nghiên cứu xử lý tách loại và thu hồi crôm, niken từ nước thải bể mạ một số xí nghiệp mạ crôm, niken

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO n ề • ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘi ■ ■ • TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN • • • • v ũ THỊ THUỶ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TÁCH LOẠI VÀ THU H ồi CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI BỂ MẠ MỘT SỐ XÍ NGHIỆP MẠ CROM, NIKEN • • • S LUẬN ÁN THẠC s ĩ KHOA HỌC HOÁ HỌC C H U Y Ê N N G À N H : V Ỏ c ơ M Ả SỐ : 010401 Người hướng dẫn kho a học : T S . Lẻ H ù n g ị ị 1) I *!:/' i I i 'I* • r. • i; I'v 7 ''■ 11' • ỉ i h W M 1 H À N Ộ I - 2000 MỤC LỤC ■ • MỞ ĐẤU PHÂN 1 : TỔ NG QUAN 8 ỉ- Vai trò của nước và ảnh hưởng độc h ạ i của các kim loại nặng tro n g nước 1. 1- V ai trò của nước ô 1.2- Vai trò sinh hoá và độc tính của các nguyên tố hoá học 9 2- Đ ại cương về crom và niken 9 2.1- Giới ihiẻ u chung về crom 9 2.2- Giới thiệu chuniỊ về niken Ỉ2. 2.3- Độc lính của crom lỹ 2.4- Độc tính của niken /7 3- G iới th iệ u khoáng sét /7 3.1- Khoáng nhóm ca o lin it lô 3.2- Khoáng nhóm m ontm orilonit IỌ 4- M ột số phương pháp xử lý và th u hổi crom , niken từ nước th ả i công nghiệp 4.1- Phương pháp trung hoà 2.0 4.2- Phương pháp diện hoá 22 4.3- Phương pháp hấp phụ 23 4 .3 .1 - Nguyên lý chung của phưưnỉỉ pháp hấp phụ 2 Ỉ 4.3.2- Qui luật chung cùa phương pháp hấp phụ 25" 4.3.3- Chọn chất hấp phụ ''2 6 4.3.4- Kỹ thuật hấp phụ Z3 4.4- Phương pháp sắc ký trao đổi ion 3^ 4.4 .1' Thu hổi kim loại bằng nhựa cationit 35" 4.4.2- Thu hổi kim loại bàng nhựa anionit ^ 5- Các phương pháp phân tích crom , niken. 4° 5.1- Phương pháp hấp phụ nguyên tử 4o 5.2' Phương pháp phân tích thể tích 4 / 5.3- Phương pháp trắc quang PHẦN 2 : THỰC NGHIỆM 47 42 A l)ỤN<; c ụ VÀ HOẢ CHẤT 1- Dụng cụ 47 2- Hoá chất ^8 Pha hoá chất w B NGHIÊN CỨU TÁCH VÀ THU HỔI CROM 5/ I - Phán tích crom 57 1. 1- Cách tiến hành xác định irấc quang crom bằng Ihuốc thử diphenylcacbazit 1.2- Chuẩn b ị dung dịch nghiên cứu 52 1.3- Lập đường chuẩn 53 2- Tách crom bằng phương pháp h y đ ro x it S5 2.1- Nghiên cứu độ tan của hyđroxit lưỡng tính Sĩ 2.1.1- Bài toán về độ lan của cro m (n i) hyđroxit 2 .1.2- Lập trình trên máy tính và nghiên cứu pH tố i ưu 59 2.2- Kháo sát dô tan của c ro m (III) hyđroxit 2.2.1- Kết tủa Cr3+ bằng natri hyđro xit 2.2.2- Kết lủa Cr3+ bằng canxi hyđro xit 64 2.2.3- Kết tủa C r3+ bằng natri cacbonat 56 3- Tách crom bằng phưong pháp hấp phụ trên N a-bentonit 6g 3 .1- Hoạt hoá và tinh chế N a-bentonit 60 3.1.1- Hoạt hoá bentonit bằng NaCI 66 3 .1.2- Tinh chế Na-bentonit 3.2' Khảo sát khả năng hấp phụ của CrJ+ trên N a-bentonil €9 3.2.1- Xác định dung lượng hấp phụ 6? 3.2.2- Kháo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit 3.2.3- Khái) sát ánh hường của thời gian hấp phụ 70 4- Thu hồi crom bang phương pháp sác ký trao dổi ion trẽn nhựa cationit a x it m ạnh 71 4. ] - Giới thiệu phương pháp sắc ký trao đối ion 71 4.1.1 - Cơ sở của phương pháp 72 4 .1.2- Chuẩn bị nhựa 72 4.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thu hổi crom báng nhựa cationit axit mạnh 72 4.2.1 - Khảo sát ánh hưởn^ của thời gian hấp phụ 73 4.2.2- Khảo sát ảnh hưởng của thời ụian rửa giải 74 4.2.4- Khảo sát ánh hường cùa nống độ H ,()2 của dung dịch rữa giải 76 4 : 2 . Khảo sát ảnh hưởng của pH tìuno dịch rỉra giải 75- V Thu hói crom bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên nhựa c a tio n it a x it yêu 7ồ 5.1- G iới thiệu phương pháp 7g 5.2- Chuẩn b ị nhựa 78 5.3- Kháo sát các yếu lô' ảnh hưởng dến quá trình thu hồi crom bằng nhựa calio n it a xil yếu 7B 5 .3 .1 - Khảo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 5.3.2- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian rửa giái 8° 5.3.3- Khảo sát ánh hưởng của pH dung dịch rửa giải 5.3.4- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H20 2 trong dung dịch rửa giải 82 5.3.5- Khảo sát ảnh hường của tốc độ hấp phụ 5.3.6- Kháo sát ánh hường của tốc độ rửa giả i 84 5.3.7- Khảo sát lượng crom giải hấp theo các phân đoạn 86 »- Xử lý và th u hổi crom từ nước tha i bè mạ quân đội Z121 6.1- Tách C rtf bằng NaOH Qữ 4 6.2- Tách C ru bàng Na-benlonit gg 6.3- Thu hối C r,+ bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên catio nit axit yếugg ( / N tíIỈIÊ N CỨU TÁ CH VÀ THU H ồ i N1KEN gỹ 1- Phân tíc h niken 1.1- Chuán hi dung dịch nghiên cứu 1.2- Phân lích niken bằng phưưnụ pháp trác quang với thuốc thử Jim e tylg lio x im 1.3- Lập đường chuẩn 2- rá ch n ik e n bang phương pháp h y đ ro x it yi 2.1- N ghiên cứu lý Ihuyết ỹi 2.1.1- Xác định nồng độ nikcn trong mẫu nước thải ỹi 2. 1.2- Bài toán tìm pH cho N i(O H )2 kết tủa lố i ưu ỹl 2.2- N iih iê n cứu thực nghiêm ỹS 2.2.1 - Kết lúa Ni2+ bằng NaOH ỹi 2.2.2- Kết lúa N i2+ bằng Ca(OH)2 ỌỊ 2.2.3- Kết tủa N i2+ bằng Na2COj 95 3- rá ch niken bàng phưoTig pháp hấp phụ trên N a-b entonit 98 VI - Xác định dung lượng hấp phụ ọg V2- Kháo sát khả năng hấp phụ cùa N i2+ trên Na-hentonit 9Ồ v 2 .1 - Khải) sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit ỷệ 3.2.2- Kháo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 100 4- Xử lý tách lo ạ ỉ niken từ nước th ả i bể mạ nhà máy quân đ ội Z121 101 4.1- Tách niken bàng phưimu pháp h yđ ro xit /01 4.2- Tách nikcn bằng phương pháp hấp phụ trôn Na-bentonit 101 5- r iiu h ói n iken bàng phương pháp điện phân 10/ 5.1- Khảo sát sự ánh hưởng của diện thế 102. 5.2- Khảo sát sự ánh hường của thời ui an diện phán I0Ỉ 5.3- Kháo sát sự ảnh hướng của pH dung dịch diện phân ]0ÍT 5.4- Kháo sát sự ảnh hưởng của nổnu độ dllI1U dịch điện phân J0 6 6- Thu hoi niken bảng phương pháp điện phán /°7 PHẤN 3 : KỂT LUẬN Ịồọ PHÀN 4 : TÀI LIỆU THAM KHẢO lli 6 MỞ ĐẦU Cùnu với sự phát triển cùa nền kinh tế và đời sống nhu cầu về nước ngày càng nhiồu, lượng nước công nghiôp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng lớn. gây ô nhiễm đáng kê đến nước bồ mặt và môi trường. Nước thải dưa vào hề mật các loại hợp chất khác nhau từ dạn tỉ, tan, dạng huyền phù, dạng nhũ tưưng đến các loại vi khuẩn. Một số chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước có ánh hướng độc hại lới sự phái triển của các vi sinh vật trong nước. Trong số các chất vô cơ phải kể đến các ion Pb2+, A s '\ C r!+, Ni2+ [3| Để giảm mức dộ gây ô nhiễm cùa nước thải công nghiệp tới các níỊUổn nước nuô cá và tưới tiêu trong bản luận án này chúng tôi tập chung nuhiên cứu xử lý lách loại và thu hổi crom, nikcn trong nước thái bể mạ nhà máy quân đội Z 121. 7 PHẦN 1 TỔNG QU AN 1. VAI TRÒ CỦA NƯỚC VẢ TÁC DỤNG ĐỘC HẠI CỦA CÁC ION KIM LOẠI TRONG NƯỚC 1.1.Vai trò của nước:( 1) Nước là một chái hình thường vì tính phổ biến của nó nhưng lại rất khác thường vồ tính chất và ứng dụng. Ta đã biết nước không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt hàng ngày , còn trong công nghiệp nước cũng rất cần cho công nghiệp hoá học và những nghành có liên quan như dược phẩm, thực phẩm ở đó nước là môi trường đổ tiến hành phản ứng hoá học, nước là chất phản ứng đổ tạo Ihành sản phẩm; nhiéu khoáng chất và nguyôn tỏ hoá học được tách ra từ các nguồn nước có hoà tan chúng Với những lính chất dị thường vốn có, nước thực sự là nguyên liệu quí giá của công nghiệp. Với diện tích gần ba phần tư bề mặt Irái đất độ sâu trung bình 4km, biển và dại Jương cỏ tác dụng diều hoà nhiệt độ trên trái dất. Trong lòng dại dương có đến 40 nghìn loại cá sinh sống , tổng lượng hàng năm hàng chục triệu tấn , rong biển và những nghành thân mồm chứa protit có giá trị và các nguyên tố vi lượng được sử dụng rộng rãi làm Ihức ăn cho người. Vì vậy nước khống những quan trọng đối với dời sồng, công nghiệp mà còn không thể thiếu dược đối với sự sống của rất nhiiu loài động vật có ích trong nước. Hiện nav con người dang tìm cách sir dụnu một cách khoa học các nguồn niró- - mội lài sản vỏ iỉiá trẽn trái đất, giữ cho chúng khỏi bị nhiễm bẩn , nhất là bị 8 nhicm lioá chất độc. Đổng thời , bằng phương pháp khoa học tác động vào nước con ni>ườị khônu ngừnụ tạo thèm cho nước những IÍI1Ỉ1 chất đặc hiệt khác có lợi cho kỹ thuật và đời sống. 1.2.Vai trò sinh hoá và độc tính của các nguyên tô hoá học. Các ion kim lại nặng vào cơ thổ có tác hại lớn với các enzim, dặc biệt chúng có ái lực lớn đồi với các phối tír chứa nhóm -SH và -SCHiCỦa các en/.im làm mất hoại tính sinh học của chúng.(11) SH s en/im ^ +Hg2+ —> Enzim 's's‘ Hg + 2H+ Các melallocnzim chứa các ion kim loại trong cấu trúc của chúng được thế chồ bời các ion khác có cùng kích thước và điện tích thì tác dụng sinh hoá của nó bị k>m hãm , ví dụ Zn2+ trung một số meiallocn/.im dược thay thế bằng C(J2+ thì sẽ dán đến sự nhiỗm độc Cd2+. Từ láu người ta dã nhận thấy rằng các nguyên lố dạng vết có một chức năng đạc ">iệi như là một loai chất hoạt hoá cnzim . Chính vì vậy mà xuất hiện một khả nàng nguy hiểm rất lớn đối với cơ thổ sống do việc một số nguyên tố như Cd, Ni, Pb Có thể thay thế các nguyên tố cần thiết. Điều này gây ra hội chứng nhiễm dộc và dẫn đến tử vong. Ngoài ra cũng có khá năng một sô' nguyên tố cần thiết có mạt với một ỉirợng dư sẽ làm rối loạn chức năng sinh hoá binh thường của các nụmèn lô' khác do đó sinh ra hội chứng nhiễm độc( l5t 2 ĐAI CƯƠNG VỀ CROM VÀ N1KEN 2.1.Giới thiệu chung về crom( 14) Crom là nguyên tô' nhóm d , số thứ tự 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn MenJelcep. Crom ở dạng đơn chất là kim loại óng ánh, màu trắng xám. Crom 9 nmivên chất rất dẻo nhưng hợp kim crom với mội số kim loại dùng trong kỹ thuật lại 1.1 một troni; những hợp kim cứnu nhất. Crom dơn chấl dỗ bị thụ động hoá trong axil nitric và axit sunfurie đặc . Khi (lun nónii và đặc biệt ờ trạng thái nghiền nhò erom bị nhiều á kim oxi hơá , ví dụ bị cháv trong oxy 4Cr+ 3()2 = 2Cr2(), ('ác hợp chất Cr(Il) người ta mới chỉ biết dược một ÍI dần xuất như CrO mầu đen. Cr(()H)> mầu vàng , CrS màu đen, CrClj, không màu các muối Cr(II) là những chất khỉr mạnh , chẳng hạn chúng dề bị oxy không khí oxy hoá. 4|Cr(OH2)J2f + ()2 + 4H+ = 4[Cr(OH2)6]3+ + 2H20 Nếu môi inrờno nước không chứa chất oxy hoá thì chúng sẽ hị phân huỷ dấn bởi nước: 2CrCl2 + 2H,C) = 2Cr(OH)Cl2+ H2 Các hợp chất bậc hai của Cr(II) thực tế chỉ thể hiên tính bazơ , chẳng hạn Cr<). Cr(OH)2chỉ tương tác với các axil CrO + 2H,()+ + 3H20 = [Cr(OH2)6ị2+ Các phức aquơ [Cr(OH2)6]2+ và các hydrat tinh thổ CrS04.7H20 có màu xamli nước biển. Phức chất hexaaquơ ịCr(OH>)J2+ có cấu tạo bát diện ứng với cấu hình electron [8"T2lK(d)]-’ |5*r Cr(III) oxyl khó nóng chảy (Tnc = 2265°c ) khòníỉ tan trong nước, kiềm hay axiit Bản chái lưỡng tính của nó thổ hiên khi nấu chảv với các hợp chất tương ứng chẳng hạn nấu chảy Cr2()(với kalidisunfat tạo thành Cr(ỈII) sunfat: 1 0 [...]... có đặc tính trươntĩ nở mạnh Khoáng sét montmorilonit I chứ a cation trao dổi là Na+có tôn là sét bentonil 4- MỘT SỔ PHƯƠNG PHÁP x ứ LÝ VÀ THU H ổi CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Thông thường để xử lý và thu hổi crom từ nước thải công nghiệp , người ta dùng phương pháp : hoá học, hoá lý, sinh hoá Phương pháp hoá học và hoá lý là những phương pháp dùng để xử lý thu hổi kim loại quí hoặc để khử chất... dịch 1,5 và nồng dô Cr 6+ trong dung dịch trước điện phân là 0,0075 N cho hiộu suất thu hồi lốt nhất 4.3- Phương pháp hấp phụ 4.3.1- Nguyên lý chung của phương pháp hàp phụ: ị5 I Phương pháp hấp phụ dược xử lý rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp vì phương pháp này rất vạn năng, nổ cho phép xử lý nước Ihải chứa 1 hoặc nhiồu loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước thải rất... trong nước uống là 0,05mg/l ơ Việt nam , Bộ khoa học công nghê và môi trường cũng đã đưa ra một số chi tiêu chuẩn tạm thời về hàm lượng crom troníỉ nước như sau: • Nước thải : • Nước bề mặt : (),5mg/l 0 , 8 - 3mg/l 16 • Nước ăn, sinh hoạt : 0,05mg/l 2.4.ĐỘC tính của niken 112ị: Trong nirớc sinh hoại và nước tự nhiên thường ít gặp niken, nó chí có ở mội số nguổn nước chảy qua các vùn li có chứa quặng niken. .. người và động thực vật Đối vói con ngưòi [9J: Trong nước thải crom ờ dạng Crỉ+ và Cr6 nhưng Cri+ Ihường găp hơn + Dạng này bị ảnh hưởng bởi mức độ khử của ion kim loại trong nước và cả các hợp chất hữu cơ cố tính khử Nguồn gốc của nó là do chất thải từ công nghiộp mạ và quá trình đốt cháy các nhiên liệu hoá thạch Hiệp hội WHO (Worrld Health Organization) tìm thấy 17 nguồn nước ngầm và một nguồn nước. .. kim loại nhóm VIII (trừ Ru và Os) mangan và đổng Còn với Cr, Ti, Al, Be, Ru, Os và các kim loại khác , niken cho duim dịch hạn chế Trong số các hựp chất kim loại của niken, quan trọng nhất là Ni,AI, NiMn , NiAl, Chúng tham gia vào Ihành phần các hợp kim của nikcn, làm cho những hợp kim này có những lính chất cơ , lý , hoá quý uiíí Các kim loại càng nằm xa niken trong bảng HTTH, thì các hợp chất kim loại. .. pháp gạn lọc để tách riêng chấl thải ớ dạng lỏng và rắn Từ bã thải rắn ihu dirực , có thể tách và thu hổi erom ờ dạng sạch bằng phương pháp hoá lý như phương pháp sắc ký, phương pháp điện hoá 4.2- Phương pháp điện hoá : 115 I Phương pháp này thực chất là phán ứng oxy hoá khử thực hiện trên các điện cực nhầm phá huỷ tạp chất dộc hại trong nước thải, thu hổi các kim loại quí rồi dưa vào sử dụng lại... tỉ lớn cỡ g/l Hàm lirợnu kim loại sau khi xử lý có thể đạt tới nm/l Vì vậy phươnu pháp điện phân được sử dụng rộng rãi đô tách kim loại từ oxit hoặc dung dịch muỏi kim loại Thông thường phán huỷ chất độc hại và thu hồi chất quý hiếm là hai nhiệm vụ đồng thời Nhờ quá trình oxy hoá khử các chất độc hại trở thành không dộc hại và thu hồi dược chấl quí để tái sán xuất Dựa vào phương pháp này trước đâv... các vùn li có chứa quặng niken và cỏ nhiều trong nước thải mội số nhà máy luyôn kimvà hoá chất có dùng niken Trong nước niken thường tôn lại Ni2+ dạng phức xianua Nước chứa Ni2 gây ra chứng ne ứa , viêm da ở những người nhạy cảm với + niken và gây ngộ độc do cacbonyl niken , ảnh hưởng phổ biến nhái do tiếp xúc với nikcn là “chứng ngứa nikcn” chủ yếu là nhữno người làm mạ niken Ngoài ra cũng xây ra hiện... và mixen sẽ lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của nước với hề mặt chất hấp phụ ưa nước nhất Vì vậy các chất hioạt tính hề mãi , thu c nhuộm trực tiếp và các hợp chất khác có tính chất của chất đ:iện ly , keo thì chẳng những hấp phụ được rất nhanh và mạnh từ các dung dịch kteo vào các chấl hấp phụ kỵ nước mà vào cả vật liệu xốp ưa nước , đặc biệt là oxil ctủa nhôm và sắt Dodó nCn tlùng các loại. .. để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý hang các phương pháp khác Hiện tượng lăng nồng dô chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện lượng hấp phụ Hấp phụ có thể diễn ra ờ bẻ mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí , giữa pha lỏng và rắn Trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức là nối vé quá trình hấp phụ chấl bẩn hoà tan ở bề mặt biôn giới giữa pha lỏng và . DỤC VÀ ĐÀO TẠO n ề • ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘi ■ ■ • TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN • • • • v ũ THỊ THU NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TÁCH LOẠI VÀ THU H ồi CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI BỂ MẠ MỘT SỐ XÍ NGHIỆP. nhiễm cùa nước thải công nghiệp tới các níỊUổn nước nuô cá và tưới tiêu trong bản luận án này chúng tôi tập chung nuhiên cứu xử lý lách loại và thu hổi crom, nikcn trong nước thái bể mạ nhà máy. nở mạnh. Khoáng sét montmorilonit chứa cation trao dổi là Na+ có tôn là sét bentonil . 4- MỘT SỔ PHƯƠNG PHÁP x ứ LÝ VÀ THU Hổi CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP. Thông thường để xử lý và thu