Đang tải... (xem toàn văn)
Nước ta đã và đang trong thời kỳ đổi mới với những tăng trưởng vượt bậc của nền kinh tế Công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ngày càng được đẩy mạnh cùng với sự ra đời của của các vùng kinh tế trọng điểm, các khu công nghiệp mới ...điều đó từng bước xoá đi hình ảnh về một đất nước với nền kinh tế nông nghiệp lạc hậu, chậm phát triển. Tuy nhiên, một trong những mặt trái của sự phát triển nhanh chóng về kinh tế là sự gia tăng các vấn đề về ô nhiễm môi trường .
Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Đề Tài Hóa Lý: TRAO ĐỔI ION-ỨNG DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC MẶN VÀ LOẠI BỎ KIM LOẠI NẶNG GVHD: ThS Huỳnh Tấn Nhựt Sinh Viên Thực Hiện :Nhóm TP.Hồ Chí Minh 04/2016 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Danh sách Nhóm : ST T 10 Họ Tên Trần Minh Tài MSSV Điểm Thành Viên 13163077 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài Nước ta thời kỳ đổi với tăng trưởng vượt bậc kinh tế Công công nghiệp hoá, đại hoá đất nước ngày đẩy mạnh với đời của vùng kinh tế trọng điểm, khu công nghiệp điều bước xoá hình ảnh đất nước với kinh tế nông nghiệp lạc hậu, chậm phát triển Tuy nhiên, mặt trái phát triển nhanh chóng kinh tế gia tăng vấn đề ô nhiễm môi trường Đi kèm với vấn đề ô nhiễm không khí, chất thải rắn, đất ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước Theo Liên hiệp quốc, có 2,6 triệu người toàn cầu không tiếp xúc với điều kiện vệ sinh gần tỷ người không dùng nước Cứ 20 giây lại có trẻ em tử vong bệnh liên quan đến tình trạng thiếu nước điều kiện vệ sinh phù hợp Một báo cáo gần Ngân hàng Thế giới ước tính, tới năm 2030, nhu cầu nguồn nước người vượt lượng cung tới 40% Nước nước dùng sinh hoạt ngày, phải không bị ô nhiễm nhiễm độc… Tuy 70% diện tích Trái Đất bao phủ nước có 2,5% nước giới nước ngọt, 97,5% đại dương Trong đó, 0,3% nước giới nằm sông, hồ; 30% nước ngầm, phần lại nằm sông băng, núi băng 70% lượng nước giới sử dụng cho nông nghiệp, 22% cho công nghiệp 8% phục vụ sinh hoạt Chính nguy thiếu nước dung cho sinh hoạt ản xuất, người nghĩ hàng loạt phương pháp nhắm tạo nguồn nước mới, cung cấp cho nhu cầu người, đầu nghiên cứu nhằm giải vần đề nghiên cứu tách muối khỏi nước mặn, nước lợ Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm tách kim loại nặng có nước ngầm để đảm bảo nguồn nước đạt tiêu chuẩn chất lượng nước dung cho sinh hoạt ăn uống 1.2 Mục Tiêu Nghiên Cứu Có nhiều phương pháp để xử lý nước, nhiên mục tiêu mà nhóm quan tâm tìm hiểu phương pháp Trao Đổi Ion hiệu việc xử lý nước mặn nước bị nhiễm kim lọai nặng 1.3 − • • • − Nội Dung Và Phạm Vi Nghiên Cứu Nội dung: Lý thuyết trình trao đổi ion Loại bỏ muối khỏi nước phương pháp trao đổi ion Loại bỏ kim loại nặng nước ngầm phương phám trao đổi ion Phạm vi: Nước cấp, Nước ngầm 1.4 Phương Pháp Nghiên Cứu • • • Tham khảo tài liệu Tiến hành thí nghiệm Nghiên cứu lý thuyết CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION 2.1 Cơ Sở Của Phương Pháp Trao Đổi Ion Giới thiệu : Phương pháp trao đổi ion sử dụng rộng rãi trình xử lý nước thải nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường sử dụng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại ion kim loại nặng ion kim loại khác có nước Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion sử dụng để loại khỏi nước kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…),các hợp