Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi trường
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM --------------------- NGUYỄN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2008 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM --------------------- NGUYỄN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, năm 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu 1 Chương 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 3 1.1.1. Các khái niệm . 3 1.1.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ . 5 1.1.2.1. Mô hình động học hấp phụ 5 1.1.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 6 1.2. Giới thiệu về VLHP vỏ lạc 9 1.2.1. Năng suất và sản lượng lạc 9 1.2.2. Thành phần chính của vỏ lạc 10 1.2.3. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP . 11 1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử . 12 1.3.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử . 12 1.3.2. Cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử 13 1.4. Sơ lược về một số kim loại nặng 14 1.4.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 14 1.4.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường 15 1.4.3. , crom, đồng, mangan, niken và chì 15 1.4.3.1. Tính chất độc hại của cadimi . 15 1.4.3.2. Tính chất độc hại của crom 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.4.3.3. Tính chất độc hại của đồng 16 1.4.3.4. Tính chất độc hại của mangan 17 1.4.3.5. Tính chất độc hại của niken . 17 1.4.3.6. Tính chất độc hại của chì . 18 1.4.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM . 20 2.1. Thiết bị và hóa chất . 20 2.1.1. Thiết bị . 20 2.1.2. Hóa chất . 20 2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc . 21 2.2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc 21 2.2.2. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP 21 2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại trên VLHP . 23 2.3.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại Cd, Cr, Cu, Mn, Ni và Pb theo phương pháp hấp thụ nguyên tử . 23 2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) 26 2.3.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) 31 2.3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) 34 2.4. Xử lý thử một mẫu nước thải chứa ion Ni(II) của nhà máy quốc phòng bằng phương pháp hấp phụ trên VLHP chế tạo từ vỏ lạc 40 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Diễn biến sản xuất lạc ở Việt Nam . 10 Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc . 10 Bảng 1.3: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 19 Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa của một số kim loại . 23 Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cd(II) . 24 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) . 24 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) 25 Bảng 2.5: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Mn(II) . 25 Bảng 2.6: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) 25 Bảng 2.7: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Pb(II) 26 Bảng 2.8: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II) 27 Bảng 2.9: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr(VI) . 27 Bảng 2.10: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II) 28 Bảng 2.11: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Mn(II) 29 Bảng 2.12: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni(II) . 29 Bảng 2.13: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II) . 30 Bảng 2.14: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP 33 Bảng 2.15: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Cd(II) và Cr(VI) của VLHP . 35 Bảng 2.16: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Cu(II) và Mn(II) của VLHP . 36 Bảng 2.17: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Ni(II) và Pb(II) của VLHP 38 Bảng 2.18: Kết quả tách loại Ni(II) khỏi nước thải của nhà máy quốc phòng . 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Phổ IR của nguyên liệu 22 Hình 2.2: Phổ IR của VLHP 22 Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của nguyên liệu . 23 Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của VLHP . 23 Hình 2.5: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd(II) 24 Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) . 24 Hình 2.7: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) 25 Hình 2.8: Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) . 25 Hình 2.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 25 Hình 2.10: Đường chuẩn xác định nồng độ Pb(II) 26 Hình 2.11: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II) . 27 Hình 2.12: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr(VI) 27 Hình 2.13: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II) . 28 Hình 2.14: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Mn(II) 29 Hình 2.15: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni(II) . 29 Hình 2.16: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II) . 30 Hình 2.17: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP 32 Hình 2.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cd(II) . 35 Hình 2.19: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Cd(II) . 35 Hình 2.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.21: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Cr(VI) . 36 Hình 2.22: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cu(II) . 37 Hình 2.23: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Cu(II) . 37 Hình 2.24: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Mn(II) 37 Hình 2.25: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Mn(II) . 37 Hình 2.26: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) 38 Hình 2.27: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Ni(II) 38 Hình 2.28: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Pb(II) . 39 Hình 2.29: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với Pb(II) 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 Mở đầu Hiện nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm môi trường toàn cầu. Nằm trong bối cảnh chung của thế giới, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ. Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường là do nguồn nước thải, khí thải, của các khu công nghiệp, khu chế xuất,…Các nguồn nước thải này đều chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu(II), Mn(II), Pb(II),… nhưng trước khi đưa ra ngoài môi trường hầu hết chưa được xử lý hoặc xử lý sơ bộ, do vậy đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách loại các ion kim loại nặng khỏi môi trường nước, như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,…Trong đó, phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và cho kết quả rất khả thi [12]. Một trong những vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại đang được nhiều người quan tâm là các phụ phẩm nông nghiệp, như: vỏ trấu, bã mía, lõi ngô,….[15] [17] [19]. Hướng nghiên cứu này có nhiều ưu điểm là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm. Mặt khácviệc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm n . Do đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi trường”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Mục tiêu - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ đó (pH, thời gian, nồng độ ion kim loại). - Thử nghiệm khả năng hấp phụ của vỏ lạc với một kim loại. Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc. - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vỏ lạc (bằng phổ IR và ảnh chụp SEM). - Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: pH, thời gian, nồng độ của ion kim loại đến sự hấp phụ trên. - Xử lý nguồn nước thải của khu công nghiệp, khu chế xuất. Phương pháp nghiên cứu - Kết hợp kỹ thuật phòng thí nghiệm và các phương pháp hoá lý để chế tạo và khảo sát đặc điểm bề mặt vỏ lạc trước và sau khi hoạt hoá. - Định lượng các ion kim loại bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Chương 1: TỔNG QUAN . - - - - ). . . . . , l . , l . ên [6] [11]. [...]... [7] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 2.2 Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc 2.2.1 Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc Vỏ lạc nguyên liệu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi Lấy 25g nguyên liệu cho vào cốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0.1M, khuấy đều trong 120 phút, lọc lấy phần bã rắn, rửa sạch bằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô ở 85-90oC... hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố (0 < b ≤ 1) - Ở vùng nồng độ C nhỏ luôn tìm được giá trị Co để b bắt đầu bằng 1, khi đó mối quan hệ giữa A và C là sự phụ thuộc tuyến tính - Ở vùng nồng độ Cx > Co, 0 < b < 1, mối quan hệ giữa A và C là không tuyến tính 1.4 Sơ lược về một số kim loại nặng. .. sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Pb(II) là y = 0.0147x + 0.0016 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) Lấy 36 bình nón dung tích 100ml, chia thành 6 nhóm, mỗi nhóm chứa 50ml dung dịch các ion kim loại Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) riêng biệt Điều chỉnh pH của các dung dịch chứa mỗi ion kim loại. .. máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nước bị nhiễm ion kim loại và vỏ của củ lạc có thể loại bỏ 95% ion đồng khỏi nước thải công nghiệp trong khi mùn cưa của cây thông chỉ loại bỏ được 44% Có thể đạt được hiệu quả cao nhất nếu nước có tính axit yếu trong khi nhiệt độ lại ít có tác động đến hiệu suất tách loại ion kim loại [26] :c ion , như: Cu(II), Zn(II) ,v 108 mg/g) [20] :đ : Cr(III), Ni(II),... tử K : hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số L: bề dày lớp hấp phụ Gọi A là mật độ quang hay độ tắt nguyên tử của chùm tia sáng cường độ Io sau khi qua môi trường hấp thụ A được tính bởi công thức: A lg Io 2.303 K N L I Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (1.11) http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Trong một phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, giá trị L không đổi nên A phụ thuộc vào nồng độ... [6][11] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 [11] Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: q (Co Ccb ).V m (1.1) : q: d (mg/g) V: t (l) (g) Co: n (mg/l) Ccb: n (mg/l) Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu H (Co Ccb ) 100 Co 1.1.2 (1.2) ụ 1.1.2.1 : - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại... nguyên tố quan trọng Hợp kim của đồng dễ chế hoá cơ học và bền với hoá chất Trong công nghiệp, đồng là kim loại màu quan trọng nhất, được dùng chủ yếu trong công nghiệp điện, ngành thuộc da, công nghiệp nhuộm, y học,… Đồng có một lượng bé trong thực vật và động vật Trong cơ thể người, đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên... trong trồng trọt,… Phụ phẩm của cây lạc gồm: khô dầu, vỏ hạt và thân lá Thân và lá cây lạc có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và các loại phân bón có giá trị tương đương phân chuồng Cho đến thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, trên thế giới, lạc là cây họ đậu có diện tích lớn nhất, hiện nay đứng hàng thứ hai trong số các cây lấy dầu thực vật (về diện tích và sản lượng) với diện tích gieo trồng vào khoảng 20 triệu... tục được cho vào cốc chứa 150ml dung dịch axit xitric 0.6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn, sấy ở 50oC trong 24 giờ, nâng nhiệt độ lên 120oC trong 90 phút Cuối cùng, rửa bằng nước cất nóng tới môi trường trung tính và sấy khô ở 85-90oC, thu được VLHP [23] 2.2.2 Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP Nguyên liệu vỏ lạc ban đầu được xử lý bằng NaOH để loại bỏ các pigmen màu và các hợp chất... [13] 1.2.3 VLHP : Cd(II) 0,7 g/l (II) 31 [17] - Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học khoa công nghệ môi trường, trường đại học Mersin, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy, vỏ củ lạc, một trong những phế phẩm lớn nhất, rẻ mạt của ngành công nghiệp thực phẩm, có thể sử dụng để cải tạo ruộng, lọc các nguồn nước bị nhiễm kim loại độc do các nhà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn . NGUYỄN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành:. khácviệc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm n . Do đó, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế
