TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITRAT TRONG NƯỚC
BẰNG VẬT LIỆU HYDROXIT LỚP KÉP
(Mg-Al LDH - PVA/Aginat) SVTH : TRẦN THỊ MINH HẠNH
ĐỖ THỊ KIM LIÊN
GVHD : TS. NGUYỄN THỊ KIM PHƯỢNG
ThS. LÊ PHÚ ĐÔNG
BIÊN HÒA, THÁNG 01/2014
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang ii
MỤC LỤC
TÓM TẮT i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Tổng quan về nitrat 4
1.1.1.Nguồn phát thải nitrat vào môi trường 4
1.1.1.1. Nước thải sinh hoạt 4
1.1.1.2. Nước thải công nghiệp 5
1.1.1.3. Nước thải nông nghiệp, chăn nuôi 6
1.1.2. Quá trình chuyển hóa của nitrat trong nước 7
1.1.3. Ảnh hưởng của nitrat tới môi trường và con người 9
1.1.3.1. Ảnh hưởng tới môi trường 10
1.1.3.2 Ảnh hưởng tới con người 10
1.1.4. Các phương pháp xử lý nitrat 11
1.1.4.1. Phương pháp lọc thẩm thấu ngược RO 11
1.1.4.2. Phương pháp trao đổi ion. 12
1.1.4.3. Phương pháp sinh học. 12
1.2.1. Khái niệm về LDH 13
1.2.2. Đặc điểm cấu trúc của LDH 14
1.2.3. Tính chất của LDH 15
1.2.4. Phương pháp điều chế LDH: 17
3.1. Đặc trưng cấu trúc của hạt Mg-Al LDH–PVA/Alginat 31
3.2. Nghiên cứu hấp phụ nitrat bằng phương pháp tĩnh 32
3.2.1. Ảnh hưởng của lượngMg-Al LDH có trong hạt PVA/alginat 32
3.2.2. Ảnh hưởng của pH 35
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 36
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 38
3.2.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh 42
3.3. Nghiên cứu xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục 45
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49
4.1. Kết luận 49
4.2. Kiến nghị 49
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang iv
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 55
Phụ lục 1. Các dạng hạt Mg-Al LDH-PVA/Alginat 55
Phụ lục 2. Số liệu khảo sát quá trình hấp phụ nitrat bằng phương pháp tĩnh 56
Phụ lục 2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Mg-Al LDH trong hạt PVA/Alginat 56
Phụ lục 2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ nitrat của vật liệu 8%
Mg-Al LDH-PVA/Alginat 57
Phụ lục 2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật liệu 8%
Mg-Al LDH-PVA/Alginat 58
Phụ lục 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến khả năng hấp phụ của vật
liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat 59
Phụ lục 2.5. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật liệu 8%
Mg-Al LDH-PVA/Alginat 60
Phụ lục 3. Xử lý nitrat của vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat bằng phương pháp
dòng chảy liên tục 61
EPA
Environmental Protection
Agency
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ
TKN
Nồng độ hợp chất nitơ
ĐV
Động vật
TV
Thực vật
TDS
Total Disolved Solids
Tổng lượng khoáng
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Nồng độ nitơ tổng trong nước thải công nghiệp 6
Bảng 1.2. Thành phần chính trong phân tươi của một số loài nuôi (giá trị trung bình) 7
Bảng 2.1. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của nitrat 30
Bảng 3.1. Các giá trị của phương trình Langmuir và Freundlich 40
Bảng 3.2. Các tham số đẳng nhiệt hấp phụ của hạt 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat 42
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật liệu
8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat 43
Al LDH-PVA/Alginat (nồng độ nitrat ban đầu 25 mg/L) 37
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu đến quá trình hấp phụ trên vật liệu
8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat 39
Hình 3.10. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 41
Hình 3.11. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 42
Hình 3.12. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật
liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat (nồng độ nitrat ban đầu 10 mg/L) 44
Hình 3.13. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật
liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat (nồng độ nitrat ban đầu 25 mg/L) 44
Hình 3.14. Đường cong hấp phụ nitrat trên vật liệu 8 % Mg-Al LDH-PVA/Alginat
theo phương pháp dòng chảy liên tục 45
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang viii
Hình 3.15. Đồ thị tuyến tính hấp phụ nitrat trên vật liệu 8 % Mg-Al LDH-PVA/Alginat
theo phương pháp dòng chảy liên tục 46
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang 1
MỞ ĐẦU
*****
Tính cấp thiết của đề tài:
Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường
sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện phát triển
bền vững lâu dài cho con người.
