Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm xử lí môi trường

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRẦN THỊ HUẾ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ RƠM VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MƠI TRƢỜNG Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Thiềng Thái Nguyên, năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm thử nghiệm xử lí mơi trường ” thân thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai thật xin chịu trách nhiệm Thái nguyên, tháng 08 năm 2011 Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu kim loại nặng 1.1.2 Tác dụng sinh hóa kim ại lonặng đối với người và môi trườ ng 1.1.3 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghi ệp 1.1.4 Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nă ng ̣ 1.2 Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phu ̣ 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Các mô hình quá trình hấp phụ 10 1.3 Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 17 1.3.1 Nguyên tắc 17 1.3.2 Phương pháp đường chuẩn 17 1.4 Giới thiệu rơm 18 1.4.1 Diễn biến sản xuất lúa Việt Nam 18 1.4.2 Thành phần rơm 19 1.4.3 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP 20 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 Thiết bị và hóa chất 22 2.1.1 Thiết bị 22 2.1.2 Hoá chất 22 2.2 Chế tạo VLHP từ rơm 22 2.2.1 Quy trình chế tạo VLHP từ rơm 22 2.2.2 Khảo sát số đặc điểm bề mặt VLHP 23 2.3 Dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 24 2.4 Phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 26 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.4.1 Khảo sát khả hấp phụ NL và VLHP Cr(VI), Cu(II), Ni(II) 27 2.4.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Cr(VI), Cu(II), Ni(II) VLHP 27 2.5 Khảo sát khả tách loại thu hồi kim loại nặng phƣơng pháp hấp phụ động cột 30 2.5.1 Chuẩn bị cột hấp phụ 30 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng 31 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit giải hấp 31 2.6 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ 31 2.7 Xử lý mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 32 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết khảo sát khả hấp phụ NL, VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 33 3.2 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 33 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP 33 3.2.2 Ảnh hưởng pH 35 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 37 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 38 3.2.5.Khảo sát ảnh hưởng số ion đến khả hấp phụ Cu(II), Ni(II) Cr(VI) VLHP 39 3.2.6 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 40 3.3 Phƣơng trình động học 45 3.4 Kết khảo sát khả tách loại thu hồi kim loại nặng phƣơng pháp hấp phụ động cột 49 3.4.1 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng 49 3.4.2 Kết giải hấp thu hồi kim loại 52 3.5 Tái sử dụng vật liệu 54 3.6 Kết xử lí mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của số ion kim loại Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối 16 Bảng 1.3: Sản xuất, xuất lúa gạo Việt Nam 19 Bảng 1.4: Thành phần hóa học của rơm 19 Bảng 1.5: Thành phần tro của rơm 19 Bảng 1.6: Thành phần nguyên tố rơm……………………… ……………… 20 Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử lửa của nguyên tố Cr, Cu, Ni 25 Bảng 2.2: Sự phụ thuộc củamật độ quang vào nồng độ Cr(VI) 25 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) 26 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) 26 Bảng 3.1: Khả hấp phụ của NL, VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 33 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP 34 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 35 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 37 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 38 