Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM MAI QUANG KHUÊ NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI MẠ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM MAI QUANG KHUÊ NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI MẠ ĐIỆN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 66.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Trà Hƣơng THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) vật liệu chế tạo từ bã chè ứng dụng xử lý nước thải mạ điện” thân thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai thật xin chịu trách nhiệm Thái nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Mai Quang Khuê Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Trà Hƣơng, cô giáo trực tiếp hƣớng dẫn em làm luận văn Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy cô Khoa sau Đại học, thầy cô Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trƣờng Đại học Sƣ phạm - ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn Sở Giáo dục Đào tạo Tuyên Quang, Ban Giám hiệu, tập thể giáo viên Trƣờng Trung học Phổ thông Chiêm Hóa tỉnh Tuyên Quang tạo điều kiện giúp đỡ em trình nghiên cứu luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu nhiều thiếu xót Em mong nhận đƣợc góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp ngƣời quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn đƣợc hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả MAI QUANG KHUÊ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Crom 1.1 Vai trò Crom 1.1.2 Độc tính Crom 1.1.3 Quá trình trao đổi chất 1.1.4 Độ độc hại 1.1.5 Ảnh hƣởng Crom động thực vật 1.1.6 Ảnh hƣởng Crom ngƣời 1.1.7 Quy chu n Việt Nam Crom có nƣớc thải công nghiệp 1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 1.3.1 Công nghệ mạ điện, khai thác khoáng sản luyện kim 1.3.2 Công nghệ sản xuất hóa chất vô 1.3.3 Quá trình sản xuất sơn, mực thuốc nhuộm 1.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chứa Crom(VI) 1.4.1 Phƣơng pháp hóa học 1.4.2 Phƣơng pháp trao đổi ion 10 1.4.3 Phƣơng pháp điện hóa 11 1.4.4 Phƣơng pháp hấp phụ 12 1.4.5 Phƣơng pháp sinh học 12 1.5 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ 13 1.5.1 Các khái niệm 13 1.5.2 Cân hấp phụ 13 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.5.3 Kỹ thuật hấp phụ 14 1.5.4 Dung lƣợng hấp phụ 15 1.5.5 Hiệu suất hấp phụ 16 1.5.6 Quá trình hấp phụ động cột 16 1.5.7 Quá trình chuyển khối cột 17 1.5.8 Phƣơng trình tính toán hấp phụ động cột hấp phụ 18 1.5.9 Các mô hình trình hấp phụ 20 1.6 Đặc tính vật liệu có nguồn gốc cellulose 23 1.7 Giới thiệu chè 25 1.8 Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp phụ bã chè 26 1.8.1 Sử dụng bã chè, chất thải chè chƣa biến tính 27 1.8.2 Sử dụng bã chè, chất thải chè biến tính 28 1.9 Định lƣợng Cr(VI) phƣơng pháp trắc quang 28 1.9.1 Nguyên tắc 28 1.9.2 Các yếu tố cản trở 29 1.9.3 Phản ứng tạo phức Cr(VI) với 1,5-diphenylcacbazide 29 1.10 Một số phƣơng pháp nghiên cứu sản ph m 29 1.10.1 Phƣơng pháp phồ Hồng ngoại (IR) 29 1.10.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét qua (SEM) 30 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 31 2.1 Dụng cụ hóa chất 31 2.1.1 Thiết bị 31 2.1.2 Hoá chất 31 2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH (VLHP) 31 2.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý VLHP 31 2.4 So sánh hiệu suất hấp phụ Cr(VI) bã chè chƣa biến tính VLHP 32 2.5 Xác định điểm đẳng điện bã chè chƣa biến tính VLHP 32 2.6 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 32 2.6.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH 32 2.6.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.6.3 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng VLHP 33 2.6.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ 33 2.6.5 Khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc vật liệu 33 2.6.6 Khảo sát ảnh hƣởng ion lạ 33 2.6.7 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ban đầu 35 2.7 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ động 35 2.7.1 Chu n bị cột hấp phụ 35 2.7.2 Giải hấp vật liệu sau hấp phụ Cr(VI) 36 2.7.3 Tái sử dụng vật liệu 37 2.8 Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) 37 2.8.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phƣơng pháp tĩnh 37 2.8.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phƣơng pháp động 37 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Lập đƣờng chu n xác định nồng độ Cr(VI) 38 3.2 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý VLHP 38 3.3 So sánh hiệu suất hấp phụ Cr(VI) bã chè chƣa biến tính VLHP 43 3.4 Điểm đẳng điện bã chè chƣa biến tính VLHP 43 3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 45 3.5.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian 48 3.5.3 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng VLHP 49 3.5.4 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ 50 3.5.5 Khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc vật liệu 51 3.5.6 Khảo sát ảnh hƣởng ion lạ 52 3.5.6.1 Ảnh hƣởng anion đến trình hấp phụ 52 3.5.7 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ban đầu 54 3.6 Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Cr(VI) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 55 3.7 Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Cr(VI) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn 3.8 Động học hấp phụ Cr(VI) 57 3.9 Nhiệt động lực học hấp phụ Cr(VI) VLHP 60 3.10 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ động 62 3.10.1 Thí nghiệm với dung dịch Cr(VI) tự pha 62 3.10.2 Giải hấp vật liệu sau hấp phụ Cr(VI) 65 3.10.3 Tái sử dụng vật liệu 67 3.11 Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) 68 3.11.1 Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp -Hà Nội theo phƣơng pháp tĩnh 68 3.11.2 Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp- Hà Nội theo phƣơng pháp động 69 3.12 Mô hình xử lý nƣớc thải mạ điện 70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc BET BTNMT IR QCVN SEM Seaning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) VLHP Vật liệu hấp phụ M2 Bã chè chƣa biến tính M4 Bã chè biến tính KOH Brunauer – Emmet - Teller (Diện tích bề mặt riêng) Bộ tài nguyên môi trƣờng Infrared (IR) spectroscopy (Phổ hồng ngoại) Quy chu n Việt Nam Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ Cr(VI) nƣớc thải công nghiệp Bảng 2.1: Các thông số cột hấp phụ 36 Bảng 2.2: Một số thông số nƣớc thải nhà máy Việt Tiệp – Hà Nội 36 Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đƣờng chu n Cr(VI) .38 Bảng 3.2 Diện tích bề mặt riêng bã chè chƣa biến tính VLHP .39 Bảng 3.3: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào VLHP 43 Bảng 3.4: Kết xác định điểm đẳng điện bã chè chƣa biến tính VLHP 44 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ Cr(VI) VLHP 46 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ VLHP 48 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng khối lƣợng VLHP đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 49 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng nhiệt độ đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 50 Bảng 3.9: Ảnh hƣởng kích thƣớc vật liệu đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ .51 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng ion Cl  , SO42 , NO3 tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) VLHP 52 Bảng 3.11 Ảnh hƣởng ion Cu 2 , Na  , K  tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) VLHP 53 Bảng 3.12: Ảnh hƣởng nồng độ đầu ion Cr(VI) đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 54 Bảng 3.13: Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b 56 Bảng 3.14: Kết khảo sát phụ thuộc lgq vào lgCcb trình hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 56 Bảng 3.15: Các số phƣơng trình Freundlich Cr(VI) 57 Bảng 3.16: Các số liệu hấp phụ Cr(VI) 58 Bảng 3.17: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cr(VI) 59 Bảng 3.18: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cr(VI) 59 Bảng 3.19: Kết tính KD nhiệt độ khác 60 Bảng 3.20: Các thông số nhiệt động trình hấp phụ Cr(VI) 61 Bảng 3.21 Kết thực nghiệm 64 Bảng 3.22: Các số hấp phụ động 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn Tại C/Co = 0,001 C/Co=0,05 cho ta quan hệ tuyến tính t Z Chiều cao cột tăng, thời gian tiếp xúc tầng rỗng tr tăng hiệu xử lý ion Cr(VI) cao thời điểm xuất điểm uốn lâu Nói cách khác, thời điểm, nồng độ chất thải dòng tỷ lệ nghịch với chiều cao cột Từ công thức: a  N0 C b  ln(  1) tính đƣợc N0 K: C0 F KC0 Cb Bảng 3.22: Các số hấp phụ đ ng N0(mg/L) N0(mg/g) K(L/mg.h) R2 C/C0 C(mg/L) a(h/m) b(h) 0,001 0,05 26,55 0,65 1472,69 7,36 0,20 0.9752 0,05 2,5 70,63 0,64 3917,86 19,56 0,09 0,9993 Tỷ số C/C0 tăng, hệ số bảo vệ a thời gian chết b lớn Hệ số bảo vệ phụ thuộc vào khả hấp phụ, nồng độ ban đầu tốc độ dòng chảy Do tính đƣợc dung lƣợng hấp phụ N0 (mg/L) theo thể tích chất hấp phụ N0 (mg/g) theo khối lƣợng chất hấp phụ Tại thời điểm C = 0,1%C0 dung lƣợng hấp phụ 1472,69mg/L (7,36 mg/g), thời gian chết 0,65h Tại thời điểm C = 5%C0 dung lƣợng hấp phụ 3917,86mg/L (19,56mg/g), thời gian chết 0,64h Dựa giá trị cho phép ta tính toán ƣớc lƣợng mô hình tháp hấp phụ áp dụng vào thực tế dựa nồng độ Cr(VI) dòng chất thải lƣu lƣợng thải mà tiến hành thêm trình thực nghiệm 3.10.2 Giải hấp vật liệu sau hấp phụ Cr(VI) Kết giải hấp VLHP sau hấp phụ Cr(VI) HNO3 đƣợc biểu diễn bảng 3.22 hình 3.24 65 Bảng 3.23: Kết giải hấp ion Cr(VI) HNO3 có n ng đ khác Bed - Volume C = 0,5 10 11 12 13 14 15 85.75 45.75 35.65 10.56 7.45 4.32 2.31 1.30 0.95 0.85 0.45 0.40 0.40 0.11 0.09 Cr(VI) C0= 64,575 (mg/L) N ng đ HNO3 (M) C = 1,0 N ng đ thoát (mg/L) 90.05 85.25 45.23 15.78 10.34 5.56 3.78 2.56 1.50 1.15 0.65 0.54 0.50 0.35 0.21 C = 1,5 95.85 92.35 50.35 20.57 15.23 7.87 4.58 3.09 2.35 1.58 0.78 0.62 0.58 0.38 0.23 100 Nồng độ thoát (mg/L) 80 HNO3 = 0.5M HNO3 = 1M 60 HNO3 = 1.5M 40 20 0 12 16 Bed - volume Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn kết giải hấp ion Cr(VI) axit HNO3 66 Nhận xét: Từ hình 3.24 cho thấy dùng dung dịch HNO3 để giải hấp thu hồi ion Cr(VI) cho hiệu tƣơng đối tốt Ion Cr(VI) đƣợc giải hấp Bed-volume đầu Trong khoảng nồng độ axit HNO3 khảo sát: 0,5M; 1,0M; 1,5M, nồng độ axit HNO3 lớn khả giải hấp ion Cr(VI) VLHP tốt 3.10.3 Tái sử dụng vật liệu Kết thực nghiệm đƣợc bảng 3.24 hình 3.25 Bảng 3.24: Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP VLHP tái sinh Cr(VI) C0= 64,575 (mg/L) Bed - Volume VLHP tái sinh VLHP Lần Lần N ng đ thoát (mg/L) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,02 0,03 0,05 2,03 2,66 3,33 5,35 7,35 8,52 9.28 9.87 9.98 11.86 13.75 14.96 13,35 15,56 16,57 10 15,46 25,45 30,46 11 17,75 35,30 40,57 12 19,54 40,45 46,45 13 20,13 46,24 50,13 14 20,25 46,45 50,22 15 20,58 46.65 50.34 67 N ng đ thoát (mg/L) 60 50 40 VLHP VLHP TS1 VLHP TS2 30 20 10 0 10 15 Bed - volume 20 Hình 3.25: Đường cong thoát Cr(VI) ứng với VLHP VLHP tái sinh Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần VLHP tái sinh lần Ion H1 H2 H3 Cr(VI) 83.94 70.08 66.80 Trong đó: H1: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP H2: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP tái sinh lần H3: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP tái sinh lần Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu đƣợc cho thấy: VLHP sau đƣợc tái sinh khả tách loại ion kim loại Hiệu suất hấp phụ VLHP sau hai lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP 3.11 Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) 3.11.1 Xử lý nước thải nhà má Khóa Việt Tiệp -Hà Nội theo phương pháp tĩnh Kết đƣợc bảng 3.26 Bảng 3.26: Kết tách loại Cr(VI) khỏi nƣớc thải ion C (mg/L) C cb1 (mg/L) H1% C cb (mg/L) 68 H2% 64,58 Cr(VI) 9,20 85,76 0,00 100 Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy, VLHP có khả tách loại ion Cr(VI) khỏi nƣớc thải tƣơng đối tốt Mẫu nƣớc thải chứa ion Cr(VI) với nồng độ 64,58mg/L, sau hấp phụ lần nồng độ ion Cr(VI) đạt tiêu chu n cho phép nƣớc thải đổ vào khu vực lấy nƣớc cung cấp cho sinh hoạt theo QCVN 2011/BTNMT 3.11.2 Xử lý nước thải nhà má Khóa Việt Tiệp- Hà Nội theo phương pháp động Nƣớc thải đầu vào có nồng độ Cr(VI) C0’ = 64,58mg/L, điều chỉnh đến giá trị pH = 1,0, giá trị pH thuộc khoảng pH tối ƣu cho trình hấp phụ Do đó, thiết lập hệ liên tục với F = 1,0616 m3/m2/h (Q = 4,5 mL/phút); Co’= 64,58 mg/L; khối lƣợng VLHP = 1g tƣơng ứng Z = 0,045 m Vì ƣu lƣợng ban đầu thay đổi so với lƣu lƣợng thực nghiệm (C0 = 50mg/L) nên áp dụng công thức chuyển đổi dựa tỷ số C0/C0’ xác định hệ số bảo vệ a’ thời gian chết b’ a'  C0 a C0' ' (3.7); b  b Thời gian bảo vệ: t  a Z  b ' ' ' C0 ln(C0'  1) C0' ln(C0  1) (3.8) (3.9) Kết đƣợc thể qua đồ thị hình 3.25 bảng 3.26: 0.2 C/Co 0.15 0.1 0.05 0 50 100 150 200 250 300 350 Thể tích nƣớc đƣợc xử lý, V (mL) Hình 3.26: Kết xử lý nước thải mạ Cr(VI), C0 = 64,575 mg/L, pH = 1,0; 69 Z = 0,045m; khối lư ng VLHP = 1g; thể tích VLHP = 5mL Bảng 3.27: So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán theo thực nghiệm mẫu nƣớc thải mạ Cr(VI) C’/C’0 C0 C’0 (mg/L) (mg/L) C0/C’0 a b a’ b’ Z t’ t* (h/m) (h) (h/m) (h) (m) (h) (h) 0,001 52,25 64,58 0,81 26,55 0,65 21,48 0,56 0,05 0,41 0,42 52,25 64,58 0,81 70,63 0,64 57,14 0,55 0,05 2,02 2,00 0,05 Trong đó, a’, b’ số ngoại suy từ mô hình cột hấp phụ, t’ thời gian bảo vệ lý thuyết, t* thời gian bảo vệ theo thực nghiệm Giá trị t* gần với t’ cho thấy hoàn toàn áp dụng giá trị số đạt đƣợc từ mô hình vào việc tính toán tháp hấp phụ xử lý nƣớc thải mạ crom 3.12 Mô hình xử lý nƣớc thải mạ điện Kết thí nghiệm cho thấy hiệu xử lý nƣớc thải chứa Cr(VI) VLHP Qua mở hƣớng việc sử dụng nguồn phế ph m góp phần làm giảm ô nhiễm chất thải rắn cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp mạ điện Do đó, em xin đề xuất áp dụng mô hình xử lý nƣớc sử dụng VLHP nhƣ sau: Sơ đồ công nghệ tổng quát đƣợc đề xuất nhƣ hình 3.27 Nƣớc thải đƣợc thu gom hố gom, qua song chắn rác để tách vật trôi nổi, rác sạn lớn Sau nƣớc thải tiếp tục đến bể điều hòa, cát sạn nhỏ đƣợc lắng lại Vì nƣớc thải mạ điện có chất hoạt động bề mặt, mỡ, chất tạo nên đƣợc tiếp tục qua bể tách dầu Phần dầu tách đƣợc đƣa đến bể chứa Nƣớc tách dầu đƣợc đƣa đến bể axit hóa, pH >1 phải axit hóa dung dịch H2SO4 Tháp hấp phụ chứa VLHP Có thể thiết kế quy trình hấp phụ bậc hay nhiều bậc tùy theo tính chất, lƣu lƣợng nƣớc thải đầu vào Tại Cr(VI) đƣợc tách khỏi nƣớc thải Nƣớc qua bể chứa sau xử lý trung hòa NaOH Tiêu chu n nƣớc đầu đạt loại A QCVN 2011/BTNMT 70 Nƣớc thải Hố gom Axít H2SO4 điều chỉnh pH = Song chắn rác Bể điều hòa Bể tách dầu Bể axit hóa Tháp hấp phụ bã chè biến tính Hấp phụ bậc hay nhiều bậc NaOH trung hòa Bể chứa nƣớc sau xử lý Nƣớc thải đạt tiêu chu n loại A QCVN 24:2009/BTNMT 71 Bể chứa dầu Hình 3.27: Đ xuất sơ đồ c ng nghệ xử lý nước thải mạ điện chứa crom KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm, rút số kết luận nhƣ sau: Đã bƣớc đầu chế tạo thành công vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH Đã xác định đƣợc đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý VLHP qua ảnh hiển vi điện tử quét, phổ hồng ngoại Kết cho thấy VLHP chế tạo đƣợc có hình thái học bề mặt thay đổi đáng kể so với bã chè chƣa biến tính Cụ thể có phát triển lố xốp, tạo nên khoảng trống bề mặt, điều làm thay đổi đáng kể diện tích bề mặt, tăng hiệu suất hấp phụ VLHP Đã xác định đƣợc điểm đẳng điện VLHP 6,38 Khảo sát đƣợc số yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ Cr(VI) theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh cho kết quả: + Thời gian đạt cân hấp phụ 120 phút + pH hấp phụ tốt 1,0 + Trong khoảng khối lƣợng vật liệu hấp phụ khảo sát khối lƣợng vật liệu tối ƣu cho hấp phụ 0,15g + Khi tăng nhiệt độ từ 25 - 550C (± 10C ) hiệu suất hấp phụ giảm + Kích thƣớc VLHP nhỏ 0,2mm hấp phụ tốt + Các anion Cl  , SO42 , NO3 ảnh hƣởng đến khả hấp phụ Cr(VI) VLHP Khi nồng độ anion tăng hiệu suất hấp phụ giảm + Các cation Na  , K  ảnh hƣởng đến khả hấp phụ Cr(VI) VLHP Khi nồng độ cation tăng hiệu suất hấp phụ giảm + Khi tăng nồng độ Cr(VI) khoảng nồng độ khảo sát hiệu suất hấp phụ giảm, dung lƣợng hấp phụ tăng Xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại Cr(VI), qmax= 52,08mg/g Từ kết tính toán theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich, động học số thông số nhiệt động lực học cho phép kết luận 72 trình hấp phụ Cr(VI) VLHP tuân theo phƣơng trình động học bậc hai biểu kiến Lagergren, trình hấp phụ trình tự xảy tỏa nhiệt Sự hấp phụ Cr(VI) VLHP hấp phụ khuếch tán hay chế hấp phụ hấp phụ vật lý xảy đơn lớp Nghiên cứu hấp phụ phƣơng pháp động cột, với thay đổi chiều cao cột hấp phụ số thông số nồng độ Cr(VI) ban đầu, lƣu lƣợng xác định đƣợc thông số cho mô hình thiết kế tháp hấp phụ xử lý Cr(VI) với khối lƣợng vật liệu (kích thƣớc 200 - 450μm) Tại thời điểm C = 0,1%C0 dung lƣợng hấp phụ 1472,69 mg/L (7,36 mg/g), thời gian chết 0,65 h Tại thời điểm C = 5%Co dung lƣợng hấp phụ 3917,86 mg/L (19,56 mg/g), thời gian chết 0,64 h Nghiên cứu khả giải hấp VLHP chứa ion Cr(VI) axit HN03 cho kết tốt Nghiên cứu khả tái sử dụng VLHP sau hấp phụ ion Cr(VI) cho thấy VLHP tái sinh lần khả hấp phụ, hiệu suất hấp phụ VLHP sau hai lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP 10 Áp dụng xử lý thử nghiệm nƣớc thải chứa Crom Nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phƣơng pháp động cho kết gần với tính toán, cho thấy đề xuất mô hình ứng dụng vào thực tiễn để xử lý nƣớc thải mạ điện chứa Cr(VI) Nƣớc thải sau xử lý theo phƣơng pháp tĩnh động, nồng độ Cr(VI) dƣới tiêu chu n loại A QCVN 2011/BTNMT Việc sử dụng VLHP để hấp phụ Cr(VI) cho kết tốt Các kết thu đƣợc sở cho định hƣớng nghiên cứu nhằm tìm kiếm ứng dụng VLHP việc xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng 73 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Đặng Đình Bạch (2000), Giáo tr nh hóa học m i trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, NXB Thống Kê [3] Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lí nước thải, NXB Thanh Niên Hà Nội [4] Đặng Kim Chi (2005), Hóa học m i trường, NXB Khoa học Kỹ thuật- Hà Nội [5] Nguyễn Tinh Dung, Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích Lý Hóa, NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội [6] Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [7] Đỗ Trà Hƣơng, Lê Xuân Quế (2014), ”Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI), Ni(II) vật liệu hấp phụ oxit từ tính nano Fe3O4 phân tán bã chè” Tạp chí Hóa học, tập 52, số 5A, tr 41-46 [8] Đỗ Trà Hƣơng, Lê Xuân Quế, Đặng Xuân Thành (2014) ”Nghiên cứu hấp phụ màu ph m đỏ hoạt tính ĐH 120 vật liệu bã chè” Tạp chí Hóa học, tập 52, số (6ABC), tr 46-52 [9] Đỗ Trà Hƣơng, Dƣơng Thị Tú Anh (2014) “Chế tạo vật liệu hấp phụ oxit từ tính nano Fe3O4 phân tán bã chè” Tạp chí phân tích Hóa, lý sinh học, tập 19, số 3, tr 79-85 [10] Đỗ Trà Hƣơng, Trần Thúy Nga (2014) “Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh vật liệu bã chè”, Tạp chí phân tích Hóa, lý sinh học, tập 19, số 4, tr 27-32 [11] Trần Văn Nhân (chủ biên) (1999), Hóa lý tập II, NXB GD, HN [12] Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, (2005), Giáo tr nh c ng nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật - Hà Nội [13] Nhan Hồng Quang (2009), “Xử lý nƣớc thải mạ điện chrome vật liệu biomass” Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 3(32), tr 1-9 [14] Quy chu n Việt Nam 2009, Bộ Tài Nguyên Môi trƣờng 75 Tài liệu tiếng Anh [15] A Gurses, S Karaca, C.Dogar, R Bayrak, M Acıkyıldız, M Yalcın, (2004) “Determination of adsorptive properties of clay/water system: methylene blue sorption”, J.Colloid Interf Sci, 269, pp 310-314 [16] D Ghosh, K.G Bhattacharyya, (2002), “Adsorption of methylene blue on kaolinite”, Appl Clay Sci, 20, pp 295-300 [17] H El Harmoudi, L El Gaini , E Daoudi, M Rhazi, Y Boughaleb, M.A El Mhammedi, A Migalska-Zalas, M Bakasse, (2014) “Removal of 2,4-D from aqueous solutions by adsorption processes using two biopolymers: chitin and chitosan and their optical properties”, Optical Materials, xxx, pp 1-7 [18] J.M Salmana, V.O Njokua,b, B.H Hameeda; (2011), “Adsorption of pesticides from aqueous solution onto banana stalk activatedcarbon”, Chemical Engineering Journal, 174, pp 41– 48 [19] K.V Kumar, V Ramamurthi, S Sivanesan, (2005),“Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash”, J Colloid Interf Sci, 284, pp 14-21 [20] K.G Bhattacharyya, A Sharma, (2005),“Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf powder”, Dyes Pigments, 65, pp 51-59 [21] Maryam Khoshnood, Saeid Azizian (2012), “Adsorption of 2,4- dichlorophenoxyacetic acid pesticide by graphitic carbon nanostructures prepared from biomasses” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18, pp 1796-1800 [22] Md Tamez Uddin, Md Akhtarul Islam, Shaheen Mahmud, Md Rukanuzzaman, (2009), “Adsorptive removal of methylene blue by tea waste” Journal of Hazardous Materials, 164, pp 53–60 [23] N Dizadji; N Abootalebi Anaraki, (2011), “Adsorption of chromium and copper in aqueous solutions using tea residue” Int J Environ Sci Tech, (3), pp 631-638 [24] P Panneerselvam, Norhashimah Morad, Kah Aik Tan, (2011)“Magnetic nanoparticle (Fe3O4) impregnated onto tea waste for the removal of nickel(II) from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials, 186, pp 160-168 76 [25] R N Nasuha, B.H Hameed, Azam T Mohd Din, (2010),“Rejected tea as a potential low-cost adsorbent for the removal of methylene blue” Journal of Hazardous Materials, 175, pp 126-132 [26] Rajesh Madhu, Kalimuthu Vijaya Sankar, Shen-Ming Chen, Ramakrishnan Kalai Selvan, (2014), “Eco-friendly synthesis of activated carbon fromdead mango leaves for the ultra high sensitive detection of toxic heavy metal ions and energy storage applications”, RSC Advance, 4, pp 1225-1233 [27] S Senthilkumaar, P.R Varadarajan, K Porkodi, C.V Subbhuraam, (2005), “Adsorptionof methylene blue onto jute fiber carbon: kinetics and equilibrium studies”, J.Colloid Interf Sci, 284, pp 78-82 [28] T Celal Durana, Duygu Ozdesa, Ali Gundogdub, Mustafa Imamogluc, Hasan Basri Senturk, (2011) “Tea- industry waste activated carbon, as a novel adsorbent for separation, preconcentration and speciation of chromium” Analytica Chimica Acta , 688, pp 75-83 [29] V Vadivelan, K.V Kumar, (2005),“Equilibrium, kinetics, mechanism, and process designfor the sorption of methylene blue onto rice hush”, J Colloid Interf Sci, 286, pp 90–100 [30] Xiaoping Yang, Xiaoning Cui, (2013) “Adsorption characteristics of Pb(II) on alkali treated tea residue” Water Resourcesand Industry, 3, pp 1-10 [31] http://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_228697.html [32] http://www.moitruong.com.vn/Home/Default [33] http://vietnamnet.vn/khoahoc [34] http://www.fibersource.com/F-TUTOR/cellulose.htm [35] http://www.rgs.uky.edu/odyssey/winter07/green_energy.html 77 PHỤ LỤC Kết hấp phụ c t Z = 44 mm, thể tích VLHP = mL, C0 = 52,25 mg/L V(mL) t(h) C0 C C0/C 15 0,13 52,25 0,0000 0,0000 25 0,21 52,25 0,0000 0,0000 40 0,33 52,25 0,0300 0,0006 72 0,60 52,25 0,0520 0,0010 100 0,83 52,25 0,4560 0,0087 175 1,46 52,25 0,8350 0,0160 225 1,88 52,25 1,2340 0,0236 250 2,08 52,25 1,4560 0,0279 275 2,29 52,25 2,0350 0,0389 300 2,50 52,25 2,6210 0,0502 V(mL) t(h) C0 C C0/C 320 2,67 52,25 2,8210 0,0540 350 2,92 52,25 3,0890 0,0591 400 3,33 52,25 3,7540 0,0718 450 3,75 52,25 4,3210 0,0827 500 4,17 52,25 5,3420 0,1022 550 4,58 52,25 6,5750 0,1258 600 700 800 900 5,00 5,83 6,67 7,50 52,25 52,25 52,25 52,25 9,6750 11,6750 13,4560 16,7540 0,1852 0,2234 0,2575 0,3207 Kết hấp phụ c t Z = 70,5 mm, thể tích VLHP = mL, C0 = 52,25 mg/L V(mL) 16 32 48 80 128 176 t(h) 0,13 0,27 0,40 0,67 1,07 1,47 C0 52,25 52,25 52,25 52,25 52,25 52,25 C 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0523 1,0159 C0/C 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0010 0,0194 224 1,87 52,25 1,5028 0,0288 256 2,13 52,25 1,5405 0,0295 304 2,53 52,25 1,6262 0,0311 352 2,93 52,25 1,8540 0,0355 384 3,20 52,25 2,0450 0,0391 V(mL) 400 440 512 560 600 640 t(h) 3,33 3,67 4,27 4,67 5,00 5,33 C0 52,25 52,25 52,25 52,25 52,25 52,25 C 2,2350 2,4100 2,6100 3,4560 4,5450 5,5450 C0/C 0,0428 0,0461 0,0500 0,0661 0,0870 0,1061 680 5,67 52,25 6,8020 0,1302 760 840 920 1000 6,33 7,00 7,67 8,33 52,25 52,25 52,25 52,25 8,5840 10,4550 12,4560 13,8500 0,1643 0,2001 0,2384 0,2651 Kết hấp phụ c t Z = 105 mm, thể tích VLHP = 12 mL, C0 = 52,25 mg/L V(mL) 36 60 t(h) 0,30 0,50 C0 52,25 52,25 Ccb 0,0000 0,0000 C0/Ccb 0,0000 0,0000 96 0,80 52,25 0,0000 0,0000 264 2,20 52,25 0,0530 0,0010 420 3,50 52,25 0,1909 0,0037 600 5,00 52,25 1,2177 0,0233 672 5,60 52,25 1,7061 0,0327 720 6,00 52,25 2,1000 0,0402 816 6,80 52,25 2,6100 0,0500 900 7,50 52,25 3,0810 0,0590 V(mL) 960 1080 t(h) 8,00 9,00 C0 52,25 52,25 Ccb 3,2500 4,5340 C0/Ccb 0,0622 0,0868 1140 9,50 52,25 5,2450 0,1004 1200 10,00 52,25 6,5420 0,1252 1260 10,50 52,25 7,5450 0,1444 1380 11,50 52,25 9,4500 0,1809 1500 12,50 52,25 11,4500 0,2191 1620 13,50 52,25 12,5500 0,2402 1740 14,50 52,25 13,4500 0,2574 1860 15,50 52,25 14,7500 0,2823 Kết hấp phụ c t Z = 0,045m; pH = 1,0, C0 = 64,575 mg/L; F = 1,0616 m3/m2/h V(ml) 10 15 20 50 75 100 125 150 175 190 t(h) 0,04 0,08 0,13 0,17 0,42 0,63 0,83 1,04 1,25 1,46 1,58 C0 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 Ccb 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0646 0,0850 0,1150 0,1450 0,1700 0,3500 0,58 C0/Ccb 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0010 0,0013 0,0018 0,0022 0,0026 0,0054 0,0090 200 1,67 64,575 1,4500 0,0225 V(mL) 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 t(h) 1,83 1,92 2,00 2,08 2,17 2,25 2,33 2,42 2,50 2,58 2,67 C0 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 64,575 Ccb 2,2400 2,5500 2,9500 3,2500 4,0000 4,5230 5,3500 5,8500 6,4500 7,25 8,15 C0/Ccb 0,0347 0,0395 0,0457 0,0503 0,0619 0,0700 0,0828 0,0906 0,0999 0,1123 0,1262 330 2,75 64,575 9,23 0,1429 78 Kết đo BET bã chè chƣa biến tính VLHP 79 [...]... chúng tôi quyết định lựa chọn đề tài: Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nƣớc thải mạ điện Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè biến tính bằng KOH (VLHP) - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR), phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM), phƣơng pháp đo diện... phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối Trong một số hệ thống phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học [2], [3], [11] 1.5.2 Cân bằng hấp phụ Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ trên bề mặt hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc trở lại pha thể tích Khi lƣợng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ càng... khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo đƣợc theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh và theo phƣơng pháp hấp phụ động - Sử dụng VLHP chế tạo đƣợc thử xử lý mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về Crom 1 1.1 Vai trò của Crom Crom là một nguyên tố vi lƣợng Qua nghiên cứu, ngƣời ta thấy ở nồng độ thấp Crom... thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc biomass làm lớp đệm Mặc dù còn nhiều ý kiến khác nhau, nhƣng cơ chế của quá trình hấp phụ có thể phân thành hai loại: hấp phụ do tƣơng tác tĩnh điện và hấp phụ nội tại [2], [3] Tương tác tĩnh điện: có thể quan sát đƣợc từ quá trình hấp phụ các cation kim loại và các anion trên bề mặt chất hấp phụ Đối với trƣờng hợp xử lý nƣớc thải mạ Crom chứa nhiều ion Cr(VI), ... cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng: Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý) : Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ) : Vùng mà quá trình hấp phụ chƣa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng. .. đƣa vật liệu hấp phụ ra khỏi bể lọc do đó cho phép dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa; - Cho phép sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ khi cho nƣớc chảy qua Nồng độ chất bị hấp phụ giảm dần từ Co ở tiết diện vào tới C = Cmin ~ 0 ở tiết diện ra [2], [3] 1.5.4 ung lư ng hấp phụ Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng. .. bỏ hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ, màu sắc, mùi vị, không để lại ô nhiễm phụ sau xử lý, thu gom và kiểm soát đƣợc hoàn toàn chất thải Tuy nhiên, điều này cũng còn phụ thuộc vào khả năng chất hấp phụ sử dụng và kinh phí cho phép [7], [8], [9], [10], [13], [15-30] Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hấp phụ với vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (biomass) đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng ở nhiều quốc gia trên... nồng độ và gọi là hấp phụ đẳng nhiệt Đại lƣợng đặc trƣng cho quá trình hấp phụ là dung lƣợng hấp phụ hay hoạt tính hấp phụ tĩnh, là lƣợng chất tính bằng miligam hay gam, bị hấp phụ trên 1 gam hay 1 cm3 chất hấp phụ Ngoài ra hoạt tính còn có thể biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm theo trọng lƣợng hoặc thể tích chất hấp phụ [2], [3], [11] 14 1.5.3.2 Hấp phụ trong điều kiện động Trong công nghệ xử lý nƣớc và nƣớc... với nó Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ vật lí: gây ra bởi lực tƣơng tác Vanderwaals giữa phần tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Lực liên kết này yếu dễ bị phá vỡ Quá trình hấp phụ vật lí là một quá trình thuận nghịch Hấp phụ hóa học: gây ra bởi các lực liên kết hóa học giữa phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ Lực liên kết... độ và nhiệt độ cho trƣớc Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức: q (C o  C cb ).V m Trong đó: q: dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L) m: Khối lƣợng chất hấp phụ (g) 15 (1.6) Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L) Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L) 1.5.5 Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và ... chọn đề tài: Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) vật liệu chế tạo từ bã chè ứng dụng xử lý nƣớc thải mạ điện Trong đề tài tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè biến tính... Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) vật liệu chế tạo từ bã chè ứng dụng xử lý nước thải mạ điện thân thực Các số liệu, ... MAI QUANG KHUÊ NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI MẠ ĐIỆN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 66.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời