5. Kết câu luận văn
1.3.6. Một số công trình nghiên cứu việc sử dụng bùn đỏ để xử lý nước
thải ở Việt Nam và trên thế giới
Tại Việt Nam[4]
Ngày 6/4/2014, Hội đồng khoa học và công nghệ cấp Nhà nước (HĐKHCNNN) đánh giá kết quả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng không nung từ nguồn thải bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên” thuộc Chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước “Khoa học và công nghệ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Tây Nguyên (Chương trình Tây nguyên 3), do TS. Vũ Đức Lợi thuộc Viện Hóa học làm chủ nhiệm. Kết quả đề tài như sau: Đã xây dựng được quy trình công nghệ sản phẩm gạch không nung sản xuất từ bùn đỏ, xỉ luyện thép và sắt xốp theo công nghệ geopolymer sử dụng hai phương pháp là nén ép và đổ khuôn, sản phẩm gạch đạt TCVN 6476:1999, các chỉ tiêu về cường độ nén đạt mác cao hơn so với tiêu chuẩn quy định và đảm bảo các quy định về môi trường. Đề tài đã tiến hành sản xuất thử nghiệm với quy mô công nghiệp mẻ 200 tấn, hiệu suất thu hồi 1 tấn tinh quặng sắt/2,4 tấn bùn đỏ khô, sản phẩm
tinh quặng sắt đạt 62,7% đáp ứng đầy đủ các yêu cầu để sản xuất gang và sắt xốp. Các tính toán về hiệu quả kinh tế cho thấy sản xuất ra 1 tấn tinh quặng sắt có chi phí thấp hơn so với giá sản phẩm thương mại trên thị trường, chứng tỏ tính khả thi của việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất.
Ở nước ngoài[29]
Bùn là sản phẩm thải của công nghệ Bayer. Loại bùn đỏ tạo ra phụ thuộc vào thành phần thành thần vào loại quặng được sử dụng và chế biến. Sử dụng bùn đỏ làm chất xúc tác, với thành phần chính là sắt (III) oxit có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ cao, giá thành rẻ tạo thành chất xúc tác tìm năng với nhiều phản ứng. Đã được Snigdha Sushil, Vidya S. Batra nghiên cứu và công bố trên tạp chí năm 2008.
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
Bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng. - Atrazine (Trung Quốc)
- FeCl3.6H2O (Trung Quốc) - H2C2O4.6H2O (Trung Quốc)
- H2SO4 đậm đặc 98% (Trung Quốc) - HCl đậm đặc (Trung Quốc)
- H2O2 30% (Trung Quốc) - NH4OH(Trung Quốc) - HgSO4 (Trung Quốc) - Ag2SO4 (Trung Quốc) - K2Cr2O7 (Trung Quốc) - Propan-2-ol (Trung Quốc)
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
a. Dụng cụ
- Cốc có mỏ các loại - Bình tam giác
- Pipet, buret, bình định mức các loại - Ống đong, phễu
b. Thiết bị
- Máy quang phổ UV-Vis Lambda 25, Perkin Elmer (USA) - Cân phân tích Precisa (Đức) với độ chính xác 0,001g - Máy đo pH Branson (Anh)
- Bếp cách thủy
2.2. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp xử lý bùn đỏ
- Bùn đỏ ban đầu được lấy từ hồ chứa bùn đỏ thải ra của Nhà máy Alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng, rồi phơi cho đến khi khô hoàn toàn. Nghiền mịn phần bùn đã khô rồi đem ray ở bán kính 0.01mm, được bùn đỏ thô.
- Bùn đỏ thô được đem đi trung hòa bằng nước biển đến pH nằm trong khoảng 8 đến 8.5. Bùn đỏ sau khi trung hòa được phơi khô và nghiền mịn rồi cho qua sàng có đường kính 0.01mm.
b. Phương pháp chuẩn bị hóa chất
- Pha dung dịch Fe3+1000ppm: Cân 2.42g FeCl3.6H2O cho vào bình định mức 500ml, định mức bằng nước cất cho tới vạch ta được dung dịch Fe3+ có nồng độ 1000ppm.
- Pha dung dịch thuốc trừ cỏ Atrazine 70ppm: Cân 0.07g Atrazine cho vào định mức 1000ml, định mức bằng nước cất ta được dung dịch Atrazine 70ppm.
- Dung dịch axit H2C2O4: Cân 126g H2C2O4.6H2O cho vào bình định mức 1000ml, định mức bằng nước cất ta được dung dịch axit H2C2O4 1M.
- Axit H2SO4 đặc 98%, d = 1.84g/ml (ứng với 18.42M) pha loãng thành các nồng độ 0.25M, 0.5M, 0.75M, 1M, 1.25M, 1.5M
- Axit HCl đặc %, d = 1.19g/ml (ứng với 11.79M ) pha loãng thành các nồng độ 0.25M, 0.5M, 0.75M, 1M, 1.25M, 1.5M
- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 (0.1N): Hoà tan 1 ống chuẩn K2Cr2O7 thêm 167 ml dung dịch H2SO4 đặc và 33.3g HgSO4 định mức đến 1000ml.
- Axit sunfuric dùng xác định COD: Cân 5.5g Ag2SO4 trong 1kg H2SO4 đậm đặc (d = 1.84g/ml), để 1 đến 2 ngày cho hoà tan hoàn toàn Ag2SO4.
- Dung dịch chuẩn kali hidro phtalat (KHC8H4O4): Cân 0.85g kali hidro phtalat định mức trong bình 1000ml bằng nước cất 2 lần. Dung dịch này có COD tương đương là 1000 mgO2/l.
c. Phương pháp xác định COD
Dựng đường chuẩn COD
Kalihiđrophtalat được dùng như chất chuẩn trong phản ứng oxy hoá - khử với đicromat để xác định chỉ số COD.
KHC8H4O4 + 7.5O2 → 8CO2 + 3H2O + K+ + H+
Lấy lần lượt 5ml, 10ml, 15ml, 20ml, 25ml dung dịch kali hidrophtalat gốc có COD bằng 1000 mgO2/l cho vào 5 bình định mức 50ml và định mức đến vạch bằng nước cất. Ta được các dung dịch kali hidrophtalat có COD lần lượt là 100ppm, 200ppm, 300ppm, 400ppm, 500ppm.
Sau đó ta cho vào 5 ống nghiệm mỗi ống 2.5 ml dung dịch kali hidrophtalat ở dãy chuẩn trên. Thêm vào mỗi ống 1.5ml dung dịch K2Cr2O7 0.1N và 3.5 ml H2SO4 đậm đặc đã thêm Ag2SO4.
Làm thêm một mẫu trắng bằng cách hút 2.5ml nước cất cho vào ống nghiệm thủy tinh và tiến hành tương tự như trên.
Tiến hành nung hỗn hợp trên máy COD reactor ở 1500C trong 2 giờ, sau đó để nguội, đo mật độ quang ở bước sóng 486nm.
Xác định chỉ tiêu COD của thuốc diệt cỏ Atrazine
Để đánh giá chất lượng phân hủy thuốc diệt cỏ sau quá trình Fenton, ta tiến hành hút 2.5ml phần dung dịch sau khi xử lý cho vào ống COD, thêm 1.5ml dung dịch phản ứng (K2Cr2O7), 3.5ml dung dịch H2SO4 chứa Ag2SO4.
- Tiến hành đun hỗn hợp trên máy COD reactor ở 1500C trong 2 giờ, sau đó để nguội, đo giá trị mật độ quang ở bước sóng 486nm.
d. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý
sau đó đánh giá thông qua giá trị mật độ quang A. Hiệu suất xử lý COD được tính theo công thức:
H(%) = (COD)0−(COD)t
(COD)0 .100%
Trong đó:
COD0: là giá trị COD của mẫu ban đầu chưa phản ứng Fenton CODt: là giá trị COD của mẫu sau khi đã xử lý bằng Fenton
2.2.2. Xây dựng đường chuẩn Atrazine
- Tiến hành: Cân 0.07g Atrazine cho vào bình định mức 1000 ml, dùng nước cất định mức tới vạch và lắc đều được dung dịch Atrazine 70ppm. Pha các dung dịch Atrazine 7ppm, 14ppm, 21ppm, 28ppm, 35ppm bằng cách lần lượt hút 10ml, 20ml, 30ml, 40ml, 50ml dung dịch Atrazine 1000ppm cho vào các bình định mức 100ml, dùng nước cất định mức tới vạch. Đem dung dịch Atrazine quét tìm bước sóng hấp phụ cực đại và đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn.
- Hiệu suất phân hủy của Atrazine được xác định bằng máy đo quang phổ UV - VIS dò tìm tại bước sóng 𝜆 = 273 nm.
Xác định hiệu suất phân hủy của Atrazine bằng phương pháp đo quang:
Hiệu suất phân hủy Atrazine Hph(%) tính theo công thức dưới đây:
0 t ph o C C H (%) .100% C Trong đó
C0 (ppm): nồng độ Atrazine ban đầu. Ct (ppm): nồng độ Atrazine ở thời điểm t.
2.2.3. Xây dựng đường chuẩn Fe(III)-oxalat
Pha dung dịch Fe3+ 1000ppm và các nồng độ 50ppm, 100ppm, 150ppm, 200ppm, 250ppm bằng cách hút lần lượt 2.5ml, 5ml, 7.5ml, 10ml, 12.5ml dung dịch Fe3+ 1000ppm cho vào bình định mức 50ml, thêm 2ml axit
H2C2O41M, định mức lại bằng nước cất. Đem các mẫu phức Fe(C2O4)33-quét tìm bước sóng hấp phụ cực đại và đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn.
Xác định hiệu suất chiết sắt được xác định bằng phương pháp đo quang theo công thức sau:
0 0
C .100.160 H%
56.2.m
Trong đó C0 là nồng độ phức sắt (III) oxalat được xác định sau khi chiết sắt từ ppm được chuyển về gam trước khi tính hiệu suất chiết sắt.
0
m là khối lượng của Fe2O3 được xác định ở Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2. ( trong luận văn này chúng tôi sử dụng 1g bùn đỏ với phần trăm Fe2O3 là 55,5% tương ứng với mo = 0,555 gam.
2.2.4. Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ
a. Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt (III) oxalat
Cân 1.000g bùn đỏ cho vào cho vào 4 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 20ml axit HCl 0.5M và 20ml axit H2SO4 0.5M, 40ml axit oxalic 0.5M tiến hành các trình tự như sau:
- Bình 1: Đun trên bếp cách thủy trong 2h ở 800C, sau đó lọc lấy phần dung dịch.
- Bình 2: Ngâm trong thời gian 20h, sau đó lọc lấy phần dung dịch.
- Bình 3: Đun trên bếp cách thủy trong 2h ở 800C, ngâm 20h, lọc lấy dung dịch.
- Bình 4: Ngâm trong 20h, sau đó đun trên bếp cách thủy trong 2h ở 800C, lọc lấy phần dung dịch.
Phần dung dịch của 4 cốc trên cho vào 4 bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất, xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
b. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ của hỗn hợp axit HCl và axit H2SO4
đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 20ml axit HCl, 20ml axit H2SO4, 40ml axit oxalic 0.5M.Tiến hành khảo sát nồng độ của hai axit HCl và axit H2SO4 ở nồng độ 0.25M, 0.5M, 0.75M, 1M, 1.25M, 1.5M.
Đun trên bếp cách thủy trong thời gian 2h với các nhiệt độ 800C. Sau đó ngâm trong 20h. Lọc lấy phần dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
c. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ của axit oxalic đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác. Cho vào mỗi bình 20ml HCl và 20ml axit H2SO4, sử dụng kết quả tốt nhất nồng độ của hai axit HCl và H2SO4 mục 2.2.4b ở trên, cho vào mỗi bình 40ml axit oxalic với các nồng độ 0.25M, 0.5M, 0.75M, 1M, 1.25M.
Đun trên bếp cách thủy trong thời gian 2h với các nhiệt độ 800C. Sau đó ngâm trong 20h. Lọc lấy phần dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
d. Khảo sát ảnh hưởng thể tích của hai axit HCl và axit H2SO4 đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 40ml axit H2C2O4 (nồng độ tối ưu của axit H2C2O4 mục 2.2.4c ở trên) và sử dụng nồng độ tối ưu của hai axit H2SO4 và axit HCl ở mục 2.2.4b ở trên để tiếp tục khảo sát các thể tích khác nhau của axit HCl và axit H2SO4, tỉ lệ HCl và H2SO4 (1:1): 20ml, 30ml, 40ml, 50ml, 60ml. Đun trên bếp cách
thủy trong thời gian 2h ở nhiệt độ 800C. Sau đó ngâm trong 20h. Lọc lấy phần dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
e. Khảo sát ảnh hưởng thể tích của axit oxalic đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 25ml axit H2SO4 1M và 25ml axit HCl 1M (đã khảo sát ở mục 2.2.4b và 2.2.4d), nồng độ tối ưu của axit H2C2O4 là 1M ở mục 2.2.4c để khảo sát các thể tích khác nhau của axit H2C2O4: 20ml, 30ml, 40ml, 50ml, 60ml, 70ml. Đun trên bếp cách thủy trong thời gian 2h với các nhiệt độ 800C. Sau đó ngâm trong 20h. Lọc lấy phần dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
f. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 25ml HCl 1M, 25ml H2SO41M và 50ml axit oxalic 1M. Đun trên bếp cách thủy 800C với thời gian khác nhau: 0.5h, 1h, 1.5h, 2h, 2.5h, 3h. Sau đó ngâm trong vòng 20h. Lọc lấy dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi đo giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm, tính hiệu suất chiết sắt.
g. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, cho vào mỗi bình 25ml HCl 1M, 25ml H2SO41M và 50ml axit oxalic 1M .Sử dụng kết quả tốt nhất của mục 2.2.4 với thời gian đun là 2.5h, tiến hành đun trên bếp cách thủy 2.5h với các nhiệt độ khác nhau: 500C, 600C, 700C, 800C, 900C, 950C. Sau đó ngâm trong vòng 20h. Lọc lấy dung dịch, cho vào bình định
mức 100ml, định mức lại bằng nước cất và xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
h. Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết sắt oxalat
Cân lần lượt 1.000g bùn đỏ ban đầu cho vào 5 bình tam giác, sau đó cho vào mỗi bình 25ml HCl 1M, 25ml H2SO41M và 50ml axit oxalic 1M. Đun trên bếp cách thủy trong thời gian 2.5h và sử dụng nhiệt độ tối ưu là 900C để tiến hành khảo sát. Sau đó ngâm trong thời gian 18h, 20h, 22h, 24h, 26h. Lọc lấy dung dịch, cho vào bình định mức 100ml, định mức lại bằng nước cất rồi đem xác định giá trị mật độ quang ở bước sóng 403nm và tính hiệu suất chiết sắt.
2.2.5. Khảo sát quá trình phân hủy thuốc diệt cỏ Atrazine bằng hệ Fenton Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời với phức sắt oxalat chiết Fenton Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời với phức sắt oxalat chiết ra từ bùn đỏ
Phức sắt oxalat được chiết ra để sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III) - oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để phân hủy 100ml dung dịch thuốc diệt cỏ Atrazine 28ppm, điều chỉnh các yếu tố như pH, nồng độ H2O2, nồng độ Fe3+, khuấy ngoài trời nắng (10h đến 14h), hút mẫu đem đo mật độ quang.
Fe3+ được chiết ra từ bùn đỏ tồn tại dưới dạng phức sắt oxalat, được xác định nồng độ thông qua đường chuẩn phức sắt oxalat. Vì vậy điều chỉnh nồng độ của sắt (III) bằng cách thay đổi thể tích của phức sắt oxalat thêm vào 100ml dung dịch Atrazine 28ppm, nồng độ của sắt (III) được tính trong toàn thể tích dung dịch.
Tương tự, thay đổi nồng độ H2O2 bằng cách thay đổi thể tích H2O2 đã được chuẩn lại bằng KMnO4 cho vào 100ml dung dịch Atrazine 28ppm, nồng độ H2O2 được tính trong toàn thể tích dung dịch.
a. Khảo sát ảnh hưởng của pH
dịch Atrazine 28ppm: [FeIII(C2O4)33-] = 50ppm, [H2O2] = 167ppm.
Điều chỉnh lần lượt pH dung dịch của các cốc trên là 2, 3, 4, 5, 6, 7. Đưa các cốc trên với các giá trị pH khác nhau ra ngoài nắng và khuấy, sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút hút 8ml mẫu mang đi đo quang và xác định hiệu suất phân hủy Atrazine.
b. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2
Cố định nồng độ của FeIII(C2O4)33- và giá trị pH trong 5 cốc chứa 100ml dung dịch Atrazine 28 ppm: [Fe(C2O4)33-] = 50ppm, pH đã khảo sát được ở mục 2.2.5.a.
Thay đổi nồng độ H2O2 trong dung dịch: 100ppm, 150ppm, 200ppm, 250ppm, 300ppm.
Đưa các cốc trên với các giá trị pH khác nhau ra ngoài nắng và khuấy, sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút hút 8ml mẫu mang đi đo quang và xác định hiệu suất phân hủy Atrazine.
c. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ FeIII(C2O4)33-
Cố định nồng độ của H2O2 và giá trị pH trong 5 cốc chứa 100ml dung dịch Atrazine 28 ppm: pH đã khảo sát được ở mục 2.2.5.a và [H2O2] khảo sát