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới hấp phụ Cu(II) Ni(II) 39 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của SO42- , NO3- tới hấp phụ Cr(VI) 40 Bảng 3.8: Các thông số hấp phụ Cu(II), Ni(II) Cr(VI) của VLHP 42 Bảng 3.9: Các số hấp phụ Langmuir của VLHP 44 Bảng 3.10: Các thông số hấp phụ của Cu(II) 45 Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Ni(II) 45 Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) 47 Bảng 3.13: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 48 Bảng 3.14: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 48 Bảng 3.15: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khỏi cột hấp phụ ứng với tốc độ dòng khác 49 Bảng 3.16: Kết giải hấp ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 52 Bảng 3.17: Khả hấp phụ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP VLHP tái sinh 55 Bảng 3.18: Hiệu suất hấp phụ ion Cu(II), Ni(II) Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần VLHP tái sinh lần 55 Bảng 3.19: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải 57 Bảng 3.20: Nồng độ nước thải chứa Cu(II), Ni (II), Cr(VI) sau khỏi cột hấp phụ 58 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Mơ hình cột hấp phụ 14 Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ x = H cột hấp phụ theo thời gian 16 Hình 2.1: Phổ IR của NL 23 Hình 2.2: Phổ IR của VLHP 23 Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của NL 24 Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của VLHP 24 Hình 2.5: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 25 Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) 26 Hình 2.7: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 26 Hình 3.1: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào khối lượng VLHP 34 Hình 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH 35 Hình 3.3: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian 37 Hình 3.4: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nhiệt độ 38 Hình 3.5: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới hấp phụ Cu(II) 39 Hình 3.6: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới hấp phụ Ni(II) 41 Hình 3.7: Ảnh hưởng của SO42- , NO3- tới hấp phụ Cr(VI) 41 Hình 8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP 43 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Cu(II) 43 Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP Ni(II) 43 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni (II) 43 Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP Cr(VI) 44 Hình 3.13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Cr(VI) 44 Hình 3.14: Đồ thị phương trình động học bậc ( a) bậc (b) của Cu(II) 45 Hình 3.15: Đồ thị phương trình động học bậc ( a) bậc (b) của Ni(II) 46 Hình 3.16: Đồ thị phương trình động học bậc ( a) bậc (b) của Cr(VI) 47 Hình 3.17: Nồng độ của Cu(II) ứng với tốc độ dòng khác 50 Hình 3.18: Nồng độ của Ni (II) ứng với tốc độ dòng khác 50 Hình 3.19: Nồng độ của Cr(VI) ứng với tốc độ dòng khác 50 Hình 3.20: Kết giải hấp Cu(II) 53 Hình 3.21: Kết giải hấp Ni(II) 53 Hình 3.22: Kết giải hấp Cr(VI) 53 Hình 3.23: Đường cong thoát của Cu(II) ứng với VLHP VLHP tái sinh 56 Hình 3.24: Đường cong của Ni(II) ứng với VLHP VLHP tái sinh 56 Hình 3.25: Đường cong của Cr(VI) ứng với VLHP VLHP tái sinh 57 Hình 3.26: Đường cong thoát của mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni (II), Cr(VI) 59 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Nước hợp chất liên quan trực tiếp rộng rãi đến sống trái đất Một vài thập niên gần đây, phát triển của khoa học kỹ thuật, kinh tế sức sản xuất nhằm đáp ứng bùng nổ dân số, lượng nước dùng cho sản xuất, sinh hoạt tăng lên nhiều kéo theo gia tăng lượng nước thải chứa tạp chất có hại đưa trở lại nguồn nước Một tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước kim loại nặng Một số phương pháp đề xuất cho loại bỏ kim loại nặng phương pháp hoá học, phương pháp sinh học, phương pháp hoá lý,… Tuy nhiên, phương pháp xét mặt kinh tế thường tốn kém, cơng nghệ xử lí phức tạp Thời gian gần việc sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) có nguồn gốc thực vật để tách loại kim loại từ nước thải nhiều nhà khoa học quan tâm Ưu điểm của phương pháp là: chi phí thấp, q trình xử lí đơn giản thân thiện với môi trường Hiện nay, Việt Nam nước xuất gạo đứng thứ hai giới Từ năm 2002 đến trung bình nước ta sản xuất 34 triệu thóc/năm Năm 2008 sản lượng lúa đạt 38,6 triệu tấn, chiếm 5,6% sản lượng lúa gạo tồn cầu Do đó, hàng năm nước ta thải khoảng 55 triệu rơm rạ Số rơm rạ phần làm phân bón sinh học, phần cịn lại chủ yếu đốt bỏ cánh đồng gây lãng phí ảnh hưởng đến mơi trường Nếu tận dụng nguồn rơm rạ để chế tạo VLHP nhằm xử lí nước thải có ý nghĩa to lớn nhiều mặt Xuất phát từ thực tế đó, chúng tơi thực đề tài: “ Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm xử lí mơi trường ” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong đề tài tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Chế tạo nguyên liệu (NL) VLHP từ rơm - Khảo sát số đặc điểm bề mặt của NL VLHP phổ IR ảnh chụp SEM - Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ của VLHP chế tạo theo phương pháp hấp phụ tĩnh - Khảo sát khả tách loại thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP chế tạo theo phương pháp hấp phụ động cột - Khảo sát khả tái sử dụng VLHP - Sử dụng VLHP chế tạo thử xử lý mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu kim loại nặng Kim loại nặng kim loại có tỷ trọng lớn 5g/cm Kim loại nặng được chia làm loại: kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc dạng nguyên tố tự nguy hiểm sinh vật sống dạng cation khả gắn kết với chuỗi cacbon ngắn dẫn đến tích tụ thể sinh vật sau nhiều năm Ở hàm lượng nhỏ số kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể người sinh vật phát triển bình thường, có hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao ngun nhân gây nhiễm mơi trường Các kim loại nặng vào thể qua đường hơ hấp, tiêu hóa qua da Khi đó, chúng tác động đến trình sinh hóa nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Về mặt sinh hóa, kim loại nặng có lực lớn với các nhóm –SH, -SCH3 của nhóm enzym thể Vì thế, enzym bị hoạt tính, cản trở q trình tổng hợp protein của thể [5, 9] 1.1.2 Tác dụng sinh hóa kim ại lo nặng đối với người vamơi ̀ trường 1.1.2.1.Tác dụng sinh hố của crom Nước thải từ công nghiệp mạ điện , công nghiệp khai thác mỏ , nung đốt các nhiên liệu hoá thạch, nguồn gốc gây ô nhiễm crom Crom có thể Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn có mặt nước mặt nước ngầm Crom nước thải thường gặp ở dạng Cr(III) Cr(VI) Cr(III) độc nhiều so với Cr(VI) Với hàm lượng nhỏ Cr(III) cần cho thể, Cr(VI) lại độc nguy hiểm Crom xâm nhập vào thể theo ba đường da Qua nghiên cứu thấy rằng : hô hấp , tiêu hoá và , crom có vai trò quan tr ọng việc chuyển hoá glucozơ Tuy nhiên với hàm lượng cao crom làm kết tủa protein, axit nucleic và ức chế hệ thống enzym bản Crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da loét da , viêm da tiếp xúc , loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thận, ung thư phởi, [4] 1.1.2.2 Tác dụng sinh hố của đồng Trong công nghiệp, đồng kim loại màu quan trọng nhất, dùng chủ yếu công nghiệp điện, ngành thuộc da, công nghiệp nhuộm, y học,… Đối với thể người, đồng nguyên tố vi lượng cần thiết tham gia vào trình tạo hồng cầu thành phần của nhiều enzym thể Nếu thiếu đồng ảnh hưởng đến phát triển của thể Tuy nhiên tích tụ đồng với hàm lượng cao gây độc cho thể Khi thể bị nhiễm độc đồng gây số bệnh thần kinh, gan, thận, lượng lớn hấp thụ qua đường tiêu hố gây tử vong [8, 2] 1.1.2.3 Tác dụng sinh hoá của niken Niken ứng dụng rộng rãi công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất thuỷ tinh, gốm, sứ… Niken xâm nhập vào thể người chủ yếu qua đường hô hấp Khi bị nhiễm độc niken , enzym mất hoạt tí nh , cản trở trình tổng hợp protein của thể , gây các triệu chứng khó chịu , b̀n nơn , đau đầu ; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi , hệ thần kinh trung ương , gan, thận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 52 3.4.2 Kết giải hấp thu hồi kim loại Bảng 3.16: Kết giải hấp ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Co= 151,867(mg/l) Co= 151,250(mg/l) Co=155,483 (mg/l) Nồng độ axit HCl giải hấp (M) BV C=0,5 C=1,0 C=1,5 C=0,5 C=1,0 C=1,5 C=0,5 C=1,0 C=1,5 Nồng độ thoát (mg/l) 826,45 897,34 183,09 117,54 942,52 978,32 995,53 1035,46 114,04 125,00 131,80 78,24 183,27 166,23 132,07 74,78 82,02 90,13 18,63 15,92 7,95 24,73 20,31 19,76 15,26 17,98 19,56 3,81 1,25 0,43 2,64 1,27 0,92 5,79 8,16 9,47 0,78 0,34 0,00 0,37 0,26 0,00 4,65 5,16 5,56 0,25 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,42 4,86 5,18 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4,09 4,49 4,81 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,72 4,25 4,65 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,02 3,44 4,26 10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,77 2,26 2,72 11 - - - - - - 1,42 1,84 2,14 12 - - - - - - 0,98 1,32 1,77 13 - - - - - - 0,21 0,72 1,16 14 - - - - - - 0,13 0,16 0,53 15 - - - - - - 0,22 0,25 0,51 “-” : Khơng thực thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 53 Hình 3.20: Kết giải hấp Cu(II) Hình 3.21: Kết giải hấp Ni(II) Hình 3.22: Kết giải hấp Cr(VI) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 54 Nhận xét: Kết cho thấy dùng dung dịch HCl để tiến hành giải hấp thu hồi ion Cu(II), Ni(II) Cr(VI) cho hiệu tương đối tốt Hầu hết ion kim loại giải hấp Bed-volume đầu Trong cùng điều kiện thí nghiệm, khả rửa giải Cu(II), Ni(II) cao so với Cr(VI) Trong khoảng nồng độ axit HCl khảo sát: 0,5M; 1,0M; 1,5M , nồng độ axit HCl lớn khả giải hấp ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP tốt 3.5 Tái sử dụng vật liệu Kết thực nghiệm bảng 3.17; 3.18 hình 3.23; 3.24; 3.25 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 55 Bảng 3.17: Khả hấp phụ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP VLHP tái sinh Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Co= 151,867(mg/l) Co= 151,250(mg/l) Co=155,483 (mg/l) VLHP BV VLHP Mới Tái sinh Lần Lần VLHP Tái sinh VLHP Mới Lần Lần VLHP VLHP Mới Tái sinh Lần Lần Nồng độ thoát (mg/l) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,95 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,63 2,18 8,67 1,34 3,04 6,84 2,45 5,31 9,72 11,75 12,11 32,54 4,15 12,41 23,52 9,78 17,29 31,39 39,56 47,72 59,12 5,23 25,93 36,47 15,34 37,27 44,25 60,35 81,14 90,96 23,45 43,74 51,92 34,56 41,73 53,28 64,47 89,91 97,54 38,24 57,24 63,52 42,34 52,80 61,37 64,91 93,16 100,44 41,13 59,23 64,83 45,87 63,24 70,42 67,63 96,75 102,19 41,42 59,15 65,14 46,32 63,14 70,46 67,72 96,58 102,28 10 42,36 59,37 65,11 46,34 63,22 70,38 67,72 96,67 102,11 Bảng 3.18: Hiệu suất hấp phụ ion Cu(II), Ni(II) Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần VLHP tái sinh lần Ion Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Ho(%) 87,01 83,93 71,33 H1(%) 78,92 77,26 60,37 H2 (%) 75,15 72,81 55,05 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 56 Ho : Hiệu suất của trình hấp phụ VLHP H1: Hiệu suất của trình hấp phụ VLHP tái sinh lần H2: Hiệu suất của trình hấp phụ VLHP tái sinh lần Hình 3.23: Đƣờng cong thoát Cu(II) ứng với VLHP VLHP tái sinh Hình 3.24: Đƣờng cong Ni(II) ứng với VLHP VLHP tái sinh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 57 Hình 3.25: Đƣờng cong Cr(VI) ứng với VLHP VLHP tái sinh Nhận xét: Các kết khảo sát thu cho thấy, VLHP sau tái sinh khả tách loại ion kim loại tốt So với VLHP hiệu suất tách loại của VLHP tái sinh giảm không đáng kể Kết xử lí mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 3.6 - Phương pháp tĩnh: Bảng 3.19: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nƣớc thải Ion Co Ccb1 (mg/l) (mg/l) Cu(II) 24,50 4,26 82,61 Nd 100,00 - - Ni(II) 57,06 17,28 69,71 5,29 78,41 0,18 99,68 Cr(VI) 13,75 8,49 38,26 2,34 82,98 Nd 100,00 H1 (%) Ccb2 (mg/l) H2 (%) Ccb3 (mg/l) H3 (%) Nd : Nằm giới hạn phát của máy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 58 Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy, VLHP có khả tách loại ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải tương đối tốt Các mẫu nước thải chứa ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) với nồng độ đầu 24,50 mg/l; 57,06 mg/l 13,75 mg/l sau hấp phụ lần hiệu suất hấp phụ của VLHP 82,61%, 69,71% 38,26 Khi hấp phụ lần hai Cu(II) lần ba Ni(II), Cr(VI) nồng độ ion kim loại đạt tiêu chuẩn cho phép nước thải đổ vào các khu vực lấy nước cung cấp cho sinh hoạt theo QCVN 24:2009/BTNMT - Phương pháp động Khảo sát khả tách loạiCu(II), Ni(II) Cr(VI) Kết bảng 3.20 hình 3.26 Bảng 3.20: Nồng độ nƣớc thải chứa Cu(II), Ni (II), Cr(VI) sau khỏi cột hấp phụ Bedvolume Cu(II) Ni(II) Co= 24,50 mg/l) Co= 57,06 (mg/l) Cr(VI) Co= 13,75 (mg/l) Nồng độ thoát (mg/l) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3,49 0,00 9,27 4,62 2,68 14,32 5,73 6,35 17,64 8,28 9,72 18,29 8,63 10,13 18,43 9,04 10 10,12 18,37 9,25 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 Hình 3.26: Đƣờng cong thoát mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Kết cho thấy VLHP chế tạo có khả hấp phụ (tách loại) tốt ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) cột Nồng độ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) mẫu nước thải sau Bed - Volume đầu Cu(II); sau Bed Volume đầu Ni(II); sau Bed - Volume Cr(VI); tăng dần Bed – Volume sau Các kết thực nghiệm cho thấy nghiên cứu ứng dụng VLHP thực tiễn để xử lý nguồn nước thải có chứa Cu(II), Ni(II) Cr(VI) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm, rút số kết luận sau: Đã chế tạo được VLHP từ ng̀n nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp là rơm thông qua quá trì nh xử lý hoá học bằng axit n itric natri hiđroxit Đã xác đị nh đư ợc một số đặc điểm bề mặt của VLH được bằng phở hờng ngoại (IR) kính hiển vi điện tử quét P chế tạo (SEM) Các kết nhận cho thấy VLHP chế tạo có tâm hấp phụ có độ xốp lớn NL Đã khảo sát khả hấp phụ của NL VLHP ion Cu(II), Ni(II) Cr(VI) theo phương pháp hấp phụ tĩnh Kết cho thấy: NL VLHP hấp phụ ion kim loại dung dịch nước Tuy nhiên, khả hấp phụ của VLHP tốt NL Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ của VLHP Cu(II), Ni(II) Cr(VI) theo phương pháp hấp phụ tĩnh Các kết thu được: - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP cho thấy, khối lượng VLHP tăng hiệu suất hấp phụ tăng dung lượng hấp phụ giảm - Trong khoảng pH khảo sát (1,0  8,0), khoảng pH để hấp phụ ion kim loại của VLHP xảy tốt là: Cu(II): pH 4,0  5,0 Ni(II): pH 5,0  6,0 Cr(VI): pH 2,0  3,0 - Trong khoảng thời gian khảo sát (từ phút đến 120 phút), khoảng thời gian đạt cân hấp phụ của VLHP ion kim loại là: Cu(II): 40 phút  120 phút Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 Ni(II): 60 phút  120 phút Cr(VI): 60 phút  120 phút - Trong khoảng nhiệt độ khảo sát (từ 150C đến 400C), tăng nhiệt độ dung lượng hấp phụ của VLHP giảm ion Cu(II), Ni(II) tăng Cr(VI) - Khảo sát ảnh hưởng của số ion đến khả hấp phụ của VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) cho thấy: ion Na+, Ca2+ làm giảm khả hấp phụ của VLHP Cu(II), Ni(II); ion SO42-, NO3làm giảm khả hấp phụ của VLHP Cr(VI) - Mơ tả q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) của VLHP ion kim loại là: Cu(II): qmax = 16,95mg/g Ni(II): qmax = 15,24mg/g Cr(VI): qmax = 12,50mg/g Sơ khảo sát động học hấp phụ của VLHP Cu(II), Ni(II) Cr(VI) xảy theo phương trình bậc hai biểu kiến của Lagergren Nghiên cứu khả sử dụng VLHP để tách loại thu hồi kim loại nặng dung dịch nước theo phương pháp hấp phụ động cột, thu kết quả: - Với tốc độ dòng khảo sát 2,0; 2,5 3,0 ml/phút, tốc độ dịng 2,0 ml/phút cho khả hấp phụ (tách loại) của VLHP Cu(II), Ni(II) Cr(VI) tốt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 - Nghiên cứu khả tái sử dụng VLHP sau hấp phụ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) cho thấy V LHP tái sinh lần khả hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của VLHP sau hai lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP Dùng VLHP chế tạo xử lý mẫu nước thải - Phương pháp tĩnh: dùng VLHP chế tạo xử lý mẫu nước thải chứa ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của nhà máy Quốc Phòng Kết cho thấy, hấp phụ lần hai Cu(II) lần ba Ni(II), Cr(VI) nồng độ ion kim loại đạt tiêu chuẩn cho phép nướ c thải đổ vào khu vực lấy nước cung cấp cho sinh hoạt theo QCVN 24:2009/BTNMT - Phương pháp động: dùng VLHP chế tạo xử lý mẫu nước thải chứa ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của nhà máy Quốc Phòng Kết cho thấy, nồng độ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) mẫu nước thải sau Bed - Volume đầu Cu(II); sau Bed - Volume đầu Ni(II); sau Bed - Volume Cr(VI); tăng dần Bed – Volume sau Như vậy, việc sử dụng VLHP chế tạo từ rơm để hấp phụ ion Cu(II), Ni(II) Cr(VI) cho kết tốt Các kết thu cho thấy triển khai nghiên cứu ứng dụng VLHP việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Đình Bạch (2000), Giáo trình hóa học mơi trường, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước và nước thải, Nxb Thống kê, Hà Nội Trần Hồng Côn , Đồng Kim Loan (2003), Độc học vệ sinh công nghiệp, Khoa hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nợi Ngũn Văn Dục, Ngũn Dương T́n Anh, Ơ nhiễm nước bởi kim loại nặng ở khu vực công nghiệp Thượng Đì nh , Tạp chí Khoa học , Đại học Quốc gia Hà Nội Trần Tứ Hiếu , Phạm Hù ng Việt , Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hố mơi trường sở, Khoa Hoá học, Đại học Quốc gia Hà Nội PP Koroxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học, Người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua, Nguyễn Viết Huệ, Lê Ngọc Khánh, Trần Thanh Sơn, Mai Văn Thanh, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Luận (1998), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Hồng Nhâm (2003), Hố học vô cơ, tập 3, Nxb Giáo dục Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế(2004), Giáo trình hoá lí , tập 2, Nxb Giáo dục 10 Nguyễn Văn Nội (2005), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô ứng dụng để thu hồi kim loại nặng Cadimi Crom nguồn nước bị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 nhiễm, Hội nghị Khoa học Phân tích Hóa, Lý Sinh học Việt Nam lần thứ Tr 496-501 11 Nguyễn Văn Nội, Nguyễn Tấn Lâm (2008), Nghiên cứu khả tách loại thu hồi số kim loại nặng dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ rau câu, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, T.13, Số 1, Tr 24-28 12 Đặng Tuyết Phương,Vũ Anh Tuấn (2010), Sản xuất dầu sinh học từ rơm, Viện KH&CN Việt Nam 13 Nhan Hồng Quang (2009), Xử lý nước thải mạ điện Chrome vật liệu biomass, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ đại học Đà Nẵng, số 14 Tổng cục Thống kê, Viện Chính sách Chiến lược phát triển Nông thôn, 2010 15 Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 16 Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Nội (2004), Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng việc hấp phụ ion kim loại, Báo cáo đề tài hợp tác nghiên cứu ĐHKHTN – ĐHQGHN Đại học Tự Vương quốc Bỉ, Brucssels 17 Quy chuẩn Việt Nam 2009, Bộ Tài Nguyên và Môi trường 18 Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích cơng cụ hố học đại, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội 19 Rocha G G, Zaia D A M, Alfaya R V d, , Alfaya A A d, 2009 Use of rice straw as biosorbenr for removal of Cu(II), Zn(II), Cd(II) and Hg(II) ions in industrial effluents Journal of Hazardous Materials, 166: 383-388 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 20 El-Sayed G O, Dessouki H A, Ibrahim SS (2010) Biosorption of Ni(II) and Cd(II) ions from aqueous solution onto rice straw Chemical Sciences Journal, Volume CSJ-9 21 Hui Gao, Yunguo Liu, Guangming Zeng, Weihua Xu, Ting Li, Wenbin Xia (2008) Characterization of Cr (VI) removal from aqueuos solution by a surplus agricultural waste – Rice straw Journal of Hazardous Materials, Volume 150, Pages 446-452 22 Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi and Shiv Prasad (2008) Agricultural and agro-processing wastes as low cost adsorbents for metal removal from wastewater: A review Journal of Scientific and Industrial Research Vol 67, pp, 647 - 658 23 Osvaldo Karnitz Jr., Leancho Vinicius Alves Alves Gurgel, Ju’lio Ce’sar Perin de Melo, Vagner Roberto Botaro, Tania Marcia Sacramento Melo, Rossimiriam Pereira de Freitas Gil, Laurent Frideric Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology 98, pp 1291-1297 24 Kernit Wilson, Hong Yang, Chung W.Seo, Wayne E.Marshall (2006) Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shells Bioresoyrce Technology, Vol 97, 2266 – 2270 25 Gaikwad R W (2004) Removal of Cd(II) from aqueous solution by activated charcoal derived from coconut shell Electron J Environ Agric Food Chem, 3, 702 – 709 26 Issabayeva G, Aroua M K & Sulaiman N M N (2006) Removal of lead from aqueous solution on palm shell activated carbon Biores Technol, 97, 2350 - 2355 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 27 Hossain, M.A, Kumita, M, Michigani, Y and Mori, S (2005) optimization of parameters for Cr(VI) adsorption on used black tea leaves Adsorption 11 (5-6); 561 – 568 28 K.S.Low, C.K.Lee, A.Y.Ng (1999), “Column study on the sorption of Cr(VI) using quaternized rice hulls”, Bioresource Technology 68, pp 205-208 29 Adesola Babarinde N A., J Oyebamiji.Babalola and R Adebowale Sanni (2006), Biosorption of lead ions from aqueuos solution by maize leaf, Iternational Journal of Physical Sciences Vol, (1), pp023 – 026 30 Bryan G W, Langstone W.J (1992), Bioavailability, accumulation and effects of heavy metals in sediments with special reference to United Kingdom estuaries: a review, Environmental Pollution 76, pp 89-131 31 MacFarlane G R, Burchett M D (2002), Toxicity, growth and accumulation relationships of copper, lead and zinc in the grey mangrove, Avicennia marina (Forsk.) Vierh, Marine Environmental Research 54, pp 65-84 32 Neda Vdovic, Gabriel Billon, Cedric Gabelle, Jean-Luc Potdevin (2006), Remobilization of metals from slag polluted sediments (Case Study: The canal of the Deule River, northern France), Environmental Pollution 14, pp 359-369 33 Karuppanna Periasamy and Chinaiya Namasivayam (1994), “Process Development for Removal and Recovery of Cadmium of from Wastewater by a Low-cost Adsorbent: Adsorption Rates and Equilibrium Studies”, Ind, Eng, Chemistry Res, 33, pp.317-320 34 W.E Marshall., L.H Wartelle., D.E Boler, M.M Johns., C.A Toles (1999), “Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid”, Bioresource Technology 69, pp 263-268 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... xử lí nước thải có ý nghĩa to lớn nhiều mặt Xuất phát từ thực tế đó, chúng tơi thực đề tài: “ Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm. .. CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm thử nghiệm xử lí mơi trường ” thân thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai... quan kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu kim loại nặng Kim loại nặng kim loại có tỷ trọng lớn 5g/cm Kim loại nặng được chia làm loại: kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), kim loại