Zeolit sau khi đƣợc tạo thành đƣợc phân tích lại các chỉ tiêu cơ bản có liên quan đến khả năng hấp phụ của chúng là pHKCl, CEC. Mục đích của việc phân tích lại các chỉ tiêu này là để đánh giá khả năng tăng hiệu quả hấp phụ của vật liệu thơng qua sự thay đổi các tính chất trên.
Bảng 3.12.Ttính chất của vật liệu sau khi tổng hợp
STT Chỉ tiêu Giá trị Đơn vị 1 pHKCl 9,04
2 CEC 170 Mgdl/100g đất Nhƣ vậy sau khi biến tính, các tính chất của vật liệu có sự thay đổi rõ rệt nhƣ sau:
- pHKCl: tro bay ban đầu có pHKCl = 8,31 và vật liệu hình thành có pHKCl =9,03. Nhƣ vậy sau q trình biến tính, tính chất của vật liệu thay đổi khơng đáng kể, vât liệu vẫn mang tính kiềm. Một phần là do q trình biến tính có sử dụng môi trƣờng kiềm mạnh, dƣ nên dẫn đến sự tăng pH của vật liệu.
- CEC: Vật liệu sau khi biến tính có CEC = 170 mgdl/100g đất gấp 5,7 lần so với tro bay ban đầu (CEC = 30 mgdl/100g đất). Nhƣ vậy trong quá biến tính đã tạo
3.3. Hiệu quả hấp phụ chì và cadimi của vật liệu tổng hợp từ diatomit hòa lộc
3.3.1. Với đất ô nhiễm nhân tạo
Kết quả phân tích hàm lƣợng Pb+2 linh động trong mẫu thí nghiệm về khả năng hấp phụ Pb+2
của vật liệu tổng hợp từ Dia-HL đƣợc trình bày trong bảng 3.13 và minh họa bằng đồ thị hình (3.11). Lƣợng Pb+2 linh động bị hấp phụ và hiệu quả hấp phụ đƣợc tính theo cơng thức nêu trong phần phƣơng pháp nghiên cứu. Từ kết quả thu đƣợc, có thể rút ra một số nhận xét sau:
Bảng 3.13. Kết quả phân tích nồng độ Pb linh động và trao đổi Lượng Pb Lượng Pb
cho vào đất (mg/kg đất)
Cơng thức thí nghiệm (có vật liệu hấp phụ)
Cơng thức đối chứng (khơng có vật liệu hấp phụ) Pb2+ linh động (mg/l) Pb2+ trao đổi (mg/l) Pb2+ linh động (mg/l) Pb2+ trao đổi (mg/l) 80 0,027 0,018 0,005 0,021 100 0,031 0,015 0,008 0,022 120 0,048 0,015 0,005 0,025 150 0,052 0,015 0,004 0,024 250 0,071 0,015 0,008 0,027 350 0,044 0,015 0,006 0,033 450 0,109 0,016 0,022 0,038 550 0,078 0,016 0,041 0,044 650 0,081 0,016 0,044 0,046
- Từ bảng số liệu (3.13), hiệu quả cố định Pb+2 của đất đối chứng cho thấy khả năng cố định kim loại Pb+2
của đất là rất cao chiếm trên 99,92% tại các mức ơ nhiễm. Điều này có thể đƣợc lý giải bằng các phản ứng tạo kết tủa của ion chì với các gốc nhƣ sunphate, chlore, hydratecarbonate.....Đồng thời, Pb+2
cũng có ái lực hấp phụ mạnh với các hợp phần đất nhƣ các oxit sắt và mangan, và có khả năng tạo chelate với nhiều hợp phần hữu cơ của đất nhƣ các axit humic, fulvic (xem mục 1.1).
- Từ kết quả phân tích nồng độ Pb dễ dàng nhận thấy rằng đối với mẫu trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL nồng độ Pb trong dung dịch lọc ban đầu luôn cao hơn so với nồng độ Pb trong dung dịch trao đổi đối với tất cả các mức gây ô nhiễm. Đối với mẫu không đƣợc trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL hiện tƣơng xảy ra theo chiều ngƣợc lại, tức là nồng độ Pb trong dung dịch lọc ban đầu luôn thấp hơn so với nồng độ Pb trong dung dịch trao đổi. Điều này có thể rút ra kết luận về sự ảnh hƣởng của vật liệu tới cơ chế hấp phụ Pb trong mẫu.
- Từ đồ thị hình 3.11 nhận thấy khi nồng độ ơ nhiễm càng tăng thì khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ Dia-HL càng lớn và có xu hƣớng đạt giá trị cân bằng khi nồng độ ô nhiễm tăng từ 9 – 13mg Pb/ 20g đất (tƣơng đƣơng với 450 – 650mg Pb/kg đất). Tuy nhiên, bản thân đất cũng có khả năng hấp phụ chặt Pb2+ với tỷ lệ tƣơng đối lớn, vì vậy khó nhận thấy đƣợc hiệu quả hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ Dia-HL. Nhƣ vậy, với nghiên cứu về khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu hấp phụ từ Dia-HL chƣa cho ta thấy rõ khả năng hấp phụ của vật liệu, nhƣng lại cho thấy đƣợc chiều hƣớng đạt ngƣỡng hấp phụ nhằm đánh giá tốt hơn mức vật liệu cần phải sử dụng để xử lý ô nhiễm kim loại nặng khi đƣa ra ngồi thực tiễn.
Hình 3.11. Hiệu quả hấp phụ chặt ở các nồng độ Pb+2 khác nhau
Trong đó: 1: Mẫu đƣợc trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL
Bảng 3.14. Kết quả phân tích nồng độ Cd linh động và trao đổi Lượng Cd cho Lượng Cd cho vào đất (mg/kg đất) Cơng thức thí nghiệm (có vật liệu hấp phụ)
Cơng thức đối chứng (khơng có vật liệu hấp phụ) Cd2+ linh động (mg/l) Cd2+ trao đổi (mg/l) Cd2+ linh động (mg/l) Cd2+ trao đổi (mg/l) 4 0,025 0,029 0,046 0,150 7 0,023 0,064 0,065 0,251 10 0,021 0,123 0,090 0,425 15 0,029 0,140 0,810 0,536 20 0,040 0,201 0,920 0,675 30 0,032 0,330 0,077 1,146 40 0,042 0,448 0,079 1,534 50 0,057 0,530 0,097 1,917 60 0,059 0,631 0,093 2,311
Từ bảng kết quả cho ta thấy:
- Bản thân đất có khả năng c ố định Cd2+ linh động ở mƣ́c 78-81% thấp hơn so với khả năng cố định Pb2+. Điều này chƣ́ng tỏ đất xám ba ̣c màu có ái lƣ̣c hấp phu ̣ với Cd thấp hơn Pb . Hiê ̣n tƣợng này có thể lý giải là do các hợp phần chính trong đất xám ba ̣c màu là các ơ-xít Fe, Al, Mn… có ái lƣ̣c với Pb ma ̣nh hơn với Cd.
- Hiệu quả h ấp phụ Cd của v ật liệu hấp phụ từ Dia-HL trong đất đa ̣t ở mƣ́c cao nhất (96,35%) với nồng độ Cd ô nhiễm là 0,08mg/20g đất (tƣơng đƣơng 4mg/kg đất) và thấp nhất ở mức độ ô nhiễm 0,2mg/20g đất (tƣơng đƣơng 10mg/kg đất) đạt (93,85%). Mƣ́c đô ̣ chênh lê ̣ch giƣ̃a hiê ̣u quả hấp phụ Cd ở các mức ô nhiễm thấp tƣơng đối rõ rệt nếu so vớ i các m ức ô nhiễm cao. Có thể thấy ở các nồng độ ơ nhiễm Cd2+ cao, cũng giống nhƣ Pb2+ vật liệu hấp phụ từ Dia-HL đạt ngƣỡng hấp phụ khi nồng độ ô nhiễm Cd2+ từ 0,4 – 1,2 mg/20g đất (tƣơng đƣơng 20 – 60 mg/kg đất).
Từ bảng 3.14 dễ dàng thấy đƣợc rằng nồng độ Cd trong dung dich lọc ban đầu luôn thấp hơn nồng độ Cd trong dung dịch trao đổi đối với tất cả các mức ô nhiễm cho cả trƣờng hợp sử dụng vật liệu hấp phụ cũng nhƣ trƣờng hợp không sử dụng vật liệu. Kết quả này không nhƣ kết quả tƣơng tự của q trình gây ơ nhiễm chì.
- Khác với hiệu quả hấp phụ Pb2+ không thể thấy rõ đƣợc khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ Dia-HL thì đối với Cd2+ lại thấy rõ đƣợc hiệu quả hấp phụ của đất bị ô nhiễm không đƣợc trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL và mẫu đƣợc trộn vật liệu (hình 3.12). Ở mức ơ nhiễm Cd2+ 0,08mg/20g đất (tƣơng đƣơng 4,0 mg/kg đất) thấy rõ đƣợc khả năng hấp phụ của mẫu đƣợc trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL lớn hơn 15,43% so với mẫu khơng đƣợc trộn vật liệu.
Hình 3.12. Hiệu quả hấp phụ chặt ở các nồng độ Cd2+ khác nhau
Trong đó: 1: Mẫu đƣợc trộn vật liệu hấp phụ từ Dia-HL
3.3.2. Với đất ô nhiễm tự nhiên
Kết quả phân tích đối với Pb
Bảng 3.15: Hiệu quả hấp phụ Pb trong đất của vật liệu
Công thức Hàm lượng Pb (mg/kg) Hàm lượng Pb hấp phụ bởi vật liệu (mg/kg) Hiệu quả hấp phụ của vật liệu (%) Mẫu đối chứng 118,809 0 0 Đất + 1% 95,884 22,93 19,29 Đất + 2% 93,708 25,10 21,13 Đất + 3% 89,859 28,95 24,36 Đất + 4% 89,525 29,28 24,65 Đất + 5% 88,353 30,45 25,63
Từ đồ thị hình 3.13 nhận thấy hiệu quả hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau biến thiên theo một quy luật nhất định: hiệu quả hấp phụ tăng dần khi lƣợng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo các tỷ lệ. Tại mức vật liệu đƣợc bổ sung 5% thì khả năng hấp phụ của vật liệu đạt hiệu suất cao nhất là 25,634% (giảm 30,456 mg/kg hàm lƣợng Pb2+ trong đất so với đối chứng ) và tại mức vật liệu bổ sung 1% thì hiệu quả hấp phụ thấp nhất 19,296% (giảm 22,925 mg/kg hàm lƣợng Pb2+
trong đất so với đối chứng). Điều này có thể giải thích: do khi bổ sung thêm vật liệu vào, bản thân các vật liệu này có dung tích trao đổi tƣơng đối cao có khả năng hấp phụ Pb vào trong cấu trúc của chúng, làm giảm khả năng di chuyển của Pb trong đất, nên đối với mức vật liệu bổ sung càng cao thì khả năng hấp phụ Pb càng cao.
Hình 3.13: Hiệu quả hấp phụ Pb2+ trong đất ở các mức vật liệu khác nhau
- Khi xét mối tƣơng quan giữa lƣợng vật liệu bổ sung vào đất ô nhiễm và hiệu quả cố định Pb+2 trao đổi trong đất, có thể thấy đây là mối tƣơng quan chặt theo hàm bậc nhất. Cụ thể nhƣ sau:
Phƣơng trình hồi quy có dạng: y = 1,61x + 18,17 R2 = 0,907
Trong đó: Y là hiệu quả xử lý Pb (%)
X là lƣợng vật liệu bổ sung vào đất (%) R2 là hệ số tƣơng quan
Từ phƣơng trình này ta có thể tính đƣợc lƣợng vật liệu tối đa cần bổ sung vào đất ô nhiễm là bao nhiêu để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất. Ví dụ, để đạt đƣợc hiệu quả xử lý là 80% thì lƣợng Dia-HL biến tính bổ sung vào đất là 38,4% có nghĩa là trong 1kg đất ơ nhiễm thì cần 384g Dia-HL biến tính bổ sung vào.
Kết quả phân tích đối với Cadimi
Bảng 3.16: Hiệu quả hấp phụ Cd trong đất của vật liệu
Công thức Hàm lượng Cd (mg/kg) Hàm lượng Cd hấp phụ bởi vật liệu (mg/kg) Hiệu quả hấp phụ của vật liệu (%) Mẫu đối chứng 2,85 0 0 Đất + 1% 2,49 0,36 12,75 Đất + 2% 2,06 0,79 27,79 Đất + 3% 2,02 0,83 29,29 Đất + 4% 1,95 0,90 31,56 Đất + 5% 1,73 1,12 39,24
Đối với Cadimi có vài nhận xét sau:
- Tại các mức vật liệu khác nhau, hàm lƣợng Cd có sự thay đổi đáng kể so với hàm lƣợng Cd trong đất đối chứng. Với mức vật liệu 1%, 2%, 3% hàm lƣợng Cd có giảm so với đất đối chứng, tuy nhiên chúng vẫn vƣợt ngƣỡng cho phép gấp 1,01 – 1,245 lần. Tại mức vật liệu 4%, 5% hàm lƣợng Cd giảm rõ rệt, nằm dƣới ngƣỡng cho phép của quy chuẩn. So với khả năng hấp phụ Pb của vật liệu, thì khả năng hấp phụ Cd của vật liệu cao hơn nhiều. Nếu nhƣ với hấp phụ Pb của vật liệu, hàm lƣợng Pb có giảm đi so với hàm lƣợng Pb trong đất đối chứng, tuy nhiên các hàm lƣợng Pb tại các mức vật liệu vẫn gấp 1,26 -1,36 lần so với quy chuẩn cho
phép thì tại mức vật liệu 4% trở lên khả năng hấp phụ Cd của Dia-HL biến tính đã nằm dƣới ngƣỡng cho phép.
- Từ đồ thị hình 3.15 cho thấy rằng: hiệu quả hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau biến thiên theo một quy luật nhất định: hiệu quả hấp phụ tăng dần khi lƣợng vật liệu bổ sung tăng dần tại các tỷ lệ khác nhau. Tại mức vật liệu bổ sung 5% thì hiệu quả hấp phụ Cd đạt giá trị cao nhất là 39,24% (giảm 1,12 mg/kg hàm lƣợng Cd so với đất đối chứng) và tại mức vật liệu bổ sung 1%, hiệu quả hấp phụ có giá trị thấp nhất 12,75% (giảm 0,36 mg/kg hàm lƣợng Cd so với đất đối chứng). Nếu so sánh 2 đồ thị (hình 3.13), (hình 3.15) thấy rõ đƣợc sự khác biệt về khả năng hấp phụ của vật liệu đối với mỗi kim loại. Đối với kim loại Pb, tại các mức vật liệu khơng có sự chênh lệch lớn về hiệu quả, trong khi đó với Cd có thể thấy rõ đƣợc hiệu quả thay đổi khá lớn giữa mức vật liệu bổ sung 1% với 2%.
Hình 3.15: Hiệu quả hấp phụ Cd+2
- Khi xét mối tƣơng quan giữa lƣợng vật liệu bổ sung vào đất ô nhiễm và hiệu quả cố định Cd+2 trao đổi trong đất, có thể thấy đây là mối tƣơng quan chặt theo hàm bậc nhất. Cụ thể nhƣ sau:
Hình 3.16. Tương quan giữa hiệu quả xử lý Cd2+ và lượng vật liệu bổ sung vào đất
Phƣơng trình hồi quy có dạng: y = 5,67x + 11,09 R2 = 0,8608 Trong đó: Y là hiệu quả xử lý Cd (%)
X là lƣợng vật liệu bổ sung vào đất (%) R2 là hệ số tƣơng quan
Từ phƣơng trình trên ta có thể xác định đƣợc lƣợng vật liệu bổ sung tối đa là bao nhiêu để có thể đạt đƣợc hiệu quả xử lý tốt nhất. Ví dụ để đạt đƣợc hiệu quả xử lý Cd2+ là 80% thì lƣợng Dia-HL biến tính cần bổ sung vào đất là 12,2% nghĩa là trong 1kg đất ơ nhiễm thì cần bổ sung vào 122g Dia-HL biến tính.
3.4. Hiệu quả hấp phụ chì và cadimi của vật liệu tổng hợp từ tro bay Kết quả phân tích đối với chì Kết quả phân tích đối với chì
Bảng 3.17. Hiệu quả hấp phụ Pb trong đất của vật liệu
Công thức Hàm lượng Pb (mg/kg) Hàm lượng Pb hấp phụ bởi vật liệu (mg/kg) Hiệu quả hấp phụ của vật liệu (%) Mẫu đối chứng 118,809 0 0 Đất + 1% 115,462 3,347 2,82 Đất + 2% 109,103 9,706 8,17 Đất + 3% 99,103 19,706 16,58 Đất + 4% 87,517 31,292 26,34 Đất + 5% 86,513 32,296 27,18 Từ bảng kết quả cho ta thấy:
- Hàm lƣợng chì có trong đất đối chứng tƣơng đối lớn (118,809 mg/kg). Khả năng hấp phụ của vật liệu đối với kim loại chì trong đất thể hiện qua hàm lƣợng chì giảm dần trong hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau từ 2,82 đến 27,18% so với đối chứng.
- So với khả năng hấp phụ Pb của Dia-HL biến tính, thì khả năng hấp phụ của tro bay biến tính cũng tƣơng đƣơng (tại mức vật liệu 5% hiệu quả hấp phụ của Dia-HL biến tính là 25,63% và của tro bay là 27,18%). Tuy nhiên, tại mức vật liệu 1%, 2% có sự chênh lệch rõ rệt giữa khả năng hấp phụ kim loại này của 2 loại vật liệu. Tại mức vật liệu 1% Dia-HL biến tính có thể hấp phụ đƣợc 22,93 mg/kg gấp 6,8 lần so với tro bay (3,347mg/kg) và tại mức vật liệu 2% Dia-HL biến tính có thể hấp phụ 25,10 mg/kg gấp 2,6 lần so với tro bay (8,17 mg/kg).
- Từ đồ thị hình 3.17 nhận thấy hiệu quả hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau biến thiên theo một quy luật nhất định: hiệu
quả hấp phụ tăng dần khi lƣợng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo các tỷ lệ. Tại mức vật liệu đƣợc bổ sung 5% thì khả năng hấp phụ của vật liệu đạt hiệu suất cao nhất là 27,18% (giảm 32,296 mg/kg hàm lƣợng Pb2+ trong đất so với đối chứng) và tại mức vật liệu bổ sung 1% thì hiệu quả hấp phụ thấp nhất 2,82% (giảm 3,347 mg/kg hàm lƣợng Pb2+ trong đất so với đối chứng). Điều này có thể giải thích: do khi bổ sung thêm tro bay biến tính vào, bản thân các hạt tro bay biến tính này có dung tích trao đổi tƣơng đối cao có khả năng hấp phụ Pb vào trong cấu trúc của chúng, làm giảm khả năng di chuyển của Pb trong đất, nên đối với mức vật liệu bổ sung càng cao thì khả năng hấp phụ Pb càng cao.
Hình 3.17. Hiệu quả hấp phụ Pb+2 trong đất ở các mức vật liệu khác nhau
- Khi xét mối tƣơng quan giữa lƣợng tro bay biến tính bổ sung vào đất ô nhiễm và hiệu quả hấp phụ Pb+2 trao đổi trong đất, có thể thấy đây là mối tƣơng quan chặt theo hàm bậc nhất. Cụ thể nhƣ sau:
Hình 3.18. Tương quan giữa hiệu quả xử lý Pb2+ và lượng vật liệu bổ sung vào đất
Phƣơng trình hồi quy có dạng: y = 6,689x – 3,849 R2 = 0,958
Trong đó: Y là hiệu quả xử lý Pb (%)
X là lƣợng tro bay biến tính bổ sung vào đất (%) R2 là hệ số tƣơng quan