nghiên cứu khả năng hấp phụ cr trên vỏ trấu và ứng dụng xử lý tách cr khỏi nguồn nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o LÊ THỊ TÌNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr TRÊN VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH Cr KHỎI NGUỒN NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o LÊ THỊ TÌNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr TRÊN VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH Cr KHỎI NGUỒN NƯỚC THẢI Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung HÀ NỘI – 2011 80 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1. Vai trò của nƣớc sạch và tình trạng ô nhiễm nƣớc 3 1.1.1. Tài nguyên nước trên thế giới [8] 3 1.1.2. Tài nguyên nước ở Việt Nam 4 1.1.3. Sự ô nhiễm nguồn nước 4 1.1.3.1. Khái niệm ô nhiễm [4] 4 1.1.3.2. Nguồn gốc của sự ô nhiễm nước. 5 1.1.3.3. Tác hại của chất thải 5 1.2. Đại cƣơng về Crom [3, 15] 6 1.2.1. Nguồn gốc, đặc điểm và cấu tạo 6 1.2.2. Tính chất hoá học của Crom 7 1.2.3. Các hợp chất quan trọng của Crôm 7 1.2.3.1. Hợp chất Cr(II) 7 1.2.3.2. Hợp chất Cr(III) 8 1.2.3.3. Hợp chất Cr(VI) 9 1.2.4. Độc tính của Crôm [1, 25] 10 1.3. Các phƣơng pháp xác định Crôm [17] 12 1.3.1. Phương pháp phân tích khối lượng [29] 12 1.3.2. Phương pháp phân tích thể tích [22] 12 1.3.3. Phương pháp trắc quang [10, 13] 13 1.3.4. Phương pháp khối phổ dùng nguồn cảm ứng cao tần –phát xạ nguyên tử (ICP-AES) 15 1.3.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [13] 16 1.3.6. Các phương pháp điện hoá 17 1.3.7 Kĩ thuật phân tích sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) 18 1.4. Phƣơng pháp xử lý Crom 19 1.4.1. Phương pháp kết tủa [10] 19 1.4.2. Phương pháp keo tụ [19] 19 1.4.3. Phương pháp trao đổi ion [20] 20 1.4.4. Phương pháp hấp phụ [2, 20] 21 1.4.4.1. Cơ sở lí thuyết của phương pháp. 21 1.4.4.2. Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 24 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 29 2.1. Nội dung nghiên cứu 29 2.2. Máy móc - dụng cụ 29 2.3. Hoá chất sử dụng 30 2.4. Điều chế vật liệu hấp phụ vỏ trấu 30 2.5. Khảo sát các yếu tố pH, thời gian và dung lƣợng hấp phụ 31 2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 31 2.5.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 31 2.5.3. Xác định dung lượng hấp phụ theo phương trình Langmuir 31 2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất điện li và các ion kim loại khác 33 2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ theo phƣơng pháp động 33 2.6.1. Cách tiến hành 33 2.6.2. Tính toán 33 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH 35 81 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Tối ƣu hóa các điều kiện xác định Crom bằng phƣơng pháp đo quang với thuốc thử ĐPC. 36 3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu 36 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit H 2 SO 4 tới sự tạo phức màu với thuốc thử ĐPC. 36 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử ĐPC 37 3.1.4. Khảo sát độ bền của phức màu giữa Cr(VI) với thuốc thử ĐPC. 39 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ hấp thụ quang của phức màu. 39 3.1.5.1. Ảnh hưởng của các cation kim loại 40 3.1.5.2. Ảnh hưởng của các anion 41 3.1.6. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 42 3.1.6.1. Khoảng tuyến tính của phép đo 42 3.1.6.2. Lập phương trình đường chuẩn của Cr 44 3.1.6.3. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp 44 3.1.6.4. Sai số và độ lặp lại của phép đo 46 3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr 48 3.2.1. Xác định tính chất vật lý của vật liệu. 48 3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Crom của vật liệu theo phương pháp tĩnh . 52 3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu. 52 3.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian 55 3.2.2.3. Khảo sát nồng độ ban đầu Cr(VI), Cr(III) đến khả năng hấp phụ. 57 3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng cạnh tranh của các ion. 59 3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ở điều kiện động. 63 3.2.3.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu. 63 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của bản chất, nồng độ dung dịch rửa giải. 63 3.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu của Cr(VI) lên vật liệu (VL2) 64 3.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải. 65 3.2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải. 66 3.2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion cản trở đến khả năng hấp thu của Cr 2 O 7 2- trên VL2 67 3.3. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu 70 3.4. Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa Crom 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ĐPC: Điphenylcarbazid. LOD(limit of detection): Giới hạn phát hiện LOQ(limit of quantitaty): Giới hạn định lượng VL1: Vỏ trấu không biến tính VL2: Vỏ trấu được xử lý với HCHO DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của H 2 SO 4 ở các nồng độ khác nhau. 37 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử 38 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian. 39 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cation kim loại 40 Bảng 3.5: Tỷ lệ ảnh hưởng của một số cation………………………………… 41 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các anion………………………… 42 Bảng 3.7: Tỷ lệ ảnh hưởng của một số anion………………………………… 42 Bảng 3.8: Khoảng tuyến tính của Cr(VI) 43 Bảng 3.9: Phân tích mẫu trắng 45 Bảng 3.10: Một số giá trị liên quan 46 Bảng 3.11: Sai số của phép đo độ hấp thụ quang xác định Crom…………… 47 Bảng 3.12: Độ lặp lại của phép đo…………………………………………… 48 Bảng 3.13: Dung lượng hấp phụ của vật liệu phụ thuộc vào pH của dung dịch Cr(VI), Cr(III) 53 Bảng 3.14: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu 55 Bảng 3.15: Ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(VI) đến dung lượng hấp phụ của vật liệu 57 Bảng 3.16: Ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(III) đến dung lượng hấp phụ của vật liệu 57 Bảng 3.17: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Cu 2+ đến dung lượng hấp phụ… 59 Bảng 3.18: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Ni 2+ đến dung lượng hấp phụ… 59 Bảng 3.19: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Fe 3+ đến dung lượng hấp phụ… 60 Bảng 3.20: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion Zn 2+ đến dung lượng hấp phụ 60 Bảng 3.21: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Cu 2+ , Ni 2+ , Fe 3+ . Zn 2+ đến dung lượng hấp phụ của vật liệu……………………………………………………. 61 Bảng 3.22: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ rửa giải HCl/H 2 O 2 0,1% đến khả năng rửa giải 63 Bảng 3.23: Kết quả khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu 64 Bảng 3.24: Kết quả khảo sát thể tích rửa giải…………………………………. 65 Bảng 3.25: Kết quả khảo sát tốc độ rửa giải…………………………………. 66 Bảng 3.26: Ảnh hưởng của các ion kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ đến hiệu suất thu hồi……………………………………………………………… 67 Bảng 3.27: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Zn 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Fe 3+ đến hiệu suất thu hồi…………………………………………………………………… 68 Bảng 3.28: Thành phần mẫu giả 69 Bảng 3.29: Kết quả hấp phụ tách loại crom của mẫu giả 69 Bảng 3.30: Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu……………… 70 Bảng 3.31: Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Crom ………… 71 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir……………………………… 32 Hình 2.2: Đường biểu diễn hấp phụ động trên cột 34 Hình 3.1: Phổ hấp thụ ánh sáng của phức màu 36 Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ axit H 2 SO 4 37 Hình 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử 38 Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào thời gian 39 Hình 3.5: Khoảng tuyến tính của Cr(VI) 43 Hình 3.6: Đường chuẩn xác định Cr(VI) bằng phép đo độ hấp thụ quang… 44 Hình 3.7a, 3.7b: Hình ảnh SEM của VL2 49 Hình 3.8a: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) khi chưa hấp phụ 50 Hình 3.8b: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) hấp phụ Cr(VI) 51 Hình 3.8c: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) hấp phụ Cr(III) 51 Hình 3.9: Đường biểu diễn sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ của vật liệu vỏ trấu vào pH 53 Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH đến các dạng tồn tại của Cr(VI) trong dung dịch nước……………………………………………………………………… 54 Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu 56 Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cr(VI), Cr(III) trên VL2 57 Hình 3.13: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir…………………………… 58 Hình 3.14: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Cu 2+ ……. 59 Hình 3.15: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Ni 2+ …… 59 Hình 3.16: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Fe 3+ …… 60 Hình 3.17: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Zn 2+ …… 60 Hình 3.18: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt Cu 2+ , Ni 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ ……………………………………………………………………… 61 Hình 3.19: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào nồng độ axit HCl…… 63 Hình 3.20: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào tốc độ nạp mẫu………. 64 Hình 3.21: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào thể tích rửa giải……… 65 Hình 3.22: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào tốc độ rửa giải……… 66 1 MỞ ĐẦU Những chuyện huyền thoại về nước nếu chép lại chắc chắn cũng dày như lịch sử loài người vậy, vì nước là nơi bắt nguồn của sự sống trên trái đất. Trong phong tục tập quán của hầu hết các dân tộc, tôn giáo, nước thường được xem như vật thiêng liêng dành cho việc thờ cúng, được coi là biểu hiện của sự trong sạch, giàu có của sức sống bất diệt không bao giờ tàn lụi Nước là một tài nguyên vô tận, giữ một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển sinh quyển. Không thể có sự sống khi không có nước. Nước đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước càng xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Hiện nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm môi trường toàn cầu. Nằm trong bối cảnh chung của thế giới, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ. Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường là do chính các hoạt động của con người. Một trong những nguồn chất thải bị ô nhiễm nguồn nước đó là từ các khu công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, luyện kim, chế biến lâm hải sản hay trong nông nghiệp từ việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, sự đào thải của động, thực vật Các nguồn nước thải ra môi trường có rất nhiều các kim loại nặng độc hại như Pb, Cr, Cu, Cd, Hg, As, Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến các biến đổi gen, ung thư, cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Chúng thường gây ô nhiễm, gây độc hại ở hàm lượng rất nhỏ. Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn do chi phí xử lý cao, khả năng đầu tư thấp. Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được nghiên cứu nhiều để sử dụng trong việc xử lý nước vì chúng có ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao [9]. [...]... ( (Nghiên cứu sự hấp phụ crom trên vỏ trấu và ứng dụng để xử lý tách crom khỏi nguồn nước thải )) Vật liệu này là phụ phẩm của nông nghiệp, rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm Mặt khác Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm xử lý nước thải còn ít được quan tâm, chúng tôi hy vọng rằng vật liệu này có thể ứng. .. nhằm tạo khả năng hấp phụ các kim loại nặng cao để ứng dụng trong vịêc xử lý môi trường Tác giả Nguyễn Xuân Trung, Phạm Hồng Quân, Vũ Thị Trang đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr( VI) và Cr( III) trên vật liệu chitosan biến tính [16], cho 26 thấy có khả năng sử dụng chitosan biến tính để tách loại Cr( VI) và Cr( III) khỏi nguồn nước thải và sử dụng dung dịch HCl 3M rửa giải để tái sử dụng vật liệu hấp phụ Tác... đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của than có nguồn gốc từ tro bay và than hoạt tính dạng hạt trong việc tách loại Cr( III) và Cr( VI) trong dung dịch nước thải Kết quả thực nghiệm thu được như sau: ở pH=5 dung lượng hấp phụ Cr( III) và Cr( VI) của than hoạt tính dạng hạt lần lượt là 13,3mg/g và 69,1mg/g, cũng ở pH=5 dung lượng hấp phụ của Cr( III) và Cr( VI) của than có nguồn gốc từ tro bay bằng 7,1mg/g và. .. phụ đã được tối ưu hóa có khả năng tách định lượng Cr( III) khỏi Cr( VI) Cr( III) bị hấp phụ định lượng trên cột chiết, trong khi đó Cr( VI) ở trong dung dịch Dung lượng hấp phụ Cr( III) đạt 11,5mg/g Phương pháp đã được ứng dụng xác định lượng vết Cr( III) và Cr( VI) trong các mẫu nước thải 1.3.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [13] Cơ cở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là sự hấp thụ năng. .. nghiên cứu cách sử dụng các sản phẩm, phế phẩm có nguồn gốc tự nhiên vào việc xử lý nước thải là việc làm cần thiết Trên thực tế cho thấy các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên có nhiều ưu điểm so với các chất hấp thụ khác và các phương pháp khác: - Giá thành rẻ tiền, dễ kiếm như: thantro bay, than nâu, than hoạt tính, đất sét, mùn cưa, vỏ tôm, cua, bã mía, xơ dừa, vỏ trấu, vỏ lạc… - Khả năng hấp phụ. .. có mặt ở dạng anion như Cromat (CrO42-); đicromat (Cr2 O72-) và bicromat (HCrO4-) Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ Crom mà Cr( VI) tồn tại với hằng số cân bằng sau: H2CrO4 H+ + HCrO4- pK1 = 6,15 HCrO4- H+ + CrO42- pK2 = 5,65 Cr2 O72- + H2O pK3 = 14,56 2HCrO4- 1.2.4 Độc tính của Cr m [1, 25] Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên được sử dụng rộng rãi Vì vậy mà tác... dụng vào xử lý môi trường Có rất nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng Chitosan cho quá trình xử lý nước thải của nghành công nghiệp dệt nhuộm, mạ điện, thuộc da vv Marucca và các cộng sự 1982 đã kiểm tra sự hấp phụ Crom trong các điều kiện khác nhau [23] Các cộng sự [24] đã kiểm tra khả năng làm giàu Pb, crom(III) bởi chitin và chitosan Các nghiên cứu gần đây cho thấy chitin và chitosan hấp phụ các... tan trong dung dịch Khả năng hấp phụ của mỗi chất tùy thuộc vào bản chất, diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH, và bản chất của chất tan Để đánh giá lực hấp phụ người ta dựa vào năng lượng tự do, những chất có năng lượng tự do càng lớn thì càng có khả năng hấp phụ mạnh Năng lượng hấp phụ thường nhỏ hơn so với năng lượng liên kết hoá học, nên ở nhiệt độ thường hấp phụ là quá trình thuận... dung dịch nước và có chức năng như than hoạt tính trong việc loại bỏ Cr( VI) Bã mía coi đây là một nguồn nguyên dồi dào, rẻ tiền đối với quá trình xử lý kim loại nặng có trong nước Bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu [24] Bã mía sau khi xử lý bằng axit xitric được tác giả [21] ứng dụng làm vật liệu hấp phụ để tách loại Pb2+ từ dung dịch nước Kết... chất đã bị hấp phụ sẽ dễ bị khử hấp phụ Trong hấp phụ hoá học, các phân tử của chất bị hấp phụ liên kết với chất hấp phụ bởi các lực hoá học bền vững, tạo thành những hợp chất hoá học bề mặt mới, ví dụ như sự hấp phụ oxi trên bề mặt kim loại Hấp phụ hoá học là bất thuận nghịch và kèm theo một hiệu ứng nhiệt lớn (khoảng 40 - 400 kj/mol) Đây là tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hoá học . NHIÊN o0o LÊ THỊ TÌNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr TRÊN VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH Cr KHỎI NGUỒN NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC . TỰ NHIÊN o0o LÊ THỊ TÌNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr TRÊN VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH Cr KHỎI NGUỒN NƯỚC THẢI Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44. tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao [9]. 2 Trong luận văn này chúng tôi chọn đề tài: (( Nghiên cứu sự hấp phụ crom trên vỏ trấu và ứng dụng để xử lý tách crom khỏi nguồn nước thải ))