Luận văn: Chế tạo Fe0 nano bảo quản thường, xử lý nitrat và phốt phát nước

Dưới đây là meta tags được tạo cho bài viết: { "ai_description": "Phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường và ứng dụng trong

• Tác giả: Nguyen Xuan Huan
• Trường học: Hanoi University of Science
• Chuyên ngành: Environmental Sciences
• Đề tài: Luận văn phương pháp chế tạo vật liệu fe0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường và ứng dụng để kết hợp xử lý nitrat và phốt phát trong nước
• Loại tài liệu: Luận văn
• Địa điểm: Hanoi

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu Fe0 nano và ứng dụng trong xử lý nước

Vật liệu Fe0 nano là một loại vật liệu mới có nhiều tiềm năng trong xử lý nước, đặc biệt là trong xử lý nitrat và phốt phát. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường và ứng dụng của nó trong xử lý nước.

1.1. Tính chất vật lý của vật liệu Fe0 nano

Vật liệu Fe0 nano có kích thước nhỏ, diện tích bề mặt lớn và tính chất siêu paramagnet, giúp nó có hiệu quả cao trong xử lý nước.

1.2. Phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano

Chúng tôi sẽ trình bày phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano bằng cách sử dụng muối sắt và chất khử, với sự hỗ trợ của chất phân tán PAA để điều chỉnh kích thước hạt và tránh kết tụ.

II. Phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano và bảo quản ở điều kiện thường

Phương pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano bao gồm sử dụng muối sắt và chất khử, với sự hỗ trợ của chất phân tán PAA. Chất phân tán PAA giúp điều chỉnh kích thước hạt và tránh kết tụ, làm tăng hiệu quả của vật liệu Fe0 nano trong xử lý nước. Sau khi chế tạo, vật liệu Fe0 nano có thể bảo quản ở điều kiện thường nhờ tính chất siêu paramagnet của nó.

2.1. Ảnh hưởng của chất phân tán PAA đến hiệu quả chế tạo Fe0 nano

Sử dụng chất phân tán PAA trong quá trình chế tạo Fe0 nano giúp tạo ra các hạt có kích thước nhỏ, phân bố đều và không kết tụ, tăng hiệu quả của vật liệu trong xử lý nước.

2.2. Kích thước và hình dạng của hạt Fe0 nano

Vật liệu Fe0 nano có kích thước nhỏ, trong khoảng từ 10 đến 18,6 nm, và hình dạng cầu hoặc dẹt, tạo thành mạng lưới và có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng hiệu quả trong xử lý nước.

III. Ứng dụng của vật liệu Fe0 nano trong xử lý nitrat và phốt phát

Vật liệu Fe0 nano có hiệu quả cao trong xử lý nitrat và phốt phát trong nước. Chúng tôi sẽ trình bày kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng của nitrat và phốt phát, cũng như kết hợp xử lý của cả hai chất này bằng vật liệu Fe0 nano.

3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng của nitrat và phốt phát

Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý tăng theo thời gian và giảm khi pH tăng, với giá trị tối ưu ở pH = 2 và thời gian 10 phút.

3.2. Nghiên cứu kết hợp xử lý nitrat và phốt phát bằng vật liệu Fe0 nano

Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý của cả nitrat và phốt phát giảm khi kết hợp, nhưng không nhiều so với xử lý riêng. Hiệu quả xử lý sau 60 phút đạt 93,41% đối với nitrat và 86,17% đối với phốt phát.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hiện tượng ô nhiễm phú dưỡng nguồn nước do sự gia tăng quá mức nồng độ các hợp chất nitơ và photpho đang trở thành thách thức nghiêm trọng đối với an ninh nguồn nước toàn cầu. Nồng độ nitrat tích tụ vượt ngưỡng 50 mg N/L cùng hàm lượng phốt phát cao trong nước thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp là nguyên nhân trực tiếp thúc đẩy sự bùng phát của tảo độc, làm suy kiệt oxy hòa tan và hủy hoại hệ sinh thái thủy sinh. Trước thực trạng các công nghệ sinh học hoặc hóa lý truyền thống thường đòi hỏi diện tích xây dựng lớn, thời gian xử lý kéo dài và khó loại bỏ đồng thời cả hai chất ô nhiễm, việc phát triển vật liệu công nghệ cao có khả năng khử đồng thời nitrat và hấp phụ phốt phát là yêu cầu cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu sắt không hóa trị kích thước nano với chất phân tán polyacrylamide, đồng thời đánh giá toàn diện khả năng xử lý riêng rẽ và kết hợp nitrat cùng phốt phát trong môi trường nước. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm chuyên sâu thuộc Khoa Khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. Phạm vi thực nghiệm tập trung khảo sát trên các dung dịch chứa nồng độ ô nhiễm 50 mg N-NO3-/L và 50 mg P-PO43-/L dưới tác động của các yếu tố pH và thời gian phản ứng.

Ý nghĩa học thuật và thực tiễn của công trình được khẳng định qua các chỉ số định lượng ấn tượng: vật liệu nano sắt chế tạo thành công có kích thước siêu mịn từ 10 đến 18,6 nm, diện tích bề mặt riêng đạt 60 m2/g và có thể bảo quản bền vững trong điều kiện nhiệt độ phòng suốt 60 ngày. Hiệu suất xử lý đạt tới 93,41% đối với nitrat và 86,17% đối với phốt phát, mở ra hướng ứng dụng vật liệu nano tiên tiến vào quy trình công nghệ xử lý nước ô nhiễm tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phản ứng oxy hóa khử dị thể trên bề mặt kim loại không hóa trị và lý thuyết hấp phụ trao đổi phối tử. Quá trình khử nitrat tuân theo cơ chế truyền điện tử trực tiếp từ nguyên tử sắt sang phân tử nitrat, trong đó hạt sắt nano đóng vai trò là chất khử cho electron mạnh, biến đổi nitrat lần lượt thành nitrit, amoni và khí nitơ không độc hại. Song song đó, quá trình xử lý phốt phát dựa trên cơ chế hấp phụ hóa học và cố định phối tử. Khi tiếp xúc với môi trường nước và oxy hòa tan, bề mặt hạt sắt bị oxy hóa tạo thành các màng khoáng oxyhydroxit sắt (FeOOH), tạo ra các tâm hoạt tính mang điện tích dương giúp hấp phụ mạnh mẽ các gốc anion photphat.

Các khái niệm chính định hình khung lý thuyết bao gồm: sắt không hóa trị nano (nZVI) với hoạt tính bề mặt cao; biến tính bề mặt hạt bằng hợp chất cao phân tử không độc hại polyacrylamide (PAA) nhằm ngăn ngừa sự kết đám từ tính; hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước; và cơ chế phản ứng liên tiếp đa tầng trên bề mặt hạt vật liệu. Mô hình nghiên cứu tích hợp hai chức năng khử hóa học và hấp phụ vật lý trên cùng một nền tảng vật liệu đơn nhất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình tổng hợp vật liệu và các mẻ thí nghiệm xử lý dung dịch trong phòng thí nghiệm. Vật liệu sắt nano được tổng hợp bằng phản ứng khử muối sắt sunfat FeSO4.7H2O bằng dung dịch natri bohidrua NaBH4 trong môi trường cồn 30% kết hợp chất phân tán PAA. Tốc độ nhỏ giọt chất khử được kiểm soát chặt chẽ từ 3 đến 7 mL/phút với tỷ lệ mol tối ưu giữa NaBH4 và muối sắt là 1:2. Sản phẩm sau phản ứng được sấy khô và lưu giữ trong bình hút ẩm ở điều kiện thường.

