1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp

152 1 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 152
Dung lượng 4,38 MB

Cấu trúc

  • 1. Lí do chọn đềtài (23)
  • 2. Mụctiêunghiên cứu (24)
  • 3. Đốitượng,phạmvinghiên cứu (0)
  • 4. Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn củađềtàinghiêncứu (25)
  • 5. Những đóng góp mớicủa luận án (26)
  • Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU (0)
    • 1.1.2. Tình hình khái thác vàchếbiến bauxite ở ViệtNam và Thếgiới (29)
    • 1.1.3. Các nghiên cứu xửlýbùn đỏ [8] (31)
    • 1.2. Tổng quan vềkim loại nặng ...............................................................11 10 (33)
      • 1.2.1. Ô nhiễm kim loạinặng ............................................................... 10 11 1.2.2. Hậu quảcủa ônhiễm kim loại nặng đến sứckhỏe conngười 1 2 11 1.3. Tổng quan về hiện tượng hấp phụ ............................................................ 1314 1.3.1. Hấp phụ ....................................................................................... 1314 1.3.2. Hấp phụvậtlý và hấp phụhóahọc ...............................................15 14 (33)
      • 1.3.3. Nhiệt hấp phụ,nănglượng hoạthóa củaquá trình hấp phụ .......18 16 (7)
      • 1.3.4. Sự chọn lọc hấp phụ .................................................................... 17 18 1.3.5. Sự phụ thuộc củanhiệt độ ........................................................... 1718 1.3.6. Tính chất của các điểm hấp phụ ..................................................18 17 (7)
      • 1.3.7. Năng lượng hoạt hóa hấp phụ ..................................................... 17 19 1.3.8. Trạng thái của chất bịhấp phụ .....................................................19 18 (7)
      • 1.3.9. Cân bằng hấpphụ [14] ................................................................20 18 (7)
    • 1.4. Tổng quan về cácphần mềm hỗ trợ tính toán ......................................24 22 (7)
      • 1.4.4. Chemcraft (7)
  • Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM . 28 26 2.1. Các phương pháp nghiêncứu (7)
    • 2.1.2. Phương pháphiển vi electron [16] (7)
    • 2.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tiaX (XRD) (7)
    • 2.2. Thực nghiệ m (7)
      • 2.2.1. Hóa chất và thiếtbị [21] (7)
      • 2.2.2. Tổng hợp vật liệu (0)
      • 2.2.3. Hấp phụkim loại nặng [18,21, 37, 43] (64)
      • 2.2.4. X â y d ự n g m ô h ì n h , c á c t í n h t o á n h ó a h ọ c l ư ợ n g t ử t r ê n m á y vi tính (64)
  • Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊNCỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 43 41 (0)
    • 3.1.1. Thành phần hóa học (65)
    • 3.1.3. Quy trình hoạt hóa vật liệu [21] (69)
    • 3.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng và Asen củ a hạt vật liệu BVNQ, BOS .................................................... 50 48 (72)
      • 3.2.1. Kết quảthựcnghiệm hấpp h ụ i o n C d 2+ t r o n g d u n g d ị c h n ư ớ c của hạtBVNQ, BOS 5048 (72)
      • 3.2.2. Kếtquảt h ự c n gh i ệ m hấp p h ụ i o n C u 2+ t r o n g d un gd ị ch n ư ớ c của hạt BVNQ, BOS (87)
      • 3.2.3. Kếtq u ả t h í n g h i ệ m h ấ p p h ụ i o n Z n 2+ trongd u n g d ị c h n ư ớ c của hạt BVNQ, BOS (100)
      • 3.2.4. q u ả Kết t h í n g h i ệ m h ấ p p h ụ A s e n ( V ) t r o n g d u n g d ị (0)
      • 3.2.5. Tổng hợp và thảo luận các kếtquả nghiên cứuthực nghiệm . 96 883.3. Xây dựng môhìnhGeothite đểtính lí thuyết (122)
      • 3.4.1. Kết quảnghiêncứulýthuyếtc ơ c h ế h ấ p p h ụ i o n C d 2+ trongdung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS (129)
      • 3.4.2. Kếtquảnghiêncứulýt h u y ế t c ơ (131)
      • 3.4.3. Kếtquảnghiêncứulýthuyếtc ơ c h ế h ấ p p h ụ i o n Z n 2+ trongdung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS (134)
      • 3.4.4. Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụ ion Ase(V)trong dung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS (137)
      • 3.4.5. Tổng hợp và thảo luận các kết quả nghiên cứu lý thuyết (138)
      • 2.2.3. Hấpphụkimloạinặng 341 (0)
      • 2.2.4. Xây dựng mô hình,cáctínhtoánlượng tửtrên máy vi tính (0)
    • 3.1. Thànhphần,cấutrúcvàtínhchấthóalýcủahạtvậtliệuhấpphụ (0)
      • 3.2.2. Kếtquả thực nghiệm hấp phụion Cu 2+ trong dung dịch nước của hạtBVNQ,BOS 362 (0)
      • 3.2.3. Kết quả thí nghiệm hấp phụ ion Zn 2+ trong dung dịch nước của hạtBVNQ, BOS3 73 3.2.4. Kếtquả thí nghiệm hấp phụ Asen(V)trong dungdịch nước củahạt BVNQ, BO (0)
      • 3.2.5. Tổnghợp v à t h ả o l u ậ n c á c k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u t h ự c n g h i ệ m (0)
    • 3.4 Các kết quả nghiên cứu lý thuyết hấp phụ ion kim loại nặng và Asen c ủahạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100 (129)
      • 3.4.1. Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụionCd 2+ trong dung dịch n ướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100 (0)
      • 3.4.3. Kết quả nghiêncứulýthuyếtcơ c h ế h ấ p p h ụ i o n Z n 2+ trong dungdịch nướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3105 (0)
      • 3.4.4. Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơ chế hấpphụ ionAse(V)trong dung dịch nước trênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3108 (0)
      • 3.4.5. Tổnghợpvàthảoluậncáckếtquảnghiêncứulýthuyết 3109 (0)
  • ng 1.1: Phân bố các trữ lượng ởcác Châu lục (0)

Nội dung

Lí do chọn đềtài

Ô nhiễm nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang làmột vấn đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chấtlượng môi trường và sức khỏe con người trên toàn thế giới Nước thải côngnghiệp kèm theo các chất độc hại như kim loại nặng đang là mối nguy hiểmđốivớimôitrườngcũngnhưchấtlượngcuộcsốngcủangườidân.

Kimloạinặngthườngliênquanđếnvấnđềônhiễmmôitrường,nguồngốcphátt hảicủakimloạinặngcóthểlàtựnhiênkhôngphảilàkimloại,hoặctừhoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp, nông nghiệp, hàng hải Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se,Mo tồntạitrongnướcởdạngion.Hiệntượngnướcbịônhiễmkimloạinặngthườnggặp trongcáclưuvựcnướcgầncáckhucôngnghiệp,cácthànhphốlớnvàkhuvựckhaitháckho ángsản.

Hiệnnaycácnhàkhoahọctrongvàngoàinướcđangnỗlựcnghiêncứucácphươn gpháp khácnh au đểlo ại bỏkimlo ại nặng trong nướcđến mức chấpnhậnđ ượcđồngthờicũngđảmbảotínhhiệuquảvềmặtkinhtế.Ngoàicácphươngphápv ậtlý,hóahọccũngnhưsinhhọcđãvàđangdùnghoặcđangđượcnghiêncứu đểđưavàoứngdụngthìviệcnghiêncứusửdụngcácvậtliệu, chấtliệulà vấnđềcầnthiếtchobấtcứ mộtngànhnghềnào. Đặcbiệtsửdụ ng c á c v ậ t l i ệ u t ự n h i ê n , t á i s ử d ụ n g c á c p h ế t h ả i th â n t h i ệ n v ớ i mô i trườngluônđượcđặtlênhàngđầunhằmkhônggâytổnhạitớimôitrườn g,đảmbảochosựpháttriểnbềnvữngmàvẫnđemlạihiệuquảcaokhisửdụng.Hóahọclượngtửlàmộtngànhkhoahọcứngdụngcơhọclượngtửvàogiải quyết các vấn đề của hóa học Cụ thể nó cho phép tiến hành các nghiêncứu lí thuyết về cấu trúc phân tử và khả năng phản ứng, giúp tiên đoán nhiềuthôngsốcủa phảnứng trước khi tiến hành thí nghiệm Hơnthếnữa, cùng với sự tiến bộ của công nghệ số trong thời đại ngày nay, máy tínhvà nhiều phầnmềm hỗ trợ tính toán hóa học lượng tử ra đời như Gaussian, SIESTA,

….cóthể tính toán một cách nhanh chóng những phép tính phức tạp, giúp cho việcpháttriểncácphươngphápvàphầnmềmtínhtoánhóahọclượngtửchophépnghiênc ứucấutrúchệnghiêncứuvàkhảnăngphảnứng,từđódựđoánđượchướng phản ứng, điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu líthuyết bằng cách sử dụng các phần mềm tính toán hóa học lượng tử hiện đại.Đâylàmộtlĩnhvựckhámớimẻtrongnghiêncứuhạtvậtliệuhấpphụkimloạinặngtừbù nđỏvàcóthểtínhtoánmộtcáchnhanhchóngnhữngphéptínhphứctạp các tham số về cấu trúc, về các loại năng lượng, bề mặt thế năng, cơ chếphảnứng.

Trongluậnánnày,chúngtôinghiêncứutínhchấtvàcơchếhấpphụmộtsốionkimlo ạinặngtrênvậtliệuchếtạotừbùnđỏ.Cáckếtquảnghiêncứunàysẽlàcơsởkhoahọcchoviệ cứngdụngxửlýnướcthảibịônhiêmkimloạinặngvà góp phần vào quá trình nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm có khả năng hấpphụionkimloạinặngtừnhữngnguyênliệuphếthải,độchạitrongcôngnghiệpkhait hác vàchếbiếnbauxite.

Mụctiêunghiên cứu

Chế tạo vật liệu hấp phụ mới từ phế thải bùn đỏ, trong công nghiệpkhaithácvàchếbiếnbauxite.Nghiêncứucáctínhchấtvàcơchếhấpphụionkim loại nặng Cd 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ và As(V) dạng HAsO4 2-trong nước thải bằngcácthínghiệmthựctếkếthợpvớilýthuyếttínhtoánhiệnđại.

- CácionkimloạinặngCd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôitrườngnước.

- Các phần mềm hỗ trợ tính toán hóa học lượng tử hiện đại nhưGaussView,SIESTA…

- NghiêncứuquátrìnhhấpphụcácionkimloạinặngCd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ và As(V) trong môi trường nước trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc tỉnhLâmĐồng,đáongBìnhYên,HàNộivàphụgiathủytinhlỏngtrongphạmviphòngthín ghiệm.

- Các nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ các ion kim loại nặng nêutrênvàAs(V)bằngphươngphápphiếmhàmmậtđộ.

- Hạtvậtliệuhấpphụchếtạotừphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithác và chế biến bauxite hấp phụ khá tốt nhiều ion kim loại nặng như Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôi trườngnước.

- Nghiên cứu các tính chất hấp phụ, xác định các thông số đẳng nhiệthấp phụ của hạt vật liệu chế tạo từ hỗn hợp bùn đỏ làm rõ hơn các ảnh hưởngcủa khối lượng hạt vật liệu hấp phụ, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của kimloại nặng, ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ các kim loại nặngvàasen.

- BướcđầuxâydựngđượcmôhìnhtâmhấpphụGoethite,sửdụngcácchương trình tính toán hóa học lượng tử hiện đại để nghiên cứu lý thuyết cơchếhấpphụionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ,từđócóth ểdựđoánvàlựachọnchấthấpphụhiệuquả.

- Các kết quả thu được của luận án là cơ sở khoa học cho việc tínhtoán, lựa chọn vật liệu chế tạo từ bùn đỏ vào việc xử lý các kim loại nặngtrongnướcở mộtsốngànhcôngnghiệp.

- Chế tạo ra được loại vật liệu hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặngCd 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ và As(V) trong môi trường nước, xử lý được một phầnnguồnphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithácvàchếbiếnbauxite,đâylàmột bài toán cấp thiết trong hiện tại và tương lai khi Việt Nam đang là mộttrungtâmsảnxuấtnhômlớntrênthếgiới.

- Hạt vật liệu hấp phụ khá tốt các ion kim loại nặng và có tính khả thicao khi áp dụng vào trong thực tế đối với các nguồn nước thải công nghiệp,tạo ra một vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu xử lí môi trường ngày càngtăng,gópphầntíchcựcgiảmthiểuônhiễmkimloạinặngtrongnước.

- Giải thích được cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng Cd 2+ , Cu 2+ ,

- Nội dung của luận án cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, hỗ trợ cho nhaugiữa lý thuyết tính toán và thực nghiệm trong nghiên cứu cơ chế hấp phụ ionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ.

- Nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ mới: Chuyển từ chất thải nguyhiểm, gây hại cho môi trường (bùn đỏ) thành dạng vật liệu có ích (hấp phụkimloạinặng).

- Từcáckếtquảnghiêncứunhậnđược,loạivậtliệuchếtạotừbùnđỏlà vật liệu đa tâm hấp phụ, có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng

Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôitrườngnước.Sựhấpphụcácionkimloạinặngtrênvật liệuchếtạotừbùnđỏvừatuântheođẳngnhiệtFreundlichvừatuântheođẳng nhiệt Langmuir.

Các giá trị tính toán thực nghiệmG o < 0 và -H 0 =52-

- Xây dựng mô hình Geothite bằng các phần mềm tính toán hỗ trợ,chọn mặtcắtFeOOH(101)-(1x1x31×1×3)để tính toán,cáccấutrúc bền nhất

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Font:NotItalic thu được khi cho các phức[Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ , [Zn(H2O)6] 2+ vàHAsO4 2-tương tác với bề mặt Hydrated- FOOH(101)- (1x1x31×1×3) có cácgiá trị năng lượng hấp phụ -∆E = 419 - 519 kJ/mol. Năng lượng lớn để phảnứngxảyra,cũngnhưcósựbiếnđổivềcấutrúcphức.

- Kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm thực tế với lý thuyết tính toán đểnghiên cứu triệt để các tính chất và cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng trên vậtliệu chế tạo từ bùn đỏ Xác định cơ chế hấp phụ [Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ ,[Zn(H2O)6] 2+ và HAsO4 2trên tâm hấp phụ Goethite của hạt BVNQ, BOStheokiểutạophứcHydrated-FOOH(101)-(1x1x31×1×3)qualiênkếthidro.

- Đóng góp thêm một loại vật liệu hấp phụ từ nguồn phế thải bùn đỏtrong công nghiệp khai thác và chế biến bauxite, để xử lý các ion kim loạinặngtrongnước.

Xuất phát từ đối tượng, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài,chương tổng quan sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản, các thông tin và số liệuliênquantrực tiếpđếnnộidungluậnán. i Giới thiệu về bùn đỏ (thành phần hóa học, tình hình thải bùn đỏ ởViệtNam, côngnghệxửlýbùnđỏ…) ii Giớithiệuvềkimloạinặng,ônhiễmkimloạinặng,độctínhcủamộtsốkimloại nặng. iii Trình bày lại một số kiến thức về hấp phụ, hấp phụ vật lý, hấp phụhóahọc,cácđẳngnhiệthấpphụ,cácphươngtrìnhđộnghọchấpphụtronghệlỏng– rắn.Cácyếutốảnhhưởngtớiquátrìnhhấpphụ. iv Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ tính toán (ngôn ngữ lập trìnhPython,phầnmềmGaussian,GaussView,Chemcaft,SIESTA…)

Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên, phần quặng không tan trongkiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền Bã thải này thường được gọi làbùnđỏ.

Pha lỏng của bùn đỏ chứa thành phần nhôm tan trong kiềm và pha rắnchứa các oxit kim loại chủ yếu là 30-60%Helmatithelmatit-Fe2O3, 10- 20%tTrihydrateAluminium aluminium-Al2O2,3-

50%Silicon silicon Dioxide dioxide-SiO2,2-10%S sodiumOxide oxide-Na2O,2- 8%Calcium calcium O x i d e oxide -CaO,2 -

5 0 %T i t a n i u m t i t a n i u m d Dioxide-TiO2c ù n g mộtsốnguyêntốhóahọckhácnữanhư,Nitrogen nitrogen,

Quá trình điều chếAluminaalumina, bauxite được nghiền nhỏ Do đó,bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có ф< 1 μm) dễ phát tánm) dễ phát tán vàokhông khí gây ô nhiễm môi trường, tiếp xúc thường xuyên với bụi này sẽ bịcácbệnhvềda,mắt.Phalỏngcủabùnđỏcótínhkiềmgâyănmònđốivớivậtliệu,khikhôn gđượcthugom,cáchlyvớimôitrường, phalỏngbùnđỏcóthểthấmvàođấtảnhhưởngđếncâytrồng,xâmnhập vào mạchnướcngầmgâyônhiễmnguồnnước.Nướcthảitừbùnđỏtiếpxúcvớidagâytáchạin hưănda,làmmấtđilớpnhờnlàmdakhôráp,sầnsùi, chaicứng,nứtnẻ,đaurát,cóthểsưngtấyvàloétmủởvết ráchxướctrênda.

Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thìtiềmnăngbauxittoànthếgiớikhoảng55–75tỷtấn,phânbốtrêncácChâulục

Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước cótiềmnănglớnhàngđầu(bảng1.2)

STT Tên nước TrữlượngBauxite(10 9 tấn)

Formatted:Left,Indent:Left:0 cm,Firstli0cm,

Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trongnước hoặc xuất khẩu Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thácbauxit,33nướcsảnxuấtaluminvà45nướcđiệnphânnhôm[73].

Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn tài nguyênbauxit vào loại lớn trên thế giới, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương 2,4 tỷ tấn quặng tinh, tập trungchủ yếu ở tây nguyên (chiếm 91,4%), trong đó Đắk Nông 1,44 tỷ tấn (chiếm61%), Lâm Đồng khoảng 975 triệu tấn (chiếm 18%), Gia Lai - Kon Tumkhoảng 806 triệu tấn (chiếm 15%) và Bình Phước khoảng 217 triệu tấn(chiếm 4%) và một số khu vực ven biển Quảng Ngãi và Phú Yên [24, 33], sovới các mỏ Bauxite trên thế giới, Bauxite ở Việt Nam được đánh giá có chấtlượngtrungbình.

ViệtN a m v ớ i s ả n l ư ợ n g 5 5 0 0 0 t ấ n t i n h q u ặ n g / n ă m đ ể s ả n x u ấ t n h ô m hydroxittạinhàmáyhóachấtTânBìnhvàlượngthảibùnđỏlà11.000tấn /năm Sản lượng nhôm cả nước đến năm 2005 là 1.000.000 tấn/năm để xuấtkhẩu hoặc ít nhất đạt 300.000 tấn/năm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước.Với quy hoạch bauxite ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗinănnămsản xuấtkhoảng7triệutấnnhôm,tươngđươngvớiviệcthảiramôitrường10triệutấnbùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn nhôm tương đương với 23 triệu tấn bùnđỏ Cứthế sau10nămsẽcó230triệu tấnvà50nămsausẽ có1,15 tỷtấnbùnđỏtồnđọngtrênvùngđấttâynguyên[33].

Đóngr ắ n : P h ụ gialàthan,hayd ù n g h ó a chất muốiammonium

Canxi,magie,silic,titan,vanadi…

Formatted:Left,None,Indent:Firstline:0 cm,

Line spacing:Multiple 1,15 li,Widow/Orphancontrol

- Sản xuấtPoly Aluminum Cloride- P.A.C (CTCT:Aln(OH)mCl3n- m)dùnglàmchấttrợlắngtrongxửlýnước

- Dùng bùn đỏ làm hạt hấp phụ ion kim loại nặng trong xử lý môitrườngnướcthải[21].

Kimloạinặnglàkháiniệmđểchỉcáckimloạicónguyêntửlượngcaovàthườngcó độctínhđốivớisựsống.Kimloạinặngthườngliênquanđếnvấnđềônhiễmmôitrường.Chú ngphátsinhtừnhiềunguồnkhácnhau,trongđóchủyếulàtừcáchoạtđộngcôngnghiệp[4].

Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v thườngkhôngthamgiahoặcítthamgiavàoquátrìnhsinhhoácủacácthểsinhvậtvàthường tích luỹ trong cơ thể sinh vật Vì vậy, kim loại nặng là các nguyên tốđộc hại với sinh vật Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặptrong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khuvựckhaitháckhoángsản.Ônhiễmkimloạinặngbiểuhiệnởnồngđộcaocủacáckimlo ạinặngtrongnước.

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình thải vàomôi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không được xửlýhoặcxửlýkhôngđạtyêucầu.Ônhiễmnướcbởikimloạinặngcótácđộngtiêucựctớ imôitrườngsốngcủasinhvậtvàconngười.Kimloạinặngtích

Formatted:SpaceBefore:0 pt,After:0 ptLinesp acing:M u l t i p l e 1,55li

Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn củađềtàinghiêncứu

- Hạtvậtliệuhấpphụchếtạotừphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithác và chế biến bauxite hấp phụ khá tốt nhiều ion kim loại nặng như Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôi trườngnước.

- Nghiên cứu các tính chất hấp phụ, xác định các thông số đẳng nhiệthấp phụ của hạt vật liệu chế tạo từ hỗn hợp bùn đỏ làm rõ hơn các ảnh hưởngcủa khối lượng hạt vật liệu hấp phụ, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của kimloại nặng, ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ các kim loại nặngvàasen.

- BướcđầuxâydựngđượcmôhìnhtâmhấpphụGoethite,sửdụngcácchương trình tính toán hóa học lượng tử hiện đại để nghiên cứu lý thuyết cơchếhấpphụionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ,từđócóth ểdựđoánvàlựachọnchấthấpphụhiệuquả.

- Các kết quả thu được của luận án là cơ sở khoa học cho việc tínhtoán, lựa chọn vật liệu chế tạo từ bùn đỏ vào việc xử lý các kim loại nặngtrongnướcở mộtsốngànhcôngnghiệp.

- Chế tạo ra được loại vật liệu hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặngCd 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ và As(V) trong môi trường nước, xử lý được một phầnnguồnphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithácvàchếbiếnbauxite,đâylàmột bài toán cấp thiết trong hiện tại và tương lai khi Việt Nam đang là mộttrungtâmsảnxuấtnhômlớntrênthếgiới.

- Hạt vật liệu hấp phụ khá tốt các ion kim loại nặng và có tính khả thicao khi áp dụng vào trong thực tế đối với các nguồn nước thải công nghiệp,tạo ra một vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu xử lí môi trường ngày càngtăng,gópphầntíchcựcgiảmthiểuônhiễmkimloạinặngtrongnước.

- Giải thích được cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng Cd 2+ , Cu 2+ ,

- Nội dung của luận án cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, hỗ trợ cho nhaugiữa lý thuyết tính toán và thực nghiệm trong nghiên cứu cơ chế hấp phụ ionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ.

Những đóng góp mớicủa luận án

- Nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ mới: Chuyển từ chất thải nguyhiểm, gây hại cho môi trường (bùn đỏ) thành dạng vật liệu có ích (hấp phụkimloạinặng).

- Từcáckếtquảnghiêncứunhậnđược,loạivậtliệuchếtạotừbùnđỏlà vật liệu đa tâm hấp phụ, có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng

Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôitrườngnước.Sựhấpphụcácionkimloạinặngtrênvật liệuchếtạotừbùnđỏvừatuântheođẳngnhiệtFreundlichvừatuântheođẳng nhiệt Langmuir.

Các giá trị tính toán thực nghiệmG o < 0 và -H 0 =52-

- Xây dựng mô hình Geothite bằng các phần mềm tính toán hỗ trợ,chọn mặtcắtFeOOH(101)-(1x1x31×1×3)để tính toán,cáccấutrúc bền nhất

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Font:NotItalic thu được khi cho các phức[Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ , [Zn(H2O)6] 2+ vàHAsO4 2-tương tác với bề mặt Hydrated- FOOH(101)- (1x1x31×1×3) có cácgiá trị năng lượng hấp phụ -∆E = 419 - 519 kJ/mol. Năng lượng lớn để phảnứngxảyra,cũngnhưcósựbiếnđổivềcấutrúcphức.

- Kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm thực tế với lý thuyết tính toán đểnghiên cứu triệt để các tính chất và cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng trên vậtliệu chế tạo từ bùn đỏ Xác định cơ chế hấp phụ [Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ ,[Zn(H2O)6] 2+ và HAsO4 2trên tâm hấp phụ Goethite của hạt BVNQ, BOStheokiểutạophứcHydrated-FOOH(101)-(1x1x31×1×3)qualiênkếthidro.

- Đóng góp thêm một loại vật liệu hấp phụ từ nguồn phế thải bùn đỏtrong công nghiệp khai thác và chế biến bauxite, để xử lý các ion kim loạinặngtrongnước.

Xuất phát từ đối tượng, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài,chương tổng quan sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản, các thông tin và số liệuliênquantrực tiếpđếnnộidungluậnán. i Giới thiệu về bùn đỏ (thành phần hóa học, tình hình thải bùn đỏ ởViệtNam, côngnghệxửlýbùnđỏ…) ii Giớithiệuvềkimloạinặng,ônhiễmkimloạinặng,độctínhcủamộtsốkimloại nặng. iii Trình bày lại một số kiến thức về hấp phụ, hấp phụ vật lý, hấp phụhóahọc,cácđẳngnhiệthấpphụ,cácphươngtrìnhđộnghọchấpphụtronghệlỏng– rắn.Cácyếutốảnhhưởngtớiquátrìnhhấpphụ. iv Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ tính toán (ngôn ngữ lập trìnhPython,phầnmềmGaussian,GaussView,Chemcaft,SIESTA…)

Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên, phần quặng không tan trongkiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền Bã thải này thường được gọi làbùnđỏ.

Pha lỏng của bùn đỏ chứa thành phần nhôm tan trong kiềm và pha rắnchứa các oxit kim loại chủ yếu là 30-60%Helmatithelmatit-Fe2O3, 10- 20%tTrihydrateAluminium aluminium-Al2O2,3-

50%Silicon silicon Dioxide dioxide-SiO2,2-10%S sodiumOxide oxide-Na2O,2- 8%Calcium calcium O x i d e oxide -CaO,2 -

5 0 %T i t a n i u m t i t a n i u m d Dioxide-TiO2c ù n g mộtsốnguyêntốhóahọckhácnữanhư,Nitrogen nitrogen,

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 28 26 2.1 Các phương pháp nghiêncứu

Phương pháp nhiễu xạ tiaX (XRD)

Thực nghiệ m

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

2.2.4.Xây dựng mô hình,cáctínhtoánlượng tửtrên máy vi tính

342 3.1.1 Thànhphầnhóahọc3 42 3.1.2.Nghiêncứucấutrúc3 43 3.1.3.Quytrìnhhoạthóavậtliệu3 46 3.2Các kếtquả nghiêncứu thực nghiệm hấp phụionkim loại nặng vàAsencủahạtvậtliệuBVNQ,BOS3 49 3.2.1.Kếtquả thực nghiệmhấp phụ ion Cd 2+ trong dung dịch nước của hạtBVNQ,BOS 349

3.2.2 Kếtquả thực nghiệm hấp phụion Cu 2+ trong dung dịch nước của hạtBVNQ,BOS 362

3.2.3 Kết quả thí nghiệm hấp phụ ion Zn 2+ trong dung dịch nước của hạtBVNQ, BOS3 73 3.2.4 Kếtquả thí nghiệm hấp phụ Asen(V)trong dungdịch nước củahạt BVNQ, BO

3.4Các kết quả nghiên cứu lý thuyết hấp phụ ion kim loại nặng và Asen c ủahạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100

3.4.1.Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụionCd 2+ trong dung dịch n ướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3100

3.4.2.Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơchế hấp phụ ionCu 2+ trongdung

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

3.4.3.Kết quả nghiêncứulýthuyếtcơ c h ế h ấ p p h ụ i o n Z n 2+ trong dungdịch nướctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3105

3.4.4.Kết quả nghiên cứu lýthuyết cơ chế hấpphụ ionAse(V)trong dung dịch nước trênhạtvậtliệuBVNQ,BOS 3108

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt Formatted:Font:NotItalic,Expandedby0 pt

Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp 45% đá ong Bình Yên, Hà Nội +45% bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng với 10% thủy tinh lỏng và nung ởnhiệtđộ350C,thờigiannung3giờ.

Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp bazan phong hóa bùn đỏ Bảo Lộc,Lâm Đồng với 15% thủy tinh lỏng và nung ở nhiệt độ 350C, thờigiannung3giờ.

Nồng độ chất tham gia phản ứng tại thời điểm ban đầuPhươngphápphiếmhàmmậtđộ(DensityFunctionalTheory)Dung lượnghấpphụ

Formatted:Justified, Indent: Left:0 cm,Hanging:2 , 5 cm,Linespacing:M u l t i p l e 1,3

Bả ng 1.1: Phân bố các trữ lượng ởcác Châu lục 7

Bả ng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 7

Bảng 1.3: So sánhhấp phụ vật lí và hấp phụhóa học 1715

Bả ng 3.1: Thành phần các oxit củaBùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồngvàđá ong Bình Yên HàNộ i trước khi tạo hạt vật liệu hấpphụ 43 41

Bảng 3.2: Kết quả phântích Rơngen (XRD) 4442

Bảng 3.3: Kết quả đo diện tích bề mặt riêngBETcủahạtvậtliệu 4543

Bảng3.4: Kếtq u ả t h í n g h i ệ m x á c đ ị n h k h ả n ă n g h ấ p p h ụ i o n C d 2+ của hạt BVNQ, BOS 5048

Bảng3.5. Phầnt r ă m c á c n g u y ê n t ố t r o n g v ậ t l i ệ u B V N Q , B O S s a u khihấp phụ Cd 2+ 5149

Bảng3.6 Kết quảhấpphụC d 2+ theok h ố i l ư ợ n g v ậ t l i ệ u B V N Q v à BOS 5351

Bảng3.7 Kếtquả hấp phụ Cd 2+ theopH môi trường 5553

Bảng3.8 KếtquảhấpphụCd 2+ theonồngđộbanđầucủadungdịchCd 2+ ởn hiệt độ dung dịch 30 0 C,m =1(g) 5654

Bảng3.9 Kếtquả hấpphụ Cd 2+ theothời gian hấp phụ 6157

Bảng 3.10 Kết quả tính toán nhiệtphản ứng ở nhiệt độ 35  C (308 K) và 45  C (318K)của hạt vật liệu BVNQ, BOS 6360

Bảng3.11.Kếtq u ả t h í n g h i ệ m x á c đ ị n h k h ả n ă n g h ấ p p h ụ i o n C u 2+ của hạt BVNQ, BOS 6461

Bảng3.12.Phầnt r ă m c á c n g u y ê n t ố t r o n g v ậ t l i ệ u B V N Q , B O S s a u khihấp phụ Cu 2+ 6562

Bảng 3.13.Kết quảhấpphụC u 2+ theok h ố i l ư ợ n g v ậ t l i ệ u B V N Q v à BO

Bảng3.14 K ế t quả hấp phụ Cu 2+ theopHmôi trường 6864

Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpand edby 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpand edby 0,3pt

Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt Formatted Formatted

Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt Formatted Formatted:Font:14pt Formatted Formatted:Font:14pt FieldCodeChanged

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpand edby 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpand edby 0,3pt

Bảng 3.15 Đ ẳ n g n h i ệ t h ấ p p h ụ C u t ừ c á c l o ạ i h ạ t B V N Q v à B O S ở Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Expandedby0 , 3 pt nhiệtđộ dung dịch 30 0 C,m =1(g) 7065 Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Bảng3.16 Kếtquả hấpphụCu 2+ theo thời gian hấp phụ 7469 Expandedby0 , 3 pt

Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Bảng 3.17 Kết qu ả t í n h t o á n n h i ệ t p hả n ứ n g ở n h i ệ t đ ộ 3 5  C ( 3 0 8 K ) Expandedby0 , 3 pt

Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra và

45 C (318K)của hạt vật liệu BVNQ, BOS 7570 Expandedby0 , 3 pt

2+ Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Bảng3.18:Kếtq u ả t h í n g h i ệ m x á c đ ị n h k h ả n ă n g h ấ p p h ụ i o n Z n Expandedby0 , 3 pt của hạt BVNQ, BOS 7671 Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Bảng3.19.Phầnt r ă m c á c n g u y ê n t ố t r o n g v ậ t l i ệ u B V N Q , B O S s a u Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Expandedby0 , 3 pt khihấp phụ Zn 2+ 7772 Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra

Kếtquả hấp phụ Zn 2+ theopH môi trường 8074 Đẳngn h i ệ t h ấ p p h ụ Z n t ừ c á c l o ạ i h ạ t B V N Q v à B O S ở nhiệtđộ dung dịch 30 0 C,m =1(g) 8175

Kếtquả hấp phụ Zn 2+ theo thời gian hấp phụ 8578

Expandedby0 , 3 pt Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted:Font:14pt Formatted:Font:14pt Bảng 3.24 Kết q uả t í n h t o á n n h i ệ t ph ản ứ n g ở n h i ệ t độ 3 5  C ( 3 0 8 K ) và 45  C (318K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS 8679

Bảng3.25Kếtq uả t h í ng hi ệ mx á c đ ị n h k h ả n ă n g h ấ p p h ụ i o n A s (V ) của hạt BVNQ, BOS 8780

Bảng3.26.Phầnt r ă m c á c n g u y ê n t ố t r o n g v ậ t l i ệ u B V N Q , B O S s a u khi hấp phụAs(V) 8881

Bảng 3 27 Kết quả hấp phụ As(V)theokhốilượng vật liệu BVNQvà BOS 90 82

Bảng 3.28 K ế t quả hấpphụ As(V)theo pHmôi trường 9183

Bảng 3.29: Đẳng nhiệt hấp phụAs(V) t ừ cácloại hạt BVNQ vàBOS ởnhiệt độ dung dịch 30 0 C,m =1(g) 9284

Bảng 3.30 K ế t quả hấpphụAs(V) theo thờigianhấp phụ 9586

Bảng 3.31 Kết q uả t í n h t o á n n h i ệ t ph ản ứ n g ở n h i ệ t độ 3 5  C ( 3 0 8 K ) và 45  C (318K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS 9687

Bảng 3.32: Các điều k i ệ n t ố i ư u c h o q u á t r ì n h h ấ p p h ụ c á c k i m l o ạ i nặngvà As của vật liệu BVNQ,BOS 9788

Formatted:Font:14ptF ormattedFormatted:Fo nt:14ptFormattedFormat ted:Font:14ptFormatted:

Font:14ptFormatted:Font :14ptFormattedFormatt ed:Font:14ptFormatted:F ont:14ptFormatted:Font:

14ptFormattedFormatte d:Font:14ptFormattedFo rmatted:Font:14ptFor matted:Font:14ptFormatt ed:Font:14ptFormatted:F ont:14ptFormatted:Font:

Bảng 3.33: Tổng hợp k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u đ ẳ n g n h i ệ t h ấ p p h ụ c á c i o n Cd , 2+ C u 2+ , Zn 2+ và As(V) trên BVNQ, BO S

Bảng 3.34: G i á trị Năng lượngtương ứng với các Ecut

Bảng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở cácChâulục 3 7

Bảng 1.2: Các nướccótiềm nănglớnhàng đầu về bauxit 3 7

Bảng 1.3: So sánhhấp phụ vật lívàhấpphụ hóa học 3 16

Bảng 3.1: Thành phầncác oxit của Bùn đỏ BảoLộc, Lâm Đồng và đá ong BìnhYênH àNộitrướckhitạohạtvậtliệuhấpphụ

342 Bảng 3.2: Kết quảphân tích Rơngen(XRD) 3 43 Bảng 3.3: Kết quảđo diện tích bềmặt riêng BET củahạtvật liệu 3 44 Bảng3.4: KếtquảthínghiệmxácđịnhkhảnănghấpphụionCd 2+ củahạtBVNQ,BO

349 Bảng 3.5 Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấpphụCd 2+ 350

Bảng3.8 KếtquảhấpphụCd 2+ theonồngđộbanđầucủadungdịchCd 2+ ởnhiệtđộd ungdịch30 0 C,m=1(g)

Bảng 3.10 Kết quả tính toán nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35  C (308  KK) và45 C(318KK)củahạtvậtliệuBVNQ,BOS 361

362 Bảng 3.12 Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấpphụCu 2+ 364

Bảng3.14 Kếtquảhấp phụ Cu 2+ theopH môi trường 367

Formatted:Font:14pt Formatted FieldCodeChangedFo rmattedFormatted FieldCodeChangedFo rmatted

Bảng 3.15 Đẳng nhiệthấp phụ Cu từcácloại hạt BVNQ và BOSở nhiệt độdungdịch30 0 C,m=1(g) 368

Bảng 3.17 Kết quả tính toán nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35  C (308  KK) và45 C(318KK)củahạtvậtliệuBVNQ,BOS 373

Bảng 3.19 Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấpphụZn 2+ 375

Bảng 3.20 Kết quảhấp phụ Zn t h e o khối lượng vật liệu BVNQ, BOS 376

Bảng3.21 Kếtquảhấp phụ Zn 2+ theopH môi trường 377

Bảng 3.22: Đẳng nhiệt hấp phụ Zn từ các loại hạt BVNQvà BOS ở nhiệt độdungdịch30 0 C,m=1(g) 378

Bảng 3.24 Kết quả tính toán nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35  C (308  KK) và45 C(318KK)củahạtvậtliệuBVNQ,BOS 383

Bảng 3.25 Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion As(V) củahạt BVNQ,BOS 384

Bảng 3.26 Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấpphụAs(V) 385

Bảng 3.27 Kết quả hấpphụ As(V) theokhối lượng BVNQ, B O S 3 87 Bảng 3.28 Kết quả hấpphụAs(V)theo pH môi trường 3 88 Bảng 3.29: Đẳng nhiệt hấp phụAs(V) t ừ cácloại hạt BVNQ vàBOSở nhiệtđộdungdịch30 0 C, m=1(g) 389

Bảng 3.30 Kết quả hấpphụ As(V) theothời gian hấp phụ 3 92 Bảng 3.31 Kết quả tính toán nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35  C (308  KK) và45 C(318KK)củahạtvậtliệuBVNQ,BOS 393

Bảng 3.32: Các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ các kim loại nặng vàAscủavậtliệuBVNQ,BOS 394

Bảng3.33: Tổng hợp kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ các ion

Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trênBVNQ,BOS 394

Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged FieldCodeChanged Formatted Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged Formatted FieldCodeChanged

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, Not Expanded bCondensedby

Formatted:Font: Not Bold, English

Bảng 3.34: Giá trị Năng lượngtương ứng với các Ecut 3 99 Formatted:English(U.S.),Checkspellingangram mar,NotExpandedby/Condensedby

Hình 2.1: Quan hệ giữaD và C 30 28

Sơ đồ tương tácchùm electron sơ cấp với mẫu nghiên cứu 31 29 Hình 2.3

Quy trình tạo hạt BVNQ 41 39

Hình 2.4 Quy trình tạo hạt BVNQ 41 39

Hình 3.1 Ảnh chụp TEMvàSEMcủahạt BVNQ 47 44

Hình 3.2 Ảnh chụp TEM và SEM củahạtBOS 47 45

Hình 3.3 Mô hìnhquá trình hoạt hóa 48 46

Hình 3.4 Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khihấp phụCd 2+ 1

Hình 3.7Mối l i ê n h ệ g i ữ a d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Cd 2+ vàtỷ lệkhốilượng vậtliệu 55 52

2+ và pH môi trườ ng 56 53

Hình3 9 : Đườngđ ẳ n g n h i ệ t F r e u n d l i c h h ấ p p h ụ C d 2+của hạt BVNQ

3.11: Mốiliênhệgiữa p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ Cd 2+ vàthời gianhấp phụ 62 58

Hình 3.12 Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS saukhi hấp phụ Cu 2+ 65 61 Hình 3.13 Ả nh p h ổ E D S -

2+ v à kh ối lượng vật liệu

Formatted:Expanded by 0,2 ptFormatted:Expanded by 0,2 ptFormatted:Expanded by 0,2 ptFormatted:Expanded by 0,2 ptFormatted:Expanded by 0,2 ptFormatted:Expanded by 0,2 ptFormatted

ChangedFormatted:Expandedby0 , 2 ptFormatted:Expandedby0 , 2 ptFormatted:Expandedby0 , 2 ptFormatted:Expa ndedby0 , 3 ptFormatted

Hình 3.16: Mốiliênhệ g i ữ a d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Cu 2+ v à pH môi trường 69 65

Hình3 1 7 : Đ ư ờ n g đ ẳn g n h i ệ t F r e u n d l i c h h ấ p p h ụ C u 2+của hạt BVNQ

3.19: Mốiliênhệgiữa p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ Cu 2+ vàthời gianhấp phụ 75 69 Hình 3 20 Ả n h chụpSEM của hạt BVNQ, BOS sau khihấp phụ Zn 2+ 76 71

phụZn 2+ 7872 Hình 3.23 Mối liênhệgiữadung l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Zn 2+ v à khối lượng vật liệu 80 73 Hình 3.24 Mối liênhệgiữadung l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Zn 2+ v à pH môi trường 81 74

3.27: Mốiliênhệgiữa p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ Zn 2+ vàthời gian hấpphụ 85 78 Hình 3.28: ẢnhchụpSEMcủa h ạ t B V N Q , B O S s a u k h i h ấ p p h ụ Asen(V)

hấp phụ As(V) 89 81 Hình 3.31: Mốiliênhệgiữa dung l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ As(V) v à khối lượng vật liệu 91 82

Formatted:Font: Italic, No underline,Portuguese(Brazil),Expandedby0 , 3 pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt Formatted:Expandedby0 , 3 pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Hình 3.32a: Mốiliênhệgiữa dunglượnghấp p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ As(V) v à pH môi trường 92 83

Hình 3.34 Mốiliênhệgiữa phầntrăm h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ As(V) và thời gian hấp phụ 95 87

Hình 3.37 N h i ễ u xạ XRD của goethite 100 91

Hình3.38 ThiếtlậpEcutở75Ry,125Ry xác định số lượng sóng phẳng 101 92

Hình 3.39: T ố i ưu cấutrúcGoethite bằng CommandPrompt 101 92

Hình 3.40: K ế t quả chạy tối ưu Goethite trong file opt.out 101 92

Hydrated-FeOOH(101) qualiên kết hiđro 104 94

Hình 3.46 H ì n h ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1×1×3)-

Hình 3.48 Hình ảnh cấu trúc [Zn(H 2O)6] 2+ , [Zn(H 2O)5] 2+ 109 99

Hình 3.49: H ì n h ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1×1×3)-

Hình 3.50: H ì n h ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)(1×1×3)-

Hình 3.52: Hình ảnhcấutrúc Hydrated-FeOOH(101)-HAsO 2 - sau hấpphụ 112 102

Formatted:English(U.S.),Checkspellingangramma r,NotExpandedby/Condensedby

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Nounderline,Portuguese(BraziExpanded by 0,3pt

Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) FieldCodeChanged Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Nounderline,Portuguese(Brazi FieldCodeChanged

Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) Formatted:Portuguese(Brazil) FieldCodeChanged Formatted:Condensedby0 , 4 pt

Hình1.1: HồchứabùnđỏcủanhàmáybauxiteBảoLộc,Lâmđồng 8 8 8 Hình2.1: QuanhệgiữaDvàC 30 28 29 Hình3.1 ẢnhchụpTEMvàSEMcủahạtBVNQ 47 44 45 Hình3.2 ẢnhchụpTEMvàSEMcủahạtBOS 47 45 46 Hình3.3 Môhìnhquátrìnhhoạthóa 48 46 47 Hình3.4 ẢnhchụpSEMcủahạtBVNQ,BOSsauhấpphụCd 2+ 1 1 50 Hình3.5 ẢnhphổEDS-FeSEMcủahạtBVNQ,BOSsauhấpphụCd 2+ 51 49 50 Hình3.6 Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi hấpphụ Cd 2+ 52 50 51

Cd 2+ vàpHmôitrường 56 53 54 Hình3.9: Đườngđẳng nhiệtFreundlich hấp phụCd 2+ của hạt BVNQ vàBOS 57 54 55 Hình3.10:Đ ư ờ n g đ ẳ n g nhiệt Langmuir hấp phụ Cd 2+ của hạt BVNQ và BOS

3.11:Mốiliênhệgiữa p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ Cd 2+ vàthờigianhấpphụ 62 58 60 Bảng3.11 K ế t quảthínghiệm xác địnhkhả nănghấpphụ ion Cu 2+ của hạt B

VNQ,BOS 64 61 62 Hình3.12 ẢnhchụpSEMcủahạtBVNQ,BOSsauhấpphụCu 2+ 65 61 63 Hình3.13 Ảnhp h ổ E D S -

F e S E M c ủ a h ạ t B V N Q , B O S s a u k h i h ấ p phụ Cu 2+ 65 61 63 Hình3.14:Ả n h chụpelementmappingBVNQ,BOSsauhấpphụCu 2+ 66 62 64Hình3.15:

3.16:Mốiliênhệgiữa d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Cu 2+ v à pHmôitrường 69 65 67 Hình3.17:Đ ư ờ n g đẳng nhiệtFreundlichhấp phụCu 2+ của hạt BVNQ vàBOS 70 66 68

Hình3.18:Đ ư ờ n g đ ẳ n g nhiệt Langmuirhấpphụ Cu 2+ của hạtBVNQ và BOS

3.19:Mốiliênhệgiữa p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ , d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ Cu 2+ vàthờigianhấpphụ 75 69 72 Hình3.20.Ả n h chụpSEMcủahạtBVNQ,BOSsauhấpphụZn 2+ 76 71 74 Hình3.21.Ả n h phổEDS-

FeSEMcủaBVNQ,BOSsauhấpphụZn 2+ 77 71 74Hình3.22.Ảnh chụpelementmappin ghạtBVNQ,BOSsaukhihấpphụ

Zn 2+ v à pHmôitrường 81 74 78 Hình 3.25 :Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn 2+ của hạt BVNQ vàBOS

82 75 79 Hình 3.26 :Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn 2+ của hạt BVNQ vàBOS

Zn 2+ vàthờigianhấpphụ 85 78 82 Hình3.28: Ả n h chụpSEMcủahạtBVNQ,BOSsaukhihấpphụAsen(V)87 80 84Hình3.29 :Ả n h phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS saukhi hấp phụ

Asen(V) 88 81 85 Hình 3.30: Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi hấpphụ As(V) 89 81 86 Hình

Mốiliênhệgiữadunglượnghấpphụ,phần t r ă m h ấ p p h ụ As(V) v à pHmôitrường 92 83 88 Hình3.32b: Đườngđẳng nhiệt FreundlichhấpphụAs(V) của hạt BVNQ vàBOS 93 84 89 Hình3.33:Đ ư ờ n g đẳngnhiệt FreundlichhấpphụAs(V)của hạt BVNQ vàBOS 93 85 90

Hình3.38 Thiếtlập Ecutở 75Ry, 125Ryxác định nănglượngcắt sóng phẳng

Hình3.42.H y d r a t e d - F e O O H ( 1 0 1 ) - ( 1 x 1 x 3 1×1×3) 103 93 100 Hình 3.43.Phức[Cd(H 2O)6] 2+ Phức[Cd(H 2O)6] 2+ tươngtácvớibềmặtHydrated-

[Cu(H2O)2] 2+ 108 98 105Hình3.48.H ì n h ảnhcấutrúc[Zn(H2O)6] 2+ ,[Zn(H2O)5] 2+

1 Lídochọnđềtài Ô nhiễm nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang làmột vấn đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chấtlượng môi trường và sức khỏe con người trên toàn thế giới Nước thải côngnghiệp kèm theo các chất độc hại như kim loại nặng đang là mối nguy hiểmđốivớimôitrườngcũngnhưchấtlượngcuộcsốngcủangườidân.

Kimloạinặngthườngliênquanđếnvấnđềônhiễmmôitrường,nguồngốcphátt hảicủakimloạinặngcóthểlàtựnhiênkhôngphảilàkimloại,hoặctừhoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp, nông nghiệp, hàng hải Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se,Mo tồntạitrongnướcởdạngion.Hiệntượngnướcbịônhiễmkimloạinặngthườnggặp trongcáclưuvựcnướcgầncáckhucôngnghiệp,cácthànhphốlớnvàkhuvựckhaitháckho ángsản.

Hiệnnaycácnhàkhoahọctrongvàngoàinướcđangnỗlựcnghiêncứucácphươn gpháp khácnh au đểlo ại bỏkimlo ại nặng trong nướcđến mức chấpnhậnđ ượcđồngthờicũngđảmbảotínhhiệuquảvềmặtkinhtế.Ngoàicácphươngphápv ậtlý,hóahọccũngnhưsinhhọcđãvàđangdùnghoặcđangđượcnghiêncứu đểđưavàoứngdụngthìviệcnghiêncứusửdụngcácvậtliệu, chấtliệulà vấnđềcầnthiếtchobấtcứ mộtngànhnghềnào. Đặcbiệtsửdụ ng c á c v ậ t l i ệ u t ự n h i ê n , t á i s ử d ụ n g c á c p h ế t h ả i th â n t h i ệ n v ớ i mô i trườngluônđượcđặtlênhàngđầunhằmkhônggâytổnhạitớimôitrườn g,đảmbảochosựpháttriểnbềnvữngmàvẫnđemlạihiệuquảcaokhisửdụng.Hóahọclượngtửlàmộtngànhkhoahọcứngdụngcơhọclượngtửvàogiải quyết các vấn đề của hóa học Cụ thể nó cho phép tiến hành các nghiêncứu lí thuyết về cấu trúc phân tử và khả năng phản ứng, giúp tiên đoán nhiềuthôngsốcủa phảnứng trước khi tiến hành thí nghiệm Hơnthếnữa, cùng với sự tiến bộ của công nghệ số trong thời đại ngày nay, máy tínhvà nhiều phầnmềm hỗ trợ tính toán hóa học lượng tử ra đời như Gaussian, SIESTA,

….cóthể tính toán một cách nhanh chóng những phép tính phức tạp, giúp cho việcpháttriểncácphươngphápvàphầnmềmtínhtoánhóahọclượngtửchophépnghiênc ứucấutrúchệnghiêncứuvàkhảnăngphảnứng,từđódựđoánđượchướng phản ứng, điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu líthuyết bằng cách sử dụng các phần mềm tính toán hóa học lượng tử hiện đại.Đâylàmộtlĩnhvựckhámớimẻtrongnghiêncứuhạtvậtliệuhấpphụkimloạinặngtừbù nđỏvàcóthểtínhtoánmộtcáchnhanhchóngnhữngphéptínhphứctạp các tham số về cấu trúc, về các loại năng lượng, bề mặt thế năng, cơ chếphảnứng.

Trongluậnánnày,chúngtôinghiêncứutínhchấtvàcơchếhấpphụmộtsốionkimlo ạinặngtrênvậtliệuchếtạotừbùnđỏ.Cáckếtquảnghiêncứunàysẽlàcơsởkhoahọcchoviệ cứngdụngxửlýnướcthảibịônhiêmkimloạinặngvà góp phần vào quá trình nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm có khả năng hấpphụionkimloạinặngtừnhữngnguyênliệuphếthải,độchạitrongcôngnghiệpkhait hác vàchếbiếnbauxite.

Chế tạo vật liệu hấp phụ mới từ phế thải bùn đỏ, trong công nghiệpkhaithácvàchếbiếnbauxite.Nghiêncứucáctínhchấtvàcơchếhấpphụionkim loại nặng Cd 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ và As(V) dạng HAsO4 2-trong nước thải bằngcácthínghiệmthựctếkếthợpvớilýthuyếttínhtoánhiệnđại.

- CácionkimloạinặngCd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôitrườngnước.

- Các phần mềm hỗ trợ tính toán hóa học lượng tử hiện đại nhưGaussView,SIESTA…

- NghiêncứuquátrìnhhấpphụcácionkimloạinặngCd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ và As(V) trong môi trường nước trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc tỉnhLâmĐồng,đáongBìnhYên,HàNộivàphụgiathủytinhlỏngtrongphạmviphòngthín ghiệm.

- Các nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ các ion kim loại nặng nêutrênvàAs(V)bằngphươngphápphiếmhàmmậtđộ.

- Hạtvậtliệuhấpphụchếtạotừphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithác và chế biến bauxite hấp phụ khá tốt nhiều ion kim loại nặng như Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôi trườngnước.

- Nghiên cứu các tính chất hấp phụ, xác định các thông số đẳng nhiệthấp phụ của hạt vật liệu chế tạo từ hỗn hợp bùn đỏ làm rõ hơn các ảnh hưởngcủa khối lượng hạt vật liệu hấp phụ, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của kimloại nặng, ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ các kim loại nặngvàasen.

- BướcđầuxâydựngđượcmôhìnhtâmhấpphụGoethite,sửdụngcácchương trình tính toán hóa học lượng tử hiện đại để nghiên cứu lý thuyết cơchếhấpphụionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ,từđócóth ểdựđoánvàlựachọnchấthấpphụhiệuquả.

- Các kết quả thu được của luận án là cơ sở khoa học cho việc tínhtoán, lựa chọn vật liệu chế tạo từ bùn đỏ vào việc xử lý các kim loại nặngtrongnướcở mộtsốngànhcôngnghiệp.

- Chế tạo ra được loại vật liệu hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặngCd 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ và As(V) trong môi trường nước, xử lý được một phầnnguồnphếthảibùnđỏtrongcôngnghiệpkhaithácvàchếbiếnbauxite,đâylàmột bài toán cấp thiết trong hiện tại và tương lai khi Việt Nam đang là mộttrungtâmsảnxuấtnhômlớntrênthếgiới.

- Hạt vật liệu hấp phụ khá tốt các ion kim loại nặng và có tính khả thicao khi áp dụng vào trong thực tế đối với các nguồn nước thải công nghiệp,tạo ra một vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu xử lí môi trường ngày càngtăng,gópphầntíchcựcgiảmthiểuônhiễmkimloạinặngtrongnước.

- Giải thích được cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng Cd 2+ , Cu 2+ ,

- Nội dung của luận án cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, hỗ trợ cho nhaugiữa lý thuyết tính toán và thực nghiệm trong nghiên cứu cơ chế hấp phụ ionkimloạinặngtrongdungdịchnướctrênhạtvậtliệuhấpphụ.

- Nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ mới: Chuyển từ chất thải nguyhiểm, gây hại cho môi trường (bùn đỏ) thành dạng vật liệu có ích (hấp phụkimloạinặng).

- Từcáckếtquảnghiêncứunhậnđược,loạivậtliệuchếtạotừbùnđỏlà vật liệu đa tâm hấp phụ, có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng

Cd 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ vàAs(V)trongmôitrườngnước.Sựhấpphụcácionkimloạinặngtrênvật liệuchếtạotừbùnđỏvừatuântheođẳngnhiệtFreundlichvừatuântheođẳng nhiệt Langmuir.

Các giá trị tính toán thực nghiệmG o < 0 và -H 0 =52-

- Xây dựng mô hình Geothite bằng các phần mềm tính toán hỗ trợ,chọn mặtcắtFeOOH(101)-(1x1x31×1×3)để tính toán,cáccấutrúc bền nhất

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Checkspellingandgrammar,NoExpand edby/ Condensedby

Formatted:Font:NotItalic thu được khi cho các phức[Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ , [Zn(H2O)6] 2+ vàHAsO4 2-tương tác với bề mặt Hydrated- FOOH(101)- (1x1x31×1×3) có cácgiá trị năng lượng hấp phụ -∆E = 419 - 519 kJ/mol. Năng lượng lớn để phảnứngxảyra,cũngnhưcósựbiếnđổivềcấutrúcphức.

- Kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm thực tế với lý thuyết tính toán đểnghiên cứu triệt để các tính chất và cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng trên vậtliệu chế tạo từ bùn đỏ Xác định cơ chế hấp phụ [Cd(H2O)6] 2+ , [Cu(H2O)6] 2+ ,[Zn(H2O)6] 2+ và HAsO4 2trên tâm hấp phụ Goethite của hạt BVNQ, BOStheokiểutạophứcHydrated-FOOH(101)-(1x1x31×1×3)qualiênkếthidro.

- Đóng góp thêm một loại vật liệu hấp phụ từ nguồn phế thải bùn đỏtrong công nghiệp khai thác và chế biến bauxite, để xử lý các ion kim loạinặngtrongnước.

Xuất phát từ đối tượng, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài,chương tổng quan sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản, các thông tin và số liệuliênquantrực tiếpđếnnộidungluậnán. i Giới thiệu về bùn đỏ (thành phần hóa học, tình hình thải bùn đỏ ởViệtNam, côngnghệxửlýbùnđỏ…) ii Giớithiệuvềkimloạinặng,ônhiễmkimloạinặng,độctínhcủamộtsốkimloại nặng. iii Trình bày lại một số kiến thức về hấp phụ, hấp phụ vật lý, hấp phụhóahọc,cácđẳngnhiệthấpphụ,cácphươngtrìnhđộnghọchấpphụtronghệlỏng– rắn.Cácyếutốảnhhưởngtớiquátrìnhhấpphụ. iv Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ tính toán (ngôn ngữ lập trìnhPython,phầnmềmGaussian,GaussView,Chemcaft,SIESTA…)

Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên, phần quặng không tan trongkiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền Bã thải này thường được gọi làbùnđỏ.

Pha lỏng của bùn đỏ chứa thành phần nhôm tan trong kiềm và pha rắnchứa các oxit kim loại chủ yếu là 30-60%Helmatithelmatit-Fe2O3, 10- 20%tTrihydrateAluminium aluminium-Al2O2,3-

50%Silicon silicon Dioxide dioxide-SiO2,2-10%S sodiumOxide oxide-Na2O,2- 8%Calcium calcium O x i d e oxide -CaO,2 -

5 0 %T i t a n i u m t i t a n i u m d Dioxide-TiO2c ù n g mộtsốnguyêntốhóahọckhácnữanhư,Nitrogen nitrogen,

KẾT QUẢ NGHIÊNCỨU VÀ THẢO LUẬN 43 41

Thành phần hóa học

- NhómmẫunàycóđặcđiểmhàmlượngAl2O3,Fe2O3,MKN(mấtkhinung) cao,sẽchứanhiềucáckhoángvậtcó íchcho việchấpphụ cáckimloạinặngnhưgibbsite-Al(OH)3,goethite-FeO(OH)…

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

MKN cao, khi chế tạo vật liệu hấp phụ bằng phương pháp gia nhiệt

3.1.2.1 KếtquảphântíchXRD Để xác định chính xác hơn sự biến đổi các thành phần pha trong cấutrúc của hạt vật liệu BVNQ, BOS Kết quả phân tích Rơnghen tại Trung tâmphân tích thí nghiệm Địa chất cho thấy thành phần khoáng vật trong hạt vậtliệu hấp phụ nhằm so sánh khoáng vật có ích cho việc hấp phụ kim loại nặngvàAsvớivậtliệunguyênkhai.

G oe th it e H em at it e M ag h et it e M on tm or il on it e Il li te K ao li n it e C lo ri t T h ạc h an h F el sp at

BOS 35-37 6-8 ít 3-5 9-11 21-23 5-7 3-5 5-7 Boehmit, ilmenit,gibbsite,vôđị nhhình

BVNQ 7-9 15-17 4-6 4-6 9-11 16-18 5-7 3-5 5-7 Pyrophylit,Amphibol, gibbsite,vôđịnhhình

Phổ XRD của hạt vật liệu hấp phụ được chế tạo từ Bùn đỏ Bảo

Lộc,Lâm Đồng là BVNQ và hỗn hợp đá ong (50% OBY và 50% BBL2) là mẫuBOSchothấy:

1 Đối với mẫu BVNQđược chế tạo từ bùn đỏ với chất phụ gia là thủy tinhlỏng10%nungởnhiệtđộ350C-–400C,khiđóthủytinhlỏngcóvaitrò liên kết các hạt mẫu với nhau dưới tác dụng của nhiệt độ tạo ra bộ khungcứngchovậtliệu.Ởnhiệtđộnàycósựthayđổivềthànhphầnkhoángvật:

2 BOS 59,01 0,30027 203,54 trong quá trình bị nung đốt cấu trúc của goethite bị phá huỷ bắt đầu từ nhiệtđộtừ300-420Cvàgoethitechuyểndầnsangdạngoxyt-FeFe 2O3hematit.

 Từ 240C- 450C thì nhóm (OH) trong khoáng vật gibbsit bị thoátra tạo thành -Fe Al2O3bơmit (khi đó hoạt tính hấp phụ kém hơn gibbsit), nhiệtđộtừ450-600CbơmitmấtnướctạoAl2O3.

 Montmorillonite mất nước hấp phụ trong khoảng 80-110C, từ 450- 570C cấu trúc tinh thể mới bị phá hủy nên khi nung ở nhiệt độ 300- 400Cthànhphầnkhoángchưabịthayđổi.

 Tương tự với khoáng vật Kaolinit ở nhiệt độ thấp hơn 110Cmấtnước hấp phụ nên tính chất chưa bị thay đổi nhưng nếu nung đến 450-

2 Mẫu BOS là mẫu hỗn hợp của bazan bùn đỏ BBL2 và đá ong

OBYvớiphụgialàthủytinhlỏngvànungởnhiệtđộ350C-–400C.Điểmkhácbiệt trong mẫu BOS đó là hàm lượng khoáng goethite vẫn cao ít bị chuyểnsangdạnghematit hơn mẫuBVNQ.

- Hai mẫu hạt BVNQ, BOS được phân tích bề mặt riêng tại Phòng thínghiệm trọng điểm Công nghệ lọc hóa dầu – Viện Hóa học công nghiệp ViệtNamkếtquảđược tổnghợptrongbảngsau:

Diện tích bề mặt vàk í c h t h ư ớ c m a o q u ả n l à h a i y ế u t ố q u a n t r ọ n g quyếtđịnhđếnkhảnănghấpphụcủavậtliệu, từbảng3.3 nhậnthấyrằngh ạ t vậtliệuBVNQvàBOSđềucóbềmặtriêngvàkíchthướcmaoquảntrungbình lớndễhấpphụcáckimloạinặng.

3.1.2.3 Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét(SEM),truyềnqua(TEM)vàphươngphápphổtánsắcnănglượngtiaX(EDS)

Các mẫu hạt trước và sau khi tiến hành thí nghiệm hấp phụ các kim loạinặng vàAsđãđượcphântíchbằngphương pháphiểnviđiệntửquét(SEM),kếthợpphổtánsắcnănglượngtiaX(EDS)tạiVi ệnVệsinhdịchtễTrungương Từ kết quả phân tích sẽ xác định cấu trúc vật liệu,nguyên tố hóa học có mặttrongmẫuvàchocácthôngtinvềtỉphầncácnguyêntốnày.EDScũngđồ ngthờiđưarađượcbảnđồphânbốcácnguyêntố(elementmapping)trênbềmặtcủamẫuvật liệu,dođótacóthểchỉrađượcnguyêntốnàohấpphụtrênbềmặttốt,nguyêntốnàohấpphụkém mộtcáchcụthểvàtrựctiếpbằnghìnhảnh. Ảnh TEM cho ta biết hình ảnh của vật liệu với độ phóng đại lớn, từ đóta biết được cấu trúc tinh thể của mẫu nghiên cứu, kết hợp với phương phápXRD, ta có thể khẳng định được chính xác thành phần khoáng vật có trongvậtliệubandầuvàhạtvậtliệu saukhichếtạo.Sựphânbốvềmặtkhônggiancủacáckhoángvậttrongmẫuhaynghiêncứ ucơchếhấpphụcủavậtliệu

Tiến hành phân tích ảnh TEM , SEMcho hạt vật liệu BVNQ,

Formatted:Font: Not Bold, Not Italic,

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

KếtquảphântíchTEMvàSEMchogoethitecóhìnhque,rẻquạttrongvật liệuBVNQ và BOS (hình 3.1 và 3.2) Điều này dựa trên sự so sánh vớicáckếtquảnghiêncứucủa2tácgiảChenvàLi[66].

Quy trình hoạt hóa vật liệu [21]

Khi vật liệuđược nung ở nhiệt độ cao, các phần sét bị thiêu kết, phầnoxit/ oxohydroxit sắt bị mất nước trở thành sắt(III) oxit rất bền vững. Sảnphẩm biến tính nhiệt có độ bền cơ học cao, rất bền trong môi trường nước(tương tự như gốm); song hầu như bề mặt bị giảm hoạt tính hấp phụ đáng kể.Dođócầnhoạthóabềmặttrởlại.

Nguyênlýcủaquátrìnhhoạthóavậtliệu biếntínhnhiệtlànhằmtạoramột lớp hydroxit mới sinh bám trên bề mặt vật liệu Lớp màng hydroxit nàycó khả năng hấp phụ ion kim loại nặng rất mạnh do nó là lớp hydroxit mớisinhvôđịnhhìnhcóliênkếtvớikhốivậtliệumẹbêntrong.Mặtkhác,độdàymỏngcủa lớphydroxitkhácnhaucũngchokhảnănghấpphụkhácnhau.

1 :Ngâm và ủ hạt vật liệu bằng axit HCl 1M trong 24h Mục đích đểhòa tan các muối của kim loại có trong vật liệu Tỷ lệ vật liệu và thể tích HCl tính toán là 1:1 (tức là 1 kg vật liệu ủ bằng 1 lít HCl 1M) Sau 24h ngâm, đopHdungdịchHCl.

2: Thêm NaOH 1M vào từng bình để đạt pH yêu cầu Mục đích để kếttủatrởlạicáckimloạivừabịhòatanbởiHCl.

3: Khi pH đạt theo yêu cầu, gạn phần vật liệu rắn đem sấy khô ở nhiệtđộ ≤ 60 °C Rửa hết muối tan còn bám lại trên vật liệu bằng nước cất 2 lần.Tiếp tụcsấykhôvậtliệuởnhiệtđộ≤60°C.

3.1.3.3 Khả năng hấp phụ đơn ion kim loại nặngcủacác vật liệu trước và sauhoạthóa củahạtvậtliệu BVNQ

Tiến hành so sánh kết quả thí nghiệm hấp phụ các dung dịch ion đơnkim loại nặng (ion Cu, Pb, Zn, Cd) của vật liệu BVNQ trước hoạt và sau khihoạt hóa ở 2 giá trị pH = 5 và pH = 6 Nồng độdung dịch trước khi hấp phụlà Co (mg/lmg/L), nồng độ dung dịch sau hấp phụ là Ce (mg/lL) Tiến hànhcho lần lượt 25mlmLdung dịch chứa ion đơn kim loại nặng qua vật liệutrướcvàsaukhihoạthóa,tínhđượcdunglượnghấpphụq(mg/kg)theocôngthức:

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Dunglượnghấpphụ: q=(C o C e )V m Trongđó:q :dunglượnghấpphụcủavậtliệu(mg/ kg).Co:nồngđộionkimloạibanđầu(mg/lmg/L).

Ce:nồngđộionkimloạiởtrạngtháicânbằnghấpphụđượcthiếtlập(mg/ lmg/L). m:khốilượngvậtliệu(g).V:th ểtíchdungdịch(mlmL) Ở pH = 5 và Co1 mmol/lL, đa số dung lượng hấp phụ ion kim loạinặng của vật liệu BVNQ sau hoạt hóa cao hơn so với BVNQ trước hoạt hóa.DunglượngtăngnhiềunhấtđốivớiionZn(tăng123,53%),Cu(tăng9,05%).Riêng vớiionCd,dunglượnghấpphụgiảm. Ở pH = 6 và Co1 mmol/lL, dung lượng hấp phụ ion kim loại Cu,

Zncủa vật liệu BVNQ sau hoạt hóa cao hơn so với BVNQ trước hoạt hóa Dunglượng tăng mạnh đối với ion Cu (tăng

114,73%), ion Zn (tăng 19,44 %) ĐốivớiionCd,Pbdunglượnghấpphụ giảm.

3.1.3.4 Khả năng hấp phụ đơn ion kim loại nặngcủacác vật liệu trước và sauhoạthóa củahạtvậtliệu BOS

So sánh kết quả thí nghiệm hấp phụ các dung dịch ion đơn kim loạinặng (ion Cu, Zn, Cd) của vật liệu BOS trước hoạt hóa và sau khi hoạt hóa ở2pH=5vàpH=6.TiếnhànhcholầnlượtV(mlmL)dungdịchchứaionđơnkim loại nặng qua vật liệu trước và sau khi hoạt hóa, tính được dung lượnghấpphụq(mg/kg)theocôngthứctươngtựnhưtrên. Ở pH = 5 và Co1 mmol/lL, với các ion Cd, Cu và Zn, dung lượnghấpphụgiảmđôichút. Ở pH = 6 và Co1 mmol/lL, dung lượng hấp phụ ion kim loại Cu,

Zncủa vật liệu BOS sau hoạt hóa cao hơn so với BOS trước hoạt hóa, ion

Cu(tăng63,56%).ĐốivớiionCddunglượnghấpphụgiảmkhôngđángkể Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

Formatted:Font:Bold,Italic,Fontcolor:BlaPortug uese(Brazil),Condensedby0 , 5 pt

1) Việc hoạt hóa 2 vật liệu cho kết quả hấp phụ các đơn ion kim loại làkhác nhau đối với mỗi giá trị pH thí nghiệm Với vật liệu đã hoạt hóa, dunglượnghấpphụcácionCu,Znnhìnchunglàtănghơnvậtliệutrướchoạthóa.

2) Riêng đối với ion Cd, dung lượng hấp phụ của vật liệu sau hoạt hóađa phần là giảm Có thể dự đoán nguyên nhân là do quá trình hoạt hóa đã pháđi cấu trúc bề mặt ban đầu làm giảm số lượng tâm hấp phụ thích hợp với Cd.Một nguyên nhân nữa đó là khi hoạt hóa có một lớp hiđroxit phủ lên bề mặtvậtliệu làmngăncảnkhảnănghấpphụcủatâmhấpphụ.

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng và Asen củ a hạt vật liệu BVNQ, BOS 50 48

FeSEMchohạtvậtliệuBVNQ,BOSsaukhitiếnhànhcácthínghiệmhấpphụCdvớinồngđộb anđầulà105,5mg/lL.

KếtquảthínghiệmxácđịnhkhảnănghấpphụionCd 2+ củahạtBVNQ,BOSđượctrì nhbày(bảng3.4).CóthểthấyrõdunglượnghấpphụQevà

Phân tích phổ EDS-FeSEM cho thấy rõ các nguyên tử Fe và Al chiếmthành phần lớn trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi tiến hành thí nghiệm hấpphụ.Điều đó chỉ ra goethite, với thành phần chủ yếu là các nguyên tử Fe vàkaolilite với thành phần chủ yếu là các nguyên tử Al là tâm hấp phụ của Cd KếtquảphântíchphổEDS-

FeSEMcũngchothấysựxuấthiệncủanguyêntốCdvớitỉphầnnguyêntửlà~6%trongvậ tliệuBVNQ,2%tronghạtBOSsaukhikếtthúcthínghiệmhấpphụ(bảng3.5).

FeSEMcủahạtBVNQ,BOSsaukhihấpphụCd 2+ Bảng3.5.Phầntrămcácng uyêntốtrongvậtliệuBVNQ,

Cáckếtquảbảnđồphânbốvịtrícủacácnguyêntố(elementmapping)cũng đồng thời chỉ ra được sự phân bố của các nguyên tố trên hạt vật liệuBVNQ, BOS Kết quả cho thấy sự phân bố của Cd 2+ với mật độ phân bố dàyđặctrênhạtvậtliệuBVNQ,BOS(hình3.6). Các kết quả phân tích SEM, EDS-FeSEM, element mapping trên chothấy vật liệu BVNQ, BOS hấp phụ Cd 2+ là khá tốt trong đó hạt BVNQ hấpphụtốthơnhạtBOS(bảng3.5).

Xác định các thông số đẳng nhiệt hấp phụ của hạt vật liệu BVNQ,BOSchoquátrìnhhấpphụCd 2+

Sau khi biết được nồng độ kim loại còn lại sau khi hấp phụ, ta tínhdunglượnghấpphụcủavậtliệutheocôngthức: q e = ( C o  C e m ) V Trongđó: qe:dunglượnghấpphụcủavậtliệu(mg/ kg).Co:nồngđộionkimloạibanđầu(mg/lL).

Ce:nồngđộionkimloạiởtrạngtháicânbằnghấpphụ(mg/lmg/ L). m:khốilượngvậtliệu(g).

ViệnHàn LâmkhoaKhoahọc và CôngnghệNghệViệt Nam thu được kết quả:Bảng3.6.Kếtquảhấpphụ Cd 2+ theokhốilƣợngvậtliệuBVNQvàBOS

STT Khối Tỷlệ Co BVNQ BOS FormattedTable lƣợng m/V (mg/lm

L) (mg/lm (mg/g) (mg/lm (mg/g) g/L) g/L)

7 0,100 4 105,50 83,18 5,417 21,16 73,96 7,795 29,90 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấpĐồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQhấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQ

Formatted: Left,Linespacing:M u l t i p l e 1,1Widow/Orphancontrol Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS

Formatted:Linespacing:s i n g l e Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ

Hình3.7Mốiliênhệgiữadunglƣợnghấpphụ,phầntrămhấpphụCd 2+ vàtỷlệkhốil ƣợngvậtliệu

Cd 2+ của vật liệu tăng và không thay đổi nhiều ở tỷ lệ 60g/lg/

Bảng3.7.Kếtquảhấpphụ Cd 2+ theopHmôitrường STT Khốil ƣợng (g) pHi Co(mg /lm g/L )

4 1,00 7 109,9 3,52 1,772 96,80 5,80 2,599 94,72 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS

Hình3.8.Mốiliênhệgiữadunglƣợnghấpphụ,phầntrămhấpphụCd 2+ vàpHmôitr ƣờng

Từ đồ thị ta thấy, khi pH tăng thì khả năng xử lý Cd 2+ của vật liệu

BVNQcũngtăng,hạtBOSnhậnthấypH=6làkinhtếvàphùhợpnhấttuykhôngphảilà ở pH này thì hiệu suất xử lý ion kim loại này cũng là cao nhất Điều nàycũng phù hợp bởi trên thực tế, hầu hết các loại nước thải đều có pH ~6 Vìvậy, chúngtôichọnpHlhocácthínghiệmtiếptheo.

C e (mg/lmg/L) q(mg/g) C e (mg/lmg/L) q(mg/g)

Như vậy sự hấp phụ Cd 2+ trên hạt BVNQ, BOS trong nồng độ nghiêncứu tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Dựa vào các số liệu

(hình3.9)có thể thiết lập được phương trình đẳng nhiệt hấp phụ cho các mẫu

(q = m g / m g ; Ce=mg/lmg/L) BOS-Cd:q = 0 , 1 9 9 C 0,8306 vớin = 1 , 2

(q = m g / m g ; Ce=mg/lmg/L) Cácsốliệubảng3.8cũngđượcthếvàophươngtrìnhLangmuirdạngtuy ếntính(1.3.16)trang20đểxácđịnhqmaxvàKL

BVNQ:qmax!,88mg/g;KL=0 , 0 5 2l/gL/ g.BOS: qmax!,55mg/g;KL=0,11l/g L/g maxvàKL củaquátrình

Như vậy từ kết quả hình 3.10 có thể kết luận rằng: sự hấp phụ ion

Cd 2+ trongdungdịchnướctrênhạtBVNQvàBOStuântheophươngtrìnhđẳngnhiệtLan gmuir khátốt vớihệ số quyhồiR 2 =0,9661(BVNQ)vàR 2 =0,9919 (BOS).

Nhưvậy,dunglượngh ấ p phụcựcđại(đơnlớp)củaCd 2+ trênhạtBOScaohơnhạt

Từ các kết quả trên ta thấy sự hấp phụ Cd 2+ trên vật liệu BVNQ và

BOSlại vừa tuân theophương trình đẳng nhiệtFreundlich (bềmặt hấp phụ không đ ồng nhất) và đồng thời tuân theo đường đẳng nhiệt Langmuir (với giả thuyết bềmặt hấp phụ đồng nhất), điều này có thể lý giảinhư sau [ 14, 34, 37, 42] :

Formatted:Linespacing:s i n g l e Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt Formatted:Condensedby0 , 2 pt bề mặt không đồng nhất nên sự hấp phụ ion kim loại nặng trên hạt BVNQ,BOSthườngtuântheophươngtrìnhFreundlich.

- Mặt khác sự hấp phụ ion kim loại nặng trên hạt BVNQ, BOS còn cócácđặcđiểmsau:

Ví dụ trong nghiên cứu này, dung lượng hấp phụ cực đại của

Cd 2+ trênhạt BVNQ là 21,88 mg/g tương đương 0,105 mmol/gL/gvà trên hạt BOS là21,55mg/gtươngđương0,104mmol/gL/g.

Biết rằng diện tích bề mặt BET của hạt BVNQ là 105,3 m 2 /g và hạtBOS là 59,01 m 2 /g (bảng 3.3) Bán kính ion Cd 2+ = 0,97A 0 Å[14], tiết diệnngangcủamộtionCd 2+ được tính:

Và 0,104 mmol/gL/gphức BOS- Cd 2+ trong hạt BOS chiếm một diệntíchbềmặt là: s 0,104.10  3 6,03.10 23 2,95.10 20 1,85m 2 /g

NhưvậylượngCd 2+ hấpphụchỉchiếm: s BVNQ /S BET 1,87.100/105,31,78% s BOS / S BET 1,85.100/59,013,14% diệnt í c h b ề m ặ t t ổ n g , n h ư v ậ y nếuchúngphânbốđềuthìcáctiểuphânhấpphụrấtcáchxanhau.

+ Hạt BVNQ và BOS có nhiều tâm hấp phụ và có năng lượng khácnhau, nhưng các tâm này cách rất xa nhau nên chúng ít ảnh hưởng tới nhau(xétcảvềnănglượngvàánngữkhônggian,chechắnhìnhhọc)

+Vìđộchephủbềmặtcủacácchấtbịhấpphụrấtnhỏsovớibềmặt vốn có của vật liệu hấp phụ (= 1) Do đó lớp hấp phụ là đơn lớp (khôngđặckhít).

Nhưvậy,sựhấpphụCd 2+ trênhạtBVNQ,BOScócáctiêuchíphùhợpvới mô hình Langmuir, nên có thể kết luận là sự hấp phụ Cd 2+ trên hạtBVNQ, BOS tuân theo cả hai mô hình Langmuir và Freundlich là hợp lý vàkhátrùnghợp vớithực tế.

FormattedForm attedFormatted TableFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt edFormattedFor mattedFormatt ed

STT Ce(mg/ lmg/L) q( mg/g) % Ce(mg/ lmg/L) q( mg/g) %

Hình3.11:Mốiliênhệgiữaphầntrămhấpphụ,dunglƣợnghấpphụCd 2+ vàthời gianhấpphụ.

Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian cho thấy, khi thời giantăng thì khả năng loại Cd 2+ tăng, khả năng loại Cd 2+ đạt ổn định sau 24h, sauđó khi tăng thời gian hấp phụ lên thì khả năng hấp phụ cũng tăng khôngnhiều Vì vậy, chọn thời gian hấp phụ để xử lý Cd 2+ là 24h cho các khảo sáttiếp theo.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ ion kim loạinặng Cd 2+ trong điều kiện: Nồng độ Cd 2+ 50mg/lmg/LpH = 6, thời gian hấpphụ 24 giờ tại các nhiệt độ: nhiệt độ 35C (308K) và 45C (318K). CácgiátrịnhiệtđộngH o ,S o ,G o đượcxácđịnhthôngquaphươngtrìnhsau:

(kJ/molK) (kJ/mol) (kJ/mol)

- ĐốivớihạtBVNQ:GiátrịH o

Ngày đăng: 30/08/2023, 20:44

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Bảng 3.15 Đ ẳ n g n h i ệ t h ấ p p h ụ C u t ừ c á c l o ạ i h ạ t B V N Q v à B O S ở Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
ng 3.15 Đ ẳ n g n h i ệ t h ấ p p h ụ C u t ừ c á c l o ạ i h ạ t B V N Q v à B O S ở Formatted:Font:NotBold,Portuguese(Bra (Trang 12)
Bảng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở cácChâulục ...............................................3 7 Bảng 1.2: Các nướccótiềm nănglớnhàng đầu về bauxit ...................................3 7 Bảng 1.3: - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
ng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở cácChâulục ...............................................3 7 Bảng 1.2: Các nướccótiềm nănglớnhàng đầu về bauxit ...................................3 7 Bảng 1.3: (Trang 13)
Bảng 3.15 Đẳng nhiệthấp phụ Cu từcácloại hạt BVNQ và BOSở nhiệt - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
ng 3.15 Đẳng nhiệthấp phụ Cu từcácloại hạt BVNQ và BOSở nhiệt (Trang 14)
Hình 1.1: Hồ chứa bùnđỏ c ủ a n h à m á y b a u x i t e B ả o L ộ c , L â m đ ồ n g [21] ........................... - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
nh 1.1: Hồ chứa bùnđỏ c ủ a n h à m á y b a u x i t e B ả o L ộ c , L â m đ ồ n g [21] (Trang 16)
Hình 3.16: Mốiliênhệ g i ữ a d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Cu 2+ v à pH môi trường ................ - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
Hình 3.16 Mốiliênhệ g i ữ a d u n g l ư ợ n g h ấ p p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ Cu 2+ v à pH môi trường (Trang 18)
Hình 3.32a: Mốiliênhệgiữa dunglượnghấp p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ As(V) v à pH môi trường ........................................... - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
Hình 3.32a Mốiliênhệgiữa dunglượnghấp p h ụ , p h ầ n t r ă m h ấ p p h ụ As(V) v à pH môi trường (Trang 19)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấpĐồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQhấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQ - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấpĐồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQhấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BVNQ (Trang 76)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS (Trang 77)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BVNQ (Trang 78)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ Cd vào pH của hạt vật liệu BOS (Trang 79)
Hình 3.13. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Cu 2+ Saukhitiếnhànhthínghiệmh ấ p p h ụ ( h ì n h 3 - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
Hình 3.13. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Cu 2+ Saukhitiếnhànhthínghiệmh ấ p p h ụ ( h ì n h 3 (Trang 88)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cu và tỷ lệ khối lượng vật liệu Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ Cu và tỷ lệ khối lượng vật liệu Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu (Trang 91)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ và tỷ lệ khối lượng vật liệu BOS (Trang 91)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS (Trang 92)
Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Zn 2+ củahạtBVNQ,BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
Bảng 3.18 Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Zn 2+ củahạtBVNQ,BOS (Trang 100)
Hình 3.21. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Zn2+ - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
Hình 3.21. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Zn2+ (Trang 101)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dunglượnghấpphụvàtỷlệkhốilượngvậtliệu - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa dunglượnghấpphụvàtỷlệkhốilượngvậtliệu (Trang 103)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS (Trang 105)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BVNQ Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BVNQ - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BVNQ Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BVNQ (Trang 117)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ vào pH của hạt vật liệu BOS (Trang 117)
Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ và thời gian hấp phụ BVNQ-As Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng và thời gian hấp phụ BVNQ-As - 0767 nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ luận văn tốt nghiệp
th ị biểu diễn mối liên hệ giữa % hấp phụ và thời gian hấp phụ BVNQ-As Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa dung lượng và thời gian hấp phụ BVNQ-As (Trang 121)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w