nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHƯƠNG THẢO Hà Nội - 2013 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hóa học của bùn đỏ theo các quá trình thủy phân khác nhau 3 1.2 Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành phố Hồ Chí Minh 4 1.3 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc (Phương pháp phổ huỳnh quang tia X-XRF) 4 1.4 Thành phần khoáng của bùn đỏ theo quá trình thủy phân khác nhau 5 1.5 Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các ion kim loại khác nhau ra khỏi nước 8 1.6 Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các phẩm nhuộm khác nhau ra khỏi nước 9 1.7 Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các hợp chất phenol độc hại ra khỏi nước 9 1.8 Dung lượng hấp phụ của các vật liệu chế tạo từ bùn đỏ khi loại bỏ các anion vô cơ khác nhau ra khỏi nước 10 1.9 Kết quả tỷ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo giới tính của ba huyện Vân Canh, Tây Sơn, An Nhơn 16 1.10 Kết quả tỷ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo độ tuổi của ba huyện Vân Canh, Tây Sơn, An Nhơn 16 1.11 Thành phần của bùn đỏ từ nhà máy lọc dầu bauxit Alcoa Kwinana, Tây Úc 25 3.1 Kết quả xách định pH pzc của vật liệu RM 41 3.2 Kết quả xách định pH pzc của vật liệu TRM 43 3.3 Kết quả xách định pH pzc của vật liệu Mg-RM 45 3.4 Kết quả xách định pH pzc của vật liệu Ce-RM 47 3.5 Mối quan hệ giữa nồng độ florua và độ hấp thụ quang (ABS) theo phương pháp SPADNS 48 3.6 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu RM 49 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu RM 50 3.8 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu RM 52 3.9 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu TRM 54 3.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu TRM 55 3.11 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRM 56 3.12 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 59 3.13 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 60 3.14 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu Mg-RM 63 3.15 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Ce-RM 65 3.16 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu Ce-RM 66 3.17 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu Ce-RM 68 3.18 Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich cho quá trình hấp phụ florua của vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-RM 70 3.19 So sánh tải trọng hấp phụ của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM, Ce-RM với các vật liệu khác 71 3.20 Ảnh hưởng của Cl - đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và Ce-RM 72 3.21 Ảnh hưởng của HCO 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và Ce-RM 74 3.22 Ảnh hưởng của PO 4 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và Ce-RM 75 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 2.1 Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 31 2.2 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 33 2.3 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu 34 2.4 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 36 2.5 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 37 2.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 38 2.7 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich 38 3.1 Giản đồ XRD của vật liệu RM 40 3.2 Hình ảnh bề mặt vật liệu RM qua kính hiển vi điện tử quét 41 3.3 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu RM 41 3.4 Giản đồ XRD của vật liệu TRM 42 3.5 Hình ảnh bề mặt vật liệu TRM qua kính hiển vi điện tử quét 43 3.6 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu TRM 43 3.7 Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM 44 3.8 Hình ảnh bề mặt vật liệu Mg-RM qua kính hiển vi điện tử quét 45 3.9 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu Mg-RM 45 3.10 Giản đồ XRD của vật liệu Ce-RM 46 3.11 Hình ảnh bề mặt vật liệu Ce-RM qua kính hiển vi điện tử quét 47 3.12 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu Ce-RM 47 3.13 Đồ thị đường chuẩn phân tích florua 48 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của RM 49 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua của vật liệu RM 50 3.16 Giản đồ XRD vật liệu RM sau hấp phụ florua 51 3.17 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ floruacủa vật liệu RM 52 3.18 Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu RM 53 3.19 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu RM 53 3.20 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của TRM 54 3.21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua của vật liệu TRM 55 3.22 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu TRM 57 3.23 Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu TRM 57 3.24 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu TRM 58 3.25 Giản đồ XRD của vật liệu TRM sau hấp phụ florua 58 3.26 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Mg-RM 59 3.27 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua của vật liệu Mg-RM 60 3.28 Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM sau hấp phụ florua 62 3.29 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu Mg-RM 63 3.30 Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu Mg-RM 64 3.31 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu Mg-RM 64 3.32 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của Ce-RM 65 3.33 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua của vật liệu Ce-RM 66 3.34 Giản đồ XRD vật liệu Ce-RM sau hấp phụ florua 67 3.35 Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu Ce-RM 68 3.36 Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ florua của vật liệu Ce-RM 69 3.37 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu Ce-RM 69 3.38 Đồ thị ảnh hưởng của Cl - đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg- RM và Ce-RM 73 3.39 Đồ thị ảnh hưởng của HCO 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và Ce-RM 74 3.40 Đồ thị ảnh hưởng của phốtphát đến khả năng hấp phụ của vật liệu Mg-RM và Ce-RM 76 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt 1 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X 2 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 3 pH pzc pH-Point of zero charge pH tại điểm đẳng điện 4 RM Bùn đỏ trung hòa kiềm 5 TRM Bùn đỏ biến tính nhiệt 6 Mg-RM Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua 7 Ce-RM Bùn đỏ biến tính bởi xeri oxit 8 TLTK Tài liệu tham khảo MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 2 1.1. Bùn đỏ 2 1.