nghiên cứu biến tính tro bay phả lại với polyme chức năng để tăng dung lượng hấp thụ crom ứng dụng xử lý nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  TRẦN THỊ MINH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TRO BAY PHẢ LẠI VỚI POLYME CHỨC NĂNG ĐỂ TĂNG DUNG LƢỢNG HẤP PHỤ CROM ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  TRẦN THỊ MINH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TRO BAY PHẢ LẠI VỚI POLYME CHỨC NĂNG ĐỂ TĂNG DUNG LƢỢNG HẤP PHỤ CROM ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng Mã số: 60.44.41 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN TUẤN DUNG HÀ NỘI - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1. TRO BAY: 3 1.1.1. Gii thiu v tro bay: 3 1i 4 1m ca tro bay: 5 1 dng tro bay: 7 1  9 1.2.1. Ngun g  9 1.2.2. ng dp: 11 1.2.3. ng ci vi sc khi: 12 1n nay: 14 1  17 1 - kt ta: 17 1i ion: 18 1c: 19 1p ph: 20 1.3. NG DT LIU HP PH Cr(VI): 22 CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2ng c: 24 2t: 24 2.1.2. Dng c: 24 2.1.3. Thit b: 24 2c nghim: 25 2.2.1. Bi-situ: 25 2a vt liu: 25 2 hng ngoi: 25 2u x tia X: 26 2n t  28 2 m 30 2u kh p ph Cr(VI): 35 2c quang: 35 2.2.3.2. Kh p ph ca vt liu: 35 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3P in-  37 3 hng ngoi bii Fourier (FTIR): 37 3.1u x tia X (XRD): 39 3n t  ng (FE-SEM): 40 3.2. P in- KIM: 41 3 hng ngoi bii Fourier (FTIR): 41 3u x tia X (XRD): 43 3n t  ng (FE-SEM): 44 3nh di m 45 3U KH P PH Cr(VI) CA TBK/PDAN: 49 3.3.1. Dng chunh n Cr(VI): 49 3.3.2. Khng ca pH: 50 3.3.3. Khng ca thi gian ti 52 3.3.4. Khng ca n u: 53 3ng nhit hp ph: 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TB Tro bay TBA Tro bay axit TBK Tro bay kim PDAN  TBK/PDAN Tro bay ki FTIR Ph hng ngoi bii Fourier XRD iu x tia X FE - SEM n t  ng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia khác. Bảng 1.3: Hàm lượng crôm trong cơ thể người Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Cr(III) và Cr(VI) trong nước Bảng 3.1: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp. Bảng 3.2: Số liệu dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) Bảng 3.3: Số liệu hấp phụ Cr(VI) của mẫu TB và TBK/PDAN. Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất hấp phụ Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu tới khả năng hấp phụ của TBK/PDAN. Bảng 3.6: Các thông số của hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể. Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý thiết bị SEM. Hình 2.3: Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPAC Hình 3.1: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN). Hình 3.2: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN). Hình 3.3: Ảnh FE-SEM của các mẫu TB, TBA và TBA/PDAN. Hình 3.4: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBK) và tro bay xử lý kiềm biến tính với 1% PDAN (TBK/PDAN). Hình 3.5: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBA) và tro bay xử lý kiềm biến tính PDAN (TBA/PDAN). Hình 3.6: Ảnh FE-SEM của các mẫu TBK và TBK/PDAN. Hình 3.7: Đẳng nhiệt hấp phụ khí nitơ của các mẫu tro bay trước và sau khi biến tính. Hình 3.8: Sự phân bố kích thước lỗ xốp của các mẫu tro bay. Hình 3.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI). Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất hấp phụ. Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất hấp phụ. Hình 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu tới khả năng hấp phụ Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich. Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20 MỞ ĐẦU  gii thu tn tro bay, phn ln t n than. n nay, ngay  n, lng cht thi rn  mi  dng rch yu thng [20].  n cung cp t n vm mt t phn quan trng. Theo Quy hon lc quc gia giai n 2011-2020, tt cn than chim ti 48% tng sn c c [1]ng mu tt sng.  ving ng dnhau ca tro bay c ht sc bing ng dng t liu hp ph x c thi [21]. Kim loi nng chc bit nguy hii vi sc khi do kh  sinh hc. Trong s  t. Tro bay bc th gi vt liu hp ph Cr(VI) t 22u chng t dung ng hp ph Cr(VI) ci s dng vng ln,  khc phc y Polydi   n ph      n xut ccha c amin trong t qu  ra rp din ra  mi  tr do to cho polyme kh n ng mnh m vp chn t  i.  luu  n Ph Li vi polydiaminonaphtalen bng phn ng Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20 p in-situ, u t ca vt likh p ph ion Cr(VI) c. [...]... nhiên, khả năng hấp phụ của tro bay thƣờng đối với Cr(VI) không cao cho nên chúng tôi nghiên cứu biến tính tro bay với polymer chức năng- polydiamoninaphtalen để tăng dung lƣợng hấp phụ crôm 1.3 ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Cr(VI): Tro bay đƣợc nghiên cứu để tách loại crôm lần đầu tiên vào năm 1982 bởi Grover và cộng sự [22] Các tác giả đã khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ crôm, lƣợng tro bay, thời... tố thời gian hấp phụ, nhiệt độ, pH Riêng đối với crom hiệu xuất hấp phụ cao nhất chỉ đạt 44% [36] Do khả năng hấp phụ Cr(VI) kém, các nhà khoa học đã nghiên cứu biến tính tro bay để cải thiện dung lƣợng hấp phụ, chủ yếu là theo hƣớng chuyển hóa tro bay thành dạng zeolit bằng cách nung với kiềm rắn ở nhiệt độ cao (cỡ 500-6000C) [8-10, 21] Hƣớng nghiên cứu biến tính tro bay với polymer chức năng là hƣớng... nhóm amin, nhóm amin còn lại ở trạng thái tự do tạo cho polyme khả năng phản ứng mạnh mẽ với các hợp chất “nhận điện tử” (electron acceptor), ví dụ các cation kim loại [18, 19, 38, 39] Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi nghiên cứu biến tính tro bay Phả Lại với polydiaminonaphtalen trong điều kiện mềm, nghiên cứu đặc trƣng vật liệu biến tính, khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI) trong môi trƣờng nƣớc... nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu, tăng năng suất và chất lƣợng sản phẩm, bảo quản một số nông sản sau khi thu hoạch, làm chất vi lƣợng trong thức ăn gia súc để tăng sức đề kháng và chống bệnh tật, tẩy uế chuồng trại [7] d) Ứng dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm nước: Tro bay ngoài các ứng dụng kể trên còn đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xử lý các chất ô nhiễm môi... TỔNG QUAN 1.1 TRO BAY: 1.1.1 Giới thiệu về tro bay: Tro bay là một loại chất thải rắn sinh ra từ quá trình đốt than từ các nhà máy nhiệt điện Ngƣời ta thƣờng dùng luồng khí để phân loại tro: tro bay là loại nhỏ mịn, bay lên với khói lò; loại không bay lên ngƣời ta gọi là tro cặn Hàng năm trên thế giới thải ra hơn 400 triệu tấn tro bay, phần lớn thải ra môi trƣờng, lƣợng tro bay đƣợc tái sử dụng rất ít:... nội phân tử Trong một nghiên cứu khác, Sharma [33] đã cho rằng quá trình tách phụ thuộc rất nhiều vào pH của dung dịch Hiệu suất hấp phụ đạt lớn nhất (89.12%) tại pH = 2.5 Bayat [34] đã sử dụng tro bay Thổ Nhĩ Kỳ để tách loại Cr(VI) và Cd(II) trong nƣớc và cho rằng tro bay hấp phụ Cd(II) tốt hơn nhiều so với Cr(VI) M Rao đã nghiên cứu tách loại Cr6+ bằng tro bay và bã mía, bã mía đƣợc xử lí với NaOH 0,1N... thành phần trong tro tăng lên Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20 Tro bay sinh ra từ quá trình đốt cháy than bột thì có tỉ trọng lớn nhất, độ ẩm tối ƣu, lƣợng cacbon không cháy hết hấp thụ nƣớc làm độ ẩm của tro tăng lên Tính thấm của tro bay là một trong những tính chất quan trọng góp phần đánh giá ảnh hƣởng của nó tới môi trƣờng và công đoạn xử lý 1.1.4 Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay: Hiện... cộng sự nghiên cứu ứng dụng tro bay trong xây dựng đƣờng ô tô và sân bay trong điều kiện Việt Nam… [6] c) Ứng dụng trong nông nghiệp: Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20 Tro bay đƣợc ứng dụng làm chất kích thích tăng trƣởng cho cây trồng Bên cạnh đó việc kết hợp tro bay nhẹ với nƣớc bùn thải có giá trị làm phân bón… Chuyển hóa tro bay thành sản phẩm chứa zeolit có thể dùng để cải tạo đất, chống chua,... cao, nên phải sử dụng với lƣợng lớn [21] Do khả năng hấp phụ kim loại nặng không cao, nhiều công trình đã nghiên cứu biến tính tro bay, chủ yếu là chuyển hóa thành zeolit bằng cách trộn với xút rắn và nung ở nhiệt độ cao, khoảng 500-600oC [21] Ở nƣớc ta các nghiên cứu về tái sử dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ vẫn còn rất ít Đáng kể nhất là công bố của Nguyễn Thị Thu và cộng sự đã nghiên cứu Trần... các chất hấp phụ là những chất có nguồn dồi dào hoặc có sẵn trong tự nhiên, giá thành rẻ, hoặc các chất thải của các ngành công nghiệp khác nhƣ xỉ than, bã mía, mùn cƣa… Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi chọn tro bay là vật liệu hấp phụ để xử lý crôm Việc tận dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ đồng thời vừa góp phần làm giảm áp lực lƣợng tro bay thải ra môi trƣờng và có nguyên liệu để xử lý Cr(VI) . tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBK) và tro bay xử lý kiềm biến tính với 1% PDAN (TBK/PDAN). Hình 3.5: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBA) và tro bay xử lý kiềm biến tính. của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN). Hình 3.2: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử lý axit biến tính. NHIÊN  TRẦN THỊ MINH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TRO BAY PHẢ LẠI VỚI POLYME CHỨC NĂNG ĐỂ TĂNG DUNG LƢỢNG HẤP PHỤ CROM ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC