Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Tạo Hạt Hydroxyapatite Kết Hợp Bentonite Ứng Dụng Xử Lý Ion Pb2+ Trong Nước

• Tác giả: Lê Hữu Nguyên
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu tạo hạt Hydroxyapatite kết hợp Bentonite ứng dụng trong xử lý ion kim loại Pb2+ trong nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN
• 1.1. CHI VA ĐỘC TO
• 1.2. Khả năng trao đổi ion và hấp phụ
• 1.3. Các phương pháp biến tính
• 1.4. LÝ THUYET HAP PHỤU
• 1.4.1. Hiện tượng hấp phụ
• 1.4.2. Vật liệu hấp Phun
• 1.4.3. Cân bằng hấp phụ
• 1.4.4. Một số VLHP sử dụng hấp phụ ion Pb
• 1.5. CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TICH
• 1.5.1. Phuong pháp phân tích nhiễu xạ tia X
• 1.5.2. Phương pháp phân tích phố hồng ngoại
• 1.5.3. Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét
• 1.5.4. Phương pháp xác định bé mặt riêng
• 1.5.5. Phương pháp pho phát xạ-cảm ứng plasma
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. NGUYÊN LIEU, HOA CHAT VA DỤNG CỤ
• 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨPU
• 2.2.1. TONG HỢP VAT LIỆU
• 2.2.2. Điều chế HA
• 2.2.3. NGHIÊN CỨU TẠO HAT VLLHP
• 2.2.3.1. Các quy trình tiễn hành
• 2.2.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện tạo hạt VLHP
• 2.2.4. Khảo sát một số tính chất của VILHE
• 2.3. HAP PHỤ ION Pb TRONG NƯỚC
• 2.3.1. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
• 2.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch
• 2.3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ VLHP/dung dịch
• 2.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ ion Pb ban đầu
• 2.4. KHẢ NĂNG TAI SỬ DUNG
• 3. CHƯƠNG 3: KET QUÁ VA BAN LUẬN
• 3.1. Hoạt hóa bentonite
• 3.2. Điều chế HA
• 3.3. NGHIÊN CUU TẠO HAT VLHP
• 3.3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện tạo hạt
• 3.3.2. Khảo sát tính chất của VLHP
• 3.4. HAP PHU ION Pb TRONG NƯỚC
• 3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
• 3.4.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch
• 3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ VLHP/dung dich
• 3.4.4. Nồng độ ion Pb ban đầu
• 3.5. KHẢ NĂNG TAI SỬ DUNG
• 4. CHƯƠNG 4: KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ
• 4.1. KẾT LUẬN
• 4.2. KIÊN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Giới thiệu về Hydroxyapatite và Bentonite

Hydroxyapatite (HA) và Bentonite là hai vật liệu được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải. Hydroxyapatite là một khoáng chất có nguồn gốc từ canxi photphat, thường được sử dụng trong y học và môi trường do khả năng hấp phụ kim loại nặng. Bentonite, một loại khoáng sét chứa chủ yếu montmorillonite, có tính chất hấp phụ và trao đổi ion cao. Sự kết hợp giữa hai vật liệu này tạo ra vật liệu composite có tiềm năng lớn trong việc xử lý ion Pb2+ trong nước.

1.1. Hydroxyapatite

Hydroxyapatite được điều chế từ vỏ sò, một nguồn nguyên liệu dồi dào và thân thiện với môi trường. Vật liệu này có cấu trúc tinh thể đặc biệt, cho phép hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng như Pb2+. Tuy nhiên, khả năng kết khối của HA còn hạn chế, gây khó khăn trong ứng dụng thực tế.

1.2. Bentonite

Bentonite là khoáng sét có khả năng trao đổi ion và hấp phụ cao. Thành phần chính của nó là montmorillonite, có cấu trúc lớp 2:1, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp phụ các ion kim loại. Bentonite được hoạt hóa bằng axit HCl để tăng cường tính chất hấp phụ.

II. Phương pháp tạo hạt composite

Quá trình tạo hạt vật liệu composite từ Hydroxyapatite và Bentonite được thực hiện thông qua phương pháp phối trộn cơ học. Các điều kiện tối ưu bao gồm hàm lượng Na2SiO3, tỷ lệ khối lượng HA/(HA+AAB), nhiệt độ và thời gian nung kết khối. Kết quả cho thấy điều kiện tốt nhất là hàm lượng Na2SiO3 10%, tỷ lệ HA/(HA+AAB) 52.5%, nhiệt độ nung 450°C và thời gian nung 1.5 giờ.

2.1. Điều kiện tạo hạt

Các thông số như hàm lượng Na2SiO3, tỷ lệ HA/(HA+AAB), nhiệt độ và thời gian nung được khảo sát để xác định điều kiện tối ưu. Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa HA và Bentonite tạo ra vật liệu có độ bền nén và diện tích bề mặt lớn, phù hợp cho việc hấp phụ ion kim loại.

2.2. Tính chất vật liệu

Vật liệu composite được phân tích bằng các phương pháp XRD, BET, IR và SEM. Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể ổn định, diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp phụ cao. Điểm điện tích không (PZC) của vật liệu cũng được xác định, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ.

III. Khả năng hấp phụ ion Pb2

Vật liệu composite được sử dụng để hấp phụ ion Pb2+ trong nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bao gồm thời gian, pH, tỷ lệ rắn/lỏng và nồng độ ion Pb2+ ban đầu. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo mô hình Langmuir và động học bậc hai, với dung lượng hấp phụ cực đại là 72.46 mg/g.

3.1. Ảnh hưởng của thời gian và pH

Thời gian hấp phụ và pH dung dịch là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ. Kết quả cho thấy thời gian hấp phụ tối ưu là 120 phút và pH tối ưu là 5.0. Ở điều kiện này, hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất.

3.2. Mô hình hấp phụ

Quá trình hấp phụ được mô tả bằng mô hình Langmuir và động học bậc hai. Mô hình Langmuir cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại là 72.46 mg/g, trong khi mô hình động học bậc hai cho thấy quá trình hấp phụ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tế và kết luận

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng vật liệu composite từ Hydroxyapatite và Bentonite có tiềm năng lớn trong việc xử lý ion Pb2+ trong nước. Vật liệu này không chỉ có hiệu suất hấp phụ cao mà còn có khả năng tái sử dụng, giúp giảm chi phí xử lý và thân thiện với môi trường.

4.1. Khả năng tái sử dụng

Vật liệu composite có khả năng tái sử dụng sau nhiều lần hấp phụ mà không làm giảm đáng kể hiệu suất. Điều này làm tăng tính kinh tế và khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu.

4.2. Kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra vật liệu composite từ Hydroxyapatite và Bentonite với khả năng hấp phụ ion Pb2+ cao. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.