luận văn công nghệ hóa học Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano MnO2, MnO2cát thạch anh để xử lý nước nhiễm Mangan

Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Mở ĐầU Nớc là nguồn tài nguyên rất quan trọng trong cuộc sống của con ngời cũng nh các loài động, thực vật khác. Hiện nay,ô nhiễm nguồn nớc là mối quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, môi trờng sống của con ngời ngày càng bị ô nhiễm, ảnh h- ởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con ngời. Có rất nhiều loại chất gây ô nhiễm nguồn nớc tồn tại cả ở dạng tan và không tan. Một trong những tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng về lâu dài cho sức khỏe con ngời đợc cả cộng đồng thế giới lo ngại là kim loại nặng. Nguồn nớc hiện nay đợc khai thác sử dụng chủ yếu là nớc ngầm. Nớc ngầm thờng chứa các chất có hại cho sức khỏe của con ngời nh các kim loại, hợp chất lu huỳnh, hợp chất nitơ, halogel và một số các hợp chất khác. Đặc biệt kim lọai nặng là những nguyên tố có hại cho sức khỏe con ngời nh mần ngứa, ung th Các phơng pháp hóa học, hóa - lý đợc lựa chọn để xử lý nớc nh kết tủa, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, keo tụ, sa lắng, lọc màng và thẩm thấu ngợc. Tùy trong yêu cầu cụ thể mà chọn phơng pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp. Nhu cầu về nớc sạch ngày càng tăng cả về chất lợng và số lợng. Trong một vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số đợc sử dụng n- ớc sạch. Do đó, việc lọai bỏ hoặc chuyển hóa các dạng tạp chất ra khỏi nguồn nớc hoặc đa về dạng có nồng độ thấp trong giới hạn cho phép đang là vấn đề cấp bách. Dựa trên cơ sở phân tích trên đây, nhằm đẩy mạnh hớng công nghệ ứng dụng vật liệu kích thớc nanomet và ứng dụng các loại sản phẩm đầy tiềm năng này vào cuộc sống và sản xuất cũng nh sử dụng tài nguyên sẵn có ở trong nớc, đề tàiNghiên cứu ứng dụng vật liệu nano MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh để xử lý nớc nhiễm Mangan đã đợc lựa chọn. Với 3 mục tiêu chính: - Tổng quan về nớc và sự ô nhiễm môi trờng nớc - Tổng quan về vật liệu nano và những ứng dụng của vật liệu nano - Nghiên cứu dụng vật liệu MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh xử lý nớc nhiễm Mangan Khoa Công nghệ Hóa 1 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp CHƯƠNG I: TổNG QUAN 1.1. Nớc Và Sự Ô NHIễM MÔI TRƯờng nớc Cuộc sống trên trái đất bắt nguồn từ trong nớc. Tất cả các sự sống trên trái đất đều phụ thuộc vào nớc và vòng tuần hòan của nớc. Nớc là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trờng của các quá trình sinh hóa cơ bản nh quang hợp. Nớc còn chứa đựng những tiềm năng khác, đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con ngời, trong sinh hoạt hàng ngày, trong tới tiêu cho nông nghiệp, trong sản suất công nghiệp, tạo ra điện năng và nhiều thắng cảnh thiên nhiên hùng vĩ. Hơn 70% diện tích của trái đất đợc bao phủ bởi nớc. Trữ lợng tài nguyên n- ớc có khoảng 1,5 tỷ km 3 , trong đó gần 97% là nớc đại dơng, khoảng hơn 3% là nớc ngọt tồn tại chủ yếu dới dạng băng tuyết ở hai cực và ở trên các ngọn núi. Trên thực tế lợng nớc có thể sử dụng đợc chỉ khoảng 4,2 triệu km 3 (0,28% thủy quyển) [1]. Nớc trên hành tinh phân bố không đều. Nớc tự nhiên tập trung phần lớn ở biển và đại dơng, sau đó đến khối băng ở các cực rồi nớc ngầm. Nớc ngọt tầng mặt chỉ chiếm tỷ lệ không đáng kể. Nớc không ngừng vận động và chuyển trạng thái, tạo nên vòng tuần hoàn của nớc trong sinh quyển: nớc bốc hơi, ngng tụ rồi ma. Nớc ma rơi xuống mặt đất, một phần đọng lại trong các hồ, phần khác tạo nên dòng chảy bề mặt để đổ ra biển. Nớc cung cấp chính cho họat động của con ngời từ hai nguồn chính là nớc mặt và nớc ngầm. Hai nguồn có liên quan đến nhau, mỗi nguồn có những đặc trng riêng và có những u, nhợc điểm tuỳ vào mục đích sử dụng. Nớc trên bề mặt trái đất ở dạng chảy hay dạng nớc lặng đợc coi là nớc mặt. Nớc mặt là nớc trong sông hồ hoặc nớc ngọt trong vùng đất ngập nớc. Nớc mặt đợc bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy vào đại dơng, bốc hơi và thấm xuống đất. Khoa Công nghệ Hóa 2 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Nớc ngầm hay còn gọi là nớc dới đất, là nớc ngọt đợc chứa trong các lỗ rỗng của đất hoặc đá. Nó cũng có thể là nớc chứa trong các tầng ngậm nớc bên dới mực nớc ngầm. Nguồn cung cấp nớc cho nớc ngầm là nớc mặt thấm vào tầng chứa, các nguồn thoát tự nhiên nh suối và thấm vào các đại dơng. Nớc ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy mà việc cung cấp nớc ngọt và sạch trên thế giới đang từng bớc giảm đi. Nhu cầu nớc đã vợt cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi khoa học công nghệ, công nghiệp và dân số tăng mạnh làm nhu cầu nớc tăng Thực tế lợng nớc dự trữ trên trái đất không nhiều mà nhu cầu sử dụng lại lớn. Để đáp ứng nhu cầu dùng nớc con ngời không ngừng tìm các nguồn nớc mới và cách xử lý nguồn nớc. Nớc khai thác gồm hai loại có nguồn gốc khác nhau là nớc mặt và nớc ngầm. Nớc mặt là nớc trong sông, hồ, ao, suối. Nớc sông chảy qua nhiều vùng đất khác nhau vì thế lẫn nhiều tạp chất hàm lợng cặn cao (nhất là vào mùa lũ) có nhiều chất hữu cơ, rong tảo, vi trùng, dễ bị ô nhiễm. Nớc ao, hồ tuy có hàm lợng cặn thấp hơn nớc sông nhng độ màu và phù du rong tảo nhiều hơn. [2] Nguồn nớc ngầm có đợc là do sự thẩm thấu của nớc mặt, nớc ma, nớc trong không khí, qua các tầng vỉ đất đá tạo nên những túi nớc trong lòng đất. Trong quá trình thẩm thấu một phần nớc bị giữ lại ở các khe núi hay các lỗ xốp của các tầng đất đá tạo nên các tầng ngậm nớc. Thông thờng, nớc ngầm di chuyển qua một số lớp nh: sỏi, cát thô, cát trung, cát mịn và đá vôi. Cho đến tầng không ngấm nớc (đất sét và hoàng thổ). Nớc ngầm ở Việt Nam nói chung có hàm lợng muối cao hàm lợng kim lọai nặng cũng cao hơn so với trên thế giới. Đặc điểm chung của nớc ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nớc ngầm tầng mặt th- ờng không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nứơc biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nớc mặt. Loại nớc ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nớc ngầm tầng sâu thờng nằm trong lớp đất đá xốp đợc ngăn cách bên trên và phía dới bởi các lớp không thấm nớc. Nớc ngầm có hàm lợng chất hữu cơ thấp, vi trùng hầu nh không có, các thành phần Khoa Công nghệ Hóa 3 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp tơng đối ổn định và ít bị ô nhiễm. Khoảng cách giữa vùng thu nhận và khai thác thờng khá xa, từ vài chục đến vài trăm kilomet. Các lỗ khoan nớc ở vùng khai thác thờng có áp lực. Đây là lọai nớc có chất lợng ổn định. Nớc tự nhiên là nớc đợc hình thành dới ảnh hởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Ô nhiễm môi trờng nớc là hiện tợng các vùng nớc nh sông, hồ, biển , nớc ngầm bị các họat động của con ngời làm nhiễm các chất có thể gây hại cho con ngời và cuộc sống của các sinh vật trong tự nhiên. Nớc bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà chất này có thể gây hại cho con ngời và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Khi mức sống của con ngời ngày càng cao thì nhu cầu sử dụng nớc sinh họat ngày càng nhiều, tuy vậy, những nguồn nớc đang sử dụng phần lớn không đạt tiêu chuẩn. Việt Nam là một trong những nớc đang phải đối diện với sự ô nhiễm kim loại nặng ở nguồn nớc một cách trầm trọng. Trong quá trình sinh họat hàng ngày, dới tốc độ phát triển nh hiện nay con ngời vô tình làm ô nhiễm nguồn nớc bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp. Các đơn vị, cá nhân sử dụng nớc ngầm d- ới hình thức khoan giếng, sau khi ngng sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nớc bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nớc ngầm. Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp làm ô nhiễm không khí, khi trời ma, các chất ô nhiễm sẽ lẫn vào trong nớc ma cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nớc. [3] Do có tác động của nhân sinh, quá trình phát triển, sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cũng nh tình trạng dân số tăng nhanh Kéo theo đó là hệ lụy ô nhiễm môi trờng, đặc biệt là môi trờng nớc. Nớc tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh hởng xấu đến chất lợng của nớc. Các khuynh hớng làm thay đổi chất lợng của nớc dới ảnh hởng hoạt động kinh tế của con ngời là: - Giảm độ pH của nớc ngọt do ô nhiễm bởi H 2 SO 4 , HNO 3 từ khí quyển, tăng hàm lợng SO 4 2- , NO 3 - trong nớc. - Tăng hàm lợng của các ion Ca, Mg, Si trong nớc ngầm và nớc sông do ma hòa tan, phong hóa cacbonat. Khoa Công nghệ Hóa 4 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp - Tăng hàm lợng của các ion kim loại nặng trong nớc tự nhiên nh: Pb, Cd, Hg, As, Mn, Fe và Zn. - Tăng hàm lợng các muối trong nớc bề mặt và nớc ngầm do chúng đi từ khí quyển và từ các chất thải rắn cùng nớc thải vào môi trờng nớc. - Tăng hàm lợng các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy bằng con đờng sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu ). - Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nớc tự nhiên do các quá trình oxi hóa có liên quan tới quá trình sống của các vi sinh vật, các nguồn chứa nớc và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ. Nguồn nớc chủ yếu đợc khai thác là nớc ngầm. Theo thống kê cha đầy đủ cả nớc hiện nay có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ cao hơn nhiều lần nồng độ cho phép. !!"## 1.1.4.1. Tính chất và cơ chế gây hại của mangan Mangan là nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Mn và có số nguyên tử 25. Là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Nó là kim loại cứng, giòn, khó nóng chảy, nhng lại bị oxy hoá dễ dàng. Mangan kim lọai chỉ có từ tính sau khi đã qua xử lý đặc biệt. Nó đợc tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hơp với sắt) và trong một số loại khoáng vật. Dạng nguyên tố tự do, Mangan kim lọai là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ. Do cấu tạo địa chất, Mangan có thể có trong nớc. Thờng thì hàm lợng Mangan có trong nớc ngầm cao hơn trong nớc mặt Ngoài ra Mangan cũng là một kim lọại, do đó nó cũng có mặt trong thành phần cấu tạo của đờng ống dẫn nớc (bằng gang, thép) với tỷ lệ nhỏ. Mangan có trong mặt trong nớc ở dạng ion hoà tan (Mn 2+ ) . Với hàm l- ợng nhỏ thì Mangan có lợi cho sức khoẻ. Tuy nhiên, nếu Mangan có hàm lợng cao sẽ gây ảnh hởng đến một số cơ quan nội tạng trong cơ thể. Nếu có trong nớc có nhiều Mangan thì khi tiếp xúc với oxy, Mangan sẽ bị oxy hoá tạo nên dioxit mangan (MnO 2 ) làm nớc có màu nâu đen và gây mùi tanh kim loại. Khoa Công nghệ Hóa 5 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Ngoài ra, khi Mangan có mặt trong nớc gặp Clo thì cũng tạo kết tủa cặn bám dioxit mangan và có thể gây tắc đờng ống. [4] Mangan và sức khoẻ mọi sinh vật đều phải cần Mangan để tồn tại và phát triển. Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yêu trong tất cả các dạng sống. Trong cơ thể ngời, Mangan duy trì sự hoạt động của một số men quan trọng và tăng cờng quá trình tạo xơng. Hằng ngày, mỗi ngời trởng thành cần 2-5mg mangan. Mangan có nhiều trong ngũ cốc còn nguyên vỏ cám (gạo, bột mỳ), trong các loại rau, quả Mangan cũng có một lợng đáng kể. Do nguồn cung cấp Mangan khá phong phú và nhu cầu không cao hầu nh không ai bị thiếu Mangan. Tuy nhiên, trong quá trình sinh hoạt sử dụng nguồn nớc nhiễm Mangan cao có thể gây ngộ độc mangan, gây rối loại hoạt động thần kinh. Những ngời dễ nhiễm độc Mangan là trẻ em, ngời già và phụ nữ có thai và những ngời mắc bệnh về gan, mật. 1.1.4.2. Tình hình ô nhiễm Mangan Một nghiên cứu mới đấy về nớc ngầm tại đồng bằng sông Hồng cho thấy nguồn nớc ngầm ở miền Bắc Việt Nam bị ô nhiễm kim loại nặng nói chung, Mangan nói riêng ở mức độ rất cao gây nguy hiểm cho ngời sử dụng. Trong hơn 10 năm qua các nhà khoa học thế giới đã nhận thấy rằng tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đó có nguyên tố Mangan nói riêng ngày càng gia tăng. Đặc biệt là ở các quốc gia nh: ấn Độ, Đài Loan, Arhentina, Trung Quốc, Mông Cổ, Mehico, Thái Lan, Bangladesh, Mỹ, Campuchia, Việt Nam. Theo các thông báo của Bộ Tài nguyên và Môi trờng các tỉnh đồng bằng bắc bộ nh: Hà Nội, Hà Nam, Hng Yên, Vĩnh Phúc, đều có hiện tợng ô nhiễm kim lọai nặng . [5,6,7] Theo đánh giá của WHO, nớc ta có trên mời triệu ngời có thể phải đối mặt với nguy cơ tiềm tàng về nhiễm độc kim lọại nặng Trong môi trờng thờng tồn tại nhiều hóa chất khác nhau. Khó có thể nói một hóa chất nào có độc hay không độc. Ngời ta dùng hàm lợng giới hạn để diễn đạt tính độc và không độc của hóa chất. Khi nồng độ của hóa chất lớn Khoa Công nghệ Hóa 6 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp hơn giới hạn cho phép thì nó sẽ gây độc hại,gây ra những tác