Nghiên cứu biến tính quặng laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion florua và photphat trong nước thải

Lu n v n th c s L IM CHƠ NG 1: T 1.1 Laterit 1.1.1 Gi 1.1.2 Tình hình nghiên c 1.2 Florua phương pháp x 1.2.1 Ngu n g c phân b 1.2.2 Tính ch t v t lí hóa h 1.2.3 1.2.4 Tình hình nhi m florua hi n t i Vi t Nam 1.2.5 Các phương pháp x 1.3 Ô nhi m photphat phương pháp x lý 1.3.1 Ô nhi m photphat 1.3.2 X CHƠ NG 2: TH 2.1 M 2.1.1 M 2.1.2 N ánh giá kh 2.2 Hóa ch t, d ng c 2.2.1 D 2.2.2 Hóa ch t v t li u 2.3 Các phương pháp phân tích s 2.3.1 Phương pháp xác 2.3.2 Phương pháp xác 2.4 Các phương pháp nghiên c 2.4.1 Phương pháp hi n vi 2.4.2 Phương pháp tán x ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s 2.4.3 Phương pháp xác 2.4.4 Xây d ng mơ hình h p ph 2.4.5 Xác CHƠ NG3:K TQU 3.1 Kh o sát kh 3.1.1 Kh o sát kh 3.1.2 Kh o sát kh 3.2 Nghiên c Photphat t 3.2.1 Kh o sát 3.2.2 Kh o sát 3.3 Nghiên c 3.3.1 B m t v t li u bi n tính qua kính hi n vi i n t 3.3.2 K t qu 3.4 Xác 3.5 Kh o sát kh 3.5.1 Kh o sát 3.5.1.1 Kh o sát 3.5.1.2 Kh o sát 3.5.2 Kh o sát th 3.5.3 Kh o sát t i tr PO4 3.6 Kh o sát photphat 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 KTLUN TÀI LI U THAM KH ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s DANHM CB NG B ng 1.1 K t qu t l % m c b nh Fluorosis theo gi i tính c a ba huy n Tây Sơn An Nhơn, Vân Canh B ng 1.2 K t qu t l % m c b nh Fluorosis theotu i c a ba huy n Tây Sơn An Nhơn, Vân Canh B ng 1.3 Tích s tan c a m t s h p ch t photphat v i canxi, s t, nhôm 25oC 22 B ng2.1 M i quan h gi a n ng florua h p ph quang (Abs) theo phương pháp SPADNS B ng 2.2 M i quan h gi a n ngphotphat vàh p ph quang Abs B ng 3.1 Th i gian cân b ng h p ph Florua b ng Laterit thô - B ng 3.2 K t qu kh o sát t i tr ng h p ph F c a v t li u laterit thô B ng 3.4 Kh o sát t i tr ng h p ph Photphat c c i c a Laterit thô B ng 3.5 K t qu kh o sát nh hư ng c a n ng - axit HCl bi n tính t i kh 3- h p ph F PO4 3+ B ng 3.6 K t qu kh o sát nh hư ng lư ng La ngâm t m t i khnăng h p ph 3c a v t li u v i F PO4 B ng 3.7 K t qu thành ph n nguyên t c a laterit thô B ng 3.8 K t qu thành ph n nguyên t c a laterit sau bi n tính B ng 3.9 K t qu xác nh pHpzc c a v t li u - B ng 3.10 K t qu kh o sát s nh hư ng c a pH n s h p ph c a F B ng 3.11 K t qu kh o sát s nh hư ng c a pH n s h p ph c a PO4 B ng 3.12 Kh o sát th i gian h p ph F - t cân b ng c a v t li u sau bi n tính 52 B ng 3.13 Kh o sát th i gian h p ph PO4 tính - B ng 3.14 Kh o sát t i tr ng c c i c a v t li u bi n tính v i F B ng 3.15.Kh o sát t i tr ng c c i c a v t li u bi n tính v i PO4 B ng 3.16 nh hư ng c a ion HCO3 B ng 3.17 nh hư ng c a ion SO4 B ng 3.18 nh hư ng c a ion F- B ng 3.19 nh hư ng c a ion PO4 ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hình 1.1 Sơ trình laterit hóa Hình Hình 2.2 Hình 2.3 Sơ Hình 2.4 Nguyên lý c a phép phân tích EDX Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7.