Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Hình 20. Ảnh chụp TEM về nano lưỡng kim Fe­Ni của Zhanqiang Fang, Xinhong Qiu, Jinhong Chen, Xiuqi Qiu (2011)

Hình 20. Ảnh chụp TEM về nano lưỡng kim Fe­Ni của Zhanqiang Fang, Xinhong Qiu, Jinhong Chen, Xiuqi Qiu (2011)

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 21: Cơ chế khử Cr(VI) của sắt nano

Theo Zhanqiang Fang (2011) [58], Fe0 nano xử lý Cr(VI) theo 3 bước:

Bước 1: Cr(VI) tiếp xúc với môi trường phản ứng của Fe0 nano và phản ứng khử

xảy ra ở bề mặt rắn – lỏng. Ở đó Cr6+ bị khử xuống Cr3+ và Fe0 bị oxi hoá thành

Fe2+:

Cr27O 2 + 3Fe0 + 14H+  3Fe2+ + 2Cr3+ + 7H2O



(1)



Bước 2: Fe0 phản ứng với H+ trong dung dịch tạo ra Fe2+, Fe2+ này lại tham gia

vào phản ứng khử. Sau đó Cr(VI) bị khử xuống Cr3+, Fe2+ bị oxi hoá thành Fe3+

như sau:

Cr2O72 + 6Fe2+ + 14H+  6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O



(2)



Bước 3: Các sản phẩm Cr3+ và Fe3+ đều chuyển hoá thành (oxy) hydroxit Cr – Fe

kết tủa và cố định ở trên bề mặt, thể hiện qua phương trình:

(1x)Fe3+ + xCr3+ +



3H2O  (CrxFe1x)(OH)3 ↓ + 3H+



(1x)Fe2+ + xCr3+ +



3H2O  CrxFe1xOOH ↓ + 3H+



(3)

(4)



Theo Kunwar P. Singh và cộng sự (2011) [39], động học quá trình khử Cr(VI) phụ

thuộc vào một số quá trình biến như: thời gian tiếp xúc; pH dung dịch; nồng độ

Cr(VI); diện tích bề mặt hay liều lượng vật liệu khử.

Thí nghiệm

1:



Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả



xử lý



Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.

Bảng 8: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Nano lưỡng kim



pH dung

dịch



Thời

gian

phản

ứng

(phút)



Hàm

lượng

nano (g)



Nồng độ

Cr(VI)

ban đầu

(mg/l)



Sắt nano

Nồng độ

Cr(VI)

sau phản

ứng

(mg/l)



Fe – Cu



Nồng độ

Hiệu suất Cr(VI)

sau phản

(%)

ứng

(mg/l)



Hiệu suất

(%)



2



10



0,025



30



26,982



10,06



28,776



4,08



4



10



0,025



30



13,857



53,81



27,495



8,35



6



10



0,025



30



8,625



71,25



25,239



15,87



8



10



0,025



30



11,772



60,76



25,605



14,65



Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Kết quả nghiên cứu cho thấy ở pHdd=2 sắt nano xử lý được 10,06% và tăng

mạnh khi pHdd=4 (hiệu suất đạt 53,81%) và pHdd=6(hiệu suất đạt 71,25%); nhưng đến

pHdd=8 hiệu suất giảm xuống 60,76%. Điều này có thể giải thích:

Ở pHdd=2 khi ta cho sắt nano vào dung dịch, bên cạnh phản ứng khử Cr(VI) theo

cơ chế ở trên, Fe0 nano dễ dàng cho electron để tạo thành Fe2+

Fe0



Fe2+ + 2e



Do lượng H+ nhiều nên Fe2+ được sinh ra có thể bị oxy hóa thành Fe3+

4Fe2+ + 4H+ +O2



4Fe3+ + H2O



Cả hai quá trình này cùng xảy ra nên làm giảm Fe0 trong dung dịch sắt nano,

do đó giảm hiệu quả xử lý. Đối với pHdd=4 hay pHdd=6 lượng H+ ít hơn nên lượng

Fe0 ít bị khử hơn  hiệu quả xử lý cao hơn.

Với nano lưỡng kim Fe – Cu, hiệu quả xử lý kém hơn hẳn so với sắt nano. Ở

pHdd=2 hiệu quả xử lý đạt 4,08%, và hiệu quả đạt cao nhất ở pH = 6 với hiệu suất

15,87%.



Trong quá trình điều chế nano lưỡng kim xảy ra 2 khả năng:

+ Fe0 bị khử thành Fe2+ :



Fe0 2e 



Fe2+ Cu2+ bị oxi hoá về Cu0 :



Cu2+ + 2e



Cu0

 Khi phản ứng này xảy ra làm giảm một lượng Fe 0 nano và thay vào đó một lượng

Cu0 bám lên hạt sắt nano, hạn chế sự tiếp xúc của hạt Fe 0 với Cr(VI) dẫn đến hiệu

suất giảm.

+ Fe0 + H+  Fe2+ + 2H và

H0 + Cu  Cu0 + H+

Quá trình này làm tăng lượng H+ trong dung dịch, cũng làm giảm hiệu quả xử lý.

 Như vậy, sắt nano và nano lưỡng kim xử lý đạt hiệu quả tốt nhất ở pH=6.



Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử

lý Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.

Bảng 9: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Nano lưỡng kim

Sắt nano

Thời

gian

phản

ứng

(phút)

10



pH dung

dịch



6



Hàm

lượng

nano (g)



0,025



Nồng độ

Cr(VI)

ban đầu

(mg/l)



Nồng độ

Cr(VI)

sau phản

ứng

(mg/l)



30



8,625



Fe – Cu



Hiệu suất Nồng độ

(%)

Cr(VI)

sau phản

ứng

(mg/l)

71,25



25,239



Hiệu suất

(%)



15,87



30



6



0,025



30



8,145



72,85



25,314



15,62



60



6



0,025



30



7,509



74,97



24,981



16,73



240



6



0,025



30



5,331



82,23



23,892



20,36



Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Hiệu quả xử lý Cr(VI) của sắt nano qua các khoảng thời gian phản ứng khác

nhau là không cao và sự gia tăng không đáng kể: thời gian phản ứng 10 phút, hiệu

suất đạt 71,25%; sau 4 giờ phản ứng, hiệu suất là 82,23% (tăng 10,98%).

Với nano lưỡng kim cũng vậy, sự gia tăng là không lớn: thời gian phản ứng 10

phút, đạt hiệu quả 15,87%; sau 4 giờ phản ứng, hiệu suất đạt 20,36% (tăng 4,49%).

 Nhìn chung sắt nano xử lý Cr(VI) tốt hơn so với nano lưỡng kim. Hiệu quả xử



lý của cả hai vật liệu ít phụ thuộc vào thời gian. Tuy nhiên, thời gian phản

ứng 4 giờ là thích hợp nhất khi xét những ảnh hưởng tiếp theo.



Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu đến hiệu

quả xử lý Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.



Bảng



Ảnh hưởng của nồng độ



Cr(VI) ban đầu đến hiệu quả



xử lý



10: Cr(VI)

Sắt nano



Nano lưỡng kim



Nồng độ



pH dung



Hàm



Thời



Nồng độ



Hiệu



Nồng độ



Hiệu



Cr(VI)



dịch



lượng



gian



Cr(VI)



suất (%)



Cr(VI)



suất (%)



ban đầu



nano cho



phản



sau phản



sau phản



(mg/l)



vào



ứng



ứng



ứng



(g)



(giờ)



(mg/l)



(mg/l)



10



6



0,025



4



1,251



87,49



6,792



32,08



30



6



0,025



4



5,331



82,23



23,892



20,36



50



6



0,025



4



25,915



48,17



45,115



9,77



70



6



0,025



4



55,468



20,76



64,379



8,03



Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu đến hiệu quả xử lý

Cr(VI)



Kết

quả



nghiên cứu cho thấy, nồng độ



ban đầu của Cr(VI) càng nhỏ ở



mức



10mg/l, hiệu quả xử lý của sắt nano càng cao và đạt 87,49%. Và khi tăng nồng

độ lên 30mg/l, hiệu quả xử lý giảm còn 82,23%. Khi nồng độ đạt 70mg/l, hiệu

quả còn 20,76%.

Hiệu quả xử lý của nano lưỡng kim vẫn tỏ ra kém hơn so với sắt nano và đạt cao

nhất 32,08% khi nồng độ ban đầu của Cr(VI) là 10mg/l.

 Nồng độ ban đầu của Cr(VI) có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả xử lý của sắt



nano và nano lưỡng kim. Qua nghiên cứu, chúng tôi thấy hiệu quả xử lý tốt

nhất của hai vật liệu này là ở nồng độ 10mg/l Cr(VI)



Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nano đến hiệu quả xử lý

Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.

Bảng 11: Ảnh hưởng của hàm lượng nano đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Sắt nano

Hàm

lượng

nano cho

vào

(g)



pH dung

dịch



Nồng độ

Cr(VI)

ban đầu

(mg/l)



Thời

gian

phản

ứng

(giờ)



Nồng độ

Cr(VI)

sau phản

ứng

(mg/l)



Hiệu

suất (%)



Nano lưỡng kim

Nồng độ

Cr(VI)

sau phản

ứng

(mg/l)



Hiệu

suất (%)



0,025



6



10



4



1,251



87,49



6,972



32,08



0,05



6



10



4



0,649



93,51



6,483



35,17



0,1



6



10



4



0,412



95,88



6,235



37,65



Biểu đồ 4: Ảnh hưởng của hàm lượng nano đến hiệu quả xử lý Cr(VI)

Với pH thích hợp, thời gian và nồng độ tốt nhất, hàm lượng sắt nano cho vào

xử lý tăng thì hiệu quả cũng tăng theo và đạt mức cao nhất 95,8% với hàm lượng

nano là 0,1g. Nano lưỡng kim luôn tỏ ra là một vật liệu khó tính trong việc xử lý

nước ơ nhiễm Cr(VI), với hàm lượng là 0,1g thì hiệu quả xử lý đạt tối đa là 37,65%.

Kết quả này không cao nhưng nó cũng cho thấy khả năng xử lý chất ơ nhiễm trong mơi

trường.

Tóm lại:

Qua 4 thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH dung dịch, thời gian phản ứng, nồng độ

chất ô nhiễm ban đầu và hàm lượng nano cho vào, chúng tôi thu được kết quả như



sau: pH dung dịch thích hợp là 6, trong thời gian phản ứng 4 giờ, nồng độ Cr(VI)

ban đầu là 10mg/l và hàm lượng nano cho vào là 0,1g.

3.2.2. Đối với chì

Thí nghiệm

1:



Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả



xử lý



nước ơ nhiễm chì bằng sắt nano và nano lưỡng kim.

Bảng 12: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý chì



pH dung

dịch



Sắt nano



Nano lưỡng kim



Thời



Hàm



Nồng độ



gian



lượng



chì ban



Nồng độ



phản



nano cho



đầu



chì sau



Hiệu



chì sau



Hiệu



ứng



vào



(mg/l)



phản



suất (%)



phản



suất (%)



(phút)



(g)



Nồng độ



ứng



ứng



(mg/l)



(mg/l)



2



10



0,025



100



0,5



99,5



62,61



37,39



3



10



0,025



100



2,69



97,31



78,88



21,12



4



10



0,025



100



11,58



88,42



80,17



19,83



5



10



0,025



100



14,15



85,85



84,10



15,9



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Hình 20. Ảnh chụp TEM về nano lưỡng kim Fe­Ni của Zhanqiang Fang, Xinhong Qiu, Jinhong Chen, Xiuqi Qiu (2011)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×