Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự nóng bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và cần thiết cho sự sống nhưng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó việc xử lý ônhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới. Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, …), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học…Trong đó phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ các nguồn tự nhiên như vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu, rau câu,.... để tách loại và thu hồi các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên thế giới và trong nước nghiên cứu [ . Loại VLHP này có khả năng ứng dụng rất lớn trong kỹ thuật xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng trong tương lai.
MỞ ĐẦU Hiện nay, môi trường ô nhiễm môi trường vấn đề thời nóng bỏng giới quan tâm Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng cần thiết cho sống bị nhiễm nghiêm trọng Do việc xử lý ô nhiễm môi trường nước trở thành vấn đề quan tâm không Việt Nam mà tồn giới Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi mơi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, …), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học…Trong phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ nguồn tự nhiên vỏ trấu, bã mía, lõi ngơ, vỏ đậu, rau câu, để tách loại thu hồi kim loại nặng từ dung dịch nước số tác giả giới nước nghiên cứu [ Loại VLHP có khả ứng dụng lớn kỹ thuật xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng tương lai Phương pháp xử lý sử dụng VLHP sinh học có nhiều ưu việt so với phương pháp xử lý khác giá thành xử lý không cao, tách loại đồng thời nhiều kim loại dung dịch, có khả tái sử dụng VLHP thu hồi kim loại Vỏ lạc nguồn nguyên liệu phổ biến Việt Nam có sản lượng hàng năm lớn [7] Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi này, tập trung nghiên cứu đề tài : "Nghiên cứu khả tách loại thu hồi số kim loại nặng dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc" Trong đề tài này, thực nội dung sau: Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) Khảo sát khả hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ VLHP phương pháp hấp phụ động Giải hấp thu hồi kim loại nặng Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ Tái sử dụng VLHP Xử lý thăm dò khả hấp phụ Ni2+ nước thải VLHP Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung số ion kim loại nặng 1.1.1 Các kim loại nặng Đồng Đồng nguyên tố vi lượng cần thiết động vật thực vật Với thực vật, thiếu đồng, hàm lượng diệp lục tố đi, bị vàng úa, ngừng bị chết Ở thể người động vật thiếu đồng, hoạt tính hệ men giảm đi, trình trao đổi protein bị chậm lại, làm mơ xương chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược…Tuy nhiên, thể người, thừa đồng nguy hiểm nguyên nhân gây bệnh gan, thận, nội tiết…[4, 7, 15] Năm 1982, JECFA (Ủy ban chuyên viên FAO/WHO phụ gia thực phẩm) đề nghị giá trị tạm thời cho lượng đồng đưa vào thể người chịu đựng 0,5 mg/kg thể trọng/ngày [16] Chì Các hợp chất chì sử dụng nhiều công nghiệp nhiên liệu (như tetra metyl tetra etyl chì), sản xuất thủy tinh, đồ gốm, hội họa, y học… Tuy nhiên, chì nguyên tố điển hình cho tính độc Tất hợp chất có hòa tan ngun tố độc Chì xâm nhập vào thể động vật chủ yếu qua đường tiêu hóa, hơ hấp hấp thụ da Nếu vào thể, dù với lượng nhỏ chì bị giữ lại tập trung xương, thay canxi dẫn tới thối hóa xương Khi bị nhiễm độc chì, tùy thuộc vào mức độ nhiễm độc, thể người mắc bệnh như: đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai biến não, rối loạn phận tạo huyết… JECFA thiết lập giá trị tạm thời cho lượng chì đưa vào thể trẻ sơ sinh thiếu nhi chịu đựng 0,005 mg/kg thể trọng/ngày[3, 7, 16] Mangan Mangan nguyên tố vi lượng thể sống Ion mangan chất hoạt hoá số enzim xúc tiến số trình tạo chất diệp lục, tạo máu sản xuất kháng thể nâng cao sức đề kháng thể Sự tiếp xúc nhiều với bụi mangan làm suy nhược hệ thần kinh tuyến giáp trạng [7] Niken Niken thường có mặt chất sa lắng, trầm tích, thủy hải sản số thực vật Niken kim loại có tính linh động cao mơi trường nước, có khả tạo phức bền với chất hữu Niken gây bệnh da, tăng khả mắc bệnh ưng thư đường hô hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, enzim hoạt tính, cản trở trình tổng hợp protein thể Cơ thể bị nhiễm niken chủ yếu qua đường hô hấp, gây triệu chứng khó chịu, buồn nơn, đau đầu, tiếp xúc nhiều ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận gây chứng bệnh kinh niên Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken gây tượng viêm da, xuất dị ứng số người [3, 10] Cadmi Cadmi xâm nhập vào thể người chủ yếu thức ăn, nguồn từ thực vật trồng đất giàu cadmi nước bị nhiễm cadmi Khi xâm nhập vào thể chúng tích tụ xương thận Trong thể người, cadmi gây nhiễu loạn hoạt động số enzim định, gây nên hội chứng tăng huyết áp ung thư phổi, làm rối loạn chức thận, gây thiếu máu, phá hủy tủy xương [3, 7, 11] 1.1.2 Tình trạng nhiễm kim loại nặng Hiện nay, phát triển mạnh mẽ khu công nghiệp, khu chế xuất dẫn tới tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng nguồn nước thải Tại thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm sở sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước khơng có cơng trình hay thiết bị xử lý kim loại nặng Hơn nữa, mức độ ô nhiễm kim loại nặng khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung lớn Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải từ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, kim loại màu chưa xử lý thải trực tiếp sông Cầu Hàng trăm làng nghề đúc đồng , nhơm, chì thuộc tỉnh lưu lượng hàng ngàn m 3/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước môi trường khu vực Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng kim loại nặng nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải xấp xỉ vượt tiêu chuẩn cho phép [1, 3, 4, 22] 1.1.3 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng người môi trường Các kim loại nặng nồng độ vi lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho phát triển bình thường người Tuy nhiên, vượt hàm lượng cho phép, chúng lại gây tác động nguy hại tới sức khỏe người Các kim loại nặng xâm nhập vào thể thông qua chu trình thức ăn Khi đó, chúng tác động đến q trình sinh hóa nhiều trường hợp đẫn đến hậu nghiêm trọng Về mặt sinh hóa, kim loại nặng có lực lớn với nhóm -SH -SCH3 nhóm enzim thể Vì thế, enzim bị hoạt tính , cản trở q trình tổng hợp protein thể [3,4,10] 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.1 Các khái niệm - Sự hấp phụ Sự hấp phụ q trình tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí rắn, lỏng - rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất hấp phụ chất mà phần tử lớp bề mặt có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với Chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn khả hấp phụ mạnh Bề mặt riêng diện tích bề mặt đơn phân tử tính 1g chất hấp phụ Chất bị hấp phụ chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung bề mặt chất hấp phụ Sự hấp phụ xảy lực tương tác phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý gây lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây lực yếu, nên liên kết hình thành khơng bền, dễ bị phá vỡ Vì hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao Cấu trúc điện tử phần tử chất tham gia q trình hấp phụ vật lý bị thay đổi Hấp phụ vật lý khơng đòi hỏi hoạt hóa phân tử xảy nhanh Hấp phụ hóa học gây lực liên kết hóa học, có lực liên kết mạnh lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ thành hợp chất bề mặt Năng lượng liên kết lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ Vì hấp phụ hóa học thường khơng thuận nghịch vượt đơn lớp phân tử Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử phần tử chất tham gia trình hấp phụ có biến đổi sâu sắc dẫn đến hình thành liên kết hóa học Sự hấp phụ hóa học đòi hỏi hoạt hóa phân tử xảy chậm Trong thực tế, phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học tương đối ranh giới chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn đồng thời hai hình thức hấp phụ Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm, khả hấp phụ hóa học tăng lên [1,2,5,8] - Giải hấp phụ Giải hấp phụ chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Quá trình dựa nguyên tắc sử dụng yếu tố bất lợi trình hấp phụ Đây phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên mang đặc trưng hiệu kinh tế Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: Phương pháp hóa lý: Có thể thực chỗ, cột hấp phụ nên tiết kiệm thời gian, cơng dỡ, vận chuyển, khơng làm vỡ vụn chất hấp phụ thu hồi chất hấp phụ trạng thái nguyên vẹn Phương pháp hóa lý thực theo cách: chiết với dung mơi, sử dụng phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt điều kiện làm dịch chuyển cân lợi cho q trình hấp phụ Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho trường hợp chất bị hấp phụ bay sản phẩm phân hủy nhiệt chúng có khả bay Phương pháp vi sinh: phương pháp tái tạo khả hấp phụ vật liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [1] - Cân hấp phụ Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Khi tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) trình hấp phụ đạt trạng thái cân Với lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ hàm nhiệt độ áp suất nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích [1,5,8] q = f(T, P C) (1.1) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân (mg/g) T: Nhiệt độ P: Áp suất C: Nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích (mg/l) - Dung lượng hấp phụ cân Dung lượng hấp phụ cân khối lượng chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện xác định nồng độ nhiệt độ [1,5,8] q= C −C cb V m (1.2) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân (mg/g) V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g) C0: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm ban đầu (mg/l) Ccb: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) - Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ tỉ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ nồng độ dung dịch ban đầu C −C H = cb 100 C0 (1.3) 1.2.2 Các mơ hình q trình hấp phụ - Mơ hình động học hấp phụ Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy theo loạt giai đoạn nhau: - Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ Đây giai đoạn khuếch tán dung dịch - Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản Đây giai đoạn khuếch tán màng - Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ Đây giai đoạn khuếch tán mao quản - Các phần tử chất bị hấp phụ gắn vào bề mặt chất hấp phụ Đây giai đoạn hấp phụ thực Trong tất giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm định hay khống chế chủ yếu trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ môi trường nước, q trình khuếch tán thường chậm đóng vai trò định [1,8] - Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT ( P C) gọi đường hấp phụ đẳng nhiệt Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân áp suất chất bị hấp phụ thời điểm nhiệt độ xác định Đối với chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng, khí đường hấp phụ đẳng nhiệt mơ tả qua phương trình như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…[5,8] Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thiết lập giả thiết: - Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt trung tâm xác định - Mỗi trung tâm có tiểu phân - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất, nghĩa lượng hấp phụ tiểu phân không phụ thuộc vào có mặt tiểu phân hấp phụ trung tâm bên cạnh Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng: q q max bCcb = θ = 1+ bC (1.4) cb Trong đó: q : Dung lượng hấp phụ cân (mg/g) qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) : Độ che phủ Ccb : Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) b : Hằng số Langmuir Phương trình Langmuir hai tính chất đặc trưng hệ : + Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb > q = qmax.b.Ccb mơ tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng độ chất hấp phụ nằm hai giới hạn đường đẳng nhiệt biểu diễn đoạn cong 10 Bảng 2.26: Nồng độ Mn2+ sau khỏi cột hấp phụ ứng với nồng độ đầu khác Co (mg/l) Co1=108,59 Co2=201,17 Co3=300,29 Co4=401,55 Co5=500,23 BV Nồng độ thoát (mg/l) 0,20 1,59 2,81 3,26 4,65 1,60 56,14 113,85 209,18 248,95 39,19 80,29 219,84 262,23 297,18 56,08 102,39 248,05 304,17 331,65 70,29 129,05 257,69 322,82 358,16 80,40 135,17 260,23 337,12 378,49 82,45 159,63 261,95 340,83 399,01 83,62 162,19 265,22 343,29 422,48 85,45 165,27 265,98 345,12 434,64 10 91,42 171,13 262,78 355,94 448,82 Nong thoat(mg/l) 500 400 Mn Co1 300 Mn Co2 Mn Co3 200 Mn Co4 Mn Co5 100 0 10 11 Bed - Volume Hình 2.33: Đường cong Mn 2+ ứng với nồng độ đầu khác 54 Bảng 2.27: Nồng độ Ni2+ sau khỏi cột hấp phụ ứng với nồng độ đầu khác Co (mg/l) Co1=90,02 Co2=181,64 Co3=293,32 Co4=394,38 Co5=500,23 BV Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd 0,14 0,01 4,37 6,87 69,03 78,18 0,04 82,68 98,55 193,87 254,53 1,59 116,40 128,96 240,67 286,47 11,58 134,50 157,17 245,17 301,48 32,76 146,11 168,66 271,29 325,81 52,77 148,27 172,35 298,33 361,83 68,93 149,69 193,19 322,90 394,88 72,70 150,96 216,99 336,27 432,49 10 74,27 152,55 256,67 349,35 451,67 Nong thoat(mg/l 500 400 Ni Co1 Ni Co2 300 Ni Co3 200 Ni Co4 100 Ni Co5 0 10 11 Bed - Volume Hình 2.34: Đường cong thoát Ni2+ ứng với nồng độ đầu khác 55 Bảng 2.28: Nồng độ Cu2+sau khỏi cột hấp phụ ứng với nồng độ đầu khác Co (mg/l) Co1=100,12 Co2=199,47 Co3=301,11 Co4=400,21 Co5=498,54 BV Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd Nd Nd 1,67 2,48 5,78 57,05 Nd 11,89 15,29 55,01 187,12 Nd 24,91 57,37 151,22 334,91 Nd 54,82 100,91 247,39 375,56 0,46 136,93 182,55 310,81 405,43 12,84 152,87 213,31 325,64 419,41 49,82 170,86 242,63 343,42 432,48 75,46 174,52 247,91 359,81 439,61 10 79,64 180,93 254,68 361,42 445,42 Nong thoat(mg/l) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Cu Co1 Cu Co2 Cu Co3 Cu Co4 Cu Co5 10 Bed - Volume Hình 2.35: Đường cong thoát Cu 2+ ứng với nồng độ đầu khác 56 Bảng 2.29: Nồng độ Pb2+sau khỏi cột hấp phụ ứng với nồng độ đầu khác Co (mg/l) Co1=99,20 Co2=200,45 Co3=298,14 Co4=401,11 BV Co5=500,09 Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 2,46 Nd Nd Nd Nd 16,41 Nd Nd Nd 4,03 55,71 Nd 0,15 3,53 15,42 84,34 0,02 4,51 10,39 43,99 100,26 2,37 12,23 30,85 65,65 119,42 7,44 15,38 39,73 78,35 131,91 10 8,48 15,94 42,28 82,48 140,96 Nong thoat 150 100 Pb Co1 Pb Co2 Pb Co3 50 Pb Co4 Pb Co5 0 10 Bed - Volume Hình 2.36: Đường cong Pb 2+ ứng với nồng độ đầu khác 57 * Nhận xét: Đối với nguyên liệu vỏ lạc, nồng độ thoát ion khỏi cột hấp phụ tăng dần nồng độ ban đầu tăng, chứng tỏ nồng độ ban đầu lớn khả hấp phụ ion nguyên liệu vỏ lạc tăng Từ kết trên, tiến hành khảo sát cân hấp phụ nguyên liệu vỏ lạc ion theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết bảng 2.30 hình từ 2.37 đến 2.46 Bảng 2.30: Các thông số hấp phụ Ion Co (mg/l) Ccb (mg/l) Ccb/q (g/l) 79,64 180,93 254,68 361,42 445,42 q (mg/g) 0.80 1,51 1,95 2,40 2,68 Cu2+ 97,70 206,28 296,56 399,34 509,13 Pb2+ 107,47 205,91 291,14 406,23 502,59 8,48 15,94 42,28 82,48 140,96 4,40 8,44 11,06 14,39 16,07 1,93 1,89 3,82 5,73 8,77 Cd2+ 99,20 185,20 307,35 382,50 502,59 77,94 150,45 255,39 320,29 438,61 0,94 1,54 2,41 2,56 2,84 82,91 97,70 105,97 125,11 154,44 Mn2+ 108,59 201,17 300,29 401,55 500,23 91,42 171,13 262,78 355,94 448,82 0,76 1,34 1,66 2,02 2,28 120,29 127,70 158,30 176,20 196,85 58 99,55 113,20 129,58 143,51 167,70 Ni2+ 90,02 181,64 293,32 394,38 500,23 0,70 1,29 1,62 2,00 2,15 y = 1.0842Ln(x) - 4.1066 R = 0.9959 2.5 Ccb/q(g/l) q(mg/g) 74,27 152,35 256,67 349,35 451,67 1.5 0.5 0 200 400 600 180 160 140 120 100 80 60 40 20 y = 0.1829x + 83.265 R = 0.9939 Ccb(m g/l) 106,10 118,26 158,43 174,68 210,08 100 200 300 Ccb(m g/l) 400 500 Hình 2.38: Sự phụ thuộc Ccb/q vào nhiệt La ng muir C u + Ccb Cu2+ 18 16 14 12 10 y = 4.0124Ln(x) - 3.5822 R = 0.9834 Ccb/q(g/l) q(mg/g) Hình 2.37: Đườ ng hấ p phụ đẳ ng 10 y = 0.0529x + 1.3575 R2 = 0.9951 0 50 Ccb(mg/l) 100 50 100 150 Ccb(m g/l) 150 Hình 2.39: Đườ ng hấ p phụ đẳ ng Hình 2.40: Sự phụ thuộc Ccb/q nhiệt La ng muir P b + vào Ccb Pb2+ 59 y = 1.0223Ln(x) - 3.8913 q(mg/g) 250 R2 = 0.9893 2.5 200 Ccb/q(g/l) 1.5 0.5 150 100 50 0 100 200 300 400 500 0 Ccb(m g/l) Hình 2.41: Đườ ng hấ p phụ đẳng nhiệtLangmuir Mn2+ 3.5 200 300 Ccb(m g/l) 400 500 Ccb Mn2+ 200 R2 = 0.9845 y = 0.1919x + 66.445 R2 = 0.9819 150 Ccb/q(g/l) q(mg/g) 100 Hình 2.42: Sự phụ thuộc Ccb/q vào y = 1.154Ln(x) - 4.1193 2.5 1.5 100 50 0.5 0 100 200 300 Ccb(m g/l) 400 500 Hình 2.43: Đườ ng hấ p phụ đẳng nhiệt Langmuir Cd2+ 100200Ccb(m g/l)300400 Ccb Cd2+ y = 0.279x + 81.838 250 R = 0.9933 R2 = 0.9858 Ccb/q(g/l) 200 1.5 0.5 500 Hình 2.44: Sự phụ thuộc Ccb/q vào y = 0.808Ln(x) - 2.7871 2.5 q(mg/g) y = 0.2246x + 96.111 R2 = 0.9831 150 100 50 0 100 200 300 400 500 Ccb(m g/l) Hình 2.45: Đườ ng hấ p phụ đẳ ng 100 200 300 Ccb(m g/l) 400 500 Hình 2.46: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni + nhiệt La ng muir Ni + 60 Từ mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir chúng tơi tính dung lượng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir ion: Bảng 2.31: Dung lượng cực đại số Langmuir nguyên liệu Ion Cu2+ Pb2+ Mn2+ Cd2+ Ni2+ Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) Hằng số Langmuir 5,4675 18,9036 3,1235 5,2219 3,5842 0,0022 0,0390 0,0029 0,0034 0,0023 * Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy, nguyên liệu vỏ lạc có khả hấp phụ ion Cu2+, Pb2+, Mn2+, Cd2+, Ni2+ tốt, hấp phụ mơ tả theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dung lượng hấp phụ cực đại nguyên liệu vỏ lạc trước hoạt hóa nhỏ dung lượng hấp phụ cực đại nguyên liệu vỏ lạc sau hoạt hóa Điều chứng tỏ, nguyên liệu sau hoạt hóa có khả hấp phụ tốt nguyên liệu chưa hoạt hóa 2.7 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ VLHP sau giải hấp rửa axit nước cất tới mơi trường trung tính, để khô Tiến hành hấp phụ Cu 2+, Pb2+ VLHP tốc độ dòng 2,0ml/phút So sánh khả hấp phụ VLHP tái sinh với VLHP điều kiện nồng độ đầu Kết bảng 2.32; 2.33 hình 2.47; 2.48 61 Bảng 2.32: Khả hấp phụ ion Cu2+ Pb2+ VLHP VLHP tái sinh Ion Cu2+ Pb2+ Co (mg/l) 206,28 205,91 Nồng độ thoát (mg/l) Bed -Volume VLHP VLHP tái sinh VLHP VLHP tái sinh Nd Nd Nd Nd Nd 0,08 Nd Nd 0,06 0,06 Nd Nd 0,07 3,40 Nd Nd 1,42 46,68 Nd Nd 45,38 91,79 Nd Nd 94,27 113,26 Nd 2,72 124,31 146,78 0,03 10,58 143,29 159,86 2,21 26,81 10 154,64 164,20 8,14 32,35 11 155,72 164,84 9,23 34,60 12 156,81 166,33 11,05 39,19 13 159,34 165,94 11,39 38,59 14 163,23 167,78 11,87 39,11 15 163,39 168,83 11,96 39,70 62 Bảng 2.33: Hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ Pb2+ ứng với VLHP VLHP tái sinh Cu2+ Pb2+ Ion H1 (%) 55,99 97,87 H2 (%) 49,62 91,47 H1: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP H2: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP tái sinh 15 Nồng độ thoát(mg/l) Hiệu suất hấp phụ tính theo cơng thức: H(%) = ∑ C o − Ct 100 (2.1) 15 i=1 Co Co: nồng độ đầu ion kim loại (mg/l) Với: Ct: nồng độ sau khỏi cột hấp phụ thời điểm t (mg/l) 180 160 140 120 100 Cu.VLHP 80 60 40 20 Cu.VLHP tái sinh 11 13 15 Be d-Vol u me Nồng độ thốt(mg/l) Hình 2.47: Đường cong Cu 2+ ứng với VLHP VLHP tái sinh 45 40 35 30 25 20 15 10 Pb.VLHP Pb.VLHP tái sinh 11 13 15 Be d-Vol u me Hình 2.48: Đường cong thoát Pb 2+ ứng với VLHP VLHP tái sinh 63 Nhận xét: Từ kết cho thấy: - Hiệu suất hấp phụ ion VLHP tái sinh ion Pb 2+ lớn nhiều so ion Cu2+, chứng tỏ khả hấp phụ VLHP tái sinh ion kim loại Pb2+ tốt ion kim loại Cu2+ - VLHP tái sinh có hiệu suất hấp phụ lớn, đồng thời đường cong thoát VLHP VLHP tái sinh có dạng tương tự chứng tỏ VLHP tái sinh có khả hấp phụ tốt Như vậy, VLHP chế tạo từ vỏ lạc có ưu mặt kinh tế 2.8 Khảo sát khả tách loại thu hồi ion Ni2+ nước thải nhà máy Z159 phương pháp hấp phụ VLHP chế tạo từ vỏ lạc 2.8.1 Khảo sát khả tách loại ion Ni2+ Mẫu nước thải chứa Ni2+ sau lọc qua giấy lọc có pH 5.65 (nằm khoảng pH tốt cho hấp phụ [13]), nồng độ ban đầu C o 0,6154 mg/l Chuẩn bị cột hấp phụ nêu 2.4.1 Điều chỉnh tốc độ dòng 2,0 ml/phút cho mẫu nước thải chứa ion Ni 2+vào cột hấp phụ Kết bảng 2.34 hình 2.49 Bảng 2.34: Nồng độ nước thải chứa Ni2+ sau khỏi cột hấp phụ Bed-Volume Co= 0,6954 (mg/l) 2+ Nồng độ thoát Ni (mg/l) (1) (2) Nd 0,0823 0,5052 0,5618 0,5743 64 (1) (2) 0,5832 0,6084 0,6119 0,6147 10 0,6172 0.7 Nong thoat 0.6 0.5 0.4 Nong Ni 0.3 0.2 0.1 0 10 15 Bed - Volume Hình 2.49: Đường cong mẫu nước thải Ni2+ Kết cho thấy sau Bed - Volume, nồng độ Ni 2+ có mẫu nước giảm xuống rõ rệt, điều thể hình 2.49 giá trị nồng độ thoát Ni2+ gần đến giá trị nồng độ thoát cực đại Chứng tỏ vật liệu hấp phụ chế tạo có khả hấp phụ tốt ion Ni2+ ứng dụng thực tiễn để xử lý nguồn nước thải có chứa Ni2+ 2.8.2 Khảo sát khả giải hấp ion Ni2+ Tiến hành giải hấp tốc độ dòng 2,0 ml/phút dung dịch HNO có nồng độ 1,0M Kết bảng 2.35 hình 2.50 65 Bảng 2.35: Nồng độ nước thải Ni2+ sau khỏi cột hấp phụ Co= 0,6954 (mg/l) Nồng độ thoát Ni2+(mg/l) 1,0135 0,1103 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 10 Nd Nong thoat Bed-Volume 1.5 Nong Ni 0.5 0 10 11 Bed - Volume Hình 2.50: Đường cong giải hấp mẫu nước thải chứa ion Ni2+ Kết cho thấy, hầu hết lượng Ni 2+ có nước thải giải hấp Bed - Volume đầu Chứng tỏ VLHP chế tạo có khả giải hấp tốt cho hiệu kinh tế cao 66 KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm, rút số kết luận sau: Đã chế tạo VLHP từ nguồn phụ phẩm nơng nghiệp vỏ lạc thơng qua q trình xử lý dung dịch natri hiđroxit, axit xitric nhiệt độ Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dòng nồng độ ban đầu ion hấp phụ đến khả hấp phụ VLHP cho thấy: - Khảo sát với tốc độ dòng 2,0; 2,5 3,0 ml/phút cho kết quả: tốc độ dòng chậm lượng ion bị hấp phụ lớn - Trong khoảng nồng độ đầu khảo sát: Đối với Cu2+: 97,70; 206,28; 296,56; 399,34; 509,13 mg/l Đối với Pb2+: 107,47; 205,91; 291,14; 406,23; 502,59 mg/l Đối với Cd2+: 99,02; 185,20; 307,35; 382,50; 502,59 mg/l Đối với Ni2+: 90,02; 181,64; 293,32; 394,38; 500,24 mg/l Đối với Mn2+:108,59; 201,17; 300,29; 401,55; 500,23 mg/l tốc độ dòng, nồng độ đầu tăng lượng ion tương ứng sau khỏi cột hấp phụ thời điểm tăng, thời gian hoạt động cột hấp phụ giảm Khi khảo sát hấp phụ ion kim loại Cu 2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ VLHP hấp phụ mơ tả tốt theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Điều thể qua hệ số hồi quy phương trình Langmuir Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ 0,9676; 0,9529; 0,9741; 0,9743; 0,9858 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dòng nồng độ axit HNO3 đến khả giải hấp cho thấy: 67 - Khảo sát với tốc độ dòng 2,0; 2,5; 3,0 ml/phút tốc độ dòng chậm lượng ion giải hấp lớn - Trong khoảng nồng độ axit HNO3 khảo sát, tăng nồng độ axit lượng ion giải hấp tăng xuất thời gian ngắn - Khi dùng axit HNO3 làm chất rửa giải khả giải hấp tốt Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vỏ lạc cho thấy, nguyên liệu vỏ lạc có khả hấp phụ ion Cu 2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ tốt theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Tuy nhiên kết nghiên cứu rõ nguyên liệu sau hoạt hóa có khả hấp phụ tốt nguyên liệu chưa hoạt hóa Nghiên cứu việc tái sử dụng VLHP cho thấy VLHP tái sinh khả hấp phụ, hiệu suất hấp phụ VLHP tái sinh giảm không nhiều so với VLHP Dùng VLHP chế tạo xử lý nước thải chứa Ni 2+ nhà máy Z159, kết cho thấy sau hai lần hấp phụ (2 Bed -Volume) nồng độ Ni 2+ giảm xuống mức cho phép nước thải công nghiệp theo TCVN 5945- 2005 Như vậy, việc sử dụng VLHP chế tạo từ vỏ lạc để tách loại, thu hồi ion Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ cho kết tốt, mặt khác, quy trình xử lý đơn giản, giá thành rẻ nên triển khai nghiên cứu, ứng dụng việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại 70 ... 1.3.2 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ - Vỏ lạc: Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả tách Cd 2+ cao, cần hàm lượng than hoạt tính 0,7 g/l hấp phụ. .. hấp phụ vật lý giảm, khả hấp phụ hóa học tăng lên [1,2,5,8] - Giải hấp phụ Giải hấp phụ chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Quá trình dựa nguyên tắc sử dụng yếu tố bất lợi trình hấp phụ. .. Khảo sát khả hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ VLHP phương pháp hấp phụ động Giải hấp thu hồi kim loại nặng Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ Tái sử dụng VLHP Xử lý thăm dò khả hấp phụ