diện của các khí công nghiệp gây ô nhiễm như $\text{SO}_2$ hay $\text{H}_2\text{S}$ càng làm tăng tốc độ ăn mòn, tạo thành các lớp vảy rỉ sắt giòn, xốp, làm suy giảm nghiêm trọng độ bền cơ học của vật liệu. Nhằm đảm bảo độ bám dính, độ bóng và tính đồng nhất của lớp phủ trước khi tiến hành xi mạ hoặc cán nguội, chi tiết kim loại bắt buộc phải trải qua công đoạn tẩy sạch lớp gỉ bề mặt.

Phương pháp tẩy gỉ hóa học sử dụng dung dịch axit clohydric ($\text{HCl}$) được áp dụng phổ biến do giá thành hợp lý và khả năng làm sạch bề mặt cao. Tuy nhiên, quá trình này phát sinh một lượng lớn nước thải công nghiệp nguy hại với ba thành phần chủ yếu gồm sắt(II) clorua ($\text{FeCl}_2$), sắt(III) clorua ($\text{FeCl}_3$) và axit $\text{HCl}$ dư. Giải pháp xử lý truyền thống thường dùng vôi để trung hòa axit dư và kết tủa ion kim loại, song phương pháp này tạo ra khối lượng bùn thải nhầy hydroxit sắt lớn gây ô nhiễm thứ cấp, đồng thời làm lãng phí nguồn tài nguyên sắt có giá trị kinh tế. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp tận thu sắt từ nguồn dung dịch thải để tái chế thành các sản phẩm hóa chất và vật liệu nano có giá trị sử dụng cao là vấn đề thực tiễn cấp thiết.

Nhiệm vụ của khóa luận được xác định cụ thể gồm ba nội dung chính:

1. Khảo sát độ tan của hai dung dịch $\text{FeCl}_2$ và $\text{FeCl}_3$. Trên cơ sở đó tiến hành thu hồi sắt trong dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp và trong hỗn hợp dung dịch $\text{FeCl}_2$, $\text{FeCl}_3$ dưới dạng tinh thể clorua sắt (II).
2. Tổng hợp vật liệu từ tính $\gamma\text{-FeOOH}$ từ nước thải tẩy rỉ sắt công nghiệp và từ hóa chất $\text{FeCl}_2$.
3. Tổng hợp vật liệu $\alpha\text{-FeOOH}$ từ hóa chất và tiến hành khảo sát so sánh khả năng hấp thụ $\text{H}_2\text{S}$ của hai vật liệu $\alpha\text{-FeOOH}$ và $\gamma\text{-FeOOH}$.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước thải dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp thu thập từ cơ sở sản xuất xi mạ kim loại thực tế; hệ mẫu dung dịch đối chứng tự pha từ muối tinh khiết $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ và $\text{FeCl}_3\cdot 6\text{H}_2\text{O}$; các sản phẩm thu hồi gồm tinh thể $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ và vật liệu nano từ tính lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$), goethite ($\alpha\text{-FeOOH}$).
• Phạm vi không gian: Thực nghiệm được tiến hành tại các phòng thí nghiệm thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và Viện Công nghệ Hóa học trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 01/12/2019 và hoàn thành ngày 17/08/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khóa luận dựa trên các cơ sở lý thuyết về hóa học vô cơ, hóa keo và động học kết tinh dung dịch:

• Cơ chế ăn mòn điện hóa và tạo rỉ sắt: Quá trình oxy hóa kim loại $\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{e}$, tiếp theo là các phản ứng thủy phân tạo hydroxit sắt $\text{Fe(OH)}_2$, $\text{Fe(OH)}_3$ và các phản ứng tách nước chuyển hóa thành các dạng oxit hoặc oxy-hydroxit sắt ($\text{FeO}$, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{FeOOH}$). Hiện tượng "giòn hydro" xuất hiện trong quá trình tẩy rỉ bằng axit do khí $\text{H}_2$ sinh ra thấm sâu vào mạng tinh thể kim loại làm giảm độ bền cơ học.
• Lý thuyết độ tan và cân bằng pha rắn - lỏng: Cân bằng dung dịch bão hòa và sự phụ thuộc của độ tan các muối sắt clorua vào nhiệt độ theo tài liệu của Mullin (1997) và Myerson (1990). Sự chuyển hóa các dạng tinh thể ngậm nước của sắt(II) clorua theo nhiệt độ ($\text{FeCl}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{FeCl}_2$).
• Cấu trúc và tính chất của oxy-hydroxit sắt: Bảy dạng hợp chất oxy-hydroxit sắt gồm $\alpha\text{-FeOOH}$ (goethite), $\beta\text{-FeOOH}$ (akaganeite), $\gamma\text{-FeOOH}$ (lepidocrocite), $\delta'\text{-FeOOH}$ (feroxyhyte), $\text{Fe}_5\text{HO}_8\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ (ferrihydrite), $\text{Fe}_8\text{O}_8\text{(OH)}_6(\text{SO}_4)\cdot n\text{H}_2\text{O}$ (schwertmannite) và $\text{FeOOH}$ áp suất cao. Trong đó, goethite và lepidocrocite có cấu trúc chuỗi bát diện $\text{FeO}_3\text{(OH)}_3$ đối xứng trực thoi, sở hữu diện tích bề mặt riêng lớn và diện tích mao quản phong phú, cho phép ứng dụng làm vật liệu hấp phụ loại bỏ arsen dạng $\text{As(III)}$, $\text{As(V)}$ và khí độc $\text{H}_2\text{S}$.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm các kỹ thuật phân tích hóa học và vật lý:

• Phương pháp chuẩn độ xác định $\text{Fe}^{2+}$: Chuẩn độ oxy hóa khử bằng dung dịch chuẩn $\text{KMnO}_4$ $0{,}1,\text{N}$ trong môi trường axit $\text{H}_2\text{SO}_4$ tỷ lệ $1:5$. Sử dụng $5,\text{ml}$ dung dịch bảo vệ Zimmermann (pha chế từ $33{,}5,\text{g}\ \text{MnSO}_4$, $65,\text{ml}\ \text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, $69,\text{g}\ \text{HNO}_3$ đặc, $250,\text{ml}\ \text{H}_2\text{O}$, định mức đến $500,\text{ml}$) nhằm ngăn ngừa phản ứng cản trở của ion $\text{Cl}^-$ với ion pemanganat. Điểm dừng chuẩn độ được xác định khi xuất hiện màu hồng nhạt bền.
• Phương pháp chuẩn độ xác định $\text{Fe}^{3+}$: Chuẩn độ tạo phức bằng dung dịch chuẩn $\text{EDTA}$ $0{,}02,\text{M}$ trong môi trường axit kiểm soát ở $\text{pH} = 1$ (chỉnh bằng $\text{HCl}$ $1:1$, đun nhẹ ở $50^\circ\text{C}$), sử dụng chất chỉ thị axit sunfosalixilic (SSA), nhận diện điểm tương đương khi dung dịch chuyển từ màu tím sang màu vàng nhạt.
• Phương pháp đo độ tan: Xác định độ tan tĩnh bằng phương pháp sấy mẫu dung dịch bão hòa ở $100^\circ\text{C}$ trong 24 giờ để cân khối lượng chất tan khan; xác định độ tan phụ thuộc nhiệt độ từ $35^\circ\text{C}$ đến $70^\circ\text{C}$ thông qua chuẩn độ thể tích nồng độ bão hòa.
• Phương pháp kết tinh: Tiến hành cô đặc dung dịch mẫu ở $70^\circ\text{C}$ đến trạng thái bão hòa, sau đó làm lạnh phân đoạn về dải nhiệt độ $6\text{--}8^\circ\text{C}$ để kết tinh tách muối ngậm nước $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$, tách chất rắn bằng hệ lọc chân không và sấy khô.
• Phương pháp đồng kết tủa tổng hợp nano $\gamma\text{-FeOOH}$: Thực hiện phản ứng tạo tủa từ dung dịch muối $\text{Fe}^{2+}$ nồng độ $0{,}07575,\text{M}$, liên tục sục không khí và khuấy trộn ở tốc độ $1200,\text{vòng/phút}$, duy trì $\text{pH}$ cố định ở mức $6{,}8$ bằng dung dịch $\text{NaOH}$ $1,\text{M}$. Kết tủa xanh đen ban đầu chuyển hóa hoàn toàn sang màu cam sau 20 phút. Hạt nano được thu hồi qua máy ly tâm với tốc độ $1000,\text{vòng/phút}$ trong 10 phút.
• Phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu: Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) để định danh thành phần pha tinh thể và kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái, kích thước hạt nano.

Hóa chất sử dụng	Xuất xứ / Đặc tính	Thiết bị thực nghiệm	Xuất xứ / Model
Nước tẩy gỉ sắt	Mẫu thực tế từ nhà máy	Bể điều nhiệt	Đức
$\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$	Xilong Chemical (Trung Quốc)	Máy khuấy từ gia nhiệt	IKA C-MAG HS7 (Đức)
$\text{FeCl}_3\cdot 6\text{H}_2\text{O}$	Xilong Chemical (Trung Quốc)	Máy ly tâm	Hermle Z 326 (Đức)
$\text{KMnO}_4$, $\text{EDTA}$	Chuẩn độ phân tích	Máy lọc chân không	KNF N022AN.18 (Đức)
$\text{H}_2\text{O}_2\ 30%$, Javel	Xilong Chemical (Trung Quốc)	Máy sục không khí	Super Pump SL-2800 (Trung Quốc)
$\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{HNO}_3$, $\text{HCl}$	Axit đặc tinh khiết	Cân phân tích	Precisa LS 320A / L2 320C (Thụy Sĩ)
$\text{MnSO}_4$, chỉ thị SSA	Xilong Chemical (Trung Quốc)	Tủ sấy đối lưu cưỡng bức	Memmert UF110 (Đức)

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 tổng thuật các kiến thức nền tảng về hiện tượng ăn mòn kim loại, cơ chế hình thành rỉ sắt và các giải pháp bảo vệ bề mặt thép. Tác giả phân tích các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn gồm độ ẩm không khí, nhiệt độ và các khí ô nhiễm ($\text{SO}_2$, $\text{H}_2\text{S}$), trong đó nhấn mạnh quy luật tốc độ ăn mòn gia tăng khi nhiệt độ tăng từ $1{,}5$ đến $2$ lần cho mỗi khoảng tăng $10^\circ\text{C}$. Chương này đi sâu vào các phương pháp xử lý bề mặt trước khi mạ, so sánh ưu nhược điểm giữa phương pháp cơ khí và phương pháp hóa học; làm rõ nguồn gốc và thành phần nguy hại của nước thải tẩy rỉ sắt chứa $\text{FeCl}_2$, $\text{FeCl}_3$ và $\text{HCl}$ dư.

Tác giả tổng kết các hướng xử lý dung dịch rỉ sắt đã được công bố trước đây:

• Trung hòa bằng vôi tạo hydroxit dạng paste khó phân tách và gây ô nhiễm thứ cấp;
• Thủy phân nhiệt độ cao trên $800^\circ\text{C}$ tạo $\text{HCl}$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$;
• Khử ion sắt bằng bột nhôm để sản xuất chất keo tụ polyaluminium chloride (PAC), tuy nhiên giải pháp này không khả thi về mặt kinh tế do giá thành nhôm kim loại cao hơn sắt;
• Oxy hóa clo hóa triệt để thành $\text{FeCl}_3$ hoặc tận dụng nước rỉ sắt để xử lý nước rỉ rác.

Phần sau của chương trình bày lý thuyết độ tan của hệ muối sắt clorua ngậm nước và tổng quan chuyên sâu về các dạng thù hình oxy-hydroxit sắt. Tác giả tập trung vào cấu trúc tinh thể, cơ chế chuyển hóa pha và tiềm năng ứng dụng của hai dạng nano goethite ($\alpha\text{-FeOOH}$) và lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$) trong xử lý arsen và hấp thụ các khí độc hại.

Chương 2. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả hệ thống hóa chất, danh mục thiết bị và quy trình thực nghiệm được phân định thành 5 giai đoạn liên hoàn:

• Giai đoạn 1: Khảo sát ảnh hưởng của giá trị $\text{pH}$ (điều chỉnh bằng $\text{H}_2\text{SO}_4\ 1,\text{M}$) và các tác nhân oxy hóa gồm dung dịch $\text{H}_2\text{O}_2\ 30%$, dung dịch nước Javel và khí oxy từ không khí đối với quá trình chuyển hóa giữa $\text{Fe}^{2+}$ và $\text{Fe}^{3+}$.
• Giai đoạn 2: Đo đạc và xây dựng đường cong độ tan của $\text{FeCl}_2$ và $\text{FeCl}_3$ theo thời gian tại $30^\circ\text{C}$ để xác định thời điểm hệ đạt cân bằng pha; sau đó khảo sát sự phụ thuộc của độ tan vào nhiệt độ trong dải từ $35^\circ\text{C}$ đến $70^\circ\text{C}$.
• Giai đoạn 3: Thiết lập quy trình kết tinh phân tách muối $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ từ hai nguồn dung dịch: hỗn hợp muối tinh khiết ($80,\text{g}\ \text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ trong $30,\text{ml}\ \text{H}_2\text{O}$) và dung dịch nước rỉ sắt thực tế sau khi cô bão hòa ở $70^\circ\text{C}$, làm lạnh kết tinh tại $6\text{--}8^\circ\text{C}$.
• Giai đoạn 4: Tổng hợp vật liệu nano từ tính $\gamma\text{-FeOOH}$ bằng phương pháp đồng kết tủa hóa học từ dung dịch muối $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ tinh khiết và từ nước rỉ sắt công nghiệp sau khi đã pha loãng về nồng độ $\text{Fe}^{2+}$ tương đương $0{,}07575,\text{M}$.
• Giai đoạn 5: Bố trí hệ phản ứng sục khí để thử nghiệm và so sánh sơ bộ khả năng hấp thụ khí $\text{H}_2\text{S}$ của huyền phù vật liệu nano $\gamma\text{-FeOOH}$ và $\alpha\text{-FeOOH}$.

Chương 3. Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các số liệu đo đạc thực nghiệm, đồ thị động học và kết quả phân tích cấu trúc vật liệu:

• Ảnh hưởng của tác nhân oxy hóa và $\text{pH}$: Khi tăng dần giá trị $\text{pH}$ của hỗn hợp phản ứng, nồng độ ion $\text{Fe}^{2+}$ giảm đều trong khi nồng độ $\text{Fe}^{3+}$ tăng lên, chứng minh môi trường giảm độ axit tạo thuận lợi cho phản ứng oxy hóa tự nhiên và phản ứng thủy phân. Khi sử dụng $\text{H}_2\text{O}_2$, hiệu suất oxy hóa $\text{Fe}^{2+}$ đạt mức cao trong thời gian ngắn. Đối với nước Javel, hiệu suất oxy hóa có sự biến động phức tạp phụ thuộc vào thể tích thêm vào. Việc sục oxy không khí cho tốc độ oxy hóa chậm hơn nhưng phản ứng diễn ra ổn định và có tính kinh tế cao.
• Quy luật độ tan của hệ $\text{FeCl}_2$ và $\text{FeCl}_3$: Thời gian hòa tan đạt trạng thái bão hòa ổn định ở $30^\circ\text{C}$ được xác lập qua các mốc thời gian khuấy trộn. Khi nâng nhiệt độ từ $35^\circ\text{C}$ lên $70^\circ\text{C}$, độ tan của cả hai muối đều tăng theo nhiệt độ. Đường độ tan thực nghiệm cho thấy dung dịch $\text{FeCl}_3$ có độ tan cao hơn đáng kể so với $\text{FeCl}_2$, tạo cơ sở lý thuyết để tách chọn lọc $\text{FeCl}_2$ ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp kết tinh hạ nhiệt độ mà không làm kết tinh đồng thời $\text{FeCl}_3$.
• Kết quả kết tinh muối $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$: Quá trình hạ nhiệt độ dung dịch bão hòa về $6\text{--}8^\circ\text{C}$ cho phép thu hồi các mầm tinh thể màu xanh nhạt. Phổ XRD của mẫu kết tinh từ hỗn hợp tinh khiết và từ mẫu nước thải tẩy rỉ sắt thực tế đều thể hiện các pic đặc trưng trùng khớp với cấu trúc tinh thể của $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$, khẳng định khả năng tách loại muối sắt(II) đạt độ tinh khiết cao từ nguồn thải.
• Đặc trưng nano $\gamma\text{-FeOOH}$ và khả năng hấp thụ $\text{H}_2\text{S}$: Giản đồ XRD của sản phẩm tổng hợp từ nước thải và từ muối tinh khiết đều cho các vạch nhiễu xạ đặc trưng của pha khoáng lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$). Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) xác nhận các hạt vật liệu có hình thái dạng que/lá với kích thước nanomet phân tán tương đối đồng đều. Thí nghiệm sục khí $\text{H}_2\text{S}$ vào huyền phù nano $\gamma\text{-FeOOH}$ ghi nhận sự chuyển màu của pha rắn, chứng minh phản ứng tương tác hóa học và khả năng hấp phụ khí độc của vật liệu.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể thu được từ khóa luận:

