Tên luận án:
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ CƠ CHẾ HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÙN ĐỎ
Ngành:
Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62.44.01.19
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp xử lý vấn đề ô nhiễm nước do kim loại nặng, một thách thức môi trường cấp bách tại Việt Nam và trên thế giới. Đề tài đề xuất chế tạo và khảo sát một vật liệu hấp phụ mới từ bùn đỏ, phế thải công nghiệp tinh chế Alumina, nhằm giải quyết đồng thời hai bài toán: xử lý nguồn phế thải nguy hại và tạo ra vật liệu xử lý môi trường giá thành thấp. Đối tượng nghiên cứu là các ion kim loại nặng Cd2+, Cu2+, Zn2+ và As(V) trong môi trường nước. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc chế tạo vật liệu từ bùn đỏ Bảo Lộc, đá ong Bình Yên và phụ gia thủy tinh lỏng, sau đó tiến hành các thí nghiệm hấp phụ trong phòng thí nghiệm. Đồng thời, luận án sử dụng phương pháp hóa học lượng tử hiện đại (phương pháp phiếm hàm mật độ - DFT) để nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ.
Điểm mới của luận án là việc chuyển đổi bùn đỏ từ chất thải nguy hiểm thành vật liệu hữu ích có khả năng hấp phụ đa tâm các ion kim loại nặng và As(V). Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo cả đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir, diễn ra theo cơ chế tạo phức chất bề mặt và là hấp phụ hóa học (với ∆G0 < 0 và -∆H0 = 52 - 89 kJ/mol). Luận án đã xây dựng mô hình Geothite và tính toán năng lượng hấp phụ, xác định cơ chế hấp phụ của các ion trên tâm Goethite của vật liệu BVNQ, BOS theo kiểu tạo phức Hydrated-FOOH(101)-(1×1×3) qua liên kết hidro. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích thống kê, quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS), hiển vi điện tử quét và truyền qua (SEM, TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phiếm hàm mật độ (DFT). Các thực nghiệm được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của khối lượng vật liệu, pH, hàm lượng ion và thời gian đến khả năng hấp phụ, cũng như xác định nhiệt phản ứng. Luận án khẳng định mối liên hệ chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm, cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng vật liệu này trong xử lý kim loại nặng.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu (5 trang)
- 1. Tính cấp thiết đề tài
- 2. Mục đích của luận án
- 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- 3.2. Phạm vi nghiên cứu
- 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- 5. Điểm mới của luận án
- Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU (21 trang)
- Giới thiệu các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án, bao gồm: bùn đỏ, kim loại nặng, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (Langmuir, Freundlich), hóa học lượng tử và các phần mềm tính toán hiện đại.
- Chương II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM (16 trang)
- 2.1 Các phương pháp nghiên cứu
- Phân tích thống kê toán học
- Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)
- Phương pháp SEM và TEM
- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
- Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT)
- 2.2 Các thực nghiệm
- Chế tạo hạt vật liệu BVNQ và BOS
- Thí nghiệm hấp phụ với nhóm 3 ion kim loại nặng đồng (Cu), kẽm (Zn), cadimi (Cd) và As(V)
- Ảnh hưởng của khối lượng hạt vật liệu BVNQ, BOS đến khả năng hấp phụ ion KLN
- Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ KLN của hạt vật liệu BVNQ, BOS
- Ảnh hưởng của hàm lượng KLN đến khả năng hấp phụ KLN
- Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ KLN
- Xác định nhiệt phản ứng của vật liệu BVNQ, BOS ở nhiệt độ 35°C (308K) và 45°C (318K)
- Xây dựng mô hình Geothite từ dữ liệu thực nghiệm tìm ra các cấu trúc bền hấp phụ ion trên bề mặt Geothite
- Chương III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN (76 trang)
- 3.1. Thành phần, cấu trúc và tính chất hóa lý của hạt vật liệu hấp phụ
- 3.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng và Asen của hạt vật liệu BVNQ, BOS
- 3.2.1. Kết quả thực nghiệm hấp phụ ion Cd2+ trong dung dịch nước của hạt BVNQ, BOS
- 3.2.1.1. Ảnh hưởng của khối lượng hạt vật liệu BVNQ, BOS đến khả năng hấp phụ ion Cd2+
- 3.2.1.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cd2+ của hạt vật liệu BVNQ, BOS
- 3.2.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng ion Cd2+ đến khả năng hấp phụ ion Cd2+
- 3.2.1.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cd2+
- 3.2.1.5. Xác định nhiệt phản ứng của vật liệu BVNQ, BOS ở nhiệt độ 35°C (308K) và 45°C (318K)
- Danh mục bài báo và công trình khoa học (3 trang)
- Tài liệu tham khảo (7 trang và 68 tài liệu tham khảo trong và ngoài nước)