3.1.1. Kết quả phân tích AAS
Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) xác định một số nguyên tố trong mẫu bùn đỏ thô, kết quả thu được như sau:
Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần chính của bùn đỏ thô
STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Hàm lượng
1 Fe2O3 % 46,32
2 Al2O3 % 17,56
3 SiO2 % 6,70
4 TiO2 % 7,20
Kết quả phân tích ở bảng 3.1 cho thấy: thành phần chính của bùn đỏ thô là Fe2O3
và Al2O3. SiO2 và TiO2 chiếm một phần nhỏ hơn. 3.1.2. Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ
Phương pháp nhiễu xạ tia X dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, cho phép xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước tinh thể với độ tin cậy cao. Kết quả xác định cấu trúc pha trên thu được qua giản đồ nhiễu xạ Rownghen trên hình 3.1, 3.2.
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ thô
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ thô (hình 3.1), cho thấy:
Bảng 3.2: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ thô
STT Công thức hóa học Dạng tồn tại
1 Al(OH)3 Gibbsite
2 FeO(OH) Geothite
3 Fe2O3 Hematite
4 SiO2 Quartz
5 1.08 Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicat hydrat Kết quả phân tích thành phần và cấu trúc pha của bùn đỏ thô cho thấy, dạng kết tinh của bùn đỏ thô tồn tại ở 5 dạng chủ yếu bao gồm: dạng Gibbsite, Geothite, Hematite, Quartz, Sodium Aluminum Silicat hydrat, mặc dù TiO2 chiếm 7,20% trong thành phần của bùn đỏ nhưng không xuất hiện cấu trúc pha tinh thể trong mẫu bùn đỏ. Các tín hiệu đặc trưng và thành phần chính trong cấu trúc pha là dạng Gibbsite,
Geothite, Hematite, những thành phần này tạo ra những tính chất hấp phụ của bùn đỏ.
Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ được nung ở 800oC
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ được nung ở 800oC (hình 3.2), cho thấy:
Bảng 3.3: Cấu trúc pha của các hợp phần trong mẫu bùn đỏ được nung ở 800oC
STT Công thức hóa học Dạng tồn tại
1 Fe2O3 Hematite
2 1,08 Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O Sodium Aluminum
Silicat hydrat
Khi nung bùn đỏ tới 800oC thì chỉ còn tín hiệu pic chủ yếu của pha Hemattite chiếm hoàn toàn ưu thế và một phần nhỏ Sodium Aluminum Silicat hydrat.
3.1.3. Ảnh hiển vi điện tử quét
Hình ảnh SEM của các mẫu được thể hiện ở hình sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3a: Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô
Hình 3.3c: Hình ảnh SEM mẫu bùn đỏ thô xử lý nhiệt 800oC
Từ hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) (hình 3.3a, b, c), ta nhận thấy: bề mặt mẫu bùn đỏ thô có nhiều hạt hình phiến, khi được xử lý nhiệt 400oC các hạt hình phiến mất dần, và đến khi được xử lý nhiệt 800oC thì các hạt hình phiến hầu như mất hẳn, thay vào đó là các hạt có kích thước ổn định, phân bố đều.
3.2. Xây dựng đường chuẩn hấp phụ phenol
Tiến hành đo các dung dịch ở trên với các điều kiện tối ưu đã khảo sát trên thiết bị sắc kí lỏng hiệu năng cao. Thu được số liệu trong bảng sau:
STT Nồng độ C.10-3 (mg/ml) Nồng độ C.10 -5 (mol/l) Spic 1 602,00 640,00 6,74.106 2 451,50 480,00 5,06.106 3 301,05 320,00 3,37.106 4 150,53 160,00 1,69106 5 75,26 80,10 842619.4 6 37,63 40,00 421309.7 7 18,81 20,00 210689.8425 8 9,41 10,00 105344.9213 9 4,70 5,00 52672.4606 10 0,15 0,156 1646.0144 11 0,0735 0,0782 823.0072 12 0,0367 0,0391 411.5036 13 0,0184 0,0195 205.7518
Sau khi thu được số liệu trong bảng 3.4 chúng tôi xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ của phenol và diện tích pic tương ứng của chúng trên phần mềm Origin. Từ đó chúng tôi thu được phương trình đường chuẩn của phenol như hình 3.4 với độ tin cậy cao.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 1x106 2x106 3x106 4x106 5x106 6x106 7x106 S p ic - d iê n t ic h p ic
Nông dô phenol (mg/ml)
Equation y = a + b*x Adj. R-Square 1
Value Standard Error B Intercept 272.09165 598.00589 B Slope 1.11994E7 2601.17879
Hình 3.4: Phương trình đường chuẩn của phenol
Phương trình đường chuẩn của phenol: Sx = a + b.Cx
SX(Ph = (1197400,00 ± 2601,18).CX(Phenol)+ (272,09±598,00) (3.1) Ta thấy sai số của a lớn hơn hệ số a nên ta lấy phương trình khuyết a.
Ta có: Sx (ph) = (1197400,00 ± 2601,18).CX(Phenol) Suy ra: Cx= (mg/ml) (3.2) CX(min) = (mg/ml) CX(max) = (mg/ml) CX(Trung bình) = (mg/ml) (3.3) Xử lý kết quả thực nghiệm:
Các giá trị đo diện tích của pic phenol ở tại thời điểm lưu được đo 3 lần và lấy giá trị trung bình. Tất cả các kết quả thực nghiệm (đo diện tích của pic phenol ở tại thời
điểm lưu) thu được khi khảo sát điều kiện tối ưu, xây dựng đường chuẩn, đánh giá đường chuẩn, tính hàm lượng trong mẫu được tiến hành xử lí trên Microsoft Excel, xử lí thống kê toán học và tính toán trên chương trình Origin8.0, Turbo Pascal đã được lập trình (phụ lục 1).
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của bùn đỏ được nung ở các nhiệt độ khác nhau đối với phenol
Hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ là 10 g/L, nồng độ phenol ban đầu C0 = 35 mg/L, thời gian tiếp xúc 10h, khuấy từ tốc độ không đổi 700 rpm, pH ban đầu bằng 6,68. Thực nghiệm được tiến hành theo mô tả mục 2.5.1.
Các kết quả đo khả năng hấp phụ phenol của các mẫu bùn đỏ được ghi trong bảng sau:
Bảng 3.5:Hiệu suất hấp phụ tương ứng với các mẫu bùn đỏ được xử lý khác
nhau
Mẫu bùn đỏ Hiệu suất hấp phụ (%)
Bùn đỏ thô 35,71
Bùn đỏ nung ở 200oC 30,65
Bùn đỏ nung ở 400oC 20,00
Bùn đỏ nung ở 800oC 13,31
Biểu diễn hiệu suất hấp phụ phenol của mẫu bùn đỏ được xử lý khác nhau, ta có đồ thị sau:
Hình 3.5: Ảnh hưởng của mẫu bùn đỏ ban đầu khác nhau
Từ bảng số liệu (bảng 3.5) và đồ thị (hình 3.5), ta rút ra kết luận sau: các mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt độ càng cao thì cho kết quả hiệu suất hấp phụ càng thấp. Hiệu suất hấp phụ có sự chêch lệch lớn giữa mẫu bùn đỏ xử lý ở nhiệt độ 200oC và 400oC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bên cạnh đó, nhìn vào các hình ảnh SEM có được, ta thấy khi tăng nhiệt độ nung thì làm tăng tâm hấp phụ của bề mặt bùn đỏ nhưng hiệu suất hấp phụ giảm đi. Và dựa trên kết quả xác định cấu trúc pha của các mẫu bùn đỏ, cơ chế hấp phụ có thể là:
≡MOH + H+ ↔ ≡MOH2+ ,
≡MOH2+ + phenol ↔ ≡MOH2+ - - -phenol. Tổng phản các ứng tổng có thể được viết là: ≡MOH + H+ + phenol ↔ ≡MOH2+ - - -phenol, Trong đó M là các ion kim loại (Si, Fe, Al).
Từ các kết quả trên, em chọn mẫu bùn đỏ thô cho các quá trình thực nghiệm tiếp theo.
3.4. Đánh giá khả năng hấp phụ phenol của mẫu bùn đỏ thô
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng pH của dung dịch phenol ban đầu
Hàm lượng bùn đỏ thô đem hấp phụ là 10 g/L, nồng độ phenol ban đầu C0 = 35 mg/L, thời gian tiếp xúc 10h, khuấy từ tốc độ không đổi 700 rpm. Thực nghiệm được tiến hành theo mô tả mục 2.5.2.
Các kết quả đo khả năng hấp phụ phenol được ghi trong bảng sau:
Bảng 3.6: Hiệu suất hấp phụ phenol tương ứng với pH ban đầu khác nhau pH ban đầu của dung
dịch phenol pH sau hấp phụ Hiệu suất hấp phụ(%)
1,44 6,45 34,00
6,68 6,93 35,71
8,34 8,02 31,14
9,76 8,39 17,71
10,4 8,82 15,43
Biểu diễn hiệu suất hấp phụ phenol của mẫu bùn đỏ thô ở các pH ban đầu khác nhau, ta có đồ thị sau:
Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất hấp phụ phenol
hiệu suất loại bỏ phenol bằng bùn đỏ thô dao động rất ít trong khoảng pH 1,44 – 8,34. Hiệu suất gần như không đổi trong một phạm vi pH rộng cho thấy bùn đỏ trung tính là một chất hấp phụ tốt để loại bỏ phenol. Khi pH vượt quá 8,34 hiệu suất loại bỏ giảm đột ngột. Do vậy, giá trị pH = 6,68 được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bùn đỏ thô ban đầu đem đi hấp phụ
Nồng độ phenol ban đầu C0 = 35 mg/L, thời gian tiếp xúc 10h, khuấy từ tốc độ không đổi 700 rpm, pH ban đầu bằng 6,68. Thực nghiệm được tiến hành theo mô tả mục 2.5.3.
Các kết quả đo khả năng hấp phụ phenol được ghi trong bảng sau:
Bảng 3.7: Hiệu suất hấp phụ tương ứng với hàm lượng bùn đỏ đem hấp phụ
Hàm lượng bùn đỏ thô đem hấp phụ (g/L) Hiệu suất hấp phụ (%)
1 5,00
3 11,02
5 18,00
8 32,57
10 35,71
Biểu diễn hiệu suất hấp phụ phenol của mẫu bùn đỏ thô với lượng bùn đỏ khác nhau, ta có đồ thị sau:
Hình 3.7: Ảnh hưởng của lượng bùn đỏ thô khác nhau đến hiệu suất hấp phụ phenol (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ bảng số liệu (bảng 3.7) và đồ thị (hình 3.7), ta rút ra kết luận sau: càng tăng lượng chất hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ càng tăng. Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh khi liều lượng bùn đỏ đem hấp phụ tăng từ 1g đến 8g. Từ 8g đến 10g hiệu suất tăng chậm lại.
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu
Hàm lượng bùn đỏ thô đem hấp phụ là 10 g/L, thời gian tiếp xúc 10h, khuấy từ tốc độ không đổi 700 rpm, pH ban đầu bằng 6,68. Các mẫu phenol được sử dụng có nồng độ ban đầu C0 lần lượt là 5, 10, 18, 35, 50, 100 mg/L. Thực nghiệm được tiến hành theo mô tả mục 2.5.3.
Các kết quả đo khả năng hấp phụ phenol được ghi trong bảng sau:
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu
C0 (mg/L) pH Lượng bùn đỏ thô (g) Ce (mg/L) qe (mg/g) H (%) 7 6 0.2 0.88 1.53 87.5 15 6 0.2 3.56 2.86 76.3 24.7 6 0.2 8,45 4.06 65.8 35 6 0.2 16.24 4.69 53.6 50 6 0.2 28.6 5,35 42.8 100 6 0.2 67.3 8.18 32.7
đầu khác nhau, ta có đồ thị sau:
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
Từ bảng số liệu (bảng 3.8) và đồ thị (hình 3.8), ta rút ra kết luận sau: khi tăng nồng độ phenol ban đầu thì cho kết quả dung lượng hấp phụ q tăng nhưng hiệu suất hấp phụ giảm. Hiệu suất hấp phụ giảm mạnh khi tăng nồng độ phenol ban đầu từ 5 mg/L đến 50 mg/L, giảm nhẹ hơn khi nồng độ phenol ban đầu tăng từ 50 – 100 mg/L.
3.4.4. Xác định phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ
Từ các kết quả thu được khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu đến hiệu suất hấp phụ, ta thu được các số liệu như bảng sau:
Bảng 3.9: Các giá trị xây dựng các đường đẳng nhiệt hấp phụ
C0 (mg/L) Ce (mg/L) qe (mg/g) Ce/qe logCe logqe
5 0,422 0,46 0,92 -0,37 -0,34 10 2,95 0,71 4,18 0,47 -0,15 18 8,45 0,96 8,85 0,93 -0,02 35 22,5 1,25 18,00 1,35 0,09 50 36,5 1,35 27,03 1,56 0,13 100 82,2 1,78 46,18 1,91 0,25
Hình 3.9: Mô phỏng theo phương trình Langmuir
Hình 3.10: Mô phỏng theo phương trình Freundlich
Từ các hình mô phỏng theo phương trình Langmuir và Freundlich (hình 3.9 và 3.10), ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.10: Các hệ số của phương trình Freundlich và Langmuir Các hệ số Freundlich 1/n 0,256 K 0,556 R2 0,996 Các hệ số Langmuir b 0,148 qmax 1,84 R2 0,977
Từ kết quả trên cho thấy hệ số tương quan của hai phương trình Freundlich và Langmuir có giá trị tương ứng là R2 = 0,996 và R2 = 0,977, suy ra phương trình Freundlich phù hợp hơn để biểu diễn quá trình hấp phụ phenol bằng bùn đỏ. Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax = 1,84 mg/g) tính từ phương trình Langmuir khá phù hợp với kết quả tối ưu hóa thực nghiệm (1,78 mg/g).
KẾT LUẬN
Từ những kết quả thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu khả năng hấp
những kết luận sau:
1. Đã áp dụng các phương pháp phân tích hóa học và hóa lý hiện đại để xác định thành phần hóa học của mẫu bùn đỏ thô, cấu trúc pha của mẫu bùn đỏ thô và mẫu bùn đỏ nung ở 800oC.
- Thành phần chính của bùn đỏ thô là Fe2O3 và Al2O3.
- Kết quả phân tích thành phần và cấu trúc pha của bùn đỏ thô cho thấy, dạng kết tinh của bùn đỏ thô tồn tại ở 5 dạng chủ yếu bao gồm: dạng Gibbsite, Geothite, Hematite, Quartz, Sodium Aluminum Silicat hydrat. Các tín hiệu đặc trưng và thành phần chính trong cấu trúc pha là dạng Gibbsite, Geothite, Hematite, những thành phần này tạo ra những tính chất hấp phụ của bùn đỏ.
- Khi nung bùn đỏ tới 800oC thì chỉ còn chủ yếu các pha Hemattite chiếm hoàn toàn ưu thế và một phần nhỏ Sodium Aluminum Silicat hydrat.
2. Có được hình ảnh SEM chụp bề mặt của mẫu bùn đỏ thô và các mẫu bùn đỏ được nung ở các nhiệt độ 400oC, 800oC. Dựa vào các hình ảnh SEM có được, ta thấy khi tăng nhiệt độ nung thì làm tăng tâm hấp phụ của bề mặt bùn đỏ.
3. Các mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt độ càng cao thì cho kết quả hiệu suất hấp phụ càng thấp. Hiệu suất hấp phụ có sự chêch lệch lớn giữa mẫu bùn đỏ xử lý ở nhiệt độ 200oC và 400oC.
4. Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình loại bỏ phenol bằng bùn đỏ thô.
- Hiệu suất loại bỏ phenol bằng bùn đỏ thô dao động rất ít trong khoảng pH 1,44 – 8,34. Hiệu suất gần như không đổi trong một phạm vi pH rộng cho thấy bùn đỏ trung tính là một chất hấp phụ tốt để loại bỏ phenol. Khi pH vượt quá 8,34 hiệu suất loại bỏ giảm đột ngột. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Càng tăng lượng chất hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ càng tăng. Hiệu suất hấp phụ tăng mạnh khi liều lượng bùn đỏ đêm hấp phụ tăng từ 1g đến 8g. Từ 8g đến 10g hiệu suất tăng chậm lại.
- Khi tăng nồng độ phenol ban đầu thì cho kết quả dung lượng hấp phụ q tăng nhưng hiệu suất hấp phụ giảm. Hiệu suất hấp phụ giảm mạnh khi tăng nồng độ phenol ban đầu từ 5 mg/L đến 50 mg/L, giảm nhẹ hơn khi nồng độ phenol ban đầu tăng từ 50
– 100 mg/L.
- Hệ số tương quan của hai phương trình Freundlich và Langmuir có giá trị tương ứng là R2 = 0,995 và R2 = 0,972, phương trình Freundlich phù hợp hơn để biểu diễn quá trình hấp phụ phenol lên bùn đỏ. Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax = 1,84 mg/g) tính từ phương trình Langmuir khá phù hợp với kết quả tối ưu hóa thực nghiệm (1,78 mg/g).
1. Phạm Đăng Địch, Lê Xuân Khuông, Lê Gia Mô, Dương Thanh Sủng (3/2003). Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tiên tiến sản xuất alumin từ quặng tinh bauxit Tân Rai – Lâm Đồng và điện phân nhôm đạt chất lượng thương phẩm”.
2. Nguyễn Cảnh Nhã (2008). “Nghiên cứu tuyển bauxit mỏ Táp Ná – Cao Bằng”. VIMLUKI. Hà Nội.
3. Nguyễn Hữu Nhã (2005), “Tài nguyên bauxit Việt Nam và một số kết quả ban đầu về khả năng tuyển nâng cao chất lượng bauxit laterit miền Nam Việt Nam”. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN tuyển khoáng toàn quốc lần thứ II. Hà Nội 11/2005.
4. Nguyễn Mạnh Hùng (2011), “Hiểm họa bùn đỏ”
5. Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (1999), “Hóa học môi trường cơ sở”, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội.
6. “Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến sử dụng quặng bauxit giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025”. (2007). Quyết định phê duyệt của Thủ tướng chính phủ số 167/2007/QĐ-TTg, ngày 01/11/2007.
7. Phạm Luận (1998), “Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ huỳnh quang”, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.