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ 2 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ 3 1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ 6 1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua 10 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua 10 1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của florua 11 1.2.3. Độc tính của florua 14 1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay 15 1.2.5. Các phương pháp xử lý florua 18 Chương 2- THỰC NGHIỆM 26 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 26 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 26 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 26 2.2. Hóa chất và dụng cụ 26 2.2.1. Hóa chất 26 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị 28 2.3. Phương pháp phân tích florua bằng phương pháp SPADNS 28 2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ 28 2.4.1. Trung hòa bùn đỏ thô 28 2.4.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt 29 2.4.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua 29 [...]... Bùn đỏ (chất thải từ bauxit của quá trình sản xuất nhôm) thải ra như một sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình Chính vì vậy, với mong muốn chế tạo được những vật liệu hấp phụ florua trên cơ sở bùn đỏ có hiệu quả xử lý cao Chúng tôi đã thực hiện đề tài Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt Lê Thị Thùy Linh 1 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn... tỉ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng đất Tây Nguyên Như vậy ở các nước trên thế giới và cả ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất nhôm vẫn đã và đang phát triển, lượng bùn đỏ thải không ngừng làm cho các nhà khoa học cần phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc xử lý bùn đỏ, mục đích lớn hơn là tái sử dụng nó trở thành vật liệu thân thiện với môi trường 1.1.3 Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ - Trong. .. Dùng bùn đỏ để sản xuất gạch đất sét nung: với tỷ lệ bùn đỏ từ 40% đến 90% tổng khối lượng nguyên liệu khô và nhiệt độ nung từ 6000C mẫu gạch từ hệ đất sét -bùn đỏ có thể đạt được cường độ nén trên 50 kg/cm2 và độ bền trên 0,75 [13] - Sử dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ các chất độc hại trong nước và nước thải: như các ion kim loại, phẩm màu, hợp chất phenolic, các anion vô cơ, + Việc sử dụng bùn đỏ. .. nhiễm florua trong nước ngầm và đặc biệt trong nước thải từ các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, khai thác và chế biến khoáng sản chứa florua đòi hỏi các phương pháp xử lý an toàn florua 1.2.5 Các phương pháp xử lý florua Mục đích của việc loại bỏ florua là xử lý nước bị ô nhiễm để làm giảm hàm lượng florua xuống giới hạn có thể chấp nhận được Phương pháp truyền thống loại bỏ florua từ nước uống. .. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ 40 3.1.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (RM) 40 3.1.2 Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM) 42 3.1.3 Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua (Mg-RM) 44 3.1.4 Bùn đỏ biến tính bởi đất hiếm xeri oxit (Ce-RM) 46 3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của các vật liệu 48 3.2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ florua 48 3.2.2 Khả năng hấp phụ florua. .. 18,83–27,51 mg/g 30,12 mg/g + Bùn đỏ cũng sử dụng để loại các thuốc nhuộm khác nhau ra khỏi nước và nước thải Gupta và cộng sự sử dụng bùn đỏ để loại bỏ Rhodamine B, Fast Green Lê Thị Thùy Linh 8 Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ và Methylene Blue ra khỏi nước thải Bảng 1.6 Dung lượng hấp phụ của các vật liệu trên cơ sở bùn đỏ để loại các phẩm nhuộm khác nhau ra khỏi nước Vật liệu hấp phụ Chất hấp... tấn Al2O3 thì thải ra 1-1,5 tấn bùn đỏ tùy thuộc chất lượng quặng bauxit đầu vào Với hàm lượng oxit sắt chiếm đến 60% và độ kiềm cao (pH>13) được xả ra môi trường, nó đang trở thành mối đe dọa rất lớn đến cuộc sống con người và môi trường sinh thái Việc xử lý bùn đỏ làm giảm thiểu tác hại của nó đối với con người, hơn nữa nghiên cứu tái sử dụng chính nó làm vật liệu xử lý trong môi trường đang là vấn... và vôi vào nước thô, khối nhôm hydroxide không tan được hình thành, lắng xuống đáy và kết tủa florua Tuy nhiên, một số nhược điểm của kỹ thuật này cũng đã được báo cáo của vài nhà nghiên cứu, ví dụ như nồng độ nhôm cao còn lại (2-7 mg/L) trong nước đã xử lý cao hơn so với các tiêu chuẩn WHO: 0,2 (mg/L) -Trong số các phương pháp khác nhau sử dụng loại florua từ nước uống, quá trình hấp phụ được sử dụng. .. tủa bề mặt - Nhôm mang thêm mangan đioxit Vật liệu hấp phụ nhôm phủ MnO2 (MOCA) có thể xử lý F- xuống dưới hàm lượng 1,5 mg/L cho nước uống và nhanh hơn nhôm hoạt tính và có tải trọng hấp phụ lớn hơn (2,85 mg/g so với 1,08 mg/g của nhôm hoạt tính) Các tác giả đã nghiên cứu thấy vật liệu nhôm hoạt tính mang MnO2 có thể xử lý F- xuống 0,2 mg/L khi nồng độ F- trong nước là 10 mg/L Điều kiện hấp phụ tối ưu... hợp trong các hộ gia đình Kỹ thuật này có thể thực hiện trên một quy mô lớn hay nhỏ, và phù hợp cho cộng cộng hoặc sử dụng trong gia đình Một hộ gia đình sử dụng hai thùng 20 lít, trong thời gian xử lý một giờ, nhưng không quá hai giờ sau khi keo tụ và xử lý, nước đã xử lý được thu hồi qua một vòi nước cao 5 cm trên đáy của thùng thứ nhất, một cách an toàn trên mức bùn, và được lưu trữ để uống trong . hấp phụ florua trên cơ sở bùn đỏ có hiệu quả xử lý cao. Chúng tôi đã thực hiện đề tài Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt Luận văn thạc sĩ. LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC . HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013