LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo oxyt sắt từ kích thước nano từ nguyên liệu kỹ...

7/30/2019 LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo oxyt sắt từ kích thước nano từ nguyên liệu kỹ thuật rẻ tiền, ứng dụng trong xử lý A…

http://slidepdf.com/reader/full/luan-van-nghien-cuu-che-tao-oxyt-sat-tu-kich-thuoc-nano-tu 1/47

Më §Çu

N− íc sö dông cho sinh ho¹t lµ mét nhu cÇu tÊt yÕu cña con ng− êi. Nh− ng

kh«ng ph¶i nguån n−

íc nµo còng cã thÓ ®¸p øng ®ñ çc chØ tiªu tiªu chuÈn quy®Þnh an toµn sö dông cho môc ®Ých sinh ho¹t. HiÖn nay, do sù ph¸t triÓn nhanh

chãng cña nÒn c«ng nghiÖp, tèc ®é ®« thÞ ho¸ cïng víi sù bïng næ d©n sè,

con ng− êi ®·, ®ang vµ sÏ ph¶i ®èi mÆt víi vÊn ®Ò c¹n kiÖt tµi nguyªn n− íc. Çc

nguån n− íc s½n cã ngµy cµng cã xu h− íng bÞ « nhiÔm do çc ho¹t ®éng d©n

sinh, c«ng nghiÖp, vµ kh¶ n¨ng kiÓm so¸t çc nguån chÊt th¶i cña çc quèc gia

kh«ng ®− îc khoa häc vµ chÆt chÏ….

§øng tr− íc t×nh h×nh ®ã cã hai gi¶i ph¸p ®− îc ®− a ra ®Ó gi¶i quyÕt vÊn

®Ò nµy. Mét lµ t×m kiÕm nguån n− íc míi kh«ng bÞ « nhiÔm, gi¶i ph¸p nµy khã

thùc hiÖn do nguån tµi nguyªn n− íc ë mçi quèc gia lµ kh¸c nhau vµ ®ang dÇn

c¹n kiÖt. Hai lµ t×m kiÕm çc c«ng nghÖ xö lý çc nguån n− íc ®¶m b¶o chÊt

l− îng vµ an toµn cho nhu cÇu sinh ho¹t cña con ng− êi. Çc c«ng nghÖ nµy ph¶i

®¶m b¶o ®− îc mét sè tiªu chÝ sau ®©y:

•

C«ng nghÖ ®¬n gi¶n , dÔ vËn hµnh, dÔ söa ch÷a• Phï hîp víi ®iÒu kiÖn kinh tÕ cña tõng vïng, tõng ®Þa ph− ¬ng.

• An toµn, th©n thiÖn, kh«ng g©y « nhiÔm trë l¹i ®èi víi m«i tr− êng

§Ó ®¸p øng ®− îc c¶ ba tiªu chÝ trªn lµ rÊt khã kh¨n. Tuy nhiªn tuú tõng vïng,

®Þa ph− ¬ng, mçi quèc gia cã thÓ tù lùa chän cho m×nh nh÷ng c«ng nghÖ hiÖu

qu¶ ®Æc thï.

ë ViÖt Nam çc nguån cÊp n− íc tõ çc nhµ m¸y chØ cung cÊp 50% l− îngn− íc cÊp, cßn l¹i chñ yÕu ®− îc sö dông tõ nguån n− íc ngÇm. Víi mét ®Êt n− íc

®ang ph¸t triÓn nh− ViÖt Nam kh«ng thÓ hy väng r»ng cã thÓ x©y dùng ®− îc

toµn bé m¹ng l− íi cung cÊp n− íc s¹ch tõ çc nhµ m¸y ®Õn çc vïng n«ng th«n

xa x«i. ChÝnh v× vËy gi¶i ph¸p chän lùa çc thiÕt bÞ nhá lÎ dùa trªn c«ng nghÖ

cao kh«ng sö dông ®Õn çc ho¸ chÊt cã gi¸ thµnh hîp lý, ®¬n gi¶n trong duy tu

bæ d− ìng lµ mét ph− ¬ng ¸n hÊp dÉn dÔ ®− îc chÊp nhËn.

NguyÔn ThÞ Liªn MSSV: 5053030311



Sù nhiÔm ®éc asen (Asenicosis) xuÊt hiÖn nh− mét th¶m ho¹ m«i tr− êng

®èi víi søc khoÎ con ng− êi. §· cã trªn ba m− ¬i quèc gia cã b¸o ço vÒ sù «

nhiÔm asen ®iÓn h×nh nh− : Bangladesh, ¢n ®é, Trung quèc, §µi loan, ViÖt

Nam, Th¸i Lan, Campuchia, Chilª, Achentina, Mªxic«, §øc, Mü…Do asen cã tÝnh ®éc cao trong n− íc ¨n uèng nªn tæ chøc y tÕ thÕ giíi

(WHO) ®· khuyÕn ço gi¶m tiªu chuÈn vÒ nång ®é asen tõ 50 μg/l xuèng 10

μg/l. Çc c«ng nghÖ th«ng th− êng hiÖn ®ang sö dông trong xö lý n− íc sinh

ho¹t (chñ yÕu nh»m xö lý s¾t, mangan vµ lµm trong n− íc) hÇu nh− kh«ng cã

kh¶ n¨ng xö lý triÖt ®Ó asen ë møc an toµn cao nµy. ViÖc quy ®Þnh møc an toµn

cao trong n− íc ¨n uèng nh»m môc tiªu an toµn søc khoÎ cho céng ®ång songl¹i gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n trong c«ng nghÖ xö lý. Çc c«ng nghÖ ¸p dông ph¶i

®¶m b¶o t¸ch lo¹i hÇu nh− triÖt ®Ó çc d¹ng asen tån t¹i trong n− íc.

Trong thêi gian qua céng ®ång khoa häc ®· kh«ng ngõng c¶i tiÕn çc

c«ng nghÖ vµ vËt liÖu s½n cã vµ t×m tßi thiÕt kÕ, chÕ t¹o çc vËt liÖu míi cã

nh÷ng tÝnh n¨ng hÊp phô asen cao h¬n. §Æc biÖt sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña

khoa häc c«ng nghÖ nano ®· t¹o ra sù thay ®æi mang tÝnh ®ét ph¸ trong mäi

lÜnh vùc cuéc sèng trong ®ã cã lÜnh vùc xö lý m«i tr− êng. N¨m 2004 çc nhµ

khoa häc ®· ph¸t hiÖn ®− îc hiÖu øng hÊp phô asen b»ng vËt liÖu nano s¾t tõ,

trong ®ã Fe3O4 kÝch th− íc 20 nm cã kh¶ n¨ng hÊp phô asen gÊp 200 lÇn so víi

vËt liÖu Fe3O4 kÝch th− íc 300nm. Chóng hÊp phô ®− îc c¶ hai d¹ng As(III) vµ

As(V). Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, çc nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ nano trªn nÒn

t¶ng Fe3O4 ë ViÖt Nam còng ®· ®− îc nhiÒu nhãm nghiªn cøu quan t©m ph¸t

triÓn vµ ®· cã nh÷ng thµnh c«ng (phßng V« c¬ ViÖn Hãa Häc – ViÖn KH&CNViÖt Nam).

Trªn thùc tÕ cã rÊt nhiÒu vËt liÖu ®· ®− îc nghiªn cøu vµ thö nghiÖm ®Ó

hÊp phô asen trong n− íc. Trong sè ®ã, ng− êi ta chó ý nhiÒu ®Õn çc vËt liÖu

trªn nÒn s¾t vµ çc hîp chÊt cña s¾t hoÆc tæ hîp composite cña chóng víi çc

thµnh phÇn kh¸c v× chóng ®Òu cã n¨ng l− îng bÒ mÆt lín, diÖn tÝch bÒ mÆt cao,

çc hîp chÊt s¾t ®Òu cã kh¶ n¨ng hÊp phô asen cao, nguyªn liÖu rÎ, th©n thiÖn

m«i tr− êng, kh«ng khã kh¨n trong chÕ t¹o, vËt liÖu kh«ng ®ßi hái ®é tinh khiÕt


www.daykemquynhon.ucoz.com day kem quy nhon 1000B tran hung dao quy nhon



cao. Sù cã mÆt cña çc t¹p chÊt kh¸c nh− Co, Ni, Zn ... kh«ng nh÷ng kh«ng

lµm ¶nh h− ëng ®Õn n¨ng lùc hÊp phô mµ cßn cã t¸c dông tÝch cùc.

Trªn c¬ së çc kÕt qu¶ nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu nano s¾t tõ nh»m môc

tiªu hÊp phô asen ®· ®− îc th«ng b¸o trong çc tµi liÖu quèc tÕ còng nh− trongn− íc, víi môc tiªu t×m çch chÕ t¹o ra mét vËt liÖu cã hiÖu n¨ng cao trong xö lý

asen vµ phï hîp víi ®iÒu kiÖn kinh tÕ còng nh− ®Æc thï cña ViÖt Nam chóng t«i

x©y dùng ®Ò tµi: Nghiªn cøu chÕ t¹o oxyt s¾t tõ kÝch th− íc nano tõ nguyªn

liÖu kÜ thuËt rÎ tiÒn, øng dông trong xö lý Asen trong n− íc sinh ho¹t.

Môc ®Ých cña ®Ò tµi

•

ChÕ t¹o nano oxit s¾t tõ Fe3O4 b»ng ph−

¬ng ph¸p ®ång kÕt tñatrong dung dÞch tõ s¾t tinh khiÕt vµ s¾t kü thuËt.

• X¸c ®Þnh çc ®Æc tr− ng c¬ b¶n cña vËt liÖu

• Nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu.

• S¬ bé ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông vËt liÖu trong thùc tÕ b»ng quy

tr×nh ®¬n gi¶n hÊp phô – keo tô - l¾ng, läc .





Ch− ¬ng I

Tæng Quan

I. Asen, HiÖn tr¹ng « nhiÔm trong n− íc ngÇm

I.1. ¶nh h− ëng cña asen ®Õn søc khoÎ con ng− êi

Asen lµ mét nguyªn tè ph©n bè ph©n t¸n trªn tr¸i ®Êt, hÇu nh− cã thÓ

ph¸t hiÖn ra sù hiÖn diÖn cña nã trong tÊt c¶ çc mÉu ®Êt ®¸, kho¸ng vËt vµ

trong çc mÉu ®éng thùc vËt... . Asen ®¬n chÊt lµ mét chÊt r¾n mµu tr¾ng, rÊt

®éc, n»m ë vÞ trÝ 33 trong b¶ng b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn, khèi l− îng ph©n tö

74.92, kh«ng tan trong n− íc.

Asen lµ nguyªn tè cÇn thiÕt cho c¬ thÓ khi ë hµm l− îng rÊt thÊp, nh− ng

l¹i lµ chÊt ®éc cùc m¹nh khi ë hµm l− îng ®ñ lín. Tuy asen cã vai trß trong trao

®æi nuclªin, tæng hîp protit vµ hªmoglobin, nh− ng vÒ mÆt sinh häc, asen lµ chÊt

®éc cã thÓ g©y rÊt nhiÒu bÖnh kh¸c nhau.

Con ®− êng x©m nhËp chñ yÕu cña asen vµo c¬ thÓ lµ qua ®− êng ¨n uèng.

Asen ®i vµo c¬ thÓ con ng− êi trong mét ngµy ®ªm th«ng qua chuçi thøc ¨n

kho¶ng 1mg, qua bôi, kh«ng khÝ lµ 1,4 μg vµ qua çc ®− êng kh¸c lµ 0,04-1,4

μg. Hµm l− îng asen trong c¬ thÓ ng− êi kho¶ng 0,08 - 0,2 ppm, nh÷ng ng− êi

b×nh th− êng cã tæng l− îng asen trung b×nh kho¶ng 1,4 mg. Asen tËp trung

trong gan, thËn, hång cÇu, hemoglobin ®Æc biÖt tËp trung trong n·o, x− ¬ng, da,

phæi, tãc [3].

§èi víi c¬ thÓ con ng− êi asen g©y ra 3 hiÖu øng sinh ho¸ lµ: lµm ®«ng tô

protein, t¹o phøc víi coenzym vµ ph¸ huû qu¸ tr×nh photpho ho¸.

Asen x©m nhËp c¬ thÓ con ng− êi sau 10-15 n¨m sÏ g©y ra çc bÖnh cã

liªn quan ®Õn asen nh÷ng triÖu chøng ®Çu tiªn lµ t¨ng huyÕt ¸p vµ gluco trong

m¸u, thÓ tr¹ng yÕu, khã thë, ho, xuÊt hiÖn çc ®èm s¾c tè d− íi da, dµy biÓu b×

vµ sõng ho¸ da. Tõ ®ã th× cã thÓ dÉn tíi t¾c m¹ch m¸u ngo¹i biªn (sõng ho¸ da,

bÖnh ch©n ®en). Ngoµi ra ng− êi ta cßn ph¸t hiÖn thÊy r»ng nhiÔm asen cßn lµm

t¨ng nguy c¬ g©y ung th− da, çc c¬ quan néi t¹ng, nhÊt lµ ë gan, thËn, bµng





quang, phæi... vµ dÉn tíi tö vong. MÆc dï nÒn y häc thÕ giíi ®· tèn nhiÒu c«ng

søc vµ tiÒn b¹c nh»m t×m ra thuèc vµ çc ph¸c ®å ®iÒu trÞ nh− ng cho ®Õn nay

vÉn ch− a cã thuèc vµ çc liÖu ph¸p ®iÒu trÞ h÷u hiÖu cho çc c¨n bÖnh cã liªn

quan ®Õn nhiÔm ®éc asen.T¹i ViÖt Nam vµo n¨m 2002 bé y tÕ ®· quy ®Þnh tiªu chuÈn nång ®é asen

trong n− íc ¨n uèng lµ 10 μg/l .[17]

I.2. ¤ nhiÔm asen trong n− íc ngÇm trªn thÕ giíi

¤ nhiÔm asen trong n− íc ngÇm ®· trë thµnh mét vÊn ®Ò mang tÝnh toµn

cÇu. Çc ®iÒu tra kh¶o s¸t sù « nhiÔm asen trong n− íc ngÇm ®· ®− îc thùc hiÖn

ë nhiÒu n− íc chøng tá r»ng cã trªn ba m− ¬i quèc gia ®ang ph¶i ®èi mÆt víi

nh÷ng nguy c¬ tiÒm tµng vÒ « nhiÔm asen. §iÓn h×nh lµ: Ê n §é, §µi Loan,

Arhentina, Trung Quèc, M«ng Cæ, Mehico, Th¸i Lan, Chile, Bangladesh, Mü,

Campuchia, Việt Nam... [1,2,3]

H×nh1: B¶n ®å çc khu vùc « nhiÔm asen trªn thÕ giíi





T¹i Bangladesh trong tæng sè 140 triÖu d©n cã h¬n 95 % tæng d©n sè hiÖn

®ang sö dông n− íc ngÇm cho môc ®Ých ¨n uèng vµ sinh ho¹t, kho¶ng tõ 30 - 35

triÖu ng− êi d©n Bangladesh ®ang sö dông n− íc uèng cã chøa asen víi nång ®é

lín h¬n 50 μg/l, 46 -75 triÖu ng− êi sö dông n− íc cã nång ®é asen> 10 μg/l.HiÖn t− îng nhiÔm ®éc asen t¹i Bangladesh ®· làm cho h¬n 200-270.000 ca tö

vong (1998). Tæ chøc y tÕ thÕ giíi coi sù nhiÔm ®éc tËp thÓ t¹i Bangladesh lµ

“Th¶m ho¹ m«i tr− êng lín nhÊt tõ tr− íc ®Õn nay trong lÞch sö thÕ giíi hiÖn

®¹i.” [20]

T¹i T©y Bengan Ê n ®é ( cã tæng d©n sè lµ 34 triÖu ng − êi) hiÖn cã

kho¶ng 1 triÖu ng− êi ®ang ph¶i uèng n− íc cã nång ®é asen > 50 μg/l , 5 triÖu

ng− êi ®ang ph¶i uèng n− íc cã nång ®é asen > 10 μg/l . Sè ng− êi ®· tö vong ë

çc quèc gia kh¸c − íc l− îng lµ vµi chôc ngh×n ng− êi. Trªn toµn thÕ giíi cã trªn

100 triÖu ng− êi ®ang ph¶i ®èi ®Çu víi çc nguy c¬ tiÒm tµng vÒ « nhiÔm asen.

ë mçi quèc gia, víi ®Æc ®iÓm ®Þa lý, cÊu tróc ®Þa chÊt vµ nÒn kinh tÕ kh¸c nhau

cã møc ®é « nhiÔm kh¸c nhau. Tuy nhiªn, sù « nhiÔm asen trong n− íc ngÇm

®ang lµ mét th¸ch thøc mang tÝnh toµn cÇu[6]/ B¶n ®å ph©n bè çc vïng «nhiÔm asen trªn thÕ giíi ®− a ra trªn h×nh 1.

I.3. ¤ nhiÔm asen trong n− íc ngÇm ë ViÖt Nam.

D©n sè ViÖt Nam theo th«ng b¸o cña Tæng côc thèng kª n¨m 2006 lµ 84

triÖu ng− êi − íc l− îng n¨m 2008 lµ 86 ng− êi sèng trªn diÖn tÝch 331.690 km2,

víi 80 % d©n sèng ë n«ng th«n. Nguån n− íc ngÇm cña vïng ch©u thæ cña s«ng

Mek«ng vµ s«ng Hång hiÖn nay ®ang ®−

îc sö dông réng r·i ®Ó lµm n−

íc ¨nuèng. N¨m 1982, víi sù trî gióp cña tæ chøc UNICEF, ®· cã kho¶ng 200.000

giÕng n− íc ®− îc khoan ®Ó phôc vô cho nhu cÇu ng− êi d©n, sau ®ã rÊt nhiÒu gia

®×nh ®· tù khoan n− íc ®Ó dïng. TÝnh ®Õn nay, t¹i vïng ch©u thæ s«ng Hång, sè

giÕng khoan khai th¸c n− íc ngÇm cã thÓ lªn tíi 150.000 ®Õn 1 triÖu giÕng vµ ®a

sè lµ giÕng n− íc t− nh©n [3]. V× vËy, sè l− îng giÕng khoan ë ViÖt Nam hiÖn rÊt

lín, ch− a thÓ thèng kª vµ qu¶n lý ®− îc. §¸ng tiÕc lµ mÆc dï khai th¸c n− íc

ngÇm lµ ph− ¬ng thøc chñ yÕu cung cÊp n− íc cho çc vïng d©n c− mµ hÖ thèng





m¹ng l− íi cung cÊp n− íc s¹ch kh«ng v− ¬n tíi ®− îc, tuy nhiªn chÊt l− îng n− íc

ngÇm kh«ng ®¹t çc tiªu chÈn an toµn cho ¨n uèng l¹i mang tÝnh phæ biÕn ®Æc

biÖt víi çc nguyªn tè ®éc h¹i nh− asen vµ çc kim lo¹i nÆng kh¸c....

Theo ®¸nh gi¸ cña WHO n− íc ta cã h¬n 10 triÖu ng− êi cã thÓ ph¶i ®èi mÆtvíi nguy c¬ tiÒm tµng vÒ nhiÔm ®éc asen. Theo çc th«ng b¸o cña Bé Tµi

Nguyªn M«i Tr− êng: Çc tØnh ®ång b»ng s«ng Hång nh− Phó Thä, Thanh Ho¸,

Qu¶ng Ninh, Hµ T©y, H¶i Phßng, Th¸i B×nh, Nam §Þnh, Ninh B×nh.... §íi

duyªn h¶i, miÒn Trung còng cã biÓu hiÖn « nhiÔm asen ë trÇm tÝch biÓn ven bê

mét sè vïng ë Qu¶ng Ng·i, Phó Yªn. Nguån « nhiÔm chñ yÕu lµ do cÊu tróc

®Þa chÊt vµ çc ho¹t ®éng nh©n sinh. Khu vùc ®ång b»ng s«ng Cöu Long: møc

®é « nhiÔm t− ¬ng ®èi nÆng nÒ t¹i 4 tØnh Long An, §ång Th¸p, An Giang, Kiªn

Giang.

H×nh2: B¶n ®å çc khu vùc « nhiÔm asen trªn toµn quèc

ChÝnh Phñ ViÖt Nam chØ ®¹o Bé N«ng NghiÖp vµ Ph¸t triÓn n«ng th«n chñ

tr×, phèi hîp cïng çc c¬ quan kh¸c x©y dùng “ Ch− ¬ng tr×nh hµnh ®éng vÒ

Asen vµ çc thµnh phÇn ®éc h¹i trong n− íc sinh ho¹t ” víi néi dung ®iÒu tra,

®¸nh gi¸, quan tr¾c hµm l− îng asen... x¸c ®Þnh l¹i çc vïng « nhiÔm, ®Ò ra

ph− ¬ng ¸n xö lý t¹i çc vïng « nhiÔm. Ngoµi ra n¨m 2006 dù ¸n “ Gi¶m thiÓu

t¸c h¹i cña th¹ch tÝm (Asen) trong nguån n− íc sinh ho¹t ë ViÖt Nam” víi tæng





kinh phÝ ®Çu t− lµ 17,6 tû ®ång ®· ®− îc khëi ®éng vµ cho ®Õn cuèi n¨m 2008

chóng ta ®· c¬ b¶n x©y dùng xong b¶n ®å ph©n bè çc vïng « nhiÔm asen trªn

c¶ n− íc. Ph©n bè çc vïng nhiÔm asen trªn toµn quèc ®− a ra trªn h×nh 2 [2,3]

I.4. Asen trong m«i tr− êng n− íc

Asen cã trong kho¶ng h¬n 250 lo¹i kho¸ng tù nhiªn kh¸c nhau nh− :

Reaglar As4S4, Orpoment As3S3....Trong cÊu tróc cña çc lo¹i kho¸ng vËt nµy,

asen th− êng ®i kÌm víi mét sè nguyªn tè kh¸c nh− Fe, Ni, Co, Cu, S, Ca, Mg.

Asen th− êng xuÊt hiÖn trong m¹ch n− íc ®Þa nhiÖt, nói löa, suèi n− íc nãng v.v.

Lo¹i quÆng chøa nhiÒu asen nhÊt lµ quÆng Arsenopyrit [1]

Trong m«i tr− êng n− íc asen tån t¹i chñ yÕu ë çc d¹ng sau:

R3As(R=H, - CH3, - Cl) (Arsines)

As (III) (H3AsO3) (Arsenites)

As (IV) (H2AsO4-, HAsO4

2-) (Arsenates)

RnAsO(OH)2n-1(n=1,2) (Organo- Acids)

H×nh 3 ®− a ra cÊu tróc cña çc d¹ng asen tån t¹i trong m«i tr− êng n− íc:

H×nh 3: CÊu tróc cña çc d¹ng asen trong m«i tr− êng n− íc

Trong m«i tr− êng n− íc asen kh«ng tån t¹i ë d¹ng ®¬n chÊt, mµ lu«n tån t¹ië d¹ng hîp chÊt víi ho¸ trÞ III hoÆc ho¸ trÞ V. Tuy nhiªn, çc d¹ng asen h÷u c¬

trong n− íc ngÇm Ýt ®éc vµ kh«ng phæ biÕn nh− çc d¹ng asen v« c¬. Hai d¹ng

asen v« c¬ th− êng gÆp lµ arsenite - As(III) hoÆc arsenate - As(V). D¹ng As(V

trong n− íc ngÇm tån t¹i d− íi d¹ng H3AsO41- (trong m«i tr− êng pH ®Õn gÇn

trung tÝnh), vµ d¹ng HAsO42- (trong m«i tr− êng kiÒm). Hîp chÊt H3AsO3 ®− îc

h×nh thµnh chñ yÕu trong m«i tr− êng oxi ho¸ - khö yÕu. Çc hîp chÊt asen víi

Na cã tÝnh hoµ tan rÊt cao. Nh÷ng hîp chÊt cña asen víi Ca, Mg vµ çc hîp





chÊt asen h÷u c¬ trong m«i tr− êng pH gÇn trung tÝnh, nghÌo Ca th× ®é hoµ tan

kÐm h¬n çc hîp chÊt h÷u c¬, ®Æc biÖt lµ asen-axit fulvic, cã xu h− íng t¨ng ®é

hoµ tan theo ®é pH vµ tû lÖ asen/axit fulvic. Çc hîp chÊt As5+ h×nh thµnh theo

ph− ¬ng thøc nµy. Phøc chÊt asen nh− vËy cã thÓ chiÕm tíi 80% çc d¹ng hîpchÊt tån t¹i trong n− íc ngÇm.

I.4. 1. Çc nguån g©y « nhiÔm asen trong n− íc ngÇm.

Asen g©y « nhiÔm m«i tr− êng cã hai nhuån gèc chÝnh

H×nh 4: Çc nguån g©y nhiÔm ®éc asen

- Nguån gèc tù nhiªn: Asen tÝch tô trong çc tÇng trÇm tÝch chøa n− íc, khi

®iÒu kiÖn m«i tr− êng thay ®æi, nã ®− îc gi¶i phãng vµ ®i vµo n− íc ngÇm d− íi

d¹ng çc ion gièng nh− sù hoµ tan tù nhiªn cña kho¸ng chÊt vµ quÆng.

- Nguån gèc nh©n t¹o: Bao gåm çc chÊt th¶i cña çc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

c«ng nghiÖp (®Æc biÖt lµ çc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thuû tinh, khai kho¸ng, luyÖn

kim, ®å gèm, thuéc da, s¶n xuÊt thuèc nhuém vµ çc chÊt mµu ®Ó cho s¬n, chÊt

b¶o qu¶n gç...), viÖc sö dông ph©n bãn, ho¸ chÊt b¶o vÖ thùc vËt vµ çc ho¸

chÊt ®éc trong chiÕn tranh. Ngoµi ra viÖc khai th¸c n− íc ngÇm mét çch å ¹t





kh«ng cã kÕ ho¹ch còng lµ nguyªn nh©n lµm cho nguån n− íc ngÇm bÞ «

nhiÔm[5]. H×nh 4 ®− a ra s¬ ®å çc nguån g©y « nhiÔm asen

I.4.2 C¬ chÕ th©m nhËp

Asen th©m nhËp vµo n− íc b»ng çc qu¸ tr×nh hoµ tan çc kho¸ng chÊt tù

nhiªn cã trong lßng ®Êt (cã h¬n 250 lo¹i kho¸ng vËt chøa asen). Do çc qu¸

tr×nh phong ho¸ ®Êt ®¸, çc ho¹t ®éng ®Þa nhiÖt, thuû ®Þa ho¸ còng nh− cã sù

tham gia cña çc hÖ vi khuÈn yÕm khÝ mµ asen tõ tr¹ng th¸i kh«ng tan di

chuyÓn vµo nguån n− íc ngÇm. Cho ®Õn hiÖn nay ng− êi ta còng ch− a thèng nhÊt

®− îc ¶nh h− ëng cña qu¸ tr×nh nµo lµ chñ yÕu. Tuy nhiªn cã hai xu h− íng lý

gi¶i sù di chuyÓn cña çc d¹ng asen kh«ng tan vµo trong m«i tr− êng n− íc:- Chu tr×nh tuÇn hoµn theo mïa kh« vµ mïa m− a

- Do ho¹t ®éng cña çc vi khuÈn yÕm khÝ.

- Ngoµi ra çc nguån ph¸t th¶i chøa asen do ho¹t ®«ng cña con ng− êi cã

thÓ trùc tiÕp thÊm xuèng tÇng chøa n− íc lµm asen di chuyÓn vµo n− íc ngÇm.

I.5. Çc ph− ¬ng ph¸p xö lý Asen.

I.5.1 Çc qu¸ tr×nh c¬ b¶n.

Çc c«ng nghÖ ®Ó xö lý n− íc nhiÔm asen c¬ b¶n ®Òu dùa trªn mét sè qu¸

tr×nh sau (h×nh 5):

H×nh 5: Çc qu¸ tr×nh xö lý asen c¬ b¶n





+ Qu¸ tr×nh «xy ho¸ khö: Çc qu¸ tr×nh nµy kh«ng lo¹i bá ®− îc asen trong

n− íc nh− ng gãp phÇn lµm t¨ng thªm hiÖu qu¶ cña çc qu¸ tr×nh sau ®ã.

