1. Trang chủ
  2. » Kinh Doanh - Tiếp Thị

Nghiên cứu hoạt hóa than bùn bằng axit HCl và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ trong dung dịch nước

16 201 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 16
Dung lượng 2,18 MB

Nội dung

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ THỊ HỒNG DƯƠNG NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA THAN BÙN BẰNG AXIT HCl VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Cu2+, Pb2+, Zn2+ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Chuyên ngành : Hóa hữu Mã số : 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN MẠNH LỤC Phản biện 1: GS TS Đào Hùng Cường Phản biện 2: PGS TS Lê Tự Hải Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 31 tháng 12 năm 2011 * 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 Từ kết khảo sát ñịa chất ñã cho thấy Việt Nam có lượng than bùn dồi dào, ñược phân bố khắp tỉnh nước Riêng vùng Quảng Nam – Đà Nẵng ñã có hàng chục mỏ than bùn ñược thăm dò, ñiều tra ñánh giá trữ lượng, chất lượng bước ñầu dược khai thác sử dụng Với ñặc ñiểm chứa nhiều nhóm chức có khả phản ứng cao, lại có nhiều than bùn nên axit humic ngày ñược ý, ñặc biệt khả hấp phụ trao ñổi cation kim loại Than bùn sau ñã chiết tách axit humic gần hẳn khả trao ñổi cation Ngược lại, axit humic sau ñược hoà tan dạng muối humat natri, kết tủa trở lại dung dịch axit thể tính trao ñổi cation mạnh Ở nước ta than bùn thường ñược dùng nhiều lĩnh vực nông nghiệp làm phân bón, bước ñầu sử dụng axit humic chiết tách từ than bùn làm chất kích thích sinh trưởng Việc nghiên cứu ứng dụng chúng lĩnh vực công nghiệp sản xuất ắc quy, chế tạo dung dịch khoan, vật liệu hấp phụ kim loại nặng nhằm xử lý ô nhiễm môi trường, làm giàu tách kim loại ñất phóng xạ …ñang hạn chế Gần ñây, nước ñã có số công trình nghiên cứu khả axit humic tách từ than bùn, kết tủa ion thori (V) chì (II) Phan Văn Tình, Lưu Minh Đại; khả tách ion coban (II), mangan (II) uran (IV) Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình….Vì vậy, ñề tài “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ dung dịch nước ” ý nghĩa lý thuyết mà mở khả ứng dụng lớn ñối với tài nguyên than bùn dồi nước có Mục tiêu nghiên cứu Tìm ñiều kiện tối ưu cho trình hoạt hóa than bùn axit HCl Ứng dụng sản phẩm than bùn hoạt hóa ñể hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ nước Đối tượng phạm vi nghiên cứu Than bùn vùng Đà Nẵng Hoạt hóa than bùn axit HCl Ứng dụng sản phẩm làm vật liệu hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ nước Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Nguồn nguyên liệu than bùn có sẵn nhiều ñịa phương nên việc nghiên hoạt hóa than bùn tác nhân axit HCl tiền ñề cho việc tạo sản phẩm có khả hấp phụ ion kim loại nước có giá thành rẻ Cấu trúc ñề tài bao gồm phần sau: Ngoài phần mở ñầu kết luận, nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết bàn luận Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN 1.1.1 Nguồn gốc, phân loại tính chất than bùn 1.1.1.1 Nguồn gốc hình thành than bùn 1.1.1.2 Phân loại than bùn 1.1.1.3 Một số tính chất hóa lí than bùn 1.1.2 Chất mùn than bùn 1.1.3 Than bùn Việt Nam 1.1.3.1 Trữ lượng ñịa ñiểm phân bố 1.1.3.2 Đặc ñiểm chung 1.1.3.3 Tính chất vật lý 1.1.3.4 Đặc tính của số nguồn than bùn việt Nam 1.1.3.5 Sử dụng than bùn sản xuất than hoạt tính ñể xử lý nước sinh hoạt 1.1.4 Quá trình tích tụ trao ñổi ion kim loại than bùn 1.1.5 Vai trò axit humic khả hấp phụ than bùn 1.1.5.1 Thành phần, cấu tạo axit humic 1.1.5.2 Khả hấp phụ axit humic than bùn 1.2 HẤP PHỤ ION KIM LOẠI TRONG DUNG DỊCH VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.2.1 Cơ chế hấp phụ 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ 1.2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ 1.2.2.2 Ảnh hưởng tính tương ñồng 1.2.2.3 Ảnh hưởng pH 1.2.2.4 Ảnh hưởng diện tích bề mặt chất rắn 1.3 CÁC ION KIM LOẠI NẶNG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC 1.3.1 Ô nhiễm nguồn nước 1.3.2 Các ion kim loại nặng 1.3.2.1 Đồng nước 1.3.2.2 Chì nước 1.3.2.3 Kẽm nước Chương NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Lấy xử lý nguyên liệu than bùn Than bùn ñược lấy hồ Bàu Sấu, Hòa Khánh, Đà Nẵng 2.2.2 Hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl 2.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng ñộ Pha dung dịch HCl với nồng ñộ sau: 0,5 M; 1,0 M; 2,0 M; 3,0 M; 4,0 M; 5,0 M Lần lượt cân 10 gam than bùn cho vào bình cầu 500 ml, thêm 50 ml dung dịch axit HCl với nồng ñộ ñã pha sẵn Lắp sinh hàn, ñặt máy khuấy từ tiến hành hoạt hóa thời gian Kết thúc hoạt hóa, thêm từ từ 200 ml nước cất vào bình cầu, khuấy ñều lọc Phần dung dịch nước lọc: xác ñịnh hàm lượng ion kim loại ñược giải phóng (Ca2+; Mg2+; Fe3+) Footer Page of 126 Header Page of 126 2.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian Hoạt hóa than bùn mốc thời gian là: 10- 300 (phút) 2.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng 10 gam than bùn : thể tích dung dịch HCl: 20; 30; 40; 50; 60 (ml) 2.2.3 Xác ñịnh số ñặc tính hóa lý than bùn 2.2.3.1 Xác ñịnh hàm lượng chất hữu than bùn Xác ñịnh hàm lượng hữu than bùn theo phương pháp Turin 2.2.3.2 Xác ñịnh hàm lượng tro Xác ñịnh hàm lượng tro mẫu than bùn trước sau hoạt hóa nhiệt ñộ 400 - 6000C thời gian nung mẫu 2.2.3.3 Xác ñịnh ñộ ẩm không khí Xác ñịnh hàm lượng tro mẫu than bùn trước sau hoạt hóa nhiệt ñộ 100 - 1050C thời gian sấy mẫu 2.2.3.4 Chụp Ảnh SEM – Phân tích nhiệt TG/DSC - Bề mặt (BET) 2.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+, Zn2+, Pb2+ CỦA AXIT HUMIC 2.3.1 Hấp phụ bể * Cách tiến hành: Cho 0,5 gam than bùn vào cốc chứa 50ml dung dịch ion kim loại M2+ nồng ñộ C (mg/l), pH, nhiệt ñộ phòng, khuấy ñều máy khuấy từ Tiến hành thí nghiệm với thời gian t (phút) Lọc lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ ion kim loại M2+ lại dung dịch Ứng với yếu tố khảo sát (thời gian, pH, nồng ñộ ñầu ion M2+), chọn giá trị C, pH, t thích hợp * Tải trọng hấp phụ lượng chất bị hấp phụ 1gam chất hấp phụ rắn, ñược tính theo công thức: q= ( C i − C f ).V m * Hiệu suất hấp phụ (H%) ñược tính theo công thức: H (%) = C i − C f 100 % Ci Trong ñó: q : Tải trọng hấp phụ (mg/g) H : Hiệu suất hấp phụ (%) V: Thể tích dung dịch ñem hấp phụ (l) m: Khối lượng chất hấp phụ (g) Ci : Nồng ñộ dung dịch trước hấp phụ (mg/l) Cf : Nồng ñộ dung dịch sau hấp phụ (mg/l) 2.3.1.1 Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ * Cách tiến hành: C = 150 (mg/l); pH = 5; t thay ñổi: 10, 20, 40, 60, 90, 120, 150 (phút) 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ * Cách tiến hành: C = 150 (mg/l); pH thay ñổi: - 6; t: thời gian tối ưu 2.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại * Cách tiến hành: C thay ñổi: 25, 50, 100, 150, 200, 250, 300 (mg/l); pH: pH tối ưu; t: thời gian tối ưu * Từ kết thu ñược, tiến hành hồi qui số liệu thực nghiệm phần mềm chuyên dụng ñể xác ñịnh số phương trình hấp phụ ñẳng nhiệt Langmuir Qua ñó xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại ion kim loại Footer Page of 126 Header Page of 126 Phương trình ñẳng nhiệt có dạng : q = q max b.C f + b.C f q : tải trọng hấp phụ thời ñiểm cân q max : tải trọng hấp phụ cực ñại b : số ñặc trưng cho lượng tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Để xác ñịnh số phương trình hấp phụ ñẳng nhiệt Langmuir, chuyển phương trình thành phương trình ñường thẳng: Cf q = q max C f + b.q max Đây phương trình ñường thẳng biểu thị phụ thuộc Cf/q vào Cf Từ phương trình này, ta xác ñịnh ñược số q max b phương trình từ ñộ dốc ñoạn cắt trục tung 2.3.2 Hấp phụ cột * Chuẩn bị cột than bùn: Dùng cột thuỷ tinh 25 x cm ñã rửa sạch, sấy khô, phía có khoá ñóng mở Dùng kẹp lắp lên giá cho cột thẳng ñứng, khoá phía ñóng lại Lót lớp thấm nước ñáy ñổ vào cột gam than bùn ñã qua rây 0,5mm, cho 20 ml nước cất (dung môi rửa cột) Gõ nhẹ cho lớp hấp phụ lắng ñều, ñồng thời ñể cho bọt khí thoát Mở khoá loại bỏ dung môi rửa cột, ñến dung môi cách bề mặt lớp hấp phụ 0,5 cm ñóng khoá lại * Cách tiến hành: Dội 150ml dung dịch M2+ có nồng ñộ C (mg/l), pH, qua cột axit humic, nhiệt ñộ phòng, phân ñoạn 50ml (thu ñược phân ñoạn) Điều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ x ml/phút Thu dung dịch chảy phân ñoạn Xác ñịnh nồng ñộ M2+ lại dung dịch Ứng với yếu tố khảo sát (tốc ñộ chảy, pH, nồng ñộ ñầu ion M2+), chọn giá trị C, pH, x thích hợp 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua cột) ñến khả hấp phụ * Cách tiến hành: C = 150 (mg/l); pH = 4; x thay ñổi: 1; 2; 3; 4; (ml/phút) 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ * Cách tiến hành: C = 150 (mg/l); pH thay ñổi: - 6; x: tốc ñộ chảy tối ưu (ml/phút) 2.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ * Cách tiến hành: C: thay ñổi 50, 100, 150, 200, 250, 300 (mg/l); pH: pH tối ưu; x: tốc ñộ chảy tối ưu (ml/phút) Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 LẤY MẪU VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CỦA MẪU THAN BÙN 3.1.1 Lấy mẫu xử lý sơ * Sơ ñồ xử lý sơ than bùn từ nguyên liệu ñầu Nước Than bùn nguyên liệu Khuấy ñều Phần chưa phân hủy, lọc bỏ Huyền phù than bùn Để lắng, lọc gạn Loại cát Huyền phù than bùn Để lắng, lọc qua vải, ñể khô không khí Than bùn khô, nghiền, qua rây 0,5mm Footer Page of 126 Header Page of 126 3.1.2 Xác ñịnh ñặc tính hoá lý than bùn 3.1.2.1 Xác ñịnh ñộ ẩm Độ ẩm trung bình: 5,193% Hệ số khô kiệt trung bình: 0,948 3.1.2.2 Xác ñịnh hàm lượng tro Hàm lượng tro trung bình than bùn ñạt 25,42% 3.1.2.3 Xác ñịnh hàm lượng hữu Kết xác ñịnh hàm lượng hữu mẫu than bùn nghiên cứu là: 61,55% 3.1.2.4 Xác ñịnh diện tích bề mặt Diện tích bề mặt than bùn theo phương pháp BET 0,9551 m²/g ± 0,0376 m²/g Như diện tích bề mặt than bùn có giá trị không lớn nhiếu so với loại vật liệu tự nhiên khác Hình 3.3 Đồ thị ñường hấp phụ N2 theo BET than bùn 3.1.2.5 Ảnh SEM than bùn trước hoạt hóa Trên ảnh SEM than bùn ta nhận thấy vâti liệu than bùn có cấu tạo tơi xốp, bề mặt lồi lõm với nhiều nếp gấp có nét ñặc trưng cho loại vật liệu tự nhiên với cấu trúc không ñồng Footer Page of 126 Header Page of 126 3.2 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH ƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HOẠT HÓA THAN BÙN BẰNG DUNG DỊCH HCl 3.2.1 Ảnh hưởng nồng ñộ axit HCl ñến trình hoạt hóa Cách tiến hành: than bùn: 10 gam, dung dịch axit HCl: 50 ml, thời gian: giờ, nồng ñộ HCl thay ñổi từ 0,5 M ñến 5,0 M Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng ñộ axit HCl ñến trình hoạt hóa Nhận xét: Tổng hàm lượng Ca2+, Mg2+, Fe3+ bị hoà tan tăng tăng nồng ñộ axit HCl từ nồng ñồ HCl 4M trở ñi tổng hàm lượng ion kim loại bị tan tăng không ñáng kể hầu hết phần kim loại hoà tan ñược ñã hoà tan hết Như vậy, từ kết chọn nồng ñộ axit HCl 4M ñể tiến hành khảo sát yếu tố khác 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian ñến trình hoạt hóa Cách tiến hành: than bùn: 10 gam, dung dịch axit HCl: 50 ml, nồng ñộ HCl: 4,0 M, thời gian thay ñổi từ 10 phút ñến 300 phút Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian ñến trình hoạt hóa than bùn Nhận xét: Với nồng ñộ axit HCl 4M, tổng hàm lượng ion Ca2+, Mg2+, Fe3+ bị hoà tan 30 phút ñầu không ñáng kể, sau 1giờ lại tăng Rõ ràng 30 phút ñầu xảy thấm ướt tiếp xúc, trình hoà tan thực xảy 30 phút tiếp theo, gần hoàn tất sau Như vậy, ta chọn thời gian 1giờ ñể tiến hành khảo sát ảnh hưởng yếu tố khác ñến trình hoạt hóa 3.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng Cách tiến hành: than bùn: 10 gam, nồng ñộ HCl: 4,0 M, thời gian:60 phút, thể tích dung dịch axit HCl thay ñổi từ 20 ml ñến 60 ml Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 3.10 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng ñến trình hoạt hóa than bùn Nhận xét: Khi sử dụng 10 gam than bùn với 20 ml dung dịch axit HCl 4M lượng axit ñủ ñể thấm ướt than bùn, ñó tổng hàm lượng ion kim loại ñược giải phóng Khi tăng thể tích axit lên 30 ml tổng hàm lượng ion kim loại ñược giải phóng tăng cao ñủ hoà tan hầu hết lượng ion kim loại hoà tan lượng ion kim loại ñược giải phóng tăng không ñáng kể Như vậy, chọn tỉ lệ rắn lỏng 10 g than bùn/30 ml axit HCl 4M Kết luận: Như vậy, sau khảo sát yếu tố nồng ñộ axit, thời gian hoạt hóa, tỉ lệ rắn/lỏng ảnh hưởng ñến trình hoạt hóa than bùn dung dịch HCl, ta thu ñược ñiều kiện thích hợp cho trình hoạt hóa sau: - Nồng ñộ axit HCl: 4M - Thời gian hoạt hóa : 1giờ - Tỉ lệ khối lượng than bùn/ thể tích dung dịch axit : 1(g)/3(ml) Tại ñiều kiện trên, tiến hành hoạt hóa 0,5 kg than bùn 1,5 lít dung dịch axit HCl 4M, thời gian 1giờ Mẫu sau hoạt hoá ñể nguội rửa gạn nhiều lần sau ñó chuyển lên giấy lọc khổ lớn rửa ñến hết Cl- Mẫu sau lọc, ñem sấy khô, lọc qua rây 0,5 mm ñể tiến hành khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Cu2+, Pb2+, Zn2+ nước (nghiên cứu hấp phụ bể hấp phụ cột) 3.2.4 Đặc tính hóa lí than bùn hoạt hoá 3.2.4.1 Xác ñịnh ñộ ẩm Độ ẩm trung bình: 19,313% Hệ số khô kiệt trung bình: 0,807 Nhận xét: khả hấp thụ nước than bùn hoạt hóa lớn nhiều so với mẫu than bùn trước hoạt hóa (Độ ẩm trước hoạt hóa 5,193%, sau hoạt hóa 19,313% ) Hệ số khô kiệt than bùn hoạt hóa nhỏ so với mẫu than bùn trước hoạt hóa Có thể giải thích khả giữ nước than bùn hoạt hóa hoạt tính bề mặt ñược nâng cao Do ñó, ñã làm cho khả hấp phụ nước tăng lên rõ rệt 3.2.4.2 Xác ñịnh hàm lượng tro Hàm lượng tro trung bình: 16,56% Nhận xét: Hàm lượng tro than bùn sau hoạt hóa giảm ñi nhiều so với than bùn trước hoạt hóa, hàm lượng tro giảm từ 25,42% xuống 16,56 % Có thể giải thích giảm hàm lượng tro mẫu than bùn sau hoạt hóa so với mẫu than bùn trước hoạt hóa chủ yếu trình hoà tan ion kim loại dạng hấp phụ bị ñẩy khỏi mẫu than bùn phản ứng trao ñổi với H+ hoạt hoá Ngoài ra, phần hợp chất vô ñã bị axit hòa tan bị ñẩy khỏi mẫu than bùn 3.2.4.3 Xác ñịnh hàm lượng hữu Kết xác ñịnh hàm lượng hữu mẫu than bùn nghiên cứu là: 66,02% 3.2.4.4 Xác ñịnh diện tích bề mặt Kết xác ñịnh diện tích bề mặt than bùn sau hoạt hóa 0,9331 m²/g ± 0,0376 m²/g Như vậy, diện tích bề mặt than bùn sau hoạt hóa có giá trị giảm chút so với trước hoạt hoá Để lý giải xác ñiều có lẽ cần nghiên cứu ñầy ñủ sâu rộng Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 Hình 3.11 Đồ thị ñường hấp phụ N2 theo BET than bùn sau hoạt hóa 3.2.4.5 Ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa Nhận xét: Các ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa rõ ràng ñã bị biến ñổi sâu sắc so với trước hoạt hóa Trên bề mặt than bùn hoạt hóa xuất hệ thống lỗ nhỏ với cấu trúc ñều ñặn ñịnh Các lỗ nhỏ bề mặt than bùn sau hoạt hóa tạo phần dễ bị hoà tan có than bùn axit fulvic, số lipit, lignin, hạt keo sét bị rửa trôi Có vẻ cấu trúc dạng sợi xenlulozơ xác thực vật chưa phân huỷ hoàn toàn với khung C ñang biến ñổi dở dang phần lại than bùn sau hoạt hoá 3.2.4.6 Xác ñịnh nhiệt vi sai Để hiểu rõ ảnh hưởng trình hoạt hoá dung dịch HCl ñối với than bùn ñánh giá ñộ bền nhiệt phần lại sau hoạt hoá, chụp phổ phân tích nhiệt vi sai mẫu sau hoạt hoá Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 11 Hình 3.16 Phổ phân tích nhiệt vi sai than bùn sau hoạt hóa Trên giản ñồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt mạnh 158,50C (ứng với ñộ giảm khối lượng 56,15%) chứng tỏ vùng quanh nhiệt ñộ có phá huỷ ñồng thời mạnh cấu trúc mẫu sau hoạt hoá Độ giảm khối lượng mạnh sâu hiệu ứng sau ñó khối lượng mẫu gần không thay ñổi cho thấy tính ñồng mẫu than bùn sau hoạt hoá 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI Cu2+, Pb2+, Zn2+ CỦA THAN BÙN SAU HOẠT HÓA 3.3.1 Kết hấp phụ M2+ than bùn ñiều kiện hấp phụ bể 3.3.1.1 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Cách tiến hành: than bùn sau hoạt hóa: 0,5 gam, 50ml dung dịch M2+: 150 (mg/l), pH = 5, thời gian thay ñổi từ 20 - 150 phút Hình 3.17 Tải trọng hấp phụ ion M2+ theo thời gian Kết khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ cuả ion sau: Cu2+ 90 phút, Pb2+ 70 phút, Zn2+ 60 phút Thời gian ñạt cân hấp phụ ion khác ñược giải thích khả liên kết ion loại với axit có than bùn Khả liên kết bị ảnh hưởng cấu trúc than bùn sau hoạt hóa kích thước ion kim loại 3.3.1.2 Ảnh hưởng pH Cách tiến hành: than bùn sau hoạt hóa: 0,5 gam, 50ml dung dịch M2+: 150 (mg/l), thời gian: Cu2+ (90 phút), Pb2+ (70 phút), Zn2+ (60 phút), pH thay ñổi từ - Hình 3.18 Ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ ion M2+ Footer Page 11 of 126 Header Page 12 of 126 12 Qua kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch ñến khả hấp phụ ion kim loại thấy: Khả hấp phụ ion M2+ than bùn hoạt hóa phụ thuộc lớn vào pH dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung trình tạo phức ion kim loại với phối tử thuộc nhóm axit yếu HnL + Ở pH thấp, khả hấp phụ than bùn hoạt hóa không ñáng kể, khả ñó tăng pH dung dịch hấp phụ tăng từ - Nguyên nhân ổn ñịnh phức chelat tạo thành ion kim loại axit humic axit funvic vùng pH thấp Mặt khác, phối tử L liên kết chặt chẽ với ion H+ nên có khả tương tác phối trí với ion kim loại Lúc phản ứng phối trí ion kim loại với ñôi ñiện tử tự nguyên tử N hay O cạnh tranh với phản ứng proton hóa nhóm amino – NH2 thành – NH3+ Vì vậy, nồng ñộ ion M2+ lại sau hấp phụ cao pH dung dịch hấp phụ thấp + Tại pH = 5, khả hấp phụ than bùn hoạt hóa lớn Khi pH > 5, khả hấp phụ giảm Nguyên nhân pH cao, nhóm amino không bị proton hóa ion kim loại dễ dàng liên kết với nhóm amino Mặt khác, pH > có thuỷ phân M2+ dung dịch tạo thành sản phẩm M(OH)+ M(OH)2 Trong thí nghiệm tạo môi trường pH = ñã sử dụng dung dịch NaOH ñiều làm tăng pH cục làm lượng nhỏ humic hoà tan 3.3.1.3 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ Cách tiến hành: than bùn sau hoạt hóa: 0,5 gam, thể tích dung dịch M2+: 50ml, pH = 5, thời gian: Cu2+ (90 phút), Pb2+ (70 phút), Zn2+ (60 phút), nồng ñộ M2+ thay ñổi 25mg/l ñến 300 (mg/l) Hình 3.19 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Từ kết cho thấy tải trọng hấp phụ ion M2+ lên than bùn sau hoạt hóa tăng dần theo chiều tăng nồng ñộ ñầu ion kim loại Tuy nhiên, nồng ñộ M2+ tăng lên hiệu suất hấp phụ giảm xuống Ở nồng ñộ thấp tải trọng hấp phụ tăng tương ñối tuyến tính, nồng ñộ tăng lên tải trọng hấp phụ tăng chận sau ñó gần không ñổi ñã ñạt bão hòa 3.3.1.4 Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại * Đối với Cu2+ Hình 3.20 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với Cu2+ Từ phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,1404x + 2,1314 ta tính ñược: Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 Tải trọng hấp phụ cực ñại: qmax (Cu2+) = 13 1 = 7,12 (mg/g) Ái lực hấp phụ: b = = 0,066 0,1404 7,12.2,1314 * Đối với Pb2+ Hình 3.21 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với Pb2+ Từ phương trình: y = 0,0779x + 1,0412 ta tính ñược: Tải trọng hấp phụ cực ñại: qmax (Pb2+) = 1 = 12,84 (mg/g) Ái lực hấp phụ: b = = 0,075 0,0779 12,84.1,0412 * Đối với Zn2+ Hình 3.22 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với Zn2+ Từ phương trình: y = 0,183x + 3,8072 ta tính ñược: Tải trọng hấp phụ cực ñại: qmax (Zn2+) = 1 = 5,46 (mg/g) Ái lực hấp