ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN − KHOA HÓA BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ & ỨNG DỤNG TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU CHẾ HYDROTALCITE TỪ NƯỚC ÓT VÀ KHẢO SÁT HẤP PHỤ PHOSPHAT SVTH: NGUYỄN VIỆT ANH MSSV: 0614012 GVHD: TS NGUYỄN QUỐC CHÍNH Thành phố Hồ Chí Minh – 07/2011 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Chính đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành tốt tiểu luận tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong bộ môn hoá vô cơ và ứng dụng, các anh chị cao học và các bạn sinh viên đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài. 2 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh LỜI MỞ ĐẦU Xã hội con người ngày càng phát triển cùng với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kĩ thuật, kéo theo các ngành sản xuất lớn mạnh về công nghệ và số lượng. Đi cùng những mặt tích cực trên là những mặt trái của tiến bộ, con người thải ra ngày càng nhiều các loại chất thải nguy hại đến môi trường sống của chính con người và các quần thể sinh vật. Nghiên cứu xử lý chất thải để điều chế những vật liệu hữu dụng và sử dụng chất thải để xử lý chính chất thải đang là hướng nghiên cứu được ưu tiên vì có thể cùng lúc giải quyết được nhiều chất thải gây ô nhiễm môi trường. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu điều chế hydrotalcite từ những chất thải là nước thải bùn đỏ và nước ót, hydrotalcite này được khảo sát khả năng hấp phụ phosphat, cũng là một chất thải gây ô nhiễm. 3 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 MỤC LỤC 4 TỔNG QUAN 5 1.1. Nước ót [1]: 6 1.2. Hydrotalcite(HTC) [5]: 9 1.3. Ô nhiễm phosphat và các phương pháp xử lý: 22 THỰC NGHIỆM 26 1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 26 1.5. Danh mục hóa chất sử dụng trong đề tài: 27 Bảng 1 – Danh mục hóa chất sử dụng 27 1.6. Chuẩn bị các hóa chất: 27 1.7. Các phương pháp phân tích: 28 1.8. Tiến hành thí nghiệm: 30 1.9. Khảo sát phân tích nhiệt và nhiễu xạ tia X: 32 1.10. Khảo sát hấp phụ phosphat: 37 1.11. Từ các kết quả thực nghiệm có thể rút các kết luận sau: 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 47 4 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh TỔNG QUAN 5 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh 1.1. Nước ót [1]: 1.1.1. Định nghĩa: “Nước ót” là từ thường dùng trong công nghiệp sản xuất muối ăn từ nước biển, để gọi dung dịch còn lại sau khi tách NaCl ra khỏi nước biển bằng cách cô đặc nước biển, hay dung dịch còn lại trên ruộng muối sau khi kết tinh muối ăn bằng cách phơi nước biển. Thường nước ót sẽ được thải bỏ trở lại biển sau khi đã lấy muối ăn. Hình 1 - Nước ót còn lại trong ruộng sau khi thu hoạch muối ăn 6 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh 1.1.2. Nguồn nước ót [9]: Bờ biển miền Bắc nước ta dài trên 3.200km là một nguồn sản xuất muối ăn vô tận. Ngoài công dụng làm thực phẩm cần thiết hàng ngày cho nhân dân, làm món hàng xuất nhập khẩu đáng kể, muối ăn còn là nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp hoá học. Theo số liệu hàng năm cả nước ta sản xuất trên dưới 900.000 tấn muối như vậy lượng nước ót thải ra không dưới 1.800.000 m 3 . Chỉ tính riêng 4 xí nghiệp sản xuất muối của 3 tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận mỗi năm đã thải ra từ 400.000- 500.000 m 3 nước ót với nồng độ đậm đặc, gây ô nhiễm và hủy hoại môi trường ven biển. Trong các ao, đìa và vùng ven biển nơi nước ót thải ra, nồng độ các muối tăng lên rất cao, khiến sinh thái thay đổi, cá, tôm chết, các quần thể sinh vật như san hô, rong biển bị hủy hoại… Đồng thời, nếu nước ót không được thải ra xa bờ sẽ làm cho nồng độ muối magie ngày càng tăng trong khu vực lấy nước ban đầu và dẫn đến giảm hiệu quả khai thác muối ăn. Vì vậy nếu biết khai thác nước ót thì không những góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn đem lại nguồn lợi không nhỏ. 1.1.3. Thành phần của nước ót [10]: Thành phần nước ót tùy thuộc phương pháp sản xuất muối, nướt ót chứa hầu hết các nguyên tố có trong nước biển và thường giàu hợp chất của magie. Sản xuất 1 tấn muối ăn thì thu được khoảng 2m 3 nước ót với khối lượng riêng 1,24 - 1,264 