ư Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Kh o sát th Hình 3.5 Phương trình n tính Langmuir mơ t h p ph PO4 Hình 3.6 Phương trình n tính Freundlich mơ t Hình 3.7 Kh o sát Hình 3.8 Kh o sát Hình 3.9 Hình Hình 3.10 K t qu Hình 3.11 Ph Hình 3.12 Ph Hình 3.13 Hình 3.14 Kh o sát s Hình 3.15 Kh o sát s Hình 3.16 Kh o sát th Hình 3.17 Kh o sát th ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hi n nay, v n c toàn xã h i quan tâm V n kinh t Vi t Nam h i c a nhi m mơi trư ng nói chung mơi trư ng nư c nói riêng nư c ta, hàng n m s n xu t hàng tri u Supephotphat Lâm Thao, Long Thành, li u s n xu t phân lân có ch lân cho t hàm lư ng s theo nư c mưa, ti p t máy s n xu t phân lân c ng ch a hàm lư ng l ho c không ngu n nư c Hàm lư ng Flo Photphat nư c th i môi trư ng vư t nhi u l n tiêu chu n cho phép c a loài th y sinh c Vi c x hi n t xu t có ngu Laterit t ph th c c hi n nghiên c u h p ph x lý io hi u tìm ki m tình tr ng nhi m mơi trư ng ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s 1.1 Laterit 1.1.1 Gi i thi u v laterit Laterit lo i t Laterit có màu r a trơi ngun t Ca, Mg, sau ó có s tác ng c a ng m thay t nhi t i mưa tác trung l i m t ch mang i n tích âm (keo sét ho c oxit s t) ho c m t tác nhân cation ó t lên cao, m c ng ch c, ó t nh nh xi m ng Chúng t o liên k t v m t nư c kh Các − i Nơi có vùng Sơng Bé, Tây Ninh, B − Nơi mà môi trư ng s b c l n, m ch nư c ng m lên xu ng r t cao mùa mưa mùa khô − ong thư ng xu t hi n chân i nơi m c nư c ng m không sâu − m : m , phù sa c , th ch sét m t bazan t ng m ng hay xu t hi n ong (mi n ng Th Thu Hương ông Nam B Tây Ngun) , vơi hình thành Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s 6+ 4+ 3+ 3+ nên ong h t u, k t qu c a s tích t t i Mn , Mn , Fe , Al Thành ph n Trong ng m nư c ho c mangan m t ph n oxit nhơm S hình thành 2+ q trình laterit ion Fe thư ng t p trung t ng m t dòng nư c th t ng nư c th 3+ hóa thành ion Fe có c a chúng liên k t v i nhân h t keo s t kaolinit c, m t nư c chúng liên k t ngày ch t Tùy lo i ong ngư i ta chia ra: ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s - ong t n ki u buhanran - ong t n t 1.1.2 Tình hình nghiên c Vi t Nam, di n tích t nhiên, phân b Kiên Lương, th Kiên Giang Hòn Go Hòn + t feralite + t feralite Nhóm hu kèm theo r s di ng theo mùa c thu c nhi u vào q trình ơxy hố kh , v t, t ng m t ch 3+ Fe , Al 3+ trơi xu hố pH thu n l i cho chúng k t t Trong l ch s d ng xây d ng tư ng d ng ong thay cho th m, v y l nông thôn kim lo i n ng Laterit m t ngu hidroxit, gibbsite, boehmite diaspore, gi ng thành ph n c B c Ireland ngư i ta t nhôm Qu ng ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Môi trư ng Lu n v n th c s 1.2 Florua phương pháp x lý florua 1.2.1 Ngu n g c phân b florua Trong t nhiên flo g p ch yu d ng ion florua hóa tr m t, thành ph n c a khống floapatit [(Ca10F2)PO4)6], criolit( Na3AlF6) flospa (CaF2) Nó m t thành ph n chung c a t, trung bình 200 mg/Lkg tồn th gi i Florua c ng có nư c t nhiên, trung bình kho ng 0,2 mg/L ( Châu Âu B c M ), Trong nư c bi n n ng có giàu th Flo l n HF) khác Flo a 10 ÷ 480 mg/L kg flo, trung bình 80 mg/kg) ch trình s n xu t thép luy n kim lo i không ch g m vi c s d trư ng quan tr tinh, g m s , axit hóa qu ng apatit v i H2SO4 gi i phóng hidro florua theo phương trình sau ây m t ví d minh h a: 3[Ca3(PO4)2]CaF2 + 7H2SO4 3[Ca(H2PO4)2] + 7CaSO4 + 2HF Ngồi ra, s phong hóa khống v t ch a flo ã gi i phóng flo vào nư c ng m, nư c sông, nư c su i, làm t ng d n hàm lư ng florua nư c nh ng vùng có khống hóa florit hàm lư ng flo nư c có th Nư c ng m v n cách l n [6, 9, 13, 28] Trên th nhiên nhi m flo cao Khánh Hịa, Phú n, Bình h t ngu n nư c ch Trong tiêu chu n (QCVN 2011) [5,6] ng Th Thu Hương Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hình 3.19 ng tu T h p ph phương trình n t c V c i h Freundlich thu nhi t Freundlich thích h p mơ hình Langmuir mô t florua v t li u laterit ngâm t laterit sau bi n tính có tâm h p ph nh t c amts - ion F ch t b h p ph hpp Như v y, t bi n tính t i tr - làm t ng kh n ng lo i b F , t i tr ng t ng lên 3,03 l n so v 3.5.3.2 Kh o sát t i tr ng c c i c a v t li u bi n tính v i PO4 Cân v t li u sau bi n tính, l c dung 120 phút sau giá tr c n thi t Freundlich Ta thu ng Th Thu Hương 55 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s B ng 3.15.Kh o sát t i tr ng c Co(ppm) 10 20 40 60 80 100 200 500 1000 3- Hình 3.20 ng n tính Langmuir c a v t li u i v i PO4 Hình 3.21 ng n tính Freundlich c a v t li u i v i PO4 ng Th Thu Hương 56 3- Khóa K23- Cao h c Hóa Môi trư ng Lu n v n th c s T l n lư t 0,9922 0,9469 cho th y c hai mơ hình h p ph s Langmuir l h ca n hơ h p ph Langmuir Như v y, t 4,31 mg/g, sau bi n tính t i tr ng h p ph ho t hóa laterit v i v t li 3.6 Kh o sát florua photphat 3.6.1 nh hư ng c a ion HCO3- Pha dung d ch ch - ch F 5ppm, dung d ch PO4 50ml dung d ch kh o sát l c 120 phút, em phân i ta c mil l B ng 3.16 CHCO3(mg/l) 100 200 300 400 500 ng Th Thu Hương 57 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hình 3.22 nh hư ng c a ion HCO3 T th - F,c h p ph 55,68%, n ng 3- V i PO4 m 200ppm kh hư ng Nguyên nhân HCO3 - thay i pH dung d ch, mà pH kh n ng h p ph F PO4 nh hư ng c a ion SO4 3.6.2 Pha dung d ch ch a ion SO4 300ppm, 400ppm, 500ppm dung 1g v t li u sau bi n tính vào m i l , 120 phút, B ng 3.17 nh hư ng c a ion SO4 CSO42(mg/l) 100 200 300 400 500 ng Th Thu Hương 58 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s Hình 3.23 nh hư ng c a ion SO4 T không nh hư ng 200ppm kh - t ng lên 500ppm, kh n ng h p ph F c n ng 3.6.3 n Pha dung d ch ch PO4 3-10ppm Cân 1g v t li u sau bi n tính vào m i l , d ch kh o sát l c 120 phút, nh hư B ng 3.18 CF-(mg/l) 10 20 30 40 50 ng Th Thu Hương 59 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s T li u N ng Nguyên nhân có s c nh tranh gi a ion dung d ch 3.6.4 nh hư ng c a PO4 Pha dung d ch ch 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm dung d ch F tính vào m i l , phân tích lư ng F - - B ng 3.19 nh hư ng c a ion PO4 CPO43- (mg/l) 10 20 30 40 50 ng Th Thu Hương 60 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s T th nhiên không nhi u b ng s 5ppm kh lên 20ppm kh n ng h p ph s c nh tranh gi ng Th Thu Hương 61 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s K TLU N Trong trình th c hi n photphat b ng v t li u laterit bi n tính, chúng tơi thu c m ã kh o sát y u t thích h p nh t dung d ch axit HCl 3M 2h, l c nh , thêm ti p La 2%, l c u 4h, sau l ó nh t cr ã kh o sát t i tr ng h p ph c c i c a v t li u thô v t li u sau bi n tính so sánh V tr ng h p ph i iv nh c th v t li u bi n tính li u b ng phương pháp SEM, EDX pHpzc xác r ng t ã nghiên c như: HCO3 ln n kh không nh hư ng k th y r ng ion F - ngư c l i ion PO4 ng Th Thu Hương 62 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng a b ng Lu n v n th c s TÀI LI U THAM KH O Ti ng vi t V Ng c Ban (2007), Giáo trình th c t p Hóa lý, N n i, Hà N i GS TSKH Lê Huy Bá (2007), Sinh thái môi trư n thành ph H Chí Minh, H Chí Minh GS TSKH Lê Huy Bá c ng s b n i h c Qu c Gia thành ph Lê V n Cát (2002), H p ph trao i ion kĩ thu t x! lí nư c nư c th i, NXB Th ng kê, Hà N i Nguy n Xuân L ng (2003), “Nghiên c u x lý flo cho nư c th i nhà máy s n xu t phân lân”, Báo cáo khoa h c, Vi n Hóa h c Cơng nghi p, Hà N i 6.Ph m Lu n (2007), Giáo trình mơi trư ng tr c quan môi, h c t nhiên Hồng Nhâm (2003), Hóa h c vơ cơ, T p 2, NXBGD, Hà N i Ng c Khuê, Tô V n Thi p, Nguy n V n Hoàng, “Nghiên c u l ng b ng m t s lo i than ho t tính”, T p chí Hóa h c, T.45 (5), Tr 619623 Lê T Thành, Tơ Tình Thiên Ý, K t qu bư c u nghiên c(u ô nhi %m flo nư c ng m huy n Ninh Phư c-t nh Ninh Thu n, Trư ng i h c Khoa H c T Nhiên- HQG thành ph H Chí Minh, H Chí Minh 10 Quang Trung, Nguy n Tr ng Uy n (2008), “Nghiên c u s d ng than ho t tính c nh Zr (IV) lo i b ion photphat florua nư c th i công ty c ph n phân lân Ninh Bình”, t p chí Hóa h c, 46 (2A), tr 325-330 ng Th Thu Hương 63 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng ihcK Lu n v n th c s Ti ng Anh 11 A.A.M Daifullah, S.M Yakout, S.A Elreefy (2007), Adsorption of fluoride in aque-ous solutions using KMnO4-modified activated carbon derived from steam pyrolysis of rice straw, J Hazard Mater, 147, pp 633–643 12 A.M Raichur, M.J Basu (2001), Adsorption of fluoride onto mixed rare earth oxides, Sep Purif Tech, 24, pp 121–127 13 Amit Bhatnagar, Eva Kumar , Mika Sillanpää (2011), “Fluoride removal from water by adsorption”, Chemical Engineering Journal, 171, pp 811–840 14 Arnold Greenberg (1985), Standard Methods for the th Examination of Water and Wastewater 16 Edition, American Public Health Association, Washington, DC 15 A Tor, N Danaoglu, G Arslan, Y Cengeloglu (2009), Removal of fluoride from water by using granular red mud: batch and column studies, J.Hazard Mater, 164 , pp 271–278 16 Biplob K Biswas, Katsutoshi Inoue, Kedar N Ghimire, Hiroyuki Harada, Keisuke Ohto, Hidetaka Kawakita (2008), “Removal and recovery of phosphorus from water by means of adsorption onto orange waste gel loaded with zirconium”, Bioresource Technology, 99, pp 86858690 17 Cerovic Lj.S et at (2007), “Point of zero charge of different carbides”, Colloids and surfaces A, 297, pp1-6 18 C.S Sundaram, N Viswanathan, S Meenakshi (2008), Uptake of fluoride by nano-hydroxyapatite/chitosan, a bioinorganic composite, Bioresource Technol, 99, pp.8226–8230 19 C.S Sundaram, N Viswanathan, S Meenakshi (2009), Fluoride sorption by nano-hydroxyapatite/chitin composite, J Hazard Mater, 172, pp.147– 151 20 F Luo, K Inoue (2004), The removal of fluoride ion by using metal (III)-loaded Amber-lite resins, Solvent Extract Ion Exch, 22, pp 305– 322 ng Th Thu Hương 64 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s 21 Forgen Albertsson (1966), The Sorption on Crystalline Zirconium Phosphate and Its dependence upon Crystallinity, Institude of Inorganic and Physical Chemistry, University of Lund, Lund Sweden, Acta chemical Scandinavica 20, pp 1689-1702 22 Honglei Liu, Xiaofei Sun, Chengqing Yin, Chun Hu (2008), “Removal of phosphate by mesoporous ZrO2”, Journal of Hazardous Materials.151, pp.616-622 23 I Abe, S Iwasaki, T Tokimoto, N Kawasaki, T Nakamura, S Tanada (2004), Adsorption of fluoride ions onto carbonaceous materials, J Colloid Interface Sci 275, pp 35–39 24 I.B Solangi, S Memon, M.I Bhanger (2010), An excellent fluoride sorption behaviour of modified amberlite resin, J Hazard Mater 176, 186– 192 25 J Fawell, K Bailey, E Chilton, E Dahi, L Fewtrell, Y Magara(2006) Fluoride in Drinking Water, World Health Organization, IWA Publishing, UK 26 J.J Murray (1986), Appropriate Use of Fluorides for Human Health, World Health Organisation, Geneva 27 L Lv, J He, M Wei, D.G Evans, X Duan (2006), Factors influencing the removal of fluo-ride from aqueous solution by calcined Mg-AlCO3layered double hydroxides, J Hazard Mater B13, pp.119–128 28 M.A.M Sahli, S Annouar, M Tahaikt, M Mountadar, A Soufiane, A Elmidaoui (2007), Fluoride removal for underground brackish water by adsorption on the natural chitosan and by electrodialysis, Desalination 21, pp 37–45 29 Meenakshi, R.C Maheshwari (2006), Fluoride in drinking water and its removal, Centre for Rural Development and Technology, Indian Institute of Technology, Delhi, Hauz Khas, New Delhi, India, Journal of Hazardous Materials B137, pp 456–463 ng Th Thu Hương 65 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng Lu n v n th c s 30 M.G Sujana, R.S Thakur, S.B Rao (1998), Removal of fluoride from aqueous solutionby using alum sludge, J Colloid Interface Sci 206 , pp 94–101 31 M Islam, R Patel (2011), Thermal activation of basic oxygen furnace slag and evalu-ation of its fluoride removal efficiency, Chem Eng J.169, pp 68–77 32 M.S Onyango, Y Kojima, O Aoyi, E.C Bernardo, H Matsuda (2004), Adsorption equi-librium dependence of modelling and solution chemistry fluoride removal from water by trivalent-cation- exchanged zeolite F-9, J Coloid Interface Sci 279, pp 341–350 33 M.S Onyango, Y Kojima, A Kumar, D Kuchar, M Kubota, H Matsuda (2006), Uptake of fluoride by Al 3+ pretreated low-silica synthetic zeolites: adsorption equi-librium and rate studies, Sep Sci Technol 41, pp 683–704 34 M Srimurali, A Pragathi, J Karthikeyan (1998), A study on removal of fluorides from drinking water by adsorption onto low-cost materials, Environ Pollut 99, pp 285–289 35 N Viswanathan, S Meenakshi (2010), Selective fluoride adsorption by a hydrotal-cite/chitosan composite, Appl Clay Sci 48, pp 607–611 36 P.D Nemade, A.V Rao, B.J Alappat (2002), Removal of fluorides from water using low cost adsorbents, Water Sci Tech Water Supply 2, pp 311–317 37 R.L Ramos, J Ovalle-Turrubiartes, M.A Sanchez-Castillo (1999), Adsorption of flu-oride from aqueous solution on aluminiumimpregnated carbon, Carbon 37, pp 609–617 38 R Piekos, S Paslawska (1999), Fluoride uptake characteristics of fly ash, Fluoride 32, pp 14–19 39 Seiki Tanada, Mineaki Kabayama, Naohito Kawasaki, Toru Sakiyama, Takeo Nakamura, Mamiko Araki, and Takamichi Tamura (2003), “Removal of phosphate by aluminum oxide hydroxide”, Journal of Colloid and Interface Science, 257, pp 135-140 ng Th Thu Hương 66 Khóa K23- Cao h c Hóa Mơi trư ng ... Langmuir mô t Photphat v tâm h p ph ch t v t li u Laterit có l c khác v i ion PO4 al p lên b ph 3.2 Nghiên c u Photphat t Laterit thô 3.2.1 Kh o sát kh o sát nh hư ng c a n h p ph Florua Photphat. .. photphat phương pháp x 1.3.1 Ơ nhi m photphat Trong mơi trư ng nư c, P t n t i polymetaphotphat như: Na(PO3)6 photphat h u Mu i photphat vô d ng r ng rãi ngành công nghi p bao g m: s n ph m làm. .. photphat n 2C2H4O2 + (HPO3) + H2O Trong ó (C2H4O2)2 ch t h thu t vào 1.3.2.3 H p ph trao i ion H p ph trao i ion nh ng phương pháp x thu lý photphat r t có tri n v ng, h i photphat m t cách ch n l c,