Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau quá trình bayer từ nhà máy tân bình thành chất hấp phụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ NGỌC MAI NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA BÙN ĐỎ SAU QUÁ TRÌNH BAYER TỪ NHÀ MÁY TÂN BÌNH THÀNH CHẤT HẤP PHỤ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD : TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ HVTH : TRẦN THỊ NGỌC MAI MSHV : 09250506 KHÓA : 2009 TP HỒ CHÍ MINH, 12/2010 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 25 tháng 01 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS Nguyễn Đinh Tuấn PGS TS Nguyễn Văn Phước TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ TS Lê Thị Kim Phụng TS Võ Lê Phú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGỌC MAI Phái: Nữ Ngày tháng năm sinh: 03 – 06 – 1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Công nghệ môi trường MSHV: 09250506 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan bùn đỏ, ảnh hưởng đến môi trường cần thiết phải xử lý bùn Nghiên cứu thành phần, đặc tính bùn đỏ sau trình Bayer để đề xuất quy trình xử lý thích hợp - Tổng quan nghiên cứu liên quan đến đề tài thực giới Việt Nam - Khảo sát tối ưu hóa thơng số ảnh hưởng tới q trình hoạt hóa bùn đỏ thành chất hấp phụ - Khảo sát tối ưu hóa thơng số ảnh hưởng đến trình hấp phụ arsen nước bùn đỏ hoạt hóa Xây dựng phương trình cân hấp phụ III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 05/07/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30/12/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên sinh viên: TRẦN THỊ NGỌC MAI Phái: Nữ Ngày tháng năm sinh: 03 – 06 – 1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Công nghệ môi trường MSHV: 09250506 Tên đề tài: Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ Ngày bắt đầu: Ngày 05/07/2010 Ngày hoàn thành: Ngày 30/12/2010 Cán hướng dẫn: TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Những kết số liệu luận văn chưa công bố hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Nhà trường cam đoan Tp HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2010 Trần Thị Ngọc Mai iv LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy giáo, cô giáo Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách khoa Trong năm học qua thầy, tận tình giảng dạy, trang bị tri thức quý báu làm hành trang để bước vào sống Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Huỳnh Kỳ Phương Hạ - Giảng viên Khoa Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Thầy tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu khoa học Nhân đây, tác giả xin cảm ơn cô chú, anh chị công tác nhà máy Tân Bình – Tp HCM nhiệt tình giúp đỡ cơng tác lấy mẫu cung cấp thơng tin giúp tác giả hồn thành luận văn Trong suốt trình thực luận văn tốt nghiệp, gia đình ln chỗ dựa tinh thần vững chắc, tác giả xin cảm ơn ba mẹ động viên tạo điều kiện tốt cho học tập Và cuối cùng, xin cảm ơn tất anh chị lớp cao học Công nghệ Môi Trường K2008, bạn lớp cao học Công nghệ Môi Trường K2009 động viên, giúp đỡ, đồng hành suốt hai năm học vừa qua trình thực luận văn Trân trọng cảm ơn ! Tp HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2010 Trần Thị Ngọc Mai v TÓM TẮT Bùn đỏ sản phẩm phụ q trình tinh luyện nhơm theo cơng nghệ Bayer Bùn đỏ thải bỏ với số lượng lớn ngày, nên việc xử lý chuyển hóa thành sản phẩm có giá trị kinh tế trở thành vấn đề cần thiết khẩn cấp Trong nghiên cứu này, bùn đỏ hoạt hóa với H2SO4 sau sử dụng chất hấp phụ Ảnh hưởng nhiệt độ nung, thời gian nung, nồng độ acid, nhiệt độ hoạt hóa thời gian hoạt hóa nghiên cứu Điều kiện tốt để hoạt hóa bùn đỏ nung 274oC giờ, sau thêm H2SO4 1,18M vào bùn đỏ với tỷ lệ 100 mL dung dịch acid : 20g bùn khô tiến hành phản ứng 88oC Các kết cho thấy khả hấp phụ Arsenic (V) bùn hoạt hóa đạt mức cao 3,1 mg/g với nồng độ As(V) nước đầu vào mg/l, hàm lượng chất hấp phụ mẫu nước 2,2 g/L, trình hấp phụ xảy pH = 7, thời gian 4h, nhiệt độ 30oC, tốc độ khuấy 100 rpm Quá trình hấp phụ tuân theo phương trình Langmuir ABSTRACT Red mud is the main by-product of the alumina producing Bayer process With a large quantity of red mud being released every day, treating and converting it into products with economic value becomes a necessary and urgent matter In this study, red mud was activated by H2SO4 and then used as adsorbent material The effect of heating temperature, heating time, acid concentration, activation temperature and activation time have been studied The best condition for the activation of red mud is heating at 274 oC for hours, then adding H2SO4 1,18 M to the red mud at the ratio of 100 mL : 20 g at 88 oC for hours The results showed that Arsenic (V) adsorbent capacity of our activated red mud can reach maximum level at 3,1 mg g-1 with the concentration of As(V) in waste water is mg/l and the concentration of red mud is 2,2 g/L Absorption occurs at pH = 7, in 4h at 30oC, stirring at 100 rpm Absorption is followed Langmuir equation Key words: Activating, adsorption, arsenic, red mud vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠNz iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU xi DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ xiv CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu .3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 1.5.2 Phương pháp phân tích phịng thí nghiệm 1.5.3 Phương pháp thiếp lập thí nghiệm .4 1.5.4 Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm 1.5.5 Phương pháp xử lý số liệu, kết 1.6 Ý nghĩa đề tài .5 1.6.1 Tính đề tài 1.6.2 Ý nghĩa khoa học 1.6.3 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG II TỔNG QUAN .7 2.1 Tổng quan quặng bauxite 2.1.1 Trữ lượng phân bố quặng bauxite 2.1.2 Tình hình khai thác chế biến quặng bauxite 2.1.3 Công nghệ sản xuất nhôm từ quặng bauixte vii 2.1.3.1 Công nghệ Bayer 2.1.3.2 Vấn đề môi trường sản xuất nhơm .9 2.2 Tình hình nghiên cứu xử lý bùn đỏ giới Việt Nam 10 2.2.1 Tình hình nghiên cứu xử lý bùn đỏ giới 10 2.2.1.1 Phương pháp tách lỏng, thu hồi bùn đặc đóng rắn 10 2.2.1.2 Tồn trữ thải bỏ không qua xử lý 11 2.2.1.3 Xử lý thải bỏ 11 2.2.1.4 Xử lý tận dụng 12 2.2.1.5 Các nghiên cứu xử lý tận thu bùn đỏ giới 12 2.2.2 Tình hình nghiên cứu xử lý bùn đỏ Việt Nam .18 2.2.2.1 Khái quát .18 2.2.2.2 Các nghiên cứu tận thu bùn đỏ tiến hành Việt Nam 18 2.3 Lý thuyết hoạt hóa 20 2.3.1 Phương pháp vật lý 20 2.3.2 Phương pháp hoá học .20 2.4 Tổng quan Arsen 21 2.4.1 Đặc tính Arsen 21 2.4.1.1 Nguồn gốc xâm nhập Arsen nước .21 2.4.1.2 Tính chất vật lý 22 2.4.1.3 Tính chất hóa học 22 2.4.1.4 Độc tính Arsen 24 2.4.2 Tình hình nhiễm độc Arsen giới 25 2.4.3 Tình hình nhiễm độc Arsen Việt Nam 27 2.5 Tổng quan phương pháp xử lý Arsen 29 2.5.1 Phương pháp oxy hóa 30 2.5.1.1 Oxy hóa chlorine .30 2.5.1.2 Oxy hoá Permaganate .31 2.5.1.3 Oxy hoá ozone 31 2.5.1.4 Oxy hóa oxygen 32 2.5.1.5 Phản ứng Fenton 32 viii 2.5.2 Phương pháp hấp phụ .33 2.5.3 Phương pháp keo tụ tạo 34 2.5.4 Phương pháp trao đổi ion 34 2.5.5 Phương pháp lọc màng 35 2.5.6 Phương pháp làm mềm nước kết hợp loại bỏ As vôi .36 2.6 Lý thuyết trình hấp phụ 36 2.6.1 Khái niệm 36 2.6.1.1 Hấp phụ vật lý 37 2.6.1.2 Hấp phụ hóa học 38 2.6.1.3 Phân loại hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 39 2.6.2 Chất hấp phụ 40 2.6.3 Tính hấp phụ 41 2.6.3.1 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 41 2.6.3.2 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 42 2.6.4 Q trình hấp phụ As(V) bùn hoạt hóa .42 2.6.4.1 Cơ sở lý thuyết 42 2.6.4.2 Cơ chế phản ứng 43 CHƯƠNG III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 3.1 Quá trình nghiên cứu thực nghiệm 45 3.1.1 Lấy mẫu bùn đỏ xử lý sơ mẫu 45 3.1.2 Thực nghiệm khảo sát sơ 46 3.1.3 Thực nghiệm tối ưu hóa q trình hoạt hóa bùn đỏ 49 3.1.4 Thực nghiệm tối ưu hóa q trình hấp phụ As(V) bùn đỏ hoạt hóa 51 3.2 Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm 51 3.2.1 Mục đích tối ưu hóa thực nghiệm .51 3.2.2 Phần mềm Design-Expert 52 3.2.3 Thiết kế thí nghiệm 53 3.2.4 Các thuật tốn mơ hình 54 3.2.5 Ma trận điểm tiến hành thí nghiệm .57 ix 3.2.6 Quá trình khảo sát khả hấp phụ As(V) bùn hoạt hóa 58 3.3 Các phương pháp phân tích kết 59 3.3.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen .59 3.3.2 Phương pháp xác định bề mặt riêng BET 61 3.3.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma ghép nối cảm ứng ICP - AES 61 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 63 4.1 Kết xác định độ ẩm, độ kiềm bùn lỏng .63 4.1.1 Xác định độ ẩm .63 4.1.2 Xác định độ kiềm huyền phù 64 4.2 Kết xác định quy trình rửa mẫu .64 4.3 Kết xác định khoảng tâm yếu tố khảo sát .65 4.3.1 Khảo sát nhiệt độ nung 66 4.3.2 Khảo sát thời gian nung 67 4.3.3 Khảo sát nồng độ acid H2SO4 68 4.3.4 Khảo sát nhiệt độ hoạt hóa .69 4.3.5 Khảo sát thời gian hoạt hóa 70 4.4 Kết tối ưu hóa q trình hoạt hóa bùn đỏ 71 4.5 Kiểm tra sản phẩm hoạt hóa .78 4.5.1 Kết đo bề mặt riêng BET 78 4.5.2 Kết đo độ nhiễu xạ XRD 79 4.6 Kết khảo sát hấp phụ As(V) bùn hoạt hóa 82 4.6.1 Kết khảo sát thời gian hấp phụ 82 4.6.2 Kết khảo sát thời pH tối ưu 84 4.6.3 Kết khảo sát thời lượng chất hấp phụ tối ưu .86 4.6.4 Kết khảo sát nhiệt độ hấp phụ tối ưu .88 4.6.5 Kết khảo sát tốc độ khuấy tối ưu .89 4.6.6 Kết khảo sát ảnh hưởng ion khác 90 4.7 Xây dựng phương trình cân hấp phụ 91 4.7.1 Phương trình Langmuir .91 HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  88  Luận văn thạc sĩ  4.6.4 Kết khảo sát nhiệt độ hấp phụ tối ưu Bảng 4.19 Kết khảo sát nhiệt độ hấp phụ tối ưu Nhiệt độ hấp Nồng độ As(V) Dung lượng hấp Hiệu phụ (oC) nước sau xử lý (mg/L) phụ (mg/g) xử lý (%) 25 0,042 1,213 97,8 ± 0,2 30 0,023 1,226 98,8 ± 0,1 35 0,032 1,220 98,3 ± 0,1 40 0,030 1,221 98,4 ± 0,1 45 0,034 1,219 98,2 ± 0,1 50 0,047 1,210 97,5 ± 0,2 TT Hình 4.18 Khảo sát nhiệt độ hấp phụ Nhận xét: Trong khoảng nhiệt độ khảo sát, nồng độ arsen đầu không bị ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ Ở 30oC, khả hấp phụ tốt nhất, nồng độ As(V) đầu giảm đến 0,023 mg/l nhiệt độ khuyếch tán phân tử dung dịch tối ưu cho trình hấp phụ Ở nhiệt độ thấp khuyếch tán Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  89  Luận văn thạc sĩ  thấp, không đủ tiếp xúc As(V) bùn hoạt hóa Ở nhiệt độ cao phân tử chuyển động nhanh làm giảm khả hấp phụ As(V) tới bề mặt hấp phụ chưa kịp tạo kết tủa với sắt (III) hydroxyt bị đẩy Mặt khác, tất mẫu khảo sát có nồng độ As(V) đầu đạt QCVN02:2009/BYT Do đó, yếu tố nhiệt độ ta chọn tối ưu nhiệt độ môi trường nước tiến hành hấp phụ để giảm thiểu chi phí xử lý 4.6.5 Kết khảo sát tốc độ khuấy tối ưu Bảng 4.20 Kết khảo sát tốc độ khuấy tối ưu Tốc độ Nồng độ As(V) Dung lượng hấp Hiệu khuấy (rpm) nước sau xử lý (mg/L) phụ (mg/g) xử lý (%) 0,077 1,190 95,9 ± 0,3 100 0,046 1,211 97,6 ± 0,2 200 0,023 1,226 98,8 ± 0,1 300 0,026 1,224 98,6 ± 0,1 400 0,032 1,219 98,3 ± 0,1 TT Hình 4.19 Khảo sát tốc độ khuấy trộn Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  90  Luận văn thạc sĩ  Nhận xét: Trong khoảng khảo sát trên, dung lượng hấp phụ tăng nhanh dần tốc độ khuấy tăng từ rpm – 200 rpm Dung lượng hấp phụ bắt đầu giảm chậm dần tốc độ khuấy tăng từ 200 rpm – 400 rpm Từ bảng kết cho thấy: tốc độ khuấy có ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng hấp phụ tốc độ khuấy nhỏ 200 rpm dung lượng hấp phụ không thay đổi đáng kể tốc độ khuấy lớn 200 rpm Vì vậy, chọn tốc độ khuấy 200 rpm Tốc độ khuấy ảnh hưởng đến trình hấp phụ giải thích sau: Khi tốc độ khuấy tăng dần tạo xáo trộn tốt, làm cho cấu tử arsen khuyếch tán vào bùn đỏ nhanh dẫn đến tiếp xúc arsen sắt (III) hydroxyt lớn, làm tăng dung lượng hấp phụ Khi tăng tốc độ khuấy lên lớn, cấu tử arsen vừa tới bề mặt chất hấp chứa kịp tạo phản ứng với chất hấp phụ bị đẩy Đồng thời tăng tốc độ khuấy nhanh dẫn đến tượng nhả hấp, làm giảm dung lượng hấp phụ 4.6.6 Kết khảo sát ảnh hưởng ion khác Bảng 4.21 Kết khảo sát ảnh hưởng ion khác dung dịch Ion khác Nồng độ As(V) Dung lượng hấp Hiệu (5mg/L) nước sau xử lý (mg/L) phụ (mg/g) xử lý (%) Không 0,033 1,271 98,8 ± 0,1 Fe2(SO4)3 0,0675 1,256 97,6 ± 0,3 CaCl2 0,179 1,205 93,7 ± 0,5 MgSO4 0,167 1,210 94,1 ± 0,5 NaNO3 0,207 1,192 92,7 ± 0,7 TT Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  91  Luận văn thạc sĩ  Hình 4.20 Ảnh hưởng ion khác dung dịch Nhận xét: Sự có mặt ion khác dung dịch gây ảnh hưởng đến trình hấp phụ As(V) Do đó, yếu tố cần quan tâm tiến hành xử lý As(V) nước 4.7 Xây dựng phương trình cân hấp phụ 4.7.1 Phương trình Langmuir Để xây dựng phương trình Langmuir, ta tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ As(V) nước ban đầu đến dung lượng hấp phụ bùn đỏ hoạt hóa Các kết thu dùng phần mềm LMM Pro Version 1.06 để tính toán hệ số cân xây dựng phương trình Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  92  Luận văn thạc sĩ  Bảng 4.22 Dung lượng hấp phụ thay đổi theo nồng độ As(V) vào TT Nồng độ arsen vào (mg/L) Dung lượng hấp phụ q (mg/g) 0,1 0,455 0,2 0,875 0,3 1,225 0,4 1,715 0,5 2,065 0,6 2,275 0,9 2,671 1,2 2,765 1,5 2,652 10 1,8 2,850 11 2,1 2,798 12 2,4 2,961 13 2,7 2,785 14 3,0 3,076 Từ kết khảo sát bảng trên, sử dụng phần mềm LMMPro Version 1.06, tính tốn cho thấy tham số phương trình Langmuir sau: Bảng 4.23 Kết thơng số phương trình đẳng nhiệt Langmuir Regression K qmax (mg/g) r2 η2 η*2 Langmuir 47,96 3,076 0,997 0,852 0,995 Từ tham số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ arsen bùn đỏ hoạt hóa sau: Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  93  Luận văn thạc sĩ  Hình 4.21 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Nhận xét: Kết thực nghiệm cho ta kết để chạy phần mềm LMM Pro Version 1.06 Phần mềm tính tốn phương trình Langmuir vẽ đường đẳng nhiệt hấp phụ So sánh đường đẳng nhiệt dựng từ phương trình Langmuir đường đẳng nhiệt dựng từ số liệu thực nghiệm cho thấy phương trình Langmuir mơ gần xác trình hấp phụ Kết thực nghiệm nồng độ As(V) đầu vào nhỏ có sai số lớn thấp so với phương trình Langmuir nồng độ thấp khả tiếp xúc khuấy trộn khơng tốt nên q trình hấp phụ xảy chưa hoàn toàn sai số thực nghiệm Ở nồng độ As(V) đầu vào cao kết sai lệch so với phương trình Langmuir, sai số trình thực nghiệm Như vậy, phương trình Langmuir xác định xác đường đẳng nhiệt hấp phụ, với hệ số tương quan 0,997 Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  94  Luận văn thạc sĩ  4.7.2 Phương trình cân hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich theo nồng độ arsen đầu vào Bảng 4.24 Xây dựng phương trình Freundlich Nồng độ arsen Dung lượng hấp phụ đầu vào (mg/L) q (mg/g) 0,1 TT Log C Log q 0,455 -1,000 -0,342 0,2 0,875 -0,699 -0,058 0,3 1,225 -0,523 0,088 0,4 1,715 -0,398 0,234 0,5 2,065 -0,301 0,315 0,6 2,275 -0,222 0,357 0,9 2,765 -0,046 0,427 1,2 2,975 0,079 0,442 1,5 2,625 0,176 0,424 10 1,8 2,850 0,255 0,455 11 2,1 2,610 0,322 0,447 12 2,4 2,540 0,380 0,471 13 2,7 2,785 0,431 0,445 14 3,0 3,076 0,477 0,488 Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  95  Luận văn thạc sĩ  Hình 4.22 Đường đẳng nhiệt Freundlich theo nồng độ arsen đầu vào Từ đồ thị ta tính thơng số theo phương trình (2.35) : n = 1/0,4891 = 2,04 k = 10b = 2,17 α = 2,17 x C2,04 Phương trình Freundlich : Nhận xét: Phương trình đẳng nhiệt Langmuir có hệ số tương quan R2 = 0,997 lớn hệ số tương quan đường đẳng nhiệt Freundlich R2= 0,847 Điều có nghĩa phương trình đẳng nhiệt Langmuir mơ tả xác hấp phụ arsen lên vật liệu hấp phụ Vì phương trình phù hợp với trình hấp phụ arsen bùn đỏ hoạt hóa thay đổi nồng độ đầu vào phương trình cân đẳng nhiệt Langmuir: Từ số liệu thu xác định lượng hấp phụ cực đại điều kiện tốt 3,076 mg/g Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  96  Luận văn thạc sĩ  CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua kết thu từ thực nghiệm đề tài “ Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer thành chất hấp phụ” rút kết luận sau: - Đã xây dựng mơ hình thực nghiệm mơ tả ảnh hưởng yếu tố: nhiệt độ nung, thời gian nung, nồng độ acid, nhiệt độ hoạt hóa, thời gian hoạt hóa, hàm đáp ứng độ hấp phụ As(V) - Phương trình quy hoạch thực nghiệm cho dung lượng hấp phụ là: Y = -15,03 + 9,16Z1 + 3,22Z1Z4 - 2,1Z2Z3 - 0,62Z2Z5 - 4,47.10-5Z12 - 0,106Z22 - 3,23Z32 - 0,22Z52 - Dung lượng hấp phụ tốt 3,135 mg As/g bùn ứng với thông số tối ưu cho trình hoạt hóa là: Nhiệt độ nung 274,420C Thời gian nung 3,04 h Nồng độ acid 1,18 M Nhiệt độ hoạt hóa 87,880C Thời gian hoạt hóa 3,93 h - Khi tiến hành phân tích mẫu bùn đỏ trước sau hoạt hóa phương pháp XRD BET ta nhận thấy tạp chất bị loại bỏ, bề mặt riêng bùn đỏ sau hoạt hóa lớn nhiều so với trước hoạt hóa chứng tỏ q trình hoạt hóa bùn đỏ có hiệu tốt, làm tăng khả hấp phụ bùn đỏ - Quá trình hấp phụ As(V) bùn hoạt hóa theo phương trình Langmuir: Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  - 97  Luận văn thạc sĩ  Dung lượng hấp phụ cao 3,065 mg/g với điều kiện hấp phụ tối ưu là: Thời gian hấp phụ 4h Lượng chất hấp phụ 2,2 g/l dung dịch As(V) có nồng độ đầu vào mg/l pH tối ưu Nhiệt độ hấp phụ tối ưu 30oC Tốc độ khuấy trộn 200 rpm 5.2 Kiến nghị - Trong q trình hoạt hóa, yếu tố kích thước hạt, tỷ lệ bùn : dung dịch acid tốc độ khuấy chưa khảo sát, mà cố định để nghiên cứu thơng số khác Do đó, cần quan tâm nghiên cứu thêm - Tiến hành khảo sát với mẫu nước ngầm thực tế - Khảo sát khả hấp phụ kim loại khác nước thải ion kim loại nặng Cu2+, Zn2+, Ni2+, Cd2+ - Sau trình hấp phụ cần nghiên cứu vấn đề giải hấp để tái sử dụng bùn đỏ thu hồi kim loại Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  i  Luận văn thạc sĩ  DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Kim Liên (2006), Nghiên cứu sử dụng bã thải Nhà máy hóa chất Tân Bình, Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [2] Lê Quang Huy (2009), Nghiên cứu chiết tách hỗn hợp phèn từ bùn thải mỏ Bauxite Bảo Lộc, Lâm Đồng làm chất keo tụ xử lý nước thải, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 11, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh [3] Lê Quang Huy, Nguyễn Tuấn Khanh (2009), Ứng dụng tối ưu hoá thực nghiệm vào phản ứng chiết tách chất keo tụ từ bùn thải quặng đuôi trình tuyển rửa quặng Bauxite, Kỷ yếu Hội nghị khoa học Công nghệ lần thứ 11, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Khắc Hải (2008), Ảnh hưởng ô nhiễm Arsen nguồn nước sinh hoạt đến sức khỏe người, Viện Y học lao động Vệ sinh môi trường [5] Nguyễn Khắc Vinh (2009), Tài nguyên bauxite giới Việt Nam, Báo cáo Hội thảo khoa học Bộ Công Thương [6] Nguyễn Lê Tuấn Anh (2006), Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý Arsenic nước sinh hoạt oxyt nhơm hoạt tính, Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [7] Nguyễn Văn Phước (2004), Nghiên cứu sản xuất hỗn hợp chất keo tụ từ bã thải nhà máy hoá chất Tân Bình, suất 40 tấn/ tháng, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [8] Trần Minh Huấn (2006), Vài suy nghĩ phát triển bauxite Việt Nam, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, số 9/2006, tr [9] Võ Anh Tuấn (2004) Nghiên cứu công nghệ khả thi xử lý arsen nước ngầm phục vụ dân cư đô thị nông thôn Luận văn Thạc sỹ, Viện Môi trường Tài nguyên TP.HCM [10] Annual book of ASTM Standards (2000), Glass, Ceramic Whitewares [11] Handbook of ceramics, glasses and diamonds, McGraw - Hill Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  [12] ii  Luận văn thạc sĩ  Michael D LaGrega (2005), Hazardous waste management, 2nd Edition, McGraw - Hill [13] B Koumanova (1996), Phosphate removal from aqueous solutions using red mud wasted in bauxite Bayer’s process, University of Chemical Technology and Metallurgy, Bulgaria, Journal of Elsevier [14] Claudia Brunori (2004), Reused of treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility, Italy, Journal of Elsevier [15] E Lopez (1997), Adsorbent properties of red mud and its use for wastewater treatment, Spain, Journal of Elsevier [16] Maneesh Singh cộng (1997), Preparation os special cements from red mud, Tata Research Development and Design Centre, India [17] Nevin Yalce (1999), Utilization of bauxite in ceramic glazes, Sakarya University, Turkey [18] Nigamananda Das (2005), Defluoridation of drinking water using activated titanium rich bauxite, India, Journal of Elsevier [19] Nilza J´ustiz-Smith (2006), The potential application of red mud in the production of castings, University of Tecnology, Jamaica [20] P.B Bhakat (2006), Investigations on arsenic (V) removal by modified calcined bauxite, Indian Institude of Technology, India, Journal of Elsevier [21] R.E Browner (1994), The use of bauxite waste mud in the treatment of gold ores, Curtin University of Technology, Australia [22] Vincenzo M Sglavo (1999), Bauxite red mud in the ceramic industry, Italy, Journal of the European Ceramic Society Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  iii  Luận văn thạc sĩ  LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Trần Thị Ngọc Mai Ngày, tháng, năm sinh: 03/06/1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Địa liên lạc: 01 Nguyễn Khuyến – P5 – Đà Lạt – Lâm Đồng QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) Đại học - Chế độ học: Chính quy - Thời gian học: Từ 09/2004 đến 06/2008 - Nơi học: Trường Đại học Đà Lạt – Tp Đà Lạt - Ngành: Môi trường Cao học - Thời gian học: Từ 09/2009 đến - Nơi học: Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh - Chun ngành: Cơng nghệ Mơi trường Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ làm đến nay) - Thời gian công tác: Từ 01/2010 đến - Đơn vị công tác: Khoa Môi trường – Trường Đại học Đà Lạt - Chức vụ: Giảng viên Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  iv  Luận văn thạc sĩ  PHẦN PHỤ LỤC PHỤ LỤC DANH MỤC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ Trần Bảo Phúc, Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Nguyễn Thị Nhật Phương, Phan Đình Tuấn, Trần Thị Ngọc Mai, Ngô Văn Cờ (04/2010) The study on activating process of waste mud from Bao Loc – Lam Dong bauxite ore refining to use as adsorbent substances ion As5+ Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ – Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM Trần Bảo Phúc, Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Nguyễn Thị Nhật Phương, Phan Đình Tuấn, Trần Thị Ngọc Mai, Ngơ Văn Cờ (05/2010) The study on activating process of waste mud from Bao Loc – Lam Dong bauxite ore refining to use as adsorbent substances using Design – Expert sofware AUN/SEED-Net 2nd Regional Conference on Global Environment Ho Chi Minh City, Vietnam Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Trần Thị Ngọc Mai, Phan Đình Tuấn, Pag-asa Gaspillo (02/2011) A study on activating red mud and its use as arsenic (V) ions adsorbent substance using Design – Expert software 3rd Regional Conference on Chemical Engineering, Philippines, ISSN 2094 – 3237 Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Trần Bảo Phúc, Phan Đình Tuấn, Trần Thị Ngọc Mai Nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng bauxite mỏ bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ Arsen Tạp chí Khoa học Công nghệ, chấp thuận, chờ in Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Trần Thị Ngọc Mai (2010) A study on activating red mud and its use as arsenic (V) ions adsorbent substance ASEAN Engineering Journal Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai  v  Luận văn thạc sĩ  PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ ... hoạt hóa bùn đỏ thu sau quy trình Bayer thành chất hấp phụ Sau đó, nghiên cứu khả ứng dụng bùn đỏ hoạt hóa vào việc hấp phụ xử lý As(V) nước Nghiên cứu điều kiện tối ưu phường trình cân hấp phụ trình. .. chất hấp phụ hướng cần nghiên cứu Và để gia tăng khả hấp phụ bùn hoạt hóa phương pháp hiệu Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ HVTH: Trần Thị Ngọc Mai... TÀI: Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ sau q trình Bayer từ nhà máy Tân Bình thành chất hấp phụ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan bùn đỏ, ảnh hưởng đến môi trường cần thiết phải xử lý bùn Nghiên cứu