1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢƠNG ĐẮC CHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA VỎ TRẤU BIẾN TÍN[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢƠNG ĐẮC CHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA VỎ TRẤU BIẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢƠNG ĐẮC CHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA VỎ TRẤU BIẾN TÍNH Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TRUNG Hà Nội - 2012 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN I.1 Sơ lƣợc số kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Tính chất độc hại kim loại nặng: Cadimi, đồng, kẽm chì 1.1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải chứa ion kim loại nặng 1.2 Giới thiệu phƣơng pháp tách kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa 1.2.2 Phương pháp keo tụ 1.2.3 Phương pháp trao đổi ion 1.2.4 Phương pháp hấp phụ 1.3 Giới thiệu vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 11 1.3.1 Giới thiệu chung 11 1.3.2 Giới thiệu vật liệu vỏ trấu 16 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 19 2.1 Dụng cụ, thiết bị Hóa chất 19 2.1.1 Dụng cụ 19 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 19 2.1.3 Hóa chất 19 2.2 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ 20 2.2.1.Chuẩn bị trấu: 20 2.2.2 Làm vỏ trấu 20 2.2.3 Chuẩn bị EDTAD từ EDTA 20 2.2.4 Biến tính vỏ trấu EDTAD 21 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Xác định đặc trƣng vật liệu vỏ trấu biến tính 22 3.1.1 Khảo sát thông số vật lí vỏ trấu biến tính 22 3.2 Khảo sát điều kiện đo phổ máy AAS-680 24 3.2.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ 24 3.2.2 Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) 26 3.2.3 Khảo sát độ rộng khe đo 26 3.2.4 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu 27 3.2.5 Khảo sát tốc độ dẫn khí axetilen 28 3.2.6 Khảo sát ảnh hưởng loại axit nồng độ axit 29 3.2.7 Khảo sát chất cải biến 30 3.3 Khảo sát khoảng tuyến tính dựng đƣờng chuẩn xác định kim loại: kẽm; đồng; cadimi chì 32 3.3.1 Khảo sát xác định khoảng tuyến tính Zn; Cu; Cd Pb 32 3.3.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện(LOD) giới hạn định lượng( LOQ) kim loại 35 3.4 Khảo sát trình hấp phụ ion kim loại (Zn2+; Cu2+; Cd2+; Pb2+) vật liệu theo phƣơng pháp tĩnh 40 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại (Zn 2+; Cu2+; Cd2+; Pb2+) vật liệu…………………………………………… 40 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại Zn2+; Cu2+; Cd2+; Pb2+ vật liệu vật liệu chưa biến tính 45 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hấp phụ vật liệu …………………………………………………………………….48 3.4.4 Xác định mơ hình hấp phụ vật liệu ion kim loại……… 52 3.5 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu (VL1) điều kiện động 54 3.5.1 Chuẩn bị cột chiết pha rắn từ vật liệu 54 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng pH với hấp phụ ion kim loại theo phương pháp động 54 3.5.3 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu theo phương pháp động 56 3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu theo phương pháp động 59 3.5.5: Khảo sát chọn dung dịch rửa giải ion kim loại 60 3.5.6: Khảo