Từ kết quả phổ hồng ngoại cho thấy trên than biến tính tồn tại liên kết –C–I (480 cm-1), liên kết này được giả thiết là do I─ đã oxi hóa bề mặt than tạo ra các liên kết –C–I .
Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:0976898472 Mau than Date: 12/26/2013 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 27.3 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70.7 cm-1 %T 3449 2922 1558 1091 798 480 1381 774 699618
3.3. Khảo sát và đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân
3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính thường và than biến tính của than hoạt tính thường và than biến tính
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ hơi thủy ngân, ta tiến hành thí nghiệm ở các nhiệt độ lần lượt là: 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC với
các vật liệu sau: C, CB1, CB2, CB3, CB4.
3.3.1.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính
Nhồi vào cột hấp phụ 0,5g than hoạt tính, thực hiện thí nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau, lần lượt là: 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC. Điểu chỉnh tốc độ khí là 1l/ph, thực hiện trong 1 giờ. Dung dịch KMnO4 sau khi hấp thụ Hg được khử hết MnO4─ dư bằng dung dịch H2O2 trong môi trường axit. Định mức về 100ml, rồi đem phân tích lượng Hg bằng phương pháp AAS.
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ mv mr mv – mr % Hg bị hấp phụ 40oC 5,706 0,930 4,776 83,70 50oC 11,376 1,918 9,458 83,14 60oC 16,11 2,924 13,186 81,85 70oC 18,252 4,330 13,913 76,23 80oC 23,214 6,705 16,509 71,12
Trong đó: mr: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ; mv – mr : khối lượng Hg được hấp phụ trên than.
Hình 3.9. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự hấp phụ hơi Hg của than hoạt tính
Theo hình 3.9 ta thấy nhiệt độ có ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ hơi Hg của than hoạt tính. Nhiệt độ tỉ lệ nghịch với khả năng hấp phụ hơi Hg của than hoạt tính. Do khả năng hấp phụ vật lý của than hoạt tính giảm khi nhiệt độ tăng.
3.3.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của các loại than biến tính
Tiến hành thí nghiệm tương tự như phần 3.3.1.1 thay than hoạt tính lần lượt bằng các loại than biến tính CB1, CB2, CB3 và CB4.
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB1 ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ mv mr1 mv – mr1 % Hg bị hấp phụ 40oC 5,706 0,379 5,327 93,35 50oC 11,736 0,772 10,604 93,21 60oC 16,11 1,136 14,974 92,95 70oC 18,252 1,358 16,894 92,56 80oC 23,214 1,841 21,373 92,07
Trong đó: mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: mr1: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ bởi CB1 được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv – mr1 : khối lượng Hg được hấp phụ trên than CB1.
Bảng 3.7. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB2 ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ mv mr2 mv – mr2 % Hg bị hấp phụ 40oC 5,706 0,209 5,497 96,34 50oC 11,376 0,449 10,927 96,05 60oC 16,11 0,678 15,432 95,79 70oC 18,252 0,902 17,350 95,06 80oC 23,214 1,242 21,972 94,65
Trong đó: mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: mr2: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ bởi CB2 được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv – mr2: khối lượng Hg được hấp phụ trên CB2
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB3 ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ mv mr3 mv – mr3 % Hg bị hấp phụ 40oC 5,706 0,100 5,606 98,25 50oC 11,376 0,220 11,156 98,06 60oC 16,11 0,337 15,773 97,91 70oC 18,252 0,414 17,838 97,73 80oC 23,214 0,666 22,548 97,13
Trong đó: mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: mr3: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ bởi CB3 được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv – mr3:khối lượng Hg được hấp phụ trên CB3
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB4 ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ mv Mr4 mv – mr4 % Hg bị hấp phụ 40oC 5,706 0,042 5,664 99,27 50oC 11,376 0,120 11,256 99,12 60oC 16,11 0,176 15,934 98,91 70oC 18,252 0,266 17,986 98,54 80oC 23,214 0,443 22,771 98,09
Trong đó: mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: mr4: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ bởi CB4 được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv – mr4:khối lượng Hg được hấp phụ trên CB4
Hình 3.10. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự hấp phụ hơi Hg của các loại than biến tính
Kết luận: Nhiệt độ càng cao thì khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than
hoạt tính và than biến tính càng giảm. Nhưng đối với than hoạt tính thì sự thay đổi đó rõ rệt hơn là than biến tính. Điều này có thể được giải thích là do trong than biến tính có iodua nên ngồi khả năng hấp phụ vật lý cịn có hấp phụ hóa học, mà hấp phụ hóa học khơng bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ.
Đối với than biến tính khả năng hấp phụ hơi Hg từ 92,07% đến 99,27% cao hơn hẳn so với than hoạt tính thơng thường. Khả năng hấp phụ hơi Hg của than biến tính rất tốt và lượng Hg hấp phụ trên than tỉ lệ thuận với khối lượng iodua mang trên than.
3.3.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường và than biến tính CB4 ở 40oC. biến tính CB4 ở 40oC.
3.3.2.1. Khảo sát tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường
Nhồi vào cột hấp phụ 1gam than hoạt tính, lưu lượng dịng khí là w = 0,5 L/phút. Quá trình hấp phụ được tiến hành ở nhiệt độ 400C và nồng độ hơi Hg là 95,1 mg/m3.
Tiến hành xác định tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính bằng cách: đo đầu ra của thuỷ ngân ở các mốc thời gian khác nhau. Lượng hơi thủy ngân hấp phụ trên cột theo thời gian được tính bằng cơng thức:
m = 2,853t – mr (mg)
Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu được tính bằng cơng thức: q = (2,853t – mr)/1 (mg/g)
Với mr: Khối lượng thuỷ ngân trong dung dịch sau mỗi lần đo
Khảo sát cho tới khi tính tốn được nồng độ thuỷ ngân đầu ra bằng nồng độ thủy ngân đầu vào, hay mr = mv thì dừng lại. Kết quả thu được thể hiện trên bảng 3.10 và được biểu diễn trên hình 3.11 dưới đây:
Bảng 3.10. Mối liên hệ giữa lượng thuỷ ngân hấp phụ trên cột theo thời gian Thời gian (h) mv (mg) mr (mg) mv – mr (mg) m (mg) 1 2,853 0,892 1,961 1,961 2 2,853 0,971 1,182 3,843 4 5,706 2,701 3,005 6,848 6 5,706 4,229 1,477 8,325 8 5,706 4,399 1,307 9,632
10 5,706 4,624 1,082 10,714 12 5,706 4,814 0,892 11,616 14 5,706 5,046 0,66 12,276 15 2,853 2,852 0,001 12,277 16 2,853 2,853 0,000 12,277 17 2,853 2,853 0,000 12,277
Trong đó: mr: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ; mv – mr: khối lượng Hg được hấp phụ trên than sau mỗi lần đo; m: khối lượng Hg hấp phụ trên than ở thời gian t.
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn lượng hơi thủy ngân hấp phụ trên cột than hoạt tính thường theo thời gian
Từ đồ thị hình 3.11 ta thấy: khi tăng thời gian hấp phụ lên đến 15h thì khối lượng thuỷ ngân hấp phụ trên than sẽ tăng dần. Khi tiếp tục tăng thời gian lên thì khối lượng thuỷ ngân hấp phụ trên than vẫn khơng đổi. Tại thời điểm 15h thì than đã đạt cân bằng. Tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường tại 40oC với nồng độ hơi Hg 95,1 mg/m3 là:
q = 12,277/1 = 12,277 (mg/g)
3.3.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cân bằng của than biến tính CB4
Điều chỉnh nhiệt độ ổn định tại 40oC. Nhồi vào cột hấp phụ 0,5 gam than biến tính CB4, lưu lượng dịng khí là w = 0,5 L/phút.
