Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu zeolite ZSM-5 từ cao lanh và khả năng hấp phụ amoni trong nước

• Tác giả: Nguyễn Thành Luân
• Người hướng dẫn: ThS. Diệp Khanh
• Trường học: Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Bà Rịa-Vũng Tàu

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni và một số phương pháp xử lí
• 1.1.1. Nguồn gốc và hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ở Việt Nam
• 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm amoni ở Việt Nam
• 1.1.3. Ảnh hưởng của amoni đối với sức khỏe con người
• 1.1.4. Một số phương pháp xử lí amoni
• 1.2. Sơ lược về khoáng kaolinite
• 1.2.1. Cấu trúc của khoáng kaolinite
• 1.2.2. Các tính chất đặc trưng cơ bản của kaolinite
• 1.2.3. Những biến đổi trong cấu trúc kaolinite khi nung
• 1.2.4. Cao lanh Bình Dương
• 1.3. Khái niệm về zeolite
• 1.3.1. Phân loại zeolite
• 1.3.2. Cấu trúc của zeolite
• 1.3.3. Tính chất zeolite
• 1.3.4. Phương pháp tổng hợp zeolite
• 1.3.5. Ứng dụng của zeolite
• 1.3.6. Giới thiệu về zeolite ZSM-5
• 1.4. Tổng quan về hấp phụ
• 1.4.1. Phân loại quá trình hấp phụ
• 1.4.2. Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
• 1.5. Phương pháp phân tích
• 1.5.1. Phương pháp phân tích trắc quang
• 1.5.2. Phương pháp phân tích cấu trúc
• 1.6. Tình hình nghiên cứu trong nước về tổng hợp zeolite ZSM-5
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ
• 2.3. Tổng hợp zeolite ZSM-5
• 2.3.1. Các bước tiến hành thí nghiệm
• 2.4. Biến tính ZSM-5
• 2.4.1. Các bước tiến hành thí nghiệm
• 2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước của ZSM-5 bằng phương pháp trắc quang
• 2.5.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
• 2.5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước của zeolite ZSM-5
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp
• 3.2. Kết quả phân tích cấu trúc vật liệu
• 3.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X
• 3.2.2. Kết quả phân tích phổ IR
• 3.3. Xây dựng đường chuẩn
• 3.4. Kết quả khảo sát quá trình hấp phụ amoni của zeolite
• 3.4.1. Tính toán độ hấp phụ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về zeolite ZSM 5 và cao lanh

Zeolite ZSM-5 là một loại vật liệu xúc tác có cấu trúc mao quản đặc biệt, được ứng dụng rộng rãi trong các quy trình hóa học và xử lý môi trường. Cao lanh, một loại khoáng sét tự nhiên, được chọn làm nguyên liệu chính để tổng hợp zeolite ZSM-5 do thành phần hóa học tương đồng và chi phí thấp. Nghiên cứu này tập trung vào việc chuyển hóa cấu trúc của cao lanh thành zeolite ZSM-5 thông qua phương pháp thủy nhiệt, đồng thời khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước của vật liệu này.

1.1. Cấu trúc và tính chất của zeolite ZSM 5

Zeolite ZSM-5 có cấu trúc mao quản hình lục giác với kích thước lỗ xốp khoảng 0.55 nm, phù hợp cho việc hấp phụ các phân tử nhỏ như amoni. Vật liệu này có khả năng trao đổi ion cao và độ bền nhiệt tốt, làm cho nó trở thành một chất hấp phụ hiệu quả trong xử lý nước. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng zeolite ZSM-5 có thể được tổng hợp từ cao lanh với hiệu suất cao, nhờ vào thành phần giàu SiO2 và Al2O3 trong khoáng sét này.

1.2. Cao lanh và quá trình tổng hợp zeolite

Cao lanh là một nguồn nguyên liệu tự nhiên phổ biến ở Việt Nam, với thành phần chính là khoáng kaolinite. Quá trình tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh bao gồm các bước nung, thủy nhiệt và kết tinh. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có, góp phần vào sự phát triển bền vững trong công nghệ môi trường.

II. Khả năng hấp phụ amoni của zeolite ZSM 5

Nghiên cứu này đánh giá khả năng hấp phụ amoni trong nước của zeolite ZSM-5 tổng hợp từ cao lanh. Kết quả cho thấy vật liệu này có hiệu suất hấp phụ cao, đạt được nồng độ amoni dưới mức cho phép theo tiêu chuẩn nước sinh hoạt. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của zeolite ZSM-5 trong xử lý nước thải và cung cấp nước sạch.

2.1. Cơ chế hấp phụ amoni

Quá trình hấp phụ amoni của zeolite ZSM-5 diễn ra thông qua cơ chế trao đổi ion, trong đó các ion NH4+ được giữ lại trong cấu trúc mao quản của vật liệu. Nghiên cứu sử dụng phương pháp trắc quang để đo lường nồng độ amoni trước và sau quá trình hấp phụ, cho thấy hiệu suất hấp phụ đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu.

2.2. Ứng dụng trong xử lý nước

Zeolite ZSM-5 tổng hợp từ cao lanh có thể được sử dụng như một chất hấp phụ hiệu quả trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Vật liệu này không chỉ loại bỏ amoni mà còn có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng và chất hữu cơ khác, góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công zeolite ZSM-5 từ cao lanh với hiệu suất cao và chất lượng tốt. Kết quả phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và quang phổ hồng ngoại (IR) khẳng định sự hình thành của vật liệu zeolite với cấu trúc mao quản đặc trưng. Khả năng hấp phụ amoni của vật liệu này cũng được đánh giá cao, mở ra tiềm năng ứng dụng trong công nghệ môi trường.

3.1. Kết quả tổng hợp zeolite ZSM 5

Quá trình tổng hợp zeolite ZSM-5 từ cao lanh đạt hiệu suất cao, với sản phẩm có độ tinh khiết và cấu trúc mao quản ổn định. Kết quả XRD cho thấy các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của zeolite ZSM-5, trong khi phổ IR xác nhận sự hiện diện của các liên kết Si-O và Al-O trong cấu trúc vật liệu.

3.2. Đánh giá khả năng hấp phụ amoni

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni của zeolite ZSM-5 cho thấy vật liệu này có hiệu suất hấp phụ cao, đạt được nồng độ amoni dưới 1.5 mg/l, đáp ứng tiêu chuẩn nước sinh hoạt. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý nước thải và cung cấp nước sạch.