Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite bằng titan và sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý một số chất độc hại trong nước

Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite bằng titan và sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý một số chất độc hại trong nước Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite bằng titan và sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý một số chất độc hại trong nước luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Thanh Yến Phạm Thị Thanh Yến NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE BẰNG TITAN VÀ SẮT NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE VÀ SẮT OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ, XỬ LÝ MỘT SỐBẰNG CHẤTTITAN ĐỘC HẠI OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ,NƢỚC XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT ĐỘC HẠI TRONG TRONG NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Thị Thanh Yến NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE BẰNG TITAN VÀ SẮT OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ, XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT ĐỘC HẠI TRONG NƢỚC Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MINH NGỌC Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Minh Ngọc giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ, cho em kiến thức quí báu trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Trần Hồng Côn thầy, phịng thí nghiệm Hóa mơi trƣờng tận tình bảo hƣớng dẫn em suốt thời gian làm luận văn Cảm ơn phịng thí nghiệm Khoa Hóa học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ trình làm thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn bạn học viên, sinh viên làm việc phòng thí nghiệm Hóa mơi trƣờng giúp đỡ tơi q trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Phạm Thị Thanh Yến MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ASEN 1.1.1 Giới thiệu chung asen 1.1.2 Độc tính asen 1.1.3 Tính chất asen 1.1.4 Tình trạng nhiễm asen 1.1.4.1 Ô nhiễm asen giới 1.1.4.2 Ô nhiễm asen Việt Nam 1.1.5 Một số cơng nghệ xử lí asen 10 1.1.5.1 Công nghệ kết tủa, lắng, lọc 11 1.1.5.2 Oxi hoá/khử [16] 11 1.1.5.3 Công nghệ hấp phụ trao đổi ion 12 1.1.5.4 Các phƣơng pháp vật lý 12 1.2 CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ (AMONI, NITRAT, NITRIT) 13 1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm hợp chất Nitơ nƣớc 13 1.2.1.1 Tiêu chuẩn nồng độ hợp chất nitơ nƣớc giới Việt Nam 13 1.2.1.2 Hiện trạng ô nhiễm hợp chất Nitơ nƣớc 14 1.2.2 Tác hại hợp chất chứa nitơ thể ngƣời 14 1.3 PYROLUSITE VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG 15 1.3.1 Giới thiệu chung quặng pyrolusit 15 1.3.2 Sắt hydroxit/oxit tính chất hấp phụ 16 1.3.3 Mangan dioxit tính chất hấp phụ [3,6,8] 18 1.3.4 Titan đioxit 19 1.3.5 Ứng dụng quặng pyrolusite xử lý môi trƣờng 20 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 22 2.2 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 22 2.2.1 Dụng cụ 22 2.2.2 Hóa chất 22 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ÁP DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM 23 2.3.1 Xác định asen phƣơng pháp thủy ngân bromua 23 2.3.1.1 Nguyên tắc phƣơng pháp 23 2.3.1.2 Xây dựng đƣờng chuẩn Asen 23 2.3.2 Xác định amoni phƣơng pháp trắc quang 25 2.3.3 Xác định Nitrat (NO3- ) phƣơng pháp brucine 26 2.3.4 Xác định Nitrit (NO2-) 27 2.3.5 Xác định mangan sắt phƣơng pháp trắc quang 29 2.3.5.1 Xác định mangan phƣơng pháp trắc quang 29 2.3.5.2 Xác định sắt phƣơng pháp trắc quang 30 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ 31 2.4.1 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) [14] 31 2.4.2 Phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX hay EDS) 32 2.4.3 Phƣơng pháp tính tốn tải trọng hấp phụ cực đại 33 2.5 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ QUẶNG PYROLUSIT 34 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ QUẶNG PYROLUSIT 36 3.1.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng Pyrolusit 36 3.1.2 Hình thái cấu trúc vật liệu 37 3.2 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA QUẶNG TỰ NHIÊN VÀ CÁC VẬT LIỆU 40 3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ asen quặng tự nhiên 40 3.2.1.1 Thời gian cân hấp phụ quặng tự nhiên 40 3.2.1.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại quặng tự nhiên 41 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ asen vật liệu điều chế (M-1, M-2) 43 3.2.2.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu M-1 43 3.2.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-1 44 3.2.2.3 Khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu M-2 45 3.2.2.4 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-2 46 3.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI CỦA QUẶNG TỰ NHIÊN VÀ VẬT LIỆU 48 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ amoni quặng tự nhiên 48 3.3.1.1 Thời gian cân hấp phụ NH4+của quặng tự nhiên 48 3.3.1.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại quặng tự nhiên 49 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ Amoni vật liệu sau biến tính (M-1, M-2) 50 3.3.2.1 Thời gian cân hấp phụ vật liệu M-1 50 3.3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-1 52 3.3.2.3 Thời gian cân hấp phụ vật liệu M-2 53 3.3.2.4 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-2 54 3.3.2.5 Khảo sát hấp phụ amoni khả chuyển hóa thành nitrat nitrit vật liệu M-1 M-2 56 3.3.3 Tiến hành làm thực nghiệm dùng vật liệu M-2 để xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu 56 3.3.3.1.Phân tích hàm lƣợng amoni, nitat nitrit sau lọc giấy băng xanh: 57 3.3.3.2 Xử lý amoni, nitat nitrit cách cho chạy động với vật liệu M-2 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kết xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 100ppb .24 Bảng 2.2 Kết xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 - 1000 ppb 24 Bảng 2.3 Kết xác định dung dịch chuẩn NH4+ 26 Bảng 2.4 Kết xác định dung dịch chuẩn NO3- 27 Bảng 2.5 Kết xác định dung dịch chuẩn NO2- 28 Bảng 2.6 Kết xác định dung dịch chuẩn Mn .29 Bảng 2.7 Kết xác định dung dịch chuẩn Fe .31 Bảng 3.1 Lƣợng Fe3+ Mn2+ sau ngâm dung dịch axit HCl 36 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố quặng tự nhiên .39 Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố vật liệu M-1 39 Bảng 3.4 Thành phần nguyên tố vật liệu M-2 40 Bảng 3.5 Khảo sát thời gian cân hấp phụ quặng tự nhiên 40 Bảng 3.6 Tải trọng hấp phụ asen cực đại quặng tự nhiên 42 Bảng 3.7 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu M-1 43 Bảng 3.8 Kết tải trọng hấp phụ asen cực đại vật liệu M-1 44 Bảng 3.9 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ vật liệu M-2 45 Bảng 3.10 Kết tải trọng hấp phụ As cực đại vật liệu M-2 46 Bảng 3.11 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ quặng tự nhiên 48 Bảng 3.12 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại quặng tự nhiên 49 Bảng 3.13 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ Vật liệu M-1 .50 Bảng 3.14 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại quặng M-1 52 Bảng 3.15 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 53 Bảng 3.16 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại vật liệu M-2 54 Bảng 3.17 Kết khảo sát hấp phụ NH4+, NO3-, NO2- vật liệu M-1 M-2 56 Bảng 3.18 Nồng độ amoni, nitrat nitrit có nƣớc sơng Kim Ngƣu 57 Bảng 3.19 Nồng độ amoni, nitrat nitrit có nƣớc sơng Kim Ngƣu sau chạy động qua vật liệu M-2 .57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một mẫu lớn chứa asen tự nhiên Hình 1.2 Sự phân bố khu vực ô nhiễm asen giới Hình 1.3 Bản đồ khu vực nhiễm asen toàn quốc Hình 1.4 Cấu trúc pyrolusite 16 Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 19 Hình 2.1 Đƣờng chuẩn asen từ 10-100 ppb .24 Hình 2.2 Đƣờng chuẩn asen từ 100-1000 ppb 25 Hình 2.3 Đƣờng chuẩn NH4+ xác định phƣơng pháp trắc quang 26 Hình 2.4 Đƣờng chuẩn xác định NO3- phƣơng pháp brucine .27 Hình 2.5 Đƣờng chuẩn xác định NO2- 29 Hình 2.6 Đƣờng chuẩn Mangan xác định phƣơng pháp trắc quang 30 Hình 2.7 Đƣờng chuẩn sắt xác định phƣơng pháp trắc quang .31 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 32 Hình 2.9 Nguyên lý phép phân tích EDX 33 Hình 2.10 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .33 Hình 2.11 Đồ thị để xác định số pt Langmuir 34 Hình 3.1 Ảnh SEM quặng tự nhiên 37 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu M-1 38 Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu M-2 38 Hình 3.4 Biểu đồ EDX quặng tự nhiên .39 Hình 3.5 Biểu đồ EDX vât liệu M-1 39 Hình 3.6 Biểu đồ EDX vât liệu M-2 40 Hình 3.7 Khảo sát thời gian cân hấp phụ asen quặng tự nhiên .41 Hình 3.8 Đƣờng cong hấp phụ asen quặng tự nhiên 42 Hình 3.9 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir quặng tự nhiên với asen 42 Hình 3.10 Thời gian cân hấp phụ asen vật liệu M-1 43 Hình 3.11 Đƣờng cong hấp phụ asen vật liệu M-1 44 Hình 3.12 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-1 với asen 45 Hình 3.13 Thời gian cân hấp phụ asen vật liệu M-2 46 Hình 3.14 Đƣờng cong hấp phụ Asen vật liệu M-2 47 Hình 3.15 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-2 47 Hình 3.16 Thời gian cân hấp phụ NH4+ quặng tự nhiên 48 Hình 3.17 Đƣờng cong hấp phụ NH4+ quặng tự nhiên 50 Hình 3.18 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir quặng tự nhiên .50 Hình 3.19 Thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-1 .51 Hình 3.20 Đƣờng cong hấp phụ NH4+ M-1 .52 Hình 3.21 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-1 với NH4+ 53 Hình 3.22 Thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 .54 Hình 3.23 Đƣờng cong hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 55 Hình 3.24 Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-2 với NH4+ 55 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Số thứ tự Viết tắt Abs Absorbance - Đo hấp thụ quang EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy M-1 Pyrolusit đƣợc hoạt hóa HCl NaOH, H2O2 M-2 SEM Pyrolusit đƣợc hoạt hóa HCl NaOH, H2O2 có thêm Ti4+ Scanning Electron Microscopy Q (mg/g) Ct/Q (g/l) Hình 3.14 Đường cong hấp phụ Asen vật liệu M-2 Hình 3.15 Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-2 Từ đồ thị cho thấy ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại tƣơng tự nhƣ với quặng tự nhiên mục 3.2.1.2 vật liệu M-1 mục 3.2.2.2: Qmax = 1/0,214= 4,67 mg/g Nhƣ vậy, qua khảo sát tải trọng hấp phụ asen dƣới dạng As(V) quặng tự nhiên hai loại vật liệu M-1, M-2 cho thấy khả hấp phụ asen vật liệu M-2 cao nhất, điều lớp oxit/hydroxit MnO2 Fe(OH)3 sinh phủ bề mặt vật liệu làm cho bề mặt vật liệu xốp hơn, có thêm Ti4+ số tâm hấp phụ đƣợc tăng lên Đối với vật liệu M-1, lớp oxit/hydroxit MnO2 Fe(OH)3 sinh phủ bề mặt vật liệu làm cho bề mặt vật liệu xốp làm cho vật liệu hấp phụ asen tốt quặng tự nhiên 47 3.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI CỦA QUẶNG TỰ NHIÊN VÀ VẬT LIỆU 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ amoni quặng tự nhiên 3.3.1.1 Thời gian cân hấp phụ NH4+của quặng tự nhiên Cân 0,5g quặng cho vào bình nón có chứa 50ml dung dịch NH4+ 5ppm, đặt máy lắc với tốc độ 150 v/min nhiệt độ phòng xác định nồng độ NH4+ lại dung dịch khoảng thời gian 0,5 giờ, giờ, 1,5 giờ, giờ, 2,5 giờ, giờ, 3,5 giờ, giờ, xác định phƣơng pháp trắc quang ta đƣợc kết sau: Bảng 3.11 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ quặng tự nhiên Co(ppm) Ct(ppm) Hiệu suất(%) 5 0,5 4,616 7,7 4,378 12,4 1,5 4,221 15,6 4,081 18,4 2,5 3,978 20,4 3,768 24,6 3,5 3,751 24,9 3,778 24,4 C (ppm) T(giờ) Hình 3.16 Thời gian cân hấp phụ NH4+ quặng tự nhiên 48 Từ kết thấy sau khoảng thời gian giờ, trình hấp phụ amoni vật liệu hầu nhƣ đạt tới cân bằng; khảo sát tiến hành lắc 3.3.1.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại quặng tự nhiên Cân 0,5g quặng vào bình nón chứa 50ml dung dịch NH4+ nồng độ: 5ppm; 10ppm; 20ppm; 30ppm; 40ppm; 50ppm; 60ppm; 70ppm; 80ppm; 100ppm Lắc giờ, lọc xác định nồng độ NH4+ lại dung dịch, ta đƣợc kết sau: Bảng 3.12 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại quặng tự nhiên Co(ppm) Ct(ppm) Q(mg/g) Ct/Q (g/l) 3.555 0.144 24.606 10 7.477 0.252 29.629 20 15.922 0.408 39.049 30 24.271 0.573 42.369 40 33.180 0.682 48.654 50 41.960 0.804 52.190 60 51.386 0.861 59.654 70 61.232 0.877 69.837 80 71.358 0.864 82.572 100 91.567 0.843 108.582 49 Q (mg/g) Ct/Q (g/l) Hình 3.17 Đường cong hấp phụ NH4+ quặng tự nhiên Hình 3.18 Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir quặng tự nhiên Từ đồ thị thấy động học hấp phụ amoni vật liệu gần với trình hấp phụ đơn lớp tuân theo gần với phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Vì xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo Langmuir giá trị Qmax đƣợc xác định: Qmax = 1/0.857= 1,17 mg/g 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ Amoni vật liệu sau biến tính (M-1, M-2) 3.3.2.1 Thời gian cân hấp phụ vật liệu M-1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ amoni vật liệu M-1 ta làm tƣơng tự nhƣ với quặng tự nhiên khoảng thời gian 0,5 giờ, giờ, 1,5 giờ, giờ, 2,5 50 giờ, giờ, 3,5 giờ, , xác định phƣơng pháp trắc quang sử dụng đƣờng chuẩn (III) Kết nhƣ sau: Bảng 3.13 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ Vật liệu M-1 Co(ppm) Ct(ppm) Hiệu suất(%) 5 0,5 3.557 28.865 2.962 40.757 1,5 2.746 45.081 2.643 47.135 2,5 2.578 48.432 2.519 49.622 3,5 2.540 49.189 2.524 49.513 C (ppm) T(giờ) T(giờ) Hình 3.19 Thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-1 Từ kết chúng tơi thấy q trình hấp phụ amoni vật liệu hầu nhƣ đạt tới cân bằng; khảo sát tiến hành lắc 51 3.3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-1 Tiến hành lắc làm tƣơng tự nhƣ khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại quặng tự nhiên, ta đƣợc kết sau: Bảng 3.14 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại quặng M-1 Ct(ppm) Q(mg/g) Ct/Q (g/l) 1.934 0.307 6.309 10 5.268 0.473 11.136 20 11.291 0.871 12.965 30 19.069 1.093 17.446 40 27.494 1.251 21.984 50 35.767 1.423 25.130 60 44.795 1.520 29.460 70 54.372 1.563 34.790 80 64.465 1.553 41.498 100 85.105 1.4895 57.137 Q (mg/g) Co(ppm) Hình 3.20 Đường cong hấp phụ NH4+ M-1 52 Ct/Q (g/l) Hình 3.21 Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-1 với NH4+ Từ đồ thị cho thấy ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại tƣơng tƣ nhƣ xác định với quặng tự nhiên: Qmax = 1/0.557 = 1,79 mg/g 3.3.2.3 Thời gian cân hấp phụ vật liệu M-2 Tiến hành khảo sát thời gian cân hấp phụ amoni vật liệu M-2 làm tƣơng tự nhƣ khảo sát với quặng tự nhiên vật liệu M-1 khoảng thời gian khác gian 0,5 giờ, giờ, 1,5 giờ, giờ, 2,5 giờ, giờ, 3,5 giờ, nhau, sử dụng đƣờng chuẩn (III) ta thu đƣợc kết nhƣ sau: Bảng 3.15 Kết khảo sát thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 T(giờ) Co(ppm) Ct(ppm) Hiệu suất(%) 5 0,5 3.935 21.297 3.778 24.432 1,5 3.659 26.811 3.567 28.648 2,5 3.503 29.946 3.422 31.568 3,5 3.395 32.108 3.389 32.216 53 C (ppm) Hình 3.22 Thời gian cân hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 Từ kết chúng tơi thấy q trình hấp phụ amoni vật liệu M-2 hầu nhƣ đạt tới cân bằng; khảo sát tiến hành 3.3.2.4 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-2 Tƣơng tự nhƣ vật liệu M-1 quặng tự nhiên ta tiến hành khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu M-2 xác định nồng độ NH4+ lại dung dịch, ta đƣợc kết sau: Bảng 3.16 Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại vật liệu M-2 Co(ppm) Ct(ppm) Q(mg/g) Ct/Q (g/l) 3.221 0.178 18.111 10 6.959 0.304 22.891 20 14.522 0.548 26.512 30 21.913 0.809 27.095 40 29.605 1.039 28.479 50 37.652 1.235 30.493 60 45.699 1.430 31.957 70 54.447 1.555 35.007 80 63.689 1.631 39.049 100 83.597 1.640 50.965 54 Q (mg/g) Ct/Q (g/l) Hình 3.23 Đường cong hấp phụ NH4+ vật liệu M-2 Hình 3.24 Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu M-2 với NH4+ Từ đồ thị ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại : Qmax = 1/0.336= 2.97 mg/g Nhƣ vậy, sau khảo sát khả hấp phụ asen amoni quặng pyrolusit tự nhiên quặng pyrolusit biến tính ta thấy khả hấp phụ amoni asen vật liệu M-2 tốt Vật liệu M-1 quặng tự nhiên Việc tạo lớp phủ MnO2 Fe(OH)3 sinh bề mặt quặng cải thiện khả hấp phụ vật liệu, đồng thời nhờ có mặt Titan làm cho vật liệu M-2 có nhiểu tâm dƣơng hấp phụ Để giải thích cho điều tơi tiếp tục làm thí nghiệm để chứng minh có mặt ion NO3- NO2- trình hấp phụ amoni vật liệu 55 3.3.2.5 Khảo sát hấp phụ amoni khả chuyển hóa thành nitrat nitrit vật liệu M-1 M-2 Ngâm 0,5 gam vật liệu M-1 M-2 vào bình đựng 50 ml dung dịch amoni 5ppm, tiến hành lắc Sử dụng đƣờng chuẩn (III), (IV), (V) để xác định dạng Nitơ Bảng 3.17 Kết khảo sát hấp phụ NH4+, NO3-, NO2- vật liệu M-1 M-2 Vật liệu C NH4+ (ppm) C NO3-(ppm) C NO2-(ppm) M-1 3.42 0.28 0.43 M-2 3.069 0.25 0.39 Nhƣ vậy, qua kết ta thấy vật liệu M-2 hấp phụ amoni song đồng thời có chuyển hóa thành nitrat nitrit tốt vật liệu M-1, đồng thời trình hấp phụ amoni ngồi chuyển hóa thành nitrat nitrit cịn có chuyển hóa thành khí N2 Do bề mặt vật liệu có lớp phủ MnO2 , có mặt oxi khơng khí MnO2 chất xúc tác mạnh MnO2 + O2 → MnO2.O2 Khi bị hấp phụ lên MnO2 (Mn obital trống nên dễ bị kích thích tạo phần tích điện dƣơng bề mặt, hút O2), cấu trúc điện tử O2 sau bị ảnh hƣởng, bị phân cực so với dạng tự ban đầu liên kết MnO2 O2 Chính O2 dạng hoạt động tác nhân oxi hóa MnO2.O2 + hv  MnO2.O2* + H2O  MnO2 + OH* OH* tác nhân oxi hóa cực mạnh, oxi hóa NH4+ thành NO3- , NO2- N2 Vì vậy, chúng tơi chọn vật liệu M-2 làm thực nghiệm để xử lý amoni nƣớc sông Kim Ngƣu 3.3.3 Tiến hành làm thực nghiệm dùng vật liệu M-2 để xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu Địa điểm lấy nƣớc: Số 100, Kim Ngƣu, Hai Bà Trƣng, Hà Nội Thời gian: 7h sáng ngày 16 tháng năm 2015 Tiến hành lọc nƣớc sông giấy lọc băng xanh để loại bỏ chất rắn lơ lửng 56 3.3.3.1.Phân tích hàm lượng amoni, nitat nitrit sau lọc giấy băng xanh: Quy trình phân tích làm tƣơng tự nhƣ ta thu đƣợc kết sau: Bảng 3.18 Nồng độ amoni, nitrat nitrit có nƣớc sơng Kim Ngƣu C NH4+ (ppm) C NO3-(ppm) C NO2- (ppm) 27.85 11.33 1.24 3.3.3.2 Xử lý amoni, nitat nitrit cách cho chạy động với vật liệu M-2 Dùng buret 25ml, đƣờng kính buret 1cm Cho vật liệu M-2 vào buret với chiều cao vật liệu 6cm Nạp cột đƣờng ƣớt Đo cố định tốc độ chảy 1,3 ml/ph Tiến hành cho chạy nƣớc sơng qua buret có sẵn vật liệu M-2 với tốc độ 1,3 ml/phút Lấy dung dịch sau cột theo phân đoạn phân tích hàm lƣợng ion amoni, nitrat nitrit , ta thu đƣợc kết sau: Bảng 3.19 Nồng độ amoni, nitrat nitrit có nƣớc sơng Kim Ngƣu sau chạy động qua vật liệu M-2 C NH4+ (ppm) C NO3-(ppm) C NO2- (ppm) 9.92 2.67 0.55 So sánh kết bảng 3.18 bảng 3.19, ta thấy nồng độ ba ion , NO2- phân đoạn cuối (tƣơng đƣơng thể tích 1200 ml) giảm, , chứng tỏ có chuyển hóa thành , NO2-, đồng thời ba ion bị hấp phụ vật liệu Khi tính tốn tổng nồng độ nitơ trƣớc sau qua cột có giảm rõ ràng; điều lý giải sinh khí N2 q trình oxi hóa xúc tác MnO2 oxi hòa tan dung dịch Kết đƣợc số cơng trình nghiên cứu nhắc tới Nhƣ vậy, qua kết phân tích thấy nồng độ ion nƣớc sông Kim Ngƣu sau cho chạy động giảm đáng kể, nồng độ amoni giảm đáng kể 57 KẾT LUẬN Trong q trình thực đề tài “Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite titan sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý số chất độc hại nước”, thu đƣợc số kết sau: Chứng minh đƣợc khả hấp phụ asen amoni pyrolusit tự nhiên Tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt 2.43 mg/g 1.17 mg/g Vật liệu đƣợc biến tính cách phủ lớp oxit/hydroxit MnO2 Fe(OH)3 lên bề mặt quặng giúp nâng cao tải trọng hấp phụ asen amoni với tải trọng hấp phụ cực đại thu đƣợc lần lƣợt 3.46 mg/g 1.79 mg/g Vật liệu đƣợc biến tính cách thêm Ti4+ lên lớp phủ bề mặt quặng làm khả hấp phụ asen amoni tốt so với quặng tự nhiên vật liệu biến tính M-1 có mặt Titan làm cho vật liệu M-2 có nhiểu tâm dƣơng hấp phụ hơn, với tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt 4.67 mg/g 2.97 mg/g Tiến hành xử lý nƣớc sông Kim Ngƣu với vật liệu M-2 ta thu đƣợc kết quả: hàm lƣợng ion amoni, nitrat nitrit nƣớc sông giảm đáng kể Đồng thời trình hấp phụ amoni vật liệu cịn có khả có chuyển hóa thành nitrat, nitrit khí Nitơ Các kết nghiên cứu thu đƣợc vật liệu hấp phụ asen, amoni có dung lƣợng cao khả ứng dụng thực tiễn tốt Đây tiền đề để thời gian tới khảo sát kỹ yếu tố ảnh hƣởng, chế hấp phụ asen vật liệu, nhƣ triển khai chế tạo vật liệu hấp phụ phục vụ cho nhu cầu xử lý asen amoni ngƣời dân 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt PGS TS Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý, NXB Đại học quốc gia Hà Nội Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ photpho, Nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nhà xuất Thống Kê, Hà Nội Trần Hồng Côn, Đồng Kim Loan (2003), Bài giảng Độc học Môi trường, Khoa Hóa học, trƣờng ĐH Khoa học Tự Nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội Nguyễn Tinh Dung (2003), “Phản ứng ion dung dịch nƣớc”, Hóa học phân tích, Phần 2, NXB Giáo dục, Hà Nội Phạm Thị Hạnh, Phạm Văn Tình, Đinh Khắc Tùng (2010), “Điện phân MnO2 từ quặng tự nhiên pyrolusit cho xử lý asen nƣớc giếng khoan”, Tạp chí Hóa Học, 48 (2C), tr 290 – 294 Nguyễn Ngọc Khánh (2010), Nghiên cứu xử lý hợp chất asen photphat nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố đinh Zr(IV) Luận văn thạc sĩ, Hóa mơi trƣờng, Trƣờng ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Hồng Nhâm (2002), Hóa học vơ cơ, Tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội Hồng Nhâm (2002), Hóa học vô cơ, Tập 2, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Hà Minh Ngọc, Lê Thanh Sơn, Lại Thị Hà(2009), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hỗn hợp Fe(OH)3-MnO2 để xử lí asen nguồn nước, Khoa Hóa học, trƣờng ĐH Khoa học Tự Nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 11 Aylin SÖNMEZAY, M SALIM ÖNCEL, Nihal BEKTAŞ(2012), “Adsorption of lead and cadmium ions from aqueous solutions using manganoxide minerals”, Trans Nonferrous Met Soc China, 22, 3131−3139 12 Babloe Chander, Nguyen Thi Phuong Thao, Nguyen Quy Hoa (2004), “Random Survey of Arsenic Contamination in Tubewell Water of 12 Provinces in 59 Vietnam and INitially Human Health Arsenic Risk Assessment through Food Chain”, Chƣơng trình hội nghị khoa học - Trƣờng ĐHKHTN chủ đề “Những vấn đề Khoa học Công nghệ liên quan đến ô nhiễm asen-hiện trạng, ảnh hưởng đến sức khoẻ công nghệ xử lý”, Hà Nội 13 Dinesh Mohan, Charles U Pittman Jr (2007),“Arsenic removal from water/wasterwater using adsorbents – A critical review”, Journal of Hazardous Materials, 142, pp 1-53 14 Fujishima Akira et al (1999) , “Study on the photocatalytic degradation of insecticide methomyl in water”, Desalination, 262, pp 283-234 15 Fu- Shen Zhang, Hideaki Itoh (2006), “Iron oxide- loaded slag for arsenic removal from aqueous system”, Chemosphere, Volume 60, pp 319- 325 16 Ghurye, Ganesh and Dennis Clifford (2001), “Laboratory Study on the Oxidation of Arsenic III to Arsenic V EPA 600-R-01-021”, Prepared under contract 8C-R311-NAEX for EPA ORD, March 2001 17 Ioannis A Katsoyiannis, Anastasios I Zouboulis (2002), “Removal of Arsenic from Contaminated Water Sourse by Sorption onto Iron-oxide-coated Polymeric Materials”, Water Research, 36, 5141-5155 18 Monique Bissen, Fritz H Frimmel (2003), “ Oxidation of Arsenic and its Removal in Water Treatment”, Acta hydrochimica et hydrobiologica , Volume 31, No2, pp 97-107 19.Tatineni Balaji , T.Yokoyama, Hideyuki Matsunaga (2005), “Adsorption and removal of As(V) and As(III) using Zr-loaded lysine diacetic acid chelating resin”, Chemosphere, 59, pp 1169–1174 20 The Society of Environmental Geochemistry and Health (SEGH) (1998), The Proceeding of 3th International conference on arsenic exposure and health effects, California 21 Ting Liu, Kun Wuc, Lihua Zeng(2012), “Removal of phosphorus by a composite metal oxide adsorbent derived from manganese ore tailings”, Journey of Hazardous Materials 217-218, pp.29-35 60 22 Virender K Sharma, Mary Sohn (2009), “Aquatic arsenic: Toxicity, speciation, transformations, and remediation”, Environment International, 35, pp 743– 759 61 ... Phạm Thị Thanh Yến NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE BẰNG TITAN VÀ SẮT OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ, XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT ĐỘC HẠI TRONG NƢỚC Chun ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN... triển vật liệu tối ƣu nhất, kinh tế để xử lý nguồn nƣớc bị nhiễm amoni, kim loại nặng, nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite titan sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý số chất. .. TẠO VẬT LIỆU TỪ QUẶNG PYROLUSIT 34 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ QUẶNG PYROLUSIT 36 3.1.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng