TR B GIÁO D CăVÀăĐÀOăT O NGăĐ I H C DÂN L P H I PHÒNG ------------------------------- KHÓA LU N T T NGHI P NGÀNH: K THU TăMỌIăTR Ng iăh Sinh viên ng d n NG : ThS. Ph m Th Minh Thúy : Nguy n Th H nh H I PHÒNG - 2012 B GIÁO D CăVÀăĐÀOăT O NGăĐ I H C DÂN L P H I PHÒNG ----------------------------------- TR TÌM HI U KH NĔNGăH P PH NIKEN TRONGăN C C A V T LI U H P PH CH T O T Bà MÍA KHÓA LU N T T NGHI PăĐ I H C H CHÍNH QUY NGÀNH: K THU TăMỌIăTR Ng ih Sinh viên ng d n NG : ThS. Ph m Th Minh Thúy : Nguy n Th H nh H I PHÒNG - 2012 B TR GIÁO D CăVÀăĐÀOăT O NGăĐ I H C DÂN L P H I PHÒNG -------------------------------------- NHI M V Đ TÀI T T NGHI P Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh Mã SV: 121416 Lớp Ngành: Kỹ thuật môi tr : MT1201 ng Tên đề tài: “Tìm hiểu khả năng hấp phụ Niken trong n ớc của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bư mía” NHI MăV ăĐ ăTÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía - So sánh khả năng hấp phụ Niken của bã mía và vật liệu hấp phụ - Tìm các yếu tố tối u cho quá trình hấp phụ Niken của vật liệu hấp phụ …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. Các số liệu thực nghiệm liên quan đến quá trình thí nghiệm nh : pH, khối l ợng vật liệu, th i gian hấp phụ, tải trọng hấp phụ, giải hấp... …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. Phòng thí nghiệm F203 Tr ng Đại học Dân lập Hải Phòng …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. CÁN B Ng iăh H NG D NăĐ TÀI T T NGHI P ng d n th nh t: Họ và tên: Phạm Thị Minh Thúy Học hàm, học vị: Thạc sĩ Cơ quan công tác: Tr ng Đại học Dân lập Hải Phòng Nội dung h ớng dẫn: Toàn bộ khóa luận ……………………………………………………………………………………. Ng iăh ng d n th hai: Họ và tên:............................................................................................................ Học hàm, học vị:................................................................................................ Cơ quan công tác:.............................................................................................. Nội dung h ớng dẫn:......................................................................................... Đề tài tốt nghiệp đ ợc giao ngày 27 tháng 8 năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong tr ớc ngày 6 tháng 12 năm 2012 Đư nhận nhiệm vụ ĐTTN Đư giao nhiệm vụ ĐTTN Người hướng dẫn Sinh viên Nguyễn Thị Hạnh ThS. Phạm Thị Minh Thúy H i Phòng, ngày 6 tháng 12 năm 2012 HI UăTR NG GS.TS.NG TăTrần Hữu Nghị PH N NH N XÉT TÓM T T C A CÁN B H NG D N 1.Tinh th nătháiăđ c aăsinhăviênătrongăquáătrìnhălƠmăđ tài t t nghi p: - Chịu khó học hỏi, tích cực làm thực nghiệm để thu đ ợc những kết quả đáng tin cậy. - Ý thức đ ợc trách nhiệm của bản thân đối với công việc đ ợc giao - Bố trí th i gian hợp lý cho từng công việc cụ thể - Biết cách thực hiện một khóa luận tốt nghiệp, cẩn thận trong công việc 2.ă Đánhă giáă ch tă l trong nhi m v ng c a khóa lu n (so v i n i dung yêu c uă đƣă đ ra Đ.T.ă T.Nă trênă cácă mặt lý lu n, th c ti n, tính toán s li uầ): Đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. 3.ăăChoăđi m c a cán b h ng d n (ghi c s và ch ): …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………….. ả i Phòng, ngày 6 tháng 12 năm 2012 Cán bộ h ớng dẫn (họ tên và chữ ký) Th.s Ph m Thị Minh Thúy PHI U NH N XÉT TÓM T T C AăNG I CH M PH N BI N 1. Đánh giá chất l ợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ s lý luận chọn ph ơng án tối u, cách tính toán chất l ợng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… 2. Cho điểm của cán bộ phản biện (ghi cả số và chữ). …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2012 Cán bộ ph n biện L I C Mă N , em ờ Ban Giám hiệu, Phòng Đào t o Trường Đ i học Dân lập H i Phòng đã t o điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập. Xin chân thành c m ơn các thầy cô giáo trong khoa Môi trường, những người đã trực tiếp gi ng d y, truyền đ t l i cho em những kiến th c bổ trợ vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. X lờ - ThS. Ph m Thị Minh Thúy em . Cuối cùng em xin gửi lời c m ơn đến gia đình, b n bè, những người đã luôn động viên và khuyến khích em trong quá trình thực hiện đề tài nghiên c u c a mình. H i Phòng, ngày 6 tháng 12 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị H nh DANH M C B NG B ng 1.1. Giá trị giới h n nồng độ chất ô nhiễm trong nước th i công nghiệp ................................................................................................. 11 B ng 1.2. Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước th i là sông, suối, kênh, mương, khe, r ch ............................................................................................. 12 B ng 1.3. Hệ số Kq của hồ, ao, đầm ................................................................ 13 B ng 1.4. Thành phần hoá học của bã mía .................................................... 31 B ng 2.1. Kết qu xác định đường chuẩn niken ............................................ 34 B ng 3.1. Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và các vật liệu hấp phụ ... 38 B ng 3.2. nh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken .............. 38 B ng 3.3. nh hưởng của pả đến quá trình hấp phụ Niken ........................ 40 B ng 3.4. nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken ........................................................................................................................... 41 B ng 3.5. Kết qu kh o sát sự phụ thuộc t i trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Niken ................................................................................................. 43 B ng 3.6. Kết qu hấp phụ Ni2+ bằng vật liệu hấp phụ ................................. 44 B ng 3.7. Kết qu gi i hấp vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M........................ 45 B ng 3.8. Kết qu tái sinh vật liệu hấp phụ .................................................... 45 DANH M C HÌNH ảình 1.1. Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ...................... 23 Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf /q vào Cf ........................................................... 24 ảình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................... 25 Hình 1.4. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf ................................................................. 25 ảình 2.1. Phương trình đường chuẩn niken .................................................... 35 Hình 3.1. nh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken................. 49 Hình 3.2. nh hưởng của pả đến quá trình hấp phụ Niken .......................... 40 Hình 3.3. nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken 42 Hình 3.4. Sự phụ thuộc của t i trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Ni2+ trong dung dịch........................................................................................... 43 Hình 3.5. Sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf ............................. 44 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng M CL C M Đ U ...............................................................................................4 CH NGă1.ăT NG QUAN ................................................................5 1.1.ăN c và s ô nhi m ngu năn c b i các kim lo i nặng. .......................... 5 1.1.1. Vai trò của nước. ........................................................................................ 5 1.1.2. Tình tr ng ô nhiễm nước do kim lo i nặng. ............................................. 5 1.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim lo i nặng................................................. 6 1.1.3.1. Ho t động khai thác mỏ ........................................................................... 6 1.1.3.2. Công nghiệp m ....................................................................................... 7 1.1.3.3. Công nghiệp s n xuất các hợp chất vô cơ ............................................... 8 1.1.3.4. Quá trình s n xuất sơn, mực và thuốc nhuộm ......................................... 8 1.1.3.5. Công nghiệp luyện kim ............................................................................. 8 1.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước th i công nghiệp (QCVN 40: 2011/BTNMT) ...................................................................................................... 9 1.1.4.1. Ph m vi điều chỉnh ................................................................................... 9 1.1.4.2. Đối tượng áp dụng ................................................................................... 9 1.1.4.3. Gi i thích thuật ngữ ................................................................................. 9 1.1.4.4. Quy định kỹ thuật ..................................................................................... 9 1.2. nhăh ng c a kim lo i nặngăđ nămôiătr ng và s c kh eăconăng i 13 1.2.1. Tác dụng sinh hóa của kim lo i nặng đối với con người và môi trường13 1.2.2. nh hưởng của một số kim lo i nặng đến môi trường và và sức khỏe con người ............................................................................................................ 14 1.2.2.1. nh hưởng c a Chì................................................................................. 14 1.2.2.2. nh hưởng c a Crom ............................................................................. 14 1.2.2.3. nh hưởng c a Cadimium...................................................................... 14 1.2.2.4. nh hưởng c a Kẽm ............................................................................... 15 1.2.2.5. nh hưởng c a Đồng ............................................................................. 15 1.2.2.6. nh hưởng c a Mangan ......................................................................... 15 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 1 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 1.2.2.7. nh hưởng c a Niken ............................................................................. 16 1.3. M t s ph ngăphápăxử lý ngu năn c b ô nhi m kim lo i nặng........ 17 1.3.1. Phương pháp kết tủa ................................................................................ 17 1.3.2. Phương pháp trao đổi ion ........................................................................ 17 1.3.3. Phương pháp điện hóa ............................................................................. 18 1.3.4. Phương pháp oxy hóa khử ...................................................................... 18 1.3.5. Phương pháp sinh học ............................................................................. 18 1.3.6. Phương phấp hấp phụ ............................................................................. 18 1.3.6.1. Hiện tượng hấp phụ................................................................................ 18 1.3.6.2. Hấp phụ trong môi trường nước. ........................................................... 19 1.3.6.3. Động học hấp phụ. ................................................................................. 20 1.3.6.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. ................. 21 1.4. M t s ph ngăphápăđ nhăl ng kim lo i. .............................................. 26 1.4.1. Phương pháp thể tích ............................................................................... 26 1.4.2. Phương pháp trắc quang ......................................................................... 27 1.4.2.1. Nguyên tắc .............................................................................................. 27 1.4.2.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ..................... 28 1.5. Gi i thi u v v t li u h p ph . .................................................................. 29 1.5.1. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ ............................................................................................................... 29 1.5.2. Giới thiệu về bã mía ................................................................................. 30 CH NGă2.ăTH C NGHI M ........................................................33 2.1. D ng c và hóa ch t ................................................................................... 33 2.1.1. Dụng cụ..................................................................................................... 33 2.1.2. Hóa chất .................................................................................................... 33 2.1.3. Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm ............................................................... 33 2.2.ăPh ngăphápăxácăđ nh Niken .................................................................... 34 2.2.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 34 2.2.2. Trình tự phân tích .................................................................................... 34 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.3. Xây d ngăđ Trường ĐảDL ả i Phòng ng chu n c a Niken ........................................................... 34 2.3. Ch t o v t li u h p ph t bã mía .......................................................... 35 2.4. Kh o sát kh nĕngăh p ph c a nguyên li u và v t li u h p ph . ........ 35 2.5. Kh o sát các y u t nhăh ngăđ n kh nĕngăh p ph c a v t li u h p ph . ..................................................................................................................... 36 2.5.1. Kh o sát thời gian đ t cân bằng hấp phụ. .............................................. 36 2.5.2. Kh o sát nh hưởng của pả đến kh năng hấp phụ của vật liệu ......... 36 2.5.3. Kh o sát nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ ... 36 2.5.4. Sự phụ thuộc t i trọng vào nồng độ cân bằng........................................ 37 2.5.4. Kh o sát kh năng gi i hấp và tái sinh của vật liệu hấp phụ ................ 37 2.5.4.1. Kh o sát kh năng gi i hấp ................................................................... 37 2.5.4.2. Kh o sát kh năng tái sinh ..................................................................... 37 CH NGă3.ăK T QU VÀ TH O LU N ....................................38 3.1. Kh o sát kh nĕngăh p ph c a nguyên li u và v t li u h p ph ......... 38 3.2. Kh o sát nhăh ng c a th iăgianăđ n quá trình h p ph Niken ......... 38 3.3. Kh o sát nhăh ng c a pHăđ n quá trình h p ph Niken ................... 39 3.4. K t qu kh o sát nhăh ng c a kh iăl ng v t li uăđ n quá trình h p ph Niken ........................................................................................................... 41 3.5. Kh o sát s ph thu c t i tr ng h p ph vào n ngă đ cân bằng c a Niken ................................................................................................................... 42 3.6. K t qu kh o sát kh nĕngăgi i h p, tái sinh v t li u h p ph .............. 44 K T LU N .........................................................................................46 TÀI LI U THAM KH O .................................................................47 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 3 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng M Ô nhiễm môi tr Đ U ng n ớc hiện nay là vấn đề đ ợc toàn xã hội quan tâm. Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là n ớc thải xuất chỉ đ ợc xử lý sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi tr tr ng n ớc kể cả n ớc mặt và n ớc ngầm hầu hết các cơ s sản ng. Hậu quả là môi nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con ng công tác quản lí môi tr i, xiết chặt ng thì việc tìm ra ph ơng pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi tr ng n ớc có ý nghĩa hết sức to lớn. Đư có nhiều ph ơng pháp đ ợc áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi tr ng n ớc nh : ph ơng pháp hóa lý (ph ơng pháp hấp phụ, ph ơng pháp trao đổi ion,…), ph ơng pháp sinh học, ph ơng pháp hóa học,….Một trong những ph ơng pháp đang đ ợc quan tâm hiện nay là tận dụng các phế phẩm nông nghiệp, công nghiệp để chế tạo vật liệu hấp phụ các ion kim loại. Ph ơng pháp hấp phụ đ ợc áp dụng rộng rãi và đư mang lại hiệu quả cao. u điểm của ph ơng pháp này là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, qui trình đơn giản và không đ a thêm vào môi tr ng những tác nhân độc hại. Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (nh : bư mía, vỏ lạc, lõi ngô, xơ dừa, vỏ trấu, rơm…) đ ợc sử dụng để hấp phụ các ion kim loại nặng trong môi tr ng n ớc. Bã mía (phụ phẩm của ngành công nghiệp mía đ ng) đang đ ợc đánh giá là tiềm năng để chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm môi tr ng. Chính vì vậy, trong luận văn này em chọn đề tài: “Tìm hiểu kh năng hấp phụ Niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế t o từ bã mía”. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 4 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng CH 1.1. N NGă1. T NG QUAN căvƠăs ăôănhi măngu năn căb iăcácăkimălo iănặng. 1.1.1. Vai trò của nước. Cũng nh không khí và ánh sáng, n ớc không thể thiếu trong đ i sống con ng tr i. Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái đất thì n ớc và môi ng n ớc đóng vai trò quan trọng. N ớc tham gia vào vai trò tái sinh thế giới (tham gia quá trình quang hợp). Trong quá trình trao đổi chất n ớc đóng vai trò trung tâm. Những phản ứng lý hóa học diễn ra với sự tham gia bắt buộc của n ớc. N ớc là dung môi của nhiều chất và đóng vai trò dẫn đ ng cho các muối đi vào cơ thể. N ớc còn là chất mang năng l ợng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hoà khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Có thể nói sự sống của con ng i và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào n ớc. Tài nguyên n ớc trên thế giới theo tính toán hiện nay là 1,39 tỷ km3, tập trung trong thuỷ quyển 97,2% (1,35 tỷ km3), còn lại trong khí quyển và thạch quyển. 94% l ợng n ớc là n ớc mặn, 2% là n ớc ngọt tập trung trong băng hai cực, 0,6% là n ớc ngầm, còn lại là n ớc sông và hồ. L ợng n ớc trong khí quyển khoảng 0,001%, trong sinh quyển 0,002%, trong sông suối 0,00007% tổng l ợng n ớc trên trái đất. L ợng n ớc ngọt con ng i sử dụng xuất phát từ n ớc m a (l ợng m a trên trái đất 105.000km3/năm. L ợng n ớc con ng i sử dụng trong một năm khoảng 35.000 km3, trong đó 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho hoạt động nông nghiệp). 1.1.2. Tình tr ng ô nhiễm nước do kim lo i nặng. Hiện nay, do sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ dẫn tới nguồn n ớc đang bị ô nhiễm b i các nguồn khác nhau và ảnh h ng trực tiếp tới môi tr ng và sức khỏe con ng i. Đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đang là một trong những vấn đề cấp thiết, gây ảnh h ng lớn đến đ i sống, sức khỏe và sinh hoạt của ng Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 i dân. Sản l ợng kim 5 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng loại đ ợc khai thác hằng năm tăng lên dẫn đến l ợng kim loại nặng độc hại phát tán vào môi tr ng ngày càng nhiều. Lịch sử đư ghi nhận những thảm họa môi tr loại nặng mà con ng i phải gánh chịu. Nh Nhật Bản ven biển Shirami) ng i dân ng do sự ô nhiễm b i các kim Minatama (một thị trấn nhỏ đây mắc một chứng bệnh lạ về thần kinh. Nguyên nhân bệnh là do bị nhiễm độc thủy ngân từ thực phẩm biển và do nhà máy hóa chất Chisso thải ra (1953). Hoặc nh bệnh ItaiItai của ng sống l u vực sông Tisu (1912 – 1926) do bị nhiễm độc Cadimium. desh ng i dân Hiện nay i dân Bangla- đây bị đe dọa b i nguồn n ớc bị nhiễm Asen nặng … Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đư có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi tr nhiễm n ớc vẫn là vấn đề đáng lo ngại. ng nh ng tình trạng ô các thành phố lớn, hàng trăm cơ s sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi tr ng n ớc do không có công trình và thiết bị xử lý. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn nh Bình D ơng nồng độ kim loại nặng đều v ợt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông Hà Nội nh sông Tô Lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy, khu công nghiệp), thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn ... làm ảnh h ng ng đến môi tr ng sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe con i. Vì vậy,việc xử lý n ớc thải ngay tại các nhà máy, các khu công nghiệp là vô cùng cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, th ng xuyên của các cơ quan chức năng. 1.1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim lo i nặng 1.1.3.1. Ho t động khai thác mỏ Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con ng dẫn tới sản l ợng kim loại do con ng i và xã hội ngày càng cao i khai thác hàng năm càng tăng hay l ợng kim loại nặng trong n ớc thải càng lớn, nảy sinh yêu cầu về xử lý n ớc thải có chứa kim loại nặng đó. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 6 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Việc khai thác và tuyển dụng quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển có chứa Hg, CN- …Ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng nh As, Pb… có thể hòa tan vào n ớc. Vì vậy, ô nhiễm hóa học do khai thác và tuyển quặng vàng là nguy cơ đáng lo ngại đối với nguồn n ớc sinh hoạt và n ớc công nghiệp. N ớc các mỏ than th ng có hàm l ợng cao các ion kim loại nặng, á kim … cao hơn TCVN từ 1 đến 3 lần. Các kết quả nghiên cứu của Viện Y học lao động và vệ sinh môi tr năm 2009 cho thấy môi tr ng ng các khu vực khai thác, chế biến kim loại màu phía Bắc n ớc ta nh mỏ chì - kẽm Lang Hích, mỏ chì - kẽm Bản Thi, mỏ mangan Cao Bằng, mỏ thiếc Sơn D ơng ... th ng có hàm l ợng kim loại nặng v ợt giới hạn cho phép từ 2 - 10 lần về chì; 1,5 - 5 lần về Asen; 2 - 15 lần về kẽm... Tại mỏ than lộ thiên Khánh Hòa nồng độ bụi than và bụi đá trong môi tr ng có lúc lên tới 42mg/m3. Hậu quả là có tới 8 - 10% công nhân trong khu vực này bị nhiễm độc chì, Asen hoặc bị bệnh bụi phổi hàng năm phải đi điều trị. Do đó, việc xử lý n ớc thải từ hoạt động khai thác mỏ là vô cùng cần thiết. 1.1.3.2. Công nghiệp m N ớc thải ngành xi mạ kim loại nói chung và mạ điện nói riêng có chứa hàm l ợng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm chính có thể là đồng, kẽm, Crom hoặc Niken và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại sử dụng mà n ớc thải có chứa các độc tố khác nh xianua, muối sunphat, Cromat, Amonium. Trong n ớc thải th ng có khoảng pH thay đổi rất rộng từ rất axit (pH = 2 – 3) đến rất kiềm (pH = 10 – 11). Các chất hữu cơ th ng có rất ít trong n ớc thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt …, nên chỉ số COD, BOD của n ớc thải mạ điện th ng nhỏ và không thuộc đối t ợng xử lý. Đối t ợng xử lý chính trong n ớc thải mạ điện là các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng nh Crom, Niken, Đồng, Xianua,… Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 7 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 1.1.3.3. Công nghiệp s n xuất các hợp chất vô cơ Các kim loại nặng đ ợc thải ra hầu hết các quá trình sản xuất các hợp chất vô cơ nh quá trình sản xuất xút – Clo, HF, NiSO4, CuSO4… Tr ớc đây thủy ngân đ ợc thải ra với một l ợng lớn trong quá trình sản xuất xút - Clo vì công nghệ sản xuất xút - Clo sử dụng điện cực là thủy ngân. Dòng n ớc thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thủy ngân lên tới 35mg/l. Nồng độ Niken cao tới 390 mg/l đ ợc phát hiện trong n ớc từ một nhà máy sản xuất NiSO4. Khi hàm l ợng kim loại nặng thải ra cao nh vậy nếu không có biện pháp xử lý thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn n ớc là điều hoàn toàn có thể xảy ra. 1.1.3.4. Quá trình s n xuất sơn, mực và thuốc nhuộm Công nghiệp sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm sử dụng hóa chất có chứa kim loại nặng Cadimium. Cadimium là kim loại có nhiều trong tự nhiên th ng đ ợc sử dụng trong các Pigment để in vật liệu dệt đặc biệt là các pigment màu đỏ, vàng, màu cam, màu xanh lá cây và đ ợc sử dụng là tác nhân nhuộm màu cho vật liệu da, dệt và sản phẩm plastic. Hiện nay, một số cơ s sản xuất đang thải trực tiếp n ớc thải ra ngoài môi tr ng làm ô nhiễm sông ngòi, chết các sinh vật thủy sinh, ảnh h tế và sức khỏe của con ng ng đến kinh i quanh khu vực phát thải. Vì vậy, việc xử lý n ớc thải sơn, mực , thuốc nhuộm là vô cùng cần thiết. 1.1.3.5. Công nghiệp luyện kim Trong luyện kim, một l ợng lớn hóa chất độc hại nh : CN- , NH4+, S2O32các x ng, lò cao, lò khử trực tiếp đ ợc thải ra môi tr ng đư làm ô nhiễm nặng cho nguồn n ớc. Trong những năm gần đây, có thể thấy tình trạng ô nhiễm nguồn n ớc Việt Nam đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn n ớc, hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa chiến l ợc. Vì vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính sách bảo vệ môi tr ng của Nhà n ớc thì việc nghiên cứu các ph ơng pháp xử lý ô nhiễm n ớc hiệu quả, kinh tế là việc làm thiết thực và có ý nghĩa. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 8 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 1.1.4. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước th i công nghiệp (QCVN 40: 2011/BTNMT) [11] 1.1.4.1. Ph m vi điều chỉnh Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiêm trong n ớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận. 1.1.4.2. Đối tượng áp dụng Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quan đến hoạt động xả n ớc thải công nghiệp ra nguồn tiếp nhận n ớc thải. N ớc thải công nghiệp của một số ngành đặc thù đ ợc áp dụng theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia riêng. N ớc thải công nghiệp xả vào hệ thống thu gom của nhà máy xử lý n ớc thải tập trung tuân thủ theo quy định của đơn vị quản lý và vận hành nhà máy xử lý n ớc thải tập trung. 1.1.4.3. Gi i thích thuật ngữ N ớc thải công nghiệp: là n ớc thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ s sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung là cơ s công nghiệp), từ nhà máy xử lý n ớc thải tập trung có đấu nối n ớc thải của cơ s công nghiệp. Nguồn tiếp nhận n ớc thải: là hệ thống thoát n ớc đô thị, khu dân c , sông, suối, khe, rạch, kênh, m ơng, hồ, ao, đầm, vùng n ớc biển ven b có mục đích sử dụng xác định. 1.1.4.4. Quy định kỹ thuật Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp đ ợc tính toán nh sau: Cmax = C . Kq . Kf * Trong đó: - C là giá trị của thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp - Cmax là giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận n ớc thải, tính bằng mg/l - Kq là hệ số l u l ợng/ dung tích nguồn tiếp nhận n ớc thải Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 9 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng - Kf là hệ số l u l ợng nguồn thải. * Áp dụng: - Giá trị tối đa cho phép Cmax = C - Không áp dụng hệ số Kq, Kf đối với các thông số: nhiệt độ, pH, mùi, màu sắc, coliform, tổng hoạt độ phóng xạ α, tổng hoạt độ phóng xạ β. Giá trị nồng độ của các thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp đ ợc quy định tại bảng 1.1. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 10 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 1.1. Giá trị giới h n nồng độ chất ô nhiễm trong nước th i công nghiệp Thôngăs STT Đ năv 1 2 Nhiệt độ pH 3 Mùi - 4 Độ màu (Co - Pt pH = 7) BOD5 (200C) COD Chất rắn lơ lửng Asen Thuỷ ngân Chì Cadimi Crom (VI) Crom (III) Đồng Kẽm Niken Mangan Sắt Thiếc Xianua Phenol Dầu mỡ khoáng Dầu động thực vật Clo d Lân hữu cơ Clo hữu cơ Sunfua Florua Clorua Amoni (tính theo Nitơ) Tổng Nitơ Tổng Phôtpho Coliform Tổng hoạt độ phóng xạ α Tổng hoạt độ phóng xạ β - 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 0 C - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Bq/l Bq/l Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 Giá tr ăgi iăh nă A B 40 40 6-9 5,5 - 9 Không khó Không khó chịu chịu 20 70 30 50 50 0,05 0,005 0,1 0,005 0,05 0,2 2 3 0,2 0,5 1 0,2 0,07 0,1 5 10 1 0,3 0,1 0,2 5 500 5 15 4 3000 0,1 1,0 50 100 100 0,1 0,01 0,5 0,01 0,1 1 2 3 0,5 1 5 1 0,1 0,5 5 20 2 1 0,1 0,5 10 600 10 30 6 5000 0,1 1,0 11 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Trong đó: - Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn n ớc đ ợc dùng cho mục đích cấp n ớc sinh hoạt. - Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong n ớc thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn n ớc không dùng cho mục đích cấp n ớc sinh hoạt. - Thông số Clorua không áp dụng đối với nguồn tiếp nhận là n ớc mặn và n ớc lợ. - Hệ số Kq ứng với l u l ợng dòng chảy của nguồn tiếp nhận n ớc thải là sông, suối, kênh, m ơng, khe, rạch đ ợc quy định tại bảng d ới đây: B ng 1.2. Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước th i là sông, suối, kênh, mương, khe, r ch L uăl ng dòng ch y c a ngu n ti p nh năn c th i (Q) (m3/s) Q ≤ 50 H s Kq 0,9 50 Q ≤ 200 1 200 Q ≤ 500 1,1 Q 1,2 500 Q đ ợc tính theo giá trị trung bình l u l ợng dòng chảy của sông, suối, kênh, m ơng, khe, rạch tiếp nhận n ớc thải vào 3 tháng khô kiệt nhất trong 3 năm liên tiếp (số liệu của cơ quan Khí t ợng Thủy văn). Tr ng hợp các sông, suối, kênh, m ơng, khe rạch không có số liệu về l u l ợng dòng chảy thì áp dụng giá trị Kq = 0,9 hoặc S Tài nguyên và Môi tr ng nơi có nguồn thải chỉ định đơn vị có chức năng phù hợp để xác định l u l ợng trung bình của 3 tháng khô kiệt nhất trong năm làm cơ s chọn hệ số Kq. Hệ số Kq ứng với dung tích của nguồn tiếp nhận n ớc thải là hồ, ao, đầm đ ợc quy định tại bảng d ới đây: Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 12 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 1.3. Hệ số Kq của hồ, ao, đầm Dung tích ngu n ti p nh năn c th i (V) (m3) H s Kq V ≤ 10.106 0,6 10.106 V ≤ 100.106 0,8 V 100.106 1,0 V đ ợc tính theo giá trị trung bình dung tích của hồ, ao, đầm tiếp nhận n ớc thải 3 tháng khô kiệt nhất trong 3 năm liên tiếp (số liệu của cơ quan Khí t ợng thủy văn). Tr ng hợp hồ, ao, đầm không có số liệu về dung tích thì áp dụng giá trị Kq = 0,6 hoặc S tài nguyên và Môi tr ng nơi có nguồn thải chỉ định cơ quan có chức năng phù hợp để xác định dung tích trung bình 3 tháng khô kiệt nhất trong năm làm cơ s xác định hệ số Kq. Đối với nguồn tiếp nhận là vùng n ớc biển ven b không dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao và giải trí d ới n ớc thì lấy hệ số Kq = 1,3. Đối với nguồn tiếp nhận n ớc thải là vùng n ớc biển ven b dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao và giải trí d ới n ớc thì lấy hệ số Kq = 1. 1.2.ă nhăh ngăc aăkimălo iănặngăđ nămôiătr ngăvƠăs căkh eăconăng i 1.2.1. Tác dụng sinh hóa của kim lo i nặng đối với con người và môi trường hàm l ợng nhỏ các kim loại nặng là những nguyên tố vi l ợng hết sức cần thiết cho cơ thể ng i và sinh vật. Chúng tham gia cấu thành nên các en- zym, các vitamin, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất… nh ng khi có hàm l ợng lớn chúng lại th ng có độc tính cao. Khi đ ợc thải ra môi tr ng, một số hợp chất kim loại nặng bị tích tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan d ới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn n ớc ngầm, n ớc mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hoá và trong nhiều tr ng hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 13 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH – và nhóm – SCH3 – của các enzym trong cơ thể. Vì thế các enzym bị mất hoạt tính làm cản tr quá trình tổng hợp protein của cơ thể. S SH + M2+ [Enzym] M + 2H+ [Enzym] S SH nh hưởng của một số kim lo i nặng đến môi trường và và sức khỏe 1.2.2. con người 1.2.2.1. nh hưởng c a Chì [1][6] Chì là một kim loại nặng có độc tính và cũng đ ợc sử dụng khá phổ biến trong sản xuất và tiêu dùng. Trong công nghiệp, chì đ ợc sử dụng trong công nghệ sản xuất pin, ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn, tấm bảo vệ phóng xạ,… Chì là nguyên tố rất độc đối với con ng cơ thể sống chủ yếu qua con đ i và động vật. nó xâm nhập vào ng tiêu hóa, hô hấp,… Nếu mỗi ngày tiếp xúc với một l ợng chì cao (>10mg) thì trong vài tuần sẽ gây nhiễm độc nặng. Nếu ăn 1g Pb/lần sẽ tử vong. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ. Sự nhiễm độc chì có thể gây ra nhiều bệnh nh : giảm trí thông minh, các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung th ,… 1.2.2.2. nh hưởng c a Crom[6][9] N ớc thải từ công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai hác mỏ, nung đốt các nhiên liệu hóa thạch,… là các nguồn gây ô nhiễm crom. Crom có trong n ớc thải th ng gặp dạng Cr(III) và Cr(VI). Cr(III) không độc nh ng Cr(VI) rất độc hại với cơ thể ng i, nó gây nguy hiểm cho gan, thận và đ ng hô hấp; gây các bệnh về răng, miệng, kích thích da,… 1.2.2.3. nh hưởng c a Cadimium[1][9] Cadimium là nguyên tố rất độc đối với môi tr con ng ng sống cũng nh đối với i. Nguồn ô nhiễm cadimi xuất phát từ ô nhiễm không khí khai thác mỏ, nhà máy luyện kim, hải sản. Nguồn chính của Cadimium thải vào n ớc là các Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 14 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng điện cực dùng trên tàu và n ớc thải. Cadimium tồn tại chủ yếu dạng hòa tan trong n ớc, quá trình tích lũy nhiều trong các động vật nh trai, ốc, sò, ngao.... Đối với con ng i, Cadimium có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau ví dụ nh tiếp xúc với bụi Cadimium, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm Cadimium... Cadimium th ng đ ợc tích lũy dần trong thận, gây triệu chứng độc mưn tính. Nếu để lâu có thể gây mất chức năng thận và sự mất cân bằng các thành phần khoáng trong x ơng. Liều l ợng 30 mg cũng đủ dẫn đến tử vong. Cũng có nhiều giả thiết cho rằng Cadimium có thể thay thế Zn trong cơ thể làm giảm khả năng sản sinh tế bào. 1.2.2.4. nh hưởng c a Kẽm [6][10] Kẽm cũng là nguyên tố quan trọng với động và thực vật. Với thực vật khi l ợng kẽm tích tụ trong đất quá cao gây ra bệnh mất diệp lục con ng cây xanh. Với i kẽm là dinh d ỡng thiết yếu. Giống nh các nguyên tố vi l ợng khác, trong cơ thể ng i kẽm th ng tích tụ trong gan và thận, khoảng 2g kẽm đ ợc thận lọc mỗi ngày. Trong máu, 2/3 l ợng kẽm đ ợc kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại đ ợc tạo phức chất với macroglobin. Kẽm còn có khả năng gây ung th đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm và sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn dịch. Sự thiếu hụt kẽm gây ra các triệu chứng nh bệnh liệt d ơng, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác. 1.2.2.5. nh hưởng c a Đồng [1] Đồng là nguyên tố cần thiết cho cơ thể con ng của ng i, nhu cầu hàng ngày i lớn khoảng 0,033 – 0,05mg/kg thể trọng. Tuy nhiên, nếu hàm l ợng đồng trong cơ thể lớn thì cơ thể sẽ bị nhiễm độc và có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận; l ợng lớn đồng hấp thụ qua đ ng tiêu hóa có thể gây tử vong. 1.2.2.6. nh hưởng c a Mangan [1] Mangan là nguyên tố vi l ợng trong cơ thể sống. Ion mangan là chất hoạt hoá một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục, tạo máu và sản Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 15 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng xuất kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Sự tiếp xúc nhiều với bụi mangan làm suy nh ợc hệ thần kinh và tuyến giáp trạng. 1.2.2.7. nh hưởng c a Niken [1][6][9] * Tính chất và sự phân bố niken trong môi trường Niken là kim loại có màu trắng bạc, ánh vàng nhạt, rất cứng, dễ đánh bóng, bị nam châm hút. Nó có độ bền cao đối với sự ăn mòn, bền trong khí quyển, trong n ớc và một số dung dịch axit do bề mặt niken có một lớp oxit bảo vệ. Niken dễ tan trong axit nitric. Hàm l ợng niken trong vỏ trái đất vào khoảng 0,01%. Trong tự nhiên, niken tồn tại d ới dạng hợp chất cùng với l u huỳnh, oxi, asen. Niken xuất hiện dạng hợp chất với l u huỳnh trong khoáng chất mille- rit, với asen trong khoáng chất niccolit và với asen cùng l u huỳnh trong quặng niken. Niken là một nguyên tố cần thiết cho vi sinh vật và thực vật để thực hiện các phản ứng quan trọng của sự sống.Niken th ng có mặt trong các chất sa lắng, trầm tích, trong thủy hải sản và trong một số thực vật. Niken đ ợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, ... Vì vậy, nó th ng có mặt trong n ớc thải công nghiệp, hoặc bùn thải * ng dụng c a niken Niken chủ yếu đ ợc dùng để sản xuất các hợp kim khác nhau với sắt, đồng, kẽm và các kim loại khác. Phụ gia niken trong thép sẽ làm tăng độ dai và độ chống ăn mòn của thép. Các hợp kim chịu nhiệt quan trọng nhất của niken là nimonic, inconen, kacten. Trong thành phần của các hợp kim này có hơn 60% niken, 15 – 20% crom và các kim loại khác. Ngoài ra, một phần nhỏ niken đ ợc dùng để phủ lên các kim loại khác. Niken còn đ ợc dùng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học, chế tạo ăcquy Cd – Ni có hiệu điện thế 1,4V, ăcquy Fe – Ni. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 16 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng * Độc tính c a niken Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đ ng hô hấp, nó gây triệu trứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh h ng đến phổi, hệ thần kinh trung ơng, gan, thận và có thể sẽ gây ra các chứng bệnh kinh niên. Niken có thể gây ra các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung th đ ng hô hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, các enzim mất hoạt tính, cản tr quá trình tổng hợp protein của cơ thể. Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây ra hiện t ợng viêm da, xuất hiện dị ứng 1.3.ăM tăs ăph một số ng ngăphápăxửălỦăngu năn i.. căb ăôănhi măkimălo iănặng 1.3.1. Phương pháp kết tủa [8] Ph ơng pháp kết tủa dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đ a vào n ớc thải với kim loại cần tách, độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và đ ợc tách ra khỏi n ớc thải bằng ph ơng pháp lắng. Ph ơng pháp th ng đ ợc dùng là kết tủa kim loại d ới dạng hydroxit bằng cách trung hoà đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối u, giá trị từ 7 – 10,5 tuỳ theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại. 1.3.2. Phương pháp trao đổi ion [3][8] Nguyên tắc của ph ơng pháp trao đổi Ion: dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi Ion. Quá trình trao đổi Ion đ ợc tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu nhựa này có thể thay thế đ ợc mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hoà tan. Các Ion d ơng hay âm cố định trên các gốc này đẩy Ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số l ợng tải toàn bộ có trong chất lỏng tr ớc khi trao đổi. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong n ớc th Ví dụ: ng dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch: nRH + Mn+ RCl + A- Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 RnM + nH+ RA + Cl- 17 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Ph ơng pháp trao đổi Ion có u điểm là tiến hành qui mô lớn và với nhiều kim loại khác nhau. Tuy nhiên ph ơng pháp này tốn nhiều th i gian, tiến hành phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao. 1.3.3. Phương pháp điện hóa [8] Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong n ớc thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Ph ơng pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi n ớc mà không bổ sung thêm hóa chất, nh ng lại thích hợp với n ớc thải có nồng độ kim loại cao (trên 1g/l) chi phí điện năng là khá lớn. 1.3.4. Phương pháp oxy hóa khử [3][8] Đây là một ph ơng pháp thông dụng để xử lý n ớc thải có chứa kim loại nặng khi mà ph ơng pháp vi sinh không thể xử lý đ ợc. Nguyên tắc của ph ơng pháp là dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron (khử) và mất electron (oxy hoá) một cặp đ ợc tạo b i sự cho nhận electron đ ợc gọi là hệ thống oxy hoá - khử. 1.3.5. Phương pháp sinh học [8] Một số loài thực vật, vi sinh vật trong n ớc sử dụng kim loại nh chất vi l ợng trong quá trình phát triển sinh khối nh bèo tây, bèo tổ ong, tảo … Với ph ơng pháp này, n ớc thải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và bổ sung đủ chất dinh d ỡng (nitơ, photpho), các nguyên tố vi l ợng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật nh rong tảo. Ph ơng pháp này cần diện tích lớn và nếu n ớc thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém. 1.3.6. Phương phấp hấp phụ [3][8] 1.3.6.1. Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ đ ợc gọi là chất hấp phụ; còn chất đ ợc tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Ng ợc với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Đó là quá trình đi ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 18 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Hiện t ợng hấp phụ xảy ra do lực t ơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực t ơng tác mà ng i ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.  Hấp phụ vật lý Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) bề mặt phân chia pha b i lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định h ớng. Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ng ng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn.  Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông th ng (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…). Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là t ơng đối, vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. 1.3.6.2. Hấp phụ trong môi trường nước. Trong n ớc, t ơng tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây t ơng tác: n ớc, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào có t ơng tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp t ơng tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong n ớc, tính a hoặc kị n ớc của chất hấp phụ, mức độ kị n ớc của các chất bị hấp phụ trong môi tr ng n ớc. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 19 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi tr ng n ớc th ng có tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do t ơng tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi n ớc và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan chậm. Sự hấp phụ trong môi tr tr ng n ớc chịu ảnh h ng nhiều b i pH của môi ng. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau giá trị pH khác nhau) mà còn làm ảnh h các ng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ. Trong môi tr ng n ớc, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu cơ có độ tan thấp hơn. Nh vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong n ớc có thể dự đoán khả năng hấp phụ chúng trên vật liệu hấp phụ Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong n ớc dạng phân tử trung hoà, ít bị phân cực. Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH của dung dịch, l ợng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ… 1.3.6.3. Động học hấp phụ. Trong môi tr ng n ớc, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau: ♦ Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch. ♦ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng. ♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 20 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng ♦ Các phân tử chất bị hấp phụ đ ợc gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự. Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ. 1.3.6.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đư hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ng ợc lại pha mang. Theo th i gian, l ợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ng ợc tr lại pha mang càng lớn. Đến một th i điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Dung l ợng hấp phụ cân bằng: là khối l ợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối l ợng chất hấp phụ trạng thái cân bằng điều kiện xác định về nồng Tải trọng hấp phụ bão hòa: là tải trọng nằm trạng thái cân bằng d ới các độ và nhiệt độ điều kiện của hỗn hợp khí, hơi bưo hòa. Trong đó: V: Thể tích dung dịch (l) m: khối l ợng chất hấp phụ (g) Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l).  Các mô hình cơ b n c a quá trình hấp phụ * Mô hình động học hấp phụ Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm 2 quá trình: khuếch tán các phần tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn và khuếch tán vào trong lỗ xốp. Nh vậy l ợng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo th i gian cho đến khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo th i gian ta có: Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 21 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo th i gian thì: Trong đó: β: Hệ số chuyển khối Ci: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại th i điểm ban đầu Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại th i điểm t k: Hằng số tốc độ hấp phụ q: tải trọng hấp phụ tại th i điểm t qmax : tải trọng hấp phụ cực đại * Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Đ ng đẳng nhiệt hấp phụ là đ ng mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một th i điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch hay áp suất riêng phần trong pha khí. Các đ ng đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một l ợng xác định chất hấp phụ vào một l ợng cho tr ớc dung dịch có nồng độ đư biết của chất bị hấp phụ. Sau một th i gian, xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. L ợng chất bị hấp phụ đ ợc tính theo công thức: m = ( Ci – Cf ) .V Trong đó: m: khối l ợng chất bị hấp phụ Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) V: Thể tích dung dịch (ml) a. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Ph ơng trình Langmuir đ ợc thiết lập trên các giả thiết sau: Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 22 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng - Các phần tử chất hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ - Sự hấp phụ là chọn lọc - Các phần tử chất hấp phụ độc lập, không t ơng tác qua lại với nhau. - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng l ợng tức là sự hấp phụ xảy ra trên bất kỳ chỗ nào thì nhiệt độ hấp phụ cũng là một giá trị không thay đổi trên bề mặt chất hấp phụ, không có các trung tâm hoạt động. - Giữa các phân tử trên lớp bề mặt và bên trong lớp thể tích có cân bằng động học tức là trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp. Ph ơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: Trong đó: Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại th i điểm t q: Tải trọng hấp phụ tại th i điểm t qmax: Tải trọng hấp phụ cực đại b: Hằng số chỉ ra ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ (l/mg) - Khi b . Cf << 1 thì q = q max . b . Cf Mô tả vùng hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đ ng đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong q(mg/g) qmax O Cf ảình 1.1. Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 23 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng - Để xác định các hằng số trong ph ơng trình hấp phụ đẳng nhiệt có thể sử dụng ph ơng pháp đồ thị bằng cách đ a ph ơng trình trên về ph ơng trình đ ng thẳng. Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc Cf/q vào Cf sẽ xác định đ ợc các hằng số trong ph ơng trình: b, q max. Cf/q tgα A O Cf Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf /q vào Cf Khi đó: b. Ph ơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Đây là ph ơng trình thực nghiệm có thể sử dụng mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý. Ph ơng trình này đ ợc biểu diễn bằng một hàm mũ: q = k . C 1/n Trong đó: k: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác. n: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 24 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Ph ơng trình Freundlich khá sát thực số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt. q(mg/g) O Cf(mg/l) ảình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Để xác định các hằng số đ a ph ơng trình trên về dạng đ ng thẳng dạng: Xây dựng đồ thị phụ thuộc lgq vào lgCf sẽ xác định đ ợc các giá trị k, n. lgq tgβ B O lg Cf Hình 1.4. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 25 Khóa luận tốt nghiệp Khi đó: Trường ĐảDL ả i Phòng tg β = 1/n OB = lgk 1.4.ăM tăs ăph ngăphápăđ nhăl ngăkimălo i. 1.4.1. Phương pháp thể tích [2][7] Phân tích thể tích là ph ơng pháp phân tích định l ợng dựa trên sự đo thể tích của dung dịch thuốc thử đư biết chính xác nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết với chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn đư dùng để tính ra hàm l ợng chất cần xác định có trong dung dịch phân tích. Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, ph ơng pháp phân tích thể tích đ ợc chia làm các loại sau: - Ph ơng pháp chuẩn độ axit – bazơ (Ph ơng pháp trung hòa). - Ph ơng pháp chuẩn độ kết tủa. - Ph ơng pháp chuẩn độ tạo phức. - Ph ơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử.. EDTA (axit etylen điamintetraaxetic, H4Y) là thuốc thử đ ợc ứng dụng rộng rưi trong ph ơng pháp chuẩn độ tạo phức. Ph ơng pháp chuẩn độ sử dụng EDTA làm thuốc thử đ ợc gọi là ph ơng pháp chuẩn độ complexon. Ng i ta th ng dùng EDTA d ới dạng muối đinatri Na2H2Y, th ng gọi là complexon III (nh ng vẫn quen quy ớc là EDTA). EDTA tạo phức bền với các cation kim loại và trong hầu hết các tr Các phép chuẩn độ complexon th ng hợp phản ứng tạo phức. ng tiến hành khi có mặt các chất tạo phức phụ để duy trì pH xác định nhằm ngăn ngừa sự xuất hiện kết tủa hidroxit kim loại. Để xác định điểm dừng trong chuẩn độ complexon, ng i ta th ng dùng một số loại thuốc thử nh : eriocrom đen T (ET-OO), murexit, 1-(2- piridinazo) 2- naphtol (PAN), 4-(2-piridinazo) rezoxin (PAR ),… Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 26 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 1.4.2. Phương pháp trắc quang 1.4.2.1. Nguyên tắc [2][4][5] Trắc quang là ph ơng pháp phân tích đ ợc sử dụng phổ biến nhất trong các ph ơng pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của ph ơng pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm l ợng chất cần xác định X. Cơ s của ph ơng pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer- LambertBeer. Biểu thức của định luật: Trong đó: Io, I lần l ợt là c ng độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch. L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua. C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch. ε là hệ số hấp thụ quang phân tử, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và b ớc sóng của ánh sáng tới ( ε = f (λ)). Nh vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại l ợng: b ớc sóng, bề dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng. A = f (λ,L,C) Do đó, nếu đo A tại một b ớc sóng λ nhất định với cuvet có bề dày L xác định thì đ ng biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đ nhiên, do những yếu tố ảnh h ng thẳng. Tuy ng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (b ớc sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên không có dạng đ ng thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu thức trên có dạng: A = k . . L . (Cx)b Trong đó: Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch. k: hằng số thực nghiệm. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 27 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng b: hằng số có giá trị 0 < b ≤ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx. - Khi Cx nhỏ thì b = 1, khi Cx lớn thì b < 1. Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K = k.ε.L ta có: A = K.(Cx)b ( ) * Ph ơng trình (*) là cơ s để định l ợng các chất theo phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV-Vis (ph ơng pháp trắc quang). Trong phân tích ng i ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm. 1.4.2.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang Có nhiều ph ơng pháp khác nhau để định l ợng một chất bằng ph ơng pháp trắc quang. Từ các ph ơng pháp đơn giản không cần máy móc nh : ph ơng pháp dưy chuẩn nhìn màu, ph ơng pháp chuẩn độ so sánh màu, ph ơng pháp cân bằng màu bằng mắt… Các ph ơng pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ nh ng chỉ xác định đ ợc nồng độ gần đúng của chất cần định l ợng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ng ỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không. Các ph ơng pháp phải sử dụng máy quang phổ nh : ph ơng pháp đ ng chuẩn, ph ơng pháp dưy tiêu chuẩn, ph ơng pháp chuẩn độ trắc quang, ph ơng pháp cân bằng, ph ơng pháp thêm, ph ơng pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối t ợng phân tích cụ thể mà ta chọn ph ơng pháp thích hợp. Trong đề tài này em sử dụng ph ơng pháp đ ng chuẩn để định l ợng các cation kim loại. Phương pháp đường chuẩn: Từ ph ơng trình cơ s nguyên tắc, để xây dựng một đ A = K.(Cx)b về ng chuẩn phục vụ cho việc định l ợng một chất tr ớc hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo đ ợc dựng đồ thị A = f(C), đồ thị A = f(C) gọi là đ Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 ng chuẩn. 28 Khóa luận tốt nghiệp Sau khi có đ Trường ĐảDL ả i Phòng ng chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống nh khi xây dựng đ ng chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện đo nh khi xây dựng đ ng chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng b ớc sóng) đ ợc các giá trị Ax. Áp các giá trị Ax đo đ ợc vào đ ng chuẩn sẽ tìm đ ợc các giá trị nồng độ Cx t ơng ứng. 1.5.ăGi iăthi uăv ăv tăli uăh păph . 1.5.1. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ * Vỏ đậu tương Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều kim loại nặng nh đồng, kẽm và cả các hợp chất hữu cơ. Trong sự so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác (bã mía, vỏ trấu), vỏ đậu thể hiện tiềm năng hấp phụ cao hơn hẳn đặc biệt với các ion kim loại nặng. Vỏ đậu sau khi đ ợc xử lý với NaOH và l ới hoá bằng axit citric, một gam vật liệu có thể tách loại tới 1,7 mmol đồng (ứng với 108 mg/g). * Vỏ l c Đ ợc sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion Cd(II) rất cao. Chỉ cần hàm l ợng than hoạt tính là 0,7g/l có thể hấp phụ dung dịch chứa Cd(II) nồng độ 20mg/l. * Bã chè, bã café Nghiên cứu sự tách loại Al3+, Cr3+, Cd2+ bằng bã chè, bã café, Orhan và Buyukgungor chỉ ra rằng khả năng hấp phụ đối với Al3+ là rất tốt. Khi tiến hành thí nghiệm gián đoạn: sử dụng 0,3g vật liệu khuấy với 100 ml n ớc thải chứa 3 ion kim loại trên thì Al3+ bị tách loại tới 98% b i bã chè và 96% b i bã café. * Rơm Các thành phần chính của rơm, rạ là những hydratcacbon gồm: licnoxenlulozơ 37,4%; hemixenlulozơ (44,9%); licnin 4,9% và hàm l ợng tro (oxit silic) cao từ 9 đến 14%. Rơm cũng đ ợc nghiên cứu làm vật liệu xử lý n ớc thải. nhiệt độ phòng, sự hấp phụ Cr(III) thay đổi theo pH. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) thay đổi từ 100% pH = 1÷ 3 đến 60 ÷70% Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 pH = 4 ÷12. 29 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng * Vỏ trấu Vỏ trấu là một phụ phẩm nông nghiệp phổ biến n ớc ta. Nó đ ợc ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu hấp phụ trong xử lý môi tr ng. Với giá thành rẻ, quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ đơn giản, không đ a thêm vào n ớc thải tác nhân độc hại. Hiệu suất xử lý Niken t ơng đối cao (81,17%). 1.5.2. Giới thiệu về bã mía Bư mía đ ợc đánh giá nh ph ơng tiện lọc chất bẩn từ dung dịch n ớc và đ ợc ví nh than hoạt tính trong việc loại bỏ các kim loại nặng: Cr6+, Ni2+ … bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu. Theo thống kê trên thế giới, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản l ợng đạt 1324,6 triệu tấn. Còn Việt Nam niên vụ 2009 - 2010, diện tích mía nguyên liệu vào khoảng 290 000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đ ng là 221 816 ha với sản l ợng đạt 16 triệu tấn. Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đ ng sinh ra một l ợng phế thải khổng lồ: 2,5 triệu tấn bư mía. Tr ớc đây 80% l ợng bư mía này đuợc sử dụng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất đ ng, sinh ra 50.000 tấn tro. Tuy là phế thải nh ng trong tro và bư bùn lại có nhiều chất hữu cơ. Các chất này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi tr ng và ô nhiễm nguồn n ớc. Bã mía có thể đ ợc dùng làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong t ơng lai khi diện tích rừng ngày càng giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy từ cây rừng giảm đi thì bư mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế. Bã mía chiếm khoảng 25 – 30% trọng l ợng mía đem ép. Trong bư mía trung bình chứa 49% là n ớc, 48% là xơ (trong đó 45 – 55% xenlulozơ), 2,5% chất hòa tan (đ ng). Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học có trong bã mía có thể biến đổi. Hàm l ợng phần trăm các thành phần hoá học chính của bư mía đ ợc chỉ ra trong bảng 1.4 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 30 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 1.4. Thành phần hoá học của bã mía Thành ph n % kh iăl Xenlulozo 40 ÷ 50 Hemixenlulozo 20 ÷ 25 Lignin 18 ÷ 23 Chất hóa học khác (tro, sáp, protein…) 3÷5 ng Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích α – glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4 - glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10000 – 150000u. ảemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống nh xenlulozơ, nh ng có số l ợng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ th ng bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl. Lignin: Lignin là loại polyme đ ợc tạo b i các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ Với thành phần chính là xenlulozơ và hemixenlulozơ, bư mía có thể biến tính để tr thành vật liệu hấp phụ tốt. Bư mía đ ợc nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong n ớc nh vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nh xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein. Các polymer này có thể hấp thụ nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai. Các hợp chất polyphenol nh tanin, lignin trong gỗ đ ợc cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng. Các nhóm hydroxyl trên xenluloza đóng vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion của vật liệu. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết O - H đây phân cực yếu. Nhiều biện pháp biến tính đư đ ợc công bố nh oxy hóa nhóm hydroxyl thành các nhóm chức axit hoặc sunfo hóa bằng axit sunfuric. Gần đây nhất là ph ơng pháp ester hóa xenluloza bằng axit citric. Quá trình hoạt hóa bao gồm các b ớc ngâm vật liệu trong dung dịch axit citric sau đó sấy Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 31 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng khô, các phân tử axit citric khi đó sẽ thấm sâu vào các mao quản của vật liệu. Tiếp theo sấy nhiệt độ khoảng 110oC trong 8 gi . Axit citric đầu tiên sẽ chuyển thành dạng anhydrit, tiếp theo là phản ứng ester hóa xảy ra giữa anhydrit axit và các nhóm hydroxyl của xenluloza. Tại vị trí phản ứng nh vậy đư xuất hiện hai nhóm chức axit có khả năng trao đổi ion. So với các biện pháp biến tính cellulose tr ớc đó, ph ơng pháp sử dụng axit citric có nhiều u điểm nh điều kiện phản ứng đơn giản, tác nhân axit không độc hại, giá thành không cao. Vì vậy trong nghiên cứu này, em sử dụng axit citric để biến tính bã mía thành vật liệu hấp phụ. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 32 Khóa luận tốt nghiệp CH Trường ĐảDL ả i Phòng NGă2. TH C NGHI M 2.1.ăD ngăc ăvƠăhóaăch t 2.1.1. Dụng cụ - Máy lắc June HY – 4 - Cân phân tích Adxenture - Máy đo quang Hach DR/2010 - Tủ sấy - Bình định mức : 50ml, 100ml, 1000ml. - Bình nón 250 ml - Buret và pipet các loại - Phễu lọc và giấy lọc - Một số dụng cụ phụ trợ khác. 2.1.2. Hóa chất - NaOH Pa - NiSO4 .6H2O Pa - HNO3 đặc Pa - Dung dịch n ớc Brom bão hòa Pa - Amoniac đặc Pa - Axit citric Pa - Thuốc thử Dimetylglioxim 1,2% Pa 2.1.3. Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm - Dung dịch Dimetylglioxim 1,2%: hòa tan 1,2g muối natri Dimetylglioxim trong axeton rồi định mức thành 100ml. - Dung dịch gốc Ni2+ : Hòa tan 0,131g (NiSO4 .6H2O) trong n ớc cất và định mức thành 500ml, ta đ ợc dung dịch có nồng độ 58,5 mgNi/l. - Dung dịch axit citric 0,4M: Hòa tan 42g (C6H8O7.H2O) trong n ớc cất và định mức tới vạch 500ml. - Dung dịch NaOH 0,1M: Hòa tan 4g (NaOH) trong n ớc cất và định mức tới vạch 1000ml Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 33 Khóa luận tốt nghiệp 2.2.ăPh Trường ĐảDL ả i Phòng ngăphápăxácăđ nhăNiken 2.2.1. Nguyên tắc Ion Ni trong môi tr ng amoniac yếu có mặt chất oxy hóa mạnh sẽ tạo thành với dimetylglioxim một phức màu đỏ, c ken. Độ hấp thụ màu của phức đ ợc đo ng độ màu tỉ lệ với nồng độ ni- b ớc sóng λ = 560nm. 2.2.2. Trình tự phân tích Cho vào bình định mức có dung tích 100ml một thể tích mẫu sao cho l ợng Niken trong mẫu là 0,01 – 0,25 mgNi. Rồi cho thêm vào bình 10ml dung dịch n ớc Brom bão hòa, lắc hỗn hợp. Sau đó cho thêm 12ml dung dịch amoniac và 4ml dung dịch đimetylglioxim 1,2%. Thêm n ớc cất tới vạch mức 100ml, để ổn định 15 – 20 phút rồi đem đo mật độ quang của dung dịch trên với cuvet có bề dày L b ớc sóng 2.3.ăXơyăd ngăđ ngăchu năc aăNiken = 560nm. Chuẩn bị 7 bình định mức có dung tích 100ml, lấy lần l ợt vào mỗi bình 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11 ml dung dịch có nồng độ 58,5 mgNi/l. Sau đó tiến hành các b ớc t ơng tự trong trình tự phân tích. Kết quả thu đ ợc nh sau: B ng 2.1. Kết qu xác định đường chuẩn niken STT Th tích Ni2+ (mg) N ngăđ Ni2+ (mg/l) ABS 1 0 0 0 2 1 0,585 0,171 3 3 1,755 0,496 4 5 2,925 0,764 5 7 4,095 1,057 6 9 5,265 1,304 7 11 6,435 1,527 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 34 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 2 y = 0.238x + 0.043 R² = 0.996 1.6 ABS 1.2 0.8 0.4 0 0 1 2 3 4 5 6 7 C(mg/l) ảình 2.1. Phương trình đường chuẩn niken Vậy ph ơng trình đ ng chuẩn của niken dùng để xác định nồng độ Ni- ken sau quá trình hấp phụ có dạng: y = 0,238x + 0,043 2.3.ăCh ăt oăv tăli uăh p ph ăt bã mía Bư mía đ ợc cắt rồi nghiền nhỏ, rửa bằng n ớc cất nóng trong 30 phút để loại bỏ hết đ ng tự nhiên, sấy khô Lấy 65g bã mía trong 1 gi 1000C, thu đ ợc nguyên liệu. trên cho vào 1 lít dung dịch NaOH 0,1M, đem khuấy nhiệt độ phòng. Sau đó, lấy phần bã mía vào n ớc cất khuấy trong 45 phút trên đem rửa sạch cho nhiệt độ phòng. Quá trình này đ ợc lặp đi lặp lại cho đến khi hết kiềm (kiểm tra bằng giấy chỉ thị). Lấy phần bã mía trên cho vào 500 ml axit citric 0,4 M. Huyền phù axit citric – bã mía để phản ứng trong 8 gi 800C. Sau đó lọc lấy phần bư mía đem sấy khô 800C. Phần bã mía này đ ợc rửa sạch trên phễu lọc để loại hết axit d (kiểm tra bằng giấy chỉ thị) và đem sấy khô 800C trong 3 gi đ ợc vật liệu hấp phụ. 2.4.ăKh oăsátăkh ănĕngăh păph ăc aănguyênăli uăvƠăv tăli uăh păph . Để so sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ ta tiến hành nh sau: Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 35 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng - Chuẩn bị 2 bình tam giác dung tích 250 ml - Cho vào 1 bình 0,5g nguyên liệu và 1 bình 0,5g vật liệu hấp phụ. Thêm vào cả 2 bình mỗi bình 50 ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l. - Lắc các bình trên máy lắc trong khoảng th i gian nhất định rồi tiến hành lọc, thu dung dịch lọc để xác định. 2.5. Kh o sát các y u t nhăh ng đ n kh nĕngăh p ph c a v tăli uăh pă ph . 2.5.1. Kh o sát thời gian đ t cân bằng hấp phụ. Để khảo sát ảnh h ng của th i gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu đến quá trình hấp phụ, ta tiến hành nh sau: - Chuẩn bị 6 bình tam giác có dung tích 250 ml - Cho vào mỗi bình 0,5g vật liệu hấp phụ và 50 ml dung dịch Ni2+ với nồng độ 58,5 mg/l. - Lắc các bình trên máy lắc, trong các khoảng th i gian khác nhau rồi tiến hành lọc, thu dung dịch lọc để xác định. 2.5.2. Kh o sát nh hưởng của pả đến kh năng hấp phụ của vật liệu Một trong những yếu tố quan trọng ảnh h vật liệu là pH, để khảo sát ảnh h ng tới khả năng hấp phụ của ng của pH ta tiến hành nh sau: - Chuẩn bị: 7 bình tam giác dung tích 250 ml. - Cho vào mỗi bình 50 ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l và 0,5g vật liệu hấp phụ. - Điều chỉnh pH khác nhau mỗi bình. - Đem lắc trong khoảng th i gian đạt cân bằng hấp phụ sau đó lọc và đo nồng độ đầu ra của dung dịch. 2.5.3. Kh o sát nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Để khảo sát ảnh h ng của khối l ợng vật liệu đến quá trình hấp phụ, ta tiến hành nh sau: - Chuẩn bị 6 bình tam giác có dung tích 250 ml Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 36 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng - Cho vào mỗi bình lần l ợt 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,1g vật liệu hấp phụ và 50 ml dung dịch Ni2+ với nồng độ 58,5 mg/l. - Điều chỉnh pH tối u và tiến hành lắc trong khoảng th i gian đạt cân bằng hấp phụ sau đó lọc và xác định nồng độ Ni2+ sau xử lý. 2.5.4. Sự phụ thuộc t i trọng vào nồng độ cân bằng Để khảo sát sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của vật liệu ta tiến hành nh sau: - Chuẩn bị: 5 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ 1 đến 5. - Pha dung dịch Ni2+ với nồng độ khác nhau: 39; 58,5; 87,75; 117; 146,25 mg/l. - Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ nh trên và 0,7g vật liệu hấp phụ. - Điều chỉnh pH tối u và tiến hành lắc trong khoảng th i gian đạt cân bằng hấp phụ sau đó lọc và xác định nồng độ Ni2+ sau xử lý. 2.5.4. Kh o sát kh năng gi i hấp và tái sinh của vật liệu hấp phụ 2.5.4.1. Kh o sát kh năng gi i hấp Lấy 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l và 0,7g vật liệu hấp phụ cho vào bình tam giác 250ml đem lắc trong 80 phút. Sau đó đo nồng độ của dung dịch sau khi xử lý, từ đó tính đ ợc hàm l ợng Ni2+ mà bã mía đư hấp phụ đ ợc. Sau đó tiến hành giải hấp tách Ni2+ ra khỏi vật liệu bằng dung dịch HNO3 1M, quá trình giải hấp đ ợc tiến hành 3 lần, mỗi lần bằng 50ml dung dịch HNO3. Xác định nồng độ Ni2+ sau giải hấp bằng ph ơng pháp trắc quang. Từ đó tính đ ợc hàm l ợng Ni2+ đư đ ợc rửa giải. 2.5.4.2. Kh o sát kh năng tái sinh Lấy 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l cho vào bình tam giác dung tích 250ml cùng 0,7g vật liệu hấp phụ đư qua giải hấp trên. Đem lắc trong 80 phút. Sau đó đo nồng độ Ni2+ sau khi lắc. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 37 Khóa luận tốt nghiệp CH Trường ĐảDL ả i Phòng NGă3. K T QU VÀ TH O LU N 3.1.ăKh oăsátăkh ănĕngăh păph ăc aănguyênăli uăvƠăv tăli uăh păph Cân mỗi loại nguyên liệu và vật liệu hấp phụ 0,5g cho riêng rẽ vào 2 bình tam giác. Thêm vào mỗi bình 50 ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l. Đem lắc trong th i gian 60 phút. Đem lọc rồi làm t ơng tự nh trình tự phân tích. Kết quả thu đ ợc thể hiện bảng 3.1 B ng 3.1. Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP Ch t h p ph C0 (mg/l) ABS Cf (mg/l) Hi u su t (%) Nguyên liệu 58,5 9,38 39,231 32,94 Vật liệu 58,5 4,416 18,374 68,6 Kết quả bảng 3.1 cho thấy cả nguyên liệu và vật liệu hấp phụ đều có khả năng hấp phụ Ni2+. Tuy nhiên, hiệu suất hấp phụ của vật liệu hấp phụ cao gấp 2,1 lần so với nguyên liệu. Điều này chứng tỏ nguyên liệu sau khi đ ơc biến tính bằng axit citric tr thành vật liệu hấp phụ có độ xốp cao hơn nguyên liệu bã mía ban đầu, diện tích bề mặt lớn hơn và hấp phụ tốt hơn. 3.2.ăKh oăsátă nhăh ngăc aăth iăgianăđ năquáătrìnhăh păph ăNiken Cho lần l ợt vào 6 bình tam giác dung tích 250 ml đư đánh số thứ tự mỗi bình 0,5g vật liệu hấp phụ rồi thêm vào mỗi bình 50 ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l. Đem lắc trên máy lắc trong khoảng th i gian khác nhau 20; 40; 60; 80; 100; 120. Sau khi lắc xong đem lọc rồi làm theo trình tự phân tích. Kết quả thu đ ợc thể hiện bảng 3.2 B ng 3.2. nh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken STT Th i gian ABS Cf (mg/l) Hi u su t (%) 1 20 6,348 26,492 54,71 2 40 5,371 22,387 61,73 3 60 4,635 19,294 67,02 4 80 3,606 14,971 74,41 5 100 3,39 14,063 75,96 6 120 3,347 13,882 76,27 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 38 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc khả năng hấp phụ Niken trong dung dịch theo th i gian hấp phụ: Hiệu suất (%) 80 70 60 50 0 20 40 60 80 100 120 140 Th i gian (phút) Hình 3.1. nh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng dần khi th i gian hấp phụ tăng từ 20 - 80 phút. Khi tiếp tục kéo dài th i gian hấp phụ thì hiệu suất quá trình hấp phụ vẫn tăng nh ng không đáng kể. Nh vậy ta chọn th i gian đạt cân bằng hấp phụ là 80 phút cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.3.ăKh oăsát nhăh ngăc aăpHăđ năquáătrìnhăh păph ăNiken Cho lần l ợt vào 7 bình tam giác dung tích 250 ml đư đánh số thứ tự mỗi bình 0,5g vật liệu hấp phụ và thêm vào mỗi bình 50 ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l. Dùng dung dịch NaOH và H2SO4 loưng để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị t ơng ứng là 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8. Tiến hành lắc trong khoảng th i gian 80 phút (th i gian đạt cân bằng hấp phụ). Đem lọc rồi làm t ơng tự nh trình tự phân tích. Kết quả thu đ ợc thể hiện Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 bảng 3.3 39 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 3.3. nh hưởng của pả đến quá trình hấp phụ Niken STT pH ABS Cf (mg/l) Hi u su t (%) 1 2 6,113 25,504 56,4 2 3 5,545 23,118 60,48 3 4 4,52 18,811 67,84 4 5 3,765 15,639 73,27 5 6 2,893 11,975 79.53 6 7 3,187 13,21 77,42 7 8 3,941 16,378 71,97 Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc khả năng hấp phụ Niken trong dung dịch theo pH: 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH Hình 3.2. nh hưởng của pả đến quá trình hấp phụ Niken Từ kết quả thu đ ợc từ bảng 3.3 và hình 3.2 ta thấy: Khi pH tăng thì khả năng hấp phụ Niken của vật liệu tăng (hiệu suất quá trình xử lý tăng) và đạt cực đại tại pH = 6. Khi pH > 6 khả năng hấp phụ Niken của vật liệu giảm (hiệu suất Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 40 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng của quá trình xử lý giảm). Vậy khả năng hấp phụ Niken của vật liệu tốt nhất tại pH = 6. Chọn pH = 6 cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.4.ăK tăqu ăkh oăsátă nhăh ngăc aăkh iăl ngăv tăli uăđ năquáătrìnhăh pă ph Niken Chuẩn bị 6 bình tam giác 250 ml đánh số thứ tự từ 1 đến 6. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l và lần l ợt 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,1g vật liệu hấp phụ. Điều chỉnh pH của các dung dịch đến pH = 6. Lắc các bình trên máy lắc trong th i gian 80 phút, đem lọc và làm t ơng tự nh đối với mẫu chuẩn. Kết quả thu đ ợc thể hiện bảng 3.4 B ng 3.4. nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken STT Kh iăl ng v t li u h p ph (g) ABS Cf (mg/l) Hi u su t (%) 1 0,1 6,616 27,618 52,79 2 0,3 4,11 17,088 70,79 3 0,5 3,035 12,571 78,51 4 0,7 1,884 7,735 86,78 5 1,9 2,329 9,605 83,58 6 1,1 2,619 10,824 81,5 Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối l ợng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken: Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 41 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng Hiệu suất(%) 90 80 70 60 50 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Khối l ợng(g) Hình 3.3. nh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken Kết quả trên hình 3.3 cho thấy khi khối l ợng vật liệu hấp phụ tăng thì hiệu suất quá trình hấp phụ Niken tăng theo và đạt cực đại khi khối l ợng vật liệu hấp phụ bằng 0,7g. Tiếp tục tăng khối l ợng vật liệu hấp phụ thì hiệu suất quá trình hấp phụ Niken lại giảm. Vậy khối l ợng vật liệu hấp phụ tối u cho quá trình thí nghiệm là 0,7g. Chọn giá trị khối l ợng của vật liệu bằng 0,7g cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.5.ăKh oăsátăs ăph ăthu căt iătr ngăh păph ăvƠoăn ngăđ ăcơnăbằngăc aăNiken Lấy 5 bình tam giác dung tích 250 ml đánh số thứ tự từ 1 đến 5. Pha dung dịch Niken với các nồng độ khác nhau 39; 58,5; 87,75; 117; 146,25 mg/l. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Ni2+ với nồng độ nh trên và 0,7g vật liệu hấp phụ. Điều chỉnh pH = 6 và tiến hành lắc trong khoảng th i gian 80 phút, lọc và xác định nồng độ niken sau xử lý. Kết quả thu đ ợc thể hiện Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 bảng 3.5 42 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 3.5. Kết qu kh o sát sự phụ thuộc t i trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Niken T i tr ng h p STT Ci (mg/l) ABS Cf (mg/l) 1 39 0,989 3,975 2,502 1,589 2 58,5 1,795 7,361 3,653 2,015 3 87,75 3,064 13,133 5,33 2,464 4 117 5,073 21,134 6,848 3,086 5 146,25 7,726 32,282 8,141 3,965 ph q (mg/g) T l Cf/q Từ kết quả trên ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf của niken và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf: 10 q (mg/l) 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 30 35 Cf(mg/l) Hình 3.4. Sự phụ thuộc của t i trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Ni2+ trong dung dịch Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 43 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng 5 y = 0,081x + 1,349 R² = 0,996 Tỷ lệ Cf/q 4 3 2 1 0 5 10 15 20 25 30 35 Cf( mg/l) Hình 3.5. Sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf Kết quả thực nghiệm cho thấy sự hấp phụ Ni2+ đ ợc miêu tả t ơng đối tốt bằng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cả vùng có nồng độ cao và vùng có nồng độ thấp. Theo ph ơng trình đẳng nhiệt Langmuir ta có: tgα = 1/qmax Từ ph ơng trình biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ta tính đ ợc: tgα = 0,081 Từ đó ta suy ra qmax = 12,35(mg/g) 3.6.ăK tăqu ăkh oăsátăkh ănĕngăgi iăh p,ătáiăsinhăv tăli uăh păph Lấy 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l và 0,7g bã mía cho vào bình tam giác 250ml đem lắc trong 80 phút tại pH = 6. Lọc dung dịch sau khi lắc, đo mật độ quang của dung dịch thu đ ợc và tính đ ợc hàm l ợng Ni2+ mà bã mía đư hấp phụ. Kết quả đ ợc thể hiện bảng 3.6: B ng 3.6. Kết qu hấp phụ Ni2+ bằng vật liệu hấp phụ Nguyên t Ni2+ Ci (mg/l) 58,5 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 Cf (mg/l) 8,05 Hi u su t (%) 86,24 44 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng B ng 3.7. Kết qu gi i hấp vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M L ng Ni2+ h p ph L ng Ni2+ Hi u su t c rửa gi i (%) STT S l n rửa 1 Lần 1 2,523 1,798 71,26 2 Lần 2 0,725 0,274 82,12 3 Lần 3 0,451 0,307 94,29 trong v t li u đ Dựa vào bảng số liệu trên khả năng rửa giải vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M khá tốt. Ban đầu trong vật liệu hấp phụ chứa 2,523 mg Ni2+ sau khi đ ợc rửa giải 3 lần thì chỉ còn lại 0,144mg Ni2+, hiệu suất đạt 94,29 %. B ng 3.8. Kết qu tái sinh vật liệu hấp phụ V t li u h p ph Bã mía Ci (mg/l) Cf (mg/l) 58,5 11,328 Hi u su t (%) 80,64 Kết quả trên cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ sau khi giải hấp vẫn rất khả quan, hiệu suất đạt 80,64%. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 45 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng K T LU N Qua quá trình thực hiện đề tài khóa luận “Tìm hiểu kh năng hấp phụ Niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế t o từ bã mía.” em đư thu đ ợc một số kết quả nh sau: 1. Đư chế tạo đ ợc vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải là bã mía thông qua quá trình xử lý hóa học bằng natri hidroxit và axit citric. 2. Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ đối với ion Ni2+. Kết quả cho thấy cả nguyên liệu và vật liệu đều hấp phụ đ ợc ion kim loại này trong dung dịch. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của vật liệu là tốt hơn so với nguyên liệu (gấp 2,1 lần). 3. Khảo sát ảnh h ng của th i gian đến quá trình hấp phụ Niken. Kết quả thực nghiệm cho thấy th i gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu là 80 phút. 4. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu theo pH, kết quả cho thấy pH tối u cho quá trình hấp phụ ion Ni2+ là pH = 6. 5. Khảo sát ảnh h ng của khối l ợng vật liệu đến quá trình hấp phụ đối với ion Ni2+. Kết quả thực nghiệm cho thấy khối l ợng vật liệu hấp phụ tối u là 0,7g. 6. Mô tả quá trình hấp phụ của vật liệu đối với ion Ni2+ theo mô hình Langmuir và thu đ ợc giá trị tải trọng hấp phụ cực đại là qmax = 12,35(mg/g). 7. Khảo sát quá trình hấp phụ động của vật liệu, khả năng hấp phụ của vật liệu khá tốt. Vật liệu sau khi giải hấp đ ợc hấp phụ lại với hiệu suất 80,64% Nh vậy, việc sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bư mía để hấp phụ ion Ni2+ có những u điểm sau: - Sử dụng nguyên liệu tự nhiên, rẻ tiền, dễ kiếm - Quy trình xử lý đơn giản, đạt hiệu quả xử lý cao, an toàn với môi tr ng. Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 46 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐảDL ả i Phòng TÀI LI U THAM KH O 1. Lê Huy Bá, Độc học môi trường, Nhà xuất bản đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2000 2. Nguy n Tinh Dung , Hóa học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hoá học, Nxb Giáo dục Hà Nội, 2002. 3. Nguy n ĐĕngăĐ c, Hóa học phân tích, Đại học Thái Nguyên, 2008 4. Ph m Lu n, Cơ sở lý thuyết các phương pháp phổ quang học, Nhà xuất bản Đại Học quốc gia Hà Nội, 1999 5. Ph m Lu n, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất bản Đại Học quốc gia Hà Nội, 2006 6. Hoàng Nhâm, ảóa vô cơ tập 3, Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội, 2001 7. Tr năVĕnăNhơn,ăNguy n Th c Sửu, Nguy năVĕnăTu , Giáo trình hóa lý tập 2, Nhà xuất bản giáo dục, 2004 8. Tr năVĕnăNhơn,ăNgôăTh Nga, Giáo trình công nghệ xử lí nước th i, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội, 2002 9. Tr nh Th Thanh, Độc học, môi trường và s c khỏe con người, Nhà xuất bản Đại Học quốc gia Hà Nội, 2001 10. Nguy năĐ c V n, ảóa vô cơ tập 2: Các kim lo i điển hình, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 11. Tiêu chu n Vi t Nam 2011 Sinh viên: Nguyễn Thị ả nh – MT1201 47