hại cho quá trình sống. Quyt nh s 1329/2002/BYT/Q, ngày 18/4/2002 ca B Y t quy định TCVN 6182 1996, (ISO 6595 1982) giới hạn cho phép đối với kim loại nặng trong nớc ăn, uống là 0,05mg/l đối với mangan. Nh vậy nếu nh hàm lợng Magan trong nớc ăn và uống lớn hơn 0,05mg/l thì sẽ gây độc, có hại cho sức khoẻ con ngời. Một báo cáo về nguồn nớc ngầm ở khu vực đồng bằng sông Hồng của các chuyên gia quốc tế cho thấy những con số đáng lo ngại Bởi mức độ ô nhiễm kim lọai nặng rất cao trong khi nhiều ngời dân ở vùng đồng bằng sông Hồng hiện đang sử dụng nớc ngầm trong các sinh họat hàng ngày. Các chuyên gia đã thu thập mẫu từ 512 giếng đào trong khu vực để phân tích Mangan cũng nh các kim lọai nặng và các chất độc khác. Theo tạp chí National Academy of Science trích lời các chuyên gia nghiên cứu cho biết có đến 44% số giếng nớc đợc lấy mẫu từ đồng bằng sông Hồng bị nhiễm mangan vợt quá mức cho phép của tổ chức Y tế Thế giới. Theo tổ chức y tế thế giới, nớc nhiễm hơn 50 microgram Mangan trên 1 lít nớc bị coi là không an toàn. Những ngời bị nhiễm Mangan lâu dài, sẽ tích luỹ chất này trong cơ thể và tác động rất nguy hiểm với thần kinh và sự phát triển trí tuệ, nhất là ở trẻ nhỏ. Những nguồn nớc có hàm lợng Mangan vợt quá mức cho phép sẽ sinh ra lợng vi khuẩn lớn ảnh hởng đến đờng ruột. Nếu vợt hàm l- ợng này sẽ gây độc hại cho cơ thể thông qua cơ chế gây độc tới nguyên sinh chất của tế bào. Đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ơng, gây tổn thơng thận, bộ máy tuần hoàn phổi, ngộ độc nặng gây tử vong.[8,9] 1.2. GIảI PHáP Xử Lý KIM LOạI NặNG$ %& Giải pháp loại bỏ kim loại nặng, đặc biệt là Mangan để nớc đạt tiêu chuẩn an toàn sức khoẻ lầ cần thiết. Trên thế giới có 4 loại hình công nghệ đang đợc áp dụng là : trao đổi ion, oxy hoá, hấp phụ và đồng kêt tủa. '())*+,# Trong phơng pháp oxi hóa thờng sử dụng các chất oxi hóa mạnh nh: Cl 2 , KMnO 4 và H 2 O 2 , hiện đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nhợc điểm của ph- ơng pháp này là cần bổ sung thêm tác nhân oxi hóa. Khoa Công nghệ Hóa 7 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp - Phơng pháp oxi bằng oxi không khí: Bản chất của phơng pháp là sự oxi hoá ion Me 2+ (Me n+ là các ion kim loại cần loại bỏ) thành Me 3+ và tách chúng ra khỏi nớc dới dạng Me(OH) 3 . Khi có mặt oxi không khí các muối Me 2+ có trong nớc ngầm sẽ bị oxi hoá thành Me(OH) 3 nhanh chóng hơn nếu chúng tiếp xúc với MnO 2 , Me(OH) 3 có trên vật liệu lọc. Nớc ngầm thờng không chứa oxi hoà tan hoặc có nhng với nồng độ rất thấp. Để tăng hàm lợng oxi trong nớc ngầm thì biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. - Phơng pháp oxi hoá bằng Clo: Quá trình oxi hoá khử: Cl 2 + 2e = 2Cl - E 0 = 1,36 V Khi cho Clo vào nớc, Clo sẽ oxi hoá Me 2+ thành Me 3+ 2Me 2+ + Cl 2 + 6 H 2 O = 2Me(OH) 3 + 6H + . - Oxi hóa Me 2+ bằng KMnO 4 : Me 2+ + KMnO 4 + 7H 2 O = 3Me(OH) 3 +MnO 2 + K + + 5H + . Trên thực tế, lợng KMnO 4 tiêu tốn để oxi hoá Me 2+ nhìn chung ít hơn so với lợng tính toán theo hệ số tỷ lợng. Ngời ta giải thích hiện tợng này là do sự tạo thành MnO 2 nh chất xúc tác của phản ứng. Phản ứng xảy ra ở pH = 6 - 9, tốc độ phản ứng nhanh hơn so với việc oxi hoá bởi Clo. - Oxi hóa Me 2+ bằng dioxit clo (ClO 2 ): Me 2+ + ClO 2 + 3H 2 O = Me(OH) 3 + ClO 2 + 3H + . Phản ứng oxi hoá Me bằng ClO 2 xẩy ra rất nhanh, nhất là khi pH > 7. - Oxi hóa Me bằng ozon: Ozon là chất oxi hoá mạnh mà ngời ta có thể sử dụng để oxi hoá Me 2+ , nh- ng cũng cần phải tính đến hiệu ứng phụ. Kết tủa đợc hình thành trong quá trình oxi hoá có thể kết hợp với bọt khí ozon và nổi lên mặt nớc gây khó khăn cho việc lắng lọc. '())-./0# Kỹ thuật đồng kết tủa kim loại dới dạng hidroxit hoặc các hợp chất của chúng đợc sử dụng phổ biến nhất để thu hồi kim loại từ dung dịch. Khoa Công nghệ Hóa 8 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Các tác nhân đồng kết tủa thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên, kết tủa hidroxit khá phân tán nên khó thu hồi bằng cách lọc hay sa lắng. Để tách lọc thuận lợi ngời ta thêm vào tác nhân keo tụ, tuyển nổi dới dạng polymer điện li. Nhợc điểm của kỹ thuật này là quá trình kết tủa hidroxit chỉ là khâu xử lý sơ bộ vì không thể xử lý triệt để, lợng bùn thải sinh ra lớn và khó quay vòng, giai đoạn làm khô lâu và khá đắt. So với kỹ thuận đồng kết tủa hidroxit, kết tủa dới dạng muối cacbonat thu đợc kết tủa đồng nhất hơn khi tiến hành ở pH= 8-9, do đó dễ thu hồi kết tủa bằng cách lọc hay gạn. Phơng pháp này bị hạn chế bởi một số muối cacbonat kim loại có tích số tan lớn nên hiệu quả tách loại thấp. Vì vậy, kỹ thuật kết tủa cacbonat ít thông dụng hơn kết tủa dạng hidroxit. Hiện tợng bão hòa và tạo phức cũng làm giảm hiệu quả xử lý. Để khắc phục, ngời ta làm tăng số mầm kết tủa bằng cách đa cát mịn hoặc CaCO 3 dạng huyền phù vào trong dòng thải cần xử lý. Nhờ vậy kết tủa thu đợc dễ dàng hơn . Kỹ thuật đồng kết tủa dới dạng sunfua cũng thờng đợc sử dụng bởi kết tủa sunfua kim loại có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thể đợc sử dụng khi dòng thải chứa phức chất, thậm chí ngay khi dòng thải chứa các axit có tính oxi hóa. Muối sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá lớn nên kỹ thuật kết tủa sunfua cho phép thu hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhợc điểm của phơng pháp này là khó thu hồi toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng huyền phù keo, giá thành của tác nhân kết tủa (NaS, H 2 S) cao . Ngoài các kỹ thuật trên, ngời ta sử dụng một số cách khác nhằm làm giảm nồng độ còn lại của kim loại. Đó là các kỹ thuật đồng kết tủa với các tác nhân trợ kết tủa hay tạo phức vòng càng, kết tủa dới dạng sunfua hữu cơ, những kỹ thuật này thờng dẫn đến việc sử dụng nhiều hóa chất, giá thành cao và cần có bớc xử lý thứ cấp. '())#*-1* Cơ sở của phơng pháp dựa trên quá trình trao đổi ion bề mặt chất rắn với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này Khoa Công nghệ Hóa 9 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp gọi là các chất ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nớc. Các chất có khả năng trao đổi ion dơng từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng trao đổi ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm. Các ion có khả năng trao đổi cả anion và cation thì đợc gọi là ionit lỡng tính. Chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay đợc tổng hợp: - Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolit, đất sét, fespat - Các chất trao đổi ion có nguồn gốc vô cơ tổng hợp : silicagen, các oxit và hidroxit khó tan của một số kim loại : Al, Cr, Zn - Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên : axit humic của đất (chất mùn). - Các chất trao đổi ion tổng hợp gồm polymer hữu cơ đợc gắn các nhóm có khả năng trao đổi ion nh : RSO 3 H, RCOOH, ROH, RPO 3 H Phơng pháp này có u điểm: Cho phép thu hồi chất có giá trị với mức độ làm sạch cao. Thiết bị vận hành đơn giản. Vật liệu có thể tái sinh đợc nhiều lần. Trong thực tế nhựa trao đổi ion cần đến 60% thể tích bình chứa và 40% còn lại là thể tích dung dịch đi vào. Do vậy phơng pháp này phù hợp cho quy trình sản xuất nhỏ, còn với quy trình sản xuất lớn bị hạn chế và quá trình xử lí cao. '())))2 Khi xem xét các quy trình công nghệ xử lý nớc, ngời ta chú ý nhiều đến phơng pháp hóa lý. Phơng pháp hấp phụ là một phơng pháp hóa lý thông dụng, đợc biết từ xa xa, nh việc lọc nớc bằng than, cát, đá, sỏi mà trớc đây con ngời đã xây dựng thành nền kỹ thuật lọc nớc sạch phục vụ đời sống. Nớc bị ô nhiễm thờng chứa nhiều loại chất tan khác nhau, khó tách lọc bằng những phơng pháp thông thờng, nhng dùng phơng pháp hóa lý hấp phụ thì có thể đạt hiệu quả xử lý cao hơn, trong nhiều giai đoạn của các quy trình công nghệ xử lý nớc, ta có thể thấy không thể thiếu đợc vai trò của chất hấp phụ. Ngời ta thờng sử dụng các loại chất hấp phụ nh: than hoạt tính, than Khoa Công nghệ Hóa 10 Lê Thị Ngà [...]... vật liệu MnO2/Cát thạch anh theo mô hình Langmuir theo mô hình Langmuir - Dựng đờng chuẩn của Mangan Kết luận - Đã nghiên cứu vtổng quan về nớc và thực trạng nguồn nớc hiện nay - Nghiên cứu, tham khảo về vật liệu nano, tính năng và ứng dụng Khoa Công nghệ Hóa 30 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp - Đã nghiên cứu khảo sát, tham khảo một số các yếu tố ảnh hởng tới kích thớc của đioxyt mangan. .. Mn-PVA Hỗn hợp Mn PVA SiO2 Vật liệu Gia nhiệt ở180OC Thời gian 4h Mn/Cát Thạch Anh Khoa Công nghệ Hóa 22 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Hình 6 Sơ đồ chế tạo oxit mangan/ Cát thạch anh Để chứng minh sự xuất hiện của MnO2 kích thớc nanomet bao phủ trên hạt cát thạch anh, đã tiến hành phủ MnO2/Cát thạch anh Sau đó, mài trên bề mặt của vật liệu đã đợc phủ MnO2, sấy khô, phân tích thành... nớc, xử lý nớc từ đó tìm kiếm và nghiên cứu ứng dụng các chất hấp phụ thích hợp dùng trong phơng pháp xử lý Từ các công nghệ liệt kê ở trên ngoài công nghệ màng và công nghệ trao đổi ion là công nghệ có khả năng tách loại khá triệt để kim lọai nặng lên đến trên 90% nhng giá thành lại rất cao và không phù hợp với các nguồn nớc giàu kim loại nặng nh ở Việt Nam; các công nghệ còn lại thì hiệu quả xử lý. .. - Nghiên cứu xác định đợc hình thái học, diện tích bề mặt riêng của MnO 2 kích thớc nanomet - Nghiên cứu, tham khảo phơng pháp tiến hành hấp phụ mangan của MnO2 theo mô hình Langmuir - Nghiên cứu, tham khảo phơng pháp sản xuất đioxyt mangan trên nền cát thạch anh kích thớc nanomet - Đã nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hởng - Đã nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu MnO2/Cát thạch anh. .. làm khóa luận Em xin cảm ơn các thầy cô khoa Công nghệ Hóa nói chung và bộ môn Hóa Vô cơ nói riêng của trờng Đại học Công nghiệp Hà nội đã nhiệt tình giảng dạy, chỉ bảo và động viên em trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận Em xin cảm ơn Phòng Vật liệu Vô cơ- Viện Khoa học vật liệu- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành khóa luận. .. vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đợc tạo ra từ phơng pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phun xạ, phóng điện hồ quang) Phơng pháp chuyển pha: vật liệu đợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đợc trạng thái vô định hình tinh thể (kết tinh) (phơng pháp nguội nhanh) Phơng pháp vật lý thờng đợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano b Phơng pháp hóa học: ... sử dụng để đa các phân tử thuốc vào đúng các tế bào ung th Nhiều loại thuốc,mỹ phẩm có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da Đặc biệt trong lĩnh vực hóa học, các hạt nano còn đợc ứng dụng vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu nh thực trạng ô nhiễm môi trờng, sản xuất vật liệu cao cấp 1.4 NGHIÊN CứU CHế TạO MnO2 kích thớc nano và MnO2 /SiO2 xử lý nớc nhiễm mangan Từ lâu Mangan. .. lý và phản ứng hóa học Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, ngời ta đa ra một số chỉ tiêu so sánh sau: - Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hoặc đa lớp, hấp phụ hóa học chỉ là đơn lớp - Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh , hấp phụ hóa học nói chung đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm hơn - Nhiệt độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý thờng xảy ra... trong hình 7 (a) Mẫu Cát thạch anh trớc phủ (b) Mẫu Cát thạch anh sau phủ Hình 7 ảnh vi cấu trúc và hình thái học của Cát thạch anh trớc và Cát thạch anh sau phủ MnO2 Đã đo diện tích bề mặt riêng: Việc phủ lớp oxit mangan kích thớc nanomet lên bề mặt hạt Cát thạch anh làm tăng diện tích bề mặt riêng của vật liệu từ 6,36 m2/g lên 21,1 m2/g Thông số về vật liệu MnO2/Cát thạch anh đợc đánh giá và đa ra... xử lý và khả năng chứa thông tin tăng, có tiềm năng cho việc điều chế những vật liệu với tỷ trọng cao và tỷ số của diện tích bề mặt trên thể tích cao Trong các ngành công nghiệp hiện nay, đã đa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo các sản phẩm có tính cạnh tranh nh sản xuất con chip có dung lợng lớn, tốc độ xử lý nhanh Khoa Công nghệ Hóa 19 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp Trong y học . nano - Nghiên cứu dụng vật liệu MnO 2 , MnO 2 /cát thạch anh xử lý nớc nhiễm Mangan Khoa Công nghệ Hóa 1 Lê Thị Ngà Trờng ĐHCN Hà Nội Khóa Luận tốt nghiệp CHƯƠNG I: TổNG QUAN 1.1. Nớc Và Sự Ô NHIễM. MnO 2 /cát thạch anh để xử lý nớc nhiễm Mangan đã đợc lựa chọn. Với 3 mục tiêu chính: - Tổng quan về nớc và sự ô nhiễm môi trờng nớc - Tổng quan về vật liệu nano và những ứng dụng của vật liệu nano -. xử lý nớc từ đó tìm kiếm và nghiên cứu ứng dụng các chất hấp phụ thích hợp dùng trong phơng pháp xử lý. Từ các công nghệ liệt kê ở trên ngoài công nghệ màng và công nghệ trao đổi ion là công