Nghiên cứu xử lý sắt trong nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - ISO 9001:2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Sinh viên : Nguyễn Thị Thùy Trang Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Thị Minh Thúy HẢI PHÒNG - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SẮT TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Sinh viên : Nguyễn Thị Thùy Trang Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Thị Minh Thúy HẢI PHÒNG - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang Mã SV: 1212301018 Lớp: MT1601 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý sắt nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính toán vẽ): - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía - Tìm yếu tố tối ưu cho trình hấp phụ sắt vật liệu hấp phụ ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………….……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán: - Số liệu thực nghiệm liên quanđến trình thí nghiệm như: pH, thời gian hấp phụ, khối lượng vật liệu hấp phụ, tải trọng hấp phụ, giải hấp… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp Phòng thí nghiệm F203 Trường Đại học Dân lập Hải Phòng ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên: Phạm Thị Minh Thúy Học hàm, học vị: Thạc sỹ Cơ quan công tác: Khoa Môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn: Nghiên cứu xử lý sắt nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: ……………………………………………………………………… Học hàm, học vị: …………………………………………………………… Cơ quan công tác:………………………………………………………… Đề tài tốt ngiệp giao ngày 16 tháng năm 2016 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2016 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Nguyễn Thị Thùy Trang ThS Phạm Thị Minh Thúy Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt ngiệp: - Chăm chỉ, chịu khó học hỏi, tích cực nghiên cứu tài liệu phục vụ cho trình làm khóa luận tốt nghiệp - Sắp xếp thời gian hợp lý, làm việc khoa học …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Đánh giá chất lượng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đặt nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): - Đạt yêu cầu khóa luận tốt nghiệp Cho điểm cán hướng dẫn (ghi số chữ): Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ ký) ThS Phạm Thị Minh Thúy LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Thị Minh Thúy giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình em thực đề tài khóa luận Em gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô khoa Kỹ thuật môi trường toàn thể thầy cô dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phòng Và em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè gia đình động viên tạo điều kiện giúp đỡ em việc hoàn thành khóa luận Do hạn chế thời gian trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp thầy, cô để báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nước ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.1.1.Vai trò nước 1.1.2.Tình trạng ô nhiễm nước kim loại nặng 1.1.3 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 1.1.3.1 Hoạt động khai thác mỏ 1.1.3.2 Công nghiệp mạ 1.1.3.3 Công nghiệp sản xuất hợp chất vô 1.1.3.4 Quá trình sản xuất sơn, mực thuốc nhuộm 1.1.3.5 Công nghiệp luyện kim 1.1.4 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT)] 1.1.4.1 Phạm vi điều chỉnh 1.1.4.2 Đối tượng áp dụng 1.1.4.3 Giải thích thuật ngữ 1.1.4.4 Quy định kỹ thuật 1.2 Ảnh hưởng kim loại nặng đến môi trường sức khỏe người 11 1.2.1 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng người môi trường 11 1.2.2 Ảnh hưởng số kim loại nặng đến môi trường sức khỏe người 12 1.2.2.1 Ảnh hưởng Chì] 12 1.2.2.2 Ảnh hưởng Crom 14 1.2.2.3 Ảnh hưởng Cadimium 15 1.2.2.4 Ảnh hưởng Kẽm] 16 1.2.2.5 Ảnh hưởng Đồng 18 1.2.2.6 Ảnh hưởng Mangan 19 1.2.2.7 Ảnh hưởng Niken 20 1.2.2.8 Ảnh hưởng Sắt 21 1.3 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 23 1.3.1 Phương pháp kết tủa 23 1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 23 1.3.3 Phương pháp điện hóa 24 1.3.4 Phương pháp oxy hóa khử 24 1.3.5 Phương pháp sinh học 24 1.3.6 Phương pháp hấp phụ 25 1.3.6.1 Hiện tượng hấp phụ 25 1.3.6.2 Hấp phụ môi trường nước 26 1.3.6.3 Động học hấp phụ 27 1.3.6.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 27 1.4 Một số phương pháp định lượng kim loại 32 1.4.1 Phương pháp thể tích 32 1.4.2 Phương pháp trắc quang 33 1.4.2.1 Nguyên tắc 33 1.4.2.2 Các phương pháp phân tích định lượng trắc quang 34 1.5 Giới thiệu vật liệu hấp phụ 35 1.5.1 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ 35 1.5.2 Giới thiệu bã mía 36 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 39 2.1 Dụng cụ hóa chất 39 2.1.1 Dụng cụ 39 2.1.2 Hóa chất 39 2.2 Phương pháp xác định sắt 39 2.2.1 Nguyên tắc 39 2.2.2 Trình tự phân tích 40 2.3 Xây dựng đường chuẩn sắt 40 2.4 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía 41 2.5 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ 41 2.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ 41 2.6.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 41 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ 42 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu 42 2.6.4 Sự phụ thuộc tải trọng vào nồng độ cân 42 2.6.5 Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ 43 2.6.5.1 Khảo sát khả giải hấp 43 2.6.5.2 Khảo sát khả tái sinh 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ 44 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt 44 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Sắt 45 3.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Sắt 47 3.5 Khảo sát phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Sắt 48 3.6 Kết khảo sát khả giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng protein Các polymer hấp thụ nhiều chất tan đặc biệt ion kim loại hóa trị hai Các hợp chất polyphenol tanin, lignin gỗ cho thành phần hoạt động hấp phụ kim loại nặng Các nhóm hydroxyl xenluloza đóng vai trò quan trọng khả trao đổi ion vật liệu Bản thân nhóm có khả trao đổi yếu liên kết O - H phân cực yếu Nhiều biện pháp biến tính công bố oxy hóa nhóm hydroxyl thành nhóm chức axit sunfo hóa axit sunfuric Gần phương pháp ester hóa xenluloza axit citric Quá trình hoạt hóa bao gồm bước ngâm vật liệu dung dịch axit citric sau sấy khô, phân tử axit citric thấm sâu vào mao quản vật liệu Tiếp theo sấy nhiệt độ khoảng 110ºC Axit citric chuyển thành dạng anhydrit, phản ứng ester hóa xảy anhydrit axit nhóm hydroxyl xenluloza Tại vị trí phản ứng xuất hai nhóm chức axit có khả trao đổi ion So với biện pháp biến tính cellulose trước đó, phương pháp sử dụng axit citric có nhiều ưu điểm điều kiện phản ứng đơn giản, tác nhân axit không độc hại, giá thành không cao Vì nghiên cứu này, em sử dụng axit citric để biến tính bã mía thành vật liệu hấp phụ Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 38 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Dụng cụ hóa chất 2.1.1 Dụng cụ - Máy lắc June HY – - Cân phân tích Adxenture - Máy đo quang Hach DR/2010 - Tủ sấy - Bình định mức : 50ml, 100ml, 1000ml - Bình nón 250 ml - Buret pipet loại - Phễu lọc giấy lọc - Một số dụng cụ phụ trợ khác 2.1.2 Hóa chất - Dung dịch H2SO4 (1:2): Cho 50ml axit H2SO4 đặc vào 100ml nước cất - Kali pemanganat KMnO4 0,1N: Hòa tan 0,8g KMnO4 250ml nước cất - Axit Oxalic H2C2O4 0,1N: Hòa tan 0,75g H2C2O4.2H2O với nước cất, thêm nước cất định mức thành 50ml - Dung dịch KSCN 20%: Cân 20g KSCN pha vào nước, định mức đến 100ml - Dung dịch HCl (1:1): Cho 100ml HCl đặc vào 100ml nước cất - Dung dịch chuẩn Fe2+ 0,02mg/ml: Hòa tan 0,0351g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O 250ml nước cất lần oxi hóa 2ml HCl đặc 2.2 Phương pháp xác định sắt 2.2.1 Nguyên tắc Toàn sắt mẫu bị khử dạng sắt (III) phản ứng đun sôi với KMnO4 môi trường axit, sau sắt (III) phản ứng với thuốc thử KSCN thành phức bền có màu đỏ cam Cường độ màu tỷ lệ với hàm lượng sắt có mẫu Hệ số hấp thụ cực đại bước sóng 510nm Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 39 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp 2.2.2 Trình tự phân tích Lấy lượng mẫu nước cần phân tích cho lượng sắt không vượt 0,2 mg cho vào bình tam giác có dung tích 250 ml Thêm 2,5ml dung dịch H2SO4 (1:2); 2,5ml dung dịch KMnO4 0,1N đun sôi hỗn hợp - phút Nhỏ vào hỗn hợp giọt dung dịch Axit Oxalic H2C2O4 0,1N đến màu tím Để nguội, dung dịch đục lọc Thu tất nước lọc nước rửa vào bình định mức, thêm 2,5ml dung dịch HCl (1:1), 5ml dung dịch KSCN 20% lắc định mức tới vạch nước cất 2.3 Xây dựng đường chuẩn sắt Các bước xây dựng đường chuẩn: Chuẩn bị bình định mức có dung tích 100ml, lấy bình 0, 2, 4, 6, 10ml dung dịch chuẩn sắt có nồng độ 20mg/l Sau tiến hành đo trình tự phân tích Bảng 2.1 Kết xác định đường chuẩn sắt STT Nồng độ Fe3+ 0,02 0,08 0,12 0,20 Thể tích Fe3+ 10 ABS 0,081 0,180 0,282 0,468 Mật độ quang ABS 0.5 y = 2.3696x - 0.0063 R² = 0.9991 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Nồng độ (mg/l) Hình 2.1 Phương trình đường chuẩn sắt Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 40 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Vậy phương trình đường chuẩn sắt dùng để xác định nồng độ sắt sau trình hấp phụ có dạng: y = 2,369x – 0,006 2.4 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía Bã mía cắt nghiền nhỏ, rửa nước cất nóng lần 30 phút để loại bỏ hết đường tự nhiên, sấy khô 100ºC, thu nguyên liệu Lấy 65g bã mía cho vào lít dung dịch NaOH 0,1M, đem khuấy nhiệt độ phòng Sau đó, lấy phần bã mía đem rửa cho vào nước cất khuấy 30 phút nhiệt độ phòng Quá trình lặp lặp lại hết kiềm (kiểm tra giấy thị) Lấy phần bã mía cho vào 500 ml axit citric 0,4 M Huyền phù axit citric – bã mía để phản ứng 48 nhiệt độ phòng Sau đó, bã mía lọc khỏi axit citric, sấy khô nhiệt độ 60ºC hoạt hóa 120ºC Vật liệu sau hoạt hóa ngâm rửa lit nước cất giờ, lặp lại khoảng lần nhằm rửa hết axit citric dư Sau sấy khô lại nhiệt độ 60ºC Bảo quản lọ thủy tinh có đậy nắp 2.5 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ Để so sánh khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ ta tiến hành sau: - Chuẩn bị bình tam giác dung tích 250 ml - Cho vào bình thứ 1g nguyên liệu bình thứ hai 1g vật liệu hấp phụ - Thêm vào bình bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l - Lắc bình máy lắc khoảng thời gian 60 phút, tiến hành lọc phễu giấy lọc - Thu nước lọc đem làm trình tự phân tích 2.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ 2.6.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 41 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Để khảo sát ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu đến trình hấp phụ, ta tiến hành sau: - Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 250 ml - Cho vào bình 1g vật liệu hấp phụ 100 ml dung dịch sắt chuẩn với nồng độ 20 mg/l - Lắc bình máy lắc, khoảng thời gian khác tiến hành lọc, thu dung dịch lọc để xác định 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ, ta tiến hành sau: - Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 250 ml Đánh số thứ tự bình - Cho vào bình 0,4; 0,7; 1; 1,5; 1,9; 2,3g vật liệu hấp phụ 100 ml dung dịch sắt chuẩn với nồng độ 20 mg/l - Điều chỉnh pH tối ưu tiến hành lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc xác định nồng độ sắt sau xử lý 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả hấp phụ vật liệu pH, để khảo sát ảnh hưởng pH ta tiến hành sau: - Chuẩn bị: bình tam giác dung tích 250 ml Đánh số thứ tự bình - Cho vào bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ - Điều chỉnh pH khác bình - Đem lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc đo nồng độ đầu dung dịch 2.6.4 Sự phụ thuộc tải trọng vào nồng độ cân Để khảo sát phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân vật liệu ta tiến hành sau: - Chuẩn bị: bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ đến Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 42 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng - Pha dung dịch sắt chuẩn với nồng độ khác nhau: 40; 60; 80; 100; 120; 140; 160; 180mg/l - Cho vào bình 100ml dung dịch sắt nồng độ 1,5g vật liệu hấp phụ - Điều chỉnh pH tối ưu tiến hành lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc xác định nồng độ sắt sau xử lý 2.6.5 Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ 2.6.5.1 Khảo sát khả giải hấp Lấy 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ cho vào bình tam giác 250ml đem lắc 120 phút Sau đo nồng độ dung dịch sau xử lý, từ tính hàm lượng sắt mà bã mía hấp phụ Sau tiến hành giải hấp tách sắt khỏi vật liệu dung dịch HNO3 1M, trình giải hấp tiến hành lần, lần 100ml dung dịch HNO3 Xác định nồng độ Fe3+ sau giải hấp phương pháp trắc quang Từ tính hàm lượng sắt rửa giải 2.6.5.2 Khảo sát khả tái sinh Lấy 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l cho vào bình tam giác dung tích 250ml 1,5g vật liệu hấp phụ qua giải hấp Đem lắc 120 phút, pH tối ưu Sau đo nồng độ sắt sau lắc Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 43 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ Cân loại nguyên liệu vật liệu hấp phụ 1g cho riêng rẽ vào bình tam giác Thêm vào bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l Đem lắc thời gian 60 phút Đem lọc thu 30ml dung dịch lọc làm tương tự trình tự phân tích Kết thu thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thông số hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ Chất hấp phụ Co (mg/l) ABS Cf (mg/l) Hiệu suất (%) Nguyên liệu Vật liệu 20 20 0,992 0,691 14,01 9,79 29,95 51,05 Kết bảng 3.1 cho thấy: Cả nguyên liệu vật liệu hấp phụ có khả hấp phụ sắt Tuy nhiên, hiệu suất hấp phụ vật liệu hấp phụ cao gấp 1,7 lần so với nguyên liệu Điều chứng tỏ nguyên liệu sau biến tính axit citric trở thành vật liệu hấp phụ có độ xốp cao nguyên liệu bã mía ban đầu, diện tích bề mặt lớn nên hấp phụ tốt 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt Cho vào bình tam giác dung tích 250 ml đánh số thứ tự, bình 1g vật liệu hấp phụ thêm vào bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l Đem lắc máy lắc khoảng thời gian khác 20; 40; 60; 80; 100; 120; 140 phút Sau lắc xong, đem lọc lấy 30ml dung dịch sau lọc làm theo trình tự phân tích Kết thu thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt STT Co (mg/l) Thời gian ABS Cf (mg/l) Hiệu suất (%) 20 20 20 20 20 20 20 20 40 60 80 100 120 140 0,891 0,802 0,694 0,613 0,562 0,551 0,542 12,61 11,34 9,79 8,67 7,97 7,89 7,83 36,96 43,30 51,05 56,65 60,11 60,57 60,86 Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 44 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Sắt dung dịch theo thời gian hấp phụ: Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 50 100 150 Thời gian (phút) Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ sắt Kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất trình hấp phụ tăng mạnh khoảng thời gian hấp phụ tăng từ 20 - 100 phút Khi tiếp tục kéo dài thời gian hấp phụ hiệu suất trình hấp phụ tăng nhiên không đáng kể Như ta chọn thời gian đạt cân hấp phụ 100 phút cho nghiên cứu 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Sắt Chuẩn bị bình tam giác 250 ml đánh số thứ tự từ đến Cho vào bình 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 1,9; 2,3g vật liệu hấp phụ Lắc bình máy lắc thời gian 100 phút (thời gian đạt cân hấp phụ), đem lọc lấy 30 ml dung dịch sau lọc làm trình tự phân tích Kết thu thể bảng 3.3 Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 45 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Sắt Co Khối lượng vật liệu (mg/l) 20 20 20 20 20 20 hấp phụ (g) 0,4 0,7 1,0 1,5 1,9 2,3 STT ABS 0,842 0,723 0,573 0,414 0,405 0,392 Cf (mg/l) 11,91 10,26 8,00 5,89 5,71 5,61 Hiệu suất (%) 40,48 48,71 60,00 70,52 71,13 71,95 Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ sắt: 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 0.5 1.5 2.5 Khối lượng vật liệu (g) Hình 3.2 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ sắt Kết hình 3.2 cho thấy khối lượng vật liệu hấp phụ tăng hiệu suất trình hấp phụ Sắt tăng theo Khi khối lượng vật liệu tăng từ 0,4 đến 1,5g hiệu suất trình hấp phụ tăng nhanh Tiếp tục tăng khối lượng vật liệu hấp phụ hiệu suất trình hấp phụ Sắt tăng chậm không đáng kể Chọn giá trị khối lượng vật liệu tối ưu 1,5g cho nghiên cứu Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 46 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp 3.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Sắt Cho vào bình tam giác dung tích 250 ml đánh số thứ tự bình 1,5g vật liệu hấp phụ thêm vào bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l Dùng dung dịch NaOH H2SO4 loãng để điều chỉnh pH dung dịch đến giá trị tương ứng 1; 2; 3; 4; Tiến hành lắc khoảng thời gian 100 phút (thời gian tối ưu trình hấp phụ) Đem lọc, thu 30ml dung dịch sau lọc làm tương tự trình tự phân tích Kết thu thể bảng 3.4 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ sắt STT pH ABS Cf (mg/l) Hiệu suất (%) 5 0,433 0,352 0,264 0,171 0,135 6,16 5,01 3,67 2,41 1,91 69,19 74.95 81,64 87,98 90,45 Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ sắt dung dịch theo pH: Hiệu suất (%) 100 90 80 70 60 pH Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ sắt Từ kết thu từ bảng 3.4 hình 3.3 ta thấy: Khi pH tăng khả hấp phụ sắt vật liệu tăng (hiệu suất trình xử lý tăng) Nhưng TFe(OH)3 = 1,1.10-36 nên pH > Fe3+ bị kết tủa nên hiệu suất Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 47 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp trình xử lý Fe3+ vật liệu hấp phụ không xác (do Fe3+ vừa kết tủa, vừa bị hấp phụ) Vì chọn pH = cho trình nghiên cứu 3.5 Khảo sát phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Sắt Lấy bình tam giác dung tích 250 ml đánh số thứ tự từ đến Cho vào bình 100ml dung dịch sắt chuẩn với nồng độ khác 20; 40; 60; 80; 100; 120; 140; 160; 180 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ Điều chỉnh pH tối ưu pH = tiến hành lắc khoảng thời gian 100 phút Đem lọc, thu 30ml dung dịch sau lọc làm trình tự phân tích Kết thu thể bảng 3.5 Bảng 3.5 Kết khảo sát phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân sắt STT Ci (mg/l) 40 60 80 100 120 140 160 180 ABS 0,349 0,563 0,861 1,167 1,493 1,920 2,481 3,370 Cf (mg/l) Tải trọng hấp phụ q 5,00 8,01 12,20 16,50 21,10 27,10 35,00 47,50 (mg/g) 2,33 3,36 4,52 5,56 6,60 7,53 8,33 8,84 Tỷ lệ Cf/q 2,14 2,31 2,69 2,96 3,20 3,60 4,20 5,37 Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf sắt đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf: Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 48 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp q (mg/l) 10 0 10 20 30 40 50 Cf (mg/l) Hình 3.4 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân Cf Fe3+ dung dịch y = 0.0733x + 1.7288 R² = 0.9955 Tỷ lệ Cf/q 0 10 20 30 40 50 Cf (mg/l) Hình 3.5 Sự phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf Kết thực nghiệm cho thấy hấp phụ Fe3+ miêu tả tương đối tốt mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vùng có nồng độ cao vùng có nồng độ thấp Theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir ta có: tgα = 1/qmax Từ phương trình biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf ta có: Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 49 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp tgα = 0,0733 Từ ta suy qmax = 13,64 (mg/g) 3.6 Kết khảo sát khả giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ Lấy 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ cho vào bình tam giác 250ml đem lắc 100 phút pH = Lọc dung dịch sau lắc, đo mật độ quang dung dịch thu tính hàm lượng Fe3+ mà vật liệu hấp phụ Kết thể bảng 3.6: Bảng 3.6 Kết hấp phụ Fe3+ vật liệu hấp phụ Nguyên tố Ci (mg/l) Cf mg/l) Hiệu suất (%) Fe3+ 20 3,813 80,94 Bảng 3.7 Kết giải hấp vật liệu hấp phụ HNO3 1M Lượng Fe3+ hấp phụ Lượng Fe3+ Hiệu suất vật liệu rửa giải (%) STT Số lần rửa Lần 16,187 9,442 58,33 Lần 6,745 3,816 81,91 Lần 2,929 1,988 94,19 Dựa vào bảng số liệu khả rửa giải vật liệu hấp phụ HNO3 1M tốt Ban đầu vật liệu hấp phụ chứa 16,187 mg Fe3+ sau rửa giải lần lại 0,941mg Fe3+, hiệu suất đạt 94,19 % Bảng 3.8 Kết tái sinh vật liệu hấp phụ Vật liệu hấp phụ Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) Bã mía 20 4,96 75,20 Kết cho thấy khả hấp phụ vật liệu hấp phụ sau giải hấp khả quan, hiệu suất đạt 75,20% Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 50 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài khóa luận “Nghiên cứu xử lý sắt nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía” em thu số kết sau: Đã chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải bã mía thông qua trình xử lý hóa học natri hidroxit axit citric Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ ion Fe3+ Kết cho thấy nguyên liệu vật liệu hấp phụ ion kim loại dung dịch Tuy nhiên, khả hấp phụ vật liệu tốt so với nguyên liệu (gấp 1,7 lần) Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt Kết thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 100 phút Khảo sát khả hấp phụ vật liệu theo pH, kết cho thấy pH tối ưu cho trình hấp phụ ion Fe3+ pH = Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ ion Fe3+ Kết thực nghiệm cho thấy khối lượng vật liệu hấp phụ tối ưu 1,5g Mô tả trình hấp phụ vật liệu ion Fe3+ theo mô hình Langmuir thu giá trị tải trọng hấp phụ cực đại qmax = 13,64 (mg/g) Khảo sát trình hấp phụ động vật liệu, khả hấp phụ vật liệu tốt Vật liệu sau giải hấp hấp phụ lại với hiệu suất 75,2% Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 51 Trường ĐHDL Hải Phòng Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá, Độc học môi trường, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2000 Nguyễn Tinh Dung, Các phương pháp định lượng hoá học, NXB Giáo dục Hà Nội, 2002 Nguyễn Đăng Đức, Hóa học phân tích, Đại học Thái Nguyên, 2008 Phạm Luận, Cơ sở lý thuyết phương pháp phổ quang học, Nhà xuất Đại Học quốc gia Hà Nội, 1999 Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất Đại Học Quốc gia Hà Nội, 2006 Hoàng Nhâm, Hóa vô tập 3, Nhà xuất giáo dục Hà Nội, 2001 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Giáo trình hóa lý tập 2, Nhà xuất giáo dục, 2004 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội, 2002 Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trường sức khỏe người, Nhà xuất Đại Học quốc gia Hà Nội, 2001 10 Nguyễn Đức Vận, Các kim loại điển hình, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 11 Tiêu chuẩn Việt Nam 2011 Sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Trang – MT1601 52