chất asen, Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm photpho, xianua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị với độ làm nước cao − − Ưu điểm phương pháp triệt để xử lý có chọn lựa đối tượng Nhược điểm phương pháp chi phí đầu tư vận hành cao nên sử dụng cho công trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao Cơ sở phương pháp Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn.Trao đổi ion trình gồm phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục ; trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến Hình 1.Cơ chế trao đổi ion 2.2 Vật Liệu Trao Đổi Ion 2.2.1 Phân loại Vật liệu trao đổi ion loại tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vô hay hữu cơ, chúng coi nguồn tích trữ ion trao đổi với bên Trên bề mặt chất rắn tồn Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm nhóm chức, nhóm chức chứa hai thành phần tích điện nhóm chức cố định ion linh động trao đổi cấu trúc chúng mô tả sau Bảng Cấu trúc chất trao đổi ion Dạng chất trao đổi Mạng chất rắn Điện chức tích Cationit Anionit Lưỡng tính Vô cơ, hữu Vô cơ, hữu Vô cơ, hữu Âm Dương Âm, dương nhóm Ion linh động Dương Âm Âm,dương Các loại chất trao đổi ion yếu tích điện âm pH cao cationit vùng pH thấp anionit hai nhóm chức chúng tồn trạng thái không phân li, điện tích tổng hợp nhóm chức không Chất trao đổi ion lưỡng tính khác, vùng pH định chúng thể khả trao đổi anion hay cation, tồn trạng thái trung hòa điểm đẳng điện Loại cationit a b Vô : Tự nhiên : Zeolit, khoáng sét Tổng hợp: Zeolit tổng hợp, permutit, silicat tổng hợp Hữu : Tự nhiên : Than bùn,lignin, Than sulfon hóa Tổng hợp : Nhựa trao đổi ion sở phản ứng trùng ngưng, polime hóa Loại anionit a Vô Tự nhiên (dolomit, apatit,hydroxyl apatit) Tổng hợp (silicat kim loại nặng) b Hữu : Tổng hợp (nhựa trao đổi ion) 2.2.2 Một số vật liệu trao đổi Ion • Vật liệu trao đổi ion vô Chất trao đổi ion vô tự nhiên chủ yếu alumosilicat tinh thể, loại zeolit tự nhiên khoáng sét cầu trúc lớp Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Các loại zeolit tự nhiên annalcite, chabazite, hardmotome, heulandite, natrorolit, clinoptilolite đại diện họ chất Các loại zeolit có hệ mao quản rộng thuận lợi cho trình trao đổi ion Các ion trao đổi linh động, chuyển dịch tự hốc zeolit, thường nhiều loại Na+, Ca2+, K+, Mg2+ Dung lượng trao đổi chúng phụ thuộc vào cấu trúc zeolit (tỷ lệ SiO4/ AlO4), độ sản phẩm, nhìn chung ổn định Hình 3: Zeolite Khoáng sét cấu trúc lớp montmorilonit, vermiculite có tính trao đổi ion Các ion nằm lớp cấu trúc mạng, trình hdro hóa ion gây tính trương nở khoáng sét Dung lượng trao đổi ion khoáng sét thấp so với zeolit, nằm khoảng mdl/g Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình 1: Khoáng sét Glauconite khoáng sắt (II) alumosilicat chứa ion trao đổi kali Cấu trúc mạng chặt chẽ nên trình trao đổi ion diễn bề mặt bên Tuy nhiên trạng thái phân tán cao, dạng keo, khả trao đổi ion đáng kể Hình 2: Silicate Do nhiều hạn chế, vật liệu trao đổi ion vô sử dụng thay loại nhựa tổng hợp • Vật liệu trao đổi Ion than Rất nhiều loại than có tính trao đổi ion Các nhóm chức bề mặt than COOH, OH axit yếu có khả trao đổi H+ điều kiện thích hợp Tuy vật liệu dễ bị Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm kiềm phá hủy có xu hướng peptit hóa Vì trước sử dụng chúng cần “ổn định” thông qua biện pháp xử lí Than non, than lignin xử lí dung dịch muối đồng, muối crôm hay muối nhôm Một số loại than đá, than có độ cứng định xử lí với xút hay axit clohydic, sản phẩm tạo thành có độ bền hóa tốt Nhiều loại than than nâu, than đá tạo thành loại cationit cách hoạt hóa với axit sunfuric đặc, “gắn” vào bề mặt than nhóm chức sulfon SO 3, đồng thời tăng cường mật độ nhóm carbonxilic qua trình oxy hóa Quá trình hoạt hóa tỏa nhiệt lớn, kèm theo trình trương nở gây vỡ vụn, hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp Một giải pháp cải thiện tình trạng hoạy hóa hai giai đoạn: ban đầu với axit loãng axit đặc Về số phương diện than sulfon hóa giống với nhựa trao đổi ion: có nhóm chức cấu trúc gel, nhiên có thành phần hóa học không ổn định, độ bền học hóa hơn, đặc biệt dễ bị kiềm phá hủy Hình 4: Than hoạt tính 2.3 Nhựa Trao Đổi Ion Là polyme có khả trao đổi ion đặc biệt bên polymer với ion dung dịch truyền qua chúng Khả nhìn thấy hệ thống tự nhiên khác đất tế bào sống Vật liệu trao đổi ion tổng hợp sử dụng phổ biến nhựa polystyrene với nhóm sulphonate có khả trao đổi ion dương nhóm amine trao đổi Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm ion âm Các loại nhựa tổng hợp sử dụng chủ yếu để tinh nước, nhiều ứng dụng khác bao gồm việc phân tách yếu tố lẫn dung dịch Hình : Hạt nhựa ion Nhựa trao đổi ion gọi ionit ,các ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit, ngược lại ionit có khả hấp thu ion âm gọi anionit Còn ionit vừa có khả hấp thu cation ,vừa có khả hấp thu anion gọi ionit lưỡng tính 10 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Chuyển hóa muối trung tính thành bazơ mạnh tương ứng( NaCl, CaSO 4) hoạt động theo chu trình hydroxyt Dung dịch hoàn nguyên NaOH cho OH- NaCl cho ClSO42- + 2R-OH → R2SO4 + 2OH• Nhựa anion kiềm yếu( R-OH) Trao đổi axit khoáng tự HCl, H2SO4 thành nước không trao đổi với axit phân ly yếu H2CO3, H2SiO3 Dung dịch hoàn nguyên NaOH dung lượng trao đổi lớn 2.3.3 Tính chất Vật lý Nhựa trao đổi có cấu trúc vật lí khác nhau: dạng gel, dạng xốp lớn, dạng xốp đều, dạng bột mịn dạng từ tính Nhựa dạng gel loại sản xuất sớm nhất, nước phân bố đồng dạng polymer Nhựa bị trương nở điều kiện định có mặt nước mạng làm tăng khoảng cách chuỗi polymer − Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm Trong trình sử dụng nhựa , màu sắc nhựa hiệu lực thường thâm chút Hạt nhựa dùng xử lý nước thông thường có bề hạt nhựa styrene dạng gel, màu vàng suốt; hạt nhựa macroprous không suốt (hoặc trong); nhựa macroprous cation styrene màu vàng nhạt nâu xám nhạt, hạt nhựa macroprous anion styrene có màu trắng; nhựa acrylic màu trắng trắng sữa Nhựa macroprous styrene hình thái ion khác xảy tượng biến đổi màu sắc, ví dụ hạt nhựa 001x7 từ trạng thái tái sinh sang trạng thái hết tác dụng biến đổi từ màu đậm sang màu nhạt, từ trạng thái hết tác dụng sang trạng thái tái sinh màu sắc lại biến đổi từ nhạt sang đậm, trình − chuyển ngược Hình thái : nhựa trao đổi ion thường dạng hình cầu căng dạng tự để chống suy thoái vật lý − Độ nở : đem nhựa dạng keo ngâm vào nước ,thể tích biến đổi lớn − Độ ẩm : % khối lượng nước khối lượng nhựa dạng khô (độ ẩm khô) , dạng − − ướt (độ ẩm ướt) Tính chịu nhiệt : loại nhựa bị ảnh hưởng nhiệt độ có giới hạn định , vượt − giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50 oC Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện phụ thuộc vào dạng ion Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm − Tính chịu mài mòn : vận hành chất trao đổi ion cọ sát lẫn nở ngót , có khả dể vỡ vụn Đây tiêu ảnh hưởng đến tính thực dụng 12 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm − Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh làm cho nhựa bị lão hoá (trơ) Hình 7: ảnh minh họa hạt nhựa dạng hình cầu Hóa học − Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion Có phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi : Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g − Tổng dung lượng trao đổi ion: Chỉ tiêu biểu thị lượng gốc hoạt tính có chất trao đổi − Dung lượng trao đổi cân bằng: Biểu thị dung lượng trao đổi lớn chất trao đổi ion loại dung dịch định, số 13 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm − Dung lượng trao đổi làm việc: Dung lượng trao đổi xác định điều kiện vận hành thực tế Tính thuận nghịch phản ứng trao đổi ion: Phản ứng trao đổi ion phản ứng thuận nghịch Dựa tính chất người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên , thông qua chất trao đổi ion hiệu lực để khôi phục lại lực trao đổi Thí dụ : 2HR + Ca 2+ → CaR + 2H +( nhựa trao đổi) CaR + 2H+ →2HR + Ca 2+(hoàn nguyên) − Tính acid , kiềm : tính chất Cationit RH chất Anionit ROH ,giống chất điện giải − acid, kiềm Tính trung hoà thuỷ phân : tính trung hoà thuỷ phân chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường Tính chọn lựa chất trao đổi ion Ở hàm lượng ion thấp dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả trao đổi tăng hoá trị ion trao đổi tăng 2.3.4 Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi Ion − Nhựa sử dụng để trao đổi ion không dùng để lọc huyền phù ,chất keo nhũ màu Sự có mặt chất rút ngắn tuổi thọ nhựa − Loại bỏ chất hữu nhựa phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt − Sự có mặt khí hoà tan nước với lượng lớn gây nhiễu loạn hoạt động nhựa − Các chất oxy hoá mạnh Cl 2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa 2.4 Thứ Tự Ưu Tiên Khi Trao Đổi Khi Trao Đổi Ion Đối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) , Fe 3+>Al 3+> Ca 2+>Mg 2+ > K+>H+>Li+ Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+> Na+>Li+ 14 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) nhựa anionit kiềm yếu (WBA): Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường ion hoá trị ,khả trao đổi tăng số điện tử ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn).Ở hàm lượng ion cao ,khả trao đổi ion không khác nhiều 2.5 Cơ Chế Trao Đổi Ion Trao đổi ion xảy theo tỷ lệ tương đương phần lớn trường hợp phản ứng thuận nghịch Phản ứng trao đổi ion xảy hiệu số hoá học ion trao đổi Phương trình trao đổi tổng quát có dạng sau: A + RmB = mRA + B Hình 8: Sơ đồ biểu diễn bước trình trao đổi ion Cơ chế trao đổi ion xem gồm giai đoạn sau: Di chuyển ion A từ nhân dòng chất lỏng tới bề mặt lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion Khuếch tán lớp ion qua biên giới Chuyển ion qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi Khuếch tán ion A bên hạt nhựa trao đổi tới nhóm chức trao đổi ion Phản ứng hoá học trao đổi hai ion A B Khuếch tán ion B bên hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha 15 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Chuyển ion B qua biên giới phân pha bề mặt màng chất lỏng Khuếch tán ion B qua màng Khuếch tán ion B vào nhân dòng chất lỏng 10 Hình thành cặp ion Trong công nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp coi chất trao đổi ion vật chất có cấu tạo dạng keo Trên quan điểm ,nguời ta cho bề mặt cao phân tử chất trao đổi ion có nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo Ion lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ phân : lớp hấp phụ lớp khuếch tán Lớp ion có tính hoạt động tương đối bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên phận ion ngược dấu Cạnh lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả khuếch tán vào dung dịch nên gọi lớp khuếch tán Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, tác dụng sau diễn ra: • Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu lớp khuếch tán ion ngựoc dấu khác dung dịch trao đổi vị trí lẫn Nhưng trình trao đổi ion không giới hạn lớp khuếch tán ,do quan hệ cân động ,trong dung dịch có số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau trao đổi với ion ngược dấu lớp hấp phụ • Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại Từ , số ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp hấp phụ …, Phạm vi hoạt động lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho trình trao đổi ion Do cần ý nồng độ dung dịch hoàn nguyên lớn ,không nâng cao mà giảm thấp hiệu hoàn nguyên Tốc độ trình trao đổi ion 16 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Như trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc tốc độ trình, thành phần sau: − Khuếch tán ion từ pha lỏng đến bề mặt hạt rắn − Khuếch tán ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi − Trao đổi ion (tốc độ phản ứng ) − Khuếch tán ion thay bề mặt hạt rắn − Khuếch tán ion thay từ bề mặt hạt rắn vào dung dịch 2.6 Cân Bằng Trao Đổi Ion Cân trao đối ion xảy chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, ion trao đổi dung dịch nhựa trao đổi có chất khác Giả sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi A, ion trao đổi dung dịch B Qúa trình trao đổi ion diễn ra: -R A + B → -R B + A -R mạng polymer chứa nhóm chức Trong trạng thái cân ion trao đổi A, B có mặt dung dịch lẫn chất trao đổi ion Trao đổi ion trình thuận nghịch khó phân biệt cân tiệp cận từ phía nào, tức A trao đổi với B hay ngược lại Tuy nhiên phân bố A B hai pha trạng thái cân hai trường hợp miễn tổng nồng độ chúng hệ không thay đổi Tỉ lệ nồng độ hai ion pha khác 2.7 Cột Trao Đổi Ion Phần lớn trình trao đổi ion thực cột Một dung dịch chảy qua cột chứa hạt trao đổi ion Thành phần hoá học dung dịch thay đổi trao đổi ion hay trình hấp thu Thành phần dung dịch đầu thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào tính chất nhựa trao đổi (dạng ion, dung lượng, độ liên kết ngang,cỡ hạt…) ,thành phần đầu vào, điều kiện vận hành (tốc độ dòng, nhiệt độ,…) Một cột nhựa trao đổi sử dụng để loại bỏ ion không mong muốn từ dung dịch tiếp xúc để tích lũy loại khoáng chất có giá trị từ dung dịch mà sau phục hồi từ nhựa Quá trình trao đổi ion nghiên tắc tiến hành theo mẻ cách cho chất trao đổi ion dạng A tiếp xúc với dung dịch chứa ion cần trao đổi B Tuy nhiên hệ đạt cân B dư 17 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm lại dung dịch Để loại bỏ hết B, trình phải lặp lại nhiều lần sử dụng lượng chất trao đổi ion lớn nhiều lần thao tác với chất trao đổi ion Trong cột điều kiện thuận lợi nhiều Khi chuyển động cột, dung dịch tiếp xúc với lớp nhựa trao đổi hoàn toàn nằm dạng A nên hầu hết ion trao đổi dung dịch khỏi cột Vì trình trao đổi ion thực