Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước

Đề tài nghiên cứu về quy trình làm giàu khoáng bentonit, điều chế vật liệu hấp phụ phốtpho trên nền bentonit Việt Nam (bentonit Bình Thuận) biến tính La và hỗn hợp LaAl, FeAl; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phốtpho của vật liệu (nồng độ P, pH, ion cạnh tranh, lực ion, độ muối, thời gian hấp phụ,...) trong phòng thí nghiệm, khả năng hấp phụ phốtpho trong mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm (Hà Nội) trên vật liệu điều chế. Mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH, ỨNG DỤNG HẤP PHỤ PHỐTPHO TRONG NƯỚC Mã số : B2010-20-23 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Bùi Văn Thắng Đồng Tháp – 11/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH, ỨNG DỤNG HẤP PHỤ PHỐTPHO TRONG NƯỚC Mã số : B2010-20-23 Xác nhận quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Th.S Bùi Văn Thắng Đồng Tháp – 11/2011 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Danh sách người tham gia đề tài Họ tên Đơn vị cơng tác Trần Quốc Trị Khoa Hóa học - Trường Đại học Đồng Tháp Đơn vị phối hợp Phòng thí nghiệm - Khoa Hóa Ơng Dương Huy Cẩn học, Trường Đại học Đồng Tháp Trung tâm xử lý quặng – Viện Ơng Thân Văn Liên Cơng nghệ Xạ - Hiếm – Hà Nội i DANH MỤC THÀNH VIÊN THAM GIA VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH……… i MỤC LỤC………………………………………………………………………………….ii DANH SÁCH CÁC BẢNG……………………………………………………………….vi DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………………… vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT……………………………… ix THÔNG TIN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………………………………………… x PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện tượng phú dưỡng 1.1.1 Khái niệm tượng phú dưỡng 1.1.2 Nguyên nhân chế 1.1.3 Phân loại trạng thái phú dưỡng 1.1.3.1 Phân loại theo hàm lượng phốtpho thủy vực 1.1.3.2 Phân loại theo mật độ tảo 1.1.3.3 Phân loại theo tượng nở hoa nước 1.1.4 Ảnh hưởng tượng phú dưỡng 10 1.1.4.1 Ảnh hưởng tích cực 10 1.1.4.2 Ảnh hưởng tiêu cực 10 1.1.5 Sinh lý dinh dưỡng, tầm quan trọng tỉ lệ N:P giới hạn dinh dưỡng 12 1.1.5.1 Sinh lý dinh dưỡng tầm quan trọng tỉ lệ N:P 12 1.1.5.2 Giới hạn dinh dưỡng 13 1.1.6 Các phương pháp xử lý phốtpho nhằm kiểm soát phú dưỡng 14 1.1.6.1 Các phương pháp kỹ thuật vật lý 14 1.1.6.2 Các phương pháp sinh học 16 1.1.6.3 Các phương pháp hoá học 19 1.1.6.4 Bentonit biến tính cation kim loại (La, Al, Fe) vật liệu hấp phụ phốtpho hiệu 22 1.2 Giới thiệu vật liệu bentonit biến tính 23 1.2.1 Tổng quan bentonit 23 ii 1.2.1.1 Thành phần khoáng thành phần hoá học 23 1.2.1.2 Cấu trúc montmorillonit 23 1.2.1.3 Tính chất lý – hố bentonit 25 1.2.1.4 Một số ứng dụng bentonit 27 1.2.2 Giới thiệu vật liệu bentonit biến tính kim loại 27 1.2.2.1 Bentonit biến tính với lantan 28 1.2.2.2 Bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La 30 1.2.2.3 Bentonit biến tính với hỗn hơp Al/Fe 32 1.2.2.4 Ứng dụng bentonit biến tính hấp phụ loại bỏ phốtpho nước 35 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Hoá chất, dụng cụ, thiết bị sử dụng 37 2.1.1 Hoá chất 37 2.1.2 Dụng cụ 37 2.1.3 Thiết bị 37 2.1.4 Mẫu quặng sử dụng nghiên cứu 37 2.2 Phương pháp làm giàu quặng bentonit 38 2.3 Phương pháp điều chế vật liệu bentonit biến tính 40 2.3.1 Điều chế vật liệu bentonit biến tính với La 40 2.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tỷ lệ LaCl3/Bent 41 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình điều chế 42 2.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình điều chế 42 2.3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ rắn/lỏng dung dịch đến trình điều chế 42 2.3.2 Điều chế vật liệu BAlLa 43 2.3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ (Al3++La 3+)/bentonit 44 2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian già hoá dung dịch chống 45 2.3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến trình điều chế 45 2.3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ OH-/(Al3++La3+) 45 2.3.3 Điều chế vật liệu BAlFe 45 2.4 Khảo sát khả hấp phụ phốtpho vật liệu bentonit biến tính 45 2.5 Thử nghiệm loại bỏ phốtpho từ nước hồ với B90-La 47 2.6 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu bentonit bentonit biến tính 49 2.6.1 Phương pháp tán xạ lượng tia X (EDX – Engergy Dispersive analysis of X-ray) 49 2.6.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 49 2.6.3 Phương pháp xác định bề mặt riêng theo phương pháp hấp phụ (BET) 49 iii 2.6.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quyét (SEM) 49 2.6.5 Phương pháp ICP-AES (Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) 50 2.6.6 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 50 2.7 Phương pháp hấp phụ 50 2.7.1 Động học hấp phụ 51 2.7.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 54 2.7.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tham số nhiệt động học 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 3.1 Kết nghiên cứu trình làm giàu quặng bentonit Bình Thuận 56 3.2 Vật liệu bentonit biến tính với lantan 66 3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình vật liệu bentonit biến tính với lantan 66 3.2.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ LaCl3/bentonit 66 3.2.1.2 Ảnh hưởng pH 69 3.2.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 71 3.2.1.4 Ảnh hưởng phần trăm huyền phù sét 72 3.2.2 Một số đặc tính lý hố vật liệu 74 3.2.2.1 Tính chất bề mặt 74 3.2.2.2 Thành phần hoá học diện tích bề mặt 75 3.2.2.3 Phổ FTIR 76 3.3 Vật liệu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La 77 3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu BAlLa 77 3.3.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ AlCl3/LaCl3 77 3.3.1.2 Ảnh hưởng (Al3++La3+)/bentonit 79 3.3.1.3 Ảnh hưởng thời gian già hoá dung dịch chống 80 3.3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình chống 80 3.3.1.5 Ảnh hưởng tỉ lệ OH-/(Al3++La 3+) 81 3.3.2 Đặc tính vật liệu điều chế 83 3.3.2.1 Tính chất bề mặt 83 3.4 Vật liệu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/Fe 85 3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu BAlFe 85 3.4.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ AlCl3/FeCl3 85 3.4.1.2 Ảnh hưởng (Al3++Fe3+)/Bent 88 3.4.1.3 Ảnh hưởng thời gian già hoá dung dịch chống 89 3.4.1.5 Ảnh hưởng tỉ lệ OH-/(Al3++Fe3+) 91 3.4.2 Đặc tính vật liệu điều chế 92 iv 3.4.2.1 Tính chất bề mặt 92 3.4.2.2 Thành phần hố học diện tích bề mặt 93 3.4.2.3 Phổ FTIR 93 CHƯƠNG KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH VỚI MỘT SỐ ION KIM LOẠI 95 4.1 Khả hấp phụ phốtpho bentonit biến tính 95 4.1.1 Xác định thời gian đạt cân hấp phụ 95 4.1.2 Ảnh hưởng pH 96 4.1.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 97 4.1.4 Động học hấp phụ 100 4.1.5 Cơ chế hấp phụ 102 4.1.6 Tính chất bề mặt vật liệu sau hấp phụ phốtpho 103 4.2 Thăm dò khả hấp phụ phốtpho B90-La mẫu nước hồ Hoàn Kiếm 104 4.2.1 Hiện trạng chất lượng nước hồ Hoàn Kiếm 104 4.2.2 Khả hấp phụ phốtpho nước hồ 105 4.2.3 Kết hàm lượng chlorophyl a, thành phần mật độ loài tảo 107 4.2.4 Các yếu tố pH, DO, độ đục trình xử lý 107 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN CƠNG TRÌNH 129 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Nồng độ phốtpho trạng thái phú dưỡng thủy vực Bảng 1.2 Tương quan mật độ tảo trạng thái phú dưỡng Bảng 1.3 Phân loại tượng nở hoa nước dựa vào sinh khối tảo Bảng 3.1 Kích thước hạt phụ thuộc vào thời gian nghiền tỷ lệ bi 56 Bảng 3.2 Thành phần hoá học sét Tuy Phong – Bình Thuận, bentonit Rajasthan (Ấn Độ), Bentonit Wyoming (USA) 57 Bảng 3.3 Thành phần khoáng vật (% khối lượng) mẫu bentonit Tuy Phong – Bình Thuận bentonit Wyoming (USA) 58 Bảng 3.4 Thành phần hoá học mẫu bentonit Bình Thuận nguyên khai mẫu bentonit làm giàu 59 Bảng 3.5 Thành phần khống vật mẫu bentonit Bình Thuận trước, sau làm giàu mẫu bentonit Wyoming 60 Bảng 3.6 Thành phần nguyên tố (theo % khối lượng) mẫu bentonit nguyên khai, mẫu bentonit làm giàu mẫu bentonit Đài Loan (% MMT 92,2%) 61 Bảng 3.7 Tính chất lý hoá mẫu B90 B40 64 Bảng 3.8 Giá trị d001 mẫu B90-La B40-La với tỉ lệ LaCl3/Bent khác 69 Bảng 3.9 Giá trị d001 mẫu B90-La B40-La điều chế với pH khác 71 Bảng 3.10 Giá trị d 001 mẫu B90-La B40-La điều chế nhiệt độ khác 72 Bảng 3.11 Giá trị d 001 mẫu B90-La B40-La điều chế phần trăm huyền phù khác 73 Bảng 3.12 Tính chất lý hố mẫu bentonit bentonit biến tính lantan 75 Bảng 3.13 Giá trị d 001 mẫu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La 77 Bảng 3.14 Tính chất lý hố mẫu bentonit bentonit biến tính với Al/La 84 Bảng 3.15 Giá trị d 001 mẫu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La 87 Bảng 3.16 Tính chất lý hố mẫu bentonit bentonit biến tính với Al/Fe 93 Bảng 4.1 Các thông số động học hấp phụ phốtphat bentonit biến tính 100 Bảng 4.2 Thông số động học hấp phụ phốtpho bentonit biến tính 102 Bảng 4.3 Giá trị pH dung dịch phốtpho trước sau hấp phụ 103 Bảng 4.4 Thơng số hấp phụ phốtpho nước hồ Hồn Kiếm bentonit biến tính lantan 106 Bảng 4.5 Nồng độ lantan natri hồ trước sau xử lý 107 Bảng 4.6 Sự thay đổi yếu tố pH, DO, độ đục trình xử lý cột qua thời gian 108 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Một số thủy vực bị phú dưỡng Hình 1.2 Đơn vị tinh thể montmorillonit 24 Hình 1.3 Cấu trúc :1 MMT 25 Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả trình điều chế La 3+-MMT 30 Hình 2.1 Quy trình điều chế vật liệu Ben-La 40 Hình 2.2 Quy trình điều chế vật liệu BAlLa 43 Hình 2.3 Mơ hình thử nghiệm xử lý nước hồ vật liệu điều chế 48 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bentonit Bình Thuận nguyên khai 58 Hình 3.2 Giản đồ EDX mẫu A) BT B) BTA1 61 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bentonit nguyên khai mẫu bentonit làm giàu 62 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu A) B90 B) B40 63 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu A) B90 B) B40 64 Hình 3.6 Phổ hồng ngoại mẫu B40 B90 65 Hình 3.7 Hiệu suất lantan trao đổi (%) bentonit phụ thuộc thời gian tỷ lệ LaCl3/bentonit ban đầu khác 66 Hình 3.8 Phổ XRD mẫu A) B90-La B) B40-La với tỷ lệ LaCl3 : bentonit khác 68 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu A) B90-La B) B40-La điều chế khoảng pH khác 70 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu A) B90-La B) B40-La điều chế khoảng nhiệt độ khác 71 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu A) B90-La B) B40-La điều chế tỷ lệ rắn/lỏng khác 72 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu B90-La B40-La 74 Hình 3.13 Phổ FTIR mẫu bentonit bentonit biến tính với lantan 76 Hình 3.14 Giản đồ XRD mẫu BAlLa với tỷ lệ AlCl3:LaCl3 khác 78 Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu BAlLa với tỷ lệ (Al3+ + La3+)/bentonit khác 79 Hình 3.16 Giản đồ phổ XRD mẫu BAlLa với thời gian già hoá dung dịch chống khác 80 Hình 3.17 Giản đồ XRD mẫu BAlLa với nhiệt độ điều chế khác 81 Hình 3.18 Giản đồ XRD mẫu BAlLa với nhiệt độ điều chế với tỉ lệ OH-/(Al3++La3+)82 Hình 3.19 Ảnh SEM vật liệu B90 BAlLa 83 Hình 3.20 Phổ FTIR mẫu bentonit bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La 85 vii Hình 3.21 Giản đồ XRD mẫu BAlFe với tỉ lệ Al3+/Fe3+ khác 86 Hình 3.22 Giản đồ XRD mẫu BAlFe với tỉ lệ (Al3++Fe3+)/bentonit khác 88 Hình 3.23 Giản đồ XRD mẫu BAlFe với thời gian già hoá dung dịch chống khác 89 Hình 3.24 Giản đồ XRD mẫu BAlFe với nhiệt độ điều chế khác 90 Hình 3.25 Giản đồ XRD mẫu BAlFe với tỉ lệ OH-/(Al3++Fe3+) khác 91 Hình 3.26 Ảnh SEM A B mẫu B90, C D BAlFe 92 Hình 3.27 Phổ FTIR mẫu bentonit bentonit biến tính với hỗn hợp Al/Fe 94 Hình 4.1 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ phốtpho a) B40-La, b) B90 – La, c) BAlLa, d) BAlFe 95 Hình 4.2 Ảnh hưởng nồng độ pH đến khả hấp phụ phốtpho a) B90, b) B40La, c) B90 – La, d) BAlLa, e) BAlFe 96 Hình 4.3 Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ phốtphat A) B90-La; B) B90-La; C) BAlLa D) BAlFe 98 Hình 4.4 Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ phốtphat A) B90-La; B) B90-La; C) BAlLa D) BAlFe 99 Hình 4.5 Động học hấp phụ phốtphat bentonit biến tính sử dụng A) Dạng tuyến tính phương trình động học biểu kiến bậc 2; B) Dạng tuyến tính phương trình Elovich 102 Hình 4.6 Ảnh SEM mẫu bentonit biến tính sau hấp phụ phốtpho 104 Hình 4.7 Biến thiên nồng độ phốtpho hòa tan trình xử lý cột theo thời gian 105 Hình 4.8 Phương trình động học biểu kiến bậc q trình hấp phụ phốtpho bentonit biến tính lantan với mẫu nước hồ Hoàn Kiếm 106 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên gọi Ben-La Bentonit Bình Thuận biến tính với LaCl3 Cben-La Bentonit Lâm Đồng biến tính với LaCl3 B90-La Bentonit 90% montmorillonit biến tính với LaCl3 B40-La Bentonit 40% montmorillonit biến tính với LaCl3 PILC Sét chống lớp xen MMT Montmorillonit XRD X – rays Diffraction SEM Phương pháp hiển vi điện tử quyét EDX Engergy Dispersive analysis of X-ray BET Brunauer-Emmett-Teller ICP-AES Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại Bent Bentonit PHT Phốtpho hoà tan TP Tổng phốtpho TN Tổng nitơ T Tấm silic tứ diện O Tấm nhôm bát diện ix BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đơn vị: TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ phốtpho nước - Mã số: B2010-20-23 - Chủ nhiệm: ThS Bùi Văn Thắng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Đồng Tháp - Thời gian thực hiện: 1/1/2010 đến 30/12/2011 Mục tiêu: - Nghiên cứu quy trình làm giàu khống bentonit, nhằm nâng cao hàm lượng montmorillonit khoáng bentonit - Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ phốtpho bentonit Việt Nam (bentonit Bình Thuận) biến tính La hỗn hợp La/Al, Fe/Al - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ phốtpho vật liệu (nồng độ P, pH, ion cạnh tranh, lực ion, độ muối, thời gian hấp phụ,…) phòng thí nghiệm - Khảo sát khả hấp phụ phốtpho mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm (Hà Nội) vật liệu điều chế Tính sáng tạo: - Đề tài cung cấp số kiến thức tổng quan bentonit, bentonit biến tính với kim loại ứng dụng hấp phụ phốtpho dung dịch nước Phương pháp CE sử dụng để làm giàu quặng sét trương nở có hiệu suất cao x - Vật liệu bentonit biến tính điều chế với quy mơ lớn ứng dụng rộng rãi thực tế xử lý thuỷ vực bị phú dưỡng Kết nghiên cứu: Qua trình nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite biến tính lantan, hỗn hợp AlLa, AlFe khảo sát ứng dụng hấp phụ phốtpho dung dịch Chúng thu số kết sau: Đã nghiên cứu cơng nghệ làm giàu bentonit Bình Thuận theo phương pháp CE, với phương pháp để làm giàu bentonit Bình Thuận cần hồ tan bentonit với nước theo tỷ lệ : 100 (1% huyền phù) để yên 24 giờ, tiếp tục khuấy 30 phút, sau ly tâm Sản phẩm thu có hàm lượng montmorillonit tăng lên khoảng 90% Nghiên cứu điều chế thành công hai vật liệu B90-La B40-La Đã khảo sát ảnh hưởng yếu tố: tỉ lệ LaCl3/bentonit, thời gian phản ứng, pH, nhiệt độ phần trăm huyền phù đến giá trị khoảng cách bản, d001, từ xác định điều kiện thực nghiệm thích hợp để điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan sau: B90-La B40-La 0,35 0,35 Thời gian (giờ) 24 24 pH 7 70oC 90oC – 10% – 10% Tỉ lệ LaCl3/bentonit (mmol/g) Nhiệt độ (oC) Phần trăm huyền phù (%) Điều chế thành công vật liệu BAlLa BAlFe, tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình biến tính Kết phân tích XRD cho thấy, khoảng cách lớp vật liệu BAlLa có khoảng cách 18 – 19 Å, BAlFe có khoảng cách 17 – 18,3 Å lớn nhiều so với bentonit ban đầu (12,58 – 12,61 Å) Điều kiện điều chế thích hợp cho vật liệu BAlLa BAlFe sau: xi BAlLa BAlFe Tỉ lệ Al3+/M3+ (La3+ Fe3+) Tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit (mmol/g) 10 20 Thời gian già hoá dung dịch chống (ngày) 14 14 Nhiệt độ trình chống (oC) 50 50 Tỉ lệ OH-/(Al3++M3+) 2 Loại bỏ phốtpho yếu tố quan để điều khiển phú dưỡng hấp phụ q trình xử lý có hiệu cao Trong nghiên cứu này, bốn loại bentonit biến tính tác nhân vô cơ: B90-La, B40-La, BAlLa BAlFe điều chế, khảo sát tính chất đặc trưng ứng dụng hấp phụ phốtphat tiến hành kỹ thuật bể Kết cho thấy rằng, làm tăng lên đáng kể khoảng cách bản, diện tích bề mặt BET tổng thể tích lỗ xốp, thuận lợi cho trình hấp phụ phốtphat Khả hấp phụ phốtphat xếp sau: BAlFe > BAlLa ≈ B90-La > B40-La Tốc độ hấp phụ phù hợp với mơ hình động học biểu kiến bậc (R2 > 0,99) Các kiện đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp tốt với hai mơ hình Freundlich Langmuir Nghiên cứu nhiệt động cho thấy trình hấp phụ thu nhiệt tự xảy Hấp phụ phốtphat tác nhân vô chống bentonit tăng lên đáng kể theo pH, có xảy phản ứng trao đổi anion dung dịch OH− Khi khảo sát khả hấp phụ phốtpho nước hồ, với mẫu nước hồ Hoàn Kiếm, nồng độ phốtpho ban đầu thấp (0,052 mg/L), sau xử lý nồng độ phốtpho giảm khoảng 0,014 mg/L (B90-La) Khảo sát theo mơ hình thử nghiệm cho thấy, sau hiệu suất xử lý phốtpho với nước hồ Hoàn Kiếm đạt 70% (B90La) Sản phẩm: Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Nguyễn Mạnh Trường, Trần Văn Sơn, Thân Văn Liên (2010), Nghiên cứu hấp phụ phốtpho dung dịch nước vật liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hố học, T.48, 4C, 384 – 389 xii Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2010), Nghiên cứu công nghệ xử lý phú dưỡng nước hồ Hồn Kiếm vật liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hố học, T.48, 4C, 402 – 407 Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2011), Nghiên cứu điều chế, tính chất vật liệu La/Al chống bentonit ứng dụng hấp phụ phốtphat nước Phần I Nghiên cứu điều chế, tính chất vật liệu, Tạp chí Hố học, T.49, 3A, 302 – 406 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Ngày tháng Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) Bùi Văn Thắng xiii năm INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Synthesis of modified bentonite material, application phosphorous adsorption in water Code number: B2010-20-23 Coordinator: Master Bui Van Thang Implementing institution: Dong Thap University Duration: from January, 2010 to December, 2011 Objective(s): - A study enrichment technology in bentonite mineral, to improve the content of montmorillonite in bentonite ore - Synthesis of modified bentonite (Binh Thuan bentonite) with La, Al/La, Al/Fe for phosphorous adsorption in water - Investigation of factors affecting phosphorus adsorption capacity of the material (P concentration, pH, competing ions, adsorption time,…) in the laboratory - Investigation of phosphorus adsorption ability with Hoan Kiem Lake on the modified bentonite material Creativeness and innovativeness: - Project provides an overview of the bentonite, modified bentonite with metal and application for phosphorus adsorption in water CE method is used for enriched ore-swelling clay with high performance - Modified bentonite can prepared on a large scale and widely used in practice with eutrophication treatment Research results: xiv Binh Thuan bentonite was studied to modify with Lantan, mixture AlLa, AlFe The process of phosphorus adsorption in water was done The obtained results showed that: We studied the enriched technology in Binh Thuan bentonite by CE method, in which we dissolve bentonite in water with ratio 1:100 (1% suspension) After standing for 24 hours, the solution was mixed in 30 minutes and was centrifuged The abtained product have higher montmorillonit for 90% We studied successfully two materials B90-La and B40-La The elements as ratio laCl3/bentonite reaction’s time, pH, temperature and percent of suspension were observed about their effect to the basic distance’s value, d 001 We determined the available conditions to prepare the modified bentonite with Lantan are: B90-La B40-La 0,35 0,35 Time (hours) 24 24 pH 7 70oC 90oC – 10% – 10% Ratio LaCl3/bentonit (mmol/g) Temperature (oC) Suspension percent (%) We studied successfully BAlLa and BAlFe materials which were observed with obove elements in the modified process With the XRD analytics, the results showed that has the layer distance of BAlLa material is 18-19 Ao, of BAlFe material is 17-18.3 Ao These distance is bigger the basic distance of original xv bentonite (12.58-12.61 Ao) The best conditions to preparing BAlLa and BAlFe are display in following table: BAlLa BAlFe Ratio Al3+/M3+ (La3+ or Fe3+) Ratio (Al3++M3+)/bentonit (mmol/g) 10 20 Effect of time of pillaring solution (days) 14 14 The temperature of pillaring process (oC) 50 50 Ratio of OH-/(Al3++M3+) 2 Phosphorus removal is effect way in controling the eutroplication and adsorption is the high affect In this study, kinds of modified bentonite with inorganic agent, B90-La, B40-La, BalLa and BAlFe were prepared, were observed the characteristics and were evaluated the phosphorus removal by lake experiments The result showed that increasing clearly the basic distance, BET surface area and total pore volume are also benefit in the phosphate adsorption Their phosphate adsorded capability were arranged in the order: BAlFe > BAlLa  B90-La > B40La The rate of adsorption fits pseudo-second-order kinetic model (R2 > 0.99) The adsorption isotherm‘s datas fit well with both two models, Freunlich and Langmuir Thermodynamic studying showed that adsorption was endothermic and spontameous in nature The phosphate adsorption on inorganic agent pillared bentonite increase significantly with pH There is exchange reaction between anion in solution and OH- xvi We study the photphorus adsorption ‘s capability in the lake, with samples come from Hoan Kiem Lake The original photphorus concentration is low (0.052 mg/l) After adsorbing, phosphorus concentration decrease to about 0.014mg/l (B90-La) With the experimental model’s test, the labour efficientcy of adsorbed process is 70% (B90-La) after hours Products: Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Nguyễn Mạnh Trường, Trần Văn Sơn, Thân Văn Liên (2010), Nghiên cứu hấp phụ phốtpho dung dịch nước vật liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hố học, T.48, 4C, 384 – 389 Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2010), Nghiên cứu công nghệ xử lý phú dưỡng nước hồ Hồn Kiếm vật liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hố học, T.48, 4C, 402 – 407 Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2011), Nghiên cứu điều chế, tính chất vật liệu La/Al chống bentonit ứng dụng hấp phụ phốtphat nước Phần I Nghiên cứu điều chế, tính chất vật liệu, Tạp chí Hố học, T.49, 3A, 302 – 406 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: xvii PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu Phốtpho nguyên tố quan trọng dạng hình sống biết Phốtpho vô dạng phốtphat (PO43-) đóng vai trò quan trọng phân tử sinh học ADN ARN, trong thành phần cấu tạo nên cấu trúc phân tử Phốtpho thành phần số men quan trọng tham gia chuyển hóa protein, lipit, gluxit, hô hấp tế bào mô, chức thần kinh Theo thuật ngữ sinh thái học, phốtpho thường coi chất dinh dưỡng giới hạn nhiều mơi trường, tức khả có sẵn phốtpho điều chỉnh tốc độ tăng trưởng nhiều sinh vật Trong hệ sinh thái thuỷ sinh, dư thừa phốtpho gây tượng phú dưỡng (eutrophication) quan tâm nhà khoa học hậu tượng phú dưỡng gây Hậu tượng phú dưỡng tăng trưởng nhanh chóng thực vật bậc thấp (tảo, vi tảo, vi khuẩn lam,…) tạo biến đổi lớn hệ nước thuỷ sinh, làm chất lượng nước bị suy giảm nghiêm trọng ô nhiễm môi trường xung quanh Vì việc loại bỏ phốtpho thừa nguồn nước biện pháp hữu hiệu lâu dài để ngăn chặn tình trạng phú dưỡng thuỷ vực [29] Hiện nhà khoa học giới nghiên cứu khả hấp phụ phốtphat số muối kim loại muối lantan, nhôm sắt khảo sát, chúng có bất lợi định Muối lantan hấp phụ loại bỏ phốtpho dung dịch nước chúng độc hại cho hệ thuỷ sinh sử dụng chúng với lượng dư Trong nhơm sắt có khả sinh ra ion hyđro (H+) cho hệ thuỷ sinh, đặc biệt hồ có độ kiềm thấp vừa phải, dẫn đến giảm mạnh độ pH nước, ảnh hưởng đến động thực vật nước [14,29] Độc tính nguyên tố giảm đáng kể (gần khơng còn) kết hợp chúng vào khống sét có độ trương nở cao, chẳng hạn bentonit Khi ion kim loại trao đổi với cation hiđrat trao đổi lớp bentonit, ion kim loại bị khoá vào cấu trúc bentonit [50] Vật liệu có khả hấp phụ phốtpho giữ chúng cấu trúc không cho phát sinh trở lại hệ nước, thực vật hấp thu phát triển [6] ... HỌC ĐỒNG THÁP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH, ỨNG DỤNG HẤP PHỤ PHỐTPHO TRONG NƯỚC Mã số : B2010-20-23 Xác nhận... THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ phốtpho nước - Mã số: B2010-20-23 - Chủ nhiệm: ThS Bùi Văn Thắng -... Thơng số động học hấp phụ phốtpho bentonit biến tính 102 Bảng 4.3 Giá trị pH dung dịch phốtpho trước sau hấp phụ 103 Bảng 4.4 Thông số hấp phụ phốtpho nước hồ Hồn Kiếm bentonit biến tính lantan