nghiên cứu biến tính tro bay phả lại với polyme chức năng để tăng dung lượng hấp thụ crom ứng dụng xử lý nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



TRẦN THỊ MINH HUYỀN



NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TRO BAY PHẢ LẠI VỚI
POLYME CHỨC NĂNG ĐỂ TĂNG DUNG LƢỢNG
HẤP PHỤ CROM ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI



LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC



HÀ NỘI - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


TRẦN THỊ MINH HUYỀN



NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TRO BAY PHẢ LẠI VỚI
POLYME CHỨC NĂNG ĐỂ TĂNG DUNG LƢỢNG
HẤP PHỤ CROM ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI

Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng
Mã số: 60.44.41

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN TUẤN DUNG

HÀ NỘI - 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1. TRO BAY: 3
1.1.1. Gii thiu v tro bay: 3
1i 4
1m ca tro bay: 5
1 dng tro bay: 7
1  9
1.2.1. Ngun g  9
1.2.2. ng dp: 11
1.2.3. ng ci vi sc khi: 12
1n nay: 14
1  17
1 - kt ta: 17
1i ion: 18
1c: 19
1p ph: 20
1.3. NG DT LIU HP PH Cr(VI): 22

CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2ng c: 24
2t: 24
2.1.2. Dng c: 24
2.1.3. Thit b: 24
2c nghim: 25
2.2.1. Bi-situ: 25
2a vt liu: 25
2 hng ngoi: 25
2u x tia X: 26
2n t  28
2 m 30
2u kh p ph Cr(VI): 35
2c quang: 35
2.2.3.2. Kh p ph ca vt liu: 35
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3P in-  37
3 hng ngoi bii Fourier (FTIR): 37
3.1u x tia X (XRD): 39
3n t  ng (FE-SEM): 40
3.2. P in- KIM: 41
3 hng ngoi bii Fourier (FTIR): 41
3u x tia X (XRD): 43
3n t  ng (FE-SEM): 44
3nh di m 45
3U KH P PH Cr(VI) CA TBK/PDAN: 49
3.3.1. Dng chunh n Cr(VI): 49
3.3.2. Khng ca pH: 50
3.3.3. Khng ca thi gian ti 52
3.3.4. Khng ca n u: 53

3ng nhit hp ph: 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60





DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TB
Tro bay
TBA
Tro bay axit
TBK
Tro bay kim
PDAN

TBK/PDAN
Tro bay ki
FTIR
Ph hng ngoi bii Fourier
XRD
iu x tia X
FE - SEM
n t  ng
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia khác.
Bảng 1.3: Hàm lượng crôm trong cơ thể người
Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Cr(III) và Cr(VI) trong nước

Bảng 3.1: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp.
Bảng 3.2: Số liệu dựng đường chuẩn xác định Cr(VI)
Bảng 3.3: Số liệu hấp phụ Cr(VI) của mẫu TB và TBK/PDAN.
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất hấp phụ
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu tới khả năng hấp phụ của
TBK/PDAN.
Bảng 3.6: Các thông số của hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ








DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể.
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý thiết bị SEM.
Hình 2.3: Các kiểu đường hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt theo IUPAC
Hình 3.1: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay xử
lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN).
Hình 3.2: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý axit (TBA) và tro bay
xử lý axit biến tính PDAN (TBA/PDAN).
Hình 3.3: Ảnh FE-SEM của các mẫu TB, TBA và TBA/PDAN.
Hình 3.4: Phổ FTIR của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBK) và tro bay xử
lý kiềm biến tính với 1% PDAN (TBK/PDAN).
Hình 3.5: Giản đồ XRD của tro bay (TB), tro bay xử lý kiềm (TBA) và tro bay
xử lý kiềm biến tính PDAN (TBA/PDAN).
Hình 3.6: Ảnh FE-SEM của các mẫu TBK và TBK/PDAN.
Hình 3.7: Đẳng nhiệt hấp phụ khí nitơ của các mẫu tro bay trước và sau khi

biến tính.
Hình 3.8: Sự phân bố kích thước lỗ xốp của các mẫu tro bay.
Hình 3.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI).
Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất hấp phụ.
Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất hấp phụ.
Hình 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) ban đầu tới khả năng hấp phụ
Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich.
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

MỞ ĐẦU

 gii thu tn tro bay, phn ln t
n than. n nay, ngay  n, lng
cht thi rn  mi  dng rch yu thng [20].
 n cung cp t n vm
mt t phn quan trng. Theo Quy hon lc quc gia giai
n 2011-2020, tt cn than
chim ti 48% tng sn c c [1]ng
mu tt sng.
 ving ng dnhau ca tro bay
c ht sc bing ng dng
t liu hp ph x c thi [21].
Kim loi nng chc bit nguy hii vi
sc khi do kh  sinh hc. Trong s 
t. Tro bay bc th gi
vt liu hp ph Cr(VI) t 22u chng t dung
ng hp ph Cr(VI) ci s dng vng ln,
 khc phc y
Polydi   n ph     
n xut ccha c amin trong

t qu  ra rp din ra 
mi  tr do to cho polyme kh
n ng mnh m vp chn t
 i.
 luu 
n Ph Li vi polydiaminonaphtalen bng phn ng
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

p in-situ, u t ca vt likh p ph
ion Cr(VI) c.

Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN

1.1. TRO BAY:
1.1.1. Giới thiệu về tro bay:
t loi cht thi rn sinh ra t t than t 
 
loi nh mi ta gn.
 gii thu tn tro bay, phn ln thi
ra  dng r Australia thi ra 13
triu t u tc x  y
ng;   u tn tro bay
  dng [23p
nhing tro bay th
lc ln tr sn xut [24, 25].
 i ra khong
1,3 triu tn tro bay [2]. n Ph Li 2 (H
ti ra khong 3.000 tn tro x, 
t m
      c thi thng ra h
chng tro x a Nhin Ph Li 1, m
 ng cht thi khng l ng, ly
hai h chy ch Theo d  
ng [1ng tro x th
 ng 12 triu t n thi ra t
  du than.
y phi s dng mt din ao hp
 ng ph thng l 

Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

c thc lc bit vn h
trng nhc ht rt nh t 
tro x  bay t ng, ng
 i sng sinh hot cy vic x  
dng cht thi r 
 gii  x  y 
             n,
  n n          ph 
nghich v ng th trn Ph Li - - H
phi hp vi Vin Khoa hc Vt liu, Vin Khoa h   Vit
Nam thc hin d  bin Tro bay Nhin s d
n ni [3]. D c tit thit k
n sn phn xut nh
vt 200 tn phc cung cp cho D 
th n Bi,
 n Qu
c.
1.1.2. Phân loại
Tro bay ng c hai loi t
[24]:
 Long bng 15-n
ph t than ligrit hoc than cha bitum; ch    
ng < 2%.
 Loc t vit than antraxit
hoc than ch         
khong 2-10%.
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

Tro bay Ph Li thuc lo       ng than

1.1.3. Thành phần và đặc điểm của tro bay:
c ca tro bay ch yn h
SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3 ,
TiO
3,
MgO, CaO, K
2
O cha mng
c mc t h ch
n Ph Li [4] a mt s loi tro t  [26]
i b

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại
Thành phần hóa học
Hàm lƣợng (%)
SiO
2
62,75
Al

2
O
3
13,20
Fe
2
O
3
3,23
MgO
1,87
Na
2
O
0,08
K
2
O
1,98
ZnO
2,10
TiO
2
1,70
Cacbon
12,10
i
1,19

Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia
khác.
Thành phần hóa học
Tro bay sản xuất tại
Ấn độ
Trung
Quốc
Cadactan
Hàm
lƣợng
(%)
SiO
2

55-65
>55
54-65
Al
2
O
3

25-35
>31
21-39
Fe
2
O

3

1-5
<3
1,6-3,8
MgO
-
>1
0,7-2,3
CaO
-
>2
-
K
2
O
-
>1
-
Na
2
O

-
0,3-1,3
TiO
2
0,5-1,5
>1
-

t mc
ht nh, trong khong t  mng
trong khong t n 2 m
2
/g [23, 27m ni bt c
nhc cao, bn nhit, bn v.
c trong khong t hc
ht hn tn ra rt liu phc tp,
n ti phn ln  dn hay l rng t ong,
m c bao ph bi mt lp
thy tinh. Di mt quan trng,
 mc kt tro
n, m m phn 
hc gi
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

Tro bay sinh ra t   trng ln nht,
 m tt hp th  m ca tro
m ct trong nht quan tr
phng cn x 
1.1.4. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay:
Hin nay, vi d
n mnh m  tn dng tu dng
th ci tng sn nay, ngay c t
c ph dng vt hn ch, ch yu
c sn xut vt ling ng d
c th giy mn khai ng dc ng
d li
a) Ứng dụng trong sản xuất ximăng và bê tông:

t ph c bi thay th ti
. Do c  nht ca v
kh n v m ch
c bi nhng khc lp thn,
vic b sung ph   
cn ph ng [5].
b) Ứng dụng làm vật liệu xây dựng:
i ta s dng  thay th 
vt ling c ng. Sn xu i gch, tm panen, sn xut
gm, hot liu nn
 Nguyn Mnh Thy ng s u ng dng tro bay
u kin Vit Nam6].
c) Ứng dụng trong nông nghiệp:
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

