- Trang Chủ
- Hoá học
- Nghiên cứu khả năng xúc tác của vật liệu MnO2 phủ trên laterit cho phản ứng oxi hóa xanh metylen
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU MnO2 PHỦ TRÊN LATERIT
CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA XANH METYLEN
Lê Thu Hường
1. GIỚI THIỆU kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3
kết tủa, sau đó phải qua các thiết bị lắng
Xanh methylen (MB) được dùng trong
hoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra
điều trị ngộ độc cyanua, điều trị chốc lở,
một lượng bùn kết tủa chứa rất nhiều sắt. Vì
viêm da mủ, sát khuẩn đường niệu sinh dục
vậy, để khắc phục nhược điểm trên, nguồn
và làm thuốc nhuộm các mô trong một số
sắt sử dụng làm chất xúc tác đã được nhiều
thao tác chẩn đoán (nhuộm vi khuẩn…).
công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng
Ngoài ra, xanh methylen là một hóa chất
được sử dụng rộng rãi trong các ngành sắt goethite ( - FeOOH), cát có chứa sắt,
nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in. hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2,
Trong nước thải của quá trình dệt nhuộm, Fe/than hoạt tính, Fe/zeolite,... Quá trình này
một lượng lớn MB dư gây nên ô nhiễm môi xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã
trường. Do đó, việc loại bỏ MB đã thu hút khảo sát ở trên nên còn gọi là quá trình kiểu
được sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực môi như Fenton dị thể (heterogenous Fenton like
trường. Quá trình oxy hóa tăng cường processes). Mangan oxit, đặc biệt mangan
(AOP) là một phương pháp phù hợp để xử lý dioxit (MnO2) cũng có tác dụng phân hủy
nước thải chứa nhiều thành phần độc, khó H2O2 kiểu như Fenton.
phân hủy sinh học. Hiện nay, quá trình oxi Do đó, bài báo này đã nghiên cứu tổng hợp
hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng và oxi MnO2 kích thước nanomet phủ trên nền vật
hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng liệu laterite (quặng giàu sắt, sẵn có ở Việt
được sử dụng để nghiên cứu sử lý nước thải Nam) làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa chất
chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy hữu cơ (xanh metylen) bằng tác nhân H2O2.
nhiên, nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ MnO2 với kích thước nanomet trên nền
chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất laterite sẽ là tác nhân mạnh trong công nghệ
hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá xử lý nước thải chứa chất hữu cơ. Ưu điểm
trình oxi hóa nâng cao dựa trên gốc tự do vượt trội của vật liệu này là quá trình oxi hóa
*HO được xem như một “chìa khóa vàng” xảy ra nhanh, hiệu suất xử lý đạt trên 98%.
để giải các bài toán đầy thách thức của thế 2. THỰC NGHIỆM
kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện
nay. Một trong số đó là Fenton cổ điển quá Hóa chất dùng cho nghiên cứu là loại tinh
trình (hòa tan Fe (II) và H2O2), khi đó các khiết: MnSO4.H2O, KMnO4, H2O2, Etylic 900
chất ô nhiễm hữu cơ phân hủy thành chất vô (C2H5OH), polyvinyl ancol (PVA), thuốc thử,
hại như CO2 và H2O. Nhược điểm duy nhất xanh metylen (Merck). Hiển vi điện tử quét
của quá trình Fenton đồng thể là phải thực (SEM): S-4800 (SEM, Hitachi). Hiển vi điện
hiện ở pH thấp, sau khi phản ứng phải nâng tử truyền qua (TEM): JEOL-JEM1010-Mỹ.
pH > 7 để tách các ion Fe2+ ra khỏi nước thải Diện tích bề mặt riêng (BET): TriStar-3000-
sau xử lý bằng nước vôi hoặc dung dịch Mỹ. Trắc quang (UV-Vis): UV1800-Japan.
502
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Xử lý mẫu biến tính nhiệt laterit. Laterit
kích thước hạt khoảng 1mm được biến tính
nhiệt theo sơ đồ sau:
Laterit Ngâm trong HCl Rửa
sạch
bằng Hình 1. Hạt MnO2 phóng đại 40000 lần
nước
Sấy khô cã Từ hình ảnh trên ta thấy hạt thu được có
kích thước tương đối đồng đều, kích cỡ
Cân 100 g Laterit cho vào bình thủy tinh khoảng 50 nm; hình dạng như các quả cầu
dung tích 250 ml. Cho 40 ml HCl tỷ lệ (1:2) gai và các hạt hoàn toàn không bị co cụm.
vào cốc thủy tinh. Sau đó ngâm 2 giờ, chắt bỏ b)
a)
axit, rửa sạch laterit bằng nước cất, đem sấy
khô. Ta thu được vật liệu nền. Kí hiệu là M1.
Qui trình tổng hợp hệ keo MnO2
Hình 2. Bề mặt laterit trước (a)
và sau (b) khi phủ
Qua hình ảnh SEM ta thấy bề mặt vật liệu
nền đã được phủ lớp MnO2 kích cỡ nanomet
phân bố đều trên bề mặt.
Phương trình phản ứng hóa học xảy ra:
2KMnO4 + 3H2O2 2KOH + 2MnO2↓ 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến
+2H2O + 3O2↑ quá trình oxi hóa MB của vật liệu M2
Chế tạo vật liệu M2
Nồng độ đầu vào của H2O2: 30 % 1.5ml
Qui trình chế tạo: Ta tổng hợp vật liệu
Nồng độ đầu vào của xanh metylen: 20 ppm
bằng phương pháp ngâm phủ. Cho 50g
Khối lượng vật liệu: 2g
laterite kích thước hạt 0.5 mm vào cốc chứa
pH thay đổi từ 2-12.
hệ keo trên, ngâm tẩm, đem sấy khô ở 1050C
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH được
trong vòng 8h, rửa sạch muối trong vật liệu
đưa ra ở hình 3 cho thấy khi pH từ 2–5 hiệu
bằng nước cất ta thu được vật liệu M2.
suất xử lý thấp, pH từ 6-8 hiệu suất xử lý đạt
Hoạt tính xúc tác của vật liệu được đánh
khoảng 89%, khi pH từ 9-12 hiệu suất xử lý
giá qua phản ứng phân hủy xanh metylen với
đạt 100%. Sự khác biệt khi xử lý MB trong
các nồng độ khác nhau. Nồng độ xanh
môi trường bazơ sẽ được chúng tôi nghiên
metylen trước và sau khi xử lý được xác định
cứu trong các nghiên cứu tiếp theo. Như vậy
qua cường độ hấp thụ của phổ UV. Qua quá
trong quá trình khảo sát tiếp theo chúng tôi
trình khảo sát phổ hấp thụ đã xác định được
tiến hành ở pH = 7.
bước sóng hấp phụ cực đại là λ = 664 nm.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát kích thước và bề mặt vật
liệu
Để xác định chính xác hình dạng và kích
thước, hệ keo MnO2 được chụp bởi thiết bị Hình 3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH
TEM (Hình 1). đến quá trình hấp phụ MB của vật liệu
503
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
3.4. Khảo sát ảnh hưởng lượng H2O2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng
đến quá trình oxi hóa MB của vật liệu M2 chất xúc tác được đưa ra ở hình 5 cho thấy
hiệu quả xử lý tăng khi tăng khối lượng xúc
tác. Nhưng tăng nhanh trong khoảng 0,5 đến
1.5 g. Như vậy trong quá trình khảo sát tiếp
theo chúng tôi tiến hành chọn khối lượng
chất xúc tác M2 là 1.5 g.
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
xử lý đến quá trình hấp phụ MB của vật
liệu M2
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian
được đưa ra ở hình 6 cho thấy 45 phút đầu
Hình 4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tốc độ xử lý tăng nhanh và đạt hiệu suất khá
lượng H2O2 đến quá trình oxi hóa MB cao 89.96 % và sau đó tăng chậm dần. Như
của vật liệu vậy trong quá trình khảo sát tiếp theo thời
gian được chọn là 45 phút.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng
H2O2 được đưa ra ở hình 4 cho thấy từ 0,2 đến
1.5 ml H2O2 30 % hiệu quả xử lý tăng mạnh,
tỷ lệ thuận với lượng H2O2. Điều này được
giải thích do số lượng gốc tự do HO* sinh ra
tăng theo lượng H2O2 tăng, khi tiếp tục tăng
lượng H2O2 (> 1.5 ml) thì hiệu quả xử lý
không những không tăng mà còn giảm hơn.
Hiện tượng này có thể do khi đó đã xảy ra quá Hình 6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng
trình tiêu thụ gốc tự do theo phương trình: của thời gian
H2O2 + HO* → HO2* + H2O
4. KẾT LUẬN
HO2* + HO* → H2O + O2
Việc tiêu thụ gốc tự do HO* dư đã làm Đã nghiên cứu tổng hợp MnO2 kích thước
giảm khả năng xúc tác nên hiệu quả xử lý nanomet phủ trên nền vật liệu laterite (quặng
giảm. Như vậy có thể thấy lượng H2O2 tối ưu giàu sắt, sẵn có ở Việt Nam) làm xúc tác cho
cho quá trình xử lý xanh metylen là 1.5 ml phản ứng oxi hóa chất hữu cơ (xanh metylen)
H2O2 30 %. bằng tác nhân H2O2. Khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình xúc tác oxi hóa xử lý
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất xanh metylen của vật liệu M2: pH = 7, 1,5 ml
xúc tác đến quá trình oxi hóa MB của vật H2O2 30%, khối lượng xúc tác 1,5 g.
liệu M2
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển,
Nguyễn Thị Thu Phương, Tổng hợp và
đánh giá khả năng xử lý asen (III) của vật
liệu MnO2 kích thước nanomet trên
silicagen, pyroluzit, Tạp chí Hóa học,
51(3AB), 311-314 (2013).
[2] Lê Mạnh Cường, Nguyễn Trọng Uyển, Trần
Hồng Côn, Tổng hợp hỗn hợp đồng kết tủa
FeOOH, MnOOH kích thước nanomet trên
laterit để đánh giá khả năng xúc tác cho
Hình 5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của phản ứng oxi hóa xanh metylen, Tạp chí
lượng chất xúc tác Hóa học, 52(5A), 205-207 (2014).
504
nguon tai.lieu . vn
