Nghiên cứu sự hấp phụ ion Cu(II) bằng vật liệu zeolit MCM 41 được tổng hợp với nguồn silic từ tro trấu (tt)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (518.28 KB, 12 trang )
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
LÊ THỊ DIỆU LINH
NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ Cu (II)
BẰNG VẬT LIỆU ZEOLIT-MCM-41 ĐƢỢC
Demo Version - Select.Pdf SDK
TỔNG HỢP VỚI NGUỒN SILIC TỪ TRO TRẤU
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Huế, năm 2017
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
LÊ THỊ DIỆU LINH
NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ Cu (II)
BẰNG VẬT LIỆU ZEOLIT-MCM-41 ĐƢỢC
Demo Version - Select.Pdf SDK
TỔNG HỢP VỚI NGUỒN SILIC TỪ TRO TRẤU
CHUYÊN NGÀNH: HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Mã số: 60.44.01.19
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HOÀNG VĂN ĐỨC
Huế, năm 2017
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn
là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và
chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả
LÊ THỊ DIỆU LINH
Demo Version - Select.Pdf SDK
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại phòng chuyên đề Hóa lý, Khoa Hóa Học,
trường Đại học Sư phạm Huế.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS.
Hoàng Văn Đức đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, định hướng và tạo mọi điều kiện
tốt nhất để giúp tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Tổ Hóa lý và Khoa Hóa học,
Trường Đại học Sư Phạm Huế đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình làm luận văn.
Tuy nhiên, do điều kiện và kiến thức còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô
giáo và các bạn để đề tài luận văn của mình được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân
trong gia đình, thầy cô, các bạn học viên Cao học Hóa Lý thuyết và Hóa Lý K24,
bạn bè gần xa, người yêu đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu. Demo Version - Select.Pdf SDK
Huế, tháng 9 năm 2017
Tác giả luận văn
Lê Thị Diệu Linh
iii
MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA ...................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................6
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................7
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................9
1.1. Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) ............................................................9
1.1.1. Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình ....................................................9
1.1.2. Phân loại vật liệu MQTB ...........................................................................9
1.2. Vật liệu mao quản trung bình MCM-41 .........................................................10
1.2.1. Đặc điểm cấu trúc MCM-41 ....................................................................10
Demo Version - Select.Pdf SDK
1.2.2. Tổng hợp và cơ chế hình thành vật liệu MCM-41 .................................11
1.2.3. Ứng dụng của vật liệu MQTB MCM-41 .................................................12
1.3. Vật liệu MCM-41 biến tính ............................................................................13
1.3.1. Biến tính bằng kim loại............................................................................13
1.3.2. Biến tính bằng hợp chất hữu cơ ...............................................................14
1.3.3. Vật liệu MCM-41 biến tính bằng zeolit ...................................................15
1.4. Vật liệu MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu .................................................17
1.5. Đồng và một số nghiên cứu về hấp phụ đồng ................................................19
1.6. Các phương pháp xử lý đồng trong nước ......................................................20
CHƢƠNG 2. MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......22
2.1. Mục đích .........................................................................................................22
2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ......................................................................22
2.2.1. Đối tượng .................................................................................................22
2.2.2. Phạm vi ....................................................................................................22
1
2.3. Nội dung .........................................................................................................22
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................22
2.4.1. Phương phápthực nghiệm ........................................................................22
2.4.2. Phương pháp đặc trưng vật liệu ...............................................................22
2.4.3. Nghiên cứu đẳng nhiệt của quá trình hấp phụ .........................................25
2.4.4. Nghiên cứu động học hấp phụ ................................................................26
2.5. Thực nghiệm ...................................................................................................27
2.5.1. Hóa chất ...................................................................................................27
2.5.2. Chuẩn bị vật liệu ......................................................................................28
2.5.3. Nghiên cứu sự hấp phụ ion Cu(II) ...........................................................28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................31
3.1. Tổng hợp và đặc trưng vật liệu .......................................................................31
3.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................................31
3.1.2. Phổ EDX mẫu Ze-RHM-41 ....................................................................32
3.1.3. Ảnh TEM mẫu Ze-RHM-41 ....................................................................32
3.2. Nghiên cứu sự hấp phụ ion Cu(II) của vật liệu biến tính ...............................33
Version
- Select.Pdf
3.2.1. SoDemo
sánh khả
năng hấp
phụ ion Cu(II)SDK
của RHM-41 và Ze-RHM-41 ......33
3.2.2. Ảnh hưởng của pH lên quá trình hấp phụ ................................................34
3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Cu(II) đến quá trình hấp phụ............................35
3.2.4. Động học quá trình hấp phụ Cu(II) lên Ze-RHM-41...............................36
3.2.5. Đẳng nhiệt của quá trình hấp phụ Cu(II) lên Ze-RHM-41 ......................39
3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ .......................................42
3.3. Nghiên cứu khả năng tái hấp phụ của vật liệu ...............................................46
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axít ....................................................................47
3.3.2. Ảnh hưởng của các axít khác nhau ..........................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................51
2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS
Atomic Absorption Spectrometer( Phổ hấp thụ nguyên tử)
CTAB
Cetyltrimetylamoni bromua
DLHP
Dung lượng hấp phụ
ĐHCT
Định hướng cấu trúc
EDX
Enegry Dispersive X-ray
( Phân tích năng lượng tán xạ tia X)
International Union of Pure and Applied Chemistry
IUPAC
(Hiệp hội hóa học cơ bản và ứng dụng quốc tế)
KLK
Kim loại kiềm
KLKT
Kim loại kiềm thổ
MB
Methylene blue (Xanh metylen)
MCM
Mobil Composition of Matter
MQTB
Mao quản trung bình
MCM-41
Mobile Composition of Master 41
Demo Version
- Select.Pdf SDK
(Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng)
MCM-48
Mobil Composition of Matter No. 48
(Vật liệu mao quản trung bình có cấu trúc lập phương)
MCM-50
Mobil Composition of Matter No. 50
(Vật liệu mao quản trung bình có cấu trúc lớp)
M41S
Mobile 41 System
(Họ vật liệu mao quản trung bình do hãng Mobil phát minh)
Ze -RHM-41
Vật liệu MQTB biến tính zeolit
S
Chất hoạt động bề mặt (Surfactant)
SBA-15
Santa Barbara Amorphous – 15
(Vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng)
SBA-16
Santa Barbara Amorphous – 16
(Vật liệu MQTB có cấu trúc lập phương)
TLTK
Tài liệu tham khảo
3
TEM
Transmission Electron Microscopy
(Hiển vi điện tử truyền qua)
TEOS
Tetraethyl Orthosilicate
TMOS
Tetramethyl orthosilicate
XRD
X - Ray Diffraction( Nhiễu xạ tia X)
VLHP
Vật liệu hấp phụ
Demo Version - Select.Pdf SDK
4
DANH MỤC CÁCBẢNG
n 2. . C
t ƣ
n 3. . T
n p ần o
n 3.2. Độ
pp
pp
pp
n tron qu tr n t
n
t ..27
ủ vật l u Ze-RHM-41 ....................................32
m số ủ p ƣơn tr n
ộn
ọ bậ n
t b ểu k ến ủ
Cu(II) lên Ze-RHM-41............................................................37
n 3.4. Một số t
tr n
ọ
n
on Cu(II) ủ vật l u RHM-41 và Ze-RHM-41 ............33
n 3.3. Một số t
qu tr n
s
m số ủ p ƣơn tr n
ộn
ọ bậ
b ểu k ến ủ quá
Cu(II) lên Ze-RHM-41 ...................................................................38
n 3.5. C
t
m số ủ mô
n
ẳn n
t
pp
Cu(II) lên Ze-RHM-41
...................................................................................................................................40
n 3.6. T ôn số n
t ộn
ủ qu tr n
pp
on Cu(II) lên Ze-RHM-
41 ...............................................................................................................................41
n 3.7. G
trị t ôn số ân bằn RL ở
n 3.8. Một số t
ễn qu tr n
n 3.9. C
m số ủ p ƣơn tr n
pp
nồn
ộn
Cu(II) lên Ze-RHM-4
ọ bậ
ở
Demo Version - Select.Pdf SDK
t
m số n
t ộn
ủ qu tr n
ộ ầu k
n
pp
n
u .............41
b ểu k ến b ểu
t ộk
n
u .....43
Cu(II) lên Ze-RHM-
41 ...............................................................................................................................45
n 3. 0. C
t ôn số n
t ộn
ủ qu tr n
pp
Cu(II) lên Ze-RHM-
41 ...............................................................................................................................46
ở
n
t ộk
n
u ........................................................................................46
5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB ..............................................................9
Hình 1.2. Vật liệu MCM-41 ......................................................................................10
Hình 1.3. Cấu trúc không gian 3 chiều của MCM-41 ...............................................10
Hình 1.4. Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB ..............................................11
Hình 1.5. Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng .........................................12
Hình 1.6. a) Cấu trúc của zeolit Y(X) .......................................................................15
Hình 1.6.b) zeolit A ...................................................................................................15
Hình 2.1. Sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể ..............................23
Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu RHM-41, Ze-RHM-41 và Ze-RHM-41 góc lớn..31
Hình 3.2. Ảnh TEM của vật liệu Ze-RHM-41 ..........................................................32
Hình 3.3. Đồ thị biễu diễn độ hấp phụ ion Cu(II) của vật liệu .................................33
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II) bằng Ze-RHM-41 .................34
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn DLHP của Ze-RHM-41 theo thời gian...........................35
Hình 3.6. Đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc nhất biểu kiến của quá trình hấp phụ
Cu(II) lên Ze-RHM-41 ..............................................................................................36
Hình 3.7. Đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá trình hấp phụ
Demo Version
- Select.Pdf SDK
Cu(II) lên Ze-RHM-41
..............................................................................................
38
Hình 3.8. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cu(II) lên Ze-RHM-41 ..................40
Hình 3.9. Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cu(II) lên Ze-RHM-41 .................41
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn DLHP Cu(II) lên Ze-RHM-41 .....................................42
Hình 3.11. Đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá trình hấp phụ
Cu(II) lên Ze-RHM-41 ở các nhiệt độ khác nhau ...................................................43
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnk2 vào 1/T của quá trình hấp phụ
Cu(II) lên Ze-RHM-41 ..............................................................................................44
Hình 3.13. Đồ thị biễu diễn lnK theo 1/T của quá trình hấp phụ hấp phụ ion Cu(II)
của vật liệu Ze-RHM-41 ...........................................................................................46
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ và giải hấp Cu(II) bằng HCl 0,2 M
sau 4 lần khác nhau ...................................................................................................47
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ và giải hấp Cu(II) bằng HCl 0,2 M
sau 4 lần khác nhau ...................................................................................................48
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Cu(II) của vật liệu Ze-MCM-41 và giải
hấp bằng dung dịch axit H2SO4 0,05M ,CH3COOH 0,1M sau 2 lần khác nhau ...........49
6
MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên quý báu và hết sức thiết yếu đối với sự sống trên trái
đất. Nhưng nguồn tài nguyên này ngày càng trở nên cạn kiệt và ô nhiễm một cách
nghiêm trọng. Đặc biệt là các nguồn nướcbị ô nhiễm bởi các kim loại nặng độc hại do
xả thải là vấn đề môi trường đang được quan tâm không chỉ ở nước ta mà của toàn thế
giới. Các kim loại nặng như Cu, Cd, Pb…gây độc đối với con người và các sinh vật
khác khi nồng độ của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong đó đồng là một trong
những kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau
như dệt may, sản xuất giấy, bột giấy, mạ điện, sản xuất phân bón… [26], nên sự ô
nhiễm đồng trong các nguồn nước thải là rất phổ biến. Chính vì vậy vấn đề xử lý dư
lượng kim loại nặng trong nước thải nói chung và đồng nói riêng là một nhu
cầu cấp thiết.
Đã có rất nhiều phương pháp xử lý khác nhau được áp dụng nhằm loại bỏ
Cu(II) ra khỏi môi trường nước đã được nghiên cứu như: kết tủa hoá học, chiết
bằng dung môi, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, hấp phụ…[20, 26, 28]. Trong
Demo Version - Select.Pdf SDK
đó, hấp phụ là phương pháp được sử dụng phổ biến nhờtính đơn giản, hiệu quả cao
và kinh tế. Đến nay, đã có nhiều loại vật liệu hấp phụ khác nhau được công bố như
cacbon hoạt tính [26], chitosan [20], kao lanh/zeolit [29], khoáng sét [51], vật liệu
mao quản trung bình (MQTB) [25, 28, 56]. Trong số đó, vật liệu MQTB đã nhận
được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học do có diện tích bề mặt lớn, mao quản
đồng đều, trật tự cao[27]; đặc biệt, sau khi được biến tính bằng các nhóm chức thích
hợp, dung lượng hấp phụ kim loại nặng của vật liệu MQTB được cải thiện đáng kể
[56].
Mặc dù có nhiều thành công trong việc biến tínhMCM-41,một vật liệu tiêu
biểu của họ vật liệu MQTB, nhưng việc ứng dụng các vật liệu này ở trên thế giới cũng
như ở Việt Nam vẫn chưa nhiều. Một trong những nguyên nhân dẫn đến hạn chế khả
năng ứng dụng của vật liệu MCM-41 là do phần lớn chúng được tổng hợp từ nguồn
silic TEOS hay TMOS có giá thành cao. Do đó, việc tìm nguồn silic có giá thấp thay
thế TEOS trong tổng hợp MCM-41là nhiệm vụ cấp thiết của những nhà khoa học
nghiên cứu trong lĩnh vực này.
7
Trong những năm gần đây việc tổng hợp thành công vật liệu MCM-41 với
nguồn silic tách từ tro trấu, một phụ, phế phẩm nông nghiệp dồi dào càng mở ra
triển vọng lớn cho việc ứng dụng của vật liệu này. Đồng thời việc biến tính MCM41 bằng zeolit nhằm nâng cao khả năng hấp phụ củaMCM-41 cũng được quan tâm.
Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu sự hấp phụ
ion Cu(II) bằng vật liệu zeolit-MCM-41 đƣợc tổng hợp với nguồn silic từ tro
trấu” cho luận văn của mình với mong muốn đánh giá được khả năng hấp phụ của
vật liệu này đối với đồng, một trong những kim loại nặng độc hại và tiềm năng tái sử
dụng loại vật liệu này.
* Nội dung của đề tài bao gồm các vấn đề chính sau:
Tổng hợp vật liệu Zeolit-MCM -41.
Nghiên cứu sự hấp phụ ion Cu(II) lên Zeolit-MCM -41.
* Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị và tài liệu tham khảo, luận văn gồm
có các chương như sau :
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Demo
Version
- Select.Pdf
SDKcứu
Chương
2: Nội
dung và phương
pháp nghiên
Chương 3: Kết quả và thảo luận luận
8
