i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC VIẾT TẮT viii ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG ix LỜI CÁM ƠN xi MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 2 1 1 Chất thải bùn đỏ 2 1 1 1[.]
MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC VIẾT TẮT viii ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG ix LỜI CÁM ƠN xi MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chất thải bùn đỏ 1.1.1 Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh bùn đỏ [1][4],[5] 1.1.2 Thành phần bùn đỏ [1], [5] 1.1.2.1 Iron oxide 1.1.2.2 Khoáng silica 1.1.3 Hóa học bề mặt bùn đỏ [9], [10] 1.1.4 Các phƣơng pháp xử lý bùn đỏ 1.1.5 Ứng dụng bùn đỏ [9] 1.1.5 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình 1.2 Bùn đỏ trung hòa nƣớc biển[10] 1.2.1.Giới thiệu 1.2.2 Cơ chế phản ứng [9] 1.2.3 Sự hình thành hydrotalcite [5], [9] 10 1.2.4 Sự hấp phụ anion bề mặt bùn đỏ trung hòa 11 i 1.3 Hydrotalcite 12 1.3.1 Giới thiệu Hydrotalcite [2],[6] 12 1.3.2 Đặc điểm hydrotalcite [2],[6] 12 1.3.3 Tính trao đổi ion hydrotalcite [6] 13 1.3.4.Các phƣơng pháp tổng hợp hydrotalcite [7],[8] 13 1.3.5 Ứng dụng 14 1.4 Thuốc nhuộm hoạt tính công nghệ xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 15 1.4.1 Thuốc nhuộm hoạt tính (Reactive dyes) 15 1.4.2 Các loại thuốc nhuộm hoạt tính 16 1.5 Các phƣơng pháp kỹ thuật phân tích đƣợc sử dụng nghiên cứu 17 1.5.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 17 1.5.2 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microcope –SEM) 18 1.5.3 Kính hiển vi điện tử truyền suốt (Transmission Electron Microscope-TEM) 19 1.5.4 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) 19 1.5.5 Phƣơng pháp phân tích phổ UV-Vis (phổ electron) 20 1.5.6 Kỹ thuật siêu âm [14,15,16] 20 1.5.6.1 Định nghĩa 20 1.5.6.2 Phân loại 20 1.5.6.3 Các thông số q trình sử dụng sóng siêu âm 21 1.5.6.4 Cơ chế tác động sóng siêu âm 21 1.5.6.5 Thiết bị tạo sóng siêu âm 24 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 25 2.1 Mục tiêu đề tài 25 2.1 Nội dung nghiên cứu 25 ii 2.1.1 Khảo sát tính chất bùn đỏ 25 2.1.2 Tổng hợp vật liệu hydrotalcite 25 2.1.3 Ứng dụng hydrotalcite sau nung 25 2.2 Vật liệu, hóa chất thiết bị 25 2.2.1 Dụng cụ thiết bị 25 2.2.2 Hóa chất vật liệu 26 2.3.Thực nghiệm 26 2.3.1 Xác định thành phần số nguyên tố phần bùn đỏ 26 2.3.2 Quy trình tổng hợp hydrotalcite từ dịch lỏng bùn đỏ Mg(NO3)2 dƣới hổ trợ sóng siêu âm vi sóng 27 2.3.3 Xác định tính chất hóa lý HT đƣợc tổng hợp 28 2.3.4 Tổng hợp HT từ hỗn hợpbùn đỏ khô dịch lỏng bùn đỏ(HTB) 28 2.3.5 Khảo sát khả hấp phụ mẫu hydrotalcitesau nung 29 2.3.5.1 Lập đƣờng chuẩn xác định nồng độ reactive Orange 13 (RO13) 29 2.3.5.2 Xác định điểm đẳng điện hydrotalcite sau nung (HTC2) 31 2.3.5.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ RO13 HTC 31 2.3.5.4 Khảo xác khả xử lý nƣớc thải HTC 32 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 35 3.1 Khảo sát tính chất bùn đỏ 35 3.2 Tính chất hóa lý HT đƣợc tổng hợp từ dịch lỏng bùn đỏ 35 3.2.1 Ảnh hƣởng tỉ lệ Mg/Al 35 3.2.2 Ảnh hƣởng biên độ thời gian siêu âm đến kích thƣớc tinh thể trình tổng hợp HT 37 3.2.3 So sánh điều kiện hình thành HT điều kiện có siêu âm khơng siêu âm 40 iii 3.2.4 Tính chất hóa lý HT đƣợc tổng hợp từ bùn khô dịch lỏng bùn đỏ 41 3.3 Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm xử lý nƣớc HTC 43 3.3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung HT 43 3.3.2 Ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ HTC 46 3.3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ 47 3.3.4 Ảnh hƣởng nồng độ thuốc nhuộm đến dung lƣợng hấp phụ 48 3.4 Xây dựng đƣờng cong đẳng nhiệt theoFreundlich Langmuir 48 3.4.1 Mơ hình hóa theo Freundlich 48 3.4.2 Mơ hình hóa theo Langmuir 49 3.5 Kết khả xử lý nƣớc thải HTC2 51 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thành phần hóa học quặng bauxite Lâm Đồng Bảng 2.1 Ký hiệu mẫu HT điều chế điều kiện 28 Bảng 2.2 Giá trị hấp thu Abs dung dịch RO13 chuẩn 30 Bảng 2.3 Số liệu xác định điểm đẳng điện HTC3 31 Bảng 2.4.Thực nghiệm xử lý nƣớc thải với mẫu HTC 33 Bảng 3.1 Kết số kim loại phần bùn đỏ nghiên cứu 35 Bảng 3.2 Bảng so sánh phổ XRD mẫu HT2 HT3 HT4 với phổ chuẩn HT 36 Bảng 3.3 Kết phân tích tỉ lệ Mg/Al mẫu HT2, HT3, HT4 37 Bảng 3.4.Bảng so sánh phổ XRD mẫu HT tổng hợp với phổ chuẩn HT 37 Bảng 3.5 Kích thƣớc tinh thể H đƣợc tổng hợp điều kiện khác 38 Bảng 3.6 So sánh kích thƣớc tinh thể HT theo thời gian siêu âm 39 Bảng 3.7 Kết dung lƣợng hấp phụ mẫu HTB 42 Bảng 3.8 Dung lƣợng hấp phụ mẫu HT3 có nhiệt độ nung khác 43 Bảng 3.9 Kết ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ 47 Bảng 3.10 Kết ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ 47 Bảng 3.11 Kết ảnh hƣởng nồng độ đến dung lƣợng hấp phụ 48 Bảng 3.12 Dung lƣợng hấp phụ RO13trên mẫu HTC2 theo thực nghiệm mô hình hóa theo Langmuir, Freunlich 50 Bảng 3.13 Hệ số phƣơng trình Freundlich Langmuir 51 Bảng 3.14 Kết phân tích nƣớc thải trƣớc xử lý 51 Bảng 3.15 Kết phân tích mẫu nƣớc thải sau xử lý 52 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Độ tan hematite goethite theo pH Hình 1.2 Các dạng nhóm hydroxyl bề mặt iron oxide Hình 1.3 Đƣờng cong chuẩn độ vữa bùn đỏ dung dịch kiềm Hình 1.4 Khống sét hydrotalcite 12 Hình 1.5 Sơ đồ minh họa liên kết hydroxide hydrotalcite [19] 13 Hình 1.6 Thuốc nhuộm hoạt tính họ monoclorotriazin Reactive Red 16 Hình 1.7 Họ thuốc nhuộm dẫn xuất pirimidin 16 Hình 1.8 Họ thuốc nhuộm vinylsulfon 16 Hình1.9 Phổ tia X phát từ đèn đồng 17 Hình 1.10 Sơ đồ mơ tả nhiễu xạ 17 Hình 1.11 Tƣơng tác chùm electron với mẫu 18 Hình 1.12 Liên hệ hình thái bề mặt với electron thứ cấp 19 Hình 1.13 Quá trình hình thành, phát triển vỡ bọt khí 22 Hình 1.14 Thiết bị tạo sóng siêu âm dạng Ultrsonic Processors 24 Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo Reactive orange 13 29 Hình 2.2 Phổ UV–Vis đƣờng chuẩn mẫu RO13 30 Hình 2.3 Đƣờng chuẩn RO.13 30 Hình 2.4 Biểu đồ xác định điểm đẳng điện HTC2 31 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 33 Hình 3.1 So sánh phổ XRD mẫu HT2 HT4 HT3 35 Hình 3.2 Phổ IR mẫu HT2 HT4 HT3 36 Hình 3.3 So sánh nhiễu xạ XRD mẫu HT tổng hợp điều kiện thời gian siêu âm pulse (on:off) 2:8 38 vi Hình 3.4 So sánh nhiễu xạ XRD mẫu HT tổng hợp điều kiện thời gian siêu âm pulse (on:off) 5:5 39 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu HT tổng hợp khơng có sử dụng siêu âm 40 Hình 3.7 Kết ảnh TEM mẫu HT928 41 Hình 3.8 Phổ XRD mẫu bùn đỏ khô 41 Hình 3.9 Hình phồ nhiễu xạ XRD mẫu HTB1 42 Hình 3.10 Đồ thị ảnh ảnh nhiệt độ nung đến dung lƣợng hấp phụ 43 Hình 3.11 Phân tích nhiệt vi sai DTA –TG mẫu HT3 44 Hình 3.12 Phổ XRD HT trƣớc(HT3) sau nung (HTC2) 45 Hình 3.13 Phổ XRD mẫu HTC4 46 Hình 3.14 Sơ đồ biến đổi cấu trúc HT theo nhiệt độ từ 100 - 700oC 46 Hình 3.15 Đồ thị ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ 47 Hình 3.16 Đồ thị ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ 48 Hình 3.17 Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ đến dung lƣợng hấp phụ 48 Hình 3.18 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freunlich 49 Hình 3.19 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 49 Hình 3.20 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ RO13của HTC2 theo thực nghiệm mơ hình hóa theo Langmuir; Freundlich 51 Hình 3.21 Đồ thị biểu thị hiệu suất xử lý màu độ đục COD theo thời gian 52 Hình 3.22 Biểu đồ biểu thị hiệu suất xử lý màu độ đục COD theo khối lƣợng 53 vii DANH MỤC VIẾT TẮT HT: hydrotalcite HT2: hydrotalcite tổng hợp theo tỉ lệ Mg/Al 2/1 HT3: hydrotalcite tổng hợp theo tỉ lệ Mg/Al 3/1 HT4: hydrotalcite tổng hợp theo tỉ lệ Mg/Al 4/1 HT955: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 90%, pulse (on:off) 5:5 HT855: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 80%, pulse (on:off) 5:5 HT755: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 70%, pulse (on:off) 5:5 HT000: hydrotalicte tổng hợp điều kiện không siêu âm HT928: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 90%, pulse (on:off) 2:8 HT828: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 90%, pulse (on:off) 2:8 HT728: hydrotalicte tổng hợp điều kiện siêu âm biên độ sóng 90%, pulse (on:off) 2:8 HTC: hydrotalcite sau nung HTC1: hydrotalcite nung 3500C HTC2: hydrotalcite nung 4500C HTC3: hydrotalcite nung 5500C HTC4: hydrotalcite nung 5500C HTB: hydrolcite tổng hợp từ dịch lỏng rắn rắn bùn đò HTB1:hydrolcite tổng hợp từ phần rắn lỏng bùn đỏ theo tỉ lệ 1g rắn/100ml lỏng HTB5:hydrolcite tổng hợp từ phần rắn lỏng bùn đỏ theo tỉ lệ 5g rắn/100ml lỏng HTB10:hydrolcite tổng hợp từ phần rắn lỏng bùn đỏ theo tỉ lệ 10g rắn/100ml lỏng HTB20:hydrolcite tổng hợp từ phần rắn lỏng bùn đỏ theo tỉ lệ 20g rắn/100ml lỏng RO13: reactive orange 13 COD: nhu cầu oxy hóa học viii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Thơng tin chung: Tên đề tài: Sử dụng aluminate dƣ bùn đỏ tổng hợp vật liệu Hydrotalcite, ứng dụng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm - Mã số: 16012 - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Mai Thơ Điện thoại: 0978274904 Email: maithotg@yahoo.com - Đơn vị quản lý chuyên môn: Khoa Cơng Nghệ Hóa Học - Thời gian thực hiện:12tháng Mục tiêu: Sử dụng lƣợng aluminate dƣ phần dung dịch lỏng bùn đỏ kết hợp với muối Mg(NO3)2 tổng hợp vật liệu Hydrotalcite Khảo sát đặc điểm tính chất hóa lý Hydrotalcite vừa điều chế Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tínhvà nƣớc thải dệt nhuộm Nội dung Xác định thành phần định tính định lƣợng phần dung dịch lỏng phần rắn bùn đỏ Nghiên cứu điều chế hydrotalcite phƣơng pháp đồng kết tủa Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình điều chế, xác định tính chất hóa lý Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính, xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Kết đạt đƣợc Hydrotalcite tổng hợp điều kiện Mẫu thuốc nhuộm sau hấp phụ nƣớc thải trƣớc sau xử lý Hai báo đăng tạp chí hóa học ix - Nguyễn thị Mai Thơ Bùi Quang Cƣ Điều chế hydrotalcite từ dung dịch lỏng bùn đỏ khảo sát ảnh hƣởng biên độ, thời gian siêu âm đến trình điều chế, trang 346-349, Tạp chí hóa học số 5B/50, 2012 - Nguyễn Duy Linh, Nguyễn thị Mai Thơ Bùi Quang Cƣ, Tổng hợp hydrotalcit từ dịch lỏng bùn đỏ khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm hydrotalcit sau nung, Tạp chí Hóa học số 4AB(50), trang 324-327, 2013 x ... VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Thơng tin chung: Tên đề tài: Sử dụng aluminate dƣ bùn đỏ tổng hợp vật liệu Hydrotalcite, ứng dụng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm - Mã số: 16012 - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị... vật liệu Hydrotalcite, ứng dụng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm? ?? với mục tiêu tận dụng lƣợng aluminat dƣ dung dịch lỏng bùn đỏ kết hợp với dung dịch Mg(NO3)2 để tổng hợp vật liệu hydrotalcite (HT)... tận dụng bùn thải vấn đề cấp bách quan trọng 1.1.5 Ứng dụng bùn đỏ [9] Các nhà khoa học giới nghiên cứu nhằm tìm biện pháp hữu hiệu để sử dụng bùn đỏ Có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