Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen trong nước ngầm từ vật liệu laterite Bình Phước

Bài viết Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen trong nước ngầm từ vật liệu laterite Bình Phước xây dựng quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm hạt hấp phụ, có tính hấp phụ tốt, ổn định và đảm quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT: 2015/BTNMT về xử lý ô nhiễm môi trường nước có nhiễm Asen trên cơ sở nguyên liệu khoáng tự nhiên laterite.

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TỪ VẬT LIỆU LATERITE BÌNH PHƯỚC Trần Huyền Trân Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam, ThS Trịnh Trọng Nguyễn TĨM TẮT Ơ nhiễm Asen nước ngầm mối nguy lớn mơi trường Ở Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý nhiễm Asen nước ngầm hấp phụ phương pháp khả thi Hiện nay, việc nghiên cứu, chế tạo loại vật liệu hấp phụ Asen có nguồn gốc tự nhiên quan tâm Mục tiêu nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo sản phẩm hạt hấp phụ, có tính hấp phụ tốt, ổn định đảm quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT: 2015/BTNMT xử lý ô nhiễm mơi trường nước có nhiễm Asen sở nguyên liệu khoáng tự nhiên laterite Những kết mà đề tài thực nghiên cứu tính chất hấp phụ Asen nguyên liệu Laterite, từ chế tạo loại hạt hấp phụ có khả ứng dụng thực tế việc xử lý nước ngầm nhiễm Asen với giải thích chế hấp phụ phương pháp nghiên cứu trực tiếp Từ khóa: Asen, Bình Phước, nước ngầm, vật liệu hấp phụ, vật liệu Laterite ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần nhiều nghiên cứu cho thấy nguồn nước ngầm có chứa hàm lượng Asen cao quy chuẩn cho phép, phần lớn nhiễm độc Asen thông qua sử dụng nguồn nước [2] Nhiễm độc Asen gây bệnh nguy hiểm dẫn đến tử vong Đáng lo ngại chưa có phương pháp hiệu để điều trị bệnh nguy hiểm Vấn đề xử lý Asen nước ngầm cho hiệu cao với chi phí thấp nghiên cứu, tìm kiếm nguồn nguyên liệu giá rẻ có nguồn gốc tự nhiên Laterite quan tâm Hiện có nhiều cơng trình dự án nghiên cứu sử dụng phương pháp để xử lý Asen phương pháp trao đổi ion, phương pháp sinh học…Trong việc nghiên cứu sử dụng vật liệu phương pháp hấp phụ có nhiều ưu việt tính kinh tế, tính hiệu quả, thao tác đơn giản dễ thực [7] Laterite khoáng chất phổ biến thường tìm thấy vùng giáp ranh vùng núi nơi có phong hóa quặng chứa sắt dịng nước ngầm có oxy hịa tan Trong Laterite có chứa nhiều nguyên tố Fe, Al, Si, kim loại kiềm kiềm thổ Với cấu trúc rỗng gồm nhiều tổ (lỗ) tổ đàn ong Các vách ngăn lỗ tạo nên từ đất sét khống sơ cấp có lẫn đất ngun khối chuyển 563 hóa từ lớp đá mẹ nơi oxit sắt kết dính lại có màu đỏ cam Phần ruột bên lỗ tổ sản phẩm đất sét nên có độ xốp mềm tương đối cao, bề mặt riêng lớn chứa nhiều Fe(OH)2 Vậy nên, Laterite dễ tạo thành lớp có khả hấp phụ hạt điện tích ion kim loại nặng có khả trao đổi cation, tạo nên phản ứng hấp phụ Nguyên lý hoạt động nguyên lý trao đổi ion kép Để tạo sở cho việc áp dụng đưa Laterit vào làm vật liệu hấp phụ xử lý Asen trước tiên phải chứng minh hiệu xử lý Hiện nay, Laterit khu vực tỉnh Bình Phước số nhà khoa học nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Một số kết nghiên cứu cho thấy Laterite khu vực có khả xử lý kim loại Pb, Zn, Mn, Cu, Cd đặc biệt Asen mơi trường nước Qua thí nghiệm hấp phụ, hiệu suất xử lý đạt hiệu cao với As(III) 70% As(V) 80% Tiềm khống sản tỉnh Bình Phước khơng lớn, nhiên Laterite khoáng sản phục vụ trực tiếp nhu cầu phát triển kinh tế công xây dựng, công trình giao thơng [2] Đó lý đề xuất đề tài: “nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen nước ngầm từ vật liệu Laterit Bình Phước” CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Nguyễn Trung Minh (2010) đưa nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ sở nguyên liệu khoáng tự nhiên từ bazan, đá ong, đất sét để xử lý nước ô nhiễm Asen cho kết loại vật liệu có khả hấp phụ tốt kim loại As Các vật liệu chọn tối ưu sở thông số khảo sát đặc tính: độ bền nước, diện tích bề mặt, khả hấp phụ Asen loại vật liệu [3,4] Nguyễn Thị Hoàng Hà cộng (2016) nghiên cứu khả hấp phụ kim loại Asen laterit huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc cho kết Dung lượng hấp phụ cao Pb, As, Cd, Zn Mn thí nghiệm 1554, 756, 397, 281, 172 mg/kg đạt mức hàm lượng kim loại nước ban đầu 50 mg/l Hiệu suất hấp phụ cao Pb, As, Cd, Zn Mn 94, 76, 70, 56, 37% đạt mức hàm lượng ban đầu nước 2,5 mg/l Pb, Cd, Zn, Mn mg/l As Khả hấp phụ kim loại Laterit Tam Dương giảm dần theo thứ tự: Pb>As>Cd>Zn>Mn [5,9] Vũ Thị Minh Châu (2007) nghiên cứu sử dụng laterit biến tính làm vật liệu hấp phụ xử lý kim loại asen nước thải làng nghề đúc, Laterit sau biến tính gia công lấy cỡ hạt chia làm hai phần ngâm dung dịch có nồng độ khác cân chỉnh độ pH thành loại vật liệu Kết chọn vật liệu có khả hấp phụ Asen cho kết tốt Yếu tố thời gian ảnh hưởng đến hiệu hấp phụ kim loại nặng, hầu hết thời gian đạt cân xảy 3-4 tiếng Vật liệu chọn kết cho thất giảm Asenat, ion chì ion đồng xuống TCVN 5945B-1995 [8] Nguyễn Xuân Huân công (2016) nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm Asen nước ngầm ở, Hà Nội vật liệu có chi phí thấp Nguyên liệu sử dụng cát vàng, cát đen, than củi, sỏi, xỉ than, đá ong, gạch non, trấu đốt bùn thải từ hệ thống xử lý nước cấp biến tính nhiệt Hệ thống cột 564 lọc kết nồng độ As nước sau qua bể xử lý vật liệu sẵn có tự nhiên như: cát vàng, cát đen, than củi, đá ong, trấu đá cuội giảm so với nồng độ As có nước ngầm chưa qua xử lý [6] Hầu hết nghiên cứu xử lý Asen bao gồm kết tủa keo tụ, nhược điểm phương pháp không triệt để Chỉ có số đề tài nghiên cứu phương pháp ion, điện hóa Do cịn nhiều hạn chế nên kết nghiên cứu chưa ứng dụng rộng rãi Để giải vấn đề xử lý Asen nước ngầm phương pháp hấp phụ từ vật liệu Laterit nghiên cứu vật liệu có khống tự nhiên chứa sắt có độ xốp cao nên nghiên cứu sử dụng với vật liệu sẵn có tự nhiên, tính kinh tế thao tác thực đơn giản thực ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Quy trình xử lý vật liệu Laterit sử dụng để làm vật liệu hấp phụ nước ngầm nhiễm Asen đề xuất theo hình mẫu Laterit thu thập Bình Phước sau vận chuyển đến phịng thí nghiệm xử lý sơ để loại bỏ bụi bẩn thừa cách rửa nước cất phơi khơ Sau đó, đem sấy khơ nhiệt độ 80-105oC, bảo quản nhiệt độ phòng Tiếp đến nghiền tay máy nghiền MRC Laboratory Equipment Manufac Urer Viện KHUD, Trường Đại học Cơng Nghệ TPHCM, qua rây có kích thước khác từ 0.5 -1 mm Với khối lượng 3g nhồi vào cột có đường kính cm, chiều cao 5,5 cm, dung dịch Asen đầu vào với nồng độ: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 mg/l khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ theo 1h, 2h, 4h, 6h, 8h Sau cho dung dịch Asen chảy qua cột khoảng 100 ml lấy mẫu lần để phân tích Asen đầu Thí nghiệp lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy Chất lượng nước sau xử lý so sánh với QCVN 09MT:2015/BTNMT Bảng 1: Thành phần khống vật Laterit Bình Phước Khống vật Laterit Bình Phước Gơtit 38 ÷ 40 % Hêmatit 0÷3% Ilmênhit 2÷4% Gipxit ÷ 6% Kaolinit 24 ÷26 % monmorilonit 6÷8% 565 Thạch anh ÷ 11% Amphibole 2÷4 (Nguồn: Sở Khoa học cơng nghệ tỉnh Bình Phước, 2017) Để đánh giá khả hấp phụ laterit, vật liệu hấp phụ chế tạo chụp SEM (Kính hiển vi điện tử quét), FTIR (Quang phổ hồng ngoại) quan sát kính hiển vi để xác định hình thái bề mặt Sau đó, chụp ảnh TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua), FTIR để xác định hình thành liên kết KẾT LUẬN Nghiên cứu tiến hành quy mơ phịng thí nghiệm, mục đích để đánh giá khả hấp phụ hạt Laterite Tiến hành nghiên cứu hấp phụ cột quan sát thấy Asen lên hạt vật liệu (khi 566 hàm lượng Asen đầu vào hàm lượng Asen đầu ra) Trong thí nghiệm hấp phụ cột đề tài phần trăm hấp phụ khảo sát dao động từ 60% đến 90%, bị giảm theo thời gian TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dỗn Đình Hùng Nguyễn Trung Minh (2011), nghiên cứu hấp phụ Zn(II) dạng cột hạt vật liệu BVNQ chế tạo từ đuôi thải quặng bauxit Bảo Lộc, tạp chí Các khoa học Trái đất, 33, pp 591-598 https://js.vnu.edu.vn/EES/article/view/2841 [2] Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh (2010), nghiên cứu xử lý asen nước ngầm số vùng nông thôn hyđroxit sắt (III), tạp chí khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội https://text.123docz.net/document/337277-nghien-cuu-xu-ly-asen-trong-nuoc-ngam-o-mot-so-vungnong-thon.htm [3] Nguyễn Trung Minh (2010), nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ sở nguyên liệu khoáng tự nhiên từ bazan, đá ong, đất sét để xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng Asen https://js.vnu.edu.vn/EES/article/view/2853 [4] Nguyễn Trung Minh (2011), Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ bauxit Bảo Lộc định huớng ứng dụng xử lý ô nhiễm nuớc thải, tạp chí Các khoa học Trái đất https://vjs.ac.vn/index.php/jse/article/view/330 [5] Nguyễn Hoàng Phương Thảo, Nguyễn Thị Hoàng Hà, Phạm Thị Thuý, Nguyễn Mạnh Khải, Trần Thị Huyền Nga (2016), nghiên cứu khả hấp phụ kim Asen laterit huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc https://js.vnu.edu.vn/EES/article/view/2841 [6] Nguyễn Xuân Huân, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Thị Thúy, Vũ Tuấn Việt, Lê Thị Quỳnh Anh (2016), nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm Asen tr ong nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội vật liệu có chi phí thấp https://js.vnu.edu.vn/EES/article/view/2745 [7] Trần Văn Quy, Nguyễn Xuân Huân, Trần Văn Sơn (2012), nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm Asen nước ngầm huyện Hoài Đức, Hà Nội vật liệu sẵn có tự nhiên, tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 28, Số 4S [8] Vũ Thị Minh Châu (2007), nghiên cứu sử dụng laterit biến tính làm vật liệu hấp phụ xử lý kim loại Asen nước thải làng nghề đúc https://js.vnu.edu.vn/EES/article/view/2853 [9] Trần Hồng Côn Nguyễn Phương Thảo (2004), nghiên cứu hoạt hóa sét laterit biến tính nhiệt làm vật liệu hấp phụ Asen nước sinh hoạt, tạp chí Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, 1, pp.212-217 https://text.123docz.net/document/7719668-nghien-cuu-kha-nang-hap-phu-kim-loai-nang-va-asen-cualaterit-da-ong-huyen-tam-duong-tinh-vinh-phuc.htm 567 [10].Trần Thị Hiến (2017) kết nghiên cứu thành phần vật chất quặng sắt Laterite Bình Phước http://vimluki.vn/Ket-qua-nghien-cuu-thanh-phan-vat-chat-quang-sat-laterit-Tay-Nguyen-6374 568 ... tài: ? ?nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen nước ngầm từ vật liệu Laterit Bình Phước? ?? CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Nguyễn Trung Minh (2010) đưa nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ sở nguyên liệu. .. kết nghiên cứu chưa ứng dụng rộng rãi Để giải vấn đề xử lý Asen nước ngầm phương pháp hấp phụ từ vật liệu Laterit nghiên cứu vật liệu có khống tự nhiên chứa sắt có độ xốp cao nên nghiên cứu sử... lý nước ô nhiễm Asen cho kết loại vật liệu có khả hấp phụ tốt kim loại As Các vật liệu chọn tối ưu sở thơng số khảo sát đặc tính: độ bền nước, diện tích bề mặt, khả hấp phụ Asen loại vật liệu