Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý Asen trên nền nano Fe3O4

Nano Fe3O4 chế tạo theo phương pháp kết tủa - oxi hóa đồng thời khi cho dung dịch FeCl2 (1,71M) tác dụng với nước vôi trong có khấy trộn (300 vòng/phút) trong môi trường không khí. Bài viết trình bày nghiên cứu khả năng hấp phụ As (III) của các mẫu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính; Thông số vật lý của các mẫu vật liệu sau biến tính; Đặc tính hấp phụ As(III) của vật liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý Asen trên nền nano Fe3O4 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ASEN TRÊN NỀN NANO Fe3O4 Nguyễn Văn Tiến, Bùi Công Trình, Lương Mạnh Hùng, Lê Quang Thái, Lê Thị Hồng Hà, Trần Thế Định, Dương Văn Sự, Lê Thị Mai Hương Viện Công nghệ Xạ Hiếm, 48 Láng Hạ - Đống Đa – Hà Nội buictr@gmail.com Tóm tắt Nano Fe3O4 chế tạo theo phương pháp kết tủa - oxi hóa đồng thời khi cho dung dịch FeCl2 (1,71M) tác dụng với nước vôi trong có khấy trộn (300 vòng/phút) trong môi trường không khí. Hạt nano phân bố khá đồng đều với kích thước hạt cơ sở từ 20÷40 nm. Quá trình vê viên (kích thước viên 0,5 – 2 mm) phối liệu được thực hiện với Bentonite và các chất độn cho hai mẫu: M1 (% khối lượng Fe3O4: Bentanite: MnO2:Nước là 40:40:10:10) và M2 (% khối lượng Fe3O4: Bentanite: MnO2: C hoạt tính : Nước là: 20:40:5:20:15). Sau khi nung trong 1 giờ tại 600oC với M1 và 300oC với M2, cường độ chịu nén của M1 và M2 tương ứng là 0,58 và 0,35 Mpa/cm3 tương ứng. Quá trình hấp phụ 0,5 gram chất trong 100 ml mẫu pha giả định (với hàm lượng ion As(III) 100 mg/l) chỉ ra rằng M1 có khả năng hấp phụ cao hơn M2 khi cho dung lượng hấp phụ là 18,15 ± 0,71 mg/g so với 14,81 ± 0,53 mg/g của M2. Từ khóa: Nano Fe3O4, phụ gia bentonite, hấp phụ Asen, dung lượng hấp phụ. 1. Đặt vấn đề Theo tổ chức y tế thế giới WHO cứ 10.000 người thì có 6 người bị ung thư do sử dụng nước ăn có nồng độ asen lớn hơn 0,01 mg/l nước [1] . Nhiễm độc Asen cấp của con người chủ yếu phụ thuộc vào nhịp độ đào thải khỏi cơ thể của các hợp chất. Arsine được coi là dạng độc nhất sau đó đến Arsenite (Arsenic (III)), Arsenate (Arsenat (V)) và hợp chất thạch tín hữu cơ. Asen có thể gây bệnh cấp tính hay mãn tính. Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi màu da, sự hình thành của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận và bàng quang cũng như có thể dẫn tới hoại tử. Việc ứng dụng công nghệ vật liệu nano vào trong quy trình xử lý nước với hiệu quả xử lý vượt trội hơn ngày càng được áp dụng rộng rãi.Vật liệu nano sắt từ có nhiều ưu điểm về đặc tính hóa lý, tính chất từ của vật liệu và có tính chất hấp phụ tốt các kim loại nặng độc hại và các nguyên tố có tính phóng xạ. Phương pháp phổ biến nhất dùng trong chế tạo nano sắt từ chủ yếu là phương pháp đồng kết tủa muối sắt (II và III) trong môi trường khí trơ với các thiết bị và chế độ phức tạp [2]. Tuy nhiên để tăng khả năng hấp phụ của vật liệu tổng hợp, cần phối trộn thêm các phụ gia. 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Chế tạo vật liệu nano Fe3O4 Quy trình chế tạo nano Fe3O4 theo phương pháp đồng kết tủa được thực hiện khi khuấy trộn những lượng xác định của dung dịch FeCl2 1,72M và tác nhân kết tủa Ca(OH)2 0,03M với tôc độ khuấy 300 vòng/phút trong môi trường không khí. Phản ứng xảy ra theo: 3Fe2+ + 6OH- + 1/2O2 → Fe3O4 + 3H2O (1) Mẫu sản phẩm được lọc rửa bởi nước cất 3 lần và cho sấy khô tại 60oC trong 20 giờ. Sau khi đánh giá cường độ từ, mẫu được đem tiến hành các thí nghiệm hấp phụ cũng như biến tính vật liệu. 2.2. Biến tính vật liệu Quá trình vê viên với các vật liệu khác nhau được thực hiện trên thiết bị vê viện ( hiệu CALEVA MBS ) với tổng khối lượng mẫu và phụ gia là 300g/mẻ. Thành phần (% khối lượng) các chất phụ trợ được thể hiện trong Bảng 1. Bảng 1. Thành phần các chất trong các mẫu được phối trộn Mẫu Fe3O4, Bentonite, MnO2, % Choạt tính, H2O, % % % % M1 40 40 10 0 10 M2 20 40 5 20 15 Mẫu có kích thước viên 0,5 -2 mm được tiến hành sấy khô trong tủ sấy trước khi tiến hành quá trình nung biến tính vật liệu. Mẫu M1 được tiến hành nung tại nhiệt độ 600 oC trong thời gian 1 giờ. Mẫu M2 được nung ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn - 300 oC trong 1 giờ. Trước khi tiến hành đánh giá khả năng hâp phụ của vật liệu sau tạo hạt, vật liệu được tiến hành đo các thông số vật lý cơ bản. 2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As (III) của các mẫu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính Thí nghiệm hấp phụ As được tiến hành với lượng 0,5g mỗi mẫu. Thể tích dung dịch được sử dụng là 100 ml với hàm lượng As (III) đạt 100 mg/l. Điều kiện của phản ứng được khống chế tại pH 6,4, thời gian 3 giờ và tại nhiệt độ phòng ( 30oC). Dung lượng hấp phụ Q (mg/g) của các mẫu được xác định theo: C0 − C Q=( ) *V (2) m Trong đó: Co và C là nồng độ ban đầu và nồng độ ở trạng thái cân bằng, mg/l. m là khối lượng chất hấp phụ ...