Nghiên Cứu Vật Liệu DUT-52 và Ứng Dụng Xử Lý Ion Cr(VI) Trong Nước

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp vật liệu dut 52 và ứng dụng xử lí ion crvi trong nước, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Ánh Thanh Loan
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn My
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM
• Chuyên ngành: Sư phạm Khoa học Tự nhiên
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu DUT-52 và Ứng Dụng Xử Lý Ion Cr(VI) Trong Nước
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước
• 1.2. Thực trạng ô nhiễm Chromium trong nước và xử lí bằng phương pháp hấp phụ
• 1.2.1. Chromium trong sản xuất công nghiệp và đời sống
• 1.2.2. Hấp phụ là phương pháp hiệu quả trong xử lí ô nhiễm chromium trong nước
• 1.3. Giới thiệu chung về vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs)
• 1.3.1. Giới thiệu vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs)
• 1.3.2. Các phương pháp tổng hợp MOFs
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2. Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu DUT-52
• 2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ chromium của vật liệu DUT-52 trong môi trường
• 2.3.1. Xây dựng đường chuẩn Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang
• 2.3.2. Ảnh hưởng của pH
• 2.3.3. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ
• 2.3.4. Đăng nhiệt hấp phụ
• 2.3.5. Động học hấp phụ
• 2.3.6. Thu hồi và tái sử dụng vật liệu
• 2.4. Các phương pháp nghiên cứu hóa lí hiện đại
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu DUT-52
• 3.2. Đánh giá khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu DUT-52
• 3.2.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
• 3.3. Mô hình động học hấp phụ
• 3.4. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu DUT-52
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Vật Liệu DUT 52 và Cr VI

Nghiên cứu vật liệu DUT-52 đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước, đặc biệt là ion Cr(VI). Vật liệu này được phát triển nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước, một thách thức lớn trong bảo vệ môi trường. Cr(VI) là một trong những ion kim loại nặng phổ biến và độc hại, gây ra nhiều vấn đề sức khỏe cho con người. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý ion Cr(VI) là rất cần thiết.

1.1. Ô nhiễm nước và tác động của ion Cr VI

Ô nhiễm nước do ion Cr(VI) gây ra là một vấn đề nghiêm trọng. Nguồn ô nhiễm này chủ yếu đến từ các hoạt động công nghiệp như sản xuất thép, nhuộm và hóa chất. Cr(VI) có tính độc hại cao, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh thái.

1.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu DUT 52

Vật liệu DUT-52 có cấu trúc khung hữu cơ kim loại, cho phép hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng. Với diện tích bề mặt lớn và khả năng điều chỉnh cấu trúc, DUT-52 hứa hẹn là giải pháp tiềm năng trong xử lý ô nhiễm nước.

II. Thách thức trong xử lý ion Cr VI trong nước

Xử lý ion Cr(VI) trong nước gặp nhiều thách thức, bao gồm hiệu suất hấp phụ thấp của các vật liệu truyền thống. Các phương pháp như kết tủa hay trao đổi ion thường không đạt hiệu quả cao. Do đó, việc phát triển vật liệu mới như DUT-52 là cần thiết để cải thiện khả năng xử lý.

2.1. Các phương pháp xử lý ion Cr VI hiện tại

Các phương pháp xử lý ion Cr(VI) hiện tại bao gồm kết tủa, trao đổi ion và hấp phụ. Tuy nhiên, những phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc loại bỏ hoàn toàn ion Cr(VI) khỏi nước.

2.2. Hạn chế của vật liệu truyền thống trong xử lý nước

Vật liệu truyền thống như than hoạt tính và zeolite có nhiều hạn chế, bao gồm thời gian hấp phụ dài và khả năng tái sử dụng thấp. Điều này làm giảm hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm nước.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu DUT 52 hiệu quả

Phương pháp tổng hợp vật liệu DUT-52 được nghiên cứu nhằm tối ưu hóa khả năng hấp phụ ion Cr(VI). Quá trình tổng hợp bao gồm việc sử dụng các ion kim loại và cầu nối hữu cơ để tạo ra cấu trúc khung vững chắc. Điều này giúp tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu DUT 52

Quy trình tổng hợp vật liệu DUT-52 bao gồm các bước hòa tan, gia nhiệt và kết hợp các thành phần hữu cơ và vô cơ. Điều này đảm bảo tạo ra cấu trúc tinh thể đồng nhất và ổn định.

3.2. Đặc điểm cấu trúc của DUT 52

Cấu trúc của DUT-52 cho phép hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng. Với diện tích bề mặt lớn và kích thước mao quản đồng đều, DUT-52 có khả năng hấp phụ cao hơn so với các vật liệu truyền thống.

IV. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của DUT 52

Nghiên cứu cho thấy vật liệu DUT-52 có khả năng hấp phụ ion Cr(VI) hiệu quả. Các thí nghiệm cho thấy rằng khả năng hấp phụ của DUT-52 vượt trội so với các vật liệu khác. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng vật liệu này trong xử lý ô nhiễm nước.

4.1. Đánh giá khả năng hấp phụ ion Cr VI

Khả năng hấp phụ của DUT-52 được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy DUT-52 có thể loại bỏ một lượng lớn ion Cr(VI) trong nước.

4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ

Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ ion Cr(VI) ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của DUT-52. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt hiệu quả cao nhất.

V. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu DUT 52 trong xử lý nước

Vật liệu DUT-52 không chỉ có tiềm năng trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước ô nhiễm. Việc áp dụng DUT-52 trong các hệ thống xử lý nước có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.1. Ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước

DUT-52 có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp loại bỏ ion Cr(VI) hiệu quả. Điều này góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

5.2. Tiềm năng phát triển trong tương lai

Với những ưu điểm vượt trội, DUT-52 có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước. Nghiên cứu và phát triển thêm các vật liệu tương tự sẽ mở ra nhiều cơ hội mới.

VI. Kết luận và triển vọng nghiên cứu vật liệu DUT 52

Nghiên cứu vật liệu DUT-52 cho thấy tiềm năng lớn trong việc xử lý ion Cr(VI) trong nước. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành xử lý nước.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy DUT-52 có khả năng hấp phụ ion Cr(VI) cao, mở ra cơ hội ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của DUT-52 trong các lĩnh vực khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM KHOA HOÁ HỌC TP. HỒ CHÍ MINH NGUYEN ANH THANH LOAN KHOA LUAN TOT NGHIEP HOA HOC TP. Hồ Chi Minh - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP.HCM KHOA HOÁ HỌC TP. HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Khoa học Tự nhiên Giảng viên hướng dẫn: TS.

Nguyễn Van My Họ và tên tác giả: Nguyễn Ánh Thanh Loan - 46.127 Xác nhận của cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) TP. Hỗ Chí Minh - 2024 Xác nhận của Hội đồng phản biện: XÁC NHẠN CUA GVHD XÁC NHAN CUA CHU TỊCH HỘI DONG (Kí và ghi rã họ tên) (Kí và ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BẢN XÁC NHAN CHÍNH SỬA KHÓA LUẬN Họ và tên: Nguyễn Anh Thanh Loan Ngày sinh: 01/07/2002 Nơi sinh: Thành phố Hỗ Chí Minh Chuyên ngành: Sư phạm Khoa học Tự nhiên khóa: 46 Tôi đã bảo vệ khóa luận tốt nghiệp với đẻ tài: “Tong hợp vật liệu DUT-52 và ứng dụng xử lí ion Cr(VI) trong nước” tại hội đồng chấm khóa luận ngày 03 tháng 05 năm 2024 Tôi đã sửa chữa và hoàn chỉnh luận văn đúng với các góp ý, yêu cầu của Hội đồng vả ủy viên nhận xét, gôm các ý chính như sau: Thêm định nghĩa Tiếng Việt các phương pháp phân tích ở danh mục viết tắt. Thống nhất các đơn vị đo lường. Thống nhất các số liệu và điều kiện thực nghiệm.

Đã chỉnh sửa chú thích các hình ảnh ở mục các tính chat hap phụ ion Cr(VI) của vật liệu. Sửa lại các công thức của phương trình đăng nhiệt Langmuir, Freundlich va Temkin; phương trình động học biéu kiến gia bậc 1 và giả bậc 2. Bồ sung thêm hình ảnh phô FT-IR banday đủ và hình ảnh tạo phức của Cr(VD) vơi 1,5-DPC. Bồ sung các tài liệu tham khảo cho phủ hợp với bai nghiên cứu Nay tôi xin bao cáo đã hoàn thành sữa chữa khóa luận tốt nghiệp như trên và đề nghị Hội đồng cham luận văn.

người hướng dẫn khoa học xác nhận. Hồ Chi Minh, ngày 09 tháng 05 năm 2024 Sinh viên (kí tên và ahi rỗ họ tẻn) Xác nhận của người hướng dẫn khoa học Xác nhận của Chú tịch Hội đồng (ki tên và ghỉ rõ họ tên} (ki tên va ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thay Nguyễn Văn My đã tận tình hướng dan, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tạo điều kiện thuận lợi giúp em thực hiện khóa luận. Em rất biết ơn những lời đông viện chia sẽ từ Thay, đó là những lời động viên chia sẽ quý giá nhất mà em nhận được trong suốt quãng đường thời gian còn là sinh viên. Em xin cảm ơn các Thay Cô trong Khoa Hóa học, đặc biệt là các Thay Cô trong bộ môn Hóa lí đã tạo điều kiện cho em học tập về kiến thức va cung cấp các trang thiết bị dé em thực hiện khóa luận nay.

Cảm ơn các anh chị, các bạn, các em đã cùng em vượt qua những khó khăn thử thách thời gian qua. Cuối cùng, con cảm ơn gia đình đã luôn bên con những lúc khó khăn, gia đình là động lực dé con phan dau và đạt thành qua như ngày hôm nay. Hỗ Chí Minh, tháng 05 năm 2024 Nguyễn Ánh Thanh Loan MỤC LỤC HDD IA NIMDÌ | ö¿221111101110121032241221022133211824382138213921992212281E218E118121062111239123981208820822006250E-3/ i MUC LUC 252 —.,ÔỎ ii DANH MỤC CHỮ VIET TAT .40J lv 1U 87:21 60):11 5Ú "na ốa .ố ếẽố ah v ĐĂNHH RE HÌNHÀNH scccsicecsszcssscovecssceassssusssseassvesusssansssnessmavsatansasteanisenneactss vi (0> 40 ic icccccnccasccosscasssaassosiecaiceaiccasccasceuasseasesssccsscoanccastcuastuacessxtosstcsxtcastcastoas | CHUGONG 1: TONG QUAN. Hiện trang ô nhiễm kim loại nặng trong nước.

Thực trạng ô nhiễm Chromium trong nước và xử lí bằng phương pháp hap phụ. - Giới thiệu chung vẻ vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF$). Giới thiệu vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFR§). (Các phương pháo tổng hop MOEE.

Tiềm năng ứng dụng của vật liệu MOEs. Tổng quan vẻ vật liệu Zr-MOF-.1 Đặc điểm chung của vật liệu Zr-MOFS -.2 Các chiến lược tông hợp vật liệu Zr-MOFS.2 552cc cv se 13 CHƯỜNG š: THUC NGHIỆNM sssissssississssssaissssssesssoassscrsssiecsisossvasssissssessiaerasaiseasis 16 2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.2 Dụng cụ và thiết Bj. Quy trình thực nghiệm tông hợp vật liệu DUT-52.1 Khảo sát khả năng hap phụ chromium của vật liệu DUT-52 trong môi trường HH: :2211212202222622521222222212453428202583a58g25085452428ã82282535gag8szggz¿28ã3ó2553ã5833852ggs2g52:85ã52ãE 17 2.2 Xây dựng đường chuẩn Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang.2 Anh hưởng của pH.

