Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN NGỌC THIỆN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ AMONI VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN NGỌC THIỆN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ AMONI VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng Mã số:60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN Hà Nội -2016 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .8 1.1 Than hoạt tính cấu trúc bề mặt 1.1.1 Than hoạt tính 1.1.2 Cấu trúc xốp bề mặt than hoạt tính .9 1.2 Nhóm cacbon-oxi bề mặt than hoạt tính 10 1.3 Ảnh hƣởng nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ 13 1.4 Biến tính bề mặt than hoạt tính 15 1.5 Tình trạng ô nhiễm amoni,asen xanh metylen nƣớc ta 15 1.5.1 Tình trạng ô nhiễm amoni nƣớc ta .15 1.5.2 Tình trạng ô nhiễm asen nƣớc ta 16 1.5.3 Tình trạng ô nhiễm xanh metylen .16 CHƢƠNG : THỰC NGHIỆM 19 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 19 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 19 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 19 2.2 Dụng cụ hóa chất .19 2.2.1 Dụng cụ 19 2.2.2 Hóa chất .19 2.2.2.1 Chuẩn bị hóa chất để tạo vật liệu 19 2.2.2.2 Chuẩn bị hóa chất để phân tích amoni 20 2.2.2.3 Chuẩn bị hóa chất để phân tích asen .20 2.2.2.4 Chuẩn bị hóa chất để phân tích xanh metylen 21 2.3 Các phƣơng pháp phân tích ion dung dịch 21 2.3.1 Phân tích amoni phƣơng pháp Nessler 21 2.3.2 Phân tích asen phƣơng pháp so màu thủy ngân brômua 24 2.3.3 Phân tích xanh metylen 26 2.4 Phƣơng pháp tính tải trọng hấp phụ .27 2.4.1 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 28 2.4.2.Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 29 2.5 Biến tính than hoạt tính 30 2.5.1 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ từ than hoạt tính nguyên khai 30 2.5.2 Biến tính than hoạt tính 31 2.5.2.1 Than xử lý thông thƣờng (dạng than thƣờng : AC-1) 31 2.5.2.2 Than xử lý NaOH (dạng muối Na : AC-2) 31 2.5.2.3 Than xử lý HCl (dạng axit : AC-3) 31 2.5.2.4 Than biến tính HNO3 sau trung hòa NaOH (dạng muối Na : AC-4) .31 2.5.2.5 Than biến tính HNO3 (dạng axit : AC-5) .31 2.6 Khảo sát khả hấp phụ amoni, asen xanh metylen vật liệu 31 2.6.1 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với amoni 31 2.6.1.1 Khảo sát thời gian hấp phụ cân amoni 31 2.6.2 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với asen 32 2.6.2.1 Khảo sát thời gian hấp phụ cân asen 32 2.6.3.Khảo sát khả hấp phụ than biến tính với xanh metylen 32 2.6.3.1.Khảo sát thời gian hấp phụ cân xanh metylen 32 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Cấu trúc bề mặt than oxi hóa 33 3.2 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với amoni 34 3.2.1 Xác định thời gian cân hấp phụ vật liệu với amoni 34 3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu amoni 35 3.3 Khảo sát khả hấp phụ asen vật liệu 39 3.3.1 Xác định thời gian cân hấp phụ vật liệu với asen 39 3.3.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu asen 41 3.4 So sánh khả hấp phụ xanh metylen với amoni asen 45 3.4.1 Xác định thời gian cân hấp phụ vật liệu với xanh metylen 45 3.4.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu xanh metylen 46 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn để phân tích amoni 23 Bảng 2.2 Mối quan hệ nồng độ amoni độ hấp phụ quang (Abs) 23 Bảng 2.3 Chuẩn bị dãy dung dịch xây dựng đƣờng chuẩn asen 25 Bảng 2.4 Mối quan hệ nồng độ asen chiều cao (h) theo phƣơng pháp thủy ngân brômua Bảng 2.5 Chuẩn bị dãy dung dịch để xây dựng đƣờng chuẩn xanh metylen 26 Bảng 2.6 Mối quan hệ nồng độ xanh metylen độ hấp phụ quang (Abs) .27 Bảng 3.1 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ amoni vật liệu 34 Bảng 3.2 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ amoni vật liệu 36 Bảng 3.3 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ asen vật liệu 40 Bảng 3.4 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ asen vật liệu 41 Bảng 3.5 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ xanh metylen vật liệu .45 Bảng 3.6 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ xanh metylen vật liệu 47 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Ứng dụng than hoạt tính đời sống .8 Hình 1.2 Hình ảnh SEM chụp cấu trúc than cacbon hóa từ tre 10 Hình 1.3 Hình ảnh mô nhóm chức than hoạt tính 13 Hình 1.4 Ảnh hƣởng asen tới sức khỏe ngƣời 17 Hình 2.1 Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích amoni 24 Hình 2.2 Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích asen 26 Hình 2.3 Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích xanh metylen 27 Hình 2.4 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .28 Hình 2.5 Đồ thị dạng tuyến tính phƣơng trình Langmuir 29 Hình 2.6 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 30 Hình 2.7 Đồ thị dạng tuyến tính phƣơng trình Freundlich 30 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại than oxi hóa 33 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ amoni vật liệu 35 Hình 3.3 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-1 36 Hình 3.4 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-2 37 Hình 3.5 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-3 37 Hình 3.6 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-4 38 Hình 3.7 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-5 39 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ asen vật liệu 40 Hình 3.9 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-1 42 Hình 3.10 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-2 42 Hình 3.11 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-3 43 Hình 3.12 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-4 43 Hình 3.13 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-5 44 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ xanh metylen vật liệu 46 Hình 3.15 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-1 47 Hình 3.16 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-2 .48 Hình 3.17 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-3 48 Hình 3.18 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-4 49 Hình 3.19 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-5 49 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, bảo cho em suất trình nghiên cứu Cảm ơn phòng thí nghiệm Khoa Hóa Học – Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên tạo điều kiện giúp đỡ trình làm thực nghiệm Chân thành cảm ơn bạn học viên, sinh viên làm việc phòng thí nghiệm Hóa Môi Trƣờng Các bạn giúp đỡ trình tìm tài liệu hoàn thiện luận văn Để hoàn thành luận văn này, nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu thân, giúp đỡ gia đình,bạn bè ngƣời xung quanh Đặc biệt thầy cô, đồng nghiệp đóng góp phần không nhỏ nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Nguyễn Ngọc Thiện MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nƣớc nói chung nguồn nƣớc sinh hoạt nói riêng asen amoni vấn đề mà toàn xã hội quan tâm nhu cầu chất lƣợng sống ngày cao Theo nghiên cứu gần hàm lƣợng asen nhƣ amoni xác định đƣợc nguồn nƣớc vƣợt tiêu cho phép đến lần cao Điều ảnh hƣởng nghiêm trọng đến trực tiếp sức khoẻ ngƣời Chúng gây nhiều loại bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da, ung thƣ bàng quang, ung thƣ gan bệnh hô hấp Đây vấn đề đáng báo động đƣợc quan tâm đặc biệt Vì việc loại bỏ amoni asen khỏi nguồn nƣớc ăn uống sinh hoạt xuống dƣới ngƣỡng cho phép đƣợc nghiên cứu đạt đƣợc nhiều thành công đáng kể Nhiều loại vật liệu đƣợc phát để ứng dụng lĩnh vực Trong than hoạt tính đƣợc đề cập nhƣ loại vật liệu tiềm để ứng dụng xử lý loại chất độc hại Than hoạt tính từ lâu đƣợc sử dụng để làm nƣớc Tuy nhiên ứng dụng xử lý nƣớc dừng lại việc loại bỏ hợp chất hữu số thành phần không phân cực có hàm lƣợng nhỏ nƣớc Với mục đích khai thác tiềm ứng dụng than hoạt tính việc xử lý nƣớc sinh hoạt Đặc biệt lĩnh vực dùng than hoạt tính loại bỏ cation anion nƣớc Đồng thời sở so sánh đƣợc khả hấp phụ với chất hữu phân cực đại diện xanh metylen Vì chọn thực đề tài “ Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni kim loại nặng nƣớc” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Than hoạt tính cấu trúc bề mặt 1.1.1 Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ quí linh hoạt Chúng đƣợc sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích nhƣ loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn Chúng dùng để loại bỏ tạp chất vô cơ, hữu nƣớc thải công nghiệp, sinh hoạt việc thu hồi dung môi, làm không khí chúng đƣợc sử dụng ngày nhiều lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc kim loại khác Đôi sử dụng chúng nhƣ chất mang xúc tác Chúng đƣợc biết đến nhiều ứng dụng y học : sử dụng để loại bỏ độc tố vi khuẩn số bệnh định Nhƣ than hoạt tính có nhiều ứng dụng thực tiễn Nó đƣợc sử dụng rộng rãi sản xuất nhƣ lĩnh vực đời sống thƣờng ngày để nhằm nâng cao sức khỏe cho ngƣời nhƣ nhằm phát triển kinh tế quốc dân Hình 1.1 Ứng dụng than hoạt tính đời sống Cacbon thành phần chủ yếu than hoạt tính với hàm lƣợng khoảng 85 – 95% Bên cạnh than hoạt tính chứa nguyên tố khác nhƣ hiđro, nitơ, lƣu huỳnh oxi Các nguyên tử khác loại đƣợc tạo từ nguồn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon suốt trình hoạt hóa trình khác Thành phần nguyên tố than hoạt tính thƣờng là: 88% C; 0,5% H, 0,5% N, 1% S, nhiên pH môi trƣờng không đƣợc điều chỉnh mà để giá trị Kết khảo sát thu đƣợc nhƣ sau : Bảng 3.3 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ asen vật liệu Thời gian (giờ) Cf - Nồng độ sau (ppm) C0 Q - Tải trọng hấp phụ (mg/g) (ppm) AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 1 1 1 0 0 1,0 0,780 0,930 0,850 0,484 0,560 0,022 0,007 0,015 0,052 0,044 1,5 0,720 0,870 0,780 0,463 0,521 0,028 0,013 0,022 0,054 0,048 2,0 0,650 0,850 0,730 0,443 0,496 0,035 0,015 0,027 0,056 0,050 2,5 0,614 0,844 0,710 0,422 0,500 0,039 0,016 0,029 0,058 0,050 3,0 0,630 0,842 0,693 0,417 0,511 0,037 0,016 0,031 0,058 0,049 3,5 0,614 0,844 0,688 0,422 0,490 0,039 0,016 0,031 0,058 0,051 4,0 0,610 0,841 0,690 0,421 0,495 0,039 0,016 0,031 0,058 0,050 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ asen vật liệu 40 Qua đồ thị hình 3.8 cho ta thấy thời gian hấp phụ cân asen vật liệu từ AC-1 đến AC-5 vào khoảng Mặc dù hai vật liệu biến tính oxi hóa HNO3 đạt cân sớm vào khoảng 1,5 Điều giải thích sau biến tính oxi hóa bề mặt than trở nên ƣu nƣớc Vì ion khuếch tán nhanh vào mao mạch mà không bị cản trở tính kị nƣớc bề mặt than nguyên khai Mặt khác sau biến tính oxi hóa, đƣờng kính trung bình mao mạch tăng lên góp phần làm ion di chuyển nhanh vào bề mặt riêng than 3.3.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu asen Cân xác 1,00 g than biến tính vật liệu Sau cho vào bình tam giác cỡ 250 ml, hút chân không phút Tiếp theo thêm 100 ml dung dịch asen PH=6 có nồng độ khác : 10; 30; 50; 70; 90; 110 (ppm) Tiến hành lắc máy lắc khoảng thời gian hấp phụ cân loại vật liệu Sau lấy dung dịch phân tích thu đƣợc kết nhƣ sau : Bảng 3.4 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ asen vật liệu C0 (ppm) Ce - Nồng độ sau (ppm) qe (mg/g) AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 10 7,110 8,251 6,912 8,255 8,612 0,289 0,175 0,309 0,175 0,139 30 25,020 26,160 21,560 25,250 26,015 0,498 0,384 0,844 0,475 0,399 50 42,880 44,200 40,256 42,615 43,815 0,712 0,580 0,974 0,739 0,619 70 60,523 63,050 59,012 60,625 61,905 0,948 0,695 1,099 0,938 0,810 90 79,952 81,500 78,222 78,855 80,124 1,005 0,850 1,178 1,115 0,988 110 100,46 101,50 98,150 98,595 99,512 0,954 0,850 1,185 1,141 1,049 41 Từ bảng 3.4 ta xây dựng đƣợc phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu nhƣ sau : Hình 3.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-1 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-1 asen : qmax = 1/0,765 = 1,307 mg/g Hình 3.10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-2 42 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-2 asen : qmax = 1/0,7054= 1,418 mg/g Hình 3.11 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-3 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-3 asen : qmax = 1/0,6816= 1,467 mg/g Hình 3.12 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-4 43 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-4 asen : qmax = 1/0,4078=2,452 mg/g Hình 3.13 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-5 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-5 asen : qmax = 1/0,342 = 2,924 mg/g Qua khảo sát tải trọng hấp phụ asen vật liệu cho thấy khả hấp phụ asen vật liệu nhƣ sau : Vật liệu qmax (mg/g) AC-1 1,307 (mg/g) AC-2 1,418 (mg/g) AC-3 1,467 (mg/g) AC-4 2,452 (mg/g) AC-5 2,924 (mg/g) Từ kết thu đƣợc ta thấy vật liệu AC-1, AC-2, AC-3 có độ hấp phụ asen gần tƣơng đƣơng Vật liệu AC-4, AC-5 có khả hấp phụ asen cao (≈ lần so với vật liệu AC-1) Vì vật liệu AC-4, AC-5 bị oxi hóa axit HNO3 làm kích thƣớc trung bình mao mạch tăng lên Vì khả tiếp 44 xúc asen với bề mặt than tăng làm khả hấp phụ cực đại vật liệu tăng Từ kết thu đƣợc ta thấy tải trọng hấp phụ cực đại AC-4 nhỏ vật liệu AC-5 Điều bề mặt hai loại vật liệu AC-4 AC-5 đƣợc oxi hóa HNO3 tạo thành nhóm muối cacboxylat AC-4 tạo thành nhóm axít yếu vật liệu AC-5 Ở dạng axit, anion asenat có khả tạo liên kết hiđro với nhóm chức axit Còn dạng muối Na, anion asenat tạo muối kéo Na+ Nhƣng khả tạo muối khả tạo liên kết hiđro Vì tải trọng hấp phụ cực đại AC-4 nhỏ vật liệu AC-5 3.4 So sánh khả hấp phụ xanh metylen với amoni asen vật liệu 3.4.1 Xác định thời gian cân hấp phụ vật liệu với xanh metylen Để xác định thời gian đạt cân hấp phụ xanh metylen vật liệu tiến hành thí nghiệm nhƣ trình bày mục 2.6.3.1 loại vật liệu Nhƣng pH môi trƣờng không đƣợc điều chỉnh mà để giá trị 6,5 Kết khảo sát thu đƣợc nhƣ sau : Bảng 3.5 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ xanh metylen vật liệu Thời gian (phút) Ce - Nồng độ sau (ppm) C0 qe - Tải trọng hấp phụ (mg/g) AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 50 50 50 50 50 50 0 0 10 50 40,52 41,21 42,13 46,76 44,95 2,37 2,20 1,97 0,81 1,26 20 50 36,52 37,65 39,86 44,63 41,25 3,37 3,09 2,54 1,34 2,19 30 50 32,91 34,83 36,46 43,22 38,75 4,27 3,79 3,39 1,70 2,81 40 50 33,21 31,55 34,60 41,83 36,95 4,20 4,61 3,85 2,04 3,26 50 50 33,21 31,70 34,61 40,93 36,12 4,20 4,58 3,85 2,27 3,47 60 50 33,43 31,50 34,70 40,90 36,25 4,14 4,63 3,83 2,28 3,44 70 50 32,83 31,71 34,59 40,95 35,95 4,29 4,57 3,85 2,26 3,51 45 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ xanh metylen vật liệu Qua đồ thị hình 3.14 cho thấy thời gian hấp phụ cân xanh metylen vật liệu từ AC-1 đến AC-5 vào khoảng 40 phút Mặc dù hai vật liệu biến tính oxi hóa HNO3 đạt cân lâu chút vào khoảng 50 phút Điều giải thích sau biến tính oxi hóa làm giảm tính kị nƣớc bề mặt than nguyên khai Mặt khác xanh metylen chất hữu phân cực Vì khả hút ion trái dấu bề mặt than giảm nên thời gian đạt tới cân vật liệu lâu 3.4.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu xanh metylen Cân xác 0,2 g than biến tính vật liệu cho vào bình tam giác cỡ 250 ml Sau đem hút chân không phút thêm 50 ml dung dịch xanh metylen PH=6,5 nồng độ lần lƣợt khác : 20; 40; 60; 80; 100; 120; 140; 160 (ppm) Tiến hành lắc máy lắc khoảng thời gian hấp phụ cân loại vật liệu Cuối lấy dung dịch phân tích ta thu đƣợc kết nhƣ sau : 46 Bảng 3.6 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ xanh metylen vật liệu C0 (ppm) Ce - Nồng độ sau (ppm) qe (mg/g) AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-5 20 3,50 3,84 2,60 5,25 4,96 4,13 4,04 4,35 3,69 3,76 40 10,66 13,98 15,06 16,25 15,98 7,34 6,50 6,24 5,94 6,01 60 17,17 27,19 26,9 30,45 28,73 10,71 8,20 8,28 7,39 7,82 80 32,10 40,41 39,54 43,54 40,91 11,98 9,90 10,12 9,12 9,77 100 40,78 53,17 51,56 61,24 58,65 14,81 11,71 12,11 9,69 10,34 120 54,41 64,33 64,33 80,31 76,36 16,40 13,92 13,92 9,92 10,91 140 72,66 84,53 83,51 98,29 93,50 16,84 13,87 14,12 10,43 11,63 160 94,82 103,37 104,74 118,24 116,0 16,30 14,16 13,82 10,44 11,00 Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đƣợc phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu nhƣ sau : Hình 3.15 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-1 47 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-1 xanh metylen : qmax = 1/0,0512 = 19,531 mg/g Hình 3.16 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-2 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-2 xanh metylen : qmax = 1/0,0583 = 17,153 mg/g Hình 3.17 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-3 48 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-3 xanh metylen : qmax = 1/0,060 = 16,667 mg/g Hình 3.18 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-4 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-4 xanh metylen : qmax = 1/0,0849 = 11,779 mg/g Hình 3.19 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu AC-5 49 Từ phƣơng trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-5 xanh metylen là: qmax = 1/0,0779= 12,837 mg/g Kết khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại vật liệu xanh metylen nhƣ sau: Vật liệu qmax (mg/g) AC-1 19,531 (mg/g) AC-2 17,153 (mg/g) AC-3 16,667 ( mg/g) AC-4 11,779 ( mg/g) AC-5 12,837 ( mg/g) Từ kết ta thấy vật liệu AC-1, AC-2, AC-3 có tải trọng hấp phụ cực đại xanh metylen lớn Nhƣng tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC-4, AC-5 lại nhỏ nhiều so với loại vật liệu (giảm khoảng 60% so với ba vật liệu trên) Vì vật liệu AC-4, AC-5 biến tính oxi hóa bề mặt, vật liệu có bề mặt có tính ƣa nƣớc phân cực hấp phụ chất phân cực nhƣ xanh metylen Nhƣ oxi hóa mạnh bề mặt vật liệu than hoạt tính khả hấp phụ amoni asen tốt Nhƣng chất hữu phân cực đại diện xanh metylen khả lại giảm Vì lý mà ngƣời ta thƣờng dùng loại than hoạt tính thông thƣờng để xử lý hợp chất hữu phân cực 50 KẾT LUẬN Sau trình làm luận văn rút số kết luận khả biến tính than hoạt tính làm vật liệu xử lý amoni, asen xanh metylen nƣớc nhƣ sau : Tiến hành biến tính than hoạt tính axit tính oxi hóa HCl bazơ NaOH Kết hấp phụ có thay đổi không đáng kể so với dạng than thông thƣờng Tiến hành biến tính axit có tính oxi hóa HNO3, bề mặt than xuất nhóm –COOH nhiều so với dạng than hoạt tính ban đầu Vì kết hấp phụ xanh metylen giảm dần so với mức độ oxi hóa Nhƣng ion amoni ion asenat khả hấp phụ vật liệu lại tăng dần từ vật liệu AC-1 đến AC-5 Riêng amoni khả hấp phụ vật liệu AC-4 tốt so với vật liệu AC-5 chút Vì vật liệu AC-4 tồn nhóm chức dạng muối cacboxylat, dạng nhóm chức cacboxylat dễ dàng phân ly tạo thành ion - + + + COO Na Khi ion NH4 có khả trao đổi với ion Na dễ nên khả hấp phụ vật liệu AC-4 tốt Đã so sánh đƣợc khả hấp phụ cation, anion với phân tử hợp chất hữu phân cực đại diện xanh metylen 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Đoàn Thị Thúy Ái (2013), Khảo sát khả hấp phụ chất màu xanh metylen môi trường nước vật liệu CoFe2O4/bentonit, Tạp chí Khoa học phát triển, 11(2), tr 236-238 Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2000), Một số đặc điểm phân bố asen tự nhiên vấn đề ô nhiễm As môi trường Việt Nam, Hội thảo quốc tế - Ô nhiễm asen, trạng tác động đến sức khoẻ ngƣời giải pháp phòng ngừa, Hà Nội Nguyễn Việt Anh (2005), nghiên cứu xử lý amoni nước ngầm phương pháp sinh học, NXB Giáo Dục, Hà Nội Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lí, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống Kê, Hà Nội Phạm Nguyên Chƣơng (chủ biên) (2002), “Hóa Kỹ Thuật”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Cục Địa chất khoáng sản Việt Nam (2001), Hiện trạng ô nhiễm asen Việt Nam, Hà Nội Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam (2005), Kết quan trắc động thái nước đất vùng Đồng Bắc Bộ, Hà Nội Vũ Đăng Độ (1999), Hóa học ô nhiễm môi trường, NXB Giáo Dục, Hà Nội 10 Trịnh Lê Hùng (2006), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo Dục, Hà Nội 11 Phạm Thị Huyền (2015), Nghiên cứu biến tính than hoạt tính HNO3 KMnO4 làm vật liệu xử lý số chất ô nhiễm nước sinh hoạt, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội 52 12 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí Tập hai, NXB giáo dục, Hà Nội 13 Vũ Xuân Thiều (2012), Hiện trạng ô nhiễm asen nước ngầm Hà Nội, Trung tâm quy hoạch điều tra tài nguyên quốc gia, Bộ Môi trƣờng tài nguyên 14 Lê Thu Thủy (2005), nghiên cứu cố định MnO2 vô định hình kích thước cỡ nano làm vật liệu hấp phụ xử lý Asen môi trường nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội 15 Trịnh Văn Tuyên (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp lọc sinh học sử dụng than cacbon hoá, Dự án hợp tác Viện Công nghệ môi trƣờng, Viện Công nghệ hoá học Viện Nghiên cứu quản lý môi trƣờng Nhật Bản Tài liệu tiếng Anh 16 Bansal R.C., Goyal M (2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group, USA 17 Biniak S (1997), “The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups”, Carbon, Vol 35 (12), pp 1799-1810 18 Cerovic Lj.S et al (2007), “Point of zero charge of different carbides”, Colloids and surfaces A, 297, pp.1 – 19 Chen J P et al (2003), “Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption”, Carbon, 41, pp 1979–1986 20 Chingombe P., Saha B., Wakeman R.J (2005), “Surface modification and characterisation of a coal-based activated carbon”, Carbon, 43, pp 3132– 3143 21 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 1379–1389 53 22 Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K (2003), “Importance of activated carbon’s oxygen surface functional groups on elemental mercury adsorption”, Fuel, 82, pp 451–457 23 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 acid–base surface modification”, Journal of Hazardous Materials, 141, pp 315–319 24 Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”, Elsevier, Spain 25 Matsumoto Masafumi et al (l994), “Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment”, Carbon, Vol 32 (I), pp 111-118 26 Mei S.X., et al (2008), “Effect of surface modification of activated carbon on its adsorption capacity for NH3”, J China Univ Mining & Technol, 18, pp 0261–0265 27 Moreno C (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation”, Carbon, 38, pp 1995–2001 28 Smedley, P L., Kinniburgh, D G (2002), “A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters”, Appl Geochem, 17, pp 517568 29 Tanabe, S., Hori, K., Saito, Y., Haruyama, S., Vu, V P., Kitamura, A (2003), “Song Hong (Red River) delta evolution related to millenniumscale Holocene sea-level changes”, quaternary Science , 22, pp 23452361 54 ... “ Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni kim loại nặng nƣớc” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Than hoạt tính cấu trúc bề mặt 1.1.1 Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ. .. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu xử lý than hoạt tính axit bazơ tính oxi hóa Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chất có khả oxi hóa đại diện dung dịch axit HNO3 Đánh giá khả hấp phụ vật liệu chế... bề mặt hấp phụ nên ngƣời ta hi vọng biến tính than hoạt tính thay đổi đặc trƣng hấp phụ tƣơng tác hấp phụ than hoạt tính Thêm vào biến tính bề mặt than đƣợc thực trình khử việc mang kim loại lên