Thiết kế thí nghiệm được tiến hành trên 4 hệ bình phản ứng dung tích 100 mL chứa 50 mL dung dịch thử nghiệm có nồng độ ban đầu 50 mg/L cho mỗi chất ô nhiễm. Bốn giá trị pH thực nghiệm gồm pH 2, 4, 6 và 8 được thiết lập bằng dung dịch H2SO4 và NaOH tiêu chuẩn 0,01N. Mẫu được khuấy lắc đồng tốc ở 250 vòng/phút trên máy lắc cơ học trong khoảng thời gian từ 10 đến 60 phút, sau đó ly tâm tách pha rắn với tốc độ 2.500 vòng/phút. Nồng độ chất ô nhiễm còn lại được định lượng chính xác bằng phương pháp đo quang phổ so màu UV-VIS tại bước sóng 430 nm cho nitrat và 710 nm cho phốt phát. Việc lựa chọn phương pháp quang phổ so màu kết hợp với các kỹ thuật chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM, hiển vi điện tử truyền qua TEM, đo diện tích bề mặt BET và nhiễu xạ tia X (XRD) đảm bảo tính khách quan, độ lặp lại cao và sai số thực nghiệm dưới 5%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, việc bổ sung chất phân tán PAA và điều chỉnh tỷ lệ tiền chất đã cải thiện vượt bậc cấu trúc hình thái của hạt nano sắt. Ảnh hiển vi điện tử TEM cho thấy kích thước hạt sắt nano phân tán dao động từ 10 đến 18,6 nm với giá trị trung bình 16,7 nm, nhỏ hơn đáng kể so với kích thước từ 50 đến 200 nm khi không sử dụng chất phân tán. Diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu đạt mức 60 m2/g, cao gấp 4,68 lần so với phương pháp điều chế truyền thống của Yuan-Pang Sun (12,82 m2/g) và cao hơn 24,3% so với nghiên cứu của Yu-Hoon Hwang (48,27 m2/g).

Thứ hai, tốc độ và hiệu suất xử lý riêng rẽ nitrat đạt mức tối ưu nhanh chóng. Trong 10 phút đầu tiên, hiệu suất khử nitrat tăng vọt lên 71,36% (nồng độ giảm từ 50 mg N/L xuống 14,32 mg N/L), sau 40 phút đạt 85,30% và sau 60 phút đạt đỉnh 93,41% với nồng độ nitrat dư chỉ còn 3,29 mg N/L. Tương tự, hiệu suất xử lý riêng phốt phát đạt 69,47% sau 10 phút và đạt 86,17% sau 60 phút với hàm lượng photpho còn lại là 6,92 mg P/L.

Thứ ba, độ axit của môi trường phản ứng chi phối mạnh mẽ đến hiệu năng xử lý. Tại giá trị pH = 2, hiệu suất khử nitrat đạt cực đại 86,17% và phốt phát đạt 84,90%. Khi tăng pH lên mức kiềm nhẹ (pH = 8), hiệu suất xử lý sụt giảm nghiêm trọng xuống còn 49,07% đối với nitrat và 42,60% đối với phốt phát.

Thứ tư, khả năng xử lý đồng thời hỗn hợp nitrat và phốt phát duy trì ở mức rất cao. Sau 60 phút phản ứng ở pH = 2, hiệu suất xử lý kết hợp đạt 88,92% đối với nitrat và 81,56% đối với phốt phát. Mức độ suy giảm hiệu suất khi xử lý đồng thời chỉ dao động từ 4,49% đến 4,61% so với khi xử lý đơn lẻ, chứng minh tính cạnh tranh vị trí phản ứng giữa hai ion là không đáng kể.

Thảo luận kết quả

Cơ chế diễn giải cho thấy quá trình xử lý kết hợp nitrat và phốt phát diễn ra theo hai giai đoạn nối tiếp nhịp nhàng mà không triệt tiêu lẫn nhau. Ở giai đoạn đầu, các nguyên tử sắt không hóa trị trên bề mặt nano nhường electron để khử nhanh ion nitrat thành các dạng khí nitơ và amoni. Phản ứng khử này đồng thời thúc đẩy quá trình ăn mòn sắt để hình thành lớp vỏ oxit sắt, hydroxit sắt và oxyhydroxit sắt (FeOOH) bao bọc xung quanh lõi kim loại. Lớp vỏ mới hình thành này đóng vai trò là chất hấp phụ tuyệt vời mang điện tích dương, nhanh chóng bắt giữ các anion phốt phát thông qua liên kết trao đổi phối tử với nhóm hydroxyl bề mặt.

So sánh với các công bố khoa học quốc tế của Cheng, Westerhoff, Huang và Zhang, kết luận về sự tối ưu của môi trường pH dưới 4 hoàn toàn tương đồng. Nồng độ ion H+ dồi dào trong môi trường axit vừa ngăn cản sự thụ động hóa bề mặt sắt, vừa gia tăng mật độ điện tích dương giúp tăng lực hút tĩnh điện đối với anion photphat. Dữ liệu thực nghiệm của luận văn có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường động học thời gian từ 10 đến 60 phút và biểu đồ cột thể hiện tương quan hiệu suất theo các dải pH, giúp các kỹ sư công nghệ dễ dàng quan sát điểm cân bằng tối ưu phục vụ tính toán thiết kế quy mô công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa và chuyển giao quy trình chế tạo vật liệu nano sắt phân tán PAA quy mô pilot từ 10 đến 50 kg/mẻ. Chủ thể thực hiện là các phòng thí nghiệm trọng điểm thuộc các trường đại học và Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Mục tiêu cần đạt trong giai đoạn 2026 - 2027 là duy trì diện tích bề mặt vật liệu ổn định trên 55 m2/g, hạ giá thành sản xuất xuống dưới mức 150.000 VNĐ/kg và nâng cao tính tiện dụng của phương pháp bảo quản khô trong bao bì hút chân không.

Thứ hai, tích hợp modul phản ứng sử dụng vật liệu sắt nano vào các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi và nước rỉ rác có nồng độ nitơ và photpho cao. Các doanh nghiệp môi trường và đơn vị vận hành nhà máy xử lý nước thải cần triển khai thử nghiệm trong giai đoạn 2027 - 2028, kiểm soát pH vận hành ở ngưỡng 3,5 đến 4,5 nhằm đạt mục tiêu hạ nồng độ nitrat xuống dưới 10 mg N/L và phốt phát dưới 2 mg P/L, đáp ứng hoàn toàn quy chuẩn xả thải môi trường.

Thứ ba, nghiên cứu giải pháp thu hồi và tuần hoàn bùn oxit sắt sau phản ứng nhằm tránh nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn giai đoạn 2027 - 2029 cần tài trợ các đề tài nghiên cứu chuyển hóa bùn sắt hấp phụ photpho thành nguồn phân bón vi lượng chậm tan, đạt tỷ lệ tái sinh tài nguyên trên 80%.

Thứ tư, xây dựng sổ tay hướng dẫn kỹ thuật và khung quy chuẩn an toàn đối với việc lưu trữ, vận chuyển và định mức dư lượng hạt nano kim loại trong nước sau xử lý. Cơ quan quản lý nhà nước cần ban hành văn bản quy chuẩn trước năm 2028 với ngưỡng giới hạn sắt tổng số trong nước sau lọc không vượt quá 0,3 mg/L đối với nước cấp sinh hoạt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ Vật liệu: Tài liệu cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về kỹ thuật tổng hợp hạt nano kim loại trong pha lỏng có biến tính polyme, cùng hệ thống phương pháp luận chặt chẽ trong phân tích động học phản ứng oxy hóa khử kết hợp hấp phụ.

Nhóm kỹ sư thiết kế và chuyên gia vận hành công nghệ xử lý nước: Công trình mang lại các thông số kỹ thuật thực chứng về thời gian tiếp xúc (40 đến 60 phút), dải pH tối ưu (pH 2 đến 4), tốc độ khuấy trộn (250 vòng/phút) và hiệu suất xử lý thực tế, làm cơ sở tính toán kích thước bể phản ứng và lượng hóa chất định lượng.

Nhóm doanh nghiệp sản xuất vật liệu và hóa chất xử lý môi trường: Luận văn mở ra cơ hội thương mại hóa giải pháp vật liệu nano sắt có khả năng bảo quản ổn định ở nhiệt độ phòng tới 60 ngày mà không bị oxy hóa nhanh, khắc phục triệt để rào cản thương mại lớn nhất của vật liệu nano sắt thông thường.

Nhóm cán bộ quản lý tài nguyên nước và hoạch định chính sách môi trường: Cung cấp bằng chứng khoa học xác đáng về hiệu quả của công nghệ nano trong kiểm soát hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, hỗ trợ xây dựng danh mục công nghệ khuyến khích áp dụng trong công tác phục hồi các dòng sông và hồ chứa bị ô nhiễm hữu cơ nặng.

Câu hỏi thường gặp

Chất phân tán polyacrylamide đóng vai trò then chốt như thế nào trong quá trình tổng hợp nano sắt?

Polyacrylamide hoạt động như một chất bao bọc bề mặt không độc hại, ngăn chặn hiệu quả lực hút từ tính và tương tác tĩnh điện giữa các hạt sắt mới sinh. Nhờ đó, kích thước hạt trung bình giảm mạnh từ 200 nm xuống 16,7 nm, làm tăng diện tích bề mặt riêng lên tới 60 m2/g và giúp hạt phân tán đồng nhất trong dung dịch mà không bị đóng bánh kết cụm.

