nghiên cứu biến tính vật liệu zeolite thương mại ứng dụng xử lý amoni trong nước ao nuôi cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZEOLITE THƯƠNG MẠI ỨNG DỤNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC AO NUÔI CÁ MÃ SỐ: SPD2018.02.46 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thành Lộc Lớp: ĐHSHOA15A Người tham gia thực hiện: Nguyễn Thị Hồng Nga, ĐHSHOA15A Đỗ Thị Thanh Tú, ĐHSHOA16A Người hướng dẫn: TS Bùi Văn Thắng Đồng Tháp, 6/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZEOLITE THƯƠNG MẠI ỨNG DỤNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC AO NUÔI CÁ MÃ SỐ: SPD2018.02.46 Giảng viên hướng dẫn TS Bùi Văn Thắng Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thành Lộc Xác nhận Chủ tịch hội đồng Đồng Tháp, 6/2019 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KH&CN CẤP CƠ SỞ viii PHẦN MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ ZEOLITE 1.1 Giới thiệu zeolite 1.2 Phương pháp biến tính zeolite 1.3 Amoni phương pháp xử lý 1.4 Hấp phụ 1.4.1 Nghiên cứu động học hấp phụ 1.4.2 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 10 1.4.3 Nghiên cứu nhiệt động học 12 Chương THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 13 2.1.1 Dụng cụ thiết bị 13 2.1.2 Nguyên liệu 13 2.2 Điều chế vật liệu zeolite biến tính 14 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Na+ 14 2.2.2 Ảnh hưởng thời gian biến tính 14 2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 15 2.3 Các phương pháp xác định đặc tính vật liệu 15 2.4 Khảo sát khả xử lý amoni vật liệu zeolite biến tính 15 2.4.1 Ảnh hưởng thời gian 15 2.4.2 Ảnh hưởng nồng độ amoni 16 2.4.3 Ảnh hưởng pH dung dịch 16 2.4.4 Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ 16 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17 3.1 Zeolite biến tính 17 3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý amoni 23 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 23 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ amoni đường đẳng nhiệt hấp phụ 26 3.2.3 Ảnh hưởng pH 29 iv 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ 30 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 31 3.3 Thử nghiệm xử lý amoni nước ao nuôi cá 32 KẾT LUẬN 34 Tài liệu tham khảo 35 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc lý tưởng mạng zeolite tứ diện [SiO4]4- với thay Si/Al ([AlO4]5-) tạo nên mạng điện tích âm có khả trao đổi cation Hình 1.2 Một số loại zeolite với cấu trúc lỗ xốp tương ứng Hình 3.1 Dung lượng xử lý amoni phụ thuộc vào điều kiện biến tính zeolite: a) nồng độ natri, b) thời gian phản ứng c) nhiệt độ 17 Hình 3.2 Ảnh SEM-EDS mẫu a) Zeo b) Na-Zeo 18 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu Zeo Na-Zeo 19 Hình 3.4 Phổ FTIR mẫu Zeo Na-Zeo 20 Hình 3.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 a) Zeo b) Na-Zeo 21 Hình 3.6 Mối liên hệ zeta pH mẫu Zeo Na-Zeo 22 Hình 3.7 Dung lượng xử lý amoni Zeo Na-Zeo phụ thuộc theo thời gian 23 Hình 3.8 Dạng tuyến tính của: (a) phương trình động học biểu kiến bậc (1.6), (b) động học biểu kiến bậc (1.7) (c) phương trình khuếch tán nội hạt (1.8) 24 Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ amoni đến dung lượng xử lý Zeo Na-Zeo 27 Hình 3.10 Dạng tuyến tính phương trình đẳng nhiệt hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo: (a) Langmuir (b) Freundlich 28 Hình 3.11 Ảnh hưởng pH đến khả loại bỏ ion NH4+ Zeo Na-Zeo 29 Hình 3.12 Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến khả loại bỏ NH4+ 30 Hình 3.13 (a) Ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ (b) đồ thị biểu diễn ln Kd qua 1/T 31 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Phần trăm khối lượng zeolite thương mại 14 Bảng 3.1 Phần trăm khối lượng zeolite thương mại zeolite biến tính 18 Bảng 3.2 Tần số tín hiệu phổ FTIR mẫu Zeo Na-Zeo 20 Bảng 3.3 Một số thơng số đặc trưng cho tính chất bề mặt cấu trúc mao quản zeolite zeolite biến tính 22 Bảng 3.4 Thông số động học phương trình động học biểu kiến bậc (1.6), động học biểu kiến bậc (1.7) phương trình khuếch tán nội hạt (1.8) 25 Bảng 3.5 Các thơng số phương trình Langmuir Freundlich trình hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo 30oC 29 Bảng 3.6 Các tham số nhiệt động học trình hấp phụ amoni lên Zeo NaZeo 32 Bảng 3.7 Nồng độ amoni số hộ nuôi cá huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp 33 Bảng 3.8 Kết xử lý amoni nước ao vật liệu Na-Zeo 33 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên đầy đủ Zeo Zeolite Na Natri/Sodium Na-Zeo Zeolite biến tính Na+ BET Brunauer-Emmett-Teller EDX Enegry Dispersive X-ray (phổ tán xạ lượng tia X) FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier XRD X-Ray Diffraction (phổ nhiễu xạ tia X) UV-Vis Utra Violet-Visible (phổ UV - Vis) viii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP Cao Lãnh, ngày 26 tháng năm 2019 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KH&CN CẤP CƠ SỞ - Tên đề tài: Nghiên cứu biến tính vật liệu zeolite thương mại ứng dụng xử lý amoni mẫu nước ao nuôi cá - Mã số: SPD2018.02.46 - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thành Lộc Tel: 0971.984.784 Lớp: ĐHSHOA15A Email: locnguyendthu1996@gmail.com - Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Văn Thắng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Đồng Tháp - Thời gian thực hiện: 7/2018 – 6/2019 Mục tiêu - Điều chế thành công vật liệu zeolite thương mại biến tính ion Na+, K+ - Đánh giá hiệu xử lý amoni từ vật liệu zeolite biến tính ion Na+, K+ Nội dung - Nghiên cứu nhằm tìm điều kiện hoạt hóa zeolite muối natri có khả loại bỏ amoni nước hiệu Q trình biến tính zeolite muối natri chloride tối ưu với nồng độ NaCl mol/L, thời gian phản ứng giờ, nhiệt độ 70oC Đặc tính vật liệu phân tích phổ EDS-SEM, BET zeta Zeolite biến tính có khả xử lý amoni tối ưu khoảng 30 phút với nồng độ amoni 20 mg/L, pH lượng chất hấp phụ sử dụng 1,75 g/L Kết đạt ix - Báo cáo tổng kết đề tài - Công bố báo Hội nghị Khoa học cấp Trường - Sản phẩm Na-Zeo ứng dụng để xử lí tốt amoni phịng thí nghiệm PHẦN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong năm trở lại đây, khu vực Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) phát triển mạnh mẽ hoạt động nuôi cá tra thâm canh ao ven sông, cồn,v.v Sự gia tăng liên tục quy mơ diện tích, mật độ ni sản lượng cá tra, môi trường nuôi, lượng thức ăn dư thừa, chất thải,v.v vấn đề tất yếu song hành việc phát triển nhanh diện tích ao ni kỹ thuật thâm canh Nước thải bùn đáy ao nuôi với hàm lượng cao chất dinh dưỡng (chủ yếu hợp chất chứa nitơ phosphor), chất hữu từ thức ăn chất thải cá thải trực tiếp kênh rạch nên khó tránh khỏi vấn đề nhiễm mơi trường nước Amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrite nitrate yếu tố gây độc cho thủy sản Các hợp chất nitrite nitrate hình thành q trình oxy hố vi sinh vật q trình xử lý, lưu trữ chuyển tải mơi trường ao ni Vì việc xử lý amoni nước đối tượng đáng quan tâm Hiện nay, giới Việt Nam áp dụng nhiều phương pháp xử lý amoni như: phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, lắng lọc, thẩm thấu ngược,v.v sử dụng loại vật liệu để xử lý Trong số cơng trình thành cơng việc sử dụng vật liệu zeolite zeolite biến tính số muối kim loại, muối kim loại đất để xử lý amoni nước hiệu Do đó, phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rãi tính đơn giản, kinh tế hiệu Zeolite loại khống sét aluminosilicate số kim loại có cơng thức chung: Me2/xO.Al2O3.nSiO2.mH2O Trong đó: Me kim loại kiềm Na, K (khi x = 1) kim loại kiềm thổ Ca, Mg (khi x = 2) Zeolite gặp tự nhiên điều chế nhân tạo Zeolite thường dùng làm chất hấp phụ, sử dụng nhiều vào mục đích xử lý chất nhiễm Ngày nay, zeolite điều chế thương mại ứng dụng nhiều xử lý nước ao nuôi 22 Bảng 3.3 Một số thơng số đặc trưng cho tính chất bề mặt cấu trúc mao quản zeolite zeolite biến tính Mẫu SBET m2/g) Vp (cm3/g) Zeo 31,82 0,0382 Na-Zeo 36,26 0,0469 Zeolite Yemen [2] 35,85 0,0348 Zeolite Hulaodu [5] 25,88 0,0032 Diện tích bề mặt riêng BET, thể tích lỗ xốp zeolite thương mại 31,82 m2/g 0,0382 cm3/g; sau biến tính zeolite muối natri chloride giá trị tăng lên 36,26 m2/g 0,0469 cm3/g Kết phân tích diện tích bề mặt thể tích lỗ xốp zeolite thương mại gần với kết nghiên cứu A Alshameri [2, 5] zeolite Yemen zeolite Hulaodu (Trung Quốc) Phân tích điện tích bề mặt zeolite zeolite biến tính phương pháp đo zeta vật liệu với kết Hình 3.6 Kết Hình 3.6 cho thấy, bề mặt zeolite zeolite biến tính mang điện tích âm khoảng pH khảo sát đó, việc xử lý amoni khơng ảnh hưởng đến điện tích bề mặt; điều cho thấy chế loại bỏ amoni xảy chủ yếu theo chế trao đổi ion khơng phải tương tác tĩnh điện Hình 3.6 Mối liên hệ zeta pH mẫu Zeo Na-Zeo 23 3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý amoni 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian phản ứng Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng thời gian đến khả xử lý amoni vật liệu điều chế với điều kiện: nồng độ NH4+ 30 mg/L, lượng chất hấp phụ 2,0 g/L, nhiệt độ 30oC thời gian 180 phút Kết tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại, qe, vật liệu Hình 3.7 cho thấy rằng, mẫu Zeo 90 phút, mẫu Na-Zeo 30 phút Hình 3.7 Dung lượng xử lý amoni Zeo Na-Zeo phụ thuộc theo thời gian Từ Hình 3.7 cho thấy, tốc độ trao đổi xảy nhanh thời gian đầu, sau 30 phút dung lượng hấp phụ Zeo Na-Zeo 2,74 7,63 mg/g; sau 90 phút mẫu Zeo đạt cân với dung lượng hấp phụ 4,09 mg/g Điều cho thấy, vật liệu Na-Zeo có số lượng tâm xử lý sẵn có lớn mẫu Zeo dẫn đến khả khuếch tán đạt cân nhanh Quá trình xử lý amoni lúc đầu xảy bề mặt vật liệu đến đạt bão hòa tâm hấp phụ, NH4+ di chuyển vào lỗ xốp hấp phụ bên hấp phụ bề mặt bên hạt zeolite Do vậy, thời gian cần thiết đạt cân xử lý amoni vật liệu Zeo Na-Zeo 90 phút 30 phút cho nghiên cứu 24 Động học hấp phụ yếu tố quan trọng để hiểu chế hấp phụ đánh giá hiệu chất hấp phụ Một số mơ hình động học khác phương trình động học biểu kiến bậc (1.6), động học biểu kiến bậc (1.7) mơ hình khuếch tán nội hạt (1.8) áp dụng để đánh giá phù hợp kiện hấp phụ amoni vật liệu Zeo Na-Zeo để dự đoán động học hấp phụ Đường vẽ tuyến tính mơ hình trình bày Hình 3.8 Hình 3.8 Dạng tuyến tính của: (a) phương trình động học biểu kiến bậc (1.6), (b) động học biểu kiến bậc (1.7) (c) phương trình khuếch tán nội hạt (1.8) 25 Hình vẽ ln(qe–qt) qua t Hình 3.8a thơng số số tốc độ phương trình động học biểu kiến bậc 1, k1 giá trị qe(tt) trình bày Bảng 3.4 Hệ số tương quan (R2) thấp cho thấy phương trình phù hợp với giá trị thực nghiệm, giá trị qe xác định theo mơ hình nhỏ nhiều so với qe(tt) (với qe Zeo 2,412 mg/g < qe(tt) 4,125 mg/g; qe Na-Zeo 0,313 mg/g < qe(tt) 7,645 mg/g) Do vậy, hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo phù hợp với phương trình động học biểu kiến bậc Bảng 3.4 Thơng số động học phương trình động học biểu kiến bậc 1, động học biểu kiến bậc phương trình khuếch tán nội hạt qe(tt) (mg/g) Phương trình động học biểu kiến bậc 1: ln  qe  qt   ln qe  k1t k1 (phút-1) 0,0324 2,412 0,0219 0,313 Phương trình động học biểu kiến bậc 2: k2 (g/mg.phút-1) 0,0198 t t   qt k2 qe qe qe (mg/g) R2 4,425 0,995 y = 0,1291x + 0,2111 Na-Zeo 7,645 0,6445 y = 0,226x + 2,5826 Zeo 4,125 0,7636 y = -0,0219x - 1,1612 Na-Zeo 7,645 R2 y = -0,0324x + 0,8803 Zeo 4,125 qe (mg/g) 0,0789 7,746 0,999 Mơ hình khuếch tán nội hạt: qt  kid t1/  c kid (mg/g.phút-1) 0,2914 0,846 0,606 y = 0,1485x + 44,116 Na-Zeo 7,645 R2 y = 0,2914x + 0,8464 Zeo 4,125 C (mg/g) 0,1485 6,596 0,394 Các thông số Bảng 3.4 cho thấy rằng, giá trị c thu từ phương trình khuếch tán nội hạt (1.8) hệ số tương quan (R2) thấp, 26 đường thẳng tuyến tính khơng qua gốc tọa độ; mơ hình khuếch tán nội hạt khơng dùng để xác định động học q trình hấp phụ amoni lên vật liệu zeolite (Hình 3.8c) Hình vẽ tuyến tính t/qt qua t mơ hình động học biểu kiến bậc thể Hình 3.8b Hằng số tốc độ bậc 2, k2 giá trị qe xác định từ hình vẽ t/qt qua t kết Bảng 3.4 Giá trị tương quan (R2) cao giá trị qe(tt) gần với giá trị qe(tn) Do mô hình giả động học bậc mơ tả động học hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo phù hợp mơ hình giả động học bậc mơ hình khuếch tán nội hạt Sự khác biệt nồng độ chất hấp phụ vị trí cân qe thời gian t (qt) động lực trình trao đổi ion dung lượng trao đổi ion tỷ lệ thuận với số lượng vị trí tâm hoạt động chất hấp phụ [2, 5] Mơ hình động học biểu kiến bậc thường xảy theo ba bước: (i) ion amoni khuếch tán từ pha lỏng sang bề mặt lỏng – rắn; (ii) ion amoni chuyển từ bề mặt lỏng – rắn đến bề mặt rắn (iii) ion amoni khuếch tán vào lỗ xốp bên vật liệu [2] Ở đây, trình khuếch tán NH4+ từ pha lỏng nhanh khuếch tán bề mặt di chuyển vào bên chất rắn trình trao đổi ion thực điều kiện khuấy Kết phù hợp với số công bố trước [2, 5, 7] 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ amoni đường đẳng nhiệt hấp phụ Để đánh giá ảnh hưởng nồng độ amoni lên Zeo Na-Zeo tiến hành với điều kiện: nồng độ thay đổi từ 5–60 mg/L, nhiệt độ 30oC, thời gian 90 phút (Zeo) 30 phút (Na-Zeo) Kết tính dung lượng hấp phụ (qe) vật liệu hình 3.9 Hình 3.9 biểu diễn mối quan hệ dung lượng xử lý amoni Zeo NaZeo phụ thuộc theo nồng độ ion NH4+ cho thấy, dung lượng xử lý tăng nồng độ amoni tăng từ 5–20 mg/L Kết báo cáo tương tự nghiên cứu A Alshameri [2, 5] M Sarioglu [14] kết luận hiệu loại bỏ tăng nồng độ NH4+ khoảng 10–50 mg/L 8,8–40 mg/L Dung lượng xử lý tăng gia tăng nồng độ amoni, điều giải thích nồng độ NH4+ 27 chuyển nhanh từ dung dịch đến bề mặt chất hấp phụ [2, 5] Kết giải thích do, zeolite có cấu trúc lỗ xốp chủ yếu dạng micro macro [2, 5] Khi nồng độ amoni lớn 20 mg/L dung lượng hấp phụ amoni Zeo Na-Zeo giảm dần Khi đó, chất hấp phụ đạt bão hòa tâm hấp phụ giảm khả di chuyển ion NH4+ đến bề mặt zeolite [9] Kết cho thấy, ion NH4+ di chuyển từ bề mặt vào lỗ xốp micro bên zeolite suốt thời gian xử lý [2] Hình 3.9 cho thấy, dung lượng trao đổi ion zeolite biến tính cao zeolite thương mại nồng độ amoni Nói chung, hấp phụ ion NH4+ cao ion trao đổi chất hấp phụ tăng Mẫu Na-Zeo có nồng độ ion Na+ cao giúp tăng vị trí trao đổi bền mặt zeolite, dẫn đến dung lượng hấp phụ tăng so với mẫu zeolite chưa biến tính [15] Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ amoni đến dung lượng hấp phụ mẫu Zeo Na-Zeo Đường đẳng nhiệt hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo theo phương trình Langmuir phương trình Freundlich Hình 3.10 tính tốn thơng số động học Bảng 3.5 Từ kết Bảng 3.5 cho thấy rằng, hệ số tương quan (R2) phương trình Langmuir lớn so phương trình Freundlich, điều có nghĩa phương trình đẳng nhiệt Langmuir mơ tả q trình hấp phụ amoni lên Zeo 28 Na-Zeo phù hợp so với phương trình Freundlich khoảng nồng độ khảo sát Khi nồng độ amoni khoảng từ đến 60 giá trị số Langmuir với qm KL 4,604 mg/g 0,0986 L/mg (đối với mẫu Zeo) 7,806 mg/g 0,4213 mg/L (đối với mẫu Na-Zeo) Giá trị RL khoảng từ 0,6698 đến 0,1446 (mẫu Zeo) từ 0,3219 đến 0,0381 (mẫu Na-Zeo) nồng độ amoni sử dụng khoảng từ đến 60 mg/L Giá trị < RL < mẫu Zeo Na-Zeo cho thấy phương trình Langmuir phù hợp tốt với giá trị thực nghiệm Còn hệ số tương quan (R2) phương trình Freundlich bé cho thấy, phương trình phù hợp không tốt với giá trị thực nhiệm vùng nồng độ khảo sát Hình 3.10 Dạng tuyến tính phương trình đẳng nhiệt hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo: (a) Langmuir (b) Freundlich 29 Bảng 3.5 Các thơng số phương trình Langmuir Freundlich trình hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo 30oC Langmuir: Chất bị hấp phụ KL (L/mg) Zeo Na-Zeo Ce Ce   qe qm K L qm qm (mg/g) R2 y = 0,2172x + 2,2033 0,0986 4,604 0,9225 y = 0,1281x + 0,3041 0,4213 7,806 0,9741 Freundlich: 1 ln qe    ln Ce  ln K F n 1/n KF (L/g) R2 y = -0,1994x + 1,7295 -0,1994 5,638 0,5391 y = -0,0783x + 2,053 -0,0783 7,791 0,3638 3.2.3 Ảnh hưởng pH pH dung dịch đóng vai trị quan trọng đến khả hấp phụ amoni Zeo Na-Zeo Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý amoni Zeo Na-Zeo tiến hành với điều kiện: nồng độ NH4+ 30 mg/L, nhiệt độ 30oC, thời gian 90 phút (Zeo) 30 phút (Na-Zeo) với pH thay đổi từ 2–10 kết khảo sát ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ amoni Hình 3.11 Hình 3.11 Ảnh hưởng pH đến khả loại bỏ ion NH4+ Zeo NaZeo 30 Từ Hình 3.11 cho thấy, dung lượng hấp phụ, qe, tăng pH tăng từ đến giảm dần pH tăng lên 10 Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu trước [2, 5, 16] khảo sát hấp phụ amoni zeolite khoảng pH khác Ở khoảng pH thấp (pH 2-8), trình hấp phụ amoni zeolite quy gán giảm nồng độ ion hydro dung dịch pH tăng làm giảm cạnh tranh ion hydro ion amoni dung dịch với tâm hấp phụ/trao đổi hạt zeolite [7, 17] Ở khoảng pH cao (pH > 8), trình hấp phụ amoni zeolite giảm hòa tan phần zeolite khả NH4+ chuyển thành dạng NH3 môi trường kiềm [2, 5] 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến dung lượng hấp phụ amoni zeolite zeolite biến tính Hình 3.12 Hình 3.12 Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến khả loại bỏ NH4+ Đối với mẫu Zeo, dung lương hấp phụ tăng khối lượng tăng, gần đạt bão hòa lượng chất hấp phụ g/L; mẫu Na-Zeo có dung lượng hấp phụ tăng khối lượng tăng từ lên 1,75 g/L gần đạt cân khối lượng lớn 1,75 g/L Do đó, lượng chất hấp phụ sử dụng tối ưu hóa g/L (mẫu Zeo) 1,75 g/L (mẫu Na-Zeo) Kết quy gán cho diện tích bề mặt tăng số tâm trao đổi ion tăng [2, 5] Như Hình 3.12, khả loại 31 bỏ NH4+ lượng chất hấp phụ tăng làm giảm độ bão hòa tâm ion trao đổi số lượng vị trí hấp phụ đơn vị khối lượng giảm xuống Do đó, amoni trao đổi hoàn toàn với cation bề mặt zeolite lượng zeolite định [2, 18] 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến khả loại bỏ zeolite Khả loại bỏ amoni zeolite zeolite biến tính thực nhiệt độ 30, 45, 55 60oC Hình 3.13 Hình 3.13 (a) Ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ (b) đồ thị biểu diễn ln Kd qua 1/T 32 Sự hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo tăng từ 4,14 lên 5,75 mg/g (Zeo) từ 6,37 lên 7,86 mg/g (Na-Zeo) nhiệt độ tăng từ 30 lên 60oC hấp phụ ưu tiên xảy nhiệt độ cao (Hình 3.13a) Các thơng số nhiệt động, ∆Ho ∆So trình hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo tính từ độ dốc giao điểm đường vẽ lnKd qua 1/T (Hình 3.13b) Giá trị ∆Go, ∆Ho ∆So tính Hình 3.18b nhiệt độ khác trình bày Bảng 3.6 Từ Bảng 3.6 cho thấy rằng, trình hấp phụ amoni lên Zeo tự xảy khoảng nhiệt độ khảo sát, mẫu Na-Zeo hấp phụ amoni tự xảy nhiệt độ thấp Từ Bảng 3.3 nhận thấy rằng, giá trị ∆So dương giải thích rằng, ion amoni hấp phụ lên bề mặt Zeo Na-Zeo tự xảy Bảng 3.6 Các tham số nhiệt động học trình hấp phụ amoni lên Zeo Na-Zeo Chất bị hấp phụ Kd ΔSo (J/mol.K) ΔHo (kJ/mol) T (K) ΔGo (kJ/mol) 0,35 Zeo Na-Zeo 303 -2,63 318 -1,85 328 -1,27 0,68 333 -1,08 0,88 303 -0,33 318 0,00 328 0,62 333 0,64 0,50 0,63 1,00 1,25 52,38 34,75 15,53 10.90 1,26 3.3 Thử nghiệm xử lý amoni nước ao nuôi cá Hầu hết ao nuôi cá tra có nồng độ amoni vượt ngưỡng cho phép Chúng tiến hành lấy số mẫu nước ao nuôi cá tra cuối vụ huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp Kết phân tích nồng độ amoni mẫu Bảng 3.7 33 Bảng 3.7 Nồng độ amoni ao hồ số hộ nuôi cá TP Cao Lãnh huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp STT Địa Ký hiệu mẫu VM1 0,324 VM2 0,362 ấp Bình Hịa, Xã Bình Thạnh, BH1 0,513 BH2 0,569 ấp Bình Mỹ B, Xã Bình Thạnh BM1 0,391 BM1 0,404 Công viên Văn Miếu Nồng độ (mg/L) 0,343 0,541 0,398 Từ kết Bảng 3.7 cho thấy, nồng độ amoni cao so với QCVN02-20:2014/BNNPTNT (nồng độ amonia < 0,3 mg/L) Với nồng độ mẫu thải môi trường ảnh hưởng đến động thực vật, cần xử lý trước thải môi trường Mẫu Na-Zeo đưa vào xử lý với lượng chất sử dụng 1,75 gam/L, tiến hành 60 phút, tốc độ khuấy 300 vòng/phút kết khảo sát Bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết xử lý amoni nước ao vật liệu Na-Zeo STT Mẫu Co (mg/L) Ce (mg/L) Hiệu suất (%) VM1 0,324 0,012 96,29 BH1 0,513 0,023 95,52 BM1 0,391 0,021 94,43 Từ kết Bảng 3.8 cho thấy, sau xử lý 60 phút, hiệu suất xử lý đạt 94% mẫu thử nghiệm thấp QCVN 02-20:2014/BNNPTNT tiêu amonia nước ao nuôi Tuy nhiên, dung lượng xử lý amoni nước ao thấp nước tổng hợp nước ao nhiều ion khác cạnh tranh hấp phụ lên tâm hoạt động vật liệu Na-Zeo 34 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu rằng, điều kiện biến tính tối ưu cho q trình xử lý amoni zeolite zeolite biến tính muối natri nồng độ NaCl mol/L, thời gian biến tính giờ, nhiệt độ 70oC Dung lượng hấp phụ amoni tối đa đạt tới 7,90 mg/g với nồng độ amoni 30 mg/L Thời gian, nồng độ amoni, pH dung dịch lượng chất hấp phụ có ảnh hưởng đáng kể đến việc xử lý amoni Khả trao đổi nhanh khoảng 30 phút (mẫu Na-Zeo) 90 phút (mẫu Zeo) Trong khoảng pH tối ưu cho qua trình xử lý amoni với nồng độ chất bị hấp phụ 20 mg/L, với lượng chất hấp phụ 1,75 g/L (Na-Zeo) 2,0 g/L (Zeo) Bước đầu sử dụng vật liệu xử lý amoni nước ao cho thấy hiệu suất loại bỏ 94% sau 60 phút với lượng chất sử dụng 1,75 g/L 35 Tài liệu tham khảo Bùi Văn Thắng, Nghiên cứu trình tổng hợp vật liệu zeolit biến tính MnO2 từ tro bay ứng dụng xử lý asen nước ngầm 2015, Trường Đại học Đồng Tháp: Báo cáo tổng kết Đề tài khoa học công nghệ cấp sở A Alshameri, A Ibrahim, A.M Assabri, X Lei, H Wang, C Yan (2014), "The investigation into the ammonium removal performance of Yemeni natural zeolite: Modification, ion exchange mechanism, and thermodynamics", Powder Technology, 258: p 20-31 K Saltalı, A Sari, M Aydin (2007), "Removal of ammonium ion from aqueous solution by natural Turkish (Yıldızeli) zeolite for environmental quality", Journal of Hazardous Materials, 141: p 258-263 A.M Yusof, L.K Keat, Z Ibrahim, Z.A Majid, N.A Nizam (2010), "Kinetic and equilibrium studies of the removal of ammonium ions from aqueous solution by rice husk ash-synthesized zeolite Y and powdered and granulated forms of mordenite", Journal of Hazardous Materials, 174: p 380-385 A Alshameri, C Yan, Y Al-Ani, A.S Dawood, A Ibrahim, C Zhou, H Wang (2014), "An investigation into the adsorption removal of ammonium by salt activated Chinese (Hulaodu) natural zeolite: Kinetics, isotherms, and thermodynamics", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 45(2): p 554-564 F Mazloomi, M Jalali (2016), "Ammonium removal from aqueous solutions by natural Iranian zeolite in the presence of organic acids, cations and anions", Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(1): p 240-249 H Huang, X Xiao, B Yan, L Yang (2010), "Ammonium removal from aqueous solutions by using natural Chinese (Chende) zeolite as adsorbent", Journal of Hazardous Materials, 175(1-3): p 247-252 Y.F Wang, F Lin, W.Q Pang (2007), "Ammonium exchange in aqueous solution using Chinese natural clinoptilolite and modified zeolite", Journal of Hazardous Materials, 142: p 160-164 M Sarioglu (2005), "Removal of ammonium from municipal wastewater using natural Turkish (Dogantepe) zeolite", Separation and Purification Technology, 41: p 1-11 36 10 L Lei, X Li, X Zhang (2008), "Ammonium removal from aqueous solutions using microwave-treated natural Chinese zeolite", Separation and Purification Technology, 58(3): p 359-366 11 R.L Ramos, J.E.M Rocha, A.A Piña, M.S.B Mendoza, R.M.G Coronado, P.A Davila, J.M Barron (2010), "Removal of ammonium from aqueous solution by ion exchange on natural and modified chabazite", Journal of Environmental Management, 91: p 2662-2668 12 M.T Yagub, T.K Sen, S Afroze, H.M Ang (2014), "Dye and its removal from aqueous solution by adsorption: A review", Advances in Colloid and Interface Science, 209: p 172-184 13 T.Đ Lâm, N.T Dung, N.L Huy, L.V Hải, Các phương pháp phân tích Hóa lý vật liệu 2017, NXB KHTN&CN: Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam 14 V.K Jha, S Hayashi (2009), "Modification on natural clinoptilolite zeolite for its NH4+ retention capacity", Journal of Hazardous Materials, 169(1-3): p 2935 15 M Li, X Zhu, F Zhu, G Ren, G Cao, L Song (2011), "Application of modified zeolite for ammonium removal from drinking water", Desalination, 271: p 295–300 16 G Moussavi, S Talebi, M Farrokhi, R.M Sabouti (2011), "The investigation of mechanism, kinetic and isotherm of ammonia and humic acid co-adsorption onto natural zeolite", Chemical Engineering Journal, 171(3): p 1159-1169 17 N Widiastuti, H Wu, H.M Ang, D Zhang (2011), "Removal of ammonium from greywater using natural zeolite", Desalination, 277: p 15-23 ... dụng để điều chế vật liệu zeolite biến tính có khả xử lý tốt amoni nước, chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu ? ?Nghiên cứu biến tính vật liệu zeolite thương mại ứng dụng xử lý amoni nước ao nuôi cá? ??... ao nuôi cá Tuy nhiên, việc nghiên cứu biến tính zeolite thương mại ứng dụng chúng giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm Do đó, q trình biến tính zeolite thương mại để tăng khả xử lý amoni ứng dụng lĩnh... TP Cao Lãnh, ngày 26 tháng năm 2019 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KH&CN CẤP CƠ SỞ - Tên đề tài: Nghiên cứu biến tính vật liệu zeolite thương mại ứng dụng xử lý amoni mẫu nước ao nuôi cá -