Nước thải – nước sau khi sử dụng đã bị nhiễm bẩn từ sinh hoạt, hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp được thải ra khỏi khu vực đang sử dụng về một nguồn nhận như
xử lý môi trường, y học, v.v. và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm
nghiên cứu. LDH có công thức chung là [M
2+
1-x
M
3+
x
(OH)
2
]
x+
[(A
m-
)
x/m
.nH
2
O]
x-
. Trong
đó M
2+
là cation hóa trị 2, M
3+
là cation hóa trị 3, x là tỷ lệ mol M
3+
/(M
2+
+M
3+
Xuất phát từ những ưu điểm nêu trên chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý
nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH - PVA/Algninat)”.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép Mg-Al LDH
ngậm trong hạt polyvinyl alcol/alginat.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ N-NO
3
-
của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp tĩnh (batch experiment), nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hấp phụ như: lượng Mg-Al LDH chứa trong hạt PVA/Alginat, pH của dung dịch, thời
gian hấp phụ, nồng độ nitrat ban đầu và các anion cạnh tranh.
- Nghiên cứu khả năng xử lý N-NO
3
-
của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment).
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang 4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nitrat[1]
Nitrat là một phần của chu trình nitơ trong môi trường. Hoạt động của con
người bao gồm nước thải đô thị, công nghiệp chưa được xử lý hay sử dụng quá nhiều
phân đạm trong sản xuất nông nghiệp, đã phát thải nitrat vào môi trường gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nước mặt và nước ngầm.
khô) hoặc nồng độ sau khi được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người (ở
các nước công nghiệp khoảng 190 lít/người/ngày) hoặc trong các cống rãnh thải (450
lít/người/ngày).
Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: Các hợp chất hữu
cơ, amoni và các hợp chất dạng ôxy hoá (nitrit và nitrat). Các hợp chất nitơ là các chất
dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các quá trình sinh hoá.
Nitrat (NO
3
-
) là dạng hợp chất vô cơ của nitơ có hoá trị cao nhất và có nguồn gốc
chính từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải một số ngành công nghiệp thực phẩm, hoá
chất, chứa một lượng lớn các hợp chất nitơ. Khi vào sông hồ, chúng tiếp tục bị nitrat
hoá, tạo thành nitrat. Nitrat hoá là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hoá các
chất hữu cơ chứa nitơ. Mặt khác, quá trình nitrat hoá còn tạo nên sự tích luỹ oxy trong
hợp chất nitơ để cho các quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ tiếp theo, khi
lượng oxy hoà tan trong nước rất ít hoặc bị hết.
1.1.1.2. Nước thải công nghiệp[1]
Ô nhiễm do hợp chất nitơ từ sản xuất công nghiệp liên quan chủ yếu tới chế
biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay trong một số ngành nghề như chế biến mủ cao
su, chế biến tơ tằm, thuộc da.
Chế biến thực phẩm thải một lượng đáng kể hợp chất chứa nitơ liên quan đến
loại thực phẩm chứa nhiều đạm: chế biến thủy sản, giết mổ, và sản xuất thức ăn từ các
loại thịt, sữa, đậu, nấm.
Chế biến thủy sản, giết mổ gia súc gồm các công đoạn sản xuất các sản phẩm
đông lạnh (thô) và đồ hộp. Giai đoạn đầu của quá trình chế biến là vệ sinh, giết, mổ,
loại bỏ các phần thải (vây cá, lông, phân, chân tôm, cua…). Các công đoạn kể trên
thường được thực hiện trong nước, hoặc được rửa bằng nước với lượng khá lớn. Nước
thải từ khâu giết mổ chứa một lượng lớn máu, mỡ, phân cùng các mảnh thịt vụn, nước
thải từ khâu giết mổ được thu gom cùng với nước vệ sinh dụng cụ và nơi làm việc.
Bảng 1.2 ghi mức độ ô nhiễm hợp chất nitơ trong một vài nguồn thải.
3
_N
+NO
3
-
_N
1270
550
(nguồn: Lê Văn Cát – Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho)
1.1.1.3. Nước thải nông nghiệp, chăn nuôi[1]
Canh tác nông nghiệp về nguyên tắc phải bón phân đạm và lân cho cây trồng vì
các yếu tố trên thiếu trong đất trồng trọt. Trong rất nhiều trường hợp người ta còn sử
dụng nguồn nước thải để tưới nhằm tận dụng lượng hợp chất nitơ, photpho trong đó để
làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, lượng phân đã bón cây trồng không hấp thu
được nhiều do nhiều nguyên nhân: phân hủy, rửa trôi (phân đạm, urê, phân lân, phân
tổng hợp (NPK)) hoặc do tạo thành dạng không tan, nhất thời cây trồng không thể hấp
thu đối với phân lân. Có số liệu cho thấy phân urê khi bón cho lúa nước có thể bị mất
mát tới 30 – 40% do bị rửa trôi, thấm vào đất hay bị phân hủy ngoài môi trường. Trong
môi trường nước, urê rất dễ dàng bị thủy phân tạo thành ammoniac và khí cacbonic:
CO(NH
2
)
2
+ H
2
O CO
2
+ 2NH
3
85
0,5
0,2
0,5
Bò sữa
85
0,7
0,5
0,5
Gia cầm
72
1,2
1,3
0,6
Lợn
82
0,5
0,3
0,4
Dê, cừu
77
1,4
0,5
0,2
(nguồn: Lê Văn Cát – Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho)
1.1.2. Quá trình chuyển hóa của nitrat trong nước[8, 10]
Hiện tượng phú dưỡng là một khái niệm dùng để chỉ một nguồn nước, trong đó
có quá trình phát triển ồ ạt của thủy thực vật mà trước tiên là các loài vi tảo. Nguyên
nhân của quá trình trên là do nước chứa nhiều chất dinh dưỡng cho thực vật: đạm và
lân. Trong giai đoạn tảo phát triển, nguồn nước giàu oxy, pH cao do quá trình quang
được lấy từ các hợp chất oxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni. Ngược với các vi sinh
vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO
2
(dạng vô cơ) hơn là các nguồn
cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo
thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối
tạo thành của quá trình dị dưỡng.
Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới
hai loại vi sinh vật, đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. Ở giai đoạn
đầu tiên amôni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành
nitrat.
Bước 1. NH
4
-
+ 1,5 O
2
NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
Bước 2. NO
-
2
+ 0,5 O
2
Nitrat hóa
Amon hóa
+
O
2
N_protein động
vật
N_protein thực vật
Khử nitơrat
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang 9
Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ
các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp
quá trình bằng phương trình sau :
NH
4
-
+ 2 O
2
NO
3
-
+ 2H
+
+ H
N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.
Toàn bộ quá trình oxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng
sau:
NH
4
+
+ 1,83O
2
+ 1,98HCO
3
-
0,021C
5
H
7
O
2
N + 0,98NO
3
-
+ 1,041H
2
O + 1,88H
2
CO
3
Lượng oxy cần thiết để oxy hoá amoni thành nitrat cần 4,3 mg O
2
/ 1mg NH
2
(khử nitrat).
1.1.3. Ảnh hưởng của nitrat tới môi trường và con người [8]
Nồng độ nitrat trong nước uống cao có tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe con
người và động vật. Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã thiết lập mức độ ô
nhiễm tối đa là 10 mg/L đối với N-NO
3
-
; đối với Việt Nam, theo QCVN
08:2008/BTNMT về Quy chuẩn nước mặt thì mức độ ô nhiễm tối đa của N-NO
3
-
là 15
mg/L.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang 10
1.1.3.1. Ảnh hưởng tới môi trường
Nitơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh
dưỡng. Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu,
tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước,
phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như
NH
4
+
, H
2
S, CO
2
Trang 11
Bản thân NO
3
-
không gây rủi ro cho sức khỏe, tuy nhiên NO
3
-
giảm thành NO
2
-
do men khử nitrat và gây độc. NO
2
-
ảnh hưởng đến sức khoẻ với 2 khả năng sau:
chứng máu Methemoglobin và ung thư tiềm tàng.
Khi hợp chất nitơ trong nước thải không được xử lý, để nó đi vào trong chuỗi
thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Nitrat tạo chứng
thiếu Vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành các nitrosamin là nguyên
nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa
mẹ hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi lọt vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit
nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con
người. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể
tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. Trong cơ thể Nitrit có thể oxy hoá sắt II
ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng ôxy trong máu có thể gây ngạt, nôn,
khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong.
1.1.4. Các phương pháp xử lý nitrat[9]
1.1.4.1. Phương pháp lọc thẩm thấu ngược RO
Trao đổi ion là quá trình hấp thụ các ion trong dung dịch lên lớp vật liệu trao
đổi và thay thế bằng những ion bằng lớp vật liệu trao đổi hòa tan vào dung dịch ấy. Để
khử ion nitrat trong nước, khi sử dụng phương pháp trao đổi ion chất lượng nước sau
xử lý sẽ đạt được độ an toàn cao. Ion nitrat sẽ được trao đổi với một ion của nhựa trao
đổi ion với một lưu lượng dòng chảy được lựa chọn.
Trong phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm nitrat, loại nhựa anionit có tính
kiềm mạnh rất thích hợp và thông dụng. Loại nhựa này có độ bền khá cao, hiệu quả
trao đổi tốt, chất lượng trao đổi lớn. Nhựa trao đổi anionit thường có dạng tổng quát là
R-Cl. Quá trình khử nitrat bằng phương pháp trao đổi ion dựa theo phản ứng sau:
R-Cl + NO
3
-
R-NO
3
+ Cl
-
NO
3
-
được hấp phụ kết nối trên nhựa trao đổi ion tạo thành R -NO
3
, còn ion Cl
-
ở trong hạt nhựa sẽ hòa tan trong nước. R-NO
3
có thể được tái sinh lại dạng ban đầu
R-Cl bằng cách hoàn nguyên nhựa trao đổi bởi dung dịch NaCl hay dung dịch NaOH
theo phản ứng sau hóa học sau:
Trang 13
kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO
3
-
) và nitrit (NO
2
-
) để oxy hóa chất hữu cơ.
Nitơ phân tử N
2
tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
1.2. Đặc điểm cấu trúc, tính chất của hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxide –
LDH) [5, 6]
LDH có nguồn gốc từ Hydrotalcite là khoáng vật hiếm trong tự nhiên, màu
trắng ngọc trai, được xác định cùng họ với khoáng sét anion, có kích thước rất nhỏ
được trộn lẫn với các khoáng khác gắn chặt trên những phiến đá vùng đồi núi, chúng
được tìm thấy rất nhiều ở vùng Norway và Ural ở Nga.
Năm 1966, ứng dụng những thành quả nghiên cứu về khoáng sét tự nhiên,
người ta tổng hợp thành công LDH công nghiệp từ các muối kim loại.
LDH có thể trao đổi ion và hấp phụ nên được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều
lĩnh vực. Hiện nay, LDH có thể điều chế bằng nhiều phương pháp và con người tiếp
tục phát triển nghiên cứu sản xuất LDH chất lượng cao với giá rẻ hơn để bảo vệ con
người và môi trường.
1.2.1. Khái niệm về LDH
LDH là hỗn hợp các hydroxide của kim loại hóa trị 2 và kim loại hóa trị 3 tạo
thành những lớp đa diện mang điện tích dương. Để cấu trúc trung hòa về điện, các
anion bị hydrat hóa được đan xen vào các khoảng trống giữa hai lớp đa diện.
Công thức tổng quát: [M
2+
, CO
3
2-
, SO
4
2-
…
- Phức anion: NiCl
4
-
, Fe(CN)
6
4-
…
- Anion hữu cơ hay polyme: oxalate (-OOC-COO-), acrylate (CH
2
=CH-COO-),
polyacrylate (-CH
2
-CH(COO)-)
x là tỉ số nguyên tử M
n+
/(M
2+
+ M
3+
). Trong đó tỉ số x nằm trong khoảng
x = 0,33 thì M
2+
được thay thế bằng kim loại hóa trị 3, đỉnh là các nhóm OH, tâm là các kim loại hóa trị
2 và kim loại hóa trị 3, như cấu trúc brucite trong tự nhiên, sắp xếp theo dạng M(OH)
6
bát diện tạo những lớp hydroxide tích điện dương.
Lớp xen giữa: [X
m
x/m
]nH
2
O là các anion mang điện tích âm và các phân tử nước
nằm xen giữa trung hòa lớp điện tích dương của các lớp hydroxit.
Những lớp điện tích dương trong LDH được cân bằng bởi anion ở lớp trung
gian. Do đó, LDH có khả năng trao đổi anion ở lớp trung gian. Ngoài những anion, các
phân tử nước cũng được định vị ở lớp trung gian giữa những lớp hydroxit kim loại.
Tương tác tích điện giữa các lớp kim loại với các anion và liên kết hydrogen
giữa các phân tử nước làm cho cấu trúc có độ bền vững nhất định.
Các anion và các phân tử nước trong lớp xen giữa được phân bố một cách ngẫu
nhiên và có thể di chuyển tự do không định hướng, có thể các anion khác vào hoặc loại
bỏ các anion lớp xen giữa mà không làm thay đổi tính chất của LDH.
Hình 1.1. Cấu trúc của LDH
Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Thị Kim Phượng
Trang 15
Tùy thuộc vào bản chất của các cation, anion mà số lượng lớp xen giữa và kích
thước hình thái của chúng thay đổi tạo cho vật liệu có những đặc tính riêng.
1.2.3. Tính chất của LDH
Vùng không gian giữa các lớp LDH gồm có các anion và các phân tử nước sắp
Khi sử dụng LDH trong phản ứng xúc tác thì kích thước lỗ xốp và diện tích bề
mặt của LDH cũng sẽ bị ảnh hưởng. Độ tinh khiết của tinh thể cũng ảnh hưởng lớn
đến quá trình trao đổi.
Ngoài ra sự trao đổi anion trong LDH phụ thuộc chủ yếu vào tương tác tĩnh
điện giữa các lớp hydroxit tích điện dương với các anion đang trao đổi và mức năng
lượng tự do thấp nhất của sự hydrat hóa.
Hằng số cân bằng tăng khi bán kính anion giảm. Sự trao đổi diễn ra thuận lợi
với các anion có mật độ diện tích cao. Từ những tính toán về hằng số cân bằng Miyata
(1983) đã đưa ra dãy anion hóa trị : OH
-
> F
-
> Cl
-
> Br
-
> NO
3
-
và CO
3
2-
> SO
4
2-
>
MnO
4
2-
.
những tâm bazơ như: O
2-
trên bề mặt, tâm O
2-
gần nhóm hydroxyl có cấu trúc M
2+
1-
x
M
3+
x
(O)
1+x/2
. Trong dung dịch các oxit này có khả năng tái tạo lại cấu trúc lớp các
anion khác.
Điển hình cho tính hấp phụ LDH/CO
3
là LDH được điều chế từ Mg và Al có
công thức như sau:
[Mg
1-x
Al
x
(OH)
2
](CO
3
)
x/2
.zH
LDH sau nung chỉ hấp phụ với các anion hình thành lớp xen giữa, không có khả
năng trao đổi cation với Mg
2+
và Al
3+
ở các tâm bát diện do lực liên kết tạo phức lớn.
Các LDH sau nung hấp phụ trong môi trường nước nên chịu tác động của nhiều
yếu tố như: pH, các ion, hợp chất lạ.
Copyright: Tài liệu đại học ©