ĐẶT VẤN ĐỀ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRỊNH THU QUYÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION Ni2+, Cu2+ CỦA M[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRỊNH THU QUYÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION Ni2+, Cu2+ CỦA MỘT SỐ LÁ CÂY VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ HĨA HỌC THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRỊNH THU QUYÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION Ni2+, Cu2+ CỦA MỘT SỐ LÁ CÂY VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG CHUN NGÀNH: HĨA HỌC PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn giúp đỡ chân tình PGS TS Lê Hữu Thiềng Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến Thấy tận tình giảng dạy, bảo, giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn thày, Khoa Hố học - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Khoa sau Đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên ưu tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp gia đình thường xuyên quan tâm, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thiện luận văn Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 11 Hình 1.2 Sự phụ thuộc C cb /q vào C cb 11 Hình 2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ Ni 25 Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ Cu 25 Hình 2.3 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ chè vào thời gian 27 Hình 2.4 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ mía vào thời gian 28 Hình 2.5 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ ngơ vào thời gian 29 Hình 2.6 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ chè vào pH 31 Hình 2.7 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ mía vào pH 32 Hình 2.8 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ ngơ vào pH 33 Hình 2.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng chè 35 Hình 2.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng mía 36 Hình 2.11 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng ngơ 37 Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ chè 40 Hình 2.13 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+ chè 40 Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ chè 41 Hình 2.15 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu2+ chè 41 Hình 2.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ mía 42 Hình 2.17 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+ mía 42 Hình 2.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ mía 42 Hình 2.19 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu2+ mía 42 Hình 2.20 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ ngơ 43 Hình 2.21 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+ ngơ 43 Hình 2.22 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ ngô 44 Hình 2.23 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu2+ ngô 44 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tiêu chuẩn Bộ Y tế giới hạn hàm lượng kim loại nặng nước ăn uống 04 Bảng 1.2 Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thơng dụng 09 Bảng 2.1 Điều kiện đo phổ F – AAS Ni, Cu 24 Bảng 2.2 Độ hấp thụ quang (Abs) dung dịch 24 Bảng 2.3 Các thông số hấp phụ Ni2+, Cu2+ chè, mía, ngơ 26 Bảng 2.4 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ chè 27 Bảng 2.5 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ mía 28 Bảng 2.6 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ ngô 29 Bảng 2.7 Thời gian đạt cân hấp phụ đối chè, mía, ngơ 30 Bảng 2.8 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ chè 31 Bảng 2.9 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ mía 32 Bảng 2.10 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ ngô 33 Bảng 2.11 pH tối ưu cho trình hấp phụ Ni 2+, Cu2+ chè, mía, ngô 34 Bảng 2.12 Ảnh hưởng khối lượng chè đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 35 Bảng 2.13 Ảnh hưởng khối lượng mía đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 36 Bảng 2.14 Ảnh hưởng khối lượng ngô đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 37 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 2.15 Ảnh hưởng kích thước chè đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 38 Bảng 2.16 Ảnh hưởng kích thước mía đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 38 Bảng2.17 Ảnh hưởng kích thước ngô đến khả hấp phụ Ni2+ Cu2+ 39 Bảng 2.18 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ chè 40 Bảng 2.19 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ mía 41 Bảng 2.20 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ ngô 43 Bảng 2.21 Dung lượng hiệu suất hấp phụ loại hấp phụ hỗn hợp Ni2+ Cu2+ 44 Bảng 2.22 Dung lượng hiệu suất hấp phụ chè, mía, ngơ hấp phụ hỗn hợp Ni2+ Cu2+…………………………….45 Bảng 2.23 Kết xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ 46 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp nặng khai mỏ, luyện kim, hóa dầu, ô tô, mạ kim loại, pin năm gần thúc đẩy tăng trưởng mạnh mẽ kinh tế giới, phát triển sở hạ tầng mà cịn tác động tiêu cực đến mơi trường sinh thái, đe dọa nghiêm trọng đến sức khoẻ người Nhịp độ phát triển ngành công nghiệp vượt qua phát triển sở hạ tầng dẫn đến trang thiết bị, sở vật chất để xử lý chất thải thiếu, chưa đáp ứng nhu cầu thực tế Chính vậy, nồng độ kim loại nặng như: Pb, Mn, Ni, Cu, As, Zn chất thải chưa qua xử lý thải vào môi trường ngày cao Đây nguyên nhân làm môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt môi trường nước Ở Việt Nam đa số ngành công nghiệp giai đoạn đầu phát triển khơng có đủ phương tiện cần thiết để giảm loại trừ kim loại nặng chất thải, số lượng hàm lượng kim loại nặng thải vào môi trường ngày cao ảnh hưởng lớn đến nguồn nước sinh hoạt người dân; đặc biệt khu dân cư gần nhà máy, khu công nghiệp, khu chế xuất… Tiêu biểu vụ công ty Vedan thải trực tiếp chất thải chưa qua xử lý môi trường bị phát thời gian gần Ở nhiều nơi, nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe sống người dân Việc loại bỏ kim loại nặng, độc khỏi nguồn nước, đặc biệt nguồn nước sinh hoạt mục tiêu môi trường quan trọng bậc phải giải Đã có nhiều giải pháp đưa nhằm loại bỏ kim loại nặng nước thải trước thải môi trường Bên cạnh phương pháp truyền thống sử dụng tách kim loại nặng dung dịch nước với ưu phủ nhận bao gồm: phương pháp kết tủa, trao đổi ion, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn thẩm thấu ngược, chiết dung môi người ta bắt đầu nghiên cứu biện pháp sinh học để tách kim loại nặng nước Các phương pháp truyền thống dùng để xử lý nguồn nước nhiễm có nồng độ kim loại cao nước thải cơng nghiệp có nhược điểm chi phí đầu tư lớn Vì người ta nghiên cứu, sử dụng biện pháp sinh học để tách loại kim loại nặng dung dịch nước Đây công nghệ dùng vật liêu hấp phụ nguyên liệu tự nhiên như: đá tự nhiên, cây, rễ tự nhiên hoạt hóa phổ biến, dễ kiếm để hấp phụ ion kim loại nặng Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng vật liệu sinh học tự nhiên chè, bã chè, mía, bã mía, ngơ, lõi ngơ, vỏ khoai tây, vỏ mít, xơ dừa, bèo tây để hấp phụ kim loại nặng Pb, Ni, Cu, Co, Mn, Fe dung dịch nước hiệu nồng độ thấp Nhiều số cơng trình ứng dụng vào thực tiễn xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng nhà máy khu dân cư Các vật liệu sinh học tự nhiên dùng để hấp phụ kim loại nặng chất thải, phụ phẩm ngành nông nghiệp, cơng nghiệp sãn có, dễ tìm kiếm, rẻ tiền, thân thiện với môi