g/cm 3 và tổng khối lượng các muối hoà tan 27 - 29%. Nước ót là nguyên liệu dồi để điều chế các muối magie (MgSO 4 .4H 2 O; MgCl 2 .6H 2 O.MgO), kali clorua (KCl), brom, iot Trong 1m 3 nước ót có khả năng thu lại được khoảng 100kg NaCl; 36kg Na 2 SO 4 ; 35kg MgO và 13kg KCl và một lượng nhỏ brom. Các muối trong nước ót được tách ra bằng phương pháp cô đặc rồi kết tinh phân đoạn, dựa vào sự khác nhau của nhiệt độ và độ tan của chúng. Tách các chất quý như brom, iot bằng phương pháp hoá học là chủ yếu. Ở Việt Nam, nước ót tập trung chủ yếu ở các đồng muối, đặc biệt các 7 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh đồng muối chế tạo theo phương pháp phơi nước như Cà Ná (Ninh Thuận, Bình Thuận); ở một số nơi, đã tách được một số chất từ nước ót. 1.1.4. Ứng dụng [2]: Hiện nay, nước ót đã được sử dụng để điều chế MgO, là một oxit quan trọng trong công nghiệp. Hàng năm nước ta phải nhập toàn bộ lượng magie oxit từ thị trường nước ngoài nhằm thoả mãn yêu cầu này. MgO hoạt tính được dùng làm chất phụ gia trong công nghiệp chế biến cao su làm chất hấp phụ trong chế biến dầu mỏ; MgO là nguyên liệu làm xi măng xoren, từ đó làm thành các sản phẩm như tấm lợp mái nhà, vách ngăn nội thất, bàn ghế. . . thay cho gỗ. Magie oxit (MgO) là oxit được dùng trong nhiều ngành công nghiệp. Hàng năm nước ta phải nhập toàn bộ lượng MgO từ thị trường nước ngoài nhằm thoả mãn yêu cầu này. Trong khi đó nước ta có nhiều loại khoáng sản như dolomit, secpentin, talc và nguồn tài nguyên nước biển, nước ót đều là nguyên liệu điều chế MgO. Thanh Hoá, Bắc Thái, Vĩnh Phú là nơi có mỏ dolomit đã được đánh giá và khai thác với sản lượng dồi dào, chất lượng tốt. MgO thiêu kết là nguyên liệu để làm gạch chịu lửa dùng để xây các lò luyện thép, lò sản xuất xi măng, các vật liệu chịu lửa Trên thế giới, MgO được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo nhiều phương pháp công nghệ khác nhau. Một số nước có nguồn quặng magezit (MgCO 3 ) giàu như Trung Quốc (5 tỷ tấn), Triều Tiên (2 tỷ tấn), Mỹ (65 triệu tấn), Áo, Ấn Độ đều sản xuất MgO từ magezit: MgO + CO 2 →MgCO 3 Một số nước khác như Nhật và Mỹ ( cho 65% nhu cầu ) thì khai thác MgO từ nước biển vì trong nước biển hàm lượng Mg 2+ có tới 1,3 g/l. Riêng nước Nga còn khai thác MgO từ các hồ nước mặn như Xivaxki. Phương pháp sản xuất MgO từ quặng dolomit và nước biển (hoặc nước ót) cũng đã được triển khai trên dây chuyền công nghệ ở nhà máy "Kaisel - Refractore" (Mỹ) hoặc ở Nga. Ở nước ta, nguồn quặng magezit hầu như không có, nên chỉ có thể khai thác MgO từ các loại quặng 8 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh như: dolomit (CaCO 3 , MgCO 3 ), secpentin 3MgO.2SiO 2 .2H 2 O), hoặc quặng talc (3MgO.4SiO 2 ) hay từ nước biển, nước ót. Dọc theo bờ biển nước ta có 21 tỉnh làm nghề muối, sản lượng muối hàng năm tới 1 triệu tấn. Bởi vậy, nếu ta sử dụng nước ót để sản xuất MgO thì có thể đáp ứng được một phần nhu cầu tiêu thụ MgO ở nước ta. 1.2. Hydrotalcite(HTC) [5]: 1.2.1. Giới thiệu: Khoáng sét anion tổng hợp đã được các nhà khoáng học (Aminoff và Broomi) công bố vào khoảng năm 30 của thế kỉ 20, với nhiều tên gọi khác nhau: Hydrotalcite, Pyroaucite, Takovite Đến năm 1987 Drits đã đề nghị một hệ thống danh pháp để thống nhất tên gọi. Những năm sau này khái niệm “Hydrocite đan xen” (Lamellar double hydrocite) được dùng để giải thích sự hiện diện của hai cation kim loại khác nhau có trong những hợp chất này. Công thức chung của chúng được thể hiện như sau: [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x/n ].nH 2 O, trong đó: − M 2+ là những kim loại hóa trị II − M 3+ là những kim loại hóa trị III − A n- là những anion hóa trị n 9 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh Hình 2 - Cấu trúc tổng quát của hydrotalcite Vật liệu khoáng sét tổng hợp được điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa, từ những dung dịch chứa các kim loại cần thiết ở những điều kiện nhất định. Phụ thuộc vào các điều kiện chế tạo và thành phần của kim loại trong vật liệu Hydrotalcite có những tính chất sau: − Có bề mặt riêng lớn (có thể đạt đến 800m 2 /gram vật liệu); − Có cấu trúc lỗ xốp có thể điều chỉnh được; − Hợp chất da chức năng (xúc tác, quang học, hóa học, điện tử ). 1.2.2. Ứng dụng: Với những tính chất trên Hydrotalcite được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như: 10 [...]... Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh THỰC NGHIỆM 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:  Điều chế HTC từ nước ót và nước thải bùn đỏ của qui trình Bayer;  Khảo sát khả năng hấp phụ phosphat của HTC ở các tỉ lệ điều chế khác nhau;  Khảo sát khả năng hấp phụ của HTC ở các nồng độ phosphat khác nhau;  Khảo sát khả năng tái sử dụng của HTC sau khi đã được sử dụng để hấp phụ. .. khoảng nồng độ trên 29 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat 1.8 Nguyễn Việt Anh Tiến hành thí nghiệm: Nguồn nước ót được lấy từ ruộng muối ở xã Bảo Thạnh, huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre Nước ót đã được lọc bằng giấy lọc để loại bỏ những chất rắn không tan có thể ảnh hưởng đến các phương pháp điều chế và phân tích 1.8.1 Chuẩn độ ion Mg2+ nước ót: Dựa vào nồng độ ion trong nước ót Ninh Thuận:[2]... nhất hiện nay để loại bỏ phosphat là tạo ra muối phosphat ít tan với sắt, nhôm và canxi và phương pháp sinh học Trong một số trường hợp có thể sử dụng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion 1.3.2.1 Kết tủa phosphat: Kết tủa phosphat với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn 23 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh... trên đã được chú ý từ thấp kỷ 70 và đã hình thành được một sơ 24 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh đồ công nghệ REMNUT có ứng dụng trong thực tế Sơ đồ công nghệ gồm hai cột trao đổi ion: cột clinoptiolit thu hồi amoni, cột anionit thu hồi phosphat Vật liệu hấp phụ để loại bỏ phosphat trong nước đã được nghiên cứu nhiều trong phòng thí nghiệm Ưu điểm và triển vọng của.. .Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh − Làm chất xúc tác dị thể trong đó thường sử dụng nhất là: + Xúc tác axit-baz + Xúc tác oxy hóa- khử (phụ thuộc vào tính oxy hóa- khử của kim loại hóa trị II, hóa trị III) + Xúc tác quang hóa − Để điều chế các hợp chất với thiết bị phản ứng loại nano có tính chọn lọc − − − − hóa học cao; Sử dụng trong kỹ thuật tách, chiết và màng... nung hydrotalcite xuất hiện một số tâm baz như O 2- trên về mặt O2- gần nhóm hydroxyl Độ mạnh của nhóm OH- phụ thuộc vào cation kim loại hóa trị III 1.2.4 Các phương pháp điều chế hydrotalcite: Do có thể ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu điều chế các hợp chất kiểu hydrotalcite 16 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh Hydrotalcite. .. giảm rất nhanh do sự phân hủy của Al(OH)3 và Mg(OH)2 Khoảng nhiệt độ 430oC – 670oC: khối lượng giảm rất ít Khoảng nhiệt độ 670oC – 790oC: khối lượng giảm do sự phân hủy của Al 2(CO3)3 và MgCO3 34 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat 1.9.2 Nguyễn Việt Anh Nhiễu xạ tia X: Hình 5 – Giản đồ nhiễu xạ tia X 35 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Mg+2/Al3+ = 1:1 2Theta d(angstron)... 2 và AlCl3 phương pháp này cho sản phẩm có độ tinh khiết thấp Trong cả hai trường hợp trên đều phải xử lý thủy nhiệt để hoàn thiện cấu trúc 19 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat 1.2.5.1.3 Nguyễn Việt Anh Điều chế ở pH không đổi: Đây là một trong những phương pháp thông dụng để điều chế những loại khoáng sét anion tổng hợp khác nhau Dung dịch hỗn hợp hai muối kim loại hóa trị II và hóa. .. nên sự thay đổi hệ sinh thái và điều kiện môi trường Với mật đọ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào lòng nước Khi chết đi quá trình phân huỷ xác của chúng cần một lượng oxi lớn, làm cạn kiệt oxi trong nước, làm tăng các chất ô nhiễm trong nước, do các sản phẩm 22 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh phân huỷ không hoàn toàn Các xác chết cùng sản phẩm phân huỷ tạo... nhiệt độ và thời gian già hóa, độ tinh khiết, lọc, rửa ion và sấy khô 1.2.4.2 Phương pháp muối – oxit Phương pháp này được sử dụng lần đầu tiên bởi Boehm, Steinle và Vieweger vào năm 1977 để điều chế [Zn – Cr – Cl] Quá trình thực nghiệm bao gồm việc tạo 17 Điều chế hydrotalcite và khảo sát hấp phụ phosphat Nguyễn Việt Anh thành một huyền phù của ZnO với một lượng dư dung dịch muối CrCl 3 trong vài ngày