Khảo sát khả năng hấp phụ của ion photphat trong nước ngầm trên laterit biến tính bằng nguyên tố đất hiếm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC -o0o - Đặng Thị Thúy Hạt KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ION PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGẦM TRÊN LATERIT BIẾN TÍNH BẰNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC -o0o - Đặng Thị Thúy Hạt KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ION PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGẦM TRÊN LATERIT BIẾN TÍNH BẰNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐÀO NGỌC NHIỆM PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG \ Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Đào Ngọc Nhiệm PGS.TS Đỗ Quang Trung tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô môn Hóa Môi Trường giúp đỡ em trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô môn Hóa học, Khoa quản lý Tài nguyên Rừng Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trình thực luận văn Em xin cảm ơn anh chị NCS, bạn sinh viên phòng Hóa học Môi trường, bạn sinh viên K57 trao đổi giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016 Đặng Thị Thúy Hạt i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề ô nhiễm nƣớc Việt Nam 1.2 Một số tính chất photphat tồn chúng môi trƣờng 1.2.1 Tính chất photphat .3 1.2.2 Chu trình photphat đất 1.2.3 Vòng tuần hoàn photphat nước 1.2.4 Sự ô nhiễm photphat 1.2.4.1 Một số nguồn gây nhiễm hợp chất chứa photphat 1.2.4.2 Tác hại photphat 1.3 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm photphat 1.3.1 Phương pháp kết tủa 1.3.2 Phương pháp sinh học 10 1.3.3 Phương pháp hấp phụ trao đổi ion 10 1.4 Một số vật liệu dùng để hấp phụ photphat 12 1.4.1 Than hoạt tính cố định Zirconi 12 1.4.2 Than tro bay .13 1.4.3 Bùn đỏ 13 1.5 Laterit đặc tính laterit 14 1.5.1 Giới thiệu laterit 14 1.5.2 Đặc tính laterit 15 1.5.3 Ứng dụng laterit xử lý photphat 16 ii 1.6 Một số đặc điểm tính chất nguyên tố đất 17 1.6.1 Vị trí, cấu tạo nguyên tố đất 17 1.6.2 Một số hợp chất nguyên tố đất 17 1.6.3 Đặc điểm cấu trúc, tính chất xeri đioxit xeri hiđroxit 19 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .21 2.1 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.1.1 Nội dung nghiên cứu 21 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu .21 2.1.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV - VIS 21 2.1.2.2 Nghiên cứu khả hấp phụ photphat vật liệu 25 2.2 Dụng cụ máy móc, thiết bị 25 2.3 Hóa chất vật liệu 26 2.3.1 Chuẩn bị hóa chất phân tích photphat 26 2.3.2 Chuẩn bị hóa chất chế tạo vật liệu hấp phụ 26 2.3.3 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ photphat .26 2.3.3.1 Laterit thô 26 2.3.3.2 Tổng hợp vật liệu .26 2.4 Cách tiến hành thí nghiệm 27 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm 27 2.4.2 Khảo sát khả hấp phụ photphat vật liệu điều kiện động 27 2.5 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vật liệu 28 2.5.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử SEM 28 2.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .30 2.5.3 Phương pháp ICP – MS 31 2.5.4 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Frendlich 32 2.5.4.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 32 2.5 4.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich 33 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Nghiên cứu khả hấp phụ PO43- vật liệu laterit biến tính 35 iii 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm 35 3.1.2 Khảo sát khả hấp phụ photphat loại vật liệu biến tính 36 3.2 Xác định tính chất vật lý vật liệu M21 .37 3.2.1 Xác định hình dạng vật liệu 37 3.2.2 Xác định thành phần vật liệu phổ nhiễu xạ tia X 38 3.2.3 Xác định thành phần vật liệu máy đo ICP – MS 39 3.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 điều kiện tĩnh 40 3.3.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ photphat vật liệu M21 40 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu PO43- đến khả hấp phụ vật liệu M21 43 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng ion cạnh tranh đến khả hấp phụ vật liệu biến tính 46 3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu giả khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 47 3.5 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa photphat 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Chu trình photphat đất Hình 1.2 Chu trình photphat nước Hình 1.3 Quá trình laterit hóa 15 Hình 1.4 Hấp thụ tia UV màng mỏng CeO2/epoxi 18 Hình 1.5 Ô mạng sở CeO2 với cấu trúc kiểu fluorit 19 Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian tới độ bền phức màu 23 Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng ion lạ tới khả hấp thụ phức màu 23 Hình 2.3 Đường chuẩn PO43- khoảng – 100 ppm 24 Hình 2.4 Hấp phụ photphat mô hình động 28 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 29 Hình 2.6 Nguyên lý nhiễu xạ tia X 30 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống ICP –MS 31 Hình 2.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 33 Hình 2.9 Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir 33 Hình 2.10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich .34 Hình 2.11 Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Frendlich 34 Hình 3.2 Biểu đồ thể khả hấp phụ PO43- vật liệu M1, A – E… 35 Hình 3.3 Biểu đồ thể khả hấp phụ photphat vật liệu M21 ÷ M27 36 Hình 3.4 Laterit trước biến tính 37 Hình 3.5 Laterit sau biến tính 38 Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ XRD laterit tự nhiên 38 Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ XRD laterit biến tính sau hấp phụ 39 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ photphat vật liệu M21 41 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến dạng tồn photphat dung dịch 41 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ photphat .42 v Hình 3.11 Sự phụ thuộc khả hấp phụ mẫu M21 vào nồng độ PO43- 44 Hình 3.12 Đường tuyến tính Langmuir vật liệu M21 photphat 44 Hình 3.13 Đường tuyến tính Frendlich vật liệu M21 photphat 45 Hình 3.14 Ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ photphat vật liệu M21 47 Hình 3.15 Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 .49 Hình 3.16 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu M21 .50 Hình 3.17 Lấy mẫu bảo quản mẫu 50 Hình 3.18 Xử lí photphat mẫu thực tế vật liệu biến tính M21 51 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tích số tan số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm 25oC Bảng 2.1 Khảo sát độ phương pháp 24 Bảng 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm ………… .35 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ biến tính tổng hợp vật liệu đến tải trọng hấp phụ photphat .36 Bảng 3.3 Bảng thành phần nguyên tố mẫu vật liệu M21 39 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ đến khả hấp phụ photphat 40 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian đạt cân đến khả hấp phụ photphat 42 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu PO43- đến khả hấp phụ vật liệu M21 43 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng Mn2+, Ca2+, NH4+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 .46 Bảng 3.8 Ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 47 Bảng 3.9 Thành phần mẫu giả 48 Bảng 3.10 Kết tách loại PO43- dung dịch mẫu giả .48 Bảng 3.11 Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 .49 Bảng 3.12 Kết nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu 49 Bảng 3.13 Khảo sát khả hấp phụ động laterit biến tính M21 51 vii Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Nước ngầm nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu nhiều quốc gia vùng dân cư giới Theo Tổng cục môi trường, Bộ Tài nguyên Môi trường nước ta, nước ngầm chiếm khoảng 35% đến 40% tổng số lượng nước sinh hoạt người dân Ngoài ra, nguồn nước quan trọng ngành nông nghiệp công nghiệp Ngày nay, tình trạng ô nhiễm suy thoái nước ngầm phổ biến khu vực đô thị thành phố lớn giới, ảnh hưởng lớn đến chất lượng môi trường sống người Ô nhiễm nước ngầm thuốc bảo vệ thực vật phân bón hóa học vùng nông nghiệp thâm canh, lượng đáng kể thuốc phân không trồng tiếp nhận Chúng lan truyền tích lũy đất, nước sản phẩm nông nghiệp dạng dư lượng phân bón thuốc bảo vệ thực vật Photphat chất dinh dưỡng thường có mặt nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt sản xuất người làm gia tăng nồng độ ion nước ngầm Mặc dù không độc hại người, song có mặt nước nồng độ tương đối lớn, với nitơ, photphat gây tượng phú dưỡng Ban đầu phát triển bùng nổ tảo, lượng lớn bùn lắng tạo thành xác tảo chết Dần dần, hồ trở thành vùng đầm lầy cuối vùng đất khô, sống động vật thủy sinh hồ bị ngừng trệ Trong thời gian gần đây, số công trình nghiên cứu với phương pháp khác thực nhằm đưa quy trình tách loại photphat khỏi nguồn nước bị ô nhiễm phương pháp kết tủa, phương pháp sinh học, phương pháp hấp phụ trao đổi ion,… Trong đó, phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ đánh giá cao tính hiệu quả, đơn giản, chi phí thấp quy trình xử lý thân thiện với môi trường Tiếp tục hướng nghiên cứu trên, luận văn nghiên cứu thực đề tài: “ Khảo sát khả hấp phụ ion photphat nƣớc ngầm laterit biến tính nguyên tố đất hiếm” Đặng Thị Thúy Hạt K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Từ kết thực nghiệm tính toán bảng 3.5 hình 3.9 thấy thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu M21 30 phút So với nghiên cứu Nguyễn Thị Thanh Hải [2] thời gian hấp phụ cân vật liệu laterit tự nhiên 90 phút, vật liệu biến tính 3% Ce cho thời gian đạt cân tốt 1/3 vật liệu tự nhiên Do trình khảo sát chọn thời gian hấp phụ 30 phút, với tốc độ lắc 150 vòng/phút 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu PO43- đến khả hấp phụ vật liệu M21 Các thí nghiệm tiến hành tương tự phần thay đổi nồng độ photphat ban đầu từ 5mg/l đến 100 mg/l Kết thực nghiệm phân tích tính toán biểu diễn bảng 3.6 hình 3.10 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu PO43- đến khả hấp phụ vật liệu M21 STT Co (mg/l) Ce (mg/l) q (mg/g) Ce/q (g/l) ln Ce ln q < 0,1 0,25 - - - 1,39 10 < 0,1 0,50 - - - 0,69 15 < 0,1 0,75 - - - 0,28 20 < 0,1 1,00 - - 30 < 0,1 1,50 - - 0.41 40 < 0,1 2,00 - - 0,69 50 0,29 2,49 0.12 - 1.23 0,91 60 0,64 2,97 0,21 - 0,45 1,08 70 2,88 3,35 0,86 1,05 1,21 10 80 8,57 3,57 2,40 2,14 1,27 11 90 12,88 3,85 3,34 2,56 1,35 12 100 22,02 3,89 5,65 3,09 1,36 Đặng Thị Thúy Hạt 43 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Tải trọng q (mg/g) 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 0 20 40 60 80 100 120 nồng độ ppm Hình 3.10 Sự phụ thuộc khả hấp phụ mẫu M21 vào nồng độ PO43Nhìn vào hình 3.10 thấy rằng, nồng độ PO43- tăng từ mg/l đến 80 mg/l tải trọng hấp phụ vật liệu M21 tăng lên từ 0,25mg/g đến 3,57 mg/g nồng độ PO43- > 80mg/l tải trọng hấp phụ gần không đổi (tức vật liệu hấp phụ PO43- bão hòa) Từ kết thực nghiệm áp dụng mô hình đẳng nhiệt Langmuir Frendlich để tìm mô hình hấp phụ tương ứng Kết tính toán biểu diễn theo mô hình trình bày hình 3.11 3.12 6.00 5.00 y = 0.258x + 0.031 R² = 0.998 CE/Q 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 CE Hình 3.11 Đường tuyến tính Langmuir vật liệu M21 photphat Đặng Thị Thúy Hạt 44 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học 1.6 1.4 1.2 Ln q y = 0.097x + 1.081 R² = 0.953 0.8 0.6 0.4 0.2 -2 -1 ln Ce Hình 3.12 Đường tuyến tính Frendlich vật liệu M21 photphat Từ hình 3.11 hình 3.12 ta nhận thấy số tương quan R2 phương trình Frendlich R2 = 0,9532 nhỏ hệ số số R2 = 0,9988 phương trình Langmuir, nên phương trình đẳng nhiệt Langmur phù hợp cho cân hấp phụ photphat laterit biến tính xeri 3% Dựa vào đồ thị hình 3.11 tính giá trị số Langmuir tải trọng hấp phụ cực đại: tan   b qmax  qmax  1    3,88 (mg/ g) tan  a 0,258 1 K    8,16 K qmax b.qmax 0,0316  3,88 Dựa vào đồ thị thấy tải hấp phụ PO43- cực đại vật liệu M21 là: q = 3,88 (mg/g) Kết cho thấy vật liệu biến tính cao tải trọng hấp phụ vật liệu laterit tự nhiên theo nghiên cứu Nguyễn Thị Thanh Hải (2016) 1,33 mg/g [2] khoảng lần thấp (bằng khoảng 1/2) nghiên cứu Đặng Thị Thu Hương [3] tải trọng hấp phụ cực đại Laterit biến tính lantan 2% 5,29 mg/g Điều giải thích đối tượng nghiên cứu Đặng Thị Thu Hương biến tính với thành phần lantan 2% có lực lớn với ion photphat Đặng Thị Thúy Hạt 45 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Như vậy, thấy vật liệu laterit biến tính xeri có tải trọng hấp phụ cực đại 3,88 mg pH = thời gian 30 phút Vật liệu biến tính xeri cho kết hấp phụ tốt lần với laterit tự nhiên 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng ion cạnh tranh đến khả hấp phụ vật liệu biến tính Trong thực tế, gặp số ion khác có mặt thành phần mẫu ảnh hưởng đến khả hấp phụ PO43- Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng số ion như: Fe3+, Ca2+, NH4+, Mn2+ tiến hành tương tự phần với nồng độ ion ảnh hưởng thay đổi là: Mn2+ từ mg/l đến mg/l; Ca2+ từ mg/l đến 150 mg/lvà NH4+ từ mg/l đến 30 mg/l Kết khảo sát ảnh hưởng Mn2+, Ca2+, NH4+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng Mn2+, Ca2+, NH4+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 STT Ion Mn2+ Ca2+ NH4+ Nồng độ ion ảnh hưởng (mg/l) 0,5 50 100 150 10 20 30 Co (mg/l) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Ce (mg/l) < < < < < < < < < < < < q (mg/g) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Kết bảng 3.7 cho thấy điều kiện thí nghiệm ion: Mn2+, Ca2+, NH4+ không gây ảnh hưởng tới trình hấp phụ photphat vật liệu M21 Đặng Thị Thúy Hạt 46 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học * Ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 Thí nghiệm ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 tiến hành phần với nồng độ Fe3+ thay đổi từ mg/l đến 30 mg/l Kết thí nghiệm phân tích, tính toán ghi lại bảng 3.8; hình 3.13 Bảng 3.8 Ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 Hàm lượng Fe3+(mg/l) 10 3,05 0,347 69,4 20 4,43 0,278 55,6 30 5,29 0,235 47 STT Ce (mg/l) q (mg/g) 0,5 Hiệu suất (%) 100 120 Hiệu suất (%) 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 30 35 Hàm lƣợng Fe3+ (mg/l) Hình 3.13 Ảnh hưởng Fe3+ đến khả hấp phụ photphat vật liệu M21 Nhìn vào bảng 3.8 hình 3.13 thấy có mặt ion Fe3+ làm khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 giảm rõ rệt Điều giải thích sau: Tại pH = 4, Fe3+ tồn dạng [Fe(OH)2]+ có mặt ion photphat dung dịch tạo nên kết tủa với photphat Sau lại tiến hành lọc bỏ nên làm cho tải trọng hấp phụ giảm xuống Vì mẫu có chứa ion Fe3+ phải tiến hành loại bỏ trước cho hấp phụ photphat 3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu giả khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Để đánh giá khả hấp phụ PO43- vật liệu M21 thí nghiệm tiến hành thử nghiệm xử lý mẫu giả Các mẫu giả có thành phần tương tự mẫu thật Đặng Thị Thúy Hạt 47 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học có hàm lượng ion theo bảng 3.9 tích 50 ml cho vào bình nón có chứa 1g vật liệu, điều chỉnh pH = lắc 30 phút Sau hấp phụ dung dịch mang xác định nồng độ PO43- Xác định tổng photphat phương pháp đo độ hấp thụ quang (Thí nghiệm làm lặp lại lần) Kết thu ghi bảng 3.10 Bảng 3.9 Thành phần mẫu giả Ion Hàm lượng mg/l Fe3+ 0,1 Mn2+ 0,5 Ca2+ 10 NH4+ Bảng 3.10 Kết tách loại PO43- dung dịch mẫu giả Bình Tổng nồng độ PO43(mg/l) 10 10 10 10 10 Nồng độ sau hấp phụ Bằng mẫu trắng (mg/l) Từ kết kết luận việc sử dụng laterit biến tính xeri 3% làm vật liệu hấp phụ để tách photphat khỏi nước tốt, có khả ứng dụng vật liệu để tách khỏi nguồn nước ngầm Sau thí nghiệm, tiến hành gạn hết dung dịch rửa vật liệu biến tính nước cất Cho vào bình nón 20 ml dung dịch NaOH nồng độ 0,1 M; 0,2 M; 0,5 M; 0,8 M; M Lắc h, sau lọc lấy dung dịch giấy lọc băng xanh Kết thu bảng 3.11 Đặng Thị Thúy Hạt 48 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.11 Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 Nồng độ NaOH (M) Nồng độ PO43- 0,2 0,5 0,8 sau rửa giải (mg/l) 1,9 4,3 10,9 19,6 19,8 Hiệu suất rửa giải (%) 7,6 17,2 43,7 78,5 79,2 Hiệu suất rửa giải % 0,1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.1 0.2 0.5 0.8 Nồng độ NaOH M Hình 3.14 Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 Nhìn vào bảng 3.11 ta thấy nồng độ 0,8 M M NaOH cho hiệu giải hấp cao nhất, ta lấy nồng độ NaOH 0,8 M để giải hấp cho lần * Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu M21 Chuẩn bị dãy bình nón 250 ml có chứa 1g vật liệu M21 Cho vào bình 50 ml mẫu giả, lắc 30 phút Sau hấp phụ, lọc giấy lọc băng xanh, dung dịch mang xác định nồng độ PO43- Rửa vật liệu nước cất, tiến hành rửa giải dung dịch NaOH 0,8M cuối rửa vật liệu nước cất Sau rửa giải hoàn toàn sử dụng lần với điều kiện qui trình lần đầu Tiến hành khảo sát nhiều lần thu kết thu ghi bảng 3.12 Kết thu sau: Bảng 3.12 Kết nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu Số lần sử dụng vật liệu Hiệu suất hấp phụ % 100 88 52 36 Đặng Thị Thúy Hạt 49 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Hiệu suất hấp phụ H% 120 100 80 60 40 20 L1 L2 L3 L4 Mẫu vật liệu M21 Hình 3.15 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu M21 Từ kết bảng 3.15, thấy vật liệu M21 có khả tái sử dụng cho lần sau với hiệu suất giảm dần Vì cần nghiên cứu biện pháp xử lý thích hợp để tái sử dụng vật liệu xử lý nguồn nước ngầm có chứa PO43- 3.5 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa photphat Lấy mẫu bảo quản mẫu: Tiến hành theo QCVN - Tiêu chuẩn quốc gia (2008), Vi - TCVN6202-2008, Chất lượng nước – xác định photpho – phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat: Mẫu nước ngầm lấy qua vòi bơm nên cần xả bỏ phần nước ban đầu từ đến phút, sau lấy mẫu chai nhựa PE bảo quản – 5oC tủ lạnh Mẫu nước ngầm dùng để khảo sát khả hấp phụ vật liệu laterit biến tính lấy Nhà Lào, Trường Đại học Lâm Nghiệp- Xuân Mai- Chương Mỹ Hà Nội có độ sâu 50m Hình 3.16 Lấy mẫu bảo quản mẫu Đặng Thị Thúy Hạt 50 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học  Xử lý mẫu: Mẫu nước ngầm axit hóa HNO3 65% (Mecrk) cho pH = 4,0 Sau để lắng, tiến hành lọc sơ để loại bỏ phần lơ lửng, thu lấy phần nước (1 lít) Thành phần tạp chất có mẫu nước gồm: Fe3+ 0,1 mg/l, Ca2+ 103,5 mg/l, Mn2+ 0,98 mg/l, NH4+ 16,8 mg/l, PO43- 8,2 mg/l Thực tới đạt cân hấp phụ Kết thể bảng 3.13 sau: Bảng 3.13 Khảo sát khả hấp phụ động laterit biến tính M21 Thể tích (ml) 20 30 40 60 80 100 120 140 160 180 Nồng độ (mg/l) < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Thể tích (ml) 200 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Nồng độ (mg/l) < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,45 1,33 2,02 3,57 Thể tích (ml) 420 440 460 480 500 Nồng độ (mg/l) 7,5 9,95 9,77 9,95 9,95 12 nồng ôộ sau hấp phụ 10 -2 100 200 300 400 500 600 thể tích ml Hình 3.17 Xử lí photphat mẫu thực tế vật liệu biến tính M21 Đặng Thị Thúy Hạt 51 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), năm 1980 kết luận sở dinh dưỡng cho quy định hàm lượng phốtpho nguồn nước Tuy nhiên, để kiểm soát tượng phú dưỡng Dịch vụ Nước Corporation Swaziland (SWSC – E.C) khuyến cáo hàm lượng PO43- - P ≤ 1,0 mg / L ( tương đương PO43- ≤ 3,06 mg/l) cho nước uống [14] Từ đồ bảng số liệu 3.13 hình 3.16, ta thấy sử dụng phương pháp hấp phụ động thiết bị với vật liệu M21 xử lý 390ml cho kết nằm giới hạn khuyến cáo Đặng Thị Thúy Hạt 52 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài “Khảo sát khả hấp phụ ion photphat nước ngầm laterit biến tính nguyên tố đất hiếm”, thu số kết sau: Đã biến tính thành công vật liệu có khả hấp phụ photphat từ Laterit nguyên tố đất xeri xác định điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu tiến hành với thành phần xeri/ g vật liệu 3%, nhiệt độ 105oC Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình hấp phụ vật liệu laterit biến tính xeri 3% điều kiện tĩnh: pH tối ưu khoảng ÷ 5; thời gian đạt cân hấp phụ từ 30 phút; xác định tải trọng hấp phụ cực đại photphat điều kiện tĩnh vật liệu M21 3,88 mg/g; ion Mn2+, Ca2+, NH4+ không ảnh hưởng tới trình phản ứng hấp phụ photphat vật liệu M21 ion Fe3+ làm hiệu suất hấp phụ photphat vật liệu giảm rõ rệt Đã khảo sát khả hấp phụ mẫu giả để đánh giá vật liệu Đã khảo sát khả tách loại photphat mẫu thực vật liệu laterit biến tính điều kiện động Kết cho thấy với 5g vật liệu có khả xử lý 390ml nước ngầm có hàm lượng photphat nằm giới hạn khuyến cáo Kiến nghị Với kết nghiên cứu ban đầu đạt được, hy vọng vật liệu điều chế tiếp tục nghiên cứu toàn diện để ứng dụng vào thực tế xử lý tách loại photphat có nguồn nước bị ô nhiễm Đặng Thị Thúy Hạt 53 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ Tài nguyên Môi trường, QCVN 08-MT (2015), Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia chất lượng nước mặt Nguyễn Thị Thanh Hải, Nghiên cứu trình hấp phụ Asen số chất gây ô nhiễm nước quặng Laterit biến tính La, Luận văn thạc sĩ – Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Đặng Thị Thu Hương (2014), Nghiên cứu biến tính quặng Laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion florua photphat nước thải, Luận văn thạc sĩ - Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐH QGHN Đỗ Quỳnh Liên (2016), Nghiên cứu biến tính quặng Laterit xử lý ô nhiễm photphat nước ngầm, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Phạm Luận (1999), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử (Giáo trình), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, tập tập Phạm Luận (2000), Phương pháp phân tích phổ khối nguyên tử ICP – MS (phép đo phổ ICP - MS), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ, Nhà xuất Giáo dục, tập 3, tr 273 – 288 Nguyễn Văn Nội, Trần Tứ Hiếu (2011), Cơ sở hóa học môi trường, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Quản Cẩm Thúy (2011), Nghiên cứu khả hấp phụ ion photphat bùn đỏ ứng dụng xử lí tách khỏi nguồn nước, Luận văn thạc sĩ - Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Trần Bá Trí (2012), Nghiên cứu tách xêri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên Huế - Bằng phương pháp bazơ, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Đặng Thị Thúy Hạt 54 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học 10 Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển (2008), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính cố định Zr(IV) loại bỏ ion photphat florua nước thải Công ty cổ phần Phân lân Ninh Bình”, Tạp chí Hóa Học, (46), tr 15-16 11 Bùi Xuân Thắng (2010), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ photphat nước, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp 12 Tiêu chuẩn quốc gia (2008), Vi - TCVN6202-2008, Chất lượng nước – xác định photpho – phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat Tiếng Anh 13 Amos O Fadiran, S.C Dlamini and A Mavuso (2007), A comparative study of the phosphate levels in some suface and ground water bodies of Swaziland, Chemistry Department, University of Swaziland, P/Bag 4, Kwaluseni Swaziland 14 Alessandro Trovarelli (2002), “Catalysis by ceria and ralated materials”, Imperial College Press, London 15 Chanjuan Li, JunMa, Jimin Shen, Peng Wang (2009), „Removal of phosphate from secondary effhent with Fe2+ enhanced by H2O2 at nature pH‟ J.Hazardous Mater, pp 891 – 896 16 Dao Ngoc Nhiem, Luu Minh Dai, Nguyen Duc Van, Duong Thi Lim (2013), “Catalytic oxidation of carbon monoxide over nanostructored CeO2 – Al2O3 prepared by combustion method using polyvinyl alcohol”, Ceramics International 17 David Jenkins, John F Ferguson and Arnold B Menar (1971), “Chemical prosesses for photphate removal” Vol 5, pp 369 - 389 18 Elisabeth Galarneau, Ronald Gehr (1997) – “Phosphorus removal from waste water Experimantal and theoretical support for alternative mechanism” Water Research Vol.31 19 Gaosheng Zhang, Huiuan Liu, Ruiping Liu, Jiuhui Qu (2009), “Removal of phosphate from water by a Fe – Mn binary oxide adsorbent”, J Colloid and Interface Science 355, pp.168 – 174 Đặng Thị Thúy Hạt 55 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học 20 Honglei Liu, Xiaofei Sun, Chengqing Yin, Chun Hu (2008), “Removal of phosphate by mesoporous ZrO2”, Journal of Hazardous Materials, 151, pp 616 – 622 21 Klaas J.Appeldoorn, Gerard J.J, Kortstee, Alexander J.B Zehnder (1991) “Biological photphate removal by activated sludge under defined condition”, Printed in Great Britain, All right reserved.453-460 22 Le Zeng, Xiaomei Li, Jindun Liu (2004), “Adsorptive removal of phosphate from aqueous solutions using iron oxide tailings”, Water Research, 38 (5), pp 1318-1326 23 Luu Minh Dai, Dao Ngoc Nhiem, Duong Thi Lim, Nguyen Duc Van (2013), “Nanostructored CeO2 – Al2O3 catalytic powders for m – Xylene and Toluene Combustion”, Material Transactions 54 1060 24 Quizhong Feng, Zhiyong Zhang, Yuhui Ma, Xiao He, Yuliang Zhao, Zhufang Chai (2012), “Adsorption anh desorption Characteristics of arsenic onto ceria nonoparticles”, Nanoscale Research Letters 7, 84 - 91 25 Rahman (2008), “Laterite-A Potential Alternative for Removal of Groundwater Arsenic”, J Appl Sci Environ Manage March, Vol 12(1) 93 – 100, pp 94-98 26 Subramanyan Vasudevan, Jothinathan Lakshmi, Jeganathan Jayaraj, Ganapathy Sozthan (2009), “Remediation of photphate contaminated water by electrocoagulation with aluminium, aluminium alloy and mild steel anodes” Juornal of Hazardous Material 1480-1488 27 Wang Bao-min and Wang Li-jiu (2004), “Development of studies and applications of activation techniques of fly ash” - School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, PRC 28 Xin Huang, “Adsorption removal of phosphate in industrial wastewater by using metal-loaded skin split waste”, National Engineering Laboratory for Clean Technology of Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu, 610065, P R China Đặng Thị Thúy Hạt 56 K25 – Cao học Hóa Môi trường Luận văn thạc sĩ khoa học 29 Yanzhong Li, Changjun Liu, Zhaokun Luan, Xianjia Peng, Chunlei Zhu, Zhaoyang Chen, Zhongguo Zhang, Jinghua Fan, Zhiping Jia (2006), “Phosphate removal from aqueous solutions using raw and activated red mud and fly ash”, Journal of Hazardous Materials, 137 (1), pp 374-383 30 Yanzhong Li, Changjun Liu, Zhaokun Luan, Xianjia Peng, Chunlei Zhu, Zhaoyang Chen, Zhongguo Zhang, Jinghua Fan, Zhiping Jia (2006), “Phosphate Removal from Aqueous Solutions using Neutralised Bauxite Refinery Residues (Bauxsol™)” CSIRO Publishing – Environmental Chemistry 3(1) 65–74 Published Đặng Thị Thúy Hạt 57 K25 – Cao học Hóa Môi trường ... KHOA HÓA HỌC -o0o - Đặng Thị Thúy Hạt KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ION PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGẦM TRÊN LATERIT BIẾN TÍNH BẰNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: Hóa Môi trường Mã số: 60440120... mục tiêu đề tài Khảo sát khả hấp phụ ion photphat nƣớc ngầm laterit biến tính nguyên tố đất hiếm tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Chế tạo vật liệu laterit biến tính nguyên tố đât xeri - Đánh... khả hấp phụ PO43- vật liệu laterit biến tính 35 iii 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm 35 3.1.2 Khảo sát khả hấp phụ photphat loại vật liệu biến tính 36 3.2 Xác định tính