DSpace at VNU: Nghiên cứu chế tạo hạt nano sắt hóa trị 0 (Fe0) nhằm ứng dụng trong xử lý môi trường nước

Nghiên cứu chế tạo hạt nano sắt hóa trị 0 (Fe0)
nhằm ứng dụng trong xử lý môi trường nước
Nguyễn Thị Toàn
Đại học Công nghệ
Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm
Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Minh Nguyệt
Năm bảo vệ: 2014

Keywords. Linh kiện nano; Hạt nano; Sắt hóa trị 0; Xử lý môi trường nước.


6

MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trƣờng, suy thoái tài nguyên và biến đổi khí hậu đang là thách
thức lớn nhất của nhân loại trong thế kỷ XXI. Các mối nguy hại này đã và đang
làm thay đổi toàn diện, sâu sắc các hệ sinh thái tự nhiên, đời sống kinh tế - xã hội,
đe dọa nghiêm trọng đến môi trƣờng, năng lƣợng, lƣơng thực trên phạm vi toàn
cầu. Đặc biệt, hiện nay tình trạng ô nhiễm trong môi trƣờng nƣớc và đất đang là
mối nguy cơ báo động. Các chất ô nhiễm đƣợc sinh ra bằng nhiều nguồn. Chẳng
hạn nhƣ việc sử dụng quá nhiều phân đạm chứa nhiều NO-3 trong nông nghiệp, ô
nhiễm thuốc bảo vệ thực vật, chất thải công nghiệp có chứa SO2, NO2 và các kim
loại nặng nhƣ chì, arsen, crom, cadimi… Tại các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở
sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do không có công trình và
thiết bị xử lý nƣớc thải. Đối với nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý, hàm lƣợng xyanua vƣợt
đến 84 lần, H2S vƣợt 4,2 lần, hàm lƣợng NH3 vƣợt 84 lần tiêu chuẩn cho phép.
Hàm lƣợng ion kim loại trong nƣớc thải vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con ngƣời. Nhiễm độc Asen trong thời gian
dài làm tăng nguy có gây ƣng thƣ bàng quang, thận, gan và phổi. Asen còn gây ra
các chứng bệnh về tim. Zn còn có khả năng gây ung thƣ đột biến, gây ngộ độc hệ

thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Đặc biệt, với đặc
tính tồn tại lâu trong môi trƣờng, không bị vi sinh phân hủy, khi vào cơ thể chất
hữu cơ mang màu làm tăng nguy cơ ung thƣ, sảy thai, dị tật bẩm sinh và các bệnh
về da, hô hấp. Sử dụng vật liệu nano Fe0 (nano Zero-valent iron) đang trở thành
một sự lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các
khu vực bị ô nhiễm. Fe hóa trị 0 là chất khử mạnh, có hoạt tính khá tốt trong các
phản ứng phân hủy các hợp chất chứa Clo, Nitơ, hợp chất chứa nhân thơm nhƣ
benzen, phenol, các hợp chất hữu cơ mang màu. Có rất nhiều phƣơng pháp để chế
tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano nhƣ phƣơng pháp nghiền, phƣơng pháp vi nhũ
tƣơng, đồng kết tủa, khử hóa học… Trong đó, phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến
nhất để chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano ứng dụng trong môi trƣờng là phƣơng
pháp khử borohiđrit. Phƣơng pháp này đơn giản, hiệu suất cao, cho hạt có kích
thƣớc nhỏ và độ đồng đều cao.
Khóa luận đƣợc thực hiện với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hạt nano sắt hóa
trị 0 (Fe0) nhằm ứng dụng trong xử lý môi trường nước”. Mục đích của khóa
luận là bƣớc đầu nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt kích thƣớc nano bằng phƣơng pháp
khử borohiđrit và xem xét khả năng xử lý chất hữu cơ mang màu của vật liệu này
ở quy mô phòng thí nghiệm dựa trên phản ứng phân hủy xanh metylen.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm các nội dung sau:
- Nghiên cứu qui trình chế tạo ZVI kích thƣớc nhỏ hơn 100 nm.
- Nghiên cứu quy trình bọc hạt nano ZVI trong môi trƣờng phân tán phù hợp.


7

- Nghiên cứu các tính chất hạt nano ZVI và hạt ZVI bọc, xác định cấu trúc và kích
thƣớc hạt nano, hạt bọc.
- Nghiên cứu hoạt tính của hạt nano ZVI và hạt ZVI bọc trong phản ứng phân hủy
xanh metylen

48

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt :
1.

Cao Thế Hà (2006), “Giáo trình Công nghệ Môi trƣờng đại cƣơng”

2.

Lê Văn Khoa (2004) “Khoa học Môi trƣờng” , Nhà xuất bản Giáo dục

3.

/>
Tiếng Anh
4.

Bruce I. Dvorak, Sharon O. Skipton (2008) “Drinking water treatment :
Reverse Osmosis” – Water Management Drinking, University of Nebraska Lincoln Extension, Institute of Agriculture and Natural Resources

5.

J. Schoeman, and A. Steyn (2003) “Nitrate removal with reverse osmosis
in a rural area in South Africa” - Desalination, Volume 155, Issue 1,
pp 15-26

6.

Fred Bergsrud, Bruce Seelig, Russell Derickson “Reverse Osmosis” ,
Treatment systems for household water supplies

7.

Kuen-Song Lin, Ni-Bin Chang, Tien-Deng Chuang (2008) “Fine structure
characterization of zero-valent iron nanoparticles for decontamination of
nitrites and nitrates in wastewater and groundwater” – Science and
Technology of Advanced Materials , pp 1-9

8.

Puls, R.W., Paul, C.J. and Powell, R.M. 1999 The Application of in situ
Permeable Reactive (Zero-valent Iron) Barrier Technology for the
Remediation of Chromate Contaminated Groundwater: A Field Test,
Applied Geochemistry, 14, 989-1000.

9.

Lee T., Lim H., Lee Y. and Park J-W. 2003 Use of Waste Iron Metal for
Removal of Cr(VI) from Water, Chemosphere, 53, 479-485.

10. Sivavec, T.J. and Horney, D.P. 1995 Reductive Dechlorination of

Chlorinated Ethenes by Iron Metal. Proceedings of the 209th ACS National
Meeting, Anaheim, California, April 2-7, 1995.
11. Gillham, R.W. and O’ Hannesin, S.F. 1994 Enhanced Degradation of

Halogenated Aliphatics by Zero-valent Iron, Ground Water, 32, 958-967.
12. Matheson, L.J. and Tratnyek, P.G. 1994 Reductive Dehalogenation of

Chlorinated Methanes by Iron Metal, Environmental Science and
Technology, 28, 2045-2053.
13. KMITL Sci. Tech. J. Vol. 5 No. 3 Jul. Dec. 2005
14. Ling Li, Maohong Fan, Robert C. Brown, J. (Hans) Van Leeuwen, Jianji

Wang

Wenhua

Wang

“Synthesis,

Properties

and

Environmental


49

Applications of Nanoscale iron-based Materials : A review” Critical
Reviews in Environmental Science and Technology, pp 405-431
15. Zhang, Wang (1997) “Synthesizing Nanoscale Iron Particles for Rapid and

Complete Dechlorination of TCE and PCBs” – Environmental Science and
Technology, Vol. 31, No.7
16. Carpenter, E.E. (2001) “Iron nanoparticles as potential magnetic carriers”,

J. Magn. Magn. Mater. 225, 17
17. Li, F., Vipulanandan, C., Mohanty, K.K. (2003), “Microemulsion and

solution approaches to nanoparticle iron production for degradation of
trichloroethylene”- Colloid Surf. A: Physicochem. Eng. 223, 103.
18. Zetasizer Nano series technical note, MRK654-01, Malvern Instruments.
19. Frederick R. Eirich, Egon Matijević (1969) Surface and colloid science,

John Wiley & Sons
20. J. Lyklema

(2005) Fundamentals of Interface and Colloid
Particulate colloids, Science.

Science:

21. Wei-xian Zhang Nanoscale iron particles for environmental remediation:

An overview, Journal of Nanoparticle Research 5: 323–332, 2003.
22. />
mega/Forskningsgrupper/Surface_Engineering/Research/KAIST-Projekt
23. Young-Hun Kim, Won Sik Shin, Seok-Oh Ko and Myung-Chul Kim,

Reduction of aromatic hydrocarbons by zera-valent iron and palladium
catalyst, Symposia Papers Presented Before the Division of Environmental
Chemistry American Chemical Society, Anaheim, CA March 28 – April 1,
2004