Bảng 3.19. Kết quả tách loại ion Pb(II) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các VLHP
Mẫu C0
(mg/l)
PANi – vỏ đỗ PANi – vỏ lạc PANi – mùn cƣa C (mg/l) H (%) C (mg/l) H (%) C (mg/l) H (%) M1 0,9751 0,0961 90,14% 0,0813 91,66% 0,0894 90,83% M2 0,8681 0.0793 90,86% 0,0627 92,77% 0,0761 91,22% M3 0,8781 0,0697 92,06% 0,0548 93,76% 0,0654 92,55% M4 0, 000 Không xử lý M5 0,000 Không xử lý
Theo [11,16] nồng độ ion Pb(II) nhỏ hơn 0,1 mg/l, nƣớc thải đạt tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích sinh hoạt, nồng độ ion Pb(II) từ 0,1 ÷ 0,5 mg/l nƣớc thải đạt tiêu chuẩn khi xả thải vào nguồn nƣớc không dùng cho mục đích sinh hoạt, có thể sử dụng cho mục đích tƣới tiêu nông nghiệp.
Kết quả trong bảng 3.19 cho thấy, các mẫu nƣớc thải M1, M2, M3 nồng độ ion Pb(II) đều vƣợt quá mức cho phép, các mẫu M4, M5 không có mặt ion Pb(II) nên không cần xử lý. Sau khi hấp phụ bằng các vật liệu compozit, nồng độ của ion Pb(II) tại các mẫu
67 M1, M2, M3 đã đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nƣớc thải đổ vào khu vực lấy nƣớc cung cấp cho mục đích sinh hoạt (C < 0,1 mg/l).
Bảng 3.20. Kết quả tách loại ion Cd(II) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các vật liệu compozit
Mẫu
C0
(mg/l)
PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi – mùn cƣa
Ccb (mg/l) H (%) Ccb (mg/l) H (%) Ccb (mg/l) H (%) M1 0,019 - 100 - 100 0.006 68,42 M2 0,268 0,056 79,03 0,077 71,25 0,164 38,77 M3 0,108 - 100 - 100 - 100 M4 0 Không xử lý M5 0 Không xử lý
(Dấu " - ” hấp phụ hoàn toàn)
Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân Sông Công cho thấy hàm lƣợng Cd(II) khá cao và vƣợt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp khá nhiều lần.
Kết quả xác định nồng độ Cd(II) sau khi sử dụng các vật liệu hấp phụ compozit xử lý các mẫu nƣớc thải cho thấy nồng độ Cd(II) trong các mẫu nƣớc đều giảm rõ rệt.
Khi sử dụng vật liệu compozit PANi vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ để loại bỏ ion Cd(II) ra khỏi mẫu M1 và mẫu M3 ta thấy Cd(II) đã bị loại bỏ hoàn toàn ra khỏi nƣớc thải. Do vậy có thể sử dụng cho mục đích cấp nƣớc dùng trong sinh hoạt. Đối với mẫu M2 nồng độ Cd(II) cũng giảm đáng kể nhƣng vẫn lớn hơn 0,01 mg/l, đạt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp ở mức 2 (0,01 < C < 0,5) – cho phép dùng cho các hoạt động nông nghiệp. Vì vậy có thể tiếp tục hấp phụ lần 2 để loại bỏ ion Cd(II) đến mức cho phép cần thiết.
Khi sử dụng compozit PANi - mùn cƣa làm vật liệu hấp phụ, ion Cd(II) đã bị loại bỏ hoàn toàn ra khỏi mẫu M3. Với mẫu M1 và mẫu M2 thì nồng độ giảm đi rõ rệt và đạt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp ở mức 2.
68 Bảng 3.21. Kết quả tách loại ion Cr(VI) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy
Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các vật liệu compozit
Mẫu C0 (mg/l)
PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi – mùn cƣa Ccb (mg/l) H (%) Ccb (mg/l) H (%) Ccb (mg/l) H (%) M1 0 Không xử lý M2 0 Không xử lý M3 0 Không xử lý M4 0 Không xử lý M5 0 Không xử lý M6 0,452 0,067 85,18 0,072 84,07 0,081 82,08
Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân Sông Công cho thấy hàm lƣợng ion Cr(VI) ở mẫu M6 cao và vƣợt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp. Với hàm lƣợng này chỉ cho phép đổ vào các nơi đƣợc quy định. Hàm lƣợng ion Cr(VI) trong nƣớc thải cũng tùy thuộc vào thời gian và địa điểm lấy mẫu. Các mẫu M1 ÷ M5 không xác định đƣợc hàm lƣợng Cr(VI) trong nƣớc thải nên không cần xử lý. Sau khi đƣợc xử lý bằng các vật liệu hấp phụ compozit, nồng độ ion Cr(VI) ở mẫu M6 đã giảm rõ rệt, nhƣng vẫn lớn hơn 0,05 mg/l, đạt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp ở mức 2 (0,05 < C < 0,1) – cho phép dùng cho các hoạt động nông nghiệp: tƣới tiêu, thủy sản, ...
Kết luận: Từ kết quả xử lý các ion Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) bằng các vật liệu
compozit cho thấy: có thể sử dụng các vật liệu này để hấp phụ các ion kim loại nặng có trong nƣớc thải khu công nghiệp. Để nâng cao hiệu quả hấp phụ của VLHP, có thể tiến hành hấp phụ nhiều lần để hấp phụ hoàn toàn và có thể sử dụng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận:
Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi – mùn cƣa, PANi – vỏ đỗ và PANi – vỏ lạc theo hai dạng: dạng muối và dạng trung hòa bằng phƣơng pháp hóa học. Vật liệu có cấu trúc dạng sợi với đƣờng kính cỡ 30 ÷ 50 nm.
Các vật liệu compozit dạng muối có khả năng hấp phụ Cr(VI) khá tốt. Khả năng hấp phụ Cr(VI) của compozit phụ thuộc vào môi trƣờng pH và đạt hiệu quả tốt nhất ở môi trƣờng axit có pH = 1, 3. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ sau 40 phút. Dung lƣợng hấp phụ của các vật liệu compozit tăng khi nồng độ ban đầu của Cr(VI) tăng.
Các vật liệu compozit dạng trung hòa có khả năng hấp phụ các cation Cd(II) và Pb(II). Sự hấp phụ tốt nhất ở môi trƣờng axit yếu pH = 6. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ với Cd(II) là 40 phút, với Pb(II) thời gian đạt cân bằng hấp phụ khi sử dụng PANi – mùn cƣa là 90 phút; khi sử dụng PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ là 30 phút. Dung lƣợng hấp phụ của các vật liệu compozit tăng khi nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ Cd(II) và Pb(II) tăng.
Đã xác định đƣợc mô hình hấp phụ đẳng nhiệt quá trình hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II), Cd(II) của các vật liệu compozit và dung lƣợng hấp phụ cực đại tƣơng ứng.
Sự hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) của các vật liệu compozit tuân theo mô hình động học hấp phụ bậc 2.
Bƣớc đầu thăm dò và xử lý nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân – Sông Công (Thái Nguyên) cho thấy: các vật liệu compozit này có khả năng hấp phụ các ion kim loại Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) có trong mẫu nƣớc thải theo tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công nghiệp.
2. Kiến nghị:
Đây là một trong những hƣớng nghên cứu cơ bản nhằm ứng dụng vào việc xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm từ các khu công nghiệp, khu chế xuất. Do giới hạn về thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ đƣa ra những yếu tố cơ bản nhất liên quan đến khả năng hấp phụ Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) của các vật liệu compozit PANi – mùn cƣa, PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ .
Để có thể áp dụng nghiên cứu cơ bản vào trong thực tiễn, cần có những nghiên cứu chuyên sâu hơn để có thể nâng cao dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ nhƣ: nhiệt độ hấp phụ, khối lƣợng chất hấp phụ, hấp phụ động trên cột hấp phụ, ảnh hƣởng của các ion đến quá trình hấp phụ của vật liệu hấp phụ, ... Đồng thời rất cần có thêm những nghiên cứu thử nghiệm trên mẫu thực lấy trực tiếp từ các nguồn ô nhiễm khác nhau.
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt
[1]. Nguyễn Việt Bắc, Chu Chiến Hữu, Bùi Hồng Thỏa, Phạm Minh Tuấn, “polyanilin: Một số tính chất và ứng dụng” Tạp chí khoa học- Viện khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, tập 43, (2005).
[2]. Cao Thị Bình, “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu composit PANi/ chất
mang, ứng dụng trong xử lý môi trường” khóa luận tốt nghiệp, Đại Học Quốc Gia Hà Nội,
(2006).
[3]. Lê Văn Cát, Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2002.
[4]. Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lý nước, Nhà xuất bản Thanh niên Hà Nội, 1999.
[5]. Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hƣơng, Vũ kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng, “Tổng hợp hóa học polyanilin hoạt hóa bằng camphosulfonic axit”, Tạp chí hóa học, T.47 (4A),
Tr. 44 – 48, 2009.
[6]. Phạm Luận. Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, (2003).
[7]. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế. ý, NXB Giáo Dục,
2006.
[8]. Nguyễn Thị Quỳnh Nhung, “ Nghiên cứu chế tạo polyme dẫn PANi bằng phương
pháp điện hóa và khả năng ứng dụng chống ăn mòn”, Luận văn tốt nghiệp, Đại Học Sƣ
Phạm Hà Nội, (2002).
[9]. Nguyễn Hữu Phú. Hóa lý và hóa keo, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, (2006). [10]. Đỗ Ngọc Quế, “ Nghiên cứu và tổng hợp vật liệu composit PANi/mùn cưa”, Đồ
án tốt nghiệp, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, (2007).
[11].Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp. QCVN 24:2009/BTNMT [12]. Lê Mậu Quyền. Hóa học vô cơ, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, (2006). [13]. Trần Nam Sơn “ Tổng Hợp và biến tính polyanilin bằng phương pháp điện hóa”, Đồ án tốt nghiệp, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, (2005).
[14]. Trịnh Thị Thanh, Độc học, môi trường và sức khỏe con người, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, (2003).
71 [15]. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4556 – 88 “Nước thải, phương pháp lấy mẫu, vận
chuyển, và bảo quản mẫu”.
[16]. Tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp TCVN 5945-2005.
[17]. Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5999-1995 về Chất lƣợng nƣớc lấy mẫu và Hƣớng dẫn lấy mẫu nƣớc thải.
[18]. Hồ Sĩ Tráng. Cơ sở hóa học gỗ và xenlulozo, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật,
(2006).
[19]. Bùi Văn Uy. Đồ chơi, đồ trang sức có chất độc cadimi: Tác hại kép, Báo sức khỏe và đời sống, 22/2/2010.
Tài liệu tiếng Anh
[20]. Ali Kara & Emel Demirbel, “Kinetic, Isotherm and Thermodynamic Analysis on Adsorption of Cr(VI) Ions from Aqueous Solutions by Synthesis and Characterization of
Magnetic-Poly (divinylbenzene-vinylimidazole) Microbeads”, Water Air Soil Pollut, 223,
pp 2387–2403, (2012).
[21]. Bulut Yasemin, Tez Zeki, “Removal of heavy metals from aqueous solution by sawdust adsorption”, Journal of Environmental Sciences 19, pp 160–166, (2007).
[22]. Hardiljeet.K.B et all, “Kinetics and thermodynamics of cadmiumi on removal by
adsorption onto nano Zerovalent iron particles”, Journal of Hazardous Materials, 2010.
[23]. M. Ghorbani et all “Removal of Zinc Ions from Aqueous Solution Using
Polyaniline nanocomposite Coated on Rice Husk”, Iranica Journal of Energy & Environment 3 (1), pp.83-88,ISSN 2079-2115), (2012).
[24]. M.S. Mansouret all, “Removal of Cd (II) ion from waste water by adsorption onto polyaniline coated on sawdust”, Volume 272, Issues 1–3, pp 301–305, 2011.
[25]. M. and Joroslav Stejska, “Polyaniline: The infrared spectroscopy of
conducting polymer nanotubes (IUPAC Techical Report)”, Pure Appl. Chem. Vol. 83 No.
10, pp.1803-1817. (2011).
[26]. Mohammad Soleimani Lashkenari, Behzad Davodi, and Hossein Eisazadeh,
“Removal of arsenic from aqueous solution using polyaniline/rice husk nanocomposite”, Korean J. Chem. Eng, 28(7), 1532-1538, 2011.
72 [27]. Thi Binh Phan, Ngoc Que Do, Thi Thanh Thuy Mai, “The adsorption ability of
Cr(VI) on sawdust- polyaniline nanocomposite”.Adv.Nat.Sci:Nanoscience and
Nanotechnology, 2010.
[28]. R. Asari and N.Khoshbakht Fahim,“Application of polypyrole coated on wood
sawdust for removal of Cr(VI) ion from aqueous solutions”, Journal of Enggineering
Sciece and Technology (8.2008).
[29]. Reza Ansari, “Application of polyaniline and its composites for adsorption/
recovery of chromium (VI) from aqueous solutions”. Acta Chim. Slov. Vol.53 pp.88-94.
(2006).
[30]. Reza Anseri, J.Feizy, Ali F.Delavar, “Removal of Arsenic Ions from Aqueous Solutions Using Conducting Polymers”, E-Journal of Chemistry, Vol. 5, No.4, pp. 853- 863, ( 2008).
[31]. R. Ansari, F. Raofie, “Removal of Mercuric Ion from Aqueous Solutions Using
Sawdust Coated by Polyaniline”, E-Journal of Chemistry, Vol. 3, No.10, pp 35-43, (2006).
[32]. R. Ansari, F. Raofie, “Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline”, E-Journal of Chemistry, Vol. 3, No.10, pp 49-59, (2006).
[33]. Wankasi. D, Michael Horsfall Jnr, Ayabaemi Ibuteme Spiff, “Sorption kinetics
of Pb2+ and Cu2+ ions from aqueous solution by Nipah palm (Nypa fruticans Wurmb) shoot biomass”, Electronic Journal of Biotechnology ISSN: 0717-3458, Vol.9 No.5, Issue
of October 15, 2006.
[34]. Sahayam A.C, “Determination of Cd, Cu, Pb and Sb in invironmental samples
by ICP – AES using polyanilin for separation”, Fresenis J.anal Chem.(1998).
[35]. Y.S. Hoa, C.C. Wang, “Pseudo-isotherms for the sorption of cadmium ion onto
tree fern”, Process Biochemistry,Vol 39, pp. 759–763. (2004).
[36]. Yuh-Shan Ho, Augustine E. Ofomaja, “Pseudo-second-order model for lead ion
sorption from aqueous solutions onto palm kernel fiber”, Journal of Hazardous Materials
PHỤ LỤC
Bảng 1. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit
Co (mg/l) C (mg/l) log C q (mg/g) log q C/q
PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa 7,04 9,13 11,53 1,39 3,59 1,73 0,10 0,66 0,47 14,12 13,86 24,51 1,15 1,14 1,39 0,10 0,66 0,47 14,33 13,53 18,16 3,45 5,92 3,49 0,13 0,71 0,50 27,19 19,02 36,68 1,43 1,28 1,56 0,13 0,71 0,50 19,49 18,64 30,00 5,19 8,97 8,37 0,15 0,77 0,55 35,74 24,19 54,07 1,55 1,38 1,73 0,15 0,77 0,55 27,05 25,26 40,24 8,37 13,22 11,27 0,18 0,84 0,56 46,69 30,10 72,42 1,67 1,48 1,86 0,18 0,84 0,56 31,23 28,60 53,95 10,46 15,53 24,19 0,20 0,88 0,73 51,93 32,66 74,41 1,72 1,51 1,87 0,20 0,88 0,73 34,64 29,73 61,30 12,64 16,36 29,09 0,23 0,89 0,76 54,99 33,41 80,51 1,74 1,52 1,91 0,23 0,89 0,76 39,43 36,70 70,19 15,12 21,69 38,73 0,25 0,98 0,89 60,78 37,54 78,65 1,78 1,57 1,90 0,25 0,98 0,89 80,30 47,41 0,98 82,22 1,91 0,98
Bảng 2. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit
PMb PLb PĐb Co (mg/l) C (mg/l) lg C q (mg/g) lg q C/q Co (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q lgC lgq Co (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q lgC lgq 9,05 5,58 0,75 8,68 0,94 0,64 3,10 0,00 7,75 0,00 0,00 0,89 3,10 0,00 7,75 0,00 0,00 0,89 18,63 11,97 1,08 16,63 1,22 0,72 8,99 2,16 17,08 0,13 0,33 1,23 8,99 2,88 15,28 0,19 0,46 1,18 29,23 20,09 1,30 22,85 1,36 0,88 13,75 5,05 21,75 0,23 0,70 1,34 13,75 6,48 18,18 0,36 0,81 1,26 37,40 25,60 1,41 29,50 1,47 0,87 17,99 8,67 23,30 0,37 0,94 1,37 24,25 15,71 21,35 0,74 1,20 1,33
48,91 33,55 1,53 38,46 1,59 0,87 24,25 13,91 25,85 0,54 1,14 1,41 0,00 58,22 41,68 1,64 41,36 1,62 1,01 73,09 52,53 1,72 51,40 1,71 1,02 82,09 60,40 1,78 54,22 1,73 1,11 87,19 67,03 1,83 50,40 1,70 1,33 94,63 73,83 1,87 52,01 1,72 1,42
Bảng 3. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cd(II) của các vật liệu compozit
PMb PLb PĐb C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q lg C lg q C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q lg C lg q C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q lg C lg q 8,92 5,71 8,02 0,71 0,76 0,90 8,91 5,30 9,03 0,59 0,72 0,96 8,59 5,94 6,62 0,90 0,77 0,82 20,75 14,30 16,11 0,89 1,16 1,21 20,75 15,66 12,73 1,23 1,19 1,10 23,16 18,55 11,52 1,61 1,27 1,06 31,40 23,15 20,61 1,12 1,36 1,31 31,39 25,61 14,46 1,77 1,41 1,16 29,70 23,93 14,43 1,66 1,38 1,16 41,23 30,94 25,72 1,20 1,49 1,41 48,82 42,12 16,74 2,52 1,62 1,22 37,35 31,05 15,74 1,97 1,49 1,20 48,82 37,28 28,86 1,29 1,57 1,46 58,88 51,87 17,52 2,96 1,71 1,24 48,71 41,40 18,28 2,27 1,62 1,26 58,88 47,02 29,66 1,59 1,67 1,47 66,66 59,38 18,19 3,26 1,77 1,26 57,71 50,22 18,72 2,68 1,70 1,27 66,66 54,09 31,42 1,72 1,73 1,50 71,72 63,82 19,76 3,23 1,80 1,30 68,08 59,47 21,51 2,76 1,77 1,33 77,09 63,38 34,28 1,85 1,80 1,54 83,79 75,61 20,45 3,70 1,88 1,31 75,42 66,40 22,54 2,95 1,82 1,35 86,80 72,22 36,44 1,98 1,86 1,56 91,93 83,39 21,34 3,91 1,92 1,33 93,12 81,89 28,07 2,92 1,91 1,45
Bảng 4. Các thông số xử lý động học hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit Thời gian
(phút)
q (mg/g) lg(qe-qt) t/qt (phút,g/mg)
PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa
5 37,29 27,17 40,43 1,03 0,95 0,72 0,13 0,18 0,12 10 40,74 27,67 41,35 0,86 0,93 0,63 0,25 0,36 0,24 15 44,15 31,53 42,43 0,59 0,66 0,50 0,34 0,48 0,35 30 46,46 34,09 45,06 0,19 0,31 -0,25 0,65 0,88 0,67 60 46,65 35,33 45,12 0,14 -0,09 -0,29 1,29 1,70 1,33 90 47,75 36,03 45,37 -0,57 -0,97 -0,59 1,88 2,50 1,98 120 48,02 36,13 45,62 - - - 2,50 3,32 2,63
Bảng 5. Các thông số xử lý động học hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit Thời gian (phút) q (mg/g) lg(qe-qt) t/qt (phút,g/mg) PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb 5 22,33 27,6 25,35 0,95 1,16 1,19 0,22 0,18 0,20 10 20,83 35,25 28,4 1,01 0,84 1,10 0,48 0,28 0,35 20 26,53 37,65 29,9 0,66 0,65 1,05 0,75 0,53 0,67 30 27,54 41,6 38,3 0,56 - - 1,09 0,72 0,78 60 27,92 42,1 41,05 0,51 - - 2,15 1,43 1,46 90 30,72 39,9 37,1 -0,37 0,34 0,60 2,93 2,26 2,43 120 31,15 40,25 37,4 - 0,27 0,56 3,85 2,98 3,21
Bảng 6. Các thông số xử lý động học hấp phụ Cd(II) của các vật liệu compozit