Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý một số kim loại nặng trong nước thải nhà máy mạ

Đại học quốc gia Hà Nội Trường đại học khoa học tự nhiên - Nguyễn Kim Hiển Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý số kim loại nặng nước thải nhà máy mạ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 Đại học quốc gia Hà Nội Trường đại học khoa học tự nhiên - Nguyễn Kim Hiển Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý số kim loại nặng nước thải nhà máy mạ Chuyên nghành: Khoa học môi trường Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê huy du Hà Nội - 2012 Mục lục Trang Mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Than hoạt tính cấu trúc tính chất 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Tổng quan than tre 1.1.3 Điều chế than hoạt tính 1.1.4 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.5 Những quy luật hấp phụ vật lý than hoạt tính 10 1.1.6 Động học hấp phụ 17 1.1.7 Sự hấp phụ dung dịch 18 1.2 Khái quát nước thải mạ 21 1.2.1 Cơng nghệ mạ 21 1.2.2 Thành phần tính chất nước thải mạ 23 1.2.2 ảnh hưởng nước thải mạ đến môi trường sức khoẻ 24 người 1.2.3 Khái quát phương pháp xử lý nước thải mạ Chương Đối tượng phương pháp nghiên cứu 25 28 2.1 Đối tượng nghiên cứu 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1 Phương pháp điều chế than hoạt tính từ tre 28 2.2.2 Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm 29 2.2.3 Phương pháp thống kê toán học 31 2.2.4 Phương pháp xác định tiêu, tính chất đặc 31 trưng than hoạt tính 2.2.5 Phương pháp xác định khả hấp phụ số kim loại nước thải mạ than hoạt tính Chương Kết nghiên cứu 36 39 3.1 Điều chế than hoạt tính 39 3.1.1 Xác định hàm ẩm nguyên liệu 39 3.1.2 Quá trình than hoá 39 3.1.3 Nghiên cứu tối ưu số yếu tố hoạt hố q trình điều chế than hoạt tính từ tre 41 3.2 Đánh giá tính chất đặc trưng than hoạt tính điều chế 44 3.2.1 Tỷ trọng than họat tính 44 3.2.2 Diện tích bề mặt 45 3.2.3 Phân bố lỗ than họat tính 47 3.3 Xác định khả hấp phụ số kim loại nặng nước thải mạ(Cu, Ni, Zn) 49 3.3.1 Xây dựng đường chuẩn 49 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng môi trường pH đến khả hấp phụ than 50 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến khả hấp phụ than 54 3.3.4 Tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại 56 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ than 59 3.3.6 Khảo sát khả hấp phụ than điều chế số kim loại nặng(Cu, Zn, Ni) nước thải mạ 66 Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục DANH MỤC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1 Mức mó húa cỏc biến thực 30 Bảng 3.1 Hàm lượng ẩm nguyên liệu tre 38 Bảng 3.2 Hiệu suất than hóa nhiệt độ thay đổi thời gian 90 phút 39 Bảng 3.3 Kết ma trận thực nghiệm 41 Bảng 3.4 Cỏc hệ số quy hoạch hoa thực nghiệm 41 Bảng 3.5 Kết đo tỷ trọng than tổng thể tích lỗ 43 Bảng 3.6 Tính chất đặc trưng than hoạt tính 47 Bảng 3.7 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng mơi trường pH đến khả hấp phụ than Cu 50 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng môi trường pH đến khả hấp phụ than Zn 51 Bảng 3.9 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng mơi trường pH đến khả hấp phụ than Ni 52 Bảng 3.10 Kết thớ nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian phản ứng đến khả hấp phụ than kim loại Cu, Zn, Ni 54 Bảng 3.11 Kết thí nghiệm khả hấp phụ than kim loại tăng lượng than sử dụng 56 Bảng 3.12 So sánh dung lượng hấp phụ cực đại số langmuir kim loại 58 Bảng 3.13 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ than kim loại Cu, Zn, Ni 61 Bảng 3.14 Các thông số đặc trưng cho mẫu than Cu theo phương trỡnh đẳng nhiệt Langmuir 63 Bảng 3.15 Các thông số đặc trưng cho mẫu than Zn theo phương trỡnh đẳng nhiệt Langmuir 64 Bảng 3.16 Các thông số đặc trưng cho mẫu than Ni theo phương trỡnh đẳng nhiệt Langmuir 65 Bảng 3.17 Nồng độ kim loại nước thải mạ nhà máy Z117 trước qua cột hấp phụ 66 Bảng 3.18 Nồng độ kim loại nước thải mạ nhà máy Z117 sau qua cột hấp phụ 66 DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hỡnh 1.1 Cấu trúc graphit than hoạt tính dạng đa đơn tinh thể Hỡnh 1.2 Dạng phương trỡnh Ponanly-Dubinin 13 Hỡnh 1.3 Dạng phương trỡnh BET 15 Hỡnh 1.4 Dạng phương trỡnh Langmuir 17 Hỡnh 1.5 Dõy truyền cụng nghệ mạ 23 Hỡnh 2.1 Sơ đồ nguyên lý cân hấp thụ động Mac-Ben 34 Hỡnh 2.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Benzen 34 Hỡnh 3.1 Hiệu suất than húa 39 Hỡnh 3.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp với benzen 44 Hỡnh 3.3 Đồ thị đường thẳng BET than hoạt tính điều chế 45 Hỡnh 3.4 Phân bố lỗ than hoạt tính đo máy ASAP 46 Hỡnh 3.5 Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ kim loại 49 Hỡnh 3.6 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ than Cu 50 Hỡnh 3.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ than Zn 51 Hỡnh 3.8 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ than Ni 52 Hỡnh 3.9 Ảnh hưởng thời gianphanr ứng đến hiệu suất hấp phụ than Cu, Ni, Zn 54 Hỡnh 3.10 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính Cu 56 Hỡnh 3.11 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính Zn 57 Hỡnh 3.12 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính Ni 57 Hỡnh 3.13 Đường phân bố kích thước hạt theo phần trăm thể tích 59 Hỡnh 3.14 Hấp phụ giải hấp nitơ lỏng 60 Hỡnh 3.15 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính mẫu than Cu 62 Hỡnh 3.16 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính mẫu than Zn 63 Hỡnh 3.17 Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính mẫu than Ni 64 CHỮ VIẾT TẲT Chữ viết tắt ý nghĩa Cu Kim loại đồng Zn Kim loại kẽm Ni Kim loại niken amax Dung lượng hấp phụ cực đại KL Hằng số Langmuir BET Brunauer-Emmett-Teller Vtổng (cm3/g) Tổng thể tớch lỗ xốp than hoạt tớnh Vlớn (cm3/g) Tổng thể tớch cỏc mao quản lớn than hoạt tớnh Vtrung (cm3/g) Tổng thể tớch cỏc mao quản trung bỡnh than hoạt tớnh Vnhỏ (cm3/g) Tổng thể tớch cỏc mao quản nhỏ than hoạt tớnh SBET Diện tớch bề mặt riờng than hoạt tớnh tớnh theo BET P; Ps Áp suất áp suất bóo hũa chất bị hấp phụ 10 Mở đầu Ngày nay, vấn đề nhiễm mơi trường nói chung, nhiễm mơi trường nước nói riêng hậu kéo theo ngày xúc nhận nhiều quan tâm nhân loại Ô nhiễm môi trường nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sống phát triển bền vững quốc gia Trong đó, vấn đề bối nhiễm mơi trường nước vấn đề ô nhiễm kim loại nặng Các kim loại nặng xâm nhập vào môi trường nước trình rửa trơi, nước thải q trình sản xuất công nông nghiệp Đặc biệt, nguồn nước thải ngành công nghiệp mạ thải môi trường lượng lớn kim loại nặng, không xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Có nhiều phương pháp khác để xử lý nước thải ngành công nghiệp mạ Trong phương pháp hấp phụ phương pháp có hiệu cao nghiên cứu để ứng dụng rộng rãi Than hoạt tính vật liệu hấp phụ sử dụng phổ biến nhiều ngành công nghiệp khác như: khai thác chế biến dầu mỏ, công nghiệp dệt, công nghiệp thực phẩm Ngày nay, việc ứng dụng than hoạt tính vào mục đích xử lý môi trường ngày tăng Tre nguồn nguyên liệu rẻ dồi Việt Nam Việc khai thác tre để điều chế than vừa có chi phí sản xuất thấp vừa ảnh hưởng đến mơi trường Than tre có có khả hấp phụ tốt có diện tích bề mặt cao, phân bố lỗ trung lỗ lớn nhiều Như vậy, than tre hoàn tồn ứng dụng lĩnh vực xử lý môi trường Tuy nhiên, nước ta nay, việc nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre, ứng dụng xử lý kim loại nặng nước chưa quan tâm nhiều Chính luận văn đề cập đến việc “Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý số kim loại nặng nước thải mạ” Mục đích luận văn là: - Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre - Đánh giá tính chất đặc trưng than tre hoạt tính điều chế - Nghiên cứu khả ứng dụng than tre hoạt tính việc xử lý số kim loại nặng có nước thải mạ 11 ... điều chế than hoạt tính từ tre, ứng dụng xử lý kim loại nặng nước chưa quan tâm nhiều Chính luận văn đề cập đến việc ? ?Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý số kim loại nặng nước thải mạ? ??... - Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre - Đánh giá tính chất đặc trưng than tre hoạt tính điều chế - Nghiên cứu khả ứng dụng than tre hoạt tính việc xử lý số kim loại nặng có nước thải mạ. .. nghiên cứu than tre hoạt tính cịn chưa cho thấy hết khả ứng dụng than hoạt tính từ tre Do đó, luận văn tơi xin trình bày việc nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng than tre điều chế để xử lý số kim