Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng cr3+, ni2+, cu2+, zn2+ bằng bã mía

o a häc tù nhiªn ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  đ i họ c k h Phựng Th Kim Thanh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) BẰNG BÃ MÍA SAU KHI ĐÃ BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Phùng Thị Kim Thanh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) BẰNG BÃ MÍA SAU KHI ĐÃ BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN TRỌNG UYỂN Hà Nội – 2011 Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu ion kim loại nặng Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ 1.1.1 Tình trạng nhiễm kim loại nặng 1.1.2 Tác động sinh hóa ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ người 1.1.2.1 Crom 1.1.2.2 Niken 1.1.2.3 Đồng 1.1.2.4 Kẽm 1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 1.2 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 10 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 10 1.3 Giới thiệu chung phương pháp hấp phụ 11 1.3.1 Hiện tượng hấp phụ 11 1.3.1.1 Hấp phụ vật lý .11 1.3.1.2 Hấp phụ hóa học 12 1.3.2 Hấp phụ môi trường nước 12 1.3.3 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .13 1.4 Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 16 1.4.1 Sự xuất phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.4.2 Cơ sở phương pháp .17 1.4.3 Nguyên tắc 17 1.4.4 Một số yêu cầu kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu 18 1.4.5 Ưu nhược điểm phương pháp AAS 19 1.4.5.1 Ưu điểm .19 1.4.5.2 Nhược điểm 19 1.4.6 Ứng dụng phương pháp AAS 19 Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học 1.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .19 1.6 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 20 1.7 Vật liệu hấp phụ bã mía 21 1.8 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP .22 Chương - THỰC NGHIỆM 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 26 2.3 Dụng cụ hóa chất 26 2.3.1 Dụng cụ 26 2.3.2 Hóa chất .27 2.3.3 Chuẩn bị hóa chất 27 2.4 Phương pháp nghiên cứu .27 2.4.1 Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía .27 2.4.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu 27 2.4.1.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ .28 2.4.2 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 28 2.4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 28 2.4.2.2 Khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 28 2.4.2.3 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ VLHP .29 2.4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ 29 2.4.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến khả hấp phụ VLHP 29 2.4.3 Thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa ion Zn2+ 29 2.4.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ crom, niken, đồng, kẽm theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 30 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .34 3.1 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt VLHP .34 3.1.1 Đặc trưng IR 34 3.1.2 Đặc trưng SEM 35 Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 36 3.3 Kết khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu 38 3.4 Thời gian đạt cân VLHP 39 3.5 Ảnh hưởng lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ 41 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến khả hấp phụ VLHP 43 3.6.1 Đối với Cr3+ .45 3.6.2 Đối với Ni2+ .45 3.6.3 Đối với Cu2+ .46 3.6.4 Đối với Zn2+ .46 3.7 Kết thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa Zn2+ 47 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp thụ Langmuir ………………………… Hình 1.2 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Ccb q vào Ccb ……………………… 16 16 Hình 1.3 Sơ đồ nguyen lý kính hiển vi điện tử qt ………………… 20 Hình 2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ crom ………………………… 31 Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ niken ………………………… 32 Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ đồng ………………………… 32 Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ kẽm ………………………… 33 Hình 3.1 Phổ IR nguyên liệu đầu …………………………………… 34 Hình 3.2 Phổ IR VLHP ………………………… ………………… 34 Hình 3.3 Ảnh SEM nguyên liệu……………………………………… 35 Hình 3.4 ẢNh SEM VLHP………………………………………… 36 Hình 3.5 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cr3+……………………… 36 Hình 3.6 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Ni2+……………………… 37 Hình 3.7 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cu2+……………………… 37 Hình 3.8 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Zn2+……………………… 38 Hình 3.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ … 40 Hình 3.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào lượng VLHP…… 43 Hình 3.11a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cr3+ 45 Hình 3.11b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Cr3+………………………………………… 45 Hình 3.12a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Ni2+ 45 Hình 3.12b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Ni2+………………………………………… 45 Hình 3.13a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cu 2+ 46 Hình 3.13b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Cu2+………………………………………… 46 Hình 3.14a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Zn2+ 46 Hình 3.14b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Zn2+………………………………………… 46 Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ …………………………… 14 Bảng 1.2 Thành phẩn hóa học bã mía …………………………… 21 Bảng 2.1 Kết phân tích mẫu nước thải thực nghiệm ………………… 30 Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định Crom ……………… 31 Bảng 2.3 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định niken ………………… 31 Bảng 2.4 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định đồng ………………… 32 Bảng 2.5 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định kẽm ………………… 33 Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cr3+ ……………………… 36 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Ni2+ ……………………… 37 Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Cu2+ ……………………… 37 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến hấp phụ Zn2+ ……………………… 38 Bảng 3.5 pH tối ưu cho trình hấp phụ Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+………… 38 Bảng 3.6 Các thông số hấp phụ nguyên liệu VLHP Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ …………………………………………………………… 39 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc dung lượng vào thời gian hấp phụ ………… 39 Bảng 3.8 Ảnh hưởng lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ ……… 42 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr 3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến dung lượng hấp phụ ……………………………………………………… 44 Bảng 3.10 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir ………… 47 Bảng 3.11 Kết xử lý Zn2+ nước thải xưởng xi mạ ………… 47 Bảng 3.12 Kết giải hấp Zn2+ ………………………………………… 48 Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp gia tăng ô nhiễm môi trường ngày cao Vấn đề ô nhiễm môi trường không vấn đề riêng quốc gia mà vấn đề chung toàn nhân loại Ở Việt Nam, mơi trường dần bị suy thối, xâm hại có mơi trường nước Có nhiều ngun nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường nước mà nguyên nhân chủ yếu hoạt động sản xuất công nhiệp Nước thải hầu hết sở sản xuất có chứa nhiều chất độc hại như: chất hữu cơ, ion kim loại nặng (Pb2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, ) xử lý sơ bộ, trí chưa qua xử lý thải vào môi trường Hậu môi trường nước bị ô nhiễm nghiêm trọng hợp chất hữu cơ, kim loại nặng Để kiểm sốt giảm thiểu nhiễm việc áp dụng phương pháp xử lý nước thải việc thiếu có ý nghĩa quan trọng, đặc biệt phương pháp xử lý kim loại nặng nước Có nhiều phương pháp khác nghiên cứu áp dụng để loại bỏ kim loại nặng khỏi nguồn nước, như: phương pháp hóa học hóa lý (phương pháp kết tủa, phương pháp hấp phụ, trao đổi ion ) Trong đó, phương pháp hấp phụ áp dụng rộng rãi cho kết khả thi Một vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại nặng nhiều người quan tâm phụ phẩm nông nghiệp, như: bã mía, vỏ trấu, lõi ngơ, Hướng nghiên cứu có nhiều ưu điểm từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản, có tính ứng dụng cao thực tế không đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại Mặt khác, Việt Nam nước có nguồn phế thải nơng nghiệp dồi dào, song việc nghiên cứu sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nước thải quan tâm Xuất phát từ lý trên, mà đề tài luận văn tiến hành “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng (Cr 3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) bã mía sau biến tính thử nghiệm xử lý môi trường” Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu ion kim loại nặng Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ 1.1.1 Tình trạng nhiễm kim loại nặng Q trình cơng nghiệp hóa - đại hóa thúc đẩy hình thành khu cơng nghiệp, khu chế xuất Gắn liền với phát triển khu công nghiệp vấn đề gia tăng ô nhiễm môi trường Trong đó, vấn đề nhiễm kim loại nặng vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, sức khỏe sinh hoạt người dân Kim loại nặng độc hại phát tán vào môi trường ngày tăng Nguồn nước thải sở sản xuất, nước thải sinh hoạt người dân chưa xử lý xử lý không triệt để hàng ngày thải môi trường nước; Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, mạ kim loại, khai thác mỏ hoạt động gây ảnh hưởng đến môi trường; Bên cạnh hàng trăm làng nghề thủ cơng như: đúc đồng, xử lý nhơm, chì, chưa có biện pháp xử lý nước thải hiệu trước thải ngồi mơi trường Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng ion kim loại nặng nước gần khu công nghiệp xấp xỉ vượt giới hạn cho phép Không giống chất ô nhiễm hữu cơ, ion kim loại nặng không phân hủy thành sản phẩm cuối vô hại [1, 3] 1.1.2 Tác động sinh hóa ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ người Hầu hết kim loại nặng nồng độ vi lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho phát triển sinh vật Tuy nhiên, hàm lượng chúng vượt giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, gây tác động nguy hại đến sức khỏe người sinh vật Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng mơi trường nước nước thải có chứa ion kim loại nặng khu công nghiệp, khu chế xuất thải môi trường Một số hợp chất kim loại nặng thải mơi trường bị tích tụ đọng lại đất, song có số hợp chất hịa tan tác động nhiều yếu tố khác Điều tạo điều kiện để kim loại nặng phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm Các kim loại nặng thường xâm nhập vào thể theo chu trình thức ăn Ngồi cịn thơng qua Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe cong người sinh vật Về mặt sinh hóa, ion kim loại có lực lớn với nhóm -SH, -SCH3 nhóm enzym thể Vì xâm nhập vào thể làm cho enzym bị hoạt tính, cản trở q trình tổng hợp protein thể theo phương trình phản ứng sau: SH S + M2+ Enzym M Enzym SH +2H+ S 1.1.2.1 Crom Crom (Z = 24) nguyên tố thuộc nhóm VIB bảng tuần hồn, cấu hình electron là: [Ar] 3d54s1 Crom kim loại cứng lại dễ rèn, có màu xám với độ bóng nhiệt độ nóng chảy cao Các trạng thái ôxi hóa phổ biến crom +2, +3 +6, trạng thái +3 ổn định Các trạng thái +1, +4 +5 Các hợp chất crom với trạng thái ơxi hóa +6 chất có tính ơxi hóa mạnh Trong khơng khí, crom ơxy thụ động hóa, tạo thành lớp mỏng oxit bảo vệ bề mặt, ngăn chặn q trình oxi hóa kim loại phía nên sử dụng chủ yếu ngành luyện kim, để tăng cường khả chống ăn mòn bảo vệ bề mặt Trong nước Crom nằm hai dạng Cr(III) Cr(VI); Crom xâm nhập vào nguồn nước từ nước thải nhà máy công nghiệp nhuộm len, công nghiệp mạ, thuộc da, sản xuất gốm sứ, chất nổ Nhìn chung, hấp thụ Crom vào thể người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hố Cr(VI) hấp thụ qua dày, ruột nhiều Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà hấp thụ) cịn thấm qua màng tế bào Nếu Cr(III) hấp thu 1% lượng hấp thu Cr(VI) lên tới 50% Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, lượng đáng kể đọng lại phổi phổi phận chứa nhiều Crom Crom xâm nhập vào thể theo ba đường: hơ hấp, tiêu hố tiếp xúc trực tiếp với da Con đường xâm nhập, đào thải Crom thể người chủ Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Kết khảo sát khả hấp phụ VLHP nguyên liệu tổng hợp bảng 3.6 Bảng 3.6 Các thông số hấp phụ nguyên liệu VLHP Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ Nguyên liệu Ion kim loại VLHP Co (mg/l) Ccb q Co (mg/l) Ccb q (mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/g) Cr3+ 99,89 50,463 49,427 99,89 39,975 59,915 Ni2+ 99,70 90,411 9,289 99,70 53,936 45,764 Cu2+ 98,92 74,373 23,547 98,92 56,768 56,768 Zn2+ 98,02 70,695 27,325 98,02 41,368 61,119 Từ bảng kết kết luận nguyên liệu VLHP có khả hấp phụ Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ Tuy nhiên, so sánh dung lượng hấp phụ VLHP nguyên liệu ion kim loại cho thấy: khả hấp phụ VLHP cao hẳn so với nguyên liệu Điều phù hợp với kết chụp IR SEM VLHP nguyên liệu đưa mục 3.1 3.4 Thời gian đạt cân VLHP Sau tiến hành khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ với ion Cr 3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ thu kết sau: Bảng 3.7 Sự phụ thuộc dung lượng vào thời gian hấp phụ Ion Cr3+ Luận văn tốt nghiệp Thời gian Ccb q (phút) Co (mg/l) (mg/l) (mg/g) 10 99,83 49,898 49,932 30 99,83 44,112 55,718 40 99,83 40,001 59,829 50 99,83 39,991 59,839 80 99,83 39,987 59,843 100 99,83 39,985 59,845 39 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Ni2+ Cu2+ Zn2+ Khoa Hóa học 10 101,00 80,263 20,737 30 101,00 55,013 45,987 40 101,00 49,034 51,966 50 101,00 48,930 52,070 80 101,00 48,907 52,093 100 101,00 48,885 52,115 10 99,506 76,709 22,797 30 99,506 58,951 40,555 40 99,506 57,543 41,963 50 99,506 57,524 41,982 80 99,506 57,510 41,996 100 99,506 57,478 42,028 10 98,026 48,034 49,992 30 98,026 44,084 53,942 40 98,026 42,508 55,518 50 98,026 41,492 56,534 80 98,026 41,485 56,541 100 98,026 41,477 56,549 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian trình bày hình 3.9 70 60 q (mg/g) 50 Cr 40 Ni 30 Cu Zn 20 10 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3.9 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ Luận văn tốt nghiệp 40 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học * Nhận xét: + Với Cr3+: Trong khoảng thời gian khảo sát từ 10 ÷ 100 phút, dung lượng hấp phụ VLHP tăng theo thời gian Cụ thể: từ 10 ÷ 40 phút dung lượng hấp phụ tăng nhanh, từ phút 40 ÷ 100 tăng chậm dần ổn định (quá trình hấp phụ đạt cân bằng) Do chúng tơi chọn thời gian 40 phút thời gian cân hấp phụ ion Cr3+ + Với Ni2+: Trong khoảng thời gian khảo sát từ 10 ÷ 100 phút, dung lượng hấp phụ tăng theo thời gian Từ 10 ÷ 40 phút dung lượng hấp phụ tăng nhanh, phút thứ 40 tăng chậm dần ổn định từ phút 50 ÷ 100, lúc trình hấp phụ đạt cân Như lấy thời gian đạt cân hấp phụ ion Ni2+ 50 phút để tiến hành nghên cứu thí nghiệm sau + Với Cu2+: Dung lượng hấp phụ Cu2+ tăng theo thời gian khoảng thời gian khảo sát từ 10 ÷ 100 phút Đồng giống niken thời gian đạt cần hấp phụ (từ phút 50 ÷ 100), nhiên dung lượng hấp phụ đồng khoảng thời gian 10 ÷ 40 phút tăng chậm so với niken Chọn thời gian đạt cân hấp phụ ion Cu2+ 50 phút + Với Zn2+: So với ion Cr3+, Ni2+, Cu2+ ion Zn2+ có dung lượng hấp phụ biến đổi chậm theo thời gian Từ khoảng 10 ÷ 30 phút tăng nhanh so với khoảng thời gian từ 40 ÷ 100 phút (khoảng thời gian đạt cân bằng) Chọn thời gian cân hấp phụ cho ion Zn2+ 40 phút Như vậy, qua số liệu thực nghiệm cho thấy, thời gian khuấy (thời gian tiếp xúc VLHP với ion kim loại) lâu, nồng độ ion kim loại lại dung dịch giảm đến khoảng thời gian khuấy định ion nồng độ ion cịn lại dung dịch gần khơng đổi, dựa vào tìm thời gian đạt cân hấp phụ cho ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ trình bày 3.5 Ảnh hưởng lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ Kết thực nghiệm thu sau: Luận văn tốt nghiệp 41 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Bảng 3.8 Ảnh hưởng lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ Ion Khối lượng VLHP (g) Co (mg/l) Ccb (mg/l) q (mg/g) 0,2 98,79 22,44 15,278 0,3 98,79 12,643 17,229 0,4 98,79 11,844 17,389 Cr3+ 0,5 98,79 9,948 17,768 0,6 98,79 9,927 17,773 0,7 98,79 8,985 17,961 0,2 99,93 67,499 6,486 0,3 99,93 38,105 12,365 0,4 99,93 23,482 15,290 Ni2+ 0,5 99,93 16,633 16,659 0,6 99,93 13,219 17,342 0,7 99,93 12,283 17,529 0,2 99,07 61,827 7,449 0,3 99,07 33,722 13,070 0,4 99,07 20,373 15,739 Cu2+ 0,5 99,07 14,402 16,964 0,6 99,07 12,296 17,355 0,7 99,07 11,588 17,794 0,2 99,53 25,276 15,451 0,3 99,53 12,203 17,465 0,4 99,53 8,905 18,125 Zn2+ 0,5 99,53 5,762 18,754 0,6 99,53 5,745 18,957 0,7 99,53 5,698 18,966 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng VLHP: Luận văn tốt nghiệp 42 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Hình 3.10 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào lượng VLHP * Nhận xét: Từ hình 3.10 cho thấy, khoảng khối lượng VLHP khảo sát từ 0,2 ÷ 0,7 gam, tăng khối lượng VLHP dung lượng hấp phụ VLHP tăng Cụ thể: + Đối với ion Cr3+ Zn2+ khối lượng VLHP từ 0,2 ÷ 0,4 gam dung lượng hấp phụ tăng nhanh Từ 0,4 ÷ 0,7 gam dung lượng hấp phụ tăng chậm + Đối với ion Cu2+ Ni2+ khối lượng VLHP từ 0,2 ÷ 0,5 gam dung lượng hấp phụ tăng nhanh, tăng nhanh so với Cr3+ Zn2+ Từ 0,5 ÷ 0,7 gam dung lượng hấp phụ tăng chậm Dung lượng hấp phụ tăng lên với lượng VLHP nồng độ đầu Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ khơng đổi giải thích tăng diện tích bề mặt VLHP (than bã mía) vị trí hấp phụ bề mặt vật liệu hấp phụ 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến khả hấp phụ VLHP Các kết thu sau khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ tổng hợp bảng sau: Luận văn tốt nghiệp 43 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến dung lượng hấp phụ Ion Cr3+ Ni2+ Cu2+ Zn2+ Co (mg/l) 4,867 10,007 24,931 39,808 74.879 99,89 4,998 10,01 24,965 39,837 74,983 99,975 5,047 9,89 24,96 39,99 74,942 99,79 4,993 9,794 24,973 39,968 74,773 99,851 Ccb (mg/l) 0,371 1,061 4,762 10,346 26,65 39,00 0,796 1,567 5,6768 12,849 35,575 57,675 0,833 1,710 5,305 12,020 36,001 56,630 0,398 1,059 4,661 10,264 27,123 43,523 q (mg/g) 4,605 8,919 20,169 29,462 48,229 60,89 4,202 8,443 19,287 26,988 39,408 42,30 4,214 8,18 19,655 27,97 38,941 43,16 4,595 8,735 20,312 29,704 47,65 56,328 Ccb/q (g/l) 0,0806 0,119 0,236 0,351 0,553 0,640 0,189 0,1856 0,294 0,476 0,903 1,363 0,198 0,209 0,270 0,430 0,925 1,312 0,087 0,121 0,229 0,346 0,569 0,773 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP ion Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính biểu diễn phụ thuộc Ccb/q vào Ccb xác định dung lượng hấp cực đại qmax số Langmuir b Phương trình có dạng: Ccb 1   Ccb q b.qmax qmax Luận văn tốt nghiệp 44 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học 3.6.1 Đối với Cr3 70 0.8 y = 11.58Ln(x) + 9.6221 R2 = 0.9064 60 0.7 50 0.6 Cr 30 Log (Cr) Ccb/q (g/l) 0.5 40 q (mg/g) y = 0.0141x + 0.1363 R2 = 0.9453 Cr 0.4 Linear (Cr) 0.3 20 0.2 10 0.1 0 20 40 60 -10 20 40 60 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Hình 3.11a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cr3+ Hình 3.11b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Cr3+ Từ hình 3.11a 3.11b xác định dung lượng hấp phụ cực đại ion Cr3+ 70,922 mg/g số Langmuir 0,103 3.6.2 Đối với Ni2+ 1.6 y = 9.2161Ln(x) + 4.7947 R2 = 0.9923 45 40 1.2 30 Ni Log (Ni) 25 20 Ccb/q (g/l) 35 q (mg/g) y = 0.0206x + 0.176 R2 = 0.9984 1.4 Ni Linear (Ni) 0.8 0.6 15 0.4 10 0.2 0 0 20 40 Ccb (mg/l) 60 80 40 60 80 Ccb (mg/l) Hình 3.12a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Ni2+ Luận văn tốt nghiệp 20 Hình 3.12b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Ni2+ 45 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Tính tốn kết hình 3.12a 3.12b xác định dung lượng hấp phụ cực đại Ni2+ 48,545 mg/g số Langmuir 0,117 3.6.3 Đối với Cu2+ 50 1.4 y = 9.524Ln(x) + 4.4337 R2 = 0.9962 45 y = 0.0202x + 0.1778 R2 = 0.9992 1.2 40 Ccb/q (g/l) q (mg/g) 35 30 Cu 25 Log (Cu) 20 15 0.8 Cu 0.6 Linear (Cu) 0.4 10 0.2 0 20 40 60 20 40 60 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Hình 3.13a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cu2+ Hình 3.13b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Cu2+ Dung lượng hấp phụ cực đại ion Cu2+ xác định từ phương trình đẳng nhiệt Langmuir hình 3.13b 49,505 mg/g số Langmuir 0,114 3.6.4 Đối với Zn2+ y = 11.009Ln(x) + 9.3975 60 0.9 y = 0.0154x + 0.1308 R2 = 0.9769 R = 0.9411 0.8 50 0.7 0.6 30 Ccb/q (g/l) q (mg/g) 40 Zn Log (Zn) 20 Zn 0.5 Linear (Zn) 0.4 0.3 10 0.2 0.1 10 20 30 40 50 -10 Ccb (mg/l) 20 30 40 50 Ccb (mg/l) Hình 3.14b Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính VLHP Zn2+ Hình 3.14a Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Zn2+ Luận văn tốt nghiệp 10 46 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Dung lượng hấp phụ cực đại tính tốn Zn2+ 64,935 mg/g số Langmuir 0,118 * Nhận xét: Từ bảng 3.9 hình biểu diễn đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho thấy: + Khi tăng nồng độ đầu Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ dung lượng hấp phụ VLHP tăng + Sự hấp phụ Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ VLHP mô tả tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.10 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir Cr3+ Ni2+ Cu2+ Zn2+ Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 70,922 48,543 49,505 64,935 Hằng số Langmuir b 0,117 0,114 0,118 Ion 0,103 3.7 Kết thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa Zn2+ Sau tiến hành thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa Zn2+ xưởng sản xuất xi mạ phương pháp hấp phụ bề VLHP chế tạo được, kết thu được: Bảng 3.11 Kết xử lý Zn2+ nước thải xưởng xi mạ Hấp phụ lần Ion kim loại Zn2+ Hấp phụ lần Co (mg/l) Ccb1 q1 H1 Ccb2 q2 H2 (mg/l) (mg/g) (%) (mg/l) (mg/g) (%) 0,679 0,0684 0,122 89,92 0,0064 0,0124 90,7 Như vậy, sau hấp phụ lần hiệu suất hấp phụ đạt 89,92 %, hấp phụ lần hiệu suất đạt 90,7% nồng độ Zn2+ sau hai lần hấp phụ giảm 0,0064 mg/l thấp nhiều so với QCVN 24:2009/BTNMT, mức B - quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải cơng nghiệp Điều cho thấy kết xử lý mẫu nước chứa Zn2+ VLHP than bã mía sau biến tính đạt kết cao + Khảo sát khả tách loại thu hồi ion Zn2+ Luận văn tốt nghiệp 47 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học Do điều kiện thời gian nên luận văn tiến hành nghiên cứu trình giải hấp VLHP lần 100 ml dung dịch HCl 0,1M, khoảng thời gian 90 phút Dung dịch sau giải hấp xác định nồng độ Zn2+ (Ccbgh), kết sau: Bảng 3.12 Kết giải hấp Zn2+ Ion Zn 2+ Co (mg/l) Ccb2 (mg/l) 0,679 0.0064 Chp (mg/l) Ccbgh (mg/l) 0,6726 0,4581 H (%) 68,11 Từ bảng 3.12 thấy hiệu suất giải hấp Zn2+ với dung dịch HCl 0,1M đạt 68,11% Như vậy, VLHP chế tạo từ bã mía có khả tách loại thu hồi ion kim loại Zn2+ cho kết tốt Luận văn tốt nghiệp 48 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học KẾT LUẬN Các kết thu đáp ứng mục đích nghiên cứu ban đầu đề tài: Đã chế tạo thành công VLHP từ nguồn nguyên liệu phế thải công nghiệp bã mía axit sunfuric Đã xác định đặc trưng bề mặt: cấu trúc phân tử, cấu trúc xốp nguyên liệu bã mía sản phẩm VLHP phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các kết khảo sát IR, SEM cho thấy: + Bã mía tự nhiên có thành phần chủ yếu xenlulozo, hemixenlulozo, lignin có cấu trúc bề mặt tương đối xốp + VLHP có độ xốp cao nhiều so với nguyên liệu đầu bã mía, diện tích bề mặt lớn bao gồm tâm hấp phụ mạnh Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ VLHP Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ theo phương pháp hấp phụ tĩnh Các kết thu được: + Khoảng pH tối ưu để hấp phụ ion kim loại VLHP xảy tốt nhất:  Đối với Cr3+: pH =  Đối với Ni2+: pH = ÷  Đối với Cu2+: pH = 4÷  Đối với Zn2+: pH = + Khả hấp phụ VLHP cao nhiều so với nguyên liệu Kết hoàn toàn phù hợp với kết khảo sát đặc điểm bề mặt VLHP nguyên liệu đầu + Thời gian đạt cân hấp phụ VLHP:  Đối với Cr3+: 40 phút  Đối với Ni2+: 50 phút  Đối với Cu2+: 50 phút Luận văn tốt nghiệp 49 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học  Đối với Zn2+: 40 phút + Khi lượng VLHP tăng, dung lượng hấp phụ Cr 3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ tăng + Trong khoảng nồng độ đầu khảo sát với ion kim loại, nồng độ đầu ion kim loại tăng dung lượng hấp phụ VLHP ion kim loại tăng + Khảo sát cân hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại ion là:  Đối với Cr3+: 70,922 mg/g  Đối với Ni2+: 48,544 mg/g  Đối với Cu2+: 49,505 mg/g  Đối với Zn2+: 64,935 mg/g Dùng VLHP chế tạo xử lý nước thải chứa Zn2+ xưởng xi mạ, kết cho thấy sau hai lần hấp phụ nồng độ Zn 2+ giảm xuống mức cho phép QCVN 24:2009/BTNMT - quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nước thải công nghiệp Luận văn tốt nghiệp 50 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất Thống kê Hà Nội [2] Hoàng Nhâm (2001), Hóa Vơ cơ, tập II, tập III, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [3] Đặng Kim Chi (2005), Hóa học mơi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học Môi trường Sức khỏe người, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Nguyễn Đình Huề, Hóa lí II, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [6] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí, tập II, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [7] Lê Văn Cát (1999), Cơ sở Hóa học kỹ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất Thanh niên, Hà Nội [8] Nguyễn Thị Lan Anh (2007), Nghiên cứu tổng hợp xác định đặc trưng vật liệu nano hydroxyapatite, Luận văn thạc sĩ khoa học [9] Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại, Nhà xuất Đại học Sư phạm Hà Nội [10] P.P.Koroxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học (người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua, ), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu khả hấp phụ trao đổi ion xơ dừa vỏ trấu biến tính, Đại học Bách khoa - ĐHQGHCM, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, Tập 11, Số 08 Luận văn tốt nghiệp 51 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học [12] Phạm Nguyệt Tú (2005), Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngô để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm dầu số kim loại nặng, Khóa luận tốt nghiệp Đại học Tài liệu tiếng Anh [13] Adesola Babarinde N.A, J.Oyebamiji.Babalola and R.Adebowale Sani (2006), Biosorption of lead ions from aqueous solution by maize leaf, International Journal of Physical Sciences Vol (1), pp 023 - 026 [14] XU Tao and LIU Xiaoqin (2008), peanut shell activated carbon: Characterization, surface modification and adsorption of Pb 2+ from aqueous solution, Chinese Journal of Chemical Engineering, 16 (3), pp 401 - 406 [15] 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, pp 2266 - 2270 [16] 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, pp 702 - 709 [17] Issabayeva G, Aroua M K & Anirudhan T S (2003), Removal of lead from aqueous solution on palm shell activated carbon, Biores Technol, 97, 2350 - 2355 [18] 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 [19] Umesh K.Garg and Dhiraj Sud (2005), Optimization of process parameters for removal of Cr(VI) from aqueous solution using modified sugarcane bagasse, Electronic Journal of Enviromental, Agricultural and Food Chemistry, 4(6), 1150 1160 [20] W E Masshall, L.H Wartelle, D.E Borler, M.M John, C.A Toles (1999), Enhanced metal adsorption by soibyan hulls modified with citric acid, Southerm Regional Research ceter, USA, Bioresource Technology, pp 262-268 Luận văn tốt nghiệp 52 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học [21] Trivette Vanghan, Chung W.Seo, Wayne E Marshall (2001), Removal of selected metal ions from aqueous solution using modified corncobs, Bioresource Technology, Vol 78, pp 133 - 139 [22] A.G Liew Abdullah, MA, Mohd Salled, M.K Siti Mazlina, M.J Megat Mohd Noor, M.R.Osman, R.Wagiran and S.Sobri (2005), Azo dye removal by adsorption using waste biomass: Sugarcane baggasse International Journal of Engineering and Technogy, Vol 2, No 1, pp.8-13 Luận văn tốt nghiệp 53 Phùng Thị Kim Thanh K20Chh ... Thị Kim Thanh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) BẰNG BÃ MÍA SAU KHI ĐÃ BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60... Xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch sau hấp phụ 2.4.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến khả hấp phụ VLHP Tiến hành hấp phụ ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ nồng độ đầu... bã mía) vị trí hấp phụ bề mặt vật liệu hấp phụ 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ đến khả hấp phụ VLHP Các kết thu sau khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu ion Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+