Nghiên cứu biến tính tro bay phả lại với polyme chức năng để tăng dung lượng hấp thụ crom ứng dụng xử lý nước thải

u bi Li vi Polyme ch ng hp th crom ng dng x c thi Trn Th Minh Huyn i hc Khoa hc T  Lung: 60 44 41 ng dn: TS. Nguyn Tun Dung o v: 2012 Abstract. Tng quan v   ng dt liu hp ph  n Ph Li vi polydiaminonaphtalen bng phn ng hp in-t ca vt li p ph ion Cr(VI) trong t qu o lup in- x p in- u kh p ph Cr(VI) ca TBK/PDAN. Keywords. ng; Tro bay; Polyme; X c thi Content MỞ ĐẦU  gii thu tn tro bay, phn ln t  nhin nay, ngay  ng cht thi rc   dng r   yu th            ng ng dc ht sc bing ng dt liu hp ph x c thi [21]. Kim loi nng chc bit nguy hii vi sc khe con i do kh  sinh hc. Trong s t. u chng t ng hp ph Cr(VI) c i s dng vng l khc phc y n ph n xut ct qu nghi ch ra rp din ra  mi  tr do to cho polyme kh  n ng mnh m v  p ch  n t   i.  lu n Ph Li vi polydiaminonaphtalen bng phn p in-situ ct ca vt li p ph c. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. TRO BAY: 1.1.1. Giới thiệu về tro bay: t loi cht thi rn sinh ra t t than t t  i nh mi i ta gtro cn.  i ra khong 1,3 triu tn tro bay [2]. n Ph Li 2 (Hi ra khong 3.000 tn tro x, ay rt mn. Theo d   ng tro x th ng 12 triu t n thi ra t  p  dy vic x   dng cht thi r   gii  x  y  kh in n ly b phch v ng th trn Ph Li -  Linh - Hi hp vi Vin Khoa hc Vt liu, Vin Khoa h Vit Nam thc hin d  bin Tro bay Nhin s dn n n Qu c. 1.1.2. Phân loại ng c t [24]:  Long bng 15-n pht than ligrit hoc than cha bitum; chng < 2%.  Loc t vit than antraxit hoc than cha hing 2-10%. Tro bay Ph Li thuc lo 1.1.3. Thành phần và đặc điểm của tro bay: c ca tro bay ch yn h 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 3, MgO, CaO, K 2  cha mn c mc t h chn Ph Li [4] a mt s loi tro t  i b Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại Thành phần hóa học Hàm lƣợng (%) SiO 2 62,75 Al 2 O 3 13,20 Fe 2 O 3 3,23 MgO 1,87 Na 2 O 0,08 K 2 O 1,98 ZnO 2,10 TiO 2 1,70 Cacbon 12,10 i 1,19 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia khác. Thành phần hóa học Tro bay sản xuất tại Ấn độ Trung Quốc Cadactan Hàm lƣợng (%) SiO 2 55-65 >55 54-65 Al 2 O 3 25-35 >31 21-39 Fe 2 O 3 1-5 <3 1,6-3,8 MgO - >1 0,7-2,3 CaO - >2 - K 2 O - >1 - Na 2 O - 0,3-1,3 TiO 2 0,5-1,5 >1 - t mc ht nh, trong khong t  mng trong khong t n 2 m 2 /g m ni bt cc cao, bn nhit, bn vi lo. Tro bay sinh ra t  trng ln nh m t t hp th  m cm ca tro bay t trong nht quan trn ng cng n x  1.1.4. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay: Hin nay, vi dn mnh m  tn dng tu dng thi  ci t ng sn nay, ngay c t dng vt hn ch, ch yc sn xut vt ling ng dng c th giy mu vn khai ng dc ng dng  li a) Ứng dụng trong sản xuất ximăng và bê tông: t ph c bi thay th t Do c  nht ca v  phn vm ch b) Ứng dụng làm vật liệu xây dựng: i ta s d thay th t li dng cng. Sn xui gch, tm panen, sn xut g m, hot liu nng. c) Ứng dụng trong nông nghiệp: c ng d vic kt hp tro bay nh v th  n phm ch  ci tt, ch cao hiu qu s dc tr ng sn phm, bo qun mt s n sau khi thu hong trong th c  ng bnh tt, ty u chung tri [7]. d) Ứng dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm nƣớc: ng dng k u rc x  t nhiu kh   nhic bp ph s d   n xut chp ch  ion kim loi nng [8-10, 21, 30, 31]. Do kh p ph kim loi nu bin  yn v nhi cao, khong 500-600 o C [21].  u v  dt liu hp ph v nh ca Nguyn Th ng s  cu chuy Lng x t thm [10]. 1.2. CRÔM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CRÔM: 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố crôm:  i ph bi  chim 6.10-3 % tng s    xut ph ting Hi Lp cht c t kim loi cng, m  y    t  2 ) 2 ]. Hp cht c thng do s  xut hi l ng t 1- c bin t 5- 800    g/l [12].  th d t ho mt nh i cht ca thc vt [13]. y Cr +6 s t ch yn kim, p ch bin kim lo t nhum. Cr +3 c thi ca p thuc da, dc thp m  trang  1.2.2. Ứng dụng crôm trong công nghiệp: c bin  nhi  tc s dng rc bin kim.  ca h c hong ca mp thuc t tn da: Cr 2 (SO 4 ) 3 c s dng vt a Cr 3+   ngay c  nhi nhiu ng dc thp chi l 1.2.3. Ảnh hƣởng của crôm đối với sức khỏe con ngƣời: n ti ch yu  dng Cr(III) (CrO 4 2-  2 O 7 2-  c  i v   i ph thu         c  nh nht, vt cht dinh ng thit y s d thy Cr(III) trong mt s b phn ci [14]. S thiu h sinh ra bnh gi u hi h s nhi mc  c Bảng 1.3: Hàm lƣợng crôm trong cơ thể ngƣời Các bộ phận Hàm lƣợng crôm -  - Phi - c tiu - Thn - Gan 0  20 g/100g 0  33 g/100g 0  1,6 g/100g 0  9,6 g/100g 1  11 g/100g nh trong hong ci, Cr(VI) li r p th  i (nu Cr(III) ch hp ph ng hp ph c   s t vt hot a u bnh nguy hii [14 c xi ch  ng ) tn tc [16]. 1.2.4. Tình hình ô nhiễm crôm hiện nay: Ngunh bao gn trong t  pN t ngun t t b hoang  hoc t p. Hi  gii kim loi nc bi c thp vi nhi t s    1.2.5. Các phƣơng pháp xử lí crôm: 1.2.5.1. Phương pháp khử - kết tủa: c th ti phn  kh, kt t c hc thng, lc, trung . - Ƣu điểm: X c thng ln, d v - Hạn chế: Chuyn cht thi t dn. 1.2.5.2. Phương pháp trao đổi ion: i ioi din ra gich t lit trc  - Ƣu điểm: Nhu cng thp,    . - Hạn chế:  u vt cht lii. 1.2.5.3. Phương pháp sinh học:  -  -  -  a) Phƣơng pháp hấp thu sinh học    b) Phƣơng pháp chuyển hóa sinh học:  -   -   c) Phƣơng pháp dùng lau sậy    1.2.5.4. Phƣơng pháp hấp phụ:  -  -    1.3. ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Cr(VI): n ph diaminonaphalen - mn xut c lu   u bi    Li v   u kin mm, t liu bi p ph ng c. CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất và dụng cụ: 2.1.1. Hóa chất: - Tro bay (TB) s dng loi mn nhc ht <10m) cn xut tro bay Ph Li. - c n 37% loi tinh khit ca Trung Quc. - NaOH loi tinh khit ca Trung Quc. - Amonipesunfat (APS) loi tinh khit cc). - 1,5-diaminonaphtalen (DAN) s d    n phm tinh khit ca Merck c). - Axit HClO 4 c (70%-75%, d = 1,68g/cm 3 ) loi tinh khit cc). - Dung dch chun Cr(VI) n c). - Thuc th hi-diphenylcacbazit loi tinh khit cc). - Cn tuyi (99,95%) c phc Giang. 2.1.2. Dụng cụ: - nh mi. - Cc chu nhii. - i. -  - Giy l 2.1.3. Thiết bị: - y t gia nhit. -  - T sy. -  - ng ngoi. - u x tia X. - n t  -  - Thit b nh di m 2.2. Các phƣơng pháp thực nghiệm: 2.2.1. Biến tính tro bay bằng phương pháp trùng hợp oxi hóa in-situ: c ht c tin x ng dung dch axit (HCl 2M) hoc kim (NaOH 2M) ti nhi 50 o C trong 2 gi, ra sch nhiu ln bc ct ri s 105 o C trong 24 gi.        c x  m (TBK) tip t c bi  i  -  1,5-DAN trong 90 mL cn tuya HClO 4 n c dung dch (1). - ch (1) 156,618 g tro bay, khuy mnh trong 1 gic dung dch (2). T l ging. - n tuyc dung dch (3). T l mol gi - Cho t t (3y m phn p din ra trong 4 gi  nhi  Kn ng, la k sn phm bng axeton, ln cua bc ct, sy trong t s nhi 60 0 C trong 24 gi. 2.2.2. Nghiên cứu tính chất đặc trưng của vật liệu:  Trong lui KBr  hng ngo- NICOLET FTIR ti Vin K thut nhii, Vin KHCNVN.  Trong luu x c) ti Kc T  i i t  0 , tc  0,02 0 /s.  Hin t c s dng r c mt vt liu. Trong lunh SEM c khi bic cht b Hitachi 4800 (Nht bn) ti Vin Khoa hc Vt liu, Vin KHCNVN.  Di mt b Micromeritics TriStar 3000, khoa i. 2.2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI): 2.2.3.1. Phương pháp phân tích trắc quang: S gi nh lut hp th -Lambert-Beer:   hp th quang I o  i dung dch L : B  C : N cht hp th   : H s hp th , ph thun cht cht hp th a i N dung dnh bc quang vi thuc th hi-i Vin K thut nhit i  Vin KHCNVN. 2.2.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu:                                  (VI)     , t  hiu sut ng hp ph q (mg/gc sau: (VI)       : H = (%)       (VI): q = (mg/g)    q :           (mg/  ) H:     (%) C 0 :   (VI) (mg/L) C e :   (VI) g (mg/L) V:       (VI) (mL) m:         (g) CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. TRÙNG HỢP in-situ PDAN TRÊN TRO BAY XỬ LÝ AXIT: 3.1.1. Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 555 790 1066 1629.8 TBA/PDAN TBA Truyeàn qua (%) Soá soùng (cm -1 ) TB 3438.7 Hình 3.1: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN). y ph hng ngoi ca c 3 m  hin p th hng ngoa tro bay [40, 41]: 2 pic hp th t cm -1 t OH trong tro bay; pic hp th ti 1066 cm -1  kt Mc Al); pic ti 790 cm -1 chng t s hin din ca quartz; peak nh vi  yu ti 555,3 cm -1 ng vng ct Oy, sau khi biy ca PDAN, chng t  biy ra. III.1.2. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD): 10 20 30 40 50 H H H Q Q Q M, H M, H M Lin (Cps) TBA/PDAN TBA TB 50 2-Theta-Scale M Hình 3.2: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN). Ta thy gi XRD ca m hin c  cp v [31, 41]. Gi XRD cng hy vic x ng dung di c tinh th ca tro bay. 3.1.3. Phân tính kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng (FE-SEM): Hình 3.3: Ảnh FE-SEM của các mẫu TB, TBA và TBA/PDAN. t qu -u tro thy tro bay Ph Li sau khi x  v c vy c composit, chng t i polymer chc hip tc ti ng dung di PDAN. 3.2. TRÙNG HỢP in-situ PDAN TRÊN TRO BAY XỬ LÝ KIỀM: TB TBA TBA/PDAN [...]... Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBA) và tro bay xử lý kiềm biến tính PDAN (TBA/PDAN) 3.2.3 Phân tính kính hiển vi điện tử qt phát xạ trƣờng (FE-SEM) Tro bay xử lý kiềm Tro bay xử lý kiềm biến tính PDAN Hình 3.6: Ảnh FE-SEM của các mẫu TBK và TBK/PDAN Quan sát các ảnh FE – SEM trên hình 3.6 ta thấy, khác hẳn với trường hợp xử lý bằng axit (hình 3.2), tro bay sau khi xử lý kiềm bề mặt... bay làm vật liệu hấp phụ cải tạo đất, Tạp chí Khoa học đất, số 15, (2001), 64-68 8 Nguyễn Văn Nội, Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro bay để xử lý các nguồn nước bị ơ nhiễm kim loại nặng, tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ ba ngành Hố học, Hà Nội, tháng 12,(2002), 185-188 9 Nguyễn Văn Nội và nnk, Nghiên cứu khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ tro bay để xử lý các nguồn nuớc... và lượng lỗ xốp nhỏ (micropore) của tro bay tăng mạnh, lớn gấp cỡ 40 lần so với ban đầu Sau khi biến tính với PDAN, diện tích bề mặt riêng tăng nhẹ tuy lượng micropore giảm Như vậy polymer đã phát triển bao quanh hạt tro bay, che lấp bớt các lỗ xốp nhưng lại làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc bên ngồi của vật liệu Các kết quả nghiên cứu q trình hấp phụ Cr(VI) của TBK/PDAN cho thấy vật liệu có khả năng. .. khác với trường hợp tro bay xử lý axit, ở đây tro bay kiềm sau khi biến tính với 1% PDAN đã thể hiện cấu trúc composit một cách rõ rệt trên phổ FTIR: - pic hấp thụ tại 3438,7 cm-1 trở nên rất mạnh và rõ nét, chứng tỏ liên kết N–H của PDAN [37, 42, 43]; - tương tự như vậy, pic hấp thụ yếu tại 1629,8 cm-1 của tro bay trở nên rất mạnh, đặc trưng dao động của liên kết C=N của polymer [37, 42, 43] - pic hấp. .. tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): TB 1629.8 n Truyề qua (%) TBK 3438.7 790 555 1066 1401 1465 TBK/PDAN 1629.8 862 1119 1166 3432.3 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 -1 Số ng (cm ) só Hình 3.4: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBK) và tro bay xử lý kiềm biến tính với 1% PDAN (TBK/PDAN) Quan sát hình 3.4 ta thấy phổ hồng ngoại của tro bay sau khi xử lý kiềm hồn tồn khơng... (SEM) đã chứng tỏ tro bay xử lý axit (TBA) hầu như khơng thay đổi cấu trúc, thành phần pha cũng như hình dáng kích thước Tuy nhiên, trường hợp xử lý kiềm, NaOH khi tƣơng tác với tro bay đã hình thành hydrat natri nhơm silicat – NaP (Na6Al6Si10O32.12H2O) có cấu trúc tinh thể giống zeolit (NaP) Hình thái của tro bay xử lý kiềm (TBK) cũng thay đổi: bề mặt nhám và xốp hơn Tro bay sau khi xử lý axit và... kiềm tiếp tục được biến tính với polydiaminonaphtalen (PDAN) bằng phương pháp trùng hợp in-situ Các kết quả phân tích đã chứng tỏ q trình biến tính chỉ thực hiện đƣợc trên TBK: phổ FTIR của TBK/PDAN thể hiện cấu trúc của cả 2 thành phần: tro bay và PDAN, ảnh FE-SEM cũng cho thấy PDAN đã phát triển trên các hạt tro bay Các kết quả thực nghiệm hấp phụ-giải hấp khí nitơ cho thấy sau khi xử lý kiềm, diện tích... Như Q, Nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia mịn bột đá vơi và tro bay nhiệt điện đến tính chất của hỗn hợp bê tơng bơm, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ xây dựng, số 1,(2007), 3-5 6 Nguyễn Mạnh Thủy, Vũ Đức Tuấn, “Một số kết quả nghiên cứu gia cố vật liệu đất tại chỗ bằng Ximăng - Tro bay làm móng trong kết cấu áo đường tại tỉnh Tây Ninh”, TP Hồ Chí Minh, (2007) 7 Lê Thanh Sơn, Trần Kơng Tấu, Xử lí tro bay. .. tiếp tục biến tính TBK với PDAN, tuy kích thước lỗ xốp giảm, diện tích bề mặt riêng vẫn tăng nhẹ Bởi vì diện tích bề mặt riêng của vật liệu chính là tổng diện tích bề mặt bên ngồi và diện tích các mao quản bên trong TBK/PDAN tuy có lượng mao quản giảm nhưng polymer phát triển bao quanh hạt tro bay đã làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc bên ngồi của vật liệu 3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA TBK/PDAN:... mẫu tro bay Bảng 3.1: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp Diện tích bề mặt riêng BET Thể tích lỗ xốp Mẫu (m2/g) từ 1,7 đến 300 nm (cm3/g) TB 1,16 0,003 TBA 2,69 0,003 TBK TBK/PDAN 40,94 44,23 0,136 0,141 Từ bảng 3.1 ta thấy sau khi xử lý kiềm, do tạo nên nhiều micropore, diện tích bề mặt riêng của tro bay tăng mạnh, lớn gấp cỡ 40 lần so với mẫu chưa xử lý Sau khi tiếp tục biến tính . của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBK) và tro bay xử lý kiềm biến tính với 1% PDAN (TBK/PDAN). y ph hng ngoi ca tro bay. (Cps) TBK TBK/PDAN TB 50 2-Theta-Scale M NaP `Hình 3.5: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBA) và tro bay xử lý kiềm biến tính PDAN (TBA/PDAN). 3.2.3. Phân tính kính hiển vi điện tử