(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu khả năng xử lý một số ion kim loại nặng cu2, pb2 và cd2 bằng hạt hấp phụ hydroxyapatit

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG: Cu2+, Pb2+ VÀ Cd2+ BẰNG HẠT HẤP PHỤ HYDROXYAPATIT CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG CAO THÙY LINH HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG: Cu2+, Pb2+ VÀ Cd2+ BẰNG HẠT HẤP PHỤ HYDROXYAPATIT CAO THÙY LINH CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ : 8440301 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐINH THỊ MAI THANH TS LÊ NGỌC THUẤN HÀ NỘI, NĂM 2019 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƢỜNG HÀ NỘI Cán hƣớng dẫn chính: PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh Cán hƣớng dẫn phụ: TS Lê Ngọc Thuấn Cán chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng Cán chấm phản biện 2: TS Mai Văn Tiến Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại: Đại học Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI Ngày 20 tháng 01 năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN Cao Thùy Linh ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Hạt hấp phụ hydroxyapatit (hạt HAp) đƣợc chế tạo từ bột hydroxyapatit tổng hợp phụ gia polyvinyl ancol phƣơng pháp thiêu điều kiện: m PVA/mHAp = o 3/20, nhiệt độ nung 600 C, thời gian nung h Đặc trƣng hóa lý vật liệu hạt HAp đƣợc nghiên cứu màu sắc, độ bền nƣớc, nhiễu xạ tia X (XRD), tán xạ lƣợng tia X (EDX), SEM BET Hạt HAp thu đƣợc có màu trắng, đơn pha HAp với diện tích bề mặt riêng 73 m /g, kích thƣớc hạt trung bình (2x10) mm 2+ 2+ Hạt đƣợc sử dụng để xử lý ion Cu , Pb 2+ nƣớc Ảnh hƣởng 2+ Cd Cd 2+ số yếu tố đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Cu , Pb 2+ đƣợc nghiên cứu Dung lƣợng hiệu suất hấp phụ dạng mẻ đạt: Q = 2,96 mg/g, H = 2+ 2+ 88% (đối với Cu ); Q = 4,95 mg/g, H = 98,93% (đối với Pb ); Q = 4,2 mg/g, H = 2+ 84,4 % (đối với Cd ) Hiệu suất hấp phụ dạng cột lần lƣợt đạt khoảng; 99,97; 99,99 99,9 % dung lƣợng hấp phụ lần lƣợt 3,3; 4,99 mg/g (đối với lít dung dịch chạy cột) Các liệu thực nghiệm hấp phụ đƣợc mơ tả hai mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlic tuân theo phƣơng trình động học giả định bậc2 Từ thiết 2+ lập đƣợc quy trình xử lý ion kim loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ Ứng dụng quy trình để xử lý mẫu nƣớc nhiễm chì huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn 2+ Từ khóa: Hạt hydroxyapait, hấp phụ, loại bỏ Cu , Pb 2+ Cd 2+ iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Môi Trƣờng Trƣờng Đại học Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội tận tình dạy bảo, truyền đạt cho tơi kiến thức tảng suốt thời gian học tập tạo điều kiện thuận lợi cho q trình hồn thành luận văn Tơi đặc biệt xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh, TS Lê Ngọc Thuấn - ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn khoa học đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cứu khoa học TS Lê Thị Duyên – Bộ môn hóa, Đại học Mỏ-Địa chất giúp đỡ tơi thực hồn thành luận văn Chúng tơi xin cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, phòng chức tạo điều kiện sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè ngƣời thân giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành khố học thực thành công luận văn Luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q báu từ phía hội đồng báo cáo, giáo viên phản biện thầy cô khoa để luận văn đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2019 Học viên Cao Thùy Linh iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii LỜI CẢM ƠN iii THÔNG TIN LUẬN VĂN vii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .viii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC BẢNG xi MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung hydroxyapatit 1.2 Giới thiệu poly vinylancol (PVA) 12 1.3 Tình hình nghiên cứu hydroxyapatit nƣớc .15 1.4 Tình hình nghiên cứu HAp giới 17 1.5 Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng môi trƣờng nƣớc số phƣơng pháp xử lý 23 1.6 Hấp phụ 26 1.6.1 Hiện tượng hấp phụ 26 1.6.2 Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 28 v CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị thí nghiệm 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2 Dụng cụ 30 2.1.3 Thiết bị 30 2.2 Chế tạo hạt hấp phụ hydroxyapatit 31 2.3 Xác định pHPZC hạt hấp phụ hydroxyapatit 32 2+ 2.4 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ số ion kim loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ hạt hấp phụ hydroxyapatit 33 2.4.1 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ tĩnh (hấp phụ mẻ) 33 2.4.2 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ động (hấp phụ dạng cột) 34 2.5 Nghiên cứu động học trình hấp phụ 35 2.5.1 Phương trình động học giả định bậc 36 2.5.2 Phương trình động học giả định bậc hai 37 2+ 2.6 Xây dựng quy trình xử lý số ion kim loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ cột hấp phụ 38 2.7 Các phƣơng pháp nghiên cứu 39 2.7.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu 39 2.7.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng hóa lý hạt hấp phụ hydroxyapatit 39 2.7.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) định lượng ion kim loại nặng dung dịch 39 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Chế tạo hạt hấp phụ hydroxyapatit nghiên cứu số đặc trƣng hóa lý 41 3.1.1 Chế tạo hạt hấp phụ hydroxyapatit 41 3.1.2 Đánh giá đặc trưng hóa lý hạt hấp phụ hydroxyapatit chế tạo 41 3.2 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ tĩnh (hấp phụ mẻ) số ion kim 2+ loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ hạt hấp phụ hydroxyapatit 43 3.2.1 Xác định pHpzc hạt HAp 43 vi 3.2.2 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ Cu 2+ 44 3.2.3 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ Pb 2+ 49 3.2.4 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ Cd 2+ 53 3.3 Nghiên cứu, lựa chọn điều kiện hấp phụ động (hấp phụ dạng cột) số 2+ ion kim loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ hạt hấp phụ hydroxyapatit 57 3.3.1 Ảnh hưởng chiều cao vật liệu hấp phụ 57 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian lưu đến trình hấp phụ 58 3.4 Nghiên cứu động học trình hấp phụ 59 3.4.1 Động học trình hấp phụ Cu2+ 59 3.4.2 Động học trình hấp phụ Pb 2+ giả định bậc hai .62 3.4.3 Động học trình hấp phụ Cd2+ 62 2+ 3.5 Quy trình xử lý ion kim loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ cột hấp phụ áp dụng để xử lý mẫu nƣớc sinh hoạt bị ô nhiễm Cu 2+, Pb2+ Cd2+ 63 3.5.1 Quy trình xử lý riêng ion kim loại nặng 63 3.5.2 Ứng dụng quy trình xử lý mẫu nước ô nhiễm kim loại nặng 66 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 79 vii THÔNG TIN LUẬN VĂN + Họ tên học viên: Cao Thùy Linh + Lớp: + CH2B.MT Khoá: 2016 - 2018 Cán hƣớng dẫn: - PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh - TS Lê Ngọc Thuấn + Tên đề tài: Nghiên cứu khả xử lý số ion kim loại nặng: + Tóm tắt: - Tổng hợp nghiên cứu đặc trƣng hóa lý hạt hấp phụ HAp - Nghiên cứu, lựa chọn đƣợc điều kiện tối ƣu hấp phụ dạng mẻ ion kim 2+ loại nặng: Cu , Pb - Cd 2+ Nghiên cứu, lựa chọn đƣợc điều kiện tối ƣu hấp phụ dạng cột ion kim 2+ loại nặng: Cu , Pb 2+ Cd 2+ 2+ Pb 2+ Nghiên cứu, thiết lập đƣợc quy trình xử lý ion kim loại nặng: Cu , 2+ Cd 2+ - Ứng dụng quy trình để xử lý mẫu nƣớc nhiễm chì huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn Kết thu đƣợc mẫu nƣớc sau xử lý có hàm lƣợng chì nằm giới hạn cho phép, đáp ứng với QCVN08-2015 (quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lƣợng nƣớc mặt)