Nghiên cứu tổng hợp zeolit x từ cao lanh a lưới với chất tạo phức hữu cơ và ứng dụng để tách loại asen trong nước

1

B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

Đ

NG C ÂN

NGHIÊN C U T NG H P ZEOLIT X T CAO LANH
A LƯ I V I CH T T O PH C H U CƠ VÀ
NG D NG Đ TÁCH LO I ASEN TRONG NƯ C

Chuyên ngành : Hóa h u cơ
Mã s : 60.44.27

TĨM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Đà N ng - 2011


2

Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS T Ng c Đôn

Ph n bi n 1: PGS.TS. Ph m Văn Hai

Ph n bi n 2: PGS.TS. Tr n Văn Th ng

Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t
nghi p th c sĩ khoa h c h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày
25 tháng 6 năm 2011.

* Có th tìm hi u lu n văn t i
- Trung tâm thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng.


3

M

Đ U

1. Lý do ch n ñ tài
- Xã h i ngày càng văn minh, khoa h c kĩ thu t ngày càng đ t
đ n trình đ cao. Hàng lo t các thành ph phát tri n không ng ng,
các khu cơng nghi p, các nhà máy, xí nghi p ra đ i kéo theo s ơ
nhi m mơi trư ng hi n nay đang
trong đó v n đ ô nhi m asen

m c báo ñ ng hơn bao gi h t,
các ngu n nư c th i cũng như các

ngu n nư c ñư c s d ng vào m c đích sinh ho t cho dân cư ngày
càng tr nên tr m tr ng

- Zeolit là v t li u ña năng, ñư c s n xu t t nguyên li u khá
phong phú là cao lanh. Trong đó có kh năng h p ph kim lo i n ng
trong nư c v i hi u qu cao
- Trư c nh ng yêu c u c p thi t k trên tơi đã ch n đ tài
“Nghiên c u t ng h p zeolit X t cao lanh A Lư i v i ch t t o
ph c h u cơ và ng d ng ñ tách lo i asen trong nư c”
2. M c tiêu nghiên c u
- Xây d ng quy trình t ng h p zeolit X t cao lanh A lư i v i
ch t t o ph c h u cơ
- Xác ñ nh dung lư ng trao ñ i cation, kh năng h p ph nư c
và benzene c a zeolit X t o ñư c
- Kh o sát s h p ph asen trong nư c c a zeolit X t o ñư c
3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u
- Cao lanh kh o sát ñư c l y t huy n A Lư i – T nh Th a
Thiên Hu


4
4. Phương pháp nghiên c u
4.1. Nghiên c u lý thuy t: Tìm hi u thơng tin, tư li u v cao lanh,
zeolit X, các phương pháp lo i b asen và các v n đ liên quan thơng
qua tài li u tham kh o
4.2. Nghiên c u th c nghi m:
- X lí cao lanh b i nhi t

600oC ñ chuy n hóa c u trúc cao

lanh v d ng c u trúc khuy t t t (metacaolanh)
- T o zeolit X t metacaolanh, th y tinh h u cơ, nư c s ch,
natri hiñroxit v i ch t t o ph c h u cơ

Nghiên c u các y u t

nh hư ng và dùng các phương pháp ñ

nghiên c u zeolit NaX t o ñư c như

cu n lu n văn chính

5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài
- T ng h p ñư c zeolit X t ngu n cao lanh

A Lư i

- Phát tri n hư ng ng d ng dùng zeolit X h p th asen trong
nư c v i hi u qu cao
6. C u trúc c a lu n văn
M ñ u
Chương 1: T ng quan
Chương 2: Th c nghi m
Chương 3: K t qu và th o lu n
K t lu n và ki n ngh .
|


5

CHƯƠNG 1. T NG QUAN
1.1. GI I THI U V CAO LANH
1.1.1. Khái lư c v cao lanh
Cao lanh là lo i khoáng sét t nhiên ng m nư c, thành ph n

chính là khống v t kaolinit có c u trúc 1:1 d ng diocta, chi m
kho ng 85-90% tr ng lư ng. Cơng th c hố h c c a cao lanh là
Al2O3.2SiO2.2H2O, cơng th c lí tư ng là Al4(Si4O10)(OH)8 v i hàm
lư ng SiO2 = 46,54%; Al2O3 = 39,5% và H2O = 13,9% tr ng lư ng
[5]. Tuy nhiên, thành ph n lí tư ng này r t ít g p vì ngồi ba thành
ph n chính k trên, trong cao lanh thư ng xun có m t Fe2O3, TiO2,
MgO, CaO, K2O, Na2O v i hàm lư ng nh . Ngồi ra cịn có các
khống khác như hydromica, halloysit, montmorillonit, felspar,
rutil… nhưng hàm lư ng không l n.
1.1.2. Các tính ch t c a cao lanh
1.1.2.1. Tính ch t trao đ i ion
1.1.2.2. Tính ch t h p ph
1.1.3. Các ng d ng c a cao lanh
Ngay t nh ng th i c xưa ngư i ta đã bi t dùng khống sét
vào đ i s ng th c ti n như v n d ng làm ñ sinh ho t g m s , g ch
xây, hoa văn trang trí. Trong cơng nghi p ch bi n d u m , cao lanh
dùng ñ kh các t p ch t có h i gây mùi khó ch u và dùng đ t y
tr ng cho hi u qu khá cao [2]. Ngư i ta còn có th s d ng cao lanh
làm ch t mang cho xúc tác, làm ch t ñ n …


6
1.1.4. Ngu n cao lanh

A Lư i - Th a Thiên Hu

Cao lanh A Lư i – Th a Thiên Hu có ngu n g c t q
trình phong hố các đ i m ch aplite, granite aplite có thành ph n
giàu feldspar, nghèo th ch anh và khoáng v t màu. Cao lanh A Lư i
có màu tr ng, tr ng trong, tr ng vơi, d bóp v v n, có h t v a và

m n,

ph n ti p xúc v i đá vây quanh cao lanh có màu tr ng h ng

nh t, tr ng vàng nh t và có ít m ch th ch anh màu tr ng đ c. Cao
lanh A Lư i có hàm lư ng Fe2O3 th p (<1%), ñ tr ng cao sau khi
nung (73,9% so v i MgO) [24].
1.2. GI I THI U V ZEOLIT VÀ ZEOLIT X
1.2.1. Gi i thi u v zeolit
1.2.1.1. Khái ni m
Zeolit là các aluminosilicat tinh th có c u trúc khơng gian ba
chi u, v i h th ng l x p ñ ng ñ u và r t tr t t . H mao qu n trong
zeolit có kích thư c c phân t dao đ ng trong kho ng t 3 - 12Å.
Cơng th c hóa h c c a zeolit thư ng ñư c bi u di n dư i d ng:
Mx/n.[(AlO2)x . (SiO2)y]. zH2O.
Trong đó: - M là cation bù tr đi n tích khung, có hóa tr n.
- x và y là s t di n nhôm và silic, z là s phân t nư c
k t tinh.
- Ký hi u trong [ ] là thành ph n c a m t ô m ng cơ s .
1.2.1.2. Phân lo i zeolit
* D a theo ngu n g c


7
* D a theo đư ng kính mao qu n
* D a theo t s Si/Al
* Theo hư ng không gian c a các kênh hình thành c u trúc
mao qu n
1.2.1.3. C u trúc tinh th zeolit
Zeolit t

nhiên cũng như zeolit t ng h p đ u có c u trúc

khơng gian ba chi u, đư c hình thành t các ñơn v sơ c p là các t
di n TO4 (T: Al, Si). Trong m i t di n TO4, cation T ñư c bao
quanh b i 4 ion O2 - và m i t di n liên k t v i 4 t di n quanh nó
b ng cách ghép chung các nguyên t oxy

ñ nh. Khác v i t di n

SiO4 trung hồ đi n, m i m t nguyên t Al ph i trí t di n trong
AlO4- cịn th a m t đi n tích âm.

Hình 1.2. Các đơn v c u trúc sơ c p c a zeolit
1.2.1.4. Tính ch t đ c trưng c a zeolit
a. Tính ch t trao đ i cation
b. Tính ch t h p ph
c. Tính ch t xúc tác.
d. Tính ch t ch n l c hình d ng


8
1.2.1.5. Các phương pháp t ng h p zeolit và y u t

nh hư ng đ n

q trình t ng h p
a. T ng h p zeolit t các ngu n Si và Al riêng bi t.
b. T ng h p zeolit t cao lanh.
Trong r t nhi u các lo i khống sét đã đư c nghiên c u, ch có

m t s lo i đư c s d ng nhi u cho t ng h p zeolit, ñi n hình là
khống kaolinit. Lo i khống này có c u trúc l p 1:1, d ng triocta.
Thành ph n hoá h c ch y u c a kaolinit là SiO2, Al2O3, và H2O. T
s SiO2/Al2O3 thông thư ng t 2,1 đ n 2,4. Do đó, kaolinit là ngun
li u t t cho quá trình t ng h p các lo i zeolit có t s SiO2/Al2O3
th p như zeolit X.
c. Các y u t

nh hư ng ñ n quá trình t ng h p zeolit.

* nh hư ng c a t s Si/Al.
* nh hư ng c a ngu n silic.
*

nh hư ng c a ñ pH.

*

nh hư ng c a nhi t ñ và th i gian.

*

nh hư ng c a ch t t o c u trúc.

1.2.2. Gi i thi u v zeolit X
Zeolit X thu c h v t li u faujazite, SBU là các vòng kép 6
c nh (D6R). Đơn v c u trúc cơ b n c a zeolit X là sodalit. Sodalit là
m t kh i bát di n c t g m 8 m t 6 c nh và 6 m t 4 c nh do 24 t
di n TO4 ghép l i. M i nút m ng c a zeolit X ñ u là các bát di n c t
và m i bát di n c t liên k t v i 4 bát di n c t khác

m t 6 c nh

thông qua liên k t c u oxi (ph i trí t di n như các đ nh cacbon trong


9
c u trúc kim cương). S m t 6 c nh c a bát di n c t là 8, do đó t n
t i 4 m t 6 c nh còn tr ng c a m i bát di n c t trong zeolit X. Hình
1.6 trình bày c u trúc khung m ng c a zeolit X.

Hình 1.6. C u trúc khung m ng c a zeolit X.
1.3. GI I THI U V ASEN VÀ Ô NHI M ASEN
1.3.1. Gi i thi u v asen và tác h i c a nó
Asen là m t nguyên t t nhiên, có m t

kh p m i nơi trong

khơng khí, ñ t, th c ăn, nư c u ng. Asen thư ng t n t i trong nư c
d ng vơ cơ As(III) và As(V), As(III) thì đ c h i hơn As(V) và
thư ng t n t i trong nư c [34].
1.3.1.1. Tính ch t c a Asen
a. Tính ch t v t lý c a Asen
b. Tính ch t hoá h c.
1.3.1.2. M t s h p ch t c a Asen.
a. Asen hidrua (AsH3 còn g i là asin).
b. Asen trioxit (As2O3).
c. Asen (V) oxit (As2O5).
d. Asen trihalogenua

10
1.3.2. Tình hình ơ nhi m Asen.
1.3.2.1. Tình hình ơ nhi m Asen trên th gi i
1.3.2.2. Tình hình ơ nhi m Asen

Vi t Nam

Là m t nư c nông nghi p, Vi t Nam s d ng lư ng r t l n
phân bón, thu c b o v th c v t ch a As, thúc ñ y phát tán As vào
môi trư ng nư c và tr m tích. Trong chi n tranh k thù đã s d ng
nhi u hố ch t đ c h i ch a As

Vi t Nam, cư ng đ ơ nhi m đ t,

nư c, tr m tích b i ngun t này là r t cao [25].
1.3.3. Các phương pháp x lý asen
+ Phương pháp h p ph
+ Phương pháp l c
+ Phương pháp Oxi hoá
+ S d ng ánh sáng m t tr i

CHƯƠNG 2. TH C NGHI M
2.1. HĨA CH T VÀ NGUN LI U
2.1.1. Hố ch t s d ng
Hoá ch t s d ng

d ng tinh khi t ho c công nghi p bao

g m:

- NaOH, NaCl, HCl, H2SO4, HNO3, BaCl2, AgNO3, Benzen,
Phenol phtalein, As2O3, KMnO4.


11
- Thu tinh l ng có t tr ng d = 1,36 g/ml, thành ph n kh i
lư ng là 37,48% SiO2 và 9,21% Na2O.
- Các ch t t o ph c có c u trúc khác nhau (kí hi u D1, D2,
D3) ñư c t ng h p t các h p ch t h u cơ thông thư ng t i phịng
thí nghi m.
2.1.2. D ng c và thi t b thí nghi m
- Bình c u thu tinh 250ml, bình tam giác 250ml, b p đi n,
d ng c ñun cách thu , ph u l c chân khơng, bình hút m, pipet,
buret chu n đ , bình đ nh m c 25ml, 50ml, 500ml, 1000ml,... cân
đi n t , t s y chân không, ph u thu tinh, c c thu tinh, ng ñong,
máy khu y, ñũa khu y.
- Các thi t b thí nghi m g m: T s y, lò nung, máy l c ly
tâm, thi t b ñ ng th , thi t b k t tinh, cân, máy l c IKA KS206C
c a Đ c.
2.1.3. Chu n b nguyên li u
Nguyên li u ñư c s d ng ñ t ng h p zeolit X là cao lanh
A Lư i
* Sơ ch cao lanh nguyên khai:
Cao lanh l y t m v ñư c l c r a nhi u l n b ng nư c công
nghi p (lo i b c n đáy và ph n nư c trong phía trên, ch l y ph n
huy n phù m n

gi a) đ lo i các t p ch t có kích thư c l n như cát,

s i, các khoáng canxi, s t, felspar và các ch t h u cơ… Huy n phù

thu ñư c l n cu i ñư c đem s y khơ

105oC, nghi n nh thu đư c

cao lanh ñã sơ ch , dùng làm nguyên li u cho t ng h p zeolit X.


12
* X lý cao lanh b i nhi t
Cao lanh ti p t c ñư c nung

nhi t ñ 600oC trong 3 gi ñ

lo i b các t p ch t h u cơ, lo i nư c ra kh i c u trúc khoáng và
quan tr ng nh t là chuy n hoá c u trúc cao lanh v d ng c u trúc
khuy t t t, metacaolanh. T c u trúc này ta có th t ng h p zeolit X
d dàng hơn.
2.2. T NG H P ZEOLIT NaX T

CAO LANH A LƯ I

2.2.1. Nghiên c u nh hư ng c a các ch t t o ph c khác nhau.
Ba m u thí nghi m cùng đư c t o l p t metacaolanh, thu
tinh l ng, nư c s ch, natrihydroxit v i t l thành ph n mol:
4Na2O.Al2O3.5SiO2.120H2O
Ngồi ra, các m u đư c b sung các ch t t o ph c tương ng
là D1, D2 và D3 theo cùng t l mol: DX/Al2O3 = 1,2 (x = 1, 2, 3).
Sau khi t o h n h p các thành ph n k trên, các m u ñư c
làm già trong 96 gi

nhi t đ phịng và k t tinh thu nhi t có khu y

tr n liên t c trong 12 gi

95oC. K t thúc q trình k t tinh, các

m u đư c l c r a ñ n pH = 9, s y khơ

nhi t đ 120oC, r i nghi n

và rây ñ n c h t 0,15 mm. Ba m u thí nghi m tương ng v i các
ch t t o ph c D1, D2 và D3 ñư c ký hi u l n lư t là X12-D1, X12D2 và X12-D3.
ñây: D1, D2, D3 tương ng là các ch t t o ph c h u cơ có
c u trúc khác nhau, trong c u t o có ch a m t ho c nhi u nhóm ch c
amin và cacboxyl.
2.2.2. Nghiên c u nh hư ng c a th i gian k t tinh


13
Hai m u thí nghi m ti p theo đư c th c hi n tương t như
m u X12-D2 nhưng v i th i gian k t tinh là 6 và 18 gi . Các m u
này ñư c ký hi u là X6-D2 và X18-D2.
2.2.3. Nghiên c u tính l p l i c a quy trình t ng h p
M t m u ñư c th c hi n tương t như m u X12-D2 nhưng
v i tr ng lư ng m u l n g p 50 l n so v i m u X12-D2 và ñư c ký
hi u là X12-D2L2.
Tóm t t sơ ñ t ng h p zeolit NaX t metacaolanh đư c
trình bày trong hình 2.1. T t c các m u thí nghi m sau đó đư c đưa
đi phân tích xác đ nh c u trúc và tính ch t ñ c trưng trong cùng ñi u
ki n.

Metacaolanh
Ch t t o ph c D1,
D2, D3, nư c

Ngu n Si (thu
tinh l ng), NaOH
H n h p gel

Làm già gel 96 gi , nhi t đ phịng
Gel đã già hố
K t tinh thu nhi t, 95oC, 6-18
gi l c, r a, s y, nghi n, rây
Zeolit NaX
Hình 2.1. Sơ đ t ng h p zeolit NaX t cao lanh A Lư i


14
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP Đ C TRƯNG TÍNH CH T VÀ
C U TRÚC
2.3.1. Các phương pháp đ c trưng tính ch t
2.3.1.1. Xác ñ nh dung lư ng trao ñ i cation (CEC)
2.3.1.2. Xác ñ nh kh năng h p ph nư c và benzen.
2.3.2. Các phương pháp ñ c trưng c u trúc
2.3.2.1. Phương pháp ph nhi u x Rơnghen (XRD)
2.3.2.2. Phương pháp ph h p th h ng ngo i (IR).
2.3.2.3. Phương pháp hi n vi ñi n t qt (SEM)
2.3.2.4. Áp d ng phương trình BET đ xác ñ nh b m t riêng
2.4. X

LÝ ASEN TRONG NƯ C B NG PHƯƠNG PHÁP

H P PH
2.4.1. Nguyên li u, d ng c , hóa ch t
2.4.2. Kh o sát kh năng h p ph Asen c a zeolit NaX và NaXFe
2.4.2.1 . So sánh kh năng h p ph As c a zeolit NaX và NaXFe.
2.4.2.2 . Đánh giá kh năng h p ph As c a zeolit NaXFe.
2.4.2.3 . Đánh giá kh năng h p ph As c a zeolit NaXFe khi trong
dung d ch có m t ch t oxi hoá.


15

CHƯƠNG 3. K T QU VÀ TH O LU N
3.1. K T QU T NG H P ZEOLIT NaX
Quy trình t ng h p zeolit NaX t cao lanh A lư i ñư c ti n hành v i
s thay ñ i th i gian k t tinh t 6 ÷ 18 gi , trong cùng ñi u ki n
nhi t ñ k t tinh 95oC và th i gian làm già là 96 gi . Trong ph n
th c nghi m này m u X12-D2 ñư c s d ng ñ kh o sát chi ti t. Các
k t qu dung lư ng trao ñ i cation CEC, h p ph nư c, h p ph
benzen c a m u X12-D2 và m u zeolit NaX ñư c t ng h p theo [5]
t cao lanh (ký hi u NaX [5]) đư c trình bày trong b ng 3.1.
B ng 3.1. K t qu CEC, AH2O, AC6H6 c a m u X12-D2 và NaX [5].
Ký hi u

CEC,

AH2O,

AC6H6,

Đ tinh th

m u

meq/100g

%

%

theo XRD, %

1

X12-D2

312

21,3

22,9

92

2

NaX [3]

288

21,0

23,00

95

STT

T b ng 3.1 cho th y, k t qu xác ñ nh CEC c a m u X12-D2
cao hơn so v i NaX [5], k t qu h p ph benzen và nư c c a m u
X12-D2 so v i NaX [5] g n như tương đương. Đi u đó ch ng t sau
96 gi làm già và 12 gi k t tinh v i s có m t c a ch t t o c u trúc
h u cơ D2, m u t ng h p có đ x p l n và c u trúc thống. Đây là
thành cơng bư c đ u vì đã gi m đư c m t n a th i gian k t tinh so
v i [5] b ng vi c thay ñ i ch t t o ph c D2.
M u X12-D2 cịn đư c đ c trưng c u trúc cùng v i m u zeolit
NaX [11] trong cùng ñi u ki n b ng phương pháp IR và SEM. K t
qu tương ng ñư c trình bày trên hình 3.2 và 3.3.


16
Trên hình 3.2, ph IR xác nh n vùng h p th h ng ngo i c a
m u X12-D2 và m u zeolit NaX [11] (t s SiO2/Al2O3 = 2,5) có s
trùng h p r t t t

vùng ph có s sóng 564 cm-1 là dao đ ng liên k t

ngoài c a t di n TO4- c a vịng kép 6 c nh, cư ng đ c a chúng r t
m nh, ch ng t hàm lư ng pha tinh th r t cao, phù h p v i k t qu

tính t XRD (92%). Các đám ph khác khá trùng h p v cư ng ñ
và s sóng dao đ ng trong m t kho ng h p.

756

684
(a)

564
755
990

681
564

470

(b)

466
985

1300

1200

1000

800

600

−
400 cm 1

Hình 3.2. Ph IR c a các m u X12-D2 (a) và NaX [5] (b).
T hình 3.3 th y rõ, tinh th zeolit NaX ñ ng ñ u và h u như
không l n pha l , tinh th t o thành hình l p phương v i kích thư c
kho ng 1,0 - 1,5µm.

(a)

(b)

Hình 3.3. nh SEM c a các m u X12-D2 (a) và NaX [5] (b).


17
B m t riêng c a m u X12-D2 còn ñư c xác ñ nh theo phương
trình BET, k t qu thu ñư c b ng 531 m2/g so v i m u NaX [5] b ng
553 m2/g, ñi u ñó m t l n n a kh ng ñ nh vai trò c a ch t t o ph c
h u cơ đa năng D2 góp ph n xúc ti n nhanh quá trình k t tinh zeolit
NaX.
Như v y, b ng vi c s d ng ch t t o ph c D2 trong quá trình
k t tinh, zeolit NaX ñã t ng h p ñư c v i quy trình đơn gi n và đã
ti t ki m ñư c th i gian so v i khi dùng ch t t o ph c Co [5]. S n
ph m t ng h p ñã ñư c ñ c trưng b ng các phương pháp hoá lý hi n
ñ i như XRD, IR, SEM, BET, CEC kh ng ñ nh ñ t ch t lư ng t t, có
th đáp ng đư c các u c u địi h i ñ i v i m t zeolit NaX dùng
làm ch t h p ph ñ tách các ion kim lo i n ng ra kh i nư c nói

riêng và đ x lý mơi trư ng nói chung.
3.2. M T S

Y U T

NH HƯ NG Đ N QUÁ TRÌNH

T NG H P ZEOLIT NaX T
3.2.1.

CAO LANH A LƯ I

nh hư ng c a ch t t o ph c đ n q trình k t tinh zeolit

NaX
Các axit aminopolycacboxylic có th t o ph c v i m i cation
kim lo i phân nhóm chính, cịn các axit polycacboxylic thì có th t o
ph c đư c v i các cation kim lo i đa đi n tích [5]. Do v y, trong đ
tài này chúng tơi kh o sát ba ch t t o ph c có c u trúc khác nhau là
các axit amino-polycacboxylic và axit polycacboxylic. Quy trình
th c nghi m đư c mơ t

ph n 2.2.1.

Các m u t ng h p s d ng các h p ch t t o ph c có c u trúc
khác nhau v i các đ c trưng đư c trình bày trong b ng 3.2


18
B ng 3.2. K t qu CEC, AH2O, AC6H6, ñ tinh th c a zeolit NaX

AC6H6,

Đ tinh

%

th , %

20,5

21,6

89

312

21,3

22,9

92

271

20,3

21,5

87

Kí hi u

CEC,

m u

meq/100g

1

X12-D1

292

2

X12-D2

3

X12-D3

STT

AH2O, %

Trong cùng m t ñi u ki n th c nghi m do các ch t t o ph c
có c u trúc hóa h c khác nhau nên chúng có nh hư ng khác nhau
đ n q trình k t tinh c a zeolit NaX. Vi c s d ng ch t t o ph c là
axit aminopolycacboxylic D2 cho th y kh năng chuy n hoá thành

zeolit NaX t t nh t. Đi u này ñư c gi i thích là do D2 khơng ch d
t o ph c v i cation kim lo i hơn mà cịn có th t o ph c ch t 5 và 6
c nh b n v ng [5]. Trong ñó, D2 d dàng t o ph c ch t vòng càng 5
c nh b n, nên m u X12-D2 cho ñ tinh th cao nh t.
V y là, khi ch t t o ph c càng d t o ph c và ph c ch t t o
thành có ñ b n cao thì kh năng xúc ti n k t tinh thành zeolit NaX
càng l n.
3.2.2. nh hư ng c a th i gian k t tinh.
Ti n hành th c nghi m kh o sát nh hư ng c a th i gian k t
tinh ñ n quá trình t ng h p zeolit NaX t gel ñã ñư c làm già trong
th i gian 96 gi , các ñi u ki n v t l mol các thành ph n, nhi t ñ
k t tinh, ch t t o ph c đư c gi khơng đ i mà ch thay ñ i th i gian
k t tinh t 6, 12, 18 gi .


19
K t qu xác ñ nh CEC, AH2O, AC6H6, ñ tinh th c a các m u:
X6-D2, X12-D2, X18-D2 ñư c trình bày trong b ng 3.3.
T các k t qu trong b ng 3.3 cho ta th y khi tăng th i gian
k t tinh, giá tr CEC AH2O, AC6H6, và ñ tinh th c a các m u ñ u tăng,
trong ñó t m u X12-D2 ñ n X18-D2 t c là tăng th i gian k t tinh t
12 gi đ n 18 gi thì các k t qu CEC, AH2O, AC6H6, và ñ tinh th c a
các m u h u như khơng đ i. T t c các m u ñ u cho k t qu CEC và
ñ h p ph cao ch ng t đã có s hình thành zeolit nhanh chóng t
cao lanh A Lư i.
B ng 3.3. K t qu CEC, AH2O, AC6H6, ñ tinh th c a các m u
X6-D2, X12-D2, X18-D2
Kí hi u

CEC,

m u

meq/100g

1

X6-D2

2
3

STT

Đ tinh th ,

A H2O, %

A C6H6, %

275

20,1

21,2

80

X12-D2

312

21,3

22,9

92

X18-D2

302

21,3

23,0

92

%

Như v y, m t l n n a có th th y vai trò c a ch t t o ph c
h u cơ D2 trong quá trình t ng h p zeolit X là góp ph n xúc ti n hịa
tan gel aluminosilicat, tăng cư ng đ t ñ n ñ bão hòa c a dung d ch
và t o ñi u ki n thu n l i cho s hình thành và l n lên c a tinh th
zeolit.
3.2.3. Tính l p l i c a quy trình t ng h p zeolit NaX
B n lu n văn này ñư c nghiên c u v i m c đích t o ra zeolit
NaX có ch t lư ng t t, quy trình đơn gi n, t ngu n nguyên li u cao
lanh s n có

Th a Thiên – Hu . Đ ng th i hư ng ñ n vi c ng


20
d ng trong x lý môi trư ng, mà trư c h t là x lý kim lo i n ng và
nư c có nhi m As. Vì v y, k th a các k t qu nghiên c u ñã có, sau
khi xác nh n m u X12-D2 là m u t t nh t trong các m u ñã t ng
h p, chúng tôi ñã nghiên c u ñ l p l i c a quy trình t ng h p m u
này. Vì th , m u X12-D2L2 v i tr ng lư ng m u l n hơn 50 l n so
v i m u X12-D2 ñã ñư c th c hi n. K t qu kh o sát ñ l p l i c a
quy trình t ng h p đư c trình bày trong b ng 3.4.
B ng 3.4. K t qu CEC, AH2O, AC6H6, ñ tinh th c a các m u
X12-D2 và X12-D2L2
Kí hi u

CEC,meq/10

m u

0g

1

X12-D2

2

X12-D2L2

STT

Đ tinh

AH2O, %

AC6H6, %

312

21,3

22,9

92

298

21,0

22,8

91

th , %

Các k t qu trên cho th y AH2O, AC6H6 c a hai m u g n như
tương ñương nhau. S khác bi t không nhi u v các k t qu nh n
ñư c t th c nghi m này ñư c gi i thích là do m u X12-D2L2 v i
tr ng lư ng m u l n hơn 50 l n, nên vi c ñi u ch nh và n đ nh các
thơng s cơng ngh như khu y tr n, nhi t đ ,...khó hơn so v i m u

nh X12-D2. B i v y k t qu trên hồn tồn có th áp d ng quy mơ
l n hơn khi h n ch tác ñ ng c a các y u t liên quan b ng vi c cơ
khí hố dây chuy n s n xu t.
3.3.

NG D NG ZEOLIT NaX Đ X

ASEN

LÝ NƯ C CÓ NHI M


21
Asen trong nư c t n t i

hai d ng hố tr : As(III) và As(V),

trong đó As(III) thư ng t n t i trong nư c nhi u hơn so v i d ng
As(V). Phương pháp x lý As ñơn gi n, chi phí th p, d a trên kh
năng t o thành h p ch t ít tan c a As(V) như FeAsO4, AlAsO4. Do
v y, mu n tách As ra kh i nư c, trư c tiên ph i chuy n nó v d ng
As(V), sau đó s t s c ng k t v i As(V).
3.3.1. Kh năng h p ph As c a zeolit NaX và NaXFe.
V kh năng h p ph khác nhau gi a zeolit NaX và zeolit
NaXFe ñư c ch ng minh qua ñ i lư ng dung lư ng h p ph
(mgAs/g zeolit), hàm lư ng As(III) ban ñ u là 0,5 mg/l. Q trình
h p ph đư c th c hi n trong nh ng ñi u ki n như nhau: pH = 7,
th i gian h p ph là 20 phút, nhi t đ phịng, lư ng zeolit 0,10g. K t
qu th c nghi m đư c trình bày trong b ng 3.5.
Căn c k t qu th c nghi m thu ñư c cho th y, kh năng h p

ph As c a zeolit NaXFe cao hơn nhi u so v i zeolit NaX. Dung
lư ng h p ph c a zeolit NaXFe cũng cao hơn. K t qu này cho
phép kh ng ñ nh, khi zeolit NaX ñã trao ñ i m t ph n s t, quá trình
h p ph x y ra trên zeolit NaXFe ñư c th c hi n không ch theo cơ
ch h p ph - trao đ i ion bình thư ng, mà cịn có th x y ra theo
phương pháp h p ph -keo t do s xu t hi n s t trên b m t zeolit.
T ñây, chúng tơi s d ng zeolit NaXFe đ x lý As trong
nư c nh m tìm ra đi u ki n thích h p đ có th
ti n.

ng d ng trong th c


22
B ng 3.5. Kh năng h p ph As(III) c a zeolit NaX và zeolit NaXFe
Ch t h p

Lư ng

N ng ñ

Dung

% As b

ph

zeolit

As sau h p

lư ng h p

h p ph .

ph , mg/l

STT

ph ,
mgAs/g

1

Zeolit NaX

0,10

0,112

3,88

77,6

2

Zeolit

0,10

0,001

4,99

99,8

NaXFe
3.3.2. nh hư ng c a lư ng zeolit NaXFe đ n q trình h p ph
As(III)
Nh m kh o sát nh hư ng c a lư ng zeolit NaXFe đ n q
trình h p ph As(III), các thí nghi m đư c th c hi n v i trong lư ng
m u zeolit thay ñ i t 0,010g - 0,200g, trong các ñi u ki n như nhau
v nhi t ñ , th i gian, pH dung d ch trao ñ i. N ng ñ As(III) ban
ñ u (trư c khi trao ñ i) ñư c ch n b ng 0,5mg/l. K t qu th c
nghi m đư c trình bày trong b ng 3.6
T k t qu thu ñư c trong b ng 3.6 cho th y, trong nh ng
ñi u ki n h p ph như nhau, khi tăng lư ng zeolit NaXFe thì dung
lư ng h p ph gi m d n cùng v i s gi m d n n ng ñ As(III) ño
ñư c sau h p ph b ng phương pháp AAS. Tuy nhiên, t

lư ng

zeolit NaXFe b ng 0,100g tr đi thì n ng đ As(III) sau h p ph và
% As b h p ph khơng thay đ i, tương ng b ng 0,001mg/l và
99,80%. K t qu này ch ng t , t giá tr 0,100g zeolit NaXFe tr đi,
q trình h p ph As(III) ñã ñ t tr ng thái cân b ng


23
B ng 3.6. Kh năng h p ph As (III) c a zeolit NaXFe v i

hàm lư ng khác nhau
Lư ng zeolit

N ng ñ As(III)

Dung lư ng

% As b

NaXFe, g

sau h p ph ,

h p ph ,

h p ph ,

mg/l

STT

mgAs/g

%

1

0,010

0,248

25,20

50,40

2

0,030

0,098

13,40

80,40

3

0,050

0,036

9,28

92,80

4

0,070

0,010

7,00

98,00

5

0,100

0,001

4,99

99,80

6

0,150

0,001

3,33

99,80

7

0,200

0,001

2,50

99,80

3.3.3. nh hư ng c a lư ng zeolit NaXFe ñ n q trình h p ph
As(V)
Chúng ta đã bi t, As thư ng t n t i trong nư c

d ng asenic

hố tr III. D ng này thư ng khó x lý hơn d ng asenat hố tr V. Vì
v y, chúng tơi s d ng ch t oxi hố cho phép trong quá trình x lý
nư c là KMnO4 ñ chuy n As(III) lên As(V) trư c khi x lý . M t
khác, KMnO4 là ch t có kh năng đưa As(III) lên As(V) có hi u qu
hơn c , không gây ô nhi m th c p ph n dư th a d b phân hu .
N ng ñ As ban ñ u gi nguyên là 0,5mg/l, pH = 7, lư ng
zeolit NaXFe ñưa vào t 0,03 - 0,15g/l. Quy trình th c nghi m đư c


24
ph n 2.4.2. K t qu tương ng ñư c trình bày trong b ng

mơ t
3.7.

B ng 3.7. Kh năng h p ph As (V) c a zeolit NaXFe
Lư ng zeolit

N ng ñ As(V)

Dung lư ng

% As b

NaXFe, g

sau h p ph ,

h p ph ,

h p ph ,

mg/l

STT

mgAs/g

%

1

0,030

0,033

15,57

93,40

2

0,050

0,009

9,82

98,20

3

0,070

0,001

7,13

99,80

4

0,100

0,001

4,99

99,80

5

0,150

0,001

3,33

99,80

T b ng 3.7 ta th y lư ng zeolit NaX h p ph As(V) t t hơn
c là 0,070g/l, v i lư ng zeolit này hàm lư ng As(V) b lo i là
99,8%.
Như v y, k t qu th c nghi m cho th y kh năng h p ph
As(V) c a zeolit NaXFe là cao hơn As(III). Vì khi lư ng zeolit
NaXFe s d ng là 0,070g/l ñã lo i ñư c 99,8% As(V), nhưng ch
lo i ñư c 98,00% As(III).
K t qu này cho th y, ñ tăng hi u su t x lý và x lý tri t ñ
As thì nên ñưa As(III) lên As(V) b i quá trình oxi hố b ng dung
d ch KMnO4.
Tóm l i, v i n ng ñ As ban ñ u là 0,5mg/l, ñ x lý 1m3
nư c ñ t t i gi i h n cho phép c a WHO (0,01mg/l) thì c n 70g


25
NaXFe cùng v i vi c s

d ng ch t oxi hoá KMnO4 ho c 100g

NaXFe x lý As(III).

K T LU N VÀ KI N NGH
1. K t lu n
1. T cao lanh A Lư i ñã t ng h p đư c zeolit NaX có đ
tinh th 92% b ng phương pháp k t tinh thu nhi t trong th i gian 12
gi

95oC, th i gian làm già 96 gi , áp su t khí quy n, trong s có

m t c a ch t t o ph c h u cơ.
2. Đã kh o sát nh hư ng c a ch t t o ph c, nh hư ng c a
th i gian k t tinh và ñ l p l i c a quy trình t ng h p zeolit NaX.
K t qu nghiên c u cho th y, ph c D2 là ch t t o ph c thích h p cho
q trình t ng h p zeolit NaX, th i gian k t tinh thích h p là 12 gi
và quy trình t ng h p có đ

n đ nh t t.

3. Đã s d ng các phương pháp v t lý và hoá h c hi n ñ i
như XRD, IR, SEM, BET, CEC ñ ñ c trưng tính ch t và c u trúc
c a zeolit NaX. S d ng phương pháp AAS ñ xác ñ nh hàm lư ng
As trong các m u nghiên c u. Các k t qu th c nghi m ñ u cho s
phù h p ñáng tin c y.
4. Bư c ñ u s d ng s n ph m zeolit NaX và zeolit NaXFe
ñã trao ñ i Fe(III) đ x lý nư c có nhi m As. K t qu , v i lư ng
zeolit NaX ñã trao ñ i Fe(III) 0,100g, có th x lý 1 lít dung d ch
asen n ng đ 0,5mg/l đ t n ng ñ 0,001mg/l, tho mãn tiêu chu n
Vi t Nam 4945-2005 và tiêu chu n c a WHO s d ng v i m c đích
sinh ho t.