Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của đá ong tự nhiên và quặng Apatit

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) CỦA ĐÁ ONG TỰ NHIÊN VÀ QUẶNG APATIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) CỦA ĐÁ ONG TỰ NHIÊN VÀ QUẶNG APATIT Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Trần Tứ Hiếu Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS TS Trần Tứ Hiếu - người thầy giao đề tài hướng dẫn em hoàn thiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ quý báu PGS TS Tạ Thị Thảo PGS.TS Nguyễn Xuân Trung Em xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ mơn Hóa Phân tích - Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Học viên Phạm Văn Tuấn i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chất hấp phụ 1.2.Tổng quan đá ong, quặng apatit 1.3.Tổng quan sắt, crom, mangan, niken nguồn gốc phát tán chúng vào môi trường nước 1.4 Một số phương pháp tách làm giầu lượng vết kim loại nặng …………….11 1.4.1 Phương pháp cộng kết ………………………………………………… .11 1.4.2 Phương pháp chiết lỏng - lỏng ………………………………………… 11 1.4.3 Phương pháp chiết pha rắn …………………………………………………12 1.5 Giới thiệu phương pháp nghiên cứu tính chất hấp phụ chất hấp phụ 13 1.5.1 Các khái niệm 13 1.5.2 Các mơ hình q trình hấp phụ 15 1.5.3 Quá trình hấp phụ động cột 16 1.5.4 Hấp phụ môi trường nước 18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 22 2.1 Đối tượng mục tiêu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu …………………………………………………………22 2.3 Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………… ……22 2.4 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm hố chất 23 2.4.1 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 23 2.4.2 Hoá chất 24 2.5.1 Chuẩn bị vật liệu 25 2.5.2 Xác định tính chất vật lý vật liệu ……………………………… 25 2.5.3 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) theo phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 26 2.5.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) 26 2.5.3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) 27 ii 2.5.3.3 Đánh giá độ xác phép phân tích 29 2.5.4 Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) vật liệu theo phương pháp tĩnh 30 2.5.5 Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) đá ong tự nhiên quặng apatit theo phương pháp động ………………………… 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Xác định tính chất vật lý đá ong tự nhiên quặng apatit 34 3.1.1 Xác định hình dạng vật liệu (SEM) 34 3.1.2 Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) vật liệu 34 3.1.3 Phổ hồng ngoại đá ong tự nhiên quặng apatit 34 3.1.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X đá ong tự nhiên quặng apatit 36 3.2 Xác định điểm đẳng điện vật liệu hấp phụ 37 3.3 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) theo phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 38 3.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) 38 3.3.2.2 Đánh giá phương trình hồi quy đường chuẩn 42 3.3.3 Đánh giá độ xác phép phân tích 45 3.4 Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) vật liệu theo phương pháp tĩnh 47 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu……….50 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến cân hấp phụ 50 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt vật liệu đến khả hấp phụ 52 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ 53 3.4.5 Ảnh hưởng nồng độ đầu 56 3.4.6 Đánh giá khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) vật liệu 66 3.5 Nghiên cứu khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) đá ong tự nhiên quặng apatit theo phương pháp động …………………………… 67 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Một số thông số vật lý đá ong tự nhiên quặng apatit 34 Bảng 3.2 Điểm đẳng điện vật liệu 37 Bảng 3.3 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) 39 Bảng 3.4 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) 41 Bảng 3.5 Kết khảo sát đánh giá độ xác phương trình hồi quy đường chuẩn Fe(III) 43 Bảng 3.6 Giới hạn phát định lượng phương pháp phân tích 45 Bảng 3.7 Kết khảo sát độ phép đo 46 Bảng 3.8 Kết đánh giá độ xác phép đo quang phổ hấp thụ phân tử 46 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) vật liệu 47 Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) 50 Bảng 3.11 Ảnh hưởng kích thước hạt vật liệu đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) 52 Bảng 3.12 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) 53 Bảng 3.13 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) vật liệu ………………… .60 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir ion 60 Bảng 3.15 Các thông số hấp phụ theo mơ hình Freundlich đá ong tự nhiên quặng apatit .66 Bảng 3.16 Hàm lượng Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) hấp phụ đá ong tự nhiên theo phương pháp động 64 Bảng 3.17 Hàm lượng Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) hấp phụ quặng apatit theo phương pháp động 65 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình cột hấp phụ 17 Hình 1.2 Dạng đường cong phân bố nồng độ chất bị hấp phụ cột hấp phụ theo thời gian 18 Hình 3.1 Ảnh SEM đá ong tự nhiên quặng apatit 34 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại đá ong tự nhiên 35 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại quặng apatit 35 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X đá ong tự nhiên 36 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X quặng apatit 37 Hình 3.7 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nông độ Fe(III) 40 Hình 3.8 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nông độ Cr(VI) 40 Hình 3.9 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nông độ Mn(II) 40 Hình 3.10 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nông độ Ni(II) 40 Hình 3.11 Đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) 44 Hình 3.12 Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 44 Hình 3.13 Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 42 Hình 3.14 Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 42 Hình 3.15 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên 48 Hình 3.16 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) quặng apatit 49 Hình 3.17 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụFe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên 51 Hình 3.18 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) quặng apatit 52 Hình 3.19 Ảnh hưởng khối lượng đá ong đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) 55 Hình 3.20 Ảnh hưởng khối lượng quặng apatit đến khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) 55 v Hình 3.21 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion đến dung lượng hấp phụ đá ong tự nhiên 59 Hình 3.22 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion đến dung lượng hấp phụ quặng apatit .60 Hình 3.23 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên 60 Hình 3.24 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) quặng apatit 60 Hình 3.25 Sự phụ thuộc Ln(q) vào Ln(Ccb) Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên .65 Hình 3.26 Sự phụ thuộc Ln(q) vào Ln(Ccb) Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) quặng apatit 65 Hình 3.27 Khả hấp phụ động Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên 65 Hình 3.28 Khả hấp phụ động Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) quặng apatit 66 vi CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT BET : Brunaur – Emmetle – Teller IR : Intrared Spectroscopy SEM : Scanning Electron Microscopy UV – Vis : Ultraviolet Visble XRD : X-ray Diffration mg/L : part per million LOD : Limit of Detection LOQ : Limit of Quantity RSD : Relative Standard Deviation Abs : Absorptivity vii MỞ ĐẦU Hiện nay, q trình cơng nghiệp hố, thị hố gia tăng dân số thành thị làm cho tình trạng nhiễm môi trường, môi trường nước ngày trở nên nghiêm trọng Các ion kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể sống Tuy nhiên, vượt giới hạn cho phép, chúng thể độc tính cao gây ảnh hưởng lớn sức khoẻ người Do đó, việc xác định hàm lượng ion kim loại nặng nguồn nước, từ hướng tới mục đích xử lý chúng nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Các ion kim loại nặng có nguồn nước xử lý số phương pháp phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp keo tụ Trong phương pháp đó, phương pháp hấp phụ tỏ có nhiều ưu việt tính kinh tế, tính hiệu quả, thao tác đơn giản dễ thực Trong phương pháp hấp phụ, nhà khoa học thường hướng tới việc sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, vật liệu có giá thành rẻ thân thiện với môi trường Đá ong nguồn khoáng liệu phổ biến Việt Nam, đặc biệt vùng đồng Bắc Bộ có đặc tính hấp phụ Cho đến nay, có số cơng trình nghiên cứu khả hấp ion kim loại nặng đá ong tự nhiên đá ong biến tính Quặng apatit có trữ lượng lớn Lào Cai có đặc tính hấp phụ Hiện nay, số cơng trình nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng loại quặng cịn Xuất phát từ lý đó, chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) Ni(II) đá ong tự nhiên quặng apatit ”