Phần I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển của khoa học kĩ thuật mà đặc biệt là ngành hóa học luôn luôn tỉ lệ thuận với những nguy cơ ô nhiễm do chất thải, hóa chất độc hại bị xả trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý. Điều này làm cho môi trường không còn khả năng tự cân bằng nữa, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, làm cho chất lượng sống ngày càng giảm sút. Tình trạng ô nhiễm môi trường do chất thải hóa học, trong đó có hóa chất tồn dư trong các phòng thí nghiệm không qua xử lý ở nước ta hiện nay đã lên đến mức báo động, làm cho môi trường xung quanh bị ô nhiễm nghiêm trọng. Trước tình hình đó, yêu cầu bức thiết được đặt ra là cần phải làm thế nào để giữ được một môi trường trong sạch. Để ngăn ngừa sự ô nhiễm môi trường đang bùng phát như hiện nay, người ta đã chú trọng đến việc cải tiến, áp dụng các công nghệ sạch, ít chất thải vào trong sản xuất nhằm giảm thiểu sự phát thải ra môi trường. Bên cạnh đó việc áp dụng một số biện pháp kỹ thuật trong xử lý các chất thải (gồm bã thải rắn, nước thải và khí thải…) là một việc làm rất cần thiết trong nhiệm vụ bảo vệ môi trường. Trong các phòng thí nghiệm ở các trường học nói chung và trung học phổ thông nói riêng hiện nay có nhiều hóa chất tồn dư có từ lâu đời đã bị biến chất hoặc mất nhãn không còn sử dụng được nữa, chưa được tiêu hủy hoặc tiêu hủy không đúng cách đã ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, do đó chúng phải được tiêu hủy. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tiêu hủy hóa chất được đưa ra như: Phương pháp vật lý, phương pháp hóa học,… mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược đểm nhất định. Với đa số hóa chất vô cơ tồn dư thì tiêu hủy bằng phương pháp hóa học được cho là thích hợp nhất. Xuất phát từ thực tế trên, trong đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu chúng em tiến hành “Nghiên cứu xử lý một số hóa chất vô cơ tồn dư trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp kết tủa và trung hòa” để có thể loại bỏ các hóa chất độc hại tồn dư trong phòng thí làm cho môi trường trong sạch hơn
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT NGUYỄN GIA THIỀU Quận Long Biên, Hà Nội ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015) Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MỘT SỐ HĨA CHẤT VƠ CƠ TỒN DƯ TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA VÀ TRUNG HỊA Lĩnh vực: Khoa học môi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS Phạm Thanh Hương Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Gia Thiều TÁC GIẢ: Trần Trung Hiếu, Lớp 11B1, Trường THPT Nguyễn Gia Thiều Nguyễn Đăng Duy, Lớp 11B1, Trường THPT Nguyễn Gia Thiều Hà Nội, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC Phần I LÍ DO CHỌN ĐÈ TÀI Phần II TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu .4 2.1.1 Cơ sở lí thuyết 2.1.2 Cơ sở thực tiễn 2.2 Điểm đề tài 2.3 Tính sáng tạo đề tài Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Chương 1: THỰC NGHIỆM .5 3.1.1 Hóa chất 3.1.2 Dụng cụ 3.1.3 Khảo sát kết tủa ion kim loại giá trị pH khác 3.1.4 Kết luận chương Chương 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.2.1 Sơ đồ thiết bị xử lý hóa chất vơ tồn dư phương pháp kết tủa trung hòa 3.2.2 Mơ hình thiết bị xử lý hóa chất vô tồn dư phương pháp kết tủa trung hòa 10 3.2.3 Quy trình xử lý 11 3.2.4 Kết xử lý 11 3.2.5 Kết luận chương 12 3.2.6 Hướng nghiên cứu 12 Phần IV KẾT LUẬN 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 Phụ lục 15 Phần I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển khoa học kĩ thuật mà đặc biệt ngành hóa học ln ln tỉ lệ thuận với nguy nhiễm chất thải, hóa chất độc hại bị xả trực tiếp môi trường mà không qua xử lý Điều làm cho môi trường khơng cịn khả tự cân nữa, dẫn đến tình trạng nhiễm mơi trường ngày gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người, làm cho chất lượng sống ngày giảm sút Tình trạng ô nhiễm môi trường chất thải hóa học, có hóa chất tồn dư phịng thí nghiệm không qua xử lý nước ta lên đến mức báo động, làm cho môi trường xung quanh bị nhiễm nghiêm trọng Trước tình hình đó, yêu cầu thiết đặt cần phải làm để giữ môi trường Để ngăn ngừa ô nhiễm môi trường bùng phát nay, người ta trọng đến việc cải tiến, áp dụng công nghệ sạch, chất thải vào sản xuất nhằm giảm thiểu phát thải mơi trường Bên cạnh việc áp dụng số biện pháp kỹ thuật xử lý chất thải (gồm bã thải rắn, nước thải khí thải…) việc làm cần thiết nhiệm vụ bảo vệ môi trường Trong phịng thí nghiệm trường học nói chung trung học phổ thơng nói riêng có nhiều hóa chất tồn dư có từ lâu đời bị biến chất nhãn khơng cịn sử dụng nữa, chưa tiêu hủy tiêu hủy không cách ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, chúng phải tiêu hủy Hiện có nhiều phương pháp tiêu hủy hóa chất đưa như: Phương pháp vật lý, phương pháp hóa học,… phương pháp có ưu, nhược đểm định Với đa số hóa chất vơ tồn dư tiêu hủy phương pháp hóa học cho thích hợp Xuất phát từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu chúng em tiến hành “Nghiên cứu xử lý số hóa chất vơ tồn dư phịng thí nghiệm phương pháp kết tủa trung hịa” để loại bỏ hóa chất độc hại tồn dư phịng thí làm cho mơi trường Phần II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1.1 Cơ sở lý thuyết Để xử lý hóa chất vơ tồn dư phịng thí nghiệm, phương pháp thường dùng phương pháp hóa học Đối với hóa chất vơ ion kim loại phương pháp hóa học kết hợp phương pháp kết tủa trung hịa mang lại hiệu cao Phương pháp hóa học phương pháp chuyển hóa chất độc hại thành chất khí, chất tan chất khơng độc hại cách thêm hóa chất Cơ sở phương pháp hóa học phản ứng trung hịa, tạo phức, kết tủa, phản ứng ơxi hóa khử hóa học điện hóa Nguyên tắc phương pháp dựa vào phản ứng hóa học chuyển chất thải nguy hại dạng không nguy hại, bao gồm phương pháp chủ yếu như: a Phương pháp kết tủa Nguyên tắc chung: thêm tác nhân tạo kết tủa vào dung dịch nước, điều chỉnh pH môi trường để chuyển ion cần tách dạng hợp chất tan, tách khỏi dung dịch dạng kết tủa b Phương pháp trung hoà Nguyên tắc chung thực số phản ứng trung hoà axit bazơ để đưa mơi trường trung tính trước thải mơi trường Tuỳ hồn cảnh việc trung hồ cách sau: 2.1.2 Cơ sở thực tiễn Trong phịng thí nghiệm hệ thống trường học có nhiều óa chất tồn dư từ lâu đời bị biến chất nhãn không sử dụng để thí nghiệm, chúng phải tiêu hủy Bao gồm hóa chất nhãn hóa chất để lâu ngày bị biến chất hóa chất chưa có biện pháp tiêu hủy tiêu hủy không cách 2.2 Điểm đề tài Đã xử lý thành cơng số hóa chất vơ tồn dư phịng thí nghiệm có từ lâu đời kết hợp phương pháp kết tủa trung hịa mà chưa có biện pháp xử lý chúng 2.3 Tính sáng tạo đề tài Tận dụng lượng hóa chất vơ tồn dư axit, bazơ cần xử lý để làm chất để kết tủa ion kim loại để trung hòa mà khơng cần đưa thêm hóa chất có cần sử dụng hóa chất hóa chất rẻ tiền Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Chương 1: THỰC NGHIỆM 3.1.1 Hóa chất - Hóa chất dùng trung hịa điều chỉnh pH: Ca(OH)2; HCl - Hóa chất dùng làm thí nghiệm: CuSO4; ZnSO4; FeCl3; CrCl3; AlCl3; MgCl2; FeCl2 ; … 3.1.2 Dụng cụ - Cốc thuỷ tinh - Đũa thuỷ tinh - Pipet loại - Phễu lọc loại - Giấy lọc - Giấy thị vạn 3.1.3 Khảo sát kết tủa ion kim loại giá trị pH khác Trong phương pháp kết tủa, dạng kết tủa thường sử dụng để tách kim loại nặng khỏi dung dịch hydroxit Với trình kết tủa hydroxit kim loại pH dung dịch có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành hay hịa tan Bằng việc tính tốn lý thuyết kết hợp với làm thực nghiệm biết khoảng pH cần thiết để kết tủa cho ion kim loại Ngồi có số ion kim loại tạo thành hydroxit kim loại lưỡng tính Cr3+, Al3+ … hydroxit tan mơi trường axit kiềm Vì việc chọn khoảng pH thích hợp cho kim loại quan trọng, đảm bảo cho việc tách kim loại dạng hydroxit triệt để Dưới bảng Ảnh hưởng pH đến tạo thành hòa tan kết tủa số ion kim loại thường gặp phịng thí nghiệm Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH đến tạo thành kết tủa ion kim loại ion kim loại Fe3+ Cr3+ Al3+ Ni2+ Zn2+ Fe2+ Cu2+ Mg2+ pH bắt đầu kết tủa 2,3 4,9 7,7 6,4 7,5 pH kết tủa hoàn toàn 4,1 6,8 5,2 9,5 8,0 9,7 9,0 10 Căn vào khoảng kết tủa ion kim loại bảng trên, nhóm nghiên cứu tiến hành làm thí nghiệm kiểm tra đánh giá kết khoảng giá trị pH từ - từ từ - 10 sau: 3.1.3.1 Thực nghiệm kết tủa ion kim loại pH khoảng từ - Hòa tan muối: CuSO4; ZnSO4; FeCl3; CrCl3; AlCl3; MgCl2; FeCl2 muối có khối lượng gam vào cốc thủy tinh có dung tích 1000ml Sau tiến hành kiểm tra pH dùng Ca(OH)2 HCl để điều chỉnh pH khoảng từ - Với mục đích kết tủa số ion kim loại như: Fe3+; Al3+; Cr3+ Sau thời gian, kết tủa lắng xuống, lọc bỏ kết tủa, lấy phần nước lọc gửi mẫu phân tích phịng phân tích mơi trường, viện Hóa hoc cơng nghiệp Việt Nam, kết thu kết sau: Bảng 3.2 Kết hàm lượng ion trước sau thực nghiệm pH khoảng từ - Cation Kim loại Fe3+ Al3+ Cr3+ Cu2+ Zn2+ Trước xử lí (mg/l) 345 202 328 400 403 Sau xử lí (mg/l) 0,5 0,14 0,04 39,1 41,0 QCVN 40:2011 BTNMT (cột A) 0,2 Mg2+ 252 154,2 - Từ kết trên, vẽ biểu đồ so sánh hàm lượng ion trước sau làm thí nghiệm sau: Hình 3.1 Biểu đồ so sánh hàm lượng ion trước sau thực nghiệm pH khoảng từ - Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.2 hình 3.1 ta thấy: - Ở khoảng pH Các ion Fe3+, Al3+ Cr3+ kết tủa gần hết (đạt tiêu chẩn A nước thải công nghiệp: QCVN 40:2011 BTNMT) - Một phần ion Cu2+, Zn2+ Mg2+ kết tủa theo, nhiên hàm lượng ion lớn (lớn nhiều so với quy chuẩn A nước thải công nghiệp: QCVN 40:2011 BTNMT), chúng cần xử lý tiếp khoảng pH cao 3.1.3.2 Thực nghiệm kết tủa ion kim loại pH khoảng từ - 10 Một phần nước lọc thí nghiệm (pH khoảng từ – 6) cho vào cốc có dung tích 500 ml sau dùng Ca(OH)2 để điều chỉnh pH lên khoảng từ - 10 Với mục đích kết tủa ion kim loại cịn lại như: Cu2+, Zn2+, Mg2+ Pb2+,… Sau thời gian, ion kim loại lại kết tủa hết lắng xuống, lọc bỏ kết tủa, lấy nước lọc gửi phân tích phịng phân tích mơi trường, viện Hóa hoc cơng nghiệp Việt Nam, kết thu kết sau: Bảng 3.3 Kết hàm lượng ion trước sau thực nghiệm pH khoảng từ – 10 Cation Trước xử lí Sau xử lí QCVN 40:2011 kim loại (mg/l) (mg/l) BTNMT (cột A) Fe3+ 0,5