Nghiên cứu hoạt hóa than bùn liên chiểu, đà nẵng bằng axit hcl và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion cu2+ trong dung dịch nước

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn- Liên Chiểu,Đà Nẵng axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu2+ dung dịch nước ” Sinh viên thực : Lê Thị Thùy Linh (16/05/1990) Lớp : 08SHH Giảng viên hướng dẫn : TS Trần Mạnh Lục ĐÀ NẴNG, 2012 SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – tự do- hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Lê Thị Thùy Linh (16/05/1990) Lớp : 08SHH Tên đề tài: “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu2+ dung dịch nước” Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị  Nguyên liệu: Than bùn nguyên liệu  Dụng cụ: dụng cụ thủy tinh, máy khuấy từ, tủ sấy, cân phân tích, cối chày,…  Thiết bị: máy khuấy từ, máy đo pH, máy chụp ảnh SEM Nội dung nghiên cứu      Xử lý nguyên liệu than bùn Tìm điều kiện tối ưu cho q trình hoạt hóa tác nhân axit Chụp ảnh SEM trước sau hoạt hóa axit HCl Xác định đặc tính hóa lý than bùn trước sau hoạt hóa Hấp phụ bể hấp phụ cột ion Cu2+ than bùn sau hoạt hóa:  Khảo sát sựu ảnh hưởng củ thời gian đạt cân hấp phụ  Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ  Tải trọng hấp phụ cực đại Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Lục Ngày giao đề tài: 15/07/2011 Ngày hoàn thành: 10/03/2012 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn ( Ký ghi rõ họ tên) SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH ( Ký ghi rõ họ tên) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PGS.TS Lê Tự Hải GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC TS Trần Mạnh Lục Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 05 năm 2012 Kết điểm đánh giá: Ngày … Tháng……năm 2012 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC MỞ ĐẦU Từ kết khảo sát địa chất cho thấy Việt Nam có lượng than bùn dồi dào, phân bố khắp tỉnh nước Riêng vùng Quảng Nam – Đà Nẵng có hàng chục mỏ than bùn thăm dò, điều tra đánh giá trữ lượng, chất lượng bước đầu dược khai thác sử dụng Ở nước ta than bùn thường dùng nhiều lĩnh vực nơng nghiệp làm phân bón, bước đầu sử dụng axit humic chiết tách từ than bùn làm chất kích thích sinh trưởng Việc nghiên cứu ứng dụng chúng lĩnh vực công nghiệp sản xuất ắc quy, chế tạo dung dịch khoan, vật liệu hấp phụ kim loại nặng nhằm xử lý ô nhiễm môi trường, làm giàu tách kim loại đất phóng xạ …đang cịn hạn chế Gần đây, nước có số cơng trình nghiên cứu khả axit humic tách từ than bùn, kết tủa ion thori (V) chì (II) Phan Văn Tình, Lưu Minh Đại; khả tách ion coban (II), mangan (II) uran (IV) Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình… Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn- Liên Chiểu,Đà Nẵng axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu2+ dung dịch nước ” ý nghĩa lý thuyết mà cịn mở khả ứng dụng lớn tài nguyên than bùn dồi nước có KẾT CẤU LUẬN VĂN Mở đầu 01 trang (Trang 01) Chương 1: Tổng quan 24 trang ( trang 02- 25) Chương 2: Thực nghiệm 06 trang ( trang 26- 31) Chương 3: Kết thảo luận 19 trang ( trang 32- 50) SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN 1.1.1 Nguồn gốc, phân loại tính chất than bùn 1.1.1.1 Nguồn gốc hình thành than bùn Than bùn hình thành tích lũy lâu đời xác thực vật phân giải điều kiện thừa ẩm, thiếu khơng khí Kết phân giải xác thực vật khơng phân giải hồn tồn mà hình thành lớp chất hữu gồm phần lại thực vật bị phân giải dở dang, mùn mục chất khống Lớp chất hữu gọi “than bùn” [2] 1.1.1.2 Phân loại than bùn Có thể chia than bùn thành loại: than bùn nông, than bùn sâu than bùn chuyển tiếp Than bùn nơng: hình thành tích tụ xác, bã loại có dinh dưỡng như: lau, sậy, lăn, lác nơi địa hình tương đối cao Than bùn sâu: điều kiện địa hình thấp, có đầm lầy nước đọng nhiều chất dinh dưỡng, loại phát triển tốt như: cỏ lơng lợn, cỏ sâu róm, rêu, lăn, lác, lau, sậy loại nhỏ Xác bã loại tích tụ dần thành than bùn sâu Đặc điểm than bùn sâu chứa nhiều chất dinh dưỡng chua Than bùn chuyển tiếp: hai loại than bùn Đặc điểm than bùn nông than bùn chuyển tiếp dinh dưỡng, mức độ mùn hố thấp chua [2] 1.1.1.3 Một số tính chất hóa lí than bùn Màu sắc: đen, sẫm nâu nhạt Cấu trúc: xốp nát bụi quyện thành bùn Mức độ phân giải: SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC - Loại tỉ lệ phân giải thấp: ~20%: giữ nguyên dạng - Loạị tỉ lệ trung bình: 30 - 40%: hình dạng khó phân biệt, có mùn mục Khả giữ nước: biến thiên từ: 75 - 275% Dung tích hấp phụ: 150 - 250 mlđlg/100 gam than bùn khô Khả giữ nước dung tích hấp phụ than bùn khác với loại than bùn khác [2], [14] 1.1.2 Chất mùn than bùn Mùn hợp chất cao phân tử phức tạp, có thành phần khơng ổn định, hình thành phân huỷ mùn hố chất hữu Hàm lượng mùn đất đặc điểm điều kiện trình hình thành đất định Trong than mùn tổng lượng mùn đạt tới vài chục phần trăm Người ta chia mùn làm hai nhóm hợp chất: Nhóm thứ nhất: bao gồm sản phẩm phân giải xác hữu sản phẩm sống (trao đổi tổng hợp) vi sinh vật Những chất hữu chưa bị mùn hố có thành phần xác hữu Vì vậy, người ta gọi nhóm thứ nhóm mùn khơng đặc trưng Trong than bùn hàm lượng nhóm đạt tới 50 - 80% Vì đây, q trình vơ hóa chất hữu chậm Tính chất đặc trưng nhóm hợp chất chưa bị mùn hóa tính chất biến động q trình phân hủy mùn hóa hợp chất luôn xảy đất Trong thành phần nhóm mùn đặc trưng bao gồm hợp chất như: hydrat cacbon, hợp chất chứa nitơ, linhin, lipit, nhựa, chất chát, andehit Nhóm thứ hai: bao gồm hợp chất hữu phức tạp bị mùn hoá Chúng khơng có thành phần xác hữu mà hình thành q trình mùn hố, chúng gọi nhóm mùn đặc trưng Nhóm chiếm khoảng: 80- 90% tổng số mùn đất SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Nhóm mùn đặc trưng hay thường gọi chất mùn hệ thống hợp chất hữu cao phân tử, chứa nitơ, có cấu trúc vịng có tính axit Do nhóm chất mùn có tính axit thực chất nhóm bao gồm axit mùn dẫn xuất nên cịn gọi nhóm axit mùn Nhờ có tính axit mà chúng tác dụng với chất vơ tạo hợp chất hồ tan khơng hồ tan Những hợp chất khơng hịa tan tích lũy đất làm cho chất mùn khơng bị rửa trơi Tính chất đặc trưng chất mùn tính đa dạng tính phức tạp – tức thành phần chúng khác theo thời kỳ mùn hóa Nhóm chất mùn chia thành số nhóm nhỏ dựa vào thành phần, tính chất, kích thước phân tử, mức độ di chuyển vai trị q trình hình thành đất Vấn đề thành phần danh pháp chất mùn chưa xem giải Trên sở nghiên cứu I.V.Chiurin, M.M.Cônônôva, Đrahunôp, L.H.Alêchxanđrôp nhà nghiên cứu khác, người ta chia nhóm chất mùn đặc trưng thành nhóm axit mùn Nhóm axit humic: bao gồm axit humic (axit màu xám- theo thuật ngữ nhà thổ nhưỡng Đức) axit ulmic (axit màu nâu- theo thuật ngữ nhà thổ nhưỡng Đức) Ngồi ra, nhóm cịn có axit hematomelanic- phần axit humic hịa tan rượu Axit humic axit hữu cao phân tử, chứa nitơ có cấu trúc vịng Chúng hịa tan tốt dung dịch lỗng hydroxit kiềm cacbonat kiềm,…Trong dung dịch hòa tan chúng có màu nâu đến đen Axit humic thực tế khơng hịa tan nước axit vơ Axit humic có thành phần nguyên tố chủ yếu cacbon, hydro, oxy nitơ Hàm lượng nguyên tố axit humic thay đổi phụ thuộc vào loại đất, thành SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC phần hoá học xác hữu cơ, điều kiện mùn hoá phương pháp tách chúng Hàm lượng nguyên tố hoá học axit humic thay đổi phạm vi sau: C: 50 - 60% O: 31 - 40% H: 2,8 – 6,6% N: - 6% Ngồi ngun tố hố học chủ yếu trên, axit humic chứa nguyên tố tro với hàm lượng không nhiều như: P, S, Al, Fe, Si phụ thuộc vào mức độ tinh khiết dung dịch tách axit humic khỏi đất Tổng lượng nguyên tố thay đổi từ - 10% Có lẽ ngun tố tro khơng phải thành phần bắt buộc phân tử axit humic Chúng liên kết với axit humic phản ứng hoá học [6], [20] Nhóm axit fulvic: bao gồm axit crenic, apoarenic (theo thuật ngữ Beczelius Viliam) Axit fulvic có màu nâu sáng, dung dịch tùy thuộc vào nồng độ mà chúng có màu vàng rơm đến màu da cam Axit fulvic hòa tan nước, axit, dung dịch loãng hydroxit kim loại kiềm, cacbonat kiềm, dung dịch amoniac Hàm lượng nguyên tố hóa học axit fulvic không cố định, thay đổi phạm vi sau: C 40 – 52% O 40 48% H4–6% N -6 % Các kết nghiên cứu cấu trúc axit fulvic xác nhận có mặt nhóm định chức cacboxyl, phenol, metoxyl cacbonyl Những nhóm thơm loại vịng hay mạch bên phân tử axit fulvic tương tự axit humic Hydro nhóm cacboxyl phenol hydroxyl có khả trao đổi cation Axit fulvic khác với axit humic chỗ chứa nhiều nhóm định chức lại nhóm thơm SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Nhìn chung, cấu trúc phân tử axit fulvic có nét tương tự axit humic Vì vậy, có nhiều tài liệu đưa axit fulvic hình thành q trình mùn hóa từ axit humic vừa tạo thành Khi tác dụng với chất vô đất, axit funvic tạo thành dẫn xuất hữu cơ, vô khác Axit fulvic tác dụng với cation amoni, kim loại kiềm kim loại kiềm thổ dung dịch đất trạng thái hấp thụ tạo thành muối fulvat Fulvat amoni kiềm hòa tan nước pH dung dịch Fulvat kim loại kiềm thổ hòa tan dung dịch axit, trung tính kiềm yếu Axit fulvic có khả tác dụng với hydroxyt sắt nhôm tạo thành muối phức hợp hịa tan khơng hịa tan Chúng tạo thành phản ứng thay ion hydro nhóm định chức axit fulvic hydroxyt sắt nhôm tương tự thay axit humic Do đó, tính tan muối phức hợp hàm lượng tương đối sắt chúng mức độ pha loãng dung dịch định Nồng độ axit fulvic lớn, hàm lượng sắt nhôm cao phức hợp tạo thành đất hịa tan yếu Nhiều nhà nghiên cứu phân chia chất mùn ngồi hai nhóm cịn nhóm thứ ba nhóm humin Chúng axit humic, song có cấu tạo đơn giản liên kết với phần khoáng, khoáng sét đất chặt chẽ Điều giải thích tính bềnh vững humin tác động axit kiềm lên Đạm humin chứa khoảng 20- 30% tổng số đạm đất Trong đất phần nhỏ chất mùn trạng thái tự axit humic, axit funvic liên kết với tạo chất phức tạp [6], [20] 1.1.3 Than bùn Việt Nam 1.1.3.1 Trữ lượng địa điểm phân bố Theo tài liệu dự báo đánh giá tiềm than bùn Việt Nam Tập đồn Cơng nghiệp than - Khống sản năm 1985 tài ngun than bùn Việt Nam ước tính 7100 triệu mét khối, đó: Nam Bộ 5000 triệu mét khối, SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC đồng ven Miền Trung 450 triệu mét khối đồng Bắc Bộ 1650 triệu mét khối [21] Bảng 1.1 Trữ lượng than bùn vùng nước ta năm 2006 [1], [20] Trữ lượng Vùng Bắc Bộ Tỉnh, thành (ĐV: 10000 tấn) - Hà Nam 7531,00 - Hà Tây 3966,75 - Vĩnh Phúc 69,36 - Quảng Trị 3000,00 - Thừa Thiên Huế 3200,00 - TP Đà Nẵng 2518,80 - Quảng Nam 4937,10 - Quảng Ngãi 311,00 - Bình Định 620,30 - Phú n 515,00 - Khánh Hịa 850,00 - Bình Thuận 150,50 - Bà Rịa Vũng Tàu 2500,00 - TP Hồ Chí Minh 1037,00 - Tiền Giang 2700,00 - An Giang 15505,00 - Sóc Trăng 405,00 - Kiên Giang 193662,00 - Cà Mau 163200,00 Bắc Trung Bộ Nam Trung Bộ Đông Nam Bộ ĐB Sông Cửu Long SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 43 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.2.4.2 Xác định hàm lượng tro Hàm lượng tro than bùn sau hoạt hóa xác định cách nung mẫu 400 - 600 0C thời gian Kết thu bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết xác định hàm lượng tro than bùn hoạt hóa Mẫu Than bùn m1 (g) m2 (g) m3 (g) Hàm lượng tro (%) 31,200 33,200 31,533 16,65 30,244 32,246 30,577 16,63 30,601 32,601 30,929 16,40 sau hoạt hóa Hàm lượng tro trung bình: 16,56% Nhận xét: Hàm lượng tro than bùn sau hoạt hóa giảm nhiều so với than bùn trước hoạt hóa, hàm lượng tro giảm từ 25,42% xuống cịn 16,56 % Có thể giải thích giảm hàm lượng tro mẫu than bùn sau hoạt hóa so với mẫu than bùn trước hoạt hóa chủ yếu q trình hồ tan ion kim loại dạng hấp phụ bị đẩy khỏi mẫu than bùn băng phản ứng trao đổi với H+ hoạt hố Ngồi ra, cịn phần hợp chất vơ bị axit hòa tan bị đẩy khỏi mẫu than bùn 3.2.4.3 Ảnh SEM Hình 3.9 Ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa 500nm (IMS-NKL x 100.0k) SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 44 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Hình 3.10 Ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa 10μm Nhận xét: Các ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa rõ ràng bị biến đổi sâu sắc so với trước hoạt hóa Trên bề mặt than bùn hoạt hóa xuất hệ thống lỗ nhỏ với cấu trúc đặn định Các lỗ nhỏ bề mặt than bùn sau hoạt hóa tạo phần dễ bị hồ tan có than bùn axit fulvic, số lipit, lignin, hạt keo sét bị rửa trơi Có vẻ cấu trúc dạng sợi xenlulozơ xác thực vật chưa phân huỷ hoàn toàn với khung C biến đổi dở dang phần cịn lại than bùn sau hoạt hố 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+ CỦA THAN BÙN HOẠT HÓA BẰNG AXIT HCl 3.3.1 Hấp phụ bể 3.3.1.1 Thời gian đạt cân hấp phụ Điều kiện tiến hành: Nhiệt độ 30°C, 0,5 gam than bùn hoạt hóa, 50ml dung dịch Cu2+ 150 (mg/l), pH = 5, thời gian thay đổi từ 20 - 150 phút Kết trình bày bảng 3.6; 3.9 hình 3.8 SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 45 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.8 Kết khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ ion Cu 2+ Thời gian (phút) Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%) 20 104,1 2,71 20,66 40 98,4 3,28 25,00 60 90,4 4,08 31,10 70 87,2 4,40 33,54 82,4 4,88 37,20 90 77,7 5,35 40,78 100 77,5 5,37 40,93 120 77,2 5,40 41,16 150 76,9 5,43 41,39 80 131,20 45 40 35 q (Cu2+) - -mg/g Hiệu suất (%) Tải trọng hấp phụ (mg/g) 30 25 H(%) 20 15 10 0 20 40 60 70 80 90 100 120 150 Thời gian (phút) Hình 3.11 Tải trọng hấp phụ ion Cu 2+ theo thời gian 20 40 60 70 80 90 100 120 150 Thời gian (phút) Hình 3.12 Hiệu suất hấp phụ Cu 2+ theo thời gian Nhận xét: Từ kết bảng 3.6 hình 3.13 chúng tơi thấy tải trọng hấp phụ ion Cu2+ tăng theo thời gian Trong khoảng thời gian từ 20 phút – 90 phút tải trọng hấp phụ tăng (2,71 – 5,35) Từ 90 phút trở tải trọng hấp phụ tăng (5,35 - 5,43) Như vậy, chọn thời gian hấp phụ ion Cu2+ 90 phút để tiến hành nghiên cứu SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 46 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.3.1.2 Ảnh hưởng pH Điều kiện tiến hành: Nhiệt độ 30 C, 0,5 gam than bùn hoạt hóa, 50ml dung dịch M2+ 150 (mg/l), pH thay đổi từ - 6, khuấy máy khuấy từ thời gian 90 phút, Kết thể bảng 3.10; 3.13 hình 3.9 Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ ion Cu 2+ pH Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%) 122,20 0,90 6,86 110,70 2,05 15,63 99,20 3,20 24,39 90,10 4,11 31,33 76,80 5,44 41,46 77,20 5,40 41,16 131,20 Tải trọng hấp phụ (mg/g) Hình 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến q(Cu2+)-mg/g khả hấp phụ ion Cu 2+ 1 pH 45 40 Hiệu suất (%) 35 30 25 H(%) 20 Hình 3.14 Hiệu suất 15 10 hấp phụ ion Cu 2+ theo pH SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH pH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 47 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Nhận xét: Từ kết bảng 3.10 thấy pH dung dịch ảnh hưởng nhiều đến tải trọng hấp phụ ion Cu2+ Tải trọng hấp phụ tăng từ pH = pH = 5, sau tải trọng hấp phụ giảm xuống Như vậy, từ kết chọn giá trị pH = cho nghiên cứu Qua kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến khả hấp phụ ion kim loại thấy: Khả hấp phụ ion Cu2+ than bùn hoạt hóa phụ thuộc lớn vào pH dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung trình tạo phức ion kim loại với phối tử thuộc nhóm axit yếu H nL + Ở pH thấp, khả hấp phụ than bùn hoạt hóa khơng đáng kể, khả tăng pH dung dịch hấp phụ tăng từ - Nguyên nhân ổn định phức chelat tạo thành ion kim loại axit humic axit funvic vùng pH thấp Mặt khác, phối tử L liên kết chặt chẽ với ion H + nên khơng có có khả tương tác phối trí với ion kim loại Lúc phản ứng phối trí ion kim loại với đôi điện tử tự nguyên tử N hay O cạnh tranh với phản ứng proton hóa nhóm amino – NH2 thành – NH3+ Vì vậy, nồng độ ion Cu2+ lại sau hấp phụ cao pH dung dịch hấp phụ thấp + Tại pH = 5, khả hấp phụ than bùn hoạt hóa lớn Khi pH > 5, khả hấp phụ giảm Nguyên nhân pH cao, nhóm amino khơng bị proton hóa ion kim loại dễ dàng liên kết với nhóm amino Vì vậy, nồng độ ion Cu 2+ cịn lại sau hấp phụ thấp pH dung dịch hấp phụ cao Mặt khác, pH > có tạo thành lượng kết tủa M(OH) Và kể từ giá trị pH ≥ bắt đầu xuất hiện tượng hòa tan lượng nhỏ humic thành humat Trong thí nghiệm tạo mơi trường pH = sử dụng dung dịch NaOH điều làm tăng pH cục Có thể đó, lượng nhỏ humic tan tạo với ion Cu2+ humat tan thể keo chui qua giấy lọc 3.3.1.3 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cu2+ đến trình hấp phụ Điều kiện tiến hành: Nhiệt độ 30 0C, 0,5 gam than bùn hoạt hóa, 50ml dung dịch M2+ thay đổi từ 25 – 300 (mg/l), pH = 5, khuấy máy khuấy từ thời gian 90 phút, Kết thể bảng 3.14; 3.17 hình 3.10 SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 48 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cu 2+đến tải trọng hấp phụ C (mg/l) Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%) 25 25,15 5,42 1,97 78,45 50 40,02 9,52 3,05 76,21 100 85,53 38,43 4,71 55,07 150 125,07 68,27 5,68 45,41 200 187,53 122,73 6,48 34,55 250 234,13 167,73 6,64 28,36 300 273,88 208,28 6,56 23,95 Tải trọng hấp phụ (mg/g) Hình 3.15 Kết khảo sát ảnh hưởng q (Cu2+) - mg/g nồng độ đầu ion Cu 2+ đến tải trọng hấp phụ 25 50 100 150 200 250 300 Nồng độ (mg/l) 90 80 Hiệu suất (%) 70 60 Hình 3.16 Hiệu suất 50 C(mg/l) 40 30 hấp phụ ion Cu 2+ theo nồng độ 20 10 25 50 100 150 Nồng độ (mg/l) SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 200 250 300 49 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Nhận xét: Từ kết bảng 3.14; 3.17 hình 3.10 cho thấy tải trọng hấp phụ ion Cu2+ lên than bùn sau hoạt hóa tăng dần theo chiều tăng nồng độ đầu ion kim loại Tuy nhiên, nồng độ Cu2+ tăng lên hiệu suất hấp phụ giảm xuống Ảnh hưởng nồng độ đầu đến tải trọng hấp phụ than bùn sau hoạt hóa phù hợp với mơ hình Frendlich Ở nồng độ thấp tải trọng hấp phụ tăng tuyến tính, nồng độ tăng lên tải trọng hấp phụ gần bão hịa đồ thị theo đường ngang * Tải trọng hấp phụ cực đại: Bảng 3.11 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại ion Cu 2+ Nồng độ Cf (mg/l) Đại lượng hấp phụ Cf /q (g/l) 5,42 9,52 38,43 68,27 122,73 167,73 208,28 2,75 3,12 8,16 12,02 18,94 25,26 31,75 Hình 3.17 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir Cu 2+ Từ phương trình đẳng nhiệt: y = 0,1404x + 2,1314 ta tính tải trọng hấp phụ cực đại Cu2+ qmax = = 0,066 7,12.2,1314 SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH = 7,12 (mg/g) lực hấp phụ b = 0,1404 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 50 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ kết thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả xác hấp phụ M2+ lên than bùn sau hoạt hóa Điều thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui Từ phương trình thu xác định tải trọng hấp phụ cực đại ion Cu 2+ là: q max = 7,12 (mg/g) Giá trị lực hấp phụ Cu2+ = 0,066 Có thể giải thích khả hấp phụ ion kim loại than bùn hoạt hóa sau: khả hấp phụ phụ thuộc vào chất ion kim loại * So sánh khả hấp phụ than bùn sau hoạt hóa với vật liệu hấp phụ khác: - Than bùn hoạt hóa axit HNO3 5% - 20%, thời gian hoạt hóa giờ: Tải trọng hấp phụ cực đại đồng 8,14 – 9,44 - Sản phẩm chitin ghép axit acrylic: Tải trọng hấp phụ cực đại đồng 12,82 Như vậy, tải trọng hấp phụ ion Cu2+ than bùn hoạt hóa axit HCl thấp so với sản phẩm khác Khả oxi hóa H2SO4 HNO3 than bùn lớn so với HCl nên dẫn đến khả hấp phụ sản phẩm lớn Đối với chitin cấu trúc chitin giống xenlulozơ thuận lợi cho việc hấp phụ cấu trúc vòng thơm than bùn 3.3.2 Hấp phụ cột Các nghiên cứu sơ ban đầu cho thấy: than bùn sau hoạt hóa cho vào dung dịch bị rã thành dạng bột mịn nên sử dụng cột thuỷ tinh đường kính d = (cm) dung dịch chảy qua cột lớp than bùn khó khăn sau thời gian bị tắc lại Vì trình hấp phụ cột tiến hành cột thủy tinh có d = 1,5 (cm) Cột thủy tinh rửa sạch, để khơ, phía có khố đóng mở Dùng kẹp lắp lên giá cho cột thẳng đứng, khố phía đóng lại Lót lớp bơng thấm nước đáy đổ vào cột gam axit than bùn hoạt hóa qua rây 0,5mm, cho 50 ml nước cất chia làm lần (dung môi rửa cột) Gõ nhẹ cho lớp hấp phụ lắng đều, thấm ướt, đồng thời bọt khí Mở khố loại bỏ dung mơi rửa cột, đến dung môi cách bề mặt lớp hấp phụ 0,5 cm đóng khố lại SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 51 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.3.2.1 Ảnh hưởng tốc độ chảy đến khả hấp phụ Điều kiện tiến hành: dung dịch Cu2+ 150ml, nồng độ 150 (mg/l), pH = 5, nhiệt độ phòng Điều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc độ 1ml/phút tốc độ 3ml/phút Mỗi phân đoạn 50 ml dung dịch thu dung dịch chảy ra, đem xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch Kết trình bày bảng 3.23 hình 3.23 Bảng 3.12 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng chảy Cu 2+ Phân đoạn Tốc độ dòng M2+ Đầu Giữa Cuối 1ml/phút 0,22 0,17 0,14 3ml/phút 0,28 0,24 0,15 qCu2+(mg/g) 0.3 0.25 0.2 Phân đoạn đầu 0.15 Phân đoạn 0.1 Phân đoạn cuối 0.05 1ml/phút Hình 3.18 Ảnh hưởng tốc độ dòng chảy Cu 2+ Nhận xét: Do hàm lượng mùn cao than bùn hoạt hóa dung dịch bị rã thành dạng bột mịn dung dịch chảy qua lớp than bùn khó khăn nên khác tải trọng hấp phụ hai tốc độ chảy chênh lệch không nhiều SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 52 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ kết chọn tốc độ chảy 3ml/phút, thu dung dịch phân đoạn (tương ứng với 50 ml dung dịch Cu2+ để tiến hành nghiên cứu 3.3.2.2 Ảnh hưởng pH dung dịch đến khả hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Dung dịch Cu2+: 50 ml, nồng độ 150 (mg/l) với pH dung dịch thay đổi từ 2- 6, nhiệt độ phòng, điều chỉnh tốc độ dịng 3ml/phút Kết trình bày bảng 3.24 hình 3.24 Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch pH qCu2+(mg/g) 0,13 0,15 0,19 0,27 0,25 0.3 Nồng độ (mg/l) 0.25 0.2 0.15 q(Cu2+) - mg/l 0.1 0.05 pH Hình 3.19 Ảnh hưởng pH dung dịch Nhận xét: Từ kết nhận thấy pH dung dịch ảnh hưởng lớn đến tải trọng hấp phụ than bùn hoạt hóa ion Cu2+ Tải trọng hấp phụ tăng dần từ pH =2 đến pH =5 giảm pH=6 Chúng tơi giải thích trường hợp ảnh hưởng pH dung dịch đến tải trọng hấp phụ cột tương tự phần hấp phụ bể Từ kết chọn giá trị pH=5 để nghiên cứu tiếp ảnh hưởng nồng độ SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 53 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến khả hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Dung dịch Cu2+: 50 ml, thay đổi nồng độ từ 25(mg/l) đến 300 (mg/l) với pH dung dịch 5, nhiệt độ phòng Điều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc độ 3ml/phút Kết trình bày bảng 3.25 hình 3.25 Bảng 3.14 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch Nồng độ (mg/l) 25 50 100 150 200 250 300 qCu2+(mg/g) 0,13 0,17 0,22 0,27 0,31 0,36 0,37 H% 73,15 68,50 40,80 26,40 21,60 18,60 17,28 Tải trọng hấp phụ (mg/l) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 q(Cu2+) - mg/l 0.15 0.1 0.05 25 50 100 150 200 250 300 Nồng độ (mg/l) Hình 3.20 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch Nhận xét: Từ kết nhận thấy nồng độ dung dịch ion Cu2+ tăng lên tải trọng hấp phụ tăng Tuy nhiên, tăng nồng độ dung dịch hiệu suất hấp phụ giảm mạnh SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 54 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận a Đã xác định đặc tính hóa lý than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng + : 5,193 (ứng với hệ số khô kiệt 0,948) + Hàm lượng tro: 25,42% + Cấu trúc tế vi đánh giá qua chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) b Đã khảo sát điều kiện tối ưu tiến hành hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl Nồng độ axit HCl 4M, thời gian hoạt hóa tỉ lệ rắn lỏng 10g than bùn/ 30 ml axit c Đã tiến hành xác định số đặc tính than bùn hoạt hóa: + Độ ẩm 19,313 + Hàm lượng tro 16,56 + Cấu trúc tế vi đánh giá qua chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) c Đã nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ than bùn hoạt hóa (kích thước hạt bé 0.5mm) điều kiện tĩnh (hấp phụ bể) thu số kết quả: + Thời gian đạt cân hấp phụ: 90 phút + pH tối ưu: pH = + Tải trọng hấp phụ cực đại: q max = 7,12 (mg/g) hạt 0,5mm + Hiệu suất hấp phụ lớn nhất: 78,45% ứng với nồng độ đầu 25 mg/l d Đã nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ than bùn hoạt hóa cột 50x cm - Tốc độ chảy 3ml/phút - pH tối ưu - Hiệu suất hấp phụ: Cu2+ : 40,8% Kiến nghị: Than bùn nước ta có trữ lượng lớn, phân bố khắp nước, giá thành rẻ cần mở rộng nghiên cứu sản phẩm hoạt hóa từ than bùn Trên sở hấp phụ ion kim loại than bùn hoạt hóa, mở rộng nghiên cứu ứng dụng than bùn hoạt hóa vào ngành sản xuất phân bón để tăng khả giữ chất dinh dưỡng phân SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH 55 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình (2002), “Tách giữ kim lọai nặng chì , đồng, niken, crom thori từ dung dịch môi trường axit yếu cột axit humic”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, KHTN  CN, Tập XVIII, (số 4) [2] Lê Văn Căn (1978), Giáo trình hóa nơng, NXB Nghiệp, Hà Nội [3] Đặng Kim Chi (2005), Hóa học mơi trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi ( 2002), Cơ sở hóa phân tích, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Lê Thị Hồng Dương, Nghiên cứu hoạt hóa than bùn axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Cu2+, Pb2+, Zn2+ dung dịch nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2011 [6] Lê Văn Khoa – Hồng Văn Thế - Hồng Văn Hôy (1970), Nơng hóa học, Hà Nội [7] Lê Văn Khoa ( 2001), Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón trồng, NXB Giáo dục [8] Lê Tự Hải (2006), “ Nghiên cứu tách ion Cu2+ dung dịch nước vật liệu hấp phụ Bentonit Thuận Hải”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số (15) – (16) [9] Dr Phạm Luận (1987), Sổ tay pha chế dung dịch, Trường Đại học Tổng hợp, Hà Nội [10] Trần Mạnh Lục (2001), “Nghiên cứu axit Humic chiết tách từ than bùn miền Trung số ứng dụng nó” Đề tài khoa học cơng nghệ cấp Đại học Đà Nẵng, Mã số T98- 16- 06, ĐHĐN SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 56 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC [11] Trần Mạnh Lục (1985), “Kết xác định thành phần hóa học mẩu than bùn Hòa Vang– Quảng Nam- Đà Nẵng”, Tập san Khoa học, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Số 10 [12] Trần Mạnh Lục, Lê Phước Hòa (1986), “ Ảnh hưởng hoạt hóa than bùn axit clohidric đến số đặc tính nó”, Thơng tin khoa học kỹ thuật Quảng Nam- Đà Nẵng, Số [13] Thân Văn Liên, Đoàn Thị Mơ, Lê Quang Thái, Nguyễn Đình Văn, Ngơ Văn Tuyến, Hồng Bích Ngọc, Đỗ Quý Sơn, Thái Bá Cầu, “ Trao đổi ion bùn”, Tạp chí Hóa học, T.35(3/1997), Tr.71 [14] Lê Thị Mùi (2008), “ Sự tích tụ chì đồng số loại nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng biển Đà Nẵng”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số (27) [15] Nguyễn Mười, Trần Nguyên Chính, Đỗ Nguyên Hải, Trần Văn Mùa, Phạm Thanh Nga, Đào Châu Thu (2005), Giáo trình thổ nhưỡng học, Nhà xuất Nông Nghiệp Hà Nội [16] Từ Vọng Nghi (2002), Phương pháp phân tích nước, NXB khoa học kỹ thuật [17] Hồng Nhâm (2003), Hóa vơ 3, NXB Giáo dục [18] Trần Công Tấu, Ngô Văn Phú, Hồng Văn Hôy, Hồng Văn Thế, Văn Huy Hải, Trần Khắc Hiệp (1986), Thổ nhưỡng học, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [19] Lê Quốc Tuấn (2009), “ Ô nhiễm nước hậu nó”, Báo cáo Khoa học mơi trường”, Trường Đại học Nơng lâm Thành phố Hồ Chí Minh- Khoa Mơi truongf tài nguyên SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 57 GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC [20] Hoàng Văn Tuệ (1973), Thổ nhưỡng học, Khoa sinh vật- Đại học tổng hợp, Hà Nội [21] Trần Mạnh Trí (1997), “ Sử dụng than bùn Việt Nam để sản xuất phân bón bảo vệ mơi trường”, Tạp chí Hóa học, T.35, Tr.94 [22] Phạm Văn Tình, Lưu Minh Đại, “ Kết tủa ion thori (IV) chì (II) axit humic xử lý nước môi trường”, Tạp chí Hóa học, T.35(2/1997), Tr.66 [23] A.Szalay (1974), Sự tích tụ Uran kim loại khác than đá, phiên thực vật vai trò axit humic làm giàu địa hóa đó, Stơc khơm [24] PL.Belkevich, AR.Givtova (1979), Than bùn vấn đề bảo vệ môi trường, NXB Minxcơ SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH ... Tên đề tài: ? ?Nghiên cứu hoạt hóa than bùn axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu2+ dung dịch nước? ?? Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị  Nguyên liệu: Than bùn nguyên liệu  Dụng cụ: dụng cụ thủy... tách ion coban (II), mangan (II) uran (IV) Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình… Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu hoạt hóa than bùn- Liên Chiểu,? ?à Nẵng axit HCl ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu2+ dung dịch nước. .. lực hấp phụ Cu2+ = 0,066 Có thể giải thích khả hấp phụ ion kim loại than bùn hoạt hóa sau: khả hấp phụ phụ thuộc vào chất ion kim loại * So sánh khả hấp phụ than bùn sau hoạt hóa với vật liệu hấp