nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống lá chuối và thử nghiệm xử lí môi trường

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  MAI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN, NĂM 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  MAI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MÔI TRƢỜNG CHUYÊN NGÀNH : HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Hóa học, các cán bộ làm việc tại phòng Nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm Hóa lí trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã góp ý, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, giúp đỡ của những người thân trong gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2011 Tác giả luận văn Mai Thị Phương Thảo Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống lá chuối và thử nghiệm xử lí môi trường ” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái nguyên, tháng 08 năm 2011 Tác giả luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa …………………………………………………………… Lời cam đoan …………………………………………………………… i Mục lục ………………………………………………………………… ii Danh mục các chữ viết tắt ……………………………………………… iv Danh mục các bảng …………………………………………………… v Danh mục các hình ……………………………………………………… vii MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN……………………………………………… 3 1.1 Giới thiệu về đối tƣợng xử lý ……………………………………… 3 1.1.1 Tình trng nguồn nước bị ô nhim kim loi nng ………………… 3 1.1.2 Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhim kim loi nng tới sức khỏe con người …………………………………………… 4 1.1.3 Tiêu chuẩ n Việ t Nam (TCVN) về nướ c thả i chứ a ion kim loi nng………………………………………………. 6 1.2 Giớ i thiệ u về phƣơng phá p hấ p phụ ……………………………… 6 1.2.1 Các khái niệ m……………………………………………………… 6 1.2.2 Động học hấp phụ ………………………………………………… 9 1.2.3 Một số mô hì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ cơ bản………………………… 10 1.2.4 Hấp phụ trong môi trường nước ……………………………………. 12 1.2.5 Quá trình hấp phụ động trên cột ……………………………………. 14 1.3 Giới thiệu về phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)……… 16 1.3.1 Nguyên tắc ………………………………………………………… 16 1.3.2 Phương pháp đường chuẩn………………………………………… 16 1.4 Giới thiệu về cuống lá chuối ……………………………………… 17 1.4.1 Năng suất và sản lượng chuối ……………………………………… 17 1.4.2 Thành phn chnh của xơ cuống lá chuối…………………………… 18 1.5 Mộ t số hƣớ ng nghiên cƣ́ u sƣ̉ dụ ng phụ phẩ m nông nghiệ p lm VLHP ………………………………………………………… 19 Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM ………………………………………… 22 2.1 Thiết bị và ha chất …………………………………………………. 22 2.1.1 Thiết bị …………………………………………………………… 22 2.1.2 Hoá chất …………………………………………………………… 22 2.2 Chế tạo VLHP từ cuống lá chuối…………………………………… 22 2.2.1 Quy trình chế to VLHP từ cuống lá chuối ………………………… 22 2.2.2 Khảo sát một số đc điểm bề mt của NL và VLHP ……………… 23 Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm …………………………………………. 25 2.3.1 Phương pháp hấp phụ tĩnh …………………………………………. 25 2.3.2 Phương pháp hấp phụ động ………………………………………… 25 2.4. Các thí nghiệm nghiên cứu ………………………………………… 26 2.4.1 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loi theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)…………………… 26 2.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của NL và VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………………………… 28 2.4.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP bằng phương pháp hấp phụ tĩnh 28 2.4.4 Khảo sát khả năng tách loi và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột………………………… 30 2.4.5 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………. 31 Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………… 32 3.1 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của NL v VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………… 32 3.2 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP bằng phƣơng pháp hấp phụ tĩnh …… 33 3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP ……………… 33 3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ………………… 34 3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ……………………………… 36 3.2.4 Kết quả khảo sát cơ chế hấp phụ của VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………………………………… 38 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………………… 40 3.2.6 Xác định dung lượng hấp phụ cực đi của VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir… 43 3.2.7 Động học hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP 45 3.3 Kết quả khảo sát khả năng tách loại v thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) bằng phƣơng pháp hấp phụ động trên cột …. 50 3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng ……………………… 50 3.3.2 Kết quả giải hấp thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………… 52 3.4 Tái sử dụng VLHP………………………………………………… 56 3.5 Kết quả xử lí thử mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……. 59 KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 62 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A Mật độ quang AAS Phổ hấp thụ nguyên tử BV Bed-Volume FAO Tổ chức lương thực thế giới F-AAS Phổ hấp phụ nguyên tử ngọn lửa IARC Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế IR Phổ hồng ngoi JECFA Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm Nd Notdecter NL Nguyên liệu PA Tinh khiết phân tch SEM Ảnh chụp knh hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ WHO Tổ chức y tế thế giới Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Giá trị giới hn nồng độ một số chất ô nhim trong nước thải công nghiệp………………… ………………. 6 Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hn chế chúng……………………………… 15 Bảng 1.3: Din biến sản xuất chuối ở Việt Nam………………………… 18 Bảng 1.4: Thành phn chnh của xơ cuống lá chuối …………………… 18 Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa của các nguyên tố Cu, Ni, Cr …………………………………. 26 Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) ………… 27 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) ………… 27 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) …………. 27 Bảng 3.1: Các thông số hấp phụ của NL, VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………. 32 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………………… 33 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………………. 34 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……. 36 Bảng 3.5: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Cu(II) trước và sau khi hấp phụ ……………………………………… 38 Bảng 3.6: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Ni(II) trước và sau khi hấp phụ ……………………………………… 38 Bảng 3.7: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Cr(IV) trước và sau khi hấp phụ ……………………………………… 38 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của Na + , Ca 2+ tới sự hấp phụ Cu(II), Ni(II) ………. 40 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của NO 3 - , SO 4 2- tới sự hấp phụ Cr(VI) ……… 41 Bảng 3.10: Các thông số hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP …… 43 Bảng 3.11: Dung lượng cực đi và hằng số Langmuir …………………… 45 Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Cu(II) …………………………… 45 Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ của Ni(II) …………………………… 46 Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Bảng 3.14: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) ……………………………. 47 Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………. 48 Bảng 3.16: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………. 49 Bảng 3.17: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc độ dòng khác nhau …………………………… 50 Bảng 3.18: Kết quả giải hấp Cu(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… 52 Bảng 3.19: Hiệu suất giải hấp Cu(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… 53 Bảng 3.20: Kết quả giải hấp Ni(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… 53 Bảng 3.21: Hiệu suất giải hấp Ni(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… 53 Bảng 3.22: Kết quả giải hấp Cr(VI) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… 54 Bảng 3.23: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… 54 Bảng 3.24: Khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP mới và VLHP tái sinh …………………………… 56 Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh ln 1 và VLHP tái sinh ln 2 …… 57 Bảng 3.26: Kết quả tách loi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải theo phương pháp hấp phụ tĩnh ……………………………… 59 Bảng 3.27: Kết quả tách loi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải theo phương pháp hấp phụ động ……………………………… 60 Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ ………………………………………… 14 Hình 1.2: Dng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ ti điểm cuối của cột hấp phụ theo thời gian ……………………. 16 Hình 2.1: Phản ứng este hóa xenlulozơ bằng axit xitric ………………… 23 Hình 2.2: Phổ IR của NL … …………………………………… 24 Hình 2.3: Phổ IR của VLHP …………………………………………… 24 Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của NL …………………………………… 25 Hình 2.5: Ảnh chụp SEM của VLHP …………………………………… 25 Hình 2.6: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) ………………… 27 Hình 2.7: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) ………………… 27 Hình 2.8: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ……………… 27 Hình 3.1: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI)… …………………………………… 33 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………… ………… 35 Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …… 36 Hình 3.4: Ảnh hưởng của Na + , Ca 2+ tới sự hấp phụ Cu(II) ………. 40 Hình 3.5: Ảnh hưởng của Na + , Ca 2+ tới sự hấp phụ Ni(II)…… …. 41 Hình 3.6: Ảnh hưởng của NO 3 - , SO 4 2- tới sự hấp phụ Cr(VI) ………… 42 Hình 3.7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cu(II) 44 Hình 3.8: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb của Cu(II) ……………… 44 Hình 3.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) 44 Hình 3.10: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb của Ni(II) ………………… 44 [...]... nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống lá chuối và thử nghiệm xử lí môi trường ” Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) từ cuống lá chuối - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của cuống lá chuối trước và sau khi biến tính bằng phổ hồng ngoại (IR) và ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh... thì hấp phụ xảy ra với cặp đó Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ. .. chung của hấp phụ trong môi trường nước Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp... một số kết quả phân tích đã chỉ ra rằng thành phần chính của cuống lá chuối gồm có các polyme như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin,…[27] Các polyme này chứa các nhóm như hydroxyl, cacbonyl, cacboxyl,…là những thành phần có khả năng hấp phụ, trao đổi ion [16], [22], [25] Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước của vật liệu. .. quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh Cụ thể là các yếu tố: Khối lượng VLHP, pH, thời gian đạt cân bằng hấp phụ, sự có mặt của một số ion, nồng độ đầu - Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột - Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP - Sử dụng VLHP chế tạo được thử xử lý mẫu nước thải... trường ngày càng tăng Khi thải ra môi trường, một số hợp chất kim loại nặng tích tụ lại trong đất, một số có thể bị hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố như độ chua của đất, nước mưa Điều này càng tạo điều kiện để các kim loại nặng phát tán vào môi trường nước nhanh và rộng Theo số liệu phân tích thống kê cho thấy, hàm lượng các kim loại nặng trong môi trường nước gần các khu công nghiệp hầu... có lợi cho quá trình hấp phụ Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [1] Cân băng hâp phu ̀ ́ ̣ Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận... cột hấp phụ Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng: Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp. .. các kim loại có trong nước thải, phương pháp này đang được đánh giá là giải pháp đầy tiềm năng, mà trong đó phương pháp hấp phụ bằng vật liệu chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp đang được mở rộng nghiên cứu và phát triển, bởi: quy trình đơn giản, chi phí thấp, hiệu quả cao, tận dụng được nguồn phụ phẩm nông nghiệp, không đưa thêm các chất độc hại vào môi trường, dễ dàng giải hấp thu hồi ion kim. .. nước, do đó bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp . tạo từ cuống lá chuối và thử nghiệm xử lí môi trường ”. Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế to vật liệu hấp phụ (VLHP) từ cuống lá chuối. - Khảo sát một. CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MÔI TRƢỜNG CHUYÊN NGÀNH : HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29 . có khả năng hấp phụ, trao đổi ion [16], [22], [25]. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế