Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG Cu2+ VÀ Zn2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU SiO2 TÁCH TỪ VỎ TRẤU Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - Năm 2012 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Phản biện 1: GS.TS ĐÀO HÙNG CƯỜNG Phản biện 2: TS NGUYỄN THỊ BÍCH TUYẾT Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 11 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Ngày nay, với gia tăng hoạt ñộng công nghiệp việc sản sinh chất thải nguy hại, tác ñộng tiêu cực trực tiếp ñến môi trường, ñặc biệt ảnh hưởng nghiêm trọng môi trường nước Các hoạt ñộng khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp ñiện tử, mạ ñiện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm ñã tạo nguồn ô nhiễm môi trường nước chứa kim loại nặng Cu, Zn, Pb, Ni, As hợp chất hữu ñộc hại Những chất có liên quan trực tiếp ñến biến ñổi gan, ung thư ảnh hưởng nghiêm trọng ñến môi trường dù hàm lượng nhỏ Do ñó, nghiên cứu tách ion kim loại nặng hợp chất hữu ñộc hại từ nguồn nước bị ô nhiễm vấn ñề quan trọng nhằm bảo vệ sức khỏe cộng ñồng thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Đã có nhiều phương pháp ñược sử dụng, ñó phương pháp hấp phụ tỏ có nhiều ưu ñiểm ñược sử dụng rộng rãi ưu ñiểm xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị ñặc biệt tái sử dụng vật liệu hấp phụ Trong phương pháp hấp phụ vật liệu khoáng sét hay vật liệu biến tính từ phế phẩm nông nghiệp (Biomass) tro trấu, sơ dừa, vỏ lạc, bã mía, vỏ sắn,… ñược xem loại vật liệu hấp phụ có nhiều triển vọng Theo số tài liệu khảo sát sơ nhận thấy trấu có chứa lượng lớn SiO2 với cấu trúc xốp nên ñược sử dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng chất hữu nước Footer Page of 126 Header Page of 126 Việc nghiên cứu tách SiO2 từ vỏ trấu ñể ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng số hợp chất hữu nước có ý nghĩa thực tiễn việc sử dụng cách có hiệu nguồn vỏ trấu khổng lồ, giảm thiểu khả gây ô nhiễm môi trường, ñồng thời tạo loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền từ nguồn nguyên liệu phế thải lúa Vì vậy, chọn ñề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ Zn2+ nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu” ñể nhằm tìm hiểu loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng xử lý môi trường Mục tiêu ñề tài Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu : Vỏ trấu lấy từ Núi Thành - Quảng Nam + Phạm vi nghiên cứu: khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ ion kim loại vỏ trấu sau biến tính, từ ñó rút nhận xét, khả hấp phụ ion kim loại vỏ trấu Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lí thuyết - Thành phần tính chất SiO2 - Thành phần vỏ trấu, tro trấu - Các phương pháp hấp phụ giải hấp - Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) - Phương pháp kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) - Phương pháp ño ñẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET) - Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) Footer Page of 126 Header Page of 126 - Phổ hồng ngoại (IR) 4.2 Phương pháp thực nghiệm Xác ñịnh thành phần ñặc tính hóa lý vỏ trấu • Xác ñịnh thành phần ñặc tính hóa lý tro trấu • Khảo sát số tính chất vật lý vỏ trấu • Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ NaOH ñến trình tách SiO2 từ vỏ trấu • Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ bể số ion kim loại nặng (Cu2+, Zn2+) vỏ trấu biến tính Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài So sánh khả hấp phụ vỏ trấu chưa biến tính biến tính nhằm tạo vật liệu hấp phụ cao, hiệu giá thành lại rẻ ñối với ion kim loại nặng nước Bố cục luận văn Ngoài phần mở ñầu, kết luận - kiến nghị tài liệu tham khảo, luận văn gồm có chương sau : Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận luận CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược Silic ñioxit 1.2 Kim loại ñồng kẽm 1.3 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.4 Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 2.2 Pha chế hóa chất Footer Page of 126 Header Page of 126 2.3 Xác ñịnh thành phần số ñặc tính hóa lý vỏ trấu 2.4 Xác ñịnh thành phần ñặc tính hóa lý tro trấu 2.5 Quá trình tách silic ñioxit (SiO2) từ vỏ trấu Vỏ trấu SiO2 Nung 5500C SiO2.nH2O 1/ Rửa sạch, phơi khô 2/ Đốt 3/ Nung 8000C Tro trấu 1/ Thêm dung dịch NaOH 5M Sấy 1000c 2/ Đun nóng 3/ Lọc Thêm dung dịch Hỗn hợp dạng HCl 4M Dung dịch gel Rửa nước cất Hình 2.1 Sơ ñồ tách SiO2 từ vỏ trấu 2.6 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ NaOH ñến trình tách SiO2 từ vỏ trấu 2.7 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ 2.8 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ cột Cu2+ Zn2+ Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết xác ñịnh thành phần hóa học số ñặc tính hóa lý vỏ trấu 3.1.1 Kết xác ñịnh thành phần hóa học vỏ trấu Hình 3.1 Vỏ trấu Kết xác ñịnh thành phần nguyên tố vỏ trấu ñược trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết xác ñịnh thành phần nguyên tố vỏ trấu Nguyên tố C O H Mg Al Phần trăm khối lượng (%) 30,68 55,01 3,35 0,09 0,58 Nguyên tố Si P S K Ca Phần trăm khối lượng (%) 9,81 0,02 0,05 0,28 0,15 * Nhận xét: Từ bảng 3.1 ta thấy thành phần vỏ trấu chủ yếu chứa nguyên tố C, H, O, Si ( chiếm tới 98,85%) lại nguyên tố khác không ñáng kể Trong ñó, hàm lượng Si chiếm tỉ lệ tới 9,81 % (tương ñương với phần trăm SiO2 21,02%) nên thuận lợi cho việc tách SiO2 ñể sử dụng cho trình hấp phụ 3.1.2 Kết xác ñịnh ñộ ẩm vỏ trấu Footer Page of 126 Header Page of 126 Vỏ trấu sau làm phơi khô hàm lượng nước ñó chiếm tỉ lệ ñáng kể (8,96%) 3.1.3 Kết xác ñịnh hàm lượng tro Hàm lượng tro vỏ trấu 10,32 % 3.2 Kết xác ñịnh thành phần hóa học tro trấu Trấu ñem ñốt nung ñến hoàn toàn lò nung khoảng ta ñược kết hình 3.2 3.3 Hình 3.2 Vỏ trấu sau ñốt Hình 3.3 Tro trấu sau nung Kết xác ñịnh thành phần nguyên tố tro trấu ñược trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết xác ñịnh thành phần phần trăm nguyên tố tro trấu Nguyên tố C O Na Mg Si P Phần trăm khối lượng (%) 3.50 48.78 0.11 0.35 42.31 0.22 Nguyên tố S Cl K Ca Mn Phần trăm khối lượng (%) 0.17 0.33 3.08 0.93 0.21 * Nhận xét : Từ kết xác ñịnh bảng 3.3 ta thấy tro trấu sau nung lại chủ yếu nguyên tố Si O Footer Page of 126 Header Page of 126 (chiếm tới 91.09 %), nguyên tố cacbon trình nung ñã bị oxi hóa ñi lượng lớn Trong