Bài viết Xử lý kim loại Cu, Pb trong nước bằng vật liệu hấp phụ chi phí thấp từ phụ phẩm nông nghiệp trình bày các nội dung sau: Tính chất của Vật liệu hấp phụ; pH ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ 2 VLHP; Sự ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ; Sự ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ các VLHP; Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 XỬ LÝ KIM LOẠI CU, Pb TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHI PHÍ THẤP TỪ PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP Nguyễn Thanh Hịa, Nguyễn Thị Liên Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG Ô nhiễm kim loại nước vấn đề nghiêm trọng toàn cầu cần phải giải Tại Việt Nam, nguồn phát thải kim loại nặng chủ yếu từ sở sản xuất công nghiệp khí, chế tạo máy, xi mạ gây ô nhiễm cho nguồn nước, xả trực tiếp nguồn thải ngồi mơi trường mà khơng qua xử lý Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2008 hàm lượng kim loại nặng Cr6+ , Zn2+ , Pb2+, Cu2+ nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,5 đến 10 lần [1] Cây lạc, lúa nước nông nghiệp trồng chủ yếu nước ta Vì vậy, vỏ lạc, vỏ trấu nguồn phụ phẩm nông nghiệp dễ kiếm, rẻ tiền Hàng năm, có hàng nghìn vỏ trấu, vỏ lạc phát sinh nhiên số phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu thải bỏ mang đốt Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy, chúng sử dụng để chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng Cacbon hóa vỏ lạc để xử lý hấp phụ Cu2+ từ nước thải nghiên cứu so sánh với than GAC đem lại hiệu gấp 18 lần hay đem hấp phụ Cu2+ , Zn2+ với hiệu suất 90% [3] Ở Việt Nam, tro trấu sử dụng để xử lý ion Ni2+, Cd2+ hiệu suất cao 50 – 60% [6] PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu phương pháp phân tích 2.1.1 Nguyên vật liệu – hóa chất, thiết bị Hóa chất dùng thí nghiệm: CuSO4 , Pb(NO3 )2 , chất thị Murexit, chất thị ETOO, NaOH, HCl, EDTA, KNaC4 H4 O6 4H2 O Merk (Đức) Thiết bị sử dụng nghiên cứu: Jatest((VELP, JLT6, Italia) gồm hệ thống khuấy hoạt động chế độ, tủ sấy ((Blinder, USA), lò nung (Lenton AF11/6B, Anh) Trong nghiên vật liệu vỏ trấu, vỏ lạc thu gom từ Nam Định 2.1.2 Chế tạo VLHP Vỏ trấu, lạc rửa sấy khô 80o C thời gian Sản phẩm sau sấy ngâm với HCl 1M vòng 60 phút (đối với vỏ trấu) 20 gam vỏ lạc sau nghiền ngâm với dung dịch HNO3 1M thời gian 24 giờ, sau rửa vỏ trấu, lạc nước cất đến dung dịch có mơi trường trung tính Trấu sau rửa sấy khơ 80o C, tiếp sau nung nhiệt độ 650o C vòng giờ, thu vật liệu hấp phụ (VLHP T) Và vỏ lạc nung 450o C thời gian thu vật liệu hấp phụ (VLHP L) 2.2 Mơ tả thí nghiệm Ở thí nghiệm, chuẩn bị cốc thủy tinh 1l, đánh số thứ tự từ đến 6, thêm 100ml dung dịch Cu2+ 0,01mM (6,4mg/l) Pb2+ 0,01mM (20,7mg/l) Sau cho vào cốc khối lượng xác định VLHP T, VLHP L (nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian 1g VL), điều chỉnh pH dung dịch HCl 0,1M dung dịch NaOH 0,1M tùy theo nghiên cứu cốc khuấy máy Jartest 250 rpm khoảng thời gian 60 phút Cuối cùng, lọc lấy phần dung dịch giấy lọc xác 470 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 định lại nồng độ Cu2+, Pb2+ lại dung dịch (Cs) phương pháp chuẩn độ định lượng EDTA Mỗi thí nghiệm lặp lại hai lần để lấy kết trung bình Các thí nghiệm diễn nhiệt độ phịng 25±20 C 3.1 Tính chất Vật liệu hấp phụ Hai mẫu vật liệu đưa vào máy hiển vi điện tử quét (JFM – 5410 LV, Nhật Bản) Các hình chụp độ phóng đại khác 5000x, 10000x, 20000x Từ hình ta thấy hai bề mặt vật liệu hấp phụ hình thành nhiều lỗ rỗng, tăng độ xốp vật liệu nên vật liệu dễ dàng hấp phụ ion đồng chì Vật liệu biến tính tro trấu (VLHPT) có mao quản đồng tổng diện tích bề mặt vật liệu biến tính tăng lên nhiều lần Ngun nhân biến tính,các axit mạnh: HNO3 , HCl hòa tan lignin hay xenlulose tăng độ rỗng vật liệu hấp phụ [8] Ngồi sau biến tính hình thành nhóm chức –COOH,OH,-NH2 giúp tăng khả trao đổi cation (a) (b) Hình Ảnh SEM độ phóng đại 10000x, (a) VLHP T (b) VLHP L 3.2 pH ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP Kết nghiên cứu cho thấy pH ảnh hưởng đến trình hấp phụ Cu2+, Pb2+ VLHP Hiệu hấp phụ tăng lên pH tăng từ đến Bởi môi trường axit mạnh (pH ≤ 3), phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ tích điện dương lực tương tác lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh đó, nồng độ ion H+ cao nên hỗn hợp có phản ứng cạnh tranh ion H+ với cation kim loại Cu2+, Pb2+ trình hấp phụ [2], kết làm giảm hiệu hấp phụ cation kim loại Hiệu hấp phụ VLHP tăng dần theo chiều tăng pH Tuy nhiên, pH = dung dịch bắt đầu có tượng kết tủa Cu(OH)2 , Pb(OH)2 chọn pH = pH thích hợp cho q trình hấp phụ Pb2+, Cu2+ VLHP biến tính từ tro trấu, vỏ lạc 3.3 Sự ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Khối lượng VLHP thay đổi (2, 4, 6, 8, 10, 12, 20 mg/l) pH=5 Kết cho thấy khối lượng tăng lên dẫn đến hiệu suất hấp phụ VLHP tăng có nhiều phần tử VLHP thể tích nên bề mặt tiếp xúc chúng với Cu2+, Pb2+ tăng lên nên khả ion kim loại vào mao quản VLHP tăng lên Hiệu suất hấp phụ Cu2+, Pb2+ lớn khối lượng VLHP ban đầu 20mg/l Sử dụng VLHPT hiệu suất hấp phụ 98,3% 97,2% sử dụng VLHPL Trong hấp phụ ion Pb2+ đạt giá trị lớn 99% 98% sử dụng VLHPT, VLHPL 3.4 Sự ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ VLHP Qua nghiên cứu cho thấy khối lượng vật liệu ảnh hưởng đế hiệu suất hấp phụ vật liệu hấp phụ Đối với VLHPT, thời gian tăng hiệu suất hấp phụ tăng theo Thời gian khuấy tăng lên Pb2+ vào mao quản VLHP nhiều hơn, hiệu suất hấp phụ tăng lên Cụ thể, hiệu suất tăng nhanh đạt 95% 90 phút đầu tăng không đáng kể phút 120 phút 150 phút (đạt hiệu 99,5% 99,8%) Như vậy, VLHPT đạt trạng thái cân hấp phụ thời điểm 90’ Với VLHPL tương tự VLHPT đạt cân thời điểm 90’ (hiệu suất hấp phụ 93.8%) sau tăng tới 99,3% 150’ Tương tự hấp phụ ion Pb2+ VLHP đạt cân điểm 90’ với hiệu suất 92,8%, 91,2% hấp phụ VLHPT VLHPL 471 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 kim loại Cu2+, Pb2+ sau pH 5, thời gian cân 90 phút Quá trình hấp Nghiên cứu thiết lập phương trình đẳng nhiệt phụ tuân theo phương trình Langmuir Langmuir diễn với pH hấp phụ tối ưu Nghiên cứu hướng cho việc tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp thời gian 90 phút, khối lượng VLHP 2g Kết cho thấy, nồng độ ban đầu việc xử lý nhiễm mơi trường dung dịch Cu2+,Pb2+ tăng tải trọng tải TÀI LIỆU THAM KHẢO trọng hấp phụ vật liệu tăng dần [1] Tổng cục Mơi trường (2008) Báo cáo mơi Phương trình Langmuir, tải trọng hấp phụ tối trường Quốc gia 2008 - Môi trường làng đa số Langmuir KL thể bảng nghề Việt Nam 3.5 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Bảng Hằng số phương trình đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Pb2+, Cu2+ VLHP Pb2+ Cu 2+ VLHPT VLHPL VLHPT VLHPL am (mg/g) KL(l/mg) R2 62,11 55,402 0,9982 47,62 22,26 0,997 50 23,51 0,9887 40,49 24,66 0,9933 Từ bảng ta có R2 phương trình Langmuir hấp phụ Cu2+ , Pb2+ từ 0,98877 0,9982 nên ta kết luận hấp phụ ion Cu2+ , Pb2+ tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir Qua bảng VLHPT xử lý Cu2+ , Pb2+ tốt so với VLHP L với tải trọng hấp phụ tối đa 50mg/g 62,11mg/g (VLHPT) so với 40,49 mg/g, 47,62 mg/g xử lý VLHP L Kết cho thấy VLHP T, VLHP L nghiên cứu hấp phụ tốt Pb2+, Cu2+ Đối với Cu2+ VLHP T (50mg/g), VLHP L (40,49mg/g) cao vật liệu hấp phụ biến tính từ vỏ lạc [2] (0,3451mg/g), vỏ lúa mạch [5] (4,64mg/g), vỏ thông [4] (3,12mg/g) vỏ trấu biến tính axit tartatric [9](29mg/g) Đối với ion Pb2+ khả hấp phụ VLHP T VLHP L tốt, cao rơm biến tính [6] vỏ lúa mạch [5] với số liệu 62,11mg/g; 47,62mg/g so với 55,56mg/g 23,2mg/g KẾT LUẬN Nghiên cứu chứng minh vỏ lạc vỏ trấu biến tính axit HNO3 HCl nung nhiệt độ cao có khả hấp phụ tốt ion Cu2+, ion Pb2+ Các điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ ion [2] Abdel Salam, O E., Reiad, N A., & ElShafei, M M 2011 A study of the removal characteristics of heavy metals from wastewater by low-cost adsorbents Journal of Advanced Research, 2(4), 297303 [3] Kermit Wilson, H Y., Chung W Seo, Wayne E Marshall (2006) Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shells Bioresource technology, 97(2266-2270) [4] Najua, D T., Luqman, C A., Zawani, Z., & Suraya, A R (2008) Adsorption of copper from aqueous solution by Elais Guineensis kernel activated carbon Journal of Engineering Science and Technology, 3(2), 180-189 [5] Pehlivan, E., Altun, T., & Parlayıcı, S (2009) Utilization of barley straws as biosorbents for Cu2+ and Pb2+ ions Journal of Hazardous Materials, 164(2), 982-986 [6] Phạm Hoàng Giang, Đ Q H 2016 Nghiên cứu xử lý kim loại nặng nước phương pháp hấp phụ phụ phẩm nơng nghiệp biến tính axit photphoric Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, 32 [7] Riaz, M., Nadeem, R., Hanif, M A., Ansari, T M., & Rehman, K.U 2009 Pb(II) biosorption from hazardous aqueous streams using Gos sypium hirsutum (Cotton) waste biomass Journal of Hazardous Materials, 161(1), 88-94 [8] Vieira M.G.A, Silva, C.N Carneiro, A.A Melo Filho 2014 Adsorption of lead and copper ions from aqueous effluents on rice husk ash in dynamic system Brazilian Journal of Chemical Engineering, 31(2), 519-529 [9] Wong, K K., Lee, C K., Low, K S., & Haron, M J 2003 Removal of Cu and Pb by tartaric acid modified rice husk from aqueous solutions Chemos phere, 50(1), 23-28 472 ... cation kim loại Cu2+, Pb2 + trình hấp phụ [2], kết làm giảm hiệu hấp phụ cation kim loại Hiệu hấp phụ VLHP tăng dần theo chi? ??u tăng pH Tuy nhiên, pH = dung dịch bắt đầu có tượng kết tủa Cu(OH)2 , Pb( OH)2... khả hấp phụ VLHP Kết nghiên cứu cho thấy pH ảnh hưởng đến trình hấp phụ Cu2+, Pb2 + VLHP Hiệu hấp phụ tăng lên pH tăng từ đến Bởi mơi trường axit mạnh (pH ≤ 3), phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ. .. hưởng đế hiệu suất hấp phụ vật liệu hấp phụ Đối với VLHPT, thời gian tăng hiệu suất hấp phụ tăng theo Thời gian khuấy tăng lên Pb2 + vào mao quản VLHP nhiều hơn, hiệu suất hấp phụ tăng lên Cụ thể,