(Khoá luận tốt nghiệp) nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý florua trong nước từ sét bentonite tự nhiên

LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Phƣơng Thảo tin tƣởng giao đề tài hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu để em hồn thành tốt khóa luận Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy, giáo khoa Hóa Học, anh, chị, bạn phịng thí nghiệm Hóa Mơi Trƣờng giúp đỡ ủng hộ em suốt thời gian qua Hải Phòng, tháng 11 năm 2012 Sinh viên: Trần Thái Dƣơng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Flo 1.1.1 Tính chất flo 1.1.2 Nguồn gốc xuất flo 1.1.3 Độc tính florua 1.2 Các phƣơng pháp xử lý florua 1.2.1 Phương pháp hấp phụ 1.2.2 Phương pháp hóa học sử dụng magie oxit 1.2.3 Phương pháp keo tụ 1.3 Lý thuyết phƣơng pháp hấp phụ 1.3.1 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 1.3.2 Ứng dụng phương pháp hấp phụ 10 1.4 Giới thiệu khoáng sét Bentonit 11 1.4.1 Nguồn gốc, đặc điểm 11 1.4.2 Ứng dụng 11 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 13 2.1 Hóa chất dụng cụ 13 2.1.1 Hóa chất 13 2.1.2 Dụng cụ 14 2.2 Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 14 2.2.1 Ý tưởng thực đề tài 14 2.2.2 Phương pháp phân tích florua 14 2.2.3 Phương pháp tán xạ tia X (X-ray diffaction, XRD) 15 2.3 Nội dung nghiên cứu 16 2.3.1 Tổng hợp vật liệu Bentonite dạng hạt (kết dính thủy tinh lỏng) 16 2.3.2 Tổng hợp vật liệu Bentonite mang Mg2+ 17 2.3.3 Tổng hợp vật liệu Bentonite mang Ce3+ 18 2.3.4 Nghiên cứu khả hấp phụ florua vật liệu tổng hợp 19 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Hình thái cấu trúc vật liệu 20 3.1.1 Hình thái vật liệu 20 3.1.2 Cấu trúc vật liệu 20 3.1.3 Xây dựng đường chuẩn phân tích florua 22 3.2 Khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu Bentonite dạng hạt 23 3.2.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ 23 3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại 25 3.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Bentonite mang Mg2+ 27 3.3.1 Khảo sát sơ bộkhả hấp phụ florua vật liệu Bentonite mang Mg2+ 27 3.3.2 Khảo sát thời gian cân hấp phụ 27 3.3.3 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại 28 3.4 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Bentonite mang Ce3+ 30 3.4.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ 30 3.4.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại 31 3.5 So sánh khả hấp phụ florua ba loại vật liệu 34 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hình 2: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir Hình 3: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Hình 4: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich 10 Hình 5: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu Bentonite - Na2SiO3 17 Hình 6: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu Bentonite – Mg2+ 17 Hình 7: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu Bentonite – Ce3+ 18 Hình 8: Phổ XRD vật liệu Bentonite dạng hạt 20 Hình 9: Phổ XRD vật liệu Bentonite mang Mg2+ 21 Hình 10: Phổ XRD vật liệu Bentonite mang Ce3+ 21 Hình 11: Đồ thị đường chuẩn phân tích florua 23 Hình 12 : Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite dạng hạt 24 Hình 13 : Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite dạng hạt 25 Hình 14 : Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite dạng hạt 26 Hình 15 : Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite dạng hạt 26 Hình 16 : Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite – Mg2+ 28 Hình 17: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Mg2+ 29 Hình 18: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite – Mg2+ 29 Hình 19: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite – Mg2+ 30 Hình 20: Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite – Ce3+ 31 Hình 21: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Ce3+ 32 Hình 22: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite – Ce3+ 33 Hình 23: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite – Ce3+ 33 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Dữ liệu xây dựng đường chuẩn F- 22 Bảng : Kết khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu bentonite với nồng độ Na2SiO3 khác 23 Bảng 3: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite dạng hạt 24 Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite dạng hạt 25 Bảng : Kết khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu bentonite với nồng độ Mg2+ khác 27 Bảng 6: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite – Mg2+ 27 Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite – Mg2+ 28 Bảng 8: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite – Ce3+ 31 Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite – Ce3+ 32 Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường MỞ ĐẦU Đối với quốc gia giới, nƣớc tài nguyên vô quý giá quan trọng Mặc dù nƣớc chiếm 3/4 diện tích tồn cầu nhƣng lƣợng nƣớc sử dụng cho sinh hoạt lại có nguy thiếu nƣớc tƣơng lai khơng xa Hơn nữa, nguồn nƣớc bị ô nhiễm ngun tố có hại nhƣ sắt, mangan, chì, asen, flo… Riêng flo, nồng độ nƣớc có lợi bất lợi cho sức khỏe ngƣời Ở nồng độ thấp flo cần thiết để chống loãng xƣơng sâu Nhƣng nồng độ cao gây bệnh xƣơng nhiễm flo Nhiều địa phƣơng nƣớc ta có hàm lƣợng flo nƣớc ngầm vƣợt tiêu chuẩn cho phép gây tác động xấu đến sức khỏe ngƣời dân Vì vậy, nghiên cứu nhằm loại bỏ ion đƣợc nhà khoa học quan tâm Ta biết bentonite loại vật liệu có nhiều ứng dụng rộng rãi , xây dựng dân dụ , nông nghiệp, mỹ phẩ Đặc biệt, bentonite vật liệu có cấu trúc lớp diện tích bề mặt lớn Do vậy, khả hấp phụ tốt Với mong muốn tạo vật liệu có khả hấp phụ cao, đặc biệt với đối tƣợng ô nhiễm florua, thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý florua nƣớc từ sét bentonite tự nhiên” Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường CHƢƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Flo 1.1.1 Tính chất flo Flo nguyên tố halogen thể khí nhẹ hoạt động nhóm VII bảng tuần hồn Số nguyên tử = 9, nguyên tử khối = 18,99840, hóa trị I, khơng có đồng vị bền khác, nguyên tố có độ âm điện cao tác nhân oxi hóa mạnh đƣợc biết Khí F2 màu vàng nhạt, mùi hăng xốc, ts -1880C, tđđ -2190C, phản ứng mãnh liệt với hầu hết chất có khả oxi hóa đƣợc nhiệt độ phịng, thƣờng với đánh lừa, tạo florua với tất nguyên tố, trừ heli, neon acgon [6,8] 1.1.2 Nguồn gốc xuất flo Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu dạng ion florua hóa trị I, thành phần khoáng nhƣ floapatit [(Ca10F2)PO4)6], criolit (Na3AlF6) flospar (CaF2) Nó thành phần chung đất, trung bình 200 mg/l.kg tồn giới Florua có nƣớc tự nhiên, trung bình khoảng 0,2 mg/l (Châu Âu Bắc Mĩ), nƣớc biển nồng độ florua vào khoảng 1,2 mg/l Tính chung flo nguyên tố có độ giàu thứ mƣời ba trái đất, chiếm 0,03% khối lƣợng vỏ trái đất [8] Flo đƣợc thải vào môi trƣờng từ nhiều nguồn khác Khí florua (phần lớn HF) đƣợc phát qua hoạt động núi lửa số ngành cơng nghiệp khác Florua dạng khí dạng hạt sản phẩm phụ việc đốt than (than chứa 10 ÷ 480 mg flo/kg than, trung bình 80 mg/kg) đƣợc giải phóng q trình sản xuất thép luyện kim loại không chứa sắt Sản xuất nhôm bao gồm việc sử dụng criolit, flospar nhôm florua thƣờng nguồn florua chủ yếu mơi trƣờng Các khống có chứa florua thƣờng vật liệu thô cho thủy tinh, gốm sứ, xi măng, phân bón [8, 9] Chẳng hạn, sản xuất phân photphat việc axit hóa quặng apatit với axit sunfuric giải phóng hidro florua theo phƣơng trình sau ví dụ minh họa: 3[Ca3(PO4)2]CaF2 + 7H2SO4 → 3[Ca(H2PO4)2] + 7Ca SO4 + 2HF Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường Ngồi phong hóa đá khống vật chứa flo giải phóng flo vào nƣớc ngầm, nƣớc sơng, nƣớc suối, làm tăng dần hàm lƣợng florua nƣớc Ở vùng có khống hóa florit hàm lƣợng flo nƣớc cao Nƣớc ngầm vận động mang theo ô nhiễm flo xa nguồn với khoảng cách lớn [8, 9, 18] Trên thực tế có nhiều khu vực có nguồn nƣớc tự nhiên nhiễm flo cao nhƣ số vùng Ấn Độ, Trung Quốc, Bănglađet… Ở Khánh Hòa, Phú n, Bình Định nhiều nơi nƣớc ta có khu vực mà hầu hết nguồn nƣớc chứa hàm lƣợng florua từ – mg/l, chí có giếng lên tới mg/l Trong tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt, nƣớc mặt nồng độ florua = 0,7 – 1,5 mg/l (TCVN, 1995) [8,9] 1.1.3 Độc tính florua Florua có ảnh hƣởng bệnh lí học lên sinh vật: thực vật, động vật ngƣời [8] Thực vật: florua gây phá hủy diện rộng mùa màng Nó chủ yếu đƣợc tập trung thực vật dạng khí (HF) qua khí khổng lá, hịa tan vào pha nƣớc lỗ cận khí khổng đƣợc vận chuyển dạng ion theo dịng nƣớc đến đỉnh mép Một số vào tế bào tích tụ bên bào quan tế bào Các ảnh hƣởng florua đến thực vật phức tạp liên quan với nhiều phản ứng sinh hóa Các triệu chứng thƣơng tổn chung gây vàng đỉnh mép cháy làm giảm sinh trƣởng phát triển thực vật với nảy mầm hạt Một biểu sớm gây ảnh hƣởng xấu đến thực vật florua clorophin, điều liên quan đến phá hủy lục lạp, ức chế quang tổng hợp Florua có ảnh hƣởng trực tiếp tới enzim liên quan đến glico phân, hô hấp trao đổi chất lipit tổng hợp protein (photphoglucomutara, piruvat kinaza, sucxinic dehidrogenaza, pirophotphataza, ATPaza ti thể) Tất tác hại khiến mùa màng bị thất thu Động vật: nồng độ florua thấp thành phần thiết yếu cho q trình khống hóa bình thƣờng xƣơng hình thành men răng, làm cho Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường men tƣơng đối miễn dịch vói cơng vi khuẩn Tuy nhiên, uống nhiều florua gây xƣơng nhiễm flo [8, 9, 14, 16] Sự ô nhiễm khơng khí có chứa florua có khả gây phá hủy rộng lớn vật nuôi nƣớc công nghiệp phát triển so với chất nhiễm khác Các triệu chứng ảnh hƣởng thấy rõ là: vơi hóa khác thƣờng xƣơng răng; dạng cứng nhắc, thân mảnh, lông xù, giảm cho sữa, giảm cân… [8] Con ngƣời: Bệnh nhiễm flo nghề nghiệp đƣợc chẩn đoán xí nghiêp luyện nhơm phân bón photphat, mức nhiễm flo xƣơng đạt tới 2,0 mg/kg [8] Do lƣợng florua mức, men độ bóng Florua chủ yếu đƣợc tích lũy khớp cổ, đầu gối, xƣơng chậu xƣơng vai, gây khó khăn di chuyển Các triệu chứng xƣơng nhiễm flo tƣơng tự nhƣ cột sống dính khớp viêm khớp, xƣơng sống bị dính lại với cuối bệnh nhân bị tê liệt Nó chí dẫn đến ung thƣ cuối cột sống lớn, khớp lớn, bắp hệ thần kinh bị tổn hại Bên cạnh tiêu thụ nhiều florua dẫn đến tác hại nhƣ: thối hóa sợi cơ, nồng độ hemoglobin thấp, dị dạng hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng, trầm cảm, vấn