tro trấu lúc chủ yếu chứa SiO2 với hàm lượng gần 90.66 (%) thuận tiện cho việc tách SiO2 khỏi tro trấu 3.3 Tách silic ñioxit từ vỏ trấu 3.3.1 Ảnh hưởng nồng ñộ NaOH ñến trình tách ñioxit từ vỏ trấu Tiến hành thí nghiệm với gam tro trấu, 100ml dung dịch NaOH với nồng ñộ bảng 3.5, thời gian ñun 1,5 ta thu ñược kết bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng ñộ NaOH ñến trình tách SiO2 từ vỏ trấu Nồng ñộ NaOH (M) 2,5 3,5 Khối lượng SiO2 (gam) 2,74 2,79 3,04 3,87 4,11 Nồng ñộ NaOH (M) 4,5 5,5 Khối lượng SiO2 (gam) 4,19 4,28 4,30 4,31 Khối lượng Silic ddioxxit (gam) Kết ñược thể ñồ thị hình 3.4 sau: 4.5 3.5 2.5 2 Nồng ñộ NaOH (mol/l) Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng ñộ NaOH ñến trình tách SiO2 từ vỏ trấu Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.5 ñồ thị hình 3.4 ta thấy nồng ñộ NaOH tăng lên khối lượng SiO2 tách tăng lên Từ nồng ñộ NaOH lớn 5M khối lượng SiO2 tách tăng lên không ñáng kể.Từ kết chọn nồng ñộ NaOH 5M cho trình tách NaOH sau 3.3.2 Kết xác ñịnh ñộ tinh khiết silic ñioxit Silic ñioxit ñược tách từ trình ñược kết hình 3.5 Hình 3.5 Silic ñioxit Kết xác ñịnh ñộ tinh khiết SiO2 ñược trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết xác ñịnh thành phần phần trăm nguyên tố silic ñioxit Nguyên tố O Na Si Phần trăm khối lượng (%) 52,22 1,95 41,46 Cl 2,37 * Nhận xét: Từ bảng 3.6 ta nhận thấy mẫu silic ñioxit tách phần trăm nguyên tố Si O chủ yếu, chứng tỏ mẫu silic ñioxit chiếm tỉ lệ cao (88,84%) thuận lợi cho việc sử dụng vật liệu ñể hấp phụ ion kim loại 3.3.3 Kết chụp SEM mẫu Silic ñioxit Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 12 Trong ñó píc 3446,2 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng kéo căng nhóm O-H gắn nhóm silanol tự (Si-O-H) Píc 1099,3 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng hóa trị nhóm siloxan (Si-O-Si) Píc 806,8 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng nhóm SiOH Píc 467 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng biến dạng góc nhóm siloxan (Si-O-Si) 3.3.5 Kết ño phổ nhiễu xạ (XRD) mẫu silic ñioxit Kết ño XRD mẫu silic ñioxit ñược trình bày hình 3.8 Hình 3.8 Kết ño XRD mẫu silic ñioxit * Nhận xét: Từ kết ño XRD khẳng ñịnh silic ñioxit ñược tách tồn dạng vô ñịnh hình (chỉ có pic xuất 31,691o 45,442o với cường ñộ thấp), có ñộ xốp cao, thuận lợi cho việc sử dụng hấp phụ ion kim loại nặng nước 3.3.6 Kết ño xác ñịnh diện tích bề mặt riêng (BET) mẫu silic ñioxit Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 Hình 3.9 Kết ño BET mẫu silic ñioxit * Nhận xét: : Silic ñioxit có diện tích bề mặt riêng 116,56 m /g, ñường kính mao quản trung bình 311,21 A0 Diện tích bề mặt riêng ñường kính trung bình silic ñioxit lớn nên thuận lợi cho trình hấp phụ ion kim loại nặng nước 3.4 Nghiên cứu khả hấp phụ bể silic ñioxi ñối với ion Cu2+ Zn2+ 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Lấy vào cốc 100ml dung dịch Cu2+ Zn2+ nồng ñộ 20mg/l, pH = 6,0 Cho vào cốc 1,0 gam silic ñioxit Khuấy ñều máy khuấy từ nhiệt ñộ phòng (khoảng 30oC) khoảng thời gian 50 phút, 100 phút, 150 phút, 200 phút, 250 phút Kết ảnh hưởng thời gian khuấy ñến trình hấp phụ ion Cu2+, Zn2+ SiO2 ñược trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Dung dịch Cu2+ Thời Mẫu gian Ci (mg/l) (phút) Cf q (mg/l) (mg/g) H (%) Dung dịch Zn2+ Cf q (mg/l) (mg/g) H (%) 50 20 2,733 1,727 86,34 5,780 1,422 71,10 100 20 2,235 1,777 88,83 4,770 1,523 76,15 150 20 1,916 1,808 90,42 3,728 1,627 81,36 200 20 1,904 1,810 90,48 3,688 1,631 81,56 250 20 1,900 1,810 90,50 3,680 1,632 81,60 Hiệu suất hấp phụ ñược thể ñồ thị hình 3.11 Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 Hiệu suất hấp phụ (%) 95 90 85 Hiệu suất Cu 80 Hiệu suất Zn 75 70 65 50 100 150 200 250 300 Thời gian khuấy (phút) Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến hiệu suất hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ * Nhận xét: Khi thời gian khuấy tăng lên từ 50 phút ñến 150 phút tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên nhanh theo Từ thời gian 150 phút trở ñi tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên không ñáng kể Do ñó thời gian khuấy 150 phút ñối với ion Cu2+ Zn2+ ñược chọn cho thí nghiệm 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Lấy vào cốc 100ml dung dịch Cu2+ Zn2+ nồng ñộ 20mg/l Điều chỉnh pH dung dịch 2,0 ñến 9,0 ( sử dụng dung dịch HCl NaOH ñể ñiều chỉnh pH) Cho vào cốc 1,0 gam silic ñioxit Khuấy nhiệt ñộ khoảng 30oc khoảng thời gian 150 phút (thời gian khuấy tối ưu) Kết ñược trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Dung dịch Cu2+ Mẫu Ci (mg/l) 20 Cf q (mg/l) (mg/g) (%) 11,502 0,850 42,49 pH 2,0 Dung dịch Zn2+ Footer Page 14 of 126 H pH 2,0 Cf q H (mg/l) (mg/g) (%) 10,350 0,965 48,25 Header Page 15 of 126 15 20 3,0 10,446 0,955 47,77 3,0 9,480 1,052 52,60 20 4,0 9,060 1,094 54,70 4,0 9,410 1,059 52,95 20 5,0 7,584 1,242 62,08 5,0 6,750 1,325 66,25 20 6,0 1,916 1,808 90,42 6,0 3,728 1,627 81,36 20 7,0 1,556 1,844 92,22 7,0 1,264 1,874 93,68 20 8,0 1,560 1,844 92,20 8,0 1,280 1,872 93,60 20 9,0 1,564 1,844 92,18 9,0 1,286 1,871 93,57 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 Hiệu suất Cu 60 Hiệu suất Zn 50 40 30 20 10 pH dung dịch Hình 3.13 Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.8 ñồ thị hình 3.13 ta thấy pH tăng lên hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ tăng nhanh theo Đến pH 7,0 hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ dao ñộng không ñáng kể nên chọn pH 7,0 cho trình hấp phụ Đồng thời ta thấy hấp phụ Zn2+ Silic ñioxit phụ thuộc nhiều vào pH 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ rắn – lỏng ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng SiO2/thể tích dung dịch ñược khảo sát ñiều kiện: nồng ñộ Cu2+, Zn2+ 20 mg/l, pH = 7,0, thời gian khuấy 150 phút, nhiệt ñộ 30oC Tỉ lệ khối lượng SiO2/thể tích dung dịch thay ñổi từ 0,4 ÷ 3,0 g/100 ml Kết phụ thuộc Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 hiệu suất tải trọng hấp phụ Cu2+, Zn2+ vào nồng ñộ SiO2 ñược thể bảng 3.9 Bảng 3.9 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn – lỏng ñến trình hấp phụ bể Cu2+và Zn2+ Mẫu Dung dịch Cu2+ Ci (mg/l) Dung dịch Zn2+ m SiO2 Cf q H m SiO2 Cf q H (gam) (mg/l) (mg/g) (%) (gam) (mg/l) (mg/g) (%) 20 0,4 5,887 3,528 70,57 0,4 3,919 4,020 80,41 20 0,8 4,275 1,966 78,63 0,8 2,397 2,200 88,02 20 1,2 1,156 1,570 94,22 1,2 0,664 1,611 96,68 20 1,6 0,914 1,193 95,43 1,6 0,636 1,210 96,82 20 2,0 0,912 0,954 95,44 2,0 0,424 0,979 97,88 20 2,5 0,910 0,764 95,45 2,5 0,424 0,783 97,88 20 3,0 0,910 0,764 95,45 3,0 0,420 0,653 97,90 Hiệu suất hấp phụ ñược thể ñồ thị hình 3.15 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 95 90 85 Hiệu suất Cu Hiệu suât Zn 80 75 70 65 Khối lương Silic ñioxit (gam) Hình 3.15 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng ñến hiệu suất hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.9 ñồ thị 3.15 ta nhận thấy tăng khối lượng silic ñioxit từ 0,4 ñến 1,6 gam ñối với dung dịch Cu2+ từ 0,4 gam ñến 2,0 gam ñối với dung dịch Zn2+ hiệu suất hấp phụ tăng theo tải trọng hấp phụ giảm xuống Và từ khối lượng ñó trở ñi hiệu suất hấp phụ thay ñổi không ñáng kể nên chọn tỉ lệ rắn lỏng 1,6 gam SiO2/100ml dung dịch Cu2+ nồng ñộ 20mg/l gam SiO2/100ml dung dịch Zn2+ nồng ñộ 20mg/l cho trình hấp phụ 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến trình hấp phụ bể Bảng 3.10 trình bày kết ảnh hưởng nồng ñộ Cu2+, Zn2+ ñến trình hấp phụ ñiều kiện: thời gian khuấy 150 phút, nồng ñộ SiO2 1,6g/ 100 ml cho hấp phụ Cu2+ 2,0 g/100 ml cho hấp phụ Zn2+, nhiệt ñộ 30oC Nồng ñộ Cu2+, Zn2+ thay ñổi từ 5,0 ÷ 30 mg/l Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến hấp phụ bể Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+ Ci Mẫu Cf q Cf/q (mg/l) Cf q Cf/q H (mg/l) (mg/g) (g/l) (%) H (%) (mg/l) (mg/g) (g/l) 0,013 0,312 0,042 99,75 0,033 0,248 0,133 99,34 10 0,123 0,617 0,199 98,77 0,191 0,490 0,390 98,09 15 0,234 0,923 0,254 98,44 0,312 0,734 0,425 97,92 20 0,914 1,193 0,766 95,43 0,424 0,979 0,433 97,88 25 1,423 1,474 0,965 94,31 0,818 1,209 0,677 96,73 30 1,779 1,764 1,009 94,07 1,242 1,438 0,864 95,86 Tải trọng ñược thể ñồ thị hình 3.16 Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 1.8 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1.6 1.4 1.2 Tải trọng Cu Tải trọng Zn 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 30 35 Nồng ñộ ion m loại (mg/l) Hình 3.16 Ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến tải trọng hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.10 ñồ thị hình 3.16 ta thấy nồng ñộ Cu2+ Zn2+ tăng lên tải trọng hấp phụ tăng lên cách gần tuyến tính hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ 3.5 Phương trình ñẳng nhiệt hấp phụ Kết ñược trình bày hình 3.18 1.4 Đại lượng hấp phụ Cf/q (g/l) 1.2 y = 0.5477x + 0.2113 R2 = 0.9443 Cf/q (Cu) 0.8 Cf/q (Zn) y = 0.5596x + 0.1207 R2 = 0.9563 0.6 Linear (Cf/q (Zn)) Linear (Cf/q (Cu)) 0.4 0.2 0 0.5 1.5 Nồng ñộ ion kim loại lại Cf (mg/l) Hình 3.18 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với ion Cu2+ Zn2+ hấp phụ bể * Nhận xét: Kết hình 3.18 cho thấy ñại lượng hấp phụ Cf/q Cu2+ Zn2+ lên silic ñioxit hấp phụ bể tăng dần theo Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 19 chiều tăng nồng ñộ ñầu ion kim loại Dựa vào phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,5596x + 0,1207 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại Cu2+ silic ñioxit hấp phụ bể qmax = 1,787 (mg/g) lực hấp phụ b = 4,636 dựa vào phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,5477x + 0,2113 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại Zn2+ silic ñioxit hấp phụ bể qmax = 1,826 (mg/g) lực hấp phụ b = 2,592 Như vậy, tải trọng hấp phụ cực ñại Cu2+ Zn2+ silic ñioxit hấp phụ bể tương ñối cao lực hấp phụ mạnh 3.6 Nghiên cứu khả hấp phụ cột silic ñioxit ñối với ion Cu2+ Zn2+ 3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc ñộ dòng ñến trình hấp phụ cột Cu2+ Zn2+ Hình 3.19 Cột nhồi Silic ñioxit hấp phụ cột Cột nhồi dùng cho hấp phụ ion Cu2+ ñược nhồi 1,6 gam Silic ñioxit (tỉ lệ rắn lỏng tối ưu hấp phụ bể) cột nhồi dung cho hấp phụ Zn2+ ñược nhồi gam Silic ñioxit (tỉ lệ rắn lỏng tối ưu hấp phụ bể) Cho 100ml dung dịch Cu2+ Zn2+ nồng ñộ 20mg/l, pH 7,00 ( pH tối ưu hấp phụ bể) chảy qua cột nhồi Silic ñioxit Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 với tốc ñộ dòng 2,00ml/ph; 1,00ml/ph; 0,67ml/ph; 0,50ml/ph; 0,40 ml/phút (tương ứng với thời gian khuấy 100ml dung dịch ion kim loại hấp phụ bể), hứng lấy dung dịch thu ñược bình tam giác 250ml ñem xác ñinh nồng ñộ ta thu ñược kết theo bảng 3.11 Bảng 3.11 Ảnh hưởng tốc ñộ dòng ñến trình hấp phụ cột Cu2+ Zn2+ Dung dịch Cu2+ Mẫu Ci V(ml/ph) (mg/l) Dung dịch Zn2+ Cf q H Cf q H (mg/l) (mg/g) (%) (mg/l) (mg/g) (%) 0,40 20 0,092 1,244 99,54 0,058 0,997 99,71 0,50 20 0,097 1,244 99,52 0,060 0,997 99,70 0,67 20 0,105 1,243 99,48 0,062 0,997 99,69 1,00 20 0,271 1,233 98,65 0,136 0,993 99,32 2,00 20 0,317 1,230 98,41 0,223 0,989 98,88 Hiệu suất hấp phụ ñược thể ñồ thị hình 3.20 99.8 Hiệu suất hấp phụ (%) 99.6 99.4 99.2 H(%) Cu 99 H(%) Zn 98.8 98.6 98.4 98.2 0.5 1.5 2.5 Vận tốc dòng (ml/ph) Hình 3.20 Ảnh hưởng tốc ñộ dòng ñến trình hấp phụ cột Cu2+ Zn2+ * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.12 hình 3.16 ta thấy tốc ñộ dòng chảy tăng lên hiệu suất hấp phụ giảm xuống Ở tốc ñộ Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 dòng 0,67ml/ph nhỏ hiệu suất hấp phụ tăng lên nhẹ Như chọn tốc ñộ dòng chảy 0,67ml/ph cho trình hấp phụ cột 3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến trình hấp phụ cột Cho 100ml dung dịch Cu2+ Zn2+ nồng ñộ 5mg/l; 10mg/l; 15mg/l; 20mg/l; 25mg/l; 30mg/l có pH 7,00 ( pH tối ưu hấp phụ bể) chảy qua cột nhồi Silic ñioxit với tốc ñộ dòng 0,67ml/ph tốc ñộ dòng tối ưu, hứng lấy dung dịch thu ñược bình tam giác 250ml ñem xác ñinh nồng ñộ Cu2+ Zn2+ ta thu ñược kết theo bảng 3.12 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến trình hấp phụ cột Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+ Ci Mẫu (mg/l) Cf q Cf/q Cf q Cf/q H (mg/l) (mg/g) (g/l) (%) H (%) (mg/l) (mg/g) (g/l) 0,014 0,312 0,045 99,72 0,008 0,250 0,032 99,84 10 0,033 0,623 0,053 99,67 0,023 0,499 0,046 99,77 15 0,058 0,934 0,062 99,61 0,041 0,748 0,055 99,73 20 0,104 1,244 0,084 99,48 0,062 0,997 0,062 99,69 25 0,186 1,551 0,120 99,26 0,148 1,243 0,119 99,41 30 0,243 1,860 0,131 99,19 0,189 1,491 0,127 99,37 Tải trọng hấp phụ ñược thể ñồ thị hình 3.22 Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1.8 1.6 1.4 1.2 Tải trọng Cu Tải trọng Zn 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 30 35 Nồng ñộ ion kim loại (mg/l) Hình 3.22 Ảnh hưởng nồng ñộ ion Cu2+ Zn2+ ñến tải trọng hấp phụ cột * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.13 ñồ thị hình 3.22 ta thấy nồng ñộ Cu2+ Zn2+ tăng lên tải trọng hấp phụ tăng lên cách gần tuyến tính hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ Từ kết trên, xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại y = 0.5383x + 0.0312 R2 = 0.9836 Đại lượng hấp phụ Cf/q (g/l) 0.18 0.16 0.14 0.12 Cf/q (g/l) Cu 0.1 Cf/q (g/l) Zn y = 0.3932x + 0.0407 R2 = 0.9883 0.08 Linear (Cf/q (g/l) Zn) Linear (Cf/q (g/l) Cu) 0.06 0.04 0.02 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Nồng ñộ ion kim loại lại Cf (mg/l) Hình 3.23 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với ion Cu2+ Zn2+ hấp phụ cột * Nhận xét: Kết bảng 3.13 hình 3.23 cho thấy ñại lượng hấp phụ Cf/q Cu2+ Zn2+ lên silic ñioxit hấp phụ cột tăng dần theo chiều tăng nồng ñộ ñầu ion kim loại Dựa vào phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,3932x + 0,0407 ta tính ñược tải trọng Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 hấp phụ cực ñại Cu2+ silic ñioxit hấp phụ cột qmax = 2,543 (mg/g) lực hấp phụ b = 9,662 dựa vào phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,5383x + 0,0312 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại Zn2+ silic ñioxit hấp phụ cột qmax = 1,858 (mg/g) lực hấp phụ b = 17,250 Như vậy, tải trọng hấp phụ cực ñại Cu2+ Zn2+ silic ñioxit hấp phụ cột cao lực hấp phụ mạnh 3.7 Nghiên cứu khả tái hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Silic ñioxit Lấy vào cốc 100ml Cu2+ Zn2+ nồng ñộ 20mg/l Điều chỉnh pH 7,00 (pH tối ưu) Cho vào cốc 1,6 gam silic ñioxit ñối với dung dịch Cu2+ 2,0 gam Silic ñioxit ñối với dung dịch Zn2+ Khuấy máy khuấy từ nhiệt ñộ phòng (khoảng 30oc) khoảng thời gian 150 phút (thời gian khuấy tối ưu) Lọc lấy nước lọc ñi xác ñịnh nồng ñộ ion Phần rắn lại ñem giải hấp HCl 4M, thời gian khuấy 150 phút (bằng thời gian hấp phụ), lọc lấy phần rắn rửa nước cất ñến môi trường trung tính tiếp tục ñem hấp phụ lần lần theo thao tác ta ñược kết theo bảng 3.13 sau: Bảng 3.13 Kết tái hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Silic ñioxit Dung dịch Cu2+ Số lần Ci hâp (mg/l) Mẫu Cf Dung dịch Zn2+ q Cf q (mg/l) (mg/g) H (%) (mg/l) (mg/g) H (%) phụ Lần 20 0,912 1,193 95,44 0,422 0,979 97,89 Lần 20 0,926 1,192 95,37 0,580 0,971 97,10 Lần 20 2,470 1,096 87,65 0,694 0,965 96,53 Hiệu suất hấp phụ ñược thể ñồ thị hình 3.24 3.25 sau Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 Hiệu suất hấp phụ (%) 100 98 96 94 H (%) Cu 92 Zn (%) Zn 90 88 86 0.5 1.5 2.5 3.5 Số lần hấp phụ Hình 3.25 Đồ thị kết hiệu suất hấp phụ tái hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Silic ñioxit * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.11 hình 3.25 ta thấy tái sử dụng Silic ñioxit tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ giảm xuống Tuy nhiên với lần 2, lần hiệu suất cao nên coi Silic ñioxit vật liệu hấp phụ tốt tái sử dụng nhiều lần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu thu ñược ñã trình bày trên, ñi ñến số kết luận sau: 1.1 Xác ñịnh ñược số ñặc tính hóa lý vỏ trấu tro trấu - Xác ñịnh ñược thành phần vỏ trấu, tro trấu: thành phần vỏ trấu chủ yếu nguyên tố C, O,H Si (98,85%) ñó có 9,81% Silic ñioxit thành phần tro trấu chủ yếu nguyên tố Si O (91,09%) ñó có 42,31 % Si - Xác ñịnh ñược ñộ ẩm vỏ trấu 8,96%, hàm lượng tro vỏ trấu 10,32% 1.2 Xác ñinh ñược quy trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu số ñặc tính hóa lý Silic ñioxit Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 - Xác ñinh quy trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu nồng ñộ NaOH tối ưu cho trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu 5M - Xác ñinh ñược ñộ tinh khiết Silic ñioxit tách 88,84 (%) - Xác ñinh ñược số ñặc tính Silic ñioxit tách cách chụp ảnh SEM, ño phổ hồng ngoại (IR), ño phổ nhiễu xạ XRD, ño BET 1.3 Xác ñịnh ñược ảnh hưởng yếu tố ñến trình hấp phụ bể Cu2+ Zn2+ Đối với trình hấp phụ bể Cu2+ : thời gian khuấy tối ưu 150 phút; pH tối ưu 7,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu 1,6 gam SiO2/100ml dung dịch Cu2+ 20mg/l Và sử dụng ñồng thời ñiều kiện thiếu hiệu suất hấp phụ 95,43 (%) Tải trọng hấp phụ cực Cu2+ silic ñioxit hấp phụ bể qmax = 1,787 (mg/g) lực hấp phụ b = 4,636 - Đối với trình hấp phụ bể Zn2+ : thời gian khuấy tối ưu 150 phút; pH tối ưu 7,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu gam SiO2/100ml dung dịch Zn2+ 20mg/l Và sử dụng ñồng thời ñiều kiện thiếu hiệu suất hấp phụ 97,88 (%) Tải trọng hấp phụ cực Zn2+ silic ñioxit hấp phụ bể qmax = 1,826 (mg/g) lực hấp phụ b = 2,592 1.4 Xác ñịnh ñược ảnh hưởng ñiều kiện ñến trình hấp phụ cột Cu2+ Zn2+ + Đối với trình hấp phụ cột Cu2+ vận tốc dòng tối ưu 0,67ml/phút, pH =7,00; nồng ñộ dung dịch Cu2+ hiệu suất hấp phụ 99,48 (%) Tải trọng hấp phụ cực ñại qmax = 2,543 lực hấp phụ b = 9,662 Cao so với hấp phụ bể Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 + Đối với trình hấp phụ cột Zn2+ vận tốc dòng tối ưu 0,67ml/phút, pH = 7,00; nồng ñộ dung dịch Zn2+ hiệu suất hấp phụ 99,69 (%) Tải trọng hấp phụ cực ñại qmax = 1,858 lực hấp phụ b = 17,250 Cao so với hấp phụ bể 1.5 Xác ñinh ñược khả tái hấp phụ Silic ñioxit ñối với ion kim loại Cu2+ Zn2+ Khả tái hấp phụ Silic ñioxit ñối với ion kim 2+ loại Cu Zn2+ cao, tái sử dụng vật liệu nhiều lần Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu khả hấp phụ Silic ñioxit ñối với ion kim loại nặng khác ñể xử lí ô nhiễm môi trường nước Khảo sát khả hấp phụ kim loại nặng tro trấu từ ñó sử dụng cho hợp lí tro trấu Silic ñioxit tách từ tro trấu ñể giảm chi phí Đi sâu vào nghiên cứu khả hấp phụ cột Silic ñioxit hiệu suất hấp phụ cột Silic ñioxit ñối với ion kim loại nặng cao Footer Page 26 of 126 ... tài Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu : Vỏ trấu lấy từ Núi Thành - Quảng Nam + Phạm vi nghiên cứu: ... sử dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng chất hữu nước Footer Page of 126 Header Page of 126 Việc nghiên cứu tách SiO2 từ vỏ trấu ñể ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng số hợp... liệu phế thải lúa Vì vậy, chọn ñề tài: Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ Zn2+ nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu ñể nhằm tìm hiểu loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc tự nhiên ứng