Tại sao hiệu suất xử lý nitrat và phốt phát đạt cao nhất tại môi trường pH bằng 2?

Ở môi trường pH axit mạnh, mật độ ion H+ cao thúc đẩy nhanh tốc độ phản ứng khử nitrat của sắt kim loại và hòa tan lớp màng oxit thụ động. Đồng thời, ion H+ làm cho bề mặt hạt sắt tích điện dương cực đại, tạo lực hút tĩnh điện mạnh mẽ với các anion photphat mang điện tích âm, giúp hiệu suất đạt đỉnh trên 84%.

Phương pháp nào giúp hạt sắt nano bảo quản được trong điều kiện thường suốt hai tháng?

Nghiên cứu sử dụng dung dịch cồn 30% thay thế một phần nước trong quá trình phản ứng để làm chậm sự thủy phân của sắt, sau đó hạt được làm khô hoàn toàn và lưu trữ trong bình hút ẩm ở nhiệt độ phòng. Kỹ thuật này ngăn chặn oxy và hơi nước không khí tiếp xúc trực tiếp, giữ nguyên màu đen và hoạt tính khử của vật liệu suốt 60 ngày.

Tại sao khi xử lý đồng thời cả nitrat và phốt phát thì hiệu suất của từng chất chỉ giảm nhẹ dưới 5%?

Quá trình xử lý diễn ra theo cơ chế kế tiếp trên hai tâm hoạt tính khác nhau: nitrat được khử bằng lõi sắt kim loại bên trong, còn phốt phát được hấp phụ bởi lớp vỏ oxit sắt và FeOOH sinh ra sau phản ứng khử. Do không cạnh tranh trực tiếp vị trí phản ứng, hiệu suất xử lý kết hợp nitrat vẫn đạt 88,92% và phốt phát đạt 81,56%.

Nồng độ nitrat và phốt phát sau xử lý bằng vật liệu nano sắt có đạt tiêu chuẩn xả thải không?

Với nồng độ ban đầu 50 mg/L, sau 60 phút xử lý nồng độ nitrat giảm xuống còn 3,29 mg N/L và phốt phát còn 6,92 mg P/L. Các giá trị này hoàn toàn đáp ứng ngưỡng giới hạn quy định trong Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp và nước mặt, đảm bảo loại bỏ triệt để nguy cơ gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận.

Kết luận

Năm đóng góp cốt lõi của công trình nghiên cứu:

• Phát triển thành công quy trình tổng hợp vật liệu sắt nano biến tính bằng polyacrylamide với kích thước siêu nhỏ trung bình 16,7 nm và diện tích bề mặt riêng đạt 60 m2/g.
• Giải quyết triệt để vấn đề bảo quản vật liệu nano sắt ở điều kiện phòng lên đến 60 ngày thông qua kỹ thuật sấy khô và bảo quản bình hút ẩm.
• Xác lập cơ chế phản ứng liên tiếp đa tầng độc đáo: khử nitrat chuyển hóa thành amoni và khí nitơ, đồng thời hình thành lớp vỏ oxit sắt hấp phụ phốt phát.
• Chứng minh hiệu quả khử nitrat vượt trội đạt 93,41% và phốt phát đạt 86,17% ở dải pH = 2 trong thời gian 60 phút phản ứng.
• Đạt hiệu suất xử lý đồng thời hỗn hợp hai chất ô nhiễm ở mức 88,92% cho nitrat và 81,56% cho phốt phát với mức suy giảm hiệu năng không đáng kể.

Kế hoạch phát triển tiếp theo giai đoạn 2026 - 2028 tập trung vào việc thử nghiệm vật liệu trên dòng nước thải thực tế và thiết kế hệ thống phản ứng dòng chảy liên tục. Các nhà khoa học, kỹ sư môi trường và doanh nghiệp quan tâm hãy kết nối với nhóm nghiên cứu để cùng hợp tác thử nghiệm, chuyển giao công nghệ và triển khai ứng dụng vật liệu nano tiên tiến này vào các dự án bảo vệ nguồn nước bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Hut 50 mL dung dich nitrat co néng d6 50 mg N-NO;/L vao 4 binh tam giác có dung tích 100 mL. “Điều chỉnh giá trị pH của các dung dịch trong binh tam giac vé 2, 4, 6 va 8 bang dung dich H,SO, va NaOH Tiêu chuẩn 0,01N. Bỏ sung vào mỗi bình tam giác trên 0. Lắc trên máy lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong thời gian 40 phút.

Ly tâm với tốc đồ 2.500 vòng/phút và xác định nồng độ nitrat con lai trong dung dịch. Nghiên cứu hiệu quä xữ lý riêng phốt phát bằng vật liệu Fe" nano Bồ trí ti nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xứ lý riêng phốt phát tương tự như bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat nhưng với dung dịch phối phát có nồng độ ban đầu là 50 mg P-POxŸ/L. Sau đó xác định nông độ phốt phát còn lại trong dung dịch 2. Nghiên cửu kết hợp xử ly niưat và phối phát bằng vật liệu Fe? nano.

Bồ Ei thi nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý Kết hợp nitrat va phối phát tương tự như bổ trí thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian và pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat và phôt phát nhưng với dung dịch hỗn hợp nïrat và phốt phát có nông độ ban đầu là 50 mg N-NQ;/L và 50 mg P-PO,3/L. Sau đó xác định nông độ nïtrat và phốt phát còn lại trong dung dich Phân tích nồng độ nitrat và phốt phát côn lại sau khi xis Ii bang phương pháp so mâu quang điện trên máy UV- VỊS754 tại bước sóng À = 430nm và Ä = 710nm. Kết quá và tháo luận Từ các phương pháp điều chế Fe" nang của các tác giả đã nêu ở trên, chúng tôi đã sử dụng phương pháp điều chế Fe” nano bằng cách dùng NaBH; khứ muối sắt {Il} FeSO.7H»0 pha trong cén với tốc độ cho chất khử là 3 đến 7 ml/phút. Nghiên cứu một số yếu tố có ảnh hưởng đến quá trinh điều chế và bảo quần san pham 3.

Ảnh hưởng của chất phan tan PAA dén hiệu quả chế tạo Fe" nano. Khi không sử dụng chất phân tán thi sản phẩm nu được sau phản ứng tạo thành 2 lớp: 1 lớp. ở trên và 1 lớp ở dưới tách biệt. Lớp ở dưới có mau den, hạt bám chặt vào que khuấy tử và có kích thước lớn hơn sơ với lớp ở trên (hinh 1).

Hạt sắt có hình cầu hoặc hình dẹt vả kich thước khoáng từ 50 - 200nm. Tuy nhiên giữa các hạt không có sự phân biệt rõ ràng và kích thước phân bố không đều. Lớp ở trên có màu xanh đen, so với lớp ở dưởi thi kích thước hạt nhỏ, mịn hơn. Hai sắt iạo thành liên kết với nhau thành hình que và bảm vào nhau thành từng đám lớn, kích thước hại khoảng 40- 100nm.

Anh SEM hat sit ở lớp dưới, Hinh 2. Anh SEM hạt sắt ở lớp trên, không không sử dựng chất phân tắm sử đụng chất phân tản Khi có sử dụng chất phân tán là PAA trong quá trình điều chế Fe” nano thỉ sau phản ứng, các hạt đã có sự tách rời nhau rõ rệt và bám vào que khuấy từ nhưng không liên kết với nhau tạo thảnh đảm. Kết quả được thé hién qua anh TEM (hinh 3) và ảnh SEM (hinh 4). Kich thước hạt sắt trong khoảng tử 20 - 80nm.

Trint Mag: 135000x9 510mm Tnm mm 30326:36 p 04/33/10 -< 80.0kV THA Modes Imaging. Diract Hay 60000 Labi Hinh 3. Anh TEM hat Fe’ nano, Hinh 4. Anh SEM hạt Fe’ nano, có sử dựng chất phân tán có sử dụng chất phân tán 3.

Ảnh hưởng của tỷ lệ NaBH; và FeSO¿.7H;O khi chế tạo Fe’ nano. Theo kết quả nghiên cửu của Choi, Hee-chul thi tỉ lệ giữa NaBH; và FeSO¿. Với ti lệ nảy khi điều chế với điều kiện thực tế trong phóng thí nghiệm thì thay lượng sắt (II) chưa được phản ứng hết với NaBH;, Fe(lI) côn dư có ảnh hưởng đến chất lượng hat Fe' nano được chế tạo. Vĩ vậy, nghiên cửu đã tiền hành thừ nghiệm tăng lượng NaBH, đẻ đạt được tì lệ giữa NaBH, vả muối sắt lả 1:2.

