Chế tạo vật liệu từ silicat và photphat, nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của vật liệu và định hướng ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––––––– NĂNG HỒNG NHUNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ SILICAT VÀ PHOTPHAT, NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - NĂM 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––––––– NĂNG HỒNG NHUNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ SILICAT VÀ PHOTPHAT, NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG Chun ngành: HỐ PHÂN TÍCH Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Ngô Thị Mai Việt THÁI NGUYÊN - NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực Những kết luận luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Thái Nguyên, tháng năm 2015 Xác nhận Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn TS Ngô Thị Mai Việt Năng Hồng Nhung i LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc , em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo , Cơ giáo Bơ ̣ mơn Hóa Phân tích và Khoa Hóa ho ̣c , bạn làm luận văn em sinh viên nghiên cứu khoa học Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Thái Nguyên ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i và giúp đỡ em trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè – người giúp đỡ động viên em suốt trình học tập nghiên cứu Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Ngô Thị Mai Việt , cô giao đề tài hướng dẫn em hoàn thành luận văn Do khả thực nghiệm hạn chế số yếu tố khách quan khác nên luận văn em tránh khỏi thiếu sót.Em mong nhận góp ý bảo Thầy Cô để luận văn em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2015 Học viên Năng Hồng Nhung ii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời Cam Đoan I Lời Cảm Ơn II Mục Lục III Danh Mục Các Từ Viết Tắt IV Danh Mục Bảng Biểu V Danh Mục Các Hình VI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tác dụng sinh hóa mangan niken 1.1.1 Tác dụng sinh hóa mangan 1.1.2 Tác dụng sinh hóa niken 1.2 Tình trạng ng̀n nước bị nhiễm kim loại nặng 1.3 Giới thiệu số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 1.3.1 Phương pháp trao đổi ion 1.3.2 Phương pháp kết tủa 1.3.3 Phương pháp hấp phụ 1.4 Giới thiê ̣u về phương pháp hấ p phu ̣ 1.4.1 Sự hấ p phu ̣ 1.4.2 Hấp phụ môi trường nước 1.4.3 Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng, hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ hiệu suất giải hấp phụ 1.4.4 Các mơ hình q trình hấp phụ 1.4.5 Quá trình hấp phụ động cột 11 1.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 13 1.5.1 Nguyên tắc 13 1.5.2 Phương pháp đường chuẩn 14 1.6 Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu hấp phụ 15 1.6.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 15 iii 1.6.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 15 1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 16 1.6.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 17 1.7 Mô ̣t số công triǹ h nghiên cứu khả hấ p phụ ion kim loại loại vật liệu chế tạo từ hóa chất 17 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 20 2.1 Thiết bị hóa chất 20 2.1.1 Thiết bị 20 2.1.2 Hóa chất 20 2.2 Chế ta ̣o vâ ̣t liê ̣u hấ p phu ̣ (VLHP) từ silicat photphat 21 2.3 Nghiên cứu số đặc trưng hóa lí vật liệu hấp phụ 22 2.3.1 Ảnh SEM vật liệu hấp phụ 22 2.3.2 Diện tích bề mặt riêng vật liệu hấp phụ 22 2.3.3 Phổ hồng ngoại vật liệu hấp phụ 23 2.3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu hấp phụ 23 2.4 Xác định điểm đẳng điện vật liệu hấp phụ 25 2.5 Xây dựng đánh giá đường chuẩ n xác đinh ̣ nồ ng đô ̣ Mn(II), Ni(II) theo phương pháp quang phổ hấ p thu ̣ phân tử 26 2.5.1 Khảo sát khoảng nờng độ tuyến tính Mn(II) 26 2.5.2 Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính Ni(II) 27 2.5.3 Dựng đường chuẩn 28 2.5.4 Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng phép đo 35 2.6 Nghiên cứu khả hấp phụ số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 36 2.6.1 Ảnh hưởng thời gian 37 2.6.2 Ảnh hưởng pH 38 2.6.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 41 2.6.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu 42 2.6.5 Ảnh hưởng ion Ca(II), Zn(II), Al(III) hỗn hợp ion Ca(II), Zn(II), Al(III) 45 iv 2.7 Nghiên cứu khả hấ p phu ̣ Mn(II), Ni(II) VLHP theo phương pháp hấp phụ đô ̣ng 48 2.8 Xử lí mẫu nước thải 51 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Tiế ng Viê ̣t 55 Tiế ng Anh 56 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt TT Từ nguyên gốc BET Brunaur – Emmetle – Teller IR Intrared Spectroscopy SEM Scanning Electron Microscopy UV – Vis Ultraviolet Visble XRD X-ray Diffration ppm Part per million iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số ion kim loại nước thải công nghiệp Bảng 2.1 Điể m đẳ ng điê ̣n của VLHP 25 Bảng 2.2 Kết khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính Mn(II) 26 Bảng 2.3 Kết khảo sát khoảng nờng độ tuyến tính Ni(II) 27 Bảng 2.4 Các thông số đường chuẩn Mn(II) 30 Bảng 2.5 Các thông số đường chuẩn Ni(II) 31 Bảng 2.6 Các giá trị b’ đường chuẩn Mn(II) 32 Bảng 2.7 Giá trị phương sai Mn(II) 33 Bảng 2.8 Các giá trị b’ đường chuẩn Ni(II) 34 Bảng 2.9 Giá phương sai Ni(II) 34 Bảng 2.10 Giá trị Sbi , LOD, LOQ Mn(II) Ni(II) 36 Bảng 2.11 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) 37 Bảng 2.12 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) 39 Bảng 2.13 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) 41 Bảng 2.14 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) vật liệu 43 Bảng 2.15.Các thông số hấp phụ theo mơ hình Langmuir vật liệu hấp phụ 44 Bảng 2.16 Ảnh hưởng các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) vâ ̣t liê ̣u 46 Bảng 2.17 Ảnh hưởng hỗn hợp các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu 47 Bảng 2.18 Nồng độ ion Mn(II) sau mỡi phân đoạn thể tích 49 Bảng 2.19.Nồng độ ion Ni(II) sau mỗi phân đoạn thể tích 50 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 11 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 11 Hình 1.3 Mơ hình cột hấp phụ 12 Hình 1.4 Dạng đường cong phân bố nờng độ chất bị hấp phụ cột hấp phụ theo thời gian 12 Hình 2.1 Sơ đờ chế tạo vật liệu hấp phụ từ silicat photphat 21 Hình 2.2 Ảnh SEM vật liệu hấp phụ 22 Hình 2.3 Phổ hồng ngoại củavật liệu hấp phụ 23 Hình 2.4 Giản đờ nhiễu xạ tia X vật liệu 24 Hình 2.5 Điể m đẳ ng điê ̣n của VLHP 25 Hình 2.6 Đờ thị khảo sát khoảng nờng độ tuyến tính Mn(II) 27 Hình 2.7 Đờ thị khảo sát khoảng nờng độ tuyến tính Ni(II) 28 Hình 2.8 Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 30 Hình 2.9 Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 31 Hình 2.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian Mn(II) 38 Hình 2.11 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian Ni(II) 38 Hình 2.12 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Mn(II) 39 Hình 2.13 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni(II) 40 Hình 2.14 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng Mn(II) 42 Hình 2.15 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng Ni(II) 42 Hình 2.16 Đường đẳng nhiệt hấp phu ̣ VLHP Mn(II) 44 Hình 2.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ VLHP Ni(II) 44 Hình 2.18 Ảnh hưởng ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II) vật liệu 46 Hình 2.19 Ảnh hưởng ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Ni(II) vật liệu 46 Hình 2.20 Ảnh hưởng hỡn hợp các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu 47 Hình 2.21 Khả hấp phụ động dung dịch Mn(II) 51 Hình 2.22 Khả hấp phụ động dung dịch Ni(II) 51 Hình 2.23 Sự hấp phụ động ion Mn(II) mẫu nước thải 52 Hình 2.24 Sự hấp phụ động ion Ni(II) mẫu nước thải 52 vi 30 q(mg/g) 25 20 15 10 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 khối lượng(g) Hình 2.14 Sự phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ vào khối lƣợng q(mg/g) Mn(II) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 khối lượng(g) Hình 2.15 Sự phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ vào khối lƣợng Ni(II) Như vậy, khối lượng vật liệu hấp phụ tăng đồng nghĩa với tăng cáctrung tâm hấp phụ, dẫn đếnhiệu suất hấp phụ Mn(II), Ni(II) tăng dung lượng hấp phụ giảm Với khối lượng vật liệu 0,1g dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ ion kim loại vật liệu cao Trong thí nghiệm tiếp theo, chúng tơi cân khối lượng vật liệu hấp phụ 0,1g 2.6.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu - Chuẩ n bi ̣các biǹ h tam giác có dung tích 100mL - Dùng pipet lấy 25mL từng dung dich ̣ Mn (II), Ni(II) có nờng độ thay đở i từ 10,00  150,00mg/L đố i với Mn (II) từ 10,00  100,00mg/L đớ i với Ni (II) cho vào bình tam giác chuẩn bị sẵn 42 - Lắc dung dịch nhiệt độ phòng bằng máy lắc với tốc độ vịng/phút điề u kiê ̣n đã tớ i ưu về thời lươ ̣ng vâ ̣t liê ̣u và pH của môi trường 150 gian lắ c , kích thước hạt vật liệu , khớ i - Lọc lấy dung dịch, pha chế dung dịch với điều kiện tối ưu tiến hành xây dựng đường chuẩn - Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ Mn(II), Ni(II) dung dịch trước sau hấp phụ Sau tiế n hành khảo sát ảnh hưởng