Nhiệm vụ và nội dung:Tổng hợp vật liệu nano oxit sắt amin.Nghiên cứu các đặc trung của vật liệu oxit sắt amin nhu: diện tích bề mặt riêng, phổ hồng ngoại FTIR, SEM, EDX, MAPPING, XRD, TGA.Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình hấp phụ ion nitrat và ion phot phát của oxit sắt amin.Thử nghiệm khả năng hấp phụ của oxit sắt amin đối với ion nitrat và ion phot phát trong nuớc thải sinh hoạt đã qua xử lý sinh học.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ TRÍ THÍCH HIỆU QUẢ HẤP PHỤ NITRAT VÀ PHỐT PHÁT CỦA VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT-AMIN Nitrate and phosphate adsorption efficiency of iron oxide - amine material Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi truờng Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trung Thành NCS Phan Phước Toàn Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Mai Tuấn Anh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 01 năm 2019 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Chủ tịch hội đồng PGS.TS PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến Phản biện PGS.TS Mai Tuấn Anh Phản biện TS Nguyễn Xuân Dương ủy viên TS Huỳnh Khánh An Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa Môi trường Tài nguyên sau luận văn sữa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Trí Thích MSHV: 1770238 Ngày, tháng, năm sinh: 10/12/1988 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi Truờng Mã ngành: 60520320 I Tên đề tài: Hiệu hấp phụ nitrat phot phát nano oxit sắt - amin (Nitrate and phosphate adsorption efficiency of iron oxide - amine material) Nhiệm vụ nội dung: - Tổng hợp vật liệu nano oxit sắt - amin - Nghiên cứu đặc trung vật liệu oxit sắt - amin nhu: diện tích bề mặt riêng, phổ hồng ngoại FTIR, SEM, EDX, MAPPING, XRD, TGA - Xác định điều kiện thích hợp cho trình hấp phụ ion nitrat ion phot phát oxit sắt - amin - Thử nghiệm khả hấp phụ oxit sắt - amin ion nitrat ion phot phát nuớc thải sinh hoạt qua xử lý sinh học II Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2018 III Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28/12/2018 IV Cán huớng dẫn : PGS.TS Nguyễn Trung Thành NCS Phan Phuớc Toàn TP.HCM, ngày 18 tháng 01 năm 2019 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu luận văn tốt nghiệp trình học tập, nhận nhiều dạy, hướng dẫn giúp đỡ tận tình quý thầy cơ, anh chị, bạn bè với hỗ trợ gia đình, người thân Trước tiên, tơi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Trung Thành NCS Phan Phước Toàn truyền đạt kinh nghiệm kiến thức chuyên môn, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực đề tài Đồng thời, xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cơ ý kiến chỉnh sửa để hồn chỉnh luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất Cán giảng viên Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, thầy truyền đạt kiến thức quý báu suốt trình đào tạo Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn tất Quý Thầy, Cô Khoa Môi trường Tài nguyên nói chung, Bộ mơn Kỹ thuật mơi trường nói riêng Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Ban Lãnh đạo, Cán quản lý nhân viên Phòng Thí nghiệm mơi trường, Khu Thí nghiệm - Thực hành, Trường Đại học An Giang nhiệt tình hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi q trình thí nghiệm Cảm ơn anh, chị bạn lóp Cao học Kỹ thuật mơi trường khóa 2017 giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài Sau cùng, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến người thân, gia đình ln ủng hộ, động viên tinh thần tơi suốt q trình học tập hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn tất cả! TP.HCM, ngày tháng năm 2018 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Một vật liệu tổng họp thành công phản ứng Triamine Silane với oxit sắt, vật liệu oxit sắt-amin có khả loại bỏ anion nitrat phốt phát dung dịch Những đặc trưng hóa lý vật liệu xác định phương pháp tiên tiến phổ dao động hồng ngoại (FTIR), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), nhiệt trọng trường (TGA), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc lượng tia X (EDX) mapping Kết cho thấy thời gian hấp phụ đạt cân vật liệu oxit sắt-amin sau 60 phút nitrat, 30 phút phốt phát Khả hấp phụ nitrat tối đa khoảng pH 5-6 đạt 131,35 (mg nitraưg), pH dung lượng hấp phụ cao phốt phát đạt 42,10 (mg phốt phát/g) Nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng vật liệu cho thấy dung lượng hấp phụ giảm khối lượng vật liệu tăng lên Trong đó, nồng độ ban đầu nhiệt độ tỉ lệ thuận với dung lượng hấp phụ vật liệu Khảo sát với nước thải nước giả thải nhiễm đồng thời hai ion nitrat ion phốt phát, dung lượng hấp phụ nitrat cao so với phốt phát So sánh khả hấp phụ oxit sắt-amin, oxit sắt nhựa Akualite A420 cho thấy vật liệu oxit sắtamin có khả hấp phụ nitrat phốt phát tốt bị ảnh hưởng chất hữu Tóm lại, vật liệu oxit sắt-amin có khẳ hấp phụ cao ion nitrat phốt phát dung dịch, có nhiều tiềm ứng dụng xử lý mơi trường Từ khóa: hấp phụ, nitrat, phốt phát, oxit sắt-amin 11 ABSTRACT A new material was successfully synthesized by the reaction of Triamine Silane and ferric oxide, the ferric oxide-amine material capable of removing high nitrate ions and phosphate ions in solution Physical and chemical characteristics of the material are determined by methods such as FTIR, XRD, TGA, SEM, EDX and mapping The results showed that the adsorption time of the ferric oxide-amine material was balanced after 60 minutes for nitrate, 30 minutes for phosphate The nitrate adsorption capacity was maximized at pH 5-6, 131,35 (mg nitrate/g), while pH was the highest adsorption capacity for phosphate at 42,10 (mg phosphate/g) Research on the effect of material mass showed that adsorption capacity decreased as material volume increased In contrast, the initial concentration and temperature are proportional to the adsorption capacity of the material Examination of wastewater and effluent contaminated with both nitrate and phosphate ions, adsorption capacity of nitrate is higher than that of phosphate Comparison of ferric oxide -amine adsorption, ferric oxide and Akualite A420 ion exchanger showed that the ferric oxide -amine material had a larger adsorption capacity of nitrate and phosphate in solution and material was less affected by organic matter In concluson, ferric oxide-amine material has hight adsorption nitrate and phosphate in solution, the material has many potential applications in environmental treatment Key word: adsorption, nitrate, phosphate, ferric oxide -amine material Ill LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Những kết quả, số liệu luận văn chua đuợc dùng cho luận văn cấp khác Tơi hồn thành chịu trách nhiệm truớc Nhà truờng sụ cam đoan TP.HCM, ngày 18 tháng 01 năm 2019 Tác giả luận văn Lê Trí Thích DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu 16 Hình 4.1: (a) Nano oxit sắt, (b) Oxit sắt - amin 27 Hình 4.2: Diện tích bề mặt riêng oxit sắt oxit sắt - amin 27 Hình 4.3: Phổ hồng ngoại (FTIR) (1) oxit sắt, (2) oxit sắt-amin, (3) Oxit sắt-amin hấp phụ nitrat, (4) Oxit sắt-amin hấp phụ phốt phát, (5) Oxit sắt-amin hấp phụ nitrat phốt phát 28 Hình 4.4: Phổ nhiễu xạ tia X (a) oxit sắt (b) oxit sắt - amin 29 Hình 4.5: (a) Ảnh SEM nano oxit sắt (b) Ảnh SEM nano oxit sắt-amin 30 Hình 4.6: Phổ tán xạ lượng tia EDX oxit sắt-amin 31 Hình 4.7: Ảnh chụp mapping oxit sắt-amin 31 Hình 4.8: Đặc trưng nhiệt trọng trường (a) TGA, (b) DTG oxit sắt oxit sắt-amin 32 Hình 4.9: Dung lượng hấp phụ ion nitrat (a), phốt phát (b) oxit sắt-amin khoảng thời gian khác 34 Hình 4.10: Động học hấp phụ ion nitrat, phốt phát oxit sắt-amin theo dạng tuyến tính phương trình động học biểu kiến bậc 36 Hình 4.11: Dung lượng hấp phụ ion nitrat (a) phốt phát (b) vật liệu oxit sắt-amin khoảng pH khác 38 Hình 4.12: Điểm đẳng điện pHpzc oxit sắt-amin 39 Hình 4.13: Dung lượng hấp phụ ion nitrat (a), phốt phát (b) vật liệu khối lượng vật liệu khác 41 Hình 4.14: Nồng độ NƠ3 -N (a), PO4 -P (b) sau hấp phụ hiệu xử lý khối lượng vật liệu khác 41 Hình 4.15: Dung lượng hấp phụ nitrat vật liệu nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác 43 Hình 4.16: Dung lượng hấp phụ phốt phát vật liệu nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác 45 V Hình 4.17: Dung lượng hấp phụ ion nitrat phốt phát vật liệu có mặt ion cạnh tranh dung dịch 49 Hình 4.18: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akulite-A420 dung dịch giả thải 51 Hình 4.19: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akulite-A420 nước thải 51 Hình 4.20: Nồng độ COD nước thải trước sau hấp phụ với vật liệu oxit sắt, oxit sắtamin nhựa Akulite-A420 53 VI DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Số lượng mẫu thực phân tích đặc trưng hóa lý 19 Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm - ảnh hưởng thời gian đến hiệu hấp phụ 20 Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm - ảnh hưởng pH đến hiệu hấp phụ 20 Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm - ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến hiệu hấp phụ 21 Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm - ảnh hưởng nồng độ nitrat, phốt phát ban đầu nhiệt độ dung dịch đến hiệu hấp phụ 21 Bảng 4.1: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt-amin khoảng thời gian khác 33 Bảng 4.2: Dạng tuyến tính giá trị R2 mơ hình biểu kiến q trình hấp phụ nitrat, phốt phát 35 Bảng 4.3: Dung lượng hấp phụ ion nitrat phốt phát vật liệu oxit sắt-amin khoảng pH khác 37 Bảng 4.4: Dung lượng hấp phụ ion nitrat phốt phát vật liệu oxit sắt-amin khối lượng vật liệu khác 40 Bảng 4.5: Dung lượng hấp phụ ion nitrat vật liệu oxit sắt-amin nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác 42 Bảng 4.6: Dung lượng hấp phụ ion phốt phát vật liệu oxit sắt-amin nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác 44 Bảng 4.7: Thông số hấp phụ đẳng nhiệt ion nitrat, phốt phát theo mơ hình Langmuir Freunlich 46 Bảng 4.8: So sánh Qmax với nghiên cứu trước 47 Bảng 4.9: Nhiệt động lực học hấp phụ nitrat, phốt phát vật liệu 47 Bảng 4.10: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt-amin có mặt ion khác dung dịch 48 Bảng 4.11: Dung lượng hấp phụ ion nitrat ion phốt phát vật liệu oxit sắt-amin nhựa trai đổi ion dung dịch giả thải nước thải 50 VII Tương tự, nhiệt độ môi trường tăng lên, ion nitrat dung dịch trở nên linh động, tần số va chạm vật liệu với ion nitrat lớn, khả ion nitrat bị bắt giữ nhiều hơn, điều thấy rõ dung dịch có nồng độ nitrat từ 100 mg/L trở lên tăng nhiệt độ từ 20 °c đến 45 °c Bảng 4.6: Dung lượng hấp phụ ion phốt phát vật liệu oxit sắt-amin nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác STT Nồng độ ban đầu Dung lượng hấp phụ phốt phát (mg P043'/g oxit sắt-amin) 30°c (mg/L) 20°c 2,21+0,16 7,69+0,17 9,59+0,18 16,51+0,22 3,00+0,27 9,60+0,31 10 34,17+0,33 33,99+0,32 29,93+0,33 20 40 86,47+0,29 74,64+0,24 71,30+0,34 135,74+0,24 138,61+0,20 139,18+0,25 80 187,02+0,32 198,17+0,29 194,63+0,36 208,35+0,29 202,16+0,10 216,38+0,32 120 45°c 160 195,80+0,44 208,79+0,38 224,27+0,42 Ghi chú: số liệu trình bày bảng giá trị trung bĩnh ± độ lệch chuẩn, với n = 44 xồng độ phốt phát (mg/L) Hình 4.16: Dung lượng hấp phụ ion phốt phát vật liệu nồng độ ban đầu nhiệt độ dung dịch khác Tương tự dung lượng hấp phụ nitrat, khả bắt giữ ion phot phát vật liệu tỉ lệ thuận với biến thiên nồng độ phot phát ban đầu nhiệt độ dung dịch phản ứng Những điều kiện thuận lợi cho trình hấp phụ như: linh động mật độ ion phot phát thúc đẩy tương tác, khả hấp phụ ion phot phát Nghiên cửu đẳng nhiệt hấp phụ ion nitrat, phốt phát oxit sắt-amin Trong nghiên cứu này, mơ hình đắng nhiệt Langmuir Freunlich sử dụng đế mô tả mối tương quan nồng độ ion nitrat, phot phát bề mặt oxit sắt-amin với nồng độ dung dịch trạng thái cân nhiệt độ không đổi Sự phù hợp lý thuyết thực nghiệm định dựa yếu tố như: • Hệ số tương quan R2 giá trị thực nghiệm mơ hình đề xuất • Hệ số n mơ hình đắng nhiệt Freundlich: < n < 10 thuận lợi cho q trình hấp phụ [72], 45 Các thơng số đẳng nhiệt hấp phụ nitrat thể Bảng 4.7 Bảng 4.7: Thông số hấp phụ đẳng nhiệt ion nitrat, phot phát theo mơ hình Langmuir Freunlich Nitrat Đường đẳng nhiệt Thông số 20 °c Ọmax (mg/g) Langmuir 357,14 0,0044 0,9974 0,0752 2,3020 0,9630 KL(L/mg) R2 Freundlich Kf((mg/g)(L/mg)n) n R2 Nhiệt độ 30 °c 400,00 0,0041 0,9936 0,0542 2,5075 0,9866 45 °c 476,19 0,0030 0,9967 0,1035 1,9720 0,9612 Phốt phát Đường đẳng nhiệt Thông số 20 °c Ọmax (mg/g) Langmuir 270,27 0,0679 0,8123 0,3693 1,1939 0,8669 KL (L/mg) R2 n Freundlich Kf((mg/g)(L/mg) ) n R2 Nhiệt độ 30 °c 217,39 0,0679 0,9982 0,0491 2,2227 0,9381 45 °c 312,50 0,0087 0,9386 0,3204 1,2288 0,9528 Đẳng nhiệt hấp phụ ion nitrat theo mơ hình Langmuir Freunlich phù hợp mức nhiệt độ Tuy nhiên mô hình Langmuir thích hợp với hệ số tương quan cao hơn, gần Trong đó, đẳng nhiệt hấp phụ ion phốt phát, mức 30°c thích hợp với Langmuir, có hệ số tương quan cao 0,9982 Cho thấy bề mặt oxit sắt-amin có tính đồng nhất, có lực với ion nitrat, phot phát điếm tương tác với ion riêng lẻ mà khơng có tương tác chúng, tạo liên kết đơn lớp phân tử bề mặt oxit sắt-amin, trình hấp phụ chủ yếu hấp phụ vật lý Trên cở sở đó, muốn tăng hiệu hấp phụ phải tăng diện tích tiếp xúc, đồng nghĩa với việc sử dụng vật liệu nhiều Giá trị n mơ hình Freundlich thuận lợi cho trình hấp phụ So sánh dung lượng hấp phụ cực đại (Qmax) oxit sắt amin ion nitrat, phot phát nhiệt độ phòng (30°C) với nghiên cứu trước đây, số liệu trình bày Bảng 4.8 46 Bảng 4.8: So sánh Qmax với nghiên cứu trước Nghiên cứu Nitrat (mg/g) Phốt phát (mg/g) Chất hấp phụ [36] - 125,42 Oxit hỗn hợp CeCte-AhCh [39] 94,00 835,00 MgO-biochar [46] 160,50 135,10 Nanofiber chitosan/Al203/Fe3C>4 [56] 37,45 41,49 Amin-chitosan [58] 174,00 - [69] - [73] - [74] 113,10 [75] - 255,1 Nano 2D MgO 400,00 217,39 Oxit sắt-amin Nghiên cứu Nhựa trao đổi ion NDP-2 36,90 11,2 58,50 Fe304@Zn-Al-LDH sắt-bentonite Hạt Chitosan - Nghiên cứu nhiệt động lực học: Các thông số lượng tự Gibbs (AG), Entropy (AS), Enthalpy (AH) thu cách sử dụng số cân nhiệt độ khác (293, 303, 318 K) Các thông số thể Bảng 4.9 Bảng 4.9: Nhiệt động lực học hấp phụ nitrat, phốt phát vật liệu Thông số nhiệt động lực Nhiệt độ (K) AG 293 303 318 Nitrat Phốt phát -0.01 -3.84 -0.08 -3.4 -0.19 -2.74 AH 2.13 -16.75 AS 0.007 -0.04 Kết cho thấy, hấp phụ nitrat phốt phát oxit sắt-amin có - - lượng tự tiêu chuẩn AG < Điều chứng tỏ, điều kiện tiêu chuẩn, trình hấp phụ ion trình tự diễn biến Giá trị âm AH hấp phụ phot phát q trình tỏa nhiệt, nitrat hấp phụ thu nhiệt tương ứng với giá trị dương AH [41] Trong tài liệu [76], giá trị AH thấp 40 kJ/mol, loại hấp phụ chấp nhận trình vật lý Vì giá trị AH thu 47 nghiên cứu thấp hon 40 kJ/mol, nên khẳng định hấp phụ vật lý xảy trình hấp phụ Ái lục chất hấp phụ nitrat, phot phát đuợc biểu thị giá trị ÀS - Ảnh hưởng ion khác đến khả hấp phụ oxit sắt -amin Trong nuớc thải ô nhiễm chất dinh dưỡng nitrat, phot phát có chất hữu cơ, chất rắn lơ lững, nồng độ thấp nhung ảnh huởng đến hiệu hấp phụ vật liệu Các anion canh tranh có mặt phổ biến nuớc thải nhu clorua (Cl_), sunfat (SO42”), bicarbonate (HCO3 ) Do đó, để đánh giá mức độ ảnh huởng ion cạnh tranh cần tiến hành khảo sát với dung dịch có chứa anion Khối luợng vật liệu sử dụng khoảng 30mg, cho vào 50mL dung dịch với nồng độ nitrat, phot phát 50mg/L 100 mg/L cho ion khác Ket thí nghiệm đuợc thể Bảng 4.10 Hình 4.17 Bảng 4.10: Dung luợng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt- amin có mặt ion khác dung dịch STT Chỉ tiêu Dung lượng hấp phụ (mg Dung lượng hấp phụ (mg P043'/g N03'/g oxit sắt-amin) oxit sắt-amin) Blank 135,34+0,17 152,04+0,39 Clorua 103,97+0,56 83,62+0,16 Sunphat 107,89+0,47 43,74+0,89 Bicacbonat 97,32+0,27 60,82+0,66 Ghi chú: số liệu trình bày bảng giá trị trung bĩnh ± độ lệch chuẩn, với n = 48 160 Hình 4.17: Dung lượng hấp phụ ion nitrat phốt phát vật liệu có mặt ion cạnh tranh dung dịch Ket thí nghiệm cho thấy khả hấp phụ oxit sắt-amin bị ảnh hưởng bới anion với mức độ khác nhau, ba loại anion khảo sát sunphat có ảnh hưởng lớn đến dung lượng hấp phụ phot phát, làm cho khả hấp phụ giảm gần 1/3 lần từ 152,04 mg/g xuống 43,74 mg/g, clorua có lực điện tử tối đa, sunphat lại có tác dụng cạnh tranh lớn hấp phụ phot phát [77], Trong đó, ảnh hưởng đến khả hấp phụ nitrat oxit sắt-amin tương đương ba anion clorua, sunphat bicacbonat, dung lượng hấp phụ giảm khoảng 25% từ 135 mg/g khoảng 100 mg/g 4.2.2 Thử nghiệm khả hấp phụ đồng thời ion nitrat ion phốt phát dung dịch giả thải nước thải qua trình xử lý sinh học Trong kỹ thuật xử lý nước thải, phương pháp hấp phụ thường áp dụng giai đoạn xử lý thứ cấp, sau trình xử lý học, keo tụ, sinh học Khi nồng độ nồng độ chất nhiễm lại nước thải thấp khó xử lý đạt quy 49 chuẩn phương pháp khác Do đó, để thấy tính khả thi triển khai ứng dụng vật liệu oxit sắt - amin vào thực tế, tiến hành thí nghiệm song song mẫu nước thải sử dụng cho thí nghiệm lấy sau trĩnh xử lý sinh học, phân tích thêm tiêu COD (thơng số biểu thị cho nồng độ hợp chất hữu có nước thải) nhằm kiểm tra ảnh hưởng chất hữu khác đến khả hấp phụ nitrat, phot phát Song song thí nghiệm cho vật liệu oxit sắt-amin, tiến hành thí nghiệm tương tự với oxit sắt, nhựa trao đổi anion (Akualite-A420) Các nghiệm thức bố trí điều kiện thí nghiệm thích hợp xác định phần khảo sát thực hiện: thời gian hấp phụ 60 phút, pH dung dịch điều chỉnh giá trị pH 6, sử dụng 30 mg khối lượng vật liệu nhiệt độ môi trường hấp phụ 30 °c Dung lượng hấp phụ nitrat, phốt phát oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa trao đổi ion trình bày Bảng 4.11 Hình 4.18, 4.19 Bảng 4.11: Dung lượng hấp phụ ion nitrat ion phốt phát vật liệu oxit sắtamin nhựa trai đổi ion dung dịch giả thải nước thải Dung lượng hấp STT Chỉ tiêu Dung lượng hấp phụ (mg CBHP/g phụ (mg CBHP/g oxit sắt) oxit sắt-amin) Dung dịch giả thải có nitrat phốt phát Nitrat 6,70+0,54 135,35+0,21 Phốt phát 28,06+0,45 19,43+0,4 Nước thải sinh hoạt qua trình xử lý sinh học Nitrat 18,62+0,38 65,94+0,13 Dung lượng hấp phụ (mg CBHP/g nhựa trao đổi ion) 32,37+0,21 4,67+0,18 2,78+0,2 Phốt phát 29,41+0,49 19,42+0,29 3,61+0,39 Ghi c lú: Số liệu trĩnh bày bảng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, với n = 50 140 I * Oxit sắt Oxit sắt-amin Akulite-A420 Vật liệu Hình 4.18: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phot phát vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akulite-A420 dung dịch giả thải 70 - OXi £ 60- X ca u 0JJ E Nitrat Phốt phát « 50- 'w' 3— o ũ 401 30- DJJ ĩ au 3 Õ 2010- Akulite-A420 Oxit sắt Oxit sắt-amin Vật liệu Hình 4.19: Dung lượng hấp phụ ion nitrat, phốt phát vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akulite-A420 nước thải 51 Từ hai biểu đồ trên, cho thấy ba vật liệu có khả hấp phụ đồng thời anion nhu nitrat phot phát, nhiên với khả hấp phụ nitrat oxit sắtamin cho kết vuợt trội hai vật liệu lại Trong dung dịch giả thải (Hĩnh 4.18) dung luợng hấp phụ nitrat, phốt phát vật liệu xếp theo thứ tự sau: Nitrat: Oxit sắt-amin > Akulite A420 > Oxit sắt Phốt phát: Oxit sắt > Oxit sắt-amin > Akulite- A420 Dung luợng hấp phụ nitrat oxit sắt-amin cao gấp 20 lần so với oxit sắt gấp lần nhựa Akulite Dung luợng hấp phụ phot phát oxit sắt-amin thấp hop oxit sắt, nhung không đáng kể 19,43 mg/g so với 28,06mg/g, so với nhựa Akulite thi oxit sắt-amin cao gấp lần Trong khi, dung luợng hấp phụ nitrat thấp dung luợng hấp phụ phốt phát oxit sắt, oxit sắt-amin có dung luợng hấp phụ nitrat cao hon dung luợng hấp phụ phốt phát tuong tự với nhựa Trong nuớc thải (Hình 4.19) thi dung luợng hấp phụ nitrat oxit sắt-amin cao hon, nhiên khả hấp phụ bị giảm đi, nuớc thải có số ion khác luợng nhỏ chất hữu nên xảy cạnh tranh, nhu khảo sát thí nghiệm truớc Ket cho thấy vật liệu oxit sắt sau đuợc biến tính với nhóm chức amin có khả hấp phụ nitrat cao hon nhiều so với oxit sắt, mà giữ đuợc khả hấp phụ tot phot phát vật liệu gốc ban đầu Điều chứng tỏ gốc amin tuong tác chủ yếu với ion nitrat, phần lớn ion phot phát tuong tác với oxit sắt 52 Bảng 4.12: Nồng độ COD nước thải trước sau hấp phụ với vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akualite-A420 Nồng độ COD (mg02/L) STT Vật liệu hấp phụ Trước hấp phụ Oxit sắt Oxit sắt-amin Nhựa Akulite-A420 Sau hấp phụ 8,5 36,27 20,8 11,7 40 Đầu vô Oxit sắt Oxit sắt-amin Akulite-A420 Mẩu Hình 4.20: Nồng độ COD nước thải trước sau hấp phụ với vật liệu oxit sắt, oxit sắt-amin nhựa Akulite-A420 Hàm lượng COD mẫu trước sau hấp phụ oxit sắt, oxit sắt- amin nhựa Akulite - A420 thấp so với mẫu nước thải đầu vơ Trong oxit sắt có hiệu xử lý cao nhất, tiếp đến nhựa Akulite oxit sắt -amin cho hiệu thấp nhất, điều cho thấy oxit sắt-amin bị ảnh hưởng chất hữu 53 nước oxit sắt nhựa Akualite điều kiện thí nghiệm Tóm lại, từ kết thực nghiệm cho thấy vật liệu oxit sắt-amin vật liệu hấp phụ đầy tiềm có nhiều điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào thực tế như: có khả hấp phụ cao ion nitrat phot phát, môi trường pH hấp phụ thuận lợi 54 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu đề tài rút kết luận sau: Vật liệu oxit sắt-amin đuợc tổng hợp thành công đuợc đặc trung bới phuơng pháp phân tích nhu: SEM, EDX, FTIR, XRD, TGA, BET Từ kết thí nghiệm, cho thấy điều kiện thích hợp trĩnh hấp phụ nitrat, phot phát vật liệu oxit sắt-amin: s Thời gian hấp phụ: 30 phút nitrat, 60 phút phốt phát Động học hấp phụ nitrat, phot phát tuân theo phuơng trình biểu kiến bậc s Điểm đẳng điện oxit sắt-amin pHpzc = 5,8 Khả hấp phụ tối đa vật liệu nitrat khoảng pH 5-6, phot phát pH cao ■S Khả loại bỏ nitrat phot phát vật liệu tăng tăng nồng độ nitrat, phot phát ban đầu nhiệt độ So sánh dung luợng hấp phụ, vật liệu oxit sắt-amin có khả hấp phụ nitrat cao oxit sắt, nhụa Akualite A420 bị ảnh huởng chất hữu thơng qua số COD nuớc thải Tóm lại, oxit sắt-amin vật liệu đầy tiềm triển khai ứng dụng vào thục tế 5.2 Kiến nghị Cần nghiên cứu tỷ lệ amin oxit sắt, nhằm tối uu hóa vật liệu Cần nghiên cứu xây dụng mơ hình thí nghiệm, ứng dụng oxit sắtamin vào xử lý nuớc giai đoạn lọc, xác định thông số vận hành đế đạt hiệu xử lý nitrat, phot phát cao 55 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] TÀI LIỆU THAM KHẢO R Saad, K Belkacemi, and s Hamoudi, "Adsorption of phosphate and nitrate anions on ammonium-functionalized MCM-48: effects of experimental conditions," Journal of colloid and interface science, vol 311, no! 2, pp 375-381,2007 D Majumdar and N Gupta, "Nitrate pollution of groundwater and associated human health disorders," Indian Journal of Environmental Health, vol 42, no 1, pp 28-39, 2000 M H Ward et al, "Workgroup report: drinking-water nitrate and health— recent findings and research needs," Environmental health perspectives, vol 113, no 11, pp 1607-1614, 2005 N T Phong, Quản lý xử lý bùn thải Thành phố Hồ Chí Minh: Nhà xuất Đại học quốc gia 2012 N T T Thủy, Xử lý nước cấp sinh hoạt công nghiệp Hà Nội: Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 N X Huân and L Đức, "PhưoTig pháp chế tạo vật liệu Fe0 nano bảo quản điều kiện thường ứng dụng để kết hợp xử lý nitrat phosphate nước," Kỷ yếu hội thảo khoa học quốc gia lần thứ III: Môi trường phát triển bền vững bối cảnh biến đổi khỉ hậu/Hà Nội ngày 13/11/2015, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2015 V Gupta, s Agarwal, and T A Saleh, "Chromium removal by combining the magnetic properties of iron oxide with adsorption properties of carbon nanotubes," Water research, vol 45, no 6, pp 2207-2212, 2011 N T Thành, "Tổng hợp vật liệu FexMnyOz/tro trấu với hàm lượng sắt tẩm cao hấp phụ asen nước ngầm," Tạp Khoa học Trường Đại học cần Thơ, voi! 37, pp 16-24, 2015 N T L Anh, N T Khí, and M Đ Thiết, " Tính chất giả điện dung màng oxit hỗn hợp Mn-Fe tổng hợp theo phưcmg pháp Sol-Gel," Tạp Phân tích Hóa, Lý Sinh học, vol 22, no 1, p 74 K Cameron, H J Di, and J Moir, "Nitrogen losses from the soil/plant system: a review," Annals of Applied Biology, vol 162, no 2, pp 145-173, 2013 L V Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ phot Hà nội: Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2007 N T N Trần Văn Nhân, Công nghệ xử lý nước thải Hà Nội: Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 L T N Mỹ, N T Nhung, T T Á Ngọc, Đ T T Nhàn, c T Nhân, and Đ K uấn "Hiện tượng phủ dưỡng ao hồ - Một vẩn để lớn đô thị cần quan tâm", internet:http://moitruong.com.vn/dien-dan-cac-nha-hoat- dongmoỉ-truong/hỉen-tuong-phu-duong-taỉ-ao-ho-mot-van-de-lon-taỉ-cac- do-thican-duoc-quan-tam-6682.htm, 23/09/2013 Metcalf and Eddy, in Wastewater Engineering - Treatment and Reuse 4th, Ed McGraw Hill Higher Education, 2002 E p Rao and K J c s Puttanna, "Nitrates, agriculture and environment," 56 [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] vol 79, no 9, pp 1163-1168, 2000 E V s p Rao and K Puttanna, "Nitrates, agriculture and environment," Current Science, vol 79, no 9, pp 1163-1168, 2000 L V Cát, "Hap phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước & nước thải," Hà Nội: Nhà xuất thống kê, 2008 T Nur, M Johir, p Loganathan, T Nguyen, s Vigneswaran, and J Kandasamy, "Phosphate removal from water using an iron oxide impregnated strong base anion exchange resin," Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol 20, no 4, pp 1301-1307, 2014 Australian and N z w Association, "An introduction to the Australian and New Zealand guidelines for fresh and marine water quality," Australian and New Zealand: Australian and New Zealand Environment and Conservation Council and Agriculture and Resource Management Council of Australia and New Zealand2000 A Bhatnagar and M Sillanpãã, "A review of emerging adsorbents for nitrate removal from water," Chemical Engineering Journal, vol 168, no 2, pp 493504, 2011/04/01/ 2011 p Mikuska and z Vecera, "Simultaneous determination of nitrite and nitrate in water by chemiluminescent flow-injection analysis," Analytica Chimica Acta, vol 495, no 1, pp 225-232, 2003/10/24/ 2003 c s Bruning-Fann and J B Kaneene, "The effects of nitrate, nitrite and Nnitroso compounds on human health: a review," (in eng), Veterinary and human toxicology, vol 35, no 6, pp 521-538, 1993/12// 1993 T H Sem "Vai trò phospho chế độ dinh dưỡng", Internet: https://suckhoedoisong.vn/vai-tro-cua-phospho-trong-che-do-dinh-duongnll9533.html, 2016 T X Lai, Tỉnh toán thiết kế cơng trình xử lý nước thải Hà Nội: Nhà xuất xây dựng, 2009 B X Thành, Tài liệu giảng dạy môn học: Công nghệ màng kỹ thuật môi trường Khoa Môi trường Tài nguyên, Trường ĐH Bách Khoa TP.IICM, 2018 N N Huy, "ứng dụng công nghệ vật liệu kỹ thuật môi trường," Trường Đại học bách khoa TP HCM, 2018 N T Thành, Tong hợp điểu khiến hình dạng hạt nano kim loại quỷ Việt Nam: NXB Đại học Cần Thơ, 2015 L T H Diễm, "Chế tạo hạt nano Fe3Ũ4 khảo sát số tính chất đặc trưng," Luận văn tốt nghiệp, Đại học Khoa học tự nhiên2009 w.-x Zhang, "Nanoscale iron particles for environmental remediation: an overview," Journal of nanoparticle Research, vol 5, no 3-4, pp 323-332, 2003 E Bermejo, T Becue, c Lacour, and M Quarton, "Synthesis of nanoscaled iron particles from freeze-dried precursors," Powder technology, vol 94, no l,pp 29-34, 1997 L s Zhong, J s Hu, H p Liang, A M Cao, w G Song, and L J Wan, 57 [32] [33] "Self-Assembled 3D flowerlike iron oxide nanostructures and their application in water treatment," Advanced Materials, vol 18, no 18, pp 2426-2431,2006 N B Ngọc, H T Đ Quỳ, and N T N Uyên, "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite từ tính chitosan/Fe304," Tạp phát triển KH&CN, pp 157162,2017 p K Raul, R R Devi, I M Umlong, s Banerjee, L Singh, and M Purkait, "Removal of fluoride from water using iron oxide-hydroxide nanoparticles," Journal of nanoscience and nanotechnology, vol 12, no 5, pp 3922-3930, 2012 [34] [35] [36] [37] [38] [39] p K Raul, R R Devi, I M Umlong, A J Thakur, s Banerjee, and V Veer, "Iron oxide hydroxide nanoflower assisted removal of arsenic from water," Materials Research Bulletin, vol 49, pp 360-368, 2014/01/01/ 2014 N T Thành, p p Toàn, L T Thích, and L N Hăng, "Đặc trưng khả hấp thụ phốt phát vật liệu FexOy tro trấu," 2017 Đ N Nhiệm, N T H Chi, Đ T Dũng, N Đ Văn, and D T Lim, "Nghiên cứu hấp phụ anino photphat (P043-) từ dung dịch oxit hỗn hợp Ce02- A1203," Vietnam Journal of Chemistry, vol 54, no 3, p 387, 2016 K Karageorgiou, M Paschalis, and G N Anastassakis, "Removal of phosphate species from solution by adsorption onto calcite used as natural adsorbent," Journal of Hazardous Materials, vol 139, no 3, pp 447-452, 2007/01/31/2007 K Mizuta, T Matsumoto, Y Hatate, K Nishihara, and T Nakanishi, "Removal of nitrate-nitrogen from drinking water using bamboo powder charcoal," Bioresource Technology, vol 95, no 3, pp 255-257, 2004/12/01/ 2004 M Zhang, B Gao, Y Yao, Y Xue, and M Inyang, "Synthesis of porous MgObiochar nanocomposites for removal of phosphate and nitrate from aqueous solutions," Chemical Engineering Journal, vol 210, pp 26-32, 2012/11/01/2012 [40] [41] [42] [43] B Rumhayati, c Bisri, H Kusumawati, and F Yasmin, "phosphate and nitrate removal from drinking water sources using Acrylamide-Ferrihyrite gel," Indonesian Journal of Chemistry, vol 12, no 3, pp 287-290, 2012 A Sowmya and s Meenakshi, "An efficient and regenerable quaternary amine modified chitosan beads for the removal of nitrate and phosphate anions," Journal of Environmental Chemical Engineering, vol 1, no 4, pp 906-915, 2013/12/01/ L M Blaney, s Cinar, and A K SenGupta, "Hybrid anion exchanger for trace phosphate removal from water and wastewater," Water Research, vol 41, no 7, pp 1603-1613, 2007/04/01/ 2007 T Nur, M A H Johir, p Loganathan, s Vigneswaran, and J Kandasamy, "Effectiveness of purolite A500PS and A520E ion exchange resins on the removal of nitrate and phosphate from synthetic water," Desalination and Water Treatment, vol 47, no 1-3, pp 50-58, 2012/09/01 2012 58 ... tài: Hiệu hấp phụ nitrat phot phát nano oxit sắt - amin (Nitrate and phosphate adsorption efficiency of iron oxide - amine material) Nhiệm vụ nội dung: - Tổng hợp vật liệu nano oxit sắt - amin. .. Oxit sắt- amin hấp phụ nitrat, (4) Oxit sắt- amin hấp phụ phốt phát, (5) Oxit sắt- amin hấp phụ nitrat phốt phát 28 Hình 4.4: Phổ nhiễu xạ tia X (a) oxit sắt (b) oxit sắt - amin ... nitrat ion phốt phát, dung lượng hấp phụ nitrat cao so với phốt phát So sánh khả hấp phụ oxit sắt- amin, oxit sắt nhựa Akualite A420 cho thấy vật liệu oxit sắtamin có khả hấp phụ nitrat phốt phát