Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr (VI), Ni (II), Mn (II) của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  HOÀNG THỊ THU DUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60440118 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. VŨ THỊ HẬU Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i Công trình đƣợc hoàn thành tại TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Cao Thị Hảo Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn này sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào hồi giờ , ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên và Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Thị Hậu, cô giáo trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trFUình học tập, nghiên cứu Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những ngƣời đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014 Tác giả Hoàng Thị Thu Dung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc 1 BTNMT Bộ tài nguyên môi trƣờng 2 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 3 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 4 VLHP Vật liệu hấp phụ 5 BET Brunauer-Emmet-Teller (Diện tích bề mặt riêng) 6 XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 3 1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 3 ạ 3 1.1.2.1. Giới thiệu về kim loại nặng 3 1.1.2.2. Tác dụ 4 1.1.2.3. Tác dụ 4 1.1.2.4. Tác dụng sinh h 4 ệp 5 1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 5 1.2. Giới thiệu một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng 6 1.2.1. Phƣơng pháp trao đổi ion 6 1.2.2. Phƣơng pháp kết tủa 6 1.2.3. Phƣơng pháp hấp phụ 6 7 7 7 7 8 1.3.1.4. Hiệu suất hấp phụ 8 8 ụ 8 10 1.3.3. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 1.3.3.1. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc 12 1.3.3.2. Đặc tính của ion kim loại trong môi trƣờng nƣớc 13 1.4. Phƣơng pháp phân tích xác định hàm lƣợng kim loại nặng 13 1.4.1. Phƣơng pháp trắc quang 13 1.4.2. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng bằng trắc quang 15 1.4.3. Định lƣợng Cr(VI), Ni(II), Mn(II) bằng phƣơng pháp trắc quang 16 1.4.3.1. Định lƣợng Cr(VI) 16 1.4.3.2. Định lƣợng Ni(II) 16 1.4.3.3. Định lƣợng Mn(II) 16 1.5. Tiềm năng quặng sắt của Việt Nam 16 1.6. Tình hình nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng bằng các vật liệu hấp phụ khác nhau. 17 1.7. Một số phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu. 19 1.7.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 19 1.7.2. Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 19 Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM 21 2.1. Thiết bị 21 2.1.1. Thiết bị 21 21 2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ 21 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 21 2.2.2. Phƣơng pháp chế tạo 21 2.3. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của NL và các mẫu VLHP chế tạo đƣợc 23 2.4. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP tốt nhất chế tạo đƣợc 23 2.5. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo đƣợc 23 2.6. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II), Mn(II), theo phƣơng pháp trắc quang 23 2.6.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Cr(VI) 23 2.6.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Ni(II) 24 2.6.3. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Mn(II) 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 2.7. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 24 2.7.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian 24 2.7.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH 25 2.7.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 25 2.7.4. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP 25 2.8. Khảo sát ảnh hƣởng của ion lạ 26 2.9. Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 26 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các mẫu VLHP chế tạo đƣợc 27 3.2. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt của nguyên liệu và VLHP M 1 28 3.3. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 31 3.3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của Ni(II) 31 3.3.2. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của Cr(VI) 32 3.3.3. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của Mn(II) 32 3.4. Điểm đẳng điện của VLHP M 1 33 3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ ion Ni(II), Cr(VI) của VLHP M 1 34 3.5.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng thời gian 34 3.5.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH 37 3.5.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M 1 40 3.5.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 43 3.6. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 44 3.6.Ảnh hƣởng của ion lạ tới khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP M 1 48 3.7. Kết quả xử lí mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU nghiệp 5 Bảng 2.1: Kí hiệu các VLHP chế tạo đƣợc 22 Bảng 3.1: Số liệu đánh giá khả năng hấp phụ của NL và các VLHP đối với Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 27 Bảng 3.2: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Ni(II) 31 Bảng 3.3: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Cr(VI) 32 Bảng 3.4: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Mn(II) 32 Bảng 3.5: Số liệu xây dựng đƣờng đẳng điện 33 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP 34 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP 37 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M 1 đến hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 40 Bảng 3.9: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ của VLHP M 1 43 Bảng 3.10: Dung lƣợng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 47 Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Cr(VI); Ni(II); Mn(II) 48 Bảng 3.12: Kết quả xử lí Cr(VI), Ni(II), Mn(II) trong nƣớc thải 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ 22 Hình 3.1:Đồ thị biểu diễn khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 28 của NL và các mẫu VLHP 28 Hình 3.2: Giản đồ XRD của nguyên liệu 29 Hình 3.3: Giản đồ XRD của mẫu VLHP M 1 30 Hình 3.4: Đồ thị đƣờng chuẩn xác định nồng độ ion Ni(II) 31 Hình 3.5: Đồ thị đƣờng chuẩn xác định 32 Hình 3.6: Đồ thị đƣờng chuẩn xác định nồng độ ion Mn(II) 32 Hình 3.7: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP M 1 33 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của VLHP M 1 35 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến 35 quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP M 1 35 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến 36 quá trình hấp phụ Mn(II) của VLHP M 1 36 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của VLHP M 1 38 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP M 1 38 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Mn(II) của VLHP M 1 39 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến quá trình hấp phụ Cr(VI) 41 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M 1 đến quá trình hấp phụ Ni(II) 41 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M 1 đến quá trình hấp phụ Mn(II) 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix Hình 3.17: Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir của VLHP M 1 đối với Cr(VI) 44 Hình 3.18: Sự phụ thuộc C cb /q vào C cb của VLHP M 1 đối với Cr(VI) 44 Hình 3.19: Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir của VLHP M 1 đối với Ni(II) 45 Hình 3.20: Sự phụ thuộc C cb /q vào C cb của VLHP M 1 đối với Ni(II) 45 Hình 3.21: Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir của VLHP M 1 đối với Mn(II) 46 Hình 3.22: Sự phụ thuộc C cb /q vào C cb của VLHP M 1 đối với Mn(II) 46 Hình 3.23: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Cr(VI) 49 Hình 3.24: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Ni(II) 49 Hình 3.25: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Mn(II) 50 [...]... phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nƣớc tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nƣớc - chất hấp phụ, cặp nào có tƣơng tác mạnh hơn 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 nƣớc, tính ƣa nƣớc hoặc kị nƣớc của chất hấp phụ, mức độ kị nƣớc của chất bị hấp phụ trong nƣớc Vì vậy, khả năng. .. 26 2.8 Khảo sát ảnh hƣởng của ion lạ Các ion lạ có trong mẫu phân tích thƣờng gây ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ các ion phân tích của vật liệu Chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự ảnh hƣởng của ion Ca2+, Mg2+, Na+ đến khả năng hấp phụ Cr( VI), Ni( II), Mn( II) của vật liệu hấp phụ đã chế tạo đƣợc Thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ sau: - Bƣớc 1: Lấy 25 mL các dung dịch riêng biệt có Cr( VI), Ni( II), Mn( II) có... (98,893mg/l), Mn( II) (98,071mg/l) và pH = 4,3 đối với Cr( VI), pH = 5,9 đối với Ni( II), pH = 4,5 đối với Mn( II), thời gian hấp phụ 120 phút đối với Ni( II), Mn( II), thời gian hấp phụ 60 phút đối với Cr( VI) ở nhiệt độ phòng Xác định nồng độ còn lại của Cr( VI), Ni( II), Mn( II) trong dung dịch tƣơng ứng với các điều kiện tối ƣu nhƣ đã làm khi xây dựng đƣờng chuẩn từ đó tính đƣợc hiệu suất hấp phụ H (%) Số hóa bởi Trung... định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại đối với quá trình hấp phụ Mn( II) của vật liệu hấp phụ là 172mg/g Sử dụng -Fe2O3 nano để hấp phụ Cd(II), Ni( II) và Co(II) tác giả [25] cho biết sự hấp phụ cả 3 ion này đều tuân theo mô hình động học bậc 2 và xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại đối với 3 ion kể trên tƣơng ứng là 94,33; 86,206 và 60,60 mg/g Mô tả sự hấp phụ Pb(II), Cd(II) và Ni( II) trên vật liệu... thành rẻ, thân thiện với môi trƣờng và dễ kiếm tìm trong đời sống Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) của quặng sắt biến tính ” Trong đề tài chúng tôi lần lƣợt tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng sắt Trại Cau – Thái Nguyên - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ bằng phƣơng pháp nhiễu... riêng (BET) - Khảo sát khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo đƣợc theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 2 - Sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo đƣợc thử xử lý mẫu nƣớc thải chứa Cr( VI), Ni( II), Mn( II) Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, bố cục của luận văn này đƣợc trình bày trong 3 chƣơng: - Chƣơng 1: Tổng quan - Chƣơng 2: Thực nghiệm - Chƣơng... đƣợc Sau khi chế tạo đƣợc các VLHP chúng tôi tiến hành khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của NL và các VLHP này với các ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) từ đó chọn mẫu có khả năng hấp phụ tốt nhất Cách tiến hành nhƣ sau: Cân chính xác 0,5g các mẫu NL, M1, M2, M3 vào bình tam giác dung tích 100ml Cho vào mỗi bình tam giác đó 25ml dung dịch Cr( VI), Ni( II), Mn( II) có nồng độ lần lƣợt là 50,434mg/l; 49,143mg/l; 50,641mg/l... cứu hấp phụ kim loại nặng bằng nhiều vật liệu khác nhau Tác giả [14] đã hoạt hóa đƣợc than bùn Việt Yên – Bắc Giang thông qua quá trình hoạt hóa, xử lí và kết dính bằng PAV và andehit focmic Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ và khả năng hấp phụ của than bùn Việt Yên – Bắc Giang đối với ion Ni( II) và Cu(II) bằng phƣơng pháp hấp phụ tĩnh thấy rằng sự hấp phụ các ion Ni( II) và Cu(II)... Cu(II) của than bùn đã hoạt hóa đƣợc mô tả khá tốt theo mô hình đằng nhiệt Langmuir và đã xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại của than bùn Việt Yên – Bắc Giang đối với hai ion kim loại kể trên lần lƣợt là 15,65mg/g và 10,49mg/g Tác giả [6] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng: Cr( VI), Cu(II), Mn( II), Ni( II), Pb(II) của vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thông qua quá trình xử lí... H2SO4 và NaOH có pH từ 1 ÷ 7 đối với ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) Tiến hành lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã đƣợc xác định ở mục 2.7.1 Xác định nồng độ còn lại của Cr( VI), Ni( II), Mn( II) trong dung dịch tƣơng ứng với các điều kiện tối ƣu nhƣ đã làm khi xây dựng đƣờng chuẩn 2.7.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) .  HOÀNG THỊ THU DUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr( VI), Ni( II), Mn( II) CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã. khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) 43 3.6. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 44 3.6.Ảnh hƣởng của. hƣởng của khối lƣợng VLHP M 1 đến hiệu suất hấp phụ ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) 40 Bảng 3.9: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr( VI), Ni( II), Mn( II) đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ của