NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ GỖ XÀ CỪ, ỨNG DỤNG XỬ LÝ Cr(VI) TRONG NƯỚC

MỤC LỤCLỜI CẢM ƠNMỤC LỤCDANH MỤC BẢNGDANH MỤC HÌNHMỞ ĐẦU11. Lý do chọn để tài12.Mục tiêu nghiên cứu:23.Nội dung nghiên cứu2CHƯƠNG I: TỔNG QUAN31.1.Tổng quan về ô nhiễm nước31.1.1.Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước31.1.2.Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng51.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng61.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người91.2.1. Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường91.2.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng đến môi sức khỏe con người91.3. Đại cương về Crom101.3.1. Sự phân bố Crom trong môi trường101.3.2. Độc tính của Crom111.4. Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước121.4.1.Phương pháp kết tủa hóa học121.4.2.Phương pháp sinh học121.4.3. Phương pháp trao đổi ion121.4.4. Phương pháp điện hóa121.5. Xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp hấp phụ131.5.1.Cơ chế của phương pháp131.5.2.Cơ chế của quá trình hấp phụ131.5.3.Cân bằng hấp phụ141.5.4.Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ141.6. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học171.6.1. Một số hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học.171.6.2. Vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ18CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU212.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu212.2.Phương pháp nghiên cứu:212.3.1. Dụng cụ và hóa chất212.3.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ232.3.3. Phương pháp xác định Cr(VI)252.3.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, cấu trúc của vật liệu272.3.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu chế tạo từ gỗ xà cừ282.3.6. Thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong nước thải29CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN303.1. Kết quả chế tạo vật liệu303.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng vật liệuthể tích axit đến quá trình chế tạo vật liệu303.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian biến tính đến quá trình chế tạo vật liệu313.1.3. Kết quả xác định đặc trưng, cấu trúc của mẫu vật liệu tối ưu.313.2. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo.333.2.1. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)333.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)343.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)353.2.4. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu373.3. Thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong nước thải39KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ40TÀI LIỆU THAM KHẢO41PHỤ LỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG NGUYỄN DIỆU LINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ GỖ XÀ CỪ, ỨNG DỤNG XỬ LÝ Cr(VI) TRONG NƯỚC HÀ NỘI - 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG NGUYỄN DIỆU LINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ GỖ XÀ CỪ, ỨNG DỤNG XỬ LÝ Cr(VI) TRONG NƯỚC Chuyên ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường Mã ngành : D510406 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS DƯƠNG THỊ LỊM TS MAI VĂN TIẾN HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Môi trường – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện tốt giúp em nghiên cứu học tập suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới TS Mai Văn Tiến – Giảng viên Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Dương Thị Lịm , anh, chị Phòng Phân tích Tồng hợp Địa Lý – Viện Địa Lý tận tình hướng dẫn, chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện tốt cho em suốt trình tiến hành nghiên cứu để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ để em có điều kiện tốt suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Do thời gian nghiên cứu có hạn, đồ án tốt nghiệp em nhiều thiếu xót, em mong thầy cô đóng góp ý kiến để em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Diệu Linh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ quang IR Infrared Spectroscopy Quang phổ hồng ngoại SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét VLHP Vật liệu hấp phụ MỞ ĐẦU Lý chọn để tài Nước tài nguyên vô tận, giữ vai trò quan trọng trình hình thành phát triển sinh Không thể có sống nước Nước đóng vai trò quan trọng sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đời sống Ngày nay, với phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật sống người nâng cao nhu cầu nước ngày nhiều, ô nhiễm môi trường nước xảy ngày nghiêm trọng Hầu thải sinh hoạt nước thải công nghiệp không xử lý mà thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến đời sống ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng, kim loại có liên quan trực tiếp đến biến đổi gen, ung thư, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường hàm lượng nhỏ Crom ví dụ Crom kim loại nặng có nhiều ứng dụng công nghiệp như: sản xuất sắt hợp kim crom nhiều hơp kim khác chứa coban hay niken, chế tạo thép không rỉ; cromat khác sản xuất nấu chảy, nướng chiết tách: natri đicromat dùng để sản xuất chất màu crom, sản xuất muối crom dùng để thuộc da, chất cắn màu cho nhuộm, chất bảo quản gỗ; mạ crom chống rỉ cho đồ dùng nấu ăn, đun nước nhiều vật dụng khác Tương tự nguyên tố thiết yếu khác độc tính Crom xảy nồng độ cao, độc tính Cr(VI) cao nhiều Cr3+ Mặt khác, phát sinh nước thải có chứa hàm lượng cao Cr(VI) độc chất người: Crom gây kết tủa protein, axit nuclecic ức chế hệ thống enzym, tác nhân gây ung thư phơi nhiễm thời gian dài Chính vậy, việc xử lý Cr(VI) vô cần thiết người môi trường Có nhiều phương pháp để xử lý Cr(VI) sử dụng nay: phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp màng, phương pháp điện hóa, phương pháp hấp phụ , phương pháp trao đổi ion, phương pháp sinh học Các phương pháp xử lý thông thường có số nhược điểm chung sinh số lượng bùn thải lớn sử dụng nhiều hóa chất để khử Cr(VI) , trung hòa kết tủa; công nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phương; giá đầu tư chi phí vận hành cao đòi hỏi tay nghề vận hành Do đó, việc ứng dụng với quy mô công nghiệp phương pháp nhiều khác biệt nước Công nghệ xử lý phương pháp hấp phụ, với lớp lọc vật liệu có nguồn gốc thực vật thân thiện với môi trường, dễ tìm, rẻ tiền phù hợp với thực tiễn sản xuất kinh tế nước ta Xà cừ vật liệu có nguồn gốc sinh học, trồng phổ biến nước ta thân thiện với môi trường Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng chúng vào chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm ứng dụng xử lý nước thải quan tâm Chính lý trên, em tiến hành chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ, ứng dụng xử lý Cr(VI) nước ” Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Cr(VI) từ gỗ xà cừ biến tính - Bước đầu đánh giá thử nghiệm khả xử lý Cr(VI) nước vật H2SO4 liệu hấp phụ chế tạo Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ biến tính H 2SO4 - Tiến hành chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ biến tính H2SO4 - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu: tỷ lệ khối lượng/thể tích (w/v) , thời gian - Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ - Khảo sát phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân từ xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo Langmuir - Ứng dụng thử nghiệm xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI) CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ô nhiễm nước - Ô nhiễm nước thay đổi theo chiều xấu tính chất vật lý – hoá học sinh học nước, với xuất chất lạ thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với người sinh vật - Ô nhiễm nước xảy nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, chất ô nhiễm mặt đất, thấm xuống nước ngầm.