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

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - - MAI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MƠI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HỐ HỌC NGUYÊN, Số hóa Trung tâm Học Liệu –THÁI Đại học Thái Nguyên NĂM 2011 http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - - MAI THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI 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 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người thầy hướng dẫn, giúp đỡ động viên em suốt trình học tập thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Hóa học, cán làm việc phịng Nghiên cứu khoa học, phịng thí nghiệm Hóa lí trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên góp ý, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn động viên, ủng hộ, giúp đỡ người thân gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu Thái Nguyên, tháng 08 năm 2011 Tác giả luận văn Mai Thị Phương Thảo Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 cuống chuối 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 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa …………………………………………………………… Lời cam đoan …………………………………………………………… i Mục lục ………………………………………………………………… ii Danh mục chữ viết tắt ……………………………………………… iv Danh mục bảng …………………………………………………… v Danh mục hình ……………………………………………………… vii MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… Chƣơng TỔNG QUAN……………………………………………… 1.1 Giới thiệu đối tƣợng xử lý ……………………………………… 1.1.1 Tình trạng nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng ………………… 1.1.2 Ảnh hưởng nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe người …………………………………………… 1.1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về nước thải chứa ion kim loại nặng……………………………………………… 1.2 Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ……………………………… 1.2.1 Các khái niệm……………………………………………………… 1.2.2 Động học hấp phụ ………………………………………………… 1.2.3 Một số mô hì nh đẳng nhiệt hấp phụ bản………………………… 10 1.2.4 Hấp phụ môi trường nước …………………………………… 12 1.2.5 Quá trình hấp phụ động cột …………………………………… 14 1.3 Giới thiệu phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)……… 16 1.3.1 Nguyên tắc ………………………………………………………… 16 1.3.2 Phương pháp đường chuẩn………………………………………… 16 1.4 Giới thiệu cuống chuối ……………………………………… 17 1.4.1 Năng suất sản lượng chuối ……………………………………… 17 1.4.2 Thành phần chính xơ cuống chuối…………………………… 18 1.5 Một số hƣớng nghiên cƣ́u sƣ̉ dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP ………………………………………………………… 19 Chƣơng 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 cuống chuối…………………………………… 22 2.2.1 Quy trình chế tạo VLHP từ cuống chuối ………………………… 22 2.2.2 Khảo sát số đặc điểm bề mặt NL VLHP ……………… 23 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm ………………………………………… 2.3.1 Phương pháp hấp phụ tĩnh ………………………………………… 2.3.2 Phương pháp hấp phụ động ………………………………………… 2.4 Các thí nghiệm nghiên cứu ………………………………………… 2.4.1 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)…………………… 2.4.2 Khảo sát khả hấp phụ NL VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………………………… 2.4.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP phương pháp hấp phụ tĩnh 2.4.4 Khảo sát khả tách loại thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) phương pháp hấp phụ động cột………………………… 2.4.5 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………… Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………… 3.1 Kết khảo sát khả hấp phụ NL và VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………… 3.2 Kết khảo sát số yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP phƣơng pháp hấp phụ tĩnh …… 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP ……………… 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc ………………… 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH ……………………………… 3.2.4 Kết khảo sát chế hấp phụ VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………………………………… 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng số ion đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………………… 3.2.6 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir… 3.2.7 Động học hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP 3.3 Kết khảo sát khả tách loại và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) phƣơng pháp hấp phụ động cột … 3.3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng ……………………… 3.3.2 Kết giải hấp thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………… 3.4 Tái sử dụng VLHP………………………………………………… 3.5 Kết xử lí thử mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …… 25 25 25 26 26 28 28 30 31 32 32 33 33 34 36 38 40 43 45 50 50 52 56 59 KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 62 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A Mật độ quang AAS Phổ hấp thụ nguyên tử BV Bed-Volume FAO Tổ chức lương thực giới F-AAS Phổ hấp phụ nguyên tử lửa IARC Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế IR Phổ hồng ngoại JECFA Ủy ban chuyên viên FAO/WHO phụ gia thực phẩm Nd Notdecter NL Nguyên liệu PA Tinh khiết phân tích SEM Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ WHO Tổ chức y tế giới Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ số chất ô nhiễm nước thải công nghiệp………………… ……………… Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối phương pháp hạn chế chúng……………………………… Bảng 1.3: Diễn biến sản xuất chuối Việt Nam………………………… Bảng 1.4: Thành phần chính xơ cuống chuối …………………… Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử lửa nguyên tố Cu, Ni, Cr ………………………………… Bảng 2.2: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cu(II) ………… Bảng 2.3: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Ni(II) ………… Bảng 2.4: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) ………… Bảng 3.1: Các thông số hấp phụ NL, VLHP Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………… Bảng 3.2: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………………… Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………………… Bảng 3.4: Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …… Bảng 3.5: pH độ dẫn điện riêng dung dịch Cu(II) trước sau hấp phụ ……………………………………… Bảng 3.6: pH độ dẫn điện riêng dung dịch Ni(II) trước sau hấp phụ ……………………………………… Bảng 3.7: pH độ dẫn điện riêng dung dịch Cr(IV) trước sau hấp phụ ……………………………………… Bảng 3.8: Ảnh hưởng Na+, Ca2+ tới hấp phụ Cu(II), Ni(II) ……… Bảng 3.9: Ảnh hưởng NO3- , SO42- tới hấp phụ Cr(VI) ……… Bảng 3.10: Các thông số hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP …… Bảng 3.11: Dung lượng cực đại số Langmuir …………………… Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ Cu(II) …………………………… Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ Ni(II) …………………………… Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 18 18 26 27 27 27 32 33 34 36 38 38 38 40 41 43 45 45 46 Bảng 3.14: Các thông số hấp phụ Cr(VI) …………………………… Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………… Bảng 3.16: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………… Bảng 3.17: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khỏi cột hấp phụ ứng với tốc độ dòng khác …………………………… Bảng 3.18: Kết giải hấp Cu(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… Bảng 3.19: Hiệu suất giải hấp Cu(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… Bảng 3.20: Kết giải hấp Ni(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… Bảng 3.21: Hiệu suất giải hấp Ni(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… Bảng 3.22: Kết giải hấp Cr(VI) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau…………………………………………………… Bảng 3.23: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác nhau……………………………………………… Bảng 3.24: Khả hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP VLHP tái sinh …………………………… Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ Cu(II), Ni(II) Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần VLHP tái sinh lần …… Bảng 3.26: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải theo phương pháp hấp phụ tĩnh ……………………………… Bảng 3.27: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải theo phương pháp hấp phụ động ……………………………… Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 47 48 49 50 52 53 53 53 54 54 56 57 59 60 10 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Mơ hình cột hấp phụ ………………………………………… 14 Hình 1.2: Dạng đường cong phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối cột hấp phụ theo thời gian …………………… 16 Hình 2.1: Phản ứng este hóa xenlulozơ axit xitric ………………… 23 Hình 2.2: Phổ IR NL … …………………………………… 24 Hình 2.3: Phổ IR VLHP …………………………………………… 24 Hình 2.4: Ảnh chụp SEM NL …………………………………… 25 Hình 2.5: Ảnh chụp SEM VLHP …………………………………… 25 Hình 2.6: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) ………………… 27 Hình 2.7: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) ………………… 27 Hình 2.8: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ……………… 27 Hình 3.1: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI)… …………………………………… 33 Hình 3.2: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc tới hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………………………… ………… 35 Hình 3.3: Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …… 36 Hình 3.4: Ảnh hưởng Na+, Ca2+ tới hấp phụ Cu(II) ……… 40 Hình 3.5: Ảnh hưởng Na+, Ca2+ tới hấp phụ Ni(II)…… … 41 Hình 3.6: Ảnh hưởng NO3-, SO42- tới hấp phụ Cr(VI) ………… 42 Hình 3.7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cu(II) 44 Hình 3.8: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu(II) ……………… 44 Hình 3.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Ni(II) 44 Hình 3.10: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni(II) ………………… 44 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 3.3 Kết khảo sát khả tách loại và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) phƣơng pháp hấp phụ động cột 3.3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng Bảng 3.17: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khỏi cột hấp phụ ứng với tốc độ dòng khác Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Co= 151,867(mg/l) Co= 151,250(mg/l) Co=155,483 (mg/l) Tốc độ dòng(ml/phút) BV v=2,0 v=2,5 v=3,0 v=2,0 v=2,5 v=3,0 v=2,0 v=2,5 v=3,0 Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 0,277 1,985 Nd Nd Nd 2,316 3,789 4,368 2,186 2,197 6,175 2,375 4,875 9,875 2,965 10,965 24,123 5,419 9,199 17,486 11,125 27,375 46,125 17,895 30,526 39,145 9,199 18,670 54,098 39,875 48,625 61,500 22,281 37,193 46,053 35,701 57,013 68,852 46,125 59,875 67,875 23,575 40,789 49,452 41,029 65,847 73,862 47,625 60,375 69,750 25,548 42,873 51,316 41,712 68,852 74,044 48,000 60,500 70,125 25,768 43,311 53,399 41,940 68,761 74,317 48,125 60,375 70,250 25,110 44,956 53,728 10 42,031 68,852 74,408 48,125 60,500 70,250 25,439 44,959 53,838 H(%) 85,565 76,317 70,683 80,736 74,711 69,207 89,009 80,746 75,854 Nd (not detecter) : Nằm giới hạn phát máy Nồng độ thoát: Nồng độ ion sau khỏi cột hấp phụ Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 Cu Nong thoat (mg/l) 80 70 60 v1=2.0ml/phut 50 v2=2.5ml/phut v3=3.0ml/phut 40 30 20 10 0 Bed-volume 10 12 Hình 3.16: Ảnh hƣởng tốc độ dịng đến khả hấp phụ Cu(II) Ni 80 Nong thoat (mg/l) 70 60 50 v1=2.0ml/phut 40 v2=2.5ml/phut 30 v3=3.0ml/phut 20 10 0 Bed-volume 10 12 Hình 3.17: Ảnh hƣởng tốc độ dịng đến khả hấp phụ Ni(II) Cr 60 Nong thoat (mg/l) 50 v1=2,0ml/phut 40 v2=2,5ml/phut v3=3,0ml/phut 30 20 10 0 Bed-volum e 10 12 Hình 3.18: Ảnh hƣởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ Cr(VI) Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 Nhận xét: Dựa vào kết bảng 3.17 cho thấy khả hấp phụ cột VLHP tốt Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau chảy qua cột giảm xuống rõ rệt Trong khoảng tốc độ dòng khảo sát: 2,0 ml/phút; 2,5 ml/phút; 3,0 ml/phút, tốc độ dịng chậm nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) xuất lối cột hấp phụ thấp Điều giải thích sau: tốc độ dòng chậm thời gian tiếp xúc chất bị hấp phụ VLHP lớn so với tốc độ dịng nhanh, lượng ion kim loại bị giữ lại bề mặt VLHP nhiều Vì vậy, chúng tơi chọn tốc độ dịng 2,0 ml/phút để thực thí nghiệm 3.3.3 Kết giải hấp thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Bảng 3.18: Kết giải hấp Cu(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác Cu(II) Co= 151,867(mg/l) Nồng độ axit HCl giải hấp (M) BV C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Nồng độ thoát (mg/l) 902,641 931,785 977,322 286,885 272,313 249,545 25,228 18,579 9,016 3,195 1,559 0,357 1,821 0,321 Nd 1,049 Nd Nd 0,357 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 10 Nd Nd Nd Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 Bảng 3.19: Hiệu suất giải hấp Cu(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác Nồng độ axit HCl giải hấp (M) Thông số C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Khối lượng Cu(II) hấp phụ (mg) 129,945 127,788 128,022 Khối lượng Cu(II) giải hấp (mg) 122,118 122,456 123,624 Hiệu suất giải hấp (%) 93,977 95,827 96,565 Bảng 3.20: Kết giải hấp Ni(II) VLHP ứng nồng độ axit HCl khác Ni(II) Co= 151,250(mg/l) Nồng độ axit HCl giải hấp (M) BV C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Nồng độ thoát (mg/l) 925,000 965,625 1018,750 171,250 160,000 125,625 34,063 29,375 25,625 12,475 10,500 7,475 4,725 1,225 1,475 0,725 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 10 Nd Nd Nd Bảng 3.21: Hiệu suất giải hấp Ni(II) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác Thông số Nồng độ axit HCl giải hấp (M) C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Khối lượng Ni(II) hấp phụ (mg) 122,113 121,429 121,323 Khối lượng Ni(II) giải hấp (mg) 114,824 116,673 117,895 Hiệu suất giải hấp (%) 94,031 96,083 97,174 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 Bảng 3.22: Kết giải hấp Cr(VI) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác Cr(VI) Co= 155,483(mg/l) BV Nồng độ axit HCl giải hấp (M) C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Nồng độ thoát (mg/l) 177,335 183,114 195,102 125,214 139,474 168,247 25,156 31,404 39,053 23,335 29,430 30,078 19,586 25,219 28,912 16,146 25,526 25,078 15,265 22,237 22,841 9,016 17,061 18,124 7,536 15,132 16,670 10 5,667 14,912 12,000 11 5,339 12,982 10,841 12 3,514 10,351 7,492 13 3,069 7,412 4,544 14 3,466 3,816 2,264 15 2,326 2,763 1,050 Bảng 3.23: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) VLHP ứng với nồng độ axit HCl khác Thông số Nồng độ axit HCl giải hấp (M) C = 0,5 C = 1,0 C = 1,5 Khối lượng Cr(VI) hấp phụ (mg) 137,239 139,100 138,393 Khối lượng Cr(VI) giải hấp (mg) 44,197 54,083 58,230 Hiệu suất giải hấp (%) 32,204 38,881 42,076 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 Cu 1200 Nong thoat (mg/l) 1000 800 Caxit=0.5M 600 Caxit=1.0M Caxit=1.5M 400 200 0 Bed-volum e 10 12 Hình 3.19: Ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến giải hấp Cu(II) VLHP Ni 1200 Nong thoat (mg/l) 1000 800 Caxit=0.5M 600 Caxit=1.0M Caxit=1.5M 400 200 0 Bed-volum e 10 12 Hình 3.20: Ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến giải hấp Ni(II) VLHP Cr 250.000 Nong thoat (mg/l) 200.000 150.000 Caxit=0.5M Caxit=1.0M 100.000 Caxit=1.5M 50.000 10 Bed-volum e 12 14 16 Hình 3.21: Ảnh hƣởng nồng độ axit HCl đến giải hấp Cr(VI) VLHP Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 Nhận xét: Từ kết thực nghiệm cho thấy dùng dung dịch HCl để giải hấp thu hồi Cu(II), Ni(II) cho hiệu tương đối cao, với Cr(VI) cho hiệu thấp Phần lớn lượng ion kim loại bị hấp phụ giải hấp BV đầu tiên Trong khoảng nồng độ axit HCl khảo sát: 0,5M; 1,0M; 1,5M, nồng độ axit HCl lớn lượng ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) giải hấp nhiều 3.4 Tái sử dụng VLHP Bảng 3.24: Khả hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP và VLHP tái sinh Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Co= 151,867(mg/l) Co= 151,250(mg/l) Co=155,483 (mg/l) BV VLHP VLHP Tái sinh VLHP VLHP Tái sinh VLHP VLHP Tái sinh Mới Mới Mới Lần Lần Lần Lần Lần Lần Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 2,316 9,474 10,912 2,186 4,007 6,922 2,375 6,588 11,412 2,965 27,018 41,754 5,419 8,197 12,250 11,125 19,529 30,471 17,895 43,246 57,719 9,199 14,800 32,423 39,875 40,706 48,118 22,281 50,965 60,351 35,701 38,115 42,577 46,125 48,941 54,118 23,575 53,596 61,930 41,029 42,668 48,179 47,625 49,882 56,235 25,548 54,298 63,158 41,712 43,761 49,089 48,000 51,059 56,941 25,768 54,123 64,649 41,940 43,852 48,179 48,125 51,176 57,294 25,110 54,211 64,649 10 42,031 43,898 47,723 48,125 51,412 57,529 25,439 54,123 64,737 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ Cu(II), Ni(II) Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần và VLHP tái sinh lần Hiệu suất (%) Cu(II) Ni(II) Cr(VI) HHPo 85,565 80,736 89,009 HHP1 84,243 78,886 74,206 HHP2 81,079 75,393 68,494 HHPo: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP HHP1: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP tái sinh lần HHP2: Hiệu suất trình hấp phụ VLHP tái sinh lần Cu 60 Nong thoat (mg/l) 50 40 VLHP Moi 30 VLHP tai sinh lan1 VLHP tai sinh lan2 20 10 0 Bed-volume 10 12 Hình 3.22: Đƣờng cong Cu(II) ứng với VLHP và VLHP tái sinh Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69 Ni 70 Nong thoat (mg/l) 60 50 40 VLHP Moi VLHP tai sinh lan1 30 VLHP tai sinh lan2 20 10 0 Bed-volume 10 12 Hình 3.23: Đƣờng cong Ni(II) ứng với VLHP và VLHP tái sinh Cr 70 Nong thoat (mg/l) 60 50 VLHP Moi 40 VLHP tai sinh lan1 VLHP tai sinh lan2 30 20 10 0 10 12 Bed-volum e Hình 3.24: Đƣờng cong Cr(VI) ứng với VLHP và VLHP tái sinh Nhận xét: Từ kết thực nghiệm cho thấy: VLHP sau tái sinh khả tách ion kim loại tương đối tốt Trong điều kiện thí nghiệm, khả tái sinh VLHP Cr(VI) thấp nhiều so với Cu(II) Ni(II) Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70 3.5 Kết xử lí thử mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) - Phương pháp tĩnh: Bảng 3.26: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nƣớc thải theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh Co Ccb1 (mg/l) (mg/l) Cu(II) 24,954 4,835 80,624 0,137 99,451 - - Ni(II) 57,059 27,224 52,288 7,471 86,907 Nd 100,000 Cr(VI) 13,750 4,791 65,165 Nd 100,000 - - Ion H1 (%) Ccb2 (mg/l) H2 (%) Ccb3 (mg/l) H3 (%) Ccb1, Ccb2, Ccb3: Nồng độ cân ion kim loại sau lần hấp phụ thứ nhất, thứ hai, thứ ba H1, H2, H3: Hiệu suất hấp phụ sau lần hấp phụ thứ nhất, thứ hai, thứ ba Nhận xét: Sau hấp phụ lần VLHP Cu(II), hai lần liên tiếp VLHP Cr(VI), ba lần liên tiếp VLHP Ni(II) nồng độ lại ion dung dịch giảm xuống đến giá trị cho phép nước thải công nghiệp đổ vào vực nước dùng để sinh hoạt theo TCVN 5945- 2005 nêu bảng 1.1 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 - Phương pháp động Bảng 3.27: Kết tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nƣớc thải theo phƣơng pháp hấp phụ động BV Cu(II) Ni(II) Cr(VI) Co=24,954 (mg/l) Co=57,059 (mg/l) Co=13,750 (mg/l) Nồng độ thoát (mg/l) Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd 0,259 9,412 Nd 1,449 12,235 2,672 5,379 14,353 3,793 7,412 15,765 4,612 8,799 15,882 4,698 10 9,002 16,353 5,000 H(%) 87,056 85,278 84,890 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 25.000 Nong thoat (mg/l) 20.000 15.000 Cu Ni Cr 10.000 5.000 10 12 Bed-volum e Hình 3.25: Đƣờng cong nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Nhận xét: Kết cho thấy sau chảy qua cột nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) giảm xuống rõ rệt Cụ thể là: sau BV Cu(II), BVđối với Ni(II) sau BV Cr(VI), nồng độ ion đạt tiêu chuẩn cho phép nước thải công nghiệp đổ vào vực nước dùng để sinh hoạt theo TCVN 5945- 2005 nêu bảng 1.1 Kết mở hướng sử dụng cuống chuối để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm Cu(II), Ni(II), Cr(VI) thực tiễn Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 KẾT LUẬN Dựa vào kết thực nghiệm, rút số kết luận chính sau: Đã chế tạo được V LHP từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp là cuống chuối thông qua quá trì nh xử lý bằng axit xitric nhiệt độ Đã xác đị nh một số đặc điểm bề mặt của VLHP chế tạo được bằng phổ hồng ngoại (IR) ảnh chụp kính hiển vi điệ n tử quét (SEM) Các kết nhận cho thấy VLHP chế tạo có tâm hấp phụ mạnh hơn, có độ xớp lớn rõ rệt so với NL Đã khảo sát khả hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) NL VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh Kết cho thấy: NL VLHP hấp phụ ion kim loại nước Khả hấp phụ VLHP tốt so với NL Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh Các kết thu sau: - Trong phạm vi khảo sát, tăng khối lượng VLHP hiệu suất hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP tăng - Trong khoảng thời gian khảo sát (từ phút đến 120 phút), khoảng thời gian đạt cân hấp phụ VLHP ion kim loại là: Cu(II): 40 phút  120 phút Ni(II): 40 phút  120 phút Cr(VI): 50 phút  120 phút - Trong khoảng pH khảo sát (1,0  8,0), khoảng pH để hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP xảy tốt là: Cu(II): pH 4,0  5,0 Ni(II): pH 5,0  6,0 Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 Cr(VI): pH 2,0  3,0 - Khảo sát chế hấp phụ cho thấy: trình hấp phụ VLHP xảy theo chế trao đổi ion tương tác tĩnh điện Ngoài ra, q trình hấp phụ VLHP cịn chịu tác động tính chất bề mặt VLHP - Khảo sát ảnh hưởng số ion cho thấy: ion Na+, Ca2+ làm giảm khả hấp phụ Cu(II), Ni(II) VLHP; ion NO3- làm giảm khả hấp phụ Cr(VI) VLHP, ion SO42- ảnh hưởng không đáng kể đến hấp phụ Cr(VI) VLHP - Mơ tả q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) VLHP ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) là: Cu(II): qmax = 18,450 mg/g Ni(II): qmax = 13,569 mg/g Cr(VI): qmax = 28,571 mg/g Khảo sát động học hấp phụ Cu(II), Ni(II) Cr(VI) VLHP cho thấy trình hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) VLHP tuân theo phương trình động học bậc hai 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 sau: - Trong khoảng tốc độ dòng khảo sát (từ 2,0 ml/phút đến 3,0 ml/phút), tốc độ dòng chậm khả tách loại Cu(II), Ni(II) Cr(VI) VLHP tốt so với tốc độ dòng nhanh - Trong khoảng nồng độ axit HCl khảo sát (từ 0,5M đến 1,5M) tăng nồng độ axit lượng ion giải hấp tăng Hầu hết lượng ion bị hấp phụ giải hấp BV đầu Số hóa Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75 Nghiên cứu khả tái sử dụng VLHP cho thấy: VLHP tái sinh lần khả tách Cu(II), Ni(II) Cr(VI) khỏi dung dịch, hiệu suất tách loại VLHP sau hai lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP Dùng VLHP chế tạo thử xử lý mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) Dùng VLHP chế tạo thử xử lý 01 mẫu nước thải chứa Cu(II) có Co = 24,954 mg/l, 01 mẫu nước thải chứa Ni(II) có Co = 57,059 mg/l 01 mẫu nước thải chứa Cr(VI) có Co = 13,750 mg/l nhà máy Quốc phịng (đã qua xử lí sơ bộ) kết thu sau : - Phương pháp tĩnh: Sau lần hấp phụ VLHP Cu(II), hai lần hấp phụ VLHP Cr(VI), ba lần hấp phụ VLHP Ni(II), nồng độ ion giảm xuống tới giá trị phép nước thải công nghiệp đổ vào vực nước dùng để sinh hoạt theo TCVN 5945- 2005 - Phương pháp động: Sau BV Cu(II), BV Ni(II), sau BV Cr(VI), nồng độ ion lối cột hấp phụ mức cho phép nước thải công nghiệp đổ vào vực nước dùng để sinh hoạt theo TCVN 5945- 2005 Như vậy, việc sử dụng VLHP chế tạo từ cuống chuối biến tính để tách loại, thu hồi Cu(II), Ni(II) Cr(VI) cho kết tốt, mặt khác, nguồn nguyên liệu phong phú dồi dào, dễ tìm kiếm, quy trình xử lý đơn giản, nên triển khai nghiên cứu ứng dụng 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 ... PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MƠI TRƢỜNG CHUN NGÀNH : HỐ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29... có khả hấp phụ, trao đổi ion [16], [22], [25] Xuất phát từ thực tế đó, thực đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống chuối thử nghiệm xử lí mơi trường. .. ĐOAN Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả hấp phụ số kim loại nặng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống chuối thử nghiệm xử lí mơi trường ” thân thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu