Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ trên cơ sở than hoạt tính và nano titan dioxit ứng dụng trong xử lý môi trường

286

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRÊN CƠ SỞ THAN HOẠT

TÍNH VÀ NANO TITAN DIOXIT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn, Đỗ Thị Thủy

*

Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Đến Tòa soạn 14-4-2011

Abstract

In the present paper, a new inorganic adsorbent on the basis of nanosized titanium dioxide coating on Tra Bac

activated carbon was studied. We also investigated the structure, surface properties, sorption capacity and regeneration

of the material. The experimental results showed that crystal-Ti(IV) compounds distribute identically on activated

carbon surface.The maximun sorption capacity of the material for As3+, Mn2+ and NH4

+

is 22.22 mg/g, 43.4 mg/g and

47.8 mg/g, respectively. PO4

3- anions decrease remarkably the adsorption while F-

and SiO3

2- anions have little effect on

that adsorption. The adsorbent can be reused by regenarating with 0.1 M NaOH solution.

Keywords: Adsorption, titanium dioxide, carbon, enviromental.

1. MỞ ĐẦU

Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường nước,

đặc biệt là ô nhiễm nước ngầm đang được nhiều nhà

khoa học quan tâm bởi nước ngầm là nguồn nước

sinh hoạt chủ yếu. Nước ngầm bị ô nhiễm thường

chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người

như các ion kim loại nặng, các hợp chất của nitơ, lưu

huỳnh, và một số hợp chất hữu cơ khác [2, 3]. Theo

khảo sát của một số tác giả [1] thì trong nước ngầm

của một số vùng tại Hà Nội và các tỉnh đồng bằng

Bắc Bộ nồng độ asen(III,V), amoni và mangan cao

hơn nhiều lần mức độ cho phép và có ảnh hưởng xấu

tới sức khỏe con người và hệ sinh thái tự nhiên.

Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm

sạch nước. Tuy nhiên, ứng dụng của than trong xử lý

nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất

hữu cơ và một số các thành phần không phân cực có

hàm lượng nhỏ trong nước. Trong khoảng mười năm

trở lại đây việc sử dụng than hoạt tính biến tính bằng

một số ion kim loại tỏ rõ triển vọng ứng dụng để làm

sạch nước ngầm [4, 5]. Trong bài báo này, chúng tôi

trình bày một số kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu

hấp phụ bằng cách cố định hợp chất Ti(IV) trên than

hoạt tính Trà Bắc và khảo sát khảo sát khả năng

dùng làm chất hấp phụ loại bỏ một số chất ô nhiễm

như: asen, mangan, amoni khỏi nước ngầm của vật

liệu chế tạo được. Kết quả cho thấy rằng vật liệu chế

tạo được có khả năng hấp phụ tốt đối với các ion

được khảo sát và có thể tái sinh dễ dàng.

2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất và phương phương pháp nghiên

cứu

- TiCl4, As2O3, MnSO4, NH4OH, H2SO4, HCl dạng

rắn hoặc dung dịch thuộc loại tinh khiết phân tích.

- Than hoạt tính Trà Bắc (Việt Nam).

- Hình thái, cấu trúc tinh thể của vật liệu được

xác định bằng các phương pháp SEM, XRD, TGA.

- Phân tích asen bằng phương pháp AAS-HVG,

phân tích amoni bằng phương pháp đo màu với

thuốc thử Nessler, phân tích mangan bằng phương

pháp persunphat. Dung lượng hấp phụ cực đại asen,

amoni, mangan của vật liệu được xác định theo mô

hình đẳng nhiệt Langmuir.

2.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ

Than hoạt tính Trà Bắc được nghiền, rây lấy

kích thước 0,5-1 mm, rửa sạch nhiều lần bằng nước

cất, sấy khô. Ngâm 30 g than hoạt tính trong bình

nón chứa sẵn 100 ml dung dịch của 40 ml dung dịch

TiCl4 1%, 40 ml nước cất, 20 ml cồn tuyệt đối, hút

chân không khoảng 30 phút. Đặt bình trên bếp từ

vừa khuấy vừa điều chỉnh nhiệt độ đến 60oC. Nhỏ từ

từ dung dịch NH4OH loãng 5% để thủy phân hết

lượng TiCl4. Để yên 24 giờ, sau đó rửa nhiều lần

bằng nước cất và sấy khô ở 120oC thu được vật liệu.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đánh giá đặc tính của vật liệu chế tạo được

Kết quả chụp SEM của vật liệu cho thấy các hạt

titan dioxit mang trên than có kích thước nano và

phân bố tương đối đồng đều. Để đánh giá khả năng

tạo tinh thể của Ti trên than hoạt tính chúng tôi tiến

hành ghi XRD với góc 2θ từ 20-700

, tốc độ 0,030

/s,

kết quả cho thấy xuất hiện các pic đặc trưng ở góc

TẠP CHÍ HÓA HỌC T. 50(3) 286-289 THÁNG 6 NĂM 2012