tiễn thường thực cột Khi cho dung dịch chảy qua khỏi cột chứa hạt trao đổi ion, thành phần hoá học dung dịch thay đổi trao đổi ion hay trình hấp thu 2.8 Tái Sinh Chất Trao Đổi Ion Tái sinh vật liệu trao đổi bao gồm ba bước: • Đẩy ngược • Sử dụng hóa chất tái sinh • Rửa Hình: tái sinh hạt nhựa Đẩy ngược đơn giản đảo ngược dòng chảy bình thường để rửa chất lơ lửng cột "làm cho ra" khỏi cột trao đổi, để phá vỡ khu vực bị khả trao đổi Điều thực trước đơn vị tái sinh Trong trình tái sinh, hóa chất sử dụng mặt cột loại bỏ thông qua đầu phía Rửa dấu vết cuối hóa chất tái sinh CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC 3.1 Ứng Dụng Của Quá Trình Trao Đổi Ion Trong Xử Lý Nước Nhiễm Mặn 18 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm 3.1.1 Lý Thuyết Của Quá Trình Khử Mặn Bản chất trình khử muối tách muối tự có nước biển nước lợ, với muối có dòng nước đầu vào trình khử muối nâng cao nồng độ dòng nước thải bỏ sau xử lý Xử Lý Nước Mặn Bằng Phương Pháp Trao Đổi Ion Khi sử dụng nhựa cation axit mạnh hệ thống khử kiềm, khử khoáng nước gốc ion di động gắn lên bề mặt hạt ion H+, nước chảy qua lớp nhựa tất cation muối hòa tan nước bị hấp thụ lên bề mặt cation nhựa cation nhả vào nước lượng tương đương cation hydro, muối hòa tan nước biến thành axit tương ứng: RH + Ca(HCO3)2 ↔ R2Ca + H2CO3 RH + CaCl2 ↔ R2Ca + HCl R RH + MgSO4 ↔ R2Mg + H2SO4 RH +NaCl ↔ RNa + HCl RH + Na2SO4 ↔ RNa + H2SO4 Cơ chế trao đổi ion nhựa cation nhựa anion 3.1.2 Thí Nghiệm Nghiên Cứu Khả Năng Khử Muối Của Hạt Nhựa Trao Đổi Ion Trong Nước Hóa chất thiết bị a Hóa chất: − NaOH 20% − HCl 10% − NaCl − Nước uống − Nhựa trao đổi ion: Cation C100H , Anion A400 ( xuất xứ Mỹ) Cation C100H 19 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Cấu trúc: Là hạt nhựa cao phân tử polystyrene liên kết Divinylbenzen − Nhóm hoạt tính: RH − Hình dạng bên ngoài: Hạt nhỏ, hình cầu, trong, màu vàng sậm − Phương diện học: hạt nguyên vẹn tối thiểu 95%, hạt bị nứt tối đa 5% − Dạng ion: H+ − Kích thước hạt: 0,1÷0.3 mm − Dung lượng tổng: 2gđl/l Anion A400 − Cấu trúc: Là hạt nhựa cao phân tử polystylene có độ xốp thô, liên kết Divinylbenzen − Nhóm hoạt tính: Nhóm R-Cl− Hình dạng bên ngoài: Hạt nhỏ hình cầu không suốt màu kem − Dạng ion: Cl− Kích thước hạt: Dải hạt 0,3-1,2mm − Dung lượng tổng: 1,3gđl/l − Thiết bị: − Bình nhựa 1,5 lít − Cân phân tích − Cột trao đổi ion Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm1: Đánh giá khả hấp thu muối hạt nhựa trạng thái cân − Pha mẫu: Cân mẫu muối NaCl mẫu 2g Pha loãng 2g muối với 1000ml nước uống − Bố trí thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm với mẫu dung dịch nồng độ muối 2g/l với khối lượng hạt nhựa cation anion 4g, 8g, 10g − Rữa hạt nhựa anion NaOH để hoàn nguyên gốc Cl- thành OH− Cho vào bình nhựa (1,5lít có van xả nước cuối bình ) lít nước muối khuấy với nồng độ 2g/l − Đo chiều cao tính thể tích cột nhựa cột nhựa (trừ phần chiều cao chống thấm) Lượng nhựa cation anion cho vào 3/4 chiều cao cột b 20 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm − − − Mô tả thí nghiệm: Nước muối với nồng độ thể tích pha sẵn chứa bình nhựa Mở van xả nước cho dung dịch chảy qua cột Cation, cân áp lực nước tiếp tục chảy qua cột Anion Điều chỉnh cho lượng nước chảy có đủ thời gian tiếp xúc với hạt nhựa Ở nơi thu mẫu, xã bỏ lượng nước đầu trình trao đổi chưa diễn hoàn toàn, Sau thời gian với khoảng thời gian cân