TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP: ĐIỀU CHẾ HYDROTALCITE TỪ NƯỚC ÓT VÀ KHẢO SÁT HẤP PHỤ PHOTPHAT

Lời mở đầu Xã hội con người ngày càng phát triển cùng với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kĩ thuật, kéo theo các ngành sản xuất lớn mạnh về công nghệ và số lượng. Đi cùng những mặt tích cực trên là những mặt trái của tiến bộ, con người thải ra ngày càng nhiều các loại chất thải nguy hại đến môi trường sống của chính con người và các quần thể sinh vật. Nghiên cứu xử lý chất thải để điều chế những vật liệu hữu dụng và sử dụng chất thải để xử lý chính chất thải đang là hướng nghiên cứu được ưu tiên vì có thể cùng lúc giải quyết được nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu điều chế hydrotalcite từ những chất thải là nước thải bùn đỏ và nước ót, hydrotalcite này được khảo sát khả năng hấp phụ photphat, cũng là một chất thải gây ô nhiễm.   Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành tốt tiểu luận tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong bộ môn hoá vô cơ và ứng dụng, các anh chị cao học và các bạn sinh viên đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Mục lục Lời mở đầu 2 Lời cảm ơn 3 Mục lục 4 1. Tổng quan 6 1.1. Nước ót1 7 1.1.1. Định nghĩa: 7 1.1.2. Nguồn nước ót:9 7 1.1.3. Thành phần của nước ót:10 8 1.1.4. Ứng dụng:2 8 1.2. Hydrotalcite: (HTC)5 10 1.2.1. Giới thiệu 10 1.2.2. Ứng dụng: 11 1.2.3. Khái niệm, đặc điểm cấu trúc và tính chất của hydrotalcite 13 1.2.4. Các phương pháp điều chế hydrotalcite: 16 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc Hydrotalcite trong quá trình điều chế: 18 1.3. Ô nhiễm photphat và các phương pháp xử lý: 20 1.3.1. Ô nhiễm photphat: 3 20 1.3.2. Xử lý ô nhiễm photphat: 21 2. Thực nghiệm 24 2.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 24 2.2. Các phương pháp phân tích: 24 2.2.1. Xác định nồng độ Mg2+ trong nướt ót:4 24 2.2.2. Xác định hàm lượng photpho: 25 2.3. Danh mục hóa chất sử dụng trong đề tài: 25 2.4. Chuẩn bị các hóa chất: 25 2.5. Tiến hành thí nghiệm: 26 2.5.1. Chuẩn độ ion Mg2+ nước ót: 26 2.5.2. Điều chế hydrotalcite: 27 2.6. Khảo sát phân tích nhiệt và nhiễu xạ tia X: 29 2.6.1. Phân tích nhiệt: 29 2.6.2. Nhiễu xạ tia X: 30 2.6.3. Dựng đường chuẩn photphat: 32 2.6.4. Khảo sát hấp phụ photphat của HTC: 33 2.6.5. Dựng đường hấp phụ: 34 2.6.6. Khảo sát giải hấp: 36 2.7. Kết luận: 36 3. Tài liệu tham khảo: 37 1. Tổng quan

Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN − KHOA HÓA BỘ MƠN HĨA VƠ CƠ & ỨNG DỤNG TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU CHẾ HYDROTALCITE TỪ NƯỚC ÓT VÀ KHẢO SÁT HẤP PHỤ PHOTPHAT SVTH: NGUYỄN VIỆT ANH MSSV: 0614012 GVHD: TS NGUYỄN QUỐC CHÍNH Thành phố Hồ Chí Minh – 07/2011 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Lời mở đầu Xã hội người ngày phát triển với tiến không ngừng ngành khoa học kĩ thuật, kéo theo ngành sản xuất lớn mạnh công nghệ số lượng Đi mặt tích cực mặt trái tiến bộ, người thải ngày nhiều loại chất thải nguy hại đến mơi trường sống người quần thể sinh vật Nghiên cứu xử lý chất thải để điều chế vật liệu hữu dụng sử dụng chất thải để xử lý chất thải hướng nghiên cứu ưu tiên lúc giải nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường Trong phạm vi đề tài này, nghiên cứu điều chế hydrotalcite từ chất thải nước thải bùn đỏ nước ót, hydrotalcite khảo sát khả hấp phụ photphat, chất thải gây ô nhiễm Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính tận tình hướng dẫn em hồn thành tốt tiểu luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn q thầy mơn hố vơ ứng dụng, anh chị cao học bạn sinh viên giúp đỡ suốt trình thực đề tài Mục lục Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 1.1 Nguyễn Việt Anh Tổng quan Nước ót[1] 1.1.1 Định nghĩa: “Nước ót” từ thường dùng cơng nghiệp sản xuất muối ăn từ nước biển, để gọi dung dịch lại sau tách NaCl khỏi nước biển cách đặc nước biển, hay dung dịch cịn lại ruộng muối sau kết tinh muối ăn cách phơi nước biển Thường nước ót thải bỏ trở lại biển sau lấy muối ăn Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Hình - Nước ót cịn lại ruộng sau thu hoạch muối ăn 1.1.2 Nguồn nước ót:[9] Bờ biển miền Bắc nước ta dài 3.200km nguồn sản xuất muối ăn vô tận Ngồi cơng dụng làm thực phẩm cần thiết hàng ngày cho nhân dân, làm hàng xuất nhập đáng kể, muối ăn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành cơng nghiệp hố học Theo số liệu hàng năm nước ta sản xuất 900.000 muối lượng nước ót thải khơng 1.800.000 m3 Chỉ tính riêng xí nghiệp sản xuất muối tỉnh Khánh Hịa, Ninh Thuận, Bình Thuận năm thải từ 400.000- 500.000 m nước ót với nồng độ đậm đặc, gây nhiễm hủy hoại môi trường vùng biển ven bờ Trong ao, đìa vùng ven biển nơi nước ót thải ra, nồng độ muối tăng lên cao, khiến sinh thái thay đổi, cá, tôm chết, quần thể sinh vật san hô, rong biển bị hủy hoại… Đồng thời, nước ót khơng thải xa bờ làm cho nồng độ muối manhê ngày tăng khu vực lấy nước ban đầu dẫn đến giảm hiệu khai thác muối ăn Song biết khai thác khơng góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường sinh thái mà cịn đem lại nguồn lợi khơng nhỏ Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 1.1.3 Nguyễn Việt Anh Thành phần nước ót:[10] Thành phần nước ót tùy thuộc phương pháp sản xuất muối, nướt ót chứa hầu hết nguyên tố có nước biển thường giàu hợp chất magie Sản xuất muối ăn thu khoảng m3 nước ót với khối lượng riêng 1,24 - 1,264 g/cm tổng khối lượng muối hoà tan 27 - 29% Nước ót nguyên liệu dồi để điều chế muối magie (MgSO4.4H2O; MgCl2.6H2O.MgO), kali clorua (KCl), brom, iot Trong 1m3 nước ót có khả thu lại khoảng 100kg NaCl; 36kg Na 2SO4; 35kg MgO 13kg KCl lượng nhỏ brom Các muối nước ót tách phương pháp cô đặc kết tinh phân đoạn, dựa vào khác nhiệt độ độ tan chúng Tách chất quý brom, iot phương pháp hoá học chủ yếu Ở Việt Nam, NO tập trung chủ yếu đồng muối, đặc biệt đồng muối chế tạo theo phương pháp phơi nước Cà Ná (Ninh Thuận, Bình Thuận); số nơi, tách số chất từ nước ót 1.1.4 Ứng dụng:[2] Hiện nay, nước ót sử dụng để điều chế MgO, oxit quan trọng công nghiệp Hàng năm nước ta phải nhập toàn lượng magie oxit từ thị trường nước nhằm thoả mãn yêu cầu MgO hoạt tính dùng làm chất phụ gia công nghiệp chế biến cao su làm chất hấp phụ chế biến dầu mỏ; MgO nguyên liệu làm xi măng xoren, từ làm thành sản phẩm lợp mái nhà, vách ngăn nội thất, bàn ghế thay cho gỗ Magie oxit (MgO) oxit dùng nhiều ngành công nghiệp Hàng năm nước ta phải nhập toàn lượng magie oxit từ thị trường nước nhằm thoả mãn yêu cầu Trong nước ta có nhiều loại khống sản dolomit, secpentin, talc nguồn tài nguyên nước biển, nước ót nguyên liệu điều chế MgO Thanh Hoá, Bắc Thái, Vĩnh Phú nơi có mỏ dolomit đánh giá khai thác với sản lượng dồi dào, chất lượng tốt Dọc theo bờ biển nước ta có 21 tỉnh làm nghề muối, sản lượng muối hàng năm Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh tới triệu Nước ót nước thải q trình làm muối, sản xuất muối thu 0,5m3 nước ót MgO thiêu kết nguyên liệu để làm gạch chịu lửa dùng để xây lò luyện thép, lò sản xuất xi măng, vật liệu chịu lửa Trên giới, MgO sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo nhiều phương pháp cơng nghệ khác Một số nước có nguồn quặng magezit (MgCO3) giầu Trung Quốc (5 tỷ tấn), Triều Tiên (2 tỷ tấn), Mỹ (65 triệu tấn), Áo, Ấn Độ sản xuất MgO từ magezit: MgO + O2→MgCO3 Một số nước khác Nhật Mỹ ( cho 65% nhu cầu ) khai thác MgO từ nước biển nước biển hàm lượng Mg 2+ có tới 1,3 g/l Riêng nước Nga cịn khai thác MgO từ hồ nước mặn Xivaxki Phương pháp sản xuất MgO từ quặng dolomit nước biển (hoặc nước ót) triển khai dây chuyền công nghệ nhà máy "Kaisel Refractore" (Mỹ) Nga Ở nước ta, nguồn quặng magezit không có, nên khai thác MgO từ loại quặng như: dolomit (CaCO 3,MgCO3), secpentin 3MgO.2SiO2.2H2O), quặng talc (3MgO.4SiO2) hay từ nước biển, nước ót Dọc theo bờ biển nước ta có 21 tỉnh làm nghề muối, sản lượng muối hàng năm tới triệu Bởi vậy, ta sử dụng nước ót để sản xuất MgO đáp ứng phần nhu cầu tiêu thụ MgO nước ta Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 1.2 Nguyễn Việt Anh Hydrotalcite: (HTC)[5] 1.2.1 Giới thiệu Khoáng sét anion tổng hợp nhà khoáng học (Aminoff Broomi) công bố vào khoảng năm 30 kỉ 20, với nhiều tên gọi khác nhau: Hydrotalcite, Pyroaucite, Takovite Đến năm 1987 Drits đề nghị hệ thống danh pháp để thống tên gọi Những năm sau khái niệm “Hydrocite đan xen” (HTC Lamellar double hydrocite) dùng để giải thích diện hai cation kim loại khác có hợp chất Công thức chung chúng thể sau [M2+1-x M3+x(OH)2An-x/n].nH2O, đó: − M2+ kim loại hóa trị II − M3+ kim loại hóa trị III − An- anion hóa trị n Hình - Cấu trúc tổng quát hydrotalcite Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Vật liệu khoáng sét tổng hợp điều chế phương pháp đồng kết tủa, từ dung dịch chứa kim loại cần thiết điều kiện định Phụ thuộc vào điều kiện chế tạo thành phần kim loại vật liệu Hydrotalcite có tính chất sau: Có bề mặt riêng lớn (có thể đạt đến 800m2/gram vật liệu) Có cấu trúc lỗ xốp điều chỉnh Hợp chất da chức (xúc tác, quang học, hóa học, điện tử ) 1.2.2 Ứng dụng: Với tính chất Hydrotalcite ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác như: Làm chất xúc tác dị thể thường sử dụng là: − Xúc tác axit-baz − Xúc tác oxy hóa-khử (phụ thuộc vào tính oxy hóa-khử kim loại hóa trị II, hóa trị III) − Xúc tác quang hóa − Để điều chế hợp chất với thiết bị phản ứng loại nano có tính chọn lọc hóa − − − − − học cao Sử dụng kỹ thuật tách, chiết màng lọc Tách hấp phụ, để tách đồng phân quang học, hấp phụ-giải hấp Làm vật liệu lọc, thẩm thấu màng chọn lọc ion Làm vật liệu điện tử: điện cực, chất điện môi, chất điện dẫn pin, ắc qui Vật liệu quang hóa: vật liệu phát quang, thiết bị quang học Với ứng dụng rộng rãi từ năm cuối kỉ 20, vật liệu hydrotalcite nghiên cứu rộng rãi nhiều phịng thí nghiệm khác nhau, nhằm tạo vật liệu mong muốn Một lĩnh vực sử dụng quan trọng vật liệu hydrotalcite làm xúc tác đa cấu tử nhiều phản ứng khác Clause et al (1993) tổng hợp thử hoạt tính hệ xúc tác [Ni-Cr-O] Ni/Mg/Al cho phản ứng Reforming parafin có nước Sau có nhiều patent cơng bố sử dụng vật liệu [MgAlO] chất mang cho hệ xúc tác dehydro hóa n-parafin 10 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Đặc trưng quan trọng q trình kết tủa tích số tan Tích số tan chất nhỏ hiệu phương pháp cao 1.3.2.2 Sử dụng phương pháp sinh học Phương pháp sinh học dựa tượng số loại vi sinh vật tích lũy lượng photpho nhiều mức thể chúng cần điều kiện hiếu khí Thơng thường hàm lượng photpho tế bào chiếm 1,5-2,5% khối lượng tế bào thơ, mộ số loại hấp thu cao từ 6-8% Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải phần photpho tích lũy dư thừa, dạng photphat đơn PO43- Quá trình loại bỏ photpho dựa tượng gọi loại bỏ photpho tăng cường Photpho tách khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều photpho) tách dạng muối không tan sau xử lý yếm khí với hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ) Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào trình hấp thu – tàng trữ – thải photpho quy chung nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật Acinetobacter chủ yếu Dưới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh vật Bio-P tích lũy photphat trùng ngưng thể chúng từ photphat đơn tồn nước thải Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật hấp thu chất hữu cơ, phân hủy photphat trùng ngưng tế bào thải môi trường dạng photphat đơn 1.3.2.3 Hấp phụ trao đổi ion Hấp phụ trao đổi ion phương pháp xử lý photphat có triển vọng, để thu hồi photphat cách chọn lọc, thu hồi lại từ dung dịch tái sinh tái sử dụng Trao đổi ion cho phép thu hồi thành phần có ích khác K +, NH4+ để tạo struvite MgNH4PO4 hay kali trucvite MgKPO4 dùng làm phân nhả chậm Hướng nghiên cứu ý từ thấp kỷ 70 hình thành sơ đồ công nghệ 21 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh REMNUT có ứng dụng thực tế Sơ đồ công nghệ gồm hai cột trao đổi ion: cột clinoptiolit thu hồi amoni, cột anionit thu hồi photphat Vật liệu hấp phụ để loại bỏ photphat nước nghiên cứu nhiều phịng thí nghiệm Ưu điểm triển vọng phương pháp không phát sinh bùn thải, không làm thay đổi pH dung dịch xử lý Rất nhiều vật liệu nghiên cứu hấp phụ photphat như: Tro bay, bùn đỏ (bùn thải trình khai thác quặng bauxit), nhơm hoạt tính, sắt oxit, ngồi cịn nhiều vật liệu khác nghiên cứu có chất kim loại như: La, Mg sử dụng zirconi làm chất hấp phụ photphat lĩnh vực nghiên cứu, có triển vọng 1.3.2.4 Một số phương pháp khác Tách loại photphat đồng thời với tạp chất khác qua trình màng thích hợp: Màng nano, màng thẩm thấu ngược, điện thẩm tích Về nguyên tắc hiệu lọc qua màng có hiệu suất cao giá thành đắt nên chưa thấy ứng dụng thực tế 22 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Thực nghiệm 2.1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: − Điều chế HTC từ nước ót nước thải bùn đỏ qui trình Bayer − Khảo sát khả hấp phụ photphat HTC tỉ lệ điều chế khác − Khảo sát khả hấp phụ HTC nồng độ photphat khác − Khảo sát khả tái sử dụng HTC sau sử dụng để hấp phụ photphat 2.2 Các phương pháp phân tích: 2.2.1 Xác định nồng độ Mg2+ nướt ót:[4] Dùng phương pháp chuẩn độ Complexon Nguyên tắc: Chuẩn độ thể tích dung dịch xách định chứa ion Mg 2+ dung dịch EDTA (EtilenDiamin Tetraaxetic Axit, (HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2 ) 0.01000M đệm amoniac pH = 10 với thị NET đến dung dịch chuẩn độ chuyển từ đỏ nho sang chớm xanh chàm Từ PTPƯ thể tích dung dịch EDTA ta tính tốn nồng độ Mg 2+ dung dịch cần xác định Phương trình phản ứng chuẩn độ: Mg2+ + Y4- = MgY2Khi có dư giọt EDTA xảy phản ứng thị: MgIn- (đỏ nho) + Y’ = MgY2- + In’ (xanh chàm pH = 10, HIn2-) 2.2.2 Xác định hàm lượng photpho: Để xác định hàm lượng phospho, ta dùng phương pháp đo quang phản ứng tạo phức ion phosphat với muối ammonium vanadomolibdat tạo phức màu vàng có cơng 23 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh thức [(NH4)3PO4(NH4)VO3.16MoO3] Phức có độ hấp thu quang khoảng 400nm Ta xác định phosphate dung dịch phương pháp trắc quang với tạo thành phức Phương pháp thường dùng cho dung dịch có hàm lượng P khoảng đến 20 mg P/L Nếu dung dịch có nồng độ lớn ta phải pha loãng để đưa dung dịch khoảng nồng độ 2.3 STT 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 Danh mục hóa chất sử dụng đề tài: Tên hóa chất Cơng thức hóa học EDTA C10H14N2O8Na2.2H2O Dung dịch amoniac NH3 Amoni clorua NH4Cl Kali clorua KCl Nhôm clorua AlCl3.6H2O Natri hidroxit NaOH Natri cacbonat Na2CO3 Ammonium molibdate (NH4)6Mo7O24.4H2O Amoni vanadat NH4V2O3 Dung dịch axit nitric HNO3 đặc Kali dihydro photphat KH2PO4 2.4 M 372.24 17.03 53.49 74.55 241.43 40.00 105.99 1235.86 116.98 Độ tinh khiết ≥ 99% 25 – 28% ≥ 99% ≥ 99.5% ≥ 97% ≥ 96% ≥ 99.8% ≥ 99.0% ≥99.5% Xuất xứ TQ TQ TQ TQ TQ TQ TQ TQ TQ 63.01 65 – 68 % TQ 136.09 ≥ 99% TQ Chuẩn bị hóa chất: Dung dịch đệm pH = 10: Dùng becher 100mL cân 100g NH4Cl cân kĩ thuật Cho NH4Cl fiol 1L hòa tan khoảng 500mL nước cất, thêm 350mL dung dịch amoniac đậm đặc(được lấy ống đong 500mL) định mức nước cất lên 1000mL Kiểm tra giấy pH, nhận thấy dung dịch có pH = 10 Cho dung dịch vào chai thủy tinh dung tích 1L, đậy nắp kín Dung dịch EDTA 0.0100M: Cân xác cân phân tích 3.7220g EDTA giấy cân, cho vào fiol 1L, hòa tan định mức nước cất lên 1000.00 mL nhiệt độ phòng Cho vài chai thủy tinh dung tích 1L đậy nắp kín Chỉ thị NET: Cân 1g NET trộn với 100g KCl nghìn mịn Chỉ thị cất chai nâu kín Dung dịch axit nitric 1:1 : 24 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Dùng ống đong lấy 500mL HNO3 đặc hòa trộn với 500mL nước cất 1L dung dịch HNO3 1:1 Cho dung dịch thu vào chai thủy tinh nâu dung tích 1L, đậy nắp kín Dung dịch KH2PO4 10-3M: Cân 1.3512g KH2PO4, hòa tan định mức thành 100ml dung dịch KH 2PO4 10-1M, rút 10 ml dung dịch 10-1M định mức thành 1L dung dịch KH2PO4 10-3M Dung dịch photpho nồng độ 1000mg photpho/L: Cân 4.3900g KH2PO4 khan giấy cân cân phân tích, cho KH 2PO4 vào fiol 1L, hoà tan định mức lên 1000.00mL nước cất nhiệt độ phòng, dung dịch photpho nồng độ 1000mgP/L Thuốc thử Vanadomolybdate: Cân 50g muối ammonium molybdate hòa tan 400ml nước cất, cân 1.5 g muối Vanadium Moblydate hòa tan 500ml dung dịch HNO3 1:1, trộn dung dịch lại định mức 1L thu dung dịch thuốc thử 2.5 Tiến hành thí nghiệm: Nguồn nước ót lấy từ ruộng muối xã Bảo Thạnh, huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre Nước ót lọc giấy lọc để loại bỏ chất rắn khơng tan ảnh hưởng đến phương pháp điều chế phân tích Chuẩn độ ion Mg2+ nước ót: 2.5.1 Dựa vào nồng độ ion nước ót Ninh Thuận:[2] Thành phần Nồng độ Mg2+ (M) 1.25 Ca2+ (M) 4.833 ×10-3 SO42- (g/L) 90.25 Cl- (M) 4.79 Nhận xét: nồng độ ion Mg2+ lớn khoảng 259 lần nồng độ Ca 2+ , xem nồng độ ion Ca2+ khơng đáng kể Pha lỗng nước ót 100 lần: dùng pipet bầu rút 10.00mL nước ót cho vào fiol 1L, định mức lên 1000.00mL nước cất, cho vào chai thủy tinh 1L, đậy nắp kín Chuẩn độ: Dùng pipet bầu rút 10.00mL nước ót pha lỗng, cho vào erlen 250mL, dùng pipet vạch 10mL rút 5.0mL đệm pH =10 cho vào erlen trên, thêm khoảng 20mg thị NET, lắc Dung dịch EDTA châm vào buret 25mL Tiến hành chuẩn độ đến dung 25 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh dịch chuyển màu từ đỏ nho sang chớm xanh chàm (màu trung gian) Ghi lại thể tích chuẩn độ Erlen Thể tích EDTA(mL) 14.15 14.20 14.20 Công thức xác định nồng độ Mg2+: 2.5.2 Điều chế hydrotalcite: Tỉ lệ Mg2+/Al3+ = 1:1 (Mg2Al2(OH)8CO3(H2O)4): Điều chế dung dịch giả nước thải bùn đỏ qui trình Bayer: Thành phần chủ yếu dung dịch natri aluminat, kiềm NaOH Na 2CO3, tác chất để điều chế HTC Cân khối lượng hóa chất: 68.57g AlCl 3.6H2O (0.284mol), 45.44g NaOH (1.136mol) 15.05g Na2CO3 (0.142mol) becher 100mL cân kĩ thuật Cho AlCl3.6H2O NaOH vào becher 500mL, trộn đũa thủy tinh, cho tiếp tục 200mL nước cất vào, khuấy đũa thủy tinh đến thu dung dịch aluminat suốt Na2CO3 hòa tan riêng 200mL nước cất becher 250mL để tránh hiệu ứng ion chung gây khó tan Na 2CO3 kết tủa Al2(CO3)3 Na2CO3 khó tan nên q trình hịa tan khuấy đũa thủy tinh đun nóng Cho từ từ khuấy dung dịch Na2CO3 vào dung dịch aluminat, thu dung dịch giả nước thải bùn đỏ Dung dịch có pH khoảng 13 Nước ót lọc châm vào buret, pH nước ót khoảng Cho nước ót chảy xuống dung dịch aluminat với tốc độ khoảng giọt/giây Dung dịch khuấy trộn liên tục đũa thủy tinh, đồng thời theo dõi pH liên tục đến pH = ngừng phản ứng Ghi nhận thể tích nước ót sử dụng 174mL Dung dịch HTC thu được vào lọ thủy tinh 1L đậy nút nhám, tiến hành già hóa 90oC vịng 24 giở Sau tiến hành rửa HTC, HTC điều chế dạng hạt mịn nên trình lọc chậm, khơng thể rửa phễu buchner HTC điều chế cho 26 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh vào beecher 5L, thêm nước cất khuấy đều, để lắng 10 phút, gạn bỏ phần nước Tiếp tục rửa thêm lần lọc lấy HTC phễu buchner Mẫu HTC thu sấy 110oC Nghiền mịn sản phẩm vào túi nilon có khóa Tỉ lệ Mg2+/Al3+ = 2:1 (Mg4Al2(OH)12CO3(H2O)4): Tiến hành giống tỉ lệ 1:1 thay đổi khối lượng cân: 68.57g AlCl 3.6H2O (0.284mol), 68.16g NaOH (1.704mol) 15.05g Na2CO3 (0.142mol) Thể tích nước ót sử dụng 368mL Tỉ lệ Mg2+/Al3+ = 3:1 (Mg6Al2(OH)16CO3(H2O)4), giống tỉ lệ 2:1 thay đổi khối lượng cân: Cân khối lượng hóa chất: 68.57g AlCl 3.6H2O (0.248mol), 90.88g NaOH (2.272mol) 15.05g Na2CO3 (0.142mol) Thể tích nước ót sử dụng 560mL 27 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 2.6 Nguyễn Việt Anh Khảo sát phân tích nhiệt nhiễu xạ tia X: 2.6.1 Phân tích nhiệt: Hình - Giản đồ phân tích nhiệt TG mẫu HTC tỉ lệ Mg2+/Al3+=3:1 Khoảng nhiệt độ 30oC − 130oC 130oC − 220oC 220oC – 430oC 430oC – 670oC 670oC – 790oC Khối lượng giảm(%) 7 23 Nhận xét: 28 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Khoảng nhiệt độ 30oC − 130oC: khối lượng mẫu giảm chậm bay nước ẩm HTC Khoảng nhiệt độ 130oC − 220oC: khối lượng giảm mạnh nước cấu trúc đến khoảng 220oC tốc độ hụt khối chậm Khoảng nhiệt độ 220oC – 430oC: khối lượng tiếp tục giảm nhanh phân hủy Al(OH)3 Mg(OH)2 Khoảng nhiệt độ 430oC – 670oC: khối lượng giảm Khoảng nhiệt độ 670oC – 790oC: khối lượng giảm phân hủy Al 2(CO3)3 MgCO3 2.6.2 Nhiễu xạ tia X: Hình – Đồ thị nhiễu xạ tia X Góc nhiễu xạ theta giá trị khoảng cách mặt mạng d ứng với mẫu HTC: Mg+2/Al3+ = 1:1 Mg+2/Al3+ = 2:1 29 Mg+2/Al3+ = 3:1 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 2Theta d(angstron) Nguyễn Việt Anh 2Theta 11.6 23.5 34.9 39.5 47.0 60.8 62.2 d(angstron) 7.62 3.79 2.57 2.28 1.94 1.52 1.49 2Theta 11.6 23.3 35.0 39.4 46.8 60.8 62.1 d(angstron) 7.61 3.81 2.57 2.28 1.93 1.52 1.49 Góc nhiễu xạ giá trị khoảng cách mặt mạng tương ứng mẫu hydrotalcite tham chiếu: Mặt mạng HTC 00-035-0964 HTC 00-014-0191 2Theta d(angstron) 2Theta d(angstron) 003 11.7 7.55 11.5 7.7 006 23.6 3.77 22.9 3.9 012 35.0 2.56 34.7 2.6 015 39.6 2.27 39.1 2.3 018 47.1 1.92 46.3 2.0 110 60.1 1.52 60.5 1.5 113 62.4 1.49 61.8 1.5 Nhận xét: Với mẫu điều chế tỉ lệ 2:1, vị trí peak khoảng cách mặt mạng d trùng với vị trí khoảng cách mặt mạng phổ chuẩn, kết luận mẫu điều chế HTC Đường gập ghềnh bề rộng đáy peak rộng cho thấy HTC điều chế có độ tinh thể hóa thấp kích thước hạt nhỏ Với mẫu điều chế tỉ lệ 3:1, từ vị trí peak khoảng cách mặt mạng d ta kết luận mẫu điều chế HTC Đường tương đối ổn định chiều rộng đáy peak lớn lớn, mẫu điều chế có độ tinh thể hóa kích thước hạt nhỏ 30 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Mẫu nung 450oC, đường bất ổn định, có peak đáy rộng khơng trùng vị trí phổ chuẩn, mẫu nung dạng vơ định hình có kích thước hạt mịn 2.6.3 Dựng đường chuẩn photphat: Dùng pipet vạch 10mL rút thể tích dung dịch photphat 10 -3M dùng pipet bầu 10mL rút vanadomolibdat cho vào fiol 50mL theo bảng sau: Fiol KH2PO4 10-3 M (ml) 3 Vanadomolybdat (ml) 10 10 10 10 10 10 Thêm nước cất đến vạch mức bình định mức 50ml, để yên tạo phức vòng 10 phút Tiến hành đo quang bước sóng = 400nm Đường chuẩn: Bình mức CPhosphat(M.10-4) A 1 0.269 0.8 0.225 0.6 0.163 0.4 0.111 0.2 0.047 0 Hình - Đường chuẩn photphat 2.6.4 Khảo sát hấp phụ photphat HTC: Cân 1.0000g HTC điều chế với tỉ lệ cho vào becher 250mL Dùng bình định mức đong 100.00mL dung dịch phot phat 1000mgP/L cho vào becher Tiến hành khuấy từ nhiệt độ phòng Để yên cho hấp phụ 23 Ly tâm dung dịch photphat hấp phụ để loại HTC Dùng pipet bầu rút 10.00mL dung dịch cho vào fiol định mức lên 50mL Dùng pipet vạch 1mL rút 1.00mL cho vào fiol 50mL, thêm fiol 10.00mL vanadomolibdat, định mức 50mL tiến hành đo mật độ quang A Tỉ lệ Mg2+/Al3+ 1:1 Mật độ quang A 0.220 % hấp phụ 33.12 31 mgP/gHTC 33.12 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 2:1 3:1 Nguyễn Việt Anh 0.210 0.260 36.18 20.87 36.18 20.87 Từ bảng kết ta thấy HTC điều chế với tỉ lệ Mg 2+/Al3+ = 2:1 có khả hấp phụ photphat tốt Dựa vào tài liệu tham khảo nghiên cứu khả hấp phụ HTC, nung HTC 450oC tăng hoạt tính hấp phụ HTC lên cao Tiến hành hoạt hóa mẫu HTC cách nung HTC nhiệt độ 450 oC Kết hấp phụ photphat sau: Tỉ lệ Mg2+/Al3+ Mật độ quang A % hấp phụ mgP/gHTC 1:1 0.185 43.84 43.84 2:1 0.176 46.60 46.60 3:1 0.213 35.26 35.26 Từ bảng kết ta thấy nung 450oC hiệu suất hấp phụ HTC nồng độ photpho 1000mg/L tăng từ 10% đến 15% Mẫu điều chế tỉ lệ Mg 2+/Al3+ = 2:1 đạt khả hấp phụ cao 46.6% Tiến hành khảo sát hấp phụ HTC tỉ lệ Mg2+/Al3+ = 2:1 với nồng độ photphat 200, 400, 600, 800 mgP/L thu kết sau: C (nồng độ, mgP/L) 200 Mật độ quang % hấp phụ Q (mgP/gHTC) 0.003 97.95 19.59 400 0.023 83.65 33.46 600 0.074 63.10 37.84 800 0.116 56.25 45.00 1000 0.176 46.60 46.60 Từ bảng kết quả, HTC hấp phụ gần hoàn toàn nồng độ photphat từ đến 200mgP/L 2.6.5 Dựng đường hấp phụ: Hình - Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo nồng độ (mgP/L) độ hấp phụ (mgP/gHTC) 32 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 2.6.5.1 Nguyễn Việt Anh Theo Langmuir Hình - Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 2.6.5.2 Theo Freundlich Hình 10 - Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Freundlich Langmuir Freundlich Qm 73.54 k 1.23 K 0.00173 n 2.59 R2 0.985 R2 0.959 Nhận xét: Giá trị hấp phụ cực đại HTC theo thực nghiệm 46.6mgP/gHTC, nhỏ nhiều so với Qm=73.54 tính tốn theo phương trình Langmuir Do photphat hấp phụ HTC theo phương trình Freunchdlich phù hợp 2.6.6 Khảo sát giải hấp: Các mẫu HTC hấp phụ photphat gạn bỏ dung dịch photphat, cho 100mL nước ót vào khuấy để giải hấp Mẫu HTC giải hấp rửa nước cất sấy khô 110oC giờ, sau tiến hành khảo sát tái hấp phụ photphat Nồng độ photphat 400mgP/gHTC, khuấy từ để hấp phụ 24 Kết hấp phụ thu sau: Nồng độ P 200 400 600 800 1000 Mật độ quang A 0.032 0.047 0.052 0.057 0.060 % hấp phụ 76.77 65.28 61.45 57.68 57.80 mgP/gHTC 30.71 26.11 24.58 23.05 22.13 Nhận xét: 33 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Khả giải hấp HTC nước ót đạt hiệu HTC hấp phụ photphat 200mgP/L, HTC giải hấp có hoạt tính hấp phụ photphat hấp phụ photphat nồng độ 200mgP/L hiệu giải hấp không cao 2.7 Kết luận: Từ kết phân tích chụp nhiễu xạ tia X, kết luận phương pháp điều chế HTCvới tỉ lệ Mg Al khác Kết khảo sát hấp phụ cho thấy HTC điều chế đạt khả hấp phụ tối ưu 450 oC Khi nồng độ photphat 200mgP/L HTC đạt khả hấp phụ gần hoàn toàn khoảng 98% Phương pháp giải hấp nước ót chưa đạt hiệu cao HTC hấp phụ photphat Khả tái hấp phụ giảm so với HTC chưa hấp phụ Tài liệu tham khảo: Tiếng Việt: [1] Đoàn Bộ, Các phương pháp phân tích hố học nước biển, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 2001, tr92-102 [2] Hồng Đơng Nam, Lê Minh Tâm, Nghiên cứu tách sunfat từ nước ót dung dịch CaCl2, Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM, tr18-24 [3] Lê Quốc Tuấn, Ô nhiễm nước hậu nó, trường ĐH Nơng Lâm TP HCM, khoa Mơi trường tài nguyên, tr14-15 [4] Cù Thành Long, Giáo trình phân tích định lượng, NXB.GD [5] Lưu Thanh Tịng, Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu khoáng sét Anion ZnAlO MgAlO, đề tài thạc sĩ, tr6-22 [6] Nguyễn Ngọc Khánh, Nghiên cứu xử lý hợp chất asen photphat nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV), đề tài thạc sĩ, tr20-24 Tiếng Anh: [7] A Michalik, E.M Serwicka, K Bahranowski, A Gawel, M Tokarz, J Nilsson, Mg,Al-hydrotalcite-like compounds as traps for contaminants of paper furnishes [8].David G Cantrell, Lisa J Gillie, Adam F Lee, Karen Wilson, Structure-reactivity correlations in MgAl hydrotalcite catalysts for biodiesel synthesis 34 Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Internet: [9] Nước ót - Nguồn nguyên liệu bị lãng quên, http://www.visalco.com.vn/webplus/viewer.asp?pgid=3&aid=256, truy nhập cuối 16/7/2011 [10] Nước ót, http://www.scribd.com/doc/28507826/N%C6%AF%E1%BB%9AC-OT-t %E1%BB%AB-Th%C6%B0%E1%BB%9Dng-dung-Trong, truy nhập cuối 16/7/2011 35 ... Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Thực nghiệm 2.1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: − Điều chế HTC từ nước ót nước thải bùn đỏ qui trình Bayer − Khảo sát khả hấp phụ photphat. .. chế hydrotalcite từ chất thải nước thải bùn đỏ nước ót, hydrotalcite khảo sát khả hấp phụ photphat, chất thải gây ô nhiễm Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat Nguyễn Việt Anh Lời cảm... Nguyễn Việt Anh Điều chế hydrotalcite khảo sát hấp phụ photphat 1.1 Nguyễn Việt Anh Tổng quan Nước ót[ 1] 1.1.1 Định nghĩa: ? ?Nước ót? ?? từ thường dùng công nghiệp sản xuất muối ăn từ nước biển, để