+ Qu¸ tr×nh kÕt tña: §− a asen tõ d¹ng tan vÒ d¹ng kh«ng tan vÝ dô nh− calcium

arsenat. ChÊt r¾n nµy cã thÓ lÊy ra khái n− íc nhê qu¸ tr×nh l¾ng vµ läc. Çc

chÊt keo tô ®− îc ®− a vµo trong n− íc, khi thuû ph©n chóng kÕt tô d− íi d¹ng

b«ng cã kh¶ n¨ng hÊp phô asen vµ ®− îc t¸ch ra khái n− íc nhê qu¸ tr×nh l¾ng vµ

läc.

+ Qu¸ tr×nh hÊp phô vµ trao ®æi ion: RÊt nhiÒu vËt liÖu trªn c¬ së çc hîp chÊt

cña Al , Fe, Mn… cã ¸i lùc m¹nh víi asen ë tr¹ng th¸i hoµ tan. Asen bÞ hÊp phô

t¹i çc t©m hÊp phô trªn bÒ mÆt vËt liÖu r¾n. Çc ®¸nh gi¸ ®Òu cho r»ng chónglµ çc vËt liÖu cã hiÖu qu¶ cao trong viÖc lo¹i bá asen trong n− íc. Trao ®æi ion

cã thÓ coi lµ mét tr− êng hîp riªng cña hÊp phô.

+ Qu¸ tr×nh t¸ch r¾n- láng: Çc qu¸ tr×nh kÕt tña, ®ång kÕt tña, keo tô, hÊp phô

vµ trao ®æi ion ®Òu chuyÓn asen tõ d¹ng tan vÒ d¹ng kh«ng tan hoÆc n»m trong

mét vËt liÖu r¾n. Trong mét vµi tr− êng hîp chÊt r¾n lµ çc huyÒn phï l¬ löng vµ

kh«ng thÓ t¸ch chóng b»ng qu¸ tr×nh l¾ng, do ®ã cÇn sö dông çc qu¸ tr×nh läc.

Trªn thùc tÕ viÖc sö dông läc çt sÏ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.

+ Qu¸ tr×nh mµng: Sù ph¸t triÓn cña çc mµng läc nano vµ mµng thÈm thÊu

ng− îc RO cã kh¶ n¨ng t¸ch ®Õn trªn 99% çc d¹ng asen hoµ tan trong n− íc lµ

mét sù ph¸t triÓn v− ît bËc trong xö lý n− íc sinh ho¹t còng nh− n− íc tinh khiÕt.

Tuy nhiªn c«ng nghÖ nµy rÊt ®¾t vµ ®ßi hái ph¶i chi phÝ cho mét hÖ thèng tiÒn

xö lý ®¹t chÊt l− îng cao.

+ Qu¸ tr×nh hÊp thô thùc vËt: Cã rÊt nhiÒu loµi thùc vËt cã kh¶ n¨ng hÊp thôasen trong ®Êt, n− íc, ®iÓn h×nh lµ loµi c©y D− ¬ng xØ (Pteris vittata) ®− îc coi lµ

thùc vËt siªu hÊp thô asen trong ®Êt. C«ng nghÖ nµy ®− îc coi lµ c«ng nghÖ rÎ

tiÒn xong chØ phï hîp víi çc n− íc ph¸t triÓn trong viÖc c¶i t¹o ®Êt. [4]

I.5.2. Çc c«ng nghÖ ®· vµ ®ang ®− îc sö dông

- Keo tô víi muèi s¾t : cã thÓ lo¹i bá trªn 90 % As(V) vµ 60 % As(III). Chi phÝ

rÎ tuy nhiªn øng dông víi quy m« nhá.





- C«ng nghÖ s÷a v«i: lo¹i bá trªn 90% As(V) vµ lo¹i bá d− íi 30% As(III).

Ph− ¬ng ph¸p nµy phï hîp víi lµm mÒm n− íc. Nh− ng tiªu tèn mét l− îng lín,

bÊt lîi v× lµm t¨ng pH, t¹o ra mét l− îng bïn lín khã qu¶n lý. Chi phÝ ®¾t h¬n so

víi ph− ¬ng ph¸p keo tô.- Dïng nh«m ho¹t tÝnh: Lo¹i bá ®− îc trªn 90% As(V) vµ lo¹i bá trªn 30%

As(III), ph− ¬ng ph¸p nµy khã kh¨n trong viÖc lo¹i bá As(III). Çc ion PO43-,

SO42-, Cl-, F- lµm gi¶m hiÖu suÊt t¸ch. HiÖu suÊt xö lý thÊp kÐo dµi, n− íc nguån

giµu mangan vµ s¾t cÇn thiÕt ph¶i xö lý tr− íc, chi phÝ cao.

- C«ng nghÖ mµng : cã kh¶ n¨ng xö lý ®− îc 99% As(III) vµ As(V). Nh− mµng

läc RO, vi läc....c«ng nghÖ nµy ¸p dông víi çc n− íc ph¸t triÓn. §ßi hái ph¶i cãhÖ chi phÝ cao.

- Ch− ng cÊt b»ng n¨ng l− îng mÆt trêi: ThiÕt bÞ ch− ng cÊt b»ng n¨ng l− îng mÆt

trêi cã thÓ sö dông ®Ó xö lý n− íc nhiÔm asen, vi khuÈn, lµm ngät n− íc biÓn,

n− íc lî, vv... N− íc cÇn xö lý ®− îc nung nãng lªn vµ bay h¬i nhê n¨ng l− îng

mÆt trêi, sau ®ã ng− ng tô l¹i trªn bÒ mÆt phÝa trong thiÕt bÞ thu n− íc d¹ng tÊm

vµ ch¶y vµo bÓ chøa- C«ng nghÖ thùc vËt : Sö dông kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña çc lo¹i thùc vËt.

Ng− êi ta tiÕn hµnh trång çc lo¹i thùc vËt nµy ®Ó hÊp thô asen trong ®Êt, n− íc.

C«ng nghÖ nµy ®− îc ®¸ng gi¸ lµ rÎ tiÒn vµ rÊt phï hîp víi çc n− íc ph¸t riÓn

trong viÖc c¶i t¹o ®Êt.

I.5.3. Xu h− íng sö dông vËt liÖu vµ c«ng nghÖ míi trong xö lý asen

HÇu hÕt çc c«ng nghÖ xö lý asen trªn trõ c«ng nghÖ mµng läc ra cßn l¹i

®Òu kh«ng thÓ lo¹i bá hoµn toµn As(III) trong n− íc ngÇm vµ mét sè ph− ¬ng

ph¸p chi phÝ cao, khã kh¨n khi ¸p dông ®èi víi çc vïng n«ng th«n. HiÖn nay,

çc nhµ khoa häc ®· vµ ®ang nghiªn cøu ¸p dông xö lý asen trªn nÒn vËt liÖu

hÊp phô kh¸c nhau nh− : çc hîp chÊt oxyt s¾t, oxyt titan, oxyt silic; sÐt kho¸ng

(caolanh, bentonite ...); boxit, hematite, felspat; chitin vµ chitosan; bonechar;

quÆng oxit mangan, çt bäc mét líp oxyt s¾t hoÆc dioxit mangan MnO2; çc vËtliÖu xellulo (mïn c− a, bét giÊy b¸o). Ng− êi ta t×m çch khai th¸c triÖt ®Ó tÝnh





chÊt næi tréi cña c«ng nghÖ vËt liÖu míi ( C«ng nghÖ vËt liÖu nano) víi çc

nguyªn liÖu rÎ tiÒn dÔ khai th¸c trong n− íc hoÆc çc nguyªn liÖu cã trong thiªn

nhiªn. Sù ¸p dông mét tæ hîp nh− vËy dÔ dµng t¹o ra çc vËt liÖu cã hiÖu n¨ng

cao, cã gi¸ thµnh rÎ vµ mét ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt lµ cã hiÖu qu¶ ®èi víi mçi quècgia.

II. C«ng nghÖ nano vμ vËt liÖu nano

II.1 C«ng nghÖ nano

ThuËt ng÷ “ c«ng nghÖ nano” ®· xuÊt hiÖn tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû 20.

Theo Viện hàn l©m hoàng gia Anh quốc ®· ®Þnh nghÜa [10] :

C«ng nghÖ nano lµ ngµnh c«ng nghÖ liªn quan ®Õn viÖc thiÕt kÕ, ph©n tÝch,chÕ t¹o vµ øng dông çc cÊu tróc, thiÕt bÞ vµ hÖ thèng b»ng viÖc ®iÒu khiÓn h×nh

d¸ng, kÝch th− íc trªn quy m« nano met (1nm = 10-9m).

II.2 VËt liÖu nano

VËt liÖu nano cã thÓ ®− îc ®Þnh nghÜa mét çch kh¸i qu¸t lµ lo¹i vËt liÖu mµ

trong cÊu tróc cña çc thµnh phÇn cÊu t¹o nªn nã Ýt nhÊt ph¶i cã mét chiÒu ë

kÝch th− íc nanomet.

VËt liÖu nano cã thÓ tån t¹i ë ba tr¹ng th¸i: r¾n, láng, khÝ. Trong ®ã vËt liÖu

nano r¾n ®ang ®− îc quan t©m nghiªn cøu nhiÒu nhÊt, sau ®ã ®Õn vËt liÖu láng

vµ khÝ.

Cã thÓ ph©n chia vËt liÖu nano thµnh 3 lo¹i dùa trªn h×nh d¹ng:

• VËt liÖu nano ba chiÒu (hay cßn gäi lµ vËt liÖu nano kh«ng chiÒu) lµ vËt

liÖu cã c¶ 3 chiÒu ®Òu cã kÝch th− íc nanomet, vÝ dô nh− ®¸m nano, dungdÞch keo nano, h¹t nano...

• VËt liÖu nano hai chiÒu lµ vËt liÖu trong ®ã chØ cã 2 chiÒu kÝch th− íc

nanomet, vÝ dô nh− : mµng nano...

• VËt liªu nano mét chiÒu lµ vËt liÖu trong ®ã chØ cã duy nhÊt chiÒu cã

kÝch th− íc nano met, vÝ dô nh− : èng nano, d©y nano...





II.3. ø ng dông cña vËt liÖu nano

Do çc tÝnh n¨ng kú diÖu cña c«ng nghÖ vµ vËt liÖu nano ®· t¹o ra søc

m¹nh vÒ kinh tÕ, qu©n sù vµ t¹o ra nh÷ng s¶n phÈm hoµn toµn míi mang tÝnh

®ét ph¸ trong mäi lÜnh vùc x· héi. V× lÏ ®ã hiÖn nay trªn thÕ giíi ®ang ph¸t

triÓn vµ øng dông c«ng nghÖ nano. Cã thÓ kÓ tíi mét sè n− íc nh− : Hoa Kú,

NhËt B¶n, Trung Quèc, Nga vµ mét sè n− íc Ch©u ¢u.... Çc quèc gia nµy

chÝnh phñ ®· giµnh mét phÇn ng©n quü ®¸ng kÓ hç trî cho viÖc nghiªn cøu øng

dông thùc tiÔn cña ngµnh c«ng nghÖ nano [9]. ë ViÖt Nam, tuy chØ míi tiÕp cËn

c«ng nghÖ nano trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nh− ng nhiÒu trung t©m khoa häc nh−

ViÖn VËt Lý, ViÖn Ho¸ Häc, ViÖn VËt LiÖu thuéc ViÖn Khoa Häc vµ C«ngNghÖ ViÖt Nam, ViÖn Kü ThuËt Qu©n Sù... kÕt hîp cïng çc tr− êng §¹i häc

Quèc Gia Hµ Néi, §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, §¹i häc Quèc Gia Thµnh Phè

Hå ChÝ Minh, §¹i häc S− Ph¹m Hµ Néi...®· vµ ®ang triÓn khai nhiÒu ®Ò tµi vÒ

c«ng nghÖ nano ®· thu ®− îc nhiÒu thµnh qu¶ ®¸ng kÓ. Mét sè øng dông cña

quan träng cña vËt liÖu nano ®− îc ®− a ra trªn h×nh 6:

H×nh 6: Mét sè øng dông cña vËt liÖu nano

Çc h¹t nano TiO2 ansenate víi çc ho¹t tÝnh xóc t¸c quang ho¸ cao

còng ®− îc tæng hîp thµnh c«ng vµ ®ang trong giai ®o¹n thö nghiÖm ®Ó chÕ t¹o

vËt liÖu th− ¬ng m¹i nh− g− ¬ng, s¬n, kÝnh tù lµm s¹ch, chèng mê h¬i n− íc, vËt





iII. Çc ph− ¬ng ph¸p chÕ t¹o VËt liÖu nano

Hai ph− ¬ng ph¸p c¬ b¶n ®Ó tæng hîp vËt liÖu nano vµ nano composite lµ

ph− ¬ng ph¸p ®i tõ trªn xuèng (top-dow) vµ ph− ¬ng ph¸p ®i tõ d− íi lªn (bottom-up). Ph− ¬ng ph¸p ®i tõ trªn xuèng lµ ph− ¬ng ph¸p t¹o vËt liÖu kÝch th− íc nano

tõ çc phÇn tö cã kÝch th− íc lín h¬n. Ph− ¬ng ph¸p tõ d− íi lªn lµ ph− ¬ng ph¸p

h×nh thµnh vËt liÖu tõ çc nguyªn tö hoÆc ion.

III.1. Ph− ¬ng ph¸p tõ trªn xuèng lµ ph− ¬ng ph¸p dïng kÜ thuËt nghiÒn vµ

biÕn d¹ng ®Ó biÕn vËt liÖu cã kÝch th− íc lín vÒ kÝch th− íc nano

Ph− ¬ng ph¸p nghiÒn.

VËt liÖu ë d¹ng bét ®− îc trén lÉn víi nh÷ng viªn bi ®− îc lµm tõ çc vËt

liÖu siªu cøng ®Æt trong cèi nghiÒn. M¸y nghiÒn cã thÓ theo nguyªn lý: nghiÒn

l¾c, nghiÒn rung, hoÆc nghiÒn quay. Çc viªn bi cøng va ch¹m vµo nhau vµ ph¸

vì bét ®Õn kÝch th− íc nano. KÕt qu¶ thu ®− îc lµ vËt liÖu nano kh«ng chiÒu.

Ph− ¬ng ph¸p biÕn d¹ng:

Ph− ¬ng ph¸p biÕn d¹ng cã thÓ lµ ®ïn thñy lùc, tuèt, çn Ðp. NhiÖt ®é cã thÓ®iÒu chØnh tïy thuéc vµo tõng tr− êng hîp cô thÓ. NÕu nhiÖt ®é lín h¬n nhiÖt ®é

phßng th× gäi lµ biÕn d¹ng nãng, cßn nhiÖt ®é nhá h¬n nhiÖt ®é phßng th× gäi lµ

biÕn d¹ng nguéi. KÕt qu¶ thu ®− îc lµ çc h¹t nano mét chiÒu hoÆc hai chiÒu.

Ngoµi ra ng− êi ta cßn dïng ph− ¬ng ph¸p quang kh¾c ®Ó t¹o ra çc cÊu tróc

nano phøc t¹p

Nh×n chung, ph− ¬ng ph¸p tõ trªn xuèng lµ ph− ¬ng ph¸p ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn cã

thÓ chÕ t¹o ®− îc mét l− îng lín vËt liÖu. Tuy nhiªn, tÝnh ®ång nhÊt cña vËt liÖu





lµ kh«ng cao vµ do vËy ph− ¬ng ph¸p tõ trªn xuèng Ýt dïng ®Ó ®iÒu chÕ vËt liÖu

nano so víi ph− ¬ng ph¸p tõ ®− íi lªn.

III.2. Ph− ¬ng ph¸p tõ d− íi lªn (bottom- up)

Ng− îc l¹i ph− ¬ng ph¸p tõ trªn xuèng, ph− ¬ng ph¸p tõ d− íi lªn h×nh thµnh

vËt liÖu nano tõ cÊp ®é nguyªn tö hoÆc ion .

¦u ®iÓm cña ph− ¬ng ph¸p nµy lµ tæng hîp ®− îc vËt liÖu nano kÝch th− íc

nhá, ®ång ®Òu theo mong muèn. PhÇn lín çc vËt liÖu nano hiÖn nay ®iÒu chÕ

tõ ph− ¬ng ph¸p nµy. Ph− ¬ng ph¸p tõ d− íi lªn cã thÓ sö dông çc nguyªn

lý(ph− ¬ng ph¸p) vËt lý, hãa häc hoÆc tæ hîp cña c¶ hai nguyªn lý ®ã. Ph− ¬ng

ph¸p nµy cã thÓ ph©n chia thµnh: Ph− ¬ng ph¸p vËt lý: §©y lµ ph− ¬ng ph¸p t¹o vËt liÖu nano tõ nguyªn tö

b»ng çc qu¸ tr×nh vËt lý. Ph− ¬ng ph¸p nµy bao gåm çc qu¸ tr×nh sau:

- Qu¸ tr×nh chuyÓn pha: VËt liÖu khèi ®− îc gia nhiÖt sau ®ã lµm nguéi víi

tèc ®é nhanh ®Ó thu ®− îc bét ë tr¹ng th¸i v« ®Þnh h×nh. Sau ®ã tiÕn hµnh xö

lý nhiÖt ®Ó x¶y ra qu¸ tr×nh chuyÓn pha tõ v« ®Þnh h×nh sang tinh thÓ.

-

Ph−

¬ng ph¸p bèc bay ch©n kh«ng: Çc nguyªn tö ®Ó h×nh thµnh vËt liÖunano ®− îc t¹o ra b»ng çc qu¸ tr×nh vËt lý nh− bèc bay ch©n kh«ng, phón

x¹, hå quang… . VËt liÖu nano thu ®− îc tõ ph− ¬ng ph¸p nµy th− êng lµ çc

mµng nano

- Ph− ¬ng ph¸p hãa häc: §©y lµ ph− ¬ng ph¸p chÕ t¹o vËt liÖu nano tõ çc

ion hoÆc nguyªn tö. Ph− ¬ng ph¸p nµy rÊt phæ biÕn ®Ó tæng hîp vËt liÖu nano

vµ nanocomposite. ¦u ®iÓm cña nã lµ cã thÓ tæng hîp ®− îc tÊt c¶ çc d¹ng

cña vËt liÖu nano nh− d©y nano, èng nano, thËm chÝ c¶ çc cÊu tróc nano

phøc t¹p kh¸c. Ph− ¬ng ph¸p ho¸ häc cßn cho phÐp can thiÖp ®Ó t¹o ra çc

vËt liÖu nano víi kÝch th− íc nh− mong muèn víi ®é ®ång ®Òu cao.

§èi víi viÖc chÕ t¹o çc h¹t nano kim lo¹i ng− êi ta sö dông ph− ¬ng ph¸p

khö çc ion kim lo¹i víi sù cã mÆt cña mét vµi t¸c nh©n lµm bÒn ®Ó khèng chÕ

kÝch th− íc h¹t, chèng l¹i kh¶ n¨ng oxy ho¸ vµ ng¨n c¶n sù kÕt tô cña çc h¹t

nano kim lo¹i míi h×nh thµnh. ¦u ®iÓm cña ph− ¬ng ph¸p nµy lµ quy tr×nh thùc





hiÖn ®¬n gi¶n, kh«ng ®ßi hái çc thiÕt bÞ ®¾t tiÒn, cã thÓ ®iÒu khiÓn kÝch th− íc

nh− mong muèn vµ cho phÐp tæng hîp vËt liÖu víi mét l− îng lín.

Ph− ¬ng ph¸p sö dông çc h¹t nano cã s½n trong tù nhiªn: mét sè çc chÊt

trong tù nhiªn cã cÊu tróc nano hoÆc dÔ dµng biÕn tÝnh chóng trë thµnhçc phÇn tö cã kÝch th− íc mÐt: muéi than, kho¸ng sÐt Bentonite, zeolit…

Ph− ¬ng ph¸p sö dông mµng chÊt ®a ®iÖn ly: Mét sè chÊt ®a ®iÖn ly

th− êng ®− îc dïng lµm nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp vËt liÖu nano vµ nano

composite vÝ dô nh− : Polyacrylic (PAA), polyanlyamin hidroclorua

(PHA), plyetylenimit (PEI)…. . Çc chÊt nµy cã çc nhãm chøc hoÆc çc

nguyªn tö mang ®iÖn nªn chóng dÔ hÊp thô çc ion kim lo¹i t¹o thµnh çc

phøc chÊt bÒn. Sau ®ã sö dông çc chÊt khö thÝch hîp ®Ó khö çc phøc

chÊt nµy vÒ kim lo¹i. S¶n phÈm thu ®− îc lµ çc mµng cÊu tróc nano ®¬n

líp hoÆc ®a líp.

Ph− ¬ng ph¸p sol-gel : Ph− ¬ng ph¸p sol-gel th− êng ®− îc dïng ®Ó tæng

hîp çc vËt liÖu nano d¹ng bét, sîi mµng, gèm… ®©y lµ ph− ¬ng ph¸p

®− îc sö dông réng r·i trong c«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu do nã cã nh÷ng

− u ®iÓm lµ dÔ thùc hiÖn, dÔ ®iÒu khiÓn kÝch th− íc h¹t.

H×nh 7: S¬ ®å khèi cña ph− ¬ng ph¸p Sol- Gel





IV. VËt liÖu nano oxit s¾t tõ Fe3O4

IV.1. Çc ®Æc tr− ng vËt liÖu.

IV.1.1 CÊu tróc tinh thÓ Fe3O4

Oxit s¾t tõ cã cÊu tróc tinh thÓ lËp ph− ¬ng vµ lµ vËt liÖu tõ tÝnh ®Çu tiªn

mµ con ng− êi biÕt ®Õn. Tõ thÕ kØ thø t− ng− êi Trung Quèc ®· biÕt r»ng Fe3O4

cã trong çc kho¸ng tù nhiªn cã kh¶ n¨ng ®Þnh h− íng theo ph− ¬ng B¾c- Nam.

Oxit s¾t tõ Fe3O4 ®− îc xÕp vµo nhãm vËt liÖu ferit cã c«ng thøc tæng qu¸t

MO.Fe2O3 cã cÊu tróc spinel ( M lµ kim lo¹i hãa trÞ 2 nh− Fe, Ni, Co, Mn, Mg

hoÆc Cu). Trong ®ã çc ion s¾t tån t¹i c¶ hai tr¹ng th¸i ho¸ trÞ +2 vµ +3 víi tûsè 1:2. Oxit s¾t tõ Fe3O4 lµ mét ferit cã cÊu tróc spinel ®¶o ®iÓn h×nh. Tøc lµ:

mét nöa sè ion Fe3+ chiÕm hèc b¸t diÖn, nöa cßn l¹i chiÕm hèc tø diÖn, çc ion

Fe2+ ®Òu chiÕm hèc b¸t diÖn. CÊu tróc spinel ®¶o cña Fe3O4 ®− îc minh ho¹

trªn h×nh 8

H×nh 8 : CÊu tróc tinh thÓ Fe 3

O 4

IV.1.2 TÝnh chÊt tõ cña vËt liÖu

VËt liÖu Fe3O4 kÝch th− íc < 20nm lµ vËt liÖu siªu thuËn tõ . Tr¹ng th¸i

siªu thuËn tõ x¶y ra ®èi víi çc chÊt s¾t tõ cã cÊu t¹o bëi çc h¹t tinh thÓ nhá.

Khi kÝch th− íc h¹t lín, hÖ sÏ ë tr¹ng th¸i ®a ®omen (tøc lµ mçi h¹t sÏ cÊu t¹o

bëi nhiÒu ®«men tõ). Khi kÝch th− íc h¹t gi¶m dÇn, chÊt sÏ chuyÓn sang tr¹ng

th¸i ®¬n ®omen, cã nghÜa lµ mçi h¹t sÏ cã mét ®omen. Khi kÝch th−

íc h¹t gi¶mqu¸ nhá, n¨ng l− îng ®Þnh h− íng (mµ chi phèi chñ yÕu ë ®©y lµ n¨ng l− îng dÞ





h− íng tõ tinh thÓ) nhá h¬n nhiÒu so vãi n¨ng l− îng nhiÖt, khi ®ã n¨ng l− îng

nhiÖt sÏ ph¸ vì sù ®Þnh h− íng song song cña çc momen tõ.

Trong vËt liÖu feri tõ, çc momen tõ ®− îc s¾p xÕp thµnh hai ph©n m¹ng

ph¶n song song nh− ng tõ ®é lín, momen tõ trong hai ph©n m¹ng kh«ng b»ngnhau. Do ®ã ®é tõ tæng céng cña vËt liÖu nµy kh¸c kh«ng ngay c¶ khi tõ tr− êng

ngoµi b»ng kh«ng. Tõ ®é tæng céng nµy ®− îc gäi lµ tõ ®é tù ph¸t vµ cã thÓ nãi

trong vËt liÖu feri tõ cã sù tõ ho¸ tù ph¸t.

IV.2. ø ng dông cña vËt liÖu nano s¾t tõ

VËt liÖu oxit s¾t tõ ngµy cµng ®− îc çc nhµ khoa häc quan t©m nghiªn cøu

do chóng cã çc tÝnh n¨ng míi cã triÓn väng øng dông trong nhiÒu lÜnh vùcnh− :

IV.2.1. ø ng dông trong Y sinh häc:

- Ph©n t¸ch vµ chän läc tÕ bµo: Dùa vµo ®Æc tr− ng siªu thuËn tõ cña çc

h¹t nano s¾t tõ çc nhµ nghiªn cøu ®· sö dông nã ®Ó tiÕn hµnh ph©n t¸ch tÕ

bµo. Qu¸ tr×nh ph©n t¸ch ®− îc chia lµm hai giai ®o¹n: §¸nh dÊu thùc thÓ sinh

häc cÇn nghiªn cøu th«ng qua çc h¹t nano s¾t tõ. Sau ®ã t¸ch çc thùc thÓ®− îc ®¸nh dÊu ra khái m«i tr− êng b»ng tõ tr− êng ngoµi. M« h×nh ®¬n gi¶n

ph©n t¸ch tÕ bµo ®− a ra trªn h×nh 9.

H×nh 9: S¬ ®å nguyªn lý ph©n t¸ch tÕ bµo

- DÉn truyÒn thuèc: Khi x©m nhËp vµo trong c¬ thÓ, thuèc ch÷a bÖnh

th− êng bÞ ph©n t¸n vµ kh«ng tËp trung g©y ¶nh h− ëng cho çc tÕ bµo khoÎ

m¹nh, sinh ra çc t¸c dông phô. Do ®ã ng− êi ta sö dông çc h¹t tõ tÝnh nh− lµ

h¹t mang thuèc ®Õn vÞ trÝ mong muèn trªn c¬ thÓ (çc khèi u, ung th− …) b»ng

tõ tr− êng ngoµi.





- Tiªu diÖt tÕ bµo bÖnh: Çc h¹t nano tõ tÝnh ®− îc ®Þnh xø trong çc m« bÞ

bÖnh, sau ®ã sö dông mét tõ tr− êng xoay chiÒu bªn ngoµi ®ñ lín vÒ c− êng ®é

vµ tÇn sè t¸c dông lªn çc h¹t nano s¾t tõ, lµm cho çc h¹t nano h− ëng øng vµ

t¹o ra nhiÖt côc bé nung nãng tÕ bµo ung th− (cì 42oC). T¹i nhiÖt ®é côc bénµy cã thÓ giÕt chÕt çc tÕ bµo ung th− .

IV.2.2. Çc lÜnh vùc kh¸c

VËt liÖu nano s¾t tõ ngoµi nh÷ng øng dông trªn, oxit s¾t tõ cßn cã thÓ øng

dông trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nh− lµm mùc in, chÊt b«i tr¬n trong çc æ trôc

cña ®éng c¬, lµm vËt liÖu tõ tÝnh, vËt liÖu th«ng minh, c«ng nghÖ ®iÖn tö (mµn

h×nh mµu)...IV.2.3. C«ng nghÖ m«i tr− êng:

Nh÷ng th«ng b¸o ®Çu tiªn vÒ tÝnh n¨ng hÊp phô asen cña nano oxit s¾t tõ

®· ®− îc th«ng b¸o tõ cuèi n¨m 2004 [19]. Theo ®ã Fe3O4 kÝch th− íc cì 20 nm

cã kh¶ n¨ng hÊp phô asen cao gÊp 200 lÇn so víi vËt liÖu d¹ng khèi. §Æc biÖt

nã cã thÓ hÊp phô asen ë c¶ hai d¹ng arsenite - As(III) vµ arsenate - As(V),

khi c©n b»ng hÊp phô hµm l− îng asen trong n− íc cã thÓ ®¹t d− íi møc 10 ppb

(lµ nång ®é asen cho phÐp theo tiªu chuÈn cña WHO) chØ trong vµi phót [11].

ViÖc sö dông vËt liÖu oxyt s¾t tõ kÝch th− íc nano trong c«ng nghÖ xö lý

n− íc nhiÔm asen cã nh÷ng − u ®iÓm sau:

• S¾t vµ çc hîp chÊt cña chóng lµ nguyªn liÖu rÎ tiÒn cã s½n trong n− íc.

B¶n th©n vËt liÖu kh«ng g©y h¹i cho m«i tr− êng.

•

VËt liÖu oxyt s¾t tõ kÝch th−

íc nano cã kh¶ n¨g hÊp phô c¶ hai d¹ngAs(III) vµ As (V), dung l− îng hÊp phô cao, tèc ®é hÊp phô lín do ®ã

gi¶m chi phÝ thiÕt bÞ còng nh− chi phÝ cho qu¸ tr×nh oxy ho¸ As (III) lªn

As (V).

• Sö dông vËt liÖu oxyt s¾t tõ kÝch th− íc nano chØ t¹o ra mét l− îng cÆn nhá

giµu As, dÔ qu¶n lý vµ xö lý chÊt th¶i do kh«ng g©y ph¸t t¸n « nhiÔm m«i

tr− êng.

• DÔ chÕ t¹o, vËt liÖu kh«ng cÇn ®é tinh khiÕt cao





IV.3. T×nh h×nh nghiªn cøu vËt liÖu hÊp phô As ë ViÖt Nam.

B¶ng 1: Mét sè nghiªn cøu lo¹i bá asen ®· vµ ®ang thùc hiÖn t¹i ViÖtNam

Tªn T¸c gi¶ B¶n chÊt CÊp ®Ò tµi

Oxy ho¸-

KÕt tña

TrÇn Quang ¸nh,

TTCN m«i tr− êng-

BTL Ho¸ häc

¤xy ho¸ (T¸c nh©n

canxyhypoclorit) – L¾ng,

läc- HÊp phô than ho¹t tÝnh

§Ò tµi cÊp bé,

nghiÖm thu n¨m

2004.

HÊp phô

trªn ®¸

ong

PGS.TS.TrÇn Hång

C«n, §HQG Hµ Néi

ChÊt hÊp phô lµ ®Êt ®¸ ong

(Laterite) ®· biÕn tÝnh nhiÖt.

Qmax= 0.60 g /kg [As(III)]

qmax= 1.10 g /kg [As(V)]

§Ò tµi cÊp thµnh

phè, nghiÖm thu

12/2005.

C«ng

nghÖ t¸ch

asen b»ng

thùc vËt

PGS.TS. Lª V¨n C¸t

ViÖn Ho¸ häc- ViÖn

KH&CN VN

T×m kiÕm c¸c lo¹i thùc vËt

s½n cã trong n− íc cã kh¶

n¨ng hÊp thô asen

§Ò tµi cÊp thµnh

phè, hiÖn ®ang

tiÕn hµnh

HÊp phô

asen b»ngquÆng

pyrolusite

PGS.TS. Bïi Quang

C−

ViÖn C«ng nghÖHH – ViÖn

KH&CNVN

Nghiªn cøu hÊp phô asen

b»ng quÆng pyrolusite biÕntÝnh ë 400oC, qmax= 0.175

g/kg

§ang tiÕp tôc

nghiªn cøu

VËt liÖu

hÊp phô

As hiÖu

n¨ng cao

NC-F20

Ks.Ph¹m V¨n L©m

ViÖn Ho¸ Häc-ViÖn

KH&CNViÖt Nam

VËt liÖu xèp nano

composite s¾t tõ, trªn chÊt

mang.

N¨m 2008, ®ang

tiÕp tôc nghiªn

cøu hoµn thiÖn

ë ViÖt Nam, nghiªn cøu t¸ch lo¹i asen trong n− íc sinh ho¹t ë trong n− íc

®· b¾t ®Çu tõ rÊt l©u nh− ng nh×n chung ch− a cã c«ng nghÖ vµ vËt liÖu nµo tá ra

cã − u thÕ v− ît tréi trong viÖc xö lý asen c¶ ë quy m« gia ®×nh còng nh− quy m«

c«ng nghiÖp. C«ng nghÖ chñ yÕu vÉn lµ oxy- ho¸ céng kÕt tña- l¾ng läc ®ång

thêi víi qu¸ tr×nh xö lý mangan vµ s¾t cã s½n trong n− íc ngÇm. §©y lµ mét





c«ng nghÖ cæ ®iÓn, sù can thiÖp cña çc t¸c nh©n oxy ®«i khi kh«ng ®em l¹i kÕt

qu¶ mong muèn. Nh×n chung çc ph− ¬ng ph¸p nµy chØ cã thÓ lo¹i ®− îc 30-90%

l− îng asen trong n− íc vµ chØ hiÖu qu¶ ®èi víi asen (V) do ®ã ®é an toµn kh«ng

cao. Ph− ¬ng ph¸p hÊp phô trªn mét sè vËt liÖu còng ®· ®− îc nghiªn cøu, nh− nghiÖu qu¶ cßn thÊp, nhiÒu ®Ò tµi nghiªn cøu míi còng míi ®ang ®− îc triÓn khai.

§èi víi çc lo¹i vËt liÖu tiªn tiÕn hÊp phô asen trªn c¬ së oxyt s¾t tõ kÝch

th− íc nano, trong thêi gian qua cã mét sè ®¬n vÞ trong n− íc còng ®· tiÕp cËn

®Õn viÖc nghiªn cøu sö dông chóng ®Ó t¸ch lo¹i asen trong n− íc ngÇm. VËt liÖu

oxyt s¾t tõ kÝch th− íc nano dùng trong công nghệ xử lý nướ c không đòi hỏi

chất lượ ng cao về độ đồng đều của các hạt, độ sạch của vật liệu… Sự có mặt

của các tạ p chất ở dạng oxit (coban, niken, mangan…) trong sản phẩm dườ ng

như không làm ảnh hưở ng đến tốc độ cũng như dung lượ ng hấ p phụ asen,

ngượ c lại chúng còn có tác động tích cực. [19]





Ch− ¬ng II

Çc ph− ¬ng ph¸p nghiªn cøu vμ thùc nghiÖm

i. ph− ¬ng ph¸p nghiªn cøuI.1. çc ph− ¬ng ph¸p ®o ®Æc tr− ng cña vËt liÖu

I.1. 1. Ph− ¬ng ph¸p nhiÔu x¹ R¬nghen ( Xray diffracsion: XRD)

Ph− ¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X (tia R¬nghen) cung cÊp çc th«ng tin vÒ

thµnh phÇn cÊu tróc m¹ng tinh thÓ cña vËt liÖu, ®ång thêi nã cßn cho phÐp tÝnh

®− îc kÝch th− íc trung b×nh cña h¹t tinh thÓ.

Nguyªn lý chung cña ph− ¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X lµ x¸c ®Þnh kÝch th− ícvµ thµnh phÇn cÊu tróc m¹ng dùa vµo ¶nh h− ëng kh¸c nhau cña kÝch th− íc tinh

thÓ lªn phæ nhiÔu x¹.

Khi chiÕu mét chïm tia X vµo tinh thÓ, ®iÖn tõ tr− êng cña tia X sÏ t− ¬ng t¸c

víi çc nguyªn tö n»m trong m¹ng tinh thÓ. Çc nguyªn tö, ion bÞ kÝch thÝch

bëi chïm tia X sÏ thµnh çc t©m ph¸t ra çc tia ph¶n x¹.

H×nh 10: S¬ ®å tia tíi vµ tia ph¶n x¹Çc tia ph¶n x¹ tõ t− ¬ng t¸c nµy cã thÓ giao thoa víi nhau vµ x¶y ra hiÖn

t− îng nhiÔu x¹. NÕu gäi gãc tíi cña tia X víi mÆt ph¼ng tinh thÓ lµ θ th× sù giao

thoa chØ cã thÓ x¶y ra nÕu ph− ¬ng tr×nh Vuff- Bragg ®− îc tháa m·n:

2d sinθ = nλ

Trong ®ã:

d : lµ kho¶ng çch gi÷a hai mÆt ph¼ng song song

θ : gãc gi÷a chïm tia X vµ mÆt ph¼ng ph¶n x¹





λ : lµ b− íc sãng cña tia X

Detecter sÏ ghi nhËn l¹i tÊt c¶ çc tia nhiÔu x¹. H×nh ¶nh nhiÔu x¹ sÏ

®− îc tr×nh bµy d− íi d¹ng mét nhiÔu x¹ ®å. Sau khi ghi phæ, m¸y sÏ so s¸nh víi

th− viÖn çc phæ chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh çc pha cã trong mÉu, cÊu tróc vµ tØ phÇnpha cña mÉu.

Cã thÓ tÝnh ®− îc kÝch th− íc trung b×nh cña h¹t b»ng c«ng thøc Debye-

Scherrer:

Trong ®ã:

d : lµ kÝch th− íc h¹t trung b×nh (nm)

β : lµ ®é réng nöa v¹ch phæ cña pic cùc ®¹i ( rad)

Do nh÷ng tÝnh n¨ng trªn mµ ph− ¬ng ph¸p nµy ®− îc dïng kh¸ phæ biÕn

trong nghiªn cøu cÊu tróc tinh thÓ.

Do nh÷ng tÝnh n¨ng trªn mµ ph− ¬ng ph¸p nµy ®− îc dïng kh¸ phæ biÕn trong

nghiªn cøu cÊu tróc tinh thÓ

I.1. 2. Ph− ¬ng ph¸p kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM)

Ph− ¬ng ph¸p SEM ®− îc sö dông ®Ó kh¶o s¸t h×nh d¹ng vµ cÊu tróc bÒ

mÆt cña vËt liÖu. H×nh 11 ®− a ra toµn c¶nh hÖ kÝnh hiÓm vi ®iÖn tö ph©n gi¶i

cao Hitachi S-4800 ®Æt t¹i phßng thÝ nghiÖm träng ®iÓm cña viÖn Khoa häc VËt

liÖu – ViÖn KH&CN ViÖt Nam

H×nh11: Toµn c¶nh hÖ kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö ph©n gi¶i cao Hitachi S-4800





Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña ph− ¬ng ph¸p SEM lµ dïng chïm ®iÖn tö ®Ó t¹o ¶nh

cña mÉu nghiªn cøu, ¶nh ®ã khi ®Õn mµn huúnh quang cã thÓ ®¹t ®é phãng ®¹i

lªn ®Õn 100.000 lÇn. Chïm electron ®− îc t¹o ra sau khi ra khái thÊu kÝnh héi tôsÏ ®− îc héi tô lªn mÉu nghiªn cøu. Çc electron ®Ëp vµo mÉu, bÞ ph¶n x¹ t¹o

thµnh mét tËp hîp çc h¹t thø cÊp ®i tíi detecter. T¹i ®©y electron sÏ ®− îc

chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. Çc tÝn hiªu ®iÖn sau khi ®− îc khuyÕch ®¹i ®i tíi

èng tia catot vµ ®− îc quÐt lªn ¶nh. Çc vïng tèi hay s¸ng trªn ¶nh phô thuéc

vµo sè çc h¹t thø cÊp ®Ëp vµo èng tia catot.

¦u ®iÓm cña ph− ¬ng ph¸p SEM lµ cã thÓ thu ®− îc nh÷ng h×nh ¶nh ba chiÒu

râ nÐt vÒ h×nh d¹ng vµ cÊu tróc bÒ mÆt vËt liÖu.

I.1.3. Ph− ¬ng ph¸p phæ hång ngo¹i (FTIR)

Phæ hång ngo¹i dïng ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc ph©n tö cña ph©n tö chÊt

nghiªn cøu dùa vµo çc tÇn sè ®Æc tr− ng trªn phæ cña çc nhãm chøc trong

ph©n tö. Khi chiÕu bøc x¹ hång ngo¹i vµo ph©n tö chÊt nghiªn cøu, trong b¶n

th©n çc ph©n tö lu«n cã tr¹ng th¸i dao ®éng ph©n tö.

Nguyªn lý cña ph− ¬ng ph¸p lµ sö dông mét nguån bøc x¹ ph¸t ra mét chïm

tia hång ngo¹i víi mäi tÇn sè trong vïng cÇn ®o. Chïm tia nµy ®− îc t¸ch thµnh

hai phÇn, mét phÇn ®i qua mÉu vµ mét phÇn ®i qua m«i tr− êng cÇn ®o råi ®Õn

bé phËn giao thoa. Bøc x¹ hång ngo¹i sau khi ®i qua bé phËn giao thoa kÕ sÏ ®i

qua mÉu råi ®Õn detector. D− íi t¸c dông cña bøc x¹ hång ngo¹i, çc nhãm chøc

trong ph©n tö mÉu sÏ dao ®éng øng víi b− íc sãng mµ nã hÊp phô. Detector sÏ

so s¸nh c− êng ®é hai chïm tia ( mét ®i qua mÉu vµ mét ®i qua m«i tr− êng cÇn

®o) ®Ó cho ra çc tÝn hiÖu cã c− êng ®é tØ lÖ víi phÇn bÞ hÊp phô bëi mÉu. M¸y

tÝnh sÏ ghi l¹i sù hÊp phô bøc x¹ cña mÉu d− íi d¹ng ®− êng cong chØ sù phô

thuéc phÇn tr¨m bøc x¹ truyÒn qua vµo sè sãng (cm -1)[12,13]





I.1.4. Ph− ¬ng ph¸p ®o tõ trªn hÖ tõ kÕ mÉu rung(VSM)

§Ó kh¶o s¸t tÝnh chÊt cña vËt liÖu nano oxit s¾t tõ ta sö dông ph− ¬ng

ph¸p ®o tõ trªn hÖ tõ kÕ mÉu rung(VSM). Ta ®o mÉu trong kho¶ng tõ tr− êng tõ

-2T ®Õn 2T. Tõ ®é lµ mét ®¹i l− îng ®Æc tr− ng cho tÝnh chÊt tõ cña vËt liÖu.§− êng cong tõ hãa vµ tõ trÔ cho ta biÕt çc th«ng sè nh− tõ ®é b·o hßa (Ms),

lùc kh¸ng tõ (Hc), c¶m øng tõ d− (Bs). Vµ tõ ®ã cã thÓ ®− a ra nh÷ng ®¸nh gi¸

s¬ bé vÒ tÝnh chÊt tõ cña vËt liÖu.

I. 1. 5. Ph− ¬ng ph¸p chÕ t¹o h¹t nano s¾t tõ vµ c¬ chÕ ph¶n øng

Cã rÊt nhiÒu ph− ¬ng ph¸p chÕ t¹o nano s¾t tõ nh− : Thuû ph©n muèi, thuû

ph©n phøc chÊt cña s¾t, ph©n huû nhiÖt.... Ph− ¬ng ph¸p chÕ t¹o vật liệu ®− îc lùa

chän trong ®Ò tµi nµy lµ ph− ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña trong dung dÞch b»ng con

®− êng thñy ph©n çc muèi, ph− ¬ng ph¸p nµy cã − u ®iÓm lµ c«ng nghÖ thiÕt bÞ

®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, cho kÕt qu¶ nhanh vµ chi phÝ thÊp, do ®ã dÔ thÝch hîp víi

c«ng nghÖ m«i tr− êng.

Tuy nhiªn ph− ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña còng cã mét sè çc nh− îc ®iÓm nh− :

ph¶n øng ph¶i tiÕn hµnh trong m«i tr− êng khÝ tr¬, khã ®iÒu khiÓn kÝch th− ích¹t. Çc dung dÞch chuÈn bÞ cho ph¶n øng ®Òu ph¶i ®− îc lo¹i oxi cÈn thËn.

§iÒu chÕ h¹t nano oxit s¾t tõ ®¬n pha lµ rÊt khã v× nã th− êng bÞ lÉn γ-Fe2O3.[9]

Ph− ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña dùa trªn ph¶n øng hãa häc:

2 Fe3+ + Fe2+ + 8OH- → Fe3O4 + 4 H2O

II. THùC NGHIÖM

II.1. Nghiªn cøu quy tr×nh tæng hîp Fe3O4 kÝch th− íc nano tõ nguyªn liÖutinh khiÕt (M1)

• Ho¸ ChÊt vµ dông cô:

- Çc ho¸ chÊt NaOH , HCl, FeCl3. 6H2O, FeCl2. 4H2O ®Òu lµ çc ho¸ chÊt tinh

khiÕt cña Trung Quèc.

- Dông cô thÝ nghiÖm bao gåm: Cèc thuû tinh - M¸y khuÊy tõ - PhÔu nhá giät -

NhiÖt kÕ - B×nh cÇu 2 cæ 1000ml.

• Quy tr×nh tæng hîp:





+ Dung dich hçn hîp FeCl2.4H2O vµ FeCl3.6H2O ®− îc chuÈn bÞ trong n− íc

cÊt ®· b·o hoµ Ar, ®¶m b¶o tû lÖ Fe+3 /Fe+2=2/1. Nång ®é Fe+3 cì 0,1M

+ L− îng dung dÞch NaOH ®− îc tÝnh d− cho ph¶n øng kÕt tña (pH=11-13)

+ Hçn hîp dung dÞch Fe+3 vµ Fe+2 cã mµu vµng ®− îc cho vµo phÔu chiÕt,nhá giät tõ tõ víi tèc ®é cÊp dung dÞch lµ: 60 giät/phót vµo b×nh cÇu chøa dung

dÞch NaOH ®− îc khuÊy trªn m¸y khuÊy tõ. Thêi gian nhá giät cì 90 phót.

+ Tèc ®é khuÊy trén 120 vßng/ phót.

+ Sau khi kÕt thóc viÖc cÊp dung dÞch hçn hîp tiÕp tôc khuÊy vµ gia nhiÖt ë

nhiÖt ®é 70- 800C trong 30 phót ®Ó giµ ho¸ vËt liÖu.

KÕt qu¶ thu ®− îc kÕt tña mµu ®en, ®Ó l¾ng g¹n vµ tiÕn hµnh röa b»ng

n− íc cÊt b·o hoµ Ar cho ®Õn khi pH vÒ trung tÝnh. Sau ®ã tiÕn hµnh ly t©m tèc

®é 5000-6000 vßng/ phót. KÕt tña ®− îc sÊy ch©n kh«ng ë nhiÖt ®é th− êng thu

®− îc s¶n phÈm kh« mµu ®en ký hiÖu M1. S¬ ®å tæng hîp M1 ®− a ra trªn h×nh

12 d− íi ®©y:

H×nh 12: S¬ ®å tæng hîp vËt liÖu M1

II.3. Tæng hîp nano s¾t tõ tõ nguyªn liÖu tinh khiÕt khi cã PEG (M2)+ Ho¸ chÊt vµ dông cô thÝ nghiÖm t− ¬ng tù nh− tæng hîp vËt liÖu M1





+ Dung dÞch NaOH ®− îc chuÈn bÞ nh− ®èi víi M1 chøa thªm 5%PEG

+ Çc thao t¸c t− ¬ng tù M1

II.3. Quy tr×nh tæng hîp nano s¾t tõ nguyªn liÖu kÜ thuËt (M3)

Quy tr×nh tæng hîp vËt liÖu nanos¾t tõ nguyªn liÖu kü thuËt ®− îc thùc hiÖn

t− ¬ng tù nh− tæng hîp vËt liÖu M2.

Ngoµi ra çc ho¸ chÊt FeCl2.4 H2O vµ

FeCl3.6 H2O ®− îc thay b»ng FeSO4.7H2O

vµ FeCl3. 6H2O kü thuËt.(H×nh 13)

H×nh 13: H×nh ¶nh thÝ nghiÖm tæng hîp

nano s¾t tõ nguyªn liÖu kü thuËt

II.4. Kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu

Trong çc nghiªn cøu nµy chóng t«i ®o ®¹c kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña

vËt liÖu M1( vËt liÖu chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu tinh khiÕt) vµ so s¸nh víi kh¶ n¨ng

hÊp phô cña vËt liÖu (M3) ®i tõ nguyªn liÖu kü thuËt. Bao gåm çc nghiªn cøu

sau:

• ¶nh h− ëng cña nång ®é pha r¾n ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu

• Sù hÊp phô asen c¹nh tranh cña vËt liÖu khi cã mÆt ion Fe3+, HCO3-, SO4

-2,

PO4-3

Ho¸ chÊt: Ngoµi vËt liÖu nano oxit s¾t tõ tù tæng hîp gåm hai lo¹i ( M1

vµ M3), çc ho¸ chÊt As2O3, Na2HAsO4.7H2O, Na2SO4, Na2CO3, Na3PO4.3H2O,

Fe(NO3).H2O, NaOH 0.1M, H2O ®Òu lµ lo¹i ho¸ chÊt tinh khiÕt PA cña Trung

Quèc.

Dông cô: B×nh tam gi¸c 500ml, m¸y khuÊy, b×nh läc ch©n kh«ng ®− îc

l¾p ®Æt thµnh hÖ thèng ®− a ra h×nh 14





H×nh14: H×nh ¶nh thÝ nghiÖm hÊp phô asen cña vËt liÖu

Çc mÉu sau khi lÊy ®− îc tiÕn hµnh läc ch©n kh«ng qua mµng läc

0.22μm thu lÊy n− íc läc vµ ®em ®o ®¹c hµm l− îng asen cßn l¹i sau khi hÊp

phô. Çc sè liÖu hÊp phô cã ®− îc b»ng ph− ¬ng ph¸p ph©n tÝch hÊp thô nguyªntö (AAS) trªn m¸y SHIMADZU 6800 cña NhËt B¶n.

II.4.1. ¶nh h− ëng cña nång ®é pha r¾n ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô asen

cña vËt liÖu

Dung dÞch As(III) vµ As(V) nång ®é 100 μg/l ®− îc chuÈn bÞ trong n− íc cÊt

b·o hoµ khÝ Ar, ®iÒu chØnh pH= 6,5-7 b»ng NaOH 0.1M hoÆc HCl 0.01M. TÊt

c¶ çc thÝ nghiÖm ®Òu thùc hiÖn ë nhiÖt ®é phßng trong thiÕt bÞ khuÊy kÝn cãsôc khÝ Ar. Thêi gian lÊy mÉu lÇn l− ît lµ 15, 30, 60, 120 phót.

II.4.2.Sù hÊp phô asen cña vËt liÖu khi cã mÆt ion Fe3+, HCO3-, SO4

-2, PO4-3

Nång ®é dung dÞch asen ban ®Çu lµ 100 μg/l cã pH n»m trong kho¶ng

6.5-7. §èi víi çc ion Fe3+, HCO3-, SO4

-2, vËt liÖu tr− íc khi ®− a vµo hÊp phô

®− îc xö lý trªn m¸y siªu ©m 5 phót ®Ó ®¶m b¶o ph©n t¸n tèt trong dung dÞch.





TÊt c¶ çc thÝ nghiÖm ®Òu ®− îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é phßng trong thiÕt bÞ khuÊy

kÝn cã sôc khÝ Ar.

Thêi gian lÊy mÉu ®èi víi thÝ nghiÖm hÊp phô khi cã mÆt ion Fe3+ lÇn

l− ît lµ: 5, 10, 30, 60 phót, khi cã mÆt ion HCO3-, SO4-2 lÇn l− ît lµ 15, 30, 60,90, 120 phót.

§èi víi ion PO4-3 th× thêi gian siªu ©m 20 phót vµ thêi gian lÊy mÉu lµ

10, 20, 30, 60 vµ 120 phót.

Nång ®é cña çc ion c¹nh tranh Fe3+, HCO3-, SO4

-2, PO4-3 ®− îc ®− a ra

trong b¶ng 2:

B¶ng 2: Nång ®é çc ion c¹nh tranh trong dung dÞch ® − îc nghiªn cøu

STT Ion c¹nh tranh Nång ®é (mg/l)

1 Fe3+ 0 5 7.5 10

2 HCO3- 0 50 100 250

3 SO4-2 0 50 100 250

4 PO4-3 0 50 100 200

II.4.3. Ph− ¬ng ph¸p ph©n tÝch hµm l− îng As trong n− íc

§Ó ®Þnh l− îng asen cã nhiÒu ph− ¬ng ph¸p nh− : ph− ¬ng ph¸p ph©n tÝch

quang phæ, ph− ¬ng ph¸p ph©n tÝch tr¾c quang, ph− ¬ng ph¸p ph©n tÝch cùc phæ,

ph− ¬ng ph¸p chuÈn ®é ®iÖn thÕ vµ ph− ¬ng ph¸p hÊp thô nguyªn tö (aas).

Trong çc ph− ¬n ph¸p trªn ph− ¬ng ph¸p hÊp thô nguyªn tö cã ®é nh¹y cao vµkÕt qu¶ ph©n tÝch æn ®Þnh phï hîp víi viÖc ph©n tÝch ®Þnh l− îng asen ë hµm

l− în thÊp.

Çc kÕt qu¶ trong nghiªn cøu nµy chóng t«i dùa trªn çc sè liÖu thu ®− îc

b»ng ph− ¬ng ph¸p hÊp thô nguyªn tö (AAS) trªn m¸y Shimadzu 6800 (NhËt

B¶n).

Ch− ¬ng III





KÕT QU¶ VμTH¶O LUËN

III.1. X¸c ®Þnh çc ®Æc tr− ng c¬ b¶n cña vËt liÖu

Víi nguyªn liÖu ®Çu lµ çc ho¸ chÊt kü thuËt (M3), mét vÊn ®Ò cÇn quan t©m

lµ çc t¹p chÊt ®ã cã ¶nh h− ëng ®Õn qu¸ tr×nh h×nh thµnh pha mong muèn còng

nh− nh÷ng tÝnh chÊt cña s¶n phÈm hay kh«ng. V× vËy, vËt liÖu sau khi t¹o thµnh

®· ®− îc x¸c ®Þnh çc ®Æc tr− ng c¬ b¶n t− ¬ng tù víi mÉu chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu

tinh khiÕt ®Ó cã thÓ rót ra kÕt luËn vÒ ®iÒu nµy.

III.1.1. Thµnh phÇn vµ cÊu tróc cña vËt liÖu

H×nh15: Phæ nhiÔu x¹ tia X (XRD): cña (a) - M1,(b) - M2 vµ (c)- M3

Gi¶n ®å XRD cña çc vËt liÖu M1, M2 vµ M3 ®− îc ®− a ra trªn h×nh 15.

Gi¶n ®å XRD cña tÊt c¶ çc mÉu lµ t− ¬ng tù nhau chóng ta thÊy râ çc v¹ch ®Æc

tr− ng cho cÊu tróc spinel ®¶o cña vËt liÖu. V× oxyt s¾t tõ Fe3O4 vµ maghemite γ-





Fe2O3 cã cïng cÊu tróc víi vÞ trÝ c¸c v¹ch pic gièng nhau, chØ kh¸c nhau vÒ

c− êng ®é t− ¬ng ®èi nªn cÇn ph¶i kÕt hîp thªm víi d÷ liÖu phæ FTIR ®Ó kh¼ng

®Þnh thµnh phÇn pha cña vËt liÖu [6]. §é réng cña v¹ch cho chóng ta biÕt ®− îc

kÝch th− íc M1 > M2 > M3

Trªn phæ FTIR cña mÉu vËt liÖu M1 (H×nh 16- a) cã mét v¹ch cã ®é réng,

c©n ®èi ë vïng cã b− íc sãng 564.15 cm-1 gÇn víi b− íc sãng 580 cm-1 vµ mét

v¹ch víi c− êng ®é thÊp 412.67cm-1 gÇn víi 405 cm-1, hai pic t¹i b− íc sãng 580

cm-1 vµ 405 cm-1 lµ v¹ch ®Æc tr− ng cña Fe3O4.

H×nh 16(a) - Phæ FITR cña mÉu vËt liÖu M1

(b)-Phæ FITR cña mÉu vËt liÖu M3

Nh− vËy kÕt hîp gi÷a gi¶n ®å XRD vµ FTIR cu¶ M1 cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng

qu¸ tr×nh chÕ t¹o ra tinh thÓ Fe3O4 ®¬n pha.





Trªn phæ FTIR cña mÉu M3 (h×nh 16-b), bªn c¹ch 2 v©n hÊp thô cã b− íc

sãng lµ 575.26 cm-1 vµ 400.78 cm-1 gÇn víi v¹ch ®Æc tr− ng cña oxyt s¾t tõ, xuÊt

hiÖn thªm 2 v©n hÊp thô yÕu ë 625.76 cm -1 vµ 424.57 cm-1 gÇn víi pic hÊp phô

t¹i 630 cm-1 vµ 425 cm-1 lµ hai pic ®Æc tr− ng cña γ-Fe2O3 . VËy nh÷ng pic nµy®− îc g¸n cho maghemite γ-Fe2O3 [7]. Do ®ã, trong thµnh phÇn cña M3 cã mÆt

mét phÇn γ-Fe2O3. Tuy nhiªn vÒ cÊu tróc vµ tÝnh chÊt, Fe3O4 vµ γ-Fe2O3 cã rÊt

nhiÒu ®iÓm t− ¬ng ®ång nªn còng cã thÓ dù ®o¸n sù cã mÆt cña γ-Fe2O3 sÏ

kh«ng t¹o ra sù kh¸c biÖt đ¸ng kể về tÝnh n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu.

III.1.2. H×nh th¸i häc cña vËt liÖu

H×nh 17 a, 17b, lµ ¶nh SEM cña c¸c mÉu vËt liÖu M1, M2 cho thÊy ®èivíi vËt liÖu ®i tõ nguyªn liÖu tinh khiÕt c¸c h¹t Fe3O4 ®Òu cã d¹ng gÇn nh− lµ

h×nh cÇu, ®− êng kÝnh h¹t kho¶ng 10-12 nm. Ta còng cã thÓ thÊy ®− îc mÉu M1,

kÝch th− íc h¹t lín h¬n so víi M2

H×nh 17a: ¶nh SEM cña M1





H×nh17b: ¶nh SEM cña M2

H×nh17c: ¶nh SEM cña M3

§èi víi mÉu s¾t M2 tæng hîp cã chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt PEG (h×nh17b)

cã kÝch th− íc nhá h¬n vµ d− êng nh− Ýt bÞ kÕt tô h¬n mÉu M1 kh«ng cã PEG.

§iÒu nµy kh¼ng ®Þnh vai trß cña c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt trong qu¸ tr×nh chÕ

t¹o nano s¾t tõ.

§èi víi mÉu M3 (h×nh 17c) ta cã thÓ thÊy vËt liÖu chÕ t¹o ®− îc cã d¹ng

h×nh cÇu nh− mÉu M1 vµ M2, cã kÝch th− íc h¹t t− ¬ng ®− ¬ng víi M2. C¸c h¹t

cña vËt liÖu d− êng nh− ph©n t¸n t− ¬ng ®èi ®ång ®Òu.





Nh− vËy vËt liÖu chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu kü thuËt cã h×nh th¸i häc t− ¬ng

®− ¬ng víi vËt liÖu ®i tõ nguyªn liÖu tinh khiÕt.

KÝch th− íc cña vËt liÖu M3 vµ M2 nhá h¬n M1 lµ t− ¬ng hîp víi çc kÕt

qu¶ nhËn ®− îc trªn phæ XRD.II.1.3. TÝnh chÊt tõ cña vËt liÖu

Trong ®Ò tµi nµy chóng t«i nghiªn cøu tÝnh chÊt tõ cña vËt liÖu M1 vµ

M3.TÝnh chÊt tõ cña hai lo¹i vËt liÖu ®− îc ®¸nh gi¸ qua phÐp ®o sù phô thuéc

cña ®é tõ ho¸ M vµo tõ tr− êng ngoµi M(H) ë nhiÖt ®é th− êng (h×nh 18). §− êng

cong tõ ho¸ (magnetization loop) khi t¨ng vµ khi gi¶m tõ tr− êng ngoµi cña c¶

hai vËt liÖu gÇn nh− trïng nhau, gi¸ trÞ ®é tõ kh¸ng Hc ~0. §iÒu nµy chøng tá

çc vËt liÖu ®iÒu chÕ thÓ hiÖn tÝnh chÊt siªu thuËn tõ - vËt liÖu sÏ kh«ng cßn tõ

tÝnh khi ngõng t¸c ®éng cña tõ tr− êng ngoµi [8].

H×nh 18: §− êng cong tõ ho¸ phô thuéc c− êng ®é tõ tr− êng ngoµi

Tõ phÐp ®o nµy, ®é tõ b·o hoµ ®èi víi mÉu M1 lµ 56,9 emu/g vµ 44.12

emu/g ®èi víi mÉu M3. §èi víi vËt liÖu nano, ®é tõ b·o hoµ gi¶m cïng víi kÝch

th− íc h¹t. Theo çc tµi liÖu ®· c«ng bè, khi kÝch th− íc h¹t gi¶m ®i kho¶ng 1 nm

®é tõ b·o hoµ cã thÓ gi¶m tíi 10 emu/g hoÆc thËm chÝ nhiÒu h¬n [7, 9]. Nh−

vËy, ®é tõ b·o hoµ còng thÓ hiÖn mÉu M3 cã kÝch th− íc h¹t nhá h¬n so víi mÉu

M1. H¬n n÷a, trong mÉu M3 cã mét phÇn maghemite γ-Fe2O3, còng lµ mét





nguyªn nh©n dÉn ®Õn viÖc gi¶m tõ tÝnh cña vËt liÖu (tõ tÝnh cña γ-Fe2O3 thÊp

h¬n so víi Fe3O4: ë d¹ng khèi, ®é tõ b·o hoµ cña Fe3O4 kho¶ng 83 emu/g, γ-

Fe2O3 - 75 emu/g) [10].

III.2. Kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu

III.2.1. ¶nh h− ëng cña nång ®é pha r¾n ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña

vËt liÖu

C¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu víi nång ®é pha r¾n

kh¸c nhau ®− îc ®− a ra trªn h×nh 19.

H×nh 19: Sù phô thuéc nång ®é As trong dung dÞch vµo thêi gian hÊp phô

®èi víi tõng nång ®é pha r¾n cña M1 vµ M3

a. M1- As(III), b. M1- As(V)

c. M3- As(V), d. M3- As(V

Xem xÐt hµnh vi hÊp phô asen cã thÓ thÊy r»ng: hµnh vi hÊp phô asen cña

vËt liÖu thÓ hiÖn rÊt râ rÖt vµ t− ¬ng ®èi gièng nhau; chóng hÊp phô asen ë c¶ hai

d¹ng As(III) vµ As(V) víi tèc ®é hÊp phô rÊt cao. Víi hµm l− îng pha r¾n cì 0,2





g/l chØ trong thêi gian 15 phót cã thÓ gi¶m hµm l− îng asen trong dung dÞch tõ

100 ppb xuèng d− íi ng− ìng an toµn cña WHO. §iÒu nµy phï hîp víi çc kÕt

qu¶ nghiªn cøu ®· ®− a ra trong çc tµi liÖu [10,11].

III.2.2. HÊp phô asen cña vËt liÖu khi cã mÆt ion c¹nh tranh: Fe+3, HCO3-,SO4

-2, PO4-3.

N− íc ngÇm trong tù nhiªn tr− êng chøa çc ion: Fe+3, HCO3-, SO4

-2, PO4-3. V×

vËy, ®Ó x©y dùng chÕ ®é c«ng nghÖ cho qu¸ tr×nh xö lý asen trong thùc tÕ

chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn cøu sù hÊp phô asen cña vËt liÖu cã mÆt çc ion trªn.

¾ HÊp phô asen khi cã mÆt cña ion Fe 3+

Kh¶ n¨ng hÊp phô asen trong dung dÞch khi cã mÆt Fe3+

(h×nh20) trong dungdÞch cho thÊy kh¶ n¨ng hÊp thô cña vËt liÖu t¨ng lªn mét çch ®ét biÕn khi

trong dung dÞch chøa mét hµm l− îng ion trong kho¶ng tõ 5mg/l ®Õn 10mg/l.

ChØ sau 5 phót víi hµm l− îng pha r¾n 0.01g/l hµm l− îng asen trong dung dÞch

tõ 100μg/l ®· gi¶m xuèng 5μg/l ®èi víi c¶ hai lo¹i As(V) vµ As(III). HiÖu øng

®Æc biÖt nµy më réng kh¶ n¨ng sö dông vËt liÖu trong hÖ thèng xö lý n− íc

nhiÔm asen v× phÇn lín çc nguån nhiÔm asen ®Òu chøa ion s¾t.

H×nh 20: HÊp phô asen cu¶ vËt liÖu M3 khi cã mÆt cña ion s¾t(III)





¾ HÊp phô khi cã mÆt ion HCO 3-

Çc sè liÖu thùc nghiÖm vÒ hÊp phô asen khi cã mÆt ion HCO 3- ®− îc thÓ hiÖn

h×nh 21. Cã thÓ thÊy r»ng khi nång ®é ion HCO3- t¨ng, kh¶ n¨ng hÊp phô cña

vËt liÖu ®èi víi c¶ hai lo¹i As(V) vµ As(III) ®Òu suy gi¶m. Tuy nhiªn víi nång®é ion HCO3

- nhá h¬n 100 mg/l sù suy gi¶m nµy kh«ng ®¸ng kÓ.

(a) (b)

H×nh21: HÊp phô asen cña vËt liÖu M3 khi cã mÆt ion HCO 3-

¾ HÊp phô asen khi cã mÆt cña ion SO 4-2

H×nh 22 m« t¶ sù hÊp phô asen cu¶ vËt liÖu khi cã mÆt ion SO4-2 , chóng

ta nhËn thÊy khi nång ®é ion SO4

-2 nhá h¬n 50mg/l n¨ng lùc hÊp phô cña vËt

liÖu cã phÇn ®− îc c¶i thiÖn, nh− ng khi nång ®é ion SO4-2

t¨ng lªn 100-250mg/l

th× n¨ng lùc hÊp phô cña vËt liÖu l¹i suy gi¶m. §Æc tÝnh nµy gîi më çc th«ng

tin ®Þnh h− íng vÒ viÖc sö dông çc chÊt keo tô trong giai ®o¹n tiÒn xö lý n− íc

nhiÔm asen.

.

(a ) (b )

H×nh 22: HÊp phô asen cña vËt liÖu M3 khi cã mÆt ion SO 4-2





¾ HÊp phô asen khi cã mÆt cña PO 4-3

Dùa vµo ®å thÞ hÊp phô (H×nh 23) ta nhËn thÊy r»ng khi cã mÆt cña

ion PO4-3 th× kh¶ n¨ng hÊp phô cña vËt liÖu M3 ®èi víi c¶ As(III) vµ As(V) suy

gi¶m rÊt m¹nh. Nång ®é PO4-3 trong dung dÞch cµng cao kh¶ n¨ng hÊp phô asencµng gi¶m. §iÒu nµy lµ phï hîp víi çc nghiªn cøu ®· ®− îc c«ng bè trong çc

tµi liÖu tr− íc ®©y .

Tuy nhiªn çc kÕt qu¶ thu ®− îc kh«ng cho biÕt râ rµng quy luËt biÕn ®æi

cña kh¶ n¨ng hÊp phô cña vËt liÖu. Trong 20 phót ®Çu çc kÕt qu¶ cho thÊy

nång ®é asen trong dung dÞch gi¶m m¹nh ®èi víi c¶ hai d¹ng As(III)vµ As(V).

Tuy nhiªn sau ®ã nång ®é asen trong dung dÞch l¹i t¨ng lªn mét çch cã hÖ

thèng. §Ó gi¶i thÝch ®iÒu nµy chóng t«i ®− a ra gi¶ thiÕt cho r»ng do tÝnh chÊt vµ

cÊu tróc cña AsO43- vµ PO3

3- lµ t− ¬ng ®ång. Nªn c¶ hai d¹ng nµy ®Òu t¹o thµnh

phøc chÊt trªn çc t©m ho¹t tÝnh cña vËt liÖu. Trong thêi gian ®Çu do tèc ®é lín

asen bÞ hÊp phô lªn bÒ mÆt vËt liÖu nh− ng sau ®ã do chªnh lÖch nång ®é cao

cña PO43-( mËt ®é ion cao) chóng ®Èy asen ra ngoµi dung dÞch. §Ó chøng minh

cho gi¶ thiÕt nµy ®ßi ph¶i cã nh÷ng nghiªn cøu kiÓm chøng tiÕp theo. Tuy

nhiªn trong thùc tÕ nång ®é PO43- an toµn cho n− íc ¨n uèng lµ 2,5mg / lÝt lµ rÊt

nhá so víi çc mÉu thÝ nghiÖm. Trong tr− êng hîp hµm l− îng PO43- cao b¾t buéc

ph¶i cã mét quy tr×nh riªng ®Ó xö lý PO43-.

H×nh 23: HÊp phô asen cña vËt liÖu M3 khi cã mÆt ion PO 4-3





III.2.3. S¬ bé ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu trªn c¬ së kü

thuËt hÊp phô - keo tô- läc

MÉu n− íc ngÇm thùc tÕ lµ mÉu n− íc giÕng khoan t¹i x· Nh©n Khang huyÖn

Lý Nh©n tØnh Hµ Nam. Chóng t«i sö dông mét quy tr×nh ®¬n gi¶n ®Ó xö lý asen: HÊp phô - keo tô – l¾ng läc. Ho¸ chÊt keo tô ®− îc dïng ë ®©y lµ PACN-95 lµ

s¶n phÈm cña Liªn hiÖp KHSX c«ng nghÖ ho¸ häc

ThÝ nghiÖm ®− îc tiÕn hµnh nh− sau:

MÉu n− íc ban ®Çu cho qua bÓ sôc khÝ trong vßng 10 phót sau ®ã ®em läc

®Ó lo¹i bít çc chÊt l¬ löng.

- Thªm vµo 0.01g PACN-95 vµo b×nh chøa 1lÝt mÉu n−

íc ®· läc khuÊytrong vßng 15 phót. TiÕn hµnh läc, lÊy mÉu (KÝ hiÖu A)

- Cho 0.1 g chÊt r¾n (M3) vµo b×nh chøa 1lÝt mÉu n− íc ®· läc khuÊy 10

phót nh»m ph©n t¸n ®Òu vËt liÖu. Dïng PACN-95 keo tô trong vßng 15 phót

víi hµm l− îng chÊt keo tô 10g/m3 n− íc (0.01g/l). Läc lÊy n− íc trong sau ®ã

ph©n tÝch ®Þnh l− îng asen trong n− íc (Ký hiÖu B).

B¶ng 3: Mét sè thµnh phÇn c¬ b¶n tr− íc vµ sau khi xö lý mÉu n− íc Hµ Nam

STT Th«ng

sè

§¬n

vÞ

Tr− íc

xö lý

Sau xö lý

(B)

Sau xö lý

(A)

Tiªu

chuÈn

1 pH - 7.03 7 7 6.5-8.5

2 Fe mg/l 6.25 0.2 0.03 0.5

3 Mn mg/l 1.19 0.8 0.08 0.5

4 PO43- mg/l 0.31 0.3 0.27 2.5

5 §é oxy ho¸ mg/l 17.2 7 1.5 2.06 As μg/l 125 35.4 3.45 10

KÕt qu¶ ph©n tÝch mét sè chØ tiªu chÊt l− îng n− íc tr− íc vµ sau xö lý ë b¶ng

3 cho thÊy chØ tiªu asen sau khi xö lý cã sö dông vËt liÖu nano s¾t tõ ®¹t hiÖu

qu¶ cao ( 97,3%). Ngoµi ra çc hµm l− îng Fe vµ Mn còng gi¶m rÊt râ rÖt. TÊt

c¶ çc chØ tiªu ph©n tÝch ®Òu ®¹t tiªu chÈn an toµn cho n− íc ¨n uèng.





Çc sè liÖu ph©n tÝch khi kh«ng dïng vËt liÖu nano s¾t hiÖu qu¶ lo¹i bá

asen vµ çc nghiªn tè kh¸c ®Òu kh«ng cao ( ch− a ®¹t çc chØ tiªu an toµn).[17]





KÕt LuËn

Çc kÕt qu¶ nghiªn cøu nhËn ®− îc ®· nªu trong luËn v¨n cho phÐp rót ra

çc kÕt luËn sau ®©y:

1. §· chÕ t¹o thµnh c«ng vËt liÖu nano oxit s¾t tõ Fe3O4 b»ng ph− ¬ng

ph¸p ®ång kÕt tña trong dung dÞch tõ nguyªn liÖu tinh khiÕt vµ kü thuËt kÝch

th− íc kÝch th− íc 10-12nm.

2 §· ®o ®¹c çc ®Æc tr− ng c¬ b¶n cña hai lo¹i vËt liÖu nµy theo ®ã vËt

liªu chÕ t¹o ®− îc cã d¹ng h×nh cÇu, kÝch th− íc cì 10-12nm. Çc vËt liÖu chÕ

tao cã sù tham gia cña PEG cã kÝch th− íc nhá h¬n vµ cã ®é ph©n t¸n cao h¬n

khi kh«ng dïng PEG. Çc sè liÖu ®o ®¹c ®Æc tr− ng tõ cña vËt liÖu chøng tá r»ngvËt liÖu cã ®Æc tr− ng siªu thuËn tõ

3 §· nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp phô As cña vËt liÖu. VËt liÖu chÕ t¹o

®− îc cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt c¶ hai d¹ng As(III) vµ As(V). Víi hµm l− îng

pha r¾n chØ 0.2g/l ®· cã thÓ ®− a dung dÞch cã nång ®é asen 100 μg/l xuèng d− íi

ng− ìng an toµn 10μg/l theo tiªu chuÈn cña WHO. VËt liÖu M3 ®− îc chÕ t¹o tõ

nguyªn liÖu kü thuËt cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt h¬n vËt liÖu M1 do kh¶ n¨ng ph©nt¸n cao.

4. §· nghiªn cøu kh¶o s¸t sù ¶nh h− ëng cña mét sè ion cã th− êng cã

trong n− íc: Fe+3

, HCO3-, SO4

-2, PO4

-3 ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô cña vËt liÖu. §Æc

biÖt sù cã mÆt ion Fe+3 lµm t¨ng mét çch ®ét ngét kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña

vËt liÖu ®iÒu nµy t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc xö lý n− íc bÞ nhiÔm asen v×

trong thùc tÕ mäi nguån n− íc ngÇm ®Òu chøa s¾t. Sù cã mÆt cña HCO3-, SO4

-2,

PO4-3

cã xu h− íng lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô cña vËt liÖu, ®Æc biÖt sù cã mÆt

cña PO4-3 lµm gi¶m m¹nh kh¶ n¨ng hÊp phô asen cña vËt liÖu. §iÒu nµy ®− îc

gi¶i thÝch lµ do cÊu h×nh vµ kÝch th− íc cña ion PO4-3

vµ çc d¹ng asen trong

dung dÞch lµ t− ¬ng ®èi gÇn nhau.

5 KÕt qu¶ nghiªn cøu sö dông vËt liÖu M3 ®Ó xö lý asen trong thùc tiÔn

cho thÊy r»ng:





- Qu¸ tr×nh hÊp phô - keo tô – l¾ng läc cã thÓ sö dông ®Ó xö lý n− íc nhiÔm

asen trªn c¬ së sö dông vËt liÖu nano s¾t tõ

- VËt liÖu M3 chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu kü thuËt víi hµm l− îng 0,1g/l sö dông

c«ng nghÖ nµy ®· ®¶m b¶o ®− a nång ®é asen tõ 125 μg/l xuèng cßn 3,45 μg/l. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn ®©y ®· chøng tá r»ng vËt liÖu nano s¾t tõ chÕ

t¹o tõ nguyªn liÖu kü thuËt cã thÓ lµ vËt liÖu phï hîp cho viÖc sö dông lo¹i bá

asen trong n− íc ngÇm t¹i ViÖt Nam. ViÖc chÕ t¹o vËt liÖu ®i tõ nguyªn liÖu kü

thuËt s½n cã trong n− íc gióp cho gi¸ thµnh vËt liÖu gi¶m lµ tiÒn ®Ò cho c¸c

nghiªn cøu hoµn thÖn øng dông sau nµy.





Tμi liÖu tham kh¶o

1. §ç Träng Sù (1996), “Nghiªn cøu nhiÔm bÈn n− íc d − íi ®Êt vïng Hµ Néi”,

LuËn ¸n TiÕn sü §Þa lý - §Þa chÊt.

2. §ç V¨n ¸i, Mai Träng NhuËn, NguyÔn Kh¾c Vinh (2000), “ Mét sè ®Æc ®iÓm

ph©n bè asen trong tù nhiªn vµ vÊn ®Ò « nhiÔm asen trong m«i tr− êng ë ViÖt

Nam”, Héi th¶o Quèc tÕ vÒ « nhiÔm Arsen.

3. L− u §øc H¶i, §ç V¨n ¸i, Vâ C«ng NghiÖp, TrÇn M¹nh LiÔu, Chiế n lượ c

quản lý vµ giảm thiể u t¸c động « nhiễ m asen t ớ i m«i trườ ng vµ sứ c khoẻ con

ng ườ i, TuyÓn tËp Héi th¶o quèc tÕ “¤ nhiÔm As: hiÖn tr¹ng, t¸c ®éng ®Õn

søc khoÎ con ng− êi vµ gi¶i ph¸p phßng ngõa.”, Hµ Néi th¸ng 9/2005.

4. NguyÔn V¨n §¶n, Tèng Ngäc Thanh (2001), “VÒ kh¶ n¨ng nhiÔm bÈn

Arsenic c¸c nguån n− íc d − íi ®Êt ë ViÖt Nam”, Héi nghÞ vÒ Asen trong n− íc

sinh ho¹t vµ x©y dùng kÕ ho¹ch hµnh ®éng, Bé N«ng nghiÖp vµ Ph¸t triÓn

N«ng th«n, Hµ Néi.

5. NguyÔn ViÖt Anh (2001), “ Mét sè c«ng nghÖ xö lý arsen trong n− íc ngÇm

phôc vô cho n− íc cÊp sinh ho¹t ®« thÞ vµ n«ng th«n”, Héi th¶o quèc tÕ vÒ «

nhiÔm arsen: HiÖn tr¹ng t¸c ®éng®Õn søc khoÎ con ng− êi vµ c¸c gi¶i ph¸p

phßng ngõa, Hµ Néi/

6. NguyÔn §øc NghÜa, Ho¸ häc Nano c«ng nghÖ nÒn vµ vËt liÖu nguån, Nhµ

xuÊt b¶n Khoa häc Tù nhiªn vµ C«ng nghÖ (2007)

7. Willard Chappell, Nhiễ m độc asen: M ột vấ n đề sứ c khỏe m«i trườ ng vớ i quy

m« toµn cầu, tµi liÖu ®· dÉn [1]

8. Yean, S., Cong, L., A. T., Colvin, V. L., and Tomson, M.B., Magnetite

Nanoparticles as Adsorbents for Arsenic Removal and Magnetic

Separation, Proceedings U.S. EPA 2004 Nanotechnology Science To

Achieve Results (STAR) Progress Review Workshop-Nanotechnology and

the Environment II, August 18-20, 2004



http://www.idm.gov.vn/Nguon_luc/Xuat_ban/Anpham/Arsen/a95.htm
























































9. Mason Tomson, Arsenic Adsorption on Nanoscale Magnetite,

“Nanotechnology –Applications and Implications for Superfund”- Seminar,

February 13, 2007

10. Jade Boyd, 'Nanorust’ cleans arsenicfrom drinking water: Tiny tech

promises 'no-energy' solution for global problem, Rice News, Nov. 9/2006

11. Phan ThÞ Ngäc BÝch, NguyÔn ThÞ Kim Thanh, Ph¹m V¨n L©m, §iÒu chÕ

nano oxyt s¾t tõ Fe 3O 4 b»ng ph− ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña vµ ph− ¬ng ph¸p

ph©n huû nhiÖt. PhÇn 1. Ph− ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña ®iÒu chÕ Fe 3O 4, T¹p chÝ

Ph©n tÝch Hãa Lý vµ Sinh häc T-12, 4 (2007) tr. 14-18

12. Ph¹m V¨n L©m, Phan thÞ Ngäc BÝch, §µo Quèc H− ¬ng. §¼ng nhiÖt hÊp

phô, ¶nh h− ëng cña c¸c ion Fe 3+, HCO 3 2-, SO 4

2 ®Õn sù hÊp phô asen cña oxit

s¾t tõ kÝch th− íc nano chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu kü thuat¹, T¹p chÝ Ho¸ Häc,

Vol.46No.2A, Tr.133-138,2008

13. A.G. Roca, M.P. Gonzalez and C.J. Serna, Synthesis of monodispersed

magnetite particles from different organometallic precursors, IEEE

Transactions on magnetics, vol. 42, No. 10, 2006 p. 3025-3029

14. Kenneth J. Klabunde, Nanoscale materials in chemistry, Wiley-

interscience, John Wiley & Son, Inc., Publication 2001, p. 179-221

15. Youjin Lee, Che Jin Bae, Je-Geun Park, Han- Jin Noh, Jae-Hoon Park and

Taeghwan Hyeon, Large-scale synthesis of uniform and crystalline

magnetite nanoparticles using reverse micelles as nanoreactors under

reflux conditions, Advances functional materials, 2005, 15, No.3, p. 503-509

16. Preparation and synthesis of magnetic fibers , United States Patent 5143583

17. Tiªu chuÈn vÖ sinh n− íc ¨n uèng. Banh hµnh kÌn theo quyÕt ®Þnh sè

1327/2002/BYT-Q§ ngµy 18/4/2002 cña Bé tr− ëng Bé Y tÕ n− íc CHXHCN

ViÖt Nam

18. Arsenic and Heavy Metal Filter/Cartridge,

http://www.micronose.com/pdf/MicroNose_product_brochure.pdf








19. Bayoxide® Arsenic Removal Media - Ferric Oxide Adsorptive Media,

www.severntrentservices.com

20. http://www/ wikipedia.org.



http://www.severntrentservices.com/

http://www/

http://www/

http://www.severntrentservices.com/



T«i xin ch©n th μ nh c¶m ¬n tíi Ks. Ph¹m V¨n L©m –

ng − êi ®· tËn t×nh h − íng dÉn v μ gióp ®ì t«i trong thêi gian ho μ n th μ nh kho¸ luËn. T«i còng xin göi lêi c¶m ¬n ®ªn Ts. Phan §ç

Hïng ng − êi ®· ñng hé v μ ®éng viªn t«i.

T«i xin göi lêi c¶m ¬n ®Õn tËp thÓ phßng Ho¸ v« c¬- ViÖn

Ho¸ häc ®· t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho t«i nghiªn cøu v μ thùc nghiÖm

trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n.

§ång thêi t«i xin c¶m ¬n c¸c th μ y c« Khoa C«ng nghÖ sinh

häc v μ M«i tr − êng – Tr − êng §¹i häc Ph − ¬ng §«ng ®· tËn t×nh

d¹y b¶o t«i trong nh÷ng n¨m häc võa qua.

MÆc dï ®· cè g¾ng ho μ n th μ nh kho¸ luËn n μ y víi sù nç lùc

cña b¶n th©n nh − ng ch¾c ch¾n r»ng kh«ng thÓ tr¸nh nh÷ng

thiÕu sãt kÝnh mong c¸c thÇy c« tËn t×nh chØ b¶o. Mét lÇn n÷a xin göi lêi c¶m ¬n ch©n th μ nh tíi tÊt c¶ mäi ng − êi.

H μ Néi, ng μ y 12 th¸ng 5 n¨m 2009

Sinh Viªn

NguyÔn ThÞ Liªn


LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo oxyt sắt từ kích thước nano từ nguyên liệu kỹ...

Documents

Transcript of LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo oxyt sắt từ kích thước nano từ nguyên liệu kỹ...