Nghiên cứu oxit hỗn hợp chứa Fe, Mn, Ti, Nd kích thước nanomet và ứng dụng xử lý asen trong nước sinh hoạt

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Oxit Hỗn Hợp Chứa Fe, Mn, Ti, Nd Kích Thước Nanomet Xử Lý Asen Trong Nước
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình ô nhiễm nước trên thế giới
• 1.2. Sự tồn tại của asen
• 1.3. Tình hình ô nhiễm asen trên thế giới
• 1.4. Tình hình ô nhiễm asen trong nguồn nước ngầm tại Việt Nam
• 1.5. Các phương pháp loại bỏ asen ra khỏi nguồn nước
• 1.5.1. Phương pháp keo tụ
• 1.5.2. Phương pháp oxi hóa
• 1.5.3. Phương pháp màng
• 1.5.4. Phương pháp trao đổi ion
• 1.5.5. Phương pháp hấp phụ
• 1.6. Tổng quan về vật liệu xử lý asen
• 1.6.1. Vật liệu hấp phụ chứa oxit sắt
• 1.6.2. Vật liệu hấp phụ chứa oxit mangan
• 1.6.3. Vật liệu hấp phụ chứa oxit titan
• 1.6.4. Vật liệu hấp phụ chứa oxit đất hiếm
• 1.7. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 1.7.1. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.7.2. Phương pháp sol - gel
• 1.7.3. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.7.4. Phương pháp đốt cháy gel polyme
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.2. Chế tạo vật liệu nano oxit hỗn hợp chứa sắt (hệ Fe – Mn, Fe – Ti, Fe – Nd)
• 2.3. Chế tạo vật liệu trên nền chất mang
• 2.4. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu
• 2.4.1. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)
• 2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4.3. Phổ tán xạ tia X (EDS)
• 2.4.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
• 2.4.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET)
• 2.4.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
• 2.4.7. Phương pháp phổ tán xạ Raman
• 2.4.8. Phương pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu
• 2.5. Các phương pháp phân tích hóa học
• 2.5.1. Phương pháp hấp phụ nguyên tử xác định hàm lượng Asen
• 2.5.2. Phương pháp so màu xác định hàm lượng Fe, Mn
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
• 2.6.1. Phương pháp hấp phụ tĩnh
• 2.6.2. Phương pháp hấp phụ động
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. PHẦN I: Vật liệu nano Fe2O3 – TiO2
• 3.1.1. Tổng hợp vật liệu hệ nano oxit Fe2O3 – TiO2 bằng phương pháp đốt cháy gel PVA
• 3.1.2. Lựa chọn nhiệt độ nung
• 3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
• 3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel
• 3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ mol Fe/Ti
• 3.1.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen trên vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – TiO2
• 3.1.7. Xác định điểm điện tích không (pHpzc)
• 3.1.8. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ
• 3.1.9. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As(V)
• 3.1.10. Xác định dung lượng hấp phụ asen
• 3.2. PHẦN II: Vật liệu nano NdFeO3
• 3.2.1. Tổng hợp vật liệu vât nano oxit NdFeO3 bằng phương pháp đốt cháy gel PVA
• 3.2.2. Lựa chọn nhiệt độ nung
• 3.2.3. Ảnh hưởng của pH tạo gel đến quá trình hình thành pha perovskit NdFeO3
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel đến quá trình hình thành pha perovskit NdFeO3
• 3.2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại với PVA đến quá trình hình thành pha perovskit NdFeO3
• 3.2.6. Nghiên cứu quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu oxit NdFeO3
• 3.2.7. Xác định điểm điện tích không (pHpzc) của vật liệu NdFeO3
• 3.2.8. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
• 3.2.9. Sự hấp phụ As(V) trên vật liệu NdFeO3
• 3.2.10. Động học hấp phụ As(V)
• 3.3. PHẦN III: Vật liệu nano Fe2O3 – Mn2O3
• 3.3.1. Tổng hợp hệ vật liệu hệ Fe2O3 – Mn2O3 bằng phương pháp đốt cháy gel PVA
• 3.3.2. Lựa chọn nhiệt độ nung
• 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH tạo gel
• 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol kim loại
• 3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo gel
• 3.3.6. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 hấp phụ As(V)
• 3.3.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(V) trên vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 3.3.8. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 3.3.9. Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 trên nền chất mang ứng dụng để hấp phụ As(V) trong nước sinh hoạt
• 3.3.10. Khả năng hấp phụ tĩnh asen trên vật liệu oxit hỗn hợp hệ Fe – Mn/CTA
• 3.3.11. Nghiên cứu khả năng hấp phụ động asen trên cột chứa Fe2O3 – Mn2O3/CTA
• 3.3.12. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu nano oxit hỗn hợp hệ Fe – Mn/CTA
• 3.3.13. Sử dụng vật liệu oxit hỗn hợp hệ Fe – Mn/CTA trong thiết bị hấp phụ loại bỏ asen khỏi nước sinh hoạt
• KẾT LUẬN
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về ô nhiễm asen trong nước