Kết quả sản phẩm thu được thể hiện qua ảnh chụp TEM (hình 5) Print mag: #9400e0 03 =m Tam A2015 004728216 venue Tim Woe: Imaging Direct Mag: +00H0e Micrnaoptats Tran Quang Yay Hinh HH Hình 5. Ảnh TEM hat Fe”. nano duoc diéu ché Hinh 6. Anh TEM hat Fe’ nano được điều chế với tí lệ với tỉ lệ giữa NaBH; và muối sắt và là 1:2 giữa NaBH,và muỗi sẵtlà 1:10, theo Choi-Hee chul 3.

Sử dụng côn đễ pha muỗi sắt Khi sử dụng dung dịch cồn đẻ hỏa tan muối sắt (II) theo Choi, Hee-chul thi mudi st rat khỏ hỏa tan trong côn, đặc biệt nếu nông độ cồn cảng cao thì cảng khó hỏa tan. Để khắc phục nhược điểm trên, nghiên cứu tiến hảnh hòa tan muỗi sắt trong nước, sau đó mới bỗ sung thêm cồn vào trong dung dịch muối sắt đã hòa tan đẻ được nông độ cẻn trong dung dịch như nghiên cứu của Choi, Hee-chul. Sau đó tiếp tục khử muỗi sắt (II) bằng dung dịch NaBH:. của hạt sắt nano điều chế được như sau (hinh 7).

P- Fe nano-009 Print Mag: 80900%© 51 min Too oe 3:25:08 p04719710 TV=80. TEM Mode: Imaging Dirwet Mag: 40000% EMIab-NIME Hinh 7. Két qua chup anh TEM của hạt sắt được điều ché khi dùng côn 30% 3. Nghiên cứu các phương pháp bảo quản Fe? nano Sau khi Fe’ nano được tổng hợp từ dung dịch muối sắt và bohiđrua, cần làm khô vả bảo quản Fe” nano khỏi quá trình oxy hóa bởi oxi của không khi.

Sắt nano thu được có thể được rửa bằng. axeton va lam khô nỏ trong một buồng ky khí; hoặc theo được lam khô trong điểu kiện lạnh; hay theo làm khô trong chân không ở nhiệt độ 100°C; một số tác giả khác thỉ lâm khô vả bảo quản sản phẩm 6 [3] Yang-hsin Shih, Chung-yu Hsu, Yul-fan Su, Reduction of hexachlorobenzene by nanoscale zero- valent iron: Kinetics. pH effect, and degradation mechanism, Spearation and Purification Technology 76 (2011) 268-274. [4| Yuan-Pang Sun, Xiaoœain Lí, Jiasheng Cao, Wei-xian Zhang, H.

Paul Wang, A method for the preparation of stable dispersion of zero-valent iran nanoparticles, Colloids and surfaces A: Physicachem. Yun Zhang, Yimin Li, Jianfa Li, Liujiang Hu, Xuming Zheng, Enhanced removal of nitrate by a novel composite: Nanoscale zero valent iron supported on pillared clay. Chemical Engineering Joumal 171 (2011) 526- 531 [6]. Reduction of nitrate to ammonia by zero-valent iron, Chemasphere (1997), 35 T7].

Huang Y H, Zhang T ©, Effects of low pH on nitrate reduction by iron powder. Talal Almeelbi, Achintya Bezbaruah, Aqueous phosphate removal using nanoscale zero-valent iron, Springer Science + Business Media B. Lieberwirt, Synthesis and characterization of kaolinite-supported zero-valent iron nanoparticles and their application for the removal of aqueous Cu’* and Co” ions, Applied Clay Science 43 (2009) 172-181. Method of synthesizing nano zero-valent iron can be stored at normal conditions and applications for combined treating with nitrate and phosphate in water Nguyen Xuan Huan, Le Duc Faculty of Environmental Sciences, Hanoi university of science 334.Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi The paper presented a method for the synthesis of fully dispersed of nano zero-valent iron {ZVI}, and can be stored in a desiccator under normal conditions.

Polyacrylamid (PAA), a nontoxic, is used in the synthesis of the nZVI. The addition of PAA effects three key surface-related changes, which lead to significant enhancements in surface chemistry, particle stability and subsurface mobility potential. These include (1) a reduction of the mean nZV1 particle size from 200 nm to 16,7 nm and the sorption of PV3A on the nanopartide surface was expressed through TEM images; (2} surface area of material was large (60 m’/g), was expressed through BET images: (3) Xray photoelectron spectroscopy {XPS) indicates the existence of zero-valent iron (Fe°) in almost nZV1 particles. The iron nano particles were separately farmed, was expressed through SEM images.

That applying nano zero-valent iron (n2V4)} to solving environrnent pollution is a new interest of many sciences in the world. This journal shows off the research for application of nZVI (which is made by method of reduction by NaBH4 in Liquid phase) for combined treating with Nitrate and Phosphate in water. The study result has illustrated that the efficiency of combined solving nitrate and phosphate 13 Higusuac tly 019) ‘Némgta (ong) 'Hiệu suất xử lý (96) “Nẵng độ tmgN1) 30 `. côi b -#-Hinsulv0ý 50 stra 0) v15 —#-Hienuil xây 9) of > Qevnas: 2008, 10 BTNMT 20 5 QEVNOS:2008 BINMT ụ 10 3 40 40 “hờigan(phat) 2 4 é 8 pH ° Hình 11.

Nồng độ nitrat sau xử ly va hiéu suat Hình 12. Nông độ nitrat sau xử lý và hiệu suất xử lý ở các thời gian khác nhau. xử lý ở các pH khác nhau Kết quà nghiên cứu tại Hinh 11 cho thấy hiệu quả xử lý nitrat bởi Fe” nano tăng dân theo thời gian và tăng nhanh nhất ở 10 phút đầu tiên, hiệu suất đạt 71,36% và nồng độ nitrat còn lại là 14,32 mgNI. Sau 20 phút hiệu suất xử lý là 78,76%, sau 40 phút hiệu suất xử lý đạt 85,30% và sau 60 phút hiệu suất xử lý đạt 93,41%, nông độ nitrat còn lại là 3,29 mgNII.

Kết quả nghiên cúu ảnh hưởng của pH đền hiệu quả xử lý riêng nitrat Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quà xử lý riêng nitrat bằng Fe” nano tại Hình 12 cho thay hiệu suất xử lý nitrat bằng Fe” nano giảm dan khi pH tăng. Tại pH = 2 hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất là 86,17%, tại pH = 4 hiệu suất xử lý giảm xuống còn 78,60% và khi pH = 8 hiệu suất chỉ còn 49,07% và nồng độ sau phản ứng là 25,47 mgNII. Hiệu quả xử lý dựa vào cơ chế khử nitrat của Fe) nano. Trong phản ứng khử nitrat, sắt chính là chất cho điện tử còn nitrat sẽ nhận điện tử và chuyển thành dang nitrit, sau 6 nitrit sẽ tiếp tục bị khử thành amoni và khi nitơ là sản phẩm cuối cùng.

của quá trình xử lý [5]. Các phản ứng của nitrat và Fe' nano diễn ra theo các phương trình sau: Fe’> Fe" + 2e (1) Fe" + 2H;O > Fe® +H: + 20H (2) Fe’ + NO; + 2H’ > Fe" + NO; + H;O (3) Fe’ + NOy + 8H’ > 3Fe™* + NH,"+ 2 H›O (4) 4Fe' + NO; + 10H" > 4Fe* + NH," + 3H,0 (5) 4Fe” + NO; + 7H;O > 4Fe(OH), + NH.28Fe” + NO; + 0,75Fe?'+ NO; + 2.28H,O > 1,19Fe,0,+ NH,"+ 0,50H (9) Theo các nghiên cứu của Cheng (1997), Alowitz va Scherer (2002), ChihHsiang Liao (2002), 'Westerhoff (2003) và Huang, Zhang (2004) [6, 7] cũng chỉ ra rằng việc bồ sung axit có thể thúc day cho quá trình khử nitrat của Fe? nano, Tắt cả các nghiên cứu trên đều đưa đến kết luận rằng giá trị pH < 4 là điêu kiện thích hợp cho loại bỏ nitrat bằng Fe? nano. Nhu vậy, kết quả nghiên cứu về anh [3] Yang-hsin Shih, Chung-yu Hsu, Yul-fan Su, Reduction of hexachlorobenzene by nanoscale zero- valent iron: Kinetics.