Đang tải... (xem toàn văn)
The adsorption isotherms were analyzed using the Langmuir and the Freundlich models, the Langmuir isotherm showed better fitting the experimental data for all three investigated dyes. T[r]
(1)Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60
55
Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm của bùn đỏ trung hòa
bằng thạch cao phế thải
Vũ Xuân Minh1, Lê Thị Mai Hương2, Trần ThịHồng3, Nguyễn Vũ Giang1, Nguyễn Tuấn Dung1,*
1Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam,
18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam
2Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam,
18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam
3Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 05 tháng năm 2014
Chỉnh sửa ngày 19 tháng năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 26 tháng năm 2014
Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, bùn đỏ nhà máy Alumin Tân Rai trung hòa thạch cao phế thải (gypsum) Nhà máy phân bón DAP Đình Vũ khảo sát khả hấp phụ số thuốc nhuộm thông dụng: đỏ Red 3BF, vàng Yellow 3GF xanh Blue MERF Quá trình hấp phụ tĩnh tiến hành dung dịch nước khảo sát yếu tốảnh hưởng nhưđộ pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu, tới hiệu suất xử lý màu Kết chất màu nghiên cứu, pH thích hợp 4, trình hấp phụđạt cân sau 120 phút Các nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ cho thấy trình hấp phụ loại thuốc nhuộm tn theo mơ hình Langmuir, dung lượng hấp phụ cực đại đạt cao, Red 3BF, Yellow 3GF, Blue MERF, qmax tương ứng 57,8; 96,6 98,23 mg/g Kết phân tích phổ hồng ngoại FT-IR chứng tỏ có mặt chất màu bề mặt bùn đỏ-gypsum
Từ khóa: bùn đỏ, thạch cao phế thải, xử lý thuốc nhuộm, chất hấp phụ giá rẻ, bã thải bauxit
1 Mởđầu∗
Bùn đỏ (BĐ) bã thải quy trình hịa tách quặng bauxit theo cơng nghệ Bayer để sản xuất nhơm, có tính kiềm cao lượng thải lớn, tiềm ẩn nguy gây ô nhiễm môi trường Người ta trung hịa để làm giảm độ kiềm bùn đỏ nhiều cách khác nhau, việc sử dụng thạch cao phế thải (gypsum)
được quan tâm khả tận dụng phế thải _
∗Tác giả liên hệ ĐT: 84-936162586
E-mail: ndung@itt.vast.vn
rắn nhà máy sản xuất phân bón DAP Trung hịa bùn đỏ cách trộn với gypsum chủ yếu ứng dụng vào việc hồn thổ, để
trung hịa lượng kiềm kg bùn đỏ cần khoảng kg gypsum [1] Ngoài việc quản lý lưu giữ hoàn thổ, hướng nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ thành vật liệu hữu ích gần
đây đẩy mạnh, đặc biệt hướng chuyển hóa thành chất hấp phụ giá rẻứng dụng xử lý nước ô nhiễm [2] Một số công bố
(2)V.X Minh nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60
56
tính, xanh trực tiếp… [3-6] Trong báo này, nghiên cứu khả hấp phụ số
phẩm nhuộm dạng hòa tan thường dùng ngành dệt may như: Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF bùn đỏ nhà máy Alumin Tân Rai trung hòa thạch cao phế thải Nhà máy phân bón DAP Đình Vũ
2 Thực nghiệm
Trong nghiên cứu này, bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai (pH khoảng 11,5), trung hòa thạch cao phế thải (gypsum), phụ phẩm nhà máy Phân lân Đình Vũ, tỷ lệ
khối lượng bùn đỏ:gypsum 8:2, tỷ lệ rắn:lỏng 1:10, sau khuấy đểổn định pH dung dịch đạt 8,5 Vật liệu thu (ký hiệu BĐG)
được lọc rửa, sấy khô 100oC giờ
Các chất màu-đối tượng cần xử lý thuốc nhuộm thương phẩm Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF, xuất xứ từ Trung Quốc, sử
dụng phổ biến sở dệt may Bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) khảo sát phổ
UV-Vis thiết bị CINTRA 40 - GBC (Mỹ) tương ứng 400, 540 610 nm Nồng độ chất màu xác định phương pháp trắc quang λmax tương ứng
Khả hấp phụ chất màu bùn đỏ đánh giá thông qua giá trị hiệu suất
hấp phụ H (%) dung lượng hấp phụ q (mg/g) xác định theo công thức sau:
H = (%) ; q = (mg/g) Trong đó: C0: nồng độ chất màu ban đầu
(mg/L);
Cf: nồng độ chất màu lại sau hấp
phụ (mg/L);
V: thể tích dung dịch chất màu (mL); m: khối lượng vật liệu hấp phụ (g)
3 Kết thảo luận
3.1 Khảo sát điều kiện hấp phụ Ảnh hưởng pH
Quá trình hấp phụ thuốc nhuộm Red 3BF, Yellow 3GF Blue MERF tiến hành mơi trường nước có pH thay đổi từ
đến 10 Nồng độ chất màu ban đầu (C0) 30
mg/L, nồng độ chất hấp phụ bùn đỏ-gypsum (BĐG) g/L thời gian hấp phụ 120 phút
được giữ cố định tất thí nghiệm Bùn đỏ thơ (BĐ) khảo sát điều kiện để đối chứng Kết xác định dung lượng hấp phụđược trình bày hình
0 10
0 10 20 30
q
(m
g/
g)
pH
BÑ BÑG
Thuốc nhuộm Red 3BF
2 10
0 10 20 30
q (mg/
g)
pH
BÑ BÑG
Thuốc nhuộm Yellow 3GF
2 10
0 10 20 30
q (mg/g)
pH
BÑ BÑG
(3)V.X Minh nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60 57
Quan sát hình ta thấy, chất màu nghiên cứu, q trình hấp phụđều diễn thuận lợi mơi trường axit, với pH ≥ hiệu suất hấp phụ giảm mạnh Điều lý giải chất màu anion, có khuynh hướng tạo liên kết tĩnh điện với trung tâm tích điện dương vật liệu hấp phụ môi trường pH thấp [4, 7] Mặt khác kết thu
được cho thấy việc trung hòa gypsum không làm giảm khả hấp phụ chất màu bùn đỏ
Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc
Hiệu suất hấp phụ chất màu mẫu BĐG khảo sát theo thời gian hấp phụ
trong dung dịch có C0 = 50 mg/L pH 4, lượng
BĐG cố định g/L Các kết thu trình bày hình
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
20 40 60 80 100
H (%)
Thời gian hấp phụ (phút)
Red 3BF Yellow 3GF Blue MERF
Hình Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ loại chất màu
Từ hình ta thấy trình hấp phụ chất màu bề mặt BĐG diễn nhanh, trường hợp, sau 120 phút tiếp xúc trình hấp phụđã đạt cân Vật liệu BĐG hấp phụ thuốc nhuộm xanh Blue MERF nhanh hiệu đạt cao nhất, sau đến vàng Yellow 3GF đỏ Red 3BF
Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ
Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng BĐG tới khả tách loại chất màu thực dung dịch có pH = 4, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu C0 = 50 mg/L, thời gian hấp
phụ 120 phút, lượng BĐG thay đổi từ 0,5 đến g/L Hình biểu diễn thay đổi giá trị
H q theo hàm lượng BĐG Kết cho thấy hiệu suất hấp phụ tăng theo chiều tăng hàm lượng bùn đỏ, trường hợp thuốc nhuộm đỏ Red 3BF Yellow 3GF, H đạt bão hòa nồng độ
BĐG g/L, Blue MERF g/L
0
0 20 40 60 80 100
Lượng BĐG (g/l)
H(
%)
0 10 20 30
q
(mg
/g
)
H q
Thuốc nhuộm Red 3BF
0
0 20 40 60 80 100
Lượng BĐG (g/l)
H(
%)
0 10 20 30 40 50
q (
m
g/g)
H q
Thuốc nhuộmYellow 3GF
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
20 40 60 80 100
Lương BĐG (g/L)
H (
%
)
H
q c)
0 10 20 30 40 50 60 70
q (mg/
g)
(4)V.X Minh nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60
58
Ảnh hưởng nồng độ chất màu ban đầu
Mối quan hệ nồng độ dung dịch chất màu ban đầu (Co) với hiệu suất dung
lượng hấp phụ trình bày hình Thực nghiệm thực điều kiện
pH = 4, lượng BĐG g/L thuốc nhuộm Red 3BF Yellow 3GF, g/L Blue MERF Khi nồng độ chất màu ban đầu tăng, hiệu suất hấp phụ giảm dần, dung lượng hấp phụ tăng dần tới giá trị bão hòa
0 100 200 300 400 500
20 40 60 80 100
CO Red 3BF (mg/l)
H (%
)
a)
0 10 20 30 40 50 60
q (
m
g/
g)
q H
0 100 200 300 400 500 600 700
20 40 60 80 100
CO Yellow 3GF (mg/l)
H (
%
)
0 20 40 60 80 100
q (mg/g)
q H
0 50 100 150 200 250 300 350
20 40 60 80 100
Co Blue MERF (mg/l)
H (
%
)
c)
q H
0 20 40 60 80 100
q (mg/g)
Hình Ảnh hưởng nồng độ chất màu ban đầu tới khả hấp phụ
3.2 Phân tích phổ hồng ngoại
Vật liệu hấp phụ BĐG trước sau hấp phụ chất màu Red 3BF, Yellow 3GF Blue MERF phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trình bày hình
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 (d)
(c) (b)
Độ
tr
uyeà
n
qua
(a)
Số sóng (cm-1)
Hình Phổ FT-IR BĐG trước (đường a) sau hấp phụ chất màu Blue MERF (đường b), Yellow 3GF (đường c) Red 3BF (đường d)
Quan sát hình ta thấy, phổ FT-IR BĐG sau hấp phụ chất màu chứa
đỉnh pic đặc trưng bùn đỏ chất màu tương ứng Phổ hồng ngoại BĐG hấp phụ
Red 3BF (đường d) có đỉnh pic hấp thụ
1630 1030 cm-1 đặc trưng cho liên kết OH
-của gibsit Si-O bùn đỏ [8]; đỉnh pic hấp thụ 1534, 1467, 1399 1214 cm-1 đặc trưng cho liên kết N=N (triazin), N-H, SO3- -OH Red 3BF [9, 10]
Trường hợp BĐG hấp phụ Yellow 3GF (đường c), pic đặc trưng bùn đỏ thể
hiện pic đặc trưng Yellow 3GF 1508 1404 cm-1 của liên kết N=N, C-O
[9,10] Tương tự vậy, đường (b) thể
hiện pic đặc trưng Blue MERF 1516, 1402, 734 (cm-1) của liên kết N=N
triazin, C-O C-Cl [9, 10] Kết phân tích phổ hồng ngoại chứng minh chất màu
đã bị hấp phụ bề mặt bùn đỏ-gypsum
3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ
Các số liệu thực nghiệm trình hấp phụ phân tích trình bày theo dạng tuyến tính hai phương trình Langmuir Freundlich (hình 6), từđó xác định tham số
của phương trình trình bày bảng Từ
hệ số tương quan phương trình hồi quy (R2)
(5)V.X Minh nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60 59
mặt bùn đỏ tuân theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir, q trình hấp phụ đơn lớp, khơng có tương tác phân tử hấp phụ
Dung lượng hấp phụ cực đại đạt cao, Blue MERF 98,23 mg/g, Yellow 3GF 96,6 mg/g Red 3BF 57,8 mg/g
0 100 200 300 400
0
Blue MERF R2 = 0,9948
Yellow 3GF R2 = 0,9933 Cf
/q
Cf (mg/L)
Red 3BF R2 = 0,9972
A
-1
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Red 3BF R2 = 0,9527
Yellow 3GF R2 = 0,9643
log
q
log Cf
Blue MERF R2 = 0,9923
B
Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ: A - Langmuir B - Freundlich Bảng Các tham số phương trình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir Freundlich
Thuốc nhuộm
Langmuir Freundlich
qmax
(mg/g) (l/mg) KL R
2 K
F N R2
Red
3BF 57,80 0,05 0,9972 4,38 1,99 0,9527 Yellow
3GF 96,60 0,06 0,9933 6,40 2,05 0,9643 Blue
MERF 98,23 1,98 0,9948 37,52 5,11 0,9923
4 Kết luận
Chúng khảo sát khả hấp phụ
chất màu bùn đỏ (nhà máy Alumin Tân Rai) trung hòa thạch cao phế thải-gypsum (nhà máy Phân bón DAP Đình Vũ) số thuốc nhuộm thông dụng như: đỏ Red 3BF, vàng Yellow 3GF xanh Blue MERF Kết
khảo sát cho thấy trình hấp phụ diễn tốt môi trường pH với chất màu, sau 120 phút đạt cân Các nghiên cứu
đẳng nhiệt hấp phụ chứng tỏ trường hợp, trình hấp phụ lên bề mặt bùn đỏ
-gypsum tuân theo mơ hình Langmuir, dung lượng hấp phụ cực đại đạt cao, Red 3BF, Yellow 3GF, Blue MERF, qmax tương ứng
là 57,8; 96,6 98,23 mg/g
Tài liệu tham khảo
[1] A.Xenidis, A.Harokopou, E.Mylona, G.Brofas, Modifying alumina red mud to support a revegetation cover, Journal of Metallurgy, 57 (2) (2005), 42–46
[2] Shaobin Wang, HM.Ang, MO.Tadé, Novel
application of red mud as coagulant, adsorbent and catalyst of environmentally benign processes Chemosphere, 72(2008) 1621-1635 [3] Gupta, V.K., Suhas, Application of low-cost
adsorbents for dye removal– a review Journal of Environmental Management, 90(8) (2009), 2313–2342
[4] Namasivayam, C., Arasi, D.J.S.E., Removal of congo red from wastewater by adsorption onto waste red mud, Chemosphere, 34(2) (1997), 401–417
[5] Wang, S., Boyjoo, Y., Choueib, A., Zhu, Z.H., Removal of dyes from aqueous solution using fly ash and red mud, Water Research, 39(1) (2005), 129–138
(6)V.X Minh nnk /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30, Số (2014) 55-60
60
chloride/red mud (MRM) from aqueous solution Journal of Hazardous Materials, 170(2–3) (2009), 690–698
[7] Đặng Trần Phòng, Sổ tay sử dụng thuốc nhuộm Tập 1: Thuốc nhuộm châu Á, 2008, Nhà xuất Bách khoa – Hà Nội
[8] Paola Castaldi, Margherita Silvetti, Stefano Enzo, Pietro Melis., Study of sorption processes and FT-IR analysis of arsenate sorbed onto red
muds (a bauxite ore processing waste), Journal of Hazardous Materials, 175 (2010),172–178 [9] David M Lewis, Jian Chen Wang, The Use of
Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopy to Study the State of Heterobifunctional Reactive Dyes, Dyes and Pigments, 39(2) (1998), 111-123
[10] Phạm Văn Nhiêu, Một sốứng phương pháp phổ ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội - 2011
Adsorption of Anionic Dyes onto Gypsum-Neutralised Red Mud
Vũ Xuân Minh1, Lê Thị Mai Hương2, Trần ThịHồng3, Nguyễn Vũ Giang1, Nguyễn Tuấn Dung1
1Institute for Tropical Technology, Vietnamese Academy of Science and Technology,
18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam
2Institute of Chemistry of Natural Compounds, Vietnamese Academy of Science and Technology,
18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam
3VNU University of Science, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hanoi, Vietnam
Abstract: In the study, red mud of Tân Rai Alumina Plant was neutralised by gypsum of DAP
Đình Vũ Plant and investigated for some anionic dyes adsorption from aqueous solution The effects of pH, contact time, and initial dye concentration on the adsorption were studied Adsorption of Red 3BF, Yellow 3GF and Blue MERF has been found to be best achieved in acidic conditions, pH = was the most suitable value It was found that the sufficient time to attain equilibrium was 120 The adsorption isotherms were analyzed using the Langmuir and the Freundlich models, the Langmuir isotherm showed better fitting the experimental data for all three investigated dyes The maximum adsorption capacities of Red 3BF, Yellow 3GF and Blue MERF (qmax) were founded to be 57.8, 96.6
and 98.23 mg/g, respectively The FT-IR analysis indicated clearly the presence of adsorbed dyes on the gypsum-neutralised ref mud surface