Nghiên cứu ứng dụng bentonit chống nhôm cho xử lý nước chứa ion kim loại nặng cd2+

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - NGUYỄN THỊ LUYẾN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BENTONIT CHỐNG NHÔM CHO XỬ LÍ NƯỚC CHỨA ION KIM LOẠI NẶNG Cd2+ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lý Người hướng dẫn khoa học: TS Trương Đình Đức HÀ NỘI, 2015 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc TS.Trương Đình Đức giao đề tài tận tình hướng dẫn em trình thực hoàn thành khóa luận Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.s Trần Quang Thiện thầy cô giáo khoa Hóa học tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua, kiến thức mà em nhận giảng đường đại học hành trang giúp em vững bước tương lai Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo, bạn sinh viên Phòng Hóa học dầu mỏ, khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ em trình hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm khóa luận cho em đóng góp quý báu để khóa luận thêm hoàn chỉnh Hà Nội,tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thị Luyến Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc lớp Montmorillonite Hình 1.2 Cấu trúc 2:1 MMT [10] Hình 1.3 Các dạng nhóm hidroxi bề mặt khoáng sét Hình 1.4 Một số polioxocation kim loại 11 Hình 1.5 Sơ đồ hình thành sét chống Pillar nhôm 12 Hình 1.6 Sơ đồ hấp phụ 14 Hình 2.1.Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể lan truyền tia X vật rắn tinh thể 22 Hình 2.2 Nguyên tắc tạo phổ NMR 25 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X củavật liệu Bent.DL 29 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu Bent.DL (a) 5Al-PICL (b) 30 Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai 5Al-PICL 31 Hình 3.4 Đường cong trễ hấp phụ đẳng nhiệt nitơ -1960C của5Al-PICL 32 Hình 3.5 Sự phụ thuộc (a) thể tích (b) diện tích vào đường kính mao quản 32 Hình 3.6 Kết hấp phụ NH3 theo nhiệt độ 33 Hình 3.7 Phổ MAS-NMR ion Keggin [AlO4[Al(OH)2]12]7+ 34 Hình 3.8 Phổ MAS-NMR 5Al-PICL 35 Hình 3.9 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH = 2,5 36 Hình 3.10 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH = 3,5 37 Hình 3.11 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH = 5,0 38 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các giá trị đặc trưng đường TPD-NH3 mẫu 5Al-PICL 33 Bảng 3.2 Nồng độ tâm axit sét theo nhiệt độ 33 Bảng 3.3 Nồng độ ion kim loại theo pH 39 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ Bent Bentonit BET Brunauer-Emmett-Teller Mont Montmorillonite Al-PICL Sét chống lớp nhôm xen MMT Montmorillonit XRD X – rays Diffraction SEM Phương pháp hiển vi điện tử quyét Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Phân bố độc tính kim loại Cadimi 1.1.1 Sự phân bố Cadimi 1.1.2 Sự vận chuyển môi trường 1.1.3 Quá trình nhiễm độc Cadimi 1.2 Giới thiệu Montmorillonite – Bentonit 1.2.1 Thành phần hoá học Montmorillonite (Mont) 1.2.2 Cấu trúc Mont 1.2.3 Tính chất lý – hoá bentonit 1.3 Biến tính Mont 1.3.1 Polioxocation kim loại – Cột chống (Pillars) 10 1.3.2 Sét chống (Pillared Clays) 11 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 13 1.4.1 Cơ sở lý thuyết 14 1.4.2 Động học trình hấp phụ 16 1.4.3 Ảnh hưởng yếu tố đến trình hấp phụ giải hấp 17 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 18 2.1 Tổng hợp vật liệu 18 2.2 Hấp phụ ion Cd (II) 20 2.2.1 Dụng cụ hoá chất 20 2.2.2 Nghiên cứu khả hấp phụ 21 2.2.