đề tiêu hóa đƣờng tiết liệu, ngứa ran ngón tay ngón chân, giảm khả miễn dịch, xảy thai, phá hủy enzim … [14, 16, 17, 18] 1.2 Các phƣơng pháp xử lý florua 1.2.1 Phương pháp hấp phụ Khi so sánh công nghệ xử lý nhiễm florua nƣớc hấp phụ biện pháp đƣợc lựa chọn mang tính khả thi khu vực nông thôn [14] Một số chất hấp phụ hay đƣợc sử dụng để lại bỏ florua là: Nhơm hoạt tính: có độ xốp cao diện tích bề mặt lớn Mạng tinh thể nhơm oxit hoạt tính có vị trí khuyết tật, làm phát sinh khu vực cục mang điện tích dƣơng Điều dẫn đến khả khả hấp phụ anion, đặc biệt florua Nhơm oxit hoạt tính vật liệu hấp phụ Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp ABS Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 Khoa Môi Trường y = 0.124x + 0.001 R² = 0.995 0.5 1.5 Nồng độ F- (ppm) Hình 11: Đồ thị đường chuẩn phân tích florua 3.2 Khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu Bentonite dạng hạt Kết đƣợc thể qua bảng : Bảng : Kết khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu bentonite với nồng độ Na2SiO3 khác STT Tỷ lệ bentonite Na2SiO3 Abs 1,088 15/1 C0 (ppm) C (ppm) q (mg/g) 0,869 10 8,8 0,060 20/1 0,882 10 8,3 0,087 30/1 0,876 10 8,5 0,075 Qua bảng kết ta thấy khả hấp phụ florua vật liệu bentonite với nồng độ Na2SiO3 khơng khác nhiều, ta lấy nồng độ đại diện cho vật liệu bentonite đƣợc kết dính thủy tinh lỏng với tỷ lệ bentonite thủy tinh lỏng 25/1 3.2.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ Kết đƣợc thể qua bảng 3: 23 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khoa Môi Trường Bảng 3: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite dạng hạt STT t (phút) Co (ppm) Ce (mg/l) HSHP (%) q (mg)g 15 10 6,8 31,855 0,159 30 10 6,3 37,097 0,185 60 10 6,0 39,919 0,200 120 10 5,8 41,935 0,210 180 10 5,7 43,548 0,218 240 10 5,5 44,758 0,224 360 10 5,5 45,161 0,226 420 10 5,5 45,161 0,226 0.25 q (mg/g) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 100 200 300 400 500 t (phút) Hình 12 : Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite dạng hạt Qua đồ thị ta thấy thời gian cân hấp phụ vật liệu Bentonite dạng hạt 240 phút Từ thời gian cân xác định đƣợc, khảo sát trình hấp phụ vật liệu đƣợc tiến hành với thời gian 240 phút 24 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường 3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại Kết thu đƣợc thể qua bảng : Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite dạng hạt STT Co (ppm) Ce (ppm) q (mg/g) C/q lnC lnq 1,8 0,161 11,000 0,573 -1,825 10 5,1 0,246 20,656 1,625 -1,403 15 8,2 0,343 23,765 2,097 -1,071 20 11,7 0,415 28,155 2,459 -0,879 25 15,3 0,484 31,667 2,729 -0,726 50 37,1 0,645 57,500 3,614 -0,438 100 86,3 0,685 125,882 4,458 -0,378 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 0.8 0.7 q (mg/g) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 20 40 60 80 100 Ce (ppm) Hình 13 : Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite dạng hạt 25 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường Phƣơng trình Langmuir 140 y = 1.314x + 11.60 R² = 0.997 120 c/q 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 C (ppm) Hình 14 : Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite dạng hạt Phƣơng trình Freundlich 0.0 -0.2 -0.4 lg q -0.6 -0.8 y = 0.396x - 1.953 R² = 0.941 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2.0 lg C Hình 15 : Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite dạng hạt - Từ đồ thị biểu diễn đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite dạng hạt (Hình 13), ta thu đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu với ion florua chƣa cao, xấp xỉ 0,761 mg/g 26 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường - Từ đồ thị Hình 14 Hình 15, ta thấy phƣơng trình Langmuir phƣơng trình Freundlich dùng để mơ tả q trình hấp phụ, nhƣng phƣơng trình Langmuir phù hợp 3.