Nguyễn thị tươi luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ phân tích Nguyễn thị tươi luận văn thạc sĩ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thị Tươi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thảo
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về hiđrotalxit
• 1.2. Đặc điểm, tính chất (đặc trưng) của hiđrotalxit
• 1.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu hiđrotalxit
• 1.4. Ứng dụng của hiđrotalxit
• 1.5. Ô nhiễm nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy
• 1.5.1. Khái niệm về ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nguồn gốc phát sinh các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Tính chất của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Con đường vận chuyển của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy trong cơ thể người và môi trường. Sự hấp thụ, tồn lưu, biến đổi và chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy trong cơ thể người và môi trường
• 1.5.2. Ảnh hưởng của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy đối với con người và môi trường
• 1.5.3. Hiện trạng ô nhiễm nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy tại Việt Nam
• 1.5.4. Các phương pháp xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy
• 1.5.4.1. Phương pháp keo tụ
• 1.5.4.2. Phương pháp hấp phụ
• 1.5.4.3. Phương pháp Fenton
• 1.5.4.4. Phương pháp oxi hóa – khử
• 1.5.4.5. Phương pháp sinh học
• 1.5.5. Giới thiệu về xanh metylen
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
• 2.3. Quy trình tổng hợp hiđrotalxit
• 2.3.1. Quy trình tổng hợp hiđrotalxit (Mg: Al: Fe = 5: 3 :2)
• 2.3.2. Quy trình tổng hợp hiđrotalxit (Mg: Al: Fe = 7: 3 :0)
• 2.3.3. Quy trình tổng hợp hiđrotalxit (Mg: Al: Fe = 6: 3 :1)
• 2.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu xúc tác hiđrotalxit
• 2.4.1. Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffraction XRD)
• 2.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.4.5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ (BET)
• 2.5. Nghiên cứu khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải bằng xúc tác hiđrotalxit
• 2.5.1. Oxi hóa để xử lý các hợp chất hữu cơ
• 2.5.2. Xây dựng đường chuẩn, đo độ hấp thụ quang của dung dịch xanh metylen theo phương pháp trắc quang (UV – Vis)
• 2.5.2.1. Chuẩn bị dung dịch
• 2.5.2.2. Xây dựng đường chuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng của mẫu xúc tác hiđrotalxit MgFeAl-O
• 3.1.1. Nghiên cứu đặc trưng các mẫu vật liệu hiđrotalxit bằng kỹ thuật XRD
• 3.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
• 3.1.3. Hình ảnh thể học hiđrotalxit MgFeAl-O
• 3.1.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ (BET)
• 3.2. Đánh giá khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải của xúc tác hiđrotalxit theo thời gian, ở nhiệt độ thường
• 3.2.1. Khảo sát quá trình oxi hóa xanh metylen của xúc tác T05
• 3.2.2. Khảo sát quá trình oxi hóa xanh metylen của xúc tác TT03
• 3.3. So sánh khả năng oxi hóa xanh metylen của các vật liệu theo thời gian
• 3.4. Đánh giá khả năng oxi hóa xanh metylen của xúc tác hiđrotalxit theo thời gian, ở nhiệt độ 45°C
• 3.5. Đánh giá khả năng oxi hóa xanh metylen của xúc tác hiđrotalxit theo thời gian, dưới ánh sáng UV
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải

Nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Hidrotalxit là một loại khoáng vật có khả năng hấp phụ và trao đổi ion, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải. Việc tìm hiểu về hidrotalxit không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường sống.

1.1. Đặc điểm và tính chất của hidrotalxit

Hidrotalxit có cấu trúc lớp, bao gồm các ion kim loại hóa trị II và III. Tính chất này cho phép hidrotalxit có khả năng trao đổi ion và hấp phụ các chất ô nhiễm, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nghiên cứu cho thấy, hidrotalxit có thể hấp phụ hiệu quả các anion và cation, từ đó cải thiện khả năng xử lý nước thải.

1.2. Phương pháp tổng hợp hidrotalxit

Có nhiều phương pháp tổng hợp hidrotalxit, trong đó phương pháp đồng kết tủa được sử dụng phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép tạo ra các tinh thể hidrotalxit với kích thước đồng đều và độ tinh khiết cao, từ đó nâng cao hiệu quả trong xử lý nước thải.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy

Ô nhiễm nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy đang là một thách thức lớn đối với môi trường. Các hợp chất này không chỉ gây hại cho hệ sinh thái mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải là rất cần thiết.

2.1. Nguồn gốc và tính chất của hợp chất hữu cơ khó phân hủy

Hợp chất hữu cơ khó phân hủy thường xuất phát từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Chúng có tính chất bền vững, khó phân hủy trong môi trường tự nhiên, dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước thải đến môi trường

Ô nhiễm nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng như suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh và sức khỏe con người. Việc xử lý hiệu quả nước thải là cần thiết để bảo vệ môi trường.

III. Phương pháp xử lý nước thải bằng hidrotalxit

Sử dụng hidrotalxit làm xúc tác trong xử lý nước thải là một phương pháp hứa hẹn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hidrotalxit có khả năng hấp phụ và phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, từ đó cải thiện chất lượng nước thải.

3.1. Phương pháp keo tụ và hấp phụ

Phương pháp keo tụ và hấp phụ sử dụng hidrotalxit để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải. Quá trình này giúp tăng cường khả năng xử lý và giảm thiểu ô nhiễm.

3.2. Phương pháp oxi hóa khử

Phương pháp oxi hóa – khử kết hợp với hidrotalxit cho thấy hiệu quả cao trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nghiên cứu cho thấy, quá trình này có thể làm giảm đáng kể nồng độ ô nhiễm trong nước thải.

IV. Kết quả nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hidrotalxit có khả năng xử lý hiệu quả nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Các thí nghiệm cho thấy, việc sử dụng hidrotalxit giúp giảm nồng độ ô nhiễm trong nước thải một cách đáng kể.

4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải

Kết quả thí nghiệm cho thấy, hidrotalxit có thể giảm nồng độ COD và BOD trong nước thải, từ đó cải thiện chất lượng nước. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của hidrotalxit trong xử lý nước thải công nghiệp.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của hidrotalxit

Việc ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải đã được triển khai tại một số nhà máy, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

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

Nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit trong xử lý nước thải mở ra nhiều triển vọng cho tương lai. Với khả năng hấp phụ và xử lý hiệu quả, hidrotalxit có thể trở thành một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm nước thải.

5.1. Tương lai của hidrotalxit trong xử lý nước thải

Với những ưu điểm vượt trội, hidrotalxit có thể được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.

5.2. Nghiên cứu và phát triển thêm các ứng dụng mới

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển thêm các ứng dụng mới của hidrotalxit trong xử lý nước thải và các lĩnh vực khác, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu ô nhiễm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại, môi trường sống ngày càng ô nhiễm nặng nề. Ngành công nghiệp sản xuất đã thải ra môi trường một lượng lớn các chất hữu cơ và vô cơ hại rất bền và khó phân huỷ (Persistant Organic Pollutants – POPs). Chất thải hữu cơ công nghiệp đi vào không khí, nước sinh hoạt, đất và thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể sống qua đường ăn uống, hô hấp dẫn đến sự nhiễm độc ngày càng nhiều và có thể gây bệnh nguy hiểm đối với con người (đặc biệt là bệnh ung thư). Bên cạnh đó, cùng với việc sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hoá học trong nông nghiệp ngày càng tăng, thậm chí còn lạm dụng gây mất cân bằng sinh thái.

Trong quá trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hoá học, một lượng đáng kể thuốc và phân không được cây trồng tiếp nhận đã lan truyền và tích lũy trong đất, nước. Ngoài ra, tác động tiêu cực khác của dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón là làm suy thoái chất lượng môi trường canh tác nông nghiệp như hiện tượng phú dưỡng đất, nước, ô nhiễm đất, nước, giảm tính đa dạng sinh học của các vùng nông thôn, giảm khả năng chống chịu sâu bệnh đối với thuốc bảo vệ thực vật. Bảo vệ môi trường, đảm bảo sự phát triển bền vững ngày nay đã trở thành chiến lược mang tính toàn cầu, không còn là vấn đề riêng cho từng quốc gia và từng khu vực, thành phố. Bảo vệ môi trường tự nhiên (nguồn nước, không khí, đất đai, sự đa dạng sinh học …) là những vấn đề không những chỉ liên quan tới chất lượng môi trường hiện tại mà còn là việc bảo vệ môi trường cho các thế hệ tương lai.

Vì vậy, việc nghiên cứu và chế tạo ra loại vật liệu mới có tính ưu việt để xử lí các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước là hết sức cần thiết. Trong những năm gần đây, vật liệu hidrotalxit hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Phương pháp điều chế đơn giản và nguyên liệu sẵn có, phổ biến nên có thể ứng dụng trong thực tế. Do vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hidrotalxit (Mg, Al, Fe) làm xúc tác xử lý nƣớc thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy”.

10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về hiđrotalxit 1. Giới thiệu Hiđrotalxit là khoáng vật có trong tự nhiên màu trắng và màu hạt trai, được xác định cùng họ với khoáng sét anion, có kích thước rất nhỏ trộn lẫn với các khoáng khác gắn trên những phiến đá trên vùng đồi núi. Chúng được tìm thấy rất nhiều ở vùng Norway và Ural ở Nga.

Hocholetter là người đầu tiên nghiên cứu và tìm ra được những tính chất đặc trưng của hiđrotalxit. Loại khoáng này còn có nhiều tên gọi khác như Pydroaucite, Takovite, Hiđrotalxit đan xen…[8,11] Năm 1996, ứng dụng những thành quả nghiên cứu về khoáng sét tự nhiên, người ta tổng hợp điều chế thành công được hiđrotalxit công nghiệp từ các muối kim loại.1: Khoáng sét hiđrotalxit Hiđrotalxit có khả năng trao đổi ion và hấp phụ các chất hữu cơ, vô cơ nên được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực. Hiện nay, hiđrotalxit có thể điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau nhằm tiếp tục phát triển phương pháp tổng hợp hiđrotalxit khác nhau nhằm mục đích sử dụng rộng rãi họ vật liệu này trong lĩnh vực xử lý môi trường [8]. Đặc điểm, tính chất của hidrotalxit 1.

Đặc điểm 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học a/ Công thức Ngay từ cuối những năm 30 của thế kỉ trước, các nhà khoáng học đã công bố các sét dạng anion. Hiđrotalxit (HT) là loại liệu khoáng liệu ionic bazơ được biết đến như là hợp chất song lớp hidroxit (LDH) với công thức chung Mg6Al2(OH)16CO3. Đối với hiđrotalxit tổng hợp, công thức tổng quát là [M2+1-xM3+x (OH)2]x+[An-x/n]. Trong đó: - M2+ là kim loại hóa trị (II) như Mg, Zn, Ca, Fe, Ni.

- M3+ là kim loại hóa trị (III) như Al, Fe, Cr. - An- là các anion rất đa dạng có thể là phức anion, anion hữu cơ (benzoic, axit oxalic.), các polyme có phân tử lượng lớn, hay các halogen (Cl-, Br-. - x là tỉ số nguyên tử M3+/(M2+ + M3+), trong đó tỉ số x nằm trong khoảng 0,2  x  0,33[9,23]. b/ Cấu tạo Hiđrotalxit được cấu tạo dạng lớp.

Bao gồm: Lớp hydroxit Lớp hydroxit là hỗn hợp của các hydroxit của kim loại hóa trị (II) và hóa trị (III), tại đỉnh là các nhóm - OH, tâm là các kim loại hóa trị (II) và (III), có cấu trúc tương tự như cấu trúc brucite trong tự nhiên. Cấu trúc này được sắp đặt theo dạng M(OH)6 dạng bát diện (hình 1. Lớp hydroxit có dạng [M2+1-xM3+x(OH)2]x+ trong đó một phần kim loại hóa trị (II) được thay thế bằng kim loại hóa trị (III) nên mang điện tích dương. Điện tích dương trong lớp brucite (Mg(OH)2) được bù bởi ion CO32- chèn giữa hai lớp (hình 1.

Một lượng lớn các ion hóa trị II, III với tỷ lệ khác nhau được thay thế trong cấu trúc hiđrotalxit nên người ta có thể tổng hợp các dẫn xuất hiđrotalxit khác nhau [8,12]. 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học Hình 1.2: Cấu tạo lớp hydroxit Lớp xen giữa [An-x/n].mH2O là các anion mang điện tích âm và các phân tử nước nằm xen giữa lớp hydroxit trung hòa lớp điện tích dương như được chỉ ra ở hình 1.3: Cấu tạo lớp xen giữa c/ Đặc điểm Lớp xen giữa nằm giữa hai lớp hidroxit xếp luân phiên chồng lên nhau, làm cho hiđrotalxit có cấu trúc lớp (hình 1. Lớp hidroxit liên kết với lớp xen giữa bằng lực hút tĩnh điện. Liên kết giữa các phân tử nước và các anion trong lớp xen giữa là liên kết hidro.

Các anion và các phân tử nước trong lớp xen giữa được phân bố một cách ngẫu nhiên và có thể di chuyển tự do không định hướng. Ngoài ra, các 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học anion lạ còn có thể xâm nhập vào hoặc loại các anion trong lớp xen giữa mà không làm thay đổi tính chất của hiđrotalxit [3].4: Hình dạng cấu trúc lớp của hiđrotalxit Không có giới hạn các loại anion trong lớp giữa, tuy nhiên khi tổng hợp hiđrotalxit dùng để hấp phụ người ta thường dùng anion cacbonat, còn hiđrotalxit dùng để trao đổi ion thông thường lớp anion xen giữa là Cl -, Br-… Tùy thuộc bản chất của các cation, anion mà số lớp xen giữa và kích thước hình thái của chúng thay đổi tạo lên vật liệu có những đặc tính riêng. Khoảng cách giữa hai lớp hydroxit L = 3-4 A0, được xác định bởi kích thước của các anion, giá trị của L phụ thuộc vào: - Bán kính của các anion: Anion có bán kính càng lớn thì khoảng cách lớp xen giữa L càng lớn (hình 1.5: Giá trị L phụ thuộc vào bán kính anion - Cấu tạo không gian của anion: Anion NO3- xen giữa lớp hidroxit có cấu tạo không gian khác nhau nên L có các giá trị khác nhau (hình 1. 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học Hình 1.6: Giá trị L phụ thuộc vào dạng hình học của anion 1.

Tính chất Do hiđrotalxit (HT) có cấu trúc lớp, các anion xen giữa với độ trật tự thấp nên hiđrotalxit có khả năng trao đổi với các anion khác. Tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta có thể điều chế hiđrotalxit có chứa các anion mong muốn bằng phương pháp tổng hợp, trao đổi anion trong dung dịch, tái tạo lại cấu trúc hiđrotalxit sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp. a/ Tính trao đổi anion Các kim loại đa hóa trị hay các oxit kim loại trong dung dịch có lực hấp dẫn lớn đối với hiđrotalxit lớp xen giữa. Do đó hiđrotalxit trở thành một trong những hợp chất chủ yếu để trao đổi ion (hình 1.

Phương trình trao đổi có dạng sau: [M2+M3+A] + A’ = [M2+M3+A’] + A - A là anion ở lớp xen giữa, - A’ là anion cần trao đổi. Hoặc có thể trao đổi ở dạng sau: HT-A + A’ = HT-AA’ - HT-A là hiđrotalxit có anion xen giữa A - HT-AA’ là hiđrotalxit có hai anion xen giữa cùng tồn tại, khi đó quá trình trao đổi không hoàn toàn, A không trao đổi hết với A’. 15 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học Khả năng trao đổi ion phụ thuộc vào: - Tương tác tĩnh điện của lớp hidroxit với anion xen giữa và năng lượng tự do của các anion cần trao đổi. - Ái lực của lớp hidroxit với các anion cần trao đổi trong dung dịch và ái lực của lớp hidroxit với các anion trong lớp xen giữa.

- Cấu tạo của ion cần trao đổi (A’). - Hằng số cân bằng trao đổi tăng khi bán kính anion trao đổi giảm, trao đổi ion sẽ thuận lợi với các anion trong dung dịch có nồng độ cao. - Anion hóa trị (II) được ưu tiên hơn anion hóa trị (I) và thời gian trao đổi cũng nhanh hơn. - Khoảng cách lớp xen giữa (L).

- Sự trao đổi ion còn có sự ưu tiên đối với các ion trong mạng lưới tinh thể vật liệu chất hấp phụ rắn hoặc có cấu tạo giống với một trong những ion tạo ra mạng lưới tính chất của chất hấp phụ, khi đó sự hấp phụ được xem là sự kết tinh. - Khả năng trao đổi còn phụ thuộc vào pH của dung dịch chứa anion. Hiđrotalxit Trao Nun đổi ion g Nung Hỗn hợp oxit và/hoặc Nung khử hóa và/hoặc khử hóa Chất mang, oxit Nung và khử hóa Hình 1.7: Quá trình trao đổi anion và xử lý hidrotalxit 16 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nguyễn Thị Tƣơi Luận văn Thạc sỹ Khoa học b/ Tính chất hấp phụ Hấp phụ các anion còn là một hình thức tái tạo cấu trúc lớp của hidrotalxit sau khi nung ở nhiệt độ nhất định. Tính chất chất hấp phụ thể hiện rõ đối với HT/CO32-.

HT/CO32- sau khi nung ở nhiệt độ nhất định sẽ hấp phụ tốt hơn so với mẫu chưa nung. Khi đó HT/CO32- bị mất các phân tử nước lớp xen giữa và khí CO2 thoát ra, hình thành tâm bazơ O2- có cấu trúc kiểu MII1-xMIIIx(O)1+x/2. Trong dung dịch, các oxit này có khả năng tái tạo lại cấu trúc lớp với các anion khác. Ví dụ điển hình là sự hấp phụ HT/CO32- của hiđrotalxit điều chế từ nhôm và magie có công thức: [Mg1-xAlx(OH)2][(CO3)x/n].

Phương trình tái tạo cấu trúc lớp như sau: Mg1-xAlx(O)1+x/2 + x/nAn- + (1+x/2)H2O ---> [Mg1-xAlx(OH)2][Ax/n].