Ô nhiễm asen trong nước là một vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Asen tồn tại ở nhiều dạng khác nhau trong môi trường nước, bao gồm asenat và asenit. Tình trạng ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động tiêu cực đến môi trường. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), nồng độ asen trong nước sinh hoạt không được vượt quá 0,01 mg/l. Tuy nhiên, nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, đang phải đối mặt với nồng độ asen vượt mức cho phép, gây ra các bệnh hiểm nghèo như ung thư. Việc xử lý asen trong nước là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.1. Tình hình ô nhiễm asen trên thế giới

Sự ô nhiễm asen trong nước đã trở thành một vấn đề toàn cầu, đặc biệt ở các quốc gia như Bangladesh, Ấn Độ và Việt Nam. Nhiều khu vực có nồng độ asen trong nước ngầm vượt quá 5000 µg/l, gây nguy hiểm cho hàng triệu người. Việc tiếp xúc với nước nhiễm asen có thể dẫn đến các bệnh nghiêm trọng, do đó cần có các biện pháp xử lý hiệu quả để giảm thiểu tác động của ô nhiễm này.

1.2. Tình hình ô nhiễm asen tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề bởi ô nhiễm asen trong nước ngầm. Nhiều tỉnh như Hà Nam, Hưng Yên và Vĩnh Phúc có nồng độ asen vượt mức cho phép. Việc sử dụng nước ngầm ô nhiễm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe mà còn đe dọa đến chất lượng cuộc sống của người dân. Cần có các giải pháp xử lý asen hiệu quả để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

II. Các phương pháp xử lý asen trong nước

Có nhiều phương pháp để loại bỏ asen khỏi nguồn nước, bao gồm phương pháp keo tụ, oxi hóa, và hấp phụ. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp hấp phụ, đặc biệt là sử dụng vật liệu nano, đang được ưa chuộng do hiệu quả cao và dễ dàng áp dụng. Vật liệu nano oxit hỗn hợp chứa Fe, Mn, Ti, và Nd đã được nghiên cứu và cho thấy khả năng hấp phụ asen tốt. Việc phát triển và ứng dụng các vật liệu này là cần thiết để cải thiện chất lượng nước.

2.1. Phương pháp keo tụ

Phương pháp keo tụ sử dụng các muối keo tụ để loại bỏ asen bằng cách tạo phức với các tạp chất trong nước. Quá trình này đơn giản và hiệu quả, tuy nhiên cần phải bảo trì bộ lọc thường xuyên. Hóa chất sử dụng trong phương pháp này dễ kiếm và không độc hại, nhưng hiệu quả chỉ đạt được trong một dải pH nhất định.

2.2. Phương pháp oxi hóa

Phương pháp oxi hóa chuyển đổi As(III) thành As(V), giúp tăng khả năng kết tủa và hấp phụ. Việc sử dụng vật liệu như MnO2 đã chứng minh hiệu quả cao trong việc oxi hóa asen. Tuy nhiên, cần cân nhắc các tác động tiêu cực có thể xảy ra khi sử dụng hóa chất oxi hóa, như tạo ra các hợp chất độc hại.

2.3. Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để loại bỏ asen. Vật liệu nano oxit hỗn hợp chứa Fe, Mn, Ti, và Nd đã cho thấy khả năng hấp phụ asen vượt trội. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu nano oxit hỗn hợp có khả năng hấp phụ asen cao, với hiệu suất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ, và tỷ lệ mol của các thành phần. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể nâng cao đáng kể khả năng loại bỏ asen trong nước. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu xử lý nước hiệu quả, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm asen trong nước sinh hoạt.

3.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen

Khả năng hấp phụ asen của vật liệu nano oxit hỗn hợp đã được xác định thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy rằng vật liệu này có thể hấp phụ asen hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Việc xác định các thông số như pH và nhiệt độ là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình hấp phụ.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Vật liệu nano oxit hỗn hợp không chỉ có khả năng hấp phụ asen mà còn có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước quy mô nhỏ, đặc biệt là ở các vùng nông thôn. Việc sử dụng vật liệu này có thể giúp cải thiện chất lượng nước sinh hoạt cho hàng triệu người, đồng thời giảm thiểu các bệnh liên quan đến ô nhiễm asen.