Nghiên cứu sử dụng điatomit và tro bay để hấp phụ cd và pb trong đất, nước bị ô nhiễm

IH TRƢỜN GI H I Ọ O Ọ T - P M N N N ỨU SỬ DỤN D ẤP P Ụ d VÀ Pb TRON N N ÙN TOM T VÀ TRO B Y Ể ẤT VÀ NƢỚ Ô N ỄM Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62440303 H M I RƯỜ G H I, ĂM 2016 H H M I ông trình hoàn thành tại: hoa Môi trường hoa học ự nhiên - H uốc gia Hà ội rường H gười hướng dẫn khoa học: PG H guyễn Xuân Hải guyễn Xuân hành Phản biện: Phản biện: Phản biện: uận án bảo vệ trước Hội đồng cấp ại học uốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm 20 ó thể tìm hiểu luận án tại: - hư viện uốc gia Việt am - Trung tâm Thông tin - hư viện, gia Hà ội ại học uốc MỞ ẦU Tính cấp thiết đề tài nhiễm môi trường chất thải không xử lý triệt để xuất nhà máy, làng nghề tái chế, Các chất thải có chứa KLN xâm nhập vào đất nước dễ dàng tham gia vào chuỗi thức ăn, thông qua vào thể động - thực vật tới người rên giới có nhiều công trình nghiên cứu sử tro bay điatomit để biến tính tạo thành vật liệu có khả hấp phụ cao ứng dụng hấp phụ môi trường đất nước Ở nước ta có số nghiên cứu ứng dụng sử tro bay điatomit làm vật liệu biến tính nhiên nghiên cứu dựng lại mục đích khác tạo zeolit, tạo cột xử lý nước hay sử dụng dạng nguyên để xử lý ô môi trường chưa có nghiên cứu cụ thể quy trình biến tính kháo sát khả hấp phụ vật liệu biến tính để đưa hướng sử dụng xử lý ô nhiễm môi trường đất nước Xuất phát từ đề tài luận án: “Nghiên cứu sử dụng điatomit tro bay để hấp phụ Cd Pb đất, nước bị ô nhiễm” thực nhằm nghiên cứu quy trình biến tính để tạo vật liệu có khả hấp phụ cao từ nguồn tro bay điatomit có sẵn Việt am Mục tiêu nghiên cứu - ghiên cứu tính chất hóa, lý điatomit (Hòa ộc-Phú Yên) ro bay ( hà máy nhiệt điện Phả ại) - ghiên cứu sử dụng điatomit (Hòa ộc-Phú Yên) Tro bay ( hà máy nhiệt điện Phả ại) để tạo vật liệu biến tính có khả hấp phụ cao để xử lý ô nhiễm - (Pb, d) môi trường đất nước hảo sát khả hấp phụ d, Pb mẫu đất ô nhiễm tự nhiên mẫu nước gây ô nhiễm nhân tạo vật liệu điatomit, tro bay trước sau biến tính Ý nghĩa khoa học thực tiễn 3.1 Ý nghĩa khoa học ề tài luận án làm sáng tỏ tính chất hóa lý điatomit tro bay, trình biến tính vật liệu để tạo thành vật liệu có khả hấp phụ ( d, Pb) cao ồng thời đánh giá khả hấp phụ KLN (Cd, Pb) đất nước ô nhiễm vật liệu trước sau biến tính nhằm cung cấp sở khoa học ứng dụng điatomit tro tính xử lý ô nhiễm KLN (Pb, Cd) môi trường đất nước 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng quy trình đơn giản, dễ thực điều kiện nước ta để biến tính tạo vật liệu có khả hấp phụ cao từ điatomit tro bay - ản phẩm biến tính cho khả hấp phụ cao, thử nghiệm khả hấp phụ ( d Pb) đất nước ô nhiễm với lượng vật liệu sử dụng khác mở hướng xử lý ô nhiễm (Pb d) môi trường đất nước Những đóng góp - ã nghiên cứu quy trình biến tính điatomit Hòa ộc (D-HL) tro bay hà máy hiệt điện Phả ại (T-PL) tạo thành sản phẩm có khả hấp phụ cao để sử dụng xử lý ô nhiễm KLN Pb Cd - ã khảo sát khả hấp phụ kim loại nặng ( d, Pb) mẫu đất ô nhiễm tự nhiên làng nghề tái chế thôn ông Mai, xã hỉ ạo, Văn âm, Hưng Yên với nước gây ô nhiễm nhân tạo Pb Cd vật liệu điatomit tro bay trước sau biến tính ƢƠN TỔN QU N TÀ L ỆU 1.1 Tổng quan kim loại nặng ( LN) 1.1.1 Khái niệm KLN ó nhiều khái niệm , có quan điểm sử dụng nhiều là: uan điểm thứ cho 5, bao gồm: 9,8), kim loại có tỉ trọng lớn s (tỉ trọng 5,72), d (tỉ trọng 9,6), g (tỉ trọng 10,5), Bi (tỉ trọng o (tỉ trọng 8,9), u (tỉ trọng 8,96), r (tỉ trọng 7,1), Fe (tỉ trọng 7,87), Hg (tỉ trọng 13.52), Mn (tỉ trọng 7,44), i (tỉ trọng 8,9), Pb (tỉ trọng 11,34), Zn (tỉ trọng 7,10) rong số nguyên tố có số nguyên tố cần cho dinh dưỡng trồng, ví dụ: Mn, o, u, Zn, Fe, ác nguyên tố trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi nguyên tố vi lượng, hàm lượng cao gây độc cho trồng (V Prasad M N., 1974)) uan điểm thứ hai theo quan điểm độc tố học cho kim loại có nguy gây nên vấn đề môi trường heo quan điểm nguyên tố sau xem : u, Zn, Pb, d, Hg, i, r, o, Vn, i, Fe, Mn, g, n, s, e ó nguyên tố quan tâm nhiều Pb, Hg, d Hiện người ta chưa biết vai trò sinh thái nguyên tố này, nhiên dư thừa lượng nhỏ nguyên tố tác hại lớn (Rainbow, 1985; Hopkin, 1989; Bryan & Langston, 1992) ần phân biệt thuật ngữ nguyên tố vi lượng, nguyên tố vi lượng gồm nguyên tố mà thực vật cần với số lượng nhỏ Zn, Mn, Mo, B, Fe, l u, huật ngữ nguyên tố vi lượng nghĩa nguyên tố tồn với số lượng nhỏ đất 1.1.2 Tính độc hại KLN hiều tác giả tính độc đất không phụ thuộc vào hàm lượng tổng số mà phụ thuộc vào dạng di động, bị thay đổi phụ thuộc vào biến đổi điều kiện môi trường xung quanh gây trình vùng rễ hay tác động hoạt động canh tác bón lân, chất hữu cơ, vôi chất điều hoà khác ể đánh giá mức độ độc hại kim loại nặng quan điểm độc tố học, hàm lượng đất phân thành hai mức, hàm lượng "nền" (background level) hàm lượng vượt hàm lượng "nền" (excessive background level) Hàm lượng đất xem hàm lượng thông thường điều kiện tự nhiên đất, liên quan chủ yếu với nguồn gốc phát sinh tự nhiên (đá mẹ, điều kiện hình thành đất, ) ác nước giới đưa quy định giới hạn hàm lượng đất dùng cho mục đích nông nghiệp Mục tiêu giới hạn này, hầu hết nước, bảo vệ suất đất, môi trường sức khoẻ người động vật Hiện nước ta có quy chuẩn môi trường đất ( uy chuẩn Việt am QCVN 03-MT:2015/BTNMT) 1.1.3 Nguồn KLN đất ó nguồn từ phong hoá đá hình thành đất hoạt động nhân sinh 1.1.4 Sự cố định, biến đổi khả chuyên hoá KLN đất ự cố định, biến đổi khả chuyển hóa đất phụ thuộc vào yếu tố sau: - hoà tan ion tự dung dịch - rao đổi ion, hấp phụ hấp phụ hoá học - ạo phức chelát - chuyển hoá, rửa trôi di chuyển 1.1.5 Ô nhiễm KLN (Pb Cd) Việt Nam ác nguồn gây ô nhiễm (Pb d) gồm: - guồn tự nhiên - nhiễm Pb d hoạt động nông nghiệp - nhiễm Pb d hoạt động làng nghề - nhiễm Pb d hoạt động công nghiệp đô thị 1.2 Tổng quan phƣơng pháp xử lý LN (Pb d) đất, nƣớc ác phương pháp xử lý ô nhiễm đất trình bày sơ đồ hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ phục hồi đất ô nhiễm Pb d (Martin Ruby, 2004) rong vài năm trở lại có nhiều nghiên cứu để giải điểm ô nhiễm kim loại theo phương pháp hấp phụ cố định, hút thu sinh học ác nghiên cứu chủ yếu tập trung phát triển tập đoàn trồng có khả hút thu tích lũy kim loại (dương xỉ, cỏ vetiver, lau sậy,…) Ở cách tiếp cận khác, loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo có đặc tính hấp phụ mạnh kim loại nghiên cứu bón cho đất nhằm cố định giảm di động kim loại, sử dụng nguồn khoáng sét để chế tạo cột lọc nước để loại bỏ nước rong biện pháp tách bỏ cách ly chưa thể áp dụng điều kiện tại, tập đoàn xử lý hút thu kim loại chưa thể nhân rộng, việc sử dụng vật liệu hấp phụ chưa thể giải triệt để nguy từ kim loại, hạn chế lan rộng khu vực ô nhiễm ác loại vật liệu hấp phụ tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo sử dụng để cố định kim loại đất, nghiên cứu sử dụng hai vật liệu tro bay điatomit biến tính để tăng khả cố định môi trường đất nước 1.3 Tổng quan vật liệu điatomit tro bay 1.3.1 Điatomit ác nước sản xuất điatomit lớn Mỹ, an Mạch, Pháp, Hàn uốc, Mêxicô, ây Ban ha, ức, rung uốc, hật Bản ản lượng giới khoảng triệu tấn/ năm ại Việt am, nguồn điatomit có trữ lượng 165 triệu ( guyễn hị Thanh Huyền nnk, 2006) iatomtie mỏ Hoà ộc - Phú Yên (Hoà ộc - xã An Xuân - huyện uy n -Phú Yên) có diện tích 202 ha, trữ lượng khai thác mỏ cấp phép 20 triệu ( ông ty cổ phần điatomit Việt am, 2014) 1.3.2 Tro bay ro bay sử dụng để nghiên cứu sản phẩm thải loại thu từ trình đốt cháy than nhà máy điện Ở nước ta nhà máy nhiệt điện (Phả ại, inh Bình, ghi ơn, Vũng ng,…) hàng năm thải 3-7,6 triệu tro bay ( iều ao hăng nnk 2013) Kết nghiên cứu Phan Hữu uy uốc, 2011 thành phần tro xỉ hà máy hiệt điện Phả ại có 73% tro bay Hiện tro, xỉ thải hà máy hiệt điện Phả ại thu hồi để làm phụ gia cho ngành xây dựng phụ gia bê tông đầm lăn, phụ gia xi măng, gạch chưng áp, thạch cao… heo tính toán ông ty P hiệt điện Phả ại, năm đơn vị thu hồi, xử lý khoảng 350.000 tro, xỉ thải (Báo ông hương, 2015) hư khoảng 87.000 tấn/năm tro, xỉ thải năm hà máy hiệt điện Phả ại chưa tái sử dụng 1.4 Một số phƣơng pháp nâng cao hoạt tính vật liệu hấp phụ Các phương pháp nâng cao hoạt tính vật liệu khoáng sét gồm có: - Phương pháp nhiệt hóa - Xử lý axít/kiềm hóa - Hoạt hóa với chất hoạt động bề mặt - Phương pháp phủ bọc - Zeolit hóa - Phương pháp chèn lớp tạo cột chống ƢƠN Ố TƢƠN , NỘ DUN VÀ P ƢƠN P ÁP N N ỨU 2.1 ối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Đất nước dùng để thí nghiệm 2.1.1.1 Đất thí nghiệm ô nhiễm tự nhiên ất sử dụng nghiên cứu đất canh tác vụ lúa vụ màu lấy tầng đất mặt ruộng trồng lúa địa bàn thôn ông Mai, xã hỉ ạo, huyện Văn âm, tỉnh Hưng Yên 2.1.1.2 Nước dùng để thí nghiệm uá trình tiến hành thí nghiệm sử dụng nước ô nhiễm nhân tạo, gây ô nhiễm hai KLN chì (Pb) cadimi (Cd) Dung dịch Pb2+ Cd2+ pha từ dung dịch Pb( 3)2 CdC2 phòng thí nghiệm 2.1.2 Vật liệu sử dụng nghiên cứu Vật liệu điatomit sử dụng thí nghiệm lấy từ mỏ điatomit Hòa Lộc – Phú Yên vật liệu tro bay sử dụng thí nghiệm lấy từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2.2 Nội dung nghiên cứu - ánh giá tính chất lý hóa học điatomit Hòa ộc - Phú Yên tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại - Khảo sát khả biến tính điatomit tro bay phương pháp thủy nhiệt môi trường kiềm, lựa chọn điều kiện biến tính tối ưu (nồng độ kiềm, nhiệt độ thời gian biến tính) để thu vật liệu có khả hấp phụ cao - ánh giá tính chất lý hóa học vật liệu điatomit tro bay sau biến tính - Thử nghiệm hấp phụ ( u, d) điatomit tro tính mẫu đất, nước bị ô nhiễm 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu 2.3.2 Phương pháp điều tra thực địa - Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn (RRA) - mẫu đất: Mẫu đất lấy khu ruộng lúa phía sau khu làng nghề (tọa độ vị trí lấy mẫu là: 20059'10,56"; 106003'16,98") 2.3.3 Phương pháp phân tích Phân tích đất vật liệu theo phương pháp thông dụng hành phòng Phân tích môi trường hoa Môi trường, rường ại học hoa học ự nhiên, H GH 2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.3.4.1 Phương pháp điều chế vật liệu a Biến tính tro bay Vật liệu tro bay (ký hiệu -PL) biến tính theo phương pháp biến tính thủy nhiệt môi trường kiềm mạnh ui trình thí nghiệm trình bày sau: Cho 10g T-PL vào bình chịu nhiệt dung tích 250 ml, thêm vào 100 ml dung dịch NaOH với nồng độ khác (1 N, N, N, N, N, N), đậy nút có gắn sinh hàm ngược, trình tiến hành máy khuấy từ nhiệt độ khác (1000C, 1500C, 2000C, 2500C) thời gian khác (1 h, h, 12 h, 24 h, 48 h, 72 h) ung dịch sau khuấy từ li tâm rửa nước cất để loại bỏ kiềm dư tạp chất Phần rắn sau li tâm sấy khô nhiệt độ 1050C h, sau nghiền nhỏ rây qua rây 0,25 mm ác điều kiện thí nghiệm thay đổi tuần tự, mẫu tổng hợp có diện tích bề mặt, E cao, quy trình tổng hợp đơn giản lựa chọn bảo quản điều kiện khô sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái (X-ray, XR EM) số tính chất diện tích bề mặt, CEC, pHKCl b Biến tính điatomit Vật liệu điatomit Hòa ộc (D-HL) dùng để điều chế vật liệu hấp phụ theo quy trình: 10 g D-H cho vào bình chịu nhiệt dung ƢƠN ẾT QUẢ N N ỨU VÀ T ẢO LUẬN 3.1 ác tính chất vật liệu hấp phụ 3.1.1 Các tính chất điatomit Hòa Lộc (D-HL) iatomit Hòa Lộc - Phú Yên có pHKCl = 3,71 mang tính axít, CEC 59 Cmol+/kg (được ký hiệu D-HL) Thành phần cấp hạt cát chiếm chủ yếu với 68,2%, cấp hạt sét chiếm 16,7% cấp hạt limon chiếm 15,1% D-HL chứa nhiều oxit silic (62,4%) nên thích hợp cho việc tạo vật liệu có khả hấp phụ cao 3.1.2 Các tính chất tro bay Phả Lại (T-PL) Tro than bay lấy từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại có pHKCl = 8,31 mang tính kiềm, CEC 30 Cmol+/kg (được ký hiệu T-PL) Thành phần hóa học chủ yếu i (chiếm 42%), l2O3 (chiếm 19,38%) thành phần khác.Tro bay vật liệu có thành phần oxit sillic cao (chiếm 42%) thích hợp cho việc biến tính tạo thành vật liệu có khả hấp phụ cao 3.2 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ điatomit òa Lộc (D-HL) 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ NaOH Al(OH)3 Bảng 3.3: Mối quan hệ nồng độ NaOH/Al(OH)3 với CEC D-HL Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 6/0,5 (M1) 210 Nồng độ NaOH/Al(OH)3 6/1 6/1,5 6/2 6/2,5 (M2) (M3) (M4) (M5) 195 195 205 200 6/3 (M6) 190 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khuấy từ Bảng 3.4: Mối quan hệ nhiệt độ với CEC vật liệu Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 Nhiệt độ 1500C 2000C (M2) (M3) 185 210 1000C (M1) 200 2500C (M4) 200 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian khuấy từ Bảng 3.5: Thời gian khuấy từ giá trị CEC vật liệu Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 1h 200 6h 200 11 Thời gian 12 h 24 h 190 215 48 h 210 72 h 210 Từ nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành vật liệu từ D-H rút sơ đồ quy trình tổng hợp sau: hoáng điatomit thô Xử lý sơ ( ghiền rây qua rây 0,25mm) ung dịch a H/ l( H)3 =6 N:0,5 N khuấy từ 1000C un cách thủy 24 900C Rửa nước cất, li tâm tách kiềm 1050C 2h ghiền rây qua rây 0,25mm ản phẩm biến tính Hình 3.5: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu điatomit ây quy trình đơn giản, không yêu cầu cao việt thiết bị vật liệu cho trình tổng hợp vật liệu từ D-HL Quá trình tổng hợp có hiệu suất tương đối cao, đạt 80% 3.3.4 D-HL biến tính thay đổi tính chất lý hóa học D-HL Tính chất D-HL sau biến tính thể bảng 3.9 Bảng 1.9: Tính chất vật liệu D-HL trƣớc sau biến tính STT Chỉ tiêu pHKCl CEC Diện tích bề mặt ơn vị Cmol+/kg m2/g Ban đầu 3,71 59 41,15 Giá trị Sau biến tính 9,21 200 93,69 3.3 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (T-PL) 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ kiềm 12 Bảng 3.10: Mối quan hệ nồng độ NaOH với CEC T-PL biến tính Mẫu CEC (Cmol+/kg) T-PL 30 Nồng độ NaOH 2N 3N 4N 120 180 120 1N 110 5N 110 6N 110 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy từ Bảng 3.1: Mối tƣơng quan thời gian khuấy từ với CEC T-PL biến tính Mẫu T-PL 30 CEC (Cmol+/kg) 35 Thời gian (h) 12 24 80 115 185 48 85 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khuấy từ Bảng 3.2: Mối tƣơng quan nhiệt độ khuấy từ CEC T-PL biến tính Mẫu + CEC (Cmol /kg) T-PL 30 100 C 170 Nhiệt độ (0C) 1500C 2000C 160 160 2500C 120 Từ thí nghiệm, quy trình tối ưu lựa chọn theo sơ đồ sau: ro bay nhà máy nhiệt điện Phả ại Xử lý sơ (rây qua rây 0,25mm) ung dịch a H khuấy từ 24 1000C Rửa nước cất, li tâm tách kiềm 1050C 2h ghiền rây qua rây 0,25mm ản phẩm biến tính Hình 3.12: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu T-PL ây công thức điều chế tương đối đơn giản, hiệu suất trình 75% lượng tro bay bị trình ly tâm rửa kiềm Hiệu suất thấp so với trình điều chế D-HL T- 13 PL nhẹ D-HL nên trình rửa kiềm lượng T-PL bị rửa theo nước nhiều 3.3.4 T-PL biến tính thay đổi tính chất lý hóa học Bảng 3.15: Các tính chất vật liệu T-PL trƣớc sau biến tính STT ơn vị Chỉ tiêu pHKCl CEC Diện tích bề mặt Cmol+/kg m2/g Ban đầu 8,31 30 1,35 Giá trị Sau biến tính 9,04 170 42,54 3.4 ết thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN d, Pb đất ô nhiễm 3.4.1 Các tính chất đất dùng để thí nghiệm Bảng 3.16: Tính chất hóa học đất ô nhiễm (tầng đất 0-30 cm) TT QCVN 03- 2015 pH pHKCl pHH2O 4,21 5,22 - - CEC Cmol+/kg) 11,1 Pb (mg/kg) Tổng số Di động Cd (mg/kg) Tổng số Di động 1.281,1 118,81 9,51 2,85 70 - - - 3.4.2 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd môi trường đất vật liệu D-HL trước sau biến tính 3.4.2.1 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd môi trường đất vật liệu D-HL trước biến tính a Kết thí nghiệm hấp phụ Pb Hiệu suất hấp phụ hỗn hợp (đất + % vật liệu) tỷ lệ phối trộn khác biến thiên theo quy luật định: hiệu suất hấp phụ tăng dần lượng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo tỷ lệ hi bổ sung 3% vật liệu hiệu suất hấp phụ đạt 37,65% bổ sung mức 5% hiệu suất tăng không đáng kể, chứng tỏ hấp phụ bắt đầu đến mức bão hòa hiệu suất hấp phụ cao mức 38,01% b Kết thí nghiệm hấp phụ Cd Hiệu suất hấp phụ hỗn hợp (đất + % vật liệu) tỷ lệ phối trộn khác tăng dần lượng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo tỷ lệ uy nhiên, đến mức bổ sung 3% hiệu suất tăng 14 không đáng kể, chứng tỏ hấp phụ bắt đầu đến mức bão hòa hiệu suất hấp phụ đạt cao 25,56% 3.4.2.2 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd môi trường đất vật liệu D-HL biến tính a Kết thí nghiệm hấp phụ Pb Bảng 3.19: iệu suất hấp phụ Pb đất đƣa D-HL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Dạng àm lƣợng Pb di động bị cố di định thêm vật liệu động Trung ộ lệch chuẩn đất bình iệu suất hấp phụ vật liệu (%) Tổng số Dạng bị cố định đất Mẫu đối chứng 1281,1 1162,29 118,81 0 ất + 1% ất + 2% 1281,1 1281,1 1162,29 1162,29 42,43 21,44 76,38 97,37 2,45 2,58 64,29 81,95 ất + 3% 1281,1 1162,29 12,53 106,28 3,40 89,45 ất + 4% 1281,1 1162,29 11,22 107,59 1,86 90,56 ất + 5% 1281,1 1162,29 9,21 109,60 3,14 92,24 ông thức b Kết thí nghiệm hấp phụ Cd Bảng 3.20: iệu suất hấp phụ Cd đất đƣa D-HL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Dạng àm lƣợng Pb di động bị cố di định thêm vật liệu động Trung ộ lệch chuẩn đất bình iệu suất hấp phụ vật liệu (%) Tổng số Dạng bị cố định đất Mẫu đối chứng 9,51 6,66 2,85 0 ất + 1% ất + 2% 9,51 9,51 6,66 6,66 0,85 0,76 2,00 2,09 0,18 0,20 70,18 73,33 ất + 3% 9,51 6,66 0,66 2,19 0,19 76,84 ất + 4% 9,51 6,66 0,61 2,24 0,22 78,60 ất + 5% 9,51 6,66 0,59 2,26 0,11 79,30 ông thức 15 3.4.3 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd vật liệu T-PL trước sau biến tính 3.4.3.1 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd môi trường đất vật liệu T-PL trước biến tính a Kết thí nghiệm hấp phụ Pb Hiệu suất hấp phụ hỗn hợp (đất + % vật liệu) đạt thấp, cao 3,82% b Kết thí nghiệm hấp phụ Cd Hiệu suất hấp phụ -P chưa biến tính đạt thấp, cao 2,46% 3.4.3.2 Hiệu suất hấp phụ Pb Cd môi trường đất vật liệu T-PL biến tính a Kết thí nghiệm hấp phụ Pb Bảng 3.23: iệu suất hấp phụ Pbtrong đất đƣa T-PL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Công thức Tổng số Dạng bị cố định đất Dạng di động đất àm lƣợng Pb di động bị cố định thêm vật liệu Trung bình ộ lệch chuẩn iệu suất hấp phụ vật liệu (%) Mẫu đối chứng 1281,1 1162,29 118,81 0 ất + 1% ất + 2% ất + 3% 1281,1 1281,1 1281,1 1162,29 1162,29 1162,29 47,52 32,03 17,19 71,29 86,78 101,62 2,70 3,95 3,12 60,00 73,04 85,53 ất + 4% 1281,1 1162,29 11,38 107,43 2,89 90,42 ất + 5% 1281,1 1162,29 10,99 107,82 3,06 90,75 b Kết thí nghiệm hấp phụ Cd 16 Bảng 3.24: iệu suất hấp phụ Cd đất đƣa T-PL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Công thức Tổng số Dạng bị cố định đất Dạng di động đất àm lƣợng Pb di động bị cố định thêm vật liệu Trung bình ộ lệch chuẩn iệu suất hấp phụ vật liệu (%) Mẫu đối chứng 9,51 6,66 2,85 0 ất + 1% ất + 2% ất + 3% 9,51 9,51 9,51 6,66 6,66 6,66 0,93 0,82 0,77 1,92 2,03 2,08 0,03 0,05 0,07 67,36 71,22 72,98 ất + 4% 9,51 6,66 0,64 2,21 0,08 77,40 ất + 5% 9,51 6,66 0,61 2,24 0,06 78,60 iệu suất xử lý (%) 3.4.4 So sánh hiệu suất hấp phụ Pb Cd vật liệu D-HL T-PL biến tính o sánh hiệu suất hấp phụ Pb d đất ô nhiễm ông Mai, hỉ ạo Hưng Yên hai vật liệu rút số nhận xét sau: ả hai vật liệu hấp phụ Pb tốt d, điều giải thích lực hấp phụ vật liệu biến tính tạo thành Pb lớn d Thành phần khoáng silicat vô định hình vật liệu tạo thành có lực hấp phụ Pb lớn d, điều phù hợp với kết nghiên cứu nhiều tác giả khác Brummer, 1986 tổng hợp ết trình bày hình 3.30 100 090 T-P biến tính (Pb) 080 T-P biến tính ( d) 070 D-H biến tính (Pb) 060 Lƣợng vật liệu (%) D-H biến tính ( d) Hình 3.30: So sánh khả hấp phụ Pb d hai vật liệu D-HL T-PL biến tính 17 3.5 ết thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN Cd, Pb môi trƣờng nƣớc 3.5.1 Khả hấp phụ Pb Cd nước vật liệu T-PL trước sau biến tính 3.5.1.1 Khả hấp phụ Pb Cd tro bay trước biến tính a Khả hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt khả hấp phụ -P với Pb xác định maxPb = = 9,01 mg/g KL = =0,0114 l/g Hằng số F 46,34 l/g số 1/n 0,147 b Khả hấp phụ Cd2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Cd xác định maxCd =4,0 mg/g KL =0,05 l/g Hằng số F 2,93 l/g số 1/n 0,042 3.5.1.2 Khả hấp phụ Pb Cd T-PL biến tính a Khả hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Pb xác định maxPb = 111,11 mg/g KL = 0,50 l/g số KF 1,64 l/g số 1/n 0,146 b Khả hấp phụ Cd2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Cd xác định maxCd = 76,92 mg/g KL =0,18 l/g số F 1,56 l/g số 1/n 0,163 3.5.2 Khả hấp phụ Pb Cd nước vật liệu DHL trước sau biến tính 3.5.2.1 Khả hấp phụ Pb Cd nước vật liệu D-HL trước biến tính a Khả hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Pb xác định maxPb =66,67 mg/g KL = 0,02 l/g Hằng số 18,34 l/g số 1/n 0,172 b Khả hấp phụ Cd2+ 18 F Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Cd xác định maxCd =52,63 mg/g KL = 0,09 l/g Hằng số F 18,16 l/g số 1/n 0,15 3.5.2.2 Khả hấp phụ Pb Cd nước vật liệu D-HL biến tính a Khả hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Pb xác định QmaxPb = 142,86 mg/g KL = 0,24 l/g Hằng số F 1,57 l/g số 1/n 0,183 b Khả hấp phụ Cd2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Cd xác định maxCd = 83,33 mg/g KL = 0,15 l/g Hằng số F 1,56 l/g số 1/n 0,178 3.5.3 So sánh động học hấp phụ vật liệu ựa vào hệ số tương quan R2 (bảng 3.40) nhận xét hấp phụ Pb2+ Cd2+ T-PL D-HL trước sau biến tính mô tả phù hợp sử dụng mô hình angmuir tốt mô hình Freundlich Bảng 3.40: ác thông số động học hấp phụ Pb2+ Cd2+ T-PL D- L biến tính Dung dịch Pb 2+ Cd2+ hất hấp phụ T-PL T-P biến tính D-HL D-H biến tính T-PL T-P biến tính D-HL D-H biến tính ựa giá trị b (L/g) 0,02 0,5 0,02 0,24 0,05 0,18 0,009 0,15 Langmuir Qmax (mg/g) 9,01 111,11 66,67 145,87 4,0 76,92 52,6 83,33 R2 0,993 0,988 0,991 0,984 0,994 0,991 0,992 0,992 Freundlich KF 1/n R2 (L/g) 0,113 3,60 0,899 0,146 1,64 0,508 0,172 18,09 0,572 0,183 1,57 0,571 0,042 2,93 0,973 0,163 1,56 0,732 0,15 18,16 0,510 0,178 1,56 0,752 max KL (Bảng 3.40) cho thấy khả hấp phụ -H biến tính cao -PL 19 bảng số liệu hấp phụ xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt kim loại ết biểu diễn đồ thị hình 150.0 160.000 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 000 Qe(mg/g) Qe(mg/g) 3.47 hình 3.48 100.0 Pb 50.0 Cd 0 500 1000 1500 Ce(mg/l) Cd Pb 500 1000 1500 Ce(mg/l) Hình 3.47: ƣờng đẳng nhiệt hấp Hình 3.48: ƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Pb d phụ Pb d D- L biến T-PL biến tính tính thị hình 3.47 3.48 cho thấy, vật liệu T-PL D-HL biến tính hấp phụ Pb nhiều d ung lượng hấp phụ -PL biến tính Pb 116,6 mg/g, d 79,47 mg/g; dung lượng hấp phụ -H biến tính Pb 137,52 mg/g, d 86,24 mg/g iều giải thích lực hấp phụ vật liệu biến tính tạo thành Pb lớn d ết xác định Mối tương quan giá trị RL cac dạng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmiur trình bày đồ thị hình 3.49 3.50 0.015 Cd Pb 0.01 RL RL 0.02 0.005 0 1000 2000 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 Cd Pb 3000 Co (mg/l) 1000 2000 3000 Co (mg/l) Hình 3.49: Sự phụ thuộc tham số RL vào nồng độ ban đầu d Pb vật liệu T-PL biến tính Hình 3.50: Sự phụ thuộc tham số RL vào nồng độ ban đầu d Pb vật liệu D- L biến tính 20 ết cho thấy, tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ 0, C0 tăng RL dần đến 0, tức nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mô hình có xu tiến dần đến mô hình không thuận lợi iều phù hợp với kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp tăng dung lượng hấp phụ thời điểm cân có xu hướng giảm dần 21 KẾT LUẬN VÀ ẾN N Ị ết luận ro bay điatomit nguồn vật liệu tương đối có sẵn, chi phí thấp dùng làm nguồn nguyên liệu để hấp phụ có độc tính cáo đất ô nhiễm ( d, Pb), nhiên hiệu chưa cao khả hấp phụ hạn chế ( E tro bay điatomit 30 45 Cmol+/kg diện tích bề mặt BE tro bay điatomit 1,35 41,15 m2/g) iều kiện biến tính -P môi trường kiềm mạnh ( a H ), khuấy từ nhiệt độ 1000 24 h òn với vật liệu D-H điều kiện kiềm mạnh (Tỷ lệ nồng độ NaOH N/Al(OH)3 0,5 N), nhiệt độ khuấy từ 1000C, thời gian khuấy từ 1h, hấp cách thủy 24h nhiệt độ 900C Thành phần khoáng vật -P biến tính gồm: thạch anh chiếm 24-26%, mullit chiếm 22-24%, zeolit Na2-P chiếm 24-26%, dạng khoáng vật nhỏ khác chiếm 10-16% lại dạng vô định hình chiếm 8-20% ản phẩm -P biến tính có diện tích bề mặt BET 42,54 m /g, dung tích trao đổi cation 170 cmol/kg lớn 31,5 5,6 lần so với tro bay ban đầu òn -HL sau biến tính có thành phần khoáng vật gồm: monmorillonit 24-26%, tsaregorodtsevit 26-28% thành phần nhỏ khác dạng vô định hình ản phẩm -H biến tính có diện tích bề mặt BET 93,69 m /g CEC 200 Cmol+/kg lớn 2,28 3,4 lần so với vật liệu -H ban đầu Thử nghiệm khả hấp phụ hai vật liệu mẫu đất ô nhiễm tự nhiên lấy thôn ông Mai, xã hỉ ạo, huyện Văn âm, tỉnh Hưng Yên có hàm lượng Pb d di động cao (tương ứng 118,81 mg/kg 2,85 mg/kg) cho thấy hiệu suất hấp phụ 22 D-HL T-P biến tính cao ượng vật liệu bổ sung lớn (1-5%) hiệu suất hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ vật liệu biến tính từ -H Pb tăng từ 64% đến 92%, từ 70% đến 79% d Hiệu suất hấp phụ -P biến tính Pb tăng từ 60% đến 90% từ 67% đến 78% với d Hiệu suất hấp phụ vật liệu biến tính cao hẳn so với vật liệu ban đầu Thử nghiệm khả hấp phụ KLN D-HL T-PL biến tính môi trường nước gây ô nhiễm nhân tạo (được gây ô nhiễm Pb Cd dung dịch Pb (NO3)2 CdCl2) cho thấy nồng độ ô nhiễm tăng khả hấp phụ vật liệu hấp phụ vật liệu giảm dần, hấp phụ Pb2+ Cd2+ T-PL D-H biến tính mô tả phù hợp sử dụng mô hình angmuir tốt mô hình Freundlich hấp phụ vật liệu tạo thành Pb cao d ung lượng hấp phụ cực đại -P biến tính Pb 111,11 mg/g, số đặc trưng cho tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ L=0,5 l/g, d 76,92 mg/l KL = 0,18 mg/l ung lượng hấp phụ cực đại -H biến tính Pb 142,86 mg/g, số đặc trưng cho tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ =0,24 l/g, d 83,33 mg/l KL = 0,15 mg/l hấp phụ Pb d vật liệu biến tính cao hẳn so với vật liệu ban đầu iến nghị iến hành nghiên cứu quy mô pilot ứng dụng -HL TP xử lý đất đồng ruộng, nước hồ bị ô nhiễm tiến đến xử lý số ruộng nhỏ, hồ nhỏ để thử nghiệm khả nhân rộng mô hình nhằm xử lý ô nhiễm môi trường đất, nước ô nhiễm 23 iến hành thử nghiệm thêm khả loại bỏ chất ô nhiễm khác khác, khả cải tạo đất, xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ, phốt pho, để áp dụng lĩnh vực có triển vọng xử lý ô nhiễm vùng sản xuất nông nghiệp, xử lý phú dưỡng hồ khu đô thị, hồ, đầm nuôi cá, đầm nuôi tôm, hải sản nước mặn 24 D N Phạm MỤ Á ÔN TRÌN O Ọ L N QU N ẾN LUẬN ÁN guyễn Xuân Hải, nh Hùng, Phan guyễn gọc Minh, Ủ TÁ Ả ireycheva V., ông Pha, Vũ hị Hồng Hà, ương hánh Vân (2011) ghiên cứu tổng hợp zeolit từ điatomit làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng (Pb d) Tạp chí Khoa học tự nhiên công nghệ, Đại học quốc gia Hà Nội, ISSN 0866-8612, tập 27, số 3, tr 171-178 guyễn Xuân Hải, Phạm nh Hùng, guyễn hị uỳnh rang (2011) ghiên cứu tổng hợp zeolit từ tro bay làm vật liệu hấp phụ Tạp chí Khoa học Đất, ISSN 0868-3743, số 38, tr.39-42 guyễn Xuân Hải , guyễn gọc Minh, Phạm nh Hùng, Vũ hị Hồng Hà, ương hánh Vân (2011) nh hưởng điều kiện môi trường đến tính chất hấp phụ zeolit tổng hợp từ điatomit ạp chí hoa học ất, I 0868-3743, số 38, tr 43-47 Pham Anh Hung, Hai Nguyen Xuan Hai (2013) Synthesis of Zeolite from natural điatomit Bao Loc district, Lam Dong province of Vietnam and its application for removal of heavy metals (Pb and Cd) ARPN Journal of Agricultural and Biological Science ISSN 1990-6145 Vol 8, No 8, p 599-604 Pham Anh Hung, Nguyen Xuan Hai (2014) Mineral composition and properties of modified flyash ARPN Journal of Agricultural and Biological Science ISSN 1990-6145 Vol 9, No 2, p 51-54 ... biến tính để đưa hướng sử dụng xử lý ô nhiễm môi trường đất nước Xuất phát từ đề tài luận án: Nghiên cứu sử dụng điatomit tro bay để hấp phụ Cd Pb đất, nước bị ô nhiễm thực nhằm nghiên cứu quy... nhiều công trình nghiên cứu sử tro bay điatomit để biến tính tạo thành vật liệu có khả hấp phụ cao ứng dụng hấp phụ môi trường đất nước Ở nước ta có số nghiên cứu ứng dụng sử tro bay điatomit. .. nghiệm vật liệu hấp phụ KLN Cd, Pb môi trƣờng nƣớc 3.5.1 Khả hấp phụ Pb Cd nước vật liệu T-PL trước sau biến tính 3.5.1.1 Khả hấp phụ Pb Cd tro bay trước biến tính a Khả hấp phụ Pb2 + Thiết lập