khảo sát thí nghiệm mở van xã thu mẫu đem đo nồng độ muối So sánh hiệu xử lý hạt nhựa sau mẫu So sánh nồng độ muối lại mẫu với QCVN 02/BYT tiêu chuẩn nước dùng sinh hoạt a Thí nghiệm lần với khối lượng cation anion 4g: 21 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình Bố trí thí nghiệm lần Hình Kết thí nghiệm lần b Thí nghiệm lần với khối lượng cation anion 8g: 22 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình Bố trí thí nghiệm lần Hình Kết thí nghiệm lần b Thí nghiệm lần với khối lượng cation anion 10g: 23 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình Bố trí thí nghiệm lần Hình Kết thí nghiệm lần 24 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Hình Kết sau lần thí nghiệm Bảng 2: nồng độ muối đầu thời gian khả sát Mẫu − 3.2 Nồng độ đầu vào g/l Khối lương Chiều cao Thời gian Nồng độ đầu Hiệu cation lớp vật liệu lọc (phút) g/l suất xử anion lọc (cm) lý (%) 12 120 0,6 70 2 24 125 0,55 72.5 10 30 128 0,5 75 (Nguồn cung cấp phòng môi trường công ty Arysta Lifesience Việt Nam) Thí nghiệm hoàn nguyên hạt nhựa Rữa hạt nhựa bão hòa thí nghiệm 2: Hạt cation rữa dung dịch axit HCl 10% Hạt anion rữa dung dịch NaOH 20% Ứng Dụng Của Quá Trình Trao Đổi Ion Trong Xử Lý Kim Loại Nặng Trong Nước Ngầm 3.2.1 Các Kim Loại Nặng Trong Nước Ngầm Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 5g/cm Các kim loại nặng phổ biến thường thấy nước thải là: Zn, Cu, Pb, Hg, Cr, Ni, As, Cd Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn thành phần môi trường: đất, nước, không khí 25 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm Ở môi trường không khí, kim loại nặng thường tồn dạng dạng oxit kim loại bụi lơ lửng Các oxit kim loại phần lớn độc Chúng xâm nhập vào thể người động vật qua đường hô hấp gây nhiều bệnh tật cho thể Trong môi trường đất, kim loại nặng thường tồn dạng kim loại nguyên chất, khoáng kim loại muối sunfat kim loại, điều kiện thích hợp linh động sang dạng ion Dạng ion kim loại thực vật hấp thụ xâm nhập vào thể người động vật thông qua chuỗi thức ăn Trong môi trường nước, kim loại nặng thường tồn dạng ion phức chất.Ở điều kiện thích hợp, kim loại nặng chuyển hoá môi trường với Trong môi trường nước có khả nặng phát tán kim loại nặng xa rộng rãi Để xử lý kim loại nói chung kim loại nặng nói riêng nước thải có nhiều phương pháp nghiên cứu áp dụng Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng ứng dụng phạm vi, hoàn cảnh cụ thể Các phương pháp thông dụng kể bao gồm: • Phương pháp oxy hoá kết tủa hoá học • Phương pháp hấp phụ trao đổi ion • Phương pháp màng • Phương pháp điện hoá • Phương pháp sinh học 3.2.2 Quá Trình Loại Bỏ Kim Loại Nặng Trong Nước phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion ứng dụng để làm nước nước thải khỏi kim loại Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn hợp chất asen, photpho, xyanua chất phóng xạ CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26 [...]... TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC 3.1 Ứng Dụng Của Quá Trình Trao Đổi Ion Trong Xử Lý Nước Nhiễm Mặn 18 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm 1 3.1.1 Lý Thuyết Của Quá Trình Khử Mặn Bản chất của quá trình khử muối là tách các muối tự do có trong nước biển hoặc nước lợ, với các muối có trong dòng nước đầu vào của quá trình khử muối sẽ được nâng cao nồng độ của dòng nước thải bỏ sau xử lý Xử Lý Nước Mặn. .. đối ion xảy ra khi một chất trao đổi ion tiếp xúc với một dung dịch chất điện ly, ion trao đổi của dung dịch và trong nhựa trao đổi có bản chất khác nhau Giả sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi là A, ion trao đổi trong dung dịch là B Qúa trình trao đổi ion diễn ra: -R A + B → -R B + A -R là mạng polymer chứa nhóm chức Trong trạng thái cân bằng các ion trao đổi A, B có mặt cả trong dung dịch lẫn trong. .. Trao Đổi Ion Phần lớn quá trình trao đổi ion được thực hiện trong cột Một dung dịch chảy qua cột chứa hạt trao đổi ion Thành phần hoá học của dung dịch thay đổi do trao đổi ion hay quá trình hấp thu Thành phần của dung dịch đầu ra và sự thay đổi của nó theo thời gian phụ thuộc vào tính chất của nhựa trao đổi (dạng ion, dung lượng, độ liên kết ngang,cỡ hạt…) ,thành phần của đầu vào, và các điều kiện vận... kim loại được thực vật hấp thụ và xâm nhập vào cơ thể người và động vật thông qua chuỗi thức ăn Trong môi trường nước, các kim loại nặng thường tồn tại ở dạng ion hoặc phức chất.Ở những điều kiện thích hợp, kim loại nặng có thể chuyển hoá giữa 3 môi trường với nhau Trong 3 môi trường thì nước là có khả nặng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng rãi nhất Để xử lý kim loại nói chung và kim loại nặng. .. Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hoá học của các ion trao đổi Phương trình trao đổi tổng quát có dạng sau: A + RmB = mRA + B Hình 8: Sơ đồ biểu diễn các bước của quá trình trao đổi ion Cơ chế trao đổi ion có thể xem như gồm các giai đoạn sau: 1 Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion 2 Khuếch tán lớp ion qua các... trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá trình, thành phần sau: − Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn − Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi − Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng ) − Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn − Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch 2.6 Cân Bằng Trao Đổi Ion Cân bằng trao. .. trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường Tính chọn lựa của chất trao đổi ion Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng 2.3.4 Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi Ion − Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không dùng để lọc huyền phù ,chất keo và nhũ màu... Nghiệm Hóa Lý – Nhóm 1 Đối với nhựa Anionit kiềm mạnh (SBA) và nhựa anionit kiềm yếu (WBA): Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị ,khả năng trao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn).Ở hàm lượng ion cao ,khả năng trao đổi của các ion không khác nhau nhiều lắm 2.5 Cơ Chế Trao Đổi Ion Trao đổi ion xảy ra theo tỷ lệ tương đương và trong phần... • Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau Nhưng do quá trình trao đổi ion không giới hạn ở lớp khuếch tán ,do quan hệ cân bằng động ,trong dung dịch cũng có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ • Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối trong. .. Ngầm 3.2.1 Các Kim Loại Nặng Trong Nước Ngầm Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm 3 Các kim loại nặng phổ biến thường thấy trong nước thải là: Zn, Cu, Pb, Hg, Cr, Ni, As, Cd Trong tự nhiên, kim loại nặng có thể tồn tại trong cả 3 thành phần môi trường: đất, nước, không khí 25 Bài Thực Hành Thí Nghiệm Hóa Lý – Nhóm 1 Ở môi trường không khí, các kim loại nặng thường tồn