[1] 1.1.1 Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước Có nhiều tác nhân gây ô nhiễm, nghiên cứu ta chia làm tác nhân sau: a) Các ion vô hòa tan Nhiều ion vô có nồng độ cao nước tự nhiên,trong nước thải đô thị chứa lượng lớn ion như: Cl - , SO42-, PO43-, Na+ , K+ Trong nước thải công nghiệp, ion kể có chất vô có độc tính cao hợp chất Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F - Các chất dinh dưỡng (N,P): Mặc dù không độc hại người, song có mặt nước nồng độ tương đối lớn, với nitơ, photphat gây tượng phú dưỡng - Sunlfat (SO42-): nước biển nước phèn, thường có nồng độ sulfat cao Sulfat nước bị vi sinh vật chuyển hóa tạo sulfit axit sulfuric gây ăn mòn đường ống bê tông - Clorua ( Cl-): Là ion quan trọng nước nước thải Clorua kết hợp với ion khác natri, kali gây vị mặn cho nước, ảnh hưởng nhiều đến mục đích ăn uống sinh hoạt - Các kim loại nặng: Pb, Hg, Cr, Cd, As, Mn, thường có nước thải công nghiệp Hầu hết kim loại nặng có độc tính cao người động vật khác.[1] b) Các chất hữu - Các chất hữu dễ bị phân hủy sinh học CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết chế tạo vật liệu 3.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng vật liệu/thể tích axit đến trình chế tạo vật liệu - Tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit (w/v) ảnh hưởng nhiều đến trình chế tạo vật liệu, yếu tố định kết hấp phụ Cr(VI) vật liệu Kết thể bảng 3.1: Bảng 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng/thể tích STT Tỷ lệ khối Ci (mg/l) Cf (mg/l) lượng/thể dd ban dd sau hấp tích đầu phụ 4,994 5,036 5,075 5,011 4,998 4,489 3,706 3,34 0,96 1,12 2:1 1:1 1:2 1:3 1:4 Trong đó: Dung Hiệu suất lượng hấp (%) phụ qi 10,11 26,41 34,19 80,84 77,59 (mg/g) 0,17 0,44 0,58 1,35 1,29 - Ci: nồng độ Cr(VI) dung dịch ban đầu (mg/l) - Cf: nồng độ Cr(VI) dung dịch sau hấp phụ (mg/l) - q: dung lượng hấp phụ (mg/g) Với : q = khối lượng chất bị hấp phụ (mg)/ khối lượng VLHP (g) Khối lượng chất bị hấp phụ (mg) = (C i– Cf) x thể tích dung dịch đem hấp phụ (ml) x 10-3 Nhận xét: Từ kết nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit lớn dung lượng hấp thu cao Tuy nhiên, khuôn khổ đồ án nghiên cứu, khảo sát tỷ lệ khác tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit 1:3 cho dung lượng hấp phụ tốt 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian biến tính đến trình chế tạo vật liệu 30 Kết thử nghiệm ảnh hưởng thời gian biến tính đến trình chế tạo vật liệu có bảng sau: Bảng 3.2: Ảnh hưởng thời gian biến tính đến trình chế tạo vật liệu Thời gian STT biến tính (giờ) 4 Ci (mg/l) dd ban đầu Cf (mg/l) dd sau hấp phụ 5,02 5,05 5,02 5,08 3,99 3,284 2,143 0,877 Dung Hiệu suất lượng hấp (%) phụ qi 20,52 34,97 57,31 82,74 (mg/g) 0,34 0,59 0,96 1,40 Theo kết thực nghiệm cho thấy biến tính vật liệu thời gian cho hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ cao Chọn thời gian tối ưu cho nghiên cứu sau 3.1.3 Kết xác định đặc trưng, cấu trúc mẫu vật liệu tối ưu a) Kết chụp SEM: Hình 3.1: Ảnh SEM mẫu vật liệu chế tạo Từ hình ảnh chụp SEM cho thấy có lỗ rỗng lớn phát triển bề mặt hình thành thay đổi số hợp chất suốt trình biến tính vật liệu 31 b) Kết đo phổ hồng ngoại (IR) Hình 3.2 Phổ hồng ngoại vật liệu trước sau biến tính Từ kết phân tích phổ IR hình (phổ IR trước hấp phụ) cho thấy mẫu than xà cừ biến tính chưa hấp phụ ion Cr(VI) có số pick đặc trưng như: pick có cường độ mạnh bước sóng 3472 cm -1 tương ứng với dao động nhóm hydroxyl (OH-), pick bước sóng 2926 cm- tương ứng với dao động liên kết C-H nhóm chức methylene, pick hấp phụ mạnh bước sóng 1719 cm -1 tương ứng với dao động liên kết C=O, 1596 cm -1 tương ứng với dao động liên kết nhóm C-O C-OH có mặt cấu trúc ligin [10] Sau hấp phụ ion Cr(VI) hình (IR sau hấp phụ ) cho thấy nhóm chức có mặt vật liệu chưa hấp phụ có dịch chuyển sau: dao động nhóm hydroxyl bước sóng 3472 cm-1 3443 cm-1, dao động liên kết C-H bước sóng 2926 cm -1 dịch đến 2880 cm-1, nhóm C=O có dao động hấp phụ bước sóng 1719 cm -1 dịch chuyển đến 1702 cm-1, dao động nhóm C-O C-OH cấu trúc lignin bước sóng 1596 cm-1 dịch đến 1576 cm-1 điều chứng tỏ có tạo phức Cr(VI) với nhóm chức vật liệu hấp phụ có tương tác ion Cr(VI) với nhóm chức vật liệu hấp phụ 32 3.2 Kết nghiên cứu khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu chế tạo 3.2.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) - Khối lượng chất hấp phụ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trình hấp phụ Do đó, nghiên cứu thực khảo sát ảnh hưởng lượng chất hấp phụ khoảng từ 0,1- 0,5g/100ml dung dịch Cr(VI) (5mg/l), điều kiện pH = thời gian hấp phụ 150 phút Kết trình nghiên cứu có bảng sau: Bảng 3.3 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất xử lý Cr(VI) Lượng chất STT hấp phụ (g) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Ci (mg/l) dd ban đầu Cf (mg/l) dd sau hấp phụ 5,02 5,07 5,06 5,02 5,08 3,969 2,712 0,615 0,756 0,977 Dung Hiệu suất lượng hấp (%) phụ qi 20,94 46,51 87,85 84,94 80,77 (mg/g) 1,051 1,179 1,482 1,066 0,821 Hình 3.3: Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Nhận xét: Hiệu suất hấp phụ tăng dần có nhiều phân tử vật liệu hấp phụ thể tích nên bề mặt tiếp xúc vật liệu hấp phụ với ion Cr(VI) tăng lên, khả ion kim loại vào mao quản vật liệu hấp phụ tăng lên Đến 33 xảy cân hấp phụ, tổng diện tích bề mặt tiếp xúc chúng không ñổi nên hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể Từ kết thực nghiệm thể bảng 3.3 cho thấy: lượng chất hấp phụ 0,3g cho kết hiệu suất trình hấp phụ cao Từ đó, chọn lượng chất hấp phụ 0,3g cho thí nghiệm phân tích sau 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả hấp phụ vật liệu pH Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ vật liệu tiến hành thời gian khoảng 150 phút, nồng độ dung dịch Cr(VI) 5mg/l (lấy100ml), với khối lượng vật liệu hấp phụ 0,3g, pH điều chỉnh thay đổi từ đến Kết nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu chịu ảnh hưởng yếu tố pH thể bảng sau: Bảng 3.4 : Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) STT pH Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu Dung lượng dd ban dd sau hấp suất hấp phụ qi đầu phụ (%) (mg/g) 4,787 0,549 88,53 1,413 4,763 0,557 88,31 1,402 4,798 0,602 87,45 1,399 4,976 1,05 78,9 1,309 4,972 1,385 72,14 1,196 4,977 3,27 34,3 0,569 4,964 3,939 20,65 0,342 34 Hình 3.4 : Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Nhận xét: - Từ kết thu từ bảng 3.4 hình 3.4 : Khi pH môi trường axit khả hấp phụ Cr(VI) vật liệu tăng (hiệu suất trình xử lý tăng) Trong khoảng pH khảo sát, hiệu suất hấp phụ cao pH = (88.53%) có xu hướng giảm dần chuyển sang môi trường bazơ Điều giải thích: môi trường axit mạnh, phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ tích điện dương lực tương tác lực đẩy tĩnh điện - Hơn nữa, pH thấp (pH=2 - 4) tâm hấp phụ bề mặt chất hấp phụ bị proton hóa mang điện tích dương đồng thời Cr(VI) chủ yếu tồn dạng phức anion HCrO4- mang điện tích âm khoảng pH Do vậy, trình hấp phụ xảy lực tĩnh điện xảy chất hấp phụ tích điện dương anion HCrO4- điện âm Ngược lại, việc giảm hiệu suất hấp phụ tăng pH (pH>4) cạnh tranh nhóm ion Cr(VI) ion OH - pH tăng nồng độ ion OHtrong nước nhiều Vậy pH = pH tối ưu cho trình hấp phụ 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Quá trình khảo sát tiến hành điều kiện: - Vật liệu hấp phụ có kích thước 0,5 – 1mm - Khối lượng vật liệu 0,3g - Nồng độ dung dịch Cr(VI) 5mg/l: 100ml dung dịch - pH = 35 - Thời gian hấp phụ thay đổi từ: 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút Kết thu bảng đây: Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) STT Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 180 Ci (mg/l) Cf (mg/l) dd ban đầu dd sau hấp phụ 5,025 5,038 5,080 5,004 5,075 5,051 4,638 3,682 3,080 1,994 0,602 0,789 Hiệu suất (%) 7,70 26,92 39,37 60,15 88,14 84,38 Dung lượng hấp phụ qi (mg/g) 0,129 0,452 0,667 1,003 1,491 1,421 Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Cr(VI) dung dịch theo thời gian hấp phụ: Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Nhận xét: - Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất trình hấp phụ tăng theo thời gian hấp phụ tăng nhanh từ 30 đến từ 150 phút Tại thời gian 180 phút hiệu suất giảm, trình hấp phụ trình thuận nghịch, nên vật liệu hấp phụ đạt trạng thái cân làm giảm hiệu suất trình hấp phụ Điều giải thích sau: 36 Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt, phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại Khi thời gian hấp phụ ngắn chưa đủ để trung tâm hoạt động bề mặt chất hấp phụ lấp đầy Cr(VI) Ngược lại, thời gian dài lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước lớn, nên hiệu hấp phụ gần không tăng dần đạt trạng thái cân Do đó, thời gian hấp phụ tối ưu là: 150 phút 3.2.4 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu - Khảo sát phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân vật liệu tiến hành điều kiện pH = 2, khối lượng vật liệu hấp phụ 0,3g, thể tích dung dịch Cr(VI) 100ml, thời gian hấp phụ 150 phút, nồng độ dung dịch Cr(VI) khác 1, 5, 10, 25, 50, 100, 150mg/l - Kết thực nghiệm nghiên cứu phụ thuộc tải trọng hấp phụ vật liệu hấp phụ vào hàm lượng ion kim loại Cr(VI) thể bảng 3.6 - Kết mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir trình bày đồ thị hình 3.6 Từ đồ thị xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max vật liệu hấp phụ Cr(VI) Bảng 3.6 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) dd ban đầu dd sau hấp phụ 0,99 5,01 9,98 25,02 50,03 99,96 149,95 0,09 0,62 2,01 5,44 12,20 43,98 80,8 Dung lượng hấp phụ qi Cf / q (mg/g) 0,30 1,46 2,66 6,53 12,61 18,66 23,05 0,300 0,425 0,756 0,833 0,967 2,357 3,505 Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ nồng độ cân Cf Cr(VI) 37 Hình 3.6: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ q vào nồng độ cân Cf Cr(VI) dung dịch Kết thực nghiệm cho thấy: nồng độ sau hấp phụ dung dịch Cr(VI) tăng dung lượng hấp phụ vật liệu tăng dần Dựa vào số liệu thu được, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc C f/q vào Cf theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir cho vật liệu hấp phụ thể hình 3.6 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của Cf /q vào Cf Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf mô tả theo phương trình: y= 0,0382x + 0,5136 (1) PT: Cf q = qmax Cf + qmax b 38 mô tả dạng phương trình (1) ( y = Cf/q x = Cf ) Từ ta tính được: 1/qmax = 0,0382=> b = 0,0744 => qmax = 26,18 mg/g Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ mô tả tốt số liệu thực nghiệm, điều thể qua số R Dung lượng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ Cr(VI) 26,18 mg/g 3.3 Thử nghiệm xử lý Cr(VI) nước thải Kết thử nghiệm xử lý Cr(VI) hai mẫu nước thải có bảng sau: Bảng 3.7: Kết thử nghiệm mẫu nước thải Mẫu nước thải Nồng độ Nồng độ Nồng độ Hiệu Ký hiệu Cr(VI) ban Cr(VI) sau Cr(VI) suất mẫu VT1 VT2 đầu hấp phụ 0,0857 0,0798 0,032 0,029 (%) 62,66 63,65 VT3 0,0860 0,0307 hấp phụ 0,0537 0,0508 0,0553 64,30 Từ kết nghiên cứu xử lý mẫu nước thải chứa ion Cr(VI) cho thấy, hiệu suất xử lý Crom cho kết khả quan (trên 60%) Mẫu nước thải sau hấp phụ chứa nồng độ Cr(VI) đạt tiêu chuẩn cho phép cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp Từ đó, kết luận triển vọng ứng dụng vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ để xử lý Crom nước thải 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình thực đồ án tốt nghiệp : “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ Ứng dụng xử lý Cr(VI) nước ”, thu số kết sau: - Tổng hợp điều kiện tối ưu cho trình chế tạo vật liệu biến tính từ gỗ xà cừ từ đưa quy trình chế tạo - Qua khảo sát khả hấp phụ vật liệu hấp phụ ion Cr(VI), kết cho thấy gỗ xà cừ có khả xử lý Cr(VI) tốt - Từ kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu cho pH tối ưu trình hấp phụ Cr(VI) pH = - Khi khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Cr(VI), kết thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 150 phút - Mô tả trình hấp phụ vật liệu ion Cr(VI) theo mô hình Langmuir thu giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax = 26,18 (mg/g) - Ứng dụng thử nghiệm xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI) cho kết hiệu suất xử lý đạt 60% Kiến nghị Do nhiều hạn chế thời gian, điều kiện công nghệ khả nắm bắt sinh viên nên đề tài nhiều thiếu sót Vậy nên em xin đưa số đề xuất cho nghiên cứu tiếp theo: - Tiếp tục nghiên cứu khả giải hấp phụ để tái sinh vật liệu - Nghiên cứu khả xử lý kim loại khác gỗ xà cừ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá, 2000, “Độc học môi trường”, Nhà xuất đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đăng Đức, 2008, “Hóa học phân tích”, Đại học Thái Nguyên Hoàng Nhâm, 2001, “ Hóa vô tập 3”, Nhà xuất giáo dục Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2002, “Giáo trình công nghệ xử lí nước thải”, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Trịnh Thị Thanh, (2001), “Độc học, môi trường sức khỏe người”, Nhà xuất Đại Học quốc gia Hà Nội Lê Văn Cát, (2002), “Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước thải, NXB thống kê Hà Nội” Lê Thị Tình, (2011), “Nghiên cứu khả hấp phụ Cr vỏ trấu ứng dụng xử lý tách Cr khỏi nguồn nước thải” Trịnh Ngọc Châu, Triệu Thị Nguyệt, Vũ Đăng Độ, (2001), “Nghiên cứu khả sử dụng số phụ phẩm nông nghiệp để hấp thụ số ion kim loại nặng nước thải”, Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ hai - ngành Hoá học, trường ĐH Quốc gia Hà Nội Dương Thị Lịm, (2014), “Nghiên cứu tổng hợp số oxit hỗn hợp kích thước nanomet hệ đất – mangan khảo sát khả hấp phụ amoni, asen, sắt, mangan nước sinh hoạt” 10 S Rangabhashiyam, N.Selvaraju, (2015), “Efficacy of unmodified and chemically modified Swietenia mahagoni shells for the removal of hexavalent chromium from simulated wastewater, Journal of Molecular Liquids 209, 487-497” 11 QCVN 40:2011/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp 41 PHỤ LỤC Vật liệu thô ban đầu Biến tính H2SO4 bếp cách cát Mẫu vật liệu sau biến tính Lọc mẫu vật liệu rửa hết axit dư Khuấy từ không gia nhiệt Mẫu đem đo trắc quang Mẫu nước thải Chụp phổ hồng ngoại IR ẢNH CHỤP SEM [...]... bằng nước cất - Dung dịch NaOH 0,1M: Pha loãng 10 lần từ dung dịch chuẩn NaOH 1M 2.3.2 Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ a) Quy trình chế tạo vật liệu Xử lý sơ bộ mẫu xà cừ thu thập được 22 Biến tính vật liệu bằng H2SO4 Trung hòa axit dư (rửa vật liệu) Sấy giấy lọc chứa vật liệu Vật liệu hấp phụ Chi tiết quy trình chế tạo vật liệu cụ thể như sau: Bước 1: Xử lý sơ bộ mẫu xà cừ - Mẫu xà cừ... tự động trong 150 phút - Lấy mẫu chứa vật liệu đã khuấy đem đi lọc lấy dịch lọc - Dung dịch sau lọc đem đi xác định hàm lượng Cr(VI) ở bước sóng λ = 540nm 2.3.6 Thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong nước thải Sau khi thực hiện các thí nghiệm để nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính từ gỗ xà cừ, ta tiến hành thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong mẫu nước thải bằng vật liệu đã chế tạo được Mẫu nước thải... hấp phụ của vật liệu biến tính từ vỏ trấu cho kết quả tốt: với dung lượng hấp phụ cực đại của Cr(VI) lên đến 62,5 mg/g [7] d) Gỗ xà cừ dái ngựa (Swietenia mahagoni): Gỗ xà cừ dái ngựa được trồng nhiều ở Ấn Độ, được nghiên cứu xử lý Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ Nghiên cứu biến tính vật liệu với tác nhân là H 2SO4 và H3PO4 đều cho kết quả rất tốt Kết quả dung lượng hấp phụ đối với vật liệu biến tính... chlorophenyl, carotene, anthocyanyn và tanin cũng có khả năng hấp phụ ion kim loại Để nghiên cứu khả năng hấp phụ của biomass đối với Cr(VI) các loại vật liệu hấp phụ sử dụng trong nghiên cứu này là gỗ xà cừ Các vật liệu lignocelluloses như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía…đã được nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp Ngoài ra, nhờ... PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu •Đối tượng nghiên cứu: Gỗ xà cừ •Phạm vi nghiên cứu: Quy mô phòng thí nghiệm •Thời gian nghiên cứu: Từ 01/04 – 20/5/2016 2.2 Phương pháp nghiên cứu: •Phương pháp tổng quan tài liệu: Tra cứu, tham khảo các nguồn tài liệu như internet, sách, báo, luận án, đề tài, các công trình nghiên cứu đã được công bố…có liên quan đến nội dung nghiên cứu •Phương... là kỹ thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc biomass làm lớp đệm Mặc dù còn nhiều ý kiến khác nhau, nhưng cơ chế của quá trình hấp phụ có thể phân thành 2 loại: hấp phụ do tương tác tĩnh điện và hấp phụ nội tại Tương tác tĩnh điện có thể quan sát được từ quá trình hấp phụ các cation kim loại và các anion trên bề mặt hấp phụ Đối với trường hợp xử lý nước chứa nhiều ion Cr(VI), ở độ pH thấp chúng... - Giải hấp phụ: là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ Là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế - Một số phương pháp giải hấp phụ: phương pháp nhiệt, phương pháp hóa lý, phương pháp vi sinh 1.5.3 Cân bằng hấp phụ 13 - Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên... Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó - Chất bị hấp phụ: là chất được hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ - Quá trình hấp phụ là quá trỉnh tỏa nhiệt 1.5.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta chia ra hai loại hấp phụ: - Hấp phụ vật lý: ... trị k, n Hình 1.4 : Sự phụ thuộc lg q và lg Cf Khi đó: tg β = 1/n OB = lgk 1.6 Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học 1.6.1 Một số hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học a) Vỏ lạc: - Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion Cd 2+ rất cao Chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7 g/l có thể hấp phụ dung dịch hấp 17 phụ chứa Cd2+ nồng độ 20... Quả nang hình cầu, vỏ quả hóa gỗ Hạt dẹt, có cánh mỏng Hoa tháng 5-7, quả tháng 8-10 18 - Phân bố: Nguyên sản của châu Phi, nhập vào Việt Nam để trồng ở vườn cây và ven đường để lấy bóng mát Lá non thu hái vào mùa xuân, dùng tươi b) Cơ chế hấp phụ kim loại của gỗ xà cừ: Xử lý nước bằng phương pháp hấp phụ với vật liệu có nguồn gốc sinh vật (biomass) đã được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế