KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ CỦA QUẢ CHUỐI TIÊU (Musa basloo Sieb.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ CỦA QUẢ CHUỐI TIÊU (Musa basloo Sieb.) Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MINH THƯ Niên khóa: 2011 - 2013 Tháng 12/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC BẰNG VỎ CỦA QUẢ CHUỐI TIÊU (Musa basloo Sieb.) Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực TS TRẦN THỊ DUNG NGUYỄN THỊ MINH THƯ ThS PHÙNG VÕ CẨM HỒNG Tháng 12/2013 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khố luận tốt nghiệp em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ của: Trước tiên xin cảm ơn mẹ, người tạo kiện tốt để hồn thành tốt việc học tập Em xin cảm ơn tất Thầy Cô Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Trường Đại học Nông Lâm tận tình dạy, cho em kiến thức bổ ích suốt q trình học tập trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Dung ThS Phùng Võ Cẩm Hồng tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt suốt q trình thực khố luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn quý Thầy, Cô phản biện dành thời gian quan tâm đến khoá luận Sinh viên thực Nguyễn Thị Minh Thư iii TĨM TẮT Hiện nay, có nhiều phương pháp nghiên cứu ứng dụng để tách Ni2+ Cd2+ khỏi nước thải Một phương pháp nhiều người quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp phụ ion kim loại Phương pháp có ưu điểm sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có thân thiện với mơi trường Vỏ chuối phụ phẩm ứng dụng để xử lý ion Cd2+ Ni2+ môi trường nước đem lại hiệu to lớn mặt kinh tế, xã hội mơi trường Vì thế, nhận thấy lợi ích việc tận dụng vỏ chuối làm nguồn nguyên liệu xử lý ion kim loại nặng có Cd2+ Ni2+ nên đề tài “ Khảo sát khả hấp phụ số ion kim loại nặng nước vỏ chuối” thực Đề tài tiến hành nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ ion Cd2+ Ni2+ nước vỏ chuối khối lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ ion kim loại nặng, ảnh hưởng điều kiện lắc, thời gian đạt trạng thái cân Kết xác định vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối hấp phụ ion kim loại cao khối lượng vỏ chuối g, nồng độ Cd2+ ppm, nồng độ Ni2+ 10 ppm thời gian tiếp xúc 120 phút Tiến hành hấp phụ thử nghiệm mẫu nước thải cho thấy vỏ chuối có khả xử lý mẫu nước có mức độ nhiễm vượt mức cho phép từ 10-20 lần giảm xuống mức cho phép nước thải công nghiệp theo TCVN 5945 – 2005 Từ kết thực nghiệm cho thấy, đề tài tạo tiền đề cho việc sản xuất thiết bị lọc nước dùng gia đình với khả lọc kim loại nặng có hàm lượng nhỏ khó phát Cd2+ Ni2+ Từ khoá: vỏ chuối, hấp phụ, ion kim loại nặng iv SUMMARY Currently, there are many methods have been studied and applied to remove Ni2+ and Cd2+ from wastewater One of the current methods are interested in taking advantage of agricultural, industrial products as materials adsorption of metal ions This method has the advantage of using inexpensive materials, available and environmentally friendly So, if the banana peels is applied to process the Cd2+ and Ni2+ ions in the water will bring great effect on the economy, society and environment Realizing the benefits of the utilization of banana peels as a source materials for processing some heavy metal ions including Cd2+ and Ni2+ that subject “Research on the adsorptive capacity of some heavy metal ions in water by banana peels” was carried out Research on the factors affecting the adsorption capacity of ion Cd2+ and Ni2+ in water of banana peels as the mass of adsorbent, concentration of heavy metal ions, effects of conditions shaking, time to achieve equilibrium The results show that the adsorbent from banana peels adsorbed metal ions at the highest in g banana peels mass, concentration Cd2+ of ppm, concentration Ni2+ of 10 ppm, contact time of 120 minutes To proceed a tested adsorption of waste water samples also showed banana peels capable of handling water pollution pass permissible levels 10-20 times reduced to allowed levels for industrial wastewater according to TCVN 5945 - 2005 The experimental results will set the stage for the production of water purification equipment used in household with the ability to filter heavy metals with low concentrations and difficult to detect as Cd2+ and Ni2+ Keywords: banana peel, adsorption, heavy metal ions v MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv SUMMARY v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Yêu cầu đề tài 1.3 Nội dung thực Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Ảnh hưởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ người 2.1.1 Tính chất độc hại Cadimi (Cd) 2.1.2 Tính chất độc hại Niken (Ni) 2.1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải chứa ion kim loại nặng 2.2 Giới thiệu chuối 2.2.1 Phân loại, nguồn gốc chuối 2.2.2 Đặc điểm hình thái chuối 2.3 Quá trình hấp phụ 2.3.1 Các khái niệm 2.3.2 Hấp phụ môi trường nước 2.4 Động học trình hấp phụ 10 2.5 Giới thiêu phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử 10 2.5.1 Nguyên tắc trang bị phép đo AAS 10 2.5.2 Hệ thống máy đo hấp thụ nguyên tử lửa 11 2.6 Một số nghiên cứu nước 11 2.6.1 Nghiên cứu nước 11 vi 2.6.2 Nghiên cứu nước 12 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 3.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu 13 3.2 Vật liệu nghiên cứu 13 3.3 Hoá chất, thiết bị dụng cụ 13 3.4 Phương pháp nghiên cứu 13 3.4.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối 13 3.4.2 Chuẩn bị dung dịch 14 3.4.3 Xây dựng đường chuẩn AAS 14 3.4.3.1 Dựng đường chuẩn Cd2+ 14 3.4.3.2 Dựng đường chuẩn Ni2+ 15 3.5 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ ion kim loại nặng đến khả hấp phụ vỏ chuối 15 3.6 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ hỗn hợp ion kim loại nặng đến khả hấp phụ điều kiện tĩnh (không sử dụng máy lắc) 17 3.7 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng vỏ chuối nồng độ hỗn hợp ion kim loại nặng đến khả hấp phụ điều kiện sử dụng máy lắc tốc độ 120 vòng/phút 19 3.8 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vỏ chuối 20 3.9 Thí nghiệm 5: Xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ Cd2+ vỏ chuối 21 3.10 Phương pháp xử lý thống kê 21 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 4.1 Kết xây dựng đường chuẩn 22 4.2 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ chối nồng độ ion kim loại nặng đến khả hấp phụ vỏ chuối 23 4.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ hỗn hợp ion kim loại nặng đến khả hấp phụ điều kiện tĩnh (không sử dụng máy lắc) 26 4.4 Kết khảo sát ảnh hưởng vỏ chuối nồng độ hỗn hợp ion kim loại nặng đến khả hấp phụ điều kiện sử dụng máy lắc tốc độ 120 vòng/phút 27 4.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vỏ chuối 28 4.6 Kết xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ Cd2+ vỏ chuối 29 vii Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 31 5.1 Kết luận 31 5.2 Đề nghị 31 Tài liệu tham khảo 32 Phụ lục viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric HQTT: Hồi quy tuyến tính TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Ni: Niken Cd: Cadimi ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Giá trị giới hạn nồng độ chất ô nhiễm nước thải công nghiệp Bảng 2.2 Thành phần hoá học 100g vỏ chuối Bảng 2.3 Thành phần khoáng chất 100g vỏ chuối Bảng 3.1 Các nghiệm thức ion Cd2+ thí nghiệm 15 Bảng 3.2 Các nghiệm thức ion Ni2+ thí nghiệm 16 Bảng 3.3 Các nghiệm thức thí nghiệm 18 Bảng 3.4 Các nghiệm thức thí nghiệm 20 Bảng 4.1 Kết đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn Cd2+ 22 Bảng 4.2 Kết đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn Ni2+ 23 Bảng 4.3 Ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ ion kim loại Cd2+ đến khả hấp phụ vỏ chuối 24 Bảng 4.4 Ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ ion kim loại Ni2+ đến khả hấp phụ vỏ chuối 25 Bảng 4.5 Kết ảnh hưởng ion Cd2+ hỗn hợp ion kim loại 26 Bảng 4.6 Kết ảnh hưởng ion Ni2+ hỗn hợp ion kim loại 26 Bảng 4.7 Kết ảnh hưởng ion Cd2+ hỗn hợp ion kim loại điều kiện sử dụng máy lắc 27 Bảng 4.8 Kết ảnh hưởng ion Ni2+ hỗn hợp ion kim loại điều kiện sử dụng máy lắc 28 Bảng 4.9 Kết ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vỏ chuối 29 Bảng 4.10 Kết xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ Cd2+ vỏ chuối 30 x Bảng 4.3 Ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ ion kim loại Cd2+ đến khả hấp phụ vỏ chuối Nghiệm thức Khối lượng vỏ chuối (g) 0,5 Nồng độ Cd2+ ban đầu (ppm) 0,5 Nồng độ Cd2+sau xử lý (ppm) 0,09 ± 0,001 Hiệu suất hấp phụ (%) 81,33b ± 3,111 0,5 0,16 ± 0,012 96,82a ± 3,498 0,5 10 0,53 ± 0,009 94,72a ± 5,729 1,0 0,5 0,10 ± 0,001 79,59b ± 1,415 1,0 0,24 ± 0,009 95,13a ± 4,975 1,0 10 0,59 ± 0,007 94,09a ± 5,899 2,0 0,5 0,10 ± 0,001 79,85b ± 0,231 2,0 0,28 ± 0,006 94,46a ± 5,832 2,0 10 0,56 ± 0,009 94,37a ± 5,658 Trong cột, giá trị trung bình theo sau chữ khác biểu thị khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê p < 0,05 Ở thí nghiệm chúng tơi tiến hành khảo sát hấp phụ ion Cd2+ Kết khảo sát cho thấy khoảng khối lượng 0,5 g hiệu suất hấp phụ đạt cao nồng độ 0,5 ppm (khoảng 81,33%) hiệu suất giảm dần tăng nồng độ dung dịch Cd2+ Điều cho thấy ban đầu nồng độ dung dịch Cd2+ thấp khối lượng vỏ chuối cho vào tương đối vừa đủ cation Cd2+ lắp đầy “khoảng trống” bề mặt chất hấp phụ Khi nồng độ dung dịch Cd2+ tăng lên hiệu suất hấp phụ giảm Điều giải thích hấp phụ trình thuận nghịch cation Cd2+ lắp đầy “khoảng trống” nhiều tốc độ di chuyển ngược lại lớn nên hiệu suất hấp phụ giảm dần Ở khoảng khối lượng 1,0 g, nồng độ Cd2+ khảo sát từ 0,5 ppm đến 10 ppm Kết thực nghiệm cho thấy vật liệu hấp phụ cao nồng độ dung dịch ppm (khoảng 95%), từ giá trị nồng độ ppm trở đi, khả hấp phụ giảm dần dần đạt trạng thái cân Nguyên nhân ban đầu, nồng độ thấp, cation Cd2+ chưa thể lắp đầy “khoảng trống” bề mặt chất hấp phụ Do đó, tăng nồng độ dung dịch từ 0,5 ppm đến ppm hiệu hấp phụ tăng rõ rệt Khi đến thời điểm “khoảng trống” lắp đầy cation Cd2+ hiệu suất hấp phụ giảm dần Ở khoảng khối lượng 2,0 g chúng tơi thu kết tương tự 24 b) Đối với Ni2+ Bảng 4.4 Ảnh hưởng khối lượng vỏ chuối nồng độ ion kim loại Ni2+ đến khả hấp phụ vỏ chuối Nghiệm thức Khồi lượng (g) 0,5 Nồng độ Ni2+ trước xử lý (ppm) 2 0,5 Nồng độ Ni2+ sau xử lý (ppm) Hiệu suất xử lý (%) 1,38 ± 0,01 31,07a ± 0,53 10 7,55 ± 0,07 24,48bc ± 0,72 0,5 20 17,45 ± 0,24 12,76e ± 1,21 1,0 1,56 ± 0,00 21,90c ± 0,21 1,0 10 7,27 ± 0,09 27,14b ± 0,87 1,0 20 15,39 ± 1,04 23,06c ± 5,19 2,0 1,57 ± 0,03 21,51c ± 0,15 2,0 10 7,63 ± 0,04 23,67c ± 0,40 2,0 20 16,76 ± 0,33 16,20d ± 1,64 Trong cột, giá trị trung bình theo sau chữ khác biểu thị khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê p < 0,05 Kết thí nghiệm khảo sát cho thấy ảnh hưởng đáng kể nồng độ dung dịch Ni2+ đến khả hấp phụ vỏ chuối trình bày bảng 4.4 (p