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ - tải trọng hấp phụ 21 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình hấp phụ 21 2.2.2.3 Tiến hành hấp phụ ion Cd(II) 21 2.3 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu bentonit bentonit biến tính 21 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 21 2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.3.3 Phương pháp BET xác định bề mặt riêng xúc tác rắn 23 2.3.4 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), nhiệt vi sai (DTA) 24 2.3.5 Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân kết hợp quay góc đặc biệt (54044’) MAS-NMR 24 2.3.6 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử F – AAS 26 2.3.6.1 Nguyên tắc 26 2.3.6.2 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS Cadimi 27 2.3.6.3 Xây dựng đường chuẩn Cadimi 27 2.3.6.4 Quy trình phân tích Cadimi dung dịch 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Kết phổ X-Ray 29 3.2 Kết SEM 30 3.3 Kết phân tích nhiệt vi sai DTA nhiệt trọng lượng TGA 30 3.4 Kết nghiên cứu trình hấp phụ giải hấp N2 31 3.5 Đường phân bố kích thước mao quản 32 3.6 Xác định tính axit 5Al-PICL TPD-NH3 32 3.7 Xác định cấu trúc ion Keggin Bent Di Linh chống Nhôm phương pháp ghi phổ MAS–NMR 34 3.8 Kết hấp phụ 35 3.8.1 Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ - tải trọng hấp phụ 35 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường vấn đề quan tâm Công công nghiệp hóa kèm với tình trạng ô nhiễm ngày tăng Trong đó, ô nhiễm kim loại nặng thải từ ngành công nghiệp mối đe dọa với sức khỏe người an toàn hệ sinh thái Cd2+ ion kim loại nặng gây nên ô nhiễm môi trường nước Các nguồn nước thải chủ yếu chứa Cd2+ bao gồm nước thải trình khai khoáng, nhà máy mạ luyện kim…Kim loại có độc tính cao, có mặt chúng nguồn nước dẫn đến tích tụ sinh vật sống gây tác hại xấu đến sức khỏe người loài động, thực vật khác Do đó, việc loại trừ thành phần chứa ion Cd2+khỏi nguồn nước, đặc biệt nước thải công nghiệp mục tiêu môi trường quan trọng cần phải giải Đã có nhiều giải pháp đưa nhằm loại bỏ kim loại nặng nước thải trước thải môi trường Trong số phương pháp tách loại kim loại nặng, phương pháp hấp phụ cho hiệu để xử lý kim loại nặng đặc biệt nồng độ thấp Do đó, hấp phụ ion Cd2+ vật liệu hấp phụ rẻ tiền khoáng sét lựa chọn hấp dẫn mặt kinh tế Bentonit loại khoáng sét, tồn tự nhiên, có cấu trúc lớp, có diện tích bề mặt lớn nên phù hợp làm vật liệu hấp phụ cation kim loại Với mong muốn đưa biện pháp xử lý kim loại Cd2+ nước thảisao cho có hiệu quả, hạn chế chi phí đồng thời thân thiện với môi trường, khóa luận tập trung vào vấn đề:“Nghiên cứu ứng dụng Bentonit chống nhôm cho xử lí nước chứa ion kim loại nặng Cd2+” Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Phân bố độc tính kim loại Cadimi Cadimi, khối lượng nguyên tử 112, kim loại nặng có độc tínhcao; so sánh với chì, nhiều nhà khoa học cho độc gấp nhiều lần Điều đặc biệt nguy hiểm cadimi tích lũy nhiều động vật thựcvật; nhiễm độc người xảy qua chuỗi thức ăn thường diện rộng Bên cạnh cadimi sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp luyện hợp kim, mạ, pin-acquy, màu cho nhựa,gốm sứ thủy tinh, chống lão hóa cho PVC, cần có hiểu biết tối thiểu cadimi có cảnh giác phòng tránh.Cadimi xâm nhập vào thể qua đường thực phẩm, hô hấp, tích tụ thận, xương, gây nhiễu số hoạt động enzim, gây tăng huyết áp,ung thư phổi, rối loạn chức thận, phá hủy xương, tủy Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm cadimi bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng Nguồn nhân tạo làtừ công nghiệp luyện kim, mạ, sơn Cũng chì thuỷ ngân, cadimi (Cd) độc người môi trường Sử dụng cadimi có xu hướng tăng dần công nghiệp mạ điện,sơn, sản xuất chất dẻo, sản xuất pin Ag – Cd Mỗi năm giới sản xuất khoảng 20.000 cadimi[12] Cadimi có xu hướng tích luỹ thể người, 33% thận 14% gan.Cadimi nguyên tố không cần thiết thể người Nguyên tố dung dịch hợp chất chất cực độc chí với nồng độ thấp tích luỹ sinh học thể hệ sinh thái Cd vào thể tác động đến thận đầu tiên.Thường xuyên tiếp xúc với Cd (200μg/ngày) dẫn đến suy thận người 50 tuổi Ngoài ra, Cd liên quan đến ung thư tuyến tiền liệt, ung thư vú bệnh liên quan đến xương Itai - Itai xuất lưu vực sông Jinzu Nhật Bản Cd ức chế trình cố định caxi xương làm xương giòn, dễ gẫy[16].Hít thở Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến vấn đề đốivới hệ hô hấp thận,có thể dẫn đến tử vong (thường hỏng thận) Nuốt phải lượng nhỏ cadimi bị ngộ độc tức tổn thương gan thận Ngoài tổn thương thận, người bệnh chịu chứng loãng xương nhuyễn xương Các vấn đề ngộ độc nghiêm trọng sinh từ phơi nhiễmlâu dài cadimi từ bể mạ điện cadimi Hút thuốc đường dẫn đến tích luỹ cadimi thể [20] 1.1.1 Sự phân bố Cadimi Cadimi phân bố rộng vỏ Trái Đất với hàm lượng trung bình là0,1mg/kg Cùng với kẽm, cadimi có hàm lượng cao đá trầm tích Sựphong hóa ăn mòn trình lưu trình cadimi vỏTrái Đất.Nguồn phát thải nhân tạo so sánh với nguồn tự nhiên không đáng kể;nhưng nguy hiểm chỗ xảy vùng ô nhiễm cục cadimi với hàm lượng cao gây ngộ độc cho người động thực vật.Việc khai thác kim loại màu tạo nguồn nước dẫn lưu mỏ, nướctuyển, chế biến quặng chứa hàm lượng cadimi lớn Những nguồn nướcnày ao hồ chứa sau chảy sông suối làm ô nhiễm vùng hạ lưu Sự nhiễm bẩn cadimi kéo dài mỏ bỏ hoang Công nghiệp luyện kim màu nguồn thải lớn đồng thời cũnglà nguồn gây nhiễm độc nhiều Các ngành công nghiệp khác sử dụng cadimi nguồn nguyên liệu pin, acquy khô, gây ranhững vụ nhiễm độc lớn lịch sử [21].Nguồn cadimi lắng đọng từ khí theo mưa xuống mặt đất biển so sánh với nguồn cadimi cấp cho biển từ dòng sông Cd diện khắp nơi lớp vỏ trái đất với hàm lượng trung -1 bình khoảng 0,1mg.kg Tuy nhiên hàm lượng cao tìm thấy loại đá trầm tích đá trầm tích phosphate biển thường chứa khoảng -1 15mg.kg Hàng năm sông ngòi vận chuyển lượng lớn Cd khoảng 15000 Nguyễn Thị Luyến K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học 2.3.6.4 Quy trình phân tích Cadimi dung dịch Các mẫu trước phân tích phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS chuẩn bị theo quy trình sau: Mẫu cần phân tích Pha loãng mẫu (để nồng độ thuộc Lấy 8ml dung dịch phân tích khoảng tuyến tính) Đem phân tích phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS Nguyễn Thị Luyến 31 Bổ sung dung dịch K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các mẫu sét sét biến tính thu gồm: - Sét Di Linh xử lý - Điều chế sét chống: ion Keggin, 5Al-PICL, 10Al-PICL - Sau đặc trưng vật liệu tổng hợp phương pháp vật lý: nhiễu xạ tia X (XRD); kính hiển vi điện tử quét (SEM); xác định diện tích bề mặt BET, Langmuir; xác định tính axit bề mặt (NH3-TPD); phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR với ion Keggin MAS-NMR với 5Al-PICL - Dùng sét chống nhôm để hấp phụ ion kim loại Cd(II) nước 3.1 Kết phổ X-Ray Qua giản đồ nhiễu xạ tia X sét xử lý (hình 11) ta thấy thành phần Bent Montmorilonite Các tạp khoáng Fe2O3 bị loại gần hết không thấy xuất giản đồ nhiễu xạ Mau quang 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 180 170 160 150 d=3.337 Lin (Counts) 190 140 130 120 d=14.344 110 100 90 80 d=2.003 d=2.125 d=2.281 d=2.534 30 d=2.452 40 d=3.567 50 d=4.458 d=7.137 60 d=4.256 70 20 10 10 20 30 40 2-Theta - Scale File: Huong K49B-mau quang.raw - Start: 000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step tim e: s - 2-T heta: 000 ° - Th eta: 0.500 ° - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Creation: 3/7/2007 8:54:39 AM 00-003-0014 (D) - Montmori lloni te - M gO·Al2O3·5SiO2·xH 2O - Y: 10.72 % - d x by: - WL: 1.5406 00-033-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 0.70 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 20.000 - Primitive - P3221 (154) - - 113 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Bent.DL Qua giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu thu được: peak đặc trưng góc 2 =2-500 cho khoảng không gian sở lớp 14,33 A0 Khi xen kẽ polioxocation Nhôm vào khoảng không gian sở Nguyễn Thị Luyến 32 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học lớp sét tăng lên rõ rệt Như dựa vào kết đo XRD, ta kết luận khoảng cách lớp sét tăng mạnh sau thực việc chống 3.2 Kết SEM Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu Bent.DL (a) 5,0Al-PICL (b) Từ ảnh hiển vi điện tử quét SEM (hình 3.2), ta thấy cấu trúc lớp vật liệu sét Các lớp nhôm silicat xếp chồng lên phù hợp với cấu trúc vật liệu MONT Từ hình 3.6, thấy rõ tập hợp lớp sét cách rõ ràng sau chống polyoxocation nhôm, hình thành hạt lớn có cấu trúc trật tự Từ hình ảnh này, thấy rõ tính chất lớp hình học bề mặt của hạt sét tự nhiên sét chống oxít kim loại 3.3 Kết phân tích nhiệt vi sai DTA nhiệt trọng lượng TGA Theo tác giả [18] thông thường sét: - Peak nước khoảng nhiệt độ 80-1000C - Peak thu nhiệt nhóm OH nhiệt độ 100-2000C - Peak phát nhiệt gồm hai peak, peak lớn peak nhỏ Peak kết tinh lại sét, nằm khoảng 6000C - Peak cuối peak phá huỷ hệ thống cấu trúc sét nằm nhiệt độ khoảng 7000C Trong khóa luận ghi giản đồ phân tích nhiệt mẫu 5Al-PICLkết sau: Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 7000C, ta nhận thấy xuất hiệu ứng với giảm trọng lượng kiểu nước khác Nguyễn Thị Luyến 33 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học Hình ảnh thu gồm hai peak thu nhiệt: - Đỉnh (peak) thứ nhiệt độ 110,710C ứng với nước bề mặt tương ứng với giảm khối lượng 18,34% - Đỉnh (peak) thứ hai nhiệt độ 509,750C ứng với nước cấu trúc kết tinh lại sét Hình 3.3.Giản đồ phân tích nhiệt vi sai 5,0Al-PICL 3.4 Kết nghiên cứu trình hấp phụ giải hấp N2 Các đường cong đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp nitơ -1960C trình bày hình 3.4 - Đường cong phía đường hấp phụ N2, đường cong phía đường giải hấp N2 - Hai đường cong không trùng tạo đoạn đường cong gọi đường cong trễ khoảng áp suất tương đối 0.45 đến khoảng tương đối rộng Sự xuất vòng trễ áp suất mao quản cản trở giải hấp ngưng áp suất áp suất hấp phụ, áp suất mao quản lớn bề rộng vòng trễ lớn - Điều chứng tỏ rằng: Nguyễn Thị Luyến 34 K36B – Hoá học Trường Đại họcc Sư ph phạm Hà Nội Khoá luận tốtt nghi nghiệp đại học + Hình dạng củaa vòng tr trễ đặc trưng cho loại vật liệu u có đư đường kính mao quản trung bình + Xảy ngưng tụ t lỗ xốp vật liệu + Các lỗ không đ Hình 3.4 Đườ ờng