phụ: b = = 0,048 0,183 5,46.3,8072 * Tóm lại: tải trọng hấp phụ cực ñại than bùn sau hoạt hoá Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ giá trị cụ thể lượt là: qmax (Pb2+) = 12,84 (mg/g); qmax (Cu2+) = 7,12 (mg/g) qmax (Zn2+) = 5,46 (mg/g) Giá trị lực hấp phụ Cu2+ = 0,066; Pb2+ = 0,075; Zn2+ = 0,048 Do lực với ion Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ nên khả hấp phụ ion kim loại giảm dần theo thứ tự : Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ Có thể giải thích khả hấp phụ ion kim loại than bùn sau hoạt hóa sau: khả hấp phụ phụ thuộc vào chất ion kim loại Đối với ion hóa trị Pb2+, Cu2+, Zn2+ ion có bán kính lớn có lớp vỏ hydrat hoá mỏng bị hấp phụ mạnh Ngoài ra, ion Pb2+ dễ bị thủy phân, trình hấp phụ có lượng lớn hydroxit chì ñã bám bề mặt vật liệu hấp phụ Từ kết thấy mô hình hấp phụ ñẳng nhiệt Langmuir mô tả xác hấp phụ M lên than bùn sau hoạt hóa Điều ñược thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui 2+ 3.3.2 Kết hấp phụ M2+ than bùn sau hoạt hóa ñiều kiện hấp phụ cột Các nghiên cứu sơ ban ñầu cho thấy: than bùn sau hoạt hóa cho vào dung dịch bị rã thành dạng bột mịn nên sử dụng cột thuỷ tinh ñường kính d = (cm) dung dịch chảy qua cột lớp than bùn khó Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 khăn sau thời gian bị tắc lại Vì trình hấp phụ cột ñược tiến hành cột thủy tinh có d = 1,5 (cm) Cột thủy tinh ñã rửa sạch, ñể khô, phía có khoá ñóng mở Dùng kẹp lắp lên giá cho cột thẳng ñứng, khoá phía ñóng lại Lót lớp thấm nước ñáy ñổ vào cột gam axit than bùn hoạt hóa ñã qua rây 0,5mm, cho 50 ml nước cất chia làm lần (dung môi rửa cột) Gõ nhẹ cho lớp hấp phụ lắng ñều, thấm ướt, ñồng thời ñể cho bọt khí thoát Mở khoá loại bỏ dung môi rửa cột, ñến dung môi cách bề mặt lớp hấp phụ 0,5 cm ñóng khoá lại 3.3.2.1 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến khả hấp phụ Cách tiến hành: dung dịch M2+ 150 ml, nồng ñộ 150 (mg/l), pH = 5, nhiệt ñộ phòng Điều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ 1ml/phút tốc ñộ 3ml/phút Mỗi phân ñoạn 50 ml dung dịch thu dung dịch chảy ra, ñem xác ñịnh nồng ñộ ion kim loại lại dung dịch Hình 3.23 Ảnh hưởng tốc ñộ dòng chảy M2+ Nhận xét: Do hàm lượng mùn cao than bùn hoạt hóa dung dịch bị rã thành dạng bột mịn nên dung dịch chảy qua lớp than bùn khó khăn nên khác tải trọng hấp phụ hai tốc ñộ chảy chênh lệch không nhiều Từ kết chọn tốc ñộ chảy 3ml/phút, thu dung dịch phân ñoạn ñầu tiên (tương ứng với 50 ml dung dịch M2+ ñối với ion Cu2+, Pb2+ Zn2+ ñể tiến hành nghiên cứu 3.3.2.2 Ảnh hưởng pH dung dịch ñến khả hấp phụ * Cách tiến hành: Dung dịch M2+: 50 ml, nồng ñộ 150 (mg/l) với pH dung dịch thay ñổi từ - 6, nhiệt ñộ phòng, ñiều chỉnh tốc ñộ dòng 3ml/phút Hình 3.24 Ảnh hưởng pH dung dịch Nhận xét: Từ kết nhận thấy pH dung dịch ảnh hưởng lớn ñến tải trọng hấp phụ than bùn sau hoạt hóa ñối với ion M2+ Tải trọng hấp phụ tăng dần từ pH =2 ñến pH =5 giảm pH=6 Chúng giải thích trường hợp ảnh hưởng pH dung dịch ñến tải trọng hấp phụ cột tương tự phần hấp phụ bể Từ kết chọn giá trị pH=5 ñể nghiên cứu tiếp ảnh hưởng nồng ñộ 3.3.2.3 Ảnh hưởng nồng ñộ dung dịch ñến khả hấp phụ Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 * Cách tiến hành: Dung dịch M2+: 50 ml, thay ñổi nồng ñộ từ 25 (mg/l) ñến 300 (mg/l) với pH dung dịch 5, nhiệt ñộ phòng Điều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ 3ml/phút Nhận xét: Từ kết nhận thấy nồng ñộ dung dịch ion M2+ tăng lên tải trọng hấp phụ tăng Tuy nhiên, tăng nồng ñộ dung dịch hiệu suất hấp phụ giảm mạnh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Đã xác ñịnh ñặc tính than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng: + Độ ẩm: 5,193% (ứng với hệ số khô kiệt 0,948) + Hàm lượng hữu cơ: 61,55% + Hàm lượng tro: 25,42% + Diện tích bề mặt: 0,9551 m²/g ± 0,0376 m²/g + Cấu trúc tế vi ñược ñánh giá qua chụp ảnh kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) Đã khảo sát ñược ñiều kiện tối ưu tiến hành hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl Nồng ñộ axit HCl 4M, thời gian hoạt hóa tỉ lệ rắn lỏng 10g than bùn/ 30 ml axit Đã tiến hành xác ñịnh số ñặc tính than bùn hoạt hóa: + Độ ẩm 19,313 + Hàm lượng tro 16,56 + Hàm lượng mùn 66,02% + Diện tích bề mặt: 0,9331± 0,0376 m²/g + Cấu trúc tế vi ñược ñánh giá qua chụp ảnh kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ than bùn sau hoạt hóa (kích thước hạt bé 0,5mm) ñiều kiện tĩnh (hấp phụ bể) thu ñược số kết quả: - Đối với Cu2+: + Thời gian ñạt cân hấp phụ: 90 phút + pH tối ưu: pH = + Tải trọng hấp phụ cực ñại: q max = 7,12 (mg/g) + Hiệu suất hấp phụ lớn nhất: 78,45% ứng với nồng ñộ ñầu 25 mg/l - Đối với Pb2+: + Thời gian ñạt cân hấp phụ: 70 phút + pH tối ưu: pH = + Tải trọng hấp phụ cực ñại: q max = 12,84 (mg/g) + Hiệu suất hấp phụ ñạt: 85,62% ứng với nồng ñộ ñầu 25 mg/l - Đối với Zn2+: + Thời gian ñạt cân hấp phụ: 60 phút + pH tối ưu: pH = + Tải trọng hấp phụ cực ñại: q max = 5,46 (mg/g) + Hiệu suất hấp phụ ñạt: 60,33% ứng với nồng ñộ ñầu 25 mg/l Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ than bùn sau hoạt hóa cột thủy tinh 50x 1,5 cm - Tốc ñộ chảy 3ml/phút ñối với ion Cu2+, Pb2+, Zn2+ - pH tối ưu Zn2+ : 74,40% - Hiệu suất hấp phụ: M2+ (25mg/l): Cu2+ : 73,15%; Pb2+ : 91,02%; II Kiến nghị Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 Than bùn nước ta có trữ lượng lớn, phân bố ñều khắp nước, giá thành rẻ cần mở rộng nghiên cứu sản phẩm hoạt hóa từ than bùn Trên sở hấp phụ ion kim loại than bùn hoạt hóa, mở rộng nghiên cứu ứng dụng than bùn hoạt hóa vào ngành sản xuất phân bón ñể tăng khả giữ chất dinh dưỡng phân bón Footer Page 16 of 126 ... ñề tài Nghiên cứu hoạt hóa than bùn axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ dung dịch nước ” ý nghĩa lý thuyết mà mở khả ứng dụng lớn ñối với tài nguyên than bùn dồi nước có... tiêu nghiên cứu Tìm ñiều kiện tối ưu cho trình hoạt hóa than bùn axit HCl Ứng dụng sản phẩm than bùn hoạt hóa ñể hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ nước Đối tượng phạm vi nghiên cứu Than bùn vùng Đà Nẵng Hoạt. .. nước, giá thành rẻ cần mở rộng nghiên cứu sản phẩm hoạt hóa từ than bùn Trên sở hấp phụ ion kim loại than bùn hoạt hóa, mở rộng nghiên cứu ứng dụng than bùn hoạt hóa vào ngành sản xuất phân bón

Ngày đăng: 20/05/2017, 15:41

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN