nghiên cứu khả năng hấp thụ CR6+ bằng xơ dừa nước ứng dụng vào xử lý nước thải xi mạ

iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH x CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu của đề tài 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 3 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 CHƯƠNG II TỔNG QUAN 7 2.1. Crom và các hợp chất của Crom 7 2.1.1. Crom [1] 7 2.1.2. Trạng thái tự nhiên 8 2.1.3. Ứng dụng của một số hợp chất chứa Crom trong công nghiệp 9 2.1.4. Dược động học và độc tính của Crom VI 10 2.1.4.1. Dược động học của Crom 10 2.1.4.2. Độc tính 11 2.2. Ô nhiễm kim loại nặng từ công nghiệp xi mạ 13 2.3. Các quy định về nồng độ giới hạn của Crom (VI) 17 iv 2.3.1. Các tiêu chuẩn, qui định trên thế giới 17 2.3.2. Các tiêu chuẩn củaViệt Nam 17 2.4. Các phương pháp xử lý nước thải chứa crom VI 18 2.4.1. Phương pháp hóa học 18 2.4.2. Phương pháp trao đổi ion 19 2.4.3. Phương pháp điện hóa 21 2.4.4. Phương pháp hấp phụ 21 2.4.5. Phương pháp sinh học 22 2.5. Đặc tính vật liệu có nguồn gốc cellulose 22 CHƯƠNG III QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 26 3.1. Cơ sở quá trình hấp phụ 26 3.1.1. Những nguyên lý chung 26 3.1.2. Các quá trình chuyển khối 27 3.1.2.1. Hệ phản ứng rắn - lỏng 27 3.1.2.2. Quá trình chuyển khối qua màng 28 3.1.2.3. Quá trình chuyển khối trong hạt xốp 29 3.2. Kỹ thuật hấp phụ 30 3.2.1. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 30 3.2.2. Hấp phụ trong điều kiện động 31 3.2.2.1. Quá trình chuyển khối trong cột 32 3.2.2.2. Phương trình tính toán cột hấp phụ 33 3.3. Phương trình động học hấp phụ 35 3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ 37 3.4.1. Phương trình Langmuir 37 v 3.4.2. Phương trình Freundlich 38 3.4.3. Phương trình Temkin – Pijov 39 3.5. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT – IR 39 CHƯƠNG IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 4.1. Vật liệu hấp phụ 41 4.2. Ảnh SEM và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT – IR 41 4.3. Phương pháp định lượng Crom (VI) 42 4.3.1. Phương pháp trắc quang 42 4.3.2. Phương pháp lập đường chuẩn 43 4.3.2.1. Nguyên tắc 43 4.3.2.2. Các yếu tố cản trở 44 4.3.3. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 44 4.3.4. Dựng đường chuẩn định lượng Crom (VI) 45 4.4. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 46 4.4.1. Ảnh hưởng của pH 46 4.4.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 47 4.4.3. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 47 4.4.4. Cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt 48 4.4.5. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 48 4.4.6. Ảnh hưởng của các cation đến quá trình hấp phụ 49 4.5. Hấp phụ trong điều kiện động 50 CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 5.1. Đặc điểm của bột xơ dừa nước 52 vi 5.2. Đường chuẩn Crom (VI) 54 5.3. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 55 5.3.1. Ảnh hưởng của pH 55 5.3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 57 5.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 59 5.3.4. Động học hấp phụ 61 5.3.5. Đẳng nhiệt hấp phụ 64 5.3.6. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 68 5.3.7. Ảnh hưởng của các cation đến quá trình hấp phụ 70 5.3.8. Phổ FT – IR sau khi XDN hấp phụ Cr 6+ 71 5.4. Hấp phụ trong điều kiện động 71 5.4.1. Thí nghiệm với dung dịch Cr 6+ tự pha 71 5.4.2. Áp dụng xử lý nước thải mạ crom từ KCN Việt - Singapore 75 CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 6.1. Kết luận 77 6.2. Kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHỤ LỤC IV vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACGIH American Conference of Industrial Hygienists Tổ chức về Vệ sinh công nghiệp Hoa Kỳ EPA Environmental Protection Agency, US Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ FDA Food and Drug Administration, US Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ IDLH Immediately Dangerous to Life and Health Mức gây nguy hiểm tức thời đến tính mạng và sức khỏe NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health Viện Sức khỏe và An toàn nghề nghiệp toàn quốc Hoa Kỳ OSHA Occupational Safety and Health Administration, US Tổ chức theo dõi về Sức khỏe và An toàn nghề nghiệp Hoa Kỳ PEL Permissible Exposure Limit Mức nguy hiểm tối đa có thể chấp nhận được TLV Threshold Limit Value Trị số giới hạn ngưỡng TWA 8-hours Time Weighted Average Nồng độ trung bình theo thời gian XDN Xơ dừa nước viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Độc cấp qua hô hấp LC50 của Cr 6+ đối với chuột trong 4h 12 Bảng 2-2 Độc cấp đường miệng LD50 của Cr 6+ đối với chuột đực và chuột cái 12 Bảng 2-3 Các ngành công nghiệp phát sinh kim loại nặng 13 Bảng 2-4 Lượng cặn tạo thành khi khử và trung hòa 1 kg acid cromic 19 Bảng 2-5 Thành phần hóa học trong xơ dừa 25 Bảng 4-1 Lập đường chuẩn đo Cr 6+ 46 Bảng 4-2 Các thông số của cột hấp phụ 50 Bảng 4-3 Chỉ tiêu pH và Cr 6+ trong nước thải xưởng mạ thép KCN Việt-Singapore 51 Bảng 5-1 Kết quả dựng đường chuẩn Cr(VI) 54 Bảng 5-2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH, C o = 29±0,2 o C 55 Bảng 5-3 Sự thay đổi pH của dung dịch sau khi hấp phụ Cr 6+ 56 Bảng 5-4 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr 6+ , C o = 50 mg/l, pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t o =29±0,2 o C 57 Bảng 5-5 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr 6+ , C o = 100 mg/l, pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t o =29±0,2 o C 58 Bảng 5-6 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr 6+ , C o = 100 mg/l, pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t o =29±0,2 o C 58 ix Bảng 5-7 Ảnh hưởng của liều lượng XDN đến % hấp phụ Cr 6+ ; C o =100 mg/l; pH = 2; t o =29±0,2 o C 59 Bảng 5-8 Tính toán phương trình giả định bậc một 61 Bảng 5-9 Tính toán phương trình giả định bậc hai 62 Bảng 5-10 Các tham số phương trình phản ứng giả định bậc một 63 Bảng 5-11 Các tham số phương trình phản ứng giả định bậc hai 63 Bảng 5-12 Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt C o = 50÷500 mg/l; pH = 2; liều XDN = 2g/l; t o = 29±0,2 o C, t = 60 phút. 64 Bảng 5-13 Các hằng số đẳng nhiệt hấp phụ Cr 6+ lên XDN, C o =50 ÷ 500mg/l; pH = 2; t o = (29 ± 1) o C 67 Bảng 5-14 Dung lượng hấp phụ q e dựa trên tính toán lý thuyết và thực nghiệm 67 Bảng 5-15 So sánh q max của XDN với một số vật liệu hấp phụ Cr 6+ khác 68 Bảng 5-16 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 68 Bảng 5-17 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các cation Cu 2+ , Zn 2+ 70 Bảng 5-18 Kết quả thực nghiệm 73 Bảng 5-19 Các hằng số hấp phụ động khi Co = 50mg/l, F=1,0608 m 3 /m 2 /h, pH=2; t o = 29÷0,2 o C 74 Bảng 5-20 So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán và theo thực nghiệm trên mẫu nước thải mạ crom 76 x DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Quy trình công nghệ xi mạ trong công nghiệp 15 Hình 5-1 Đường chuẩn Cr 6+ 54 Hình 5-2 Ảnh hưởng của pH đến % hấp phụ Cr 6+ ,C o =20, 50, 75 và 100 mg/l; t o = 29±0,2 o C; liều XDN = 2 g/l 55 Hình 5-3 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr 6+ ; C o = 50, 75 và 100 mg/l; pH = 2; liều XDN = 2 g/l; t o =29±0,2 o C 59 Hình 5-4 Ảnh hưởng của liều lượng XDN đến % hấp phụ Cr 6+ ; C o =100 mg/l; pH = 2; t o =29±0,2 o C 60 Hình 5-5 Động học hấp phụ Cr 6+ của XDN theo phương trình phản ứng giả định bậc một; C o = 50, 75, 100 mg/l; pH = 2; t o =29±0,2 o C; liều lượng XDN 2g/l 61 Hình 5-6 Động học hấp phụ Cr 6+ của XDN theo phương trình phản ứng giả định bậc hai; C o = 50, 75, 100 mg/l; pH = 2; t o =29±0,2 o C; liều XDN 2g/l 62 Hình 5-7 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir, C o = 50÷500mg/l, pH = 2; t o =29±0,2 o C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 65 Hình 5-8 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Freundlich, C o = 50÷500mg/l, pH = 2; t o =29±0,2 o C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 65 Hình 5-9 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Temkin, C o = 50÷500mg/l, pH = 2; t o =29±0,2 o C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 66 Hình 5-10 Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt, C o =50÷500 mg/l ; pH =2; t o =29±0,2 o C, liều XDN 2g/l. 67 Hình 5-11 Ảnh hưởng của Cl - , SO 4 2- , NO 3 - đến % hấp phụ Cr 6+ 69 xi Hình 5-12 Ảnh hưởng của Cu 2+ , Zn 2+ đến % hấp phụ Cr 6+ 70 Hình 5-13 Ảnh phổ FT-IR của XDN trước và sau khi hấp phụ Cr 6+ 71 Hình 5-14 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 32 mm, C o =50mg/l, pH =2, F = 1,0608 m 3 /m 2 /h, thể tích XDN V = 8 ml 72 Hình 5-15 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 53 mm, C o =50mg/l, pH =2, F = 1,0608 m 3 /m 2 /h, thể tích XDN V =13 ml 72 Hình 5-16 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 65 mm, C o =50mg/l, pH =2, F = 1,0608 m 3 /m 2 /h, thể tích XDN V =16 ml 73 Hình 5-17 Đồ thị t = f(Z) tại C/C o = 0,001 và 0,05; C o = 50 mg/l, F= 1,0608 m 3 /m 2 /h, pH=2, t o = 29÷0,2 o C 74 Hình 5-18 Kết quả xử lý nước thải mạ crom, C o = 64 mg/l; pH = 1,7; Z=0,03m; lượng bột XDN = 1g; thể tích bột XDN = 8ml. 76 Hình 6-1 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải xi mạ chứa crom 80 xii [...]... yêu thích Vì thế, lượng xơ dừa sinh ra khá lớn và mới chỉ được người dân dùng làm củi đốt hoặc thải bỏ ra môi trường Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr6+ bằng xơ dừa nước và ứng dụng vào xử lý nước thải xi mạ với mong muốn tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp mới có thể xử lý hiệu quả crom trong nước thải, áp dụng vào thực tiễn góp phần... Đánh giá năng lực hấp phụ ion Cr6+ của bột xơ dừa nước (XDN) thô qua phương pháp hấp phụ gián đoạn theo mẻ - Thực nghiệm và tính toán được mô hình hấp phụ qua cột vật liệu cố định - Áp dụng kết quả mô hình xử lý thử nghiệm nước thải xi mạ chứa Cr6+ 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Bột xơ dừa nước không qua xử lý hóa chất, cỡ hạt ≤450μm - Dung dịch Cr6+ b Phạm vi nghiên cứu -... pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp Phương pháp này cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước rất thấp, trong khi đó dùng các phương pháp khác để xử lý thì không được hoặc cho hiệu suất rất thấp Thông thường, phương pháp hấp phụ dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý bằng phương pháp khác Hấp phụ... kim loại màu trong nước thải mạ điện Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ để thu hồi crom Để thu hồi axid cromic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axid cromic qua cột trao đổi ion resin cation (RHmạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr3+, Al,…) Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ Do hàm lượng crom qua bể xi mạ khá cao (105-120kg... dầu, mỡ Nước thải chứa dầu Hơi, axit Làm sạch bằng hoá học và điện hoá NaOH,HCl, H2SO4 Zn(CN)2 ZnCl2 ZnO Chất làm bóng NiSO4,H3BO3 NaCN NaOH H3BO3 Axit, kiềm H2SO4 NaCN CuSO4 Cu(CN)2 Mạ crôm Mạ Niken Mạ kẽm Mạ đồng Mạ vàng Cr6+ Ni2+, axit CN-, Zn2+, Cu2+, axit CN-, axit axit Hình 2-1 Quy trình công nghệ xi mạ trong công nghiệp Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước Nguồn chất thải nguy... 0,05 mg/l khi đổ vào các vực nước được dùng vào mục đích cấp nước sinh hoạt; 0,1 mg/l khi đổ vào các vực nước thường được dùng cho giao thông thủy, tưới tiêu, bơi lội, nuôi thủy sản, trồng trọt, ; nồng độ 0,5 mg/l chỉ được phép thải vào các nơi được qui định 2.4 Các phương pháp xử lý nước thải chứa crom VI Các phương pháp xử lý nước thải có chứa các kim loại nặng nói chung được sử dụng ngày nay là:... dung nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa nước - Nghiên cứu tiến hành theo chế độ hấp phụ theo mẻ có lắc nhằm xác định các thông số nhiệt động học tối ưu: thời gian tiếp xúc, pH, liều lượng tối ưu, cân bằng hấp phụ trong điều kiện đẳng nhiệt, ảnh hưởng của một số anion và cation đến quá trình hấp phụ, động học hấp phụ Hàm lượng Cr6+ được định lượng bằng phương pháp quang phổ so màu sử dụng. .. toàn chất thải Tuy nhiên, điều này cũng còn phụ thuộc vào khả năng chất hấp phụ sử dụng và kinh phí cho phép Chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagel, keo nhôm và các hydroxit kim loại tuy có khả năng hấp phụ nhưng ít được sử dụng vì năng lượng tương tác tương đối lớn Than hoạt tính có khả năng hấp phụ cả chất hữu cơ và vô cơ, các chất phân cực và không... rạch Lá dừa là vật liệu truyền thống trong những ngôi nhà vùng sông nước đồng bằng sông Cửu Long Trái dừa nước ra thành từng buồng hình cầu, màu nâu Trái dừa ăn ngon, mát, có tác dụng cầm máu, giải nhiệt, làm rượu Hình 2-3 Dừa nước 24 Chương II - Tổng quan Do có cùng họ với dừa cạn, việc định tính các thành phần của xơ dừa nước có thể dựa vào bảng sau: Bảng 2-5 Thành phần hóa học trong xơ dừa [23]... lý truyền thống, sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc cellulose hấp phụ kim loại nặng đã cho thấy nhiều ưu điểm: không gây ô nhiễm thứ cấp, bản thân vật liệu cũng là các chất trao đổi /hấp phụ ion nên đem lại hiệu quả cao, đơn giản, chi phí thấp do đó dễ dàng áp dụng vào xử lý nước thải 25 Chương III – Quá trình hấp phụ 3 CHƯƠNG III QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 3.1 Cơ sở quá trình hấp phụ 3.1.1 Những nguyên lý . đốt hoặc thải bỏ ra môi trường. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr 6+ bằng xơ dừa nước và ứng dụng vào xử lý nước thải xi mạ với. thải xi mạ chứa Cr 6+ . 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu - Bột xơ dừa nước không qua xử lý hóa chất, cỡ hạt ≤450μm. - Dung dịch Cr 6+ . b. Phạm vi nghiên cứu -. Kết quả xử lý nước thải mạ crom, C o = 64 mg/l; pH = 1,7; Z=0,03m; lượng bột XDN = 1g; thể tích bột XDN = 8ml. 76 Hình 6-1 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải xi mạ chứa crom 80 xii