Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của bùn đỏ lâm đồng trong phản ứng oxi hóa metylen xanh bằng hydroperoxide

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
W

w

•••

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LỚP D13HH03

w

W

BẢO VỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
Năm học: 2014 - 2015
FC

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH xúc TÁC CỦA
BÙN ĐỎ LÂM ĐỒNG TRONG PHẢN ỨNG
OXI HÓA METYLEN XANH BẰNG
HYDROPEROXIDE
IZ

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Phạm Đình Dũ

Sinh viên thực hiện:
Đồn Thị Diễm Trang

••


Sinh viên thực hiện
••

1. Đồn Thị Diễm Trang (chính)
2. Nguyễn Đặng Thủy Tiên


3. Lý Ngọc Tâm


I.Tổng quan F 1.1 Giới thiệu về bùn đỏ
NỘI DUNG

Tổng quan
Nội dung, phương pháp nghiên cứu và thực
nghiệm,
Kết quả và thảo luận
Bùn đỏ (red mud) được tạo ra trong quá trình
và kiến
nghị
sảnKết
xuấtluận
alumina
(nhơm
oxit) theo qui trình Bayer.

Sau khi trộn quặng bauxite với dung dịch natri
hidroxit ở nhiệt độ và áp suất cao, nhơm oxit được hồ tan
trong dung dịch và còn lại chất cặn rắn là bùn đỏ theo các
phương trình phản ứng sau:
Al2O3.H2O + Na(OH).3H2O = NaAl2O3(OH) + 4H2O + bùn
Al2O3.3H2O + Na(OH).3H2O = NaAl2O3(OH) + 6H2O + bùn
đỏ

không tan


Hình 1.1. Qui trình sản xuât alumina từ quặng bauxite


I.Tổng
quan

1.2 Giới thiệu về metylen
xanh


I.Tổng
quan

1.2 Giới thiệu về metylen
xanh

CH3

^CH

s3C
H
CH
N3Cl


2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu
và thực nghiệm.


2.3 Thực nghiệm
2.3.1. Vật liệu và hố chất
••
Bùn đỏ được cung cấp bởi nhà máy alumina Tân Rai
(Bảo Lâm, Lâm Đồng).
Các hoá chất: xanh metylen, H2O2, HCl và NaOH
(QuangZou, Trung Quốc) được sử dụng trong nghiên cứu
này.


2.3 Thực nghiệm
Ban đầu, bùn đỏ được sấy khô ở 105oC và rây thành
hạt nhỏ ta thu được bột bùn đỏ thơ.
•••
Bột bùn đỏ thơ được xử lí bằng cách rửa 2 lần với
axit HCl (0,1 mol/L trong 4 giờ với tỉ lệ 1:25 (g/mL) về
khối lượng bùn đỏ/thể tích dung dịch). Sau đó, lọc, rửa bằng
nước cất và sấy khô ở 105oC ta thu được bùn đỏ đã được
axit hố.
Bùn đỏ sau khi đã axit hóa được hoạt hóa bằng cách

nung ở 700oC trong 4 giờ, sản phẩm (kí hiệu BĐA-700)


được sử dụng làm chất xúc tác.

2.3 Thực nghiệm
2.3.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác
Xanh metylen (kí hiệu MB) có công thức phân tử
C16H18N3SCl và khối lượng mol 319,85 g/mol được sử
dụng như là một thuốc nhuộm điển hình để nghiên cứu mơ
hình động học phản ứng.


2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu
và thực nghiệm.
2.3 Thực nghiệm

k

Hoạt tính xúc tác của mẫu BĐA-700 được khảo sát •
•
đối với phản ứng oxi hóa MB trong dung dịch nước bằng
hydroperoxit ở nhiệt độ 30oC trong bình cầu hai cổ dung
tích 500 mL. 0,1 g xúc tác được khuấy trộn với 100 mL
dung dịch MB có nồng độ, pH xác định (pH được điều
chỉnh bằng dung dịch HCl 0,2M hoặc NaOH 0,2M) và một
hàm lượng hydroperoxit nhất định. Sau mỗi khoảng thời
gian xác định, 5 mL dung dịch được lấy ra, li tâm để loại bỏ
chất xúc tác, nồng độ của MB còn lại trong dung dịch được
xác định bằng phương pháp UV-Vis trên máy UVD- 3000

(Labomed, Mỹ).


k

3. Kết quả và thảo
b
luận V
3.1 Thành phần hóa học của chất xúc tác

Hình 3.1. Phổ EDX và thành phần các nguyên tố của mẫu BĐA-700


k

3. Kết quả và thảo
b
Vluận
3.1 Thành phần hóa học của chất xúc tác
Thành phần hóa học của chất xúc tác được phân tích
bằng EDX và kết quả phân tích EDX cho thấy rằng Fe là
nguyên tố chính trong mẫu BĐA-700 với phần trăm về khối
lượng là 48,45%. Kết quả này cho thấy rằng mẫu BĐA-700
có khả năng xúc tác cao cho hệ phản ứng Fenton. kết quả
trình bày ở hình 3.1


§é hÊp thô

3. Kết quả và thảo

luận


t

/Co (%)

3. Kết quả và thảo
luận


k

b

__

giản.

V

F

_ _ ___
3.3. Hoạt tính xúc tác
và hấp phụ của mẫu
BĐA-700
Hình dáng của các
đường cong khơng
khác nhau, chứng tỏ

q trình oxi hóa xanh
metylen khơng tạo ra
các sản phẩm trung
gian, mà bị khống hóa
hồn tồn tạo thành các
hợp chất cơ vơ đơn


Hình 3.4. Phổ UV-Vis của sự phân hủy MB bằng H2O2 trên xúc tác
BĐA-700 theo thời gian


b
F

3.4. Nghiên cứu phản ứng oxi hóa xanh metylen bằng
H2O2 với xúc tác BĐA-700
3.4.1 Ảnh hưởng của pH
Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy MB bằng
H2O2 trên xúc tác BĐA-700 được trình bày ở hình 3.5.


k

T

'I J 1 À 1 1

TT
3.4.1

Ảnh hưởng của pH
Ở pH bằng 3 và 11, sự phân hủy MB xảy ra không đáng kể;


Ở pH = 5 - 9, hiệu suất phân hủy MB không khác nhau nhiều
và tỉ lệ Ct/Co đạt giá trị 55 - 63% ở thời điểm 240 phút
t (phót)
Hình 3.5. Sự phân hủy MB ở các pH dung dịch ban đầu khác nhau (nồng
độ MB ban đầu 3,13.10~5 mol/L; nồng độ H2O2 ban đầu 0,19204 mol/L)


3. Kết quả và thảo luận J 3.4.2 Động học phản ứng
Quan sát hình 3.3 và 3.5 ta thấy chất xúc tác chỉ có
hoạt tính trong những phút đầu của phản ứng, do đó, chúng
tơi sử dụng phương pháp tốc độ đầu để nghiên cứu động
học phản ứng trên.
Bảng 3.1 trình bày kết quả tính tốc độ đầu tại thời
điểm 10 giây của phản ứng oxi hóa MB bằng hydroperoxit
với BĐA-700 làm xúc tác.


Bảng 3.1. Kết quả xác định tốc độ đầu tại thời điểm 10 giây (ở
30oC)
X
(10s)
[MB]

[MB]i X 105
(mol.L 1)

-

0,67929
1,32699
1,81671
2,49457
0,67929
1,32699
1,81671
2,49457
0,67929
1,32699
1,81671

5

10

-1

(mol.L )
0,60174
1,09433
1,53236
1,77075
0,59169
1,03689
1,57975
1,62570
0,60318

1,06418
1,41028

[H2O2]i

Tỉ lệ mol

ri (10s) X 107

(mol.L 1)

(H2O2)i/(MB)i

(mol.L 1.s 1)

0,14474
0,14474
0,14474
0,14474
0,09697
0,09697
0,09697
0,09697
0,04873
0,04873
0,04873

21307
10907
7967

5802
14275
7307
5337
3887
7173
3671
2682

0,77551
2,32654
2,84355
7,23812
0,87604
2,90099
2,36962
8,68862
0,76115
2,62813
4,06426

-

•

_

_

Bảng 3.1. Kết quả xác định tốc độ đầu tại thời điểm 10 giây (ở
30oC)
2,49457

1,96463

0,04873

1953

5,29934