Qua kết quả khảo sát nồng độ F- có trong nước thải của nhà máy phân lân Văn Điển chúng tôi thấy ngoài nồng độ F- thì trong nước thải của nhà máy cũng có một hàm lượng lớn các ion khác như PO43-, SiO32-,...Do vậy để xem xét khả năng ứng dụng vật liệu, trong thực tế nước ô nhiễm F- thường chứa các ion khác có thể cạnh tranh với F- trong quá trình hấp phụ. Chúng tôi tiến hành khảo sát sựảnh hưởng của một số anion đến khảnăng hấp phụ F- của vật liệu laterit đã hoạt hóa là vật liệu có dung lượng hấp phụ. Các anion được lựa chọn khảo sát gồm: SiO3
2- , PO4 3- , Cl-, HCO3 - , NO3 - .
a. Ảnh hưởng của photphat đối với quá trình hấp phụ florua
Lấy 1g vật liệu laterit biến tính ngâm trong 50 ml dung dịch khảo sát lắc trong 4h, đem ra phân tích lượng F- còn lại ta thu được bảng sau:
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của PO43-đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
C(P) (mg/l) C0 (mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) 0 17,69 13,66 0,20 2 17,81 13,66 0,21 4 17,81 14,14 0,18 6 17,81 14,73 0,15 8 17,81 15,08 0,14 10 17,93 15,20 0,14
Từ kết quả trên bảng 3.13, đồ thị mô tả mối quan hệ giữa nồng độ ion ảnh hưởng và dung lượng hấp phụ thể hiện trong hình 3.16.
53
Hình 3.16. Đồ thị ảnh hưởng của PO4 3-
đến khảnăng hấp phụ của laterit biến tính
Từ đồ thị ta nhận thấy ainon PO43- ở nồng độ thấp ( <2mg/L) hầu như ảnh hưởng không đáng kể đến khảnăng hấp phụ F- của vật liệu laterit hoạt hóa. Khi nồng độ ion là 10 mg/L thì dung lượng hấp phụ của vật liệu hoạt hóa đã giảm xuống rõ từ 0,21 còn 0,15.
% tải trọng hấp phụ giảm = [(0,21-0,14)/0,21].100 = 33,33 %
Qua thí nghiệm khảo sát sựảnh hưởng của ion PO4 3-
đến khảnăng hấp phụ của vật liệu hoạt hóa cho thấy trong khoảng nồng độ 4 mg/L đến 10 mg/L thì ion PO4
3-
ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ F-. Nguyên nhân chính khiến khả năng hấp phụ của vật liệu giảm mạnh là do có sự hấp phụ cạnh tranh các ion PO43- với các ion F- tại tâm hoạt động trên bề mặt vật liệu khiến cho khảnăng hấp phụ F- của vật liệu laterit hoạt hóa giảm mạnh.
b. Ảnh hưởng của Silicat đối với quá trình hấp phụ florua
Lấy 1g vật liệu laterit biến tính ngâm trong 50 ml dung dịch khảo sát lắc trong 4h, đem phân tích lượng F- còn lại ta thu được kết quả biểu diễn trên bảng 3.14 và hình 3.17.
Từ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng hấp phụ florua với nồng độ ion SiO32- ta nhận thấy anion SiO32- ở các nồng độ khảo sát (5-25 mg/l) ảnh hưởng đáng kể đến khảnăng hấp phụ F- của vật liệu laterit hoạt hóa. Khi nồng độ ion SiO32- là 15 mg/L thì dung lượng hấp phụ của vật liệu hoạt hóa đã giảm xuống rõ rệt từ 0,22 mg/g xuống còn 0,09 mg/g, tức là giảm hơn một nửa.
54
% tải trọng hấp phụ giảm = [(0,22-0,09)/0,22].100 = 59,09 %
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của SiO32-đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
CSi032- (mg/l) C0(mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) 0 10,34 5,96 0,22 5 10,23 6,20 0,20 10 10,11 6,91 0,16 15 10,11 7,86 0,11 20 10,11 8,09 0,10 25 10,46 8,57 0,09
Hình 3.17. Đồ thịảnh hưởng của SiO32- đến khảnăng hấp phụ của laterit biến tính
Như vậy, có sự hấp phụ cạnh tranh các ion SiO32- với các ion F- tại tâm hoạt động trên bề mặt vật liệu khiến cho khả năng hấp phụ F- của vật liệu laterit hoạt hóa giảm mạnh.
c. Ảnh hưởng của ion nitrat đối với quá trình hấp phụ florua
Lấy 1g vật liệu laterit biến tính ngâm trong 50 ml dung dịch khảo sát lắc trong 4h, đem ra phân tích lượng F- còn lại ta thu được bảng sau:
55
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của NO3- đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
CNO3- (mg/l) C0(mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) 0 5,38 1,37 0,2 10 5,38 1,48 0,19 20 5,38 1,56 0,19 40 5,38 1,52 0,19 60 5,38 1,64 0,19 80 5,38 0,56 0,19
Từ kết quả trên bảng 3.15, đồ thị mô tả mối quan hệ giữa nồng độ ion ảnh hưởng và dung lượng hấp phụ thể hiện trong hình 3.18. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.18. Đồ thịảnh hưởng của NO3 -
đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
Qua thí nghiệm khảo sát sựảnh hưởng của ion NO3 -
đến khảnăng hấp phụ của vật liệu hoạt hóa cho thấy trong khoảng nồng độ từ 10 mg/L đến 80 mg/L thì ion NO3- hầu như không ảnh hưởng đến khảnăng hấp phụ F- của vật liệu.
56
d. Ảnh hưởng của ion clorua đối với vật liệu laterit hoạt hóa
Lấy 1g vật liệu laterit biến tính ngâm trong 50 ml dung dịch khảo sát lắc trong 4h, đem ra phân tích lượng F- còn lại ta thu được bảng sau:
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của Cl- đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
CCl - (mg/l) C0(mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) 0 5,38 0,38 0,25 100 5,38 0,46 0,25 200 5,38 0,34 0,25 300 5,38 0,25 0,24 400 5,38 0,2 0,2 500 5,38 0,18 0,19
Từ kết quả trên bảng 3.16, đồ thị mô tả mối quan hệ giữa nồng độ ion ảnh hưởng và dung lượng hấp phụ thể hiện trong hình 3.19.
Hình 3.19. Đồ thị ảnh hưởng của Cl-đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính
Qua thí nghiệm khảo sát sựảnh hưởng của ion Cl- đến khảnăng hấp phụ của vật liệu hoạt hóa cho thấy trong khoảng nồng độ từ100 mg/L đến 300 mg/L thì ion Cl- hầu như không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ F- của vật liệu, nhưng ở nồng độ cao hơn
57 400 mg/L đến 500 mg/L ion Cl- có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ (tải trọng cực đại giảm từ 0,24 xuống còn 0,19 mg/g).
% tải trọng hấp phụ giảm = [(0,24-0,19)/0,24].100 = 20,83 %
Như vậy, khi Cl-ở nồng độ cao có sự hấp phụ cạnh tranh các ion Cl- với các ion F- tại tâm hoạt động trên bề mặt vật liệu khiến cho khảnăng hấp phụ F- của vật liệu giảm.
e. Ảnh hưởng của ion bicacbonat đối với quá trình hấp phụ florua
Lấy 1g vật liệu laterit sau biến tính ngâm trong 50 ml dung dịch khảo sát lắc trong 4h, đem ra phân tích lượng F- còn lại ta thu được kết quả biểu diễn trên bảng 3.17 và hình 3.20.
Kết quả cho thấy anion HCO3 -
ở các nồng độ khảo sát (100-500 mg/L) ảnh hưởng đáng kểđến khảnăng hấp phụ F- của vật liệu laterit hoạt hóa ngay khi nồng độ bicacbonat là 100 mg/L. Khi nồng độ ion HCO3- là 500 mg/L thì dung lượng hấp phụ florua của laterit biến tính đã giảm xuống rõ từ 0,2 xuống còn 0,14 mg/g.
% tải trọng hấp phụ giảm = [(0,2-0,14)/0,2].100 = 30 %
Như vậy, có sự hấp phụ cạnh tranh các ion HCO3- với các ion F- tại tâm hoạt động trên bề mặt vật liệu khiến cho khảnăng hấp phụ F- giảm.
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của HCO3 - đến khảnăng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính CHCO3 - (mg/l) C0(mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) 0 5,38 1,37 0,2 100 5,38 1,71 0,18 200 5,38 2,13 0,16 300 5,38 2,21 0,16 400 5,38 2,55 0,14 500 5,38 2,59 0,14
58 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 200 400 600 q (m g /g ) C(mg/L)
Hình 3.20. Đồ thị ảnh hưởng của HCO3-đến khảnăng hấp phụ của laterit biến tính
Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các anion PO4 3- , SiO3 2- ,NO3 - , Cl-, HCO3 -
đến quá trình hấp phụ F- của vật liệu laterit biến tính cho thấy các ion NO3 -
hầu như không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ F- trong khoảng nồng độ khảo sát từ 10 đến 80 mg/L. ion PO43-ở nồng độ > 4 mg/L, SiO32- > 5 mg/L,Cl- > 300 mg/L, HCO3- > 100 mg/L bắt đầu gây ảnh hưởng bất lợi đến quá trình hấp phụ F-. Dung lượng hấp phụ florua của vật liệu laterit biến tính khi có mặt 10 mg PO4 3- /L, 25 mg SiO3 2- /L, 500 mg Cl-/L và 500 mg HCO3 - /L lần lượt giảm 33%, 59%, 20% và 30%.
59
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu sử dụng laterit làm vật liệu xử lý florua trong nước thải công nghiệp, chúng tôi thu được một số kết quảchính sau đây: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Đã đánh giá mức độ ô nhiễm florua trong nước thải nhà máy phân lân Văn Điển. Kết quả cho thấy nồng độ florua trong nước thải cũng như trong xỉ thải đều rất cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Nồng độ silicat và photphat cũng ở mức khá cao so với tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải loại A.
2. Biến tính thành công laterit thô bằng cách hoạt hóa với axit HCl 1M và ngâm tẩm trong Al3+5% nhằm tăng cường hiệu quả xử lý florua.
3. Đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá đặc tính của các vật liệu laterit trước và sau biến tính thông qua các phương pháp SEM, XRD.
4. Nghiên cứu khảnăng hấp phụ florua của các vật liệu cho thấy: vật liệu laterit thô và vật liệu biến tính đạt cân bằng hấp phụ sau 120 phút. Tải trọng hấp phụ cực đại đã xác định được lần lượt là 0,95 mg/g và 3,21 mg/g. Các số liệu thực nghiệm thu được đều được mô tả tốt bởi mô hình hấp phụđẳng nhiệt Langmuir.
5. Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion PO43-, SiO32-, NO3-, Cl-, HCO3- đến quá trình hấp phụ F- của vật liệu laterit biến tính cho thấy các ion NO3- hầu như không ảnh hưởng đến khảnăng hấp phụ F- trong khoảng nồng độ khảo sát, các ion còn lại ở nồng độ cao đều gây ảnh hưởng bất lợi đến quá trình hấp phụ F-. Dung lượng hấp phụ florua của vật liệu laterit biến tính lần lượt giảm 33%, 59%, 20% và 30% khi có mặt 10 mg/L PO43-, 25 mg/L SiO32-, 500 mg/L Cl- và 500 mg/L HCO3-.
Các kết quả nghiên cứu trên đã chứng minh laterit biến tính là vật liệu có dung lượng hấp phụ florua tốt, là vật liệu tiềm năng xử lý florua với đối tượng nguồn thải ô nhiễm từ quá trình sản xuất công nghiệp.
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học quốc gia Hà nội. 2. Trần Văn Hiến (2011), Phân bón trong nông nghiệp và vấn đề ô nhiễm môi trường,
Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long.
3. QCVN 24: 2009, Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước, Tổng cục Môi trường và Vụ Pháp chế, Thông tư số 25/2009/TT-BTNMT ngày 16 tháng 11 năm 2009, BộTài nguyên và Môi trường.
4. GS. TSKH Lê Huy Bá và các cộng sự (2000), Độc học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh.
5. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụvà trao đổi ion trong kĩ thuật xửlí nước và nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội.
6. GS. TSKH Lê Huy Bá (2007), Sinh thái môi trường đất, Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh.
7. Đỗ Ngọc Khuê, Tô Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hoàng, Đỗ Bình Minh (2007), “Nghiên cứu đặc điểm đường đẳng nhiệt hấp phụ nitroglyxerin từ pha lỏng bằng một số loại than hoạt tính”, Tạp chí Hóa học, T.45 (5), Tr. 619-623.
8. Nguyễn Xuân Lăng (2003), Nghiên cứu xử lý flo cho nước thải nhà máy sản xuất phân lân, Báo cáo khoa học, Viện Hóa học Công nghiệp, Hà Nội.
9. Phạm Luận, giáo trình môi trường và trắc quan môi trường, Đại học Khoa học tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội.
10. Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ, Tập 2, NXBGD.
11. Phạm Luận (1999), Giáo trình hướng dẫn về những vấn đềcơ sở của các kỹ thuật xử lý mẫu phân tích, Đại học Khoa học tựnhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội.
12. Lê Tự Thành, Tô Tình Thiên Ý, “Kết quả bước đầu nghiên cứu ô nhiễm flo trong nước ngầm huyện Ninh Phước-tỉnh Ninh Thuận”, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên-ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh.
61
Tiếng Anh
14. Cusker Mc. L.B. (1998), “Product characterization by X-Ray powder diffraction”,
Micropor. Mesopor. Mater, 22, pp. 495-666.
15. Moseley, H. G. J. (1913), The high frequency spectra of the elements, Phil. Mag, pp. 1024.
16. Ian M. Watt (1997), The principle and practice of electron microscopy, Cambrige University Press
17. Amit Bhatnagar, Eva Kumar, Mika Sillanpää (2011), “Fluoride removal from water by adsorption”, Chemical Engineering Journal 171 811–840.
18. M. Wilson, K. K. G. Smith, M. Simmons, B. Raguse (2002), Nano technology, Basic Science and Emerging Technologies, A CRC Press Company.
19. Paripurnanda Loganathan, Saravanamuthu Vigneswaran, Jaya Kandasamy, Ravi Naidu (2013), “Review - Defluoride dation of drinking water using adsorption processes”, Journal of Hazardous Materials 248-249, pp. 1-19. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
20. Sakar M., Banerjee A., Pramanick P.P., Sarkar A.R.(2006), “Use of laterite for the removal of fluoride from contaminated drinking water”, J. Colloid Interface Sci.302, pp.432-441.
21. Nan Chen, Zhenya Zhang, Chuanping Feng, Miao Li, (2010), “An excellent fluoride sorption behavior of ceramic adsorbent”, Journal of Hazardous Materials, 183, pp.460-465.
22. Arnold Greenberg (1985), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 16thEdition, American Public Health Association, Washington, DC. 23. Han Liu, Shubo Deng, et al., (2010), “Preparation of Al-Ce hybrid adsorbent and
its application for defluoridation of drinking water”, Journal of Hazardous Materials179, 424-430.
24. Bjorvatn K, Bardsen A, Tekle-Haimanot R, “Defluoridation of drinking water by the use of clay/soil”, 2nd International Workshop on Fluorosis Prevention and Defluoridation of Water.
62 25. Brajesh K.Shrivastava and Vani A. (2009), “Comparative Study of Defluoridation
Technologies in India”, Asian J.Exp.Sci, 23(1), pp.269-274.
26. Han Liu, Shubo Deng, et al., (2010), “Preparation of Al-Ce hybrid adsorbent and its application for defluoridation of drinking water”, Journal of Hazardous Materials179, 424-430.
27. Maliyekkal S.M., Shukla S., Philip L., Nambi I.M.(2008), “Enhanced fluoride removal from dinking water by magnesia amended activated alumina granules”,
Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU ... 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ... 2
1.1.Laterit ... 2
1.1.1.Giới thiệu về laterit.... 2
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của laterit ... 4
1.1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng laterit ... 4
1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua ... 5
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua ... 5
1.2.2. Tính chất vật lí và hóa học của florua ... 6
1.2.3. Độc tính của florua ... 8
1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay tại Việt Nam ... 9
1.2.5. Các phương pháp xử lý florua ...12
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM ... 19
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. ...19
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ...19 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ...19 2.2. Hóa chất và dụng cụ. ...19 2.2.1. Hóa chất ...19 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị: ...21 2.3. Các phương pháp thực nghiệm ...21 2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu. ...21
2.3.2. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ florua từ laterit. ...23
2.4. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu. ...23
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD). ...23
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ...25
2.4.3. Phương pháp tán xạ năng lượng EDX ...26 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.5. Phân tích florua bằng phương pháp Xynenol da cam ...27
2.6. Phương pháp khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ...28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 33
3.1. Khảo sát mức độ ô nhiễm florua trong nước thải nhà máy phân lân Văn Điển... ...33
3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn phân tích florua, photphat và silicat ...33
3.1.2. Khảo sát mức độ ô nhiễm florua trong nước thải nhà máy phân lân Văn Điển ...35
3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của laterit thô...38
3.2.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ ...38
3.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu thô ...39