Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan ứng dụng hấp phụ Pb2+ trong môi trường nước

Trong nghiên cứu này, vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 được chế tạo bằng quá trình sunphat hóa xỉ titan, nung ở 600 oC trong 2 giờ và nghiền bi trong 45 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình hấp phụ Pb2+ của vật liệu Fe2O3/TiO2 tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc 2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan ứng dụng hấp phụ Pb2+ trong môi trường nước Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT Fe2O3/TiO2 TỪ XỈ TITAN ỨNG DỤNG HẤP PHỤ Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Trần Văn Chinh*, Nguyễn Thi Hoài Phương, Lã Đức Dương, Phan Thanh Xuân, Phùng Khắc Nam Hồ Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 được chế tạo bằng quá trình sunphat hóa xỉ titan, nung ở 600 oC trong 2 giờ và nghiền bi trong 45 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình hấp phụ Pb2+ của vật liệu Fe2O3/TiO2 tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình động học biểu kiến bậc 2. Vật liệu compozit Fe 2O3/TiO2 tổng hợp được có dung lượng hấp phụ Pb2+ cực đại là 82,63 mg/g ở pH = 7, và là vật liệu có tiềm năng được ứng dụng trong hấp phụ loại bỏ Pb2+ từ môi trường nước. Từ khóa: Xỉ titan; Hấp phụ; Kim loại nặng; Compozit. 1. MỞ ĐẦU Từ rất lâu chì được biến đến là kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng như pin, sản xuất và in ấn các chất màu, nhiên liệu, vật liệu nhiếp ảnh và sản xuất thuốc nổ. Chì là một trong ba kim loại nặng độc hại nhất, có thể là nguyên nhân gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe, đặc biệt có thể gây ra tử vong cho con người [1, 2]. Do có độc tính cao, việc xử lý loại bỏ chì khỏi nước và nước thải là một trong những vấn đề trọng yếu nhằm đảm bảo sức khoẻ cộng đồng và bảo vệ môi trường. Có rất nhiều phương pháp đã được áp dụng để loại bỏ Pb2+ ra khỏi môi trường nước như kết tủa hóa học, hấp phụ và trao đổi ion, công nghệ màng,... [3]. Trong đó, hấp phụ được coi là một trong những phương pháp hiệu quả và đầy hứa hẹn để loại bỏ các ion kim loại nặng như Pb2+. Hiện nay, có nhiều loại vật liệu hấp phụ khác nhau đã được nghiên cứu sử dụng nhằm loại bỏ các ion kim loại từ nước và nước thải như: ống nano cacbon, oxit kim loại, zeolit, polime, polime-oxit kim loại [4-6]. Trong đó vật liệu compozit là hỗn hợp của 2 oxit kim loại sẽ làm tăng ái lực với các ion kim loại nặng từ đó làm tăng khả năng hấp phụ. Vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 đã được một số tác giả nghiên cứu chế tạo từ quặng ilmenite bằng quá trình sunphat hóa kết hợp với nung, sau đó nghiền bi để nhận được vật liệu cấu trúc nano ứng dụng trong xúc tác quang và hấp phụ xử lý kim nặng đạt hiệu quả cao [7, 8]. Trong nghiên cứu này, vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 được tổng hợp tử xỉ titan bằng quy trình đơn giản. Một số tính chất và khả năng hấp phụ Pb2+ trong môi trường nước của vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 cũng được nghiên cứu 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất, thiết bị 2.1.1. Hóa chất Xỉ titan (Công ty CP Khoáng sản Bình Định); H2SO4 98% - Xilong, Trung Quốc; Pb(NO3)2 99% - Xilong, Trung Quốc; Nước cất. 2.1.2. Thiết bị Tủ sấy Ketong 101; Lò nung nhiệt độ cao HT 16/18 Nobertherm; Cân phân tích; Máy ly tâm tốc độ cao; Máy nghiền bị rung. 2.2. Tổng hợp vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 từ xỉ titan Vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 được tổng hợp từ xỉ titan theo quy trình đã được công bố trước của nhóm tác giả [8]. 20 g xỉ titan được ngâm trong 100 mL dung dịch H2SO4 98 % trong 30 phút, lọc rửa nhiều lần bằng nước cất để loại bỏ lượng axit dư. Vật liệu compozit Fe2O3/TiO2 được chế tạo bằng cách nung xỉ titan sau ngâm bởi dung dịch H2SO4 trong môi trường không khí Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san HNKH dành cho NCS và CBNC trẻ, 11 - 2021 125 Hóa học - Sinh học - Môi trường ở 600 oC trong 3 giờ. Mẫu để nguội xuống nhiệt độ phòng, sau đó, được nghiền bằng thiết bị nghiền bi zircon đường kính bi từ (2 - 5) mm. Quá trình nghiền diễn ra ở nhiệt độ phòng trong 45 phút. Sản phẩm được lọc, rửa và sấy ở 100 oC trong 6 giờ, thu được vật liệu compozit Fe2O3/TiO2. 2.3. Đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu Xác định thành phần pha vật liệu bằng k thuật nhiễu xạ tia X (X D) trên thiết bị X Pert Pro sử dụng CuK góc qu t từ 5o đến 90o tại Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN quân sự. Thành phần hóa học được xác định bằng k thuật tán xạ năng lượng tia X ( DX) và hình thái được khảo sát bằng k thuật hiển vi điện tử qu t (S M) trên c ng thiết bị Hitachi S-4600 tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu Pb(NO3)2 được hòa tan trong nước cất tạo thành dung dịch Pb2+ nồng độ 1000 ppm để sử dụng cho các nghiên cứu. Nồng độ Pb2+ được đo bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS trên thiết bị Contraa A700 (Analytikjena - Đức) tại Viện Hóa học-Vật liệu. Dung lượng hấp phụ Pb2+ của vật liệu được tính theo công thức: (1) Trong đó: qe - Dung lượng hấp phụ Pb2+ (mg/g); Ce - Nồng độ Pb2+ trong dung dịch ( ...