(Khoá luận tốt nghiệp) nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ và khảo sát khả năng loại bỏ ion amoni trong nước

Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG : Phạm Văn Ƣớc Sinh viên Giảng viên hƣớng dẫn : PGS.TS Đồng Kim Loan HẢI PHÒNG - 2012 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ZÊOLIT TỪ BÙN ĐỎ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG LOẠI BỎ ION AMONI TRONG NƢỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƢỜNG Sinh viên : Phạm Văn Ƣớc Giảng viên hƣớng dẫn : PGS - TS Đồng Kim Loan HẢI PHÒNG - 2012 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Phạm Văn Ƣớc Mã SV:121554 Lớp: MT1202 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ khảo sát khả loại bỏ ion amoni nƣớc Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng, trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phịng nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức q báu, bổ ích suốt khóa học vừa qua Đó kiến thức vơ quan trọng giúp em có sở vững vàng suốt q trình nghiên cứu nhƣ hồn thành khố luận tốt nghiệp Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đồng Kim Loan – giảng viên Khoa Môi trƣờng – trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hƣớng dẫn em hồn thành khố luận Em xin đƣợc chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy Bộ môn Công nghệ mơi trƣờng, cán phịng thí nghiệm Khoa Mơi trƣờng tạo điều kiện giúp đỡ em trang thiết bị, hóa chất phịng thí nghiệm suốt trình tiến hành nghiên cứu Nhân đây, em xin chân thành bày tỏ lòng cám ơn tới gia đình bạn bè, ngƣời ln bên cạnh động viên giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu nhƣ hồn thành khố luận Sinh viên Phạm Văn Ƣớc Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT QCVN: Quy chuẩn Việt Nam BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng BYT: Bộ Y Tế QĐ: Quy định FAO: Quỹ lƣơng thực giới NH4+: Amoni Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Dạng tồn amoni phụ thuộc vào pH [11] 11 Bảng 1.2 Thành phần hóa học bùn đỏ nhà máy hóa chất Tân Bình 19 Bảng 1.3 Tỷ lệ cấp hạt Bùn Đỏ 20 Bảng 1.4 Tính chất vật lý 20 Bảng 1.5 Các ứng dụng có 21 Bảng 3.1 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu bùn đỏ thô 39 Bảng 3.2 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu bùn đỏ biến tính 40 Bảng 3.3 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế 41 Bảng 3.4 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo pH vật liệu bùn đỏ thô 42 Bảng 3.5 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo pH vật liệu bùn đỏ biến tính 43 Bảng 3.6 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế 43 Bảng 3.7 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế 45 Bảng 3.8 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu bùn đỏ biến tính 46 Bảng 3.9 Khả hấp phụ vật liệu với mẫu nƣớc pha (tốc độ 2ml/phút) 49 Bảng 3.10 Khả hấp phụ vật liệu với mẫu nƣớc pha (tốc độ 0,5ml/phút) 49 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH 14 Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ Bayer 18 Hình 1.3 Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp zeolit 22 Hình 2.1 Hệ thống cột lọc 29 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 30 Hình 2.3 Sự tán xạ tia X từ mặt phẳng tinh thể 31 Hình 2.4 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 33 Hình 2.5 Đồ thị để xác định số phƣơng trình Langmuir 33 Hình 2.6 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 34 Hình 2.7 Đồ thị để xác định số phƣơng trình Langmuir 34 Hình 3.1 Kết chụp nhiễu xạ tia X vật liệu M1 35 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu M1 36 Hình 3.3 Kết chụp nhiễu xạ tia X vật liệu M2 36 Hình 3.4 Ảnh SEM vật liệu M2 37 Hình 3.5 Kết chụp nhiễu xạ tia X vật liệu M3 37 Hình 3.6 Mẫu chụp SEM vật liệu M3 38 Hình 3.7 Tải trọng hấp phụ theo Langmuir dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế 45 Hình 3.8 Tải trọng hấp phụ theo Langmuir bùn đỏ biến tính 46 Hình 3.9 Tải trọng hấp phụ theo Freundlich bùn đỏ biến tính 47 Hình 3.10 Tải trọng hấp phụ theo Freundlich dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế 48 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 11 1.1 Amoni – vấn đề đƣợc quan tâm 11 1.1.1 Bản chất tác động có hại amoni nƣớc 11 1.1.2 Nguyên nhân nhiễm amoni phƣơng pháp xử lý amoni nƣớc 12 1.1.2.1 Phƣơng pháp clo hóa đến điểm đột biến 13 1.1.2.2 Phƣơng pháp trao đổi ion 14 1.1.2.3 Phƣơng pháp thổi khí pH cao 15 1.1.2.4 Phƣơng pháp ozon hóa với xúc tác bromua 15 1.1.2.5 Phƣơng pháp sinh học 16 1.1.2.6 Điện thẩm tách 16 1.1.2.7 Thẩm thấu ngƣợc 17 1.1.2.8 Lọc nano 17 1.2 Giới thiệu Bùn Đỏ 18 1.2.1 Nguồn gốc 18 1.2.2 Đặc điểm, thành phần hóa học tính chất vật lý 18 1.2.2.1 Đặc điểm 18 1.2.2.2 Thành phần hóa học tính chất vật lý 19 1.2.3 Một số kết nghiên cứu xử lý ứng dụng bùn đỏ thực tế 20 1.3 Zeolite 21 1.3.1 Khái niệm, phân loại cấu trúc 22 1.3.2 Tính chất hấp thụ Zeolite 23 1.3.3 Ứng dụng Zeolite 24 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 25 2.2 Dụng cụ hóa chất 25 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.3.1 Phƣơng pháp tổng quan tài liệu 26 2.3.2 Các phƣơng pháp thực nghiệm 26 2.3.2.1 Điều chế vật liệu hấp phụ 26 2.3.2.2 Nghiên cứu động học trình hấp phụ 27 2.3.2.3 Nghiên cứu xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo phƣơng pháp động 28 2.3.3 Phƣơng pháp đánh giá 29 2.3.3.1 Phƣơng pháp xác định đặc trƣng cấu trúc vật liệu 29 2.3.3.2 Phƣơng pháp xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ tính toán tải trọng hấp phụ cực đại 32 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết xác định đặc trƣng cấu trúc vật liệu 35 3.1.1 Vật liệu M1 (Bùn đỏ nguyên gốc) 35 3.1.2 Vật liệu M2 (Bùn đỏ biến tính) 36 3.1.3 Vật liệu M3 (Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế) 37 3.2 Khảo sát khả hấp thụ vật liệu 38 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 38 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng pH 41 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu 44 3.3 Khảo sát khả xử lý amoni vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế mô hình động 49 CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Khoảng 71% với 361 triệu km2 bề mặt trái đất đƣợc bao phủ nƣớc Nƣớc dạng vật chất cần cho tất sinh vật sống Trái Đất Nƣớc có nhiệt hố hơi, đóng băng ngƣng kết tƣơng đối gần nhau, nƣớc tồn Trái Đất ba dạng: rắn, lỏng Ngƣời ta phát thấy khoảng 80% loại bệnh tật ngƣời có liên quan đến chất lƣợng nguồn nƣớc dùng cho sinh hoạt Vì chất lƣợng nƣớc có vai trị quan trọng nghiệp bảo vệ chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Các nguồn nƣớc đƣợc sử dụng chủ yếu nƣớc mặt nƣớc ngầm qua xử lý sử dụng trực tiếp Phần lớn chúng bị ô nhiễm tạp chất với thành phần mức độ khác tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản xuất, sinh hoạt vùng phụ thuộc vào địa hình mà chảy qua hay vị trí tích tụ Ngày nay, với phát triển cơng nghiệp, q trình thị hố bùng nổ dân số làm cho nguồn nƣớc tự nhiên ngày cạn kiệt ngày ô nhiễm Hoạt động nông nghiệp sử dụng gắn liền với loại phân bón diện rộng Các loại nƣớc công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi trƣờng làm cho nƣớc ngầm ngày bị ô nhiễm hợp chất nitơ mà chủ yếu amoni Amoni không gây độc trực tiếp cho ngƣời nhƣng sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit nitrat yếu tố gây độc Các hợp chất nitrit nitrat hình thành q trình oxi hố vi sinh vật trình xử lý, tàng trữ chuyển tải nƣớc đến ngƣời tiêu dùng Vì việc xử lý amoni nƣớc đối tƣợng đáng quan tâm Với mục đích khai thác tiềm ứng dụng loại vật liệu tự nhiên tái sử dụng chất thải lĩnh vực xử lý nƣớc, khóa luận chọn thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ khảo sát khả loại bỏ ion amoni nƣớc ” Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 10 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp Mẫu Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế Bảng 3.3 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế 1h 1h30 2h 2h30 3h 3h30 4h 4h30 5h (80) (70) Thời gian (150ml) (140) (130) (120) (110) (100) (90) Abs 0,312 0,301 0,289 0,282 0,28 0,275 0,264 0,262 0,261 X(mgN/l) 0,303 0,292 0,279 0,272 0,27 0,265 0,253 0,251 0,2507 C0 (mgN/l) 100 C1 (mgN/l) 37,87 mo(mgN) 15 5,302 4,745 4,185 3,74 3,375 2,981 2,53 2,196 m1(mgN) 5,681 5,11 4,533 4,08 3,712 3,312 2,846 2,51 2,193 Cr (mgN/g) 9,319 9,511 9,723 9,828 9,856 9,919 10,05 10,07 10,077 Hiệu suất(%) 62,13 63,5 65,13 37,875 36,5 34,87 36,5 34,87 34 66 34 33,75 33,12 31,62 31,375 33,75 33,12 31,62 31,37 31,337 66,25 66,88 68,38 68,63 68,663 Qua kết khảo sát vật liệu hấp phụ (M3) cho thấy nồng độ amoni giảm nhanh từ đầu tiên, sau khoảng 4h nồng độ amoni hầu nhƣ không thay đổi, thời điểm đạt cân hấp phụ 4h Kết luận: Qua kết khảo sát vật liệu hấp phụ cho thấy nồng độ amoni giảm nhanh từ đạt đƣợc thời gian cân hấp phụ thời gian khác Nhƣng sau khoảng 3h hiệu suất hấp phụ amoni vật liệu hầu nhƣ không thay đổi, ta chọn thời gian đạt cân hấp phụ 3h để làm thí nghiệm 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH Ảnh hƣởng pH đến trình hấp phụ amoni đƣợc khảo sát vùng pH = - với điều kiện: Nồng độ ban đầu: 100mg/l Thể tích dung dịch hấp thụ: 20ml Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 41 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Khối lƣợng chất hấp phụ: 0,2g Thời gian hấp phụ: 3h Trong đó: Camoni = 100mg/l 20ml có 2mg Cl nồng độ sau hấp phụ pha lỏng m1 số mgN lại pha lỏng Cr = mo – m1 Mẫu Bùn đỏ thô, sấy khô 120oC 24h Bảng 3.4 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo pH vật liệu bùn đỏ thô pH Abs 0,612 0,592 0,576 0,549 X 0,615 0,595 0,579 0,552 C0 (mgN/l) 100 100 100 100 C1 (mgN/l) 76,875 74,375 72,375 69 mo(mgN) 2mg 2mg 2mg 2mg m1(mgN) 1,383 1,338 1,302 1,242 Cr (mgN/g) 3,085 3,31 3,49 3,79 Từ kết ta thấy, vùng pH = - nồng độ hấp phụ hầu nhƣ không thay đổi, nhiên đến pH = - hiệu suất hấp phụ có xu hƣớng giảm xuống Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 42 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Mẫu Bùn đỏ biến tính Bảng 3.5 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo pH vật liệu bùn đỏ biến tính pH Abs 0,596 0,57 0,547 0,539 X 0,599 0,572 0,548 0,54 C0 (mgN/l) 100 100 100 100 C1 (mgN/l) 74,875 71,5 68,5 67,5 mo (mgN) 2mg 2mg 2mg 2mg m1 (mgN) 1,347 1,287 1,233 1,215 Cr(mgN/g) 3,265 3,565 3,835 3,925 Từ kết ta thấy, vùng pH = - hiệu suất trình hấp phụ hầu giảm dần; nhiên đến pH = – hiệu suất hấp phụ không thay đổi Mẫu Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế Bảng 3.6 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo thời gian vật liệu dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế pH Abs 0,496 0,47 0,448 0,401 X 0,495 0,468 0,445 0,396 C0 (mgN/l) 100 100 100 100 C1 (mgN/l) 61,875 58,5 55,625 49,5 mo (mgN) 2mg 2mg 2mg 2mg m1 (mN) 1,113 1,053 1,001 0,891 Cr (mgN/g) 4,435 4,735 4,995 5,545 Từ kết ta thấy, vùng pH = - hiệu suất q trình hấp phụ có xu hƣớng giảm dần; nhiên đến pH = - hiệu suất hấp phụ không thay đổi giảm dần Nguyên nhân ảnh hƣởng pH đến trình hấp phụ amoni bùn đỏ biến tính đƣợc giải thích Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 43 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp hấp phụ cạnh tranh H+ tích điện dƣơng bề mặt vật liệu hấp phụ vùng pH thấp 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Để xác định khả hấp phụ vật liệu, ta tiến hành khảo sát với dung dịch amoni có nồng độ ban đầu khác nhau: 25mg/l, 50mg/l, 75mg/l, 100mg/l, 150mg/l, 200mg/l (các dung dịch đƣợc pha từ muối NH4Cl) Thực q trình hấp phụ: Thể tích hấp phụ: 100ml Khối lƣợng chất hấp phụ: 0,2g Thời gian hấp phụ: 3h Thể tích dung dịch đo lại sau ly tâm 18 ml Trong đó: Cl nồng độ sau hấp phụ pha lỏng m1 số mgN lại pha lỏng m2 = m – m1 Cr = m2 x : 0,2 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 44 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Mẫu Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế Bảng 3.7 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế Co (mgN/l) 25 50 75 100 150 200 Abs 0,059 0,102 0,148 0,231 0,412 0,623 X 0,0416 0,085 0,134 0,219 0,407 0,628 Cl (mg/l) 5,2 mo (mgN) 0,5 1,5 m1 (mgN) 0,0936 0,191 0,302 0,492 0,915 1,413 m2 (mg) 0,406 0,808 1,198 1,508 2,085 2,586 Cr (mg/g) 2,03 4,04 5,99 7,54 10,425 12,932 Cl/Cr 2,561 2,639 2,808 3,628 10,663 16,82 27,36 50,875 78,531 4,88 6,072 Đồ thị thu đƣợc có dạng đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Ở đây, sử dụng phƣơng trình Langmuir để tìm tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Cl/Cr y = 0,0506x + 2,1655 R2 = 0,9906 Series1 Linear (Series1) 0 50 Cl 100 Hình 3.7 Tải trọng hấp phụ theo Langmuir dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 45 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Vậy khả hấp phụ cực đại vật liệu: 26 mg NH4+/g Mẫu Bùn đỏ biến tính Bảng 3.8 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu bùn đỏ biến tính Co (mg/l) 25 50 75 100 150 200 Abs 0,062 0,113 0,166 0,242 0,430 0,636 X 0,044 0,098 0,152 0,231 0,427 0,641 53,44 80,09 C1 (mgN/l) 5,5 mo (mgN) 0,5 12,36 19,02 28,97 1,5 m1 (mgN) 0,099 0,222 0,342 0,521 0,961 1,441 m2 (mgN) 0,401 0,778 1,158 1,479 2,039 2,559 Cr = (mgN/g) 2,005 Cl/Cr 3,89 5,79 7,395 10,195 12,795 2,743 3,177 3,284 3,917 5,241 6,259 Đồ thị thu đƣợc có dạng đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Ở đây, sử dụng phƣơng trình Langmuir để tìm tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu y = 0,048x + 2,5075 R2 = 0,9933 Cl/Cr Series1 Linear (Series1) 0 50 100 Cl Hình 3.8 Tải trọng hấp phụ theo Langmuir bùn đỏ biến tính Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 46 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Vậy khả hấp phụ cực đại vật liệu: 22 mg NH4+/g Phương trình Freundlich Mẫu Bùn đỏ biến tính Bảng 3.9 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu bùn đỏ biến tính Cl (mg/l) 5,5 Cr = (mgN/g) 2,005 12,36 19,02 28,97 3,89 5,79 53,44 80,09 7,395 10,195 12,795 Lg Cl 0,74 1,092 1,279 1,461 1,727 1,903 Lg Cr 0,302 0,589 0,762 0,868 1,008 1,107 1,2 y = 0,6866x - 0,1659 R2 = 0,9853 Lg Cr 0,8 0,6 Series1 0,4 Linear (Series1) 0,2 0 0,5 1,5 Lg Cl Hình 3.9 Tải trọng hấp phụ theo Freundlich bùn đỏ biến tính Đồ thị thu đƣợc có hệ số hồi quy R2 = 0,9853 chứng tỏ phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Hệ số n = 1/tg 0,1659 = 345,362 k C / n Hệ số k = 1,995 Quá trình hấp phụ amoni tuân theo đẳng nhiệt Freundlich có hệ số k = 1,995 cho thấy trình hấp phụ tƣơng đối tốt diễn cách thuận lợi Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 47 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Mẫu Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế Bảng 3.10 Khảo sát khả hấp phụ amoni theo nồng độ vật liệu dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế Cl (mgN/l) 5,2 10,663 16,82 27,36 50,875 78,531 Cr = (mgN/g) 2,03 4,04 5,99 7,54 10,425 12,932 Lg Cl 0,716 1,027 1,225 1,437 1,706 1,895 Lg Cr 0,307 0,606 0,777 0,877 1,018 1,111 1,4 y = 0,6622x - 0,1009 R2 = 0,9716 1,2 Lg Cr 0,8 0,6 Series1 0,4 Linear (Series1) 0,2 0 0,5 1,5 Lg Cl Hình 3.10 Tải trọng hấp phụ theo Freundlich dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế Đồ thị thu đƣợc có hệ số hồi quy R2 = 0,9716 chứng tỏ phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Hệ số n = 1/ tg 0,1009 = 567,849 k C / n Hệ số k = 2,024 Quá trình hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Freundlich có hệ số k = 2,024 cho thấy trình hấp phụ diễn tốt thuận lợi Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 48 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp 3.3 Khảo sát khả xử lý amoni vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh tinh chế mơ hình động Cho dung dịch NH4+ 20mg/l chạy qua cột lọc với tốc độ lần lƣợt 2ml/phút 0,5ml/phút Xác định nồng độ NH4+ đầu theo thời gian ta thu đƣợc kết bảng sau: + Vận tốc 2ml/phút Bảng 3.11 Khả hấp phụ vật liệu với mẫu nước pha (tốc độ 2ml/phút) Thời gian(ph) Thể tích (ml) Nồng độ 10 20 30 40 50 60 70 75 80 85 90 95 100 105 20 40 60 80 100 120 140 150 160 170 180 190 200 210 - 0,1 0,13 0,19 0,25 0,48 0,65 0,72 0,84 0,96 1,18 1,26 1,34 1,51 NH4+ + Vận tốc 0,5ml/phút Bảng 3.12 Khả hấp phụ vật liệu với mẫu nước pha (tốc độ 0,5ml/phút) Thời gian 10 20 30 60 120 240 300 360 420 540 600 660 720 780 820 30 60 120 150 180 210 270 300 330 360 390 410 (ph) Thể tích 10 15 (ml) NH4+ - - - 0,09 0,14 0,22 0,36 0,42 0,56 0,68 0,94 1,16 1,24 1,36 1,51 (mg/l) Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 49 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Qua kết bảng 3.11 bảng 3.12 cho thấy, với 1g vật liệu chế tạo đƣợc xử lý đƣợc 210 ml nƣớc pha có nồng độ amoni ban đầu 20mg/l xuống mức tiêu chuẩn hàm lƣợng amoni nƣớc sinh hoạt cho dung dịch chảy qua cột với vận tốc 2ml/phút xử lý đƣợc 410 ml dung dịch cho chảy qua cột với vận tốc 0,5ml/phút Kết cho thấy hiệu hấp phụ giảm tăng tốc độ dòng (giảm thời gian tiếp xúc) Mức độ giảm đáng kể tốc độ dòng tăng từ 0.5 lên 2ml/phút, hiệu hấp phụ amoni vật liệu so với lý thuyết tƣơng ứng giảm từ 80 xuống 34% Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 50 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau trình làm khóa luận, chúng tơi rút số kết luận khả tổng hợp vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ cao lanh làm vật liệu xử lý amoni nƣớc nhƣ sau : Nghiên cứu bề mặt kính hiển vi điện tử quét, cho thấy bề mặt vật liệu hấp phụ có nhiều lỗ trống trở nên xốp Nhờ đó, làm tăng khả hấp phụ amoni nƣớc Tiến hành khảo sát khả xử lý amoni vật liệu thu đƣợc kết tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu cation NH4+ vật liệu M2 = 22mgN/l, vật liệu M3 = 26 mgN/l Qua tiến hành khảo sát khả xử lý amoni vật liệu theo thời gian thu đƣợc kết thời gian cân hấp phụ vật liệu M1= 4h, vật liệu M2 = 4h30, vật liệu M3 = 4h Tiến khảo sát khả xử lý amoni vật liệu theo pH ta thu đƣợc kết pH ảnh hƣởng tới trình hấp phụ pH = Khảo sát khả hấp phụ amoni nƣớc thải cho kết tƣơng đối tốt, từ tính tốn đƣợc lƣợng chất hấp phụ cần thiết để xử lý amoni đƣa tiêu chuẩn thải cho phép Kiến nghị Trong trình thực đề tài, thời gian điều kiện thí nghiệm có hạn, chƣa thực hết phần cần làm, đƣa số hƣớng nghiên cứu nhƣ sau : Tiếp tục nghiên cứu sâu chất hấp phụ bùn đỏ cao lanh Phân tích thêm thơng số tiêu có nƣớc thải, đánh giá ảnh hƣởng chúng đến khả hấp phụ amoni nƣớc Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 51 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Bộ xây dựng- Công ty nƣớc Môi trƣờng Việt Nam ( 2003), “Hồn thiện cơng nghệ xử lý nước để áp dụng cho số trường hợp nguồn nước bị nhiễm arsen, nguồn nước nhiễm amoni với hàm lượng lớn”, Thuyết minh đề tài, Hà Nội Lê Văn Cát, Xử lý nƣớc thải giàu hợp chất nitơ photpho, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ, Hà nội 2007, trang 19-73, 174189 Lê Văn Cát (2002), Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ, photpho thích hợp với điều kiện Việt Nam, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học thuộc chƣơng trình nhà nƣớc bảo vệ môi trƣờng, Hà Nội, trang 25-40 Trịnh Thị Thanh, Trần m, Đồng Kim Loan, 2003, Giáo trình cơng nghệ môi trường, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội Nguyễn Đình Triệu ( 2006), “ Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học” NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội Trung tâm đào tạo ngành nƣớc môi trƣờng ( 1999), “ Sổ tay xử lý nước” Tập 1,2 NXB Xây Dựng Tài liệu tiếng Anh B Koumanova, M Drame, M Popangelova (1996), Phosphate removal from aqueous solution using red mud wasted in bauxite Bayer’s process, University of Chemical Technology and Metallurgy Department of Chemical Engineering, Kliment Ohridski str., 1756 Sofia, Bulgaria Chuxia Lin, Yonggui Liu, Yonggui Wu (2006), Characterization of red mud derived from a combined Bayer Process and Calcining method for alumina refining, College of Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 52 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Dimitrios D Dimasa; Ioanna P Giannopouloua; Dimitrios Paniasa (2009), Utilization of alumina red mud fof synthesis of inorganic polymeric materials, pp 211-239 10 Gaspard m And Martin A (1983), Clinoptilolite in drinking water treatment for NH4+ removal, Water Reseach, Vol 17, page 11 Goodal J.B (1995), “Biological removala of Amonia”, pp 80-98 12 H Sontheimer and W Kuhn, Eds (1979), Oxidation techniques in drinking water treatment, EPA 57019-79-020 13 Jorge Alvarez, Roberto Rosal, Herminio Sastre, Fernando V Diez (1995), Characterization and deactivation of sulfided red mud used as hydrogenation catalyst, Derpartment of Chemical Engineering, University of Oviedo 33071- Oviedo, Spain 14 Kasai et al (Nov 7-10, 1999), Waste Materials Utilization of Red Mud from Bayer Process, Proc Of Int’ Conf On Processing Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 53 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp PHỤ LỤC Phương pháp xác định amoni Kết phƣơng trình đƣờng chuẩn NH4+ + Nguyên tắc: Phản ứng amoni hypochlorite với có mặt xúc tác thymol tạo thành hợp chất indothymol màu xanh đậm Đo bƣớc sóng 694 nm.Giới hạn phát từ 0,1- 1,2 mg/l N-NH4+ + Chuẩn bị thuốc thử: - NH4+: Cân 0,03891g NH4Cl định mức thành 100ml nƣớc cất lần thu đƣợc dung dịch gốc 0,1 g/l Bảo quản tủ lạnh Dung dịch làm việc: lấy 10ml pha lỗng 10 lần vào bình định mức 100ml - Natri nitro pruxit: Cân 0,5g natri nitro pruxit pha thành 25ml dung dịch Bảo quản tủ lạnh Dung dịch làm việc: lấy 2,5ml pha lỗng 10 lần vào bình định mức 25ml - Dung dịch đệm: Cân 0,794g Na2CO3 0,504g NaHCO3 định mức thành 100ml -NaOCl: Lấy 1ml dung dịch 5% clo dƣ + 4ml nƣớc cất sau lắc cho vào lọ màu nâu có nút vặn, bảo quản tủ lạnh Dung dịch làm việc: lấy 1ml pha loãng 10 lần thành 10ml - Thymol: Cân 1,5g thymol + 4g NaOH định mức thành 50ml + Cách tiến hành: - Hút V(ml) mẫu - Thêm giọt natrinitropruxit → lắc - Thêm giọt dung dịch đệm OXH → lắc - Thêm giọt thymol →lắc - Định mức lên 5ml Dung dịch có amoni chuyển sang màu xanh Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 54 Trường Đại học Dân Lập Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Để yên phút đem đo quang bƣớc sóng 694 nm V dung dịch 0,5 0,75 1,5 2,5 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 chuẩn 0.01g/l(ml Nồng độ (mg NH4+/l) Độ quang (Abs) 0,154 0,206 0,397 0,61 0,782 0,951 1,2 1,4 y = 0,9612x + 0,0209 R² = 0,997 1,2 0,8 Series1 0,6 Linear (Series1) 0,4 0,2 0 0,5 1,5 Hình Phương trình đường chuẩn NH4+ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đồng Kim Loan Sinh viên: Phạm Văn Ước 55