Tương tự phần 3.3.2.1 ta có kết quả thu được thể hiện trên bảng 3.11 và được biểu diễn trên hình 3.12 dưới đây:
Bảng 3.11. Mối liên hệ giữa lượng thuỷ ngân hấp phụ trên cột theo thời gian Thời gian (h) mv (mg) mr (mg) mv – mr (mg) m (mg) 1 2,853 0,325 2,528 2,528 2 2,853 0,578 2,275 4,803 4 5,706 1,308 4,398 9,201 6 5,706 1,562 4,144 13,345 8 5,706 1,801 3,905 17,250 10 5,706 2,021 3,685 20,935 12 5,706 2,412 3,294 24,299 14 5,706 2,662 3,044 27,273 16 5,706 2,998 2,708 29,981
18 5,706 3,125 2,581 32,562 20 5,706 3,415 2,291 34,853 22 5,706 3,671 2,035 36,888 24 5,706 3,932 1,774 38,662 26 5,706 4,178 1,528 40,190 28 5,706 4,725 0,944 41,134 30 5,706 5,129 0,577 41,711 31 2,853 2,693 0,16 41,871 32 2,853 2,742 0,111 41,982 33 2,853 2,851 0,002 41,984 34 2,853 2,853 0,000 41,984 35 2,853 2,853 0,000 41,984
Trong đó: mr: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ được thu lại trong dung dịch KMnO4; mv: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ; mv – mr: khối lượng Hg được hấp phụ trên than sau mỗi lần đo; m: khối lượng Hg hấp phụ trên than ở thời gian t.
Hình 3.12 . Đồ thị biểu diễn lượng hơi thủy ngân hấp phụ trên cột than biến tính CB4 theo thời gian
Từ đồ thị hình 3.12 ta thấy: khi tăng thời gian hấp phụ lên đến 34h thì khối lượng thuỷ ngân hấp phụ trên than sẽ tăng dần. Khi tiếp tục tăng thời gian lên thì khối lượng thuỷ ngân hấp phụ trên than vẫn không đổi. Tại thời điểm 34h thì than đã đạt cân bằng. Tải trọng hấp phụ cân bằng của than biến tính CB4 tại 40oC với nồng độ hơi Hg là 95,1 mg/m3 là:
q = 41,984/0,5 = 83,968 (mg/g)
Như vậy, tại 40oC với nồng độ hơi Hg là 95,1 mg/m3, tải trọng hấp phụ cân bằng của than biến tính CB4 (83,968 mg/g) cao gấp 6,84 lần tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường (12,277 mg/g).
Kết quả trên cho thấy than biến tính iodua hấp phụ hơi thủy ngân tốt hơn than hoạt tính và hấp phụ hóa học đóng vai trị quan trọng trong q trình hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính [7].
KẾT LUẬN
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp, chúng tôi đã thu được một số kết quả như sau:
1. Đã chạy không tải thiết bị nghiên cứu hấp phụ hơi Hg với mục đích khảo sát độ gia nhiệt, độ ổn định nhiệt, nồng độ hơi Hg theo nhiệt độ buồng điều nhiệt, độ cản của chiều dày lớp hấp phụ, ảnh hưởng của chiều cao lớp dung dịch hấp phụ hơi Hg và ảnh hưởng của dung dịch hấp phụ hơi Hg.
2. Đã tiến hành chế tạo 4 loại vật liệu từ than hoạt tính biến tính bằng iodua và phân tích đánh giá một số vật liệu bằng chụp phổ IR, chụp BET, chụp SEM. Kết quả cho thấy iodua đã được gắn thành cơng lên than, diện tích bề mặt riêng của than biến tính được xác định và so sánh với than ban đầu, đã có sự khác biệt đáng kể về bề mặt giữa than thường chưa được biến tính và than biến tính.
3. Khảo sát được khả năng hấp phụ hơi Hg đối với than hoạt tính thường cho thấy khả năng hấp phụ hơi Hg tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì khả năng hấp phụ của than càng giảm.
4. Khả năng hấp phụ hơi Hg của than biến tính cũng giảm xuống khi nhiệt độ tăng nhưng không đáng kể.
5. Than biến tính bằng iodua có khả năng xử lý hơi Hg tốt hơn hẳn than hoạt tính thường. Hấp phụ hóa học đóng vai trị quyết định trong q trình hấp phụ trên than biến tính. Khả năng hấp phụ hơi Hg tỉ lệ thuận với khối lượng iodua mang trên than.
6. Ở 40oC với nồng độ hơi Hg là 95,1 mg/m3 , tải trọng hấp phụ cân bằng của than biến tính CB4 (83,968 mg/g) cao gấp 6,84 lần tải trọng hấp phụ cân bằng của than hoạt tính thường (12,277 mg/g).
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình Thực tập Hóa lí, Nhà xuất bản Đại học quốc gia
Hà Nội.
2. Nguyễn Đức Huệ (2010), Giáo trình Độc học mơi trường, Nhà xuất bản Đại học
Quốc Gia Hà Nội.
3. Hồng Nhâm (2005), Hóa vơ cơ, Nhà xuất bản Giáo dục.
4. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vậ lý ứng dụng trong hóa học, Nhà
xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội. Tiếng Anh
5. Arnold Greenberg (1985), “Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater 16th Edition”, American Public Health Association, Washington,
DC, pp. 221.
6. Bansal R.C., Goyal M (2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis
Group, USA.
7. Bihter Padak, Michael Brunetti, Amanda Lewis, and Jennifer Wilcox (2006),
Mercury Binding on Activated Carbon, Environmental Progress, Department
of Chemical Engineering, Worcester Polytechnic Institute, Worcester.
8. Changmei Sun, Rongjun Qu, Chunnuan Ji, Qun Wang, Chunhua Wang, Yanzhi
Sun, Guoxiang Cheng (2006), “A chelating resin containing S, N and O
atoms: Synthesis and adsorption properties for Hg(II)”, European Polymer
Journal, 42, pp. 188–194.
9. David A Olson, MD Clinical Neurologist, Dekalb Neurology Associates,
Decatur, Georgia (2011), “Mercury toxicity”, American Academy of
Neurology, pp. 1
10. Derbyshire, F., Jagtoyen, M., Andrews, R., Rao, A., Martin-Gullon, I., and
Grulke, E.A (2001), “Chemistry and Physics of Carbon”, L.R. Radiovic, Ed.,
11. Harada M. Minamata disease (1995), “methylmercury poisoning in Japan
caused by environmental pollution”, Crit Rev Toxicol, 25(1), pp. 1-24
12. Hongqun Yang, Zhenghe Xu, Maohong Fan, Alan E. Bland, Roddie R. Judkins
(2007), “Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas”,
Journal of Hazardous Materials, 146, pp. 1–11.
13. Jagtoyen, M. and Derbyshire, F., (1998), “Proc. Emerging Solutions to VOC Air
Toxics Control”, Florida, March 4–6.
14. John H. Pavlish, Everett A. Sondreal, Michael D. Mann1, Edwin S. Olson,
Kevin C. Galbreath, Dennis L. Laudal, Steven A. Benson (2003), “Status
review of mercury control options for coal-fired power plants”, Fuel Processing Technology, 82, pp. 89 – 165.
15. K.P. Lisha, Shihabudheen M. Maliyekkal, T. Pradeep (2010), “Manganese
dioxide nanowhiskers: A potential adsorbent for the removal of Hg(II) from water”, Chemical Engineering Journal, 160, pp. 432–439.
16. Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”,
Elsevier, Spain.
17. Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddine(2007), “Review of modifications of
activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions”, Separation and Purification Technology, 52, pp. 403–415.
18. R.K. Sinha, P.L. Walker Jr (1972), “Removal of Mercury by Sulfurized
Carbons”, Carbon, 10 (6), pp. 754-756.
19. Z. Li, X.Sun, J. Luo and J. Y. Hwang (2002), “Unburned Carbon from Fly Ash
for Mercury Adsorption: II. Adsorption Isotherms and Mechanisms”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 1, pp.79-96.