ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Mạnh Cường TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG CỦA VẬT LIỆU MnO2 KÍCH THƯỚC NANOMET MANG TRÊN NỀN PYROLUSIT Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 62 44 01 13 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2017
26
Embed
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ … tat luan an NCS-Le... · ĐẠi hỌc quỐc gia hÀ nỘi trƯỜng ĐẠi hỌc khoa hỌc tỰ nhiÊn
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Lê Mạnh Cường
TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
CỦA VẬT LIỆU MnO2 KÍCH THƯỚC NANOMET MANG TRÊN
NỀN PYROLUSIT
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 62 44 01 13
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại: Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa
học tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Nguyễn Trọng Uyển
2. PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung
Phản biện: PGS.TS. Nguyễn Đình Bảng
Phản biện: PGS.TS. Lê Xuân Thành
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận
án
Luận án tiến sĩ họp tại Khoa Hóa học-Trường Đại học Khoa học tự
nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội.
vào hồi giờ ngày tháng năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên trầm trọng. Giải
quyết ô nhiễm môi trường đang là một thách thức lớn đối với tất cả các
quốc gia. Trên thế giới hiện nay, vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt
là một vấn đề rất lớn mà xã hội quan tâm. Trong khi nguồn nước bề mặt:
sông, suối, ao, hồ đang ngày càng bị ô nhiễm nặng bởi nước thải các nhà
máy, xí nghiệp, nước thải sinh hoạt thì việc sử dụng nước ngầm như là
một giải pháp hữu hiệu cho việc cung cấp nước sạch. Nước ngầm ít chịu
ảnh hưởng bởi tác động do con người gây ra. Chất lượng nước ngầm
thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt. Tuy nhiên, khi khai thác nguồn
nước ngầm, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là
việc nhiễm độc asen, amoni, mangan, photphat, chất hữu cơ. Nguồn asen,
amoni, mangan, photphat, chất hữu cơ có trong nước ngầm chủ yếu do sự
hòa tan các hợp chất có chứa asen, kim loại nặng có trong đất, đá do quá
trình phong hóa, hoạt động núi lửa và một phần do quá trình sản xuất
công, nông nghiệp gây ra.
Có rất nhiều phương pháp hóa học, hóa-lí để xử lý nước ô nhiễm
như: hấp phụ, kết tủa - keo tụ, hấp thụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, thẩm
thấu…, tùy theo từng yêu cầu để lựa chọn phương pháp hoặc tổ hợp các
phương pháp cho chất lượng đạt yêu cầu.
Mangan dioxit là một trong những oxit kim loại chuyển tiếp sử
dụng phổ biến nhất nhờ có nhiều đặc tính hóa lý quan trọng như điện hóa,
hấp phụ, xúc tác oxi hóa… Vì vậy, mangan dioxit được quan tâm nghiên
cứu và ứng dụng như là vật liệu catot trong các loại pin; làm tác nhân oxi
2
hóa, xúc tác hoặc là chất hấp phụ trong các ngành công nghiệp và xử lý
môi trường.
Trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác, hiện nay trên thế giới cũng
như ở Việt Nam các hệ thống tổ hợp như oxit/oxit, các hợp chất cơ kim
mang trên nền chất mang đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu và sử dụng nhiều, do hệ có thể tạo ra những loại biến tính, hoặc cộng
hợp tính chất dẫn đến các hoạt tính tốt hơn. Gần đây, MnO2 cũng đã được
nghiên cứu chế tạo trên các chất mang khác nhau nhằm tạo ra những tổ
hợp có hoạt tính cao hơn, chẳng hạn: MnO2/Al2O3, MnO2/Fe2O3,
MnO2/SiO2, MnO2/C, MnO2/nhựa trao đổi ion…
Vì vậy, đề tài: “Tổng hợp và đánh giá khả năng xử lý môi
trường của vật liệu MnO2 kích thước nanomet mang trên nền
pyroluzit” được thực hiện.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
+ Tổng hợp oxit MnO2, hệ MnOOH-FeOOH kích thước nanomet trên
nền các chất mang pyroluzit, laterit.
+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính quặng pyroluzit,
laterit.
+ Khảo sát quá trình ngâm phủ các hệ nano đã tổng hợp được trên nền
chất mang các quặng đã biến tính.
+ Khảo sát khả năng hấp phụ của các hệ này đối với asen, amoni,
mangan, photphat, chất hữu cơ trong dung dịch.
+ Khảo sát vai trò xúc tác của hệ đối với quá trình xử lý chất hữu cơ bằng
phương pháp oxi hóa khử.
3
+ Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý thực tế nước thải dệt nhuộm tại
nhà máy dệt kim Haprosimex - khu công nghiệp Ninh Hiệp - Gia Lâm -
Hà Nội.
3. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Đã khảo sát được điều kiện hoạt hóa chất nền pyroluzit, laterit tối ưu.
- Đã tổng hợp được vật liệu MnO2 kích thước hạt < 50 nm. Tổng hợp
được hệ MnOOH-FeOOH bằng phương pháp đồng kết tủa, kích thước
hạt đạt từ 20-50nm. Trong đó, vật liệu MnO2 dạng vô định hình và hệ
MnOOH-FeOOH chưa từng được công bố.
- Đã cố định được các hạt MnO2, MnOOH-FeOOH kích thước nano lên
silicagen, pyroluzit, laterit đã hoạt hóa; được minh chứng bởi các phương
pháp hóa lý hiện đại như EDS, FTIR, XRF, XRD, SEM, TEM, Raman và
BET.
- Tạo được vật liệu có tải trọng hấp phụ asen, amoni, mangan, photphat
cao; quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và quá
trình hấp phụ asen được nghiên cứu khá tổng thể và tỷ mỷ bằng một số
phương pháp hóa lý hiện đại như EDS, IR, Raman.
- Đã đánh giá khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu cho quá trình xử lý
nước thải dệt nhuộm tại nhà máy dệt kim Haprosimex - khu công nghiệp
Ninh Hiệp - Gia Lâm - Hà Nội.
4. BỐ CỤC LUẬN ÁN
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội
dung luận án được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan 35
4
trang; Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm 10 trang;
Chương 3: Kết quả và thảo luận 49 trang.
NỘI DUNG CHÍNH LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano
1.1.1. Phương pháp đồng kết tủa
1.1.2. Phương pháp sol-gel
1.1.3. Phương pháp đồng tạo phức
1.1.4. Phương pháp thủy nhiệt
1.1.5. Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polime
1.1.6. Phương pháp tạo keo
1.2. Tình hình ô nhiễm asen, amoni, mangan, phốt phát trong nước
ngầm và chất hữu cơ trong nước thải ở Việt Nam
1.2.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm
1.2.2. Ô nhiễm amoni trong nước ngầm
1.2.3. Ô nhiễm mangan trong nước ngầm
1.2.4. Ô nhiễm phốt phát trong nước ngầm
1.2.5. Ô nhiễm chất hữu cơ trong nước thải
1.3. Các phương pháp xử lý nước ngầm và nước thải ô nhiễm
1.3.1. Phương pháp vi sinh
1.3.2. Phương pháp trao đổi ion
5
1.3.3. Phương pháp oxi hóa khử
1.3.4. Phương pháp kết tủa - sa lắng
1.3.5. Phương pháp hấp phụ
1.4. Tình hình nghiên cứu mangan đioxit,hệ MnOOH-FeOOH, quặng
pyroluzit và laterit trong việc xử lý môi trường
1.4.1. Tình hình nghiên cứu mangan đioxit, hệ maganit-gơtit
1.4.2. Tình hình nghiên cứu quặng pyroluzit, laterit ở Việt Nam
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC
NGHIỆM
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
2.2.1. Hóa chất
2.2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
2.3. Phương pháp chế tạo vật liệu
2.3.1. Hoạt hóa bề mặt pyroluzit, laterit
2.3.2. Chế tạo MnO2 kích cỡ nanomet trên các chất mang
2.3.3. Tổng hợp hệ MnOOH-FeOOH kích cỡ nanomet trên các chất
mang
2.4. Một số phương pháp xác định đặc trưng, tính chất của vật liệu
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
2.4.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
6
2.4.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)
2.4.5. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng (EDX)
2.4.6. Phương pháp xác định pH tại điểm đẳng điện PZC
2.4.7. Phương pháp phân tích nhiệt (TG, DTA, DTG)
2.4.8. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
2.4.9. Phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF)
2.4.10. Phương pháp phổ tán xạ Raman
2.5. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu môi trường nước
2.5.1. Phương pháp trắc quang (UV-Vis)
2.5.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
2.5.3. Các phương pháp xác định hàm lượng asen, amoni, mangan,