Tổng hợp và đặ trưng zeolit naa từ ao lanh phú thọ ứng dụng sản phẩm để táh loại hì trong nướ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THỊ TỐ UYÊN TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG ZEOLOT NaA TỪ CAO LANH PHÚ THỌ ỨNG DỤNG SẢN PHẨM ĐỂ TÁCH LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Hà Nội, 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062857681121000000 e4e1e3b BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THỊ TỐ UYÊN TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG ZEOLOT NaA TỪ CAO LANH PHÚ THỌ ỨNG DỤNG SẢN PHẨM ĐỂ TÁCH LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS TẠ NGỌC ĐÔN Hà Nội, 2007 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.1 Giới thiệu cao lanh …… …………… … …3 I.1.1 Thành phần hóa học cấu trúc cao lanh I.1.2 Các tính chất I.1.3 Ứng dụng cao lanh I.2 Giới thiệu zeolit I.2.1 Khái niệm phân loại zeolit I.2.2 Cấu trúc zeolit 11 I.2.3 Thành phần cấu trúc zeolit A 13 I.2.4 Tính chất zeolit zeolit A 15 I.2.5 Ứng dụng khác zeolit A ………………… 23 I.2.6 Các phương pháp tổng hợp zeolit NaA 24 I.2.7 Các phương pháp hóa lý nghiên cứu zeolit 29 I.3 Giới thiệu chì tình hình nhiễm chì 34 I.3.1 Tính chất lý hóa học chì dạng độc hại chì… 34 I.3.2 Mức độ nhiễm chì………………………………………… 36 I.3.3 Các phương pháp xử lý chì: .38 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM II.1 Nguyên liệu, dụng cụ hoá chất 40 II.1.1 Nguyên liệu hoá chất sử dụng 40 II.1.2 Thiết bị dụng cụ 40 II.2 Tổng hợp zeolit khảo sát yếu tố ảnh hưởng 40 II.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 40 II.2.2 Khảo sát ảnh hưởng chất tạo phức 41 II.2.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng kiềm……………………41 II.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian kết tinh 42 II.3 Phương pháp đặc trưng cấu trúc 42 II.3.1 Phương pháp phổ XRD 42 II.3.2 Phương pháp phổ IR 42 II.3.3 Phương pháp SEM 43 II.4 Phương pháp đặc trưng tính chất 43 II.4.1 Xác định tổng dung lượng trao đổi cation (CEC ) 43 II.4.2 Xác định khả hấp phụ nước 44 II.5 Ứng dụng sản phẩm để tách Pb 2+ nước 45 II.5.1 Dụng cụ hóa chất 45 II.5.2 Khảo sát ảnh hưởng zeolit sử dụng đến khả hấp thụ Pb2+ 46 II.5.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Pb2+ zeolit 46 II.5.4 Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường đến khả hấp phụ Pb2+ zeolit 46 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Tổng hợp đặc trưng zeolit NaA từ cao lanh Phú Thọ… … … 48 III.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp NaA từ cao lanh 51 III.1.1 Ảnh hưởng chất tạo phức .51 III.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng kiềm 53 III.1.3 Ảnh hưởng thời gian kết tinh …… ……………… … 55 III.3 Khả xử lý chì nước zeolit NaA…………………… 57 III.3.1 Ảnh hưởng lượng zeolit sử dụng đến khả hấp phụ Pb2+ .57 III.2.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Pb2+ zeolit…………………………… ……… ………… 60 III.2.3 Ảnh hưởng pH môi trường đến khả hấp phụ Pb2+ zeolit………………… ……… …………………….…….62 III.2.4 Đánh giá sơ giá thành xử lý nước nhiễm Pb2+……………63 KẾT LUẬN………………………… ……………… …….………… 65 Tài liệu tham khảo ………………………………….…… ….