khảo sát động học quá trình hấp phụ ion kim loại lên humin

TÓM TẮT Humin vật liệu chiết xuất từ than bùn, có khả hấp phụ tốt Vật liệu rẻ tiền nên việc ứng dụng khả hấp phụ humin vào vấn đề xử lý nước thải bị nhiễm ion kim loại nặng chất hữu khả quan Kim loại nặng môi trường nước thải không xử lý triệt để gây nguy hiểm nhiều cho người hệ sinh vật Trong nghiên cứu lần thực khảo sát khả hấp phụ ion kim loại chì đồng khảo sát động học hấp phụ Quá trình nghiên cứu việc tách humin thô từ than bùn Kiên Giang rửa humin ta humin, tiến hành hoạt hóa humin với KOH ta humin hoạt hóa Tiến hành khảo sát hấp phụ theo trình tự thay đổi PH (4,5,6,7,8 – Pb; 3,4,5,6,7 - Cu), thay đổi nồng độ ( 5,10,15,20,25), thay đổi thời gian hấp phụ (10,20,40,60,80,100) cuối khảo sát động học giải hấp phụ với axit HCl với thời gian giải hấp thay đổi Kết trình nghiên cứu cho thấy humin hoạt hóa humin hấp phụ kim loại nặng hiệu Cụ thể điều kiện tối ưu dung lượng hấp phụ kim loại sau: Pb – HMS: pH =5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 5.83 mg/g; Pb – HMHH: pH =5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14.47 mg/g; Cu – HMHH: pH =5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14.29 mg/g Hiệu giải hấp phụ: Pb – HMS: H = 72.4%; Pb – HMHH: H = 81.5%; Cu – HMHH: H = 83.5% Kết nghiên cứu thể khả hấp phụ giải hấp phụ kim loại humin hoạt hóa tốt nhiều so với humin kim loại Pb tốt đôi chút so với kim loại đồng Ngồi q trình động học hấp phụ cho thấy hấp phụ đa lớp chủ yếu hấp phụ vật lý ABSTRACT Humin is a material that is extracted from the peat, with very good absorption capacity This material is inexpensive, so the application of Humin adsorption capacity at wastewater treatment issues contaminated heavy metal ions and organic matter is very positive Heavy metals in waste water environment if not handled thoroughly will greatly endanger people and ecosystems In this study we carried out surveys adsorption capacity of lead and copper metal ion and adsorption kinetics study The research process begins by splitting crude Humin peat from Kien Giang and we are Humin Humin laundering, conducting clean activation with KOH Humin Humin we be activated Adsorption survey conducted in the order changed PH (4,5,6,7,8 - Pb; 3,4,5,6,7 - Cu), changing concentrations (5,10,15,20 , 25), change the time adsorption (10,20,40,60,80,100) finally examined the adsorption kinetics and hydrochloric acid desorption time change Research results show that the process of activating and Humin Humin clean adsorbed heavy metals very effectively Specifically in optimal conditions adsorption capacity of the following metals: Pb - HMS: pH = 5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 5.83 mg / g; Pb HMHH: pH = 5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14:47 mg / g; Cu - HMHH: pH = 5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14:29 mg / g Adsorption efficiency solutions: Pb - HMS: H = 72.4%; Pb - HMHH: H = 81.5%; Cu - HMHH: H = 83.5% Research results have shown the absorption capacity as well as the adsorption of metal on activated Humin better than metal Humin Pb clean and slightly better than copper Also the adsorption kinetics showed multilayer adsorption is mainly physical adsorption Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 1.1 KHÁI QUÁT VỀ THAN BÙN 11 1.2 THÀNH PHẦN CỦA THAN BÙN 11 1.2.1 Thành phần nguyên tố hợp chất hữu 11 a) Thành phần nguyên tố .11 b) Hợp chất hữu 11 1.2.2 Chất mùn 12 1.3 HUMIN 17 1.3.1 Đặc điểm humin 17 1.3.2 Thành phần hóa học humin 17 a) Hợp chất hữu 17 b) Thành phần nguyên tố 18 1.3.3 Một vài ứng dụng humin 20 1.3.4 Một số phương pháp xử lý humin thô 21 a) Phương pháp bazơ (phương pháp kiềm chảy) 21 b) Phương pháp axit .21 1.4 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 22 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 22 1.4.2 Các loại hấp phụ 22 a) Hấp phụ vật lý 22 b) Hấp phụ hóa học 23 c) Phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 23 1.4.3 Cấu trúc chất hấp phụ 24 a) Cấu trúc hóa học 24 b) Cấu trúc xốp 25 1.5 BẢN CHẤT CỦA CHẤT BỊ HẤP PHỤ TRONG MÔI TƯỜNG NƯỚC 27 1.6 CÂN BẰNG HẤP PHỤ 27 1.6.1 Dung lượng hấp phụ 27 1.6.2 Tốc độ hấp phụ 28 SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin 1.6.3 Cân hấp phụ hệ cấu tử 29 a) Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 30 b) Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 31 CƠ CHẾ HẤP PHỤ 31 1.7 1.7.1 Sự hấp phụ ranh giới lỏng – rắn 31 1.7.2 Sự hấp phụ phân tử 32 1.7.3 Sự hấp phụ chất điện li 32 1.7.4 Hấp phụ trao đổi ion 33 ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ 34 1.8 1.8.1 Quá trình truyền khối 34 1.8.2 Khuếch tán phân tử 35 a) Định luật khuếch tán 35 a) Khuếch tán nước .36 1.8.3 Chuyển khối hệ hấp phụ 37 a) Chuyển khối qua màng .38 b) Chuyển khối hạt chất hấp phụ: 39 1.9 GIẢI HẤP PHỤ 41 1.9.1 Giải hấp phương pháp nhiệt 41 1.9.2 Giải hấp phương pháp hóa lý 42 1.10 TỔNG QUAN VỀ ĐỘC CHẤT KIM LOẠI CHÌ VÀ ĐỒNG 42 1.10.1 Kim loại chì 42 a) Đường xâm nhập vào thể 43 b) Độc tính 43 c) Tác hại chì 43 1.10.2 Kim loại đồng 45 a) Chuyển hóa độc tính .45 b) Biện pháp kỹ thuật .46 1.11 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 46 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 49 2.1 HUMIN SẠCH 50 2.1.1 Dựng đường chuẩn khảo sát hấp phụ 50 a) Dựng đường chuẩn 50 SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin b) Quá trình hấp phụ 50 2.1.2 Ảnh hưởng ph đến khả hấp phụ Pb2+ 50 2.1.3 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ 51 2.1.4 Khảo sát động học Pb2+ humin 51 a) Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ 51 b) Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ Pb2+ 51 2.1.5 Khảo sát thời gian giải hấp phụ Pb2+ humin 51 2.2 HUMIN HOẠT HÓA 52 2.2.1 Dựng đường chuẩn khảo sát hấp phụ 52 a) kim loại Cu2+ 52 b) khảo sát hấp phụ Pb2+ 52 2.2.2 Ảnh hưởng ph đến khả hấp phụ 53 a) kim loại Cu2+ 53 b) kim loại Pb2+ 53 2.2.3 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ 53 a) Ion kim loại Cu2+ .53 b) Ion kim loại Pb2+ 53 2.2.4 khảo sát động học humin hoạt hóa 54 a) Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ 54 b) ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ humin hoạt hóa 54 2.2.5 Khảo sát thời gian giải hấp phụ humin hoạt tính 55 a) Kim loại Cu2+ 55 b) Kim loại Pb2+ 55 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 3.1 HUMIN SẠCH (HMS) 56 3.1.1 Đường chuẩn phổ hấp thu nguyên tử Pb2+ (HMS) 56 3.1.2 Khảo sát hấp phụ ion Pb2+ (HMS) 56 3.1.3 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMS) 57 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMS) 58 3.1.5 Khảo sát động học hấp phụ (HMS) 59 a) ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS) 59 b) ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMS) 60 SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin 3.1.6 3.2 Giải hấp phụ humin (HMS) 61 HUMIN HOẠT HÓA (HMHH) 62 3.2.1 Dựng đường chuẩn khảo sát hấp phụ Pb2+, Cu2+ (HMHH) 62 a) Đường chuẩn phổ hấp thu nguyên tử Cu2+ (HMHH) 62 b) Khảo sát hấp phụ Cu2+ (HMHH) 62 c) Dựng đường phổ hấp thu nguyên tử Pb2+ (HMHH) 63 d) Khảo sát hấp phụ Pb2+ (HMHH) 63 3.2.2 Ảnh hưởng pH đến dung lượng Pb2+, Cu2+ (HMHH) 64 a) Kim loại Cu2+ (HMHH) .64 b) Kim loại Pb2+ (HMHH) .65 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ Pb2+, Cu2+ (HMHH) 66 a) Kim loại Cu2+ (HMHH) .66 b) Kim loại Pb2+ (HMHH) .67 3.2.4 Khảo sát động học trình hấp phụ (HMHH) 68 a) Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+ (HMHH) 68 b) Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMHH) 69 3.2.5 Giải hấp phụ (HMHH) 73 a) Kim loại cu2+ (HMHH) 73 b) Kim loại Pb2+(HMHH) 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 KẾT LUẬN 74 KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phương pháp phân tách thành phần than bùn 13 Hình 1.2 a) Ảnh SEM bề mặt humin sau ép thành đĩa 17 b) Ảnh SEM humin 17 Hình 1.3 Phổ XRD humin 19 Hình 1.4 Phổ IR humin acid humic 20 Hình 1.5 Dạng thường gặp đường cong hấp phụ đẳng nhiệt 28 Hình 1.6 Đường động học tiêu biểu theo nhiệt độ 28 Hình 1.7 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Cs+( ∆), Sr2+(○), Gd3+(●) humin 48 Hình 3.1 Phường trình đường chuẩn Pb2+ (HMS) 56 Hình 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả hiệu hấp phụ Pb2+ (HMS) 57 Hình 3.3 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu hấp phụ Pb2+ (HMS) 58 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS) 59 Hình 3.5 Đường động học hấp phụ Langmuir (HMS) 60 Hình 3.6 Đường động học hấp phụ Fruendlich (HMS) 60 Hình 3.7 Phương trình đường chuẩn Cu2+ (HMHH) 62 Hình 3.8 Phương trình đường chuẩn Pb2+ (HMHH) 63 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu2+ (HMHH) 64 Hình 3.10 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMHH) 65 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cu2+(HMHH) 66 Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+(HMHH) 67 Hình 3.13 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMHH) 68 Hình 3.14 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMHH) 69 Hình 3.15 Đường động học hấp phụ Langmuir Cu2+ (HMHH) 70 Hình 3.16 Đường động học hấp phụ Fruendlich Cu2+ (HMHH) 70 Hình 3.17 Đường động học hấp phụ Langmuir Pb2+ (HMHH) 71 Hình 3.18 Đường động học hấp phụ Fruendlich Pb2+ (HMHH) 72 SVTH: Nguyễn Hồn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính tan hợp chất humic 13 Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố axit humic, axit fulvic humin 15 Bảng 1.3 Đặc tính hóa học hợp chất humic 16 Bảng 1.3 Một số khuyến cáo hôn hợp kim loại đồng 46 Bảng 1.4 Dung lượng hấp phụ Cu(II) (to phòng) hợp chất humic 46 Bảng 1.5 Dung lượng hấp phụ Cd(II) (t0 phòng) hợp chất humic 46 Bảng 1.6 Dung lượng hấp phụ Cd(II) humin to phòng 47 Bảng 1.7 Dung lượng hấp phụ Ni(II) humin 47 Bảng 1.8 Dung lượng hấp phụ Cr(III) humin 47 Bảng 1.9 Dung lượng hấp phụ 1-naphthol 10ppm lên Humin 48 Bảng 3.1 Nồng độ Abs dãy chuẩn kim loại Pb2+ (HMS) 56 Bảng 3.2 Khảo sát hiệu hấp phụ Pb2+ humin (PH=5) (HMS) 56 Bảng 3.3 Ảnh hưởng ph đến dung lượng hấp phụ (HMS) 57 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ (HMS) 58 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS)59 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMS) 60 Bảng 3.7 Các giá trị số Langmuir, Fruendlich R2 (HMS) 60 Bảng 3.8 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu giải hấp (HMS) 61 Bảng 3.9 Nồng độ dãy chuẩn Cu2+ (HMHH) 62 Bảng 3.10 Khảo sát hấp phụ Cu2+ (HMHH) 62 Bảng 3.11 Nồng độ dãy chuẩn Pb2+ (HMHH) 63 Bảng 3.12 Khảo sát hấp phụ Pb2+ (HMHH) 63 Bảng 3.13 Ảnh hưởng ph đến khả hấp phụ Cu2+ (HMHH) 64 Bảng 3.14 Ảnh hưởng ph đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMHH) 65 Bảng 3.15 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cu2+(HMHH) 66 Bảng 3.16 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+(HMHH) 67 Bảng 3.17 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Cu2+ (HMHH) 68 Bảng 3.18 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMHH) 69 SVTH: Nguyễn Hồn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin Bảng 3.19 Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ Cu2+ (HMHH) 69 Bảng 3.20 Các giá hệ số Langmuir, Fruendlich R2 Cu2+ (HMHH) 70 Bảng 3.20 Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ hấp phụ Pb2+ (HMHH) 71 Bảng 3.21 Các hệ số Langmuir, Fruendlich R2 Pb2+ (HMHH) 72 Bảng 3.22 Các thơng số q trình giải hấp Cu2+ 73 Bảng 3.23 Các thơng số q trình giải hấp Pb2+ 73 SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh Khóa Luận tốt nghiệp Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DD: Dung dịch FA: Axit fulvic HA: Axit humic HEM: Hồng máu cầu HM: Humin HMHH: Humin hoạt hóa HMS: Humin SVTH: Nguyễn Hoàn Thật GVHD: Vũ Lê Vân Khánh [14] A.Kamari, W S.WanNgah, L W.Wong (2009), “Shorea dasyphylla sawdust for humic acid sorption”, Eur J Wood Prod 67, 417–426 [15] Rifaqat Ali Khan Rao, Moonis Ali Khan, B.H Hameed (2009), “Sorption/desorption studies on some natural minerals for the removal of toxic organic pollutants from aqueous solution”, Chemical Engineering Journal 152, 421–427 [16] Xilong Wang and Baoshan Xing (2007), “Roles of Acetone Conditioning and Lipid in Sorption of Organic Contaminants”, Environ Sci Technol 41, 5731-5737 [17] Hà Thúc Huy (2000), Hóa keo, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM [18] Lưu Cẩm Lộc (2000), Hóa Keo, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM [18] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống Kê Hà Nội [19] R A Janzen,’ B Xing (1996), “Compost Extract Enhances Desorption Of α Naphthol And Naphthalene From Pristine And Contaminated Soils”, Soil Biol Biochem, Vol 28, No 8, pp 1089-1098 [20] Hồng Văn Bích (2007), Độc học cơng nghiệp dự phòng nhiễm độc, NXB khoa Học Và Kỹ Thuật [21] Trần Thị Vui (2005), Khảo sát khả hấp phụ Cu(II), Cd(II) than bùn U Minh hợp chất humic chiết từ than bùn U Minh, Đề tài luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM [22] Nguyễn Bá Khiêm (2006), Nghiên cứu đặc tính hấp phụ Cađimi (II) humin, Đề tài luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa TP.HCM [23] Trịnh Khắc Vũ, Nghiên Cứu Phân Lập Trao Đổi Ion Tự Nhiên Từ Bã Than Bùn Của Nhà Máy Phân Bón Humix, Đề Tài Luận Văn Thạc Sĩ, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM 2005 [24] Nguyễn Hoàng Hà (2010), khảo sát khả hấp phụ 1-naphthol humin, Đề Tài Luận Văn Thạc Sĩ, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết đo diện tích bề mặt (BET) Humin Phụ luc 2: Kết đo diện tích bề mặt (BET) Humin hoạt tính Phụ lục 3: số hình ảnh trình nghiên cứu Hình Than bùn Hình Ngâm than bùn dd NaOH Hình Humin thơ Hình Humin sạc Hình Lò đốt hoạt hóa Humin Hình Humin hoạt hóa Hình Kim loại Nặng acid HNO3 (merck) Hình Cân Humin Hình Điều chỉnh pH dung dịch Kim loại Hình 10 Quá trình hấp phụ máy khuấy từ Hình 11 Lọc dung dịch Hình 12 Mẫu dãy chuẩn trước xác định nồng đọ kim loại Hình 13 Khởi động thiết bị phần mềm Hình 14 Thao tác computer Hình 15 Thao tác máy AAS – Varian AA240 ... bị hấp phụ: Cu2+, Pb2+ Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát động học hấp phụ giải hấp phụ Pb2+ (10ppm) humin Khảo sát động học hấp phụ giải hấp phụ Cu2+, Pb2+ (10ppm) humin hoạt hóa Ý NGHĨA KHOA HỌC... chất hấp thụ 1.4.2 Các loại hấp phụ Người ta phân làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học a) Hấp phụ vật lý Khi hấp phụ lên bề mặt chất rắn, tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ. .. Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin b) Quá trình hấp phụ 50 2.1.2 Ảnh hưởng ph đến khả hấp phụ Pb2+ 50 2.1.3 Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