c ng dng.
c kt hp tro bay nh v 
n phm cha z  ci to
t, chu qu s d
thuc tr ng sn phm, bo qun mt s 
sn sau khi thu hong trong th 
ng bnh tt, ty u chung tri [7].
d) Ứng dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm nước:
    ng dng k     u r 
c x hit nhiu
u kh  c bp ph
s dng tro bay.   n xut
ca phenol [2829], hay p ch 
loi nng [8-10, 21, 30, 31].
Vic x i nng vi n cao trong

dung d thc hin mu qu bt ta
c hoi n chm thp, vic s
d   p ph t ra hiu qu     u. ng
u ch ti vt liu hp ph ngun g 
cht thi rp dn mnh m s 
c. Tt qu u
ch ra rng hp ph kim loi nng c
phi s dng vng ln [21].
Do kh p ph kim loi n  
u bi yn h
trn v nhi cao, khong 500-600
o
C [21].  c ta
u v  dt liu hp ph v
  nh    ca Nguyn Th   ng s   u
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

chuyo bay Ph Lng x t th
m [10t qu cho thy sau khi chuy p ph 
benzen cc tng hp t t
tinh khit c n cng thi kh p ph
ion Pb
2+
ng hp ph ci ca vt lit 11.2mg/g, ln gp 2.5
ln mu zeolit Philipsite t  Nguyng s 
tng hp zeolit t  d i ion kniken [8,9]. 
gi  ng s u ch to vt liu hp ph t tro
than bay s dng [4].
1.2. CRÔM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CRÔM:
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố crôm:

 i ph bin trong thi
m 6.10-3 % tng s   
t).  ting Hi L
sp cht c t kim loi cng, mt
  t
   [11].
     t crmit [Fe(CrO
2
)
2
]. Hp cht ca
ng do s 
lo xut hi ng t
1- c bin t 5- ,   
n 5.2 mg/l  g/l [12]. 
 bin c +6, vnh nh
p cht ci tr
ng chc oxi th
t lng bo v  mt, 
i vi kim loi  i.
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

c t m tn ti  hai tr

+3

+6

+3
tn ti  dng Cr(OH)

2+
, Cr(OH)
2
+
,
Cr(OH)

4
 Cr
+6
    CrO
4
2
r
2
O
7
2
, HCrO
4


  
+6
tn ti vi hng s ng:
H
2
CrO
4
H

+
+ HCrO
4

K
1
= 0,18 (pK
1
= 6,15)
HCrO
4

H
+
+ CrO
4
2
K
2
= 3,2.10
-7
(pK
2
= 5,65)
2HCrO
4

Cr
2
O

7
2
+ H
2
O K
3
= 33,3.10
-12
(pK
3
= 14,56)
S  l gia hai tr thuu yu t.
u kin thit.  pH >7 ion CrO
4
2-

chi . T  l Cr(III)/Cr(VI) ph thu
nng  xi, n chkh, ch
o ph c b mt cho thy
phc hydroxo chi u kin ph bi
phc bn vn gc t t
h crm tn ti hp cht v
   t, m tn ti ch y i d   
Cr(OH)
3
.H
2
O hoc crp phn ct. Trn ti ca
crm ph thuc mnh m  pH. t chua (pH < 4) crm  dng
Cr(H

2
O)
6
3+
 n phm ca s th
y
2+
.H
2
O. C hai du d 
l   
nhu t  
phc hp. Cr(III) hp th axit humic tr li d
lot t n kim, Cr(VI) tn ti ch yu  dng tan ho
t chua (pH < 6) HCrO
4

c ch y
4
2

ng nht ca cr d 
t ho mt nh i cht ca thc vt [13].
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

Bn cht ctrcrc th 
r      c t   c thi    
nghip cht ca crm ph thua
ng. S t ca cr cc thi ph thuc
p cht cha crc s d 

cht th hay h u ch biy Cr
+6
s t ch
yp ch bin
kim lo    ong cht nhum. Cr
+3
  c thi c 
p thuc da, dc thp m n
 
1.2.2. Ứng dụng crôm trong công nghiệp:
c bin  nhi 
cng vc s dng rp,
c bin kim. Cr
 ca hc ho
ng cng. C th, cr sn xup kim vi
nm sn xu d ch
tc m  mt kim loi tp m  b
hc cao, ch mp, phn x   
mui crnhic sc s c ng dng r
nghip nhu   ng h  i crm vi nhi   
 nhuy tinh, t sn
xut g dng trong sn xut hng ngc tng h
cht c nhum vp thuc da, crm
t tn da: Cr
2
(SO
4
)
3
c s dng v

a Cr
3+
t c
b ch  nhi u ng
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

dc thp cha
ng cri l
1.2.3. Ảnh hƣởng của crôm đối với sức khỏe con ngƣời:
 c crm tn ti ch yu  dng Cr(III) (CrO
4
2-
  
(Cr
2
O
7
2-
)a cri v i ph thung
 cnh nht, v
t chng thit y
s dcht    y Cr(III)
trong mt s b phn ci [14]. S thiu h sinh ra bnh
gu ht cri h s
nhi m c

Bảng 1.3: Hàm lượng crôm trong cơ thể người
Các bộ phận
Hàm lƣợng crôm
- 

- Phi
- c tiu
- Thn
- Gan
0  20 g/100g
0  33 g/100g
0  1,6 g/100g
0  9,6 g/100g
1  11 g/100g

Trong khi Cr      nh trong ho ng ca con
i, Cr(VI) li rc  d p th  i (nu Cr(III) ch
hp ph ng hp ph ci 50%). Cr
 ng: qua  s
t vt hoa enzim, 
nhiu bnh nguy him i [14] 
to ra s  n t       ng cao,
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

crt tc ch h thn.
i vi n th c xut hi
k p thi bnh s  li.
hi cr n thng s
 p s ng mn phi
ng, xung huyt phi, nguy h mt
  p
 theo b
n ng cng
cu nhanh gp 10 



 [15].
cr
cr
crn 
cr c qui,
             
cr

cr cr
n 40
0

              

 

             

Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20






cr


c xp loi ch

 N
chung a n tc
[16].

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Cr(III) và Cr(VI) trong nước
Các loại nƣớc
Giá trị giới hạn nồng
độ ô nhiễm Cr(III)
Giá trị giới hạn nồng
độ ô nhiễm Cr(VI)
c thp
0,2 mg/l
0,05 mg/l
c ngm
0,1 mg/l
0,05 mg/l
c sinh hot
0,1 mg/l
0,05 mg/l
c bin ven b
0,1 mg/l
0,05 mg/l

1.2.4. Tình hình ô nhiễm crôm hiện nay:
 Vit Nam, mu c gng trong vic
thc hin , t v bo v ng, 
c vt 
chc   
phn l m, nhi m
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

     ng kim loi n    c 
nhu li nng
  t trong nguc mc ngm
ng trc tip hop t
ng. Trong s i nng k crt kim loc
bi
Ngunh bao gn trong
t         p. Trong t   
  
bng trong gii hn khong 0.5-100
nM, trong khi  c bin khong 0.1-16 nM. N crt
t ngun t t b  hoc t 
nghi yng crng
c thi ln thi ra t p
luyn kim, m p thuc da, t  
 c ta hin nay, t
 nhanh, cng vi s 
mnh m khin cho chc suy ging. 
m ch y n mnh m cc bit
 i nhiu hong sn xum t
 st ph li to ra sn
pht, mc du m ng
n nay hu ht tt c  t bi
x   khin cho vic qu
 n cht thm cc b
    ng. M     m ti c  
nghip, khu ch xut, cp tp trung rt ln. Ti c
nghi H c b nhim bn bi
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

c thp vi tc th
3

y, bt git, nhum, dt.   c thi
p thi ra t y, luy
u chcrm cao.
ng nguc b m kim loi nm
cr  lm tr 
 H Minh.   c thi
sinh ho thng x   c tip x ra ngun tip
nht nhi   sn xu 
c thi, phn lnh vi y t l thng x 
c thi, m ng l  i r     t
c thi c n
400.000 m
3
n nay mi ch nh vi thng x c
th sn xu lc thi.   H 
 y t  c thi, kho sn xu
nhing thuc din phi di d i
ng, Huc thc
x  m ngup nhu
ln.
c
 , m
 h tng yc hu, nhn thc c ng
 sn xut, doanh nghic mt b qua
  bt cp trong quo v 
ng, nhn thc c ch

m v nhim v bo v nh
nh v bo v 
Trần Thị Minh Huyền Hóa Môi trường K20

 ho dc mt

Hi h giu
i kim loi nc bicrc
th  p vi nhi         t s

1.2.5. Các phƣơng pháp xử lí crôm:
1.2.5.1. Phương pháp khử - kết tủa:
c th
tin  kh, kt t c h
c thng, l. g
 bin hin nay. Mt s n ch c

- Ưu điểm: X c thng l n, d vn

- Hạn chế: Chuyn cht thi t d
ln.
 x  c th   p m n,   dng Cr
+6
.
  ng axit Cr
6+
tn ti ch yu  dng Cr
2
O
7

2-
  
ng kim Cr
+6
tn ti  dng CrO
4
2-
. Cr
+6

 sng do v x 
+6
i ng chuyn
v Cr
+3
:
Cr
+6
+ 3e Cr
+3
    ng   
4
, NaHSO
4
   
 y 
4

+6


        
+6
  
+3
   

+3

-
.