nghiên cứu biến tính bentonit bằng dimetyl dioctadecyl amoni clorua và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm

ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Dƣơng Thị Ngọc Lan NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT BẰNG DIMETYL DIOCTADECYL AMONI CLORUA VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƢỚC BỊ Ô NHIỄM LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C H Ni - 2011 ĐA ̣ I HO ̣ C QUÔ ́ C GIA HA ̀ NÔ ̣ I TRƢƠ ̀ NG ĐA ̣ I HO ̣ C KHOA HO ̣ C TƢ ̣ NHIÊN Dƣơng Thị Ngọc Lan NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT BẰNG DIMETYL DIOCTADECYL AMONI CLORUA VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƢỚC BỊ Ô NHIỄM Chuyên nga ̀ nh: Hóa Môi Trường M s: 60 44 41 LUÂ ̣ N VĂN THA ̣ C SI ̃ KHOA HO ̣ C NGƯƠ ̀ I HƯƠ ́ NG DÂ ̃ N KHOA HO ̣ C PGS.TS. Nguyễn Văn Ni H Ni - 20… MỤC LỤC MỞ ĐẦU… 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Khát quát về khoáng sét bentonit 2 1.1.1.Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của Montmorillonit 2 1.1.2. Các tính chất của sét bentonit… 3 1.1.3. Hoạt tính xúc tác của Mont……………………………………………… 7 1.1.4. Vật liệu chống bằng polioxocation kim loại 8 1.1.5. Vật liệu hấp phụ sét hữu cơ ( Organoclay) 10 1.1.6. Tái sinh vật liệu sét chống hữu cơ ……………………………………….13 1.2. Giới thiệu về các hợp chất phenol…… … 16 1.2.1. Cấu tạo và tính chất của phenol… 16 1.2.2. Một số ứng dụng của phenol 17 1.2.3. Độc tính của phenol .17 1.2.4. Nguồn gốc ô nhiễm phenol trong nước… 17 1.2.5. Các phương pháp xử lý phenol và hợp chất phenol… 18 1.3. Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp hấp phụ… 18 1.3.1. Khái niệm… 18 1.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học .18 1.3.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ 19 1.3.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ 20 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 24 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 24 2.1.1 Hóa chất 24 2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 24 2.2. Thực nghiệm 24 2.2.1. Chế tạo vật liệu sét hữu cơ 24 2.2.2. Khảo sát tính chất của vật liệu sét hữu cơ 28 2.2.3. Khảo sát cảnh hưởng của vật liệu sét hữu cơ thu được trên mẫu pha…29 2.2.4. Tái sinh vật liệu sét hữu cơ ………………………………………………31 2.2.5. Khảo sát với mẫu thực tế. ……………… ……………………………… 31 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………… 32 3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp sét hữu cơ… 32 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng HT75…………………………… 32 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch……… ………………………….32 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ…… ……………………………… 33 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng……… … 34 3.2. Đặc trƣng của vật liệu ở điều kiện tối ƣu……… … 35 3.2.1. Cấu trúc vật liệu qua phổ nhiễu xạ tia X……… ……………………….35 3.2.2. Phổ hồng ngoại…………… …………………………………………….35 3.2.3. Phổ phân tích nhiệt……… ………………………………………….….36 3.2.4. Cấu tạo bề mặt sét hữu cơ qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) … …37 3.3. Khả năng hấp phụ của vật liệu sét hữu cơ với các hợp chất phenol ….37 3.3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ mẫu pha………………………………37 3.3.2 Ảnh hưởng pH tới quá trình hấp pha……… ……………………… ….38 3.3.3. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ……… …………………………… 38 3.3.4. Tải trọng hấp phụ cực đại theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir……….39 3.4. Tái sinh vật liệu………………………………………………………… 42 3.4.1. Tải trọng hấp phụ cực đại của sét chống Al hữu cơ với DB53……… 42 3.4.2.Tải trọng hấp phụ cực đại của VLTS 1 với DB 53…………………… 43 3.4.3.Tải trọng hấp phụ cực đại của VLTS 2 với DB 53…………………… 45 3.4.4.Tải trọng hấp phụ cực đại của VLTS 3 với DB 53…………………… 46 3.5. Kết quả khảo sát khả năng xử lí mẫu nƣớc thải thực tế của sét hữu cơ 49 KẾT LUẬN………………………… ……………………………………………51 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………… ……………………………………… 53 PHỤ LỤC……………………………………………………………………… 55 DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Trang 1 Ảnh hưởng của hàm lượng HT 75 đến d 001 32 2 Khả năng hấp phụ phenol đỏ theo lượng HT-75 32 3 Ảnh hưởng pH tới giá trị d 001 32 4 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ phenol đỏ 33 5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến giá trị d 001 33 6 Khảo sát ảnh hưởng của các mẫu sét tới khả năng hấp phụ phenol đỏ 33 7 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị d 001 34 8 Khảo sát ảnh hưởng của các mẫu sét tới khả năng hấp phụ phenol đỏ 34 9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH 37 10 