“Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước sinh hoạt”.

Trong những năm gần đây ở nước ta, do tình hình phát triển kinh tế và gia tăng dân số môi trường nước ta ngày càng bị ô nhiễm, bởi kim loại nặng mà chủ yếu có nguồn gốc từ công nghiệp, phenol, và đặc biệt là các anion độc hai như F, Cl … Các anion này là các vi chất cần thiết cho cơ thể nhưng nếu mà chúng có nồng độ quá cao trong nước sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe của con người. Vì vậy vấn đề nghiên cứu và bảo vệ môi trường nói chung và vấn đề môi trường nước nói riêng là vấn đề trở thành mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia và tổ chức trên thế giới. Sự có mặt của florua trong nước uống có thể có lợi hoặc có hại cho sức khỏe phụ thuộc vào nồng độ của nó. Trong nước uống nồng độ F chấp nhận được khoảng 0,5 – 1,5 mgL. Giá trị nồng độ 1,5 mgL đã được đề xuất bởi WHO, nhưng không phải là giá trị cố định, nó được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện của từng quốc gia như điều kiện khí hậu, thể tích đầu vào của nước, đầu vào của F từ các nguồn khác. Môi trường ô nhiễm florua do hai nguồn chính là tự nhiên và do con người gây ra. Florua phát thải vào môi trường tự nhiên qua việc khai thác khoáng sản, khí thải từ núi lửa. Các nguồn thái nghiệm trọng qua khí thải, nước thải và chất thải từ nhiều hoạt động công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất thép, sản xuất nhôm, đồng và niken, sản xuất thủy tinh, gạch , gốm sứ, keo dán và chất kết dính và trong quá trình sản xuất và sử dụng phân bón photphat. Nhiều phương pháp đã được phát triển để loại bỏ hàm lượng florua dư thừa từ nước, ví dụ phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, điện thẩm thấu ngược, lọc nano. Trong những phương pháp này hấp phụ là 1 trong những kĩ thuật quan trọng được sử dụng để loại bỏ florua trong nước vì dễ vận hành và chi phí thấp, đặc biệt đối với các hộ gia đình, cá nhân, và các khu vực dân cư nhỏ. Các chất hấp phụ khác nhau đã được sử dụng để loại bỏ florua bao gồm nhôm hoạt tính, than hoạt tính, than xương, tổng hợp ion trao đổi, vật liệu tổng hợp và hỗn hợp oxit đất hiếm, … Trong những năm gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến việc nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau từ các khoáng chât tự nhiên như kaolinite, bentonite, lignite, montmorillonite, và bùn đỏ. Bùn đỏ ( chất thải từ bauxit của quá trình sản xuất nhôm) thải ra như một sản phẩm phụ không mong muồn trong quá trình. Chính vì vậy, với mong muốn chế tạo được những vật liệu có khả năng hấp phụ florua trên cơ sở sử dụng bùn đỏ có hiệu quả sử lí cao.Tôi thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước sinh hoạt”.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ HỒNG TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC SINH HOẠT’’ HÀ NỘI - 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ HỒNG TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ““NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC SINH HOẠT’’ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Tống Thị Thanh Hương HÀ NỘI - 11/2014 GIÁO VIÊN CHẤM LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Lọc Hóa Dầu trường Đại học Mỏ - Địa Chất nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức vô quý báu, bổ ích suốt trình học tập chúng em Đó kiến thức vô quan trọng suốt trình nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, sau chúng em làm việc thực tế Em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Tống Thị Thanh Hương – giảng viên Bộ môn Lọc Hóa Dầu – Trường Đại học Mỏ - Địa Chất tận tình giúp đỡ, hướng ẫn em thực đồ án Và cuối em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, anh chị phòng Hóa Phân tích – Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam hổ trợ giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành đề tài Sinh viên: Lê Hồng Trường MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT 3 10 11 Số hình vẽ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Tên hình vẽ Máy lọc nước RO Thiết bị FLOWAT Sơ đồ quy trình Bayer Các nhóm hydroxyl bề mặt oxit sắt Sơ đồ sử lí sơ bùn đỏ Sơ đồ ổn định pH bùn đỏ Quy trình thực thí nghiệm Sơ đồ pha tia X phản xạ tinh thể Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 Sơ đồ mô cấu tạo máy quang phổ Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Sự phụ thuộc Ce/q vào Ce 12 13 Hình 2.9 Hình 2.10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Sự phụ thuộc lgq vào lgCe Trang 14 17 23 24 28 33 30 32 34 34 35 35 14 Hình 3.1 15 Hình 3.2 16 Hình 3.3 17 18 19 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 20 Hình 3.7 21 Hình 3.8 22 23 Hình 3.9 Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X bùn đỏ chưa hoạt hóa Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ hoạt hóa RM 25 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ a) trước hoạt hóa b) sau hoạt hóa Biểu đồ biểu diễn hiệu suất hấp phụ bùn đỏ Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Ảnh hưởng lượng bùn đỏ ban đầu với hiệu suất hấp phụ Biểu đồ ảnh hưởng anion trình hấp phụ Mô theo phương trình Langmuir Mô phương trình Freundlich 36 38 39 41 43 45 47 50 51 52 DANH MỤC CÁC BẢNG STT 10 11 12 13 14 15 Bảng Tên bảng Bảng 1.1 Phân bố trữ lượng bauxit Châu lục Bảng 1.2 Thành phần cùn đỏ Bảng 1.3 Thành phần hóa học chủ yếu Bauxit Lâm Đồng Cấu trúc pha hợp phần bù đỏ chưa hoạt Bảng 3.1 hóa Bảng 3.2 Cấu trúc pha hợp phần BĐHH Bảng 3.3 Kết phân tích thành phần bùn đỏ thô Bảng 3.4 Hiệu suất hấp phụ ion F- loại bùn đỏ Hiệu suất hấp phụ F- tương ứng với thời gian tiếp Bảng 3.5 xúc cho ban đầu Bảng 3.6 Hiệu suất hấp phụ F- tương ứng với pH cho ban đầu Hiệu suất hấp phụ F- tương ứng với lượng bùn đỏ Bảng 3.7 hoạt tính cho ban đầu Ảnh hưởng anion SO42- đến khả hấp Bảng 3.8 phụ bùn đỏ hoạt tính Ảnh hưởng anion NO3- đến khả hấp Bảng 3.9 phụ bùn đỏ hoạt tính Ảnh hưởng anion PO43- đến khả hấp Bảng 3.10 phụ bùn đỏ hoạt tính Bảng 3.11 Các giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Trang 12 16 20 37 38 39 40 43 44 47 48 49 49 51 MỞ ĐẦU Trong năm gần nước ta, tình hình phát triển kinh tế gia tăng dân số môi trường nước ta ngày bị ô nhiễm, kim loại nặng mà chủ yếu có nguồn gốc từ công nghiệp, phenol, đặc biệt anion độc hai F -, Cl- … Các anion vi chất cần thiết cho thể mà chúng có nồng độ cao nước gây hậu nghiêm trọng sức khỏe người Vì vấn đề nghiên cứu bảo vệ môi trường nói chung vấn đề môi trường nước nói riêng vấn đề trở thành mối quan tâm hàng đầu nhiều quốc gia tổ chức giới Sự có mặt florua nước uống có lợi có hại cho sức khỏe phụ thuộc vào nồng độ Trong nước uống nồng độ F - chấp nhận khoảng 0,5 – 1,5 mg/L Giá trị nồng độ 1,5 mg/L đề xuất WHO, giá trị cố định, điều chỉnh để phù hợp với điều kiện quốc gia điều kiện khí hậu, thể tích đầu vào nước, đầu vào F- từ nguồn khác Môi trường ô nhiễm florua hai nguồn tự nhiên người gây Florua phát thải vào môi trường tự nhiên qua việc khai thác khoáng sản, khí thải từ núi lửa Các nguồn thái nghiệm trọng qua khí thải, nước thải chất thải từ nhiều hoạt động công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất thép, sản xuất nhôm, đồng niken, sản xuất thủy tinh, gạch , gốm sứ, keo dán chất kết dính trình sản xuất sử dụng phân bón photphat Nhiều phương pháp phát triển để loại bỏ hàm lượng florua dư thừa từ nước, ví dụ phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, điện thẩm thấu ngược, lọc nano Trong phương pháp hấp phụ kĩ thuật quan trọng sử dụng để loại bỏ florua nước dễ vận hành chi phí thấp, đặc biệt hộ gia đình, cá nhân, khu vực dân cư nhỏ Các chất hấp phụ khác sử dụng để loại bỏ florua bao gồm nhôm hoạt tính, than hoạt tính, than xương, tổng hợp ion trao đổi, vật liệu tổng hợp hỗn hợp oxit đất hiếm, … Trong năm gần đây, người ta đặc biệt ý đến việc nghiên cứu loại vật liệu khác từ khoáng chât tự nhiên kaolinite, bentonite, lignite, montmorillonite, bùn đỏ Bùn đỏ ( chất thải từ bauxit trình sản xuất nhôm) thải sản phẩm phụ không mong muồn trình Chính vậy, với mong muốn chế tạo vật liệu có khả hấp phụ florua sở sử dụng bùn đỏ có hiệu sử lí cao Tôi thực đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua nước sinh hoạt” CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan florua tính chất độc hại florua 1.1.1 Nguồn ngốc phân bố florua Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu dạng ion florua hóa trị thành phần khoáng criolit (Na3AlF6), floapatit [(Ca10F2)PO6)], flospar (CaF2) Nó thành phần chung đất, trung bình 200 mg/Lkg toàn giới Florua có nước tự nhiên, trung bình khoảng 0,2 mg/L (Châu Âu Bắc Mỹ), nước biển nồng độ florua vào khoảng 1,2 mg/L Tính chung flo nguyên tố có độ giàu thứ 13 trái đất, chiếm 0,03% trái đất [1] Flo thải vào môi trường từ nhiều nguồn khác Khí Flo chủ yếu HF phát qua hoạt động núi lửa với số ngành công nghiệp khác Flo dạng khí dạng hạt sản phẩm trình đốt than (than chứa 10 → 480 mg/ Lkg flo, trung bình 80mg/kg) giải phóng trình sản xuất thép luyện kim loại không chứa sắt Sản xuất nhôm bao gồm việc sử dụng criolit, plospar nhôm florua nguồn florua môi trường quan trọng Các khoáng có chứa florua thường vật liệu thô cho thủy tinh, gốm sứ, xi măng, phân bón [1,2] Ví dụ trình sản xuất phân photphat việc axit hóa quặng apatit với axit sunfuric gải phóng hydro florua theo phương trình sau: 3[Ca3(PO4)2]CaF2 +7H2SO4  3[Ca(H2PO4)2] + 7CaSO4 + 2HF Ở nước ta, hàng năm sản xuất hàng triệu phân lân từ nhà máy lớn (Supephotphat Lâm Thao, Long Thành, Đồng Nai, Văn Điển Ninh Bình) Dự báo đến năm 2015, lượng phân bón sử dụng nước ta 3,5 triệu [2] Trong nguyên liệu sản xuất phân lân có chứa 3% Flo Khoảng 50 – 60% lượng Flo nằm lại phân bón Khi bón nhiều phân lân làm tăng hàm lượng Flo đất làm ô nhiễm đất hàm lượng đạt tới 10 mg/1kg đất [2] Trong chất thải nhà máy sản xuất phân lân có chứa 96,9% chất gây ô nhiễm mà chủ yếu flo Flo đất tích lũy thực vật, flo gây độc cho người gia súc, kìm hãm hoạt động số enzyme, ngăn trình quang hợp tổng hợp protein thực vật Ngoài việc phong hóa đá khoáng vật chứa florua giải phóng florua vào nước ngầm, nước sông, nước suối, làm tăng hàm lượng flo nước Ở vùng có khoáng hóa florit hàm lượng florua nước cao Nước ngầm vận động mang theo ô nhiễm florua xa nguồn với khoảng cách lớn Trên thực tế có nhiều khu vực mà hầu hết nguồn nước chứa hàm lượng flo từ -4 mg/L chí có giếng lên tới mg/L Trong tiêu chuẩn nước sinh hoạt, nước mặt nồng độ flo = mg/L [1,2,3] 1.1.2.Tính chất hóa học Florua [19] Flo ion cực mạnh: tự nhiên flo không tồn dạng đơn phân tử , Flo tồn dạng hợp chất muối chứa ion florua - Phản ứng với hydro Phản ứng điều kiện tối nhiệt độ thấp tạo hydrogen fluoride F2 + H2 2HF - Phản ứng với kim loại : Oxi hóa hầu hết kim loại kể Au, Pt tạo muối florua kim loại ứng với bậc oxi hóa cao kim loại florua bền điều kiện thí nghiệm 3F2 +2Au AuF3 3F2 + Fe 2FeF3 Các kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với flo xảy mãnh liệt Các kim loại Al, Zn, Cr, Ni, Ag … Phản ứng mạnh đun nóng Các kim loại Cu, Au họ Pt phản ứng đun nóng mạnh 3F2 + 2Au AuF3 - Phản ứng với phi kim khác Phản ứng với hầu hết phi kim (trừ O 2, N2, He, Ne, Ar) tạo hợp chất cộng hóa trị ứng với bậc oxi hóa cao nguyên tố 3F2 + S SF6 2F2 + C CF4 Flo phản ứng với halogen khác, điều kiện đặc biệt F2 + Cl2 2ClF ( điều kiện 2500C) - Phản ứng trao đổi Flo có khả dời chổ halogen khác khỏi hợp chất ion hợp chất cộng hóa trị (ở điều kiện xác định) F2 + KCl 2KF + Cl2 (điều kiện: lạnh) F2 + KBr 2KF + Br2 10 Nếu dư F2 phản ứng : Br2 + 5F2 + H2O 2HBrO3 +10HF Và có phần flo phản tác dụng với H2O - Phản ứng với hydrua Với H2O đun nóng flo bốc cháy 2F2 + H2O 4HF + O2 Với H2S, NH3 cháy khí flo tạo HF (N2, NF3) hay SF6 - Phản ứng với dung dịch kiềm Khác với halogen khác, flo không tạo muối chưa oxi Khi phản ứng với kiềm loãng (ví dụ NaOH 2%) lạnh tọa Oxygen difluoride florua 2F2 + 2NaOH 2NaF + OF2 + H2O OF2 độc có tính oxi hóa mạnh OF2 + H2O 2HF + O2 1.1.3 Độc tính florua Florua có ảnh hưởng bệnh lí học lên thực vật động vật [8] Thực vật: chất gây nguồn bệnh, florua gây phá huỷ diện rộng mùa màng Nó chủ yếu tập trung thực vật dạng khí (HF) qua khí khổng lá, hoà tan vào pha nước lỗ cận khí khổng vận chuyển dạng ion theo dòng thoát nước đến đỉnh mép Một số vào tế bào tích tụ bên bào quan tế bào Các ảnh hưởng florua đến thực vật phức tạp liên quan với nhiều phản ứng sinh hoá Các triệu trứng thương tổn chung gây vàng đỉnh mép gây cháy Nó làm giảm sinh trưởng phát triển thực vật nẩy mầm hạt Một số biểu sớm ảnh hưởng phá huỷ thực vật florua clorophin, điều liên quan đến phá huỷ lục lạp, ức chế quang tổng hợp Florua có ảnh hưởng trực tiếp tới enzim liên quan đến glico phân, hô hấp trao đổi chất lipit tổng hợp protein (photphoglucomutaza, piruvat kinaza, sucxinic đehiđrogenaza, pirophotphataza, ATPaza ti thể) Tất ảnh hưởng dẫn đến thất thu mùa màng Động vật: florua có độc tính cấp vừa phải động vật không xem mối đe doạ động vật hoang dã, đóng vai trò đe doạ quan trọng người gia súc điều kiện Các florua nguyên nhân gây phá huỷ nhiễm sắc thể đột biến tế bào 43 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample bun 230 220 210 200 190 180 120 d=1.484 d=1.689 130 d=3.793 Lin (Cps) 140 d=1.840 150 d=2.178 d=2.697 160 d=2.510 170 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Bac DH Mo mau bun do.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 01-089-0597 (C) - Hematite, syn - alpha-Fe2O3 - Y: 93.78 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.03900 - b 5.03900 - c 13.77000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ hoạt hóa RM 25 Bảng 3.2: Cấu trúc pha hợp phần BĐHH STT Công thức hóa học Al2O3 Dạng tồn Corundum Fe2O3 Hematite 3.1.2 Kết phân tích ASS Sử dụng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) xác định số nguyên tố mẫu bùn đỏ thô, kết thu sau: 44 Bảng 3.3 Kết phân tích thành phần bùn đỏ thô STT Chỉ tiêu phân tích Fe2O3 Al2O3 SiO2 TiO2 Đơn vị % % % % Hàm lượng 46,32 17,56 6,70 7,20 Kết phân tích bảng 3.3 cho thấy, Thành phần bùn đỏ Fe 2O3 Al2O3, bùn đỏ dạng mịn điện tích bề mặt riêng lớn nên sử dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ khả thi Ngoài thành phần bùn đỏ có SiO TiO2 hàm lượng thấp (SiO2: 6,7% TiO2: 7,2% khối lượng) 3.1.3 Kết đo SEM Ảnh SEM bùn đỏ ghi thiết bị S4800-NIHE với độ phóng đại 50000 lần, trình bày hình 3.3 a) b) Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ a) trước hoạt hóa b) sau hoạt hóa Từ hình ảnh hiển thị điện tử quét (SEM) (Hình 3.4 a), b), ta thấy bề mặt mẫu bùn đỏ sau hấp thu CO có nhiều hạt hình phiến lớp màng cacbonat bao bọc lên 45 bùn đỏ, sau xử lí nhiệt 500 0C hạt hình phiên dần, thay vào hạt có kích thước ổn định, phân bố 3.2 Khảo sát hấp phụ trước sau hoạt hóa Hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ 10g/L, nồng độ ion F - ban đầu C0 = 50 mg/L, thời gian tiếp xúc 60 phút, khuấy với tốc độ không đổi 300rpm, pH ban đầu = Các kết đo khả hấp phụ ion F- loại bùn đỏ khác ghi bảng: Bảng 3.4: Hiệu suất hấp phụ ion F- loại bùn đỏ ST T Bùn đỏ Hiệu suất hấp phụ (%) Chưa hoạt hóa Hoạt hóa 25,57 32,72 Hình 3.4: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất hấp phụ bùn đỏ Từ bảng 3.4 hình 3.4 ta nhận thấy bùn đỏ hoạt hóa có khả hấp phụ ion F- tốt sơ với bùn đỏ chưa hoạt hóa Cụ thể bùn đỏ chưa hoạt hóa có hiệu suất hấp phụ 25,67% Còn bùn đỏ hoạt hóa có hiệu suất hấp phụ ion F - 32,72% Bên cạnh nhìn vào hình SEM có ta thấy hoạt hóa hạt hình phiến loại bỏ làm tăng tâm hoạt động hấp phụ bề mặt bùn đỏ nên hiệu suất trình tăng lên Và đựa vào kết xác định cấu trúc pha mẫu bùn đỏ, chế hấp phụ là: ≡MOH + H+ ≡MOH2+ 46 ≡MOH2+ + F- ≡MOH2+ F- Tổng phản ứng ứng tổng viết là: ≡MOH + H+ + F- ≡MOH2+ F- Trong M kim loại Al, Fe, Si Vậy ta chọn bùn đỏ hoạt hóa để làm thí nghiệm sau 3.3 Đánh giá khả hấp phụ ion F- mẫu bùn đỏ hoạt hóa 3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa với ion FTrong trình hấp phụ, thời gian hấp phụ thông số quan trọng ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ vật liệu Các thí nghiệm ảnh hưởng thời gian hấp phụ thực điều kiện sau: - pH dung dịch ion F- : pH = Tốc độ khuấy từ : 300 rpm Nhiệt độ: 250C Hàm lượng bùn đỏ : 10g/L Tiến hành thí nghiệm mục 2.4.2 47 Các kết đo khả hấp phụ ghi bảng 3.5 Bảng 3.5 : Hiệu suất hấp phụ F- thời gian khác STT Thời gian (phút) 30 60 90 120 Khối lượng bùn đỏ biến tính (g) 0,5065 0,5054 0,5034 0,5078 0,5013 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 50 50 39,28 33,64 33,44 33,22 1,072 1,636 1,656 1,678 Biểu diễn hiệu suất hấp phụ ion F - mẫu bùn đỏ hoạt tính thời gian ban đầu khác nhau, ta có đồ thi sau: Hình 3.5 : Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ Kết khảo sát pH = cho thấy, Theo bảng 3.5 hình 3.5 ta thấy Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh theo thời gian đến 60 phút Khi tiếp tục kéo dài thời gian lên 120 phút hiệu suất hấp phụ bùn đỏ hoạt tính thay đổi Như thời gian tốt để tiến hành thí nghiệm 60 phút 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu dung dịch chứa ion F- tới trình hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa Trong trình hấp phụ pH dung dịch ảnh hưởng đến trình hấp phụ Các nghiệm ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ thực điều kiện sau - Hàm lượng bùn đỏ hoạt tính: 10g/L - Thời gian thí nghiệm : 60 phút - Tốc độ quấy từ : 300 rpm 48 - Nhiệt độ : 250C - Tiến hành thí nghiệm mục 2.4.3 Các kết đo khả hấp thụ F- ghi bảng 3.6 Bảng 3.6: Hiệu suất hấp phụ F- giá trị pH khác STT pH 5 Khối lượng bùn đỏ biến tính (g) 0,5036 0,5024 0,5058 0,5029 0,5067 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 50 34.56 33,78 33,64 34,48 34,78 1,544 1,622 1,636 1,552 1,522 Biểu diễn hiệu suất hấp phụ ion F- mẫu bùn đỏ hoạt hóa pH ban đầu khác nhau, ta có đồ thi sau: Hình 3.6: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ Từ bảng số liệu (bảng 3.6) đồ thị (hình3.6 ), ta rút kết luận sau: rõ ràng hiệu suất loại bỏ florua bùn đỏ hoạt hóa dao động khoảng pH khoảng 5-6 Nên làm thí nghiệm điều kiện pH = Kết cho thấy khả hấp phụ florua vật liệu giảm pH tăng Kết phân tích nhiễm xạ XRD chứng minh thành phần bùn đỏ hoạt hóa Al2O3 Fe2O3 Trong Al2O3 oxit lưỡng tính, thể đồng thời tính oxit bazo oxit axit Trong môi trường pH cao thể tính oxit axit Trong nước kết hợp với nước tạo bazo nhường proton tạo Al(OH)4- Các phương trình xảy Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3 49 Al(OH)3 + OH- Al(OH)4- Còn môi trường pH thấp, thể tính oxit bazo nhận proton tạo dạng Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al3+ Các phương trình xảy Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3 Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + 2H+ Al(OH)2+ + 2H2O Al(OH)3 + 3H+ Al3+ + 3H2O Như rõ ràng hấp phụ florua, pH thấp thuận lợi cho trình hấp phụ dạng ion này, chế hấp phụ định lực tương tác tĩnh điện cation với anion F- 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất hấp phụ tới trình hấp phụ Lượng chất hấp phụ (bùn đỏ hoạt tính) có ảnh hưởng lớn đến trình hấp phụ ion F Các thí nghiệm ảnh hưởng lượng chất hấp phụ tiến hành điều kiện sau : - pH dung dịch ion F- : pH=6 Tốc độ khuấy : 300 rpm Nhiệt độ 250C Thời gian thực 60 phút Tiến hành thí nghiệm mục 2.4.4 Hiệu suất hấp phụ ion F- bùn đỏ hoạt tính với lượng bùn đỏ khác trình bày bảng sau : 50 Bảng 3.7 : Hiệu suất hấp phụ F- tương ứng với lượng bùn đỏ hoạt tính khác STT Khối lượng bùn đỏ biến tính (g) 0,2034 0,3056 0,4689 0,5034 0,6067 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 50 42.22 38,19 35,76 33,64 33,51 0,778 1,181 1,424 1,636 1,649 Từ bảng ta vẽ đồ thị ảnh hưởng lượng chất hấp phụ hiệu suất trình hấp phụ : Hình 3.7: Ảnh hưởng lượng bùn đỏ ban đầu với hiệu suất hấp phụ Từ (bảng 3.7) (hình 3.8) ta thấy Khi lượng bùn đỏ tăng từ g/L đến 10g/L hiệu suất hấp phụ trình tăng nhanh Cụ thể với khối lương 4g/L hiệu suất 15.56% tăng nhanh đến khối lượng bùn đỏ cho vào trình hập phụ 10g/L hiệu suất trình đạt 32,72% Nhưng sau cho thêm khối lượng bùn đỏ vào hiệu suất trình tăng Nếu ta cho lượng bùn đỏ vào 12g/L hiệu suất trình 32,98% Vậy nghiệm cần lấy lượng bùn đỏ 10g/L 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng anion đến khả hấp thụ tới trình hấp thụ bùn đỏ hoạt tính với ion FTrong nước thải ion F- mà nhiều anion cation khác Để đánh giá khả xử lí ion F- bùn đỏ có mặt số loại anion dung dịch, khảo sát với anion : SO 42-, NO3-, PO43- Các nghiệm thực điều kiện sau: - Lượng bùn đỏ : 10g/L pH dung dịch ion F- : pH =6 Thời gian khuấy từ : 60 phút Tốc độ khuấy từ không đổi: 300rpm Nhiệt độ : 250C 51 - Thí nghiệm tiến hành mô tả mục 2.4.5 Các kết trình bày bảng Bảng 3.8 : Ảnh hưởng anion SO42- đến khả hấp phụ bùn đỏ hoạt tính Nồng dộ SO42- (mg/L) 10 20 50 Khối lượng bùn đỏ biến tính (g) 0,5013 0,5023 0,5017 0,5034 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 33,64 33,92 34,00 34,14 1,636 1,618 1,600 1,586 Bảng3.9 : Ảnh hưởng anion NO3- đến khả hấp phụ bùn đỏ hoạt tính STT Nồng dộ NO3- (mg/L) 10 20 50 Khối lượng bùn đỏ biến tính (g) 0,5046 0,5053 0,5023 0,5034 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 33,64 33,72 33,78 34,06 1,636 1,628 1,622 1,594 Bảng 3.10 : Ảnh hưởng anion PO43- đến khả hấp phụ bùn đỏ hoạt tính STT Nồng dộ PO43- Khối lượng bùn đỏ (mg/L) biến tính (g) 0,5067 10 0,5035 20 0,5034 50 0,5078 C0 (mg/L) Ce (mg/L) q (mg/g) 50 50 50 50 33,64 33,83 33,97 34,18 1,636 1,617 1,603 1,582 52 Biểu đồ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bùn đỏ với nồng độ anion Hình 3.8: Biểu đồ ảnh hưởng anion trình hấp phụ Từ đồ thị ta nhận thấy ion SO 42-, NO3-, PO43- không ảnh hưởng đến khả hấp phụ bùn đổ hoạt tính Ta nhận thấy có có mặt annion SO 42-, NO3-, PO43- hiệu suất trình hấp phụ thay đổi 3.4 Xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Khả hấp phụ chất rắn với chất bị hấp phụ (chất tan) đặc trưng đẳng nhiệt hấp phụ Hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ sử dụng để mô tả trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Bằng cách thay đổi nồng độ ion F- từ 10 đến 100 mg/L, Trong điều kiện: - Lượng bùn đỏ hoạt hóa : 10g/L pH dung dịch ion F-: pH=6 Thời gian khuấy từ : 60 phút Tốc độ khuấy từ không đổi: 300rpm Nhiệt độ :250C Kết nghiệm đưa trình bày bảng sau: Bảng 3.11: Các giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ C0 (mg/L) 10 30 50 80 100 Ce (mg/L) 2,2 16 33,64 62,2 81,8 qe (mg/g) 0,78 1,40 1,64 1,78 1,82 Ce/qe 2,79 11.43 20.51 34,94 44,95 logCe 0,342 1,204 1,526 1.797 1,913 logqe -0,102 0,146 0,212 0,250 0,260 Từ kết tính toán bảng 3.11 tiến hành thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich hình đây: 53 Hình 3.9: Mô theo phương trình Langmuir Bảng 3.10: Mô phương trình Freundlich Từ kết cho thấy hệ số tương quan hai phương trính Freundlich Langmuir có giá trị tương ứng R = 0.975 R2 = 0,998 Phương trình Langmuir phù hợp để biểu diễn trình hấp phụ ion F - bùn đỏ hoạt hóa Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax = 1.913 mg/g) tính từ phương trình Langmuir phù hợp với kết tối ưu hóa thực nghiệm (1,82 mg/g) KẾT LUẬN Sau trình làm đồ án nghiên cứu, rút số kết luận khả hấp phụ bùn đỏ sau: Nghiên cứu cấu trúc pha bùn đỏ thường bùn đỏ hoạt hóa, cho thấy dạng kết tinh bùn đỏ hoạt hóa làm tăng khả hấp phụ bùn đỏ Đồng thời đưa chế hấp phụ bùn đỏ hoạt tính ion F- Tiến hành khảo sát ảnh hưởng số yếu tố trình hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa ion F- như: thời gian tiếp xúc, pH dung dịch ban đầu, lượng bùn đỏ mang hấp phụ, thu kết điều kiện thuận lợi Vi lượng bùn đỏ 54 mang hấp phụ 10g/L, pH dung dịch ban đầu pH = 6, thời gian tiếp xúc 60 phút Tiến hành khảo sát ảnh hưởng anion đến khả hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa ion F- thu đưcọ kết Tất ion ảnh hưởng đến trình Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion F - ban đầu đến khả hấp phụ bùn đỏ thu kết để lập phương trình đường đẳng nhiệ Langmuir Feundlich  Kiến nghị: Do nhiều hạn chế thời gian thiết bị thí bị dụng cụ thí nghiệm nên trình nghiên cứu thực nghiệm, đề tài chưa sâu nghiên cứu tính chất hóa lý bùn đỏ để biến tính bùn đỏ tăng khả hấp phụ ion F - Việc sử lí florua nước sinh hoạt bùn đỏ trình khai thác bauxit vấn đề thiết Việt Nam Do vậy, kiến nghị công việc chưa thực kịp đề tài tác giả sau nghiên cứu chi tiết đầy đủ Những kết thu đồ án sử dụng làm tài liệu tham khảo cho tác giả tiếp tục sâu nghiên cứu mở rộng đề tàiớ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Huệ (2010), Độc học môi trường, Giáo trình, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQGHN [2] Nguyễn Xuân Lăng (2003), Nghiên cứu xử lý flo cho nước thải nhà máy sản xuất phân lân, Báo cáo khoa học, Viện Hóa công nghiệp, Hà Nội [3] K bjorvatn, A Bardsen, R tekle – Haimanot, “Defluoridation of drinking water by use of clay/soil”, 2nd International Workshop on Fluorosis Prevention and Defluoridation of Water 55 [4]Sự phân bố nước đất bị nhiễm Fluor tỉnh Khánh Hòa giải pháp xử lý Đỗ Kim Hoàn, Vũ Ngọc Trân, Nguyễn Duy Bảo, Nguyễn Đình Tiến [5]Ô nhiễm fluor bệnh chết Nam Trung Bộ Đặng Trung Thuận, Đặng Trung Tú Đại Học Quốc gia Hà Nội, Hoàng Quốc Việt, Thanh Xuân, Hà Nội [6] Brajesh K Shrivastava and A Vani (2009), “Comparative Study of Deflouridation Technologies in India”, Asian J Exp Sci 23(1), pp 269 - 274 [7] Nam Chen, Zhenya Zhang, Chuanping feng, Miao Li, … (2010), “Ann excellent flouride sorption behavior of ceramic adsorbent, Journal of Hazardous Materials,183, pp.460-465 [8] Kefyalew Gomoro Feyissa (2003), Fluoride removal by lateritic soils and Electrochemically formed Al(OH)3, Thesis of Master of Science in Chemistry, Addis Ababa University [9] “Nghiên cứu xử lý hàm lượng Fluor nguồn nước ngầm số địa phương Bình Định” PGS TS NGUYỄN VĂN PHƯỚC - Trường ĐHBK TPHCM CN NGUYỄN VIỆT CƯỜNG - Sở TN&MT Bình Định KS VÕ LINH PHƯƠNG SAIGON WEICO [10] http://toana.vn/new/vi/a426/cach-xu-ly-flo-trong-nuoc.html [11] “Hạt vật liệu chể tạo từ bùn đỏ bauxit bảo lọc định hướng ứng dụng xử lý ô nhiễm nước thải” Nguyễn Trung Minh Viện Địa chất - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [12] Nguyễn Cao Nhã, 2008 Nghiên cứu tuyển bauxit mỏ Táp Ná – Cao Bằng VIMLUKI Hà Nội [13] Cabik V 2007 Characterization and applications of red mud from bauxite processing Gospodarka surowcami mineralnymi 56 [14] Nguyễn Cảnh Nhã 2005 Tài nguyên bauxit Việt Nam số kết ban đầu khả tuyển nâng cao chất lượng bauxit laterit miền Nam Việt Nam Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN tuyển khoáng toàn quốc lần thứ II [15] “Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn để xây dựng quy phạm phân cấp trữ lượng tài nguyên mỏ bauxit Việt Nam-Văn phòng Hội đồng đánh giá trữ lượng khoáng sản – Bộ Tài nguyên Môi trường Hà Nội, 2005”: [16] Phạm Đăng Địch, Lê Xuân Khuông, Lê Gia Mô, Dương Thanh Sủng 3/2003 Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tiên tiến sản xuất alumin từ quặng tinh boxit Tân Rai – Lâm Đồng điện phân nhôm đạt chất lượng thương phẩm” [17] Sara J Palmer, Ray L Frost, Tai Nguyen 2009 Hydrotalcites and their role in coordination of anions in Bayers liquors: Anion binding in layered double hydroxides, Coordination Chemistry Reviews, 253, 250-267 [18] S Goldberg, Adv Agron 47 1992 [19] http://vi.wikipedia.org/wiki/Flov 57 PHỤ LỤC Bổ sung phụ lục kết đo HPLC [...]... từ xương động vật bị bệnh hoặc bị nhiễm bệnh 1.1.5.5 Bằng biện pháp bùn đỏ Xu hướng của nhiều nước trên thế giới hiện nay là sử dụng bùn đỏ làm chất hấp phụ để xử lý bùn đỏ Trong bùn đỏ có thành phần Al 2O3 có khả năng hấp phụ florua trong nước rất tôt - Ưu điểm: 16 Bùn đỏ là một chất gây ô nhiễm môi trường Lấy một chất gây ô nhiễm đi xử lý một chất ô nhiễm Có thể xử lý một khối lượng nước lớn Công... tính bùn đỏ khô Sơ đồ quá trình làm sạch bùn đỏ Nước cất Bùn đỏ thô 28 Ly tâm tách bỏ phần dung dịch lỏng Sấy 100oC Bùn đỏ sạch Hình 2.1: Sơ đồ xử lý sơ bộ bùn đỏ 2.3.2 Ổn định pH của bùn đỏ Mẫu bùn đỏ được lấy ở nhà máy Tân Bình có pH rất cao (pH: 12 – 13), do vậy bùn đỏ sau khi ly tâm và sấy khô ở 100 0C được hòa tan vào nước cất và khuấy đều trong 1 giờ Sau đó lọc nước để loại bỏ kiềm và các chất... FLOWAT xử lý Flo dư trong nước - Mục đích: Nhằm xử lý hàm lượng florua dư trong nước uống cho những vùng ô nhiễm bộ lọc này có khả năng xử lý 900 lít nước Dựa vào nguyên tắc của phương pháp xử lý florua dư nước uống bằng oxit nhôm hoạt tính - Quy trình thực hiện Hình 1.2 Thiết bị FLOWAT Nước nguồn đã lọc hết các tạp chất cơ học được tiếp xúc với lớp oxit nhôm hoạt tính, lúc này các ion florua trong nước. .. ứng dụng bùn đỏ có thể thấy được trong nhiều lĩnh vực như là: Vật liệu xây dựng, thu hồi một số kim loại có giá trị, cải tạo làm đất trồng, sản xuất gốm sứ, sản xuất sơn và bột màu, làm chất hấp phụ, chất xúc tác… Trong lĩnh vực vật liệu xây dựng: ã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ là nguyên vật liệu cho ngành sản xuất xi măng, gạch ngói, tấm lợp cách âm sản xuất bê tông, sản xuất vật liệu. .. các anion có hại trong nước trong đó có florua 26 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu Bùn đỏ là nguồn gây ô nhiễm cần được xử lý Việc sử dụng một số chất thải để xử lý các chất thải khác có ý nghĩa vô cùng to lớn trong việc bảo vệ môi trường Việc biến tính bùn đỏ với một số tác nhân như axit, nhiệt sẽ làm tăng khả năng hấp phụ của bùn đỏ Do đó, trong phạm vi đề... lại trong lớp nhôm hoạt tính Hàm lượng florua trong nước xử lý tăng dần, quá trình vận hành với hàm lượng florua trong nước xử lý ở mức < 0,7 mg/L 15 Khi làm lượng florua trong nước xử lý đạt mức 0,7 mg/L, kết thúc quá trình làm việc Sau mỗi chu trình làm việc lớp oxit nhôm được khôi phục hoạt tính bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với một lượng nhất định nhôm sunfat nồng độ 2% Sau quá trình tái sinh, ... của bùn đỏ đã xử lý axit là 20,7 m /g và 2,5 x 10 -2 mol/g Santona và đồng sự đã tìm thấy diện tích bề mặt của bùn đỏ khác nhau khi không xử lý 2 -1 và có xử lý axit, 18,9 và 25,2 m g Việc tăng diện tích bề mặt sau khi xử lý axit cho thấy bùn đỏ đã bị tan một phần và có thể là cancrinte (một dạng sodium aluminosilicate) khi mà khối lượng giảm 9% sau khi trung hòa 1.2.6 Các phương pháp xử lý bùn đỏ Bùn. .. sản xuất bê tông năng chống phóng xạ… Trong bã thải bùn đỏ vẫn còn một số kim loại có giá trị và đã được nghiên cứu thu hồi lại như là Al, V, Ga, Ti, Sc Bùn đỏ cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho việc sản xuất gốm sứ, bột màu, 25 sơn: do hàm lượng oxit sắt cao, bùn đỏ dđùng làm chất tạo màu cho gạch, bê tông, sơn, thủy tinh - - 3- Ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước: hấp phụ các anion như F , NO3... gánh nặng cho các nhà sản xuất Vì thế việc nghiên cứu tận dụng bùn thải là một vấn đề hết sức cấp bách và cực kỳ quan trọng 1.2.7 Ứng dụng của bùn đỏ [18] Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu nhằm tìm ra các biện pháp hữu hiệu hơn để sử dụng bùn đỏ Có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ theo nhiều hướng khác nhau, nhưng vấn đề triển khai áp dụng còn nhiều hạn chế và phụ thuộc điều kiện tại... nghệ xử lý chưa hoàn thiện Bùn đỏ sau xử lý vẫn phải được xử lý lại Cần xử lý trong điều kiện nhất định để có kết quả tốt nhất 1.2 Bùn đỏ Bùn đỏ là chất thải rắn được hình thành từ quá trình sản xuất nhôm oxit từ quặng bauxit theo quy trình Bayer Quặng bauxit là hỗn hợp các khoáng giàu nhôm oxit, ngoài ra còn chứa các khoáng sắt, silic, titan… Theo qui trình Bayer, quặng được rửa, nghiền và hòa tan trong ... súc, kìm hãm hoạt động số enzyme, ngăn trình quang hợp tổng hợp protein thực vật 9 Ngoài việc phong hóa đá khoáng vật chứa florua giải phóng florua vào nước ngầm, nước sông, nước suối, làm tăng... Nguyên tử oxy nhóm hidroxyl bề mặt tương tác với proton, iron kim loại bên - đóng vai trò axit Lewis trao đổi nhóm OH cho ligand khác để hình thành phức bề mặt Sự hấp phụ anion đơn giản, anion... chúng thường gắn chặt không dễ bị thay Các anion hấp phụ đặc trưng oxit sắt photphat, silicate, selenat, asenat, clorit, florit, citrat, oxalat Sự hấp phụ anion pH tăng tăng tăng nồng độ chất bị