…….66 MỞ ĐẦU Chì chất độc tiếng số chất độc đóng vai trị đáng kể việc phải loại bỏ khỏi môi trường sinh hoạt Trong thời kỳ thịnh vượng La Mã cổ đại, người ta dùng ống chì để làm ống dẫn nước hợp kim có chì để làm dụng cụ nhà bếp làm cốc uống nước Trên sở dẫn liệu đó, hình thành lý thuyết giải thích sụp đổ La Mã hùng mạnh giai cấp trí thức thời bị ngộ độc chì mãn tính Cách khơng lâu, Sipkoetơ, Giám đốc viện nghiện cứu bệnh bụi silic phổi bảo vệ môi trường khơng khí Đuyrenđc chứng minh suy giảm khả trí tuệ bị tích tụ chì thể Ơng nghiên cứu hàm lượng chì có sữa trẻ em có liên quan bất thuận nghịch với phát triển trí tuệ Sự ngộ độc chì lâm sàng có triệu chứng khơng đặc trưng, lúc đầu trạng thái hưng phấn ngủ sau mệt mỏi, trầm uất táo bón Trong thực hành y học, phần lớn trường hợp ngộ độc chì bị chuẩn đốn sai thường giải thích điều trị bệnh tâm thần Những triệu chứng muộn rối loạn chức hệ thần kinh tổn thương não Thậm chí có khuynh hướng giải thích hành động phản động tội ác phổ biến số thành phố lớn ngộ độc chì Trong chì ngun liệu dùng nhiều ngành công nghiệp Hơn 150 nghề (nghề khai thác, chế biến quặng chì, sản xuất bột chì màu, sản xuất ắc quy ) 400 trình cơng nghệ sử dụng đến chì Chính vậy, việc xử lý chì vấn đề quan trọng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Từ trước đến người ta sử dụng số phương pháp xử lý chì khơng hiệu có hiệu giá thành cao Luận văn đưa phương pháp xử lý chì có nước phương pháp hấp phụ trao đổi ion zeolit NaA tổng hợp từ cao lanh Luận văn đề cập đến phương pháp tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh Phú Thọ - nguyên liệu tự nhiên dồi - phương pháp đơn giản, hiệu với việc sử dụng chất tạo phức hữu thích hợp q trình kết tinh Hy vọng rằng, phương pháp tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh hiệu sử dụng vật liệu tổng hợp để xử lý nước nhiễm chì từ luận văn này, góp phần hồn thiện phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước chứa kim loại chì nhiều vùng nhiễm chì Việt Nam CHƯƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.1 GIỚI THIỆU VỀ CAO LANH I.1.1 Thành phần hóa học cấu trúc cao lanh Cao lanh loại khống sét tự nhiên ngậm nước mà thành phần khống vật kaolinit, có cấu trúc 1:1 dạng diocta, chiếm khoảng 85-90% trọng lượng [1], [6], [12], [13], [15] Cơng thức hóa học đơn giản Al O 2SiO 2H O, công thức lý tưởng Al (Si O 10)(OH) với hàm lượng SiO = 46,54%; Al2 O3 = 39,5% H O = 13,96% trọng lượng Tuy nhiên, thực tế thành phần lý tưởng thường gặp [1], [6], [12], [14], ngồi ba thành phần kể trên, thường xun có mặt Fe O , TiO 2, MgO, CaO, K O, Na2 O với hàm lượng nhỏ Ngoài ra, cao lanh ngun khai cịn chứa khống khác haloysit, phlogopit, hydromica, feldspar, α-quartz, rutil, pyrit hàm lượng không lớn Trong loại khống vật sét kaolinit có hàm lượng Al O lớn nhất, thường từ 36,83 ÷ 40,22%; SiO có hàm lượng nhỏ nhất, từ 43,64 ÷ 46,90%; oxyt khác chiếm từ 0,76 ÷ 3,93%; lượng nước hấp phụ bề mặt lượng nung từ 12,79 ÷ 15,37%, đơi 10% [6], [13] Tỷ số mol SiO /R O (R: Al, Fe) thay đổi từ 1,85 ÷ 2,94, tỷ số SiO /Al O3 thơng thường từ 2,1 ÷ 2,4 cá biệt 1,8 [6], [14] Cấu trúc tinh thể kaolinit hình thành từ mạng lưới tứ diện silic liên kết với mạng lưới bát diện nhôm tạo nên lớp cấu trúc Chiều dày lớp dao động khoảng 7,10 ÷ 7,21 Å [6], [14] Mỗi lớp cấu trúc phát triển liên tục không gian theo hướng trục a b Các lớp cấu trúc chồng xếp song song với tự ngắt quãng theo hướng trục c [4] (hình 1.1) Trong cấu trúc khơng gian kaolinit, mạng bát diện ba vị trí tâm bát diện có hai vị trí bị Al3+ chiếm giữ cịn vị trí bị bỏ c = 7,15 Å trống Điều giúp phân biệt kaolinit thuộc phân nhóm diocta c a : Oxy : hydroxyl : Silic b : Nhơm Hình 1.1 Sơ đồ khơng gian mạng lưới cấu trúc kaolinit Các tứ diện quay đỉnh chung phía mạng bát diện Ở vị trí đỉnh chung tứ diện bát diện ion OH - bát diện thay ion O 2của tứ diện Do có cấu tạo nên mặt chứa ion O 2- nằm cạnh mặt chứa ion OH- Giữa hai mặt xuất lực liên kết giữ chặt lớp lại, mà mạng tinh thể kaolinit di động, hấp phụ nước, khơng trương nở I.1.2 Các tính chất Cũng khống sét khác, ba tính chất cao lanh thường đề cập đến tính chất trao đổi ion, tính chất hấp phụ tính chất xúc tác Bề mặt riêng kaolinit khơng lớn, thường dao động từ 15 ÷ 20 m2 /g Điều đồng nghĩa với khả hấp phụ kaolinit Do có cấu trúc lớp kiểu 1:1, khả trương nở nên người ta thường không sử dụng kaolinit làm chất xúc tác mà sử dụng với vai trị chất Tính chất cịn lại kaolinit tính chất trao đổi ion Trong đó, q trình trao đổi cation vào mạng tinh thể kaolinit thường quan tâm nhiều khả ứng dụng rộng so với trao đổi anion [6] Đại lượng đặc trưng cho dung lượng trao đổi tính mili đương lượng (meq) gam 100g mẫu Đối với kaolinit, dung lượng trao đổi cation (CEC) nhỏ, khoảng ÷ 15 meq/100g [6], [14] thường phản ánh hai tính chất quan trọng, diện tích bề mặt điện tích diện tích bề mặt Vị trí trao đổi bề mặt Hạt kaolinit Vị trí trao đổi bên Hình 1.2 Các vị trí trao đổi ion khác hạt kaolinit Bề mặt kaolinit chia thành bề mặt bề mặt CEC bề mặt phụ thuộc nhiều vào gẫy liên kết tăng khuyết tật bề mặt hay giảm kích thước hạt [6], [13], [14] CEC bề mặt phản ánh toàn điện tích âm chưa cân mạng lưới cấu trúc khả hấp phụ kaolinit Dung lượng trao đổi ion nói chung CEC nói riêng cho biết số ion cation hấp phụ lớp cấu trúc số ion cation hấp phụ lên bề mặt ngồi kaolinit Hình 1.2 cho thấy rõ vị trí trao đổi ion bên ngồi hay bên hạt kaolinit CEC kaolinit phụ thuộc nhiều vào pH môi trường trao đổi tăng dần từ môi trường axit đến môi trường kiềm [14] Ngồi ra, CEC cịn phụ thuộc vào chất cation trao đổi Điều này, giải thích phản ứng cho - nhận proton xuất đồng thời vị trí Si Al mạng lưới cấu trúc Khi nghiên cứu nguyên nhân gây trao đổi cation kaolinit, nhà nghiên cứu cho rằng, có nguyên nhân chủ yếu: - Sự phá vỡ liên kết bề mặt aluminosilicat làm tăng điện tích chưa bão hịa cần cân cation hấp phụ - Trong mạng lưới tinh thể kaolinit tồn nhóm OH Nguyên tử H nhóm bị thay cation có khả trao đổi Một số nhóm OH bao quanh bề mặt bị phá vỡ kaolinit tạo điều kiện cho nguyên tử H nhóm thực phản ứng trao đổi Đây nguyên nhân trực tiếp gây trao đổi cation kaolinit Ngồi ra, cịn ngun nhân thứ ba thay đồng hình Si4+ Al3+ mạng lưới tứ diện Al3+ cation có hóa trị thấp (thường Mg2+) mạng lưới bát diện làm xuất điện tích âm mạng lưới cấu trúc, dẫn đến trao đổi cation kaolinit Như vậy, kaolinit aluminosilicat tự nhiên có dung lượng trao đổi cation nhỏ, khả hấp phụ hoạt tính xúc tác thấp nên có giá trị sử dụng làm chất trao đổi ion, chất hấp phụ chất xúc tác Điều hồn tồn trái ngược với tính chất aluminosilicat tinh thể (zeolit), nên việc nghiên cứu chuyển hóa kaolinit thành zeolit rõ ràng khơng có ý nghĩa mặt lý thuyết mà cịn có ý nghĩa lớn mặt thực tiễn I.1.3 Ứng dụng cao lanh Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ, cao lanh dùng làm chất cho xúc tác (chất mang), để khử mùi dùng để tẩy trắng cho hiệu cao hay để pha vào dung dịch khoan [14], [18]…