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với các loại hợp chất phenol 39 11 Sự hấp phụ phenol trên vật liệu sét hữu cơ 39 12 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng đối với phenol đỏ 40 13 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng đối với DB 53 41 14 Khả năng hấp phụ của vật liệu đối với các loại phẩm nhuộm 42 15 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu của DB 53 trên sét chống Al hữu cơ 43 16 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu của DB 53 với VLTS1 44 17 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu của DB 53 đối với VLTS2 46 18 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đầu của DB 53 đối với VLTS3 47 19 Kết quả xử lý mẫu thực tế 50 DANH MỤC CÁC HÌNH STT Hình Trang 1 Mạng cấu trúc Montmorillonite 2 2 Sơ đồ cấu trúc không gian của Montmorillonite 3 3 Các vị trí trao đổi cation trên hạt sét 4 4 Các dạng nhóm hidroxi trên bề mặt khoáng sét 6 5 Một số polioxocation kim loại 8 6 Sơ đồ hình thành sét chống bằng Pillar nhôm. 9 7 Mô hình cấu trúc của sét hữu cơ 11 8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 22 9 Sự phụ thuộc của C f /q vào C f 22 10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 23 11 Sự phụ thuộc của lgA vào lgC r 23 12 Sơ đồ thí nghiệm tổng hợp sét hữu cơ 26 13 Phổ nhiễu xạ tia X của bentonit và của sét hữu cơ 35 14 Phổ hồng ngoại của bentonit (a) và sét hữu cơ (b) 35 15 Phổ phân tích nhiệt của bentonit (a ) và sét hữu cơ (b) 36 16 Ảnh SEM của Bentonit (a) và sét hữu cơ (b) 37 17 Đường chuẩn phẩm DB 53 37 18 Đường chuẩn phenolsunfophtalein 37 19 Đường chuẩn phenol 37 20 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ 38 21 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với phenol 40 22 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với phenylsunfophtalein 41 23 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với DB 53 42 24 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của sét chống Al hữu cơ đối với DB 53 43 25 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của VLTS1 đối với DB 53 45 26 Phổ IR của VLTS2 45 27 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của VLTS2 46 28 Phổ IR của VLTS3 47 29 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của VLTS3 48 30 Giản đồ phân tích nhiệt của VLTS1 49 31 Giản đồ phân tích nhiệt của VLTS2 50 32 Giản đồ phân tích nhiệt của VLTS3 50 33 Giản đồ XRD của các mẫu sét hữu cơ được điều chế hàm lượng HT75 khác nhau 55 34 Giản đồ XRD của mẫu sét hữu cơ được điều chế ở các nhiệt độ khác nhau 56 35 Giản đồ XRD của mẫu sét điều chế ở những thời gian phản ứng khác nhau 57 Dương Thị Ngọc Lan Luận văn Thạc sĩ Hóa Môi Trường K20 – Cao học Hóa ĐHKHTN - ĐHQGHN 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp thế giới, bên cạnh mặt tích cực là đem lại những thành quả to lớn đối với sự phát triển kinh tế xã hội thì mặt trái của nó là việc thải ra môi trường một lượng lớn các chất thải độc hại. Chính vì vậy vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên nóng bỏng, cấp bách và rất cần sự quan tâm của toàn nhân loại. Gắn liền với việc bảo vệ môi trường là việc kiểm soát ngăn chặn và xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí. Nhờ khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion tốt nên bentonit đã được ứng dụng rất nhiều trong xử lý môi trường. Bằng cách gắn kết vào bentonit một gốc hữu cơ, bentonit biến tính thành vật liệu ưa hữu cơ hơn (sét hữu cơ). Sét hữu cơ được sử dụng là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt các chất ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ như các hợp chất phenol trong nước thải, các loại phẩm nhuộm. Đặc biệt, Bentonit là một vật liệu có sẵn trong tự nhiên và có tính hấp phụ cao. Các tác giả trong và ngoài nước đã và đang nghiên cứu tìm cách biến tính bentonit nhằm tăng khả năng hấp phụ và bước đầu đã thu được một số kết quả. Trong bản luận văn này, chúng tôi trình bày một số kết quả đạt được trong: “Nghiên cứu biến tính bentonit bằng dimetyl dioctadecyl amoni clorua và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm”, với nội dung cụ thể là: + Khảo sát điều kiện để chế tạo vật liệu sét hữu cơ (organoclays). + Điều chế sét chống nhôm hữu cơ. + Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phẩm màu, tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu sét chống Al hữu cơ đối với phẩm xanh trực tiếp (DB – 53). + Khảo sát quá trình tái sinh vật liệu sét chống nhôm hữu cơ. + Khảo sát khả năng xử lý mẫu nước thải thực tế. [...]... bentonit bằng muối amin bậc 4 và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước 1.3 Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp hấp phụ 1.3.1 Khái niệm Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha Đây là một phương pháp nhiệt tách chất trong đó các cấu tử xác định từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp phụ trên bề mặt rắn xốp Trong đó: - Chất hấp phụ: là chất có bề mặt ở đó xảy ra sự hấp phụ - Chất bị hấp phụ: ... bị hấp phụ: là chất được tích lũy trên bề mặt Ngược với sự hấp phụ, quá trình đi ra của chất chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt được gọi là sự giải hấp Khi sự hấp phụ đạt tới trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp 1.3.2 Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta chia ra hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học K20... văn Thạc sĩ Hóa Môi Trường - Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Van der Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt của chất hấp phụ Liên kết này yếu và dễ bị phá vỡ Trường hợp đơn giản nhất là sự hấp phụ của phân tử không phân cực trên bề mặt không phân cực - Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ Vì thế lớp hấp phụ hóa học không thể vượt quá... khó bị phá vỡ Trong rất nhiều quá trình hấp phụ, xảy ra đồng thời cả hai hình thức hấp phụ này Hấp phụ hoá học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hoá học 1.3.3 Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch và có thể biểu diễn tương tự dưới dạng như một phản ứng hoá học A: Chất hấp phụ O: Phần bề mặt chất hấp phụ còn trống A’: Phần bề mặt chất hấp. .. mạnh, để phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm Trong điều kiện phù hợp, quá trình phân huỷ có sự hỗ trợ của ánh sáng có thể phân hủy nhanh các chất hữu cơ với nồng độ cực kì thấp Ngày nay, phương pháp hấp phụ đang được quan tâm, nghiên cứu và phát triển bởi các nhà khoa học trong và ngoài nước đã có những ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi đã tiến hành biến tính bentonit. .. có thể ứng dụng để làm vật liệu xử lý nước nhiễm các hợp chất hữu cơ độc hại với môi trường Chức năng làm sạch nước đầu tiên phải kể đến là tách loại các hợp chất hữu cơ độc hại có độ tan thấp trong nước đặc biệt là dầu, creozol, PAH’s và PCBs Một số tài liệu nghiên cứu chỉ ra rằng, thậm chí khả năng hấp phụ của sét hữu cơ còn vượt xa than hoạt tính Một hệ thống xử lý nước ô nhiễm dầu và hợp chất BTEX... q) k : Hằng số tốc độ hấp phụ ở trạng thái cân bằng q : Tải trọng hấp phụ tại thời điểm t qmax : Tải trọng hấp phụ cực đại b Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt K20 – Cao học Hóa ĐHKHTN - ĐHQGHN 21 Dương Thị Ngọc Lan Luận văn Thạc sĩ Hóa Môi Trường Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả sự phụ thuộc giữa khả năng hấp phụ của một chất (dung lượng hấp phụ) vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại một... Nguồn gốc ô nhiễm phenol trong nước Nguồn gốc cơ bản phát sinh ô nhiễm phenol trong nước là chất thải từ các cơ sở sản xuất có sử dụng phenol như nguyên liệu hay dung môi của quá trình sản xuất Các nhà máy sản xuất dược phâm có các mặt hang thuốc giảm đau aspirin, acid salicylic… trong nước thải vệ sinh thiết bị, dụng cụ sẽ thải ra phenol Tại các cơ sở sản xuất hạt điều, trong nước thải ngâm ủ hạt và vệ... hấp phụ ở lớp thứ hai trở thành trung tâm hấp phụ đối với các tiểu phân lớp thứ ba … Phương trình BET có dạng: c: Hằng số p : Áp suất chất bị hấp phụ po: Áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng v : Thể tích của lớp hấp phụ vm: Thể tích lớp hấp phụ đơn phân tử trên toàn bộ bề mặt Nếu số lớp hấp phụ không phải vô tận mà bị giới hạn bởi n lớp (trường hợp sự hấp phụ xảy ra trong các mao... trình động học hấp phụ Theo quan điểm động học, quá trình hấp phụ gồm có hai giai đoạn khuếch tán: khuếch tán ngoài và khuyếch tán trong Do đó, lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán trên Gọi tốc độ hấp phụ r là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian, ta có: dx r = dt Tốc độ hấp phụ phụ thuộc tuyến tính vào sự biến thiên nồng độ theo thời dx gian: Trong đó: r . bày một số kết quả đạt được trong: Nghiên cứu biến tính bentonit bằng dimetyl dioctadecyl amoni clorua và ứng dụng để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm , với nội dung cụ thể. Thị Ngọc Lan NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BENTONIT BẰNG DIMETYL DIOCTADECYL AMONI CLORUA VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ CÁC HỢP CHẤT PHENOL TRONG NƢỚC BỊ Ô NHIỄM Chuyên nga ̀ nh: Hóa Môi Trường M. và tính chất của phenol 16 1.2.2. Một số ứng dụng của phenol 17 1.2.3. Độc tính của phenol .17 1.2.4. Nguồn gốc ô nhiễm phenol trong nước 17 1.2.5. Các phương pháp xử lý phenol và hợp chất