Nghiên cứu loại bỏ asen trong nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt bằng vật liệu hỗn hợp Fe(OH)3 -MnO2 : Đề tài NCKH. QT.09.19

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • • • ********* ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÁP ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ ASEN TRONG NƯỚC NGÀM ĐẺ SẢN XUẤT NƯỚC SINH HOẠT BẰNG VẬT LIỆU HỎN HỢP Fe(OH)3- MnOi M Ã SỐ: Q T- 09-19 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: ThS NGUYỄN THỊ HẠNH ' ĐẠI HOC WUOC G ia mụi ■ÕụNG TẨM THÔNG TIN THỤ VIỆN m Ị Q ĩ b _ HẢ NỘI - 2010 BÁO CÁO TÓM TẤT 1) Tên đề tài: “Nghiên cứu loại bỏ asen nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n 2” Mã số: QT-09-19 2) C hủ trì: ThS Nguyễn Thị Hạnh 3) Người tham gia: CN: Đỗ Duy Nam, Vũ Mai Hương 4) Mục đích nội dung nghiên cứu a) M ục đích: Chể tạo vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính Sử dụng vật liệu chế tạo loại bỏ asen nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt b) N ội dung nghiên cứu: Chế tạo vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính Nghiên cứu đặc trưng vật liệu thu phương pháp vật lý hóa lý c) nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình hẩp phụ vật liệu Cụ thể sau: - Chuẩn bị F eS 04, K M n0 số hóa chất khác - Chuẩn bị than hoạt tính - Chế tạo hỗn hợp Fe(OH )3 - M n - Cố định hỗn hợp Fe(OH )3 - M n than hoạt tính - Khảo sát hình thái học số tính chất vật lý đặc trưng vật liệu thiết bị đại - Khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian đạt cân bàng hấp phụ tải trọng hấp phụ cực đại (qMax )của vật liệu -Khảo sát hấp phụ tĩnh vật liệu đổi với As(III) hấp phụ động As(III) As(V) - Nghiên cứu trình giải hấp dung dịch NaOH 5) Kết thu được: a) N ội dung khoa học: - Đã chế tạo thành công vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính khảo sát sổ tính chất vật lý đặc trưng vật liệu chụp nhiễu xạ tia X, chụp kính hiển vi điện tử quét SEM chụp BET - Khảo sát thu điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ asen vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính Cụ thể: Ở nồng độ pH = 7, thời gian hấp phụ đổi với As(III) As(V) Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu As(III) 39,84 mg/g, As(V) 40,16 mg/g - Khả hấp phụ động vật liệu tương đối tốt giải hấp dung dịch NaOH loãng cho hiệu cao b) Bài báo khoa học: Nguyễn Đình Bảng, Nguyễn Thị Hạnh, Đỗ Duy Nam “nghiên cícu tách loại asen từ dung dịch nước bang vật liệu ôxit hon hợp Fe-Mn cổ định than hoạt tỉnh Đã gửi đăng tạp chí Hóa, Lý Sinh học c) Kết đào tạo: Hỗ trợ đào tạo học viên Cao học “Điều chế khảo sát khả tách loại asen ôxit hon hợp Fe- Mn Học viên Cao học: Đỗ Duy Nam - K I - ngành Hóa học Mơi trường 6) Tinh hình kinh p h ỉ để tài: Tổng kinh phí cấp: 25.000.000 đồng Đã chi: 25.000.000 đồng KHOA OUẢN LÍ CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI PGS TSKH Luu Văn Bôi ThS Nguyễn Thị Hạnh C QUAN CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI SUMMARY REPORT OF THE SCIENTIFIC RESEARCH SUBJECT / Title o f subject: "Removal o f arsenic from ground water for producing drink water by using mixed material Fe(OH )3 - M n 2" Code: QT-09-19 H ead o f Subject: MSc Nguyen Thi Hanh Participants: BSc Do Duy Nam, Vu Mai Huong Purpose and content o f research: a Purpose: Manufacture mixed material Fe(OH )3 - M n immobilized on activated carbon.; Research on the characteristics o f materials obtained by physical and physiochemical methods b Content: Manufacture mixed material Fe(OH )3 - M n and mixed material Fe(OH )3 - M n immobilized on activated carbon Research on the characteristics o f materials obtained by physical and physiochemical methods, research on the effects o f the factors on the arsen adsorption Detail: s Preparation o f F e S 4, KM 11O4 and some other chemicals s Preparation o f activated carbon * Manufacture mixed material Fe(OH )3 - M n immobilized on activated carbon s Determination o f physical and chemical properties o f adsorption material by some morden methods ■S Research on the effect o f pH, contact time on the adsorption ability and determine maximum adsorption capacity o f mixed material Research on the adsorption of material in two conditions: motive and non motive The obtained results a The main results in science and technology s Manufactured Adsorption material and studies physical and chemical properties o f it ■S The effects o f pH and contact time on the treatment efficiecies was investigated; the results show that the optimum conditons were pH o f 7, contact time is hours for As(III) and hours for As(V) At the above conditions The maximum adsorption capacity of mixed material Fe(OH )3 M n immobilized on activated carbon for As(III) were 39,84 mg/g and As(V) were 40,16 mg/g s The desorption by sodium hydroxide solution b Results in training Supported 01 graduated student who study of Master in chemical environment “Manufacture and study on Removal o f arsenic capacity' by mixed material Fe-Mn c Publications Nguyen Dinh Bang, Nguyen Thi Hanh, Do Duy Nam “Studv removal o f arsenic from aqueous solution by mixed material Fe-Mn immobilized on activated c a r b o n posted on the chemistry, physics and biology magazine Head o f the Subject MSc Nguyen Thi Hanh MỤC LỤC Mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung asen 1.2 Tính chất hố lý asen 1.3 Một số hợp chất quan trọng asen 1.4 Độc tính asen 1.4.1 Cơ chế gây độc asen 1.4.2 Độc tính asen 1.5 Tinh trạng nhiễm asen giới Việt Nam 1.5.1 Ô nhiễm asen giói 1.5.2 Ơ nhiễm asen việt nam 1.6 Một số phương pháp xử lý asen 1.6 Các phương pháp hoá học 1.6.2 Các phương pháp hoá lý 10 1.6.3 Các phương pháp xử lý asen nghiên cứu áp dụng 14 Việt Nam 1.7 Cơ sở lý thuyết trình hấp phụ 14 Chương Thực nghiệm 18 2.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 18 2.2 Hoá chất, dụng cụ 18 2.3 Phương pháp phân tích asen phương pháp thủy ngân brơmua 19 2.4 Các phương pháp thực nghiệm 20 2.4.1 Chế tạo vật liệu ôxit hỗn hợp Fe - Mn (VL1) 20 2.4.2 Chế tạo vật liệu ôxit hỗn hợp Fe - Mn mang than hoat tính(VL2) 21 2.4.3 Khảo sát khả nãng hấp phụ tĩnh VL1 As(III) 21 2.4.4 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh VL2 As(III) As(V) 21 2.4.5 Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái hấp phụ VL2 đối 22 với A s(in) As(V) phương pháp động Chương Kết qủa thảo luận 23 3.1 Đặc trưng vật lý vật liệu ôxit hỗn hợp Fe-Mn (VL1) vật liệu ôxit 23 hỗn hợp Fe-Mn mang than (VL2) 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X VL1 23 3.1.2 Xác định hình thái học diện tích bề mặt VL2 23 3.2 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh VL1 As(III) 25 3.3 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh VL2 As(III) As(V) 28 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh VL2 As(III) 28 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh VL2 As(V) 30 3.4 Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái hấp phụ VL2 33 As(III) As(V) phương pháp hấp phụ động 3.4.1 Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái hấp phụ VL2 đối 33 với As(III) phương pháp hấp phụ động 3.4.2 Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái hấp phụ VL2 đối 34 với As(V) phương pháp hấp phụ động 3.4.3 Kết luận chung khả tách loại As(III) As(V) VL2 35 phương pháp hấp phụ động Kết luận 36 Tài liệu tham khảo 37 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung asen [1, 2] Asen tồn khoảng 200 loại khoáng khác nhau, chứa dạng asen arsenite, arsenate sulphua, oxit Quặng chứa nhiều asen quặng Arsenopyrit, có hàm lượng tới vài chục gam kilogram quặng Quặng sulphua, sulphate, quặng sắt, quặng sulphate ln có hàm lượng asen cao Các loại quặng cacbonate, silicát, chứa asen với hàm lượng thấp hơn, thường vài mg/kg không đáng kể Sự tồn asen tự nhiên số loại đá, khoáng vật đặc biệt quặng đa kim thơng qua q trình thuỷ địa hố sinh địa hoá, điều kiện địa chất thuỷ văn mà asen xâm nhập vào môi trường nước Ngồi ngành cơng nghiệp khai thác chế biến loại quặng tạo nguồn ô nhiễm asen Việc khai thác mỏ nguyên sinh phơi lộ quặng sunfua, làm gia tăng q trình phong hố bào mịn tạo khối lượng lớn đất đá thải có lẫn asenopyrit lân cận khu mỏ Tại nhà máy tuyển quặng, asenopyrit sau tách khỏi quặng thành chất thải chất đống ngồi trời, asen trơi vào sơng suối vào môi trường Trạng thái tồn dạng asen điều kiện oxi hoá khử pH khác cụ thể bảng Điều kiện khử Điều kiện oxi hoá pH As(III) pH As(V) 0-9 H 3A s0 0-2 H?A s0 10-12 H 2A s0 3- 3-6 13 HA s0 32- 7-11 H A s0 42 14 A s0 33- 12-14 A s0 4v H2A sơ Bàng 1: Các trạng thái bền asen điều kiện oxi hoá khử pH Trong hầu hết kim loại có xu hướng khơng tan ta vùng pH trung tính asen tan vung pH trung tính có nồng độ tương đối cao Do nước ngầm dễ bị nhiễm asen anion chứa oxi khác 1.2 Tính chất hố lý asen [2] Asen tổn vài dạng thù hình: dạng kim loại, dạng vàng, dạng xám dạng nâu Asen kim loại asen xám bền điều kiện thường đun nóng Asen phi kim chất rắn màu vàng, có mạng lưới phân tử mà mắt mạng lưới phân tử As4 Nhưng As4 không bền, nhiệt độ thường tác dụng ánh sáng chuyển nhanh sang dạng kim loại Có thể tạo As4 cách ngưng tụ nó, asen gồm phân tử As4, bắt đầu phân huỷ 1325°c phân huỷ hoàn toàn nhiệt độ 1700nc Trong tất quan trọng nhiệt độ khoảng sản phẩm quặng sunfua hợp chất asen hợp chất có tính chất thương mại asen (III) oxit Asen (III) oxit có nhiệt độ sơi khoảng 465°c, 800°c tồn thể hơi, có cơng thức phân tử As 40 hợp chất phụ trình luyện đồng số kim loại màu khác từ Asen khơng hồ tan nước, khơng khí thường bị ơxy hố chậm cịn bị đốt nóng mạnh cháy tạo thành ơxit As 20 màu trắng có mùi tỏi đặc trưng Ớ nhiệt độ cao asen có khả tác dụng với nhiều nguyên tố Trong hợp chất asen thường có số oxi hoá -3; +3 +5 Asen tự hợp chất độc 1.3 Một số hợp chất quan trọng asen[2] a) Asen hydrua hay asin AsH'Ị AsH chất khí khơng màu, độc, có mùi tỏi, có tính khử mạnh tan nước Asin tạo thành khử tất hợp chất vô asen hydro s in h As 20 + Zn + 6H 2S = AsH + ZnS0 + 3H20 Asin tương đối bền đốt nóng dễ dàng phân huỷ thành hydro asen tự AsH có tính khử mạnh, bị bốc cháy khơng khí, khử muối kim loại Cu, Ag kim loại 6A gN + AsH + 3H20 = Ag + HNO + H,AsO, AsH tác dụng với muối thuỷ ngân (II) clorua tạo phức màu vàng nâu, phản ứng sử dụng phương pháp định lượng asen: AsH + 3HgCl2 = As(HgCl)3(vàng) + 3HC1 b) Asen {III) oxit As20 Chất tạo thành đốt cháy asen khơng khí nung quặng chứa asen As(III) oxit màu trắng, thường gọi asen trắng Ớ trạng thái khí, oxit asen III tồn dạng phân tử kép As40 As(III) oxit tan nước, 15°c dung dịch bão hồ có nồng độ 1,5 %, 25°c dung dịch bão hồ có nồng độ % Khi tan nước asen (III) oxit tạo thành asen (III) hydroxit hay gọi axit asenơ, axit yếu As40 + 6H20 H 3ASO3 Trong dung dịch axit asenơ có axit metasen H A s02 axit không tách trạng thái tự do, cô cạn dung dịch thu oxit Asen(III)oxit dễ tan dung dịch kiềm tạo thành muối asenit hidroxoasenit As 40 + NaOH + H20 = 3Na[As(OH)4] + Na 3A s0 Asen (III) oxit thể tính khử tác dụng với O 3, H 20 2, FeCl3, K 2Cr20 7, HNO 3, bị ôxi hoá đến ion A s0 43' As 40 + HNO + 14 H20 = 12H3A s + NO Asen (III) oxit độc, liều ỉượng gây chết người ,lg dùng để chế thuốc trừ sâu nồng nghiệp, chế thuỷ tinh suốt chế chất màu c) Asen (V) oxit: Asen (V) oxit chất dạng khối vơ định hình giống thuỷ tinh, người ta thường gán cho cơng thức kinh nghiệm As 20 nhiệt độ 400°c phán huỷ thành oxi oxit asen có số oxi hoá thấp A S 2O — A s 40 + 2O As 20 dễ tan nước tạo thành asenic, nên để khơng khí bị chảy rữa As 20 + 3H20 = 2H 3A sơ d) Axit orthoasenơ H ị A s Oị axit yếu (pK~ 9), hợp chất không điều chế dạng tự mà tồn dung dịch nước, có cân bằng: H 3A s0 = H20 + H A s0 Cân thường chuyển dịch mạnh phía bên phải tức có xu hướng hình thành axit metaasenơ (có số phân li k = 6.10 1(>) Dưới tác dụng kiềm với As 20 ta nhận muối axit asenơ As 20 + KOH = 2K 3AsOịị+ 3H20 Các hợp chất A s(ni) có tính khử, bị oxi hoá chất oxi hoá mạnh K M n04, K I0 môi trường kiềm chúng chuyển thành hợp chất As(V) AsCV' + I2 + H20 = A sO /- + 21 + 2H+ e) Axit asenic điều kiện thường, axit asenic (H 3A s0 4) trạng thái rắn, tan tốt nưóc Axit asenic axit mạnh tương đương với axit photphoric (pK 2,24; 6,94; 11,5) Muối axit asenat giống với muối photphat tương ứng Khi nung axit asenic ta thu asen(V)oxit hay gọi anhyđritasenic dạng chất rắn màu trắng thuỷ tinh, tính chất axit hợp chất mạnh axit ascnơ Khi cho tác dụng với kiềm tạo thành ba loại muối: Na 3A s0 4, Na2H A s04, NaH 2A s0 Các hợp chất As(V) có tính oxi hố, tác dụng với chất khử mạnh KI, NaBH4, môi trường axit chúng chuyển thành hợp chất As(III) Trong tự nhiên, asen chuyển hoá từ dạng sang dạng khác số vi sinh vật, q trình chuyển hố đươc trình bày hình (CHiXiAs: trimetylasin (CH3)2A sH: [A s02(0H )2]asenat —► As(OH) -* C H jA s O (O H )2 -* axit (CH3)2A sO(OH) axit Hình 2: Sơ đổ q trình chuyển hố hợp chất asen tự nhiên 1.4 Độc tính asen [9,14] 1.4.1 Cơ chế gây độc asen Khi xâm nhập vào thể asen (III) công vào enzim có chứa nhóm (SH), liên kết cản trở chức enzim SH SH Enzhn AsO SH Enám > s— o ' SH' + OH PHỤ LỤC CÁC SẢN PH Ẩ M K H O A HỌC ĐÃ HOÀN THÀNH ■ Bài báo khoa học: 01 N guyễn Đ ình Bảng, N guyễn Thị Hạnh, Đỗ Duy Nam “nghiên cửu tách loại asen từ dung dịch nước vật liệu ôxit hon hợp Fe-M n co định than hoạt tính Đã gửi đăng tạp chí Hóa, Lý Sinh học • Hỗ trợ kinh phí cho học viên làm luận án Thạc sỹ: 01 Điều chế khảo sát khả tách loại asen ôxit hỗn hợp Fe - Mn Học viên: Đỗ Duy N am K I - Ngành Hóa học Mơi trường NGHIÊN CỨU TÁCH LOẠI ASEN TỪ DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HỎN HỢP Fe-Mn CĨ ĐỊNH TRÊN THAN HOẠT TÍNH ĐT.0912998225 Nguyễn Đình Bảng, Nguyễn Thị Hạnh, Đỗ Duy Nam K hoa H oá, Trường Đ i học K h o a h ọ c T ự nhiên, Đ H Q G H N STUDY REMOVAL OF ASENIC FROM AQUEOUS SOLUTION BY MIXED MATERIAL Fe-Mn IMMOBILIZED ON ACTIVATED CARBON SUM M ARY The mixed material Fe-M n immobilized on activated carbon (VL2) prepared by reacting o f KMnƠ and FeSC>4 at pH 7^8 in the presence o f activated carbon The specific surface area of VL2 is 923,66 m2/g The maximum adsorption capacity o f VL2 for As(V) and As (III) were 40.16 mg/g and 39,84 mg/g, respectivity The results o f motive adsorption showed that: Using 6,5 g VL2 can treat 3.3 I As(III) from 500 ppb to < 10 ppb and using 15g VL2 can treat 8,25 1As(V) from 500 ppb to < 10 ppb During desorption by 0,1M sodium hydroxide solution, 97,5% As(V) and 81,05% As(III) were recovered I M Ở ĐẦU Phần lớn vùng nông thôn Việt Nam sử dụng trực tiếp nước giếng khoan nước giếng khơi để làm nước ăn uống mà khơng qua xử lý, chí qua xử lý đơn giàn, khơng loại bỏ asen Tính đến nay, riêng vùng châu thổ sông Hồng tổng số giếng khoan lên tới số hàng triệu Vì song song với nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm phân bỏ asen nước ngầm vùng khác nhau, việc phát triển công nghệ khả thi xử lý asen nước sinh hoạt qui mơ hộ gia đình yêu cầu cấp bách Góp phấn vào nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu xử lý asen nước, tiến hành: “Nghiên cứu tách loại Asen dung dịch nước bang vật liệu hỗn hợp Fe-Mn định than hoạt tính” Với phương pháp điểu chế đơn giản, vật liệu ôxit hỗn hợp Fe-Mn có tải trọng hấp phụ cao xử lý hiệu asen nguồn nước n THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo vật liệu oxits hỗn hợp Fe-Mn (VL1) Thêm dần dung dịch F eS 2,2 M vào dung dịch K M nơ 0.75 M theo tỷ lệ mol K M n04:FeS04 = 1:3, khuấy mạnh dung dịch, điều chinh pH dung dịch đên pH = 7-^8 băng dung dịch NaỌH IM Tiếp tục khuấy dung dịch giờ, để lắng dung dịch 12 Lọc gạn, rửa kêt tùa lân bảng nước cất Sấy khô vật liệu 105°c giờ, nghiên nhò, thu VL1 2.2 Chế tạo vật liệu oxit hỗn họp Fe - Mn mang than hoạt tính (VL2) - Chuẩn bị than hoạt tính - Cố định oxit Fe-M n than hoạt tính Lấy lượng xác đinh than hoat tính vào côc, thêm dân dung dịch K M n va FeSOj VƠI ty lẹ mol 1:3 vào, khuấy m ạnh dung dịch, điều chinh pH cùa dung dịch đến pH = 7-5-8 băng dung dịch NaOH IM tiếp tục khuấy giờ, để lắng 12 Lọc gạn, rửa kẽt tùa băng nước cât cho het ion S042 Sấy khô kết tủa 105°c giờ, thu VL2 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Ghi giản đồ XRD mẫu VL1 máy Dg Advance Brenker CHLB Đức với góc 20 từ 20 -ỉ- 80° Anot Cu - Chụp ảnh SEM VL2 máy JEOL-8300 (Nhật Bàn) - Xác định diện tích bề mặt riêng phương pháp BET máy COULTER (Mỹ) - Khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian đạt cân băng hâp phụ, xác định tải trọng hấp phụ cực đại cùa VL2 đôi với As (III) A s(V) theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir - Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái sử dụng VL2 As(III) As(V) phương pháp hấp phụ động cột hấp phụ m KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng vật lý vật liệu ôxit hỗn hợp Fe- Mn (VL1) vật liệu òxit hỏn hựp Fe-Mn mang than (VL2) 3.1.1 P h ổ nhiễu xạ tia X VL1 Kết chụp phổ nhiễu xạ tia X cùa vật liệu cho thấy rang vật liệu tổn dạng vơ định hình Sắt tồn chủ yếu dạng a-FeOOH mangan dạng M n 3.1.2 Xác định hình thái học diện tích bê mặt VL2 Chúng tơi tiến hành chụp bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét (tại Viện Khoa học vật liêu-Viện Khoa học Việt Nam) với mầu than hoạt tính mẫu than mang hỗn hợp ôxit Fe-Mn (VL2), icết thu Hình I • c j & y - J ' * i / f Y ẩ 4' /■ \ ft OOop IMS N K l Ok SM i Hình ỉ : Ảnh SEM mẫu VL2 * Nhận xét: Ảnh SEM mẫu VL2 cho thấy ôxit hỗn hợp Fe-Mn mang lên bề mặt than hoạt tính Kích thước hạt vật liệu đồng đều, khoảng 50-100nm - Kết chụp BET mẫu V L2 cho thấy diện tích bề mặt vật VL2 có giá trị lớn 923,66 m2/g 3.2 Khảo sát khả hấp phụ tĩnh động VL2 As(III) As(V) 3.2.1 Khảo sát hấp phụ tĩnh VL2 đơi vói As(III) As(V) a) Ảnh hưởng p H đến k h ả nàng hấp phụ As(III) As(V) VL2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đèn khả hấp phụ As (III) VL2 trình bày hình Hình Đ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả nâng hấp phụ A s(ỊỈỈ) As(V) VL2 Từ đồ thị cho thấy, m ột điều kiện nhiệt độ, thời gian tốc độ khuấy, khả hấp phụ As(III) As(V) bi anh hương rõ rệt bơi pH Khả hấp phụ tốt pH= 7, giảm dần mỏi trường axit bazơ b) Xác định thời gian đạt cân hấp phụ A s (ỉỉỉ) As(V) VL2 Kết nghiên cứu thời gian đạt cân hấp phụ As(III) V As(V) VL2 đươc trình bày hình As(m) — 2.5 AS(V) , 3.5 Ihoi gmn(j;int Hình Đ ổ thị biểu diễn khả hấp phụ As(ỈỈI) As(V) VL2 phụ thuộc vào thời gian * nhận xét : kết khảo sát cho thấy nồng độ As(III) As(V) dung dịch giảm nhanh từ Từ sau 3h nồng độ asen giảm dần không thay đổi Như vậy, xem h thời gian đạt cân hấp phụ VL2 c) Khảo sát tải trọng hấp phụ As(III) As(V) VL2 theo mỏ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Từ kết khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian đạt cán hấp phụ As(III) As(V) VL2, chọn điều kiện pH=7, thời gian đạt càn hấp phụ 3h cúa VL2 để tiến hành khảo sát tải trọng hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đảng nhiệt Langmuir Các kết trình bày hình AS(V) As(HT) -Log (Astmj) Log.(As(V)} Nóng dơ rầ n hânc (ppm I Hình 4.Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cán As(IỈỈ) AsịV ) hấp phụ bời VL2 * nhận xét: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir mơ tả tốt q trình hấp phụ asen vật liệu Từ đồ thị chúng tơi tính tải trọng hấp phụ cực đại VL2 với As(III) = 39,84 mg/g với asen(V) = 40,16 mg/g 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ, giải hấp phụ, tái hấp phụ VL2 đỏi với As(III) As(V) phương pháp hấp phụ động a Khả hấp phụ As(III) As(V) VL2 Cho dung dịch As(III) có nồng độ 500 ppb qua cột hấp phụ có đường kính cm, cao 19 cm, nhồi 6,5 g VL2 với tốc độ trung binh 1,5 ml/phut Cho dung dịch Ạs(V) có nồng độ 500 ppb qua cột hấp phụ có đường kính 1.2 cm, cao 22cm, nhồi 15 g VL2 với tốc độ trung bình ml/phút Kết quả: với 6,5 g VL2 xử lý 3,3 lit dung dịch As(III) từ 500 ppb xuống 10 ppb Với 15g VL2 xử lý 8,25 lit dung dịch As(V) từ 500 ppb xuống 10 ppb đạt tiêu chuẩn dùng cho nước sinh hoạt b Khả giải hấp phụ As(III) As(V) VL2 dung dịch NaOH ỈM Cho dung dịch NaOH 0,1M chạy qua cột với tốc độ 1,5 ml/ phút Kết quẳ: c ỉ“ cần dùng 300 ml dung dj ch N a0H ° ’1M giải hấp 1,459 mg asen khỏi cột, đạt hiệu suất 81,05% Chỉ cần dùng 450 ml dung dịch NaOH 0,1M co thể giải hấp đươc 022 m° asen khỏi cột, đạt hiệu suất 97,55% c Khả tái hấp phụ A s(ỈII) As(V) VL2 VL2 sau giải hấp, tái sử dụng làm vật liệu hấp phụ As(III) As( V) t é t quả: Khả hấp phụ As(III) As(V) giảm không đáng kể: với 6,5 g VL2 xử lý 2,55 lit dung dich As(III) từ 500 ppb xuống 10 ppb với 15g VL2 xử lý đươc 25 lit dung dịch As(V) từ 500 ppb xuống 10 ppb IV KẾT LUẬN Che tạo cong loại vật liệu: vật liệu hôn hợp ôxit Fe-Mn (VL1) vật liệu hỗn hợp ôxit FeMn mang than (VL2) Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đo với mảu bột cho thấy VL1 dạng vô định hình kích thựớc nhỏ (cỡ nanomet) Bằng phương pháp chụp SEM BET với mẫu VL2 ta thấy oxit hỗn hợp Fe-Mn mang lên bề mặt than hoạt tĩnh va diện tích bề mặt VL2 923.66m2/g * Kết khảo sát hấp phụ tĩnh cùa vật liệu VL2 As(IlI) As(V) cho thấy: Với thời gian đạt cân băng hâp phụ giờ, pH=7, Tải trọng hấp phụ cực đại đổi với As(III) 39,84 mg/g Ăs(V) 40,16 nĩg/g * Kêt hấp phụ động VL2 As(IIl) As(V) cho thấy: sử dụng 6,5 g VL2 có thổ xử lý 3,3 lit dung dịch As(III) từ 500 ppb xuống 10 ppb Dùng 15 g VL2 có thê’ xứ lý dược 8,25 lit dung dịch As(V) từ 500 ppb xuống 10 ppb, đạt tiêu chuẩn nước dùng cho sinh hoạt * Dùng dung dịch NaOH 0.1M giải hấp Âs(III) As(V) khỏi VL2 đạt hiệu suất thu hồi cao 81,05% đôi với As(III) 97,5% As(V) VL2 sau giải hấp sử dụng lại tốt Cơng trình hồn thành với hỗ trọ1kinh phí đề tài QT-09-19 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Văn ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2000), “M ộ l s ố đ ặ c đ iể m p h n b ố a sen tro n g tự Iilùén vấn đê ô nhiễm asen môi trường Việt Nam", Hội thảo Quốc tế ò nhiẻm Arsen [1] Đỗ [2] Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Nguyễn Thị Tố Loan, Tổng hợp M)ìO: kích thước nanomet phương pháp bốc cháy gel nghiên ám kliả sử dụng MnO: kích thước nanomel dể hấp phụ asen, Tạp chí hoá học, T.46 (2A), Tr.43-48, 2008 Vũ Trung Hiếu, Bùi Duy Cam, Lê Thị Hoài Nam, Nguyền Thị Huệ, Xỉ( lý aseti mangan nươc sinh hoạt phương pháp hấp phụ vật liệu quặng MnO: tự nhiên diatomit tự nhiên, Tạp chí phân tích Hố, Lí sinh hoc Tâp 3, số 1/2008 Phạm Văn Lâm, Phan Ngọc Bích, Đào Quốc Hương, '"Đẳng nhiệt hấp phụ, ảnh hưởng ion(Fe}+,H C , s o / ) đến hấp phụ asen vật liệu oxit sắt lữ kích thước nano c h ế tạo từ nguyên liêu kỹ thuât ” , Tạp chí hố học, T.46(2A), Tr 133-138, 2008 [3] [4] TÀI LIỆU TIÊNG ANH [6] Tran Hong Con Nguyen Phuong Thao, activation of ther mal denaturated clay and laterit formed arsenic sorption m aterial arsenic in drinking water, the proceeding of isamap conference, Ha Noi, 2005 Hoang Thai Long N guyen Van Hop, Kabayashi Takaaki, “Laboratory Study on As(III) Removal from Aqueous Solution by Coprccipitation with Iron Hydroxide , International W orkshop on Arsenic, Hanoi, 2000 [7] o s Thirunavukkarasu, T Viraraghavan, K.s Subramanian and s Tanjore (2002), “Organic Arsenic Rem oval from D rinkingw ater”, Urbanwater 4, 415-421 [5] [8] [9] Visanu Tanboonchuy, Jia-Chin Hsu, Nurak Grisdanurak, Chih-Hsiang Liao, “Nanoừon technology for arsenic-contaminated groupwater treatment”, Asian-pacific regional conference on practical envữonmental technologies August 7-8, 2009, Hanoi, Vietnam Gaosheng Zhang, Jiuhui Qu, Huijuan Liu, Ruiping Liu, Rongcheng, “Prepareration and evalution of a novel Fe-Mn binary oxide adsorbent for effective arsenite removal”, water rearch 41 (2007) 1921-1928 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯ Ờ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ĐỖ DUY NAM ĐIỂU CHẾ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI ASEN CỦA ÔXIT HỖN HỢP Fe-Mn Chun ngành: Hố mơi trường Mã số: 60.44.41 LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌCPGS.TS Nguyễn Đình Bảng Hà Nội - 2009 LỜI CẢM ƠN V i lò n g b iế t n sâu sắc em xin c h â n th n h cảm ơn P G S T S N g u y ễ n Đ ìn h B ảng giao đề tài tận tình hướng d ẫn g iú p đ ỡ e m suốt thời gian làm L uận văn E m xin c h ân thành cảm ơn ThS N guyễn T hị H ạnh - Bộ m ô n C ông n g h ệ H óa học hỗ trợ giúp đỡ em trìn h làm thực nghiệm E m xin c h ân thành cảm ơn thầy giáo khoa H ố học PT N H ố M trường, anh chị phịng thí n g h iệm H oá M ôi trường, bạn học viên khoá 2007-2009 tạo đ iều k iện g iú p đ ỡ em hoàn thành L uận văn T ôi xin c h ân thành cảm ơn hỗ trợ tài ch ín h từ đề tài K H C N cấp Đ ại học Q uốc gia H N ội, m ã số Q T - 09 - 19 H N ội, N gày 25 tháng 11 năm 2009 H ọ c viên Đỗ Duy Nam C Ộ N G H Ò A XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc GIẤY CHỨNG NHẬN Hội đồng biên tập tạp chí: Phân tích Hóa - Lý Sinh học chứng nhận nhận báo: “Nghiên cứu tách loại asen từ dung dịch nước bàng vật liệu hồn họp Fe - Mn cố định than hoạt tính” Của tác giả: N guyễn Đình Bảng, Nguyễn Thị Hạnh, Đỗ Duy Nam Đơn vị: K hoa H óa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội Hiện nay, báo phản biện xong chờ đăng sô tới Hà Nội, n g v J3 tháng năm 2010 Thay mặt Hội đồng biên tập P.Tổng biên tập TĨM TẮT CÁC CƠNG TRÌNH NCKH CỦA CÁ NHÂN Nguyễn T hị H ạnh, Vũ Đức Nam, Phạm Hùng Việt, Yasuaki Maeda Analysis and Evaluation for the trace of hazardous organic compounds as Nitrophenols in the effluent exhaust from several kinds of mechanical transportation vehicles using diesel gasoline in Hanoi City JSPS Conference, Osaka, Japan, Nov 2001 Tran Hong Con, H anh T Nguyen, at al, July 2002 Investigation of Arsenic Releasing from Solid Phase into Water in the Earth's Crust The Proceeding o f the Fifth Inter Conf on Arsenic Exposure and Health E ffects, San Diego, CA, USA Phạm Hùng Việt, Nguyễn Thuý Ngọc, Nguyễn Thị H ạnh, Võ Thành Lê, Lương Mạnh Tuân, Yasuaki Maeda Bước đầu xác định hợp chất hydrocacbon thơm đa vịn g khơng khí điếm nút giao thơng quan trọng Hà Nội Tạp chí phân tích Hố, Lý Sinh học T.8 số 2003 Tran Hong Con, Nguyen Thi Hanh, Jan 2005 Study on the mechanism of arsenic releasing into groundwater - simulation of air fastidious decontamination in hydrated layers J o f Chemistry, T.43 Nguyễn Trọng Uyển, Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Thị Hạnh Nghiên cứu tạo phức Lantan với Methyonin Tạp chí Hóa học tập 46, so trang 481 486, 2008 Nguyen T hi H anh, Ha Minh Ngoe Study on the treatment of arsenic by an ad so rp tio n m e th o d u sin g m an g an e d io x ite co ated by sand Jo u rn a l o f Chemistry, 2009, (Vol 47; No 2A, in press) Nguyễn Đình Bảng, Nguyễn Thị Hạnh, Đỗ Duy Nam Nghiên cứu tách loại asen từ dung dịch nước băng vật liệu hôn hợp Fe - Mn cô đinh tren than hoạt tính Đã gửi đăng - Tọp chi phân tích Hóo, Ly vơ Sinh học (thang nam 2010) TĨM TẮT CƠNG TRÌNH NCKH CỦA CÁ NHÂN TRONG BÁO CÁO ĐÈ TÀI Bài báo khoa học: 01 NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ ASEN TỪ DƯNG DỊCH NƯỚC BẢNG VẬT LIỆU HỎN HỢP Fe-Mn CÓ ĐỊNH TRÊN THAN HOẠT TÍNH Nguyễn Đình Bảng, Nguyễn Thị Hạnh, Đ ỗ Duy Nam Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN TÓM TẮT Asen chất độc, có độc tính gấp lần thủy ngân Trong số hợp chât asen As(III) độc As(V) Việc nghiên cứu loại bỏ asen trone nước ngầm nhằm đem lại nguồn nước phục vụ ăn uống sinh hoạt vấn đề quan tâm nhiêu nhà khoa học ngồi nước Qúa q trình chê tạo vật liệu ôxit hôn hợp Fe-Mn đơn giản, khả hấp phụ asen vật liệu cao Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu As(III) 39,84 me/g, As(V) 40,16 mg/g Khả giải hấp vật liệu dung dịch NaOH lỗng tốt Vật liệu chế tạo có khả năna ứng dụng thực tế STUDY R E M O V A L O F ASENIC FROM AQUEOUS SOLUTION BY M IX ED M A T E R IA L Fe-M n IM M OBILIZED ON ACTIVATED CARBON SUMMARY The mixed material Fe-Mn immobilized on activated carbon (VL2) prepared by reacting o f K M n0 and F eS at pH 7-8 in the presence of activated carbon The specific surface area o f VL2 is 923,66 m 2/g The maximum adsorption capacity of VL2 for As(V) and As (III) were 40.16 mg/g and 39.84 mg/g, respectivity The results o f motive adsorption showed that: Using 6,5 g VL2 can treat 3,3 As(III) from 500 ppb to < 10 ppb and using 15g VL2 can treat 8,25 As(V) from 500 ppb to < 10 ppb During desorption by 0,1M sodium hydroxide solution, 97,5% As(V) and 81,05% As(III) were recovered SUMMARY REPORT OF THE SCIENTIFIC RESEARCH SUBJECT Title o f subject: "Removal o f arsenic from ground water for producing drink water by using mixed material Fe(OH )3 - M n 2" Code: QT-09-19 Head o f Subject: MSc Nguyen Thi Hanh Participants: BSc Do Duy Nam, Vu Mai Huong Purpose and content o f research: a Purpose: Manufacture mixed material Fe(OH )3 - M n0 immobilized on activated carbon.; Research on the characteristics of materials obtained by physical and physiochemical methods b Content: Manufacture mixed material Fe(OH )3 - M n and mixed material Fe(OH )3 - M n immobilized on activated carbon Research on the characteristics o f m aterials obtained by physical and physiochem ical methods, research on the effects o f the factors on the arsen adsorption Detail: s Preparation o f F e S 4, K M n0 and some other chemicals ^ Preparation o f activated carbon ^ M a n u fa c tu re m ix e d m a terial F e (O H ) - M n O i im m o b ilized on activated carbon s Determination o f physical and chemical properties of adsorption material by some morden methods s Research on the effcct of pH, contact time on the adsorption ability and determine maximum adsorption capacity of mixed m aterial s Research on the adsorption of material in two conditions: motive and non motive The obtained results a The main results in science and technology s Manufactured Adsorption material and studies physical and chemical properties o f it s The effects o f pH and contact time on the treatment efficiecies was investigated; the results show that the optimum conditons were pH of 7, contact time is hours for As(III) and hours for As(V) At the above conditions The maximum adsorption capacity of mixed material Fe(OH )3 M n immobilized on activated carbon for As(III) were 39,84 mg/s and As(V) were 40,16 mg/g s The desorption by sodium hydroxide solution b Results in training Supported 01 graduated student who study of Master in chemical environment “Manufacture and study on Removal o f arsenic capacity’ by mixed material Fe-Mn c Publications Nguyen Dinh Bang, Nguyen Thi Hanh, Do Duy Nam "Study removal o f a r se n ic fr o m a q u e o u s so lu tio n by m ix e d m a teria l F e-M n im m o b ilized on activated carbon”, posted on the chem istry, physics and biology magazine PHIẾU ĐĂNG KÝ KÉT QUẢ NGHIÊN c u KHCN Tên đề tài: — "Removal o f arsenic from ground water for producing drink water by using mixed material Fe(OH )3 - M n 2" Code: QT-09-19 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tel: 04 - 38584287 Tống kinh p h ỉ thự c chi: 25.000.000 VNĐ (Hai mươi lam triệu đông chẵn) Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: 25.000.000 đ - Kinh phí trường: 0đ - Vay tín dụng: 0đ - Vốn tự có: 0đ - Thu hồi: 0đ Thời gian nghiên cứu: 12 tháng Thời gian băt đâu: 4/2009 Thời gian kết thúc: 4/2010 Tên cản ph ối hợp nghiên cứu: CN: Đỗ Duy Nam, Vũ Mai Hương Sô đăng ký đê tài: Số chứng nhận đăng kỷ Ngày: kết nghiên cứu: Bảo mật: a Phô biên rộns rãi: X b Phô biên hạn chê: c Bảo mật: Tóm tắt kết nghiên cứu: Qua trình chế tạo vật liệu, nghiên cứu khả hấp phụ vật vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính thu kết sau: Y Chế tạo thành công vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n mang than hoạt tính xác định đặc trưng vật liệu thu qua chụp ảnh kinh hien VI điẹn tử quét SEM BET •S Khảo sát thu điều kiện ưu vật liệu hôn hợp Fe(OH )3 M n mang than hoạt tính cho q trình hâp phụ asen: pH tơi ưu cho q trình hấp phụ pH = 7; Thời gian đạt cân bàng hấp phụ 3h- Tải trọne hấp phụ cực đại vật liệu hỗn hợp Fe(OH )3 - M n0 mang than hoạt tính với As(III) 39,84 mg/g với asen(V) 40,16 mg/g, vật liệu có khả hấp phụ tốt asen nước s Có khả giải hấp dung dịch NaOH s Khả tái hấp phụ vật liệu tương đối tốt s Vật liệu chế tạo có khả ứng dụng thực tế Kiến nghị quy mô đối tượng áp dụng nghiên cứu: Đe tài góp phần vào xử lý nguồn nước bị ô nhiễm asen Chúne hy vọng thời gian tới có nghiên cứu mở rộng vật liệu xử lý asen nhằm đưa vật liệu cho hiệu xử lý tốt s Nghiên cứu đê xuất phương án xử lý áp dụne cho quy mơ hộ gia đìiìh mở rộng Chủ nhiệm TM Thủ trưởng Chủ tịch Hội Thủ trương đề tài quan đ ô n g đánh g iả quan chủ trì để tài thức quàn lý TL Họ tên Học hàm, học vị Kí tên Đóng dấu Nguyễn Thị Hạnh K oỵỊ UW -ệòNG NGHỆ