Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ion Florua trên khoáng sét Yên Bái Và ứng dụng xử lý tách Florua khỏi nguồn nước : Luận văn ThS. Hóa học: 60 44 29

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o BÙI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION FLORUA TRÊN KHOÁNG SÉT YÊN BÁI VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH FLORUA KHỎI NGUỒN NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o BÙI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION FLORUA TRÊN KHOÁNG SÉT YÊN BÁI VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH FLORUA KHỎI NGUỒN NƢỚC Chun ngành: Hố Phân Tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Xuân Trung HÀ NỘI – 2011 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… CHƢƠNG1 : TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 Giới thiệu chung flo……………… ……………………………… 1.1.1 Trạng thái tự nhiên ………………………… 1.1.2 Ứng dụng flo……………………………………………………… 1.2 Tính chất độc hại florua……………………………………………… 1.3 Các phƣơng pháp loại bỏ Florua khỏi nguồn nƣớc………………………5 1.3.1 Kết tủa với tricanxi photphat…………………………………………… 1.3.2 Hấp phụ flo lên Mg(OH)2…………………………………………………5 1.3.3 Hấp phụ flo lên oxit nhôm…………………………………………………6 1.4 Các phƣơng pháp xác định florua……………………………………… 1.4.1 Phương pháp phân tích khối lượng………………………………………8 1.4.2 Phương pháp phân tích điện hoá……………………………………… 1.4.2.1 Phương pháp chuẩn độ điện hoá……………………………………… 1.4.2.2 phương pháp điện dùng cực chọn lọc với ion Florua .8 1.4.3 Các phương pháp quang phổ………………………………………… 10 1.4.3.1 Phương pháp Alizarin xanh………………………………………… 10 1.4.3.2 Phương pháp Zirconium- Eriochrom zanine R……………………… 11 1.4.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)……………… 11 1.4.5 Phương pháp phân tích sắc ký………………………………………… 12 1.5 Giới thệu thuốc thử xylenol da cam(XO)…………………………… 13 1.6 Giới thiệu bentonit…………………………………………………… 14 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM………………………………………………17 2.1 Nội dung nghiên cứu 17 2.2 Dụng cụ máy móc………………………………………… .17 2.3 Hố chất sử dụng……………………………………………………… 18 2.4 Tổng hợp vật liệu hấp phụ Flo………………………………………….18 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ florua vật liệu 19 2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ .19 2.5.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ .19 2.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ theo phương trình Langmuir 20 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng ion lạ ion .21 2.6 Nghiên cứu khả hấp phụ theo phƣơng pháp động……………… 22 2.6.1 Cách tiến hành………………………………………………………… 22 2.6.2 Tính toán…………………………………………………………………22 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng pH……………………………………………23 2.7 Phƣơng pháp xác định Florua………………………………………… 23 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………… 25 3.1 Tối ƣu hoá điều kiện xác định Florua phƣơng pháp đo quang…25 3.1.1 Tối ưu hố điều kiện hình thành phức Al3+ với xylenol da cam……… 25 3.1.1.1 Khảo sát phổ hấp thụ quang phức mầu Al3+ với xylenol da cam…… 25 3.1.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH tới hình thành phức màu Al3+ với xylenol da cam.……………………………………………………… .26 3.1.1.3 Ảnh hưởng thời gian tới độ bền phức màu ………………… 27 3.1.1.4 Ảnh hưởng nồng độ thuốc thử ………………………………… 29 3.1.2 Ứng dụng xác định florua……………………………………………… 31 3.1.2.1 Khoảng tuyến tính phép đo……………………………………… 31 3.1.2.2 Lập phương trình đường chuẩn florua………………………… 33 3.1.2.3 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng cuả phương pháp………… 34 3.1.2.4 Sai số độ lặp lại phép đo quang……………………………… 36 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ florua………………………………… 38 3.2.1 Xác định số tính chất vật lý vật liệu hấp phụ florua ………… 38 3.2.1.1 Xác định phổ nhiễu xạ tia X vật liệu…………………………… 38 3.2.1.2 Xác định hình dạng vật liệu ………………………………………… 43 3.2.1.3 Xác định diện tích bề mặt riêng đường kính lỗ xốp……………… 45 3.2.2 Nghiên cứu khả hấp phụ florua vật liệu theo phương pháp tĩnh……………………………………………………………………… 45 3.2.2.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu………………45 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian đạt cân bằng……………………………… 47 3.2.2.3 Khảo sát nồng độ ban đầu florua đến khả hấp phụ ………… 49 3.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng cạnh tranh ion………………………… 51 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện động………………55 3.2.3.1 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu………………… 55 3.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng chất, nồng độ dung dịch rửa giải………55 3.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả hấp thu florua lên VL2………………………………………………………………… 56 3.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thể tích rửa giải ……………………………57 3.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải …… 58 3.2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng số ion cản trở đến khả hấp thu florua VL2……………………………………………………………………… 60 3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu giả khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 62 3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa florua……………………………… 64 KẾT LUẬN……………………………………………………………………66 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 68 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT LOD(Limit of detection): Giới hạn phát LOQ(Limit of quantity): Giới hạn định lượng VL1: Khống sét Bentonit VL2: Bentonit biến tính MMT: Montmorillonit XO: Xylenol da cam TISAB: Total Ionic Strength Adjustment Buffer CDTA: 1,2 cyclohexylen dinitrinotetraaxetic axit DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số đặc điểm nguyên tử flo………………………………… Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo bentonit……………………………………… 14 Bảng 3.1 : Khảo sát phổ hấp thụ quang phức mầu Al3+ với xylenol da cam… 25 Bảng 3.2: Ảnh hưởng cuả pH đến độ hấp thụ quang A……………………… 27 Bảng 3.3 : Ảnh hưởng thời gian tới độ bền phức màu……………… 28 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử…………… 30 Bảng 3.5: Khoảng tuyến tính florua ……………………………………… 32 Bảng 3.6: Số liệu thống kê lập đường chuẩn nguyên tố khảo sát………… 33 Bảng 3.7: Phân tích mẫu trắng…………………………………………………35 Bảng 3.8: Một số giá trị liên quan…………………………………………… 36 Bảng 3.9: Sai số cuả phép đo quang xác định florua………………………… 37 Bảng 3.10: Độ lặp lại phép đo quang………………………………………38 Bảng 3.11: Dung lượng hấp phụ vật liệu phụ thuộc vào pH dung dịch florua………………………………………………………………………… 46 Bảng 3.12: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới trình hấp phụ vật liệu ………………………………………………………………………………… 48 Bảng 3.13:Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ florua ban đầu……49 Bảng 3.14 : Kết khảo sát ảnh hưởng ion SiO32- đến dung lượng hấp phụ .52 Bảng 3.15: Kết khảo sát ảnh hưởng ion PO43- đến dung lượng hấp phụ .52 Bảng 3.16: Kết khảo sát ảnh hưởng ion Fe3+ đến dung lượng hấp phụ…………………………………………………………………………… 53 Bảng 3.17: Kết khảo sát ảnh hưởng ion AsO42- đến dung lượng hấp phụ…………………………………………………………………………… 53 Bảng 3.18: Kết khảo sát ảnh hưởng ion AsO42-, SiO32-, PO43- ,Fe3+ đến dung lượng hấp phụ VL2……………………………………………………… 54 Bảng 3.19: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ rửa giải NaOH đến khả rửa giải…………………………………………………………………………55 Bảng 3.20 : Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả hấp thu………………………………………………………………………………57 Bảng 3.21: Kết khảo sát thể tích rửa giải………………………………… 58 Bảng 3.22 : Kết khảo sát tốc độ rửa giải………………………………… 59 Bảng 3.23: Ảnh hưởng ion kim loại nặng đến hiệu suất thu hồi …… 60 Bảng 3.24: Ảnh hưởng anion đến hiệu suất thu hồi………………… 61 Bảng 3.25: Thành phần mẫu giả……………………………………………… 62 Bảng 3.26: Kết hấp phụ tách loại florua dung dịch mẫu giả………… 63 Bảng 3.27: Kết nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu………… 63 Bảng 3.28: Kết phân tích mẫu thật……………………………………… 64 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Các mẫu khống vật florit…………………………………………… Hình 1.2: Cấu trúc xylenol da cam……………………………………… 13 Hình1.3: Cấu trúc Montmorilonit…………………………………………15 Hình 2.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir……………………………… 21 Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang phức Al3+ với xylenol da cam………………26 Hình 3.2 : Ảnh hưởng cuả pH đến độ hấp thụ quang A………………………27 Hình 3.3 : Ảnh hưởng thời gian tới độ bền phức màu…………………29 Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử…………… 30 Hình 3.5: Khoảng tuyến tính florua……………………………………… 32 Hình 3.6: Đồ thị phụ thuộc nồng độ Florua vào độ hấp thụ quang phức mầu Al3+ với xylenol da cam……………………………………………………… 34 Hình 3.7a: Phổ nhiễu xạ tia X VL1trước hấp phụ florua…………… 39 Hình 3.7b: Phổ nhiễu xạ tia X VL1 sau hấp phụ florua……………… 40 Hình 3.7c: Phổ nhiễu xạ tia X VL2 trước hấp phụ florua…………… 41 Hình 3.7d: Phổ nhiễu xạ tia X VL2 sau hấp phụ florua……………… 42 Hình 3.8a : Bề mặt VL1……………………………………………………43 Hình 3.8b: Bề mặt VL2 trước hấp phụ florua ……………………… 44 Hình 3.8c: Bề mặt VL2 sau hấp phụ florua ………………………… 44 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vật liệu vào pH dung dịch……………………………………………………………………… 47 Hình 3.10 : Ảnh hưởng thời gian tới trình hấp phụ vật liệu…… 48 Hình 3.11: Sự phụ thuộc khả hấp phụ mẫu vào nồng độ florua 50 Hình 3.12: Đồ thị phụ thuộc CE/Q vào CE 51 Hình 3.13: Dung lượng hấp phụ florua có mặt SiO32-…………… 52 Hình 3.14: Dung lượng hấp phụ florua có mặt PO43-…………… 52 Hình 3.15: Dung lượng hấp phụ florua có mặt Fe3+ …………… 53 Hình 3.16: Dung lượng hấp phụ florua có mặt AsO42- ………… 53 Hình 3.17: Dung lượng hấp phụ florua VL2 có mặt AsO42-, SiO32-, PO43, Fe3+ ………………………………………………………………………… 54 Hình 3.18: Đồ thị phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào nồng độ NaOH……… 56 Hình 3.19: Đồ thị phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào tốc độ nạp mẫu……… 57 Hình 3.20: Đồ thị phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào thể tích rửa giải……… 58 Hình 3.21: thị phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào tốc độ rửa giải…………… 59 Mở đầu Môi trường vấn đề mà hầu hết quan tâm, vấn đề khơng tự phát sinh mà nguyên nhân nhu cầu sống người Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày trở nên nghiêm trọng phát thải bừa bãi chất nhiễm vào môi trường mà không xử lý, gây nên hậu nghiêm trọng tác hại đến đời sống cộng đồng Việt Nam coi trọng đến vấn đề xử lý môi trường, ngăn chặn tình trạng nhiễm Khu vực Lâm Thao – Phú Thọ thuộc vùng trung du có địa hình đồi núi xen kẽ đồng tương đối phẳng, có cao độ khác từ đến 10m, có độ dốc khác Đây khu vực tập chung nhiều nhà máy xí nghiệp hố chất, giấy, ắc qui, phân bón địa bàn tỉnh Phú Thọ Mơi trường nước dễ bị ảnh hưởng sản xuất công nghiệp Flo nước thải môi trường chất độc gây hại trực tiếp đến các loài thủy sinh gây ô nhiễm nguồn nước Đối với thể người flo cần thiết cho chống loãng xương sâu Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép flo nước uống 0,5-1,5 mg/l Nhưng thường xuyên phải nhận lượng flo mg/ ngày qua thức ăn nước uống gây nên nhiễm độc flo với biểu cứng khớp, giảm cân, giòn xương, thiếu máu suy nhược Việc xử lý nguồn nước thải chứa flo đặt thực từ lâu thực tế chưa thực triệt để số sở sản xuất có nguồn thải flo cao Mặt khác việc phân tích xác định hàm lượng flo nước thải vấn đề không dễ thực sở sản xuất Vì khó để theo dõi đánh giá hiệu xử lý kiểm soát chất lượng nước thải trước thải môi trường Xuất phát từ thực tế đó, chúng tơi tiến hành nghiên cứu khả hấp phụ ion Florua khoáng sét ứng dụng tách loại Florua khỏi nguồn nước thải