Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng xúc tác từ khoáng chất thích hợp của tuyên quang, ứng dụng cho khử màu nước thải sản xuất bột giấy bằng ozon

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn này hoàn
toàn trung thực, dựa trên các kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng
tôi, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu nào của các tác giả khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2016
NGƢỜI THỰC HIỆN

Bùi Tiến Dũng

Luận văn thạc sỹ hóa học

I

HV: Bùi Tiến Dũng


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, được sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, tôi đã học xong chương trình khóa học thạc sĩ. Để có được
thành công này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với các giảng
viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo TS. Phan Huy Hoàng,
người hướng dẫn khoa học. Thầy đã giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu
và hoàn thiện bản luận văn của tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các anh chị phòng thí nghiệm
trong bộ môn công nghệ Xenluloza & Giấy, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ
tôi hoàn thành công trình này.
Cũng nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Viện sau Đại học - Đại học
Bách Khoa Hà Nội, đã quan tâm tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2016
NGƢỜI THỰC HIỆN

Bùi Tiến Dũng

Luận văn thạc sỹ hóa học

II

HV: Bùi Tiến Dũng


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................II
MỤC LỤC ............................................................................................................... III
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................... IV
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... V
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... VI
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................... 2
1.1. Đặc điểm địa lý, địa hình và đánh giá, phân loại trữ lượng tài nguyên khoáng
sản tại Tuyên Quang ................................................................................................ 2
1.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................. 2
1.1.2. Đặc điểm địa hình ...................................................................................... 2
1.1.3. Tài nguyên khoáng sản ............................................................................... 3
1.1.4. Giới thiệu về khoáng sản sắt của Tuyên Quang ......................................... 7
1.2. Tổng quan về các phương pháp chế tạo xúc tác từ khoáng chất ...................... 9
1.2.1. Quá trình đập ............................................................................................. 9
1.2.2. Quá trình nghiền ...................................................................................... 10
1.2.3. Quá trình sàng .......................................................................................... 11
1.2.4. Nung và oxi hóa ........................................................................................ 11

1.3. Tổng quan về các phương pháp xác định đặc trưng của khoáng chất và xúc
tác ........................................................................................................................... 13
1.3.1. Phương pháp đo SEM (scanning electron microscope) ........................... 13
1.3.2. Phương pháp đo TEM (Transmission electron microscopy) ................... 13
Luận văn thạc sỹ hóa học

III

HV: Bùi Tiến Dũng


1.3.3- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) .................................................. 14
1.3.4- Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) ............................................ 16
1.3.5- Phương pháp hấp phụ đa lớp BET .......................................................... 16
1.4. Tổng quan xử lý màu nước thải bằng ozon .................................................... 18
1.4.1. Tổng quan về màu của nước thải ngành giấy .......................................... 19
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt nam ....................................... 20
1.4.3. Các quá trình oxy hóa nâng cao trong xử lý nước thải ........................... 20
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP .................................................. 28
2.1. Vật liệu và hóa chất ........................................................................................ 28
2.1.1. Vật liệu, Hóa chất ..................................................................................... 28
2.1.2. Dụng cụ thí nghiệm .................................................................................. 28
2.2. Phương pháp lấy mẫu khoáng chất ................................................................ 28
2.3. Phương pháp thực nghiệm .............................................................................. 29
2.3.1. Nghiền và sàng ......................................................................................... 29
2.3.2. Oxy hóa ..................................................................................................... 29
2.3.3. Chế tạo xúc tác ......................................................................................... 30
2.4. Các phương pháp phân tích ............................................................................ 33
2.4.1. Phân tích phổ IR ....................................................................................... 33
2.4.2. Phân tích phổ XRD ................................................................................... 33

2.4.3. Phương pháp đo TEM .............................................................................. 33
2.4.4. Phương pháp đo SEM .............................................................................. 33
2.4.5. Phương pháp đo BET ............................................................................... 33
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 35
3.1. Nghiên cứu xác định tính chất lý học của khoáng chất chứa kim loại đa hóa
trị ............................................................................................................................ 35
Luận văn thạc sỹ hóa học

IV

HV: Bùi Tiến Dũng


3.1.1. Phân tích khoáng chất bằng phổ XRD ..................................................... 35
3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại IR .................................................................... 36
3.1.3. Phân tích đặc trưng bề mặt và kích thước hạt bằng ảnh SEM ................ 37
3.1.4. Xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp bằng
phương pháp hấp thụ vật lý ................................................................................ 38
3.2. Nghiên cứu xác lập chế độ công nghệ chế tạo xúc tác từ khoáng chất thích
hợp, sử dụng cho khử màu nước thải bằng ozon ................................................... 39
3.2.1. Làm sạch, nghiền và sàng chọn ............................................................... 39
3.2.3. Nghiên cứu quá trình oxi hóa quặng limonit ........................................... 41
3.3. Nghiên cứu qui trình tạo viên xúc tác ............................................................. 43
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của cách tạo viên ................................................ 43
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng chất kết dính ................................ 44
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nung .............................................. 45
3.4. Nghiên cứu ứng dụng xúc tác cho phản ứng ozon hóa xử lý màu nước thải . 46
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 49

Luận văn thạc sỹ hóa học

V

HV: Bùi Tiến Dũng


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AOTs

: Kỹ thuật oxy hóa nâng cao

AOPs

: Quá trình oxy hóa nâng cao

COD

: Nhu cầu oxy hóa học

PAM

: Polyacrylamide

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

BET

IR

: Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ, khử hấp phụ nitơ
: Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

TEM

: Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua)

SEM

: Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

XRD

: X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X)

QCVN
BTNMT

: Quy chuẩn Việt Nam
: Bộ Tài nguyên Môi trường

Luận văn thạc sỹ hóa học

VI

HV: Bùi Tiến Dũng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Trữ lượng quặng sắt ở Tuyên Quang ......................................................... 5
Bảng 1.2. Thành phần và phần trăm quặng sắt .......................................................... 8
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của mức dùng chất kết dính đến độ bền cơ của viên xúc tác . 44
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian nung đến độ bền cơ của viên xúc tác ............... 45
Bảng 3.3: Kết quả mức dùng xúc tác ảnh hưởng đến độ màu của nước thải ........... 46

Luận văn thạc sỹ hóa học

VII

HV: Bùi Tiến Dũng


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ phương pháp SEM .......................................................................... 13
Hình 1.2. Sơ đồ sự phản xạ trên bề mặt tinh thể....................................................... 15
Hình 1.3. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ ................................ 17
Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/V (P0 - P) theo P/P0 ...................... 18
Hình 2.1. Máy nghiền bi siêu tốc .............................................................................. 29
Hình 2.2. Mẫu khoáng sau khi kết tủa ...................................................................... 30
Hình: 2.3. Hình ảnh khoáng chất được trộn với đất sét ........................................... 31
Hình 2.4. Xúc tác được ép thành viên hình trụ ......................................................... 32
Hình 2.5. Xúc tác sau nung ....................................................................................... 32
Hình 3.1. Phổ XRD của mẫu khoáng chất ................................................................ 35
Hình 3.2. Phổ FTIR kết hợp của mẫu nghiên cứu. ................................................... 36
Hình 3.3. Ảnh SEM của mẫu quặng .......................................................................... 37
Hình 3.4. Kết quả phân tích EDS mẫu quặng ........................................................... 38
Hình 3.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ khoáng chất .................................................. 38

Hình 3.6. Đường cong phân bố kích thước mao quản của mẫu khoáng chất .......... 39
Hình 3.7. Mẫu khoáng chất sau nghiền, sàng........................................................... 40
Hình 3.8. Phổ XRD của mẫu khoáng chất trước và sau quá trình oxi hóa ở các nhiệt
độ khác nhau, (a): ban đầu, (b): 300 oC, (c): 400 oC và (d) 500 oC. ........................ 41
Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu khoáng chất trước (bên trái) và sau (bên phải) quá
trình oxi hóa .............................................................................................................. 42
Hình 3.10. Phổ FT-IR kết hợp của xúc tác sau nung ở 500oC.................................. 42

Luận văn thạc sỹ hóa học

VIII

HV: Bùi Tiến Dũng


MỞ ĐẦU
Tài nguyên khoáng sản là một trong những nguồn lực có vị trí rất quan trọng
trong sự nghiệp xây dựng và phát triển kinh tế - xã hội. Những hiểu biết đầy đủ,
toàn diện và chính xác về từng loại tài nguyên khoáng sản của vùng cho phép lựa
chọn, quyết định đúng đắn về việc đầu tư các dự án thăm dò, khai thác và chế biến
khoáng sản, phục vụ nhu cầu sử dụng của các ngành sản xuất công nghiệp của địa
phương. Ở Tuyên Quang là một tỉnh thuộc vùng Tây Bắc nước ta, với nguồn tài
nguyên khoáng sản đa dạng và rất phong phú, trong đó có nhiều nguồn kim loại và
oxit kim loại, trong đó phải kể đến quặng sắt. Quặng sắt không chỉ đáp ứng cho nhu
cầu sản xuất sắt thép, mà còn có ý nghĩa trong công nghiệp sản xuất xi măng dưới
dạng phụ gia điều chỉnh. Các khoáng chất đa dạng này rất có tiềm năng sử dụng làm
nguyên liệu chế tạo vật liệu xúc tác cho các quá trình oxi hóa tăng cường, như ozon
hóa, để xử lý nước thải công nghiệp nói chung và nước thải sản xuất bột giấy và
giấy nói riêng, nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ và màu của nước thải, mà các
công nghệ truyền thống không giải quyết được 5.

Ozon hóa sử dụng xúc tác là các kim loại và hợp chất của chúng, là một giải
pháp hữu hiệu để cải thiện khả năng oxi hóa của ozon đối với các chất mang màu và
một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác. Trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên
cứu từ các nguồn tài liệu, kết hợp với các kết quả nghiên cứu của đề tài, bài báo giới
thiệu về đặc điểm chất lượng khoáng sản có chứa sắt làm cơ sở cho công tác thăm
dò chi tiết, khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên và ứng dụng trong công nghệ xử
lý màu nước thải bằng phương pháp ozon hóa.
Do đó tác giả chọn đề tài này nhằm nghiên cứu chế tạo xúc tác phù hợp từ
quặng chứa sắt,vì các kim loại này tương đối rẻ tiền và có sẵn tại địa phương. Xúc
tác tổng hợp được có hoạt tính cao, ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng ozon hóa
xử lý màu nước thải, cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bột giấy góp phần làm
giảm ô nhiễm môi trường.

Luận văn thạc sỹ hóa học

1

HV: Bùi Tiến Dũng


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm địa lý, địa hình và đánh giá, phân loại trữ lƣợng tài nguyên
khoáng sản tại Tuyên Quang
1.1.1. Vị trí địa lý
Tuyên Quang là tỉnh miền núi nằm ở phía Bắc, nằm ở giữa Tây Bắc và Đông
Bắc của Việt Nam, có toạ độ địa lý: 21030’ đến 22040’ vĩ độ Bắc và 104053’ đến
105040’ kinh độ Đông.
Tỉnh có phía Bắc giáp Hà Giang, phía Đông Bắc giáp Cao Bằng, phía Đông
giáp Bắc Kạn và Thái Nguyên, phía Nam giáp Vĩnh Phúc, phía Tây-Nam giáp Phú
Thọ, phía Tây giáp Yên Bái.

Tuyên Quang nằm ở trung tâm của lưu vực sông Lô. Sông Gâm chảy qua tỉnh
theo hướng Bắc - Nam và nhập vào sông Lô ở phía Tây Bắc huyện Yên Sơn chỗ
giáp ranh giữa ba xã Phúc Ninh, Thắng Quân và Tân Long. Diện tích tự nhiên toàn
tỉnh là 586.800 ha, trong đó có 70% diện tích là đồi núi 13.
1.1.2. Đặc điểm địa hình
Địa hình của Tuyên Quang khá phức tạp, bị chia cắt bởi nhiều dãy núi cao và
sông suối, đặc biệt ở phía Bắc tỉnh. Phía Nam tỉnh, địa hình thấp dần, ít bị chia cắt
hơn, có nhiều đồi núi và thung lũng chạy dọc theo các sông. Có thể chia Tuyên
Quang thành 3 vùng địa hình sau: (1) vùng núi phía Bắc tỉnh gồm các huyện Na
Hang, Chiêm Hoá, Hàm Yên và phía Bắc huyện Yên Sơn, độ cao phổ biến từ
(200 ÷ 600)m và giảm dần xuống phía Nam, độ dốc trung bình 25 0, (2) vùng đồi
núi giữa tỉnh gồm: phía Nam huyện Yên Sơn, thị xã Tuyên Quang và phía Bắc
huyện Sơn Dương, độ cao trung bình dưới 500m và hướng thấp dần từ Bắc xuống
Nam, độ dốc thấp dần dưới 250, (3) vùng đồi núi phía Nam tỉnh là vùng thuộc phía
Nam huyện Sơn Dương mang đặc điểm địa hình.
Khu vực núi cao phía Bắc: Gồm toàn bộ huyện Na Hang, Lâm Bình và các xã
vùng cao của các huyện Chiêm Hoá, Hàm Yên, Yên Sơn. Diện tích toàn khu vực
Luận văn thạc sỹ hóa học

2

HV: Bùi Tiến Dũng


này chiếm khoảng trên 50% diện tích tự nhiên của tỉnh, phù hợp với việc khoanh
nuôi rừng tự nhiên và trồng rừng, phát triển kinh tế lâm - nông nghiệp.
- Khu vực núi thấp: Gồm các xã phía Nam của các huyện Chiêm Hoá, Hàm
Yên, Yên Sơn và Sơn Dương. Diện tích khu vực này chiếm 40% diện tích tự nhiên
của tỉnh. Đồi núi ở đây có độ dốc phổ biến 100 đến 250, thích hợp cho trồng cây
công nghiệp dài ngày, cây lương thực và cây ngắn ngày khác.

- Khu vực đồi và thung lũng dọc sông Lô, sông Phó Đáy gồm Thành phố
Tuyên Quang và phần còn lại của các huyện Yên Sơn, Sơn Dương với diện tích
khoảng 10% diện tích tự nhiên của tỉnh. Khu vực này đang và sẽ là địa bàn trọng
điểm sản xuất công nghiệp, phát triển các trung tâm kinh tế - xã hội lớn của tỉnh.
1.1.3. Tài nguyên khoáng sản
a, Tài nguyên rừng
Kết quả kiểm kê rừng (theo Chỉ thị 286/CT - TTg của Thủ tướng Chính phủ),
rừng gỗ chiếm 2/3 diện tích rừng toàn tỉnh, trữ lượng 16.116.000m3 gồm các loại
như keo, lát, mỡ, bạch đàn, thông, xoan, tếch, bồ đề…Trong đó, cây keo và bồ đề có
trữ lượng lớn nhất từ (550.000 ÷ 650.000)m3 mỗi loại, tiếp đến là mỡ và thông mỗi
loại từ (120.000 ÷ 300.000)m3; cây gỗ lát khoảng 66,5 tỷ cây. Ngoài ra, có rừng đặc
sản là quế, diện tích xấp xỉ 4.000ha nhưng có giá trị kinh tế rất cao. Tổng diện tích
rừng Tuyên Quang có khoảng 357.354ha, trong đó rừng tự nhiên là 287.606ha và
rừng trồng là 69.737ha. Độ che phủ của rừng đạt trên 51%. Rừng tự nhiên đại bộ
phận giữ vai trò phòng hộ 213.849ha, chiếm 74,4% diện tích rừng hiện có. Rừng
đặc dụng 44.840ha, chiếm 15,6%, còn lại là rừng sản xuất 28.917ha, chiếm
10,05% [7].
Lâm nghiệp là tiềm năng, thế mạnh để phát triển kinh tế của tỉnh. Độ che phủ
của rừng năm 2005 đạt 63%. Đặc biệt rừng Tuyên Quang có một hệ thực vật rất
phong phú với 760 loài của 349 chi, 126 họ thuộc 8 ngành thực vật bậc cao có
mạch, đó là: hạt kín, thông, tuế, thông đất, khuyết lá thông, cỏ tháp bát, dương xỉ,
dây gắm. Ngoài ra, còn có 207 loài cây gỗ cao từ 10 mét trở lên thuộc 60 họ, các
Luận văn thạc sỹ hóa học

3

HV: Bùi Tiến Dũng


loài dây leo thuộc 17 họ và có trên 20 loài thực vật bậc cao, thuỷ sinh thuộc các họ

hoà thảo, cói, rong, tóc tiên, rong mái chèo,… Theo danh mục trong sách đỏ Việt
Nam, tỉnh Tuyên Quang có 18 loài thực vật quý hiếm như: Trầm hương, nghiến, lát
hoa, tuế đá vôi, hoàng đàn, pơ mu. Có thể nói, về cơ bản rừng tự nhiên Tuyên
Quang có trữ lượng gỗ còn rất thấp, việc hạn chế khai thác lâm sản sẽ hợp với thực
trạng tài nguyên rừng. Tuy nhiên, Tuyên Quang vẫn còn hơn 15.378ha rừng tre, nứa
tự nhiên. Trong tổng diện tích rừng trồng có 44.057ha rừng trồng cho mục đích sản
xuất với các loại như: thông, mỡ, bạch đàn, keo, bồ đề… Tuyên Quang có khả năng
phát triển kinh tế lâm nghiệp, đồng thời phát triển rừng trên diện tích đồi, núi chưa
sử dụng khoảng 120.965ha.
b, Tài nguyên khoáng sản
Là một Tỉnh có nhiều đồi núi và thung lũng chạy dọc theo các sông, Tuyên
Quang có nguồn tài nguyên khoáng sản dồi dào. Theo sổ mỏ và điểm quặng tỉnh
Tuyên Quang do Cục Địa chất Việt Nam - Bộ Công nghiệp biên soạn năm 1994 và
tài liệu của các ngành hữu quan, tỉnh Tuyên Quang có 163 điểm mỏ với 27 loại
khoáng sản khác nhau được phân bố ở các huyện trong tỉnh. Trong đó đứng hàng
đầu về trữ lượng và chất lượng là quặng sắt, barit, cao lanh, thiếc, mangan, chì-kẽm,
angtimon...là yếu tố hết sức thuận lợi cho phát triển công nghiệp khai thác, chế biến
khoáng sản và công nghiệp chế biến vật liệu xây dựng. Trữ lượng, chất lượng của
từng loại khoáng sản được đánh giá như sau 4.
* Mỏ không kim loại:
- Barit: Đã phát hiện 24 điểm quặng thuộc các huyện Sơn Dương, Yên Sơn và
Chiêm Hoá. Các điểm thăm dò gồm: Ao Sen, Hang Lương, Thiện Kế, Ngòi Thia,
Đùng Bùng (Sơn Dương); Làng Chanh, Xóm Hoắc, Xóm Húc (Yên Sơn) và Hạ Vị
(Chiêm Hoá), có trữ lượng trên 2 triệu tấn và hầu hết là mỏ lộ thiên, điều kiện khai
thác khá thuận lợi. Đây là loại khoáng sản có tiềm năng và ý nghĩa xuất khẩu lớn
đối với nền kinh tế của Tuyên Quang.
- Đá vôi xây dựng: Trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang có rất nhiều điểm mỏ đá vôi
đạt chất lượng tốt trong xây dựng. Theo tài liệu địa chất đánh giá tại 9 điểm mỏ đá
Luận văn thạc sỹ hóa học

4

HV: Bùi Tiến Dũng


vôi (Tràng Đà - thành phố Tuyên Quang; ...) có tổng trữ lượng cấp P2: 783 triệu m3,
chất lượng tốt, trữ lượng tập trung, cho khả năng sản xuất xi măng, vật liệu xây
dựng quy mô lớn và tại chỗ.
Bảng 1.1. Trữ lượng quặng sắt ở Tuyên Quang [7].

TT

Điểm mỏ

Trữ lượng

Địa chỉ

(tấn)

1

Sắt Cây Quéo

Xã Hùng Đức, H. Hàm Yên

390.000

2

Sắt Hà Vân

Xã Tân Tiến, H. Yên Sơn

765.757

3

Sắt magnetit Cây Vầu

Xã Thành Long, H. Hàm Yên

198.377

4

Sắt magnetit Cây Nhãn

Xã Hùng Đức, H. Hàm Yên

196.510

5

Sắt limonit Liên Thắng

Xã Quyết Tháng, H. Sơn Dương

97.337

6

Sắt magnetit Làng Mỏ

Xã Hà Lang, H. Chiêm Hóa

175.000

7

Sắt magnetit Làng Mương Xã Phù Lưu, H. Hàm Yên

25.000

8

Sắt magnetit Thầu Cáy

Xã Tân Thành, H. Hàm Yên

562.500

9

Sắt magnetit Làng Lếch

Xã Bình Xa, H. Hàm Yên

55.000

10 Sắt magnetit Liên Bình

Xã Đội Cấn, H. Yên Sơn

50.000

11 Sắt limonit Bình Ca

Xã Thái Bình, H. Yên Sơn

40.000

12 Sắt limonit Thượng Ấm

Xã Thượng Ấm, H. Sơn Dương

69.000

13 Sắt limonit Đồng Cỏ

Xã Phúc Ứng, H. Sơn Dương

93.000

14 Sắt specularit Kỳ Lâm

TT Sơn Dương, H. Sơn Dương

15 Sắt Làng Tề

Xã Thái Hòa, H. Hàm Yên

16 Sắt limonit Vĩnh Bảo

Xã Vinh Quang, H. Chiêm Hóa

Chưa xác định

17 Chưa xác định, Đạo Viên

Xã Đạo Viên, H. Sơn Dương

Chưa xác định

Chưa xác định
570.000

- Cao lanh - fenspat: Có nhiều điểm rải rác như Hào Phú, Vân Sơn (Sơn
Dương), Nghiêm Sơn (Yên Sơn). Lớn nhất là điểm mỏ Đồng Gianh (Sơn Dương)
có 11 thân quặng với trữ lượng dự báo khoảng 5 triệu tấn. Điểm mỏ cao lanh Hào
Phú (Sơn Dương) trữ lượng dự báo 1,411 triệu tấn. Điểm mỏ cao lanh Thái Sơn
(Hàm Yên) trữ lượng dự báo 1,075 triệu tấn [7].
Luận văn thạc sỹ hóa học

5

HV: Bùi Tiến Dũng


- Nước khoáng - nước nóng: Có 2 điểm đáng chú ý là Bình Ca và Mỹ Lâm.

Trong đó mỏ nước khoáng Mỹ Lâm có trữ lượng nước khoáng là 1.474 m3/ngày cấp
B; C1; C2, trong đó cấp B: 492 m3/ngày; cấp C 2: 248 m3/ngày.
* Mỏ kim loại:
- Sắt: Đã phát hiện 17 điểm mỏ quặng với tổng trữ lượng dự báo khoảng
3.287.481 tấn. Tính đến tháng 11 năm 2014 thì lượng đã khai thác theo các giấy
phép được cấp là 18.490 tấn và trữ lượng còn lại khoảng 3.268.991 tấn (theo báo
cáo tổng hợp của Sở Tài nguyên & Môi trường Tuyên Quang). Một vài điểm quặng
có trữ lượng đáng kể như điểm Sắt Hà Vân (Tân Tiến), Sắt Làng Tề (Thái Hòa), Sắt
Magnetit Thẩu Cáy (Tân Thành), trữ lượng lần lượt khoảng 765 ngàn tấn, 570 ngàn
tấn và 562 ngàn tấn. Cụ thể như sau 5.
Bên cạnh đó, đối với khoáng sản dạng kim loại còn có một số điểm mỏ như:
Thiếc, Mangan, Chì - kẽm nhưng trữ lượng không cao hoặc chưa được khai thác.
Ngoài các loại khoáng sản trên, Tuyên Quang còn có nhiều loại khoáng sản
khác như đất sét, vàng, cát sỏi,… nằm rải rác cũng là tiềm năng để phát triển các
điểm công nghiệp gắn với vùng nguyên liệu.
- Thiếc: Đã phát hiện 12 điểm có quặng, tập trung ở huyện Sơn Dương. Tổng
trữ lượng cả quặng gốc và quặng sa khoáng đạt xấp xỉ 28.239 tấn SnO2.
- Mangan: Có 8 điểm mỏ tập trung chủ yếu ở huyện Chiêm Hoá (7 điểm) và
huyện Na Hang (1 điểm). Đã có 2 điểm được thăm dò là Nà Pết, Phiêng Lăng
(huyện Chiêm Hoá) với trữ lượng dự báo khoảng trên 2,416 triệu tấn.
- Chì - kẽm: Có 24 điểm mỏ, tập trung ở thành phố Tuyên Quang, huyện
Yên Sơn, Sơn Dương, Chiêm Hoá và Na Hang. Mới có 6 điểm mỏ được đánh giá
trữ lượng ở cấp C2 = 195.927 tấn Pb, Zn. Hàm lượng Pb <10%; Zn <30%. Tổng trữ
lượng cả cấp dự báo là 1.590.000 tấn chì - kẽm kim loại. Quặng kẽm dùng để luyện
ôxít kẽm (ZnO) phục vụ công nghiệp hoá chất, công nghiệp nhẹ, y tế và luyện kẽm
kim loại.
- Angtimon: Đã phát hiện 15 điểm, trong đó Chiêm Hoá có 10 điểm, Na Hang
4 điểm, Yên Sơn 1 điểm. Có 4 điểm là Khuôn Phục, Hoà Phú, Làng Vài, Cốc Táy
(Chiêm Hoá) đã được thăm dò với trữ lượng khoảng 1,2 triệu tấn.
Luận văn thạc sỹ hóa học

6

HV: Bùi Tiến Dũng


1.1.4. Giới thiệu về khoáng sản sắt của Tuyên Quang
Quặng Sắt có thành phần chính là sắt và sắt ôxít. Sắt Magnetit (Fe3O4) là một
khoáng sản kim loại có từ tính, tỉ trọng tương đối cao khoảng 4,53 tấn/m3 được
phân bố ở nhiều nơi trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang như: Yên Sơn, Chiêm Hóa, Sơn
Dương, Hàm Yên… nhưng có trữ lượng trung bình, chất lượng tốt và điều kiện khai
thác thuận lợi tập trung tại huyện Hàm Yên, quặng sắt có thể đáp ứng được cho nhu
cầu của các ngành luyện kim đen và một số ngành công nghiệp khác mà hiện nay
trên thị trường có nhu cầu rất lớn.
* Nhóm mỏ ngoại sinh
Trong nhóm này gồm có loại mỏ tàn dư thẩm thấu và loại mỏ êluvi đêluvi
* Loại mỏ tàn dư thẩm thấu (vỏ phong hóa)
Điển hình nhất cho loại mỏ này là quặng kéo dài thành một dải không liên
tục trên 20 cây số, trong đó gồm hơn chục khu. Những khu lớn hơn là Tiến Bộ,
Linh Nham…
Quặng nằm sâu dưới dạng vỉa, dạng thấu kính trong các lớp trầm tích sa
diệp thạch và đôi khi là các trầm tích cacbonat, nham thạch phủ lên quặng là diệp
thạch, phong hóa mạnh thành sét có kiến trúc tàn dư. Trong phạm vi tầng quặng
có gặp đá vôi, các nham sa diệp thạch hạt trung bình diệp thạch alotolit, cacbonat
chứa than.
- Kích thước các thân quặng theo hướng đường phương từ 200mm đến
2.000mm chiều rộng từ (50 ÷ 80)mm bề dày đến 15m, tất cả các khu của vùng mỏ
này đều nằm ở cách lối lên của phay kiến tạo lớn.
- Các mỏ quặng của Tuyên Quang thành phần vật quặng gồm có hydrogơtit, pyrolusit, itspirit và rất nhiều malachit. Đôi khi còn gặp các khoáng vật tàn dư
và cả những mạch khác nữa, trong số khoáng vật không kim loại có fenpat, thạch

anh, thủy mica…
- Ở những tầng dưới, quặng có kiến trúc soe vằn, lỗ hổng và đôi khi có cả
loại quặng ocre xốp như đất [9].
Luận văn thạc sỹ hóa học

7

HV: Bùi Tiến Dũng


- Ở những tầng trên thì quặng có kiến trúc dạng keo và dạng phân tiết hốc
tình, thành phần hóa học của quặng như sau:
Bảng 1.2. Thành phần và phần trăm quặng sắt 9.
TT

Thành phần

%

TT

Thành phần

%

1

Fe2O3

56,15 ÷ 64,82

10

TiO2

0,16 ÷ 0,36

2

FeO

0,14 ÷ 0,35

11

Al2O3

5,25 ÷ 10,25

3

Fe

37,83 ÷ 52,27

12

SiO2

8,86 ÷ 21,14

4

Cr2O3

0,01 ÷ 0,04

13

CaO

0,03 ÷ 0,41

5

S

0,03 ÷ 0,05

14

MgO

0,1 ÷ 0,38

6

P

0,03 ÷ 0,14

15

Pb

0,05 ÷ 2,6

7

Ni

0

16

Zn

0,04 ÷ 3,78

8

Cu

0 ÷ 0,03

17

As

0,02 ÷ 0,16

9

Mn

1,5 ÷ 11,0

Nguồn gốc sinh thành của vùng mỏ rất phức tạp.
- Vùng mỏ được tạo thành sau quá trình oxy hóa, đó là quá trình phong
hóa quặng siđêrit nguyên sinh cùng với quá trình thẩm thấu. Quặng nguyên sinh có
thành phần chủ yếu là magnetit, sulfit, chủ yếu nằm ở cách lối lên của phay kiến tạo
lớp, vì thành phần quặng nguyên sinh là vi điều kiện không gian nên điều kiện
phong hóa dễ dạng, làm cho chúng phong hóa hoàn toàn để tạo nên loại quặng thứ
sinh như ngày nay.
* Loại mỏ Eeluvi - Đêluvi
Nguồn gốc của loại quặng này là do kết quả xâm thực một phần hoặc câm
thực hoàn toàn các thân quặng nguyên sinh và làm chuyển chỗ một phần để tạo
thành các thân quặng riêng biệt, các thân quặng này thường cấu tạo có dạng trùm
phủ, tập trung theo địa hình trên các đồi thoai thoải, trên các sườn núi, đôi khi
chúng tụ lại ở những vùng thấp có dạng tích tụ.
Luận văn thạc sỹ hóa học

8

HV: Bùi Tiến Dũng


Trên mặt đôi khi bị phủ lên một lớp đất trồng xốp, mỏng và phần lớn thì
quặng lộ ngay ra trên mặt.
Độ lớn của các thân quặng cũng phụ thuộc vào quy mô của vùng mỏ

nguyên sinh và khoảng từ 100x400m đến 200x800m chiều dày từ 1m đến 20m,
trong lớp quặng ngoài ra còn chứa đất sét, đôi khi còn chứa các mảnh cực của các
nham thạch bao quanh như sa diệp thạch, đá vôi, thạch anh…
- Loại quặng cấu tạo từ các thân quặng manhêhit nguyên sinh thì thành
phần khoáng vật quặng là mactit, rất ít pirit và limonit.
- Loại quặng cấu tạo từ siđêrit phong hóa hoặc từ các thân quặng sắt thì
chuyển thành quặng gơtit, hyđôhêmatit, hyđrôgơtit, psilomelan và pyrolusit.
Nói chung các thân quặng êluvi - đêluvi đều được tự giầu sắt. Qua quá trình
oxy hóa các loại sulfit, một phần Silic, canxi bị hòa tan và được mang đi nơi khác.
Loại quặng này có hàm lượng sắt tương đối cao nhưng hàm lượng chì,
kẽm cũng cao, nếu so với chỉ tiêu công nghiệp thì hàm lượng chì, kẽm trong quặng
lớn hơn hàng chục lần.
- Về mặt kinh tế loại quặng này có giá trị công nghiệp quan trọng, hàm
lượng sắt cao, điều kiện kỹ thuật khai thác thuận lợi (lộ thiên).
* Nói chung các vùng mỏ sắt được chia ra theo các loại sau, biến chất tiếp
xúc trao đổi và thủy nhiệt biến chất trao đổi, loại mỏ thủy nhiệt, loại mỏ macma, các
loại mỏ tàn dư thẩm thấu và các loại mỏ êluvi - đêluvi.
1.2. Tổng quan về các phƣơng pháp chế tạo xúc tác từ khoáng chất
1.2.1. Quá trình đập
a- Định nghĩa
Là một quá trình giảm kích thước của vật liệu nhờ tác động của ngoại lực.
Sản phẩm qua quá trình đập dùng cho ngành tuyển khoáng có dmax ≤ 25mm.
Tùy theo mức độ sử dụng của các hộ tiêu thụ mà có quy định cụ thể cho cỡ hạt
lớn nhất cần sử dụng. Cục quặng lớn nhất cấp vào khâu nghiền có kích thước tối
thiểu là:
Luận văn thạc sỹ hóa học

9

HV: Bùi Tiến Dũng

- Cấp cho máy nghiền thanh: (20 ÷ 30)mm.
- Cấp cho máy nghiền bi: (15 ÷ 20)mm.
b- Mức đập
Mức đập (I) là tỷ số giữa đường kính lớn nhất của vật liệu trước khi đập và
đường kính lớn nhất của vật liệu sau khi đập.
I=
Trong đó Dmax: Đường kính lớn nhất vật liệu trước đập.
dmax: Đường kính lớn nhất vật liệu sau đập.
Khi đập thô: I1 = (4 ÷ 6) lần.
Khi đập vừa: I2 = (8 ÷ 10) lần.
Khi đập nhỏ: I3 = (3 ÷ 8) lần.
* Mức đập chung: là tỷ số giữa đường kính lớn nhất của vật liệu đầu tiên
trước khi đập và đường kính lớn nhất của vật liệu cuối cùng sau khi đập.
I=

= I1 xI2 xI3

C- Các phương pháp đập
Có 5 dạng đập khoáng sản gồm: ép vỡ, uốn vỡ, xiết vỡ, cắt, đập 12.
1.2.2. Quá trình nghiền
a- Định nghĩa
Quá trình nghiền là quá trình giảm kích thước của vật liệu nhờ ngoại lực tác
dụng, nhằm mục đích giải phóng khoáng vật có ích ra khỏi các kết hạch và liên tinh
đất đá. Sản phẩm quá trình nghiền phải đạt < 1,5 mm.
b- Phân loại máy nghiền
* Máy nghiền hình trụ bao gồm
- Máy nghiền bi tháo qua lưới.
- Máy nghiền bi tháo qua giữa.

- Máy nghiền thanh.
Luận văn thạc sỹ hóa học

10

HV: Bùi Tiến Dũng


1.2.3. Quá trình sàng
a- Định nghĩa
Là một quá trình phân chia hỗn hợp vật liệu thành các cấp hạt khác nhau có
kích thước và tỉ lệ xác định.
b- Phân loại sàng
Căn cứ vào nhiệm vụ của quá trình sàng người ta chia sàng thành 6 loại:
- Sàng độc lập là quá trình chuẩn bị nguyên vật liệu trực tiếp cho các hộ tiêu thụ.
- Sàng chuẩn bị dùng để tạo cỡ hạt thích hợp cho các khâu sau.
- Sàng hỗ trợ nhằm mục đích nâng cao hiệu quả cho các máy. Thường sử
dụng trong khâu đập sàng.
- Sàng tuyển dùng để tách vật liệu đầu thành sản phẩm sạch và sản phẩm
thải.
- Sàng kiểm tra dùng để kiểm tra độ hạt của các máy đập.
- Sàng khử nước dùng để làm giảm lượng nước trong sản phẩm.
1.2.4. Nung và oxi hóa
a- Khái niệm về công nghệ nung từ hóa
Một số quặng sắt do bị phong hóa ở dưới dạng oxit sắt, hydroxit sắt,
cacbonat sắt có từ tính yếu, khi tuyển từ các loại quặng này hiệu quả không cao.
Muốn tuyển từ có hiệu quả, cần phải nung từ hóa để chuyển nó thành dạng có từ
tính mạnh.
Nung là quá trình dùng nhiệt để làm thay đổi thành phần hóa học của vật liệu
đem nung. Nung từ hóa là dạng nung hoàn nguyên để chuyển các oxit sắt từ tính

yếu thành magnetit nhân tạo hoặc maghamite ( Fe2O3) có từ tính mạnh. Nó là khâu
trước của tuyển từ.
b- Các dạng nung từ hóa:
+ Nung hoàn nguyên (khử oxi) để nung quặng hematite và quặng sắt nâu.
+ Nung phân hủy để nung quặng cacbonat, ví dụ xiderit (FeCO3).
Luận văn thạc sỹ hóa học

11

HV: Bùi Tiến Dũng


+ Nung oxi hóa để nâng cao từ tính của pyrite (FeS2).
Trong thực tế, thường là áp dụng phương pháp nung hoàn nguyên để làm
tăng từ tính quặng sắt. Nung hoàn nguyên có 2 dạng là nung khử và nung khử oxi hóa.
+ Khi nung khử quặng sắt, người ta có thể dùng chất khử dạng khí hay
rắn. Chất khử dạng khí hay dùng là hydro, oxit cacbon, hỗn hợp oxit cacbon
với nitơ, axit cacbonic và nhất là khí tự nhiên. Chất khử dạng rắn thường dùng
than nâu, than cốc, antraxit hoặc tận dụng ngay các tạp chất chứa trong quặng
dưới dạng tàn tích có nguồn gốc động vật và thực vật. Với chất khử dạng khí
tiến hành nung ở (600 ÷ 850)0 C, với chất khử dạng rắn tiến hành ở (800 ÷
950)0C.
+ Khi nung khử - oxi hóa, ban đầu oxit sắt có từ tính yếu chuyển thành
magnetit, sau đó oxi hóa magnetit để nó biến thành machemit ( Fe2O3) có từ tính
mạnh.
Thời gian nung phụ thuộc vào cỡ hạt, khối lượng riêng, độ ẩm của quặng và
loại lò nung được sử dụng.
Nung từ hóa quặng sắt được thực hiện trong các lò có cấu tạo khác nhau, như
lò ống quay, lò đứng, lò phản ứng, lò nung tầng sôi…
Ưu, nhược điểm của quá trình nung từ hóa:

- Ưu điểm:
+ Làm tăng năng suất và hiệu suất của quá trình tuyển từ sau đó, đồng thời
giảm chi phí cốc khi luyện gang.
+ Giảm chi phí nghiền do giảm lực liên kết giữa quặng và đất đá, quặng bị vỡ
vụn trong quá trình nung.
+ Giảm chi phí nước để tuyển vì có thể thay thế quá trình tuyển từ ướt bằng
tuyển từ khô.
+ Giảm sự tạo mùn của quặng.
- Nhược điểm:
Luận văn thạc sỹ hóa học

12

HV: Bùi Tiến Dũng


+ Nhược điểm của quá trình nung là làm tăng chi phí nhiên liệu, thường
lượng nhiên liệu tiêu tốn bằng (6 ÷ 10)% lượng quặng đem nung.
1.3. Tổng quan về các phƣơng pháp xác định đặc trƣng của khoáng chất và
xúc tác
1.3.1. Phương pháp đo SEM (scanning electron microscope)
Ứng dụng: Phương pháp này được sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích thước,
hình dạng của vật liệu do khả năng phóng đại và tạo ảnh của vật rất rõ nét và chi tiết.
Nguyên tắc: Phương pháp SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) là
phương pháp hiện đại để nghiên cứu hình dạng và kích thước của các chùm hạt. Cơ
sở của phương pháp này là dùng chùm tia điện tử quét vào mẫu nghiên cứu, các
chùm tia phản xạ sau khi đập vào mẫu sẽ đến màn huỳnh quang và tạo ảnh với độ
phóng đại theo yêu cầu. Dựa trên thang tỉ lệ ta có thể xác định chính xác kích thước
các hạt cũng như độ đồng đều của hạt 10.

Mẫu nghiên cứu

Ảnh FE-SEM
I0

Hình 1.1. Sơ đồ phương pháp SEM
1.3.2. Phương pháp đo TEM (Transmission electron microscopy)
a. Giới thiệu phương pháp
TEM (Transmission electron microscopy) có nghĩa là chùm tia điện tử phải
xuyên qua được mẫu nghiên cứu. Vì thế các mẫu đưa vào nghiên cứu đòi hỏi phải
thỏa mãn một số yêu cầu nhất định. Đặc biệt nó phải đủ mỏng để chùm tia điện tử
Luận văn thạc sỹ hóa học

13

HV: Bùi Tiến Dũng


có thể đi qua. Nói một cách khác nó phải "trong suốt" với chùm tia điện tử. Phương
pháp này cho phép thu ảnh phóng đại mẫu nhờ thấu kính.
b. Nguyên tắc
Cơ chế phóng đại của TEM là nhờ thấu kính điện tử đặt bên trong hệ đo.
Thấu kính này có khả năng thay đổi tiêu cự. Sử dụng tia điện tử (sóng điệu tử) bước
sóng cỡ 0,4 nm chiếu lên mẫu ở hiệu điện thế khoảng 100 kV. Ảnh thu được cho ta
biết chi tiết hình thái học của mẫu theo độ tương phản tán xạ và tương phản nhiễu
xạ, qua đó có thể xác định được kích thước hạt một cách khá chính xác.
Sử dụng chùm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màn
hình huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại theo yêu cầu. Chùm tia điện tử được tạo
ra từ catot qua hai “tụ quang” điện tử sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm
tia điện tử đập vào mẫu sẽ phát ra các chùm tia điện tử phản xạ và điện tử truyền

qua. Các điện tử phản xạ và điện tử truyền qua này được đi qua điện thế gia tốc vào
phần thu và biến đổi thành một tín hiệu ánh sáng, tín hiệu này được khuếch đại, đưa
vào mạng lưới điều khiển để tạo ra độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho
một điểm tương ứng trên màn. Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng điện
tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu .
Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh ba chiều
rõ nét và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Tuy nhiên phương pháp
SEM có độ phóng nhỏ hơn so với phương pháp TEM 10.
1.3.3- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
Ứng dụng: Phương pháp XRD được sử dụng để xác định độ tinh thể, thành
phần pha của vật liệu.
Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ
các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy tắc xác định.
Khi chùm tia Rơnghen (X) tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng tinh thể
thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử,
ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ trở thành các tâm phát ra các tia phản xạ.
Luận văn thạc sỹ hóa học

14

HV: Bùi Tiến Dũng


Hình 1.2. Sơ đồ sự phản xạ trên bề mặt tinh thể
Hơn nữa các nguyên tử, ion này được phân bố trên các mặt song song, do đó
hiệu quang trình của 2 tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt song song cạnh nhau được
tính như sau: Δ=2d sinθ
Trong đó :

d: là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song

θ: là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ
Δ: là hiệu quang trình của hai tia phản xạ

Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng song song cùng
pha thì hiệu quang trình phải bằng nguyên lần độ dài sóng (λ):
2dsinθ = n.λ => sinθ = n.λ/2d

(2.1)

Đây là hệ thức Vulf- Bragg, là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu trúc tinh
thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ (giá trị 2θ), có thể suy ra được khoảng
cách d theo công thức trên. So sánh giá trị d vừa tìm được với d chuẩn sẽ xác định được
thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu. Chính vì vậy, phương pháp
này được sử dụng rộng rãi nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất.
Từ hệ thức Vulf - Bragg có thể thấy rằng, góc phản xạ tỉ lệ nghịch với
khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song hay khoảng cách giữa hai lớp nút mạng.
Vì vậy đối với vật liệu vi mao quản, do kích thước mao quản nhỏ (D < 20Å) nên
góc quét 2q thường lớn hơn 5 độ, còn đối với vật liệu mao quản trung bình do kích
thước mao quản > 20Å nên góc quét 2q thường từ 0,5 độ trở lên 11.
Luận văn thạc sỹ hóa học

15

HV: Bùi Tiến Dũng


1.3.4- Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)
Ứng dụng: Phương pháp phổ IR được sử dụng để phân tích cấu trúc và phát
hiện các nhóm chức bề mặt của vật liệu.
Nguyên tắc: Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng

hồng ngoại (50 ÷ 10.000)cm-1 qua chất phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ
làm giảm cường độ tia tới. Sự hấp thụ này tuân theo định luật Lambert-Beer.
A = lgIo/I=.l.C
Trong đó:

(2.2)

A: mật độ quang
l: chiều dày cuvet (cm)
C: nồng độ chất phân tích (mol/l)
: hệ số hấp thụ phân tử
Io, I: cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi chất phân tích.

Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện dao động (các hạt nhân nguyên tử
dao động xung quanh vị trí cân bằng) làm giảm độ dài liên kết giữa các nguyên tử
và góc hoá trị tăng giảm tuần hoàn, chỉ có những dao động làm biến đổi momen
lưỡng cực điện của liên kết mới xuất hiện tín hiệu hồng ngoại. Người ta phân biệt 2
loại dao động của phân tử là dao động hoá trị và dao động biến dạng. Loại dao động
hoá trị chỉ thay đổi độ dài liên kết mà không thay đổi góc liên kết. Loại dao động
biến dạng chỉ thay đổi góc liên kết mà không thay đổi độ dài liên kết. Đường cong
biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền quang vào bước sóng là phổ hấp thụ hồng ngoại.
Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một tần số (bước sóng) đặc trưng bằng các peak
(đỉnh hấp thụ cực đại) trên phổ hồng ngoại [10].
1.3.5- Phương pháp hấp phụ đa lớp BET
Ứng dụng: Xác định diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp và phân bố kích
thước mao quản của vật liệu.
Nguyên tắc: Lượng khí (hơi) bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích
là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po
của chất bị hấp phụ tại một nhiệt độ đã cho thì mối quan hệ giữa V và P được gọi là
Luận văn thạc sỹ hóa học

16

HV: Bùi Tiến Dũng


“đẳng nhiệt hấp phụ”. Sau khi đã đạt đến áp suất bão hoà P o, người ta đo các giá trị
thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/Po) giảm dần và nhận được đường
“đẳng nhiệt khử hấp phụ”. Nếu đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ không
trùng nhau mà thường thấy một vòng khuyết gọi là hiện tượng trễ. Hình dạng của
đường đẳng nhiệt và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bản chất và hình dáng
mao quản 10.
Hình 1.3: trình bày các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ đặc
trưng theo phân loại của IUPAC. Đường đẳng nhiệt kiểu I ứng với vật liệu vi mao
quản hoặc không có mao quản. Kiểu II và III là của vật liệu mao quản có mao quản
lớn d>50nm. Các vật liệu MQTB có đường đẳng nhiệt kiểu IV và V.

Hình 1.3. Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ
Áp dụng phương trình BET để đo bề mặt riêng: Phương trình BET được đưa
ra bởi Brunauer, Emmett và Teller (1929) được áp dụng để xác định diện tích bề
mặt riêng của vật liệu. Phương trình biểu diễn có dạng sau:

=

+

.

Trong đó: P: áp suất cân bằng
P0: áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ thực nghiệm

V: thể tích của khí hấp phụ ở áp suất P
Vm: thể tích của lớp hấp phụ đơn phân tử tính cho một gam chất
rắn trong điều kiện tiêu chuẩn
Luận văn thạc sỹ hóa học

17

HV: Bùi Tiến Dũng