Tổng hợp zeolite 4a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni của zeolite 4A

Việt Nam là một đất nước có ngành nông nghiệp nuôi trồng thủy sản phát triển mạnh, trong đó, ngành nuôi tôm đang chiếm tỉ trọng khá cao và được nhiều hộ dân cư cũng như các doanh nghiệp lựa chọn là hình thức kinh doanh sản suất. Trong ao nuôi, không thể tránh khỏi sự tồn tại của các loại vi khuẩn, vi rút, tảo, nấm, … các loại khí thải như H2S, CO2, NH3,… Việc làm sạch nước ao nuôi, giảm bớt sự tồn tại của các loại vi sinh vật và các các khí độc hại là một vấn đề nhận được nhiều sự quan tâm của các hộ nuôi trồng ở quy mô nhỏ cũng như các doanh nghiệp với quy mô lớn.

Một số loại hóa chất được sử dụng chủ yếu cho ao hồ nuôi tôm trước đây chẳng hạn như vôi, formalin, chlorine…, các chất này đều có công dụng chung là góp phần làm sạch nước hồ nuôi vì diệt được các loại vi khuẩn gây bệnh cho tôm. Tuy nhiên, việc sửdụng các chất này đòi hỏi phải kiểm soát liều lượng nghiêm ngặt và đối với formalin phải

ngưng cho tôm ăn khi đang sử dụng. Điều này gây ảnh hưởng đến chất lượng tôm và trở ngại về vấn đề kinh tế cho các hộ nuôi trồng thủy sản.

Zeolite là một loại vật liệu đã được phát hiện từ lâu, nhưng công dụng hữu ích của nó đối với việc hấp thu các loại khí thải độc hại thì chỉ mới được nghiên cứu vài chục năm trở lại đây. Do cấu trúc lỗ xốp, có nhiều xoang rỗng nên zeolite được sử dụng trong ao nuôi để hấp phụ các khí H2S, CO2, amonium (NH4+, NH3), làm sạch đáy ao, hồ. Việc

nghiên cứu, tổng hợp các loại zeolite, trong đó có zeolite 4A, là loại zeolite được sử dụng để làm sạch hồ nuôi tôm đang nhận được nhiều sự quan tâm của nhiều đơn vị nghiên cứu trong và ngoài nước.

Bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu để tổng hợp nên zeolite cũng rất đa dạng và phong phú, có thể đi từ nhiều nguồn khác nhau như tro trấu, cao lanh,… Nguồn cao lanh ở Việt Nam dự đoán khoảng 15 triệu tấn, tổng hàm lượng Al2O3 và SiO2 trong cao lanh chiếm khoảng hơn 70%, đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhiều ngành công nghiệp

ở nước ta. Thành phần trong cao lanh lại gần giống với thành phần trong vật liệu zeolite, vì vậy sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí cho việc tổng hợp, đây là một ưu điểm của việc sửdụng cao lanh để tổng hợp nên zeolite.

Với tất cả những lý do trên, tôi xin chọn đề tài “ Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni ( NH4+) của zeolite 4A” cho khóa luận này.

Đề tài gồm bốn chương :

Chương 1 : Tổng quan lý thuyết

Chương 2 : Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 : Kết quả và thảo luận

Chương 4 : Kết luận và đề xuất

NỘI DUNG:

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...................................................................... 10

1.1. Cao lanh (kaolin) ..................................................................................................... 10

1.1.1. Sơ lược về khoáng kaolinite .............................................................................. 10

1.1.2. Cấu trúc của khoáng kaolinite ........................................................................... 10

1.1.3. Các tính chất đặc trưng cơ bản của cao lanh ..................................................... 11

1.1.3.1. Tính chất trao đổi ion. ................................................................................. 11

1.1.3.2. Tính chất hấp phụ ....................................................................................... 12

1.1.4. Những biến đổi trong cấu trúc cao lanh khi nung ............................................. 12

1.1.5. Cao lanh Bình Phước ........................................................................................ 13

1.2. Vật liệu mao quản .................................................................................................... 13

1.3. Khoáng aluminosilicat ............................................................................................. 14

1.4. Zeolite ...................................................................................................................... 14

1.4.1. Sơ lược về lịch sử và sự phát triển của zeolite .................................................. 14

1.4.2. Khái niệm về zeolite ......................................................................................... 14

1.4.3. Phân loại zeolite ................................................................................................ 15

1.4.3.1. Theo nguồn gốc .......................................................................................... 15

1.4.3.2. Theo đường kính mao quản ........................................................................ 15

1.4.3.3. Theo chiều hướng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản ...... 15

1.4.3.4. Theo tỉ lệ Si/Al ............................................................................................ 15

1.4.4. Cấu trúc của zeolite ........................................................................................... 16

1.4.5. Tính chất zeolite ................................................................................................ 17

1.4.5.1. Tính hấp phụ của zeolite ............................................................................. 17

1.4.5.2. Tính chất trao đổi ion .................................................................................. 17

1.4.5.3. Tính acid ..................................................................................................... 18

1.4.5.4. Tính bền nhiệt và bền hóa ........................................................................... 19

1.4.6. Ứng dụng của zeolite ........................................................................................ 19

1.4.6.1. Sản xuất chất tẩy rửa ................................................................................... 19

1.4.6.2. Ứng dụng làm chất xúc tác chọn lọc đặc thù .............................................. 20

1.4.6.3. Ứng dụng làm chất làm khô và tách chiết .................................................. 20

1.4.6.4. Ứng dụng trong trồng trọt và chăn nuôi ..................................................... 20

1.4.6.5. Ứng dụng trong y học ................................................................................. 20

1.4.7. Quá trình tổng hợp zeolite ................................................................................. 21

1.4.8. Giới thiệu về zeolite 4A .................................................................................... 21

1.4.8.1. Cấu trúc zeolite 4A ..................................................................................... 21

1.4.8.2. Tổng hợp zeolite 4A ................................................................................... 23

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 23

2.1. Mục đích của đề tài .................................................................................................. 23

2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 23

2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolite 4A .................. 23

2.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni của zeolite 4A ...................................... 23

2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 24

2.3.1. Pha chế các dung dịch ....................................................................................... 24

2.3.1.1. Dung dịch natri hydroxit ............................................................................. 24

2.3.1.2. Điều chế dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) ............................................ 24

2.3.1.3. Dung dịch amoni clorua.............................................................................. 24

2.3.2. Quy trình tổng hợp zeolite 4A .......................................................................... 24

2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp zeolite 4A .................. 27

2.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH ................................................. 27

2.3.3.2. Ảnh hưởng của nguồn silic bổ sung ........................................................... 27

2.3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni của zeolite 4A ...................................... 27

2.3.5. Phương pháp tổng hợp ...................................................................................... 27

2.3.6. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc ..................................................................... 28

2.3.6.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................................. 28

2.3.6.2. Phương pháp phân tích nhiệt ...................................................................... 29

2.3.6.3. Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 30

2.3.6.4. Phổ hồng ngoại (IR).................................................................................... 31

2.3.6.5. Đo diện tích bề mặt (BET).......................................................................... 31

2.3.6.6. Phương pháp quang phổ hấp thụ UV – VIS ............................................... 32

2.3.7. Thiết bị và hóa chất cần thiết ............................................................................ 33

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 34

3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế zeolite 4A ......................... 34

3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ kiềm ........................................................................... 34

3.1.2. Ảnh hưởng của nguồn silic bổ sung .................................................................. 38

3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni của zeolite 4A ............................................ 40

3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion amoni trong điều kiện

khuấy ........................................................................................................................... 40

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion amoni trong điều kiện

không khuấy ................................................................................................................ 42

3.3. Khảo sát độ bền nhiệt của sản phẩm zeolite ............................................................ 43

3.4. Khảo sát phổ IR của sản phẩm zeolite .................................................................... 45

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................................ 47

4.1. Kết luận ................................................................................................................... 47

4.2. Đề xuất ..................................................................................................................... 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 48

PHỤ LỤC