TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HOÁ HỌC  NGUYỄN NGỌC HƢƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION Hg2+ VÀ Cd2+ CỦA TRO BAY KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hoá Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học GS.TS THÁI HOÀNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đề tài "Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay" đƣợc hoàn thành Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến GS TS Thái Hoàng, ngƣời Thầy hƣớng dẫn tận tình quý báu suốt trình xây dựng hoàn thiện luận khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới ThS Nguyễn Thúy Chinh cô, chú, anh chị Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý khoa học, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học, Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2, nơi em đƣợc đào tạo hoàn thành khóa luân tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè tạo điều kiện giúp đỡ động viên em trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2015 Tác giả khóa luận Nguyễn Ngọc Hƣơng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tro bay 1.1.1 Giới thiệu tro bay 1.1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ tro bay giới Việt Nam 1.1.3 Thành phần, đặc điểm cấu trúc tro bay 1.1.4 Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay 10 1.2 Thủy ngân 12 1.2.1 Nguồn gốc phân bố thủy ngân 12 1.2.2 Ứng dụng thủy ngân 13 1.2.3 Ảnh hƣởng thủy ngân tới sức khỏe ngƣời 14 1.3 Cadimi 15 1.3.1 Nguồn gốc phân bố cadimi 15 1.3.2 Ứng dụng cadimi 16 1.3.3 Ảnh hƣởng cadimi tới sức khỏe ngƣời 16 1.4 Nghiên cứu hấp phụ thủy ngân cadimi Việt Nam giới… 17 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 18 2.1 Nguyên liệu hóa chất 18 2.2 Thiết bị nghiên cứu dụng cụ 18 2.3 Xử lý tro bay dung dịch NaOH H2SO4 18 2.3.1 Xử lý tro bay dung dịch NaOH 18 2.3.2 Xử lý tro bay dung dịch H2SO4 18 2.4 Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng tro bay chƣa xử lý xử lý 19 2.4.1 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 19 2.4.2 Phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện quét (SEM) 19 2.4.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 20 2.4.4 Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ UV-VIS: 20 2.4.5 Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) 21 2.5 Xác định khả hấp phụ Hg2+ Cd2+ tro bay chƣa xử lý xử lý 22 2.5.1 Xác định khả hấp phụ Hg2+ tro bay chƣa xử lý xử lý 22 2.5.1.1 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Hg2+ 22 2.5.1.2 Quy trình hấp phụ Hg2+ tro bay chƣa xử lý 22 2.5.1.3 Quy trình hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý H2SO4 23 2.5.1.4 Quy trình hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH 23 2.5.2 Xác định khả hấp phụ Cd2+ tro bay chƣa xử lý xử lý 23 2.5.2.1 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 23 2.5.2.2 Quy trình hấp phụ Cd2+ tro bay chƣa xử lý 23 2.5.2.3 Quy trình hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý H2SO4 24 2.5.2.4 Quy trình hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH 24 2.5.3 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+, Cd2+ tro bay 24 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Một số đặc trƣng tro bay chƣa xử lý xử lý 25 3.1.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) tro bay chƣa xử lý xử lý 25 3.1.2 Hình thái cấu trúc của tro bay chƣa xử lý xử lý 26 3.1.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của tro bay chƣa xử lý xử lý 28 3.1.4 Diện tích bề mặt riêng (BET) tro bay chƣa xử lý xử lý 29 3.2.Khảo sát hấp phụ ion Hg2+, Cd2+ tro bay 32 3.2.1 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Hg2+ 32 3.2.2 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 33 3.2.3 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay chƣa xử lý 34 3.2.4 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý H2SO4 34 3.2.5 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH 35 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu ion đến hiệu suất hấp phụ Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 36 3.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu ion Hg2+ đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 36 3.3.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu ion Cd2+ đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH=13 37 3.4 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Hg Cd tro bay xử lý NaOH pH= 13 38 3.4.1 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 38 3.4.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 39 3.5 Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH=13 40 3.5.1 Đƣờng động học hấp phụ Hg2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich 40 3.5.2 Đƣờng động học hấp phụ Cd2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich 42 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Bảng 1: Ứng dụng tro bay phế thải (năm 2001) Hình 1: Sơ đồ nguyên lý tuyển tro bay Phả Lại Hình 2: (A) (B) dạng hình cầu dạng bất thường hạt tro bay Bảng 2: Hàm lượng (%) hợp chất chủ yếu tro bay loại C loại F Bảng 3: Hàm lượng tính chất tro bay loại C loại F Bảng 4: Thành phần hoá học tính chất vật lý số tro bay Hình 3: Thi công bê tông đầm lăn công trình thủy điện Sơn La 10 Hình 4: Sử dụng tro bay thi công nhà Quốc hội 11 Hình 5: Quặng thủy ngân 12 Hình 6: Nhiệt kế 13 Hình 7: Máy đo huyết áp thủy ngân .13 Hình 8: Cadimi 15 Hình 9: Máy ghi phổ hồng ngoại NEXUS 670 (Mỹ) 19 Hình 10: Máy hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) S-4800 19 Hình 11: Thiết bị nhiễu xạ tia X 20 Hình 12: Máy đo phổ hấp thụ UV – VIS 21 Hình 13: Phổ hồng ngoại tro bay chưa xử lý xử lý 25 Bảng 5:Một số dao động nhóm nguyên tử đặc trưng tro bay 25 Hình 14: Ảnh hiển vi điện tử quét ( SEM) tro bay chưa xử lý(độ khuếch đại 10000 lần) 27 Hình 15: Ảnh hiển vi điện tử quét ( SEM) tro bay xử lý H2SO4(độ khuếch đại 10000 lần) 27 Hình 17: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) tro bay xử lý NaOH 28 Hình 18: Giản đồ XRD tro bay chưa xử lý (a), tro bay xử lý H2SO4 (b)29 Hình 19: Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt BET tro bay chưa xử lý (A) 30 Hình 20: Sự phân bố kích thước lỗ xốp mẫu tro bay 31 Bảng 6: Kết đo diện tích bề mặt riêng thể tích lỗ xốp mẫu tro bay 31 Bảng 7: Độ hấp thụ quang dung dịch chứa ion Hg2+ theo nồng độ 32 Hình 21: Đường chuẩn xác định nồng độ Hg2+ 33 Bảng 8: Độ hấp thụ quang dung dịch chứa ion Cd2+ theo nồng độ 33 Bảng 9:Ảnh hưởng nồng đầu Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13)đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Hg2+ .36 Hình 22: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 34 Hình 23: Ảnh hưởng nồng đầu Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13)đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Hg2+ 36 Bảng 10: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 37 Hình 24: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 38 Bảng 11: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 38 Hình 25: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 39 Bảng 12: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 39 Hình 26: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 40 Bảng 13: Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 40 Hình 27: Đường động học hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình langmuir 41 Hình 28: Đường động học hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Freundlich 41 Bảng 14: Các thông số mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho trình hấp phụ Hg2+ 42 Bảng 15: Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 42 Hình 29: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Langmuir 43 Hình 30: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Freundlich 43 Bảng 16: Các thông số động học theo cá mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho trình hấp phụ Cd2+ 44 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hàng năm, ngành công nghiệp lƣợng nƣớc giới thải 400 triệu tro bay, phần lớn từ nhà máy nhiệt điện than Cho đến nay, nƣớc phát triển, lƣợng chất thải rắn đƣợc tái sử dụng ít, chủ yếu thải môi trƣờng [22] Ở nƣớc ta, năm 2015 dự kiến nhà máy nhiệt điện thải khối lƣợng tro xỉ khoảng 12,8 triệu tấn, đến năm 2020 khoảng 25,4 triệu đến năm 2030 khoảng 38,3 triệu Phần lớn lƣợng tro bay thải nằm bãi chứa làm diện tích gây ô nhiễm môi trƣờng Sử dụng tro bay bắt đầu lĩnh vực sản xuất chất kết dính bê tông xây dựng với khối lƣợng hạn chế Việc nghiên cứu phát triển hƣớng ứng dụng khác tro bay đƣợc nhà khoa học quan tâm, đặc biệt hƣớng ứng dụng làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng nƣớc thải[19] Kim loại nặng chất ô nhiễm nƣớc đặc biệt nguy hiểm sức khỏe ngƣời khả tích tụ sinh học Trong số đó, ion Hg (II) Cd (II) có độc tính thuộc hàng cao Thuỷ ngân có khả phản ứng với axit amin chứa lƣu huỳnh, hemoglobin, abumin; có khả liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lƣợng kali, thay đổi cân axit bazơ mô, làm thiếu hụt lƣợng cung cấp cho tế bào thần kinh.Cađimi xâm nhập vào thể đƣợc tích tụ thận xƣơng; gây nhiễu hoạt động số enzim, gây tăng huyết áp, ung thƣ phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức thận, phá huỷ tuỷ xƣơng, gây ảnh hƣởng đến nội tiết, máu, tim mạch Từ yếu tố cho thấy việc nghiên cứu hấp phụ xử lý ion kim loại nặng Hg2+ Cd2+ nƣớc cần thiết.Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay” Mục đích nghiên cứu Tro bay sau xử lý dung dịch axit kiềm có khả hấp phụ đƣợc ion kim loại Hg2+ Cd2+ Nhiệm vụ nghiên cứu - Xử lý tro bay dung dịch NaOH H2SO4 - Nghiên cứu đặc trƣng tro bay sau xử lý - Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) - Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ UV-VIS - Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X - Phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện quét (SEM) - Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) Từ kết thu đƣợc bảng 8, dựa vào phần mềm Excel, xây dựng đƣợc phƣơng trình đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+theo mật độ quang y = 19,317x + 0,299 Độ hấp thụ quang vớiR2= 0,9983 x nồng độ Cd2+ (g/l) y mật độ quang A (hình 22) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 y = 19.31x + 0.299 R² = 0.998 0.01 0.02 0.03 Nồng độ Hình 22: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+ 3.2.3 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay chƣa xử lý  Sự hấp phụ Hg2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 150 135,40 0,30 0,10 9,73% 4,83  Sự hấp phụ Cd2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 69 57,20 0,30 0,10 17,10% 3,93 3.2.4 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý H2SO4  Sự hấp phụ Hg2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 150 123,10 0,30 0,10 17,93% 8,96 34  Sự hấp phụ Cd2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 69 54,28 0,30 0,01 21,33% 4,91 3.2.5 Khảo sát hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH  Sự hấp phụ Hg2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 150 63,09 0,30 0,10 57,94% 28,97  Sự hấp phụ Cd2+ Co (mg/l) C1 (mg/l) m (g) V (l) H (%) Q (mg/g) 69 25,20 0,30 0,10 63,48% 14,60 Trong đó: C0: Nồng độ ion kim loại ban đầu (mg/l) C1: Nồng độ ion kim loại thời điểm hấp phụ đạt cân (mg/l) m: Khối lƣợng tro bay (g) V: Thể tích dung dịch ion kim loại (l) H: Hiệu suất hấp phụ (%) Q: Dung lƣợng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) Các kết thu đƣợc thấy hiệu suất hấp phụ ion Hg2+, Cd2+của tro bay chƣa xử lý tro bay xử lý axit H2SO4 thấp dƣới 20%, hiệu suất hấp phụcác ion tro bay xử lý NaOH lớn hơn;57,94– 63,48% tƣơng ứng với hấp phụ Hg2+ Cd2+ Như vậy, sử dụng tro bay xử lý NaOH để làm vật liệu hấp phụ Hg2+ Cd2+ thích hợp 35 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu ion đến hiệu suất hấp phụ Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 3.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầucủa ion Hg2+đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 Bảng hình 23 trình bày dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) thay đổi nồng độ ban đầu Hg2+ Bảng 9: Ảnh hưởng nồng đầu Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13)đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Hg2+ C1 (mg/l) Q(mg/g) H (%) 132,00 55,24 25,59 58,15 150,00 63,09 28,97 57,94 160,00 68,89 30,37 56,94 165,00 73,51 30,50 55,45 170,00 79,27 30,24 53,37 176,00 83,87 30,71 52,35 59.00 58.00 57.00 56.00 55.00 54.00 53.00 52.00 51.00 50.00 32.00 30.00 28.00 26.00 24.00 22.00 Dung lƣợng (mg/g) Hiệu suất (%) C0 (mg/l) 20.00 120 140 160 180 Nồng độ (mg/l) H Hình 23: Ảnh hưởng nồng đầu Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13)đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Hg2+ 36 Từ kết bảng hình 23, thấy nồng độ ban đầu Hg2+tăng hiệu suất hấp phụ Hg2+giảm dần Mặt khác, nồng độ ban đầucủa Hg2+tăng dung lƣợng hấp phụ tro bay tăng dung lƣợng hấp phụ Hg2+gần nhƣ không đổi khoảng nồng độ ban đầu 160-180 (mg/l) 3.3.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu ion Cd2+ đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH=13 Dung lƣợng hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) thay đổi nồng độ ban đầu Cd2+ đƣợc trình bày bảng 10 hình 24 Bảng 10: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) C0 (mg/l) C1 (mg/l) Q (mg/g) H (%) 56,00 20,10 11,97 64,11 62,00 22,40 13,20 63,87 69,00 25,20 14,60 63,48 80,00 32,08 15,97 59,90 98,00 45,50 17,50 53,57 114,00 62,00 17,33 45,61 121,00 69,00 17,33 42,98 Quan sát bảng 10và hình 24 ta thấy, nồng độ đầu Cd2+ tăng hiệu suất hấp phụ giảm Mặt khác, nồng độ đầu Cd2+ tăng dung lƣợng hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH tăng tăng chậm từ khoảng nồng độ 110 (mg/l) trở 37 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 40 90 Dung lƣợng (mg/g) HIiệu suất (%) 70.00 65.00 60.00 55.00 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 140 Nồng độ (mg/l) H Q Hình 24: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) 3.4 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Hg Cd tro bay xử lý NaOH pH= 13 3.4.1 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 Bảng 11 hình 25 đƣa số liệu ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 Bảng 11: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Thời gian (phút) C0 (mg/l) C1 (mg/l) H(%) 20 150,00 130,00 13,33 40 150,00 123,00 18,00 60 150,00 112,00 25,33 80 150,00 76,56 48,96 100 150,00 68,89 54,07 120 150,00 65,33 56,45 150 150,00 63,09 57,94 38 Hiệu suất (%) 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 50 100 150 200 Thời gian (phút) Hình 25: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Từ hình 25 bảng 11, rõ ràng hiệu suất hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 tăng dần theo thời gian Trong khoảng thời gian từ 20 đến 80 phút, hiệu suất hấp phụ Hg2+ tăng mạnh từ 13 đến 50 %, sau hiệu suất hấp phụ Hg2+ tăng nhẹ gần nhƣ không đổi 54% từ 80 phút trở 3.4.2.Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến khả hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH= 13 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hiệu suất hấp phụ Cd2+của tro bay xử lý NaOH pH =13 đƣợc trình bày bảng 12 hình 26 Bảng 12: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Thời gian (phút) C0 (mg/l) C1 (mg/l) H(%) 20,00 62,00 55,40 10,65 40,00 62,00 45,00 27,42 60,00 62,00 30,10 51,45 80,00 62,00 25,57 58,76 100,00 62,00 23,32 62,39 120,00 62,00 23,40 62,26 150,00 62,00 22,40 63,87 39 HIệu suất (%) 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 50 100 150 200 Thời gian (phút) Hình 26: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Kết bảng 12 hình 26, cho thấy hiệu suất hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH=13 tăng dần theo thời gian tăng nhiều từ 20 đến 60 phút sau tăng nhẹ gần nhƣ không đổi 62% từ phút thứ 100 trở 3.5 Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý NaOH pH=13 3.5.1 Đƣờng động học hấp phụ Hg2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụLangmuir Freundlich Bảng 13: Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) C0 (mg/l) C1 (mg/l) Q (mg/g) (100×C1)/Q (g/l) Log C1 Log Q H (%) 132,00 55,24 25,59 215,89 1,74 1,41 58,15 150,00 63,09 28,97 217,78 1,80 1,46 57,94 160,00 68,89 30,37 226,84 1,84 1,48 56,94 165,00 73,51 30,50 241,04 1,87 1,48 55,45 170,00 79,27 30,24 262,11 1,90 1,48 53,37 176,00 83,87 30,71 273,10 1,92 1,49 52,35 40 Bảng 13 đƣa thông số ảnh hƣởng nồng độ đến dung lƣợng hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Từ kết bảng 13, xây dựng đƣờng động học hấp phụ Hg2+ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich (hình 27 hình 28) (100× C1)/Q (g/l) 190.00 170.00 150.00 y = 1.434x + 58.32 R² = 0.906 130.00 110.00 90.00 50 60 70 80 90 C1 (mg/l) Hình 27: Đường động học hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình langmuir 1.68 Log Q 1.66 1.64 1.62 1.60 y = 0.400x + 0.905 R² = 0.766 1.58 1.56 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 Log C1 Hình 28: Đường động học hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Freundlich Các thông số động học hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich đƣợc thống kê bảng 14 41 Bảng 14: Các thông số mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho trình hấp phụ Hg2+ Langmuir Freundlich Hệ số Giá trị Hệ số Giá trị Q 46,51 n 2,49 Kl 0,025 KF 5,36 R2 0,9067 R2 0,7666 Từ kết bảng 14có thể thấy hệ số R2 trình hấp phụ ion Hg2+ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir lớn so với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Nhƣ vậy, coi hấp phụ Hg2+ tro bay xử lý NaOH (pH=13) tuân theo phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir mà không tuân theo phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freudlich Giá trị R2  cho thấy kết thực nghiệm tƣơng đối phù hợp với lý thuyết hấp phụ đơn lớp phƣơng trình Langmuir 3.5.2 Đƣờng động học hấp phụ Cd2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich Tƣơng tự, tiến hành nghiên cứu động học hấp phụ Cd2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich Bảng 15: Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) C0 (mg/l) C1 (mg/l) Q (mg/g) (100×C1)/Q (g/l) Log C1 Log Q H (%) 56,00 20,10 11,97 167,97 1,30 1,08 64,11 62,00 22,40 13,20 169,70 1,35 1,12 63,87 69,00 25,20 14,60 172,60 1,40 1,16 63,48 80,00 32,08 15,97 200,83 1,51 1,20 59,90 98,00 45,50 17,50 260,00 1,66 1,24 53,57 114,00 62,00 17,33 357,69 1,79 1,24 45,61 121,00 69,00 17,33 398,08 1,84 1,24 42,98 42 Bảng 15 trình bày thông số ảnh hƣởng nồng độ đến dung lƣợng hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) Dựa thông số bảng 15, xây dựng phƣơng trình động học hấp phụ cho Cd2+ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich (hình 29 30) 300.00 (100× C1)/Q 250.00 200.00 150.00 100.00 y = 3.214x + 37.59 R² = 0.987 50.00 0.00 20 40 60 80 C1 Hình 29: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Langmuir 1.45 1.40 Log Q 1.35 1.30 y = 0.274x + 0.934 R² = 0.821 1.25 1.20 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 Log C1 Hình 30: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình Freundlich Các thông số động học hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý NaOH (pH= 13) theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich đƣợc thống kê bảng 16 43 Bảng 16: Các thông số động học theo cá mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho trình hấp phụ Cd2+ Langmuir Freundlich Hệ số Giá trị Hệ số Giá trị Q 20,74 n 3,64 Kl 0,08 KF 5,74 R2 0,9871 R2 0,8211 Từ kết bảng 16, thấy hệ số R2 trình hấp phụ ion Cd2+ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir lớn so với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Nhƣ vậy, coi hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH (pH=13) tuân theo phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir mà không tuân theo phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freudlich Giá trị R2  cho thấy kết thực nghiệm tƣơng đối phù hợp với lý thuyết hấp phụ đơn lớp phƣơng trình Langmuir 44 KẾT LUẬN Sau xử lý dung dịch NaOH, diện tích bề mặt riêng BET thể tích lỗ xốp nhỏ (micrope) tro bay tăng Tro bay xử lý dung dịch NaOH có hiệu suất hấp phụ ion Hg2+ ion Cd2+ lớn nhiều so với tro bay xử lý dung dịch H2SO4 tro bay chƣa xử lý Nồng độ ban đầu thời gian tiếp xúc ảnh hƣởng đáng kể đến dung lƣợng hiệu suất hấp phụ ion Hg2+ ion Cd2+ tro bay sau xử lý dung dịch NaOH (pH= 13) Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thích hợp với hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử lý dung dịch NaOH (hệ số tƣơng quan phƣơng trình hồi quy R2 ≈ 1) 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Phạm Văn Cử (2012),“Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ thủy ngân”, luận văn thạc sĩ ngành Hóa môi trƣờng, Hà Nội Đàm Hiếu Đoán, Kiều Cao Thăng, Nguyễn Quỳnh Anh, Trần Văn Trạch, Trịnh Đình Kiên (2006),Tuyển tro xỉ Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Công nghiệp mỏ, số 1, 37-38, 45 Hoàng Trọng Minh(2007), “Dự án nhà máy chế biến tro bay nhiệt điện”, Tạp chí Hoạt động khoa học công nghệ, số 4, 29-31 Nguyễn Văn Nội (2005),“Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro bay để xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ ba ngành hoá học, Hà Nội, tháng 12, 185-188 Nguyễn Nhƣ Quý (2007),“Nghiên cứu ảnh hƣởng phụ gia mịn bột đá vôi tro bay nhiệt điện đến tính chất hỗn hợp bê tông bơm”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Số 1, 3-5 KS Dƣơng Khánh Toàn (2010),Ứng dụng phụ gia Pugolan, Tro bay làm phụ gia bê tông xây dựng đập thủy điện Việt Nam “Tro xỉ than: nguyên liệu quý sản xuất vật liệu xây dựng”,Tạp chí Đồ chơi số (2007) Tiếng anh C Alkan, M Arslan, M Cici, M Kaya, M Aksoy (1995),A study on the production of a new material from fly ash and polyethylene, Resources, Conservation and Recycling, Vol 13 (3-4), 147-154 Chusid, Michael; Miller, Steve; & Rapoport, Julie (2009),"The Building Brick of Sustainability", The Construction Specifier 10 Duxson, P.; Provis (2000), "FAQs - Fly Ash Bricks - Puzzolana Green Fly-Ash bricks",Fly Ash Bricks Delhi 46 11 Halstead,W (1986) "Use of Fly Ash in Concrete",National Cooperative Highway Research Project 127 12 Lide, D R., ed (2005), "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds",CRC Handbook of Chemistry and Physics 13 M Sarkar, K.P Acharya (2006), Waste Management, 26, 559-570 14 Nogawa, Koji; Kobayashi, E; Okubo, Y; Suwazono, Y (2004), "Environmental cadmium exposure, adverse effects, and preventative measures in Japan",Biometals17 (5): 581–587 15 Nguyen Van Noi, Tran Dinh Trinh, Trinh Thang Thuy, Nguyen Quang Trong (2005), “Synthesis of zeolites from coal fly ash and their uptake properties of zinc and nickel ions”, The 2nd International Symposium on Advanced Materials in AsiaPacific Rim, Hanoi, April 1-4, 106-108 16 Osvaldo Karnitz Jr, L.V.A Gurgel, J.C.P de Melo, V.R Botaro, T.M.S Melo, R.P.de Freitas Gil and L.F Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology, 98, 1291-1297 17 R.K.Gupta, R.A.Singh, S.S Dubey (2004), “Removal of mercury ions from aqueous solutions by composite of polyaniline with polystyrene, Separation and Purification”,Technology, Volume 38, Issue 3, pp 225-232 18 S.Ghosal, S A Self (1995), Particle size-density relation and cenosphere content of coal fly ash, Fuel, Vol 74 (4), 522-529 19 Shaobin Wang, Hongwei Wu (2006), “Environmental – benign utilisation of fly as low –cost adsorbents”, Journal of Hazardous Materials B136, 482 – 501 20 S.Wang, Y Boyjoo, and J Zhu (2005), Journals of Hazardour Materials, B126, 91-95 21 T.G.Winter (2003), “The Evaporation of a Drop of Mercury”, American Journal of Physics, 71, 783-786 47 22 V.M.Malhotra, P.S.Valimbe, M.A.Wright (2002), Fuel, 81, 235-244 23 “Managing Coal Combustion Residues in Mines”, Committee on Mine Placement of Coal Combustion Wastes, National Research Council of the National Academies, (2006) 24 Fly Ash Facts for Highway Engineers, Chapter - Fly Ash - An Engineering Material, (2001) 25 Geocities,Coal combustion by broducts (CCBs), (2005) 26 “Mercury as a Working Fluid”,Museum of Retro Technology 13 November (2008) 27 "Taum Sauk Reconstruction", Portland Cement Association Retrieved(2012) 28 Literature review of fly ash in aspects of solid-state chemistry of fly ash and ultramarine pigments, University of Pretoria, etd – Landman, AA, 14-37 (2003) 29 "Is fly ash an inferior building and structural material",Science in Dispute, (2003) 48 [...]... quy trình hấp phụ của tro bay chƣa xử lý với khối lƣợng tro bay đã xử lý bằng H2SO4 là 0,3g 2.5.2.4 Quy trình hấp phụ Cd2+ của tro bay xử lý bằng NaOH Tiến hành tƣơng tự nhƣ quy trình hấp phụ của tro bay chƣa xử lý với khối lƣợng tro bay đã xử lý bằng NaOH là 0,3g 2.5.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion Hg2+, Cd2+ của tro bay Dựa vào đƣờng chuẩn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ ion ta xác... năng lƣợng hấp phụ đối với lớp bị hấp phụ đầu tiên hay lien quan đến mức độ tƣơng tác của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ 21 Diện tích bề mặt riêng của tro bay sau xử lý đƣợc xác định trên thiết bị Micromeritics Tristar 3000, Khoa Hóa học, Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2.5 Xác định khả năng hấp phụ Hg2+ và Cd2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý 2.5.1 Xác định khả năng hấp phụ Hg2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử... nhƣ quy trình hấp phụ của tro bay chƣa xử lý với khối lƣợng tro bay đã xử lý bằng H2SO4 là 0,3g 2.5.1.4 Quy trình hấp phụ Hg2+ của tro bay xử lý bằng NaOH Tiến hành tƣơng tự nhƣ quy trình hấp phụ của tro bay chƣa xử lý với khối lƣợng tro bay đã xử lý bằng NaOH là 0,3g 2.5.2 Xác định khả năng hấp phụ Cd2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý 2.5.2.1 Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+ - Cân 0,017... nhiều Các chất mang đƣợc sử dụng trong những nghiên cứu này chủ yếu là mùn cƣa và các oxit kim loại R.K.Gupta và cộng sự (Ấn Độ) đã nghiên cứu hấp phụ ion thủy ngân trong nƣớc thải của vật liệu compozit chế tạo từpolyaniline và polystyrene [17] Các nghiên cứu này đã đƣa ra đƣợc những kết luận về khả năng hấp phụ các kim loại nặng: crom, asen, thủy ngân và sự phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ: pH của dung... dụng tro bay, tro bay còn đƣợc ứng dụng làm vật liệu kết dính trong xây dựng [5] và vật liệu xử lý môi trƣờng (hấp thụ các kim loại nặng và xử lý chất thải rắn) rất có triển vọng [4,15] 1.1.3 Thành phần, đặc điểm và cấu trúc của tro bay Thành phần hoá học của tro bay chủ yếu là hỗn hợp của các oxit vô cơ nhƣ SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O Hàm lƣợng cacbon trong tro bay nhỏ hơn 4 % Ngoài ra, trong... loại C (hàm lƣợng CaO và MgO cao, tới hơn 20 %) và tro bay loại F (hàm lƣợng CaO và MgO nhỏ hơn nhiều so với tro bay loại C) bảng 2 và bảng 3 [11, 19] 7 Bảng 2: Hàm lượng (%) các hợp chất chủ yếu trong tro bay loại C và loại F Hợp chất Tro bay loại F Tro bay loại C SiO2 55 40 Al203 26 17 Fe2O3 7 6 CaO (Lime) 9 24 MgO 2 5 SO3 1 3 Bảng 3: Hàm lượng và tính chất của tro bay loại C và loại F (Thành phần... Nồng độ ion kim loại tại thời điểm hấp phụ đạt cân bằng (mg/l) V: Thể tích dung dịch ion kim loại (l) m: Khối lƣợng tro bay (g) 24 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.Một số đặc trƣng của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý 3.1.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý Quan sát hình 13 ta thấy phổ hồng ngoại của tro bay chƣa xử lý ,tro bay xử lý bằng H2SO4 và tro bay xử lý... mặt của các hạt tro bay sau xử lý bằng NaOH ở độ khuếch đại 50000 lần trên hình 17 Hình 17: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tro bay xử lý bằng NaOH (độ khuếch đại 50000 lần) 3.1.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý Giản đồ XRD của tro bay chƣa xử lý và tro bay xử lý bằng dung dịch H2SO4 và dung dịch NaOH đƣợc trình bày trên hình 18 Có thể thấy, giản đồ XRD của tro bay. .. trong tro bay còn có vết của một số kim loại nặng nhƣ Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, một lƣợng nhỏ nhóm OH ở bề mặt và amonia [28, 18] Tro bay có dạng hình cầu (hình 2) và có các màu ghi, ghi sáng hoặc trắng mờ Kích thƣớc hạt trong khoảng 10-350 m Trong đó, ba phần tƣ tro bay có kích thƣớc hạt nhỏ hơn 45 m [23] A B Hình 2: (A) và (B) là dạng hình cầu và dạng bất thường của hạt tro bay Có 2 loại tro bay là tro bay. .. trúc của của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý Các hình 14 và 15 trình bày ảnh FESEM của các mẫu tro bay chƣa xử lý và đã xử lý bằng H2SO4ở độ khuếch đại 10000 lần Rõ ràng là các hạt tro bay trƣớc và sau xử lý đều có dạng hình cầu, kích thƣớc từ 1- 5 m Tro bay chƣa xử lý có bề mặt khá trơn, nhẵn (hình 14) Sau khi xử lý bằng axit H2SO4 các kết quả phân tích FESEM không cho thấy sự khác biệt với với tro bay ... kiềm có khả hấp phụ đƣợc ion kim loại Hg2+ Cd2+ Nhiệm vụ nghiên cứu - Xử lý tro bay dung dịch NaOH H2SO4 - Nghiên cứu đặc trƣng tro bay sau xử lý - Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay xử... cho thấy việc nghiên cứu hấp phụ xử lý ion kim loại nặng Hg2+ Cd2+ nƣớc cần thiết.Vì vậy, em lựa chọn đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+ Cd2+ tro bay Mục đích nghiên cứu Tro bay sau xử lý... tro bay chƣa xử lý 23 2.5.2.3 Quy trình hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý H2SO4 24 2.5.2.4 Quy trình hấp phụ Cd2+ tro bay xử lý NaOH 24 2.5.3 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Hg2+, Cd2+ tro bay