Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng cấu trúc hợp chất Zr(IV) cố định trên vật liệu mang với khả năng hấp phụ asen, selen

• Tác giả: Đào Thị Phƣơng Thảo
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Nội
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng cấu trúc của hợp chất Zr(IV) cố định trên các chất mang và khả năng hấp phụ asen, selen trong môi trường nước
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM ASEN, SELEN TRONG NƯỚC
• 1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm asen, selen trong nước
• 1.1.2. Ảnh hưởng của asen, selen đến sức khỏe con người
• 1.1.3. Các dạng tồn tại của asen, selen trong nước
• 1.1.4. Các phương pháp xử lý asen, selen trong nước
• 1.1.5. Vật liệu hấp phụ asen, selen
• 1.2. VẬT LIỆU ZIRCONI
• 1.2.1. Zirconi hiđroxit
• 1.3. VẬT LIỆU MANG THAN HOẠT TÍNH
• 1.3.1. Tính chất của than hoạt tính
• 1.3.2. Ứng dụng của than hoạt tính
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
• 2.2.1. Tổng hợp Zirconi hiđroxit
• 2.2.2. Tổng hợp vật liệu zirconi oxit
• 2.2.3. Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên các vật liệu: nhựa Purolite C100, Muromac-B1, ống nano cacbon, than hoạt tính Trà Bắc
• 2.2.4. Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính Trà Bắc
• 2.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA VẬT LIỆU
• 2.3.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của zirconi hiđroxit
• 2.3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của ZrO2
• 2.3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr/PC-100, Zr/M-B1, Zr/CNT, Zr/AC
• 2.3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr/AC, Zr/AC/H, Zr/AC/N
• 2.3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ Zr/AC/N
• 2.3.6. Nghiên cứu khả năng tái sinh của vật liệu Zr/AC/N
• 2.4. BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SELEN CỦA VẬT LIỆU Zr/AC/N
• 2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU
• 2.5.1. Phương pháp phân tích nhiệt (TA)
• 2.5.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.5.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.5.5. Phân tích phổ hồng ngoại (IR)
• 2.5.6. Phương pháp quang điện tử tia X (XPS)
• 2.5.7. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ nitơ (BET)
• 2.5.8. Phương pháp xác định điểm đẳng điện của vật liệu (pHPZC)
• 2.5.9. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
• 2.5.10. Phương pháp xác định nồng độ asen, selen còn lại trong dung dịch
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ZIRCONI HIĐROXIT, ZIRCONI OXIT VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU MANG
• 3.1.1. Tổng hợp vật liệu zirconi hiđroxit trong môi trường H2O2 và NH3
• 3.1.2. Tổng hợp vật liệu ZrO2 theo phương pháp kết tủa
• 3.1.3. Tổng hợp vật liệu ZrO2 theo phương pháp thủy nhiệt
• 3.2. CỐ ĐỊNH Zr(IV) TRÊN VẬT LIỆU MANG
• 3.2.1. Cố định Zr(IV) trên các chất mang và lựa chọn vật liệu mang thích hợp
• 3.2.2. Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính Trà Bắc theo phương pháp kết tủa (Zr/AC)
• 3.2.3. Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy nhiệt trong môi trường H2O2 (Zr/AC/H)
• 3.2.4. Tổng hợp vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính theo phương pháp thủy nhiệt trong môi trường NH3 (Zr/AC/N)
• 3.3. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN VÀ TÁI SINH CỦA VẬT LIỆU
• 3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ asen của các vật liệu Zr4/AC, Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60
• 3.3.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen, selen của các vật liệu Zr4/AC, Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60
• 3.3.3. Dung lượng hấp phụ asen cực đại của các vật liệu Zr4/AC, Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60
• 3.3.4. Ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.3.5. Khả năng tái sinh của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.4. BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SELEN CỦA VẬT LIỆU
• 3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.4.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.4.3. Dung lượng hấp phụ selen cực đại của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.4.4. Ảnh hưởng của các ion cản đến khả năng hấp phụ selen của vật liệu Zr4/AC/N3-180-60
• 3.5. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU
• 3.5.1. Kết quả phân tích nhiệt TGA
• 3.5.2. Kết quả phân tích XRD của các vật liệu Zr/AC-200, Zr4/AC/H4-180-72, Zr4/AC/N3-180-60
• 3.5.3. Kết quả chụp SEM
• 3.5.4. Kết quả chụp TEM
• 3.5.5. Kết quả đo BET
• 3.5.6. Kết quả phân tích ICP – MS
• 3.5.7. Kết quả phân tích IR
• 3.5.8. Kết quả phân tích XPS
• NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc hợp chất Zr IV hấp phụ asen selen

Nghiên cứu cấu trúc và khả năng hấp phụ của hợp chất Zr(IV) trên vật liệu mang là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học môi trường. Hợp chất Zr(IV) có khả năng tương tác mạnh với các anion như asen và selen, giúp loại bỏ chúng khỏi môi trường nước. Việc tìm hiểu cấu trúc của hợp chất này không chỉ giúp tối ưu hóa khả năng hấp phụ mà còn mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước.

1.1. Tình hình ô nhiễm asen selen trong nước

Ô nhiễm asen và selen trong nước đang trở thành vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Các nghiên cứu cho thấy nồng độ asen trong nước ở nhiều khu vực vượt quá giới hạn an toàn, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc phát hiện và xử lý kịp thời là rất cần thiết.

1.2. Tác động của asen selen đến sức khỏe con người

Asen và selen có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng như ung thư, bệnh về da và các vấn đề về hô hấp. Việc hiểu rõ tác động của chúng giúp nâng cao nhận thức và thúc đẩy các biện pháp xử lý hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong việc xử lý asen selen

Việc xử lý asen và selen trong nước gặp nhiều thách thức. Các phương pháp truyền thống như kết tủa hay trao đổi ion thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các ion này. Do đó, cần tìm kiếm các giải pháp mới, hiệu quả hơn, đặc biệt là trong việc sử dụng vật liệu hấp phụ.

2.1. Các phương pháp xử lý asen selen hiện tại

Các phương pháp như hấp phụ, kết tủa và trao đổi ion đã được áp dụng nhưng thường gặp khó khăn trong việc đạt hiệu quả cao. Hấp phụ được coi là phương pháp tiềm năng nhất nhờ vào khả năng loại bỏ ion hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc phát triển vật liệu hấp phụ

Việc phát triển vật liệu hấp phụ hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu sâu về cấu trúc và tính chất hóa học của chúng. Các vật liệu như than hoạt tính và oxit kim loại đang được nghiên cứu để cải thiện khả năng hấp phụ.

III. Phương pháp tổng hợp hợp chất Zr IV trên vật liệu mang

Tổng hợp hợp chất Zr(IV) trên vật liệu mang là một bước quan trọng trong nghiên cứu này. Việc lựa chọn chất mang phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Các phương pháp tổng hợp như kết tủa và thủy nhiệt đang được áp dụng để tối ưu hóa quá trình này.

3.1. Tổng hợp vật liệu mang phù hợp

Việc lựa chọn vật liệu mang như than hoạt tính hay nhựa Purolite C100 là rất quan trọng. Các vật liệu này cần có diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác tốt với hợp chất Zr(IV).

3.2. Phương pháp tổng hợp Zr IV cố định

Các phương pháp như kết tủa và thủy nhiệt được sử dụng để cố định Zr(IV) trên vật liệu mang. Những phương pháp này giúp tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu đối với asen và selen.

IV. Khả năng hấp phụ asen và selen của vật liệu tổng hợp

Khả năng hấp phụ của vật liệu tổng hợp được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy vật liệu Zr(IV) cố định trên than hoạt tính có khả năng hấp phụ asen và selen cao, đạt tiêu chuẩn cho phép của WHO.

4.1. Đánh giá khả năng hấp phụ asen

Các thí nghiệm cho thấy vật liệu Zr(IV) có khả năng hấp phụ asen vượt trội so với các vật liệu khác. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm asen trong nước.

4.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ selen

Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ selen cho thấy vật liệu Zr(IV) cũng có hiệu quả tương tự. Việc này cần được tiếp tục nghiên cứu để khẳng định tính khả thi trong ứng dụng thực tế.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về hợp chất Zr(IV) và khả năng hấp phụ asen, selen trên vật liệu mang đã mở ra nhiều triển vọng mới. Việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.1. Kết luận về nghiên cứu

Nghiên cứu đã chứng minh rằng hợp chất Zr(IV) có khả năng hấp phụ asen và selen hiệu quả. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý ô nhiễm nước.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện khả năng hấp phụ và mở rộng ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực khác nhau. Việc này sẽ góp phần nâng cao chất lượng nước và bảo vệ môi trường.