Luận văn nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng mno2 và tio2 làm vật liệu xử lý asen và amoni trong nước

I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN V Th Thu Trang NGHIấN CU BIN TNH THAN HOT TNH BNG MnO V TiO2 LM VT LIU X Lí ASEN V AMONI TRONG NC LUN VN THC S KHOA HC H Ni LI CM N Vi lũng bit n sõu sc, tụi xin gi li cm n chõn thnh ti thy giỏo PGS.TS Trn Hng Cụn ó giao ti v nhit tỡnh giỳp , cho tụi nhng kin thc quớ bỏu quỏ trỡnh nghiờn cu Cm n cỏc thy cụ PTN Húa Mụi trng - Khoa Húa hc Trng i hc Khoa hc T nhiờn ó to iu kin giỳp tụi quỏ trỡnh lm thc nghim Chõn thnh cm n cỏc bn hc viờn, sinh viờn lm vic phũng thớ nghim Húa mụi trng ó giỳp tụi quỏ trỡnh tỡm ti liu v hon thin lun hon thnh bn lun ny, ngoi s n lc tỡm tũi, nghiờn cu ca bn thõn, s giỳp ca nhng ngi xung quanh, c bit l nhng ngi thy, ng nghip trng THPT Xuõn Mai ó úng gúp mt phn khụng nh nghiờn cu ny Tụi xin chõn thnh cm n! Hc viờn cao hc V Th Thu Trang LI M U Hin nay, tỡnh hỡnh ụ nhim ngun nc núi chung v ngun nc sinh hot núi riờng bi cỏc cation kim loi nng l ton xó hi quan tõm nhu cu v cht lng cuc sng ngy cng cao Trờn thc t, ti nhiu a phng, ngi dõn ang phi s dng cỏc ngun nc ụ nhim, c bit l ụ nhim cỏc kim loi nng nh asen, chỡ, thy ngõn, hay ụ nhim amoni S dng cỏc ngun nc ụ nhim ny nh hng trc tip n sc khe ca ngi dõn, gõy nờn cỏc bnh nguy him c bit l ung th Than hot tớnh t lõu ó c s dng lm sch nc Tuy nhiờn, ng dng ca nú x lý nc mi ch dng li vic loi b cỏc hp cht hu c v mt s cỏc thnh phn khụng phõn cc cú hm lng nh nc Vi mc ớch khai thỏc tim nng ng dng ca than hot tớnh vic x lý nc sinh hot, c bit mt lnh vc cũn rt mi ú l loi b cỏc cation v anion nc; chỳng tụi ó chn v thc hin ti Nghiờn cu bin tớnh than hot tớnh bng MnO2 v TiO2 lm vt liu x lý asen v amoni nc CHNG 1: TNG QUAN 1.1 ASEN 1.1.1 Gii thiu chung v Asen Asen hay cũn gi l thch tớn, cú s hiu nguyờn t 33, lng nguyờn t ca nú bng 74,92, c Albertus Magnus (c) vit vo nm 1250 Asen l mt nguyờn t rt ph bin v xp th 20 t nhiờn, chim khong 0,00005% v trỏi t, xp th 14 nc bin v th 12 c th ngi Asen l mt ỏ kim gõy ng c khột ting v cú nhiu dng thự hỡnh: mu vng (phõn t phi kim) v mt vi dng mu en v xỏm (ỏ kim) ch l s ớt m ngi ta cú th nhỡn thy Asen hay tn ti di dng cỏc hp cht asenua v asenat, nhng ba dng cú tớnh kim loi ca asen vi cu trỳc tinh th khỏc cng c tỡm thy t nhiờn (cỏc khoỏng vt asen sensu stricto v him hn l asenolamprit cựng parasenolamprit) Trng thỏi oxi húa ph bin nht ca asen l -3 (asenua: thụng thng cỏc hp cht liờn kim loi tng t nh hp kim), +3 (asenat (III) hay asenit v phn ln cỏc hp cht asen hu c), +5 (asenat (V): phn ln cỏc hp cht vụ c cha ụxy ca asen n nh) Asen cng d t liờn kt vi chớnh nú, chng hn to thnh cỏc cp As-As sulfua hựng hong (-As 4S4) v cỏc ion As43- vuụng khoỏng coban asenua cú tờn skutterudit trng thỏi ụxi húa +3, tớnh cht húa hc lp th ca asen chu nh hng bi s cú mt ca cp electron khụng liờn kt [6,8] Vỡ tớnh cht húa hc ca asen rt ging vi nguyờn t ng trờn nú l phtpho, nú to thnh cỏc ụxớt kt tinh, khụng mu, khụng mựi nh As2O3 v As2O5, nhng cht hỳt m v d dng hũa tan nc to thnh cỏc dung dch cú tớnh axớt Axớt asenic (V), tng t nh axớt phtphoric, l mt axớt yu Tng t nh pht pho, asen to thnh hirua dng khớ v khụng n nh, ú l arsin (AsH3) S tng t ln n mc asen s thay th phn no cho phtpho cỏc phn ng húa sinh hc v vỡ th nú gõy ng c Tuy nhiờn, cỏc liu thp hn mc gõy ng c thỡ cỏc hp cht asen hũa tan li úng vai trũ ca cỏc cht kớch thớch v ó tng ph bin vi cỏc liu nh nh l cỏc loi thuc cha bnh cho ngi vo gia th k 18 H2AsO3 ớt phõn ly l dng tn ti ch yu nc ngm ca asen Hp cht H3AsO3 c hỡnh thnh ch yu mụi trng kh yu Cỏc hp cht ca asen vi Na cú tớnh hũa tan rt cao Nhng mui ca asen vi Ca, Mg v cỏc hp cht asen hu c mụi trng pH gn trung tớnh, nghốo Ca thỡ hũa tan kộm hn cỏc hp cht hu c, c bit asen - axớt fluvic thỡ rt bn vng cú xu th tng theo pH v t l Asen-axớt fluvic Cỏc hp cht ca As(III) d b oxi húa thnh cỏc hp cht ca As(V) Asen cú th kt hp vi mt s nguyờn t to thnh cỏc hp cht asen vụ c nh cỏc khoỏng vt, ỏ thiờn thch, Reagal (AsS), Orpiment (As2S3), Arsenolite (As2O3), Arsenopyrit (FeAs2, FeAsS, AsSb), vv Hp cht ca Asen vi cacbon v hydro gi l hp cht asen hu c Thng thỡ cỏc dng hp cht hu c ca asen ớt c hi hn so vi cỏc hp cht asen vụ c 1.1.2 nh hng ca asen n sc khe ngi Asen l cht rt c hi, cú th gõy 19 loi bnh khỏc nhau, ú cú cỏc bnh nan y nh ung th da, phi IARC cụng nhn asen nguyờn t v cỏc hp cht ca asen nh l cỏc cht gõy ung th nhúm 1, cũn EU lit kờ triụxớt asen, pentụxớt asen v cỏc mui asenat nh l cỏc cht gõy ung th loi 1.Mc gõy c ca asen tựy thuc vo dng asen hu c hay asen vụ c v trng thỏi oxi húa ca chỳng Nhỡn chung asen vụ c c hn asen hu c v asenit As(III) c hn so vi asenat As(V) Asen cú th qua ng thc phm, nc ung xõm nhp vo c th ngi, cht ph bin nht l asenat [HAsO 42-; As(V)] v asenit [H3AsO3; As(III)]., tớch lu dn v gõy quỏ trỡnh nhim c t t Tu thuc vo mc nhim c, sc khỏng ca c th ngi v dinh dng, cỏc triu chng bnh lý nhim c asen cú th xut hin sau nhim t n 20 nm Lỳc u bnh lý biu hin di dng cỏc chm en trờn da ri sau ú cú th gõy ung thu da, gan v thn Ngay c ngi ung nc cú hm lng asen thp ( c 0,1mg/L) thi gian di cng cú th gõy bnh thn kinh Hin cha cú bin phỏp hu hiu cha bnh nhim c asen 1.1.2.1 Asen Vụ C Asen vụ c tỏc ng lờn cỏc enzim hot ng m bo cho quỏ trỡnh hụ hp, nờn cú th phỏ hu cỏc mụ h hụ hp, gan v thn Cỏc nghiờn cu ó ch c ch gõy c chớnh ca asen l s liờn kt ca nú vi cỏc nhúm sunfuahydryl SH, lm mt chc nng hot ng ca cỏc enzim SH Enzym SH + SH AsO3-3 As - O- Enzym + SH Asen(V) c ch cỏc enzim sinh nng lng cho t bo nh cỏc enzim sinh ATP lm chu trỡnh xitric b kỡm hóm OH- OPO32H C + PO4 OPO32- 3- H OH C C ATP OH C O O O H PO32- OPO32H C OH C Phân huỷ thành sản phẩm đầu O O AsO33- 1.1.2.2 Asen Hu C Cỏc hp cht asen(V) (R-AsO 3H2) ớt nh hng n hot tớnh ca enzim nhng nhng iu kin thớch hp chỳng cú th kh v dng asen(III) c hn Cỏc hp cht asen(III) bao gm aseno v asenoso Cỏc hp cht aseno b oxi hoỏ d dng c cú vt oxi, tớnh hot ng ca chỳng c cho l s chuyn hoỏ thnh cỏc dn xut aseno tng ng Cỏc dn xut ny cú th c chia thnh cỏc hp cht th mt ln v cỏc hp cht th hai ln theo phn ng ca chỳng vi nhúm sunfuahydryl Nhng hp cht th mt ln, vớ d R-As=O, phn ng vi enzim cha nhúm -SH SR' R-As O + 2R'SH R-As SR' Mt s enzim cha hai nhúm thiol cú th phn ng vi hp cht asen th mt ln, bng cỏch ú to cu trỳc vũng cnh Phn ng ny thun nghch vi ithiol Axit liponic, cn thit cho giai on u s oxi hoỏ ca piruvate, b c ch bng cỏch ny bi liuzit (s dng lm khớ c) S protein AsCH CHCl + BAL S + ClCH protein SH CH2 S SH CHAsH2 S CH CH2OH 1.1.3 Tỡnh trng ụ nhim Asen Vic cung cp nc sch cho sinh hot ó l mt ln m c th gii hin quan tõm S dng nc ngm c coi nh l mt gii phỏp hu hiu cho vic cung cp nc sch ngun nc b mt nh sụng; sui; ao; h ngy cng b ụ nhim nng bi nc thi t cỏc nh mỏy; xớ nghip, nc thi sinh hot Nc ngm ớt chu nh hng ngi gõy Cht lng nc ngm thng tt hn nc b mt Trong nc ngm, khụng cú ht keo hay cn l lng, cỏc ch tiờu nc ngm cng tt hn Tuy nhiờn, vic nhim c kim loi nng, asen l mt ỏng lo ngi m chỳng ta phi i mt khai thỏc ngun nc ngm Ngun asen, kim loi nng cú nc ngm ch yu s hũa tan cỏc hp cht cú cha asen, kim loi nng cú t, ỏ quỏ trỡnh phong húa, hot ng nỳi la v mt phn quỏ trỡnh sn xut cụng nụng nghip xy 1.1.3.1 ễ nhim Asen trờn th gii S dng ngun nc sinh hot cú nng asen cao l nguyờn nhõn khin hang chc triu ngi trờn th gii b bnh rng múng chõn, sng húa da, ung th da Nhiu nc ó phỏt hin hm lng asen rt cao ngun nc sinh hot nh Canada, Alaska, Chile, Trung Quc, Thỏi Lan, Bangladesh S cú mt ca asen cỏc vựng khỏc trờn th gii c tng hp hỡnh 1.1 Hỡnh1.1: Bn phõn b khu vc ụ nhim asen trờn th gii [3,7] Nm 1953, Trung Quc phỏt hin trng hp bnh nhõn nhim c asen u tiờn n nm 1993 mi cú 1546 nn nhõn ca cn bnh Asenicosis ( bnh nhim c asen) nhng cho n thi im ny ó phỏt hin 13500 bnh nhõn s 558000 ngi c kim tra 462 lng thuc 47 vựng b lit vo khu vc nhim asen cao S liu thng kờ cho thy 88% nhim qua thc phm, 5% t khụng khớ v 7% t nc ung Hm lng asen ti a thu c nc ung l 4,43 mg/l gp ti 443 ln giỏ tr Asen cho phộp ca t chc y t th gii WHO (10g/l) Archentina cng cú ti 20000 bnh nhõn nhim c Asen Ngay c cỏc nc phỏt trin mnh nh M, Nht Bn cng ang phi i phú vi thc trng ụ nhim Asen M, theo nhng nghiờn cu mi nht cho thy trờn triu ngi dõn M cú nguy c nhim c Asen, mc nhim asen nc ung dao ng t 0,045 0,092 mg/l Cũn Nht Bn, nhng nn nhõn u tiờn cú triu chng nhim asen ó c phỏt hin t nm 1971, cho n nm 1995 ó cú 217 nn nhõn cht vỡ asen Asen nc ngm cú ngun gc t nhiờn, cỏc iu kin thiu ụxy ca lp t gn b mt nờn nú c gii phúng t trm tớch vo nc ngm Khi cỏc t chc phi chớnh ph (NGO) phng Tõy h tr chng trỡnh lm cỏc ging nc ln ly nc ung vo cui th k 20, nc ngm bt u c s dng Chng trỡnh ny c nhm ngn nga vic ung nc t nc b mt b nhim khun, nhng li khụng chỳ trng ti kim nh asen nc ngm Nhiu quc gia v khu vc khỏc ụng Nam , nh Vit Nam, Campuchia, Tõy Tng, Trung Quc, c coi l cú cỏc iu kin a cht tng t giỳp cho quỏ trỡnh to nc ngm giu asen 1.1.3.2 Tỡnh hỡnh ụ nhim asen ti Vit Nam Hin tng nc di t b nhim c asen ó c bỏo ng, khụng ch cỏc quc gia nh Bngladesh, n , Trung Quc m Vit Nam cng ó bt u xut hin ngy cng nhiu Do cu to t nhiờn ca a cht, nhiu vựng ca nc ta nc ngm b nhim asen in hỡnh nh khu vc Qunh Lụi, Hai B Trng, H Ni ó cú nhiu gia ỡnh phi chu nhng hu qu v di chng nng n nhim c asen, nhiu trng hp ó t vong Vi tỡnh trng khoan ging ba bói nh hin (do nc mỏy khan him), a s li khụng cú thit b x lý trit (thng ch dựng cỏc bin phỏp thụ s nh lng, lc ly nc ), li thiu s hng dn v kim soỏt ca cỏc c quan chc nng thỡ cht lng sc khe ca ngi dõn s gim sỳt l iu khụng th trỏnh Nm 1997, mu nc ngm ó c cỏc nh a hoỏ v a cht thu phõn tớch v kt qu cho thy cú 29% s mu nc ly t tng Holocen cú hm lng asen vt gii hn cho phộp v cú 6% s mu nc ly t tng Pleistocen cú hm lng asen vt quỏ tiờu chun cho phộp (Theo TCVN, hm lng asen cho phộp l 0,05mg/l) Vit Nam, nc di t b nhim c bi asen ch yu c phỏt hin ng bng Bc b v ng bng Nam b Trong thỏng u nm 1999, Vn phũng i din UNICEF ti H Ni v Trung tõm nc sinh hot v v sinh mụi trng nụng thụn trung ng ó tin hnh xột nghim mu nc ca 351 s tng s 519 ging khoan Qunh Lụi (Hai B Trng - H Ni) v kt qu l cú 25% s mu cú hm lng asen vt tiờu chun cho phộp ca Vit Nam v nu theo tiờu chun ca T chc y t th gii (WHO l 0,01 mg/L) thỡ cú ti 68% vt tiờu chun cho phộp Trong thi gian ny, UNICEF phi hp vi Trung tõm nc sinh hot v v sinh mụi trng nụng thụn ó tin hnh kim tra asen nc ca 1227 ging khoan nụng ti tnh Phỳ Th, Thanh Húa, Qung Ninh, H Tõy(c), Hi Phũng v Thỏi Bỡnh Ti tnh Thanh Húa ch cú 11 ging khoan 201 l khoan cú asen ln hn 0,05 mg/l, cao nht t 0,1mg/L (4 ging khoan) Ti tnh Qung Ninh tt c 175 mu phõn tớch u cú hm lng asen nh hn 0,05 mg/L, cht lng nc õy nhỡn chung l tt Ti tnh H Tõy (c) ch cú 01 kt qu phõn tớch asen nc l khoan nụng cú hm lng asen ln hn 0,05 mg/L Ti thnh ph Hi Phũng ch cú 49 mu nc l khoan phõn tớch cú hm lng asen vt tiờu chun cho phộp Vit Nam ln Ti tnh Thỏi Bỡnh, kt qu tt c 195 mu phõn tớch u cú hm lng asen nh hn 0,05 mg/L Vit Trỡ - Lõm Thao cú 12% s mu vt gii hn trờn cỏc vựng khỏc u thp hoc nu vt thỡ khụng quỏ 5% (nh Hi Phũng) Hm lng asen nc xột theo tớnh ph bin thỡ v khụ cao hn ma ng bng Nam b, mt s kt qu phõn tớch ca Liờn on a cht thy - a cht cụng trỡnh Nam gn õy cho thy cha phỏt hin vựng no cú hm lng asen vt quỏ tiờu chun cho phộp ca Vit Nam 1.1.4 Mt s cụng ngh x lý asen Theo cỏc nh chuyờn mụn, hin cú khỏ nhiu cụng ngh kh asen nc di t Cụng ngh phự hp cn c chn da theo cỏc nghiờn cu c th cỏc iu kin nh loi ngun nc, c im thnh phn húa hc ca chỳng; iu kin a cht thy vn, khớ tng Nguyờn tc chn cụng ngh l phi t c cỏc tiờu chớ: Cht lng nc sau x lý phi t yờu cu s dng; cụng ngh n gin; giỏ thnh thp; khụng s dng hoc yờu cu in nng ti thiu; cú kh nng ỏp dng cho cỏc loi ngun nc khỏc nhau, vi cụng sut cp nc qui mụ phc v khỏc nhau; s dng c cỏc nguyờn vt liu nhõn cụng a phng; c cng ng chp nhn 1.1.4.1 Cụng ngh kt ta, lng, lc Quỏ trỡnh kt ta v lc, hoc s dng mui kim loi hoc lm mm nc bng vụi liờn quan n phn ln cỏc phng phỏp x lý asen Phng phỏp x lý ny rt cú hiu qu loi b cỏc cht rn l lng v ho tan ngoi asen nh c, st, mangan, pht phỏt v florua Nú cũn cú hiu qu vic lm gim mựi, mu v gim nguy c hỡnh thnh cỏc cht ụ nhim th cp Mui nhụm v mui st clorua hoc sunphat l cỏc mui kim loi thng 10 Hỡnh 3.11: th biu din thi gian cõn bng hp ph amoni T kt qu v th cho thy thi gian hp ph tt nht ca vt liu vi amoni l 120 phỳt (2h) Sau thi gian trờn vt liu s gii hp ph Cỏc thớ nghim tip theo s ỏp dng thi gian hp ph l 2h 3.3.3 Kho sỏt dung lng hp ph cc i ca vt liu vi amoni 3.3.3.1 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC-1 Kt qu nghiờn cu dung lng hp ph amoni ca mu AC-1 vi cỏc dd NH4+ cú nng t 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kt qu nh sau: Bng3.15: Kt qu kho sỏt dung lng hp ph cc i ca vt liu AC-1 vi amoni Co Cf Q Cf/Q 3,8 0,24 15,8333 10 6,8 0,64 10,625 20 16 0,8 20 30 25,8 0,84 30,7143 50 45,7 0,86 53,1395 70 65,7 0,86 76,3953 52 Hỡnh 3.12: th phng trỡnh langmuir ca AC-1 vi amoni T th cho thy ta cú th xỏc nh ti trng hp ph cc i : Qmax = 1/1,0459 = 0,95611 (mg/g) Kt qu kho sỏt cho thy dung lng hp ph amoni ca than hot tớnh bin tớnh khỏ thp iu ú cho phộp d oỏn quỏ trỡnh ụxi húa b mt than hot tớnh cha ci thin c kh nng hp ph amoni ca vt liu, ú chỳng tụi tip tc tin hnh kho sỏt vi vt liu AC-2, AC-3 3.3.3.2 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC2 Kt qu nghiờn cu mu AC-2 cú t l Mn 3% vi cỏc dung dch amoni cú nng t 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kt qu nh sau: Bng3.16: Kt qu kho sỏt langmuir ca vt liu AC-2 vi amoni Co Cf Q Cf/Q 10 5,4 0,92 5,869565 20 10,3 1,94 5,309278 30 18,2 2,36 7,711864 40 27,9 2,42 11,52893 50 38,1 2,38 16,0084 60 48,1 2,38 20,21008 53 Hỡnh 3.13: th phng trỡnh langmuir ca AC-2 vi amoni T th cho thy ta cú th xỏc nh ti trng hp ph cc i: Qmax = 1/0,358 = 2,7933 (mg/g) Kt qu cho thy dung lng hp ph amoni cc i ca vt liu AC-2 cú t l Mn(IV) cao gp ln so vi AC-1 iu ú cho thy quỏ trỡnh a thờm MnO lờn trờn b mt than sau oxi húa ó lm tng kh nng hp ph amoni ca vt liu Dung dch thu c sau quỏ trỡnh hp ph sut, khụng cú c v cng khụng i mu iu ú cho thy MnO2 khụng b trụi sau quỏ trỡnh hp ph, n nh ca vt liu c trỡ sut thi gian lc liờn tc 3.3.3.3 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC-3 Kt qu nghiờn cu mu AC-3 cú t l Mn(IV) 3% + TiO vi cỏc dd amoni cú nng t 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kt qu nh sau: Bng3.17: Kt qu kho sỏt langmuir ca vt liu AC-3 vi amoni Co Cf Q Cf/Q 20 14,5 1,1 13,18182 40 28,6 2,28 12,54386 60 45,6 2,88 15,83333 70 55,4 2,92 18,9726 80 65,2 2,96 22,02703 90 75,7 2,86 26,46853 54 Hỡnh 3.14: th phng trỡnh langmuir ca AC-3 vi amoni T th cho thy ta cú th xỏc nh ti trng hp ph cc i : Qmax = 1/0,2228 = 4,488 (mg/g) Nh vy, qua kho sỏt dung lng hp ph amoni di dng NH 4+ ca cỏc vt liu AC-1, AC-2, AC-3 cho thy kh nng hp ph amoni ca vt liu AC-3 l tt nht (Qmax = 4,488 mg/g) iu ny cú th d oỏn l b mt ca vt liu AC3 cú cỏc tõm hp ph l thờm MnO2 v TiO2 gn lờn trờn b mt than hot tớnh ó lm tng kh nng hp ph amoni ca vt liu AC-3 Kt qu l dung lng hp ph cc i ca AC-3 cao gp ln so vi AC-2 v cao gp ln so vi AC-1 55 KT LUN Trong nghiờn cu ny chỳng tụi trung vo vic bin tớnh b mt than hot tớnh bng cht oxi húa mnh v a thờm Mn(IV)v TiO2 lờn trờn b mt than sau bin tớnh hy vng to vt liu cú cỏc tõm hp ph mnh hn v ó thu c nhng kt qu c bn nh sau: ó tin hnh oxi húa b mt kh ca than hot tớnh Tr Bc bng dung dch KMnO4 mụi trng axit H2SO4, nhm bin b mt kh ca than ca than hot tớnh thnh b mt ụxi húa, chuyn t dng b mt k nc thnh b mt a nc (vt liu AC -1) ó tin hnh nghiờn cu, mang MnO2 lờn b mt than sau bin tớnh ó to c cỏc vt liu cú hm lng Mn tng ng l 1%, 2%, 3%, 4% v5% (vt liu AC-2) ó a thờm TiO2 lờn b mt than hot tớnh ó bin tớnh bng Mn(IV) vi hm lng khỏc thu c vt liu AC-3 Tin hnh nghiờn cu, ỏnh giỏ c tớnh ca cỏc vt liu nh: din tớch b mt riờng (BET), hỡnh thỏi b mt (SEM) ó tin hnh kho sỏt, xỏc nh ti trng hp ph asen ca cỏc vt liu AC-1, AC-2, AC-3 ln lt l: 6,92mg/g; 9,524 mg/g; 15,625 mg/g iu kin thng, thi gian cõn bng l 4h Xỏc nh c ti trng hp ph amoni ca cỏc vt liu tng ng l: 0,956mg/g; 2,793 mg/g; 4,488 mg/g iu kin thng, thi gian cõn bng l 2h Kt qu trờn cho thy vt liu than hot tớnh bin tớnh cú kh nng hp ph cỏc cht c hi di dng anion tt hn so vi hp ph cation 56 TI LIU THAM KHO Ti liu ting Vit V Ngc Ban(2007), Giỏo trỡnh thc Húa lớ, Nh xut bn i hc Quc gia H Ni, H Ni Phm Nguyờn Chng (2002), Húa K Thut, Nh xut bn khoa hc k thut, H Ni ng Th Thanh Lc(2010): Nghiờn cu x lý amoni nc ngm nh mỏy nc Phỏp Võn H Ni bng bin phỏp sinh hc vi vt liu mng ngp nc trờn mụ hinh pilot, Khúa lun tt nghip, K24 Khoa Mụi Trng, i Hc Khoa Hc Hu Trn Vn Nhõn, Nguyn Thc Su, Nguyn Vn Tu(2004), Húa lớ Tp hai Nh xut bn giỏo dc, H Ni o Chỏnh Thun(2007), Trung nghiờn cu cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh trao i amoni trờn nha cationit, ỏn tt nghip, K07, lp cụng ngh mụi trng, i Hc Khoa Hc T Nhiờn H Ni Nguyn ỡnh Triu(1999), Cỏc phng phỏp vt lý ng dng húa hc, Nh xut bn i hc quc gia H Ni, H Ni Ti liu ting Anh Bansal R.C , Goyal M.(2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group,USA Biniak S.(1997), The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups, Carbon, Vol 35(12), pp.1799-1810 Cerovic Lj S, Milonjic.S.K, Todozovic.M.B, Trtanj M.I, PogoZhev Yu S, (2007), Point of zero charge of different carbides, Colloids and surfaces A, 297, pp.1 10 Chen J P (2003), Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption, Carbon, 41, pp 19791986 11 Chingombe P., Saha B., Wakeman R.J (2005), Surface modification and characterisation of a coal-based activated carbon, Carbon, 43, pp 31323143 12 Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas M.M.A., Orfao J.J.M.( 1999), Modification of the surface chemistry of activated carbons, Carbon, 37, pp.13791389 13 Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K.(2003), Importance of activated carbons oxygen surface functional groups on elemental mercury adsorption, Fuel, 82, pp.451457 14 Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco(2006), Activated Carbon, Elsevier, Spain 15 Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L.( 2007), Activated carbon with excellent chromium(VI) adsorption performance prepared by acidbase surface modification, Journal of Hazardous Materials, 141, pp 315319 16 Matsumoto Masafumi et al(l994), Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment, Carbon, Vol 32 (I), pp 111-118 17 Mei S.X., et al(2008), Effect of surface modification of activated carbon on its adsorption capacity for NH3, J China Univ Mining & Technol, Vol.18(2), pp 02610265 18 Milonjic S.K., Ruvarac A.L (1975), The Heat of immersion of natural magnetite in 57 aqueous solutions, Thermochimica Acta, 11(3), pp 261-266 19 Moreno C (2000), Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation, Carbon, 38, pp 19952001 20 Park Geun Il, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung(2002), Effect of Twostep Surface Modification of Activated Carbon on the Adsorption Characteristics of Metal Ions in Wastewater, Carbon Science, Vol 3(4), pp 219-225 21 Reynolds Tom D., Richards Paul A(1996),Unitoperations and processes in environmental engineering, PSW, USA 22 Shen Wenzhong, Liand Zhijie, Liu Yihong(2008), Surface Chemical Functional Groups Modification of Porous Carbon, Recent Patents on Chemical Engineering, 1(1), pp.27-40 23 Tao XU, Xiaoqin Liu(2008), Peanut Shell Activated Carbon: Characterization, Surface Modification and Adsorption of Pb2+ from Aqueous Solution, Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(3), pp 401- 406 24 Vassileva P., Tzvetkova P., Nickolov R (2008), Removal of ammonium ions from aqueous solutions with coal-based activated carbons modi fied by oxidation, Fuel, 88(2), pp 387390 25 Vasu A.dwin(2008), Surface Modification of Activated Carbon for Enhancement of Nickel(II) Adsorption, Journal of Chemistry, 5(4), pp 814-819 26 Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddine(2007), Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions , Separation and Purification Technology, 52(3), pp 403415 27 Tran Hong Ha, Thai Ba Cau, La Van Binh (2000), Adsorption of uranium on silicagel packed column, Journal of chemistry, Vol.38, No.1, pp 80-83 58 59 MC LC DANH MC HèNH DANH MC BNG LI CM N LI M U CHNG 1: TNG QUAN .4 1.1 ASEN 1.1.1 Gii thiu chung v Asen 1.1.2 nh hng ca asen n sc khe ngi 1.1.2.1 Asen Vụ C .5 1.1.2.2 Asen Hu C 1.1.3 Tỡnh trng ụ nhim Asen 1.1.3.1 ễ nhim Asen trờn th gii .7 1.1.3.2 Tỡnh hỡnh ụ nhim asen ti Vit Nam 1.1.4 Mt s cụng ngh x lý asen 10 1.1.4.1 Cụng ngh kt ta, lng, lc 10 1.1.4.2 Oxi hoỏ/kh 11 1.1.4.3 Cụng ngh hp ph v trao i ion .11 1.1.4.4 Cỏc phng phỏp vt lý 12 1.2 AMONI 12 1.2.1 Gii thiu chung v Amoni .12 1.2.2 nh hng ca Amoni i vi sc khe ngi 12 1.2.3 Tỡnh trngụ nhim Amoni Vit Nam 13 1.2.3.1 Nguụn gục ụ nhiờm amoni nc ngõm Viờt Nam 13 1.2.3.2 Hin trng ụ nhim amoni Vit Nam 15 1.2.4 Mt s cụng ngh x lý Amoni 16 1.2.4.1 Phng phỏp kim húa v lm thoỏng 16 1.2.4.2 Phng phap Ozon hoa vi xuc tac Bromua(Br-)[5] .16 60 1.3 Than hot tớnh 16 1.3.4 Tớnh axit b mt ca than 27 1.3.5 Tớnh k nc .27 1.5 Tõm hot ng trờn b mt than .29 1.6 Phng phỏp tớnh toỏn ti trng hp ph ca vt liu 30 CHNG 2: THC NGHIM 33 2.1 i tng nghiờn cu 33 2.2 Mc tiờu nghiờn cu 33 2.3 Danh mc thit b, húa cht cn thit cho nghiờn cu 33 2.4 Phng phỏp nghiờn cu .34 2.4.1 Chun b than hot tớnh 34 2.4.2 Oxy húa b mt than hot tớnh (To vt liu AC-1) 34 2.4.3 To vt liu AC-2 34 2.4.4 To vt liu AC-3 35 2.5 Phng phỏp xỏc nh cỏc ion dung dch 35 2.5.1 Phng phỏp xỏc nh nng As: Phõn tớch asen bng phng phỏp so mu trờn giy tm thy ngõn .35 2.5.1.1 Pha dung dch .35 2.5.1.2 Nguyờn tc xỏc nh ca phng phỏp 36 2.5.1.3 Quy trỡnh phõn tớch .36 2.5.1.4 Dng ng chun 36 2.5.2 Xỏc nh nng amoni 37 2.6 Kho sỏt kh nng hp ph ion asenat ca vt liu 38 2.6.1 Kho sỏt s b kh nng hp ph As ca cỏc vt liu 38 2.6.2 Kho sỏt thi gian cõn bng hp ph As ca vt liu .38 2.6.3 Xỏc nh dung lng hp ph As cc i ca vt liu .38 2.7 Kho sỏt kh nng hp ph Amoni ca vt liu .38 2.7.1 Kho sỏt s b kh nng hp ph amoni ca vt liu 38 2.7.2 Kho sỏt thi gian cõn bng hp ph amoni cc i .39 2.7.3 Xỏc nh dung lng hp ph cc i: 39 61 2.8.1 Xac inh diờn tich bờ mt cua than 39 2.8.2 Phng phỏp hin vi in t quột (SEM) .41 CHNG 3: KT QU V THO LUN 43 3.1 Xỏc nh mt s c trng ca than bin tớnh 43 3.1.1 Kt qu o BET 43 3.1.2 Kt qu chp SEM 44 Vt liu AC-1, AC-2 v AC-3 c chỳng tụi la chn so sỏnh b mt 44 ca chỳng 44 3.2 Kh nng hp ph As ca cỏc vt liu than hot tớnh bin tớnh 44 3.2.1 Kho sỏt s b kh nng hp ph As ca cỏc vt liu AC 44 3.2.1.1 Cỏc mu AC-0, AC-1, AC-2, AC-3 44 3.2.1.2 Cỏc mu AC-2 45 3.2.1.3 Cỏc mu AC-3 45 3.2.2 Kho sỏt thi gian t cõn bng hp ph As ca vt liu 46 3.2.3 Kho sỏt dung lng hp ph As cc i 46 3.2.3.1 Kho sỏt dung lng hp ph As cc i ca vt liu AC-1 46 3.2.3.2 Kho sỏt dung lng hp ph As cc i ca vt liu AC-2 48 3.2.3.2 Kho sỏt dung lng hp ph As cc i ca vt liu AC- 49 3.3 Kt qu kho sỏt kh nng hp ph Amoni ca cỏc vt liu than hot tớnh bin tớnh .50 3.3.1 Kho sỏt s b kh nng hp ph Amoni ca cỏc vt liu AC 50 3.3.2 Kho sỏt thi gian cõn bng hp ph .51 3.3.3 Kho sỏt dung lng hp ph cc i ca vt liu vi amoni 52 3.3.3.1 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC-1 52 3.3.3.2 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC2 .53 3.3.3.3 Kho sỏt dung lng hp ph cc i amoni ca vt liu AC-3 54 TI LIU THAM KHO .57 MC LC .60 DANH MC HèNH 64 DANH MC BNG .66 62 63 DANH MC HèNH Hỡnh1.1: Bn phõn b khu vc ụ nhim asen trờn th gii [3,7] .Error: Reference source not found Hỡnh1.2: B mt ca mt dng than hot tớnh ụxi húa 19 Hỡnh1.4: ng hp ph ng nhit Langmuir Error: Reference source not found Hỡnh 1.5: th xỏc nh cỏc hng s pt Langmuir.Error: Reference source not found Hỡnh 2.1: ng chun asen Error: Reference source not found Hỡnh 2.2: ng chun xỏc nh nng NH4+ .Error: Reference source not found Hỡnh 3.1: ng cong hp ph/gii hp nit ca mu (a) AC-1, (b) AC-2 v (c) AC-3 Error: Reference source not found Hỡnh 3.5: th biu din thi gian cõn bng hp ph As ca vt liu AC2 Error: Reference source not found Hỡnh 3.6: ng hp ph ng nhit ca vt liu AC-1vi As .Error: Reference source not found Hỡnh 3.7: th phng trỡnh langmuir ca AC-1 vi As Error: Reference source not found Hỡnh 3.8: ng hp ph ng nhit As ca vt liu AC2 Error: Reference source not found Hỡnh 3.9: th phng trỡnh langmuir ca AC-2 vi As Error: Reference source not found Hỡnh 3.10: th phng trỡnh langmuir ca AC-3 vi As Error: Reference source not found Hỡnh 3.11: th biu din thi gian cõn bng hp ph amoni Error: Reference source not found Hỡnh 3.12: th phng trỡnh langmuir ca AC-1 vi amoni .Error: Reference source not found Hỡnh 3.13: th phng trỡnh langmuir ca AC-2 vi amoni .Error: Reference source not found Hỡnh 3.14: th phng trỡnh langmuir ca AC-3 vi amoni Error: Reference source not found 64 65 DANH MC BNG Bng 2.1: Danh mc dng c thit b cn thit cho nghiờn cu 33 Bng 2.2: Danh mc cỏc Húa cht cn thit cho nghiờn cu 33 Bng 2.3: Kt qu thớ nghim 37 Bng 3.4: Kt qu kho sỏt s b mu vt liu .44 Bng 3.5: Kt qu kho sỏt s b kh nng hp ph asen ca AC-2 45 Bng 3.6: Kt qu kho sỏt s b kh nng hp ph asen ca AC-3 45 Bng 3.7: Kho sỏt thi gian t cõn bng hp ph As 46 Bng 3.8: Kt qu kho sỏt langmuir ca vt liu AC-1 46 Bng 3.9: Kt qu hp ph As ca vt liu AC-2 (Mn(IV) 3%) .48 Bng 3.10: Kt qu kho sỏt langmuir vt liu AC3 hp ph As 49 Bng3.11: Kho sỏt kh nng hp ph ca loi vt liu .50 Bng3 12: Kt qu kho sỏt s b kh nng hp ph amoni ca AC-2 50 Bng3.13: Kt qu kho sỏt s b kh nng hp ph amoni ca AC-3 51 Bng3.14: Thi gian cõn bng hp ph amoni 51 Bng3.15: Kt qu kho sỏt dung lng hp ph cc i ca vt liu AC-1 vi amoni 52 Bng3.16: Kt qu kho sỏt langmuir ca vt liu AC-2 vi amoni .53 Bng3.17: Kt qu kho sỏt langmuir ca vt liu AC-3 vi amoni .54 66 [...]... mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxi hóa Nhóm chức bề mặt cacbon – hydro tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hydro ở nhiệt độ cao Nhóm chức cacbon – lưu huỳnh bằng quá trình xử lý than hoạt tính với lưu huỳnh nguyên tố, CS 2, H2S, SO2 Cacbon – nitơ trong quá trình xử lý than hoạt tính với amoniac Cacbon – halogen được tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với halogen trong. .. đưa thêm MnO2 và TiO2 lên bề mặt than hoạt tính đã biến tính với các tỉ lệ Mn và Ti khác nhau (vật liệu AC-3) Sau đó chúng tôi đem vật liệu thu được đi chụp SEM để đánh giá các đặc tính của vật liệu: Thành phần, hình thái bề mặt, dự đoán liên kết Sau cùng chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu với các ion trong nước Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào xử lý asen dưới... nồng độ Mangan và axit hóa Thuốc thử để nhận biết ion SO42Khảo sát khả năng xử lý amoni của than biến tính Ôxi hóa vật liệu Pha thuốc thử Nesler và làm thuốc thử trong phản ứng tao AsH3 Pha thuốc thử Nesler Pha thuốc thử Xenhet Tạo môi trường và điều chế SnCl2 Đưa Ti4+ vào vật liệu Giấy tẩm Pb(CH3COO)2 Giấy tẩm muối HgBr2 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Chuẩn bị than hoạt tính Than hoạt tính mua từ Công... oxi axit làm giảm đi sự hấp phụ phenol, nhưng sự có mặt của những nhóm quinon lại làm tăng cường khả năng hấp phụ 1.3.3 Biến tính bề mặt than hoạt tính Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự... ion asenat và ion amoni trong nước, sử dụng phương pháp hấp phụ, trao đổi ion bằng than hoạt tính biến tính 2.3 Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.1: Danh mục dụng cụ thiết bị cần thiết cho nghiên cứu STT Tên thiết bị , dụng cụ Mục đích 1 Tủ hút Oxi hóa than và làm các TN độc hại 2 Tủ sấy hút chân không 3 Máy lắc 4 Máy đo quang Sấy vật liệu Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu. .. KMnO4/H2SO4 nhằm biến đổi bề mặt than hoạt tính từ bản chất bề mặt không phân cực thành bề mặt phân cực, từ bề mặt khử thành bề mặt đã được oxi hóa và có khả năng hấp phụ ion (vật liệu AC-1) Để thay đổi bản chất bề mặt than hoạt tính chúng tôi tiến hành mang MnO2 lên bề mặt than sau khi đã biến tính làm tăng khả năng hấp phụ ion của than hoạt tính, tạo ra các vật liệu có hàm lượng Mn khác nhau (vật liệu AC-2)... sự oxi hóa và độ bền của composit trong trường hợp của nhựa phenola cũng như nhựa epoxi làm vật liệu nền Ảnh hưởng của nhóm oxi đưa lên bề mặt sợi cacbon bằng quá trình oxi hóa trong không khí tại 700 0C và các tính chất composit đã được nghiên cứu Trong trường hợp than hoạt tính, sự có mặt của nhóm axit bề mặt làm cho bề mặt than ưa nước và phân cực, theo đó cải tiến tính chất hấp phụ khí và hơi phân... diễn C/ ᴦm phụ thuộc vào C là đường thẳng có độ dốc 1/ᴦm và cắt trục tung tại 1/bᴦm 31 Do đó: Hình 1.3: Đồ thị để xác định các hằng số trong pt Langmuir 32 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này là than hoạt tính từ gáo dừa do Công ty Cổ phần Trà Bắc sản xuất 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Trước hết, chúng tôi tiến hành biến tính than hoạt tính bằng tác nhân oxi... chức này được liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vòng thơm, và bởi vì thành phần các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng khi biến tính than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các than hoạt tính này Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt than cũng được thực hiện bằng quá trình khử khí và bằng việc mang kim loại lên bề mặt Trong phần này chủ yếu... mặt than hoạt tính Than sau khi oxi hóa rửa lại bằng dung dịch HCl (1:2) để rửa MnO 2 kết tủa, sau đó, tiếp tục rửa axit dư bằng nước cất cho đến khi pH cỡ 5-6 Sấy khô trong tủ hút chân không, thu được vật liệu AC-1 2.4.3 Tạo vật liệu AC-2 Khi tiến hành tạo vật liệu AC-2 chúng tôi cho rằng toàn bộ lượng KMnO4 tham gia quá trình oxi hóa bề mặt than hoạt tính Muốn đưa MnO2 lên trên bề mặt than hoạt tính