Đặc trưng và hoạt tính hấp phụ Asen của các hạt nano được tổng hợp từ nước phèn sắt

Trong nghiên cứu này, các hạt nano oxit trên cơ bản là oxit sắt (nano oxit phèn sắt) lần đầu tiên được tổng hợp từ nước nhiễm phèn sắt bằng phương pháp thủy nhiệt dưới sự hỗ trợ của thiết bị nung vi sóng và được ứng dụng làm chất hấp phụ asen từ nước ngầm. Báo viết này đã mở đường cho ứng dụng nước phèn vào phục vụ đời sống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đặc trưng và hoạt tính hấp phụ Asen của các hạt nano được tổng hợp từ nước phèn sắt An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 59 – 68 ĐẶC TRƯNG VÀ HOẠT TÍNH HẤP PHỤ ASEN CỦA CÁC HẠT NANO ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ NƯỚC PHÈN SẮT Nguyễn Trung Thành1, Phan Phước Toàn1 1 Trường Đại học An Giang Thông tin chung: Ngày nhận bài: 18/05/2017 Ngày nhận kết quả bình duyệt: 16/11/2017 Ngày chấp nhận đăng: 12/2017 Title: Synthesis nanoparticles from alum-water with high iron concentration and their arsenic absorption activity Keywords: Arsenic adsorption, alloy oxide nanostructures, groundwater, alum-water Từ khóa: Hấp phụ asen, nano hỗn hợp oxit, nước ngầm, nước phèn ABSTRACT In this study, nano structural oxide material (basically on iron oxide) - NSOM is synthesized from alum - water by the hydrothermal method with assistant of microwave; and characterized with XRD, FTIR, TEM measurements in the first time. The NSOM is applied as a novel adsorbent for arsenic removal from groundwater. The experiment operations show that the NSOM showed very high arsenic capacity. Especially, the arsenic adsorption capacity of NSOM is higher ~1.2 fold than that of nano ferric material basically on the same amount of adsorbent in the same experiment conditions. The enhanced arsenic capacity of NSOM can be due to the NSOM is contained an alloy oxide structure, including ferric oxide and SiO2. The interaction of ferric oxide and silica can be taken place. This interaction can activate the positive charge to ferric adsorption sites toward arsenic adsorption facilities. This research has arisen an alum-water application to serve human life. TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, các hạt nano oxit trên cơ bản là oxit sắt (nano oxit phèn sắt) lần đầu tiên được tổng hợp từ nước nhiễm phèn sắt bằng phương pháp thủy nhiệt dưới sự hỗ trợ của thiết bị nung vi sóng và được ứng dụng làm chất hấp phụ asen từ nước ngầm. Thành phần cơ bản của nước nhiễm phèn và các đặc trưng của nano oxit phèn sắt (bao gồm TEM, XRD, FTIR) được thực hiện đầy đủ trong báo cáo này. Trong vai trò là chất hấp phụ, nano oxit phèn sắt cho thấy khả năng hấp phụ asen từ nước ngầm rất cao và cao gấp ~1,2 lần so với nano oxit sắt tính trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ. Điều này có thể là nano oxit phèn sắt có cấu trúc alloy (dung dịch rắn) của nhiều loại oxit kim loại khác nhau, trong đó có SiO2. Nhờ sự tương tác qua lại của oxit sắt và oxit silic có thể làm các tâm hấp phụ (oxit sắt) tích điện dương và dễ dàng hấp phụ các cấu tử asen trong nước ngầm. Báo cáo này đã mở đường cho ứng dụng nước phèn vào phục vụ đời sống. học, hóa lý và hóa sinh thường được áp dụng như: oxi hóa/kết tủa; đông tụ/kết tủa; lọc nano (nanofiltration) thẩm thấu ngược, điện phân, hấp phụ, trao đổi ion, tuyển nổi; chiết dung môi và xử lý sinh học (Cao & cs., 2012; Gupta & cs., 2013; Lê Hoàng Việt & cs., 2013; Nguyễn Trung Thành 1. GIỚI THIỆU Hiện nay, việc loại bỏ asen trong nước là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cho người sử dụng và giải quyết vấn đề nước sạch ở nông thôn. Để loại bỏ asen trong môi trường nước, các kỹ thuật hóa 59 An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 59 – 68 & cs., 2014). Hầu hết các kỹ thuật cho thấy khả năng loại bỏ asen nhất định. Trong đó, phương pháp hấp phụ được đánh giá cao và sử dụng phổ biến để loại bỏ asen; bởi chi phí thực hiện thấp (bao gồm chi phí đầu tư và vận hành), có khả năng loại bỏ asen ở nồng độ cao (tùy thuộc vào kỹ thuật chế tạo vật liệu hấp phụ), chất hấp phụ có thể tái sử dụng nhiều lần và ít tạo ra chất độc hại sau quá trình xử lý (Addo Ntim & cs., 2011; Nguyễn Trung Thành & cs., 2014). Tuy nhiên, đối với phương pháp hấp phụ asen, hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất lớn vào kỹ thuật chế tạo vật liệu và kinh nghiệm của người tổng hợp vật liệu. Ngoài ra, thời gian cho quá trình hấp phụ hóa học asen đạt cân bằng được diễn ra rất chậm (Cao & cs., 2012). Do đó, việc tìm kiếm vật liệu tiên tiến trong hấp phụ asen vẫn đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. dụng nước phèn vào khoa học, đời sống vẫn chưa được khám phá. Trong nghiên cứu này, vật liệu nano có thành phần là hỗn hợp của các oxit sắt, oxit silic, oxit nhôm… (đây là các nguyên tố có hàm lượng cao trong nước phèn) lần đầu tiên được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt trong hệ thống lò vi sóng được điều khiển tự động và được chứng minh có hoạt tính cao trong quá trình hấp phụ asen từ nước ngầm. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu 2.1.1 Hóa chất Axit clohydric (HCl - 36% thể tích - xuất xứ Trung Quốc); NaOH; glycerol - (được cung cấp bởi Công ty Merck) và nước khử ion (DI water); được sử dụng trong quá trình tổng hợp chất hấp phụ. KBr, các dung dịch asen, nhôm, silic, canxi, magie và sắt chuẩn (được cung cấp bởi Công ty Merck) được sử dụng trong các phân tích đặc trưng của vật liệu và đánh giá hàm lượng nhôm, silic, canxi, magie, sắt và asen trong mẫu thí nghiệm. Gần đây, các vật liệu nano trên cơ bản là oxit sắt (ví dụ, -Fe2O3; nano oxit sắt trên carbon nanotube, chitosan và hỗn hợp của oxit sắt với oxit khác,...) cho thấy hiệu quả hấp phụ asen rất tốt (Addo Ntim & cs., 2011; Cao & cs., 2012; Gupta & cs., 2013) và đã có những triển khai thực tế tại các nước tiên tiến trên thế giới (Gupta & cs., 2013). Tuy nhiên, ở Việt Nam, các vật liệu này vẫn chưa được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong thực tế. Nhìn chung, các vật liệu hấp phụ thường được chế tạo thành các hạt có kích thước nano hoặc các hạt nano được gắn trên bề mặt của chất mang; và đòi hỏi chất mang phải có diện tích bề mặt lớn và tương tác mạnh với các hạt này. Mục đích của việc này là làm tăng diện tích tiếp xúc và tăng độ bền của các hạt hấp phụ. Kết quả của việc này là hiệu quả hấp phụ asen của vật liệu tăng lên đang kể. 2.1.2 Nước tự nhiên nhiễm phèn Nước tự nhiên nhiễm phèn được chúng tôi thu nhận trực tiếp từ nhà dân tại huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh. Các công đoạn cơ bản bao gồm lấy mẫu, bảo quản mẫu (thêm axit H2SO4 đậm đặc ...