Điều chế zeolit 4a từ cao lanh a lưới và ứng dụng tách loại ION chì c ADIMI trong nước

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ LỘC UYỂN ĐIỀU CHẾ ZEOLIT 4A TỪ CAO LANH A LƯỚI VÀ ỨNG DỤNG TÁCH LOẠI ION CHÌ, C ADIMI TRONG NƯỚC Chun ngành : HỐ HỮU CƠ Mã số : 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - 2011 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Thượng Quảng Phản biện 1: PGS.TS Trần Thị Xô Phản biện 2: PGS TS Tạ Ngọc Đơn Luận văn bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 07 năm 2011 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chiến lược quốc gia tài ngun nước đến năm 2020 vừa cơng bố, nhà quản lí mơi trường nước ta khẳng định tình trạng nhiễm nước sơng xảy nghiêm trọng, làm ảnh hưởng đến chất lượng sống Trước tình hình nhiễm kim loại chì, cadimi ngày nặng Việt Nam giới, yêu cầu xử lý loại bỏ ion khỏi nguồn nước ngày cấp thiết Cho đến nay, người ta biết có nhiều phương pháp để xử lí ion chì cadimi, ñáng ý phương pháp hấp phụ ion chì, cadimi lên vật liệu than hoạt tính, oxit sắt, oxit nhơm, khống sét bentonit, diatomit vật liệu zeolit Mỗi loại vật liệu có đặc tính chi phí khác nhau, hiệu suất xử lý khác Trong đó, đáng ý vật liệu zeolit ñược ưa chuộng ñể xử lý kim loại nặng có cấu trúc đặc biệt Để tổng hợp zeolit nói chung zeolit NaA nói riêng từ ngun liệu khác nhau, có cao lanh loại khống sét chứa nhơm silic mạng lưới Luận văn trình bày trình nghiên cứu tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh A Lưới sử dụng zeolit tổng hợp ñược ñể tách loại ion kim loại nặng ñiển hình Pb2+ Cd2+ khỏi dung dịch MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU -Nghiên cứu chuyển hóa cao lanh lấy thị trấn A Lưới- tỉnh Thừa Thiên Huế thành zeolit 4A 4 -So sánh cấu tạo tính chất zeolit 4A tổng hợp so với mẫu chuẩn -Ứng dụng sản phẩm thu để tách loại ion chì, cadimi nước khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU -Nguyên liệu cao lanh ñược lấy từ thị trấn A Lưới – Tỉnh Thừa Thiên Huế PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu thơng tin, tư liệu khống sét tự nhiên, cao lanh, zeolit, zeolit A, phương pháp ñánh giá cấu trúc tính chất zeolit, tình hình ô nhiễm chì cadimi thông qua tài liệu tham khảo 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm: - Xử lí cao lanh nhiệt 600oC để chuyển hóa cấu trúc cao lanh dạng cấu trúc khuyết tật, metacaolanh - Tổng hợp zeolit NaA từ metacaolanh, số hóa chất vô cơ, chất tạo phức hữu - Nghiên cứu ảnh hưởng chất tạo phức, ảnh hưởng thời gian kết tinh, hàm lượng kiềm đến q trình hình thành zeolit rút điều kiện tối ưu - Dùng phương pháp đặc trưng tính chất để xác ñịnh dung lượng trao ñổi cation, khả hấp phụ nước sản phẩm - Dùng phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen nhằm nhận diện, ñịnh lượng pha tinh thể kích thước hạt zeolit NaA - Dùng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ñể nghiên cứu cấu trúc pha tinh thể - Dùng phương pháp hiển thị ñiện tử quét (SEM) ñể nghiên cứu bề mặt, hình dạng kích thước hạt - Khảo sát khả hấp phụ ion chì cadimi nước sản phẩm Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Tổng hợp ñược zeolit NaA từ nguồn cao lanh phong phú A Lưới với giá thành thấp -Đưa hướng việc xử lí ion kim loại nặng nước với qui trình đơn giản, giá thành hợp lí -Góp phần thúc đẩy việc khai thác sử dụng có hiệu nguồn cao lanh CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Ngồi phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, luận văn gồm có chương Chương 1: Tổng quan tài liệu Nội dung tóm tắt chương bao gồm - Giới thiệu khoáng sét tự nhiên cao lanh - Giới thiệu chung zeolit zeolit A - Giới thiệu vịng sinh địa hóa hiệu ứng hóa sinh ion chì, cadimi Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm Nội dung tóm tắt chương bao gồm - Nguyên liệu hóa chất tổng hợp zeolit NaA - Tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh A Lưới - Các phương pháp ñặc trưng tính chất cấu trúc zeolit NaA - Ứng dụng sản phẩm để tách loại chì, cadimi nước Chương 3: Kết thảo luận Nội dung tóm tắt chương bao gồm - Tổng hợp ñặc trưng zeolit NaA - Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tổng hợp zeolit NaA - Ứng dụng zeolit NaA để xử lí nước có nhiễm chì, cadimi Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo phần phụ lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ KHOÁNG SÉT TỰ NHIÊN 1.1.1 Giới thiệu chung khoáng sét tự nhiên 1.1.1.1 Thành phần khoáng sét 1.1.1.2 Cấu trúc khoáng sét 1.1.2 Sơ lược cao lanh 1.1.2.1 Thành phần hóa học 1.1.2.2 Cấu trúc tinh thể 1.1.2.3 Các tính chất cao lanh 1.2 GIỚI THIỆU VỀ ZEOLIT VÀ ZEOLIT 4A 1.2.1 Khái niệm, phân loại cấu trúc zeolit 1.2.1.1 Khái niệm phân loại 1.2.1.2 Cấu trúc tinh thể zeolit 1.2.2 Giới thiệu zeolit 4A 1.3 TÍNH CHẨT CƠ BẢN CỦA ZEOLIT VÀ ZEOLIT 4A 1.3.1 Tính chất trao đổi cation 1.3.2 Tính chất hấp phụ 1.3.3 Tính chất xúc tác 1.3.4 Tính chất chọn lọc hình dạng 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ZEOLIT 1.4.1 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Phương pháp XRD phương pháp ñược sử dụng phổ biến ñể nghiên cứu vật liệu có cấu trúc tinh thể Nhờ phương pháp này, người ta nhận diện nhanh chóng xác pha tinh thể, đồng thời sử dụng ñể ñịnh lượng pha tinh thể với ñộ tin cậy cao 8 1.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) Cùng với phương pháp XRD, phương pháp IR sử dụng để phân tích cấu trúc pha tinh thể vật liệu Ngoài ra, phương pháp IR cịn giúp nhận biết tính chất bề mặt, tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ 1.4.3 Phương pháp kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) 1.4.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ ngun tử (AAS) 1.5 TÌNH HÌNH Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG (Pb2+,Cd2+) TRONG NƯỚC 1.5.1 Nguồn gốc kim loại nặng[ 1.5.1.1 Lắng đọng từ khí 1.5.1.2 Sử dụng phân bón hố học khơng tinh khiết thuốc trừ sâu 1.5.1.3 Dùng bùn thải nông nghiệp 1.5.1.4 Trầm tích sơng, hồ 1.5.1.5 Sử dụng nước thải 1.5.1.6 Hoạt động khai thác mỏ 1.5.2 Vịng tuần hồn sinh địa hóa hiệu ứng hóa sinh chì 1.5.2.1 Vịng tuần hồn sinh địa hóa chì 