Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại cr, ni bằng vật liệu hấp phụ zeolit

KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit lờI Mở ĐầU Môi trờng nhân tố có ảnh hởng định đến tồn phát triển ngời, quốc gia giới Vì vậy, bảo vệ môi trờng đảm bảo phát triển bền vững vấn đề có tính sống quốc gia toàn cầu Cùng với phát triển kinh tế môi trờng đứng trớc nguy cân bị ô nhiễm Bên cạnh ô nhiễm môi trờng đất, không khí ô nhiễm môi trờng nớc vấn đề xúc cần đợc quan tâm giải Mọi sống tồn nh thiếu nớc Nớc nguồn tài nguyên vô quan trọng sống ngời trái đất Tuy nhiên hoạt động ngời chủ yếu mà nguồn tài nguyên bị suy giảm số lợng chất lợng Hiện nớc bị ô nhiễm nhiều tác nhân số tác nhân phải kể đến kim loại nặng (KLN) đợc phát thải chủ yếu từ khu khai thác mỏ, khu công nghiệp mạ, công nghiệp sản xuất chất vô Hầu hết dòng thải không đợc xử lý làm nguồn nớc bị ô nhiễm KLN với hàm lợng vợt mức cho phép Những KLN thờng tích luỹ vào thể sống nhiều đờng gây tác hại nguy hiểm Do đó, việc tìm quy trình xử lý nhằm loại bỏ an toàn chúng khỏi nguồn nớc bị ô nhiễm có ý nghĩa to lớn Trong thời gian qua có nhiều công trình nghiên cứu khác nhằm đề xuất phơng pháp xử lý nguồn ô nhiễm KLN có hiệu nh phơng pháp hoá học, phơng pháp sinh học , phơng pháp trao đổi ion phơng pháp hấp phụ số Xuất phát từ thực tế đó, khoá luận tập trung nghiên cứu đề tài: Xử lý nguồn nớc bị ô nhiễm kim loại Cr, Ni vật liệu hấp phụ Zeolit Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit CHNG I: TNG QUAN I.1 VAI TRề CA NC V S ễ NHIM NGUN NC BI CC KIM LOI NNG [2,9] Nc l ti sn chung ca nhõn loi, l ngun gc ca s sng, l mụi trng ú din cỏc quỏ trỡnh sng Nc úng vai trũ vic m bo cuc sng ca ngi Nc l dung mụi lý tng ho tan, phõn b cỏc cht vụ c, hu c, lm ngun dinh dng cho gii thu sinh cng nh ng vt, thc vt trờn cn, cho gii sinh vt v c ngi Nú giỳp cho cỏc t bo sinh vt trao i cht dinh dng, tham gia vo cỏc quỏ trỡnh phn ng sinh hoỏ v cu to t bo mi Cú th núi, õu cú nc ú cú s sng v ngc li Trờn trỏi t, tng tr lng nc l khong 1386 triu km ú nc bin chim khong 97,3% cũn li l nc ngt 2,7% nhng phn ln dng úng bng (77,2%) Do vy, ngi khai thỏc cỏc ngun nc: nc ngm, h, m, sụng, sui phc v cho cỏc mc ớch khỏc nh: giao thụng ti, ti tiờu cho nụng nghip, lm thu in, cung cp nc cho sinh hot, lm nguyờn liu v cỏc tỏc nhõn trao i nhit cụng nghip hoc s dng lm cỏc phng tin gii trớ Hin nay, vi s phỏt trin nhanh chúng ca cỏc ngnh cụng nghip, cỏc ngun nc ngy cng b ụ nhim bi cỏc loi cht thi khỏc e da mụi trng v sc kho ngi Mt cỏc tỏc nhõn gõy ụ nhim mụi trng nc phi k n ú l cỏc kim loi nng I.1.1 Khỏi quỏt v kim loi nng [1] Vo nhng nm 50 ca th k XX, mt nh khoa hc ngi Nga a khỏi nim u tiờn v kim loi nng (KLN) Theo ụng, hu ht cỏc kim loi cú t trng ln hn st u cú mt s tớnh cht khỏ c bit nh kh nng thu phõn, kt ta, to phc ttv c bit l chỳng cú nhng tỏc ng xu i vi ngi v cỏc sinh vt khỏc nng ca chỳng cao hn bỡnh thng Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit c th gi l KLN T ú, khỏi nim KLN ó c dựng ch cỏc kim loi cú tớnh cht c hi i vi c th ngi v ng, thc vt Vi hm lng nh, cỏc KLN nc cú tỏc dng rt tt cho s sinh trng v phỏt trin ca thc vt v ng vt sng ngun nc ú Nhng vi hm lng ln thỡ chỳng s gõy c hi cho c th sng, kỡm hóm hot ng ca cỏc enzym Mt tớnh cht c bit nguy him ca mt s KLN l chỳng cú kh nng tớch lu sinh hc cao v cú tỏc dng di truyn ti c th h sau nh: Pb, Hg Nhng KLN thng gp v c nghiờn cu nhiu nh: thu ngõn, chỡ, Cadimi, Bari, Crom, ng, thic, Niken, Mangan, Asen, Selen, Thali, Berili I.1.2 Mt s ngun gõy ụ nhim KLN hot ng cụng nghip I.1.2.1 Hot ng khai thỏc m Khoa hc cng phỏt trin, nhu cu ca ngi v xó hi ngy cng cao dn ti sn lng kim loi ngi khai thỏc hng nm cng tng ny sinh yờu cu v x lý nc thi cú cha KLN ú Vic khai thỏc v tuyn qung vng phi dựng n thuc tuyn cha Hg, CN- Ngoi ra, cỏc nguyờn t KLN nh As, Pb cú th ho tan vo nc Vỡ vy, ụ nhim hoỏ hc khai thỏc v tuyn qung vng l nguy c ỏng lo ngi i vi ngun nc sinh hot v nc nụng nghip Nc cỏc m than thng cú hm lng cao cỏc ion KLN, ỏ kim cao hn TCVN t n ln (Theo B ti nguyờn v mụi trng ngy 11/7/2007) Do ú vic x lý nc thi t hot ng khai thỏc m l vụ cựng cn thit I.1.2.2 Cụng nghip m Nc thi ca quỏ trỡnh m in cú cha hm lng kim loi khỏ cao Theo kt qu kho sỏt nc thi phõn xng m in ti mt s nh mỏy Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Bng 1.1: Kt qu kho sỏt nc thi phõn xng m in ti mt s nh mỏy Lng nc a im thi pH (m /ngy) Nh mỏy c khớ Chớnh Xỏc Nh mỏy khoỏ Minh Khai Cụng ty in c Thng Nht TCVN 5945 Hm lng Hm lng Cr6+ (mg/l) Ni2+ (mg/l) 10 2,9ữ12 0,21ữ14,8 0,5ữ20,1 70 6,3ữ7,5 5ữ20 0,1ữ48 20 5,82 3ữ10 0,2ữ6,05 5,9ữ9 0,1 1995 (B) Kt qu cho thy hm lng ion KLN Cr 6+, Ni2+ u cao hn nhiu ln so vi tiờu chun cho phộp Mt khỏc, pH thng dao ng khong rng nờn nh hng n kh nng ho tan kim loi Vỡ vy, luụn cú s bin ng v nng KLN dn n nhng khú khn cho quỏ trỡnh x lý õy l nguyờn nhõn gõy ụ nhim cỏc ngun tip nhn: nc mt, nc ngm, h thng x lý nc thi, gõy tớch t sinh hc, nh hng ti sc kho cng ng I.1.2.3 Cụng nghip sn xut cỏc hp cht vụ c Cỏc KLN c thi hu ht cỏc quỏ trỡnh sn xut cỏc hp cht vụ c nh quỏ trỡnh sn xut xỳt clo, HF, thuc nhum, NiSO 4, CuSO4 Trc õy, thu ngõn c thi vi lng ln quỏ trỡnh sn xut xỳt clo vỡ cụng ngh sn xut xỳt clo s dng in cc thu ngõn Dũng nc thi t b in phõn cú th cú nng thu ngõn lờn ti 35mg/l Nng Niken cao ti 390mg/l c phỏt hin nc thi t mt nh mỏy sn xut NiSO Khi hm lng KLN thi cao nh vy, nu khụng cú bin phỏp x lý thớch hp, trit thỡ ụ nhim ngun nc l hu qu tt yu Vỡ vy, x lý tỏch loi chỳng c t ht sc cp bỏch Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit I.1.2.4 Quỏ trỡnh sn xut sn, mc v thuc nhum Qua phõn tớch nc thi ca cỏc quỏ trỡnh sn xut sn, mc, thuc nhum phỏt hin thy nng mt s KLN rt cao (Pt l 0,8 mg/l, Zn l 10mg/l) Trong nhng nm gn õy, cú th thy tỡnh trng ụ nhim mụi trng nc Vit Nam ang l cn gii quyt cp bỏch quỏ trỡnh phỏt trin kinh t - xó hi Vic kim soỏt, bo v cỏc ngun nc cng nh h sinh thỏi l vic lm cú ý ngha chin lng quc gia Vỡ vy, bờn cnh cỏc bin phỏp kim soỏt ụ nhim vi nhng chớnh sỏch bo v mụi trng ca Nh nc, nghiờn cu cỏc phng phỏp x lý ụ nhim nc hiu qu, kinh t l mt vic lm thit thc v cú ý ngha I.1.2.5 Cụng nghip luyn kim Mt lng ln hoỏ cht c hi nh: CN -, NH4+, S2O32- v c bit l cỏc kim loi nh Pb2+, Zn2+ (hm lng chỡ, km cú th lờn ti 20 mg/l) ca cỏc xng lũ cao, lũ kh trc tip c thi mụi trng ó lm ụ nhim nng cho ngun nc I.1.3 Tiờu chun nc thi cụng nghip (TCVN 5945 - 1995) I.1.3.1 Phm vi ỏp dng - Tiờu chun ny quy nh giỏ tr gii hn cỏc thụng s v nng cỏc cht ụ nhim thnh phn nc thi ca cỏc c s sn xut, ch bin, kinh doanh, dch v - Tiờu chun ny dựng kim soỏt cht lng nc thi cụng nghip trc vo cỏc vc nc I.1.3.2 Giỏ tr gii hn - Giỏ tr gii hn cỏc thụng s v nng cỏc cht ụ nhim, thnh phn ca nc thi cụng nghip vo cỏc vc nc phi phự hp vi quy nh bng - i vi nc thi ca ngnh cụng nghip c thự, giỏ tr thụng s v nng cỏc cht ụ nhim, thnh phn c quy nh cỏc tiờu chun riờng Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit - Nc thi cụng nghip cú giỏ tr cỏc thụng s v nng cỏc cht ụ nhim thnh phn nh hn giỏ tr quy nh ct A cú th vo cỏc vc nc c dựng lm ngun nc cp sinh hot - Nc thi cụng nghip cú giỏ tr cỏc thụng s v nng cht ụ nhim thnh phn nh hn hoc bng giỏ tr quy nh ct B ch c vo cỏc vc nc dựng cho cỏc mc ớch giao thụng thu, ti tiờu, bi li, nuụi trng thu sn, trng trt - Nc thi cụng nghip cú giỏ tr cỏc thụng s v nng cht ụ nhim thnh phn ln hn giỏ tr quy nh ct B nhng khụng vt quỏ giỏ tr quy nh ct C ch c phộp vo cỏc ni c quy nh - Nc thi cụng nghip cú giỏ tr cỏc thụng s v nng cht ụ nhim thnh phn ln hn giỏ tr quy nh ct C thỡ khụng c phộp thi mụi trng - Phng phỏp ly mu, phõn tớch, tớnh toỏn, xỏc nh tng thụng s v nng c th c quy nh cỏc TCVN tng ng Bng1.2: Giỏ tr gii hn cỏc thụng s cỏc nng cỏc cht ụ nhim thnh phn STT 10 11 12 Thụng s Nhit pH BOD5 (20oC) COD Cht rn l lng Asen Cadimi Chỡ Clo d Crụm (VI) Crụm (III) Du m khoỏng Nguyn L Quyờn MT 801 n v o C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Cỏc giỏ tr gii hn A B C 40 40 45 6ữ9 5,5ữ9 5ữ9 20 50 100 50 100 400 50 100 200 0,05 0,1 0,5 0,01 0,02 0,5 0,1 0,5 1 0,05 0,1 0,5 0,2 KPH KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Du m TV ng Km Mangan Niken Photpho hu c Photpho tng s St Tetracloetylen Thic Thu ngõn Tng nit Tricloetylen Amoniac (theo N) Florua Phenol Sunfua Xianua Coliform Tng hot phúng x Tng hot phúng x Nguyn L Quyờn MT 801 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Bq Bq 0,2 0,2 0,2 0,2 0,02 0,2 0,005 30 0,05 0,1 0,001 0,2 0,05 5000 0,1 10 0,5 0,1 0,005 60 0,3 0,05 0,5 0,1 10000 0,1 30 5 10 0,1 0,01 60 0,3 10 1 0,2 - KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit I.2 NH HNG CA KLN N CON NGI V MễI TRNG [1,5] Cỏc KLN nng vi lng l nguyờn t dinh dng cn thit cho s phỏt trin bỡnh thng ca ngi v sinh vt Chng hn nh Crụm c th ngi v ng vt rt cn trỡ s trao i cht ca glucoza Thiu Crụm th hin tr em l suy dinh dng, suy yu kh nng sn xut insulin Tuy nhiờn, hm lng KLN vt quỏ ngng quy nh an ton cho mụi trng tip xỳc, nú s xõm nhp vo c th vi hm lng cao hn v s gõy nhng tỏc ng xu nh nhim c tớnh, thm l ng c cp tớnh dn ti t vong I.2.1 nh hng ca Crụm i vi c th, Crụm l nguyờn t vi lng cn thit, trỡ s trao i cht ca glucoza, tham gia vo quỏ trỡnh sn xut insulin c th C th thiu Crụm s nh hng ti s phỏt trin, c bit l tr em Liu gõy cht ca Crụm i vi ngi ln l khong 50 ữ70 mg/kg c th Tỏc ng quan trng sau tip nhn l s hoi t gan v thn, ng thi l s ng c c quan sn xut mỏu Biu hin rừ nht tip xỳc vi Crụm v cỏc hp cht ca Crụm l viờm nhim ng hụ hp, loột v thng vỏch ngn mi, gõy cỏc bnh phi, gan, thn, ng tiờu hoỏ v h tun hon Cụng nhõn lm vic tip xỳc vi mui Crụmat d b ung th phi hn ngi bỡnh thng I.2.2 nh hng ca Niken Niken l kim loi cú tớnh nng ng cao, mụi trng nc Niken cú kh nng to phc bn vi cỏc hp cht hu c t nhiờn v tng hp Nú c tớch t cỏc cht sa lng, c th thc vt bc cao v mt s loi sinh vt Niken cú tớnh c cao i vi cỏ, nng trờn 0,03 mg/l gõy tỏc hi i vi cỏc c th sng bc thp nc Niken c xem l nguyờn t vi lng i vi mt s gia sỳc, thc vt, vi sinh vt cũn i vi c th iu ú cha rừ rng, Niken cũn cú tỏc dng hot hoỏ mt s enzym nhng ngi tip xỳc lõu di vi Niken cú th gõy hin tng viờm da v xut hin d ng Ng c Niken qua ng hụ hp gõy khú chu, Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit bun nụn, au u nu kộo di s nh hng ti phi, thn kinh trung ng, gan v thn Cht hu c Nikencacbonyl cú c tớnh cao v gõy ung th Mt s kt qu cho thy Niken gõy ung th phi, viờm xoang mi, ph qun I.3 MT S PHNG PHP X Lí NGUN NC B ễ NHIM BI KLN I.3.1 Phng phỏp kt ta õy l phng phỏp thụng dng x lý nc thi cha KLN kt hp vi ụng keo t Phng phỏp ny da trờn phn ng hoỏ hc gia cht a vo nc thi vi kim loi cn tỏch, pH thớch hp s to thnh hp cht kt ta v c tỏch nc thi bng phng phỏp lng i vi phng phỏp kt ta, pH ca dung dch úng vai trũ rt quan trng vỡ ho tan ca kim loi dung dch ph thuc vo pH mt giỏ tr pH nht nh ca dung dch, nng kim loi vt quỏ nng bóo ho thỡ s b kt ta iu chnh pH, cỏc hoỏ cht thng dựng l sa vụi, sụa v xỳt Khi x lý nc thi cha kim loi cn chn tỏc nhõn trung ho v iu chnh pH thớch hp I.3.2 Phng phỏp trao i ion Phng phỏp trao i ion c ng dng lm sch nc thi kim loi nng nh: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn Phng phỏp ny cho phộp thu hi cỏc cht cú giỏ tr v t mc lm sch cao Nha trao i ion cú th tng hp t hp cht vụ c hay hu c cú gn cỏc nhúm nh: -SO 3H, -COOH, amin Cỏc cation v anion c hp ph trờn b mt nha trao i ion nR-SO3H + Men+ ( R-SO3)nMe + nH+ Khi nha trao i ion ó bóo ho, ngi ta khụi phc li cationit v anionit bng dung dch axit loóng hoc baz loóng I.3.3 Phng phỏp in húa Da trờn c s ca quỏ trỡnh oxy hoỏ kh tỏch kim loi trờn cỏc in cc nhỳng nc thi cha KL cho dũng in mt chiu chy qua Bng phng phỏp ny cho phộp tỏch cỏc ion kim loi nc thi, khụng Nguyn L Quyờn MT 801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit b sung hoỏ cht, song thớch hp vi nc thi cú nng kim loi cao (trờn 1g/l), chi phớ in nng khỏ ln I.3.4 Phng phỏp oxy hoỏ v kh lm sch nc thi ngi ta cú th s dng cỏc cht oxy hoỏ nh Pemanganat kali, Bicromat kali, H2O2, oxy ca khụng khớ, ozon, MnO2 Trong quỏ trỡnh oxy hoỏ, cỏc cht c hi nc thi c chuyn thnh cỏc cht ớt c hn v tỏch nc Quỏ trỡnh ny tiờu tn mt lng ln cỏc tỏc nhõn hoỏ hc, ú quỏ trỡnh oxy hoỏ hc ch c dựng nhng trng hp cỏc cht gõy nhim bn nc thi khụng th tỏch bng phng phỏp khỏc Phng phỏp lm sch nc thi bng quỏ trỡnh kh c ng dng cỏc trng hp nc thi cha cỏc cht d b kh Phng phỏp ny c dựng rng rói tỏch cỏc hp cht thu ngõn, Crom, Asen nc thi I.3.5 Phng phỏp sinh hc Mt s loi thc vt, vi sinh vt nc s dng kim loi nh cht vi lng quỏ trỡnh phỏt trin sinh nh bốo tõy, bốo t ong, to Vi phng phỏp ny, nc thi phi cú nng KLN nh hn 60mg/l v b sung cht dinh dng (nit, photpho) v cỏc nguyờn t vi lng cn thit khỏc cn thit cho s phỏt trin ca cỏc loi thc vt nh rong, to Phng phỏp ny cn din tớch ln v nu nc thi cú ln nhiu kim loi thỡ hiu qu x lý kộm I.3.6 Phng phỏp hp ph I.3.6.1 Khỏi nim chung * Hp ph l phng phỏp tỏch cht, ú cỏc cu t t hn hp lng hoc khớ hp ph trờn b mt cht rn, xp + Cht hp ph l cht cú b mt trờn ú xy s hp ph + Cht b hp ph l cht c tớch lu trờn b mt cht hp ph + Pha mang l hn hp tip xỳc vi cht hp ph Nguyn L Quyờn MT 801 10 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Cỏc yu t nh hng n chiu di vựng chuyn v cỏch lm hn ch hiu ng ca chỳng: Tỏc nhõn Cỏch hn ch Tc khuch tỏn hn - Gim khuch tỏn bờn ht bng cỏch gim c ch bờn phn t ht hp ph - S dng vt liu hp ph cú mng li l xp d khuch tỏn S gii hn v din - Gim c ht tng din tớch trờn mt n v din tớch ca cht hp ph tớch cht hp ph - S dng cỏc ht cú din tớch b mt ln trờn mt n v th tớch Tc ca dũng phõn - Gim thiu cỏc l trng vỡ ú l nguyờn nhõn gõy b khụng u chy nờn dũng khụng u ct qua ct - iu khin dũng c nh li v li vo ct I.4 CHT HP PH ZEOLIT I.4.1 S lc v cht hp ph Zeolit Zeolit l tờn gi mt khoỏng cht alumosilicat cu trỳc tinh th Thnh phn hoỏ hc ch yu gm nhụm oxit v silic oxit sp xp theo mt trt t no ú vi mt t l nht nh T cỏc zeolit tỡm thy t nhiờn, qua quỏ trỡnh nghiờn cu ngi ta quan nim rng: Zeolit l hp cht Polyhydrat ca nhụm silicat tinh th cú cụng thc l: (Men+)x/n(AlO2)x(SiO2)y.zH2O Trong ú : Me: l ion kim loi n: in tớch ca ion kim loi n = 1: ion kim loi kim ch yu l Na, K n = 2: ion kim loi kim th thụng dng l Ca, cú th l Ba, Sr x,y : s nhúm (AlO2), (SiO2) tng ng, ph thuc vo tng loi zeolit v xy Nguyn L Quyờn MT 801 17 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit z : s phõn t nc Gn õy, nhm ci thin hot tớnh xỳc tỏc ca zeolit, rt nhiu zeolit cú thnh phn hoỏ hc a dng ó c tng hp Nhiu loi cú cu trỳc tng t zeolit nhng hon ton khụng cha cỏc nguyờn t nhụm Ngi ta cú th phõn loi zeolit theo nhiu cỏch khỏc theo ngun gc, thnh phn hoỏ hc, kớch thc mao qun v iu kin hỡnh thnh Cho ti nay, ngi ta ó phỏt hin khong hn 40 loi zeolit t nhiờn, nhng vic s dng chỳng thc t cũn rt nhiu hn ch Ch cú mt s ớt c s dng vi yờu cu hm lng ln, tinh khit khụng cao, nh dựng cht n, cht trao i ion cỏc cht ty ra,lm cht hp ph, cht mang cho phõn bún hoỏ hc Zeolit tng hp ó c nghiờn cu iu ch ging Zeolit t nhiờn Zeolit tng hp cú nhiu tớnh cht u vit nh: ng nht v thnh phn, tinh khit cao, bn c hc, bn nhit, bn hoỏ hc Nhng u im ny ó ngy cng m rng din ng dng ca Zeolit cỏc lnh vc cụng nghip nh hp ph, xỳc tỏc, tỏch lc cỏc hp cht khớ v lng I.4.2 Mt s tớnh cht ca Zeolit Zeolit cú nhng tớnh cht in hỡnh l trao i ion, hp ph, tớnh axit b mt v tớnh chn lc hỡnh dng cú vai trũ rt quan trng i vi hot tớnh xỳc tỏc ca Zeolit Cỏc cation bự tr in tớch khung Zeolit rt linh ng, chỳng cú kh nng c thay th bi cỏc cation khỏc bng cỏch trao i ion õy l tớnh cht quan trng ca Zeolit nhm a mt s ion quan trng lờn Zeolit ci thin mt s tớnh cht b mt ca Zeolit cht hp ph, xỳc tỏc c tớnh cu trỳc ca Zeolit: s trao i cation Zeolit dn ti s thay i bn, tớnh cht hp ph, chn lc, hot tớnh xỳc tỏc v cỏc tớnh cht quan trng khỏc Nh tớnh cht ny m Zeolit c ng dng nhiu lnh vc khoa hc cụng ngh Nguyn L Quyờn MT 801 18 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit I.5 MT S PHNG PHP XC NH HM LNG KIM LOI NNG TRONG NC I.5.1 Phng phỏp phõn tớch trc quang Nguyờn tc chung ca phng phỏp: Mun xỏc nh cu t X no y ta chuyn nú thnh hp cht cú kh nng hp th ỏnh sỏng, ri o s hp ph ỏnh sỏng ca nú v suy hm lng cht cn xỏc nh X Nhng hp cht cú chiu dy ng nht nhng iu kin khỏc luụn hp ph mt t l bng ca chựm ỏnh sỏng chiu vo nhng lp cht ú Biu thc toỏn hc ca nh lut: It = I0 e-kI I: chiu dy hp ph k: h s tt h s ny ch ph thuc vo bn cht cht tan v bc súng sỏng chiu vo dung dch Vỡ vy ph hp ph cng l c trung in hỡnh ca cỏc hp cht mu I.5.2 Phng phỏp ph hp th nguyờn t Nguyờn tc: cỏc nguyờn t tn ti trng thỏi khớ v trờn mc nng lng c bn, nu chiu vo ỏm hi ú mt chựm sỏng cha cỏc tia phỏt x c trng ca nguyờn t ú thỡ nú s hp th nguyờn t ca kim loi ú Trong nhng iu kin nht nh tn ti mt mi quan h gia cng ca vch hp th v nng ca nguyờn t mu theo biu thc sau: I = K.Cb Trong ú: I : cng vch hp th nguyờn t K : hng s thc nghim C: nng ca nguyờn t cn phõn tớch mu b : hng s nm vựng giỏ tr 0< b Vi mi vch ph hp th luụn tỡm thy c mt nng C o ca nguyờn t phõn tớch, v nu : Nguyn L Quyờn MT 801 19 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Cx < Co thỡ luụn cú b = Cx > Co thỡ luụn cú b< v tin dn ti Cx tng Nh vy, trng hp b = thỡ quan h gia I v C l tuyn tớnh Cũn b thỡ quan h ú khụng tuyn tớnh Cụng thc (1) nờu trờn l phng trỡnh c s ca phộp o nh lng xỏc nh cỏc kim loi theo ph hp ph nguyờn t ca chỳng I.5.3 Phng phỏp phõn tớch cc ph Nguyờn tc: phng phỏp ny da vo vic phõn cc nng sinh quỏ trỡnh in phõn trờn in cc cú b mt nh Da vo ng cong cú s ph thuc ca cng dũng bin i quỏ trỡnh in phõn vi th t vo, cú th xỏc nh nh tớnh v nh lng cht cn phõn tớch vi chớnh xỏc cao m bo cho chớnh xỏc cao ngi ta thng dựng catot vi git thu ngõn Cng dũng khuch tỏn ph thuc vo nng c biu din theo phng trỡnh Incivich: I = 0,627.n.F.D1/2.m2/3.t1/6.C Trong ú: I: cng dũng in n: s electron m ion nhn b kh F : hng s Faraday D : h s khuch tỏn ca ion m : lng thu ngõn chy mao qun 1s t : chu k ri git thu ngõn C : nng ion cn xỏc nh CHNG II: THC NGHIM Nguyn L Quyờn MT 801 20 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit II.1 Dng c v hoỏ cht II.1.1 Dng c - Mỏy lc Juhe HY -4 - Cõn phõn tớch Adxenturer - Mỏy o quang CAI HONG - 722 - Mỏy o pH HANNA - Bỡnh nh mc - Bỡnh nún - Buret v pipet - Phu lc v giy lc - Mt s dng c ph tr khỏc II.1.2 Hoỏ cht - K2Cr2O7, khan, pA - Ni(NO3)2.6H2O, pA - NaOH, pA - H2SO4 98% - H3PO4 c 85% - iphenylcacbazit - Axeton - Dung dch nc brụm bóo ho - Amoniac c - imetylglioxim - Natriclorua: NaCl, pA II.2 PHNG PHP XC NH CRễM II.2.1 Nguyờn tc Nguyn L Quyờn MT 801 21 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Trong mụi trng axit, Cr 6+ tỏc dng vi diphenylcacbazit to thnh hp cht tan mu tớm, cú hp ph cc i bc súng = 540 nm m nht ca dung dch mu t l vi hm lng Cr6+ cú dung dch II.2.2 Hoỏ cht - NaOH 1N : ho tan 10 gam NaOH vo nc ct, nh mc thnh 250 ml - H2SO4 1N : cho 14 ml H2SO4 c vo nc ct ri nh mc thnh 500ml - H3PO4 c 85% - iphenylcacbazit 0,5% axeton : ho tan 0,25g iphenylcacbazit 50ml axeton - Dung dch chun kaliicromat + Dung dch gc: Ho tan 0,707g K2Cr2O7 v 25ml dung dch H2SO4 5% vi nc ct, nh mc thnh 250ml, c dung dch cú nng 1mg/ml + Dung dch chun: Ly 52ml dung dch gc pha loóng bng nc ct, nh mc thnh 1lit, c dung dch cú nng 52mg/l II.2.3 Trỡnh t phõn tớch Ly lng mu phõn tớch vo bỡnh nh mc cho ú cú khong 0,005 0,1 mg Crụm Mu nc c cho vo bỡnh nún c 250ml, thờm vi git Phenolphtalein, nu dung dch cú mu hng thỡ thờm tng git H 2SO4 1N ti mt mu, nu dung dch khụng cú mu thỡ thờm tng git NaOH 1N Thờm bng y git H2SO4 1N hoc NaOH 1N vo mu trung ho Sau ú thờm 1ml H2SO4; 0,2ml H3PO4 v 2ml dung dch Diphenylcacbazit, thờm nc ti vch nh mc, lc u Sau 10 phỳt thỡ em so mu ti bc súng 540nm II.3 PHNG PHP XC NH NIKEN II.3.1 Nguyờn tc Trong mụi trng anion yu, cú mt cht oxi hoỏ mnh Ni 2+ tỏc dng vi Dimetylglioxim to thnh hp cht phc mu , cú hp th cc i bc súng 540nm m nht ca dung dch mu t l vi hm lng Ni 2+ cú dung dch II.3.2 Hoỏ cht Nguyn L Quyờn MT 801 22 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit - Dung dch nc Brom bóo ho - Amoniac c - imetylglioxim 1,2%: Ho tan 1,2g mui Natri imetylglioxim nc ct v pha loóng thnh 100ml - Dung dch chun: Niken nitrat: Ni(NO3)2.6H2O + Dung dch gc: Ho tan 1,238g Ni(NO 3)2 vo nc ct, nh mc thnh 250ml c dung dch cú nng 1mg Ni/ml + Dung dch chun : Ly 58,8 ml dung dch gc pha loóng bng nc ct, nh mc thnh 500ml, c dung dch cú nng 58,8 mg/l II.3.2 Trỡnh t phõn tớch Cho vo bỡnh nh mc 100ml mt th tớch mu cho lng Ni mu l 0,01 0,25mg Thờm vo ú 10ml dung dch nc Brụm bóo ho, lc hn hp Sau ú thờm 12ml dung dch amoniac, 4ml dung dch Dimetylglioxim, thờm nc ct ti vch nh mc Lc u, sau ú tin hnh o mt quang ti bc súng 540nm II.4 KHO ST THI GIAN T CN BNG HP PH kho sỏt thi gian t cõn bng hp ph ca vt liu, chỳng tụi tin hnh nh sau: - Chun b: cõn 0,5g Zeolit cho vo cỏc bỡnh nún dung tớch 250ml Pha dung dch Cr6+ vi nng 52mg/l, cho vo mi bỡnh 30ml dung dch - Tin hnh lc trờn mỏy lc, sau mt thi gian xỏc nh thỡ tin hnh lc, thu dung dch lc xỏc nh - Tin hnh tng t i vi ion Ni 2+ vi nng 58,8mg/l, cho vo cỏc bỡnh nún 30ml dung dch II.5 KHO ST NH HNG CA pH N KH NNG HP PH CA VT LIU Nguyn L Quyờn MT 801 23 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Mt cỏc yu t quan trng nh hng ti kh nng hp ph ca vt liu l pH, kho sỏt nh hng ca pH chỳng tụi tin hnh nh sau: - Vi Cr6+: Chun b bỡnh nún dung tớch 250ml Ly 30ml Cr 6+ nng 52 mg/l cho vo mi bỡnh 0,5g Zeolit, sau ú tin hnh iu chnh pH khỏc mi bỡnh em lc thi gian t cõn bng hp ph - Vi Ni2+ : Chun b bỡnh nún dung tớch 250ml Cho vo cỏc bỡnh 30ml dung dch Ni2+ nng 58,8 mg/l v 0,5g vt liu, em lc thi gian t cõn bng hp ph Nguyn L Quyờn MT 801 24 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit CHNG III: KT QU V THO LUN III.1 XY DNG NG CHUN CROM V NIKEN III.1.1 Xõy dng ng chun ca Crom Chun b bỡnh nh mc cú dung tớch 100ml Ln lt ly vo mi bỡnh 0; 2; 4; 8; 12; 16; 20; 24 ml dung dch cú nng 70mg/l ri tin hnh tng t cỏc bc nh trỡnh t phõn tớch Kt qu xỏc nh ng chun Crom c trỡnh by bng sau: Bng 3.1: Kt qu xỏc nh ng chun Crom STT Th tớch Cr+6 (ml) 12 16 20 24 Nng Cr+6 (mg/l) 1.4 2.8 5.6 8.4 11.2 14 16.8 ABS 0.192 0.404 0.7 0.981 1.276 1.532 1.885 Hỡnh 3.1: Phng trỡnh ng chun Crụm Nguyn L Quyờn MT 801 25 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit III.1.2 Xõy dng ng chun ca Niken Chun b bỡnh nh mc cú dung tớch 100ml, ln lt ly vo mi bỡnh 0; 3; 5; 7; 10; 15; 20 ml dung dch cú nng 58,8 mg/l Sau ú tin hnh cỏc bc tng t nh trỡnh t phõn tớch Kt qu thu c nh sau: Bng 3.2: Kt qu xỏc nh ng chun Niken STT Th tớch Ni2+ (ml) 10 15 20 Nng Ni2+ (mg/l) ABS 1.764 2.94 4.116 5.88 8.82 11.76 0.084 0.156 0.243 0.349 0.53 0.76 Hỡnh 3.2: Phng trỡnh ng chun ca Niken Nguyn L Quyờn MT 801 26 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit III.2 KT QU KHO ST THI GIAN T CN BNG HP PH III.2.1 Kho sỏt nh hng ca thi gian n quỏ trỡnh hp ph ca Crom Chun b bỡnh nún ỏnh s th t t n Cho vo mi bỡnh 30ml dung dch Cr+6 nng 52 mg/l v 0,5g Zeolit Lc cỏc bỡnh trờn mỏy lc sau cỏc khong thi gian khỏc nhau, em lc, thu dung dch lc em phõn tớch Kt qu thu c th hin bng 3.3 Bng 3.3 nh hng ca thi gian n quỏ trỡnh hp ph ca Crom STT Thi gian(phỳt) Nng f (mg/l) 10 16.98 20 16.86 30 16.78 45 16.69 60 16.57 90 16.57 Hiu sut(%) 67.35 67.58 67.73 67.9 68.13 68.13 Hỡnh 3.3: th kho sỏt thi gian t cõn bng hp ph ca Crom Nhn xột: T kt qu trờn cho thy thi gian lc dung dch cng di thỡ nng Crụm dung dch cng gim v hiu sut quỏ trỡnh x lý cng ln Nng Crụm gim nhanh 10 phỳt u, sau ú gim nhng chm dn v t cõn bng hp ph ti 60 phỳt Nguyn L Quyờn MT 801 27 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit III.2.1 Kho sỏt nh hng ca thi gian n quỏ trỡnh hp ph ca Niken Chun b bỡnh nún, cho vo mi bỡnh 30 ml dung dch Ni 2+, nng 58,8 mg/l v 0,5g Zeolit Lc cỏc bỡnh trờn mỏy lc sau cỏc khong thi gian khỏc nhau, em lc, thu dung dch sau lc em phõn tớch Kt qu thu c th hin bng 3.4 Bng 3.4: nh hng ca thi gian n quỏ trỡnh hp ph ca Niken STT Thi gian (phỳt) 10 20 30 45 60 90 120 150 180 Cf(mg/l) 18.18 16.18 14.64 11.79 9.7 9.08 8.89 8.89 8.89 Hiu sut (%) 69.08 72.48 75.1 79.95 83.5 84.56 84.88 84.88 84.88 Hỡnh 3.4: th kho sỏt Nguyn L Quyờn MT 801 28 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit thi gian t cõn bng hp ph ca Niken Nguyn L Quyờn MT 801 29 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Nhn xột: Nhỡn vo bng kt qu v th chỳng ta cú th nhn thy: Thi gian lc dung dch cng di thỡ nng Ni 2+ dung dch cng gim v hiu sut quỏ trỡnh x lý cng ln Nng Ni 2+ gim nhanh 60 phỳt u, sau ú gim nhng chm hn v t cõn bng hp ph ti 120 phỳt Khi ú nu kộo di thi gian lc dung dch thỡ hiu sut x lý khụng thay i III.3 KT QU KHO ST THEO pH III.3.1 Kho sỏt nh hng ca pH n quỏ trỡnh hp ph ca Crom Bng 3.5: nh hng ca pH n quỏ trỡnh hp ph ca Crom STT pH 2.5 3.5 4.5 Cf(mg/l) 17.88 14.41 17.01 17.14 17.25 17.37 17.56 Hiu sut(%) 65.62 72.29 67.29 67.04 66.83 66.6 66.23 Hỡnh 3.5: th nh hng ca pH n quỏ trỡnh hp ph ca Crom Nhn xột: Khi pH tng kh nng hp ph Crụm ca vt liu tng (hiu sut quỏ trỡnh lý tng) t cc i ti pH = 2,5 Khi pH > 2,5 kh nng hp30ph Nguyn L x Quyờn MTv801 KLTN - X lý ngun nc b ụ nhim cỏc kim loi Cr, Ni bng vt liu hp ph Zeolit Nguyn L Quyờn MT 801 31 [...]...KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit * Quá trình giải hấp là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta chia ra hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lý gây nên... - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Niken Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 29 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Nhận xét: Nhìn vào bảng kết quả và đồ thị chúng ta có thể nhận thấy: Thời gian lắc dung dịch càng dài thì nồng độ Ni 2+ trong dung dịch càng giảm và hiệu suất quá trình xử. .. Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 11 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) I.3.6.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ * Mô hình động học hấp phụ Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm 2 quá trình: khuếch tán các phần tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn (khuếch tán ngoài) và khuếch... đó Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ Sau một thời gian, xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 12 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Lượng chất bị hấp phụ. .. mỗi bình 0,5g Zeolit, sau đó tiến hành điều chỉnh pH khác nhau ở mỗi bình Đem lắc trong thời gian đạt cân bằng hấp phụ - Với Ni2 + : Chuẩn bị 7 bình nón dung tích 250ml Cho vào các bình 30ml dung dịch Ni2 + nồng độ 58,8 mg/l và 0,5g vật liệu, đem lắc trong thời gian đạt cân bằng hấp phụ Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 24 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit CHƯƠNG... 58,8mg/l, cho vào các bình nón 30ml dung dịch II.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 23 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của vật liệu là pH, để khảo sát ảnh hưởng của pH chúng tôi tiến hành như sau: - Với Cr6+: Chuẩn bị 7 bình nón dung... 66.83 66.6 66.23 Hình 3.5: Đồ thị ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ của Crom Nhận xét: Khi pH tăng khả năng hấp phụ Crôm của vật liệu tăng (hiệu suất quá trình lý tăng) đạt cực đại tại pH = 2,5 Khi pH > 2,5 khả năng hấp3 0phụ Nguyễn Lệ xử Quyên – MTvà801 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 31 ... quá trình hấp phụ động trên cột Tỷ lệ chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng chuyển khối giảm đi thì khả năng hấp phụ của cột cho một chu trình cũng giảm theo và lượng chất hấp phụ cần thiết cho một quá trình phải tăng lên Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 16 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều dài vùng chuyển khối và cách làm hạn... gian đạt cân bằng hấp phụ của Crom Nhận xét: Từ kết quả trên cho thấy thời gian lắc dung dịch càng dài thì nồng độ Crôm trong dung dịch càng giảm và hiệu suất quá trình xử lý càng lớn Nồng độ Crôm giảm nhanh ở 10 phút đầu, sau đó vẫn giảm nhưng chậm dần và đạt cân bằng hấp phụ tại 60 phút Nguyễn Lệ Quyên – MT 801 27 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit III.2.1... 22 KLTN - Xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại Cr, Ni bằng vật liệu hấp phụ Zeolit - Dung dịch nước Brom bão hoà - Amoniac đặc - Đimetylglioxim 1,2%: Hoà tan 1,2g muối Natri đimetylglioxim trong nước cất và pha loãng thành 100ml - Dung dịch chuẩn: Niken nitrat: Ni( NO3)2.6H2O + Dung dịch gốc: Hoà tan 1,238g Ni( NO 3)2 vào trong nước cất, định mức thành 250ml được dung dịch có nồng độ 1mg Ni/ ml + Dung