Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đặc tính hấp phụ amoni trên vật liệu nhôm oxit biến tính

ĐẠI H HỌC QUỐ ỐC GIA HÀ À NỘI TRƯỜ ỜNG ĐẠII HỌC KHOA K HỌ ỌC TỰ NH HIÊN Bùi Ngọc Anh NGHIÊ ÊN CỨ ỨU ĐẶC C TÍNH H HẤP PHỤ P AM MONI TRÊN T VẬT LIỆU L N NHƠM M OXIT BIẾN T TÍNH LUẬN V VĂN THẠ ẠC SĨ KHO OA HỌC Hà Nội – Năm N 2017 ĐẠI H HỌC QUỐ ỐC GIA HÀ À NỘI TRƯỜ ỜNG ĐẠII HỌC KHOA K HỌ ỌC TỰ NH HIÊN Bùi Ngọc Anh NGHIÊ ÊN CỨ ỨU ĐẶC C TÍNH H HẤP PHỤ P AM MONI TRÊN T VẬT LIỆU L N NHÔM M OXIT BIẾN T TÍNH Chuun ngàn nh: Hóa phân tíchh Mã số: 60440118 LU UẬN VĂ ĂN THẠ ẠC SĨ KH HOA HỌ C NG GƯỜI HƯỚN NG DẪN KHOA K HỌC C: T TS PHẠM TIẾN ĐỨ ỨC Hà Nội – Năm N 2017 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Tiến Đức tin tưởng giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán công nhân viên mơn Hóa Phân tích nói riêng khoa Hóa học nói chung ln bên, bảo, dạy dỗ, truyền thụ kiến thức suốt thời gian tơi gắn bó học tập làm việc trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tôi xin cám ơn phịng thí nghiệm khoa Hóa học – trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện để giúp đỡ tơi q trình làm thí nghiệm Cuối cùng, tơi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em học viên, sinh viên mơn Hóa Phân tích quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt thời gian tơi hồn thành luận văn Nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ tài trợ Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài mã số QG.16.12 Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2017 Học viên Bùi Ngọc Anh iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan amoni 1.1.1 Trạng thái tự nhiên độc tính amoni 1.1.2 Đặc điểm sinh học đặc điểm điện tích amoni 1.1.3 Tổng quan ô nhiễm amoni nước thải sinh hoạt thành phố Hà Nội 1.2 Tổng quan phương pháp xác định ion amoni 1.2.1 Phương pháp dùng điện cực chọn lọc 1.2.2 Phương pháp đo màu bán tự động 1.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 1.2.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao 1.2.5 Phương pháp sắc ký khí khối phổ 10 1.2.6 Phương pháp sắc ký ion 10 1.2.7 Phương pháp điện di mao quản 11 1.3 Tổng quan phương pháp xử lý amoni nước 11 1.3.1 Phương pháp xử lý sinh học 11 1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 12 iv 1.3.3 Phương pháp clo hóa điểm dừng 12 1.3.4 Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-) 13 1.3.5 Phương pháp oxi hóa MnO2 kích thước hạt nano 14 1.3.6 Phương pháp đuổi khí 14 1.3.7 Phương pháp hấp phụ 14 1.4 Tổng quan phương pháp hấp phụ 15 1.4.1 Khái niệm phương pháp hấp phụ 15 1.4.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 16 1.4.3 Lý thuyết mơ hình hai bước hấp phụ 17 1.4.4 Một số vật liệu hấp phụ phổ biến 18 1.5 Tổng quan nhôm oxit 19 1.5.1 Cấu trúc bề mặt γ – Al2O3 20 1.5.2 Bề mặt riêng γ – Al2O3 21 1.5.3 Điện tích bề mặt γ – Al2O3 22 1.5.4 Độc tính γ – Al2O3 22 1.5.5 Một số cơng trình xử lý, biến tính γ – Al2O3 ứng dụng vào hấp phụ 23 1.5.6 Triển vọng phát triển vật liệu Al2O3 làm vật liệu hấp phụ 24 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 25 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 25 2.2 Phương pháp nghiên cứu 25 2.2.1 Phương pháp phân tích 25 v 2.2.2 Lấy mẫu, bảo quản mẫu xử lý amoni mẫu nước 28 2.2.3 Các phương pháp xác định đặc tính cấu trúc bề mặt vật liệu nhôm oxit 33 2.3 Trang thiết bị hóa chất 34 2.3.1 Trang thiết bị 34 2.3.2 Hóa chất 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Khảo sát đặc tính vật liệu hấp phụ 38 3.1.1 Xác định cấu trúc γ-Al2O3 phương pháp XRD 38 3.1.2 Phương pháp khảo sát bề mặt vật liệu phổ hồng ngoại IR 39 3.2 Kiểm định phương pháp phân tích amoni 43 3.2.1 Chọn bước sóng đo phổ 43 3.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính 44 3.2.3 Lập đường chuẩn 45 3.2.4 Đánh giá phương trình hồi quy đường chuẩn 46 3.2.5 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) đường chuẩn 46 3.2.6 Đánh giá độ xác phương pháp phân tích 47 3.2.7 Độ lặp lại phép đo 48 3.3 Khảo sát điều kiện hấp phụ amoni vật liệu nhơm oxit biến tính 49 3.3.1 So sánh khả hấp phụ vật liệu nhôm oxit chưa hoạt hoá bề mặt, hoạt hoá bề mặt sau biến tính bề mặt 49 3.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hấp phụ ion amoni vật liệu SMA 53 vi 3.3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý hấp phụ amoni PMA 59 3.4 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt 64 3.4.1 So sánh đường hấp phụ đẳng nhiệt ion NH4+ loại vật liệu γ-Al2O3 64 3.4.2 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA 66 3.4.3 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt amoni PMA 67 3.5 Xử lý mẫu thật 70 3.5.1 Đánh giá chất lượng mẫu nước mặt nước sông 70 3.5.2 Xử lý hấp phụ ion amoni nhơm oxit biến tính 71 3.5.3 Kết xử lý hấp phụ amoni nước sơng nhơm oxit biến tính 72 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 82 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt CE CHĐBM CV FT-IR ICP-MS Tiếng Anh Tiếng Việt Capillary electrophoresis Điện di mao quản Surfactant Chất hoạt động bề mặt Coefficient of Variation Hệ số biến thiên Fourier transform - Infrared spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Inductively coupled plasma Quang phổ plasma cảm ứng cao tần mass spectrometry nối ghép khối phổ LOD Limit Of Detection Giới hạn phát LOQ Limit Of Quantity Giới hạn định lượng MDL Method Detection Limit Giới hạn phát phương pháp PMA Polyanion Modified Alumina PSS Poly(styrenesulfonate) QCVN/BT NMT RSD Nhơm oxit biến tính polyme mang điện âm Poly natri styrene sulfonat Vietnam National technical regulation/Ministry of Natural Resources and Environment Quy chuẩn Việt Nam / Bộ Tài nguyên Môi trường Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecyl sulfate Natri dodecyl sulphat SMA Surfactant Modified Alumina TCVN UV-Vis Nhôm oxit biến tính chất hoạt động bề mặt Tiêu chuẩn Việt Nam Ultra violet – Visible Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Quy trình biến tính bề mặt vật liệu chất hoạt động bề mặt âm điện SDS olymer âm điện PSS 32 Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang UV-Vis phức amoni với thuốc thử thymol nồng độ khác 45 Bảng 3.2 Đánh giá sai số phương pháp UV-Vis xác định amoni 48 Bảng 3.3 Đánh giá độ lặp lại phương pháp UV-Vis xác định amoni 49 Bảng 3.4: So sánh khả hấp phụ ion amoni vật liệu nhôm oxit 51 Bảng 3.5 Hiệu xử lý ion amoni theo thời gian vật liệu SMA 53 Bảng 3.6 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo pH vật liệu SMA 55 Bảng 3.7 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo nồng độ muối NaCl 57 Bảng 3.8 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo lượng vật liệu SMA 58 Bảng 3.9 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo thời gian vật liệu PMA 59 Bảng 3.10 Kết khảo sát hiệu suất xử lý amoni theo pH vật liệu PMA 61 Bảng 3.11 Kết khảo sát hiệu xử lý amoni theo nồng độ muối NaCl PMA 62 Bảng 3.12 Kết khảo sát hiệu xử lý ion amoni theo lượng vật liệu SMA 63 Bảng 3.13 So sánh dung lượng hấp phụ ion amoni loại vật liệu 64 Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ đẳng nhiệt hiệu xử lý ionamoni vật liệu SMA giá trị nồng độ muối khác 66 Bảng 3.15 Giá trị hấp phụ đẳng nhiệt amoni PMA giá trị nồng độ muối khác 68 Bảng 3.16 Kết xét nghiệm mẫu nước sông Kim Ngưu 70 ix Bảng 3.17 Xử lý amoni nước sông SMA PMA 71 Bảng 3.18 Đánh giá kết xử lý ion ami mẫu nước thực 73 Bảng 4.1 Kết hấp phụ ion amoni vật liệu γ-Al2O3 điều kiện tối ưu 83 Bảng 4.2 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên SMA 83 Bảng 4.3 Kết hấp phụ amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,001M 83 Bảng 4.4 Kết hấp phụ đẳng nhiệt ion amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,01M 84 Bảng 4.5 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M 84 Bảng 4.6 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M 84 Bảng 4.7 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên PMA 85 Bảng 4.8 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,001M 85 Bảng 4.9 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,01M 86 Bảng 4.10 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,1M 86 x KN2 0,05 33,66 27,15 19,33 0,10 33,66 27,72 17,63 Lần KN3 0,05 29,16 23,19 20,48 0,10 29,16 23,76 18,52 KN4 0,05 38,07 31,11 18,27 0,10 38,07 29,97 21,27 KN5 0,05 33,25 27,35 17,72 0,10 33,25 26,46 20,42 KN1 0,25 29,52 9,67 67,23 0,35 29,32 8,92 69,58 KN2 0,25 27,15 9,18 66,17 0,35 27,72 8,29 70,11 KN3 0,25 23,19 8,22 64,53 0,35 23,76 9,18 61,35 KN4 0,25 31,11 12,29 60,50 0,35 29,97 8,41 71,94 KN5 0,25 27,35 10,04 63,29 0,35 26,46 8,49 67,91 KN1 0,10 9,67 1,34 86,12 0,15 8,92 1,45 83,76 KN2 0,10 9,18 1,71 81,42 0,15 8,29 1,52 81,63 KN3 0,10 8,22 1,33 83,77 0,15 9,18 1,26 86,27 KN4 0,10 12,29 1,67 86,41 0,15 8,41 1,76 79,03 KN5 0,10 10,04 1,47 85,37 0,15 8,49 1,34 84,19 Lần Lần Trên thực tế, hàm lượng vật liệu cần hấp phụ ln cao lý thuyết thành phần mẫu thật phức tạp, nhiều vi khuẩn, chất lượng mẫu nước biến đổi theo thời gian nhiệt độ Vì vậy, chia vật liệu hấp phụ làm nhiều lần điều chỉnh hàm lượng chất phù hợp, từ giúp tận dụng tối đa hiệu suất hấp phụ vật liệu Tuy nhiên, không nên chia nhỏ thành nhiều lần tốn thời gian hóa chất để xử lý, hao phí sở vật chất để bảo quản mẫu 3.5.3 Kết xử lý hấp phụ amoni nước sông nhôm oxit biến tính Trong nghiên cứu này, chúng tơi áp dụng phương pháp hấp phụ cho việc xử lý ion amoni mẫu nước mặt Qua kết phân tích định lượng chất phần trước, mẫu nước KN1, KN2, KN3, KN4 KN5 có nồng độ amoni cao, vượt 72 nồng độ cho phép nên áp dụng để xử lý ion amoni mẫu nước sông phương pháp hấp phụ với điều kiện tối ưu Các kết xử lý ion amoni vật liệu SMA PMA thu Bảng 3.18: Bảng 3.18 Đánh giá kết xử lý ion ami mẫu nước thực Mẫu KN1 KN2 KN3 KN4 KN5 ∑ SMA (g) 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 ∑ PMA (g) 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 H% (SMA) 96,23 94,93 95,42 95,61 95,58 H% (PMA) 95,93 95,48 95,68 95,37 95,96 Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1 Chỉ tiêu QCVN 01:2009/BYT Từ kết thu Bảng 3.18 xử lý nồng độ amoni mẫu nước có nồng độ vượt quy định cho phép, thấy nồng độ amoni mẫu giảm rõ rệt, hầu hết giảm xuống thấp giới hạn tối đa nước B1 (3,0 mg/L) Hiệu suất xử lý đạt từ 94,93% đến 96,23% Lượng vât liệu SMA cần để xử lý nước so với vật liệu PMA có tính kinh tế Do mẫu nước cịn có chứa nhiều loại muối nên làm giả phần khả xử lý vật liệu Tuy nhiên, với mức hiệu suất đạt mẫu thực tốt Với kết thu được, phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nhơm oxit biến tính chất hoạt động bề mặt SDS hồn tồn áp dụng cho mẫu nước mặt bị ô nhiễm, mở rộng mẫu nước thải, nước sông có nồng độ amoni cao Đây sở để mở rộng nghiên cứu phương pháp hấp phụ vật liệu tự nhiên có thành phần nhơm oxit có kích thước lớn sau biến tính với chất hoạt động bề mặt làm vật liệu hấp phụ xử lý hiệu ion amoni nước 73 KẾT LUẬN Với yêu cầu đặt xác định ion amoni nghiên cứu hiệu xử lý ion amoni hấp phụ sử dụng vật liệu nhôm oxit biến tính, đề tài đạt kết sau: - Vật liệu γ-Al2O3 hoạt hóa bề mặt NaOH xử lý nhiệt phịng thí nghiệm cho hiệu suất xử lý hấp phụ ion amoni tối đa 60,49% (tại điều kiện tối ưu) - Đã biến tính thành cơng vật liệu γ-Al2O3 chất hoạt động bề mặt mang điện âm SDS (SMA) polyme mang điện âm PSS (PMA) Hiệu suất xử lý ion amoni điều kiện tối ưu SMA 86,7% PMA 65,4% - Tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ amoni bề mặt SMA: thời gian cân hấp phụ 180 phút ; pH=4,0 ; lượng vật liệu sử dụng 0,100g ; nồng độ muối NaCl 0,001M Tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ amoni bề mặt PMA: thời gian cân hấp phụ 180 phút ; pH = 4,0; lượng vật liệu sử dụng 0,100 g, nồng độ muối NaCl 0,01M - Xây dựng thành công đường hấp phụ đẳng nhiệt tương ứng với loại vật liệu SMA PMA giá trị nồng độ muối NaCl khác nhau, thông qua việc sử dụng mơ hình hai bước hấp phụ - Áp dụng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nhôm oxit biến tính để xử lý nồng độ amoni 05 mẫu nước mặt có nồng độ amoni vượt quy định cho phép thu kết khả quan nồng độ amoni sau xử lý đạt mức nước B1 (< 3,0 mg/L) theo QCVN 01:2009/BYT 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải (2006), Giáo trình hóa học Mơi trường, ĐHQGHN, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Bản tin Tài nguyên Nước (2017), Xử lý an toàn, tái sử dụng nước thải để biến nước thỉ thành tài nguyên, Cục Quản lý Tài Nguyên Nước, Bộ Tài nguyên Môi trường Báo cáo Môi trường Quốc gia (2012), Chương – Nguồn gây ô nhiễm nước mặt, Chương – Diễn biến Chất lượng Môi trường Nước mặt, Bộ Tài nguyên Môi trường Phạm Mạnh Cổn, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Quang Hà,, Trần Ngọc Anh (2013), “Nghiên cứu chất lượng nước mặt khu vực nội thành Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 29, Số 3S, 24-30 Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2010), Hóa học vơ cơ, 1: Các nguyên tố họ s p, NXB Giáo dục Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Tỵ (2009), Vi sinh vật học, NXB Giáo dục Trần Từ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xn Trung (2007), Hóa học phân tích – phần – Các phương pháp phân tích cơng cụ, ĐHQGHN, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Nguyễn Thị Ngọc (2011), “Nghiên cứu khả xử lý amoni nước nano MnO2 - FeOOH mang Laterit (đá ong biến tính)”, Luận văn Thạc sĩ Hóa Mơi trường, ĐHKHTN – ĐHQGHN Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình Cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật 10 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2006), Hóa lý, tập 2, NXB Giáo Dục Hà Nội 11 QCVN 08-MT:2015/BTMNT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia Chất lượng Nước mặt, Bộ Tài nguyên Môi trường 75 12 QCVN 38:2011/BTMNT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh, Bộ Tài nguyên Môi trường 13 QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia Chất lượng Nước ăn uống; QCVN 02:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia Chất lượng Chất lượng Nước sinh hoạt, Bộ Y tế 14 TCVN 5994 – 1995, Hướng dẫn lấy mẫu ao hồ tự nhiên nhân tạo, ISO 56674:1987 15 Tạ Thị Thảo (2010), Bài giảng chuyên đề thống kê hóa phân tích, ĐHKHTN – ĐHQGHN 16 Hồ Sĩ Thoảng (2006), Giáo trình xúc tác dị thể, Trường Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh 17 Ủy ban Nhâm dân Thành phố Hà Nội (08/12/2016), “Nguyên nhân, trách nhiệm giải pháp thực việc xả nước thải chưa qua xử lý số nhà máy, làng nghề làm ô nhiễm môi trường nước mặt Hà Nội”, Hanoi Portal 18 Nguyễn Ngọc Việt, Phạm Tiến Đức, Phạm Việt Hà (2016), “Hấp phụ xử lý Pb2+ nước sử dụng nhôm oxit biến tính chất hoạt động bề mặt”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Tập 32 (2016), Số 3, 268 – 272 Tiếng Anh 19 Akhil Kumar Sen, Sandip Roy and Vinay A Juvekar (2007), “Effect of structure on solution and interfacial properties of sodium polystyrene sulfonate (NaPSS)”, Polymer International, Polym Int.56, pp:167–174 22 Azhar Abdul Halim, Hamidi Abdul Aziz, Megat Azmi Megat Johari, Kamar Shah Ariffin (2010), “Comparison study of ammonia and COD adsorption on zeolite, activated carbon and composite materials in landfill leachate treatment”, ScienceDirect, Desalination 262 pp: 31–35 21 Bhushan Sahasrabuddhey, Archana Jain and Krishna Verma K (1999), “Determination of ammonia and aliphatic amines in environmental aqueous samples utilizing pre-column derivatization to their phenylthioureas and high performance liquid chromatography”, The Analyst (124),1017-1021 76 22 Bitting D., Harwell J.H (1987), “Effects of counterions on surfactant surface aggregates at the alumina/aqueous solution interface”,Langmuir,pp:500 23 Camille Petit, Teresa J Bandosz (2010), “Enhanced Adsorption of Ammonia on Metal-Organic Framework/Graphite Oxide Composites” Analysis of Surface Interactions, Advanced Functional Materials No.20, 111–118 24 Camille Petit, Teresa J Bandosz (2008), “Activated carbons modified with aluminium–zirconium polycations as adsorbents for ammonia”, Microporous and Mesoporous Materials No.114, pp: 137–147 25 Dave Thomas Jeff Rohrer (1999), “Determination of Inorganic Cations and Ammonium in Environmental Waters by Ion Chromatography Using the Dionex IonPac CS16 Column”, Application Note, pp: 141 26 Delgado A.V., González-Caballero F., Hunter R.J., Koopal L.K., Lyklema J (2007), “Measurement and interpretation of electrokinetic phenomena”, Journal of Colloid and Interface Science 309, pp: 194-224 27 Dipendu Saha and Shuguang Deng (2010), “Characteristics of Ammonia Adsorption on Activated Alumina”, J Chem Eng Data, 55, 5587–5593 28 Dora Scheriner and Kjeldahl Haifa (1975), “Determination of Ammonia Nitrogen by Indophenol”, Environmental Engineering Laboratories, Technion-Israel Institute of Technology, pp: 112-117 29 EPA (1999), “4500-NH3: F Phenate method”, Standard methods for the Examination of Water and Wastewater,American Public Heath Association 30 Farhad Mazloomi Mohsen Jalali (2015), “Ammonium removal from aqueous solutions by natural Iranian zeolite in the presence of organic acids, cations and anions, Enviromental Chemical Engineering“, Advances in Physical Chemistry, S2213-3437(15)30076-2 31 Fuerstenau D.W (1956), “Streaming Potential Studies on Quartz in Solutions of Aminium Acetates in Relation to the Formation of Hemi- micelles at the QuartzSolution Interface”, The Journal of Physical Chemistry, 60, 981-985 32 Fung Y.S and Lau K.M (2006), “Separation and determination of cations in beverage products by capillary zone electrophoresis”, Journal of Chromatography A, 1118, pp 144–150 77 33 G Favini, M Raimondi C Gandolfo (1967), “Ultra-violet absorptionspectra of substitutedpyridines-II Methoxy, amino -methoxy and methoxynitropyridines”, Spectrochimica Acta, Printed in Northern Ireland, Vol.24A, pp: 207-214 34 G El Diwani, Sh El Rafie, N.N El Ibiari, H.I El-Aila (2007), “Recovery of ammonia nitrogen from industrial wastewater treatment as struvite slow releasing fertilizer”, Science Direct, Desalination 214, pp: 200–214 35 G.A Blomfield and Little L H (1971), “Adsorption of Ammonia on Oxide Surfaces”, Journal of Catalysis 21, pp: 149-158 36 Goo R.K., Kanai H, lnouye V and Wakatsuki H (1980), “Spectrophotometric determination of Urea in Urine stains on foods and containers”, Assoc J off Anal Chem, 63(5), pp 985-7 37 GPS Safety Summary Aluminum oxide, BASF, April, 2012 38 Haiwei Liu a,b, Yuanhua Dong, Yun Liu, Haiyun Wang (2010), “Screening of novel low-cost adsorbents from agricultural residues to remove ammonia nitrogen from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials No.178, pp: 1132–1136 39 Harazardous Substance Fact Sheet (2011): Aluminum Oxide, New Jersey Department of Health 40 Harwell J.H., Hoskins J.C., Schechter R.S., Wade W.H (1985), “Pseudophase separation model for surfactant adsorption: isomerically pure surfactants”, Langmuir, 1, pp: 251-262 41 Heinz Heinemann (2011), Fundamentals of Petroleum and Petrochemical Engineering, CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL 33487-2742, 405 trang 42 Hitoshi Kanazawa and Tetsuo Onami (2008), “Adsorption of Surfactant and Ammonium Ion to Chemically Modified Cellulose Fiber”, Annual Research Report of Fukushima University Vol 4, pp: 1-6 43 Hong-Bo Meng, Tian-Ran Wang, Bao-Yuan Guo, Yuki Hashi, Can-Xiong Guo and Jin-Ming Lin (2008), “Simultaneous determination of inorganic anions 78 and cations in explosive residues by ion chromatography”, Talanta 76, pg: 241–24 44 Max-Planck-Ring (2000), “Human Gesellschaft fur Biochemica and Diagnostica mbH”, Ure liquicolor, 21-D-65205 Wiesbanden-Germany 45 Israel Joel Koenka, Thanh Duc Mai, Peter C Hauser and Jorge Sáiz (2010), “Simultaneous separation of cations and anions in capillary electrophoresisrecent applications”, TrAc Trends in analytical chemistry, Vol.62, pg:162172 46 Josè Manuel Gallardo Amoresa, Vicente Sanchez Escribanoa, Gianguido Ramisb and Guido Buscab (1997), “An FT-IR study of ammonia adsorption and oxidation over anatase-supported metal oxides”, ELSEVIER Applied Catalysis B: Environmental 13, pp: 45-58 Một nghiên cứu FT-IR hấp phụ oxy hóa amoniac oxit kim loại hỗ trợ anataz 47 Karim Zare, Hamidreza Sadegh, Ramin Shahryari-ghoshekandi, Mohammad Asif, Inderjeet Tyagi, Shilpi Agarwal and Vinod Kumar Gupta (2016), “Equilibrium and kinetic study of ammonium ion adsorption by Fe3O4 nanoparticles from aqueous solutions”, Journal of Molecular Liquids No.213 pp: 345–350 48 Kengo Sasaki, Masahiko Morita, Shin-ichi Hirano, Naoya Ohmura and Yasuo Igarashi (2011), “Decreasing ammonia inhibition in thermophilic methanogenic bioreactors using carbon fiber textiles”, Appl Microbiol Biotechnol No.90, pp:1555–1561 49 Kim Loan Dong, Hong Con Tran, Hong Thi Tran and Mai Ly Thi Luong (2013), “Quick Determination of Ammonia Ions In Water Environment Based on Thymol Color Creating Reaction”, Report of Fukushima University Vol 1, HIKARI Ltd 50 Krishna G Bhattacharyya, Anup K Talukdar (2005), Catalysis in Petroleum and Petrochemical Industries, Narosa Publishing House, ISBN: 8173195765, 9788173195761 79 51 M Gaouar Yadi, B Benguella, N Gaouar-Benyelles and K Tizaoui (2015) , “Adsorption of ammonia from wastewater using low-cost bentonite/chitosan beads” , Desalination and Water Treatment No.38 52 Mehmet Ates, Veysel Demir, Zikri Arslan, James Daniels, Ibrahim O Farah, and Corneliu Bogatu, “Evaluation of Alpha and Gamma Aluminum Oxide Nanoparticle Accumulation, Toxicity and Depuration” Artemia Salina Larvae, Environ Toxicol 2015 Jan; 30(1) pp: 109–118 53 Minoru Okumura, Kaoru Fujinaga, Yasushi Seike and Sachiko Honda (1999), “A simple and rapid visual method for the determination of ammonia nitrogen in environmental waters using thymol”, Fresenius J Anal Chem, Vol 365, pp: 467–469 54 Mishra, Sanjeev, Vandana Singh, Archana Jain and Krishna K Verma (2001) "Simultaneous Determination of Ammonia, Aliphatic Amines, Aromatic Amines and Phenols at µg L–1 Levels in Environmental Waters by SolidPhase Extraction of Their Benzoyl Derivatives and Gas ChromatographyMass Spectrometry." The Analyst 126, no 10 pp: 1663-1668 55 Mykola Seredych, Teresa J Bandosz (2008), “Adsorption of ammonia on graphite oxide/aluminium polycation and graphite oxide/zirconium–aluminium polyoxycation composites”, Journal of Colloid and Interface Science No.324, pp: 25–35 56 Ramasamy Boopathy, Sekar Karthikeyan, Asit Baran Mandal and Ganesan Sekaran (2013), “Adsorption of ammonium ion by coconut shell-activated carbon from aqueous solution: kinetic, isotherm, and thermodynamic studies”, Environ Sci Pollut Res No.20, pp: 533–542 57 Sami Matar Lewis F Hatch (1994), Chemistry of Petrochemical Process, 2rd edition, Gulf Publishing Company, P.O Box 2608, Houston, Texas 772522608, 406 trang 58 Stanley Manahan E (2009), Environmental chemistry, CRC Press 59 T.C Jorgensen, L.R Weatherley (2003), “Ammonia removal from wastewater by ion exchange in the presence of organic contaminants”, Water Research, Vol.37, pp: 1723–1728 80 60 Takashi Shirai, Hideo Watanabe, Masayoshi Fuji and Minoru Takahashi (2009), “Structural Properties and Surface Characteristics on Aluminum Oxide Powders”, セラミックス基盤工学研究センター年報 Vol 9, pp:23-31 61 Tien Duc Pham, Motoyoshi Kobayashi and Yasuhisa Adachi (2014), “Adsorption of anionic surfactant sodium dodecyl sulfate onto alpha alumina with small surface area”, Colloid Polym Sci 293, no.1, pp: 217-227 62 Tien Duc Pham, Motoyoshi Kobayashi and Yasuhisa Adachi (2014), “Adsorption of Polyanion onto Large Alpha Alumina Beads with Variably Charged Surface”, Advances in Physical Chemistry, pp:1-9 63 Tien Duc Pham, Motoyoshi Kobayashi and Yasuhisa Adachi (2015), “Adsorption Characteristics of Anionic Azo Dye onto Large Α-Alumina Beads”, Colloid Polym Sci 293, no 7, pp 1877-1886 64 Xiaoqiang Cui, Hulin Hao, Changkuan Zhang, Zhenli He and Xiaoe Yang (2016), “Capacity and mechanisms of ammonium and cadmium sorption on different wetland-plant derived biochars”, Science of the Total Environment No.539, pp: 566–575 65 Yeskie M.A., Harwell J.H (1988), “On the structure of aggregates of adsorbed surfactants: the surface charge density at the hemimicelle/admicelle transition”, The Journal of Physical Chemistry, 92, pp: 2346-2352 66 Ying Jackie Y., C P M., Michael S Wong 1999 “Synthesis and applications of supramolecular-templated mesoporous materials”, Microporous and mesoporous materials 1999; 38: p 56 - 77 67 Ylas Pedro Uberuaga, Ming Tang, Chao Jiang, James A Valdez, Roger Smith, Yongqiang Wang, and Kurt E Sickafus (2015), “Opposite correlations between cation disordering and amorphization resistance in spinels versus pyrochlores”, Nat Commun, 6: 8750 81 PHỤ LỤC Hình 4.1 Phổ IR muối NH4Cl Hình 4.2 Phổ FT-IR polyme mang âm điện PSS Hình 4.3 Phổ FT-IR chất hoạt động bề mặt mang điện âm SDS 82 Bảng 4.1 Kết hấp phụ ion amoni vật liệu γ-Al2O3 điều kiện tối ưu Al2O3 C0 V0 (g) (ppm) (ml) γ-Al2O3 trước hoạt hóa bề mặt γ-Al2O3 sau hoạt hóa bề mặt Abs Cm (ppm) Γ (mg/g) Abs Cm (ppm) Γ (mg/g) 0,10 1,0 25,00 0,085 0,46 0,135 0,328 0,58 0,104 0,10 5,0 25,00 0,282 2,54 0,616 0,519 2,24 0,676 0,10 10,0 25,00 0,456 5,94 1,015 0,332 5,89 1,015 0,10 20,0 25,00 0,558 14,38 1,404 0,462 12,03 1,997 0,10 40,0 25,00 0,373 32,80 1,800 0,551 28,43 2,879 0,10 70,0 25,00 0,272 61,33 2,168 0,527 56,76 3,296 0,10 100,0 25,00 0,195 91,13 2,217 0,182 85,81 3,509 0,10 150,0 25,00 0,203 141,61 2,097 0,302 139,03 3,762 Bảng 4.2 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên SMA * Ghi chú: C(NaCl) (mol/L) (mg/g) (g/mg) (g/mg)n-1 0.001 10.8 9.0×102 4.0×103 2.0 0.01 10.2 5.0×102 4.0×103 2.0 0.1 6.5 3.0×103 4.0×103 2.0 , , , , dung lượng hấp phụ tối đa; , , số cân số lượng lớp ion NH4+ hấp phụ lớp lớp thứ hai; Bảng 4.3 Kết hấp phụ amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,001M Γ (mg/g) steps model 0,04 0,24 0,01 0,253 0,38 1,16 0,18 25,00 0,349 0,77 2,30 0,83 20,00 25,00 0,516 2,23 4,42 2,60 0,10 40,00 25,00 0,695 9,86 7,54 7,47 0,10 70,00 25,00 0,661 28,19 10,45 9,46 SMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs 0,10 1,00 25,00 0,000 0,10 5,00 25,00 0,10 10,00 0,10 83 Cm (ppm) 0,10 100,00 25,00 0,628 53,68 11,60 10,21 0,10 150,00 25,00 0,465 100,84 12,29 10,48 Bảng 4.4 Kết hấp phụ đẳng nhiệt ion amoni vật liệu SMA nồng độ muối NaCl 0,01M Γ (mg/g) steps model 0,49 0,13 0,09 0,682 1,45 0,89 0,35 25,00 0,809 3,43 1,63 1,14 20,00 25,00 1,068 7,48 3,12 3,15 0,1 40,00 25,00 0,842 17,80 5,55 6,74 0,1 70,00 25,00 0,630 33,65 9,09 8,65 0,0999 100,00 25,00 0,724 61,54 9,62 9,53 0,1 150,00 25,00 0,240 109,56 10,11 9,90 SMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs Cm (ppm) 0,1000 1,00 25,00 0,330 0,0997 5,00 25,00 0,1006 10,00 0,1005 Bảng 4.5 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M SMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs Cm (ppm) Γ (mg/g) steps model 0,1012 1,00 25,00 0,281 0,63 0,09 0,05 0,1006 5,00 25,00 0,833 2,35 0,66 0,27 0,0997 10,00 25,00 1,042 4,38 1,41 0,66 0,0999 20,00 25,00 0,201 9,36 2,66 2,58 0,1003 40,00 25,00 1,230 25,74 3,56 4,17 0,1006 70,00 25,00 0,460 49,91 5,02 5,73 0,1011 100,00 25,00 0,699 74,37 6,41 6,07 0,1009 150,00 25,00 0,569 122,12 6,97 6,30 Bảng 4.6 Kết hấp phụ đẳng nhiệt amoni SMA nồng độ muối NaCl 0,1M SMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs Cm (ppm) Γ (mg/g) 0,1003 1,00 25,00 0,140 0,69 0,08 0,0997 5,00 25,00 0,277 2,49 0,63 84 0,1006 10,00 25,00 0,110 5,63 1,09 0,1005 20,00 25,00 0,282 12,68 1,83 0,1 40,00 25,00 0,301 26,91 3,27 0,1 70,00 25,00 0,200 55,91 3,52 0,0999 100,00 25,00 0,304 81,45 4,64 0,1 150,00 25,00 0,145 127,19 5,70 Bảng 4.7 Các thông số thực nghiệm cho xử lý hấp phụ NH4+ lên PMA * Ghi chú: C(NaCl) , (mol/L) (mg/g) (g/mg) (g/mg)n-1 0.001 4.8 9.0×102 4.0×103 2.0 0.01 7.4 5.0×102 4.0×103 2.0 0.1 3.9 4.0×102 4.0×103 2.0 , , , dung lượng hấp phụ tối đa; , , số cân số lượng lớp ion NH4+ hấp phụ lớp lớp thứ hai; Bảng 4.8 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,001M PMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs Cm (ppm) H (%) 0,100 1,00 25,00 0,140 0,69 31,38 0,078 5,07E-02 0,100 5,00 25,00 0,277 2,49 50,12 0,626 2,32E-01 0,100 10,00 25,00 0,110 5,63 43,67 1,092 6,74E-01 0,100 20,00 25,00 0,282 12,68 36,62 1,831 1,80E+00 0,100 40,00 25,00 0,301 26,91 32,74 3,274 3,26E+00 0,100 70,00 25,00 0,200 55,91 20,13 3,523 4,20E+00 0,100 100,00 25,00 0,304 81,45 18,55 4,636 4,44E+00 0,100 150,00 25,00 0,145 127,19 15,20 5,702 4,61E+00 85 Γ (mg/g) steps model Bảng 4.9 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,01M steps model PMA (g) C0 (ppm) V0 (ml) Abs Cm (ppm) H (%) Γ (mg/g) 0,1 1,00 25,00 0,029 0,23 76,83 0,192 0,04 0,1 5,00 25,00 0,146 1,42 71,57 0,895 0,31 0,1 10,00 25,00 0,232 3,19 68,12 1,703 0,81 0,1 20,00 25,00 0,429 7,48 62,61 3,131 2,20 0,1 40,00 25,00 0,439 19,10 52,24 5,224 4,78 0,1 70,00 25,00 0,336 44,66 36,20 6,336 6,43 0,1 100,00 25,00 0,173 73,91 26,09 6,522 6,89 0,1 150,00 25,00 0,156 120,27 19,82 7,433 7,13 Bảng 4.10 Kết hấp phụ amoni PMA nồng độ muối NaCl 0,1M Abs Cm (ppm) steps model C0 (ppm) V0 (ml) 0,1 1,00 25,00 0,142 0,69 30,57 0,076 0,03 0,1 5,00 25,00 0,274 2,47 50,61 0,633 0,15 0,1 10,00 25,00 0,362 4,79 52,15 1,304 0,37 0,1 20,00 25,00 0,629 10,75 46,24 2,312 1,07 0,1 40,00 25,00 0,659 28,11 29,73 2,973 2,58 0,1 70,00 25,00 0,43 56,20 19,71 3,449 3,36 0,1 100,00 25,00 0,201 84,23 15,77 3,942 3,60 0,1 150,00 25,00 0,178 134,68 10,22 3,831 3,74 86 H (%) Γ (mg/g) PMA (g) ... trình nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ để xử lý amoni nước Một số loại vật liệu hấp phụ truyền thống nghiên cứu để xử lý amoni than hoạt tính, oxit kim loại nặng Tuy nhiên, nghiên cứu biến tính. .. hấp phụ Г∞ dung lượng hấp phụ cực đại K1 K2 số cân bước hấp phụ đơn lớp hấp phụ n phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ đa lớp C nồng độ cân NH4+ 17 1.4.4 Một số vật liệu hấp phụ phổ biến Các vật liệu. .. PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cứu đặc tính hấp phụ ion amoni (NH4+) vật liệu gamma nhôm oxit với kích thước lớn biến tính bề