trường, hấp phụ kim loại nặng nước nồng độ thấp, phù hợp với việc làm nguồn nước sinh hoạt Đây ưu điểm bật mà phương pháp truyền thống khơng có Việt Nam nước nông nghiệp, phần lớn người dân sinh sống nghề trồng lúa hoa màu nên phụ phẩm công - nơng nghiệp chè, mía, ngơ sẵn có Xuất phát từ yêu cầu thực tế, thực đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Ni2+, Cu2+ số thử nghiệm xử lý môi trường” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Với mục đích đó, chúng tơi tiến hành nghiên cứu nội dung sau: Chuẩn bị vật liệu hấp phụ từ chè, mía, ngô Khảo sát ảnh hưởng yếu tố: thời gian; pH; khối lượng, kích thước cây; nồng độ ion Ni2+, Cu2+ đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ Khảo sát khả hấp phụ chè, mía, ngô hỗn hợp ion Ni2+, Cu2+ Xử lý thử mẫu nước thải chứa Ni2+ chè, mía, ngơ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc chất bị hấp phụ 1.1.1 Sơ lược kim loại nặng Kim loại nặng khái niệm để kim loại có nguyên tử lượng cao thường có độc tính sống Một số kim loại nặng cần thiết cho sinh vật, chúng xem nguyên tố vi lượng; số không cần thiết cho sống, vào thể sinh vật khơng gây độc hại Kim loại nặng gây độc hại với môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường Nguồn gốc phát thải kim loại nặng tự nhiên (như asen-As), từ hoạt động người, chủ yếu từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp) từ nơng nghiệp Có số hợp chất kim loại nặng bị thụ động đọng lại đất, song có số hợp chất hồ tan tác động nhiều yếu tố khác nhau, độ chua đất, nước mưa Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm nguồn nước Các kim loại nặng có mặt nước qua nhiều giai đoạn khác trước sau vào chuỗi thức ăn người Chẳng hạn vi sinh vật chuyển thuỷ ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân (CH3)2Hg, sau qua động vật phù du, tôm, cá mà thuỷ ngân vào thức ăn người Sự kiện ngộ độc thủy ngân hàng loạt Vịnh Manimata (Nhật Bản) năm 1953 minh chứng rõ trình nhiễm thủy ngân từ cơng nghiệp vào thức ăn người Khi nhiễm vào thể, kim loại nặng tích tụ lại mơ Đồng thời với q trình thể lại đào thải dần kim loại nặng Nhưng nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim loại nặng thường nhanh tốc độ đào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 41 *Đồ thị biểu diễn phụ thuộc q vào Ccb; Ccb/q vào Ccb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir chè 25 q (mg/g) y = 1.6809Ln(x) - 0.4791 Ccb/q (mg/g) y = 0.1739x + 7.4459 R2 = 0.9918 20 R2 = 0.9511 y = 1.1125Ln(x) - 1.3475 R2 = 0.9721 15 Cu2+ Ni2+ 10 y = 0.1228x + 1.8243 R2 = 0.97 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) 0 20 40 60 80 Cu2+ 20 40 60 80 Ni2+ Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.13 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Langmuir Ni2+, Cu2+ chè Ccb Ni2+, Cu2+ chè Các kết thu bảng 2.16, hình 2.12; 2.13 cho thấy: nồng độ ion Ni2+, Cu2+ có ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng hiệu suất hấp phụ chè Khi tăng nồng độ ion Ni2+, Cu2+ dung lượng hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ giảm Dựa vào đồ thị hình 2.13 xác định dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) số hấp phụ Langmuir chè * Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich chè Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 42 lgq y = 0.5231x - 0.0409 0.8 R2 = 0.9968 0.6 y = 0.6766x - 0.6546 0.4 R2 = 0.9862 0.2 lgCcb -0.2 0.5 1.5 2+ Series1 Ni -0.4 2+ Series2 Cu Linear (Series1)2+ 2+ Hình 2.14 Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb Ni Linear , Cu chè (Series2) Từ đồ thị hình 2.14 cho thấy: tăng nồng độ ion Ni2+, Cu2+ dung lượng hấp phụ tăng Cũng dựa vào đồ thị xác định số k, n phương trình Freundlich Bảng 2.17 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+, Cu2+ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ mía Ni2+ Cu2+ Co Ccb q Co Ccb q (mg/l) (mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/l) (mg/g) 9,99 7,25 0,27 27,43 12,69 6,59 0,61 48,07 19,97 14,96 0,50 25,09 19,59 11,29 0,83 42,37 39,47 30,18 0,93 23,54 38,56 22,66 1,59 41,23 51,08 40,15 1,09 21,40 51,91 33,31 1,86 35,83 77,47 61,87 1,56 20,14 68,95 45,45 2.35 34,08 97,28 79,56 1,77 19,60 97,43 69,83 2,76 28,33 H (%) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên H (%) http://www.lrc-tnu.edu.vn 43 * Đồ thị biểu diễn phụ thuộc q vào C cb; Ccb/q vào Ccb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mía Ccb/q (mg/g) 50 45 q (mg/g) y = 0.9412Ln(x) - 1.3136 40 R2 = 0.9803 35 2.5 R2 = 0.982 30 y = 0.6321Ln(x) - 1.116 25 R2 = 0.956 1.5 y = 0.2389x + 25.795 20 y = 0.2162x + 10.053 15 R2 = 0.978 0.5 10 Ccb (mg/l) 20 40 60 80 Cu 2+ Ni2+ 100 Ccb (mg/l) 0 Hình 2.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+, Cu2+ mía 20 40 60 80 100 Ni2+ Cu 2+ Hình 2.16 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+, Cu2+ mía Các kết thu bảng 2.17, hình 2.15; 2.16 cho thấy: tăng nồng độ ion Ni2+, Cu2+ dung lượng hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ giảm, ion Cu2+ bị hấp phụ tốt ion Ni2+ Mặt khác, dựa vào đồ thị hình 2.16 xác định dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir * Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgC cb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mía 0.6 lgq 0.4 y = 0.67x - 0.7572 0.2 R2 = 0.9843 lgCcb -0.2 0.5 1.5 -0.4 -0.6 y = 0.7952x - 1.2383 Series1 Ni2+ -0.8 R = 0.9964 Hình 2.17 Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2+ Series2 Cu Linear (Series1) Linear 2+ Ni(Series2) , Cu2+ mía http://www.lrc-tnu.edu.vn 44 Từ đồ thị hình 2.17 nhận thấy: dung lượng hấp phụ ngô tỉ lệ thuận với nồng độ Ni2+, Cu2+ So sánh hệ số R2 phương trình 2.16 2.17 cho thấy hệ số R2 phương trình Freundlich lớn hệ số R2 phương trình Langmuir, phương trình Freundlich áp dụng cho nồng độ trung bình, phương trình Langmuir áp dụng cho khoảng nồng độ lớn nhỏ Mặt khác tính hệ số k, n dựa vào hình 2.17 Bảng 2.18 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+, Cu2+ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ ngô Ni2+ Cu2+ Co Ccb q Co Ccb q H (%) H (%) (mg/l) (mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/l) (mg/g) 12,93 8,30 0,46 35,81 10,64 6,40 0,42 39,84 23,77 15,36 0,84 35,38 20,44 13,34 0,71 34,73 34,46 23,17 1,13 32,76 39,78 26,18 1,36 34,19 50,72 34,80 1,59 31,39 56,67 40,05 1,66 29,33 66,25 47,96 1,83 27,61 68,62 49,22 1,94 28,27 91,05 68,93 2,21 24,29 99,87 75,46 2,44 24,44 *Đồ thị biểu diễn phụ thuộc q vào Ccb; Ccb/q vào Ccb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ngơ q (mg/g) 3.00 Ccb/q (mg/g) 35.00 y = 0.82Ln(x) - 1.2588 R2 = 0.9692 2.50 y = 0.2259x + 15.186 R2 = 0.9808 30.00 25.00 2.00 20.00 1.50 15.00 1.00 Ni2+ Cu 2+ y = 0.2199x + 14.531 R2 = 0.974 10.00 Ni2+ y = 0.8361Ln(x) - 1.3932 R2 = 0.9878 0.50 Cu2+ Ccb (mg/l) 0.00 5.00 Ccb (mg/l) 0.00 0 20 40 60 20 40 60 80 80 Hình 2.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.19 Sự phụ thuộc Ccb/q Langmuir Ni2+, Cu2+ ngô vào Ccb Ni2+, Cu2+ ngơ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 45 Các kết thu bảng 2.18 hình 2.18; 2.19 cho thấy dung lượng hấp phụ tăng tăng nồng độ Ni2+, Cu2+; dung lượng hấp phụ ngô Ni2+ Cu2+ khác khơng nhiều Dựa vào hình 2.19 xác định dung lượng hấp phụ cực đại hiệu suất hấp phụ ngô * Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ngô lgq 0.5 0.4 0.3 y = 0.7407x - 0.9786 R2 = 0.9827 0.2 0.1 lgCcb -0.1 0.5 1.5 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 y = 0.7307x - 0.954 R2 = 0.9902 Ni2+ Cu2+ Hình 2.20 Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb Ni2+, Cu2+ ngơ Dựa vào đồ thị hình 2.20 nhận thấy: dung lượng hấp phụ ngô Cu2+ cao Ni2+ không nhiều Khi tăng nồng độ Cu2+, Cu2+, dung lượng hấp phụ tăng Kết bảng 2.16; 2.17; 2.18 hình 2.12; 2.14; 2.16; 2.18; 2.20; 2.22 cho thấy nồng độ Ni2+, Cu2+ có ảnh hưởng đến dung lượng hiệu suất hấp phụ chè, mía, ngô Khi tăng nồng độ Ni2+, Cu2+, dung lượng hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ giảm, điều hoàn tồn phù hợp với lý thuyết Mặt khác thấy hệ số R2 phương trình Freundlich nói chung lớn hệ số R2 phương trình Langmuir Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 46 Từ hình 2.13; 2.16; 2.19 hình 2.14; 2.17; 2.20 chúng tơi xác định dung lượng hấp phụ cực đại (q max), số K phương trình Langmuir số k, n phương trình Freundlich chè, mía, ngơ Ni2+, Cu2+ Kết bảng 2.19; 2.20 Bảng 2.19 Các thơng số qmax, K phương trình Langmuir VLHP Lá chè Lá mía Lá ngơ Ion kim loại Ni2+ Cu2+ Ni2+ Cu2+ Ni2+ Cu2+ qmax (mg/g) 5,75 8,14 4,19 4,63 4,43 4,55 K 0,023 0,067 0,009 0,021 0,015 0,015 Bảng 2.20 Các thông số k, n phương trình Freundlich VLHP Lá chè Lá mía Lá ngơ Ion kim loại Ni2+ Cu2+ Ni2+ Cu2+ Ni2+ Cu2+ k 0,222 0,910 0,058 0,175 0,105 0,111 n 1,478 1,912 1,258 1,493 1,350 1,369 2.5 Khảo sát khả hấp phụ chè, mía, ngơ hỗn hợp Ni2+ Cu2+ Chuẩn bị bình tam giác dung tích 100 ml, cho riêng rẽ vào bình 50 ml Ni2+, 50 ml Cu2+ có nồng độ xác định; điều chỉnh pH dung dịch hỗn hợp tới giá trị: pH = với chất hấp phụ chè, mía, pH = 4,5 với chất hấp phụ ngơ Lần lượt cho vào bình 1gam loại cây, lắc nhiệt độ phòng (27 10C), tốc độ lắc 250 vòng/phút Thời gian hấp phụ là: chè, ngô: 40 phút; mía: 50 phút Kết bảng 2.21 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 47 Bảng 2.21 Dung lượng hiệu suất hấp phụ chè, mía, ngơ hỗn hợp Ni2+ Cu2+ Ni2+ VLHP Co Ccb Cu2+ q (mg/l) (mg/l) (mg/g) H (%) Co Ccb q (mg/l) (mg/l) (mg/g) H (%) Lá chè 99,76 71,35 2,84 28,48 100,05 50,44 4,96 49,59 mía 99,76 87,1 1,27 12,69 100,05 81,91 1,81 18,13 Lá ngô 99,76 83,49 1,63 16,31 100,05 85,12 1,49 14,92 Từ kết bảng 2.21, cho thấy: Lá chè, mía, ngơ có khả hấp phụ ion Ni2+, Cu2+ hỗn hợp, nhiên dung lượng hấp phụ giảm so với hấp phụ đơn ion Điều cho rằng: dung dịch hỗn hợp nhiều ion kim loại có cạnh tranh ion làm dung lượng hấp phụ giảm Khả hấp phụ loại Cu2+ tốt Ni2+, ion Cu2+ có kích thước lớn hơn, độ phân cực cao hơn, dẫn đến bị hấp phụ mạnh Mặt khác, hấp phụ đồng thời nhiều ion kim loại không đảm bảo yếu tố tối ưu cho hấp phụ ion như: thời gian, pH…Do dung lượng hiệu suất hấp phụ chè, mía, ngô giảm 2.6 Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Ni2+ Mẫu nước thải chứa Ni2+ lấy từ ống nước nhà máy điện phân, Sơng Cơng, Thái Nguyên qua xử lý Nước thải lấy bảo quản theo TCVN 4574 - 88 Dụng cụ lấy mẫu: Chai polietylen Mẫu lấy xong cố định HNO3 đặc Nước thải trước tiến hành thí nghiệm lọc bỏ chất lơ lửng, có pH = 3,45, nồng độ Ni2+ là119,284 mg/l Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 48 Tiến hành hấp phụ với 0,5 gam loại lá: chè, mía, ngô 50ml mẫu nước thải chứa Ni2+ Thời gian pH cho hấp phụ chè 40 phút, pH = 4; mía 50 phút, pH = 5; ngô 40 phút, pH = Lọc bỏ bã rắn, lấy nước lọc đem xác định nồng độ Ni2+ lại nước thải Tiếp tục lấy nước lọc đem hấp phụ lại lần Kết thu bảng 2.22 Bảng 2.22 Kết xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ chè, mía, ngơ Lá chè Lá mía Lá ngô Số lần hấp phụ Ccb Ccb H (%) (mg/l) Ccb H (%) (mg/l) H (%) (mg/l) 01 79,180 33,62 94,721 20,59 88,195 26,06 02 52,249 56,20 77,653 34,90 61,479 48,46 Kết cho thấy sử dụng VLHP chè, mía, ngơ để loại bỏ Ni2+ nước thải có nồng độ thấp Nếu hấp phụ liên tiếp nhiều lần làm giảm hàm lượng Ni2+ nước thải tới giới hạn cho phép Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 49 KẾT LUẬN Lá chè, mía, ngơ có khả hấp phụ ion Ni 2+ Cu2+ dung dịch nƣớc * Mỗi loại khác có khả hấp phụ ion kim loại khác * Lá chè, mía, ngơ hấp phụ Cu2+ tốt Ni2+ Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ Các kết thu đƣợc là: * Thời gian đạt cân hấp phụ: Lá chè: 40 phút cho hấp phụ Ni2+ 30 phút cho hấp phụ Cu2+; Lá mía: 50 phút cho hấp phụ Ni2+ 30 phút cho hấp phụ Cu2+; Lá ngô: 40 phút cho hấp phụ Ni2+ hấp phụ Cu2+ * Độ pH thích hợp cho hấp phụ: Lá chè: pH = cho hấp phụ Ni2+ pH = cho hấp phụ Cu2+; Lá mía: pH = cho hấp phụ Ni2+ hấp phụ Cu2+; Lá ngô: pH = cho hấp phụ Ni2+ pH = cho hấp phụ Cu2+ * Khi tăng khối lượng, dung lượng hấp phụ chè, mía, ngơ Ni2+ Cu2+ tăng; * Kích thước chè, mía, ngơ có ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng hấp phụ chúng: tăng kích thước, dung lượng hấp phụ Ni2+, Cu2+ giảm * Khi tăng nồng độ Ni2+ Cu2+, dung lượng hấp phụ tăng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 50 Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax), số Langmuir K; số k, n phương trình Freundlich chè, mía, ngơ Ni2+, Cu2+ là: * Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax), số Langmuir K Lá chè: 5,75 mg/g; 0,023 8,14 mg/g; 0,067 Lá mía: 4,19 mg/g; 0,009 4,63 mg/g; 0,021 Lá ngô: 4,43 mg/g; 0,015 4,55 mg/g; 0,015 * Các số k, n phương trình Freundlich Lá chè: 0,222; 1,478 0,910; 1,912 Lá mía: 0,058; 1,258 0,175; 1,493 Lá ngô: 0,105; 1,350 0,111; 1,369 Đã khảo sát khả hấp phụ chè, mía, ngô hỗn hợp ion Ni2+ Cu2+ Khi hấp phụ đồng thời hai ion, dung lượng hấp phụ loại ion giảm Lá chè, mía, ngơ hấp phụ ion Cu2+ tốt ion Ni2+ Đã xử lý thử mẫu nước thải chứa Ni2+ Nhà máy điện phân Sông Công - Thái Nguyên Kết cho thấy chè, mía, ngơ có khả tách loại Ni2+ nước thải lỗng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tài liệu tiếng Việt Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nxb Thống kê, Hà Nội Nguyễn Tinh Dung (2002), Hóa học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hóa học, Nxb Giáo dục Lê Đức (2004), Một số phương pháp phân tích mơi trường, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lý, Nxb Giáo dục, Hà Nội Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm (2008), "Nghiên cứu khả hấp phụ trao đổi ion xơ dừa trấu biến tính", Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia HCM, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, tập 11, số 08 Hồng Nhâm (2001), Hóa vơ tập ba, Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lý tập hai, Nxb Giáo dục Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học hóa học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 10 P.P Koroxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học (người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua, …), Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Đặng Đình Kim cộng (1998), Sử dụng chất hấp phụ sinh học để xử lý ô nhiễm Cr, Ni Pb nước thải cơng nghiệp, Hội nghị Cơng nghệ Sinh học tồn quốc Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 52 12 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học, Môi trường Sức khỏe người Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội * Tài liệu tiếng Anh 14 Abdel-Ghani N.T; Elchaghaby G.A, Abdel-Ghani N.T; Elchaghaby G.A (2007), Influence of operating conditions on the removal of Cu, Zn, Cd and Pb ions from wastewater by adsorption, International Journal of Enviornmental Science and Technology 15 Adesola Babarinde N A, J Oyebamiji.Babalola and R Adebowale Sanni (2006), Biosorption of lead ions from aqueous solution by maize leaf, International Journal of Physical Sciences Vol (1), pp 023-026 16 Al-Subu M.M, Salim R, I.Abu-Shqair and Swaileh K.M (2001), Removal of sissolved copper from polluted water using plant leaves: I.Effect of acidity and plant species, Rev Int Contam Ambient 17(2), pp 91-96 17 Devaprasath P.M, Solomon J.S and Thomas B.V (2007), Removal of Cr(VI) from aquenos solution using natural plant material, Journal of Applied sciences in Environmental Sanitation 18 Nasim Ahmad Khan, Ibraihim ShaliZa, Subramaniam Piarapakaran (2006), Elimination of Heavy Metals from Wastewater Using Agricultural Wastes as Adsorbents, Malaysian Journal of Science 23, pp 43-51 19 Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi and Shiv Prasad (2008) Agricultural and agro-processing wastes as low cost adsorbents for metal removal from wastewater: A review, Journal of Scientific and Industrial Research Vol 67, pp, 647 - 658 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 53 20 Rajab Abu-El-Halawa, Rami Quora and Radi Salim (2003), Efficiency of Removal of Lead, Cadmium, Copper and Zinc from Aqueous Solutions Using Six Common Types of Plant Leaves, Pakistan Journal of Applied Sciences 3(2); 78-84 21 S Saiful Azhar, A Ghaniey Liew, D Suhardy, K Farizul Hafiz, MD Irfan Hatim (2005), Dye Removal from Aqueous Solution by using Adsorption on Treated Sugarcane Bagasse, American journal of applied sciences 2(11), pp 1499 - 1503 22 Yoshita, A., Lu, J.L., Ye, J.H and Liang (2009), Sorption of lead from aqueous solutions by spent tea leaf, African Journal of Biotechnology Vol (10), pp 2212-2217 * Các trang web 23 http://community.h2vn.com 24 http://www.hcth-technology.com 25 http://diendan.tainguyennuoc.com Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược chất bị hấp phụ 1.1.1 Sơ lược kim loại nặng 1.1.2 Đồng 1.1.3 Niken 1.2 Giới thiệu trình hấp phụ 1.2.1 Sơ lược trình hấp phụ 1.2.1.1 Hấp phụ vật lý 1.2.1.2 Hấp phụ hóa học 1.2.2 Cân hấp phụ Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 1.2.3 Động học trình hấp phụ 13 1.2.4 Hấp phụ môi trường nước 14 1.2.4.1 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 14 1.2.4.2 Đặc tính ion kim loại mơi trường nước 15 1.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 16 1.3.1 Đặc điểm chung phương pháp AAS 16 1.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử lửa (F - AAS) 17 1.3.3 Các phương pháp định lượng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử 18 1.3.3.1 Phương pháp đường chuẩn 18 1.3.3.2 Phương pháp thêm 18 1.4 Giới thiệu chất hấp phụ chè, mía, ngơ 19 1.4.1 Thành phần chủ yếu chè, mía, ngô 19 1.4.2 Khả hấp phụ kim loại nặng chè, mía, ngơ 21 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 24 2.1 Thiết bị hóa chất 24 2.1.1 Thiết bị 24 2.1.2 Hóa chất 24 2.2 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ chè, mía, ngơ 24 2.3 Khảo sát khả hấp phụ Ni2+, Cu2+ chè, mía, ngơ 25 2.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+, Cu2+ theo phương pháp đường chuẩn phổ F - AAS 25 2.3.2 Khảo sát khả hấp phụ Ni2+, Cu2+ chè, mía, ngô 27 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni2+, Cu2+ chè, mía, ngơ 27 2.4.1 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ 27 2.4.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ 32 2.4.3 Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ 35 2.4.4 Ảnh hưởng kích thước đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ 39 2.4.5 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+, Cu2+ đến khả hấp phụ chè, mía, ngơ 40 2.5 Khảo sát khả hấp phụ chè, mía, ngơ hỗn hợp Ni2+ Cu2+ 46 2.6 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Ni2+ 47 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn