Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn để tài 1 2.Mục tiêu nghiên cứu: 2 3.Nội dung nghiên cứu 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1.Tổng quan về ô nhiễm nước 3 1.1.1.Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước 3 1.1.2.Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng 5 1.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 6 1.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người 8 1.2.1. Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường 8 1.2.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng đến môi sức khỏe con người 9 1.3. Đại cương về Crom 10 1.3.1. Sự phân bố Crom trong môi trường 10 1.3.2. Độc tính của Crom 11 1.4. Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước 11 1.4.1.Phương pháp kết tủa hóa học 11 1.4.2.Phương pháp sinh học 12 1.4.3. Phương pháp trao đổi ion 12 1.4.4. Phương pháp điện hóa 12 1.5. Xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp hấp phụ 13 1.5.1.Cơ chế của phương pháp 13 1.5.2.Cơ chế của quá trình hấp phụ 13 1.5.3.Cân bằng hấp phụ 13 1.5.4.Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 14 1.6. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học 17 1.6.1. Một số hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học. 17 1.6.2. Vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ 18 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 20 2.2.Phương pháp nghiên cứu: 20 2.3.1. Dụng cụ và hóa chất 20 2.3.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ 22 2.3.3. Phương pháp xác định Cr(VI) 24 2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, cấu trúc của vật liệu 26 2.3.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu chế tạo từ gỗ xà cừ 27 2.3.6. Thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong nước thải 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1. Kết quả chế tạo vật liệu 29 3.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng vật liệuthể tích axit đến quá trình chế tạo vật liệu 29 3.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian biến tính đến quá trình chế tạo vật liệu 30 3.1.3. Kết quả xác định đặc trưng, cấu trúc của mẫu vật liệu tối ưu. 30 3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo. 32 3.2.1. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) 32 3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) 33 3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) 34 3.2.4. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu 36 3.3. Thử nghiệm xử lý Cr(VI) trong nước thải 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
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 sót, 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 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 đề 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 Cr(III) 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 H2SO4 - Bước đầu đánh giá thử nghiệm khả xử lý Cr(VI) nước vật 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 1: 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 Bao gồm: cacbonhidrat, protein, chất béo… thường có mặt nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm chất hữu dễ bị phân huỷ sinh học Trong nước thải sinh hoạt, chất hữu chiếm khoảng 60-80% - Các chất hữu bền vững (không bị phân hủy sinh học): Các chất bền vững thường chất hữu có độc tính cao, khó bị vi sinh vật phân huỷ môi trường Một số chất hữu có khả tồn lưu lâu dài môi trường tích luỹ sinh học thể sinh vật Do có khả tích luỹ sinh học, nên chúng thâm nhập vào chuỗi thức ăn từ vào thể người Chỉ với lượng nhỏ môi trường gây nguy hiểm đến sức khỏe người Phân loại theo số nhóm hợp chất sau: Nhóm hợp chất phenol: Polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs), hydrocacbon đa vòng ngưng tụ (PAHs: polycyclic aromatic hydrocacbons) … Nhóm hoá chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) hữu cơ: Photpho hữu , Clo hữu cơ, Cacbamat, Phenoxyaxetic, Pyrethroid c) Dầu mỡ sản phẩm dầu mỏ - Dầu mỡ chất khó tan nước, tan dung môi hữu Dầu mỡ có thành phần hóa học phức tạp Dầu thô có chứa hàng ngàn phân tử khác nhau, phần lớn Hidro cacbon có số cacbon từ đến 26 - Trong dầu thô có hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu DO2, FO) số sản phẩm dầu mỡ khác chứa chất độc PAHs, PCBs,…Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao tương đối bền môi trường nước Độc tính tác động dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ d) Các chất có màu - Nước nguyên chất màu, nước tự nhiên thường có màu chất có mặt nước như: - Các chất hữu xác thực vật bị phân hủy sắt mangan dạng keo dạng hòa tan, chất thải công nghiệp - Các chất thải công nghiệp (phẩm màu, crom, tannin, lignin…).Ngoài tác hại có chất gây màu nước, nước có màu xem không đạt tiêu chuẩn mặt cảm quan, gây trở ngại cho nhiều mục đích khác e) Các chất gây mùi vị Cũng chất gây màu, chất gây mùi vị gây hại cho đời sống động thực vật làm giảm chất lượng nước mặt cảm quan f) Các vi sinh vật gây bệnh Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước sinh hoạt Các sinh vật truyền hay gây bệnh cho người Các sinh vật gây bệnh vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển sinh sản Một số sinh vật gây bệnh sống thời gian dài nước nguy truyền bệnh tiềm tàng Các sinh vật : - Vi khuẩn - Vi rút - Động vật đơn bào - Giun sán 1.1.2 Tình trạng ô nhiễm nước kim loại nặng - Hiện nay, phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ dẫn tới nguồn nước bị ô nhiễm nguồn khác ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường, sức khỏe người Đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn tới đời sống, sức khỏe sinh hoạt người dân Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp lưu vực nước gần khu công nghiệp, thành phố lớn khu vực khai thác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu nồng độ cao kim loại nặng nước Trong số trường hợp, xuất hiện tượng chết hàng loạt cá thuỷ sinh vật Ô nhiễm nước kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống sinh vật người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào thể người - Những thảm họa môi trường ô nhiễm kim loại nặng mà người phải gánh chịu Thảm họa Minatama xảy thành phố Minatama (thuộc 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 Tỷ lệ khối STT lượng/thể tích Ci (mg/l) Cf (mg/l) dd đầu dd sau hấp vào phụ Dung Hiệu suất lượng hấp (%) phụ qi (mg/g) 2:1 4,994 4,489 10,11 0,17 1:1 5,036 3,706 26,41 0,44 1:2 5,075 3,34 34,19 0,58 1:3 5,011 0,96 80,84 1,35 1:4 4,998 1,12 77,59 1,29 Trong đó: - Ci: nồng độ Cr(VI) dung dịch đầu vào (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 Từ kết nghiên cứu cho thấy: tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit lớn dung lượng hấp phụ 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 Chọn tỷ lệ 1:3 cho nghiên cứu sau 29 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian biến tính đến trình chế tạo vật liệu Ngoài yếu tố tỷ lệ khối lượng/ thể tích, yếu tố thời gian quan trọng Ở điều kiện thời gian biến tính tối ưu than hóa tốt vật liệu thô ban đầu, từ nâng cao hiệu suất xử lý Cr(VI) vật liệu 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) Ci (mg/l) dd đầu vào Cf (mg/l) dd sau hấp phụ 3,99 3,284 2,143 0,877 5,02 5,05 5,02 5,08 Hiệu suất (%) 20,52 34,97 57,31 82,74 Dung lượng hấp phụ qi (mg/g) 0,34 0,59 0,96 1,40 Theo kết thực nghiệm cho thấy thời gian biến tính tăng hiệu suất dung lượng hấp phụ vật liệu cao thời gian có dung lượng hấp phụ cao Vậy nên chọn thời gian biến tính vật liệu tối ưu 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 30 Từ hình ảnh chụp SEM với độ phóng đại 100000 cho thấy có lỗ rỗng lớn phát triển cấu trúc bề mặt hình thành thay đổi số hợp chất suốt trình biến tính vật liệu 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 31 nhóm chức vật liệu hấp phụ có tương tác ion Cr(VI) với nhóm chức vật liệu hấp phụ 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 đầu vào 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) 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 32 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: khoảng lượng chất hấp phụ tăng từ 0,1 g – 0,5g dung lượng hấp phụ tăng lên có xu hướng giảm cân hấp phụ lượng chất hấp phụ 0,3g cho kết dung lượng 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) pH dung dịch hấp phụ yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới dung lượng hấp phụ vật liệu Do yếu tố quy định điện tích bề mặt vật liệu dạng ion chiếm ưu chất bị hấp phụ 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 Các kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) dung dịch nước vật liệu bảng 3.4 Bảng 3.4 : Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) STT pH Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất dd đầu vào dd sau hấp phụ (%) Dung lượng hấp phụ qi (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 33 Hình 3.4 : Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) 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) Khi tiến hành hấp phụ thời gian tiếp xúc vật liệu hấp phụ với chất bị hấp phụ lâu dung lượng hấp phụ lớn Tuy nhiên đến khoảng thời gian định tiếp xúc vật liệu hấp phụ chất bị hấp phụ có kéo dài thêm dung lượng hấp phụ không tăng Khoảng thời gian gọi thời gian đạt cân hấp phụ Các kết nghiên cứu thời gian đạt cân hấp phụ đưa bảng 3.5 hình 3.5 34 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) STT Thời gian Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất (phút) dd đầu vào dd sau hấp phụ (%) 30 60 90 120 150 180 5,025 5,038 5,080 5,004 5,075 5,051 4,638 3,682 3,080 1,994 0,602 0,789 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) 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: 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 35 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 đầu vào dung dịch Cr(VI) khác 1, 5, 10, 25, 50, 100, 150mg/l - Quá trình hấp phụ dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ đầu vào chất bị hấp phụ Khi nồng độ đầu vào chất bị hấp phụ lớn dung lượng hấp phụ cao Tuy nhiên, nồng độ hấp phụ chất bị hấp phụ tăng đến giới hạn tiếp tục tăng nồng độ dung lượng không tăng Dung lượng hấp phụ nồng độ hấp phụ gọi dung lượng hấp phụ cực đại Các kết nghiên cứu dung lượng hấp phụ Cr(VI) vật liệu từ gỗ xà cừ bảng 3.6 dung lượng hấp phụ cực đại tính toán dựa vào số liệu thực nghiệm hình 3.7 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) dd đầu vào 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) 36 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 đầu vào 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 3.7 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 37 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 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) 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 0,0857 0,0798 hấp phụ 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 cho thấy: hiệu suất xử lý Crom cho kết 60% Có nhiều nguyên nhân làm giảm hiệu suất xử lý Cr(VI) vật liệu so với số liệu lý thuyết kể đến sau: - Trong mẫu nước thải có thành phần hữu cơ: BOD, COD, ion lạ cạnh tranh với ion Cr(VI) làm giảm hiệu suất xử lý Cr(VI) - Mẫu nước thải có pH đo 7,75 Trong môi trường bazơ, hiệu suất xử lý Cr(VI) vật liệu giảm nghiên cứu Tuy nhiên, mẫu nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép nồng độ Cr(VI) cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp 38 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 + Tỷ lệ khối lượng vật liệu/thể tích axit tối ưu là: 1:3 + Thời gian biến tính vật liệu tối ưu - Tiến hành chế tạo vật liệu hấp phụ từ gỗ xà cừ biến tính H2SO4 - 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 tính toán giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax = 26,18 (mg/g) - Tại môi trường pH mẫu nước thải 7,75 kết 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: - Khảo sát thêm số ảnh hưởng khác đến trình hấp phụ như: nhiệt độ, số ion - Tiếp tục nghiên cứu khả giải hấp phụ để tái sinh vật liệu - Nghiên cứu khả xử lý kim loại khác gỗ xà cừ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá, (2000), “Độc học môi trường”, Nhà xuất đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Lê Văn Cát, (2002), “Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước thải, NXB thống kê Hà Nội” 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 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 QCVN 40:2011/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp 11 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” 40 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 Bộ phân tích UV-Vis xử lý số liệu Chụp phổ hồng ngoại IR Tiến hành phân tích PTN Mẫu nước thải ẢNH CHỤP SEM Độ phóng đại 10000 Độ phóng đại 5000 Độ phóng đại 20000 Độ phóng đại 10000 [...]... Cr(VI) trong nước thải Sau khi thực hiện các thí nghiệm 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 được sử dụng lấy tại Phòng phân tích Tổng hợp Địa Lý – Viện Địa Lý Từ đó, ta tiến hành xử lý Cr(VI) trong mẫu nước thải tương tự như nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu trong mẫu Cr(VI). .. dịch này là nước cất 2 lần - Dung dịch CH3COOH 10%: Hút 2,5ml axit CH3COOH định mức 25ml 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 21 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... 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, đã được nghiên cứu xử lý Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ Nghiên cứu biến tính vật liệu với tác nhân là H2SO4 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 – 08/06/2016 2.2 Phương pháp nghiên cứu: a) 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 b)... giả định 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả chế tạo vật liệu 3.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit đến quá trình chế tạo vật liệu - Tỷ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích axit (w/v) ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình chế tạo vật liệu, là một trong những yếu tố quyết định kết quả hấp phụ Cr(VI) của vật liệu Kết quả được thể hiện ở bảng 3.1: Bảng 3.1 Ảnh hưởng... 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 18 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 - 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. .. 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 ban đầu sau khi thu thập, được bóc vỏ - Sử dụng phương pháp cơ học đưa mẫu xà cừ ban đầu về đường kính 1,5 – 2mm, sau đó đem mẫu đi sấy trong tủ ở 600C trong 5 – 6h cho hết ẩm Bước 2: Biến tính vật liệu bằng H2SO4 - Cân 10g mẫu xà cừ đã sấy vào bát sứ - Mẫu xà cừ được mang đi biến tính với tác