Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí mangan trong nước và thiết kế thiết bị xử lí mangan trong nước ngầm qui mô gia đình

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN BÁO CÁO KẾT QUẢ Đề tài: N GH IÊN CỨU C H Ê TẠO VẬT LIỆU x LÍ MANGAN TRONG NƯỚC VÀ T H IẾ T KÊ T H IẾ T BỊ x LÍ MANGAN TRO N G NƯỚC NGẦM Q U I M Ô GIA Đ ÌNH M ã số: QG 05 Chủ nhiệm đê tài: TS Hà Nội - 2007 Nguyễn Hồng MUC LUC Báo cáo tóm tắt đề tài nghiên cứu khoa học đặc biệt cấp đại học quốc gia CHƯƠNG I : TỔNG Q U A N I Giới thiệu Mangan 4 1.1 Trạng thái tự nhiên tính chất lí, hóa học mangan 1.1.1 Trạng thái tự nhiên , 1.1.2 Tính chất vật l í 1.1.3 Tính chất hóa học Mangan 1.2 Các hợp chất M angan 1.2.1 Hợp chất Mn (II) 1.2.2 Hợp chất Mn (H I) 1.2.3 Hợp chất Mn (I V ) 1.2.4 Các hợp chất Mn (V I) 1.2.5 Hợp chất Mn (V II) Tiêu chuẩn Việt Nam nước s c h II Vai trò M angan 10 n Trong công nghiệp 10 11.2 Trong sinh h ọ c 10 III CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH VÀ XÁC ĐỊNH MANG AN III Phương pháp tách làm giàu m angan 11 III 1.1 Phương pháp kết t ủ a 11 III 1.2 Phương pháp c h iế t 12 III 1.3 Phương pháp sắc k í 12 III 1.4 Tách, loại mangan phương pháp làm th o án g 12 III 1.5 Tách, loại mangan nước phương pháp dùng hóa c h ấ t 13 III 1.6 Tách, loại mansan phương pháp sinh h ọ c 13 111.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MANG AN 111.2.1 Xác định mansan hàm lượng lớ n 14 111.2.1.1 Phương pháp phân tích khối lư ợ n g 14 111.2.1.2 Phương pháp phân tích thể tíc h 14 111.2.2 Xác định mangan hàm lượng n h ỏ 14 111.2.2.1 Phương pháp điện h ó a 111.2.2.2 Phươnơ pháp quang h ọ c 14 15 CHƯƠNG II KẾT QUẢ NGHIÊN c ú u II QUI TRÌNH PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH MANGAN TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG VỚI THUỐC THỬFORMALDOXIM II Khảo sát độ hấp phụ quang cực đại phức m angan 18 11.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến mật độ quang 20 11.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng đọ thuốc th 21 11.4 Khảo sát phụ thuộc mật độ quang vào thời g ia n 22 H.5 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường ch u ẩn 23 ' II.6 Khảo sát ảnh hưởng ion: Cu2+, Ca2+, Zn2+, Fe2+ 25 11.7 Khảo sát ảnh hưởng ion Fe3+ 26 11.8 Xác định mangan mẫu thực tế : 27 IL9 Kết luận 28 n.10 Điều chế vật liệu xử lí Mangan: M n02 hoạt h ó a 29 II 10.1 Điều chế M n02 hoạt h ó a 29 II.10.2 Tạo hạt M n 29 II 10.3 Kết nghiên c ứ u 30 II 11 Xử lí mangan số nguồn nước Hà N ộ i 31 11.12 Kết phân tích mẫu n c 32 II 12.1 Kết phân tích mẫu nước chưa xủ lí 32 II 12.2 Xử lí mangan số giếng khoan Hà N ộ i 34 KẾT LUẬN CHU N G TÀI LIỆU THAM K H Ả O 34 35 Urtu 1UIV1 A I ĐÊ TÀI NGHIÊN c u KHOA HỌC ĐẠC BIẸT CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA Mã số: QG Tên đề tài: Tiếng Việt: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí mangan nước thiết kế bị xử lí mangan nước ngầm qui mơ gia đình Tiếng A nh: The research of natural material and of instruments for the removal of , manganese from natural water to use in the family Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Hồng, Khoa Hố, ĐHKHTN Các cán tham gia: TS Tràn Kim Tiến, Viện Hoá học Đại tá, cử nhân, Đào Văn Phổ, Viện Kĩ Thuật Quân Sự Thời gian thực hiện: Bắt đầu từ tháng năm 2005 đến tháng năm 2007 Mục tiêu đề tài: - Chế tạo vật liệu xử lí mangan số kim loại nặng sắt nước sinh hoạt từ ngun liệu sẩn có - Phân tích hàm ỉượng mangan trước sau xử lí - Thiết kế, lắp đặt thiết bị xử lí mangan qui mơ nhỏ có nước ngâm Tóm tát nội dung nghiên cứu đề tài kết đạt - Nghiên cứu khả xử lí số nsuyên liệu có sẵn tự nhiên than, pyroluzit, M n hoạt hoá - Tiến hành nghiên cứu phương pháp phân tích mangan xác, nhanh để đánh giá chất lượng nước trước sau xử lí - Điều chế vật liệu xử lí thích hợp M n hoạt hóa với phối liệu thích hợp nhằm làm tãng khả xử lí làm giảm giá thành vật liệu - Bước đẩu nghiên cứu lắp đặt thiết bị đơn giản, rẻ tiền để xử lí m ansan số khu vực có nước ngầm bị nhiễm mangan Hà Nội Tình hình kinh phí đề tài: - Tổng kinh phí cấp 60.000.000đ - Đã chi theo nội dung hợp đồng: 60.000.000đ XÁC NHẬN CỦA K H O A CHỦ T R Ì Đ Ể T À I PGS TS T rầ n T hị N hư M TS Nguyễn H oàng C QUAN CHỦ T R Ì ĐỂ TÀ I HIỄU t r Ô ng SUMMARY Title of the project: The research of natural materials and of instruments for the removal of manganese from natural water to use in the family Director o f the project: Dr Nguyen Hoang Research CO ordinator: Dr Tran Kim Tien BSc Dao Van Pho Objectives and Contents: * O bjective: In ordder to remove the harmful elements presented in water and wastewater, the scientists have been developed various materials for water treatment process This study is focused on the use of natural adsorbent materials, which are available and harmless * Contents: - Testing the potential for water treatment of several available materials such as: activated carbon, pyroluzit and activated M n - Investigating the factors that influence adsorption behaviors of these materials - Producing granular activated M n - Testing the removal of Fe and Mn elements by these materials at grilled wells of some households in Hanoi Results of the project: - Produced granular activated M n for water and waste waste treatment - Investisated the rapid and accuracy analytical methods for Fe and Mn determination of untreated and treated water - The new materials are used efficientlyto remove Fe and Mn in water from drilled wells of Hanoi with household scale - Produced some simple water treatmen devices to remove Fe and iMn that applied to water purification in households ^HƯƠNG 1: TỔNG QUAN: I Giới thiệu chung mangan: Nước nguồn tài nguyên vổ quan trọng với đời sống Ngày nay, q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước nước lại có vai trị quan trọng cần thiết cho ngành nơng nghiệp, cổng nghiệp sinh hoạt Tuy nhiên, với tăng trưởng kinh tế nguồn nước bị nhiễm nặng Vì cần có biện pháp thích hợp để xử lí nước trước kh sử dụng Để ' góp phần vào cơng việc này, đề tài giao với nhiệm vụ: nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí mangan nước thiết bị xử lí mangan nước ngầm qui mơ gia đình Mangan kim loại nặng có hai mặt lợi hại Nếu hàm lượng nhỏ có lợi cho phát triển thể hàm lượng lớn mangan chất độc có hại cho sức khoẻ Do việc phân tích hàm lượng mangan nước tìm vật liệu phù hợp để loại trừ khỏi nguồn nước việc làm cần thiết mà đề tài đáp ứng phần Trước nghiên cứu cụ thể đề tài, ta cần có nhìn chung nguyên tố mangan 1 TRẠNG THÁI T ự NHIÊN VÀ TÍNH CHẤT LÝ, HỐ HỌC CỦA MAN GAN 1.1.1 - Trạng thái tự nhiên: Trong tự nhiên Mangan nsuyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ ba kim loại chuyển tiếp sau Fe Ti; chiếm 0,032% tổng số nguyên tử 0,09% trọng lượng vỏ trái đất Mangan không tồn trạns thái tự mà tồn quặng khoáng Khoáng vật Mangan Hausmanit (Mn 30 72%), Pirolussit (M n 63%), Braunit (Mn 20 3) Manganit (MnOOH) Mangan tìm thấy mơ động vật thực vật * Thành phần mangan s ố khoáng ỉà; - Prihomeỉan: m M n M n nH20 có thành phần hố học khơng cơ' định, tỷ lệ MnO M n thay đổi nhiều tuỳ theo trình oxy hố, tỷ lệ M n 60 - 80%, MnO - 25%, H20 - 60% 1.1.2 - Tính chất vật lý: Mangan kim loại có màu trắng bạc dạng bề nsồi m ansan siốne sắt cứng khó nóng chảy sắt Mangan có số dạniĩ hình thù khác mạng lưới tinh thể tỷ khối, bền nhiệt độ thường dạn với mạng lưới lập phương tàm khối Mangan tinh khiết dề cắt, dễ rèn dễ tạo hợp kim VỨI iiliiCu kim loại 1.1.3 - Tính chất hố học mangan [3], [4]: Mangan kim loại tương đối hoạt động, nhiệt độ Ihường mangan dỗ bị oxy hoá, tạo thành màng oxit Mn 20 bao phủ bên kim loại, báo vệ cho kim loại khơng bị oxi hố tiếp tục kể củ đun nóng Cịn dạng bội đun nóng Mangan tác dụng với tạo nên Mn 30 theo phản ứng: t° 3Mn + 2 = Mn30 Mangan bền với nước đun nóng, phản ứng dạng bột mịn giải phóng H (do Mn đứng trước H2) Mn + 2H20 = Mn (OH )2 + H Phản ứng xảy mãnh liệt nước có muối amoni Mn(OH )7 tan dung dịch muối amoni Mn(OH )2 + 2NH4+ = Mn2+ + 2NH + 2H20 Mangan bị thự động hoá Irong axit HNO đặc, nguội tan axit đun nóng theo phản ứng: t° Mn + 4H N = M n(N 3)2 + N 2T + 2H20 3Mn + HNO = 3M n(N 3)2 + N O t + 4H20 Mangan kim loại hoạt động sắt, có lực với oxit sắt, điều có ứng dụng quan trọng việc luyện thép Trng nấu thép giai đoạn cuối người ta thêm Mangan để làm chất khử s (vì s làm giảm phẩm chất thép) Mangan khử oxit lẫn thép biến thành M n vào xỉ dạng silicat (MnSiO,) Đồng thời Mangan khử s Sunfua sắt (Fe) lãn thép biến thành MnS vào xỉ Ở dung dịch mangan có trạng thái oxit tù' +2, +3, +4, +5, + , +7 bền +2, +4, +7 Mangan tạo thành oxit đơn giản là: MnO, Mn 20 3, M n 2, MnOj, Mn 20 số oxit hoá học Mn 30 hay (M n0.M n 20 3) Trong thực tế quan trọng nhấl sán phẩm Mn(II) MnO, Mn(IV) M n0 Mn(VIĨ) 1.2- CÁC HỢP CHẤT CỦA MANG AN: 1.2.1- Hợp chất M n(II): Các hợp chất Mn(II) dễ lan nước cịn lại ÍI lan khơng A • u * w f i r u i V ) I f i y * Các hợp chất Mn(II) tan nước có muối Mn2+, hợp chất bền, màu hồng nhạt thể rắn, tan nước tạo dung dịch không màu, bền mồi trường axit Khi cho muối mangan tác dụng với kiềm thu M n(OH )2 kết tủa trắng, tủa dễ tan axit không tan kiềm, không bền bị ôxi hố thành Mn(OH )4 kết tủa lâu ngồi khơng khí MnCL + NaOH = NaCL + M n(OH )2 i trắng 2Mn(OH )2 + + H20 = 2M n(OH )4 ị nâu Các hợp chất Mn(II) không tạn nước là: MnO, M n(OH)2, MnO chất bột màu xám lục, nóng chảy 1780°c Không tan nước lại dễ tan dung dịch axit tạo thành muối Mn(II) Mangan (II) hydroxit: Mn(OH )2 tủa trắng không tan nước tan có mặt muối amoni Nó có tính bazơ yếu tan dễ dàng dung dịch kiềm đặc, ví dụ theo phản ứng: Mn(OH )2 + KOH = K[M n(OH)3] Phức chất không bền phân huỷ dung dịch kiềm đặc Vì người ta coi Mn(OH )2 khơng phải ỉà lưỡng tính Hầu hết muối Mn(II) bền, M nS0 muối Mn(II) bền nhất, khơns, bị phân huỷ đun nóng 1.2.2- Các hợp chất M n(III): Mn(III) oxit Mn 20 chất bột màu đen, khơng tan nước Khi đun nóng khơng khí 950 - 100°c biến thành Mn 30 đun nóng khí H-, 300°c biến thành MnO Oxit Mn 20 tạo nên phức chất Mn(III) tan axit flohidric axit xianhidric Nó kết họp với oxit MO kim loại hoá trị II (M: Ni, Co, Zn, Cd) tạo nên oxit hoá học MO: Mn 20 3, Mn(III) oxit tổn tự nhiên dạng khoáng vật braunit Mn(III) hidroxit: Mn(OH )3 kết tủa từ dung dịch nước, Mn(III) hidroxit khơng có thành phần ứng công thức M n(OH )3 mà hidrat M n 20 3H ,0 thường biểu diễn công thức MnOOH M onohidroxit M nOOH chất dạng tinh thể màu nâu gần đen, không tan nước, 365 - 400°c nước biến thành Mn 20 Khi tác dụng với dung dịch axit lỗng thường tạo nên í Muối Mn(III) khơng bền, dung địch tự phân huỷ theo phản ứng sau: Mn3+ + 2H20 = 2M n02 + Mn2+ + 4H+ Một số muối Mn(III) đơn giản tương đối thông dụng là: Mangan (III) florua MnF3 chất dạng đơn tà màu đỏ, phân huỷ 600°c thành MnF3 F; dễ dàng phân thuỷ phân theo phản ứng: MnF3 + 2H20 = M nơ2 + 4HF 1.2.3 - Các hợp chất Mn(ĨV): Các hợp chất Mn(IV) gồm muối MnCl4, M n(S0 4)2 muối mangannit Na 2M n không bền Dạng bền Mn(IV) M nO,, Mn(OH)4 M n hợp chất màu đen, dễ dàng tạo thành oxi hoá hợp chất mangan hoá trị thấp khử hợp chất mangan có hố trị cao Các hợp chất không tan nước tương đối trơ M nơ oxit lưỡng tính tính axit bazơ yếu, có tính oxi hố mạnh môi trường axit 2FeS04+ M n 2+ 2H 2S = Fe2(S 04)3 + M nS0 + 2H20 M nơ2 + 4HC1 = MnCl2 + Cl2 + 2H20 Khi nấu chảy với chất kiềm có mặt chất oxi hố K N 3, KCLO hay mangan dioxit bị oxi hoá thành manganat M n02+ K N 2+ K2C 3= K2M n04 + K N 02 + C 02 M n t O , + 4KOH = 2K 2M n + 2H20 Các muối Mn(IV) bền nước duns dịch axit, dễ phân huỷ thành Mn(II); MnCl4 khổng thể tồn dạng rắn trừ nồng độ HC1 cao duns dịch giữ lạnh MnCỊị MnCl2 + Cl2 1.2.4 - Các hợp chất M n(V I): Các hợp chất Mn(VI) thừng không bền, ổn định phần dạns anion M n O /2, mansanat có mù xanh cây, bền mơi trườn £ kiềm mạnh, cịn trường hợp ngược lại dễ dàng bị thuỷ phân, chúns chuyển từ màu xanh sang màu xanh da trời cuối cùns thành màu tím pemanganat thời tạo thành MnO, theo phản ứng: 3K 2MnO; + 2H20 = 2K M n0 + M n + 4KOH Đày trình thuận nghịch Các manganat có tính oxi hố mạnh, môi trườns axil: n.4 Ảnh hưởng nồng dộ thuốc thử vào độ hấp thụ quang Chuẩn bị mau: dãy mẫu chuẩn có nồng độ Mn2* khơng đổi, pH = 13, biến thiên nồng độ thuốc thử bâng cách lấy thể tích thuốc thử khác Đo độ hấp thụ quang dựng đường biểu diễn D - c thuốc thử (Vtt) D 0.46 0.44 0.42 0.40 0.38 0.36 v„ Hình 3: Sự phụ thuộc D vào th ể tích dung dịch thuốc thử Từ đổ thị ta nhìn thấy, độ hấp thụ quang bắt đầu đạt cực đại ổn định thể tích thuốc thử 2,5m l, nên ta chọn V = 3m l vừa đủ dư để tạo phức tốt Q.4 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào thời gian Chuẩn bị mầu: dãy mẫu chuẩn có nồng độ Mn2+, nồng độ thuốc thử, pH chọn, sau đo độ hấp thụ quang thời gian khác Kết đo: 10 14 16 20 25 30 T(phút) 0,548 0,550 0,552 0,552 0,553 0,553 0,553 D 0,545 Từ số liệu ta có đồ thị sau: t (min) Hình 4: Sự phụ tliuộc độ hấp thụ quang vào thời gian V ậy sau 20 phút phức ổn định Qua việc khảo sát ta tìm điều kiện tối ưu để xây dựng đường chuẩn xác định mangan nước n.5 Dựng đường chuẩn xác định mangan (II) Chuẩn bị mẫu: Chuẩn bị dãy mẫu chuẩn có nồng độ Mn2+ biến thiên, điều kiện khác chọn, sau đo độ hấp thụ quang mẫu chuẩn dựng đường chuẩn theo quan hệ D = f (C ) < W Q SM Hình 5: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ Mn2+ Kết sau xử lí thống kê theo phương pháp bình phương tối thiểu: D = 9,91.103CMn2+ + 0,020; R2= 0,99 Từ đổ thị nhận thấy khoảng tuyến tính mangan 1.23.10'5 - ,2 '5M II.6 Khảo sát ảnh hưởng ion Cu2+, Ca2+, Zn2+, Fe2+ Chuẩn bị mẩu: mẫu: mẫu có Mn2+ nồng độ khơng đổi - Mẫu thêm Cu2+, mẫu thêm Ca2+, mẫu thêm Zn2+, mẫu thêm Fe2+, mẫu thêm Fe3+, mẫu thêm Mn2+ Thêm thuốc thử FAD vào mẫu chỉnh pH = 13 Đo độ hấp thụ quang mẫu bước sóng 450nm Bảng 5: ảnh hưởng cation đến độ hấp thụ quang V(ml) OM) D Mẫu Mẫu Mãu Mẫu Mẫu Mẫu IO-5 0,542 IO-5 0,545 4.IO-5 0,541 4.10-5 0,694 10-5 0,700 0,54 Từ kết cho thấy Cu2+, Ca2+, Zn+ không ảnh hưởng đến việc xác định Mn2+, ion Fe2+, Fe3+, có ảnh hưởng nên cần phải loại trừ trước xác định Mn2+ Để đơn giản, sử dụng số thuốc thử EDTA, axit ascobic cho vào dung dịch, sau đo độ hấp thụ quang phức Két qủa cho thấy dùng axit ascobic để hạn chế ảnh hưởng ion Fe3+ II.7 Xác định Mn(II) inẫu thực tế: Cách lấy mẫu: Lấy lít nước cho vào bình polime (PE), sau cho ngày 5ml H N 03 đặc vào Lắc ion kim loại không bị hấp thụ lên thành bình khơng bị kết lửa tiếp xúc oxi khơng khí Nơi lấy mẫu, kết phân tích ghi bang sau: Mâu Đia điểm Lương Tài - Bắc Ninh Mai Động - Kim Ngưu Thanh Xuân Đông Anh Văn Điển Hoàn Kiếm Thời gian aláy mẫu 30/4/2006 2/5/206 5/5/2006 7/5/2006 12/5/2006 14/5/2006 Độ hấp thụ quang(D ) 0,499 0,421 0,350 0,210 0,456 0,298 Nồng độ Mn2+(mg/l) 0,98 0,82 0,56 0,23 0,92 0,45 Từ kết cho thấy hàm lượng mangan cá địa phương cao mức cho phép Vì cần phải xử lí trước sử dụng m , Kết luận: Để xác định hàm lượng mangan nước xác cần phải thực điều kiện sau: + Chọn A,max cửa phức Mn - FAD 450nm + Chỉnh pH m ôi trường dung dịch kiềm có giá trị ~ 13 + Lượng thuốc thử cho vừa đủ + Thời gian phức ổn định màu: 20 phút + Từđó lập đường chuẩn xác định mangan có khoảng tuyến tính 1,23 J0‘5 - 9,22.10'SM + Fe3+ có ảnh hưởng đến phép xác định mangan, loại trừ nhiều chất che khác + Từ ứng dụng phân tích số mẫu thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Thảo - Khoá luận tốt nghiệp đại học 2003 - Khoa Hoá - Ffại học Khoa học Tự nhiên [2] Tổ chức y tế - Thế giới - 1993- Hướng dãn chất lượng nước uống Tài liệu tiếng Anh [3] H.Louie, M, Wu, Anal Atomic Spectrometry 17 (2002) 587 [4] G Chappie, J.Anal Atomic Spectrometry 11 (1996) 549 [5] E.G Bradfiel, Analyst 82 (1957) 254 [6] Z.Marczenko, Anal, Chim Acta 31 (1964) 224 Công trình hồn thành hỗ trợ kinh phí đề tài QG.05.12 TẠP CHÍ PHÂN TÍCH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đ ộc l ậ p - T ự d o - H n h phúc H Ĩ A , LÍ V À SIN H HỌC GIÂY XÁC NHẬN -p - Tạp chí Phân tích Hóa, Lí Sinh học nhận b i: “ Xác định mangan nước phương pháp trắc quang với thuốc thử formaldoxim (FDA)” tác giả : Nguyễn Hoàng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội Bài gửi lấy nhận xét đầy đủ đăng vào số tới Hà Nội, ngày 4$tháng năm 2007 NGHIÊN CỨU MỘT s ố NGUYÊN LIỆU T ự NHIÊN DÙNG ĐỂ x LÍ MANGAN TRONG NƯỚC Nguyễn Hồng _ Khoa Hốầ - ĐHKHTN _ Summary: In order to remove the harmful elements presented in water and waste water, the scientists have been developed various materials for water treatment process This study was focused by using natural adsorbent materials which arc available and harmless The results of the study showed: Filters for removing Mn from well or river waters are produced from activated Y - MnOz 20 - 85% and binders 15 - 80% For determ inition M n o f trace amounts was used uv - VIS m olecular spectronmetry method with formaloxim By using filter materials, the water was filtered to give Clearwater (pH = 7, Mn 0,06 - 0,08 mg/1) I.MỞđầu: Việc nghiên cứu số nguyên liệu có sẵn tự nhiên than, tro bay, piroluzit M n02 để xử lí kim loại nặng, đặc biệt sắt Mangan [3] quan tủm Việt Nam, đặc biệt khu vực Hà Nội nhiều nguồn nước ngầm có chứa lượng Mn, Fe vượt tiêu chuẩn cho phép Do việc xử lí Mn, Fe cần thiết để có nguồn nước phục vụ cho sinh hoạt người Trong cơng trình này, chúng tơi nghiên cứu thăm dị sử dụng ngun liệu để xử lí ion kim loại phổ biến nước sinh hoạt Fe Mn Đặc biệt Mn2+ khó xử lí phương pháp thơng thường nhà máy dùng Muốn vậy, tiến hành khao sát hàm lượng nguyên tố nước bàng phép phân tích dơn giản, nhanh xác, đồng thời tiến hành điều chế chất xử lí đặc biệt từ nguyên liêu đáu Y - M n hoai hoá chất phụ gia khác đê xứ lí Mn , Fe2+ Cu3 cồ nước., nước sinh hoạt để có nguồn nước cho người dùng II.2.1 Điều chế M n hoạt hoá a, Từ K M n0 dựa phản ứng 4K M nơ + 12H20 -> 4Mn(OH )4 + 4KOH + 2H20 + 2T Mn(OH )4 -> M nơ + 2H20 Bột M n thu được, rửa sạch, nung nóng lị đến 500°c b, Nhiệt phàn MNCO3 280 - 400°C: M nCOj + l / 2 -> M n + C II.2.2 Tạo hạt M ii0 dùng để xử lí nước: Vật liệu lọc phù hợp cho việc xử lí Mn Fe nước hỗn hợp có chứa 208 % M n v 15 - % c h ấ t k ế t d í n h Lấy phần khối lượng M n02, trộn với 10 phẩn chất tạo hạt, thêm vào mội lượng nước vừa đủ thành hỗn hợp ẩm, tạo hạt tròn có đường kính tuỳ ý Sau rửa sạch, để khổ, đóng gói Hat tạo phải đạt yêu cầu: Khơng tính hoạt hố M n 2, có dộ xốp tỏì, khơng bị biến dạng, khơng bị tan q trình xử lí khơng làm nhiễm thêm nguồn nước Lấy mẫu nước: Lấy mẫu vào bình polietilen, dược axit hố băng HNO 3, đạc để tránh tượng hấp phụ ion lên thành bình, đồng thời hồ tan dạng keo kết tủa Mangan Chuẩn bị hoá chất tinh khiết PA, nước cất lần Dung dịch formalin dung dịch hidroxylamin Dung dịch NaOH Dung dịch muối M nS04 Nồng độ Mn2+ xác định phương pháp trắc quang với thuốc thử formaloxim III Kết nghiên cứu: m l Nghiên cứu khả hấp thụ hạt MnOz với Mn2+ dung dịch môi trường pH khác nhau: III.l.l pH = Tiến hành thí nghiệm với mẫu sau: Mẫu 1: gam hạt M n02 + 10ml Mn2+ 8,3.10-3M Mẫu 2: gam hạt MnƠ2 + 20ml Mn2+ 8,3.10-3M Mẫu 3: gam hạt MnOz + 30ml Mn2+ 8,3.10-3M Cho hỗn hợp vào bình nón, chỉnh pH = 3, lắc máy lắc 30 phút, lọc phân tích Mn2+ sau xử lí, kết trình bày bảng Bảng - Khả hấp thụ hạt M n pH = Mảu VmlMn2+ 10 20 30 Lượng Mn2+ ban đầu (mg) Lượng Mn2+ sau xử lí (nig) 6,5 9,2 14,7 14,6 16,2 22 Như vậy, pH = 3, hàm lượng Mn2+ sau xử lí lớn hàm lượng Mn2+ ban đầu M n bị tan phần axit Do khơng thể tiến hành xử lí Mn2+ mơi trường axit Cần tăng pH lên III.1.2 pH = Tiến hành tương tự Kết trình bày bảng Bảng - Khả hấp thu hạt MnOz pH = Lượng Mn2+ ban đầu (mg) 6,5 Lượiig Mn2+ sau xử lí(ing) 0,15 Lượng Mn2+ bị hấp thụ (mg/g) 6,3 9,2 1,56 7,64 12,0 3,80 8,20 18,4 9,6 8,80 23 14,2 8,80 27,6 17,7 8,90 Mẫu Như pH = 5, khả hấp thụ M n thể M n không bị tan I ll pH = mơi trường trung tính Tiến h n h tương tự t r ê n với mẫu có hàm lượng Mn2+ Kết trình bày bảng Bảng 3- Khả hấp thụ hạt M n pH = Mẫu Lượng Mn2+ ban Lượng Mn2+ sau xử Lượng Mn2+ bị đầu (mg) hấp thụ (rng/g) lí(mg) 6,5 5,75 0,75 9,2 7,68 1,52 12,0 9,3 2,70 18,4 11,0 7,4 23 11,8 11,2 27,6 12,0 15,6 Như vậy, khả hấp thụ M n0 pH = tốt, khoảng 12mg/g M n Do đó, tiến hành xử lí Mn2+ nước pH pH nước sinh hoạt II.2 Xử lí Mn2+ sơ nguồn nước Hà Nội hạt M n Iĩ.2.1 Xác định Mn2+ trước sau xử lí nước sô vùng Hà Nội: Cầu Giấy, Bưởi, Thanh Xuân, Ngọc H hàm lượng Mn2+ nước giếng khoan (nước ngầm) hộ gia đình lớn Do việc xử lí Mnỉ+ cần thiết II.2.2 Láp đạt hệ thống xử lí Mn2+ với qui mơ gia đình Qua thí nghiệm tính tốn, lắp đặt hệ thống xử lí Mn2+ irong nước sinh hoạt gia đình theo IĨ1Ơ hình sau: Nước chưa xử lí từ giếng khoan lên bể chứa (1) có dung tích từ - 3m có chứa cát sạch, nước phun mưa để oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ kèm theo bể (1) bơm điều hồ nhỏ (1’) chứa chất oxi hố (nước Javen H 20 2) với mục đích giúp thêm q trình oxi hoá Fe2+, Mn2+ (2) d ’ (3) (1) / * - * * * - ' * r ỉ * Bể chưa xử lí Nước Nước chưa xử lí HỆ THỐNG XỬ Lí Mn2+ Nước bể (1) qua cát thành nước (do Fe3+ dạng Fe(OH)3 -i qua cột xử lí (2) băng nhựa (hoặc thép khơng ri) có đường kính 200-300nm chiều cao 12001400 nm chứa khoảng từ 30-50kg hạt M n02 hoạt hoá Tại đây, Mangan bị giữ lại Sau đó, nước qua cột (3) để lọc đưa sử dụng Thiết bị lọc Mangan đưa vào sử dụng số hộ gia đình dùng nước ngầm Hà Nội cho kết tốt Mn2+ lại nước sau xử lí nhỏ lượng cho phép (