Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Hữu Thiềng – Người tận tình hướng dẫn trình thực đến hoàn thiện đề tài Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tập thể giáo viên khoa Hoá học - trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ trình thực đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo bạn bè thân hữu nhiệt tình giúp đỡ, dẫn cho trình học tập hoàn thiện đề tài Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Trần Thị Vân Hạnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đối tượng xử lý: ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+ 1.1.1.Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 1.1.2.Tác động sinh hóa ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ người môi trường 1.1.2.1 Chì 1.1.2.2 Đồng 1.1.2.3 Niken 1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 1.2 Giới thiệu số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 1.2.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.4.1 Sự hấp phụ, cân hấp phụ 1.2.4.2 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 11 1.2.5 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 13 1.2.5.1 Đặc tính ion kim loại môi trường nước 13 1.2.5.2 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 13 1.3 Quá trình hấp phụ động cột 14 1.4 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 15 1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.4.2 Cơ sở vạch phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.5 Phương pháp phân tích định lượng phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.6 Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng chì phép đo phổ 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hấp thụ nguyên tử lửa đèn khí (F - AAS) 1.7 Giới thiệu VLHP: Bã mía 17 1.8 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Dụng cụ hoá chất 20 2.1.1 Dụng cụ 20 2.1.2 Hoá chất 20 2.2 Chế tạo VLHP từ bã mía 21 2.3 Khảo sát tính chất bề mặt VLHP chế tạo 21 2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+, Ni2+, Pb2+ theo phương 21 pháp phổ hấp thụ nguyên tử 2.4.1 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ chì 22 2.4.2 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ đồng 22 2.4.3 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ niken 23 2.5 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ VLHP theo 24 phương pháp hấp phụ tĩnh 2.5.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ VLHP 24 2.5.2 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 24 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 24 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến khả 25 hấp phụ VLHP 2.6 Khảo sát khả tách loại thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ 25 VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ động cột 2.6.1 Chuẩn bị cột hấp phụ 25 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng 25 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit clohiđric đến khả giải 26 hấp, thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ VLHP Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.6.3.1 Dùng dung dịch rửa giải EDTA 26 2.6.3.2 Dùng dung dịch rửa giải HNO3 26 2.6.3.2 Dùng dung dịch rửa giải HCl 26 2.7 Khảo sát khả tái sử dụng VLHP 26 2.8 Sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải chứa ion Pb 2+ 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ VLHP 28 3.2 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 29 3.3 Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ VLHP 30 3.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 32 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến 34 khả hấp phụ VLHP 3.5.1 Đối với Cu2+: 35 3.5.2 Đối với Ni2+: 36 3.5.3 Đối với Pb2+: 37 3.6 Kết ảnh hưởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ Cu2+, Ni2+, 38 Pb2+ cột hấp phụ 3.6.1 Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả hấp phụ Cu2+: 38 3.6.2 Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả hấp phụ Ni2+: 41 3.6.3 Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả hấp phụ Pb2+ 43 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit giải hấp 44 3.7.1 Kết khảo sát khả giải hấp dung dịch rửa giải 44 nồng độ khác 3.7.1.1 Khi sử dụng dung dịch giải hấp EDTA 44 3.7.1.2 Khi sử dụng dung dịch giải hấp HNO3 47 3.7.1.3 Khi sử dụng dung dịch giải hấp HCl 50 3.8 Kết tái sử dụng vật liệu hấp phụ với vật liệu hấp phụ 54 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hấp phụ ion Pb2+ 3.9 Kết việc sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải 55 chứa Pb2+ KẾT LUẬN 57 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Nồng độ giới hạn số kim loại nước thải công nghiệp nước cấp sinh hoạt Bảng 2: Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 11 Bảng 3: Điều kiện để xác định chì, đồng, niken 17 Bảng 4: Số liệu xây dựng đường chuẩn chì 22 Bảng 5: Số liệu xây dựng đường chuẩn đồng 22 Bảng 6: Số liệu xây dựng đường chuẩn niken 23 Bảng 7: Các thông số hấp phụ nguyên liệu VLHP 29 Cu2+, Ni2+, Pb2+ Bảng 8: Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào thời 30 gian xử lý Bảng 9: Ảnh hưởng pH đến dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP 32 Bảng 10: Ảnh hưởng nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến dung 34 lượng hiệu suất hấp phụ VLHP Bảng 11: Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir Cu2+, 38 Ni2+, Pb2+ Bảng 12: Ảnh hưởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ 39 VLHP Cu2+ Bảng 13: Ảnh hưởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ 41 VLHP Ni2+ Bảng 14: Ảnh hưởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ VLHP 43 Pb2+ Bảng 15: Kết giải hấp Cu2+ EDTA với nồng độ khác 45 Bảng 16: Kết giải hấp Ni2+ EDTA với nồng độ khác 46 Bảng 17: Kết giải hấp Cu2+ axit HNO3 với nồng độ khác 47 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 18: Kết giải hấp Ni2+ axit HNO3 với nồng độ khác 48 Bảng 19: Kết giải hấp Cu2+ axit HCl với nồng độ khác 50 Bảng 20: Kết giải hấp Ni2+ axit HCl với nồng độ khác 51 Bảng 21: Kết giải hấp Pb2+ axit HCl với nồng độ khác 52 Bảng 22: So sánh khả hấp phụ VLHP VLHP tái sinh 54 Bảng 23: Kết tách loại Pb2+ khỏi nước thải 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình cột hấp phụ 14 Hình : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ 15 điểm cuối cột theo thời gian Hình 3: Đường chuẩn xác định hàm lượng chì 22 Hình 4: Đường chuẩn xác định nồng độ đồng 23 Hình 5: Đường chuẩn xác định nồng độ niken 23 Hình 6: Phổ IR nguyên liệu 28 Hình 7: Phổ IR VLHP 28 Hình 8: Ảnh SEM nguyên liệu 29 Hình 9: Ảnh SEM VLHP 29 Hình 10: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian xử lý 31 Hình 11: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ VLHP vào pH dung 33 dịch Cu2+, Ni2+, Pb2+ Hình 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir hấp phụ Cu2+ 35 Hình 13: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb hấp phụ Cu2+ 36 Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir hấp phụ Ni2+ 36 Hình 15: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb hấp phụ Ni2+ 37 Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir hấp phụ Pb2+ 37 Hình 17: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb hấp phụ Pb2+ 38 Hình 18: Nồng độ Cu2+ sau khỏi cột ứng với tốc độ dòng đơn 40 vị thể tích khác Hình 19: Nồng độ Ni2+ sau khỏi cột ứng với tốc độ dòng đơn 42 vị thể tích khác Hình 20: Nồng độ Pb2+ sau khỏi cột ứng với tốc độ dòng đơn 43 vị thể tích khác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG... hình hấp phụ đẳng nhiệt 11 1.2.5 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 13 1.2.5.1 Đặc tính ion kim loại môi trường nước 13 1.2.5.2 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 13 1.3 Quá trình hấp phụ. .. phương pháp hấp phụ tĩnh 2.5.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ VLHP 24 2.5.2 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 24 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 24 2.5.4 Khảo sát ảnh