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Bentonite mang Mg2+ 3.3.1 Khảo sát sơ bộkhả hấp phụ florua vật liệu Bentonite mang Mg2+ Kết đƣợc thể qua bảng 5: Bảng : Kết khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu bentonite với nồng độ Mg2+ khác STT Nồng độ Mg2+ Abs 1,088 0,5M C0 (ppm) C (ppm) q (mg/g) 0,9 10 7,5 0,123 1M 0,868 10 8,8 0,058 1,5M 0,869 10 8,8 0,060 Qua bảng kết (Bảng 5) ta thấy khả hấp phụ florua vật liệu bentonite - Mg2+ 0,5M tốt nên khảo sát trình hấp phụ dạng vật liệu đƣợc tiến hành với vật liệu bentonite - Mg2+ 0,5M 3.3.2 Khảo sát thời gian cân hấp phụ Bảng 6: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite – Mg2+ STT t (phút) Co (ppm) Ce (mg/l) HSHP (%) q (mg)g 30 10 9,0 10,000 0,050 60 10 8,4 15,833 0,079 180 10 7,6 24,167 0,121 240 10 7,5 25,000 0,125 300 10 7,5 25,000 0,125 360 10 7,5 25,000 0,125 27 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường 0.14 0.12 q (mg/g) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 100 200 300 400 t (phút) Hình 16 : Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite – Mg2+ Từ đồ thị (Hình 16) ta thấy thời gian cân hấp phụ vật liệu Bentonite – Mg2+ 180 phút Từ thời gian cân xác định đƣợc, khảo sát trình hấp phụ vật liệu đƣợc tiến hành với thời gian 180 phút 3.3.3 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite – Mg2+ STT Co (ppm) Ce (ppm) q (mg/g) C/q lnC lnq 10 7,6 0,121 62,759 2,026 -2,113 15 11,8 0,158 74,737 2,471 -1,843 20 16,3 0,187 86,667 2,788 -1,674 25 20,6 0,219 94,286 3,027 -1,520 50 40,8 0,458 89,091 3,709 -0,780 100 90,0 0,500 180,000 4,500 -0,693 28 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 0.6 q (mg/g) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 20 40 60 80 100 Ce (ppm) Hình 17: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Mg2+ C/q Phƣơng trình langmuir 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 y = 1.292x + 57.61 R² = 0.922 20 40 60 80 100 Ce (ppm) Hình 18: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite – Mg2+ 29 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường Phƣơng trình Freundlich 0.0 -0.5 Lnq y = 0.628x - 3.377 R² = 0.942 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 LnC Hình 19: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite – Mg2+ - Từ đồ thị biểu diễn đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Mg2+ (Hình 17), ta thu đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu với ion florua chƣa cao, xấp xỉ 0,774 mg/g - Từ đồ thị Hình 18 Hình 19, ta thấy phƣơng trình Langmuir phƣơng trình Freundlich dùng để mơ tả q trình hấp phụ, nhƣng phƣơng trình Freundlich phù hợp 3.4 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Bentonite mang Ce3+ 3.4.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ Kết đƣợc thể qua bảng hình 20 Qua bảng số liệu (Bảng 8) đồ thị (Hình 20) ta thấy, vật liệu Bentonite – Ce3+ có thời gian hấp phụ nhanh, sau 30 phút nồng độ flo giảm đáng kể, sau có biến đổi sau 120 phút hầu nhƣ khơng đổi Vì vậy, để có đƣợc tải trọng hấp phụ tối ƣu, trình sau ta thực với thời gian hấp phụ 120 phút 30 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Khoa Môi Trường Bảng 8: Kết khảo sát thời gian hấp phụ cân vật liệu Bentonite – Ce3+ STT t (phút) Co (ppm) Ce (mg/l) HSHP (%) q (mg)g 30 10 6,3 36,667 0,183 60 10 5,5 45,000 0,225 120 10 4,8 52,500 0,262 180 10 4,7 53,333 0,267 240 10 4,7 53,333 0,267 300 10 4,7 53,333 0,267 0.3 q (mg/g) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 50 100 150 200 250 300 350 t (phút) Hình 20: Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian vật liệu Bentonite – Ce3+ 3.4.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại đƣợc thể qua bảng 9, từ số liệu đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt phƣơng trình tuyến tính Langmuir, Freundlich đƣợc xây dựng biểu diễn hình 21 đến 23 - Từ đồ thị biểu diễn đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Ce3+ (Hình 21), ta thu đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu với ion florua cao, xấp xỉ 6,135 mg/g 31 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường - Từ đồ thị Hình 22 Hình 23, ta thấy : phƣơng trình Langmuir khơng phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ vật liệu với ion florua cịn phƣơng trình Freundlich phù hợp Bảng : Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Bentonite – Ce3+ STT Co (ppm) Ce (ppm) q (mg/g) C/q lnC lnq 10 4,3 0,283 15,294 1,466 -1,261 20 9,7 0,517 18,710 2,269 -0,660 50 23,8 1,313 18,095 3,168 0,272 100 48,3 2,583 18,710 3,878 0,949 150 82,5 3,375 24,444 4,413 1,216 200 131,7 3,417 38,537 4,880 1,229 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 4.0 3.5 q (mg/g) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 20 40 60 80 100 120 140 Ce (ppm) Hình 21: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu Bentonite – Ce3+ 32 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường c/q Phƣơng trình langmuir 45 40 35 30 25 20 15 10 y = 0.163x + 14.14 R² = 0.893 20 40 60 80 100 120 140 Ce (ppm) Hình 22: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir vật liệu Bentonite – Ce3+ Phƣơng trình Freundlich 2.0 1.5 y = 0.790x - 2.354 R² = 0.969 Lnq 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 LnC Hình 23: Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Freundlich vật liệu Bentonite – Ce3+ 33 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường 3.5 So sánh khả hấp phụ florua ba loại vật liệu Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu nhƣ sau: Vật liệu Bentonite dạng hạt: qmax 0,761 mg/g Vật liệu Bentonite mang Mg2+ qmax 0,774 mg/g Vật liệu Bentonite mang Ce3+ qmax 6,135 mg/g Nhƣ : - Với ba vật liệu, phƣơng trình Langmuir phƣơng trình Freundlich dùng để mơ tả q trình hấp phụ Nhƣng với vật liệu Bentonite dạng hạt phƣơng trình Langmuir phù hợp Còn với vật liệu Bentonite mang Mg2+ vật liệu Bentonite mang Ce3+ phƣơng trình Freundlich phù hợp hơn, chứng tỏ chế hấp phụ đa lớp tạo phức bề mặt, tâm hấp phụ xen kẽ lớp có tƣơng tác, ảnh hƣởng trực tiếp lẫn - So sánh tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu, ta thấy : vật liệu Bentonite mang Ce3+ có tải trọng hấp phụ cực đại cao nhiều lần so với vật liệu lại Chứng tỏ thêm Ce3+ vào làm tăng cƣờng hấp phụ anion bề mặt vật liệu lên gần 10 lần 34 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu thực đề tài, thu đƣợc kết sau : Đã tìm hiểu độc tính nguy gây nhiễm florua môi trƣờng, biện pháp xử lý đƣợc áp dụng để đƣa hƣớng nghiên cứu đề tài Đã tổng hợp khảo sát khả hấp phụ florua vật liệu bentonite dạng hạt Kết thu đƣợc vật liệu hấp phụ khơng cao Nghiên cứu quy trình biến tính bentonit nhằm nâng cao tải trọng hấp phụ vật liệu cách mang Mg2+ Ce3+ Qua khảo sát cho thấy : - Vật liệu mang thêm Ce3+ dạng khối xốp, dễ tạo hạt với kích thƣớc hạt nhỏ - Vật liệu mang thêm Mg2+ sau sấy khô, vật liệu dạng khối, liên kết chặt chẽ, khó để tạo hạt có kích thƣớc nhỏ Khảo sát khả hấp phụ ion florua hai vật liệu bentonit biến tính cho thấy : - Vật liệu mang thêm Mg2+ khả hấp phụ florua cao không nhiều so với vật liệu bentonit nguyên khai đƣợc kết dính tạo hạt Thời gian cân hấp phụ 180 phút, phƣơng trình Langmuir Freundlich phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 0,774 mg/g - Vật liệu mang thêm Ce3+ cho khả hấp phụ florua tốt Thời gian cân hấp phụ đạt đƣợc nhanh (chỉ 120 phút) Tải trọng hấp phụ cực đại 6,135 mg/g, tăng gấp gần 10 lần so với vật liệu bentonit ban đầu Nhƣ vậy, biến tính bentonite cách mang thêm Ce3+ nâng cao tải trọng hấp phụ ion florua lên đáng kể Quy trình chế tạo vật liệu đơn giản dễ dàng, vật liệu phù hợp với mục đích sử dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý chất ô nhiễm môi trƣờng nhƣ florua 35 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Nguyên Chƣơng, Trần Hồng Côn, Nguyễn Văn Nội, Hoa Hữu Thu, Nguyễn Thị Diễm Trang, Hà Sỹ Uyên, Phạm Hùng Việt (2002), Hóa kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý, NXB Đại học quốc gia Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí – tập 2, NXB Giáo Dục, Hải Phòng Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Hồng Nhâm (2005), Hóa học vơ – tập 2, NXB Giáo Dục Hoàng Nhâm (1999), Hóa học vơ – tập 3, NXB Giáo Dục Nguyễn Đức Huệ (2010), Độc học môi trường, Giáo trình, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQGHN Nguyễn Xuân Lãng (2003), Nghiên cứu xử lý flo cho nước thải nhà máy sản xuất phân lân, Báo cáo khoa học, Viện Hóa học Cơng nghiệp, Hà Nội 10 Ngô Thị Thúy (2011), Nghiên cứu chế tạo vật liệu cở sắt silic oxit/hydroxit bước đầu đánh giá khả hấp phụ asen mangan chúng nước, khóa luận tốt nghiệp, trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQGHN 11 Đỗ Thị Hiền (2012), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ ion florua sở Al2O3 CeO2, khóa luận tốt nghiệp, trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQGHN 12 http://www.bentonite.com.vn/ Tiếng Anh 13 APHA (1998), Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, 20th edition, Washington, DC.20005, Method 4500-F D 36 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Khoa Mơi Trường 14 Brajesh K Shrivastava and A Vani (2009), “ Comparative Study of Deflouridation Technologies in India ”, Asian J Exp Sci 23(1), pp 269-274 15 Duong D Do (1998), Adsorption Analysis : Equilibria and Kinetics, Imperial College Press 16 Nan Chen, Zhenya Zhang, Chuanping feng, Miao Li,…(2010), “ Ann excellent flouride sorption behavior of ceramic adsorbent ”, Journal of Hazardous Materials, 183, pp.460-465 17 Kefyalew Gomoro Feyissa (2003), Fluoride removal by lateritic soils and Electrochemically formed Al(OH)3, Thesis of Master of Science in Chemistry, Addis Ababa University 18 K Bjorvatn, A Bardsen, R Tekle-Haimanot, “Defluoridation of drinking warter by the use of clay/soil”, 2nd International Workshop on Fluorosis Prevention and Defluoridation of Water 37 Trần Thái Dương – MT1201 Khóa luận tốt nghiệp