đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước

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  HOÀNG NAM NINH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH Thái Nguyên, 05 - 2013 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  HOÀNG NAM NINH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60.44.0118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI Thái Nguyên, 05 - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Hoàng Nam Ninh Xác nhận của khoa chuyên môn Chủ tịch hội đồng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Ri đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đề tài luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, các thầy cô giáo, anh chị, bạn bè trong tổ bộ môn Hóa Phân tích – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học – Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã có giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Hoàng Nam Ninh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Mở đầu 1 Chương 1: Tổng quan 2 1.1. Trạng thái tự nhiên, nguồn gốc ô nhiễm và các dạng tồn tại trong dung dịch của asen 2 1.1.1. Trạng thái tự nhiên và nguồn gốc ô nhiễm As 2 1.1.2. Tính chất hoá lý của asen 2 1.1.3. Các dạng tồn tại của As 3 1.2. Độc tính của các dạng asen 7 1.2.1. Cơ chế gây độc của asen 7 1.2.2. Độc tính của asen 8 1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trường của các dạng asen 11 1.4. Hiện trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam 13 1.4.1. Ô nhiễm asen trên thế giới 13 1.4.2. Ô nhiễm asen ở Việt Nam 14 1.5. Một số phương pháp xử lý asen 16 1.5.1. Các phương pháp hoá học 16 1.5.2 Các phương pháp hoá lý 18 1.5.3. Các phương pháp xử lý asen đang được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam 24 1.6. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ 24 1.6.1. Động học của quá trình hấp phụ 24 1.6.2.Tốc độ của quá trình hấp phụ 25 1.6.3.Tải trọng hấp phụ 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.6.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ 26 Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp 31 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất : 31 2.1.1.Thiết bị và dụng cụ 31 2.1.2.Hóa chất 32 2.1.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn. 32 2.2. Phương pháp nghiên cứu 34 2.2.1.Mục đích nghiên cứu 34 2.2.2. Nội dung nghiên cứu 34 2.2.3.Phương pháp nghiên cứu 34 Chương 3: Kết quả và thảo luận 39 3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu 39 3.1.1.Khảo sát phổ hấp thụ của thuốc thử 39 3.1.3. Khảo sát thời gian tối ưu cho việc tạo hợp chất màu 40 3.1.4.Ảnh hưởng của pH đến quá trình khử Asen (III) thành Asin. 41 3.1.5. Ảnh hưởng của các yếu tố cản đến sự tạo hợp chất màu. 41 3.1.6. Ảnh hưởng nồng độ chất khử KI tới độ hấp thụ quang (A) của hợp chất màu. 42 3.1.7. Ảnh hưởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu. 43 3.1.8. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử 44 3.1.9. Ảnh hưởng của thể tích mẫu dung dịch Asen (III). 46 3.1.7. Ảnh hưởng của chất khử Zn tới độ hấp thụ quang A của hợp chất màu. 47 3.1.8. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử 47 3.1.9. Ảnh hưởng của thể tích mẫu dung dịch Asen (III). 48 3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của cát tự nhiên 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính 54 3.4.1. Cách chế tạo hạt Hiđroxit sắt (III) 54 3.4.2 Ưu điểm của phương pháp 54 3.4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen bằng cát biến tính 55 Kết luận 58 Tài liệu tham khảo 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANG MỤC BẢNG STT Nội dung Trang 1 Bảng 1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi trường 6 2 Bảng 2 : Sự phụ thuộc của mật độ quang vào thời gian. 40 3 Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 43 4 Bảng 4 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tối độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 45 5 Bảng 5 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 46 6 Bảng 6 . Nồng độ Asen trong một số mẫu nước thuộc huyện Hải Hậu – Nam Định 51 7 Bảng 7 Kết quả xử lý mẫu nước của một số hộ dân tại huyện Hải Hậu – Nam Định bằng cát biến tính 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn STT Nội dung Trang 1 Hình 1: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen trong tự nhiên 6 2 Hình 2. Một số hình ảnh về nạn nhân nhiễm độc As 10 3 Hình 3. Quá trình chuyển hóa của các dạng As trong môi trường 12 4 Hình 4. Bản đồ nhiễm asen trên toàn quốc 14 5 Hình 5. Đường cong biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir 27 6 Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của q C l vào C l 27 7 Hình 7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt freundlich 28 8 Hình 8. Sự phụ thuộc lgq vào lgC f 28 9 Hình 9 Sơ đồ hệ tạo hợp chất màu của asin và bạc đietylđithiocacbamat. 36 10 Hình 10: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 41 11 Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử Zn tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 44 12 Hình 12. Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu 45 13 Hình 13 .Ảnh hưởng của thể tích mẫu tới độ hấp thụ quang của hợp chất màu. 46 DANH MỤC HÌNH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Hình 14. Động học quá trình hấp phụ As(III) bởi hyđroxit sắt theo thời gian. 48 15 Hình 15. Ảnh hưởng của pH đến lượng As(III) bị hấp phụ bởi hiđroxit Fe (III) (a) và nồng độ As(III) còn lại (b). 49 16 Hình 16. Ảnh hưởng giữa tỷ lệ Fe/As và hàm lượng As(III) còn lại trong dung dịch cân bằng. 50 [...]... qui mô xử lý tập trung cũng như qui mô hộ gia đình là một yêu cầu cấp bách hiện nay Góp phần vào những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý asen trong nước, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu: Đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Trạng thái tự nhiên, ... tự nhiên (đá ong, limonite, magnetite), quặng mangan có chứa sắt (pyrothite, geothite), hoặc hydroxyt sắt, ôxit mangan tổng hợp có kích thước cỡ nanomet … để xử lý asen trong nước Tại một số nơi khác :Viện Địa Lý, Viện Vật liệu, Viện Hoá học, Viện Công nghệ Môi trường … đã nghiên cứu, tìm kiếm những vật liệu tự nhiên, sau khi hoạt hoá, xử lý có thể dùng để xử lý asen trong nước ngầm và các nguồn nước. .. loại bỏ asen phụ thuộc vào sự phân bố kích thước của các phần tử mang asen trong nước nguồn Mặc dù MF có thể loại bỏ các dạng hạt của asen nhưng chỉ quá trình này sẽ kém hiệu quả trong việc xử lý nguồn nước Để tăng hiệu quả xử lý đối với nguồn nước, có thể kết hợp với quá trình kết tủa và MF Đối với những thiết bị chỉ sử dụng MF thì việc loại bỏ này phụ thuộc vào nồng độ asen trong nước đầu vào và tỷ... gốc ô nhiễm và các dạng tồn tại trong dung dịch của asen 1.1.1 Trạng thái tự nhiên và nguồn gốc ô nhiễm As [4], [12] As xuất hiện trong môi trường ở dạng hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ As phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, đặc biệt là trong nguồn nước như nước ngầm, nước biển, nguồn nước khoáng, nước sông suối Trong tự nhiên As tồn tại chủ yếu ở các dạng hợp chất với O, Cl, S, trong khoáng vật như khoáng... chuyển vào cơ thể động vật và bị hấp thụ, chuyển hóa và tích lũy một phần asen xâm nhập vào cơ thể sinh vật, đặc biệt là cơ thể người theo nhiều con đường, trong đó phổ biến là qua đường tiếp xúc và qua tiêu hóa Phần lớn lượng asen đi vào cơ thể động vật bị chuyển hóa nhanh chóng và đào thải ra môi trường, tiếp tục chu trình vận chuyển của nó trong tự nhiên Hình 3 Quá trình chuyển hóa của các dạng asen trong. .. đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hoà asen Nồng độ asen sau xử lý có thể tới dưới 2ppb 1.5.2.5 Chưng cất bằng năng lượng mặt trời Thiết bị chưng cất bằng năng lượng mặt trời có thể sử dụng để xử lý nước nhiễm asen Nước cần xử lý được nung nóng lên và bay hơi nhờ năng lượng mặt trời, sau đó ngưng tụ lại trên bề mặt phía trong thiết bị thu nước dạng tấm và chảy vào bể Tuỳ thuộc vào lượng... cơ học Do đó hiệu quả của quá trình xử lý asen bằng MF là hàm của kích thước lỗ * Siêu lọc (UF) Nhìn chung quá trình siêu lọc có khả năng loại bỏ các chất keo và các phần tử dạng hạt Nếu hệ xử lý chỉ sử dụng UF thì cũng như MF nó không thể xử lý asen trong nước ngầm đạt hiệu quả cao Tuy nhiên UF có thể sử dụng để xử lý nước mặt với hàm lượng chất keo cao và nồng độ asen cao * Lọc nano (NF) Màng lọc nano... nhiễm asen nhưng nước ngầm vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác của Việt Nam để làm nước ăn uống Tính đến nay, chỉ riêng vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng khoan có thể lên tới con số hàng triệu Vì vậy song song với các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố asen trong nước ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý asen trong nước. .. các vật liệu hấp phụ như: các hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; khoáng sét(caolanh, bentonite ), boxit, hematite, chitin và chitosan; quặng oxit mangan, cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc dioxit mangan MnO2; các vật liệu xellulo (mùn cưa, bột giấy báo) Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau Một số loại đã được sản xuất riêng để xử lý nước nhiễm asen Hiệu suất xử lý của... phƣơng pháp xử lý asen Đã có rất nhiều hội nghị quốc tế về asen được tổ chức sau những thảm họa về ngộ độc asen trên thế giới Nhiều bài báo, công trình nghiên cứu về các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm asen đã được công bố Các biện pháp xử lý rất nhiều và đa dạng, ở đây chủ yếu tập trung vào các phương pháp: hoá học, hoá lý 1.5.1 Các phƣơng pháp hoá học [4], [24] Các công nghệ xử lý asen thường xử lý As(V) . phần vào những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý asen trong nước, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu: Đánh giá vật liệu cát tự nhiên và biến tính để xử lý asen trong nước NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  HOÀNG NAM NINH ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60.44.0118 . các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố asen trong nước ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý asen trong nước sinh hoạt ở qui mô xử lý tập trung