Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thăm dò xử lí môi trường

Header Page of 16 -5- MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 1.2 Ảnh hưởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ người 11 1.1.1 Chì 11 1.1.2 Crom 12 1.1.3 Đồng 12 1.1.4 Mangan 12 1.1.5 Niken 13 Quá trình hấp phụ 13 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 13 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 14 1.2.3 Động học hấp phụ 15 1.2.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 16 1.3 Giới thiệu vật liệu hấp phụ - Bã mía 19 1.4 Một số phương pháp định lượng kim loại 22 1.4.1 Phương pháp thể tích 22 1.4.2 Phương pháp trắc quang 23 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 2.1 Thiết bị hoá chất 27 2.1.1 Thiết bị 27 2.1.2 Hoá chất 27 Footer Page 1Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 -62.2 Chế tạo khảo sát số đặc trưng cấu trúc vật liệu hấp phụ 28 2.2.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ 28 2.2.2 Một số đặc trưng cấu trúc VLHP 29 2.3 Định lượng kim loại 31 2.3.1 Dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 31 2.3.2 Dựng đường chuẩn xác định Ni2+ 32 2.3.3 Dựng đường chuẩn xác định Mn2+ 33 2.3.4 Định lượng Pb2+ 34 2.3.5 Định lượng Cu2+ 34 2.4 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 35 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP 36 2.5.1 Ảnh hưởng thời gian 36 2.5.2 Ảnh hưởng pH 39 2.5.3 Ảnh hưởng nồng độ - Cân hấp phụ 41 2.6 Thử xử lí nước thải chứa Cr(VI) 45 KẾT LUẬN 47 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 Footer Page 2Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 -7- DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt 13 Bảng 1.2 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 16 Bảng 1.3 Thành phần hoá học bã mía 20 Bảng 2.1 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 31 Bảng 2.2 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 32 Bảng 2.3 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Ni2+ 32 Bảng 2.4 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Ni2+ 33 Bảng 2.5 Thứ tự dung dịch dựng đường chuẩn xác định Mn2+ 33 Bảng 2.6 Số liệu dựng đường chuẩn xác định Mn2+ 34 Bảng 2.7 So sánh khả hấp phụ nguyên liệu VLHP Cr(VI), Ni2+, Mn2+, Pb2+ Cu2+ 35 Bảng 2.8 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ 36 Bảng 2.9 Thời gian đạt cân hấp phụ ion kim loại 39 Bảng 2.10 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ 40 Bảng 2.11 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ 42 Bảng 2.12 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir 45 Footer Page 3Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 -8- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 19 Hình 1.2 Đồ thị phụ thuộc C cb/q vào Ccb 19 Hình 1.3 Hình ảnh thành phần hoá học bã mía 21 Hình 2.1 Phổ hồng ngoại nguyên liệu 29 Hình 2.2 Phổ hồng ngoại VLHP 30 Hình 2.3 Ảnh SEM VLHP nguyên liệu 31 Hình 2.4 Đường chuẩn xác định Cr(VI) 32 Hình 2.5 Đường chuẩn xác định Ni2+ 33 Hình 2.6 Đường chuẩn xác định Mn2+ 34 Hình 2.7 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian 38 Hình 2.8 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch 41 Hình 2.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu ion 43 Hình 2.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cr(VI) 43 Hình 2.11 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Cr(VI) 43 Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ 44 Hình 2.13 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Ni2+ 44 Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Mn2+ 44 Hình 2.15 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Mn2+ 44 Hình 2.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Pb 2+ 44 Hình 2.17 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Pb 2+ 44 Hình 2.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ 45 Hình 2.19 Sự phụ thuộc C cb/q vào Ccb Cu2+ 45 Footer Page 4Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 -9- MỞ ĐẦU Do phát triển không bền vững mà vấn đề ô nhiễm nguồn nước trở thành vấn nạn nhiều quốc gia Ở nước ta, trình phát triển khu công nghiệp, khu chế xuất góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư sản xuất công nghiệp, góp phần hình thành khu đô thị mới, giảm khoảng cách kinh tế vùng Tuy nhiên, bên cạnh chuyển biến tích cực kinh tế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái khu công nghiệp gây Thực tế, nhiều nhà máy khu công nghiệp hàng ngày thải trực tiếp nước thải có chứa ion kim loại nặng với hàm lượng vượt giới hạn cho phép môi trường Hậu môi trường nước kể nước mặt nước ngầm nhiều khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng Có nhiều phương pháp khác nghiên cứu áp dụng để tách loại kim loại nặng khỏi môi trường nước Một phương pháp nhiều người quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp phụ ion kim loại [3,19,20] Phương pháp có ưu điểm sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có không đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại khác Một nguồn phụ phẩm công nghiệp có khối lượng lớn nước ta bã mía Bã mía với thành phần xenlulozơ hemixenlulozơ thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo vật liệu hấp phụ để tách loại ion kim loại nặng Xuất phát từ lí trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thăm dò xử lí môi trường” Footer Page 5Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 - 10 Với mục đích đó, đề tài nghiên cứu nội dung sau: 1- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía 2- Nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu hấp phụ Cr(VI), Ni2+, Mn2+, Cu2+ Pb2+ môi trường nước 3- Thử xử lí mẫu nước thải chứa Cr(VI) xí nghiệp mạ điện quân đội vật liệu hấp phụ chế tạo Footer Page 6Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 - 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ảnh hƣởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ ngƣời Ở hàm lượng nhỏ số kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể người sinh vật phát triển bình thường, có hàm lượng lớn chúng lại thường có độc tính cao Khi thải môi trường, số hợp chất kim loại nặng bị tích tụ đọng lại đất, song có số hợp chất hoà tan tác động nhiều yếu tố khác Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm Các kim loại nặng có mặt nước, đất qua nhiều giai đoạn khác trước sau vào chuỗi thức ăn người Khi nhiễm vào thể, kim loại nặng tích tụ mô, tác động đến trình sinh hóa (các kim loại nặng thường có lực lớn với nhóm -SHSCH3 enzim thể, enzim bị hoạt tính, cản trở trình tổng hợp protein thể) Ở người, kim loại nặng tích tụ vào nội tạng gan, thận, xương khớp gây nhiều bệnh nguy hiểm ung thư, thiếu máu, ngộ độc, [1,13,18] Dưới tác động số kim loại nặng đến người 1.1.1 Chì Chì thường sử dụng công nghệ sản xuất pin, ắc quy, sản xuất đạn bảo vệ phóng xạ,… Chì nguyên tố độc hại người động vật Nó xâm nhập vào thể sống chủ yếu qua đường tiêu hóa, hô hấp,… Khi ngày tiếp xúc lượng chì cao (>10mg Pb/ngày) vài tuần gây nhiễm độc nặng Ăn 1g Pb/lần chết Các hợp chất hữu chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với hợp chất vô Sự Footer Page 7Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 - 12 nhiễm độc chì gây nhiều bệnh như: giảm trí thông minh; bệnh máu, thận, tiêu hóa, ung thư,…[1,9,13,16] 1.1.2 Crom Nước thải từ công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt nhiên liệu hóa thạch,… nguồn gây ô nhiễm crom Crom có nước thải thường gặp dạng Cr(III) Cr(VI) Cr(III) không độc Cr(VI) độc hại thể người, gây nguy hiểm cho gan, thận đường hô hấp; gây bệnh răng, miệng, kích thích da, [1,9,13,16] 1.1.3 Đồng Đồng nguyên tố cần thiết cho thể người, nhu cầu hàng ngày người lớn khoảng 0,033 - 0,050mg/kg thể trọng Tuy nhiên, hàm lượng đồng thể lớn thể bị nhiễm độc gây số bệnh thần kinh, gan, thận; lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hoá gây tử vong [1,9,13,16] 1.1.4 Mangan Mangan nguyên tố vi lượng cần thiết cho sức khoẻ người trình sinh trưởng phát triển Do mangan hấp thụ qua đường ruột nên không bị ngộ độc ăn uống thực phẩm có chứa nhiều mangan nhu cầu cần thiết (2 - 5mg/ngày) Tuy nhiên, ngộ độc mangan xảy ra, gây rối loạn hoạt động thần kinh với biểu rung giật kiểu Parkinson Cũng có số trường hợp ngộ độc mangan nguồn nước uống bị ô nhiễm nặng mangan rò rỉ từ bãi chôn pin, ắc quy vào nguồn nước sinh hoạt, uống thuốc có chứa mangan liều cao kéo dài, tắm nước khoáng có nhiều mangan thường xuyên [1,9,13,16] Footer Page 8Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 - 13 1.1.5 Niken Niken sử dụng nhiều ngành công nghiệp hoá chất, luyện kim, điện tử, … Vì vậy, thường có mặt nước thải Niken vào thể chủ yếu qua đường hô hấp, gây triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu; tiếp xúc nhiều ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan thận; da tiếp xúc lâu dài với niken gây tượng viêm da, xuất dị ứng,…[1,9,13,16] Bảng 1.1 Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt [12] Stt Tên tiêu Giá trị giới hạn (mg/l) Nước thải công nghiệp Nước cấp sinh hoạt Hàm lượng chì 0,10 0,01 Hàm lượng crom 0,05 0,05 Hàm lượng đồng 2,00 1,00 Hàm lượng mangan 0,50 0,50 Hàm lượng niken 0,20 0,10 1.2 Quá trình hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất có bề mặt, xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ; chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ Ngược với trình hấp phụ trình giải hấp phụ Đó trình chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học [2,7,11] Footer Page 9Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 10 of 16 - 14 1.2.1.1 Hấp phụ vật lý Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion…) bề mặt phân chia pha lực liên kết Van Der Walls yếu Đó tổng hợp nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng lực định hướng Trong hấp phụ vật lý, phân tử chất bị hấp phụ chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ bị ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại bề mặt chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn [2,7,11] 1.2.1.2 Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, đạt tới giá trị 800kJ/mol Trong thực tế phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học tương đối, ranh giới chúng không rõ rệt Trong số trình hấp phụ xảy đồng thời hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học [2,7,11] 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước Trong nước, tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ phức tạp nhiều hệ có ba thành phần gây tương tác: nước , chất hấp phụ chất bị hấp phụ Do có mặt dung môi nên hệ xảy trình hấp phụ cạnh tranh chất bị hấp phụ dung môi bề mặt chất hấp phụ Cặp có tương tác mạnh hấp phụ xảy cho cặp Tính chọn lọc cặp tương tác phụ thuộc vào yếu tố: độ tan chất bị hấp phụ nước, tính ưa kị nước chất hấp phụ, mức độ kị nước chất bị hấp phụ môi trường nước Footer Page 10 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 33 of 16 - 37 (1) Mn2+ Pb2+ Cu2+ (2) (3) (4) (5) (6) 88,00 21,70 75,34 6,63 10 88,00 11,30 87,16 7,67 20 88,00 10,80 87,73 7,72 30 88,00 10,70 87,84 7,73 45 88,00 10,00 88,64 7,80 60 88,00 10,00 88,64 7,80 90 88,00 9,60 89,09 7,84 10 2691,00 2359,80 12,31 33,12 20 2691,00 2318,40 13,85 37,26 40 2691,00 2256,30 16,15 43,47 60 2691,00 2173,50 19,23 51,75 80 2691,00 2173,50 19,23 51,75 100 2691,00 2173,50 19,23 51,75 120 2691,00 2173,50 19,23 51,75 633,60 458,88 27,61 17,6 10 633,60 311,68 50,84 32,21 20 633,60 300,80 52,53 33,28 30 633,60 298,88 52,69 33,39 45 633,60 302,08 52,36 33,17 60 633,60 300,80 52,53 33,28 90 633,60 300,80 52,53 33,28 Footer Page 33 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 34 of 16 - 38 60 q (mg/g) 50 Cr(VI) Ni2+ Ni2+ Mn2+ Mn2+ Pb2+ Pb2+ Cu2+ Cu2+ 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100 Thời gian (phút) 120 140 Hình 2.7 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian Từ kết bảng 2.8 hình 2.7, thấy: - Với Cr(VI): Trong khoảng thời gian khảo sát (10÷120 phút), từ 10 đến 90 phút đầu dung lượng hấp phụ Cr(VI) VLHP tăng nhanh, từ 90 phút trở dung lượng hấp phụ tăng chậm tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Cr(VI) 90 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Cr(VI) - Với Ni2+ : Trong khoảng thời gian khảo sát (10÷120 phút) dung lượng hấp phụ VLHP Ni2+ thay đổi không nhiều (16,43÷16,56mg/g) Tuy nhiên, thấy sau 60 phút dung lượng hấp phụ tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Ni2+ 60 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Ni2+ - Với Mn2+ : Trong khoảng thời gian khảo sát (5÷90 phút), từ 45 phút trở dung lượng hấp phụ Mn2+ VLHP tăng chậm tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Mn2+ 45 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Mn2+ Footer Page 34 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 35 of 16 - 39 - Với Pb 2+: Trong khoảng thời gian khảo sát (10÷120 phút), từ 10 đến 60 phút đầu dung lượng hấp phụ VLHP Pb 2+ tăng nhanh, từ 60 phút trở dung lượng hấp phụ tăng chậm tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Pb 2+ 60 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Pb 2+ - Với Cu2+ : Trong khoảng thời gian khảo sát (5÷90phút), từ đến 10 phút đầu dung lượng hấp phụ Cu2+ VLHP tăng nhanh, từ 10 đến 20 phút dung lượng hấp phụ tăng chậm sau 20 phút dung lượng hấp phụ Cu2+ tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Cu2+ 20 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Cu2+ Thời gian đạt cân hấp phụ ion kim loại bảng 2.9 Bảng 2.9 Thời gian đạt cân hấp phụ ion kim loại Ion Thời gian đạt cân (phút) Cr(VI) Ni2+ Mn2+ Pb2+ Cu2+ 90 60 45 60 20 Qua bảng 2.9 thấy với ion thời gian đạt cân hấp phụ khác Điều hoàn toàn hợp lý khả hấp phụ VLHP với ion khác Ngoại trừ Cr(VI) tồn dạng anion, ion Ni2+, Mn2+, Pb2+ Cu2+ có điện tích có kích thước khác nên tương tác chúng với tâm hấp phụ bề mặt VLHP khác 2.5.2 Ảnh hưởng pH Lấy bình tam giác dung dịch 100ml, đánh số từ đến cho vào bình 0,5g VLHP 50ml dung dịch chứa ion kim loại có nồng độ xác định giá trị pH khác (Cụ thể: Cr(VI) từ 1,35÷7,33; Ni2+ từ 1,47÷6,24; Pb 2+ từ 1,00÷4,94; Cu2+ từ 1,80÷5,21) pH dung dịch Footer Page 35 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 36 of 16 - 40 điều chỉnh dung dịch HNO 10% dung dịch NaOH 0,1N T iến hành hấp phụ khoảng thời gian cân ion xác định mục 2.5.1, xác định nồng độ ion lại dung dịch Các kết thu được bảng 2.10 hình 2.8 Bảng 2.10 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ion Cr(VI) Ni2+ Pb2+ Cu2+ pH Co (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 1,35 223,00 98,00 56,05 12,50 2,21 223,00 105,00 52,91 11,80 3,00 223,00 106,20 52,38 11,68 4,34 223,00 110,79 50,32 11,22 5,07 223,00 111,00 50,22 11,20 6,21 223,00 105,91 52,91 11,80 7,33 223,00 113,00 49,33 11,00 1,47 184,80 16,43 91,11 16,84 2,40 184,80 8,87 95,20 17,59 4,06 184,80 4,44 97,60 18,04 5,10 184,80 3,70 98,00 18,11 6,24 184,80 7,11 96,15 17,77 1,00 2670,30 2370,15 11,24 30,02 2,16 2670,30 2297,70 13,95 37,26 3,06 2670,30 2194,20 17,83 47,61 4,06 2670,30 2152,80 19,38 51,75 4,94 2670,30 2090,70 21,71 57,96 1,80 633,60 612,30 3,36 2,13 2,30 633,60 366,90 42,09 26,67 3,02 633,60 300,8 52,53 33,28 3,90 633,60 298,67 52,86 33,49 5,21 633,60 299,73 52,69 33,39 Footer Page 36 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 37 of 16 - 41 70 60 q (mg/g) 50 Cr(VI) Cr(VI) 2+ Ni Ni 2+ Pb Pb 2+ Cu Cu 40 30 20 10 0 pH Hình 2.8 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH dung dịch Các kết bảng 2.10 hình 2.8 cho thấy khoảng pH tối ưu cho hấp phụ VLHP ion kim loại: Cr(VI) pH=1÷2; Ni2+ pH=5÷6, Pb2+ pH=4÷5 Cu2+ pH=4÷5 Riêng Mn2+ khảo sát khoảng pH từ 1÷2 2.5.3 Ảnh hưởng nồng độ - Cân hấp phụ 2.5.3.1 Ảnh hưởng nồng độ Lấy bình tam giác dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào bình 0,5g VLHP 50ml dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ khác xác định (Cụ thể: Cr(VI) từ 102,00÷739,00 mg/l; Ni2+ từ 56,00÷754,00mg/l; Mn2+ từ 88,00÷450,00mg/l; Pb 2+ từ 252,54÷2424,60mg/l; Cu2+ từ 60,80÷632,53mg/l) Tiến hành hấp phụ khoảng thời gian pH tối ưu với ion kim loại xác định mục 2.5.1 2.5.2, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch Kết bảng 2.11 hình 2.9 Footer Page 37 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 38 of 16 - 42 Bảng 2.11 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ Ion Cr(VI) Ni2+ Mn2+ Pb2+ Cu2+ Co (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 102,00 38,30 62,45 6,37 184,00 86,50 52,99 9,75 326,00 157,50 51,69 16,85 398,00 202,00 49,25 19,60 739,00 442,00 40,19 29,70 56,00 0,38 99,32 5,56 192,00 11,60 93,96 18,04 293,00 22,74 92,24 27,03 412,00 61,00 85,19 35,10 754,00 162,00 78,51 59,20 88,00 7,40 91,59 8,06 185,00 16,60 91,03 16,84 260,00 24,60 90,54 23,54 375,00 37,60 89,97 33,74 450,00 59,30 86,82 39,07 252,54 182,16 27,87 7,04 606,51 459,54 24,23 14,70 1211,00 945,99 21,88 26,50 1800,90 1500,80 16,66 30,01 2442,60 2074,10 15,08 36,85 60,80 18,13 70,18 4,27 162,13 50,13 69,08 11,20 312,53 105,60 66,21 20,69 478,93 215,47 55,10 26,35 632,53 297,60 52,95 33,49 Footer Page 38 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 39 of 16 q (mg/g) - 43 70 60 50 40 30 20 10 Cr(VI) Cr(VI) Ni2+ Ni 2+ Mn Mn 2+ Pb Pb 2+ Cu Cu 500 1000 1500 2000 2500 Nồng độ ban đầu Co (mg/l) 3000 Hình 2.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu ion Các kết bảng 2.11 hình 2.9 cho thấy khoảng nồng độ khảo sát với ion: Cr(VI) từ 102 đến 739mg/l; Ni2+ từ 56 đến 754mg/l; Mn2+ từ 88 đến 450mg/l; Pb 2+ từ 252,54 đến 2442,6mg/l; Cu2+ từ 60,8 đến 632,53mg/l, tăng nồng độ, dung lượng hấp phụ VLHP kim loại tăng; hiệu suất hấp phụ giảm dần 2.5.3.2 Cân hấp phụ Từ kết thu nghiên cứu cân hấp phụ với ion kim loại theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 35 30 25 20 15 10 20 Ccb/q (g/l) q (mg/g) a) Crom 15 10 y = 0.0201x + 6.1641 R2 = 0.956 0 100 200 300 400 500 Ccb (mg/l) 100 200 300 Ccb (mg/l) 400 500 Hình 2.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.11 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Langmuir Cr(VI) Ccb Cr(VI) Footer Page 39 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 40 of 16 - 44 - 70 60 50 40 30 20 10 Ccb/q (g/l) q (mg/g) b) Niken 50 100 Ccb (mg/l) 150 200 Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 y = 0.0153x + 0.4165 R = 0.9292 50 100 150 Ccb (mg/l) 200 Hình 2.13 Sự phụ thuộc Ccb/q vào 2+ Ccb Ni2+ c) Mangan 50 Ccb/q (g/l) q (mg/g) 40 30 20 10 0 20 40 60 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 80 y = 0.0113x + 0.7887 R2 = 0.9283 Ccb (mg/l) 20 40 Ccb (mg/l) 60 80 Hình 2.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.15 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Langmuir Mn 2+ Ccb Mn 2+ d) Chì Ccb/q (g/l) q (mg/g) 40 30 20 10 0 500 1000 1500 2000 2500 Ccb (mg/l) 60 50 40 30 20 10 y = 0.0165x + 22.774 R2 = 0.9779 1000 2000 3000 Ccb (mg/l) Hình 2.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.17 Sự phụ thuộc Ccb/q Langmuir Pb 2+ vào Ccb Pb 2+ Footer Page 40 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 41 of 16 - 45 - 40 35 30 25 20 15 10 10 Ccb/q (g/l) q (mg/l) e) Đồng y = 0.0184x + 3.6563 R2 = 0.9635 0 50 100 150 200 250 300 350 Ccb(mg/g) 100 200 Ccb (mg/l) 300 400 Hình 2.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.19 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Langmuir Cu 2+ Ccb Cu 2+ Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir kim loại, tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max hệ số Langmuir K với kim loại: Bảng 2.12 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir Ion Cr(VI) Ni2+ Mn2+ Pb2+ Cu2+ Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 49,75 65,36 88,50 60,61 54,35 Hằng số Langmuir K 0,0033 0,0367 0,0143 0,0007 0,0050 2.6 Thử xử lí nƣớc thải chứa Cr(VI) Mẫu nước lấy bể thải phân xưởng mạ điện, xí nghiệp mạ điện quân đội chưa qua xử lí Nước thải lấy bảo quản theo TCVN 4574-88 - Dụng cụ lấy mẫu: chai polyetylen - Mẫu lấy xong cố định 5ml HNO đặc Lấy ba bình tam giác dung tích 100ml, đánh số bình từ đến 3, cho vào bình 50ml nước thải 0,5g VLHP Tiến hành hai lần hấp phụ Footer Page 41 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 42 of 16 - 46 điều kiện thời gian pH tối ưu cho hấp phụ Cr(VI) xác định Xác định nồng độ Cr(VI) lại dung dịch Kết thu được: - Nồng độ Cr(VI) nước thải: 326mg/l - Nồng độ Cr(VI) lại sau lần hấp phụ: 303mg/l Giảm 7,06% so với nồng độ ban đầu - Nồng độ Cr(VI) lại sau hai lần hấp phụ: 290mg/l Giảm 11,04% so với nồng độ ban đầu Như vậy, sau hai lần hấp phụ kết cho thấy VLHP có khả tách loại Cr(VI) nước thải tiến hành liên tiếp nhiều lần làm giảm hàm lượng Cr(VI) nước thải tới giới hạn cho phép Footer Page 42 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 43 of 16 - 47 - KẾT LUẬN Đã chế tạo VLHP từ bã mía khảo sát số đặc điểm cấu trúc bề mặt VLHP 1.1 Khảo sát cấu trúc VLHP qua phổ hồng ngoại VLHP cho thấy phân tử anhydrit succinic este hóa nhóm hydroxyl bã mía 1.2 Khảo sát đặc điểm bề mặt VLHP qua ảnh SEM cho thấy bã mía sau hoạt hóa có cấu tạo xốp so với bã mía chưa hoạt hóa Đã khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP Cr(VI), Ni2+, Mn2+, Pb2+ Cu2+ Kết cho thấy nguyên liệu VLHP hấp phụ ion kim loại dung dịch Tuy nhiên, khả hấp phụ VLHP ion kim loại tốt nhiều so với nguyên liệu Đã nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến hấp phụ VLHP Cr(VI), Ni2+, Mn2+, Pb 2+ Cu2+ Kết thu cho thấy: 3.1 Thời gian đạt cân hấp phụ: - Cr(VI): 90 phút - Ni2+ - Mn2+ : 45 phút - Pb2+ : 60 phút - Cu2+ : 20 phút : 60 phút 3.2 Khoảng pH tối ưu: - Đối với Pb 2+ Cu2+: pH=4÷5 - Đối với Ni2+ : 5÷6 - Đối với Cr(VI) : 1÷2 3.3 Nồng độ ban đầu: Trong khoảng nồng độ khảo sát với ion kim loại, nồng độ ion kim loại tăng dung lượng hấp phụ VLHP ion kim loại tăng Footer Page 43 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 44 of 16 - 48 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Cr(VI), Ni2+, Mn2+, Pb 2+ Cu2+ Cụ thể dung lượng hấp phụ cực đại VLHP ion kim loại là: - Cr(VI): 49,75mg/g - Ni2+ - Mn2+ : 88,50mg/g - Pb2+ : 60,61mg/g - Cu2+ : 54,35mg/g : 65,36mg/g Đã thử xử lí mẫu nước thải chứa Cr(VI) nhà máy mạ điện quân đội Kết cho thấy VLHP có khả tách loại Cr(VI) môi trường nước Footer Page 44 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 45 of 16 - 49 - DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng, “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Ni2+ môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía ứng dụng vào xử lí môi trường”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, số (46), tập 2, năm 2008, trang 118 – 121 Footer Page 45 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 46 of 16 - 50 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Huy Bá (chủ biên) (2000), Độc học môi trường, Nxb ĐH Quốc gia TP HCM Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, Nxb Thống kê, Hà Nội Trịnh Ngọc Châu, Triệu Thị Nguyệt, Vũ Đăng Độ (2001), “Nghiên cứu khả sử dụng số phụ phẩm nông nghiệp để hấp thụ số ion kim loại nặng nước thải”, Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ hai - ngành Hoá học, trường ĐH Quốc gia Hà Nội Nguyễn Tinh Dung (2002), Hóa học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hoá học, Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lí, Nxb Giáo dục, Hà Nội P.P Koroxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hoá học (Người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua,…), Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Hoàng Nhâm (2001), Hóa vô tập ba, Nxb Giáo dục, Hà Nội 10 Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 11 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II, Nxb Giáo dục, Hải Phòng 12 Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5945-2005, TCVN 5502-2003, TCVN 457388, TCVN 4574-88, TCVN 4577-88, TCVN 4578-88 Footer Page 46 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 47 of 16 - 51 13 Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường sức khoẻ người, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 14 Hồ Sĩ Tráng (2005), Cơ sở hoá học gỗ xennluloza, tập 1, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương (2000), Các phương pháp phân tích kim loại nước nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Tp Hồ Chí Minh 16 Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vô tập 2: Các kim loại điển hình, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Tiếng Anh 17 David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, The United States of America 18 Jaakko Paasivirta (1991), Chemical E toxicalog, Lewis Publishers 19 Osvaldo Karnitz Jr, L.V.A Gurgel, J.C.P de Melo, V.R Botaro, T.M.S Melo, R.P.de Freitas Gil and L.F Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology, 98, 1291-1297 20 Umesh K Garg and Dhiraj Sud (2005), “Optimization of process parameters for removal of Cr(VI) from aqueous solutions using modified sugarcane bagasse”, Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, 4(6), 1150-1160 21 Yong-Jae Lee (2005), “Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and peroxide”, B.Sc., Chonnam National University Các trang web 22 http://www.thanhthanhcong.com 23 http://faostat.fao.org Footer Page 47 Số of hóa16 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... loại ion kim loại nặng Xuất phát từ lí trên, chọn đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thăm dò xử lí môi trường Footer Page 5Sốofhóa 16.bởi... chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn [2,7,11] 1.2.1.2 Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa... số nhà khoa học nghiên cứu biến tính bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lí môi trường, nhà khoa học Braxin, Ấn Độ, Malaixia,…[19,20] Ở nước ta có công trình nghiên cứu sử dụng bã mía làm vật liệu