MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên rất quan trọng trong cuộc sống của con người
còng như các loài động, thực vật khác. Hiện nay,ô nhiễm nguồn nước là mối
quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật và công nghệ, môi trường sống của con người ngày càng bị ô nhiễm,
ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con người. Có rất nhiều loại
chất gây ô nhiễm nguồn nước tồn tại cả ở dạng tan và không tan. Mét trong
những tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng về lâu dài cho sức khỏe con người
được cả cộng đồng thế giới lo ngại là kim loại nặng.
Nguồn nước hiện nay được khai thác sử dụng chủ yếu là nước ngầm.
Nước ngầm thường chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người như các
kim loại, hợp chất lưu huỳnh, hợp chất nitơ, halogel và một số các hợp chất
khác. Đặc biệt kim lọai nặng là những nguyên tố có hại cho sức khỏe con
người như mần ngứa, ung thư
Các phương pháp hóa học, hóa - lý được lùa chọn để xử lý nước như
kết tủa, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, keo tô, sa lắng,
lọc màng và thẩm thấu ngược. Tùy trong yêu cầu cụ thể mà chọn phương
pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng cả về
chất lượng và số lượng. Trong một vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho
80% dân số được sử dụng nước sạch. Do đó, việc lọai bỏ hoặc chuyển hóa các
dạng tạp chất ra khỏi nguồn nước hoặc đa về dạng có nồng độ thấp trong giới
hạn cho phép đang là vấn đề cấp bách.
Dùa trên cơ sở phân tích trên đây, nhằm đÈy mạnh hướng công nghệ
ứng dông vật liệu kích thước nanomet và ứng dụng các loại sản phẩm đầy
tiềm năng này vào cuộc sống và sản xuất cũng như sử dụng tài nguyên sẵn có
ở trong nước, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano MnO
2
, MnO
2
/cát
thạch anh để xử lý nước nhiễm Mangan ” đã được lùa chọn. Với 3 mục tiêu

ngọt tầng mặt chỉ chiếm tỷ lệ không đáng kể.
Nước không ngừng vận động và chuyển trạng thái, tạo nên vòng tuần hoàn
của nước trong sinh quyển: nước bốc hơi, ngưng tụ rồi mưa. Nước mưa rơi
xuống mặt đất, một phần đọng lại trong các hồ, phần khác tạo nên dòng chảy
bề mặt để đổ ra biển.
Nước cung cấp chính cho họat động của con người từ hai nguồn chính là
nước mặt và nước ngầm. Hai nguồn có liên quan đến nhau, mỗi nguồn có
những đặc trưng riêng và có những ưu, nhược điểm tuỳ vào mục đích sử
dụng.
Nước trên bề mặt trái đất ở dạng chảy hay dạng nước lặng được coi là
nước mặt. Nước mặt là nước trong sông hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất
ngập nước. Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và
chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất.
Nước ngầm hay còn gọi là nước dưới đất, là nước ngọt được chứa trong
các lỗ rỗng của đất hoặc đá. Nó cũng có thể là nước chứa trong các tầng ngậm
nước bên dưới mực nước ngầm. Nguồn cung cấp nước cho nước ngầm là
nước mặt thấm vào tầng chứa, các nguồn thoát tự nhiên như suối và thấm vào
các đại dương.
1.1.2. Nguồn nước ngầm
Nước ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy mà việc cung cấp nước
ngọt và sạch trên thế giới đang từng bước giảm đi. Nhu cầu nước đã vượt
cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi khoa học công nghệ, công nghiệp
và dân số tăng mạnh làm nhu cầu nước tăng
Thực tế lượng nước dự trữ trên trái đất không nhiều mà nhu cầu sử dụng
lại lớn. Để đáp ứng nhu cầu dùng nước con người không ngừng tìm các nguồn
nước mới và cách xử lý nguồn nước. Nước khai thác gồm hai loại có nguồn
gốc khác nhau là nước mặt và nước ngầm. Nước mặt là nước trong sông, hồ,
ao, suối. Nước sông chảy qua nhiều vùng đất khác nhau vì thế lẫn nhiều tạp
chất hàm lượng cặn cao (nhất là vào mùa lũ) có nhiều chất hữu cơ, rong tảo,
vi trùng, dễ bị ô nhiễm. Nước ao, hồ tuy có hàm lượng cặn thấp hơn nước

kim loại nặng ở nguồn nước một cách trầm trọng. Trong quá trình sinh họat
hàng ngày, dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm
nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp. Các đơn
vị, cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoan giếng, sau khi ngưng sử
dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nước bẩn chảy lẫn vào làm ô
nhiễm nguồn nước ngầm. Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp làm
ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm sẽ lẫn vào trong nước mưa
cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước. [3]
Do có tác động của nhân sinh, quá trình phát triển, sự tiến bộ mạnh mẽ của
khoa học kỹ thuật cũng như tình trạng dân số tăng nhanh – Kéo theo đó là hệ
lụy ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Nước tự nhiên bị nhiễm
bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước. Các
khuynh hướng làm thay đổi chất lượng của nước dưới ảnh hưởng hoạt động
kinh tế của con người là:
- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H
2
SO
4
, HNO
3
từ khí quyển, tăng
hàm lượng SO
4
2-
, NO
3
-
trong nước.
- Tăng hàm lượng của các ion Ca, Mg, Si trong nước ngầm và nước sông do
mưa hòa tan, phong hóa cacbonat.

có trong nước có nhiều Mangan thì khi tiếp xúc với oxy, Mangan sẽ bị oxy
hoá tạo nên dioxit mangan (MnO
2
) làm nước có màu nâu đen và gây mùi tanh
kim loại. Ngoài ra, khi Mangan có mặt trong nước gặp Clo thì cũng tạo kết
tủa cặn bám dioxit mangan và có thể gây tắc đường ống. [4]
Mangan và sức khoẻ mọi sinh vật đều phải cần Mangan để tồn tại và phát
triển. Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yêu trong tất cả các dạng sống.
Trong cơ thể người, Mangan duy trì sự hoạt động của một số men quan
trọng và tăng cường quá trình tạo xương. Hằng ngày, mỗi người trưởng thành
cần 2-5mg mangan. Mangan có nhiều trong ngò cốc còn nguyên vỏ cám (gạo,
bột mú), trong các loại rau, quả Mangan cũng có một lượng đáng kể. Do
nguồn cung cấp Mangan khá phong phú và nhu cầu không cao hầu nh không
ai bị thiếu Mangan. Tuy nhiên, trong quá trình sinh hoạt sử dụng nguồn nước
nhiễm Mangan cao có thể gây ngộ độc mangan, gây rối loại hoạt động thần
kinh. Những người dễ nhiễm độc Mangan là trẻ em, người già và phụ nữ có
thai và những người mắc bệnh về gan, mật.
1.1.4.2. Tình hình ô nhiễm Mangan
Mét nghiên cứu mới đấy về nước ngầm tại đồng bằng sông Hồng cho thấy
nguồn nước ngầm ở miền Bắc Việt Nam bị ô nhiễm kim loại nặng nói chung,
Mangan nói riêng ở mức độ rất cao gây nguy hiểm cho người sử dông.
Trong hơn 10 năm qua các nhà khoa học thế giới đã nhận thấy rằng tình
hình ô nhiễm kim loại nặng trong đó có nguyên tè Mangan nói riêng ngày
càng gia tăng. Đặc biệt là ở các quốc gia như: Ên Độ, Đài Loan, Arhentina,
Trung Quốc, Mông Cổ, Mehico, Thái Lan, Bangladesh, Mỹ, Campuchia, Việt
Nam.
Theo các thông báo của Bộ Tài nguyên và Môi trường các tỉnh đồng bằng
bắc bộ như: Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh Phóc, đều có hiện tượng ô
nhiễm kim lọai nặng . [5,6,7]
Theo đánh giá của WHO, nước ta có trên mười triệu người có thể phải đối

Giải pháp loại bá kim loại nặng, đặc biệt là Mangan để nước đạt tiêu
chuẩn an toàn sức khoẻ lầ cần thiết. Trên thế giới có 4 loại hình công nghệ
đang được áp dụng là : trao đổi ion, oxy hoá, hấp phụ và đồng kêt tủa.
1.2.1 Phương pháp oxi hóa
Trong phương pháp oxi hóa thường sử dụng các chất oxi hóa mạnh nh:
Cl
2
, KMnO
4
và H
2
O
2
, hiện được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nhược điểm
của phương pháp này là cần bổ sung thêm tác nhân oxi hóa.
- Phương pháp oxi bằng oxi không khí:
Bản chất của phương pháp là sự oxi hoá ion Me
2+
(Me
n+
là các ion kim loại
cần loại bỏ) thành Me
3+
và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng Me(OH)
3
. Khi
có mặt oxi không khí các muối Me
2+
có trong nước ngầm sẽ bị oxi hoá thành
Me(OH)

3
+ 6H
+
.
- Oxi hóa Me
2+
bằng KMnO
4
:
Me
2+
+ KMnO
4
+ 7H
2
O = 3Me(OH)
3
+MnO
2
+ K
+
+ 5H
+
.
Trên thực tế, lượng KMnO
4
tiêu tốn để oxi hoá Me
2+
nhìn chung Ýt hơn so
với lượng tính toán theo hệ số tỷ lượng. Người ta giải thích hiện tượng này là

quá trình oxi hoá có thể kết hợp với bọt khí ozon và nổi lên mặt nước gây khó
khăn cho việc lắng lọc.
1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa
Kỹ thuật đồng kết tủa kim loại dưới dạng hidroxit hoặc các hợp chất của
chúng được sử dụng phổ biến nhất để thu hồi kim loại từ dung dịch.

Các tác nhân đồng kết tủa thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên, kết tủa
hidroxit khá phân tán nên khó thu hồi bằng cách lọc hay sa lắng. Để tách lọc
thuận lợi người ta thêm vào tác nhân keo tụ, tuyển nổi dưới dạng polymer
điện li. Nhược điểm của kỹ thuật này là quá trình kết tủa hidroxit chỉ là khâu
xử lý sơ bộ vì không thể xử lý triệt để, lượng bùn thải sinh ra lớn và khó quay
vòng, giai đoạn làm khô lâu và khá đắt.
So với kỹ thuận đồng kết tủa hidroxit, kết tủa dưới dạng muối cacbonat thu
được kết tủa đồng nhất hơn khi tiến hành ở pH= 8-9, do đó dễ thu hồi kết tủa
bằng cách lọc hay gạn. Phương pháp này bị hạn chế bởi một số muối cacbonat
kim loại có tích số tan lớn nên hiệu quả tách loại thấp. Vì vậy, kỹ thuật kết tủa
cacbonat Ýt thông dụng hơn kết tủa dạng hidroxit. Hiện tượng bão hòa và tạo
phức cũng làm giảm hiệu quả xử lý. Để khắc phục, người ta làm tăng số mầm
kết tủa bằng cách đưa cát mịn hoặc CaCO
3
dạng huyền phù vào trong dòng
thải cần xử lý. Nhờ vậy kết tủa thu được dễ dàng hơn .
Kỹ thuật đồng kết tủa dưới dạng sunfua cũng thường được sử dụng bởi
kết tủa sunfua kim loại có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thÓ được sử dông khi
dòng thải chứa phức chất, thậm chí ngay khi dòng thải chứa các axit có tính
oxi hóa. Muối sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá lớn nên kỹ thuật kết tủa
sunfua cho phép thu hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhược điểm của phương
pháp này là khó thu hồi toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng
huyền phù keo, giá thành của tác nhân kết tủa (NaS, H
2

Trong thực tế nhựa trao đổi ion cần đến 60% thể tích bình chứa và 40%
còn lại là thể tích dung dịch đi vào. Do vậy phương pháp này phù hợp cho
quy trình sản xuất nhỏ, còn với quy trình sản xuất lớn bị hạn chế và quá trình
xử lí cao.
1.2.4. Phương pháp hấp phụ
Khi xem xét các quy trình công nghệ xử lý nước, người ta chó ý nhiều đến
phương pháp hóa lý. Phương pháp hấp phụ là một phương pháp hóa lý thông
dụng, được biết từ xa xưa, nh việc lọc nước bằng than, cát, đá, sỏi mà trước
đây con người đã xây dựng thành nền kỹ thuật lọc nước sạch phục vụ đời
sống.
Nước bị ô nhiễm thường chứa nhiều loại chất tan khác nhau, khó tách lọc
bằng những phương pháp thông thường, nhưng dùng phương pháp hóa lý hấp
phụ thì có thể đạt hiệu quả xử lý cao hơn, trong nhiều giai đoạn của các quy
trình công nghệ xử lý nước, ta có thể thấy không thể thiếu được vai trò của
chất hấp phụ. Người ta thường sử dụng các loại chất hấp phụ như: than hoạt
tính, than củi, để xử lý; còn đối với các chất tan phân cực như các ion kim
loại, cation kim loại kiềm thổ (Ca
2+
, Mg
2+
, ), anion gốc axit (Cl
-
, SO
4
2-
, ) thì
dùng các chất hấp phụ có khả năng hấp phụ hóa học các chất phân cực như
các chất hấp phụ vô cơ, chất hấp phụ vật liệu tổng hợp như polyurethane, sợi
polistiren, v.v
Điều này cho thấy tính ưu việt của phương pháp hấp phụ và vai trò của các

1.2.5.1 Khái niệm chung
Hấp phụ là phương pháp tách chất, trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng
hoặc khí hấp phụ trên bề mặt chất rắn, xốp.
Chất hấp phụ: Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ.
Chất bị hấp phụ: Chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phô.
Pha mang: Hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phô.
Quá trình giải hấp là quá trình đẩy chất bị hấp phô ra khỏi bề mặt chất hấp
phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc
độ giải hấp.
1.2.5.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Hấp phụ vật lý gây nên bởi lực VanderWalls, liên kết này yếu, dễ bị phá
vỡ. Hấp phụ hóa học tạo thành lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ
và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này tương đối bền và khó bị phá vỡ.
Thông thường, trong quá trình hấp phụ sẽ xảy ra đồng thời cả hai quá trình
trên. Trong đó, hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật
lý và phản ứng hóa học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học,
người ta đưa ra một số chỉ tiêu so sánh sau:
- Hấp phụ vật lý có thể là đơn líp hoặc đa líp, hấp phụ hóa học chỉ là đơn líp.
- Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó
xảy ra nhanh , hấp phụ hóa học nói chung đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó
xảy ra chậm hơn.
- Nhiệt độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, hấp phụ
hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn.
- Nhiệt hấp phụ: Đối với hấp phụ vật lý lượng nhiệt tỏa ra nằm trong khoảng
từ 2 - 8kcal/mol, còn hấp phụ hóa học nhiệt tỏa ra lớn hơn 22kcal/mol.
- Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý Ýt phụ thuộc vào bản chất hóa học do đó Ýt
mang tính đặc thù rõ rệt. Còn hấp phụ hóa học mang tính đặc thù cao, nó phụ
thuộc vào khả năng tạo thành liên kết hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị
hấp phụ.
1.2.5.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ

Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian, ta có:
(C
i
- C
f
).V
q =
m
(C
i
- C
f
).V
q =
m.s
dx
q =
dt
Khi tốc độ hấp phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời
gian thì:
β : hệ số chuyển khối : hÖ sè chuyÓn khèi
C
i
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu : nång
®é chÊt bÞ hÊp phô trong pha mang t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu
C
f
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t
k : hằng số tốc độ hấp phụ : h»ng sè tèc ®é hÊp phô
q : tải trọng hấp phụ tại thời điểm t : t¶i träng hÊp phô t¹i thêi ®iÓm

2
q
O
t
(C
i
- C
f
).V
q =
m
m : khối lượng chất bị hấp phụ (g).
C
i
: nồng độ đầu của chất bị hấp phụ (mg/l).
C
f
: nồng độ cuối của chất bị hấp phụ (mg/l).
V : thể tích của dung dịch cần hấp phụ (l).
1.2.5.6. Mô hình hấp phô đẳng nhiệt Langmuir [16,18]
Để mô tả quá trình hấp phụ một líp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn,
phương trình Langmuir được thiết lập trên các giả thiết sau:
- Các phần tử được hấp phụ đơn líp trên bề mặt chất hấp phụ.
- Sù hấp phụ là chọn lọc.
- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng, nghĩa là sự hấp phụ xảy ra
trên bất kì chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi. Nói cách
khác, trên bề mặt chất hấp phụ không có những trung tâm hoạt động.
- Giữa các phần tử trên líp bề mặt và bên trong líp thể tích có cân bằng động
học. nghĩa là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giả hấp.

f
1 1
= .C
f
+
q Q
max
Q
max
.b

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc C
f
/q vào C
f
sẽ xác định được các hằng số trong
phương trình: b, q
ma

tgα = 1/q
max
; ON = 1/b.q
max
Hình 2. Đường hấp phụ langmuir và sự phụ thuộc C
f
/q vào C
f
.
2.2.5.2. Phương trình hÊp phụ đẳng nhiệt Freundlich [17,18]
Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ

/q vµo C
f
1
lgA= lgk + lgC
f
n
q (mg/g)
O
C
f
(mg/l)
M
O
lgC
tgβ
lgA
§êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt Freundlich Sù phô thuéc lgA vµo lgC
tgβ = 1/n
OM = lgk
Hình 3. Đường hấp phô Freundlich và sự phụ thuộc lgq vào lgC
f
.
1.3. VẬT LIỆU NANO [6 ]
1.3.1. Khái niệm
Vật liệu nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu
mà cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó Ýt nhất phải có một chiều ở
kích thước nanomet.
Vật liệu nano là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy cũng không có một
khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng
ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nano, và công nghệ nano.

- Phương pháp từ dưới lên (bottom- up)
1.3.2.1. Phương pháp từ trên xuống
Là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn
Nguyên lý: Dùng kỹ thuật nghiền và biến để biến dạng vật liệu thể khối
với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp
đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu
với kích thước khá lớn( ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Trong phương pháp
nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi làm từ các vật liệu
rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể nghiền lắc, nghiền rung
hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va vào
nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano
không chiều (các hạt nano). Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ
thuật đặc biệt nhằm tạo sự biến dạng cỡ lớn(có thể >10) mà không làm phá
hủy vật liệu. Nhiệt độ có thể điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ
thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến
dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là
các vật liệu nano mét chiều (dây nano) hoặc hai chiều (líp có chiều dày nm).
1.3.2.2. Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý: Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và
chất lượng sản phẩm cuối cùng. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương
pháp vật lý, hóa học hoặc kế hợp cả hai phương pháp hóa- lý.
a. Phương pháp vật lý: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc
chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương
pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phun xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp
chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu
được trạng thái vô định hình – tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh).
Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano.
b. Phương pháp hóa học: Là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ

như: Vật liệu từ, vật liệu hấp phụ, vật liệu xúc tác ôxi hóa, xúc tác dị thể Mn –
Ce, Mn – Al
2
O
3
, Mn – Zn – Cr để ôxi hóa chọn lọc hợp chất độc hại trong
nước, nước thải [14,15,16]. Hơn nữa MnO
2
còn là nhiên liệu rất quan trọng
cho pin. Việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các ôxit kim loại có kích thước
nanomet được nhiều nước quan tâm do những đặc tính ưu việt của chúng.
Hiện nay, vấn đề này chưa được nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở nước ta, có
một số công bố nhưng chỉ dừng lại ở khía cạnh nghiên cứu.
Do vậy, việc điều chế điôxit mangan có kích thước <100 nanomet và ứng
dụng chúng vào xử lý môi trường vừa có ý nghĩa về khoa học và thực tiễn
cao. Đây là phương pháp bốc hơi nhanh và nhiệt phân gel của polyvinyl
alcohol và nitrat kim loại tương ứng. Dùa trên sự tự lan truyền nhiệt độ cao
phát sinh trong quá trình phản ứng để thực hiện phản ứng.
Phương pháp được thực hiện ở nhiệt độ thấp, tương đối đơn giản về mặt
kỹ thuật tổng hợp, cần Ýt nhiệt lượng cấp từ bên ngoài dẫn đến tiêu tốn Ýt
năng lượng, thời gian tổng hợp nhanh, các thiết bị và hóa chất dùng trong quá
trình tổng hợp dễ kiếm và rẻ, có khả năng triển khai sản xuất ở qui mô lớn.
Qua quá trình thực tập, được tham gia nghiên cứu, và được theo dõi, tham
khảo các phương pháp về quá trình tổng hợp MnO
2
Và MnO
2
/SiO
2
như sau:

là các đioxit mangan có kích thước nanomet
1.4.2. Quy trình sản xuất đioxit mangan/Cát thạch anh kích thước
nanomet
Để ứng dụng MnO
2
kích thước nanomet vào thực tế xử lý kim lọai nặng
nước sinh hoạt cần chế tạo vật liệu MnO
2
trên nền chất mang. Chất mang
được chọn là Cát thạch vì Cát thạch anh có cấu trúc bền vững, đa dạng trong
kích thước hạt, giá rẻ, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của chất mang
(không bị biến dạng, chịu áp lực cao, Ýt bị mài mòn trong quá trình sử dông
… ), dễ kiếm cho phép triển khai sản xuất lớn.
Triển khai trên thực tế (ở các hộ gia đình), thiết bị xử lý tách kim lọai nặng
cần có công suất thích hợp hay nói cách khác là kích thước vật liệu đủ lớn để
đảm bảo tốc độ dòng chảy vì khi sử dụng vật liệu kích thước nhỏ sẽ gây tắc
nghẽn dòng chảy. Vì vậy Cát thạch anh có kích thước hạt 0,5 – 1 mm đã được
lùa chọn cho sản suất quy mô lớn. Sau khi đã được tham khảo và theo dõi
phương pháp làm. Ta có thể tóm tắt phương pháp nh sau:
Hoà tan một lượng PVA vào nước ở 80
0
C đến khi tan hết tạo dung dịch
trong suốt ở 80
0
C, pH= 4 trong 4h. Tiếp theo cho một lượng muối nitrat
mangan vào dung dịch để tạo gel Mn-PVA (với tỷ lệ Mn/PVA = 1/3). Sau đó,
cho 1 lượng chất mang SiO
2
vào khuấy liên tục tạo hỗn hợp đồng nhất. Rồi xử
lý nhiệt ở 180


%
$

Gia nhiÖt ë 80
o
C
Thêi gian: 4h
- ./
* +,

Gia nhiÖt
ë180
O
C
Thêi gian 4h

Hình 6. Sơ đồ chế tạo oxit mangan/Cát thạch anh
Để chứng minh sự xuất hiện của MnO
2
kích thước nanomet bao phủ
trên hạt cát thạch anh, đã tiến hành phủ MnO
2
/Cát thạch anh. Sau đó, mài trên
bề mặt của vật liệu đã được phủ MnO
2
, sấy khô, phân tích thành phần pha và
hình thái bề mặt của nã. Kết quả được đưa ra trong hình 7
(a). Mẫu Cát thạch anh trước phủ. (b). Mẫu Cát thạch anh sau phủ
Hình 7. Ảnh vi cấu trúc và hình thái học của Cát thạch anh trước và Cát