Nghiên cứu khả năng hấp phụ cr (VI), ni (II), mn (II) của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ THU DUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: HỐ PHÂN TÍCH Mã số: 60440118 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ THỊ HẬU Thái Ngun - 2014 i Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: TS Cao Thị Hảo Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào hồi , ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Thị Hậu, cô giáo trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy Khoa sau Đại học, thầy cô Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên giảng dạy giúp đỡ em trFUình học tập, nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè ln bên cạnh, ủng hộ động viên em lúc gặp phải khó khăn để em hồn thành trình học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu nhiều thiếu xót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2014 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc BTNMT Bộ tài nguyên môi trường QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ BET Brunauer-Emmet-Teller (Diện tích bề mặt riêng) XRD X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) MỤC LỤC LỜI ƠN i CẢM DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU .1 Chương QUAN 1.1 Giới thiệu .3 ion kim loại nặng 1.1.1 Tình trạng nhiễm Cr(VI), kim TỔNG Ni(II), loại Mn(II) nặng .3 1.1.2.1 Giới thiệu kim 1.1.2.2 Tác loại dụ 1.1.2.3 Tác .4 1.1.2.4 Tác dụng .4 nặng dụ sinh h ệp 1.1.4 Các nguồn gây ô .5 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 ion .6 trao đổi 1.2.2 Phương pháp tủa .6 kết 1.2.3 hấp Phương pháp phụ .8 1.3.1.4 Hiệu suất hấp phụ .8 ụ .10 1.3.3 Hấp phụ nước 12 môi trường 1.3.3.1 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước .12 1.3.3.2 Đặc tính ion kim loại mơi trường nước 13 1.4 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 13 1.4.1 Phương pháp trắc quang .13 1.4.2 Các phương pháp phân tích định lượng trắc quang 15 1.4.3 Định lượng Cr(VI), Ni(II), Mn(II) phương pháp trắc quang 16 1.4.3.1 Định lượng Cr(VI) 16 1.4.3.2 Định lượng Ni(II) 16 1.4.3.3 Định lượng Mn(II) 16 1.5 Tiềm quặng sắt Việt Nam 16 1.6 Tình hình nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ khác .17 1.7 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu .19 1.7.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 19 1.7.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 19 Chương THỰC NGHIỆM 21 2.1 Thiết bị 21 2.1.1 Thiết bị 21 2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ 21 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 21 2.2.2 Phương pháp chế tạo .21 2.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ NL mẫu VLHP chế tạo 23 2.4 Khảo sát tính chất bề mặt VLHP tốt chế tạo 23 2.5 Xác định điểm đẳng điện VLHP chế tạo 23 2.6 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II), Mn(II), theo phương pháp trắc quang 2.6.1 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) .23 2.6.2 Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) .24 2.6.3 Xây dựng đường chuẩn xác định Mn(II) .24 2.7 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh .24 2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian 24 2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 25 2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) .25 2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP 25 2.8 Khảo sát ảnh hưởng ion lạ .26 2.9 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 26 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Kết khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu mẫu VLHP chế tạo 27 3.2 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt nguyên liệu VLHP M1 28 3.3 Kết xây dựng đường chuẩn Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 31 3.3.1 Kết xây dựng đường chuẩn Ni(II) 31 3.3.2 Kết xây dựng đường chuẩn Cr(VI) 32 3.3.3 Kết xây dựng đường chuẩn Mn(II) 32 3.4 Điểm đẳng điện VLHP M1 33 3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Ni(II), Cr(VI) VLHP M1 34 3.5.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian 34 3.5.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 37 3.5.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP M1 .40 3.5.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 43 3.6 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 44 3.6.Ảnh hưởng ion lạ tới khả hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) VLHP M1 .48 3.7 Kết xử lí mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ Cr(VI) Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP M1 đến trình hấp phụ Ni(II) Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP M1 đến trình hấp phụ Mn(II) *Nhận xét: Đối với hấp phụ ion Cr (VI): Từ kết thu cho thấy, tăng khối lượng VLHP M1 làm tăng lượng ion kim loại hấp phụ Ngược lại lượng ion kim loại bị hấp phụ đơn vị khối lượng VLHP M1 giảm tăng khối lượng VLHP M1 Tuy nhiên khoảng khối lượng VLHP M1 tăng từ 0,5 đến 0,8 gam hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể Đối với hấp phụ ion Ni (II) Mn (II): Trong khoảng khối lượng VLHP M1 khảo sát từ 0,3 ÷ 0,5g dung lượng hấp phụ tăng Còn khoảng khối lượng từ 0,5 ÷ 0,8g dung lượng hấp phụ VLHP M1 giảm Vì chúng tơi lựa chọn khối lượng VLHP M1 0,5 gam cho thí nghiệm nghiên cứu 3.5.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) Kết bảng 3.9: Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) đến dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP M1 Ion Cr (VI) Ni(II) Mn(II) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb/q (g/l) H % 15,811 1,990 0,69 2,88 87,47 25,612 3,621 1,10 3,29 85,86 51,350 9,880 2,07 4,77 80,76 78,511 19,872 2,94 6,69 74,95 103,182 33,791 3,47 9,74 67,25 121,800 47,110 3,73 12,63 61,32 12,550 5,161 0,37 13,94 58,88 18,501 7,640 0,54 14,15 58,70 80,772 37,372 2,17 17,22 53,73 102,780 48,691 2,70 18,03 52,63 121,042 60,850 3,01 20,22 49,73 149,281 77,281 3,60 21,47 48,23 9,091 1,891 0,40 4,73 80,91 20,101 4,010 0,80 5,01 80,05 81,490 25,592 2,80 9,14 68,60 103,562 40,663 3,15 12,91 60,74 120,401 51,611 3,44 15,00 57,13 150,403 73,092 3,87 18,89 51,40 *Nhận xét: Trong khoảng nồng độ khảo sát, tăng nồng độ đầu dung dịch dung lượng hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ VLHP M1 ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) giảm Điều phù hợp với lý thuyết 44 3.6 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Từ kết thực nghiệm thu khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) đến dung lượng hấp phụ VLHP M1, tiến hành khảo sát cân hấp phụ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Kết thể hình từ hình 3.17; 3.18; 3.19; 3.20; 3.21; 3.22 Hình 3.17: Đường đẳng nhiệt Langmuir VLHP M1 Cr(VI) Hình 3.18: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb VLHP M1 Cr(VI) 45 Hình 3.19: Đường đẳng nhiệt Langmuir VLHP M1 Ni(II) Hình 3.20: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb VLHP M1 Ni(II) 46 Hình 3.21: Đường đẳng nhiệt Langmuir VLHP M1 Mn(II) Hình 3.22: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb VLHP M1 Mn(II) 47 Từ đồ thị hình 3.18; 3.20 3.22 biểu diễn phụ thuộc Ccb/q (g/l) vào Ccb (mg/l) Cr(VI), Ni(II) Mn(II) tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b sau: Bảng 3.10: Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir Ion Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 4,666 3,573 4,918 Hằng số Langmuir b 0,085 0,021 0,048 *Nhận xét: Từ kết thực nghiệm cho thấy mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả tốt hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) VLHP M1 điều thể qua hệ số hồi qui phương trình lớn 0,99 Cr(VI) Mn(II), lớn 0,97 Ni(II) Cũng từ kết thấy khả hấp phụ VLHP M1 với ion giảm dần theo thứ tự là: Mn(II) > Cr(VI) > Ni(II) Từ giá trị b tính bảng 3.10 giá trị C0 bảng 3.9 thay vào cơng thức (1.14) tính giá trị 0