¿c2 2 21 E1 ng ng 10021012 11 TH 0202 eg 18 2. Ảnh hưởng của lượng chất hap phy. Đăng nhiệt hap phụ.--22- 22222222 E23 SE 221221112131 11 xe reecrrecveg 19 2. Động học hap eee 19 2.

Thu hi va tái sử dụng vật LGU o. Các phương pháp nghiên CU. Các phương pháp nghiên cứu hóa lí hiện đại.‹‹c 20 DAD Nghiêncôu động học HA phith. Nghiên cứu đăng nhiệt hấp phụ.-----22-ccs2cxkecrxectreecrrseee 23 CHƯƠNG 3: KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN.

_ Đặc trưng cấu trúc vật liệu DƯT-52.---- + 2222222122215 117x2scrrcre, 25 SAUD, (GD FĐstnensnntiintoititgiitgiitatititigtiigiitgiitgii180119010321003110G180G101G10182016461013036486 25 3. Đánh giá khả năng hap phụ Cr(VD của vật liệu DUT-52. Ảnh hưởng của pH. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu.

MÔiRình đẳng ñRIỆHBEB BẰ Ncuaasannoniannsnoaaniananaintiiatittiasuaaniaanaastano 31 3. Mô hình động hoc hấp na cớ 34 3. So sánh kha năng hap phụ của vật liệu DUT-52.- 36 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIEN NGHỊỊ.- 22222222222 5222zsecsvei 37 TATTRETTTHANI KH. 44 DANH MỤC CHU VIET TAT Ultraviolet- Visible Spectroscopy Hap thy tử ngoại — khả kiên Brunauer-Emmett-Teller be se xay Dresden University of Technology iv DANH MỤC BANG BIEU Bang 2.

Các hóa chat sử dụng cho nghiên cứu.--22-222sc22xc2vxccvsrrcrserrree 16 Bang 2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. Các tham số của phương trình đăng nhiệt Langmuir, Freundlich và Temkin §4936371888505853595305150308139839888553636303081513151393838883853585839433818919181383888585353583539481531919838899585 33 Bang 3. Các tham số của phương trình động học biểu kiến hap phụ Cr(IV) của DUT-52 Sÿ9IS/20503039153889069539999091305090%03910818963590309031591931993838985839395859850809980983858985859539750595797399 898058 35 Bang 3.

So sánh dung lượng hap phụ của DUT-52 với các vật liệu MOEs khác. 36 Vv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Một số dạng tồn tại của Cr trong nước theo pH. Sự hình thành vật liệu MOFS .cc ccc cceceseceseceseceescceseceseeeseeesees 6 Hình 1.

Mô tả phương pháp nhiệt dung môi.- ẶàcSsseeeseereerree § Hình 1,4, Mb itd phương phan VÌ SH (ooscooooaooaoooooooooooooaoooooooooooooooooooc § Hình 1. Mô tả phương pháp điện hóa. SH nhu 9 Hình 1. Mô tả phương pháp siều âm.

Mô tả phương pháp nghién cơ học. Cấu trúc tinh thẻ của Zr-MOFs theo các hướng khác nhau. Cau trúc tinh thê MOFS-§0I. Mô phỏng cấu trúc DUT-52.

Phan ứng tông hop DUT-52. Đường chuẩn của ion Cr(IV) với các nông độ khác nhau. Cau trúc của vật liệu DUT-52. Giản đồ PXRD của các mẫu DUT-52.

2-222z2xz z2 2z zz£ 26 Hình 3. Giản đồ TGA của vật liệu DUƯT-52. 22: 2-22222EZ2EEZ2xz2zzcszez 27 Hình 3. Đường đăng nhiệt hap phụ N: tại 77 K của vật liệu DUT-§2.

Pho FT — IR cúa vật liệu. Anh SEM của vật liệu DUT-52.(-5ccc<cccerssereeccee 29 Hình 3. Ảnh TEM của vật liệu DUT-52. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hap phụ của DUT-52.

Anh hưởng của lượng vật liệu đến dung lượng hap phụ của DUT-52 31 Hình 3. Đường đăng nhiệt hap phụ Cr(TV) của DƯT-52. Đường động học hap phụ Cr(IV) của DUT-52.-22- 22522 35 vì MỞ ĐÀU Gan đây, sự phát trién mạnh mẽ của nén kinh tế trên thé giới cũng như tại đất nước ta đã dẫn đến việc môi trường gặp phải nhiều ảnh hướng tiêu cực từ quá trình công nghệ hoá và hiện đại hoá. Môi trường nước bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi nguồn phát thải từ các nha máy và xí nghiệp trong ngành dét nhuộm, sản xuất pin, thuốc trừ sâu và được phẩm.

Thành phân của nước bị ô nhiễm chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ độc hại khó phân hủy như phenol và các dẫn xuất của phenol, cũng như các loại phâm màu. Bên cạnh đó, hàm lượng các kim loại nặng như thủy ngân, chì, cadimi, chromium, niken, asen,. trong nước thải vượt quá giới hạn cho phép của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), là một trong những ngudn 6 nhiễm, tác động tiêu cực đối với đa dạng sinh học trên Trái Đất. Trong đó, chromium là nguồn ô nhiễm tương đôi phô biến khi đề cập tới kim loại nặng bởi chì được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp luyện kim: chế tạo thép không gi, mạ chromium; ngành nhuộm, ngành y tẾ và các ngành khác như: chế tạo các thiết bị khoan, vỏ may móc, ngành công nghiệp 6 tô, xe máy,.

Tuy nhiên, lượng thai chromium sau quá trình sản xuất, thậm chí là nguồn chất thải gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống. Chromium xâm nhập vào con người chủ yếu thông qua đường tiêu hoá gây nên các bệnh lý về ung thư, rỗi loạn than kinh, thiểu máu, viêm thận ở con người mặc dù chỉ ảnh hưởng do chromium với hàm lượng rat ít [1]. Do đó, nhu cầu phát triển công nghiệp hoá gắn liền với bảo vệ môi trường đang là bài toán cấp bách, khó khăn đối với các nghiên cứu khoa học ở Việt Nam cũng như trên thé giới. Một số phương pháp đã và dang phát trién nhằm loại trừ chromium trong nước thải như hap thụ, tạo kết tủa, lắng đọng, tách mang, nhũ hoá, keo tụ - đông tụ, xử lý ví sinh [2-7].

Trong đó, hap phụ được xem là phương pháp hiệu qua, ít tốn kém, có thé xử lý nông độ chromium cao ngay cả ở nhiệt độ phòng. Những năm gan đây, công trình nghiên cứu tim thay va ứng dụng loại vật liệu xóp, thé tích vi mao quản có diện tích bề mặt riêng lớn sử dụng làm vật liệu hap phụ, xúc tác chọn lọc dé loại trừ chromium trong môi trường nước đang thu hút đông đảo các nhà khoa học tham gia va có giá trị to lớn về mặt kinh tế cũng như kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Sự xuất hiện của các vật liệu vi mao quản như than hoạt tinh, zeolite, oxide kim loại, chitosan, ống nano cacbon đáp ứng phan nảo nhu cầu xử lý các chất ô nhiễm trong nước. Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu truyền thong là thời gian hap phụ đài, không ôn định, diện tích bẻ mặt riêng nhỏ dẫn đến khả năng hap phụ thấp.

Dé khắc phục những thiếu sót này, trong thập ky qua, các nha nghiên cứu đã tập trung phát trién một loại vật liệu mới có khả năng hấp phụ cao gọi là “khung kim loại-hữu cơ” (MOFs) [8,9]. Vật liệu MOFs được cấu tạo từ các ion kim loại hoặc cụm kim loại và các cầu nối hữu cơ. Ở đó, các cụm kim loại đóng vai trò là điểm kết nói và các hợp chất hữu cơ đóng vai trò là cầu nối, kết nỗi với các cụm kim loại thông qua liên kết phối trí dé tạo thành cau trúc khung mạng 3D có độ trật tự cao.