Nghiên cứu khả năng hấp phụ sắt, mangan trong nước bằng vật liệu mno2 ở kích thước nanomet

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ SẮT, MANGAN TRONG
NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU MnO2 Ở KÍCH THƢỚC NANOMET

NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ NGÀNH: 306

Giáo viên hƣớng dẫn

: ThS. Nguyễn Thị Bích Hảo
ThS. Nguyễn Thị Ngọc Bích

Sinh viên thực hiện

: Vũ Thị Đức Trang

MSV

: 1153061915

Lớp

: 56B - KHMT

Khóa học

: 2011 - 2015

Hà Nội, 2015


Qu th i gi n h
th i gi n th

LỜI CẢM ƠN
t p, r n lu n t i Tr

ng

ih

L m nghi p v

t p t t nghi p t i Trung t m th nghi m, th c hành T6 –

h c Lâm Nghi p, t i

ho n th nh hu n

i

t t nghi p Nghiên cứu khả

năng hấp phụ Sắt, Mangan trong nước bằng vật liệu MnO2 ở kích thước
t

nanomet

v

k t qu n

t o i u ki n gi p

t i in h n th nh

m nt t

t i trong su t qu tr nh nghi n

n

u v th

hi n

t i
L i
hi u Tr

u ti n ho ph p t i
ng

ih

t m th nghi m th

t l ng i t n s u s

L m nghi p, Kho QLTNR&MT,
h nh Khoa QLTNR&MT

t i trong su t qu tr nh h
i t tôi in
và cô Ngu n Th Ng

t p t i tr

t l i

i

ki n ho t i trong su t qu tr nh th
Cu i
v

n
u

n gi m

Trung

qu th

gi ng

t i

t n t nh h

Ngu n Th
ng

hi n v ho n thi n

n, gi p

hH o
,t o i u

i hu n

n

ng t i in h n th nh

m n nh ng ng

qu n t m gi p

ng vi n t i trong su t th i gi n nghi n

v

i th n trong gi

nh

t i
i s

g ng v n l

h t m nh nh ng

nh ng thi u s t T i r t mong nh n
t i

n gi m

ng

m ns us

h, ng

ng

t i

nh ng

t i kh ng tr nh kh i
ng g p t qu th

ho n thi n h n
M tl nn

t i in h n th nh

m n
H N i, ng

th ng 5 n m

Sinh vi n th

hi n

Vũ Thị Đức Trang

5


KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
KÍ HIỆU
t li u (5 g,

mm)

t li u ng m tẩm 5 g sili gel k h th

=

mm

t li u (5 g, 5mm)

t li u ng m tẩm 5 g silicagel k h th

= 5mm

CHỮ VIẾT TẮT

FTIR

Fourier Transformation Infrared - Ph

ng ph p phổ hồng

ngo i
SEM

Scanning Electron Microscope - Ph

ng ph p k nh hi n vi

i n tử qu t
TEM

Transmission Electron Microscope - Ph
hi n vi i n tử tru n qu

XRD

X-ray - Ph

ng ph p nhi u

ti X

ng ph p k nh


1

Ng
ng

i

ĐẶT VẤN ĐỀ
ng ngh n no ng n l m th

n
i k h th

ng

nh

n nomet, v t li u n no

o m nh ng v t li u

n

h

o, ho t t nh

t

ng kh i kh

mở r

to l n trong nhi u lĩnh v

kho h

ng ngh

m i tr

ng

ng ng

s n

ph t tri n th

th i v

ng ngh -

ử l m i tr

v

n

n

l m t ng

l n

ut t

ng

nhi m m i tr
ửl m t

sinh ho t

ửl n

h tri t

nhi m s t, m ng n C
…, t

ph

ng ph p ử l

ng ph p ử l n

v

ng

ph

v n
ng ph p

nh : k t tủ , h p thụ, h p phụ, tr o ổi ion, o i

Trong

ph

phụ l phổ i n nh t v hi u qu trong vi

tri n

n

M t trong

khử, t o ph , thẩm th u ng

u h t ov

h p phụ kim lo i n ng trong n

o nh ng

n

ng o nguồn kh th i, n

h

nghi n

tri n

i l n ho lĩnh v

i t N m, s ph t tri n kho h

h , h -l

lo i

nhi m

ng ngh n no h

h

i

ng

i t l kh

ng, khi m t nh tr ng

i t N m ũng nằm trong nh m

h t th i r n kh ng

li u n no

t tr i… Ch nh

i s ng v

ng ph t tri n th

nm i

th h

qu n t m

nh

ho v t li u n no nh ng ng ụng v

Trong v i th p kỷ qu , ở

ngh v s

kh ng th

ng ngh n no nh m t trong nh ng lĩnh v

Tu nhi n, ở

ph t tri n v v n

on

m t trở n n tr m tr ng t i nhi u n i tr n th gi i M t

v ng nh t ủ th kỷ
n

s ng ủ

nh ng t nh h t v

m nh, kh n ng h p phụ v

nh ng t nh h t m i n
n ng ng ụng trong

ổi u

t nh u vi t ủ

h ng

ng ngh n no, t i th

hi n

theo
lo i

ng ụng

u

u ụ th m
, ph

h n

ng ph p h p

s t, m ng n sử ụng v t
v t li u n no o it kim

nhi u nh kho h

qu n t m

i mong mu n g p ph n v o vi

ph t

t i: Nghiên cứu khả năng hấp phụ

sắt, mangan trong nước bằng vật liệu MnO2 ở kích thước nanomet”.


2
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.
ỉnh

Tổng quan về vật liệu nano
t li u n no (n no m teri ls) l m t trong nh ng lĩnh v
os i

ng nh t trong th i gi n g n

ng tr nh kho h , s
li n qu n

n kho h ,

t nh v s ti n

i u

ằng ph t minh s ng h , s
ng ngh n no gi t ng theo

u t v o lĩnh v

n

l n

o

p ( ng n no),

n no), n ng l

ng (lồng n no), t

trụ (v t li u

u tr

n no),

u

th hi n ằng s
ng t

p s mũ Con s

n 8 6 tỷ

l v on m

C nhi u ng nh ng ụng v t li u n no nh
v v t li u

nghi n

4

(h t n no), h

h t

ng ngh th ng tin, vi n th ng (v t li u
ng h

( h ml

ng tử), h ng kh ng vũ

t ( t n no), n ng nghi p (h t h

( psule))… Ngo i nh ng ng ụng tr n, v t li u n no
trong ử l kim lo i n ng trong n

ằng ph

p

n

n no

ng ụng

ng ph p h p phụ

Một số cấu trúc của MnO2:
 Mangan đioxit (MnO2) [2]:
M ng n io it l m t trong nh ng h p h t v
ng ụng trong th
th

M ng n io it

Trong h p h t m ng n io it h

MnO2 v m t l
h

t

ng nh

l nh K+, Na+, Ba2+, OH- v
u tr

th nh ph n h
m t l

ph

n h

nhi u

kh ng h p
i

n MnO2 Do

ủ m ng n io it

ng

u tr
tion

ph n tử H2O.
t p os s p

p kh

m ng n v o i trong ph n tử Theo l thu t v
stru tures), m ng n io it tồn t i ở m t s
MnO2, ε-MnO2…

h

ng l n Mn 4+

o it ủ Mn t MnO1.7

nhi u l tr ng n n trong tinh th

MnO2

qu n tr ng,

nh u ủ
u tr

ngu n tử
ng h m (tunnel

ng nh β-MnO2, γ-MnO2, α-


3
- β-MnO2:

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể β-MnO2
- Ramsdellite:

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của ramsdellite


4
- γ-MnO2 và ε-MnO2:

Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của γ-MnO2

Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của ε-MnO2

- α-MnO2:
Tinh th

ủ α-MnO2

] mở r ng
Nh ng

o gồm

ng h m

u tr

theo trụ tinh th ng n - is ủ m t

ng h m n

h nh th nh t h i hu i

] ủ α-MnO2 r t ph h p ho s

Na+, NH4+ ho

n

 Dạng khử của oxit mangan [2]:
- Manganite (γ – MnOOH):

]v [

nv t

i n

t i n MnO 6 có chung

nh v i nh u Tr i v i β-MnO2, r ms ellite, v γ-MnO2,
l n[

[

m nh p ủ

u tr

ng h m
ion l nh K+,


5
- Groutite (α – MnOOH)

(a)

(b)

Hình 1.5. Cấu trúc tinh thể của γ – MnOOH (a) và α – MnOOH (b)
- δ – MnOOH
- Hợp chất dạng spinel Mn3O4 và γ – Mn2O3

Hình 1.6. Cấu trúc tinh thể của Mn3O4 và γ – Mn2O3
1.1.1. Điều chế vật liệu nano
1.1.1.1. Phƣơng pháp thu vật liệu nano
Vật liệu nano có thể thu được bằng 4 phương pháp cơ bản
 Ph
t o v t li u

ng ph p h
ng trong h

t (wet chemical):

o gồm

keo ( olloi l hemistr ), ph

sol-gel, v k t tủ Theo ph

ng ph p n ,

tr n v i nh u theo m t tỷ ph n th h h p,

ung
it

ph

ng ph p h

ng ph p thủ nhi t,
h h

ion kh

ng ủ nhi t

nh u
, áp


6
su t m

v t li u n no

kh , t thu
th

h t o

r t
th

ng ph p

tử n

ung

h S u

v t li u n no Ưu i m củ ph

lo i rẻ ti n v
ph

k t tủ t
ng, h ng

h t o

ng ph p l

th l v t li u v

m t kh i l

n tồn t i nh ng nh

qu tr nh l , s
v t li u

,h u

, kim

ng l n v t li u Tuy nhiên,

i m: các h p ch t có liên k t v i phân

c có th là m t kh kh n, ph

ng ph p sol-gel thì khơng có hi u su t

cao.
- Ph
n m3

ng ph p sol – gel [11]: M
ủ th kỉ tr

kĩ thu t n no, ph
th nh

, nh ng g n

h tr nt

,

h t ph i ủ nh

Colloi e l

p

h t

u t o m ng li n k t

t n h t l ng, v gel h nh th nh t
n trong tr

ng h p

h p h t ho t
Gi i o n n

ng tụ ti n h t

Ph

ng ủ kim lo i nh
th

t , nồng

n ph n

n trong m i tr

nv h

h

ng ph n

olloi e gel,

nh h n

h t

t

nh n, tỷ l n
nh

lo i tr

qu n v l m sụp ổ m ng gel, ho

u

u

ng ồng nh t

tổng h p sol n

l

lko i e ủ sili , nh m, tit n…

h nh th nh m ng polime li n tụ h
nung n ng

l

ph n tử Gel l

h nh th nh sol,

i u khi n ằng s th

ng ph p l m kh sẽ
th

9

n

h tr n

trong ph m vi

h t keo ( olloi e) g i l

h t o it si u nh trong h t l ng Ch t

ng tụ

3

ho

o ph n tử Trong quá trình sol – gel, gi i o n

ti n l s thủ ph n v

ph n ng

k h th

hi u

t o th nh t nh ng

colloide th g i l gel
ủ

qu n t m r t nhi u v n r t

m v trong m i h t tồn t i kho ng

h tr nr

i v ph t tri n ủ

n trong h t l ng, v

nh k h th

t n ph i l n h n tr ng l
n

ng v i s r

u v o nh ng

p h t n no Sol l tr ng th i tồn t i ổn

ng olloi e

tồn t i ở tr ng th i ổn
mm

,

ng ph p sol – gel l i

ng trong tổng h p v t li u

nh ủ

nghi n

ổi pH, nhi t
C

h t sol

v th i gi n
th l n l n v

gel h

ung m i

t nh h t ủ s n phẩm u i
ph n tử ung m i, g

pl

ng: gel
l nm o

l m kh si u t i h n, ho ph p lo i

ph n tử ung m i m kh ng sụp ổ m ng gel S n phẩm u i

ng thu


7
t ph

ng ph p l m kh si u t i h n g i l

g il

erogel

- Ph

n

n

th thu

ng ph p thủ nhi t: Ph

trong n

ủ

v

u ti n, trong

ti n h t r n Khi nhi t

t ng,

ủ

ng ho h
o nn

ng ph p thuỷ nhi t l

tm) trong h k n

khi n ho nồng

ng h n C

k h th

r t nhi u v o tỷ l

nhi t

, p su t

n

h t th m gi ph n ng t t, t ng

ng k

o

th
 Ph

i u h

nghi n
m

h

Theo ph

m tl
th

 Ph

t

ph

phủ
h

ng ph p n

h t

k h th

h t ph n ng

ph

ng ph p t n,
ng

t

ng

ng l

ng ph p n

th

h t

t ti n v

th

h t ov i

k t tụ v i nh u, ph n

k h

ụng ụ h t o v th

ng

nh
: Gồm

p ụng hi u qu
it

ng

nh l kim lo i Ưu i m của

ph

ng ph p qu ng kh

trong h n kh ng (v uum eposition) v t l , h

m t Tu v , ng
o v t li u t

ủ

nghi n th
Ph

nhi m ẩn t

ng pháp 77

(lithogr ph ),
C

m

nghi n qu

i m:

h t kh ng ồng nh t,
th

n ,

n gi n, ụng ụ h t o kh ng

ng l n v t li u Nh

kh

m

o gồm

t o v t li u kh ng ph i l h u

ng ph p:

ồng th i

ng ph p n , v t li u ở

nh h n Ng

nghi n ki u h nh tinh h

ph

ti n h t,

o, ho ph p khu ch tán các

m t ti p

h c (mechanical):

n k h th
ng

ng,

phụ

nhi u v t li u mong mu n

ng ph p

nghi n, h p kim

sẽ

h tm in

ng n

p su t

h ở gi i

, h nhi t

i m l k t tủ
v

ho t n,

ng t ng l n v ph n

u S u

ng ph p n

hi ro it kim lo i ở i u ki n nhi t

o gồm

u th nh n n ung

h t ph n ng, l

Ph

C) và áp

nh thuỷ nhi t hỉ

r ph n ng ng ng tụ t o th nh h t m i S t o th nh
thu

0

ti n h t li n tụ

ph n tử

nh h n ti n h t

ng s ho t n

o (h n

h ng trong h n h p l ng ng

r

ng ph p nung

nhi u lo i s n phẩm kh

h t th m gi ph n ng ở nhi t

su t (l n h n
n

nh gel

erogel, theo ph

ũng

Tu nhi n ph

h t o m ng m ng ho
th

ng n

ng ph p n

l p

h
o

h t o h t n no ằng
kh ng hi u qu l m


8
th

h t o ở qu m th
 Ph

ng m i

ng ph p h nh th nh t ph kh (g s – ph se): Gồm

ph p nhi t ph n (fl me p rol sis), nổ i n (ele tro-e plosion),
l tion),

nhi t

o, pl sm Ngu n t

ủ

l u,

ng

t l ser th

t o

v t li u

th t o

n gi n nh

o

hi u

th h h p

th

ng

th

ng ph p

t r t

r on, sili on Ph

t o v t li u h u

r on, r t nhi u

h ng th p Ph

ng ph p

ng ph p pl sm m t hi u

t o r t nhi u v t li u kh

ph p h nh th nh t ph kh
ng

ng ph p n

nhi u lo i v t li u nh ng l i hỉ gi i h n trong

ph ng th nghi m v hi u su t ủ
v

ng

t l ser (l ser

ph

l h nh th nh v t li u n no t ph kh Nhi t ph n l ph

ph

v nhi t
ng hủ

ng t

ủ n
u

ng ph

nh u nh ng l i kh ng
th

t o lồng

o

n9

C Ph

ng

r on (fullerene) ho

ng ph p n

h t o m ng t nh

ng m i

1.1.1.2. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano
- Ph

ng ph p t tr n u ng (top-down):

Nguyên lý: D ng kỹ thu t nghi n v
th

l n v k h th

n no

nh ng r t hi u qu ,

th

t

i

i M

ph
m tl

o Trong ph

tr n l n v i nh ng vi n i

trong m t
qu

l

h t o

ồng nh t ủ v t li u kh ng

i n

nghi n

t

hi u (
p Nhi t
N u nhi t
nhi t

n k h th

n gi n, rẻ ti n

ng ph p nghi n, v t li u ở
v t li u r t

vi n i

ng v

ng

th l

th

i u hỉnh t

thu

v o t ng tr

ph ng th

v t li u n no m t hi u (

nghi n

h m v o nh u

n thủ l , tu t,

g il
g il

t

l v t li u n no kh ng

ng ph p i n
ph ng th

ng

ng v

th l nghi n l , nghi n rung ho

n no K t qu thu

l n h n nhi t

k h

ng l n v t li u nh ng t nh

h t n no) Ph

nh h n nhi t
l

i n v t li u

ng ph p

l mt

( n g i l ki u nghi n h nh tinh) C

v ph v

ng

i n

n no) ho

i n

n,

ng h p ụ th
ng n ng,

n

ng ngu i K t qu thu
h i hi u (l p

hi u

9
nm) Ngo i r , hi n n
kh

t or
- Ph

u tr

ng v

n no m

h ng t

ph p t
ph

il n

Ph

ng ph p v t l , h

ng ph p n

hu n ph

Ngu n tử

ng ph p v t l :

Ph

ng ph p hu n ph : v t li u

v

thu

v t l th

ng

ng

tính. Ph

ng ph p n

i t ph i th

n no t

l

o o kh

ng l n

r

hu n h
ng ph p

ụ: ổ

ng m

h t n no, nh ng s

i u khi n

k h th

ng v t

ồng

h t

ng ph p t o v t li u n no t

i ml r t

ion

v o v t li u ụ th m

ổi kỹ thu t h t o ho ph h p Tu nhi n, h ng t v n

ph

ph l ng (ph

ng ph p h

h

th nh h i lo i: h nh th nh v t li u

ng ph p k t tủ , sol-gel…) v t

ph n,…) Ph

ng ph p n

m ng n no,

t n no… Ph

h t, thu

t o r t

, ph ng i n hồ qu ng)

h t n no, m ng n no, v

tổng h p

h

th ph n lo i

hi n theo

ng ph p ngu i nh nh) Ph

+ Phương pháp hóa học: L ph
ng

th th

nh h nh, ử l nhi t

t o

h t kh ng

ng ph p h

n no, ng

nung n ng rồi ho ngu i v i t

nh h nh – tinh th (k t tinh) (ph

Ph

h t n no,

h i

ng ph p t o v t li u n no t ngu n tử

nhi t ( t, ph n

tr ng th i v

u k h th

ng

k th p

h nh th nh v t li u n no

ph

nh nh

ho

Ph

h , k t h p:

+ Phương pháp vật lý: L ph
ho

h

th t o

v t li u

ng ph p n

t n no… Tổng h p v t li u n no

h: v t l , h

ng ph p qu ng

ng Ph n l n

h t o t ph

th l ph

n no, m ng n no,

ph

ph t tri n r t m nh mẽ v

ng ủ s n phẩm u i

ng hi n n

ng ph p h -l

ng

t p

ng ph p t

h tl

il n

ng

i l n ( ottom-up): H nh th nh v t li u n no t

ion Ph

t nh linh

i t th

n no ph

ng ph p t

ngu n tử ho

ng

th t o
ng ph p n

h t n no ồng

h t n no,
th

i u khi n

u Ngo i r ,

h t n no

ph kh (nhi t
n no, ng n no,
k h th
h nh

ng


10
ng nh n no
h pt

ng h t,

ng th nh,

i u ki n ph n ng kh

v tl v h

h

ng ĩ …

th

tổng

nh u

+ Phương pháp kết hợp: L ph
ngu n t

ng s i,

ng ph p t o v t li u n no

tr n

nh : i n ph n, ng ng tụ t ph kh ,… [

].

1.1.2. Một số nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu nano
1.1.2.1. Một số nghiên cứu về vật liệu nano
Hi n n , v t li u n no r t phổ i n v

nhi u lĩnh v , ng nh

ng nghi p Ngo i r , v t li u n no

ụng trong ử l kim lo i n ng trong n
uv

ng ụng n

nghi n

u ủ

ng s ( i n H
bằng ph

C nhi u nh kho h

v t li u n no

nh kho h

h ,

i n Kho h

trong n

Ph m

v C ng ngh

h

h t o

u XRD, FTIR, SEM, TEM v ph p o

k h th

–

nm

kho ng -3 nm

o

t li u n

que trong h kẽm

i t N m) nghi n

u ủ

u

h t n no
ho th

u

hi u

õ Tri u Kh i ho th

ng mi ro/n no ZnO t

v t li u ZnO v L – ZnO

M ;

m t

n ngo i ởi l p v MnO2

ng ĩ

hi u qu

;h

n

ng

o tinh th sẽ gi t ng;

m i n kh H2, C2H5OH
ng

th

ung HM l m h t t o m i

ng ki m; khi L ph t p v o ZnO th th t h t

h p v i song si u m r t

nL mv

ng ong t h

et te – ung m i h u

u tr

n nhi u h n

th hi n kh n ng h p phụ sen t t h n rõ r t so

tổng h p ki m so t h nh th i ủ

hủ kho ng h

nghi n

t o th nh v i nh n Fe3O4 h nh

v i v t li u n no Fe3O4 [10]. Nghi n

nhi u nghi n

ng

nano compozit Fe3O4/MnO2. Các

v t li u n no compozit si u thu n t

tr

i t

ng ph p k t tủ v ph n hủ nhi t MnSO4 khi

Fe3O4 trong ung
nghi n

n

ủ v t li u:

Ở i t N m, nhi u n m g n
qu

ng ụng r ng r i trong

t

n ng

o h n so v i

o ZnO/H 2O2 k t

i v i qu tr nh l m m t m u v ph n

h i h t xúc tác ZnO và La – ZnO

u

ho t t nh


11
t
h

qu ng h

trong v ng tử ngo i v kh ki n, nh ng ho t t nh qu ng

ủ n trong v ng kh ki n

Ngu n Ho i Thu

u nhi u h n so v i v ng tử ngo i [9].

tổng h p th nh

ng M ng n io it k h

n nomet

phủ l n tr n h t m ng L terit l m v t li u ử l M ng n trong m i tr
n

ng m; qu tr nh h p phụ tĩnh: th i gi n

n ằng h p phụ l kho ng 6h,

kho ng pH h p phụ t i u l 6-8, t i tr ng h p phụ
8 57 mg/g; g v t li u

th

ửl

th

i ủ v t li u l

kho ng 45 ml n

ti u huẩn (TC N – 5944 – 995); v t li u
li u s u khi h p phụ

ng

nhi m

t

kh n ng t i sử ụng t t, v t

ng gi i h p ằng ung

h HCl M

th n

90% [18].
- Tr n th gi i

r t nhi u nghi n

u v v t li u n no: Nh m t

Silvio R T ff rel Jorge Ru io lo i Mn(II) r kh i n
l

o it m ng n tẩm tr n zeolite,

1,1,meqMn2+/g. Zhiji n Li v

ung l

ằng v t li u h p phụ

ng h p phụ

ng s nghi n

7,5 mg As(V)/g và 6,8 mg As(III)/g. K ushik Gupt v
ồng k t tủ
củ

o it

Nh m t

h o it

gi

t

nghi n

ng

ng h p phụ l
ng s

n eri o it, m ng n o it ằng ph

ũng

l

u lo i sen ằng ph

ph p h p phụ sử ụng v t li u o it h n h p h Ce-Ti, ung l
o it hồn h p Ce-Mn v

gi

h t o
ng ph p

u kh n ng h p phụ sen ( )

tổng h p.

1.1.2.2. Ứng dụng của vật liệu nano
 Trên thế giới: Tr n th gi i, v t li u n no r t phổ i n v
ụng trong h u h t
- C
hàng ng n
ng nh

lĩnh v :

pm :C
m

ng

nh nghi n

k h th
ở ng

u ng

i Ph p ho i t

n no v k h ho t

th l p r p

h ng ph i h p hu n

i

- Ultra-Ever Dry - C ng ngh n no h ng th m m i lo i h t l ng: M t
lo i s n h ng th m m i sử ụng

ng ngh n no v

gi i thi u, v i


12
kh n ng si u h ng th m, ng n
n

n

ng

u, s n th m h

Ultra-Ever Dr
lo i, g h

n

th

, i-m ng, g

- S n th ng minh:
m t lo i s n
t

n ho n to n t t
n

lo i h t l ng t

t Kh ng nh ng th ,

p ụng l n h u h t
n

gi

ng ngh

m t v t li u, t kim

p, qu n o v v .

ng ụng m i ủ

ng ngh n no ho ph p t o n n

i t, gi p ph t hi n nh ng v t n t

nh tr

khi h ng

u l n r ng
- Công ngh qu ng tử n no n n sili on: Ngày 06/12/2007, nhóm nghiên

u Sili on ủ I M

ng

m t k t qu qu n tr ng trong ng ụng ủ

qu ng tử n no n n Sili on, sử ụng nh s ng th
vi

tru n t i th ng tin trong

i u khi n

nh kho h

m i th , hủ
- D
h

h
u ti n

n no Si
Qu

th

t

m i

i

h ng v o trong
ủ

spin ủ

kh n ng

ng ngh ro ot
th

ki m so t

th

t li u m i ho Spintroni s: Các nhà khoa

ion Nh m ủ Lih Chen v
i Lo n)

ng ụng ho

ngh kh i th

ph n tử

kh m ph r t nh s t t ở nhi t

gi Th nh Ho (
n

hỉ v i n nomet,

nh t t v h ng h

n no Si m ng t t nh:

i Lo n l n

h

ph n ở m
th l p tr nh,

ng sử

s i ồng ho

ng l i ủ n n h : Robot Nano hay còn

g i l Nanobot, l m t lo i ro ot si u nh , k h
n no,

ho

"não" ủ m t on hip

- Công ngh ro ot n no sẽ l t
m nh p v

th

h t o th nh

ph ng trong

ồng nghi p ở
ng v t li u n

ng ngh spintroni s k h th

i

v

n no - công

i n tử

Ứng dụng trong xử lý môi trường:
-

Ống n no

on thủ tinh m u

on l nh ng v t li u
t nh hi m

ủ

h ng v

-

C ng ngh l

-

C ng ngh l

l m nh n t

n
n

h

t nh

hẹn ho ng ụng

kh , nhi t
N no,

,h

n v m m ẻo: Ống n no
ng ngh

h , qu ng h

o v nh ng thu
v

i n n ng,

ng m ng Nano U.S.A (NF),

sử ụng ph n tử

i t khuẩn – ki u o Ng s n u t)

(sử ụng ph n tử

: Ag +


13


Ở Việt Nam: Trong nhi u n m g n

n

t ,n

ng ụng r ng r i trong nhi u lĩnh v :

- Phụ hồi i t h Ch m ằng
Qu ng N m
m i trong
gi

ng ụng
ng t

t

su t

o

ung

ng ngh n no

kh ng g

pn

t nh kho ng tr n 9
o v m i tr

m i m n ho

ng ngh n no: C

phụ hồi i t h Ch m

nguồn h u

h t,

, v t li u n no kh phổ i n ở

tri u ng

i; xử l n

ng; h t o

ởi m i tr

t o n no thủ tinh l m h t

kh n ng h ng

ng; h t o

th

m ẩn

o gi m thi u

h i r m i tr

ng t

n ph n tử sinh h ; m ng h

gi

t nh h t nh

ng

ng kh ,

thi t

nh

h t tẩ rử ,

o

h t

o qu n

ng

ụ th nh : Chụp nh v nghi n

t , qu ng ho t,

n i n, i n h

DNA (DNA motor)

tr n l

ổ sung v i nh u; hụp nh qu tr nh v n

h

t nh

n tr ng

ut

thu

… ; ch

ov i

ng; h t o

ng ngh sinh h

o s ng; hu n gene v

ph n tử m i h

ng ngh kh ng

ng ụng tr n

ng ụng trong

trong t

ng nhẹ t

ng, ki n tr

-

thu

o, sử ụng t h

n, tr ng l

ng tr nh

hi u

tr n th gi i (

ng ng ụng trong

h i

n

h t phụ gi nhi n li u t ng hi u su t, gi m thi u

ti u h o, gi m thi u kh th i

vi sinh v t;

t il

th i hi u su t

v t li u si u

ng ngh

tri n kh i…; t o r

o phủ, h ng tr , h u nhi t

n ng n to n sinh h , kh ng

g , h ng mụ v

u ti n

l

nhi m, h t o

gi n, h ng kh ng, h t o e h i,

v m i tr

phụ hồi

s h ho nh ng v ng thi u n

ph hủ

p, qu n o

i t h Ch m ở

ng

t o n ng l

ng
ng i n ho

v l

n

t o r khi l i

,l

kh ,

tr nh t

ng ủ virus, protein, prion và
t i n i m h nh

h v t ng ph n ng mi n

h; kh i th

n ng t l p r p v i

sinh h

h;
nh

,

ph n

ng ngh ph n ph i
v

protein v n

.

Ứng dụng trong xử lý môi trường:
- Ti n sĩ Ngu n Ho i Ch u v t p th
ngh m i tr

ng,

i n Kho h

C ng ngh

nh kho h
N

nghi n

i n C ng

u th nh

ng


14
v t li u l
n

n no t A et t enlulo v

sinh ho t
- Xử l

nhi m kh ng kh

n no trong
tr

ằng v t li u nano TiO2 [8].

u t i Ph ng

li u, i n KHCN N
i nH

h

sinh h

t li u N no Y sinh,

ph i h p v i Ph ng C ng ngh
ti n h nh nghi n
( h t oh

i n Kho h
h t

u ng ụng ủ

n thu , g m

ho t t nh

hitos n

sinh…) v

t
u tr

ửl m i

ng (kh ng khuẩn, h p phụ kim lo i n ng)

-

ng ụng s t n no trong ử l n

-

ng ụng v t li u Fe n no

1.2.

n no trong qu tr nh ử lý

nhi m [ ].

- Nh m nghi n
sinh h ,

ng ụng l

nhi m rom v

ử l nitr t trong n

h [5].
[7].

Một số phƣơng pháp nghiên cứu vật liệu nano

1.2.1. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hi n vi i n tử quét
c u trúc l p m ng

c sử dụng

kh o sát hình thái b m t và

i b m t trong i u ki n chân không hay kh o sát b

m t i n c c ho c b m t b

n m n, ũng nh

phân tích thành ph n hoá

h c của b m t.
S

ồ c u t o của kính hi n vi i n tử qu t

c mơ t ở hình 1.7:

Hình 1.7. Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM
1- Nguồn ph t i n tử n s ; - Th u k nh i n tử; 3-M u nghi n u; 4-Detector
i n tử th
p; 5- Dete tor i n tử u n qu ; 6- Khu h i t n hi u; 7l ti


15
Ti

i n tử ph t r ở nguồn

h th u k nh

l n m u 3 nh h l i ti 8 M t h
ph n

t m u 3,

ồng

xuyên qua) s u khi khu h
h nh nh

u tr

l m h i tụ rồi qu t

nhi u ete tor 4 thu nh n i n tử th
ho v i t n hi u thu nh n t

iở6

l tr

kim lo i Hi n n , TEM

i ti n

thu nh n

i n r ng v gi m thi u ph huỷ m u ởi
N um u

h n th s u khi t

i n tử th

pn

kỹ thu t ph n
nm

n

Khi
trong

ngo i

l

h nh nh gồm
ng

i n tử ph n
h nh l

m tm u

l

i n tử Hi n n
sung

h ng

ph n t h
h t k h th

nh l

ng kh

v i

m tm u

n

ng

m t
hu n

v ng tr ng ng v i

n ng th h i h

i n tử n

t o

ngu n t n ng ho

v ng t i ng v i

ng ph p ph n t h

nhi u h

th sinh r nhi u
,

ngu n t nhẹ ho
ph n

nh t nh

ng

ngu n t

n
m t

n ng ph n t h ủ kỹ thu t hi n vi

k nh hi n vi i n tử qu t ti p tụ
ng

r kh i

p, i n tử u n qu n i tr n M t

u Ph t hi n, thu nh n, ph n t h
h

s n phẩm

m tm u

i n tử ph n

m nh v

sở ủ ph

trong m u,

ng t
i n tử th

s n phẩm kh

i n tử ph n

o

ho m u m t l p m ng m ng kim lo i

ng i n t h t p trung tr n

h m ti t i t

s n phẩm kh

ng

i v i m u kh ng ph i l kim lo i mu n sử ụng

ph i phủ tr

tr nh hi n t

ph

ete tor 4 thu nh n, ph n t h v

ổi th nh h nh nh SEM

n n

v i

(các điện tử thứ cấp) sẽ i theo m t h

m u C

ủ

h nh nh tr n m t

h mt i

ng t

ng h p k nh

ng trong kỹ thu t

khu t t t trong m ng tinh th v kh o s t s ph n

ng t

ho

ủ m u

hi n vi i n tử u n qu TEM kỹ thu t TEM

t

ete tor 5 (tia

hi u l n m n huỳnh qu ng 7 v

N u m u ủ m ng h m ti sẽ u n qu m u
th m

p

n ng h n n

nh

i ti n, kh i th , ổ
h

n ng ph n t h ho h ,

ph n gi i ủ k nh hi n vi i n tử qu t tr ng v i h u

ngu n tử (từ 0,2nm đến 10µm) M t kh

vi i n tử v v ng hi n vi qu ng h

u

th l m vi

trong v ng hi n
th h nh nh


16
ủ
l

ủ SEM

s u

o t i s o ng

nghi n

u

,s

n t h n hẳn nh ủ hi n vi qu ng h

i t sử ụng ph

l

ng ph p k nh hi n vi i n tử qu t

m t

1.2.2. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hi n vi i n tử truy n qua là m t thi t b hình trụ cao kho ng 2m, có
i n tử tr n ỉnh (s ng i n tử)

m t nguồn phát x
Ch m n

t ng t

k nh, h m i n tử t
m um

trong m i tr

ph t r

ng h n kh ng

h m i n tử.

o, s u khi i qu tụ

ng lên m u m ng, tùy thu c vào t ng v trí và lo i

h m i n tử b tán x ít ho c nhi u. M t

i n tử truy n qua ngay

i m t m u ph n nh l i tình tr ng của m u, hình nh
m t lo t các th u kính trung gian và cu i

ph ng

ng thu

i qua

c trên màn huỳnh

quang. Do v y, nh hi n vi i n tử truy n qua là hình nh b m t

i của

m u ( nh en tr ng) thu

phân

gi i cao c

A°,

ph ng

c bởi h m i n tử truy n qua m u. V i
i t x50 t i

5

, TEM

ng v i tr qu n

tr ng trong nghiên c u siêu c u trúc sinh v t, vi sinh v t và các v t li u nano.
V i nh ng kính hi n vi i n tử
trúc m ng của v t li u n no th

phân gi i cao (HR-TEM)
i n th gia t

kV trở lên. Ở Vi t Nam v n h
phân gi i

th

ng yêu c u kho ng 150

k nh hi n vi i n tử nào ho t

o nh HR-TEM t nh

i: s ng i n tử, tụ k nh, uồng

t k nh v i

t

ph n t tr n u ng

t m u, h th ng th u k nh t o nh (v t

kính, kính trung gian, kính phóng); uồng qu n s t v

ph n ghi nh

C t kính có chân khơng cao, áp su t 10-5-10-6 Torr
ng và c 10-8-10-10 Torr

ng

n th i i m hi n t i.

C u t o h nh ủ TEM gồm

th

quan sát c u

i v i HR-TEM). H th ng

i v i TEM thông
m h n kh ng, h

th ng i n, i n tử, h th ng i u khi n bằng máy tính là nh ng b ph n kèm
theo

m b o cho quá trình làm vi c liên tục củ TEM

TEM là các thông s : h s ph ng

i M,

phân gi i d v

tr ng ho

i n áp gia t c U.


17

1.3.

Hình 1.8. Cấu tạo kính hiển vi truyền qua

Tổng quan về silicagen

(H2N2)-Silicagel hay gel axit silixic là m t lo i hóa h t r t phổ i n trong
i s ng Sili gel th

h tl

i it sili , ở

kho ng r ng li ti trong h t) C ng th
(n< ), n

hóa h

ng h t

ng v

p(

v s

n gi n ủ n l SiO2.nH2O

s n u t t n tri othosili t (N 2SiO4) ho

Sili Tetr Cloru

(SiCl4).
Hi n n

n gi n
h ph u

sili gel

n ph
hóa

t p Sili gel
u, l

Silicagel l
o t sili

v i tr r t qu n tr ng trong
n

ng r t nhi u l m

ng h t,

u tr

ph t minh t i
ụng v i

r ng ủ Silicagel

i h

John Hopkins,
i u h

trong tổng

ằng

tổng h p t
ltimore,

ng

h ho n tri

it sunfuri : N 2O.3SiO2 + H2SO4. 3SiO2 + H2O +

Na2SO4, k t qu t o th nh

ng sol, rồi sol

s

sili gen

kh v nung t thu
H t sili gel

t

t

c.

M r l n , Ho kỳ trong nh ng n m 9
silicat t

ng ngh hóa h

kh n ng h t n

ng l m h t m ng

ng tụ l i th nh gen, s u khi rử ,

m nh ngo i r v i

t nh

p

n

t ; h t h p phụ (ph tĩnh) trong ph n t h s

k Tu nhi n lo i h t sili gel

ng

h t ẩm kh ng ph i l lo i

ng l m


18
h t nhồi trong

ts

k

Sili gel l m t h t v

n, kh ng

,

o qu n v v n hu n

dàng.
Tổng quan tình hình ơ nhiễm sắt, mangan trong nƣớc ngầm

1.4.

Vi t Nam là qu c gia có nguồn n
và khá t t v ch t l
mu i

o, h m l

nguồn n

ch t l

ng N

c ng m khá phong phú v tr l

c ng m ở Vi t N m n i hung

ng Fe, Mn, Mg ũng
lu n

nh gi th

, qu

ngh xử lý thích h p tùy theo nh ng khu v c nh t

nh gi

kinh t thì vi

c xem là quan tr ng. Vi

th c hi n thông qua các s chỉ tiêu củ n
th mà c n

ng

o h n so v i th gi i. Vi c ch n

c là q trình r t ph c t p, ngồi v n
ng n

h ml

ng

ng

th

c

nh cơng

nh có nh ng i u ki n cụ

nh gi kh o sát cho phù h p.
p ng nhu c u sử dụng n

lý nguồn n

c. Ph n l n n

nghi p hi n n

l n

nh h ởng r t l n

on ng

i không ng ng khai thác xử

c khai thác và sử dụng trong sinh ho t và cơng

c ng m. Vì v y, ơ nhi m và sụt gi m nguồn n
n ch t l

ng m i tr

ng và cu c s ng củ ng

c ng m
i dân.

1.4.1. Ô nhiễm sắt, mangan trong nƣớc ngầm
M i tr
M t s n i
l

ng n

cởn

nhi m s t, mangan ở n

ng s t ở m t s n i

ov

20mg/l; vùng Liên Chi u –

qu

c ta: Hà Giang, Tuyên Quang, hàm
ho ph p tr n mg/l,

tm

Nẵng, h m l

n i tr n 5-

ng s t (Fe2+, Fe3+) trong n

h ml

c t i vùng Châu thổ sơng Hồng có ch
nh của Tổ ch c Y t th gi i WHO; S

t ng ch
l

c ô nhi m Fe, Mn.

c

t > 3mg/l, trung bình Fe2+ là 8.7mg/l, Fe3+ là 9.5mg/l [10]; 44% gi ng

i
n

c ta nằm trong s nh ng n

n

c Pleisto en th

ng cao nh t

Th nh Tr

ng

h ml

t t i 2.55mg/l; nồng

ng m ng n v

t qua m c

Tr ng, 4 trong s 7 m u n
ng Mn v

cở

t quá TCCP, hàm

mangan trung bình ở Gia Lâm và

u l n h n mg/l, 76% s m u n

c ng m có nồng

Mn

oh n

tiêu chuẩn cho phép của WHO (0.4mg/l); ở ồng bằng B c B , kho ng 60%
các m u qu n s t

c có ch

m ng n v

t qua hàm l

ng tiêu chuẩn cho


19
phép; ở ồng bằng Nam B h m l

ng Mn v

t quá tiêu chuẩn cho phép [11].

1.4.2. Các giải pháp xử lý nƣớc ngầm ô nhiễm sắt và mangan

- Ph

ng ph p o i h

– k t tủa

Trong quy trình xử l n
khoan hay gi ng

c hi n h nh, n

c ng m

o l n v l m tho ng ằng gi n m

s u khi l m tho ng

m t gi ng
cung c p o i N

c d n vào b khu y tr n và l ng c n, s u

n

c
c

c ti p xúc v i hoá ch t có tác dụng ẩy nhanh q trình oxi hố Fe(II),
Mn(II) v

moni, n
N

l p v t li u l

c t b l ng

i sử dụng [14].

ng ph p

tr n qu tr nh tr o ổi ion b m t ch t r n v i

ng i n tích trong dung d ch khi ti p xúc v i nhau [14].

- Ph

ng ph p h p phụ

H p phụ l ph
ho

kh h p phụ tr n

ng ph p t h h t, trong
m t h t r n,

Qu tr nh gi i h p l qu tr nh ẩ
h p phụ Khi qu tr nh h p phụ
ằng t

1.5.

c

ng ph p tr o ổi ion

C sở củ ph
ion

c khử trùng bằng lo tr

c s ch sau khi qua b l

khi cung c p ho ng
- Ph

c d n qua b l c, b l c ch a nhi u lo i

u tử t h n h p l ng

p
h t

h p phụ r i kh i

m t h t

n ằng th t

h p phụ

t tr ng th i

gi i h p [14].
Một số lý thuyết cơ bản về quá trình hấp phụ

1.5.1. Động học của quá trình hấp phụ
H p phụ l m t qu tr nh thu n ngh h v
ph n ng h

th

h :
k1

A+O
k2

A’

m t nh m t


20
Trong

:

Al

h t

h p phụ

Ol

il

A’ l

h t

k1, k2 l

ng i u th ho h tr ng tr n
h p phụ

hi m h tr n

hằng s t

m t h tr n
m t h t h p phụ

ủ qu tr nh h p phụ v gi i h p [13]

1.5.2. Tải trọng hấp phụ
T i tr ng h p phụ l m t
tr n m t
nhi t

n v kh i l

il

ng ủ

v nồng

h t h p phụ t i tr ng th i

ng h t

h p phụ

n ằng ở m t

nh
Cr 

Trong

ng i u th kh i l

(Ci  Cl ).V
.hspl
m

:

l th t h ung
m l kh i l

h (l)

ng h t h p phụ (g)

Ci l nồng

h t

n

Cl l nồng

ung

u (mg/l)
h khi h t h p phụ

t tr ng th i

n ằng (mg/l)

hspl: h s ph lo ng.
1.5.3. Các phƣơng trình cơ bản của quá trình hấp phụ
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Khi thi t l p ph

ng tr nh h p phụ L ngmuir, ng

it

u t ph t t

gi thi t s u:
 Ti u ph n

h p phụ li n k t v i

m t t i nh ng trung t m

nh

 M i trung t m hỉ h p phụ m t ti u ph n


m t h t h p phụ l

ồng nh t, nghĩ l n ng l

trung t m nh l nh nh u v kh ng phụ thu
ph n h p phụ tr n

trung t m

Thu t h p phụ L ngmuir

n

v os

ng h p phụ tr n
m t ủ

nh [ 4].
m t

ởi ph

ng tr nh:

ti u


21

Cr  Cm .
Trong

bCl
1  b.Cl

:

Cm: là t i tr ng h p phụ

i (mg/g)

Cr, Cl: l t i tr ng h p phụ v nồng

:h s

ủ ph

ung

ng tr nh L ngmuir (

h t i th i i m
nh ằng th

n ằng
nghi m)

Cr
=R
r

nh
ph

ng tr nh n

ở

Cl
R
hằng s trong ph r ng tr nh L ngmuir, t

th vi t

ng:

Cl
C
1

 l
Cr b.Cm Cm
ng i u i n Cl/Cr phụ thu
trụ tung t i / Cm

v o Cl l

ng

/Cm v

t


22
CHƢƠNG II: MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG - NỘI DUNG - PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1. Mục tiêu chung
- Ch t o v t li u N no MnO2 i n t nh ằng ph

ng ụng v t li u

ng ph p ottom-up,

h p phụ m t s kim lo i trong n

2.1.2. Mục tiêu cụ thể
- ng ụng v t li u n no MnO2

ử l Fe, Mn trong n

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
t li u MnO2 k h th

-N

n nomet

nhi m s t v m ng n

-N

ng m t i

i T , hu n Y n L , tỉnh ĩnh Ph

2.3. Nội dung nghiên cứu
- Ch t o v t li u N no MnO2 t KMnO4 và H2O

h t ph n t n

C2H5OH
-

ng ụng ử l Fe, Mn ằng ph

ng ph p h p phụ trong i u ki n

ph ng th nghi m ằng v t li u n no MnO2
ĩnh Ph

ng ụng ử l m u n

ng m t i

i T , hu n Y n L , tỉnh

ằng v t li u n no MnO2.

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa số liệu
- K th a k t qu nghiên c u củ

tài khoa h c, các công trình

nghiên c u của các nhà khoa h c;
- Thu th p tài li u t nhi u nguồn: Sách báo, internet, lu n v n, kh
lu n,

t i…

2.4.2. Phƣơng pháp nội nghiệp
2.4.2.1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị, vật liệu, hóa chất
- Dụng cụ, thi t b : C n phân tích, ph u, pipet, m

o pH,

p khu y

t , c i thủy tinh, máy l c, c t h p phụ, bình tam giác 250ml, c c thủy tinh