Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu sử dụng vật liệu biến tính từ tro bay để xử lý cadimi và chì trong nước ô nhiễm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ SỸ CHUNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ CADIMI VÀ CHÌ TRONG NƯỚC Ơ NHIỄM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ SỸ CHUNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ CADIMI VÀ CHÌ TRONG NƯỚC Ơ NHIỄM Chun ngành: Khoa học mơi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải Hà Nội – Năm 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh nỗ lực, cố gắng thân nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, gia đình, bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, người thầy hướng dẫn tận tình bảo tơi suốt trình học tập nghiên cứu luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy, cô giáo khoa Môi trường tận tình truyền đạt kiến thức cho chúng tơi suốt hai năm học qua Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy, Cô giáo Bộ môn Thổ Nhưỡng – Môi trường đất tạo điều kiện cho tơi q trình thực thí nghiệm đề tài Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt trình tham gia khóa học cao học trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nôi Mặc dù cố gắng kinh nghiệm thực tế chưa nhiều trình độ chuyên mơn cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn bè để luận văn đầy đủ hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Kim loại nặng ảnh hưởng đến môi trường 1.2 Ô nhiễm kim loại nặng hậu 1.3 Tính chất độc hại kim loại nặng Chì Cadimi 1.3.1 Tính chất độc hại Chì (Pb) 1.3.2 Tính chất độc hại Cadimi (Cd) 1.4 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Việt Nam nước mặt nước thải có chứa kim loại nặng 10 1.4.1 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước mặt: 10 1.4.2 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nước thải công nghiệp: 11 1.5 Các phương pháp xử lý ô nhiễm KLN môi trường nước 12 1.5.1 Tổng quan phương pháp xử lý kim loại nặng nước 12 1.5.2 Phương pháp kết tủa hoá học 13 1.5.3 Phương pháp hấp phụ 13 1.5.4 Phương pháp trao đổi Ion 14 1.5.5 Phương pháp điện hoá 16 1.5.6 Phương pháp oxy hoá- khử 16 1.5.7 Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng phương pháp tạo Pherit 17 1.5.8 Vấn đề xử lý kim loại nặng nước thải Việt nam 18 1.6 Tổng quan tro bay 19 1.7 Giới thiệu zeolit 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 36 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 36 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 36 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 36 2.2 Nội dung nghiên cứu 37 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.3 Phương pháp nghiên cứu 37 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 37 2.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 37 2.3.3 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X 38 2.3.4 Kính hiển vi điện tử quét- Scanning Electron Microscopy (SEM) 39 2.3.5 Phương pháp phân tích dung lượng trao đổi cation vật liệu 40 2.3.6 Phương pháp phịng thí nghiệm 41 2.3.7 Phương pháp hấp phụ 43 CHƯƠNG 44 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Các tính chất tro bay vật liệu biến tính từ tro bay 44 3.1.1 Các tính chất tro bay 44 3.1.2 Tro bay yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu 44 3.1.3 Tính chất tro tính: 49 3.2 Khảo sát khả hấp phụ Pb2+, Cd2+ nước ô nhiễm vật liệu zeolit tổng hợp từ tro bay 52 3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ Pb2+ nước ô nhiễm vật liệu tro bay sau biến tính 52 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ Cd2+ nước ô nhiễm vật liệu tro bay sau biến tính 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 Kết luận: 58 Kiến nghị 59 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị giới hạn thông số chất lượng nước mặt 10 Bảng 1.2 Giá trị giá trị thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp (C) thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp 11 Bảng 1.3 Thành phần hóa học tro bay nước khác 20 Bảng 1.4 Thành phần hóa học tro bay từ số nhà máy nhiệt điện Thái Lan 20 Bảng 1.5 Tính chất tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại 20 Bảng 1.6 pH thành phần nguyên tố tro bay 23 Bảng 1.7 Kim loại nặng tro bay nhà máy nhiệt điện Mae Moh, Thái Lan 24 Bảng 3.1 Tính chất lý - hóa học tro bay 44 Bảng 3.2 Mối tương quan nồng độ OH- với CEC tro bay 45 Bảng 3.3 Mối tương quan thời gian với CEC tro bay 46 Bảng 3.4 Mối tương quan nhiệt độ khuấy từ CEC tro bay 47 Bảng 3.5 Tính chất vật liệu sau tổng hợp 49 Bảng 3.6 Khả xử lý Pb2+ tro bay tự nhiên 52 Bảng 3.7 Khả xử lý Pb2+ tro bay sau biến tính 53 Bảng 3.8 Nồng độ Pb2+ sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 54 Bảng 3.9 khả xử lý Cd2+ tro bay tự nhiên 55 Bảng 3.10 khả xử lý Cd2+ tro bay sau biến tính 55 Bảng 3.11 Nồng độ Cd2+ sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 57 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc lập thể zeolit 29 Hình 1.2 Các vị trí axit Bronsted Lewis bề mặt siloxan (Breck, 1974) 31 Hình 1.3 Zeolit xử lý bề mặt sử dụng cho hấp phụ chất nhiễm 33 Hình 1.4 Q trình hịa tan tái kết tinh zeolit 34 Hình 2.1 Chùm tia X tới chùm tia tán xạ từ bề mặt tinh thể 39 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đến CEC tro bay 45 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến CEC tro bay 46 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ khuấy từ đến CEC tro bay 48 Hình 3.4 Tro bay trước sau biến tính 50 Hình 3.5 Phổ XRD tro bay ban đầu 50 Hình 3.6 Phổ XRD vật liệu biến tính từ tro bay 51 Hình 3.7 Hình thái tro bay ban đầu sau biến tính 52 Hình 3.8 Khả xử lý Pb2+ tro bay tự nhiên sau biến tính 53 Hình 3.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 54 vật liệu tro tính Pb 54 Hình 3.10 Khả xử lý Cd2+ tro bay tự nhiên sau biến tính 56 Hình 3.11 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu tro tính Cadimi 57 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TẮT CEC Dung tích trao đổi cation AAS Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử HCT Hấp cách thủy KLN Kim loại nặng SEM Kính hiển vi điện tử quét XRD Nhiễu xạ Rơnghen vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Nước tài nguyên thiên nhiên quý giá, bốn thành phần cấu tạo môi trường Trái đất khơng thể có sống thiếu nước Nước đóng vai trị quan trọng sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp đời sống Ngày nay, phát triển khoa học kỹ thuật làm cho đời sống người ngày nâng cao Tuy nhiên, với phát triển tình trạng nhiễm môi trường nước, đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng Hiện nay, ô nhiễm kim loại nặng môi trường nước vấn đề môi trường gây nhiều xúc Hậu ô nhiễm kim loại nặng gây phản ánh trực tiếp tới “sức khỏe” trồng, vật nuôi…đặc biệt thông qua chuỗi thức ăn, kim loại nặng xâm nhập vào thể người gây hậu khó lường Các kim loại sau thâm nhập vào thể, chúng khơng tham gia tham gia vào q trình sinh hóa thể sinh vật, chúng tích lũy gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, chuyển hóa vitamin D, rối loạn chức thận, phá hủy tủy sống, gây ung thư…Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng môi trường nước cần thiết Chì (Pb) Cadimi (Cd) hai kim loại có tính độc hại lớn cho người hệ sinh thái,đặc biệt vượt ngưỡng cho phép số điều kiện môi trường định Pb có tự nhiên, đặc biệt khu mỏ Pb, Pb-Zn sản phẩm ngày xăng, sản xuất ắc quy, làng nghề Trong điều kiện bình thường mơi trường tự nhiên Pb trạng thái bền vững.Trong nước, thực vật, sinh vật thường có hàm lượng Pb thấp Tuy nhiên, môi trường định tác nhân nhân tạo Pb dạng linh động Trong đất, Pb tồn dạng linh động nguy bị rửa trôi làm ô nhiễm nguồn nước ngầm thủy vực nước mặt lớn Trong đá đất Cd tồn với hàm lượng nhỏ, khả tích lũy lâu dài đất vào thể sinh vật gây gia tăng liên tục hàm lượng kim loại độc hại hệ sinh thái Cd vào môi trường nước chủ yếu hoạt động sản xuất cơng nghiệp thải mơi trường nước Ơ nhiễm từ mỏ than, phân bón từ quặng apatite chứa 5% LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cadimi, ô nhiễm từ pin qua sử dụng…Mặc dù ảnh hưởng Pb Cd đến người, hệ sinh thái lớn hầu hết hàm lượng phát thải chúng vào môi trường từ hoạt động nhân tạo lại khơng có suy giảm mà gia tăng Đã có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng, phương pháp có ưu điểm hạn chế.Trong năm gần nhà khoa học nghiên cứu loại vật liệu biến tính từ số sản phẩm phụ ngành công nghiệp vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, giá thành rẻ, hiệu cao, thân thiện với môi trường để xử lý nhiễm kim loại nặng Vì vậy, nghiên cứu chế tạo số vật liệu biến tính từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền sẵn có Việt Nam vấn đề khơng có ý nghĩa mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa mặt thực tiễn vô to lớn Các vật liệu dùng xử lý kim loại nặng như: bentonite, tro bay, diatomit, than bùn …Trong tro bay nguồn nguyên liệu quan tâm gia tăng nhà máy nhiệt điện Việt Nam khả tái chế tro bay để ứng dụng xử lý mơi trường Với hướng này, tiết kiệm chi phí, thân thiện mơi trường khả áp dụng vào thực tiễn cao Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu biến tính từ tro bay để xử lý Cadimi Chì nước ô nhiễm” lựa chọn thực với mục tiêu nghiên cứu biến tính tro bay từ nhà máy nhiệt điện để ứng dụng xử lý Cd Pb nước bị ô nhiễm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Tro bay d=3.342 600 500 d=14.313 d=1.3746 d=1.4073 d=1.4689 d=1.5409 d=1.5257 d=1.5108 d=1.5982 d=1.7156 d=1.6989 d=1.7629 d=1.8416 d=1.8182 d=1.9811 d=1.9502 d=1.9223 d=2.2058 d=2.1210 d=2.2852 d=2.4554 d=2.4009 d=2.8806 d=2.7015 d=2.6589 d=2.6126 d=2.5441 d=2.9387 d=2.7879 d=3.049 d=3.393 d=4.415 d=4.267 d=4.807 100 d=5.733 d=5.409 d=8.834 200 d=3.805 300 d=7.549 Lin (Cps) 400 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Trang-Moitruong-Tro bay(27-5-2011).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/26/11 08:33:17 38-0237 (*) - Sodium Aluminum Silicate Hydrate Zeolite X, (Na) - Na2Al2Si2.5O9·6.2H2O/Na2O·Al2O3·2.5SiO2·6.2H2O - Y: 67.27 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 94.14 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 15-0776 (I) - Mullite, syn - Al6Si2O13 - Y: 35.48 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Hình 3.6 Phổ XRD vật liệu biến tính từ tro bay Phổ nhiễu xạ tia X tro bay nhà máy Nhiệt điện Phả Lại có số lượng đỉnh khơng nhiều Tro bay chứa thành chủ yếu silic vơ định hình, quartz (SiO2) mullit (Al6Si2O13) Đối với hỗn hợp vật liệu tro bay sau biến tính cho phổ nhiễu xạ tia X có thêm nhiều đỉnh so với mẫu tro bay ban đầu xuất zeolit đặt tên Na-P2 (S Hansen, U H˚ akansson and L Făalth, 1989 [45]) (vi mt lng tng i ln (hỡnh 3.6), nguyên nhân làm tăng khả trao đổi cation (CEC) Tro bay sau biến tính Ngồi thành phần quartz cịn xuất thêm đỉnh đặc trưng mullite (Al6Si2O13) Phổ nhiễu xạ tia X zeolit có đường phẳng so với tro bay điều giải thích pha vơ định hình có tro bay bị hịa tan NaOH 3N Kết chụp SEM sau: 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.7 Hình thái tro bay ban đầu sau biến tính 3.2 Khảo sát khả hấp phụ Pb2+, Cd2+ nước ô nhiễm vật liệu zeolit tổng hợp từ tro bay 3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ Pb2+ nước ô nhiễm vật liệu tro bay sau biến tính  Khả hấp phụ Pb2+ Tiến hành khảo sát khả hấp phụ Pb2+ nước ô nhiễm với mức nồng độ (100, 300, 600,…3600 mg/l) khoáng tro bay tự nhiên tro bay sau biến tính thu kết bảng 3.6,bảng 3.7 đồ thị hình 3.8 Bảng 3.6 Khả xử lý Pb2+ tro bay tự nhiên Nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu(mg/l) 100 300 600 900 1200 1500 1800 Nồng độ dung dịch Pb2+ sau xử lí (mg/l) 6,09 27,6 42,8 80,5 236,1 556,3 1327,8 Tỷ lệ phần trăm xử lí (%) 93,9 90,8 92,9 91,1 80,3 62,9 26,2 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 3.7 Khả xử lý Pb2+ tro bay sau biến tính Nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu(mg/l) 2100 2400 2700 3000 3300 3600 Nồng độ dung dịch Pb2+ sau xử lí (mg/l) 30,4 71,85 115,9 145,9 168,1 217,5 Tỷ lệ phần trăm xử lí (%) 98,6 97,0 95,7 95,1 94,9 94,0 Khả xử lý Pb tro bay tự nhiên sau biến tính 120 y = -.002.842x + 103.977.698 R² = 933.104 Tỉ lệ xử lý (%) 100 80 60 Mẫu tro tính Mẫu tro bay tự nhiên 40 20 00 1000 2000 3000 4000 Nồng độ Pb (mg/l) Hình 3.8 Khả xử lý Pb2+ tro bay tự nhiên sau biến tính Đối với mẫu tro bay tự nhiên, tỷ lệ xử lý Pb2+ nồng độ từ 100- 1800 mg/l giảm từ 93,9 % - 26,2 % Đối với mẫu tro bay sau biến tính, tỷ lệ xử lý Pb2+ nồng độ từ 2100- 3600 mg/l giảm từ 98,6 % đến 94,0% Mẫu tro bay tự nhiên xử lý nồng độ Pb2+ 1800mg/l đạt 26,2%.Mặt khác, mẫu tro bay sau biến tính xử lý nồng độ Pb2+ 2100mg/l đạt 98,6% Như vậy, khả xử lý Pb2+ mẫu tro tính tốt Ảnh hưởng nồng độ Pb2+ ban đầu tới hiệu suất xử lý: Từ số liệu thực nghiệm bảng 3.7, xác định số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Chì sau:  53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 3.8 Nồng độ Pb2+ sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu(mg/l) Nồng độ dung dịch Pb2+ sau xử lý, Ce (mg/l) Lượng chất bị hấp phụ, Qe (mg/g) Ce/Qe (gPb/l) 2100 30,4 2.069,60 0,014689 2400 71,85 2.328,15 0,030861 2700 115,9 2.584,10 0,044851 3000 145,9 2.854,10 0,051119 3300 168,1 3.131,90 0,053673 3600 217,5 3.382,50 0,064302 Thay số liệu thực nghiệm bảng 3.8 vào phương trình (b) thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt chì thể hình 3.9: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Pb 080.000 y = 000.260x + 010.749 R² = 969.070 070.000 Ce/Qe (gP/L) 060.000 050.000 040.000 030.000 020.000 010.000 0.000 50 100 150 200 250 Ce (mgPb/L) Hình 3.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu tro tính Pb 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ đường hấp phụ đẳng nhiệt phương trình hấp phụ (đẳng nhiệt Langmuir) Pb vật liệu tro tính xác định dung lượng hấp phụ cực đại QmaxPb = 3.846,15 mg/g hệ số đặc trưng cho tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ b = 0,0242 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ Cd2+ nước ô nhiễm vật liệu tro bay sau biến tính  Khả hấp phụ Cd2+ Tiến hành khảo sát khả hấp phụ Cd2+ nước ô nhiễm với mức nồng độ (100, 300, 600,…3000 mg/l) khoáng tro bay tự nhiên tro bay sau biến tính thu kết ghi bảng 3.9 ,bảng 3.10 đồ thị hình 3.10 Bảng 3.9 khả xử lý Cd2+ củatro bay tự nhiên Nồng độ dung dịch Cd2+ ban đầu(mg/l) 100 300 600 900 1200 1500 Nồng độ dung dịch Cd2+ sau xử lí (mg/l) 50,2 156,3 325,2 509,5 826,1 1287,8 Tỷ lệ phần trăm xử lí (%) 49,8 47,9 45,8 43,4 31,2 14,1 Bảng 3.10 khả xử lý Cd2+ tro bay sau biến tính Nồng độ dung dịch Cd2+ ban đầu(mg/l) 1200 1500 1800 2100 2400 2700 Nồng độ dung dịch Cd2+ sau xử lí (mg/l) 22,9 115,7 214,9 430,8 710,6 860,8 Tỷ lệ phần trăm xử lí (%) 98,1 92,3 88,1 79,5 70,4 68,1 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khả xử lý Cd tro bay tự nhiên sau biến tính 120 y = -0.021x + 124.3 R² = 0.980 Tỷ lệ xử lý (%) 100 80 60 Tro bay tự nhiên 40 Tro bay sau biến tính 20 00 500 1000 1500 2000 2500 3000 Nồng độ dung dịch Cd (mg/l) Hình 3.10 Khả xử lý Cd2+ tro bay tự nhiên sau biến tính Đối với mẫu tro bay tự nhiên, tỷ lệ xử lý Cd2+ nồng độ từ 100- 1500 mg/l giảm từ 49,8% đến 14,2 % Đối với mẫu tro bay sau biến tính, tỷ lệ xử lý Cd2+ nồng độ từ 1200- 2700 mg/l giảm từ 98,1 % đến 68,1% Mẫu tro bay tự nhiên xử lý nồng độ Cd2+ 1500 mg/l đạt 14,1 % mẫu tro tính đạt 92,3 % Như vậy, khả xử lý Cd2+ mẫu tro tính cao nhiều so mẫu tro bay tự nhiên  Ảnh hưởng nồng độ Cd2+ ban đầu tới hiệu suất xử lý: Từ số liệu thực nghiệm bảng 3.10, xác định số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Cadimi sau: 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 3.11 Nồng độ Cd2+ sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nồng độ dung dịch Cd2+ ban đầu(mg/l) 1200 Nồng độ dung dịch Cd2+ sau xử lý, Ce (mg/l) 22,90 1500 115,70 1800 214,90 2100 430,80 2400 710,60 2700 860,80 Lượng chất bị hấp phụ, Qe (mg/g) Ce/Qe (gCd/l) 1.177,10 1.384,30 1.585,10 1.669,20 1.689,40 1.839,20 0,019455 0,083580 0,135575 0,258088 0,420623 0,468030 Thay số liệu thực nghiệm bảng 3.11 vào phương trình (b) thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt chì thể hình 3.11: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Cd 60.000 y = 000.544.001x + 017.307.904 R² = 995.552.875 Ce/Qe (g/l) 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0.000 200 400 600 800 1000 Ce (mg/l) Hình 3.11 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuirbởi vật liệu tro tính Cadimi 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ đường hấp phụ đẳng nhiệt phương trình hấp phụ (đẳng nhiệt Langmuir) Cd vật liệu tro tính xác định dung lượng hấp phụ cực đại QmaxCd = 1.838,24 mg/g hệ số đặc trưng cho tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ b = 0,0314 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Từ kết khảo sát nghiên cứu cho phép rút số kết luận sau: - Tro bay biến tính điều kiện thí nghiệm với dung dịch NaOH 3N, khuấy từ nhiệt độ 1500C 24h, tạo vật liệu biến tính có CEC = 170 mdl/100g gấp 5,7 lần so với tro bay ban đầu (CEC = 30 mdl/100g đất) Như vậy, biến tính tạo vật liệu có khả trao đổi cation cao so với tro bay ban đầu - Đối với zeolit tổng hợp từ tro bay cho phổ nhiễu xạ tia X có thêm nhiều đỉnh so với mẫu tro bay ban đầu xuất zeolit Na-P2 với lượng tương đối lớn, nguyên nhân làm tăng CEC tro bay sau biến tính Ngồi thành phần quartz cịn xuất thêm đỉnh đặc trưng mullite (Al6Si2O13) - Kết khảo sát khả hấp phụ Pb2+, Cd2+ nước ô nhiễm mẫu tro bay tự nhiên tro tính, cho thấy, khả hấp phụ kim loại nặng tro tính (Đối với Pb2+ 2100 mg/l đạt 98,6 % Cd2+ 1200mg/l đạt 98,1 %) cao so với mẫu tro bay tự nhiên - Dung lượng hấp phụ cực đại tro tính Chì QmaxPb = 3.846,15 mg/g hệ số đặc trưng cho tương tác vật liệu hấp phụ chì b = 0,0242 - Dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu biến tính từ tro bay Cadimi QmaxCd = 1.838,24 mg/g hệ số đặc trưng cho tương tác vật liệu hấp phụ Cadimi b = 0,0314 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến nghị Trong nghiên cứu này, dừng lại việc tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm, kết thu kết ban đầu Để có đánh giá kỹ sử dụng vật liệu làm chất hấp phụ cần phải khảo sát sâu Để xác định rõ hiệu hấp phụ vật liệu biến tính từ tro bay Pb, Cd gần với điều kiện thực tế, cần thực thí nghiệm với loại nước thải khác nhau, cụ thể với nước phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt Ngoài ra, cần nghiên cứu khả hấp phụ tro tính với kim loại nặng mối tương tác kim loại với tương tác kim loai nặng với vật liệu hấp phụ hợp phần khác trong nước Khảo sát khả hấp phụ vật liệu tổng hợp với nhiều đối tượng khác tích điện dương (như NH4+, cáckim loại nặng khác,…) Nghiên cứu phương pháp biến tính khống tro bay khác so sánh, chọn phương pháp thích hợp Bên cạnh đó, tro bay cần quan tâm, nghiên cứu ứng dụng để tránh tình trạng lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên có “tiềm lớn” 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bùi Hải An, (2010), “Nghiên cứu khả hấp phụ Cadimi chì đất bentonite than bùn”, Luận văn thạc sỹ khoa học môi trường, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Huy Bá (chủ biên) (2008), Độc học môi trường bản, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Lê Huy Bá (2006), Độc học môi trường (phần chuyên đề), NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Bộ Tài nguyên môi trường (2010), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia môi trường năm 2010, NXB Lao động, Hà Nội Đặng Kim Chi, Hoá học môi trường, NXB khoa học kỹ thuật –2001 Nguyễn Đức Chuy, Trần Thị Mây, Nguyễn Thị Thu (2002) Nghiên cứu chuyển hóa tro bay thành sản phẩm chứa zeolit số tính chất đặc trưng chúng Tạp chí khoa học – ĐH Sư phạm Hà Nội, (4), tr 1-4 Tạ Ngọc Đơn, Hồng Trọng m (2004) Nghiên cứu chuyển hóa kaolin thành zeolit NaY - ứng dụng làm xúc tác số phản ứng hóa học Tạp chí Hóa học, (42), tr 293 – 297 Tạ Ngọc Đôn, Nguyễn Thị Thoa, Vũ Đào Thắng (2006) Nghiên cứu tổng hợp Zeolit NaX số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp Zeolit NaX từ Phlogopit Tạp chí Hóa học, (44), tr 30 - 34 Lê Đức (2004), Nguyên tố vi lượng – Bài giảng lưu hành nội bộ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Đỗ Thu Hà, Phạm Quang Hà (2008), “Chì tổng số mối quan hệ với số tính chất lý hóa học đất phù sa sơng Hồng”, Tạp chí khoa học đất, (30), tr 16 – 19 11 Nguyễn Xuân Hải Bước đầu nghiên cứu tính chất tro bay ảnh hưởng đến tính chất đất thực vật Khoa học đất, 28/2007 -1- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 Nguyễn Xuân Hải, Dương Tú Oanh (2006), “Bước đầu nghiên cứu ô nhiễm môi trường nông nghiệp xã Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội đề xuất biện pháp giảm thiểu”, Tạp chí khoa học đất, (26), tr 124 – 128 13 Nguyễn Xuân Hải, (1996), Cải tạo đất nhà kính chất hấp phụ, Luận án tiến sỹ khoa học Thổ nhưỡng, Matxcơva 14 Nguyễn Xuân Hải, (2012), “Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài Nghiên cứu động thái cố định kim loại nặng có độc tính cao (Cd Pb) đất nhiễm hợp chất hấp phụ tự nhiên”, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 15 Nguyễn Xuân Huân (2013), “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu sắt nano (Fe0) để xử lý ô nhiễm phốt nước” Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 16 Nguyễn Thị Đức Hạnh, (2002), “Một số loại Bentonite Việt Nam ứng dụng cải tạo đất”, Luận văn thạc sỹ khoa học môi trường, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 17 Nguyễn Thị Thanh Huyền, Nguyễn Văn Hạnh, Trần Văn Lùng (2006) Nghiên cứu công nghệ chế biến bột trợ lọc từ quặng điatomit mỏ Hòa Lộc, Phú Yên; Khoa học công nghệ mỏ, (2), tr 12 - 15 18 Nguyễn Thị Lan Hương (2006), “Hàm lượng kim loại nặng đất khu cơng nghiệp Hà Nơi”, Tạp chí khoa học đất, (26), tr 129 – 131 19 Lê Văn Khoa (1994), Môi trường ô nhiễm, NXB Giáo dục, Hà Nội 20 Lê Văn Khoa, Lê Đức nnk (2000), Phương pháp phân tích đất – nước – phân bón – trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội 21 Bùi Thị Phương Loan, Nguyễn Quang Hải, Kazuhiko Egashira (2009), “So sánh khả hấp thu kim loại nặng đất phù sa đất xám bạc màu thành phố Hà Nội, Việt Nam”, Kết nghiên cứu khoa học Viện Thổ Nhưỡng nơng hóa, 5, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, tr.466 – 476 22 Võ Văn Minh (2007), Khẳ hấp thụ Cd, Pb, Cr đất cỏ Vetiver, Tạp chí Khoa học Đất số 27/2007 -2- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 23 Nguyễn Ngọc Minh, Đào Châu Thu (2010), Khoáng học đất môi trường, Bài giảng lưu hành nội bộ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 24 Trịnh Thị Thanh nnk (2001), Độc học môi trường sức khỏe người, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 25 Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị Thanh Thúy (2007) Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng bùn thải cơng nghiệp Tạp chí phát triển khoa học công nghệ tập 10, số 01 năm 2007 26 Hà Mạnh Thắng, Phạm Quang Hà, Lê Thị Thủy nnk (2009), “Hàm lượng Cadimi số loại đất Việt Nam độc học Cadimi với môi trường sinh thái”, Kết nghiên cứu khoa học Viện Thổ Nhưỡng nơng hóa, 5, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội, tr 451 - 465 27 Nguyễn Thị Quỳnh Trang, (2011), “Nghiên cứu khả hấp phụ cadimi chì đất nhiễm vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, Luận văn thạc sỹ khoa học môi trường, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 28 Nguyễn Nhật Quang, “Xử lý kim loại nặng nước thải”, Đồ án tốt nghiệp, CNMT B K44 29 Nguyễn Công Vinh, Ngô Đức Minh (2007), “Ảnh hưởng ô nhiễm từ làng nghề đến tích lũy Cadimi kẽm đất lúa lúa số vùng đồng sông Hồng”, Tạp chí khoa học đất, (27), tr.103 – 109 30 Tạp chí bảo vệ mơi trường số 1- 2000 Tiếng anh 31 Alloway B J (1990), Heavy metals in soils, Blackie, London 32 Bayat B (2002) Comparative study of adsorption properties of Turkish fly ashes II The case of chromium(VI) and cadmium(II) J Hazard Mater, 3898, 1–16 33 Barrer R.M (1982) Hydrothermal chemistry of zeolites.Academic Press -3- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 34 Baydina N.L (1996) Inactivation of heavy metals by humus and zeolites in industrially contaminated soils.Eurasian Soil Sci 28:96–105 35 Bliznakov, G and E Gocheva (1978) Physicochemical properties of some Bulgarian Kieselguhrs: II Adsorption properties of some Bulgarian Kieselguhrs Izv Khim., 11: 142-152 36 Breck D W (1974) Zeolite and molecular sieve, structure, chemistry and use New York John Willey and sons 37 Brummer G W (1986), “Heavy metal species, mobility and availability in soils”, in the importance of chemical speciation in environmental processes, Dahlem Konferenzen, Berlin, p 169 – 192 38 Brummer G W., Herms U (1983), “Influence of soil reaction and organic matter on solubility of heavy metals in soils”, in Effects of accumulation of air polllutants in forest ecosystems, D Reidel publishing company, Dordrecht, Germany, p.233 – 243 39 Hamidpour M., Kalbasi M, Afyuni M., Shariatmadari H., Holm P.E., Hansen H.C.B (2010) Sorption hysteresis of Cd(II) and Pb(II) on natural zeolite and bentonite Journal of Hazardous Materials, 181 (1-3), 686-691 40 Henmi T (1987) Synthesis of hydroxi-sodalite (“zeolite”) from waste coal ash Soil Sci Plant Nutri 33, 517-521 41 Iler, R.K., 1979 The Chemistry of Silica Wiley, New York 866 pp IUPAC, 1994 In: Rouquérol, J.,Avnir, D., Fairbridge,C.W., Everett, D.H., Haynes, J.H., Pernicone,N.,Ramsay, J.D.F., Sing,K.S.W., Unger, K.K (Eds.), Recommendations for the Characterisation of Porous Solids (Recommendations 1994) Pure & Appl Chem., vol 66, p 1739 42 Jutmas Juntaramitree (1999) “The feasibility of removing heavy metals from sewage sludge for agricultural applications using fly ash and bottom ash”, The degree of master of science, Asian Institute of Technology School of Environment, Resource and Development Bangkok, Thailand.iii, 22-34] 43 Lindsay W.L (1979), Chemical equilibria in soil, Wiley, Newyork -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 44 Mattigod S V., Sposito G., Page L A (1981), “Factors affecting the solubilities of trace metals in soils”, In American Society of Agronomy and American Soil science Society special publication, Chemistry in the soils environment, Wisconsin, USA, (40), p 203 – 221 45 Mc Bride M B (1989), “Reactions controlling heavy metal solubility in soil”, Advanced in soil science, (10), p 1-56 46 Mendioroz, S., M.J Belzunce and J.A Pajares, 1989 Thermogravimetric study of diatomites J.Thermal Anal Calorimetry, 35: 2097-2104 47 Ming D.W., Lofgren G.E (1990) Crystal morphologies of mineral formed by hydrothermal alteration of synthetic lunar basaltic glass In: LA Douglas (Editor) Soil micromorphology: A basic and Apllied Science, Elsevier, Amsterdam, 463-470 48 Murayama N., Yamamoto H., Shibata J (2002) Mechanism of zeolit synthesis from coal fly ash by alkali hydrothermal reaction Int J Miner Process, 64, 1-17 49 Murer, A.S., E Mobil, K.L Mc-Clennen, T.K Ellison and E Mobil et al., 2000 Steam injection project in heavy-oil diatomite SPE Reservoir Evaluation Eng., 3: 2-12 50 Nriagu j.O., Pacyna J M (1988), “Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals”, Nature, (333), p 134 – 139 51 Ollier C.(1984), “Weathering”, Geomorphology texts, 2nd edition, (2), Longman, London 52 Paschen, S., 1986 Diatomaceous earth extraction, processing and application Erzmetall, 39: 158-161 53 Pendias Alina Kabata (2000), Trace elements in Soil and Plants, 3rd edition, CRC Press, New York 54 Plant J.A., Raiswell R (1983), “Principles of environmental geochemistry”, Applied environmental geochemistry, Academic Press, London, p.1 – 39 -5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 55 Rieuwerts J.S., Ashmore M.R., Farrago M.E., Thornton I (2006), “The influence of soil characteristics on the extractability of Cd, Pb and Zn in upland and moorland soils”, Science of total environment, (366), p 864 875 56 Ross Sheila (1994), Toxic metals in soils – Plants systems, John Wiley & Son Press, New York 57 Roy W.R., Thiery R.G., Schuller R.M., Suloway J.J (1981) Coal fly ash: a review of the literature and proposed classification system with emphasis on environmental impacts Environmental geology notes 96 Champaign, IL: Illinois State Geological Survey Slack, A.V (1981), “Control of Pollution from Combustion Processes: Chemistry of Coal Utilization, second supplementary volume” A Wiley - Interscience Publication, Canada 58 Slack, A.V (1981), “Control of Pollution from Combustion Processes: Chemistry of Coal Utilization, second supplementary volume” A Wiley Interscience Publication, Canada 59 Sposito G (1983), “The chemical form of trace metals in soils”, Applied environmental geochemistry, p 123 – 170, Academic Press Geology series, London 60 Zhaolun, W., Y Yuxiang, Q Xuping, Z Jianbo, C Yaru and N Linxi, 2005 Decolouring mechanism of zhejiang diatomite application to printing and dyeing wastewater Environ Chem Lett., 3: 33-37 -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... - LÊ SỸ CHUNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ CADIMI VÀ CHÌ TRONG NƯỚC Ơ NHIỄM Chun ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG... tượng nghiên cứu 2.1.2.1 Vật liệu biến tính từ tro bay Tro bay sử dụng để biến tính lấy từ nhà máy Nhiệt điện Phả Lại Vật liệu tổng hợp từ tro bay biến tính theo phương pháp kết tinh thủy nhiệt môi... ứng dụng xử lý môi trường Với hướng này, tiết kiệm chi phí, thân thiện môi trường khả áp dụng vào thực tiễn cao Do đó, đề tài ? ?Nghiên cứu sử dụng vật liệu biến tính từ tro bay để xử lý Cadimi Chì