sát tốc độ rửa giải: 61 3.5.7: Khảo sát thể tích rửa giải 62 3.5.8 Tiến hành giải cột chiết 63 3.6 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu (VL1) 66 3.7 Phân tích mẫu giả: 67 3.8 Thử nghiệm xử lí mẫu thật 68 Kết luận 70 Tài liệu tham khảo 72 DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Trang Bảng 1.1 Quy đinh giá trị nồng chất ô nhiễm nước thải công nghiệp Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất nước sinh hoạt Bảng 1.3 Thành phần oxit vỏ trấu 16 Bảng 3.1: Kết khảo sát chọn vạch đo phổ kim loại 25 Bảng 3.2: Kết khảo sát cường độ dòng đèn HCL 26 Bảng 3.3 Kết khảo sát khe đo 27 Bảng 3.4: Kết khảo sát chiều cao đèn khí 28 Bảng 3.5 Kết khảo sát tốc độ dẫn khí 29 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng axít 30 Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng chất cải biến 31 Bảng 3.8 Tổng kết điều kiên đo phổ 32 Bảng 3.9 Kết khảo sát khoảng tuyến tính Zn 33 Bảng 3.10 Kết khảo sát khoảng tuyến tính Cu 34 Bảng 3.11 Kết khảo sát khoảngtuyến tính Cd 34 Bảng 3.12 Kết khảo sát khoảng tuyến tính Pb 35 Bảng:3.13 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ ion kim loại vật liệu 42 Bảng: 3.14 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại vật liệu 46 Bảng: 3.15 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ ion kim loại vật liệu biến tính (VL1) 50 Bảng: 3.16 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ ion kim loại vật liệu chưa biến tính (VL2) 51 Bảng 3.17 Các số phương trình hấp phụ Langmuir vật liệu biến tính 53 Bảng 3.18 Các số phương trình hấp phụ Langmuir vật liệu chưa biến tính 54 Bảng 3.19: Kết khảo sát pH theo phương pháp động 54 Bảng 3.20 Khảo sát dung lượng hấp phụ chạy động vật liệu 57 Bảng 3.21 Kết khảo sát tốc độ nạp mẫu 60 Bảng 3.22 Kết rửa giải cột 63 Bảng 3.23 Tính hiệu suất thu hồi .66 Bảng 3.24 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 67 Bảng 3.25: Kết phân tích mẫu giả .68 Bảng 3.26 Kết đo hàm lượng kim loại mẫu ban đầu 69 Bảng 3.27 Kết đo hàm lượng kim loại mẫu sau chạy cột 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN Trang Hình 3.1: Phổ hồng ngoại vỏ trấu chưa biến tính 22 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại vỏ trấu biến tính 23 Hình 3.3: Ảnh chụp bề mặt vỏ trấu trước biến tính 24 Hình 3.4: Bề mặt vật liệu sau biến tính 24 Hình 3.5 Đồ thị xác định khoảng tuyến tính Zn 33 Hình 3.6 Đồ thị xác định khoảng tuyến tính Cu 34 Hình 3.7 Đồ thị xác định khoảng tuyến tính Cd 34 Hình 3.8 Đồ thị xác định khoảng tuyến tính Pb 35 Hình 3.9 Đồ thị đường chuẩn Zn2+ 36 Hình 3.10 Đồ thị đường chuẩn Cu2+ 37 Hình 3.11 Đồ thị đường chuẩn Cd2+ 38 Hình 3.12 Đồ thị đường chuẩn Pb2+ 39 Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại Zn 43 Hình 3.14 Đồ thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại Cu 43 Hình 3.15 Đồ thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại Cd 44 Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại Pb 44 Hình 3.17 Đồ thị ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại Zn 47 Hình 3.18 Đồ thị ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại Cu 47 Hình 3.19 Đồ thị ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại Cd 48 Hình 3.20 Đồ thị ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ ion kim loại Pb 48 Hình 3.21 Đồ thi dung lượng hấp phụ vật liệu VL1 50 Hình 3.22 Đường hấp phụ Langmuir vật liệu VL1 52 Hình 3.23 Đường hấp phụ Langmuir vật liệu VL2 53 Hình 3.24 Đồ thị ảnh hưởng pH dung lượng hấp phụ theo phương pháp động 55 Hình 3.25 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu tới dung lượng hấp phụ vật liệu theo phương pháp động 60 Hình 3.26: Đồ thị khảo sát chọn loại chất rửa giải 61 Hình 3.27 Ảnh hưởng tốc độ rửa giải 62 Hình 3.28 Đồ thị khảo sát thể tích rửa giải 63 Hình 3.29 Đồ thị rửa giải cột 65 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ kinh tế nước vấn đề ô nhiễm môi trường, nguồn nước trở thành vấn nạn nhiều quốc gia Ở nước ta, trình phát triển khu cơng nghiệp, khu chế xuất góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư sản xuất cơng nghiệp, góp phần hình thành khu thị , giảm khoảng cách kinh tế vùng Tuy nhiên, bên cạnh chuyển biến tích cực kinh tế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái khu công nghiệp gây đặc biệt nước phát triển có tốc độ tăng trưởng nhanh nước ta Thực tế, nhiều nhà máy khu cơng nghiệp lợi nhuận trước mắt hàng ngày thải trực tiếp nước thải có chứa ion kim loại nặng với hàm lượng vượt giới hạn cho phép môi trường Hậu việc làm môi trường nhiều khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái sức khỏe người dân Đã có nhiều phương pháp khác nghiên cứu áp dụng để tách loại kim loại nặng khỏi môi trường nước Một phương pháp nhiều người quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp vỏ trấu, bã mía, vỏ lạc…làm vật liệu hấp phụ ion kim loại Phương pháp có ưu điểm sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có khơng đưa thêm vào mơi trường tác nhân độc hại khác Tuy nhiên, hiệu việc sử dụng vật liệu để hấp phụ chưa đạt hiệu mong muốn Trong phụ phẩm phụ phẩm nơng nghiệp có khối lượng lớn nước ta vỏ trấu Hàng năm có khoảng 100 triệu trấu thải phế thải nơng nghiệp, theo phân tích vỏ trấu có chứa 20% khối lượng silic, 10 khơng q ngạc nhiên có nhiều cơng trình tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ sử dụng nguyên liệu từ vỏ trấu để tách, loại kim loại nặng khỏi nguồn nước thải Xuất phát từ lí trên, chọn đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích quang học để đánh giá khả hấp phụ số ion kim loại nặng vỏ trấu biến tính” 11 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc số kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu chung Kim loại có mặt hầu hết đối tượng tự nhiên, tùy thuộc vào chất kim loại mà phân bố dạng tồn tác động chúng khác Các kim loại nói chung kim loại nặng nói riêng có vai trị định sống [20] Đồng (Cu) kim loại nặng nhóm IB, có màu đỏ tương đối phổ biến, vỏ Trái đất chiếm 0,03% tổng số nguyên tử Trong tự nhiên đồng tồn dạng đơn chất hợp chất Ở dạng hợp chất chủ yếu quặng: Chancopirit (Cu2S) chứa 79,8% Cu; cuprit (Cu2O) chứa 88,0% Cu; covelin (CuS) chứa 66,5%; malachit (CuCO3.Cu(OH)2) bornit (Cu5FeS4) [30] Trong thể sinh vật, đồng thường có số loại protein như: cytochrome oxidaza, tyrosinaza laccaza Trong nước đồng tồn ba dạng: hạt lơ lửng, dạng keo dạng hịa tan [11] Chì (Pb) kim loại nhóm IVA, có màu xám thẫm, mềm, chì nguyên tố phân bố rộng tự nhiên dạng kết hợp với kim loại khác, đặc biệt với Ag Zn Chì chiếm 0,0001% tổng số nguyên tử vỏ Trái đất Trong tự nhiên thấy chì dạng đơn chất mà thường thấy dạng hợp chất như: Sunfua, cácbonat, phốtphat clorua Khống vật quan trọng chì galen (PbS), ngồi cịn có khống vật khác cerusit (PbCO3); anglesit (PbSO4) pyromophit (Pb5Cl(PO4)3) Cadimi (Cd) kim loại thuộc nhóm IIB tìm thấy vào năm 1817, kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng dễ ánh kim môi trường không khí ẩm tạo màng oxit Trữ lượng cadimi vỏ Trái đất 7,6.10-6 so với tổng số ngun tử Khống vật cadimi grenokit (CdS), khống vật 12 tồn mà thường tồn khoáng vật kẽm thủy ngân xinaba hay thần sa (HgS) [43] Cadimi hợp chất ứng dụng nhiều lĩnh vực như: công nghiệp mạ, công nghiệp chất dẻo hay gốm sứ… cadimi phốt phát dùng làm vô tuyến, đèn huỳnh quang, chắn tia X ống phát tia catôt… Kẽm nguyên tố kim loại lưỡng tính, kí hiệu Zn số nguyên tử 30 Kẽm nguyên tố phổ biến thứ 24 lớp vỏ Trái Đất có đồng vị bền Quặng kẽm khai thác nhiều sphalerit , sunfua kẽm Kẽm chất khoáng thiết yếu cho sinh vật Thiếu kẽm ảnh hưởng đến khoảng triệu người nước phát triển liên quan đến số bệnh Ở trẻ em, thiếu kẽm gây chứng chậm phát triển, phát dục trễ, dễ nhiễm trùng tiêu chảy, yếu tố gây thiệt mạng khoảng 800.000 trẻ em toàn giới năm Các enzym liên kết với kẽm trung tâm phản ứng có vai trị sinh hóa quan trọng alcohol dehydrogenase người Ngược lại việc tiêu thụ mức kẽm gây số chứng hôn mê, bất động thiếu đồng [33] 1.1.2 Tính chất độc hại kim loại nặng: Cadimi, đồng, kẽm chì 1.1.2.1 Tính chất độc hại đồng Đồng đóng vai trị quan trọng nhiều loại thực vật động vật, đồng tác động đến nhiều chức phần cấu thành enzym quan trọng thể Nó tham gia vào hoạt động sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin myelin; tổng hợp nhiều hoocmon, tổng hơp nhiều sắc tố… Do vậy, với hàm lượng nhỏ đồng môt chất dinh dưỡng cần thiết cho thể Đối với trẻ sơ sinh bú mẹ thiếu đồng dẫn đến thiếu máu thiếu bạch cầu trung tính.[5] 13 Tuy nhiên với hàm lượng đồng vượt mức cho phép đồng lại gây số ảnh hưởng tới sức khỏe người Nếu nhiễm độc đồng thời gian ngắn gây rối loạn dày nơn mửa [43] Việc sử dụng nước có nồng độ đồng vượt giới hạn cho phép nhiều năm gây bệnh gan thận Khi thể hấp thu lượng đồng lớn có biểu bệnh Wilson, bệnh đồng tích tụ gan, não da gây nên chứng đãng trí thần kinh Ngồi người làm việc thường xuyên tiếp xúc với đồng dễ mắc ung thư phổi 1.1.2.2 Tính chất độc hại chì Chì thuộc loại chất độc bảng A, với động vật người chì hợp chất độc Hàng ngày bình thường người tiếp nhận khoảng 0,1 – 0,2mg Pb từ nguồn khơng khí , nước thực phẩm Nhưng tiếp nhận lâu dài khoảng 1,0mg/ngày bị nhiễm độc chì mãn tính hấp thu 1,0mg/ngày dẫn đến tử vong.[1;43] Chì đặc biệt độc hại não, thận, hệ thống sinh sản hệ thông tim mạch Nhiễm độc chì dẫn tới ảnh hưởng có hại tới chức trí óc, gây vô sinh, xẩy thai tăng huyết áp Khi hàm lượng chì máu khoảng 0,3ppm ngăn cản q trình sử dụng oxi, cịn từ 0,5-0,8ppm gây rối loạn chức thận ảnh hưởng đến não.[34] Với vai trò làm chất chống kháng nổ, trước hợp chất Ankyl –chì cho vào xăng độc tính cao chì mà người ta khơng dùng xăng pha chì 1.1.2.3 Tính chất độc hại cadimi Cadimi nguyên tố độc, năm 1972 Ủy ban Hỗn hợp FAO- OMS ấn định liều lượng hàng tuần chấp nhận tạm thời người lớn là: 40014 500µg Khả tích lũy cadimi thể lớn, điều chứng tỏ cadimi gây độc từ từ đến đủ giới hạn phát bệnh.[16] Những thí nghiệm nghiên cứu động vật cho thấy tính độc hại cadimi hàm lượng nhỏ Khi trẻ bị nhiễm cadimi chậm phát triển, nhiễm độc cadimi làm giảm sức đề kháng hệ miễn dịch giảm trí thơng minh trẻ Với liều lượng cao cadimi gây bệnh thận huyết áp Đặc biệt vào thể cadimi lại có tính tích lũy cao bị đào thải chậm.Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương, nồng độ cao cadimi gây đau thận, thiếu máu phá hủy xương, gây ung thư.[31;32] Cadimi xâm nhập vào thể nhiều cách khác nhau, chẳng hạn tiếp xúc với bụi cadimi, ăn thức ăn nước uống cadimi… Với liều lượng 30mg cadimi đủ dẫn đến tử vong người 1.1.2.4 Tính chất độc hại kẽm Mặc dù kẽm vi chất cần thiết cho sức khỏe, nhiên hàm lượng kẽm vượt mức cần thiết có hại cho sức khỏe Hấp thụ nhiều kẽm làm ngăn chặn hấp thu đồng sắt Ion kẽm tự dung dịch chất có độc tính cao thực vật, động vật không xương sống chí động vật có xương sống.[22] Có chứng thiếu hụt đồng uống mức thấp lượng kẽm 100–300 mg/ngày; thử nghiệm gần cho thấy số người nhập viện cao liên quan đến biến chứng tiết niệu so với "thuốc trấn an" số đàn ông lớn tuổi uống 80 mg/ngày Hàm lượng kẽm vượt 500 ppm đất gây rối cho khả hấp thụ kim loại cần thiết khác thực vật, sắt mangan Cơ quan quản lý thuốc thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) khuyến cáo kẽm phá hủy thụ thể thần kinh mũi gây chứng khứu giác.[40] Các báo cáo chứng khứu giác quan sát thập niên 1930 Khi công 15 tác chuẩn bị kẽm để sử dụng nỗ lực không thành công để ngăn chặn lây nhiễm bệnh bại liệt 1.1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải chứa ion kim loại nặng TCVN 5945:2005 quy định nồng độ ion kim loại nặng nước thải công nghiệp sau.[2] Bảng 1.1 Quy đinh giá trị nồng chất ô nhiễm nƣớc thải công nghiệp STT Nguyên tố Giá trị giới hạn Đơn vị A B C Chì mg/l 0.1 0.5 1.0 Cadimi mg/l 0.005 0.010 0.500 Đồng mg/l 2.0 2.0 5.0 Kẽm mg/l 3.0 3.0 5.0 Nước thải công nghiệp có giá trị thơng số nồng độ chất ô nhiễm nhỏ giá trị qui định cột A đổ vào vực nước thường dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt Nước thải cơng nghiệp có giá trị thông số nồng độ chất ô nhiễm lớn giá trị qui định cột A nhỏ giá trị qui định cột B đổ vào vực nước nhận thải khác như: vực nước dùng giao thông, thủy lợi tưới tiêu cho trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản,…trừ thủy vực qui định cột A Nước thải cơng nghiệp có giá trị thơng số nồng độ chất ô nhiễm lớn giá trị quy định cột B không vượt giá trị qui định cột C phép thải vào nơi qui định (như hồ chứa nước thải xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nước thải tập trung…)[6] 16 Theo TCVN 5502:2003 Quy định chất lượng nước cấp sinh hoạt Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất nƣớc sinh hoạt STT Tên tiêu Đơn vị Mức, khơng lớn Chì mg/l 0.01 Đồng mg/l 1.0 Kẽm mg/l 3.0 1.2 Giới thiệu phƣơng pháp tách kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa Phương pháp dựa nguyên tắc độ tan kim loại dung dịch phụ thuộc vào pH Ở giá trị pH định dung dịch nồng độ ion kim loại vượt q nồng độ bão hịa xảy tượng kết tủa Trong công nghiệp nay, để xử lý kim loại nặng phương pháp chủ yếu phương pháp kết tủa đặc biệt nhà máy mạ điện, thuộc da … chất thường dùng làm chất kết tủa NaOH, CaO Trong vơi thường dùng nhiều ngun liệu rẻ tiền dễ thu hồi cách lọc sa lắng.[7;12] Hiện nay, để xử lý nước thải phương pháp kết tủa cách có hiệu kinh tế người ta thường dùng CaO (hay vôi sữa) 1.2.2 Phương pháp keo tụ Phương pháp keo tụ dựa trung hịa điện tích hạt keo Các hạt keo kết tủa, kéo theo hạt lơ lửng kim loại nặng nước kết tủa theo Bằng phương pháp ngồi việc tách bỏ kim loại nặng người ta cịn loại bỏ hạt keo loại bỏ phương pháp thông thường Người ta nghiên cứu, sử dụng phèn nhôm, muối sắt, chất đông tụ PAC [15] nhằm loại bỏ số ion kim loại nặng Pb2+, Cd2+ , Zn2+ , Ni2+ , Co2+, Cu2+…khi chúng có nồng độ cao pH thích hợp vừa đơn giản kinh tế 17 Quá trình dựa theo số phương trình sau đây: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + CaSO4 + 6CO2 Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 2Al(OH)3 + CaSO4 Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 2H2O = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + CO2 Các ion kim loại đông tụ tốt pH = đến 1.2.3 Phương pháp trao đổi ion Khi cho dung dịch chứa ion kim loại nặng tiếp xúc với chất hấp phụ trao đổi ion xảy trình trao đổi ion Một số nhựa dùng cho phương pháp trao đổi ion IRN77 SKN1… chế trao đổi xảy sau:[12] nRSO3-H+ + Mn+ = (RSO3-)nMn+ + nH+ Dung lượng hấp thu loại ionit khác phụ thuộc pH dung dịch Đối với cationit axit mạnh anionit bazơ mạnh khoảng pH làm việc rộng, dung lượng hấp thu chúng thay đổi theo pH ionit axit mạnh, bazơ mạnh sử dụng rộng rãi khoảng pH làm việc rộng khả trao đổi ion nhanh Khi nhựa trao đổi ion bão hòa, người ta thường rửa giải để tái sinh cột Phương pháp ứng dụng để tách loại ion kim loại nặng độc hại có nguồn nước Hiện phương pháp trao đổi ion ứng dụng rộng rãi việc làm mềm nước.[19] 1.2.4 Phương pháp hấp phụ 1.2.4.1 Cơ sở ứng dụng Chất hấp phụ (adsorbent) chất có bề mặt tiếp xúc lớn, có khả hút chất khí hay chất tan pha lỏng lên bề mặt Khả hấp phụ chất tùy thuộc vào chất, điện tích, bề mặt riêng chất hấp phụ, nhiệt độ, pH chất chất tan Q trình tích lũy vật chất lên bề mặt chất hấp phụ gọi trình chất bị hấp phụ, ngược với trình hấp phụ trình giải hấp (đó q trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ)[42] 18 Tùy theo chất lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ mà ta chia thành hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học.[8] + Hấp phụ vật lý gây lực tương tác Van Der Walls phân tử chất hấp phụ phân tử chất bị hấp phụ Liên kết hấp phụ vật lý thường yếu dễ bị phá vỡ + Hấp phụ hóa học tạo nên lực (liên kết) hóa học chất hấp phụ chất bị hấp phụ Liên kết hấp phụ hóa học bền, khó bị phá vỡ hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học coi trung gian hấp phụ vật lý phản ứng hóa học Để phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học người ta đưa số tiêu chuẩn sau: + Nhiệt hấp phụ: Đối với hấp phụ vật lý, lượng nhiệt tỏa từ -6 kcal/mol; hấp phụ hóa học, lượng nhiệt thường lớn 22kcal/mol Nên hấp phụ vật lý thường xảy nhiệt độ thấp cịn hấp phụ hóa học xảy nhiệt độ cao + Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý khơng địi hỏi hoạt hóa phân tử xảy nhanh, ngược lại hấp phụ hóa học xảy chậm + Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý phụ thuộc vào chất hóa học, cịn hấp phụ hóa học địi hỏi phải có lực hóa học hấp phụ hóa học mang tính đặc thù rõ rệt Q trình hấp phụ chất tan dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bị ảnh hưởng yếu tố sau + Ảnh hưởng dung môi: Hấp phụ dung dịch hấp phụ cạnh tranh, nghĩa chất tan hấp phụ mạnh dung mơi hấp phụ yếu ngược lại Vì hấp phụ chất tan từ dung dịch dung mơi nước tốt dung môi hữu + Ảnh hưởng chất hấp phụ chất bị hấp phụ: Thông thường chất phân cực dễ hấp phụ bề mặt phân cực, cịn chất khơng phân cực ngược lại 19 Khi giảm kích thước mao quản chất hấp phụ hấp phụ từ dung dịch tăng lên chừng mực kích thước mao quản không cản trở vào phân tử chất bị hấp phụ Nếu kích thước mao quản chất hấp phụ bé kích thước phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bị cản trở (có thể khơng xảy hấp phụ) Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ Diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ lớn phần tiếp xúc chất tan chất hấp phụ lớn, chất tan lưu lại bề mặt chất hấp phụ nhiều Như độ xốp diện tích bề mặt chất hấp phụ yếu tố vật lý quan trọng trình hấp phụ + Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, hấp phụ dung dịch thường giảm, mức độ thấp so với hấp phụ khí Tuy nhiên, cấu tử có độ tan tăng nhiệt độ tăng khả hấp phụ tăng lên 1.3 Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 1.3.1 Giới thiệu chung Cho đến có nhiều nhà khoa học cơng bố cơng trình nghiên cứu vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên hay vật liệu có nguồn gốc từ sản phẩm thải ngành kinh tế Những vật liệu sản phẩm thải ngành nông nghiệp như: lõi ngô, vỏ trấu, vỏ xơ dừa, lõi oliu, khuynh điệp, đậu, cô ca, hồ đào, vỏ cọ…; sản phẩm thải ngành công nghiệp như: than tro bay; hay khoáng liệu tự nhiên như: đất sét, zeolite [39;47] ác quặng phốt phát, phốt phát tổng hợp [24; 36], hay sản phẩm phụ q trình chế biến hải sản như: vỏ tơm, vỏ cua… Trên thực tế cho thấy chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên có nhiều ưu điểm so với chất hấp thụ khác phương pháp khác như: - Giá thành rẻ tiền, dễ kiếm như: than tro bay, than nâu, than hoạt tính, đất sét, mùn cưa, vỏ tơm, cua, bã mía, xơ dừa, vỏ trấu, vỏ lạc… 20 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢƠNG ĐẮC CHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG... dụng phương pháp phân tích quang học để đánh giá khả hấp phụ số ion kim loại nặng vỏ trấu biến tính? ?? 11 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc số kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu chung Kim loại có mặt... chất hấp phụ chất bị hấp phụ mà ta chia thành hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học. [8] + Hấp phụ vật lý gây lực tương tác Van Der Walls phân tử chất hấp phụ phân tử chất bị hấp phụ Liên kết hấp phụ