1.5.2.2 Hiệu ứng hóa sinh Chì 1.5.3 Vịng tuần hồn sinh địa hóa hiệu ứng hóa sinh Cadimi 1.5.3.1 Vịng tuần hồn sinh địa hóa Cadimi 1.5.3.2 Hiệu ứng hóa sinh Cadimi CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HĨA CHẤT 2.1.1 Ngun liệu hóa chất sử dụng - Nguyên liệu: Cao lanh trắng A lưới – Thừa Thiên Huế - Hóa chất: NaOH, H2SO4, HNO3, BaCl2, AgNO3, Phenolphtalein - Phức DA1, DA2, DA3 tương ứng chất tạo phức hữu tạp chức có chứa nhóm andehit axit; ancol axit; amin axit - Nước cất số hóa chất khác 2.1.2 Thiết bị dụng cụ 2.2 TỔNG HỢP ZEOLIT NaA VÀ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng chất tạo phức Tạo lập mẫu có thành phần hỗn hợp gel với tỉ lệ mol sau: A12-DA1: 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA1 A12-DA2: 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA2 A12-DA3: 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3 Sau phối liệu theo tỉ lệ trên, mẫu làm già nhiệt độ phịng 96h, có khuấy kết tinh thủy nhiệt 90oC 12h Sản phẩm sau kết tinh ñược lọc rửa đến pH=9, sấy khơ 105oC nghiền,rây ñến cỡ hạt ≤ 0,15mm Các mẫu tương ứng với chất taọ phức DA1,DA2,DA3 kí hiệu A12-DA1, A12-DA2, A12-DA3 10 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng kiềm Tạo lập mẫu thí nghiệm có thành phần hỗn hợp gel với tỉ lệ mol sau: A12-DA3: 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3 A12-DA3(0,9): 0,9Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3 A12-DA3(1,1): 1,1Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3 Sau phối liệu theo tỉ lệ trên, mẫu làm già nhiệt độ phịng 96h, có khuấy ñược kết tinh thủy nhiệt nhiệt ñộ 90oC 12h Sản phẩm sau kết tinh ñược lọc rửa đến pH=9, sấy khơ 105oC nghiền, rây ñến cỡ hạt ≤0,15 mm Các mẫu tương ứng với tỷ lệ mol Na2O/Al2O3 1,0;0,9;1,1 khí hiệu A12-DA3,A12-DA3(0,9), A12DA3(1,1) 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian kết tinh Tạo lập mẫu thí nghiệm có thành phần hỗn hợp gel với tỉ lệ mol 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3 Trong đó, tất mẫu ñếu ñược làm già nhiệt ñộ phòng thời gian 96h, có khuấy kết tinh 90oC với thời gian thay ñổi tương ứng 9h,12h, 15h Sản phẩm sau kết tinh ñược lọc rửa ñến pH=9, sấy khơ 105oC nghiền, rây đến cở hạt 0,15 mm Các mẫu tương ứng kí hiệu A9-DA3,A12-DA3, A15-DA3 2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC 2.3.1 Phương pháp phổ XRD Các mẫu XRD luận văn ñược ghi máy Siemens D5005 Brucker – Đức trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2.3.2 Phương pháp phổ IR Các mẫu tổng hợp phân tích phổ IR máy FTIR 410 (Đức) theo kỹ thuật ép viên với KBr áp lực 8000Kg/cm3, nhiệt 11 ñộ 250C, vùng dao ñộng 400 – 1300cm -1 Mẫu chụp trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.3.3 Phương pháp SEM Ảnh SEM ñược chụp máy JEOL 5410 – LV (Nhật) trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trước chụp mẫu ñược rửa etanol, phân tách mẫu sấy khô 2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT 2.4.1 Xác định tổng dung lượng trao ñổi cation (CEC) 2.4.2 Xác ñịnh khả hấp phụ nước 2.5 ỨNG DỤNG SẢN PHẨM ĐỂ TÁCH Pb2+ VÀ Cd2+ TRONG NƯỚC 2.5.1 Dụng cụ hóa chất 2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng zeolit sử dụng ñến khả hấp phụ Pb2+ Cd2+ 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ñến khả hấp phụ Pb2+ Cd2+ zeolit 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng pH mơi trường đến khả hấp phụ Pb2+ Cd2+ zeolit 12 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG ZEOLIT NaA TỪ CAO LANH A LƯỚI - Trong ñề tài nghiên cứu này, ñã tiến hành tổng hợp zeolit NaA (kí hiệu A12-DA3) sở thừa kế kết có, đồng thời có điều chỉnh ñiều kiện thời gian nhiệt ñộ kết tinh, thay ñổi chất tạo phức nhằm tạo nên loại zeolit tối ưu , ñáp ứng ñược ứng dụng hấp phụ thực tiễn - Đã sử dụng phương pháp xác định cấu trúc đặc trưng tính chất XRD, IR, SEM, CEC, AH2O cho mẫu A12-DA3 mẫu NaA chuẩn Hà Lan (ñược tổng hợp từ nguồn Si, Al tinh khiết) Kết ñược thể bảng 3.1 Bảng 3.1: CEC, AH2O, ñộ tinh thể mẫu zeolit tổng hợp mẫu chuẩn STT Mẫu CEC (meq/100g) AH2O, % Độ tinh thể trọng theo XRD, lượng (%) A12-DA3 356 21,8 96 NaA chuẩn 350 20,2 100 - Từ kết thu ñược bảng 3.1 cho thấy CEC AH2O mẫu tổng hợp cao mẫu chuẩn nên chứng tỏ mẫu tổng hợp xốp chứa nhiều cation trao ñổi - Từ kết phân tích phổ XRD hình 3.1 cho thấy mẫu cao lanh nguyên liệu khác biệt hoàn toàn với mẫu tổng hợp mẫu chuẩn Nếu mẫu nguyên liệu có pic kaolinit, phlogopit quartz, mẫu tổng hợp chứa pha zeolit NaA, có mã số tinh thể 13 quốc tế liệu cấu trúc phổ XRD máy nhiễu xạ kế PDF 39-0222, cơng thức Na96Al96Si96O384.216H2O với pic đặc trưng góc 6,2o có cường độ nhiễu xạ mạnh pic ñặc trưng pha lạ (L) giá trị góc 13,9o, độ tinh thể mẫu tổng hợp đạt 96% Trong đó, mẫu NaA chuẩn chứa pha zeolit NaA Tuy ñộ tinh thể mẫu tổng hợp thấp mẫu chuẩn, giá trị CEC AH2O lại cao hơn, chứng tỏ nguồn nguyên liệu ban ñầu qui trình tổng hợp có ảnh hưởng lớn đến tính chất sản phẩm thu ñược lần cho thấy việc tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh ñã qua xử lí nhiệt với mục ñích làm chất hấp phụ thường cho kết tốt so với tổng hợp từ hóa chất (a) (b) 662 468 664 554 465 997 553 998 1300 1200 1000 800 600 Hình 3.2: Phổ IR mẫu A12-DA3 (a) mẫu NaA chuẩn (b) -1 400 cm 14 - Các kết phân tích phổ IR mẫu ñược tiến hành ñiều kiện Từ kết phổ IR, ta nhận thấy: ña số ñám phổ mẫu tương tự hình dạng cường độ a) b) c) Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu cao lanh A Lưới (a), A12-DA3 (b), mẫu chuẩn (c) Trên hình 3.3, quan sát ảnh SEM cho thấy tinh thể zeolit NaA tạo thành mẫu tổng hợp mẫu chuẩn có dạng hình lập phương, kích thước khoảng 2,3µm Trong mẫu tổng hợp, ngồi tinh thể zeolit NaA cịn xuất lượng nhỏ pha lạ L Bên cạnh mẫu zeolit 4A, quan sát ảnh SEM mẫu cao lanh thấy rõ cấu trúc lớp ñặc trưng, khác hẳn cấu trúc lập phương zeolit NaA Từ kết phân tích hình ta rút kết luận mẫu tổng hợp có chất lượng gần tương ñương với mẫu chuẩn Các tạp chất mẫu tổng hợp khơng đáng kể Vì vậy, zeolit NaA tổng hợp từ nguồn cao lanh A lưới hồn tồn ñược ứng dụng ñể hấp phụ ion kim loại nặng với chất lượng không thua so với zeolit NaA ñược tổng hợp từ nguồn nguyên liệu Các kết cho thấy, việc sử dụng chất tạo phức DA3 kéo dài thời gian làm già thêm 24 ñã làm tăng ñộ tinh 15 thể zeolit NaA từ 92% lên 96%, giảm nhiệt ñộ kết tinh từ 95 oC xuống 90oC so với [1] Đồng thời cho thấy rõ, cao lanh A Lưới nguyên liệu tốt cho tổng hợp zeolit NaA 3.2 MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ZEOLIT NaA TỪ CAO LANH A LƯỚI 3.2.1 Ảnh hưởng chất tạo phức Trong nội dung luận văn ta có mẫu A12 – DA1, A12DA2, A12-DA3 ứng với chất tạo phức amino axit có kích thước từ lớn đến nhỏ Các điều kiện khác ñược giữ tương tự Kết xác ñịnh CEC, AH2O, phổ XRD tương ứng trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2: Số liệu tổng hợp zeolit NaA với chất tạo phức khác STT Mẫu CEC, AH2O, % Độ tinh meq/100g trọng thể theo lượng XRD, % A12-DA1 340 19,9 90 A12-DA2 345 21,0 92 A12-DA3 356 21,8 96 Phổ XRD mẫu nghiên cứu cho thấy mẫu A12-DA3 có đường phẳng tạp chất L nên có độ tinh thể cao Sự sai khác phổ mẫu khơng lớn cường độ diện tích pic Điều chứng tỏ quy trình tổng hợp ổn ñịnh cho kết có ñộ tin cậy cao 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng kiềm Phần nghiên cứu ñã tiến hành xác ñịnh CEC, AH2O phổ XRD mẫu tổng hợp với hàm lượng kiềm thay ñổi tương ứng theo tỉ lệ Na2O/ Al2O3 0,9;1,0;1,1 16 Bảng 3.3: Số liệu tổng hợp zeolit NaA với hàm lượng kiềm khác STT Mẫu CEC, AH2O, % Độ tinh meq/100g trọng thể theo lượng XRD, % A12-DA3(0,9) 320 19,2 88 A12-DA3(1,0) 356 21,8 96 A12- DA3(1,1) 312 19,0 84 Từ bảng 3.3 cho thấy tăng hàm lượng kiềm tỉ lệ kiềm tối ưu Na2O/ Al2O3 = 1.0 Như vậy, rõ ràng kết tinh zeolit NaA diễn thuận lợi mơi trường kiềm có nồng độ thích hợp Hàm lượng kiềm cao hay thấp khơng thuận lợi 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian kết tinh - Thực tổng hợp mẫu với kí hiệu A9- DA3, A12- DA3, A15- DA3 tương ứng với thời gian kết tinh 9, 12 15 Đo phổ XRD số liệu tổng hợp mẫu ta có kết sau: Bảng 3.4: Số liệu tổng hợp zeolit NaA với thời gian kết tinh khác STT Mẫu CEC, AH2O, % Độ tinh meq/100g trọng thể theo lượng XRD A9-DA3 282 17,3 75 A12-DA3 356 21,8 96 A15-DA3 298 18,7 82 Trong bảng 3.4 ta thấy thời gian kết tinh tăng số liệu tổng hợp CEC, AH2O ñộ tinh thể tăng ñạt giá trị cực ñại sau 12 kết tinh 17 3.3 KHẢ NĂNG XỬ LÍ ION CHÌ VÀ ION CADIMI TRONG NƯỚC CỦA ZEOLIT NaA 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng zeolit sử dụng ñến khả hấp phụ ion Kim loại - Trong phần thực nghiệm này, tiến hành 10 mẫu thí nghiệm ứng với nồng độ ion chì cadimi 2mg/ l - Mơi trường pH=6 - Thời gian xử lí 15 phút máy lắc khí - Hàm lượng zeolit tăng dần từ 0,01 đến 0,3 cho lít dung dịch Bảng 3.5: Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng zeolit đến q trình hấp phụ Pb2+ STT Zeolit C0 C NaA, g (mg/l) (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) %Pb2+bị hấp phụ 0,01 2,0 1,066 93,40 46,70 0,05 2,0 0,634 27,32 68,30 0,10 2,0 0,325 16,75 83,75 0,15 2,0 0,005 13,30 99,75 0,30 2,0 0,001 6,66 99,95 18 Bảng 3.6: Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng zeolit ñến trình hấp phụ ion Cd2+ STT Zeolit C0 NaA, g (mg/l) Dung lượng C(mg/l) hấp phụ(mg/g) %Cd2+bị hấp phụ 0,01 2,0 1,245 75,50 37,35 0,05 2,0 0,672 26,56 66,40 0,10 2,0 0,005 19,95 99,75 0,15 2,0 0,004 13,31 99,80 0,30 2,0 0,001 6,66 99,95 Ghi chú: C0 nồng ñộ ion kim loại trước hấp phụ,C nồng ñộ ion sau hấp phụ Trong bảng 3.5 3.6 cho thấy hàm lượng zeolit tăng khả hấp phụ Cd2+ tăng mạnh tương tự hấp phụ Pb2+ Tuy nhiên, hàm lượng zeolit tăng từ 0,01g đến 0,10g q trình hấp phụ ion Cd2+ tăng nhanh nhanh so với hấp phụ Pb2+, điều có liên quan đến kích thước ion Pb2+ lớn so với kích thước Cd2+ (1,20 Ao so với 0,97Ao) Tại giá trị hàm lượng zeolit 0,10g, dung dịch sau hấp phụ cịn lại nồng độ 0,005 mg/l Với hàm lượng đáp ứng tốt giá trị quy định an tồn Cd2+ nước sinh hoạt 0,005 mg/l theo TCVN 5945-2005 hàm lượng zeolit ngưỡng 0,15 g cho lít mẫu chứa chì q trình hấp phụ bắt đầu đạt đến trạng thái cân với hàm lượng ion Pb2+còn lại nhỏ (đã bị hấp phụ 99,75%): cịn 0,005 mg/l Với hàm lượng hồn tồn thỏa mãn u cầu ñối với nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn ISI, 1982, 19 nồng độ ion chì ≤ 0,05 mg/l TCVN 5945-2005 giá trị quy định an tồn Pb2+ ñối với nước sinh hoạt 0,1 mg/l 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ ñến khả hấp phụ ion kim loại zeolit NaA Bảng 3.7: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ ñến trình hấp phụ ion Pb2+ STT T (phút) C0 C (mg/l) (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) % Pb2+ bị hấp phụ 2,0 0,820 7,87 59,00 10 2,0 0,220 11,87 89,00 15 2,0 0,005 13,30 99,75 20 2,0 0,002 13,32 99,90 30 2,0 0,001 13,33 99,99 Bảng 3.8: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến q trình hấp phụ ion Cd2+ STT T (phút) C0 C (mg/l) (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) % Cd2+ bị hấp phụ 2,0 0,750 12,50 62,50 10 2,0 0,234 17,66 88,30 15 2,0 0,005 19,95 99,75 20 2,0 0,003 19,97 99,85 30 2,0 0,001 19,99 99,95 20 Vì vậy, thời gian hấp phụ thích hợp hai trường hợp ñều 15 phút Cần phải thảo luận thêm ion chì cadimi có kích thước nhỏ nhiều so với kích thước mao quản zeolit NaA, trình hấp phụ diễn nhanh chóng phút Mặt khác, zeolit NaA có dung lượng trao đổi cation lớn loại zeolit nên dẫn ñến việc tách ion kim loại dung dịch xảy ñồng thời theo chế hấp phụ trao ñổi ion 3.3.3 Ảnh hưởng pH môi trường ñến khả hấp phụ ion kim loại zeolit NaA Bảng 3.9: Kết khảo sát ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ Pb2+ STT pH Co C (mg/l) (mg/l) Dung lượng %Pb2+bị hấp phụ hấp phụ 2.0 0,946 7,03 52,70 2,0 0,612 9,25 69,40 2,0 0,094 12,71 95,30 2,0 0,005 13,30 99,75 2,0 0,004 13,31 99,80 2,0 0,002 13,32 99,90 21 Bảng 3.10: Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến q trình hấp phụ Cd2+ STT pH Co (mg/l) Dung C (mg/l) lượng hấp phụ % Cd2+ bị hấp phụ 2.0 0,872 11,28 56,24 2,0 0,567 14,33 71,56 2,0 0,122 18,78 93,90 2,0 0,005 19,95 99,75 2,0 0,003 19,97 99,85 2,0 0,002 19,98 99,90 Tóm lại, giá trị pH tối ưu ñể trình hấp phụ ion kim loại Pb Cd2+ ñạt hiệu suất cao pH ≥ 2+ 3.4 ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ GIÁ THÀNH XỬ LÍ NƯỚC Ô NHIỄM ION KIM LOẠI NẶNG - Dựa vào trình khảo sát ảnh hưởng yếu tố: hàm lượng zeolit, thời gian hấp phụ pH mơi trường đến q trình hấp phụ ta nhận thấy việc dùng sản phẩm zeolit NaA tổng hợp từ nguồn cao lanh A Lưới cho xử lí nước sinh hoạt thu ñược hiệu cao, thời gian xử lí nhanh - Nếu sử dụng quy trình sản xuất giá thành kilogram zeolit NaA ước tính khoảng 20.000 VND, để xử lí m3 nước ô nhiễm Pb2+ Cd2+ với nồng ñộ 2,0 mg/l tương ứng cần 150g zeolit NaA 100g zeolit Chi phí xử lý m3 nước 22 tăng thêm khoảng 3.000 ñồng ñối với xử lý Pb2+ 2.000 ñồng xử lý Cd2+ Khi áp dụng quy mô sản xuất lớn, giá thành zeolit NaA giảm làm giảm chi phí xử lý nước nhiễm 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Đã tổng hợp ñược zeolit NaA từ cao lanh A lưới với ñộ tinh thể 96% thời gian làm già 96 giờ, thời gian kết tinh 12 giờ, nhiệt ñộ 90oC, áp suất thường có mặt chất tạo phức hữu DA3 Đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh A Lưới chất tạo phức hữu khác nhau, hàm lượng kiềm thời gian kết tinh thay ñổi Bằng phương pháp XRD, IR, SEM tìm điều kiện thích hợp cho tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh A Lưới là: Chất tạo phức chứa nhóm amin axit, hàm lượng kiềm Na2O/Al2O3 = 1,0 thời gian kết tinh 12 Đã sử dụng zeolit NaA tổng hợp để xử lí Pb2+ dung dịch có nồng ñộ Pb2+ ban ñầu 2,0mg/l rút ñược ñiều kiện thích hợp là: Lượng zeolit NaA = 0,15g/l; thời gian hấp phụ 15 phút, pH = Tại đó, hàm lượng Pb2+ cịn lại dung dịch sau hấp phụ 0,005mg/l, tương đương 99,75% lượng chì bị hấp phụ Đã sử dụng zeolit NaA tổng hợp để xử lí Cd2+ dung dịch có nồng ñộ Cd2+ ban ñầu 2,0mg/l rút ñược ñiều kiện thích hợp là: Lượng zeolit NaA = 0,10g/l; thời gian hấp phụ 15 phút, pH = Tại ñây, hàm lượng Cd2+ lại dung dịch sau hấp phụ 0,005mg/l, tương ñương 99,75% lượng Cadimi bị hấp phụ Tính tốn sơ giá thành tổng hợp zeolit NaA 20.000ñ/kg, giá thành xử lý m3 nước chứa Pb2+ Cd2+ tương ứng 3.000 ñồng 2.000 ñồng ñạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt theo TCVN 5945 : 2005 24 KIẾN NGHỊ: Việc nghiên cứu tổng hợp zeolit nói chung zeolit NaA nói riêng từ cao lanh A Lưới cịn nghiên cứu Việt Nam Cao lanh A Lưới thích hợp cho tổng hợp zeolit NaA loại zeolit sử dụng làm chất hấp phụ trao ñổi ion ñể tách kim loại nặng nước tốt Do đó, cần có nghiên cứu ứng dụng ñể bước ñưa vật liệu zeolit NaA vào thực tiễn xử lý ô nhiễm nguồn nước thải nước sinh hoạt  ... 600oC để chuyển h? ?a c? ??u tr? ?c cao lanh dạng c? ??u tr? ?c khuyết tật, metacaolanh - Tổng hợp zeolit NaA từ metacaolanh, số h? ?a chất vô c? ?, chất tạo ph? ?c hữu - Nghiên c? ??u ảnh hưởng chất tạo ph? ?c, ảnh... NGHỊ: Vi? ?c nghiên c? ??u tổng hợp zeolit nói chung zeolit NaA nói riêng từ cao lanh A Lưới c? ??n ñư? ?c nghiên c? ??u Việt Nam Cao lanh A Lưới thích hợp cho tổng hợp zeolit NaA loại zeolit sử dụng làm chất... đ? ?a h? ?a hiệu ứng h? ?a sinh ion chì, cadimi Chương 2: C? ?c phương pháp th? ?c nghiệm Nội dung tóm tắt chương bao gồm - Nguyên liệu h? ?a chất tổng hợp zeolit NaA - Tổng hợp zeolit NaA từ cao lanh A Lưới