Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ lên chất mang tro trấu và khảo sát hiệu quả xử lý các hợp chất của nitơ trong nước thải sinh hoạt trong điều kiện ánh sáng tự nhiên và bóng tối của vật liệu

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ trên tro trấu bằng phương pháp sol-gel. Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ ở dạng tinh thể anatase, có kích cỡ khoảng 25 nm và phân bố khá đồng đều trên khắp bề mặt tro trấu. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu thu được là 109,7 m2/g. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ lên chất mang tro trấu và khảo sát hiệu quả xử lý các hợp chất của nitơ trong nước thải sinh hoạt trong điều kiện ánh sáng tự nhiên và bóng tối của vật liệu Kỷ yếu Hội nghị Gắn kết khoa học cơ bản với khoa học trái đất (CBES2-2018) Chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính phủ lên chất mang tro trấu và khảo sát hiệu quả xử lý các hợp chất của nitơ trong nước thải sinh hoạt trong điều kiện ánh sáng tự nhiên và bóng tối của vật liệu Nguyễn Hoàng Nam1,*, Đặng Thị Ngọc Thuỷ1, Nguyễn Viết Hùng2, Nguyễn Đình Độ2, Nguyễn Mạnh Hà2, Nguyễn Thu Hà2, Bùi Thị Lệ Thủy1 1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất; 2 Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa chất; * Email: nguyenhoangnam@humg.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ phủ trên tro trấu bằng phương pháp sol-gel. Vật liệu nano TiO2 biến tính nitơ ở dạng tinh thể anatase, có kích cỡ khoảng 25 nm và phân bố khá đồng đều trên khắp bề mặt tro trấu. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu thu được là 109,7 m2/g. Vật liệu thu được có khả năng loại bỏ rất tốt các hợp chất của nitơ trong nước thải như NH4+, NO3- và NO2-. Trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, thời gian lưu 60 phút, hàm lượng đầu vào 20 mg/L thì kết quả đầu ra của NH4+-N; NO3-- N, NO2--N lần lượt là 0,053 mg/L; 1,02 mg/L; 0,87 g/L (đạt 77 97 %). Từ khóa: Tro trấu; Nano TiO2; NH4+ NO3- NO2-. 1. Mở đầu Hàm lượng nitơ trong nước cao, làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng, gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như NH4+, H2S, CO2, CH4… tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú dưỡng nguồn nước. Sản phẩm chuyển hóa từ nitơ thành nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Nitrit khi hấp thu vào máu sẽ tiêu thụ oxi làm mất khả năng tiếp nhận oxi của hemoglobin, dẫn đến tình trạng thiếu máu. Nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bào, nó là nguyên nhân gây bệnh ung thư [1-5]. Hàm lượng nitrit cho phép trong nước uống là khá thấp (3,0 mg/L) [11]. Vì vậy việc xử lý các hợp chất chứa nitơ trong đối tượng nước là rất quan trọng. 23 Kỷ yếu Hội nghị CBES2-2018 Nano TiO2 là chất có hoạt tính quang xúc tác mạnh, không gây độc hại đến con người cũng như môi trường nên được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý một số chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, vì kích thước của các hạt nano TiO2 tương đối nhỏ, bị phân tán trong môi trường nước nên khó thu hồi để tái sử dụng. Do đó, để giảm việc mất mát trong quá trình xử lý và dễ dàng thu hồi sau khi xử lí thì cần phủ nano TiO2 lên một loại chất mang. Các bài báo [3], [4] đã thành công khi biến tính TiO2 bằng cacbon tuy nhiên mới chỉ giới hạn phạm vi phòng thí nghiệm hoặc phải dùng xúc tác quang hóa. Trên toàn cầu, có khoảng hơn hai mươi triệu tấn tro trấu thải ra mỗi năm. Lượng tro trấu này đi vào hệ sinh thái có thể gây nhiều tác hại cho người, động vật và môi trường. Mặt khác, Tro trấu có độ bền cơ học tốt, trơ về mặt hóa học, khả năng hấp phụ tốt sẽ đóng vai trò là một chất mang, vật liệu hấp phụ chất ô nhiễm bề mặt hiệu quả. Tận dụng tro trấu đóng vai trò là chất mang và vật liệu hấp phụ các hợp chất nitơ, qua đó dưới tác dụng của xúc tác quang hoá để chuyền hoá các hợp chất của nitơ như nitrat, nitrit, amoni thành N2 (chất không độc hại) mở ra một hướng đi mới trong việc xử lý các hợp chất của nitơ. 2. Thực nghiệm 2.1. Hóa chất Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: TiCl4, NH4NO3, PVA, (NH2)2CO, các dung dịch chuẩn NH4+, NO3-, NO2-, HgCl2, KI, NaOH, KNaC4H4O6.4H2O, H2SO4, NH4Cl, KNO3, NaNO2, CH3COOH, NaOH, Phenol, axit sunfanilic, α−naphtylamin, EDTA, các loại hoá chất có độ tinh khiết Pa do hãng Merck của Đức sản xuất. 2.2. Phương pháp phân tích và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu Bảng 1. Các phương pháp phân tích và thiết bị sử dụng Phương pháp/chỉ tiêu Chỉ tiêu Thiết bị máy móc sử dụng phân tích Kính hiển vi điện tử quét Scanning SEM Electron Microscope (SEM) Jeol 5410 Bề mặt vật liệu LV của Nhật Bản sản xuất BET Máy NOVA 1200 Quantachrome - Mỹ Nhiễu xạ tia X (XRD) Máy Siemens D5005 do Đức sản xuất TEM Máy LIBRA120 do Đức sản xuất Cấu trúc vật liệu Phân tích phổ EDX Energy- ...