Nghiên cứu khả xử lý amoni nước nano MnO2 - FeOOH mang Laterit (đá ong biến tính) Nguyễn Thị Ngọc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; khoa Hóa học Chun ngành: Hóa mơi trường; Mã số: 60 44 41 Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Cơn Năm bảo vệ: 2011 Abstract Trình bày tổng quan về: trạng ô nhiễm cần thiết phải xử lí hợp chất chứa nitơ nước cấp (ô nhiễm hợp chất chứa nitơ nước cấp, tiêu chuẩn nồng độ hợp chất chứa nitơ nước cấp giới, nguyên nhân, tác hại hợp chất chứa nitơ thể người Việt Nam, nguồn gây ô nhiễm amoni); phương pháp tách loại amoni (phương pháp sinh học tách loại amoni, phương pháp hóa lý hóa học tách loại amoni); Laterite; giới thiệu chung công nghệ nano Giới thiệu ý tưởng, đối tượng, mục tiêu nghiên cứu danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu; phương pháp nghiên cứu: chế tạo vật liệu MnO2 mang laterit phương pháp ngâm phủ, chế tạo vật liệu MnO2 có kích thước nanomet mang laterit phương pháp ngâm phủ; phương pháp phân tích: xác định hàm lượng amoni phương pháp so màu với thuốc thử Nessler, hàm lượng Nitrit nước phương pháp so màu với thuốc thử Griss, xác định nitrat nước phương pháp so màu với thuốc thử Phenoldisunfonic, xác định nồng độ mangan (Mn2+) nước phương pháp Pesunphat Kết thảo luận: Chế tạo vật liệu VL1, VL2, khảo sát khả xử lý amoni vật liệu VL1 VL2 Khảo sát khả xử lý amoni vật liệu VL2 mơ hình động, số chế giả định cho q trình oxi hố Keywords Hóa học; Hóa học mơi trường; Ơ nghiễm nước; Xử lý amoni; Đá ong Content Do thực trạng hệ thống cấp - nước, xử lí nước cấp nước thải, chất thải rắn chưa đồng bộ, cộng thêm phát triển ngành công - nông nghiệp ngày tăng thời gian gần đây, chưa kể đến trình diễn tự nhiên, điều kiện địa chất - thủy văn phức tạp vùng châu thổ sông Hồng gây cho nguồn cấp nước - nguồn nước ngầm, nguy ô nhiễm ngày cao, có ô nhiễm hợp chất chứa nitơ Theo khảo sát nhà khoa học, phần lớn nước ngầm vùng đồng Bắc Bộ Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dương bị nhiễm bẩn amoni ( NH 4 ) nặng, vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Tại Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, xác suất nguồn nước ngầm nhiễm amoni nồng độ cao tiêu chuẩn khoảng 70 - 80% Theo tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống, dựa Quyết định số 1329 Bộ Y tế, nước sinh hoạt đạt chuẩn mức hàm lượng amoni 1,5 mg/L Trên thực tế, kết phân tích mẫu nước vượt tiêu cho phép, nhiều nơi cao từ 20 đến 30 lần Tầng nước ngầm (cách mặt đất từ 25m đến 40m) - nơi người dân khai thác cách đào giếng khoan - ô nhiễm nặng nhiều nơi Điển hình xã Pháp Vân có hàm lượng amoni 31,6 mg/L, phường Tương Mai có hàm lượng amoni 13,5 mg/L, phường Trung Hòa, xã Tây Mỗ, xã Trung Văn có trạng tương tự Nguy hại hơn, mức ô nhiễm tăng dần theo thời gian Trong năm 2002, xã Yên Sở, hàm lượng amoni 37,2 mg/L, tăng lên 45,2 mg/L; phường Bách Khoa, mức nhiễm từ 9,4 mg/L, tăng lên 14,7 mg/L; có nơi chưa bị nhiễm amoni, song vượt tiêu chuẩn cho phép Long Biên, Tây Mỗ, Đông Ngạc Hiện nay, đồ nguồn nước nhiễm bẩn lan rộng toàn thành phố Tầng nước ngầm (cách mặt đất từ 45m đến 60m) nguồn cung cấp cho nhà máy bị nhiễm bẩn Đề tài "Nghiên cứu xử lý nước ngầm nhiễm bẩn amoni" Sở Giao thơng Cơng Hà Nội nghiệm thu năm 2010 cho thấy: "Do cấu trúc địa chất, nước ngầm, nhà máy nước Pháp Vân, Hạ Đình, Tương Mai có hàm lượng sắt amoni ( NH 4 ) vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều Tại nhà máy Tương Mai, hàm lượng NH 4 – 12 mg/L, có lên tới 18 mg/L; Hạ Đình, hàm lượng NH4+ 12 – 20 mg/L, có lên tới 25 mg/L; Pháp Vân, hàm lượng NH4+ 15 – 30 mg/L, có lên tới 40 mg/L [1, 2, 3] Hiện vấn đề nước sinh hoạt bị nhiễm amoni vấn đề nhiều nhà khoa học quan tâm Để tìm phương pháp xử lý amoni hiệu phù hợp áp dụng cho xử lý nước ăn uống, sinh hoạt vấn đề cấp thiết Từ số kết thực nghiệm cho thấy MnO2 điều kiện định oxi hóa phần NH4+ thành N2, NO2- NO3- Như MnO2 kích thước nanomet khả oxi hóa NH4+ cao Với kỳ vọng cấu trúc chưa hồn chỉnh MnO2 kích thước nanomet sử dụng vật liệu MnO2 mang laterit để xử lý amoni nước Nếu nghiên cứu đem lại kết tốt vật liệu thực có ý nghĩa xử lý nước cấp bị nhiễm vừa xử lý số kim loại nặng nước lại vừa xử lý amoni nước Đầu tiên, tạo vật liệu MnO2 mang laterit biến tính nhiệt (VL1) MnO2 có kích thước nanomet mang laterit biến tính nhiệt (VL2) Để chứng minh MnO2 thực có kích thước nanomet chúng tơi tiến hành chụp ảnh SEM để khảo sát cấu trúc vật liệu Sau điều chế thành công hai loại vật liệu chứng minh vật liệu VL2 thực có MnO2 kích thước nanomet mang laterit, sử dụng hai loại vật liệu tạo để khảo sát khả xử lý amoni theo thời gian cho hiệu suất xử lý cao: vật liệu VL1: đạt hiệu suất xử lý 55% sau vật liệu VL2 đạt hiệu suất xử lý 63% sau Đồng thời có q trình hấp phụ oxi hóa diễn q trình khảo sát chúng tơi tiến hành khảo sát khả xử lý amoni vật liệu theo hướng: Thứ nhất, khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu tải trọng hấp phụ cực đại amoni cụ thể VL1 2.48mg/g, thời gian đạt cân hấp phụ sau VL2 21.4mg/g, thời gian đạt cân hấp phụ sau Thứ hai, nghiên cứu khả oxi hóa amoni thành N2, NO2- NO3- Với nồng độ NH4+ ban đầu 100ppm, có mặt vật liệu, Mn2+ sục khí liên tục lượng NO3- tạo nhiều 18.87 mg/l sau 24 Tiến hành khảo sát khả xử lý amoni mơ hình động nhiên hiệu xuất xử lý thấp Cuối cùng, chúng tơi dự đốn số chế oxi hóa amoni thành N2, NO2-, NO3-, có mặt MnO2 kích thước nanomet, ion Mn2+ O2 hòa tan References Nguyễn Việt Anh (2005), Nghiên cứu xử lý amoni nước ngầm phương pháp sinh học, NXB Giáo Dục, Hà Nội Vũ Đăng Độ (1999), Hóa học ô nhiễm môi trường, NXB Giáo Dục, Hà Nội Trịnh Lê Hùng (2006), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo Dục, Hà Nội Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà (2002), nghiên cứu xử lý nước ngầm nhiễm bẩn amoni, Báo cáo thuộc chương trình 01C-09, Hà Nội Lê Thị Hiền Thảo, Nitơ photpho môi trường, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội Lê Thu Thủy (2005), Nghiên cứu cố định MnO2 vơ định hình kích thước cỡ nano làm vật liệu hấp phụ xử lý Asen môi trường nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Hội thảo công nghệ xử lý hợp chất chứa nitơ nước ngầm, trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội CarlC Koch, et al… (2002), Nanostructrured materials processing, properties and potential Applications, William Andrew G.B Sergeev, et al… (2006), Nanochemistry, Elsevier 10 George W Luther, Brent L Lewis, et al (1997), Interaction of manganese with the nitrogen cycle: Alternative pathways to dinitrogen, Pergamon 11 Hari Sing Nalwa, et al…(2002), Nanostructured materials and nanotechnology, Elsevier Inc 12 HariSingh Nalwa, et al (2000), Handbook of nanostructrured materials and nanotechnology, Synthesis and processing, Vol 1, Elsevier Inc 13 Jerermy Ramsden, et al (2009), Appled nanotechnology, Elsevier Inc 14 Kenji Okitsu, Masaki Iwatani, et al… (2009), Sonochemical reduction of permanganate to manganese dioxide: The effects of H2O2 formed in the sonolysis of water on the rates of reduction, Elsevier 15 Louis Theodore, Robert G Kunz, et al (2005), Nanotechnology enviromental implication and solution, A John Wiley & Sons, inc Publication 16 Lu Gang (2002), Catalytic Oxidation of Ammonia to Nitrogen, Technische Universiteit Eindhoven, Proefschrift 17 Mart R Wiesner, Jean-Yves Bottero, et al… (2007), Environmental nanotechnology, Mc Gran-Hill 18 Nicholas P., Cheremisnnoff P (2006), “Biotechnology for waste and wastewater treatment”, Noyes publication, New Jersey, USA 19 Tran Hong Con, Nguyen Thi Kim Dung, Bui Duy Cam, Yumei Kang (2005), Investigation of As, Mn anh Fe fixation inside the aquifer during groundwater exploitation in the experimental system imitated natural conditions, vol 27, Springer  ... nghĩa xử lý nước cấp bị ô nhiễm vừa xử lý số kim loại nặng nước lại vừa xử lý amoni nước Đầu tiên, tạo vật liệu MnO2 mang laterit biến tính nhiệt (VL1) MnO2 có kích thước nanomet mang laterit biến. .. MnO2 kích thước nanomet khả oxi hóa NH4+ cao Với kỳ vọng cấu trúc chưa hồn chỉnh MnO2 kích thước nanomet chúng tơi sử dụng vật liệu MnO2 mang laterit để xử lý amoni nước Nếu nghiên cứu đem lại kết... pháp xử lý amoni hiệu phù hợp áp dụng cho xử lý nước ăn uống, sinh hoạt vấn đề cấp thiết Từ số kết thực nghiệm cho thấy MnO2 điều kiện định oxi hóa phần NH4+ thành N2, NO 2- NO 3- Như MnO2 kích