cong trễ hấp phụ đẳng nhiệtt nitơ -1960C của5Al-PICL 3.5 Đường phân bố kích thước thư mao quản (a) (b) Hình 3.5 Sự phụ thuộcc ccủa (a) thể tích (b) diện tích vào đường ng kính maoqu maoquản Nguyễn Thị Luyến 35 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học Kết cho thấy lỗ xốp không lỗ xốp có đường kính ~ 40A0 với vật liệu 5Al-PICL 3.6 Xác định tính axit 5Al-PICL TPD-NH3 Để xác định chất bề mặt vật liệu 5,0Al-PICL, dùng phương pháp hấp phụ amoniac theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3) Kết trình bày hình 3.6 bảng 3.1, 3.2 Hình 3.6 Kết hấp phụ NH3 theo nhiệt độ Nhìn vào kết hấp phụ NH3 theo chương trình nhiệt ta thu kết bảng đây: Bảng 3.1.Các giá trị đặc trưng đường TPD-NH3 mẫu 5Al-PICL Bảng 3.2 Nồng độ tâm axit sét theo nhiệt độ Nhiệt độ(oC) Nồng độ tâm axit(mol/g) 294.9 79.41 x 10-5 475.7 195.2 x 10-5 Nguyễn Thị Luyến 36 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học Nhận xét: Với sét chưa chống, VNH3 hấp phụ khoảng 0.07 ml/g sau chống, VNH3 hấp phụ tăng lên đáng kể: sau chống Al, VNH3 tăng lên nhiều khoảng 43.72 ml/g Như vậy, tính axit cải thiện đáng kể sau chống Al 3.7 Xác định cấu trúc ion Keggin Bent Di Linh chống Nhôm bằngphương pháp ghi phổ MAS-NMR Sự hình thành ion Keggin [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ hay AlO4[Al(OH)2]12(H2O)12]7+ ion nhôm tâm ion Keggin AlO45- trạng thái tứ diện, 12 ion nhôm liên kết với nhóm hidroxi liên kết với qua nhóm hidroxi [Al(OH)2]12 trạng thái bát diện phụ thuộc vào tỷ lệ OH/Al, nguồn ion nhôm nguồn tạo nên OH- Trong khóa luận này, dùng nguồn nhôm AlCl3 nguồn OH- NaOH với tỷ lệ OH/Al = 2,45 Nhiều tài liệu cho hình thành ion Keggin điển hình tỷ lệ OH/Al = 2,0 – 2,2 Sự hình thành ion Keggin định chống sét thành công hay không Kết ghi phổ MAS-NMR ion Keggin Bent Di Linh chống nhôm (5,0Al-PICL) trình bày hình đây: Hình 3.7.Phổ MAS-NMR ion Keggin [AlO4[Al(OH)2]12]7+ Nguyễn Thị Luyến 37 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học Hình 3.8 Phổ MAS-NMR 5Al-PICL Các kết cho thấy ion Keggin cho pic xuất 66.14 ppm tương ứng với AlO4 tứ diện Còn phổ MAS-NMR 5Al-PICL(Hình 3.8) cho thấy [Al3+] bát diện rõ ràng tương ứng với phổ chuẩn AlCl3(H2O)6 (trong Al3+ trạng thái bát diện) ppm Còn pic > 60 ppm Al3+ tứ diện Kết phù hợp với tài liệu công bố khẳng định việc điều chế ion Keggin trình chống bent thành công 3.8 Kết hấp phụ 3.8.1 Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ - tải trọng hấp phụ Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ - tải trọng hấp phụ vật liệu 2,5Al-PICL; 5,0Al-PICL; 7,5Al-PICL;10Al-PICL vàMont-Na Nguyễn Thị Luyến 38 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học *Hấp phụ Cd(II) pH = 2,5 Hình 3.9 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH=2,5 *Hấp phụ Cd(II) pH = 3,5 Hình 3.10 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH=3,5 Nguyễn Thị Luyến 39 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học *Hấp phụ Cd(II) pH = 5,0 Hình 3.11 Sự phụ thuộc nồng độ Cd(II) vào thời gian vật liệu pH = 5,0 Hấp phụ trình nguyên tử, phân tử hay ion riêng biệt khuếch tán từ thể tích đến tích tụ bề mặt vật liệu hấp phụ Hấp phụ bề mặt có nguyên nhân lực liên kết nguyên tử, phân tử hay ion riêng biệt với bề mặt Các lực phần lớn có nguồn gốc lực tương tác tĩnh điện Các ion kim loại (Cd2+) hấp phụ vị trí trống bề mặt, ký hiệu ≡SOH, S nguyên tử Si hay Al thành phần sét Đối với trình này, vị trí cầu nối bề mặt tương tác với cation dung dịch trình bày phương trình sau: Đối với bề mặt có điện tích âm (≡SO−), trình hấp phụ trình trao đổi với cation: Đối với ion kim loại nặng, pH dung dịch thông số quan trọng ảnh hưởng đến trình hấp phụ Trong khóa luận này, trình Nguyễn Thị Luyến 40 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học hấp phụ ion Cd2+ lên vật liệu tổng hợp được nghiên cứu dải pH từ 2,5 đến 5,0 với lượng chất hấp phụ 1g sét/100 ml dung dịch Cd2+ Sự hấp phụ mẫu tăng pH dung dịch tăng đến 5,0 Những thí nghiệm hấp phụ pH lớn 5,0 không thực pH lớn 5,0 ion Cd2+ bị thủy phân Hàm lượng ion kim loại Cd2+bị hấp phụ tăng pH dung dịch tăng mà vết kết tủa Cd(OH)2 (hình 3.9; 3.10 3.11) Điều khẳng định thông qua mẫu trắng đối chứng chất hấp phụ Khi pH nhỏ 6,0, hàm lượng hấp phụ Cd2+ thấp tăng chậm với tăng dần độ pH Điều giải thích pH đó, nồng độ ion H+ cao gấp nhiều lần so với nồng độ ion Cd2+, ion Cd2+ khó để tạo liên kết bề mặt sét cạnh tranh với ion H+ Sự hấp thụ ion Cd2+ xảy nhanh 30 phút sau tăng chậm đến 36 thời điểm đạt đến cân hấp phụ Điều giải thích thời điểm ban đầu trung tâm hoạt động nằm bề mặt vật liệu hấp phụ trống, sau thời gian số lượng trung tâm hoạt động giảm tốc độ hấp phụ phụ thuộc nhiều vào tốc độ chuyển dịch ion Cd2+ từ pha thể tích đến trung tâm hoạt động lại Nguyễn Thị Luyến 41 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học KẾT LUẬN Từ kết trình bày chương 3, rút số kết luận sau: Đã xử lý bentonit Di Linh tự nhiên để nâng cao hàm lượng Montmorillonite phương pháp hóa học thu Bentonit Di Linh Natri (MONT-Na) Đã chống lớp sét Bentonit Di Linh Natri polioxocation Nhôm với tỷ lệ mol khác thu vật liệu 2,5Al-PICL; 5,0Al-PICL; 7,5Al-PICL 10Al-PICL Đã đặc trưng cấu trúc sản phẩm thu phương pháp vật lý: SEM, XRD, IR, DTA-TGA, BET, TPD-NH3,27Al-MAS-NMR với ion Keggin 5Al-PICL Đã nghiên cứu khả trao đổi vật liệu: 5Al-PICL, 10AlPICLvà Bent.DL-Na với ion kim loại Cd(II) Kết cho thấy 5AlPICLhấp phụ tốt pH = 5,0 Cd(II) Mở hướng dùng vật liệu Al-PICLđể xử lý nước thải Nguyễn Thị Luyến 42 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hoá học kỹ thuật xử lý nước NXB Thanh Niên Hà Nội [2] Nguy.ễn Đức Châu (10- 1995), Sử dụng sét Montmorillonit làm chất xúc tác cho tổng hợp hữu cơ, Hội thảo công nghệ tổng hợp hữu ứng dụng công nghiệp đời sống, Tạp chí Viện Hoá Công Nghiệp, 33 – 36 [3] Trương Đình Đức, Nguyễn Văn Bằng, Lục Quang Tấn, Hoa Hữu Thu (2009); Tạp chí Khoa học - Trường ĐHSP Hà Nội II, Hà Nội, Số 06, Tr.87–94 [4] Thân Văn Liên cộng (2006), Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoábentonitViệt Nam để sản xuất bentonit xốp dùng cho xử lý nước thải có chứa kim loạinặng, Viện Cộng nghệ xạ - hiếm, Hà Nội [5] Tử Văn Mạc (1995), Phân tích hoá lý, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Thị Như Mai (1993), Xúc tác Nhômsilicat biến tính số ion kim loại chuyển tiếp phản ứng chuyển hoá toluen etylbenzen, Luận án phó tiến sĩ, Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội [7] Đỗ Quan Huy, Trần Ngọc Mai, Nguyễn Xuân Dũng, Nguyễn Đức Huệ (1990), Nghiên cứu dùng Bentonit Di Linh để loại đioxit khỏi nước, Tạp chí Hoá học, tập 3, trang -7 [8] Vũ Đào Thắng (1997),Nghiên cứu trình tổng hợp anđehit phản ứng oxi hoá ancol chất xúc tác bentonit tẩm natri kim loại, Luận án tiến sĩ, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội [9] Hoa Hữu Thu,Trương Đình Đức, Phạm Thị Mai Phương, Nguyễn Thị Thu Hương, Nguyễn Văn Bằng, Bùi Đức Mạnh; Proceedings Hội nghị xúc tác Hấp phụ toàn quốc lần V-Hải Phòng, NXB Đại Học Sư Phạm, Tr.835-843 (2009) Nguyễn Thị Luyến 43 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học Tài liệu Tiếng Anh [10] Clem A.G and Doehler R.W (1963), Industrial application of bentonite, Claysand Clay minerals, Vol 10, 284 – 290 [11] Grim R.E (1953), Clay Mineralogy, McGraw-Hill, New York, 384 pp [12] H.D J P Vernet – Heavy metal in the environment Amst Elservier (1991) [13].Lipson S.M and Storzky G (1984), Effect of proteins on Reovirus adsorption toClay minerals, Applied and Environmental Microrobiology, Vol 48, No.3, 525– 530 [14] Le Thanh Son, Truong Dinh Duc, Nguyen Van Bang, Dao Duy Tung, Hoa Huu Thu, Proceedings of IWAMN-2009 (Hanoi-Vietnam), p22 (2009) [15] Murray B McBride (1994), Environmetal Chemistry of Soils, Oxford University Press [16] Nogawa K, Kurachi M.and Kasuya M (1999), Advances in the Prevention of Environmental Cadmium Pollution and Countermeasures, Proceedings of the International Conference on Itai-Itai Disease, Environmental Cadmium Pollution Countermeasure, Toyama, Japan, 13-16 May, Kanazawa, Japan: Eiko [17] Parker W.O, Kiricsi I (1995),Aluminum complexes in partially hydrolyzedaqueous AlCl3 solutions used to prepare pillared clay catalysts AppliedCatalysis A: General 121, L7–L11 [18] P.Salermo, S.Mendioroz (2002), Preparation of Al-Pillared Montmorillonite from concentrated dispersion,Applied Clay Scien, 115-123 [19] Stumm W and Wollast R (1997), Coordination chemistry of weathering: Kinetics of the Surface-Controlled Dissolution of Oxide Minerals, Reviews of Geophysics, 28, 53 – 69 [20] Tobias Alfvén (2004), Cadmium Exposure and Distal Forearm Fracture, Journal of Bone and Mineral Research Volume 19, Number Nguyễn Thị Luyến 44 K36B – Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp đại học [21] WHO (1992), Environmental Health Criteria 135: Cadmium Environmental Aspects, World Health Organization, Geneva [22] WHO (2001), Environmental Health Criteria 221: Zinc, World Health Organization, Geneva Nguyễn Thị Luyến 45 K36B – Hoá học [...]... polioxocation kim loi c dựng chng gia cỏc lp sột to nờn vt liu xp (Hỡnh 1.4) Nguyn Th Luyn 11 K36B Hoỏ hc Trng i hc S phm H Ni 2 Khoỏ lun tt nghip i hc [Fe3O(OCOCH3)6-CH3COOH-2H2O]+ [Ta8O7(OR)20] (a) (b) [GaO4 Al12(OH)24(H2O)12]7+ [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ (d) (c) Hỡnh 1.4 Mt s polioxocation kim loi (a): polioxocation st (b): polioxocation tantali (c): polioxocation nhụm (ion Keggin) (d):polioxocation gali... montmorillonit cú dung lng trao i cation tng i cao (100meq/100g), rt ớt nh hng n kớch thc ht Khnng trao i cation lm cho khoỏng bentonit khụng ch trao i vi cỏc cation vục, m cú liờn kt vi cỏc phõn t hu c nh: iquat, paraquat, protein [13] Cỏccation trao i gia lp khỏc nhau cú nh hng n kh nng hp ph nc v tớnh cht trng n ca sột Kh nng trng n trong nc ca bentonit cha Na lnhn bentonit cha K, Ca hoc Mg Khi nc c... Gii thiu v Montmorillonite Bentonit 1.2.1 Thnh phn hoỏ hc ca Montmorillonite (Mont) Bent l loi khoỏng sột t nhiờn, thnh phn chớnh l Montmorillonite (Mont) cụng thc lý tng l Mx[Al2-xMgx](Si4)O10(OH)2; M: kim loi húa tr I nh Na+, K+ Thnh phn ca Mont luụn khỏc vi thnh phn biu din lý thuyt do s thay th ng hỡnh ca cỏc ion kim loi Al+3, Fe+3 cho Si+4 trong t din SiO4 v Mg+2, Fe+2 cho Al+3 bỏt din AlO6 iu... (Pillared Clays) Bng cỏch cho dung dch huyn phự Mont tip xỳc vi mt dung dch polioxocation kim loi vớ d ion Keggin hay cỏc ion tng t ta c sột chng Polioxocation nhụm iu ch c trng thỏi phõn tỏn t dung dch Al3+ bng cỏch iu chnh pH sao cho tng ng vi t l OH/Al trong khong t 2-2,5 bn ca cỏc ct chng nhụm iu kin thy nhit cú th tng rt nhiu bng cỏch trao i proton gia cỏc lp vi cation nh Mg2+, Ca2+, La2+ [2]... Fe+2, Zn+2 cú th xỳc tỏc cho phn ng oxi húa hp cht thm [6] 1.3.1 Polioxocation kim loi Ct chng (Pillars) Mont trng n do s hirat húa ca cỏc cation nm gia cỏc lp nhụm silicat to khong cỏch gia cỏc lp Chng l xen k cỏc phn t l vo khong gia cỏc lp ca Mont [5] Nhng phõn t ny c xen k vo gia cỏc lp sột bng cỏch trao i vi cation n bự in tớch b mt Mont c chng bng polioxocation vụ c cho sn phm cú din tớch b... khụng gian gia cỏc lp Cỏc cation ny cú kh nng trao i vi cỏc cation kim loi khỏc hay vi cỏc cation hu c chuyn t sột a nc k du sang a du k nc Kh nng trao i cation ca Mont l tng ng vi in tớch ca cỏc lp Hỡnh 1.2 Cu trỳc 2:1 ca MMT [10] Nguyn Th Luyn 7 K36B Hoỏ hc Trng i hc S phm H Ni 2 Khoỏ lun tt nghip i hc 1.2.3 Tớnh cht lý hoỏ ca bentonit Bentonit l khoỏng sột kt mm hỡnh thnh t quỏ trỡnh phong hoỏ tro... xỳc tỏc cao Kh nng trao i cation cũn ph thuc vo húa tr v bỏn kớnh cation Cỏc cation húa tr v bỏn kớnh cation cng nh cng d trao i Tuy nhiờn kh nng trao i ion ca Mont ch yu vn ph thuc in tớch õm b mt v lng in tớch õm trong mng li B mt Mont gm b mt trong v b mt ngoi Kh nng trao i ion b mt ngoi phn ỏnh kớch thc tinh th Kớch thc ht cng nh kh nng trao i cng ln Kh nng trao i cation b mt trong phn ỏnh lng in... 100oC, ta thu c sột ó qua x lý 2.1.3 iu ch Sột chng polioxocation Nhụm Al137+ (ion Keggin) Dung dch ion Keggin c ch to nh cụng trỡnh [3, 9, 14] *Dng c, thit b - Cc chu nhit 2000 ml - Mỏy khuy - Dng c lc ra - Phu nh git 50 ml - Giy pH - T sy *Húa cht - AlCl3 dng tinh th - NaOH dng tinh th 2.1.3.1 iu ch dung dch ct chng Polioxocation Nhụm Al137+ (ion Keggin) Ct chng polioxocation nhụm Al137+ c iu ch theo... bn cht cation trao i v lng nc hp th thng lờn ti 12.4A0 Di õy l s cu trỳc khụng gian mng li ca lp Mont trung ho in [2] Nu Si4+ t din hay Al3+ bỏt din b thay th ng hỡnh bi cỏc cation kim loi cú in tớch dng thp hn thỡ cỏc phn mng mang in tớch õm in tớch ny ph thuc vo bn cht, s lng cation thay th v c bự tr bng cỏc cation mang in tớch dng Na+, K+, Ca2+, Fe2+ khong khụng gian gia cỏc lp Cỏc cation ny cú... n kim loi ngi ta cũn iu ch ct chng l hn hp kim loi a húa tr Vớ d iu ch dung dch cha Al, Cu ly mt lng dung dch mui thớch hp AlCl3 v CuCl3 cú nng xỏc nh, iu chnh pH dung dch sao cho t l OH/Al+Cu khong 4-4,5 gi húa trong mt khong thi gian Sau ú cho dung dch trờn vo huyn phự Mont-Na khuy mnh trong mt thi gian v nhit xỏc nh, tỏch sn phm, ra sch sy khụ ta thu c sột chng hn hp hai kim loi Thc nghim cho ... Mt s polioxocation kim loi (a): polioxocation st (b): polioxocation tantali (c): polioxocation nhụm (ion Keggin) (d):polioxocation gali 1.3.2 Sột chng (Pillared Clays) Bng cỏch cho dung dch huyn... kinh t Bentonit l mt loi khoỏng sột, tn ti t nhiờn, cú cu trỳc lp, cú din tớch b mt ln nờn rt phự hp lm vt liu hp ph cỏc cation kim loi Vi mong mun a bin phỏp x lý kim loi Cd2+ nc thisao cho cú... a nhm loi b kim loi nng nc thi trc thi mụi trng Trong s cỏc phng phỏp tỏch loi kim loi nng, phng phỏp hp ph c cho l hiu qu x lý kim loi nng c bit nng thp Do ú, s hp ph cỏc ion Cd2+ trờn cỏc