của nồ ng đô ̣ đầ u đế n khả hấ p phụ Mn(II) Ni(II) vật liệu , thu kết bảng 2.13 Trên sở kế t quả thu đươ ̣c , tiến hành xây dựng đường đẳng nhiệt Langmuir và đồ thi ̣biể u diễn sự phu ̣ thuô ̣c của C vào C cb, từ đó tim ̀ giá tri ̣ dung lươ ̣ng hấ p phu ̣ Mn(II) Ni(II) cực đa ̣i của vật liệu cb /q Bảng 2.14 Ảnh hƣởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) vật liệu Ion kim loại Mn(II) Ni(II) Các thông số hấp phụ Nồng độ đầu C0 (mg/L) Ccb (mg/L) q (mg/g) Ccb/q (g/L) H (%) 5,46 0,97 1,12 0,86 82,23 19,71 4,03 3,92 1,03 79,58 22,19 7,73 7,23 1,06 65,16 31,58 13,72 8,93 1,54 56,55 37,47 18,97 9,25 2,05 49,37 68,51 47,34 10,59 4,47 30,91 111,25 88,51 11,37 7,78 20,44 9,57 0,77 2,20 0,35 91,95 18,03 1,67 4,09 0,41 90,73 39,67 5,45 8,56 0,64 82,15 49,29 8,13 10,29 0,79 78,88 60,19 15,07 11,28 1,34 73,27 78,59 23,29 13,83 1,68 67,26 106,13 46,03 15,03 3,06 40,23 43 14 y = 2,424ln(x) + 1,118 R² = 0,990 12 q(mg/g) 10 0 20 40 Ccb(mg/L60 ) 80 100 q(mg/g) Hình 2.16 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phu ̣ VLHP Mn (II) 18 16 14 12 y = 3,274ln(x) + 2,901 R² = 0,99 10 0 10 20 30 40 50 Ccb(mg/L) Hình 2.17 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phu ̣ VLHP Ni (II) Bảng 2.15.Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir vật liệu hấp phụ Ion kim loại q max (mg/g) b (L/g) R2 Mn(II) 15,95 0,073 0,997 Ni(II) 18,48 0,155 0,997 Các kết nghiên cứu cho thấy tuân theo mô hiǹ h đẳ ng nhiê ̣t Langmuir , sự hấ p phu ̣ Mn (II), Ni(II) vâ ̣t liê ̣u (hê ̣ số tương quan R các phương trình lớn 0,99) Từ kết , chúng tơi tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax : đố i với Mn (II): qmax=15,95mg/g, đố i với Ni (II): 44 qmax= 18,48mg/g Kết nghiên cứu cho thấy , dung lươ ̣ng hấ p phu ̣ cực đa ̣i Ni (II) lớn Mn (II) Điều có thể giải thích dựa vào bán kính ion hidrat hoá của các kim loại lực ion với nhóm chức (PO43-, SiO32-) bề mặt vật liệu Qua khảo sát ban đầu, mẫu nước thải mà chúng tơi xử lý, ngồi ion mangan niken, chứa số ion khác như: Ca(II), Al(III), Zn(II), Cu(II), Cr(III), Pb(II)… Do hạn chế thời gian nên bước đầu khảo sát ảnh hưởng ion Ca (II), Al(III), Zn(II) đến khả hấ p phu ̣ Mn (II), Ni(II) vật liệu 2.6.5 Ảnh hưởng ion Ca (II), Zn(II), Al(III) hỗn hợp ion Ca (II), Zn(II), Al(III) Tiế n hành pha dung dich ̣ Mn (II), Ni(II) với sự có mă ̣t ion Ca(II), Zn(II), Al(III) - Các dung dịch riêng ion Ca(II), Zn(II), Al(III) pha loãng từ dung dịch có nờng độ 1000mg/L - Đối với dung dịch hỗn hơ ̣p ion Ca(II), Zn(II), Al(III)lần lượt lấy 200mL dung dịch ion có nờng độ 1000mg/L cho vào bình định mức 1000mL, dùng nước cất lần định mức đến vạch, thu dung dịch hỡn hợp gờm ba ion có nờng độ 200mg/L Sau từ dung dịch pha lỗng thành dung dịch có nờng độ nhỏ - Cân 0,1g VLHP cho và o các bin ̀ h tam giác có dung tích 100mL Hút 25mL dung dịch trêncho vào bình tam giác đã chuẩ n bi ̣sẵn - Lắc dung dịch nhiệt độ phòng (250C ±1) bằng máy lắc với tốc độ 150 vịng/phút các điề u kiê ̣n đã tớ i ưu về thời gian lắ c , kích thước hạt vật liệu , khố i lươ ̣ng vâ ̣t liê ̣u và pH của môi trường - Lọc lấy dung dịch, pha chế dung dịch với điều kiện tiến hành xây dựng đường chuẩn - Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ Mn(II), Ni(II) dung dịch trước sau hấp phụ Các kết nghiên cứu thể bảng hình 45 Bảng 2.16 Ảnh hƣởng các ionCa(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II) Ni(II) vâ ̣t liêụ Dung Ca(II) Zn(II) Al(III) Nồng độ dịch ion lạ Ccb q H Ccb q H Ccb q H nghiên (mg/L) (mg/L) (mg/g) (%) (mg/L) (mg/g) (%) (mg/L) (mg/g) (%) cứu Mn(II) C0 = 48,39 (mg/L) 19,83 23,05 27,19 28,89 32,36 35,18 39,48 7,14 6,34 5,31 4,88 4,02 3,28 2,24 59,05 52,39 43,85 40,33 33,17 27,14 18,46 19,83 23,61 27,49 29,87 32,85 35,58 39,66 0,0 18,21 7,52 62,29 18,21 7,52 62,29 18,21 7,52 62,29 10,0 20,0 30,0 50,0 70,0 90,0 19,94 21,84 25,03 27,43 33,49 38,53 7,08 6,61 5,81 5,21 3,7 2,44 6,95 6,53 5,71 4,58 2,85 2,22 6,82 5,81 4,53 3,37 2,41 1,55 58,71 54,77 48,17 43,19 30,65 20,21 20,48 22,14 25,35 29,96 36,89 39,42 7,14 6,21 5,23 4,64 3,89 3,21 2,19 8 6 Ca(II) Zn(II) 0 50 100 Al(III) Nồng độ Ca(II), Zn(II), Al(III) (mg/L) q(mg/g) q(mg/g) Ni(II) C0 = 51,57 (mg/L) 0,0 10,0 20,0 30,0 50,0 70,0 90,0 59,05 51,23 43,22 38,31 32,15 26,52 18,09 57,59 54,15 47,51 37,96 23,61 18,37 19,83 28,11 31,27 33,39 36,25 40,15 19,83 21,02 25,07 30,19 33,38 38,69 42,11 7,14 5,88 4,29 4,29 3,76 3,04 2,08 59,05 50,12 41,95 35,42 31,04 25,13 17,08 56,47 48,08 37,48 30,86 19,88 12,79 Ca(II) Zn(II) 0 50 100 Al(III) Nồng độ Ca(II), Zn(II), Al(III) (mg/L) Hình 2.18 Ảnh hƣởng ion Hình 2.19 Ảnh hƣởng ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II) vật liệu hấp phụ Ni(II) vật liệu 46 Bảng 2.17 Ảnh hƣởng hỗn hợp các ionCa(II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu Nồng độ hỗn hợpion lạ(mg/L) Mn(II) C0 Ccb Ni(II) q H (mg/L) (mg/L) (mg/g) C0 (%) Ccb q H (mg/L) (mg/L) (mg/g) (%) 0,0 47,79 14,86 8,23 68,91 48,92 7,13 10,45 83,71 10,0 47,79 23,44 6,08 50,95 48,92 10,78 9,53 77,96 20,0 47,79 26,41 5,34 44,73 48,92 11,85 9,26 75,78 30,0 47,79 33,12 3,68 30,69 48,92 16,56 8,09 66,15 40,0 47,79 35,56 3,05 25,59 48,92 20,03 7,22 59,06 50,0 47,79 40,67 1,78 14,89 48,92 25,17 5,94 48,55 12 10 q(mg/g) Mn(II) Ni(II) 0 10 20 30 40 50 60 Nồng độ hỗn hợp ion(mg/L) Hình 2.20 Ảnh hƣởng hỗn hợp các ion Ca (II), Zn(II), Al(III) đến khả hấp phụ Mn (II), Ni(II) vật liệu Các kết thực nghiệm cho thấy, vùng nồng độ khảo sát, ion Ca(II), Zn(II), Al(III) có ảnh hưởng tới khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu 47 hấp phụ, Khi nờng độ ion Ca(II), Zn(II), Al(III) tăng dung lượng hấp phụ Mn(II), Ni(II) VLHP giảm Nguyên nhân có mặt ion Ca(II), Zn(II), Al(III) gây hấp phụ cạnh tranh ion, ion kim loại bị hấp phụ phần, đồng thời ngăn cản hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu dẫn đến dung lượng hiệu suất hấp phụ ion vật liệu giảm Mặt khác kết nghiên cứu rằng, ion Al(III) có ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu Sự ảnh hưởng ion Zn(II) Ca(II) đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu tương đương Điều giải thích sau: thơng thường, hấp phụ ion kim loại vật liệu ion có điện tích lớn bị hấp phụ mạnh Trong trường hợp ion có điện tích ion có bán kính lớn bị hấp phụ mạnh [1] Trong ba ion nghiên cứu, ion Al(III) có điện tích lớn nên bị hấp phụ mạnh Do ion Zn(II) Ca(II) có bán kính ion hidrat hố tương tự nên ảnh hưởng chúng đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu 2.7 Nghiên cƣ́u khả hấ p phu ̣ Mn (II), Ni(II) VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ ̣ng Q trình nghiên cứu khả hấ p phu ̣ Mn (II), Ni(II) VLHP theo phương pháp hấp phụ động tiến hành sau : cho 2000mL dung dich ̣ Mn (II) có nờng độ 8,57mg/L 2000mL dung dich ̣ Ni (II) có nồng độ 9,49mg/L cố định pH = 4,0 đố i với Mn (II) pH = 5,0 đố i với Ni (II) qua hai cô ̣t hấp phụ (đường kính cột hấp phụ 1cm chiều dài cột hấp phụ 25cm) khác chứa 1g vâ ̣t liê ̣u hấp phụ với tố c đô ̣ dòng 2,0mL/phút Sau mỗi phân đoa ̣n thể tić h (50mL), xác định lại nồng độ Mn (II), Ni(II) dung dich ̣ khỏ i cô ̣t hấ p phu ̣ Từ tính hàm lượng Mn(II), Ni(II) sau mỡi phân đoạn thể tích Khi nờng độ Mn(II) Ni(II) đầu xấp xỉ nồng độ Mn(II) Ni(II) đầu vào cột đạt cân bằng hấp phụ Kế t quả nghiên cứu trình hấp phụ Mn(II) Ni(II) theo phương pháp hấp phụ động trình bày bảng hình 48 Bảng 2.18 Nồng độ ion Mn(II) sau phân đoạn thể tích Số lần cho dung dịch qua cột 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 V(mL) dung dịch qua cột tính từ lần 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 49 Nồng độ Mn(II) (mg/L) thoát sau phân đoạn thể tích; Co = 8,57 (mg/L) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,041 0,129 1,348 2,445 3,535 4,397 4,879 6,328 7,376 7,959 8,451 8,497 8,512 8,535 8,558 Bảng 2.19.Nồng độ ion Ni(II) sau phân đoạn thể tích Số lần cho dung dịch qua cột 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Nồng độ Ni(II) (mg/L) thoát sau phân đoạn thể tích; Co = 9,49 (mg/L) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,123 0,184 1,074 2,123 2,981 3,405 3,995 4,419 5,482 7,501 8,463 8,873 9,182 9,219 9,327 9,447 V(mL) dung dịch qua cột tính từ lần 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 50 Nờng độ Mn(II) (mg/L) -1 500 1000 1500 2000 2500 VMn(II) mL Hình 2.21 Khả hấp phụ động dung dịch Mn(II) Nồng độ Ni(II) thoát (mg/L) 10 0 -2 500 1000 1500 2000 2500 VNi(II) mL Hình 2.22 Khả hấp phụ động dung dịch Ni(II) Kết cho thấy, với 1g vật liệu hấp phụ hồn tồn 1250mL dung dịch Mn(II) có nờng độ ban đầu 8,57mg/L Ni(II) có nờng độ ban đầu 9,49mg/L 2.8 Xƣ̉ lí mẫu nƣớc thải Mẫu nước thải chứa Mn(II) đươ ̣c lấ y ta ̣i hờ lắng xưởng tuyển khống(nước thải chưa qua xử lý) Công ty Kim loại màu Bắc Kạn (Bản Thi - Chợ Đồn - Bắc Kạn) vào lúc 9h ngày 08 tháng 10 năm 2014 Mẫu nước thải chứa Ni(II) đươ ̣c lấ y ta ̣i hồ lắng xưởng tuyển khoáng (nước thải chưa qua xử lý) Cơng ty TNHH Khai khống Bắc 51 Kạn (Bằng Lũng - Chợ Đồn - Bắc Kạn) vào lúc 9h ngày 09 tháng 10 năm 2014, Quá trình lấy mẫu, xử lí mẫu bảo quản mẫu theo đúng TCVN5999-1995 Tiế n hành cho lít nước thải chứa Mn (II) (có nờng độ ban đầu 4,12mg/L) đươ ̣c cớ đinh ̣ ở pH = 3,5 lít nước thải chứa Ni (II) (có nờng độ ban đầu 6,23 mg/L) đươ ̣c cố đinh ̣ ở pH = 5,0 chảy qua hai cột hấp phụ (đường kính cột hấp phụ 1cm chiều dài cột hấp phụ 25cm), mỗi cô ̣t chứa 1g vâ ̣t liê ̣u M với tố c đô ̣ dòng 2,0mL/phút Sau mỗi phân đoa ̣n thể tić h , xác định lại nồ ng đô ̣ của Mn (II), Ni(II) dung dich ̣ qua khỏi cô ̣t hấ p phu ̣ , từ tính hàm lượng Mn(II), Ni(II) sau mỡi phân đoạn thể tích Kết thăm dị bước đầu khả hấp thụ Mn(II), Ni(II) nước thải Hàm lượng Mn(II) thoát ra(mg) vật liệu trình bày hình 2.22 2.23 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 -0,1 1000 2000 Vnước 3000 thải 4000 5000 (mL) Hình 2.23 Sự hấp phụ động ion Mn(II) mẫu nƣớc thải Hàm lượng Ni(II) thoát ra(mg) 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 -0,2 1000 2000 Vnước 3000 thải 4000 5000 (mL) Hình 2.24 Sự hấp phụ động ion Ni(II) mẫu nƣớc thải 52 Kết nghiên cứu cho thấy, với 1g vật liệu hấp phụ hồn tồn 1250mL dung dịch Mn(II) có nờng độ ban đầu 8,57mg/L 1100mL Ni(II) có nờng độ ban đầu 9,49mg/L mẫu giả hấp phụ 1200mL nước thải chứa Mn(II) với nồng độ ban đầu 4,12 mg/L 1100mL nước thải chứa Ni(II) với nồng độ ban đầu 6,23 mg/L Điều cho thấy, ảnh hưởng số ion lạ mẫu thực đến khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu 53 KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm thu được, rút số kết luận sau: Đã chế tạo vật liệu hấp phụ từ sắt(III) nitrat, silicat photphat, đãnghiên cứu số đặc trưng hoá lý vật liệu bằng phương pháp SEM, BET, IR XRD Đã xây dựng đánh giá đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) Ni(II) bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử Đã xác định điểm đẳng điện vật liệu hấp phụ pI= 7,8 Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu bằng phương pháp hấp phụ tĩnh Đó là: thời gian tiếp xúc; pH dung dịch nghiên cứu, khối lượng vật liệu ảnh hưởng cation Ca(II), Al(III) Zn(II) Dung lượng hấp phụ cực đại ion theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir đạt 15,95mg/g Mn(II); đạt 18,48mg/g đối với Ni (II) Các ion Ca(II), Al(III) Zn(II) làm giảm khả hấp phụ Mn(II), Ni(II) vật liệu Đã nghiên cứu khả hấp phụ Mn (II), Ni(II) vâ ̣t liê ̣u theo phương pháp hấp phụ động Kết nghiên cứu cho thấy, với 1g vật liệu hấp phụ hồn tồn 1250mL dung dịch Mn(II) có nờng độ ban đầu 8,57mg/L 1100mL Ni(II) có nờng độ ban đầu 9,49mg/L mẫu giả Đã thăm dò khả xử lí Mn(II), Ni(II) mẫu nước thải vật liệu Kết cho thấy với gam vật liệu hấp phụ hồn tồn 1200mL nước thải chứa ion Mn(II) có nờng độ ban đầu 4,12mg/L hoă ̣c 1100mL nước thải chứa Ni(II) có nồng độ ban đầu 6,23mg/L 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiế ng Viêṭ Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lí nước nước thải, Nhà Xuất Thống Kê Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Cao Hồng Phúc, Phan Thị Việt Hà (2013), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu oxit La2O3 kích thước nanomet để hấp thụ As(V) từ dung dịch”, Tạp chí Hóa học, tập 51, số 3AB, tr29-32 Nguyễn Văn Du ̣c , Nguyễn Dương Tuấ n Anh (2010), “Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng khu vực cơng nghiệp Thượng Đình” , Tạp chí Khoa học , Đại học Q́ c gia Hà Nội, tập 45, số 07, tr280- 297 Nguyễn Tinh Dung, Hồ Viết Quý (1991), Các phương pháp phân tích lý hóa, Nhà Xuất ĐHSP Hà Nơ ̣i Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-vis, Nhà Xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Đỗ Trà Hương (2013), “Nghiên cứu khả hấp phụ Mn(II) đánh giá khả xúc tác oxi hóa xanh metylen phân hủy metylen xanh vật liệu oxit nano -Fe2O3”, Tạp chí Hóa học, T.51(3AB), tr.265-269 Hồng Nhâm (2003), Hóa học vơ cơ, tập 2, tập 3, Nhà Xuất Giáo dục Trần Văn Nhân (1999), Hóa lý tập 3, Nhà Xuất Giáo Dục Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Ngũn Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lý tập 2, Nhà xuất Giáo dục 10 Nguyễn Thị Tố Loan (2011), Nghiên cứu chế tạo số nano oxit sắt, mangan khả hấp phụ asen, sắt, mangan nước sinh hoạt, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 11 Nguyễn Thị Tố Loan, Nguyễn Thị Yến (2014), “Nghiên cứu khả hấp phụ Fe3+ vật liệu nano ZnO pha tạp Ni”, Tạp chí Hóa học, T.52(5A), tr.229-232 12 Ngơ Thi ̣Mai Viê ̣t (2014), “Đánh giá khả hấ p phu ̣ Fe (III), Cr(VI) vật liệu đá ong biến tính” , Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, tâ ̣p 19, số 2, tr.24-31 13 Ngơ Thị Mai Việt (2010), Nghiên cứu tính chất hấp thu đá ong khả ứng dụng phân tích xác định kim loại nặng, Luận án Tiến sĩ Hoá học, Trường ĐH KHTN - ĐHQG Hà Nội 55 Tiế ng Anh 14 A Akilil, M Mouflih, S Sebti (2004), “Removal of heavy metal ions from water by using calcined phosphate as a new adsorbent”, Journal of Hazardous Materials A 112 (2004), pp 183 – 190 15 Abdusalam Uheida, German Salazar-Alvarez, Eva Bjorkman, Zhang Yu, Mamoun Muhammed (2006), “Fe3O4 and γ-Fe2O3 nanoparticles for the adsorption of Co2+ from aqueous solution”, Jounal of Colloid and Interface Science, 298, pp 501-507 16 Atul Kumar Kushwaha, Neha Gupta, M.C Chattopadhyaya (2013), “Dynamics of adsorption of Ni(II), Co(II), Cu(II) from aqueous solution onto newly synthesized poly(N-(4-(4- (aminophenyl)methylphenylmethacrylamide)))”,Arabian Journal of Chemistry, pp.1-9 17 Carol A Martinson, K J Reddy (2009), “Adsorption of arsenic (III) and arsenic (V) by cupric oxide nanoparticles”, Journal of Colloid and Interface Science, 336, pp 406 -411 18 David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, The United States of America 19 Gao-Sheng Zhang, Jiu Hui Qu, Hui Juan Liu, Rui Ping Liu and Guo Ting Li (2007), “Removal mechanism of As(III) by a novel Fe-Mn binary oxide adsorbent: Oxidation and Sorption”, Environmental Science Technology, 41, pp 4613-4619 20 Shitong Yang, Jiaxing Li, Dadong Shao, Jun Hu, Xiangke Wang (2009), “Adsorption of Ni(II) on oxidized multi-walled carbon nanotubes: Effect of contact time, pH, foreign ions and PAA”, Journal of Hazardous Materials (166) pp.109-116 21 3500 – Mn D,Persunlfate Method, Standard Methods 56