• Xác định được điều kiện oxy hóa chuyển hóa ion $\text{Fe}^{2+}$ lên $\text{Fe}^{3+}$ phục vụ cho việc điều chỉnh thành phần dung dịch trước khi tổng hợp vật liệu;
• Xây dựng thành công đường cong độ tan thực nghiệm của $\text{FeCl}_2$ và $\text{FeCl}_3$ trong dải nhiệt độ $30\text{--}70^\circ\text{C}$, chứng minh sự phân tách độ tan rõ rệt giữa hai dạng muối sắt clorua;
• Thu hồi thành công tinh thể muối ngậm nước $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ từ nước thải rỉ sắt thực tế thông qua chế độ cô bão hòa ở $70^\circ\text{C}$ và kết tinh làm lạnh tại $6\text{--}8^\circ\text{C}$;
• Xác lập quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu nano từ tính lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$) từ nước thải với các thông số vận hành: nồng độ $\text{Fe}^{2+}$ ban đầu pha loãng về $0{,}07575,\text{M}$, tốc độ khuấy $1200,\text{vòng/phút}$, duy trì ổn định $\text{pH} = 6{,}8$ bằng $\text{NaOH}\ 1,\text{M}$, thời gian sục khí hình thành sản phẩm cam sau 20 phút và thu hồi bằng ly tâm ở $1000,\text{vòng/phút}$ trong 10 phút;
• Chứng minh huyền phù nano $\gamma\text{-FeOOH}$ có phản ứng hấp thụ đối với khí $\text{H}_2\text{S}$.

Giải pháp và đóng góp của đề tài:

• Giải pháp công nghệ: Đề xuất giải pháp tuần hoàn tài nguyên thay thế cho phương pháp trung hòa thải bỏ truyền thống. Thay vì tốn hóa chất vôi để xử lý nước thải tạo bùn thải nguy hại, quy trình tích hợp kết tinh phân đoạn cho phép tận thu muối sắt clorua thương phẩm và tái chế phần dung dịch còn lại thành vật liệu hấp phụ môi trường.
• Đóng góp mới: Cung cấp cơ sở thực nghiệm về động học oxy hóa và độ tan của hệ muối sắt clorua trong nước thải công nghiệp thực tế; chứng minh tính khả thi của việc tổng hợp vật liệu nano từ tính $\gamma\text{-FeOOH}$ trực tiếp từ nước thải tẩy rỉ sắt mà không cần trải qua các bước tinh chế hóa chất trung gian tốn kém.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được chỉ ra từ nội dung văn bản và biên bản đánh giá của hội đồng chuyên môn:

• Văn bản chưa ghi rõ nguồn gốc xuất xứ cụ thể (tên và địa chỉ nhà máy) nơi lấy mẫu nước thải tẩy rỉ sắt; chưa công bố đầy đủ hàm lượng các ion kim loại tạp chất đi kèm trong nguồn thải thực tế.
• Trong phần khảo sát quá trình oxy hóa bằng dung dịch Javel (thể tích $250,\text{ml}$), hiệu suất oxy hóa biến thiên không theo quy luật tuyến tính (lúc tăng, lúc giảm tại các Bảng 3.7 và 3.8) nhưng tác giả chưa phân tích và giải thích cặn kẽ nguyên nhân động học hóa học.
• Nồng độ ban đầu của tác nhân $\text{H}_2\text{O}_2$ và công thức tính toán hiệu suất oxy hóa chưa được biểu diễn tường minh trong các bảng dữ liệu.
• Giản đồ XRD của mẫu $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ kết tinh từ nước thải thực tế còn xuất hiện một số pic lạ chưa được định danh rõ thành phần pha tạp chất so với mẫu đối chứng tinh khiết.
• Thử nghiệm hấp thụ $\text{H}_2\text{S}$ của nano $\gamma\text{-FeOOH}$ mới dừng lại ở mức độ khảo sát định tính phản ứng thông qua biến đổi màu sắc, chưa xây dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ và chưa tính toán được dung lượng hấp phụ cực đại ($\text{mg/g}$) để so sánh định lượng với $\alpha\text{-FeOOH}$.

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo:

• Hoàn thiện việc phân tích thành phần đa nguyên tố trong nước thải thực tế và tối ưu hóa các bước rửa tinh thể để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$.
• Đo đạc chi tiết các đặc trưng từ tính (đường cong từ trễ VSM) của nano $\gamma\text{-FeOOH}$ và đánh giá khả năng thu hồi vật liệu bằng từ trường ngoài sau xử lý môi trường.
• Thiết lập hệ thống đo hấp phụ khí $\text{H}_2\text{S}$ liên tục để xác định dung lượng hấp phụ bão hòa, cơ chế giải hấp và độ bền tái sinh của vật liệu qua nhiều chu kỳ.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên sau đại học: Thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Môi trường, Hóa vô cơ và Khoa học Vật liệu cần tài liệu tham khảo về quy trình kết tinh muối vô cơ và tổng hợp vật liệu oxit/oxy-hydroxit kim loại kích thước nano.
• Kỹ sư vận hành và cán bộ nghiên cứu: Tại các nhà máy xử lý bề mặt kim loại, xi mạ, cán kéo thép có nhu cầu tìm kiếm phương án công nghệ tận thu hóa chất từ dung dịch axit thải nhằm giảm thiểu chi phí xử lý môi trường.
• Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Quy trình chuẩn độ phân tích song song hai ion sắt $\text{Fe}^{2+}$ và $\text{Fe}^{3+}$ trong môi trường axit mạnh sử dụng dung dịch bảo vệ Zimmermann (Chương 2); phương pháp xác định thực nghiệm đường cong độ tan của hệ muối sắt clorua theo nhiệt độ (Chương 3); và quy trình điều khiển thông số công nghệ ($\text{pH}$, tốc độ khuấy, lưu lượng sục khí) trong phản ứng đồng kết tủa nano lepidocrocite $\gamma\text{-FeOOH}$ (Chương 2 và Chương 3).

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao khi tăng giá trị $\text{pH}$ của dung dịch trong quá trình khảo sát oxy hóa, nồng độ ion $\text{Fe}^{2+}$ giảm còn nồng độ $\text{Fe}^{3+}$ lại tăng?
Trong dung dịch axit clohydric nồng độ cao, ion $\text{Fe}^{2+}$ tương đối bền trước sự oxy hóa của oxy hòa tan. Khi bổ sung kiềm làm tăng $\text{pH}$, nồng độ ion $\text{H}^+$ giảm xuống, làm dịch chuyển cân bằng oxy hóa khử theo hướng thuận lợi cho phản ứng oxy hóa $\text{Fe}^{2+}$ thành $\text{Fe}^{3+}$ bởi oxy hòa tan có sẵn trong môi trường. Đồng thời, ở $\text{pH}$ cao hơn, các phản ứng thủy phân tạo phức hydroxo của sắt(III) diễn ra mạnh mẽ, liên tục kéo cân bằng phản ứng về phía tạo thành sản phẩm $\text{Fe}^{3+}$.

2. Mục đích của việc sử dụng dung dịch bảo vệ Zimmermann trong phép chuẩn độ xác định $\text{Fe}^{2+}$ bằng dung dịch chuẩn $\text{KMnO}_4$ là gì?
Dung dịch mẫu chứa nồng độ ion clorua ($\text{Cl}^-$) rất lớn từ muối $\text{FeCl}_2$ và axit $\text{HCl}$. Ion pemanganat ($\text{MnO}_4^-$) là chất oxy hóa mạnh, có thể phản ứng đồng thời với cả $\text{Fe}^{2+}$ và ion $\text{Cl}^-$ (tạo khí $\text{Cl}_2$), gây sai số thừa thể tích chuẩn độ. Dung dịch bảo vệ Zimmermann chứa $\text{MnSO}_4$ giúp làm giảm thế oxy hóa khử của cặp $\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+}$, từ đó ngăn chặn phản ứng phụ oxy hóa $\text{Cl}^-$ mà vẫn đảm bảo phản ứng định lượng chọn lọc với $\text{Fe}^{2+}$. Thành phần $\text{H}_2\text{SO}_4$ và $\text{HNO}_3$ đặc trong hỗn hợp giúp duy trì môi trường axit mạnh ổn định cho phản ứng.

3. Tại sao quá trình tách muối $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ ra khỏi nước thải tẩy rỉ lại được thực hiện bằng cách kết tinh lạnh ở $6\text{--}8^\circ\text{C}$ sau khi cô đặc ở $70^\circ\text{C}$?
Dựa trên đường độ tan thực nghiệm được xây dựng trong khóa luận, độ tan của $\text{FeCl}_2$ tăng đáng kể theo nhiệt độ và thấp hơn nhiều so với độ tan của $\text{FeCl}_3$. Việc gia nhiệt đến $70^\circ\text{C}$ giúp làm bay hơi bớt nước và đưa dung dịch đạt trạng thái bão hòa $\text{FeCl}_2$. Khi hạ nhiệt độ đột ngột về dải $6\text{--}8^\circ\text{C}$, độ tan của $\text{FeCl}_2$ giảm mạnh khiến dung dịch rơi vào vùng quá bão hòa sâu, thúc đẩy quá trình tạo mầm và phát triển tinh thể $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ kết tủa ra khỏi pha lỏng. Trong khi đó, $\text{FeCl}_3$ vẫn duy trì độ tan rất cao ở nhiệt độ thấp nên tiếp tục nằm lại trong dung dịch, giúp tách chọn lọc được $\text{FeCl}_2$ với độ tinh khiết cao.

4. Các điều kiện công nghệ then chốt để tổng hợp thành công pha tinh thể nano lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$) là gì?
Các thông số vận hành mang tính quyết định bao gồm: nồng độ ion $\text{Fe}^{2+}$ ban đầu được kiểm soát ở mức khoảng $0{,}07575,\text{M}$; duy trì tốc độ khuấy trộn cao ($1200,\text{vòng/phút}$) kết hợp sục không khí liên tục để cung cấp đồng đều oxy hòa tan; và đặc biệt là kiểm soát giá trị $\text{pH}$ nghiêm ngặt ở mức ổn định $6{,}8$ bằng cách nhỏ giọt dung dịch $\text{NaOH}\ 1,\text{M}$ qua buret. Việc duy trì chính xác $\text{pH} = 6{,}8$ ngăn ngừa sự chuyển hóa sang các dạng thù hình khác như goethite ($\alpha\text{-FeOOH}$) hoặc magnetite ($\text{Fe}_3\text{O}_4$), đảm bảo kết tủa xanh đen ban đầu chuyển hóa hoàn toàn thành pha lepidocrocite màu cam sau 20 phút phản ứng.

5. Vì sao trên phổ XRD của mẫu tinh thể $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ thu hồi từ nước thải thực tế lại có sự khác biệt so với mẫu kết tinh từ muối tinh khiết?
Nước thải dung dịch tẩy rỉ sắt từ dây chuyền công nghiệp thực tế không phải là hệ dung dịch hai cấu tử lý thuyết mà chứa nhiều tạp chất phát sinh từ thành phần của thép nền (như mangan, silic, cacbon, lưu huỳnh) và các hóa chất phụ gia chống ăn mòn được nhà máy đưa vào bể tẩy rỉ. Khi kết tinh nhanh ở nhiệt độ thấp, một lượng nhỏ các muối tạp chất hoặc ion ngoại lai bị bẫy vào mạng tinh thể hoặc bám dính trên bề mặt pha rắn chưa được rửa sạch hoàn toàn, dẫn đến sự xuất hiện của các pic nhiễu xạ phụ và làm thay đổi nhẹ cường độ tương đối của các pic đặc trưng trên giản đồ XRD.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Phương Uyên đã khảo sát hệ thống các đặc trưng hóa lý của dung dịch tẩy rỉ sắt công nghiệp, bao gồm động học quá trình oxy hóa $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}^{3+}$ và xây dựng thành công đường độ tan của hệ muối sắt clorua theo nhiệt độ. Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của quy trình công nghệ thu hồi sắt thông qua việc kết tinh tách muối tinh thể $\text{FeCl}_2\cdot 4\text{H}_2\text{O}$ ở $6\text{--}8^\circ\text{C}$ và đồng kết tủa điều chế vật liệu nano từ tính lepidocrocite ($\gamma\text{-FeOOH}$) tại $\text{pH} = 6{,}8$. Các kết quả phân tích cấu trúc XRD, ảnh SEM và thử nghiệm hấp thụ $\text{H}_2\text{S}$ bước đầu xác nhận chất lượng sản phẩm, mở ra hướng ứng dụng thiết thực trong việc biến nguồn chất thải công nghiệp nguy hại thành vật liệu xử lý môi trường có giá trị kinh tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH DO AN TOT NGHIỆP NGANH CONG NGHE KY THUAT HOA HOC KHAO SAT KHA NANG THU HOI SAT DUO! DANG TINH THE CLORUA SAT (Il) VA VAT LIEU TU’ TINH [-FEOOH TU NUOC THAI DUNG DICH TAY Ri SAT CONG NGHIEP GVHD: LE MINH TAM SVTH: NGUYÊN THỊ PHƯƠNG UYÊN SKLOO7459 TP. Hồ Chí Minh, thang 08/2020 micah - Me BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HÒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP KHAO SAT KHA NANG THU HOI SAT DUOI DANG TINH THE CLORUA SAT (1) VA VAT LIEU TU TINH y-FEOOH TU NUOC THAI DUNG DICH TAY Ri SAT CONG NGHIEP MA SO KHOA LUAN SVTH: Nguyễn Thị Phương Liyên MSSYV: 16128102 GVHD: TS. Lê Minh Tâm PHU VIEN TRUGNG DIISPKT SKL; 007459 Tp.

Mocnrwninn, Thăng Knăm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÔ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHE HOA HOC VA THUC PHAM BO MON CONG NGHE HOA HOC NHIEM VU KHOA LUAN TOT NGHIEP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Phương Uyên MSSYV: 16128102 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Hóa vô cơ và Silicate 1. Tên khóa luận: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THU HỘI SÁT DƯỚI DẠNG TINH THẺ CLORUA SÁT (HH) VÀ VẬT LIỆU TỪ TÍNH y-FEOOH TỪ NƯỚC THÁI DUNG ĐỊCH TÂY RỈ SÁT CÔNG NGHIỆP 2. Nhiệm vụ của khóa luận: ~ Khảo sát độ lan của hai đung dịch FeCla và FeCha. Trên cơ sở đó tiến hành thu hồi sắt trong dung dich tay ri sất cống nghiệp và trong hén hop dung dich FeClo, FeCls dưới dang tinh thé clorua sit (I!) - Tong hgp vật liệu từ tính y- FeOOH từ nước thải tẩy rỉ sát công nghiệp và từ hóa chất FeCla.

- __ Tổng hợp vật liệu œ- FeOOH từ hóa chất và tiến hành khảo sát so sánh kha nang hap thụ Ha§ của hai vật liệu œ- FeOOH và y- FeOOH. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 1/12/2019. Ngày hoàn thành khóa luận: 17/8/2020 5. Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Minh Tâm Nội dung hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận.

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học Tp. HCM, ngdy 07 thing 09 nam 2020 TRUONG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG ĐÀN TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn TS. Lê Minh Tâm 7° 'RƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỌNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT KHOA CN HOA HỌC & THỰC PHẢM NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC KHÓA 2016 (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) 1.

THÔNG TIN CHUNG Họ và tên người hướng dẫn: TS. Lê Minh Tâm ơn vị công tác: Viện Công Nghệ Hóa Học, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam Hoe ham, học vị: Tiến Sỹ Chuyên nganh: Chemical Engineering Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Phương Uyên MSSV: 16128102 Chuyên ngành: Hóa Vô cơ - Silicat Tên dé tai: Khảo sát khả năng thu hôi sắt dưới dạng tinh thể Clorua sắt (II) và vật liệu từ tính y-FeOOH từ nước thải tẩy ri sắt công nghiệp. BOAR Wh Weel WR SNe insane 2. NHAN XET VE KHOA LUAN 2.1 Hình thức Tổng số trang:.

Số chương:. Số tài liệu tham khảo:. Phần mềm tính toán:. KỄ chưngGuudiohug4025060552002061214030 Bồ cục: Khoa học, chặt chẽ.

Các phần trình bay 6 tinh lién kat với nhau.-----ttrsse; Hành văn: Sử dụng tốt văn phong khoa học.-- se ©+se€ECEE+eeEEE2ZECEEEZEEEEE22E2ZEE22EEZEEE22SeEEEseE Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Sử dụng thành thạo các thuật ngữ chuyên ngành. Mục tiêu và nội dung Đề xuất khả năng xử lý nước thải tẩy gì sắt hình thành trong gian đoạn xử lý bề mật chỉ tiết kim loại của ngành công nghiệp xi mạ.