làm VLHP
Phụ phẩm và chất thải nông nghiệp được làm xốp và nhẹ do có tính chất sợi, là vật liệu lí tưởng để chế tạo chất hút bám cho hấp phụ kim loại. Nhóm chức bề mặt cacboxyl và hyđroxyl có ái lực cao đối với các ion kim loại nặng. Biến đổi hoá học của chất thải có thể phóng to bề mặt diện tích, vị trí hấp phụ, lỗ khí… do đó cải thiện được khả năng hấp phụ, có thể bù đắp chi phí thấp, hiệu quả và không ảnh hưởng đến môi trường. Sự khử hấp phụ và có thể tái sinh được thực hiện để thu hồi kim loại có giá trị từ hấp phụ. Nhóm hyđroxyl và nhóm cacboxyl trong chất thải công nghiệp làm cho chúng có thể tham gia sự khử hấp phụ và tái sinh dễ dàng hoặc có mặt axit vô cơ đơn giản [24].
Việc nghiên cứu kỹ thuật chế tạo và sử dụng VLHP tự nhiên để tách loại các kim loại nặng từ các nguồn nước bị ô nhiễm là hướng nghiên cứu mới được phát triển trong khoảng trục năm gần đây. Các nghiên cứu này được triển khai theo cả hai hướng là nghiên cứu cơ bản và triển khai công nghệ.
Theo thống kê của Bộ công thương, tổng sản lượng lạc thế giới năm 2010/2011 dự báo đạt 34,76 triệu tấn, tăng 1,83 triệu tấn (+5,6%) so với sản lượng 32,92 triệu tấn của năm 2009/2010. Tổng diện tích lạc trên thế giới dự báo đạt 21,23 triệu ha, tăng so với 20,06 triệu ha của năm 2009/2010; năng suất bình quân sẽ đạt 1,64 tấn/ha, bằng năng suất của năm 2009/2010.
Sản lượng lạc của một số nước trong năm 2010/2011 dự báo (đơn vị: triệu tấn): Mỹ 1,92; Trung Quốc 14,80; Ấn Độ 6,40; Pakixtan 0,10; Inđônêxia 1,25;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 22
Myanmar 1,00; Việt Nam 0,55; Thái Lan 0,12; Achentina 3,47; Braxin 2,50; Ai Cập 0,19; Nigêria 1,55; Xênêgan 0,63; Sát 0,47; Ghana 0,44; Xuđăng 0,85; Côngô 0,37; Burkina Faso 0,35; Ghinê 0,26; Cammơrun 0,24; Mali 0,128; Malawi 0,27; Côtđivoa 0,15; Uganđa 0,15; CH Trung Phi 0,14.
Tổng xuất khẩu lạc trên thế giới năm 2010/2011 dự báo đạt 2,35 triệu tấn, tăng nhẹ so với 2,20 triệu tấn của năm 2009/2010. Tổng sản lượng lạc đem ép dầu trên thế giới dự báo đạt 15,54 triệu tấn trong năm 2010/2011, so với 14,36 triệu tấn của năm 2009/2010. Tổng dự trữ lạc trên thế giới cuối niên vụ 2010/2011 dự báo đạt 1,19 triệu tấn, giảm nhẹ so với 1,24 triệu tấn của cuối niên vụ 2009/2010 [31].
Vỏ lạc sau khi biến đổi hoá học thành than hoạt tính được đánh giá là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt không chỉ với các ion kim loại nặng mà còn hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ độc hại [24].
Theo một loạt các báo cáo của K. Periasamy và C. Namasivayam (Ấn Độ) thì: Vỏ lạc loại bỏ Ni2+
tối đa 53,65mg/g tại pH = 4 ÷ 5 của hỗn hợp các ion. Trong nghiên cứu cột, vỏ lạc loại bỏ được lượng Cu2+
tối đa là 65,57 mg/g tại pH = 6 ÷ 10 từ các dung dịch đa ion. 0,7g vỏ lạc hoạt hoá bằng axit sunfuric có thể loại bỏ Hg2+
, Cd2+tối đa lần lượt là 109,89 mg/g, 89,29 mg/g [24].
Theo nghiên cứu XU Tao và LIU Xiaoqin ( Trung Quốc) thì vỏ lạc được hoạt hoá bởi axit photphoric theo tỉ lệ 1:1 về khối lượng (vỏ lạc : axit H3PO4) tạo than loại bỏ đến 24,02 mg/g đối với Pb2+. Tiến hành so sánh với than thương mại thông thường cho thấy than vỏ lạc hấp phụ tốt hơn 10,3 lần [22].
Nhóm nghiên cứu của Kermit Wilson, Hoang Yang, Chung W. Seo, Wayne E. Marshall đã nghiên cứu sự hấp phụ Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Zn2+ của than chế tạo từ vỏ lạc và được so sánh với 3 loại than thương mại DARCO 12×20, NORIT C GRAN và MINOTAUR. Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy than vỏ lạc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 23
có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại trong dung dịch và có khả năng thay thế than thương mại trên thị trường. Theo [21], lợi thế khi sử dụng than chế tạo từ vỏ lạc bao gồm:
Nguồn nguyên liệu rẻ tiền.
Tác nhân hoạt hóa là các hợp chất vô cơ đơn giản và ít tốn kém. Quy trình sản xuất đơn giản.
Theo đánh giá việc sử dụng chất thải nông nghiệp và công nghiệp như chất hấp phụ chi phí thấp của Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi và Shiv Prasad thuộc Viện nghiên cứu Nông nghiệp Ấn Độ [24] chỉ rõ: Vỏ lạc loại bỏ tối đa Ni2+
đến 53,65 mg/g trong dung dịch có pH = 4 ÷ 5. Khi hấp phụ trên cột, Periasamy và Namasivayam đã quan sát thấy vỏ lạc hấp phụ tối đa lượng Cu2+ là 65,57 mg/g trong môi trường có pH = 6 ÷ 10. Khoảng pH = 5 ÷ 7,5 là tối ưu cho các quá trình hấp phụ Cu2+
của bột vỏ lạc và bột vỏ lạc viên. Khả năng hấp phụ của vỏ lạc dạng than tốt hơn so với vỏ lạc chưa biến đổi hoá học. Vỏ lạc sau khi được xử lý bằng axit hấp phụ các kim loại Cu2+, Ni2+, Cd2+, Zn2+ và Pb2+ cho kết quả tốt hơn (19 – 34%) so với mẫu vỏ lạc không được xử lý bằng axit (5,7%). Chamarthy đã nghiên cứu và so sánh, hiệu quả hấp phụ riêng rẽ các ion Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+, Zn2+ của vỏ lạc và một số loại vật liệu hấp phụ dạng hạt nhựa thương mại Duolite GT-73, Amberlite IRC-718 và cacboxymethycellulozơ cho thấy vỏ lạc hấp phụ bằng hoặc tốt hơn. Johns báo cáo, than hoạt tính sản xuất từ vỏ lạc được hoạt hoá bằng CO2 hoặc hơi nước, sau đó là quá trình oxi hoá không khí, đã hấp phụ tốt các ion kim loại nặng. Than vỏ lạc dạng hạt hấp phụ ion Cd2+
, Ni2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+ tốt hơn so với than hoạt tính trên thị trường [24].
Bã mía được hoạt hoá bằng các tác nhân như: anhyđrit succinic, axit xitric, fomanđehit để xử lý ô nhiễm kim loại nặng hay các hợp chất hữu cơ độc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 24
hại đã được nghiên cứu thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu ở Brazil, Ấn Độ, khoa Kỹ thuật - trường Đại học Putra Malaysia [24, 27, 29].
Mohan và Singh nghiên cứu tiềm năng của than hoạt tính được chế tạo từ bã mía để loại bỏ Cd2+
và Zn2+ từ dung dịch nước. Ayyappan nghiên cứu sử dụng than được chế tạo từ bã mía để hấp phụ Pb2+
theo thí nghiệm hàng loạt, sự khử hấp phụ của Pb2+, từ than hấp phụ đã được tách rửa với HNO3 0,1M. Than được lấy bằng cách rửa với dung dịch CaCl2 0,1M và tái sử dụng [24].
Xơ dừa được chuyển thành than hoạt tính dùng để hấp phụ các ion kim loại
Cd2+, Ni2+, Cu2+ có trong nước thải công nghiệp. Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với Cr6+ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
, V5+, Ni2+, Hg2+. Xơ dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co3+
, Cr3+, Ni2+ từ dung dịch [24, 25].
Vỏ cọ vốn có hàm lượng cacbon cao dùng để sản xuất than hoạt tính chất lượng cao. Than vỏ cọ (kích thước hạt 100 - 150µm) được phủ khoảng 21% chitosan lên bề mặt có khả năng loại bỏ Cr đến 154 mg/g ở 25o
C. Than vỏ cọ có khả năng hấp phụ cao các ion Pb2+
(95,2 mg/g) tại pH = 5 [24, 26].
Trấu có tiềm năng để sử dụng làm chất hấp phụ chi phí thấp. Roy đã chứng minh vỏ trấu hấp phụ các kim loại nặng As, Cd, Cr, Pb ( trên 99%) và Sr (94%). Than vỏ trấu loại bỏ 23,4 mg/g Cr(VI) trong dung dịch tại pH = 2. Daifullah sử dụng vỏ trấu loại bỏ các kim loại từ một hỗn hợp phức tạp chứa 6 kim loại nặng (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd và Pb) và hiệu quả đạt gần 100%. Vỏ trấu biến tính được áp dụng cho sự hấp phụ Cr(VI) từ dung dịch [24].
Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi và Shiv Prasad đã đánh giá so sánh khả năng hấp phụ kim loại của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp với than hoạt tính thương mại cho thấy: Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp tốt hơn của than thương mại. Một số vật liệu như: than vỏ cọ được phủ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 25
chitosan, than vỏ cọ, than được chế tạo từ phần lõi thân dừa, than vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt hơn than thương mại. Vì vậy, chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp có thể thay thế tốt cho than thương mại [24].
Với mục đích sử dụng VLHP ion kim loại nặng, trong luận văn này chúng tôi sử dụng axit sunfuric để hoạt hoá vỏ lạc tạo TVL.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 26
Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1. Dụng cụ, thiết bị, hoá chất
2.1.1. Dụng cụ, thiết bị
- Cân điện tử 4 số Precisa XT 120A- Switland. - Máy đo pH Precisa 900 (Thuỵ Sĩ).
- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc).
- Máy đo phổ hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh). - Máy lắc.
- Máy li tâm.
- Máy lọc hút chân không.
` - Bình định mức, cốc thủy tinh, pipet các loại,...
2.1.2 Hoá chất
Tất cả các hoá chất dùng trong các thí nghiệm đều thuộc loại PA - Sắt sunfat Fe2(SO4)3.10H2O
- Đồng sunfat CuSO4.5H2O
- Niken sunfat NiSO4.6H2O - Axit sunfuric H2SO4 98%
- Axit clohiđric HCl 36 ~ 38%
- Dung dịch chuẩn ion Fe3+ có nồng độ gốc 1000mg/l. - Dung dịch chuẩn ion Cu2+ có nồng độ gốc 1000mg/l. - Dung dịch chuẩn ion Ni2+ có nồng độ gốc 1000mg/l. - Các dung dịch khác: NaOH, H2SO4, NaHCO3...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 27
- Nước cất 1 lần, 2 lần.
2.2. Chuẩn bị VLHP than từ vỏ lạc
Vỏ lạc sau khi được rửa sạch bằng nước cất hai lần, sấy khô ở 80o
C trong 24 giờ, nghiền nhỏ, rây thu lấy bột mịn (nguyên liệu đầu). Trộn nguyên liệu với axit sunfuric đặc theo tỉ lệ 1:1,8 (nguyên liệu: axit sunfuric) về khối lượng, sau đó đem sấy ở 150oC trong 24 giờ thu được nguyên liệu dạng than. Than vỏ lạc được rửa bằng nước cất hai lần để loại bỏ axit dư, sấy khô ở 105o (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C trong 24 giờ, nghiền nhỏ, rây thu lấy bột mịn có kích thước hạt từ 0,1 – 0,2 mm. Tiếp theo, TVL được ngâm trong dung dịch NaHCO3 1% đến khi không thấy sủi bọt, vớt ra rửa sạch bằng nước cất hai lần và sấy ở 105oC cho đến khô thu được VLHP là than vỏ lạc (TVL) [19].
2.3. Định lượng Cu2+, Fe3+, Ni2+ bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên
tử ngọn lửa (F-AAS)
Hàm lượng các ion Cu2+
, Fe3+, Ni2+ trước và sau khi hấp phụ được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS). Các điều kiện đo phổ phù hợp đã khảo sát và chọn được chỉ ra ở bảng 3:
Bảng 3: Các điều kiện đo phổ F - AAS của Cu, Fe, Ni.
Nguyên tố Bước sóng (nm) Khe đo (nm) Cường độ đèn HCL (%Imax) Chiều cao đèn (mm) Tốc độ dòng khí (ml/phút) Khoảng tuyến tính (mg/l) Cu 324,8 0,5 75 7 1,1 0,05-2,52 Fe 248,3 0,2 75 7 1,2 0,1-10 Ni 232,0 0,1 75 7 0,9 0,1-8,0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 28