Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học - Tập 20, số 3/2015 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BẰNG QUẶNG PYROLUSIT TỰ NHIÊN VIỆT NAM Đến toàn soạn 10 – – 2015 Nguyễn Thị Huệ, Lê Thị Thảo, Phùng Đức Hòa, Vũ Văn Tú, Nguyễn Thị Thanh Hải, Nguyễn Thị Hương Giang Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nhà A30, số 18-Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội SUMMARY STUDY ON AND TREATMENT OF AMMONIUM IN WASTE WATER BY PYROLUSITE ORE IN VIETNAM Pyrolusite ore, from Tuyen Quang province, Vietnam after denaturating, can be used for removing ammonium ion from water environment The optimum conditions as reaction time, temperature have been studied The optimal time to achieve the highest performance is 120 minutes and the optimal ore size is from 0.2 mm to 0,5mm The obtained results obeyed Langmuir and Freundlich adsorption isotherm equation SEM image showed that the morphology surface of the pyrolusite ore has changed after denatured by heat, acids and bases Keyword: pyrolusite ore, adsorption, ammonium MỞ ĐẦU NH3 môi trường pH cao (pH>10); trao Q trình sản xuất cơng nghiệp đổi ion NH4+ NO3- vật liệu thải môi trường nước lượng lớn amoni, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi cation/anion klynoptilolyle hay sepiolite; nitrat hóa phương pháp sinh trường sức khỏe người Nồng độ amoni phân tích nước thải học; nitrat hóa kết hợp với khử nitrat; công nghệ annamox, sharon/annamox,…Tuy số ngành công nghiệp vượt tiêu chuẩn cho phép Bộ Y tế Hiện nay, có nhiên phương pháp cho hiệu xử lý chưa triệt để, giá thành cao thường nhiều biện pháp xử lý amoni nước nghiên cứu, làm thoáng để khử kèm theo sản phẩm phụ 91 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu (than hoạt tính, nghiền rây đến kích thước từ 0,2 - zeolit, nanoMnO2, laterit,…) có dung lượng hấp phụ độ chọn lọc cao, rẻ tiền, dễ 0,5mm Rửa nước cất, sấy nhiệt độ 105oC Thực trình biến kiếm để loại bỏ amoni nước nhiều nhà khoa học tính vật liệu nhiều phương pháp khác biến tính nhiệt, axit, bazơ, ngồi nước quan tâm Một vật liệu có chứa thành phần MnO2 cao quặng Pyrolusit Tuyên Quang Quặng pyrolusit trước sau biến tính có khả 2.3.Khảo sát khả hấp phụ NH4+của vật liệu Chuyển vào bình tam giác 100mL dung dịch NH4+ nồng độ 5mg/L, thêm 1gram loại bỏ amoni môi trường nước, nhát nước thải trình sản xuất hóa chất, quặng pyr Lắc mẫu máy lắc khoảng thời gian 120 phút (giá trị phân bón Trong báo này, nhóm tác giả tập trung vào phương pháp biến tính vật khảo sát sơ bộ) tốc độ 150rpm Sau lọc lấy phần dung dịch xác định nồng liệu điều kiện khác để đánh giá khả hấp phụ amoni vật liệu độ NH4+ Tải trọng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ amoni vật liệu tính theo cơng pyr biến tính THỰC NGHIỆM thức sau: 2.1 Hóa chất thiết bị Sử dụng dung dịch HClđ, HNO3, NaOH để biến tính vật liệu hóa chất có độ tinh khiết phân tích, mua từ hãng Merck, Đức Q trình biến tính tiến hành thiết bị lắc tự động, sấy mẫu tủ sấy Shelab qe (C o C e )V ( mg / g ) m %H Co Ce 100 Co Trong đó: Co: nồng độ NH4+ ban đầu; Ce: nồng độ NH4+ đạt giá trị cân bằng; V: thể tích dung dịch NH4+, m: khối lượng vật liệu; qe: tải trọng hấp phụ; H: hiệu suất hấp (Đức) có hệ thống điều khiển nhiệt tự động từ 10o-250oC, ủ mẫu lò nung phụ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Carbolite (Đức) với nhiệt độ lên tới 1000oC Nồng độ amoni xác định phương pháp đo độ hấp phụ bước sóng 655nm thiết bị UV-Vis 3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu q trình biến tính nhiệt vật liệu Cân 1g quặng pyr kích thước từ 0,2 0,5mm sau làm sạch, sấy khô nung (Shimadzu-Nhật Bản) Đặc trưng vật liệu đánh giá thông qua liệu ảnh khoảng nhiệt độ từ 200oC - 1000oC thời gian Sau nung, ngâm SEM (Hitachi-Nhật Bản) BET (Tristar 3000) vật liệu 100 mL dung dịch amoni có nồng độ 5mg/L thời gian 120 phút 2.2 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ Quặng pyrolusit (viết tắt pyr) tự nhiên có Kết thu bảng cho thấy, quặng pyr biến tính nhiệt độ 400oC cho thành phần MnO2 chiếm 34,5%, nguồn gốc từ Tuyên Quang Quặng hiệu suất xử lý cao nhất, nồng độ NH4+sau xử lí cịn lại 3,525mg/L 92 Bảng Hiệu suất xử lý amoni quặng biến tính nhiệt o Nhiệt độ ( C) NH4+ sau xử lý (mg/L) 105 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 4,375 4,335 4,05 3,525 4,55 4,06 4,46 4,875 4,9 4,95 3.2 Khảo sát điều kiện tối ưu trình biến tính axit Cân gam quặng rửa sạch, đem biến tính với axit HCl HNO3 nồng độ 5, Kết thu bảng cho thấy, hiệu suất xử lý NH4+ quặng biến tính axit HCl HNO3 chênh lệch không nhiều, hiệu suất xử lý cao 9% Các điều kiện khác tương tự với quặng biến tính axit nồng độ 7% Bảng Hiệu suất xử lý amoni quặng biến tính axit Nồng độ axit NH4+ HCl 5% HCl 7% sau xử lý (mg/L) 4,275 3,525 HCl 9% HNO3 5% HNO3 7% HNO3 9% 4,125 4,525 4,025 3,7 3.3 Khảo sát điều kiện tối ưu q trình biến tính NaOH Bảng Hiệu suất xử lý NH4+ quặng biến tính bazơ Nồng độ NaOH (N) 0,05N 0,1N 0,5N NaOH 1N NH4+ sau xử lý (mg/L) 3,3 2,3 3,775 4,125 Tiến hành biến tính quặng dung dịch NaOH nồng độ 0,05N; 0,1N; 0,5N; Áp dụng phương trình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich vào giá trị nghiên cứu, 1N Các điều kiện thí nghiệm khác tương tự Bảng cho thấy, hình 1-2 mơ tả mối quan hệ Ce/qe Ce theo hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mối biến tính vật liệu dung dịch NaOH 0,1N, hiệu suất xử lý đạt cao nhất, nồng độ quan hệ lgqe lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich amoni sau xử lý 2,3mg/L 3.4.Tính tốn dung lượng hấp thụ tối ưu cho xử lý amoni 0.4 50 y = 0.439x + 8.070 R² = 0.923 40 lg q e 30 Ce/qe y = 0.446x - 0.555 R² = 0.991 0.2 20 0.0 0.5 1.5 -0.2 10 -0.4 -0.6 20 40 60 C e(mg/L) 80 100 lg Ce 93 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ce/qe Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lgqe và Ce theo hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich b Vật liệu sau rửa sấy 105oC a Vật liệu tự nhiên c Vật liệu sau biến tính bazơ d Vật liệu sau biến tính axit Hình Ảnh SEM vật liệu trước biến tính (3a), sau biến tính nhiệt (3b), sau biến tính bazơ (3c) axit (3d) Nghiên cứu thay đổi diện tích bề mặt riêng vật liệu trước sau q trình quặng sau biến tính so với trước biến tính kích thước