Nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ biến tính đối với phenol trong môi trường nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN TRUNG NAM NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA BÙN ĐỎ BIẾN TÍNH ĐỐI VỚI PHENOL TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Tống Thị Thanh Hương HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết đưa luận án trung thực, đồng giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 07 tháng năm 2014 Tác giả Trần Trung Nam MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bauxit 1.1.1 Quặng bauxit – trình khai thác chế biến 1.1.2 Khai thác chế biến bauxit Việt Nam 1.2 Bùn đỏ 1.2.1 Quy trình Bayer 11 1.2.2 Thành phần tính chất bùn đỏ 13 1.2.3 Các phương pháp xử lý bùn đỏ 15 1.2.4 Ứng dụng bùn đỏ 17 1.2.5 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình 18 1.3 Nguồn gốc biện pháp xử lý hợp chất phenol môi trường nước 19 1.3.1 Nguồn gốc hợp chất phenol 19 1.3.2 Một số phương pháp hấp phụ phenol mơi trường nước 21 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 25 2.1 Đối tượng nghiên cứu 25 2.2 Nội dung nghiên cứu 25 2.3.Trang thiết bị hóa chất phục vụ nghiên cứu 25 2.3.1 Trang, thiết bị dụng cụ 25 2.3.2 Hóa chất 26 2.4 Lấy mẫu, xử lý mẫu bùn đỏ 26 2.4.1 Tạo mẫu bùn đỏ thô 26 2.4.2 Tạo mẫu bùn đỏ biến tính axit HCl 27 2.5 Khảo sát khả hấp phụ phenol bùn đỏ 28 2.5.1 Khảo sát khả hấp phụ bùn đỏ nung nhiệt độ khác phenol 28 2.5.2 Khảo sát khả hấp phụ phenol bùn đỏ biến tính axit khơng đun sơi có đun sôi 28 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu dung dịch phenol tới trình hấp phụ 29 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng lượng chất hấp phụ tới trình hấp phụ 29 2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu dung dịch phenol tới trình hấp phụ 30 2.6 Phân tích đánh giá thực nghiệm 30 2.6.1 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 30 2.6.2 Đo nồng độ phenol phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao (HPLC) 33 2.6.3 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray Diffraction–XRD) 36 2.6.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) 37 2.6.5 Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy-SEM) 38 2.7 Xử lí số liệu thực nghiệm 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Đặc trưng vật liệu hấp phụ 40 3.1.1 Kết phân tích AAS 40 3.1.2 Kết xác định cấu trúc pha bùn đỏ 40 3.1.3 Ảnh hiển vi điện tử quét 44 3.2 Xây dựng đường chuẩn hấp phụ phenol 45 3.3 Khảo sát khả hấp phụ bùn đỏ nung nhiệt độ khác phenol 47 3.4 Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ phenol nước BĐBT axit không đun sôi với BĐBT axit đun sôi 49 3.5 Đánh giá khả hấp phụ phenol mẫu BĐT BĐBT 51 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch phenol ban đầu 51 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng BĐT BĐBT ban đầu đem hấp phụ 52 3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ phenol ban đầu 53 3.5.4 Xác định phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ 55 KẾT LUẬN 57 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ AAS Active surface area (Diện tích bề mặt hoạt động) FE-SEM Scanning Electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) XRD X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 phân bố bauxit giới Bảng 1.2 Các nước có tiềm lớn bauxit giới (x1000 tấn, Ước tính cho 2008) Bảng 1.3: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu giới Bảng 1.4: Thành phần hóa học loại bùn đỏ khác 13 Bảng 1.5: Thành phần hóa học bùn đỏ theo phương pháp thải ướt 14 Bảng 1.6: Giá trị giới hạn cho phép tổng nồng độ phenol dẫn xuất 21 Bảng 1.7: So sánh số hấp phụ đường đẳng nhiệt phenol chất hấp phụ khác 24 Bảng 2.1 Tập hợp số loại cột, pha tĩnh, pha động hợp chất phân tích thơng dụng máy HPLC 35 Bảng 3.1: Kết phân tích thành phần bùn đỏ thơ 40 Bảng 3.2: Cấu trúc pha hợp phần bùn đỏ thô 42 Bảng 3.3: Cấu trúc pha hợp phần mẫu bùn đỏ nung 800 oC 43 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc nồng độ phenol vào diện tích pic 45 Bảng 3.5: Hiệu suất hấp phụ tương ứng với mẫu bùn đỏ xử lý khác 47 Bảng 3.6: Hiệu suất hấp phụ phenol tương ứng với pH ban đầu khác 51 Bảng 3.7: Hiệu suất hấp phụ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ 52 Bảng 3.8a: Ảnh hưởng nồng độ phenol ban đầu với hấp phụ BĐT 53 Bảng 3.8b: Ảnh hưởng nồng độ phenol ban đầu với hấp phụ BĐBT 54 Bảng 3.9: Các giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 55 Bảng 3.10: Các hệ số phương trình Freundlich Langmuir 56 DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1: Bauxit so sánh với đồng xu (đặt góc phải) Hình 1.2 Thảm họa bùn đỏ Hungary 10 Hình 1.3: Sơ đồ dây chuyền sản xuất alumin từ quặng bauxit 12 Hình 1.4 Một hồ chứa bùn đỏ có đập chắn bao quanh 16 Hình 2.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 31 Hình 2.2: Sự phụ thuộc Ce/q vào Ce 32 Hình 2.3: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 33 Hình 2.4: Sự phụ thuộc lgq vào lgCe 33 Hình 2.5: Mơ tả mơ hình thiết bị HPLC 34 Hình 2.6: Sơ đồ pha tia X phản xạ tinh thể 36 Hình 3.1a: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ thơ 41 Hình 3.1b: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ biến tính 41 Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ nung 800oC 43 Hình 3.3a: Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô 44 Hình 3.3b: Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thơ xử lý nhiệt 400oC 44 Hình 3.3c: Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thơ xử lý nhiệt 800oC 45 Hình 3.4: Phương trình đường chuẩn phenol 46 Hình 3.5: Ảnh hưởng mẫu bùn đỏ ban đầu khác 48 Hình 3.6 Sắc ký đồ phenol nồng độ ban đầu 49 Hình 3.7 Sắc ký đồ mẫu phenol hấp phụ BĐBT axit không đun sôi 50 Hình 3.8 Sắc ký đồ mẫu phenol hấp phụ BĐBT axit đun sôi 50 Hình 3.9: Ảnh hưởng pH ban đầu đến hiệu suất hấp phụ phenol 51 Hình 3.10: Ảnh hưởng lượng bùn đỏ thô khác đến hiệu suất hấp phụ phenol 53 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến khả hấp phụ phenol 54 Hình 3.12: Mơ theo phương trình Langmuir 55 Hình 3.13: Mơ theo phương trình Freundlich 56 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, môi trường ngày quan tâm thảm họa thiên nhiên reo xuống trái đất trước tác động, can thiệp thô bạo người vào môi trường Sự giận thiên nhiên cho biết rằng, phá hoại môi trường người để lại hậu khơn lường cho Việc bảo vệ mơi trường, làm môi trường chậm chễ Xử lý chất độc hại nước phần quan trọng việc bảo vệ môi trường làm môi trường Các hoạt động sinh hoạt, sản xuất công nghiệp thải vào nguồn nước nhiều chất độc hại Một số Phenol Phenol dẫn xuất phenol chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ người sinh vật sống Trên góc độ mơi trường phenol dẫn xuất phenol xếp vào loại chất gây nhiễm nhóm tương đối bền , có khả tích luỹ thể sinh vật có khả gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho người Khi xâm nhập vào thể phenol nói chung Clophenol nói riêng gây nhiều tổn thương cho quan hệ thống khác chủ yếu tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch máu Nồng độ cho phép phenol nước theo tổ chức WTO 0.001mg/l Trước nguy hại phenol, xử lý để loại bỏ phenol khỏi môi trường nước việc cấp thiết, có tính chất thực tiễn cao Đã có nhiều phương pháp nghiên cứu để xử lý phenol nước xử lý điện hóa, oxi hóa, hấp phụ Có thể nói phương pháp hấp phụ phương pháp đơn giản mà đem lại hiệu cao, quy trình xử lý thân thiện với mơi trường tiết kiệm chi phí Có nhiều loại vật liệu hấp phụ dùng để xử lý phenol Procedure ghi; Var f: text; Begin clrscr; Assign(f,ten); Rewrite(f); { append(f);} Writeln(f,' Phuong trinh hoi quy tuyen tinh'); Writeln(f,' su phu thuoc A = x*C + y '); Writeln(f,' _'); Writeln(f,' | k | C| Writeln(f,' | _|'); A | ALt | Alt - A | '); For i := to k begin If halt[i] > then begin Writeln(F,' | ',i:3,' | ',c1[i]:8:4,' | ','',A[i]:5:4,' | ',Alt[i]:8:4, '|',' ',Halt[i]:10:6,'|'); end else Writeln(F,' | ',i:3,' | ',c1[i]:8:4,' | ','',A[i]:5:4,' | ',Alt[i]:8:4, '|',' ',Halt[i]:10:6,'|'); begin end; end; begin Writeln(f,' _'); writeln(f,' thalt = ', thalt:12:10); Writeln(f,' D = ', D,' DA = ', DA, 'DB = ', DB); Writeln(f,' so = ', So:7:5,' sx = ', sx:7:5, 'sy = ', sy:7:5); Writeln(f,' end; Close(f); A= (',y:10:3,'+',sy*tak:10:4,')*C + (',x:10:3,'+', sx*tak:10:4,')'); END; BEGIN nhapsolieu; tinh; ghi; tinh2; ghi2; readln; end Chương trình Turbo – Pascal kiểm tra đường chuẩn tính giá trị trung bình (* C:\P_TKSS\turbo\phunghs.pas Tinh x = x trung binh +- sx trung binh*tak Mo NC Vao P_TKSS Danh them turbo Danh Enter,Enter, Enter:Ra man hinh mau xanh Nhan F3, Nhan tab, dung mui ten chuyen ve ten chuong trinh: Cho vao ten VD: phunghs.pas Danh enter chuong trinh Nhan Ctr + F9: Ra chuong trinh de nhap so lieu n= t= Danh ten file ket qua minh dat vao (chi duoi ki tu co cham doc) X1, .X2 Nhap nguyen so Nhap xong danh enter:Ra ket qua Thoat khoi chuong trinh: Nhan Alt + X: Thoat khoi chuong trinh Nhan F10:Thoat khoi NC *) program Tinhso; uses crt; Var x: array[1 20] of real; y,xtb,tak,s, gtthuc,saisotd,sstdthuc,ttn : real; n,i: integer; f,fdata: text; ten : string [10] ; Procedure nhap; Begin Write(' Hay nhap vao gia tri cua n = '); readln(n); Write('Nhap hang so Student tak= '); readln(tak); Writeln('Hay nhap vao gia tri cua x '); assign(fdata,'solieudo.dat'); reset(fdata); for i := to n begin read(fdata,x[i]);Write('x[',i,']=',x[i]:4:10); end; close(fdata);readln; End; BEGIN clrscr; nhap; Writeln('Nhap hang ten file ket qua (< hon 10 ki tu duoi mo rong doc)'); readln(ten); y:=0; assign(f,ten); rewrite(f); writeln(f,' writeln(f,'STT: for i:=1 to n begin y:= y + x[i]; end; xtb:=y/n; y:=0; for i:=1 to n begin Ket qua tinh la:'); X[i] : (X[i]-Xtb)'); y:= y+ sqr(x[i]-xtb); writeln(f,i:3,' : ',X[i]:4:15,' : ',(x[i]-xtb):4:15); end; s:=y/(n-1);write('s2=',s:4:15); writeln(f,' Tbcua X = ',xtb:4:15,' +- ',sqrt(s/n)*tak:15); saisotd:=sqrt(s/n)*tak/xtb*100; writeln(f,' Do lech chuan S = ',sqrt(s):15); writeln(f,' Do lech gia tri trung binh Sxtb = ',sqrt(s/n):15); writeln(f,' Sai so tuong doi q% = ',saisotd:15,' %'); writeln('Nhap gia tri thuc cua X = '); readln(gtthuc); writeln(f,'Gia tri thuc cua X = ',gtthuc:4:15); sstdthuc:=abs(xtb-gtthuc)/xtb*100; writeln(f,' Sai so tuong doi giua li thuyet va thuc nghiem:'); writeln(f,' qlt % = ',sstdthuc:4:15); ttn:=abs(xtb-gtthuc)/sqrt(s/n); writeln(f,' Hang so Student thuc nghiem: ttn = ',ttn:4:15); writeln(' Nhap hang so Student tra bang tak = '); readln(tak); writeln(f,' Hang so Student li thuyet: tak = ',tak:15); If ttn < tak then write(f,' Su khac giua li thuyet va thuc nghiem chi la ngau nhien') else write(f,' Su khac giua li thuyet va thuc nghiem la khong ngau nhien'); close(f); readln; END PHỤ LỤC Một số sắc kí đồ tiêu biểu q trình khảo sát ảnh hưởng pH /246273 mV Detector A:275nm 7.5 5.0 0.0 0.0 1.0 2.0 /4645 /1620 /1420 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Spic Nồng độ Ce (mg/ml) Nồng độ Ce (mg/L) 246273 2.25E-02 2.25E+01 Hình 4.1: Sắc kí đồ tương ứng với mẫu có pH ban đầu 6,68 /354825 mV Detector A:275nm 10.0 7.5 /3395 /4255 2.5 /84596 5.0 0.0 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 Spic Nồng độ Ce (mg/ml) Nồng độ Ce (mg/L) 354825 2.96E-02 2.96E+01 Hình 4.2: Sắc kí đồ tương ứng với mẫu có pH ban đầu 10,4 Một số sắc kí đồ tiêu biểu q trình khảo sát ảnh hưởng lượng bùn đỏ /344234 mV 12.5 Detector A:275nm 10.0 7.5 /35436 5.0 /9440 2.5 0.0 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 Spic Nồng độ Ce (mg/ml) Nồng độ Ce (mg/L) 344234 2.87E-02 2.87E+01 Hình 4.3: Sắc kí đồ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ 5g/L Một số sắc kí đồ tiêu biểu trình khảo sát ảnh hưởng nồng độ phenol ban đầu /246273 mV Detector A:275nm 7.5 5.0 0.0 0.0 1.0 2.0 /4645 /1620 /1420 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Spic Nồng độ Ce (mg/ml) Nồng độ Ce (mg/L) 246273 2.25E-02 2.25E+01 Hình 4.4: Sắc kí đồ tương ứng với nồng độ phenol ban đầu C0= 35 mg/L Một số sắc kí đồ tiêu biểu trình khảo sát ảnh hưởng xử lý mẫu bùn đỏ ban đầu /343928 mV Detector A:275nm 10.0 7.5 /51363 5.0 2.5 0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Spic Nồng độ Ce (mg/ml) Nồng độ Ce (mg/L) 343928 2.80E-02 2.80E+01 Hình 4.5: Sắc kí đồ tương ứng với mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt 400oC PHỤ LỤC 3: Bài báo nghiên cứu khả hấp phụ phenol nước bùn đỏ thơ tác giả nhóm nghiên cứu ... HCl 27 2.5 Khảo sát khả hấp phụ phenol bùn đỏ 28 2.5.1 Khảo sát khả hấp phụ bùn đỏ nung nhiệt độ khác phenol 28 2.5.2 Khảo sát khả hấp phụ phenol bùn đỏ biến tính axit khơng... giá khả hấp phụ phenol nước bùn đỏ xử lý nhiệt độ khác - Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ phenol nước BĐBT axit không đun sôi với BĐBT axit đun sôi - Nghiên cứu, đánh giá khả hấp phụ phenol nước. .. hoạt hóa bùn đỏ, pH, liều lượng bùn đỏ, nồng độ phenol ban đầu,) ảnh hưởng đến trình hấp phụ bùn đỏ (bao gồm bùn đỏ thô bùn đỏ biến tính axit) phenol nước Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết