Nghiên cứu khả năng hấp phụ m ột số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thăm dò xử lí môi trường

Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thăm dò xử lí môi trường

-5- MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 1.2 Ảnh hưởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ người 11 1.1.1 Chì 11 1.1.2 Crom 12 1.1.3 Đồng 12 1.1.4 Mangan 12 1.1.5 Niken 13 Quá trình hấp phụ 13 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 13 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 14 1.2.3 Động học hấp phụ 15 1.2.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 16 1.3 Giới thiệu vật liệu hấp phụ - Bã mía 19 1.4 Một số phương pháp định lượng kim loại 22 1.4.1 Phương pháp thể tích 22 1.4.2 Phương pháp trắc quang 23 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 2.1 Thiết b ị hoá chất 27 2.1.1 Thiết b ị 27 2.1.2 Hoá chất 27 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tnu.e du.v n 2.2 Chế tạo khảo sát số đặc trưng cấu trúc vật liệu hấp phụ 28 2.2.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ 28 2.2.2 Một số đặc trưng cấu trúc VLHP 29 2.3 Định lượng kim loại 31 2.3.1 Dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 31 2+ 2.3.2 Dựng đường chuẩn xác định Ni 2+ 2.3.3 Dựng đường chuẩn xác định Mn 32 33 2+ 34 2.3.5 Định lượng Cu 2+ 34 2.4 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 35 2.3.4 Định lượng Pb 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP 36 2.5.1 Ảnh hưởng thời gian 36 2.5.2 Ảnh hưởng pH 39 2.5.3 Ảnh hưởng nồng độ - Cân hấp phụ 41 2.6 Thử xử lí nước thải chứa Cr(VI) 45 KẾT LUẬN 47 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt 13 Bảng 1.2 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 16 Bảng 1.3 Thành phần hoá học bã mía 20 Bảng 2.1 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 31 Bảng 2.2 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 32 2+ Bảng 2.3 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Ni 2+ Bảng 2.4 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Ni 2+ Bảng 2.5 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Mn 2+ Bảng 2.6 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Mn 32 33 33 34 Bảng 2.7 So sánh khả hấp phụ nguyên liệu VLHP 2+ 2+ 2+ 2+ Cr(VI), Ni , Mn , Pb Cu 35 Bảng 2.8 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ 36 Bảng 2.9 Thời gian đạt cân hấp phụ ion kim loại 39 Bảng 2.10 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ 40 Bảng 2.11 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ 42 Bảng 2.12 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir 45 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 19 Hình 1.2 Đồ thị phụ thuộc C cb/q vào Ccb 19 Hình 1.3 Hình ảnh thành phần hố học bã mía 21 Hình 2.1 Phổ hồng ngoại nguyên liệu 29 Hình 2.2 Phổ hồng ngoại VLHP 30 Hình 2.3 Ảnh SEM VLHP nguyên liệu 31 Hình 2.4 Đường chuẩn xác định Cr(VI) 32 2+ Hình 2.5 Đường chuẩn xác định Ni 2+ 33 Hình 2.6 Đường chuẩn xác định Mn 34 Hình 2.7 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian 38 Hình 2.8 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch 41 Hình 2.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu ion 43 Hình 2.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cr(VI) 43 Hình 2.11 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Cr(VI) 43 2+ Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni 2+ Hình 2.13 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Ni 2+ 44 44 Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Mn 44 Hình 2.15 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Mn2+ 44 Hình 2.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Pb 2+ Hình 2.17 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Pb2+ 2+ Hình 2.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu 2+ Hình 2.19 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Cu 44 44 45 45 MỞ ĐẦU Do phát triển không bền vững mà vấn đề ô nhiễm nguồn nước trở thành vấn nạn nhiều quốc gia Ở nước ta, trình phát triển khu công nghiệp, khu chế xuất góp phần tăng trưởng kin h tế, thúc đẩy đầu tư sản xuất cơng nghiệp, góp phần hình thành khu đô thị mới, giảm khoảng cách kinh tế vùng Tuy nhiên, bên cạnh chuyển biến tích cực kinh tế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái khu công nghiệp gây Thực tế, nhiều nhà máy khu công nghiệp hàng ngày thải trực tiếp nước thải có chứa ion kim loại nặng với hàm lượng vượt giới hạn cho phép môi trường Hậu mô i trường nước kể nước mặt nước ngầm nhiều khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng Có nhiều phương pháp khác nghiên cứu áp dụng để tách loại kim loại nặng khỏ i mô i trường nước Một phương pháp nhiều người quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp phụ ion kim loại [3,19,20] Phương pháp có ưu điểm sử dụng nguồn ngun liệu rẻ tiền, sẵn có khơng đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại khác Một nguồn phụ phẩm cơng nghiệp có khối lượng lớn nước ta bã mía Bã mía với thành phần xenlulozơ hemixenlulozơ thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo vật liệu hấp phụ để tách loại ion kim loại nặng Xuất phát từ lí trên, chúng tô i chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ m ột số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã m ía thăm dị xử lí m trường” sau: Với mục đích đó, đề tài chúng tô i ngh iên cứu nội dung 1- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía 2- Nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu hấp phụ Cr(VI), 2+ 2+ 2+ Ni , Mn , Cu Pb 2+ môi trường nước 3- Thử xử lí mẫu nước thải chứa Cr(VI) xí nghiệp mạ điện quân đội vật liệu hấp phụ chế tạo CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ảnh hƣởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ ngƣời Ở hàm lượng nhỏ số kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể người sinh vật phát triển bình thường, có hàm lượng lớn chúng lại thường có độc tính cao Khi thải mơi trường, số hợp chất kim loại nặng b ị tích tụ đọng lại đất, song có số hợp chất hồ tan tác động nhiều yếu tố khác Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm Các kim loại nặng có mặt nước, đất qua nhiều giai đoạn khác trước sau vào chuỗi thức ăn người Khi nhiễm vào thể, kim loại nặng tích tụ mơ, tác động đến q trình sinh hóa (các kim loại nặng thường có lực lớn với nhóm -SH- SCH3 enzim thể, enzim b ị hoạt tính, cản trở q trình tổng hợp protein thể) Ở người, kim loại nặng tích tụ vào nội tạng gan, thận, xương khớp gây nhiều bệnh nguy hiểm ung thư, thiếu máu, ngộ độc, [1,13,18] Dưới tác động số kim loạ i nặng đến người 1.1.1 Chì Chì thường sử dụng cơng nghệ sản xuất pin, ắc quy, sản xuất đạn bảo vệ phóng xạ,… Chì ngun tố độc hại người động vật Nó xâm nhập vào thể sống chủ yếu qua đường tiêu hóa, hơ hấp,… Khi ngày tiếp xúc lượng chì cao (>10mg Pb/ngày) vài tuần gây nhiễm độc nặng Ăn 1g Pb/lần chết Các hợp chất hữu chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với hợp chất vơ Sự nhiễm độc chì gây nhiều bệnh như: giảm trí thơng minh; bệnh máu, thận, tiêu hóa, ung thư,…[1,9,13,16] 1.1.2 Crom Nước thải từ công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt nhiên liệu hóa thạch,… nguồn gây nhiễm crom Crom có nước thải thường gặp dạng Cr(III) Cr(VI) Cr(III) không độc Cr(VI) độc hại thể người, gây nguy hiểm cho gan, thận đường hơ hấp; gây bệnh răng, miệng, kích thích da, [1,9,13,16] 1.1.3 Đồng Đồng nguyên tố cần thiết cho thể người, nhu cầu hàng ngày người lớn khoảng 0,033 - 0,050mg/kg thể trọng Tuy nhiên, hàm lượng đồng thể lớn thể bị nhiễm độc gây số bệnh thần kinh, gan, thận; lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hố gây tử vong [1,9,13,16] 1.1.4 Mangan Mangan nguyên tố vi lượng cần thiết cho sức khoẻ người trình sinh trưởng phát triển Do mangan hấp thụ qua đường ruột nên không bị ngộ độc ăn uống thực phẩm có chứa nhiều mangan nhu cầu cần thiết (2 - 5mg/ngày) Tuy nhiên, ngộ độc mangan xảy ra, gây rố i loạn hoạt động thần kinh với biểu rung giật kiểu Parkinson Cũng có số trường hợp ngộ độc mangan nguồn nước uống bị ô nhiễm nặng mangan rị rỉ từ bãi chơn pin, ắc quy vào nguồn nước sinh hoạt, uống thuốc có chứa mangan liều cao kéo dài, tắm nước khoáng có nhiều mangan thường xuyên [1,9,13,16] - 13 1.1.5 Niken Niken sử dụng nhiều ngành công nghiệp hố chất, luyện kim, điện tử, … Vì vậy, thường có mặt nước thải Niken vào thể chủ yếu qua đường hơ hấp, gây c ác triệu chứng khó chịu, buồn nơn, đau đầu; tiếp xúc nhiều ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan thận; da tiếp xúc lâu dài với niken gây tượng viêm da, xuất dị ứng,…[1,9,13,16] Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt [12] Stt Tên tiêu Giá trị giới hạn (mg/l) Nước thải công nghiệp Nước cấp sinh hoạt Hàm lượng chì 0,10 0,01 Hàm lượng crom 0,05 0,05 Hàm lượng đồng 2,00 1,00 Hàm lượng mangan 0,50 0,50 Hàm lượng niken 0,20 0,10 1.2 Quá trình hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất có bề mặt, xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ; chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ Ngược với trình hấp phụ q trình giải hấp phụ Đó q trình chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác mà người ta phân b iệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học [2,7,11] ... ion kim loại nặng Xuất phát từ lí trên, chúng tơ i chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ m ột số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã m ía th? ?m dị xử lí m trường? ?? sau: Với m? ??c đích... chúng tô i ngh iên cứu nội dung 1- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã m? ?a 2- Nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu hấp phụ Cr(VI), 2+ 2+ 2+ Ni , Mn , Cu Pb 2+ m? ?i trường nước 3- Thử xử lí m? ??u nước thải chứa... bã m? ?a [22] Với thành phần xenlulozơ hemixenlulozơ, bã m? ?a biến tính để trở thành vật liệu hấp phụ tốt Trên giới có số nhà khoa học nghiên cứu biến tính bã m? ?a để l? ?m vật liệu hấp phụ xử lí m? ?i