nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS.TS. Lê Hữu Thiềng – Người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và đi đến hoàn thiện đề tài này. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tập thể giáo viên khoa Hoá học - trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo và các bạn bè thân hữu đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện đề tài này. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Trần Thị Vân Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1:TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về đối tượng xử lý: ion kim loại nặng Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ . 3 1.1.1.Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. 3 1.1.2.Tác động sinh hóa của ion Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ đối với con người và môi trường. 3 1.1.2.1. Chì. 4 1.1.2.2. Đồng. 4 1.1.2.3. Niken. 5 1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. 5 1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng. 6 1.2.1. Phương pháp kết tủa. 6 1.2.2. Phương pháp trao đổi ion. 7 1.2.3. Phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4.1. Sự hấp phụ, cân bằng hấp phụ. 7 1.2.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 1.2.5. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.2.5.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước. 13 1.2.5.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.3. Quá trình hấp phụ động trên cột. 14 1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng. 15 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.4.2. Cơ sở của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.5. Phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.6. Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng chì bằng phép đo phổ 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hấp thụ nguyên tử ngọn lửa đèn khí (F - AAS). 1.7. Giới thiệu về VLHP: Bã mía. 17 1.8. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP. 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM. 20 2.1. Dụng cụ và hoá chất. 20 2.1.1. Dụng cụ. 20 2.1.2. Hoá chất. 20 2.2. Chế tạo VLHP từ bã mía. 21 2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được. 21 2.4. Xây dựng đường chuẩn xác định Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 21 2.4.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ chì. 22 2.4.2. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 22 2.4.3. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh. 24 2.5.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 24 2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP. 25 2.6. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ bằng VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ động trên cột. 25 2.6.1. Chuẩn bị cột hấp phụ. 25 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng. 25 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit clohiđric đến khả năng giải hấp, thu hồi ion Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ của VLHP. 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.6.3.1. Dùng dung dịch rửa giải là EDTA. 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HNO 3 . 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HCl. 26 2.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP. 26 2.8. Sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải chứa ion Pb 2+ . 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP. 28 3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 29 3.3. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 30 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 32 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP. 34 3.5.1. Đối với Cu 2+ : 35 3.5.2. Đối với Ni 2+ : 36 3.5.3. Đối với Pb 2+ : 37 3.6. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ trên cột hấp phụ. 38 3.6.1. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Cu 2+ : 38 3.6.2. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Ni 2+ : 41 3.6.3. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Pb 2+ . 43 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp. 44 3.7.1. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp của các dung dịch rửa giải ở các nồng độ khác nhau. 44 3.7.1.1. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là EDTA. 44 3.7.1.2. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HNO 3 . 47 3.7.1.3. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HCl. 50 3.8. Kết quả của sự tái sử dụng vật liệu hấp phụ với vật liệu hấp phụ đã 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hấp phụ ion Pb 2+ . 3.9. Kết quả của việc sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải chứa Pb 2+ . 55 KẾT LUẬN 57 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công nghiệp và nước cấp sinh hoạt. 5 Bảng 2: Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 Bảng 3: Điều kiện để xác định chì, đồng, niken. 17 Bảng 4: Số liệu xây dựng đường chuẩn chì. 22 Bảng 5: Số liệu xây dựng đường chuẩn đồng. 22 Bảng 6: Số liệu xây dựng đường chuẩn niken. 23 Bảng 7: Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ . 29 Bảng 8: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian xử lý. 30 Bảng 9: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. 32 Bảng 10: Ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. 34 Bảng 11: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ . 38 Bảng 12: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Cu 2+ . 39 Bảng 13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Ni 2+ . 41 Bảng 14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Pb 2+ . 43 Bảng 15: Kết quả giải hấp Cu 2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 45 Bảng 16: Kết quả giải hấp Ni 2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 46 Bảng 17: Kết quả giải hấp Cu 2+ bằng axit HNO 3 với nồng độ khác nhau. 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 18: Kết quả giải hấp Ni 2+ bằng axit HNO 3 với nồng độ khác nhau. 48 Bảng 19: Kết quả giải hấp Cu 2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 50 Bảng 20: Kết quả giải hấp Ni 2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 51 Bảng 21: Kết quả giải hấp Pb 2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 52 Bảng 22: So sánh khả năng hấp phụ của VLHP mới và VLHP tái sinh. 54 Bảng 23: Kết quả tách loại Pb 2+ khỏi nước thải. 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình cột hấp phụ 14 Hình 2 : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của cột theo thời gian. 15 Hình 3: Đường chuẩn xác định hàm lượng chì. 22 Hình 4: Đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 23 Hình 5: Đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 Hình 6: Phổ IR của nguyên liệu 28 Hình 7: Phổ IR của VLHP 28 Hình 8: Ảnh SEM của nguyên liệu 29 Hình 9: Ảnh SEM của VLHP 29 Hình 10: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian xử lý. 31 Hình 11: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ VLHP vào pH của dung dịch Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ . 33 Hình 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Cu 2+ . 35 Hình 13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Cu 2+ . 36 Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Ni 2+ . 36 Hình 15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Ni 2+ . 37 Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Pb 2+ . 37 Hình 17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Pb 2+ . 38 Hình 18: Nồng độ Cu 2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn vị thể tích khác nhau. 40 Hình 19: Nồng độ Ni 2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn vị thể tích khác nhau. 42 Hình 20: Nồng độ Pb 2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn vị thể tích khác nhau. 43 [...]... liệu hấp phụ Hiểu được tầm quan trọng của nguồn nước sạch và môi trường sống, nước ta đã có những khuyến khích trong việc nghiên cứu và tìm biện pháp xử lý nguồn nước thải Vì những lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường. ” Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu. .. xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng Chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường Sự biến đổi... tương sau khi xử lý với NaOH và axit xitric thì dung lượng hấp phụ cực đại lên tới 108mg/g [18, 19] - Lõi ngô: Nhóm nghiên cứu ở trường đại học North Carolina ( Hoa Kỳ) đã tiến hành nghiên cứu và đề suất quy trình xử lý lõi ngô bằng dung dịch NaOH và H3PO4 để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng Hiệu quả xử lý của vật liệu hấp phụ tương đối cao Dung lượng hấp phụ cực đại của hai kim loại nặng Cu và. .. các nội dung sau: - Chế tạo được VLHP từ bã mía - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của bã mía bằng phổ IR và ảnh chụp SEM - Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ tĩnh Cụ thể là các yếu tố: pH tối ưu, thời gian đạt cân bằng hấp phụ, nồng độ đầu - Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ bằng VLHP chế... phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối Trong một số hệ hấp phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.[1, 2, 5, 8] Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ trên bề mặt hấp phụ vẫn có thể... 0,39 và 0,62 mmol/g vật liệu.[13, 17, 20] - Bã mía được đánh giá là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt không chỉ đối với các ion kim loại nặng mà còn có khả năng hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ độc hại Bã mía được biến tính bằng nhiều phương pháp sẽ tạo ra những VLHP khác nhau và có khả năng hấp phụ khác nhau như: biến tính bằng axit sunfuric, anhydrit succinic…[4, 16, 17] Với mục đích sử dụng VLHP để hấp. .. tố hấp phụ hỗn hợp, sự biến đổi bản chất hoá học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào môi trường [1, 2] 1.3 Quá trình hấp phụ động trên cột Quá trình hấp phụ động trên cột thường được diễn tả như sau: Lối vào 1 1.Vùng hấp phụ bão hoà 2 2.Vùng chuyển khối 3 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ Lối ra Hình 1: Mô hình cột hấp phụ Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấơ phụ Sau một thời... cột hấp phụ chia thành ba vùng: Vùng 1: ( Đầu vào nguồn xử lý) : Chất hấp phụ đã bão hoà và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào Vùng 2: (Vùng chuyển khối, vùng hấp phụ) : Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không Vùng 3: (Vùng lối ra của cột hấp phụ ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không Khi. .. hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta chia làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lí: gây ra bởi lực tương tác Vanderwaals giữa phần tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Lực liên kết này yếu dễ bị phá vỡ Quá trình hấp phụ vật lí là một quá trình thuận nghịch Hấp phụ hóa học: gây... chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng nói chung và chì nói riêng trong môi trường nước [4] 1.2 Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng Hiện nay môi trường nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn có nguy cơ bị ô nhiễm kim loại nặng khá lớn, nó đe dọa đến sức khỏe của con người và môi trường sống Để đáp ứng nhu cầu về nước sinh hoạt và việc xử lý môi trường đòi hỏi phải . NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG. Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường. ” Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các. PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi