NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.5 MB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
---------------------
---------------------
NGUYỄN THÙY DƯƠNG
NGUYỄN THÙY DƯƠNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION
KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
KIM LOẠI NẶNG TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
TỪ VỎ LẠC VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Hóa phân tích
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG
Thái Nguyên, năm 2008
Thái Nguyên, năm 2008
1.4.3.3. Tính chất độc hại của đồng ................................ 16
MỤC LỤC
1.4.3.4. Tính chất độc hại của mangan ............................ 17
1.4.3.5. Tính chất độc hại của niken ............................... 17
Mục lục
1.4.3.6. Tính chất độc hại của chì ................................... 18
Danh mục các bảng
1.4.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
nặng ........................................................................................................ 18
Mở đầu .................................................................................... 1
Chương 2: THỰC NGHIỆM ................................................................. 20
Chương 1: TỔNG QUAN ...................................................................... 3
2.1. Thiết bị và hóa chất........................................................... 20
1.1 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .................................. 3
2.1.1. Thiết bị ....................................................................... 20
1.1.1. Các khái niệm ............................................................. 3
2.1.2. Hóa chất ..................................................................... 20
1.1.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................... 5
2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc ................................. 21
1.1.2.1. Mô hình động học hấp phụ ................................ 5
2.2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc.............. 21
1.1.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt ........................ 6
2.2.2. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP .... 21
1.2. Giới thiệu về VLHP vỏ lạc ................................................ 9
2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại trên VLHP . 23
1.2.1. Năng suất và sản lượng lạc .......................................... 9
1.2.2. Thành phần chính của vỏ lạc........................................ 10
1.2.3. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp
làm VLHP ............................................................................................... 11
1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ............................... 12
1.3.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử ............................. 12
1.3.2. Cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử .................. 13
1.4. Sơ lược về một số kim loại nặng........................................ 14
1.4.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng .......... 14
1.4.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và
môi trường .............................................................................................. 15
1.4.3.
, crom,
2.3.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại Cd, Cr,
Cu, Mn, Ni và Pb theo phương pháp hấp thụ nguyên tử ............................. 23
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
VLHP đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II).................... 26
2.3.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP đối với
Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) .......................................... 31
2.3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với
Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) .......................................... 34
2.4. Xử lý thử một mẫu nước thải chứa ion Ni(II) của nhà máy
quốc phòng bằng phương pháp hấp phụ trên VLHP chế tạo từ vỏ lạc.. 40
KẾT LUẬN ............................................................................................ 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 44
đồng, mangan, niken và chì ...................................................................... 15
1.4.3.1. Tính chất độc hại của cadimi ............................. 15
1.4.3.2. Tính chất độc hại của crom................................ 16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
Bảng 1.1: Diễn biến sản xuất lạc ở Việt Nam ........................................... ..10
Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc ................................................................... ..10
Bảng 1.3: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp .................................................................................................... ..19
Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa của một số kim
loại......................................................................................................... ..23
Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cd(II) ................. ..24
Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) ................. ..24
Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) .................. ..25
Bảng 2.5: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Mn(II) ................. ..25
Bảng 2.6: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) .................. ..25
Bảng 2.7: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Pb(II) .................. ..26
Bảng 2.8: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II) ................................ ..27
Bảng 2.9: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr(VI) ............................... ..27
Bảng 2.10: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II) .............................. ..28
Bảng 2.11: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Mn(II).............................. ..29
Bảng 2.12: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni(II) ............................... ..29
Bảng 2.13: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II) ............................... ..30
Bảng 2.14: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI), Cu(II),
Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP .......................................................... ..33
Bảng 2.15: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Cd(II) và
Cr(VI) của VLHP ................................................................................... ..35
Bảng 2.16: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Cu(II) và
Mn(II) của VLHP ................................................................................... ..36
Bảng 2.17: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ Ni(II) và
Pb(II) của VLHP .................................................................................... ..38
Bảng 2.18: Kết quả tách loại Ni(II) khỏi nước thải của nhà máy
quốc phòng............................................................................................. ..41
Hình 2.1: Phổ IR của nguyên liệu ............................................................ ..22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.2: Phổ IR của VLHP .................................................................... ..22
Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của nguyên liệu ............................................... ..23
Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của VLHP ....................................................... ..23
Hình 2.5: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd(II) ...................................... ..24
Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ..................................... ..24
Hình 2.7: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) ...................................... ..25
Hình 2.8: Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) ..................................... ..25
Hình 2.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) ...................................... ..25
Hình 2.10: Đường chuẩn xác định nồng độ Pb(II) .................................... ..26
Hình 2.11: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cd(II) ............................... ..27
Hình 2.12: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr(VI) .............................. ..27
Hình 2.13: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II) ............................... ..28
Hình 2.14: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Mn(II) .............................. ..29
Hình 2.15: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni(II) ............................... ..29
Hình 2.16: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb(II) ............................... ..30
Hình 2.17: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI), Cu(II),
Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP .......................................................... ..32
Hình 2.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
với Cd(II)... ............................................................................................ ..35
Hình 2.19: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cd(II) ......................................................................................... ..35
Hình 2.20: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
với Cr(VI) .............................................................................................. ..36
1
Mở đầu
Hình 2.21: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cr(VI)......................................................................................... ..36
Hình 2.22: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
Hiện nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm
môi trường toàn cầu.
với Cu(II) ............................................................................................... ..37
Hình 2.23: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cu(II) ......................................................................................... ..37
Hình 2.24: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
với Mn(II) .............................................................................................. ..37
Hình 2.25: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Mn(II)......................................................................................... ..37
Nằm trong bối cảnh chung của thế giới, môi trường Việt Nam cũng đang
xuống cấp cục bộ. Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường là do
nguồn nước thải, khí thải,.. của các khu công nghiệp, khu chế xuất,…Các
nguồn nước thải này đều chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu(II), Mn(II),
Pb(II),… nhưng trước khi đưa ra ngoài môi trường hầu hết chưa được xử lý
hoặc xử lý sơ bộ, do vậy đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường
nước.
Hình 2.26: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
với Ni(II)................................................................................................ ..38
Hình 2.27: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Ni(II) .......................................................................................... ..38
Hình 2.28: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối
với Pb(II) ............................................................................................... ..39
Hình 2.29: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP
đối với Pb(II) .......................................................................................... ..39
Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách loại các ion kim loại
nặng khỏi môi trường nước, như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ,
phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa
học,…Trong đó, phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và cho kết quả
rất khả thi [12]. Một trong những vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại đang
được nhiều người quan tâm là các phụ phẩm nông nghiệp, như: vỏ trấu, bã
mía, lõi ngô,….[15] [17] [19]. Hướng nghiên cứu này có nhiều ưu điểm là sử
dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm.
Mặt khác
việc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm
n
.
Do đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion
kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi
trường”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
3
Mục tiêu
Chương 1: TỔNG QUAN
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ đó (pH, thời gian,
nồng độ ion kim loại).
- Thử nghiệm khả năng hấp phụ của vỏ lạc với một kim loại.
.
Nhiệm vụ nghiên cứu
-
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.
-
-
-
).
- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vỏ lạc (bằng phổ IR và ảnh chụp
SEM).
.
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: pH, thời gian, nồng độ của ion kim
loại đến sự hấp phụ trên.
.
- Xử lý nguồn nước thải của khu công nghiệp, khu chế xuất.
.
Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp kỹ thuật phòng thí nghiệm và các phương pháp hoá lý để chế
.
tạo và khảo sát đặc điểm bề mặt vỏ lạc trước và sau khi hoạt hoá.
- Định lượng các ion kim loại bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử.
,l
.
,l
.
ên [6] [11].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
5
.
.
G
với
[11].
.
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
.
q
:đ
-
(1.1)
:
.
-
(Co Ccb ).V
m
:c
q: d
(mg/g).
V: t
(l).
(g).
Co: n
(mg/l).
Ccb: n
(mg/l)
Hiệu suất hấp phụ
.
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
-P
:l
dung dịch ban đầu.
[2].
H
.
(Co Ccb )
.100
Co
1.1.2.
(1.2)
.
ụ
1.1.2.1.
pha mang (
:
[6][11].
-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
.
.
6
-
7
thự
.
.
V
thì
[1].
: p
:
v
Langmuir,…[6] [11].
dx
dt
(1.3)
Mô hình
Henry
Phương trình
y: l
gian:
V
dx
dt
:
(C0
Ccb )
k (qmax
(1.4)
q)
a = K. P
:
(1.5)
:
x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l)
K: h
t: thời gian (giây)
a: l
:h
P
C o: n
(mol/g)
(mmHg)
(mg/l).
Ccb
k: h
q: dun
qmax: d
(mg/l)
[11].
.
(mg/g).
Mô hình
Freundlich
(mg/g).
1.1.2.2 .
[10].
Có
số
q
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
k . C cbn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
:
(1.6)
8
9
Hoặc dạng phương trình đường thẳng:
lg q
1.2. Giới thiệu về VLHP vỏ lạc
1
lg Ccb
n
lg k
1.2.1. Năng suất và sản lượng lạc
(1.7)
Lạc là cây công nghiệp ngắn ngày, được phát hiện và gieo trồng từ
:
khoảng 500 năm nay, giá trị kinh tế của lạc được chú ý khoảng 250 năm trở
k: h
lại đây.
n: h
Cây lạc có giá trị kinh tế cao và có nhiều công dụng, đặc biệt được
1
dùng làm thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm, trong kỹ nghệ, trong
trồng trọt,…
[11].
Phụ phẩm của cây lạc gồm: khô dầu, vỏ hạt và thân lá.
Mô hình
:
Thân và lá cây lạc có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và các loại phân
Langmuir có dạng:
q
b.Ccb
q max
1 b.Ccb
bón có giá trị tương đương phân chuồng
(1.8)
Cho đến thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, trên thế giới, lạc là cây họ đậu có
diện tích lớn nhất, hiện nay đứng hàng thứ hai trong số các cây lấy dầu thực
:
q: d
vật (về diện tích và sản lượng) với diện tích gieo trồng vào khoảng 20
(mg/g)
qmax: dung lư
triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25.5
(mg/g)
b:
uir
21
26 triệu tấn.
Ở Việt Nam, lạc được trồng rộng rãi khắp cả nước. Trừ các loại đất
.Ccb <<
= qmax.b.Ccb
.Ccb >>
= qmax
.
.
quá dốc, đất chua, đất chua mặn, đất sét,…các loại đất khác đều trồng
được lạc [9] [25].
Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình
Các số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng lạc được cập nhật trong
đường thẳng:
Ccb
q
1
qmax
Ccb
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
qmax .b
những năm gần nhất từ 2001 đến nay được thể hiện ở bảng 1.1 [16].
(1.9)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
11
Bảng 1.1: Diễn biến sản suất lạc ở Việt Nam
Năm
Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha)
: xenlulozơ, hemixenlu
là gluxit,
.
Sản lượng (tấn)
2001
244 600
14.84
363 100
2002
246 700
16.23
400 400
2003
246 800
16.46
406 200
2004
258 700
17.44
451 100
2005
260 000
17.42
453 000
2006
246 700
18.70
462 500
2007
254 600
19.80
505 000
.
Xenlulozơ: l
h
-glucozơ [C6H7O2(OH)3]n
10.000 đến 150.000 đvC.
Hemixenlulozơ: v
.
Lignin: l
[13].
1.2.2.
1.2.3.
Vỏ hạt chiếm khoảng 25
35% khối lượng hạt. Với sản lượng lạc hàng
VLHP
năm khoảng 500 000 tấn thì khối lượng vỏ lạc có thể lên tới 150 000 tấn/năm.
Vỏ lạc có giá trị dinh dưỡng, thường được dùng để nghiền thành cám làm
thức ăn cho gia súc hoặc phân bón cho cây [25]. Sau đây là kết quả phân tích
:
Cd(II)
0,7 g/l
thành phần vỏ lạc [9].
(II)
Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc
31
Thành phần
Phần trăm (%)
Nước Protein Lipit Gluxit Đạm Lân Kali
10
4.2
2.6
18.5
1.8
0.2
0.5
[17].
- Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học khoa công nghệ môi
trường, trường đại học Mersin, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy, vỏ củ lạc, một trong
những phế phẩm lớn nhất, rẻ mạt của ngành công nghiệp thực phẩm, có thể sử
dụng để cải tạo ruộng, lọc các nguồn nước bị nhiễm kim loại độc do các nhà
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
13
máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nước bị nhiễm ion kim loại và
trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm sáng có bước sóng xác định vào
vỏ của củ lạc có thể loại bỏ 95% ion đồng khỏi nước thải công nghiệp trong
đám hơi nguyên tử thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước
khi mùn cưa của cây thông chỉ loại bỏ được 44%. Có thể đạt được hiệu quả
sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó phát ra trong quá trình
cao nhất nếu nước có tính axit yếu trong khi nhiệt độ lại ít có tác động đến
hiệu suất tách loại ion kim loại [26].
phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ
chiếu vào và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng
:c
ion
,
như: Cu(II), Zn(II)
thái cơ bản.
Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự
,v
do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó [8][14].
1.3.2. Cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử [8]
108 mg/g) [20].
Trong vùng nồng độ C nhỏ của chất phân tích, mối quan hệ giữa cường
:đ
độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ N của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân
:
theo định luật Lambe Bear:
Cr(III), Ni(II), Cu(II)
I I o .e
[17].
( K . N .L)
(1.10)
Trong đó:
:n
Io: cường độ chùm sáng chiếu vào đám hơi nguyên tử
I: cường độ chùm sáng ra khỏi đám hơi nguyên tử
3PO4
K : hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số
0.39 mmol/g
[15].
1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
L: bề dày lớp hấp phụ
Gọi A là mật độ quang hay độ tắt nguyên tử của chùm tia sáng cường độ
Io sau khi qua môi trường hấp thụ. A được tính bởi công thức:
1.3.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử
Ở điều kiện thường, nguyên tử không hấp thụ và không phát ra năng
lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản, là trạng
A
lg
Io
2.303 K .N . L
I
(1.11)
thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Khi nguyên tử ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
15
Trong một phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, giá trị L không đổi nên A
phụ thuộc vào nồng độ C
[1] [4].
A = a . Cb
(1.12)
1.4.2.
loại
Trong đó:
a: hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa
hơi và nguyên tử hóa mẫu
b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng
.
nguyên tố (0 < b ≤ 1)
- Ở vùng nồng độ C nhỏ luôn tìm được giá trị Co để b bắt đầu bằng 1, khi
đó mối quan hệ giữa A và C là sự phụ thuộc tuyến tính.
- Ở vùng nồng độ Cx > Co, 0 < b < 1, mối quan hệ giữa A và C là không
tuyến tính.
-SH. -SCH3
[5].
1.4. Sơ lược về một số kim loại nặng
1.4.3.
1.4.1.
các
cadimi, crom, đồng,
mangan, niken và chì
1.4.3.1.
Trong thiên nhiên, cadimi là nguyên tố ít phổ biến và thường tồn tại
trong các khoáng vật. Gần một nửa lượng cadimi hàng năm trên thế giới dùng
để mạ thép, phần còn lại dùng để chế tạo hợp kim, làm pin khô và acquy.
Cadi
.
i
i
ược
,
,
cadi
3
[4] [10].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
1.4.3.2.
17
gan. Sự thiếu đồng gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây
rom
một số bệnh về thần kinh, gan, thận, lượng lớn hấp thụ qua đường tiêu hoá có
thể gây tử vong [10].
1.4.3.4.
Mangan là kim loại màu trắng bạc, cứng, khó nóng chảy.
[10].
Trong tự nhiên mangan là nguyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ
ba trong các kim loại chuyển tiếp. Gần 95% mangan được dùng để chế tạo
.
thép trong ngành luyện kim.
(VI). Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Với hàm lượng
nhỏ Cr(III) rất cần cho cơ thể, trong khi Cr(VI) lại rất độc và nguy hiểm.
Mangan là nguyên tố vi lượng 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
xuất kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Sự tiếp xúc nhiều với bụi
quan trọng trong việc
. Tuy nhiên với
mangan làm suy nhược hệ thần kinh và tuyến giáp trạng [10].
có thể
.
1.4.3.5.
,
i,...[4].
ken
có màu trắng bạc, dễ rèn, dễ dát mỏng, được ứng dụng
rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất thuỷ tinh, gốm, sứ.
1.4.3.3.
Niken có trong huyết tương người,…
Đồng là kim loại màu đỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy, được
, trong thu
phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là nguyên tố quan trọng.
.
Hợp kim của đồng dễ chế hoá cơ học và bền với hoá chất. Trong công
a
nghiệp, đồng là kim loại màu quan trọng nhất, được dùng chủ yếu trong công
nghiệp điện, ngành thuộc da, công nghiệp nhuộm, y học,…
Đồng có một lượng bé trong thực vật và động vật. Trong cơ thể người,
đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
,
.
Niken có thể gây các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ưng thư đường
hô hấp,…
,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
protein c
.C
19
Bảng 1.3: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải
bị nhiễm n
công nghiệp
Giá trị giới hạn
STT Nguyên tố
[4].
1.4.3.6
,...
và các hợp chất của chì đều rất độc. Chì
Đơn vị
A
B
C
1
Chì
mg/l
0.1
0.5
1.0
2
Cadimi
mg/l
0.005
0.010
0.500
3
Crom (VI)
mg/l
0.05
0.10
0.50
4
Đồng
mg/l
2.0
2.0
5.0
5
Niken
mg/l
0.2
0.5
2.0
6
Mangan
mg/l
0.5
1.0
5.0
:
, hô
Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các
,t
chất ô nhiễm bằng hoặc nhỏ hơn giá trị qui định trong cột A có thể đổ vào các
thư,...
vực nước thường được dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt.
.
Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các
chất ô nhiễm lớn hơn giá trị qui định trong cột A nhưng nhỏ hơn hoặc bằng
giá trị qui định trong cột B thì được đổ vào các vực nước nhận thải khác, như:
can
các vực nước dùng giao thông, thủy lợi tưới tiêu cho trồng trọt, nuôi trồng
[4] [10].
1.4.4.
thủy hải sản,…trừ các thủy vực qui định ở cột A.
[1] [27]
Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các
chất ô nhiễm lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhưng không vượt quá
TCVN 5945:2005
giá trị qui định trong cột C chỉ được phép thải vào các nơi được qui định
công nghiệp như sau:
(như hồ chứa nước thải được xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nước
thải tập trung,…)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
21
Chương 2: THỰC NGHIỆM
2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc
2.2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc
2.1. Thiết bị
.
Vỏ lạc nguyên liệu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi. Lấy 25g
2.1.1. Thiết bị
nguyên liệu cho vào cốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0.1M, khuấy đều
- Máy nghiền bi (Nga)
- Máy quang phổ hồng ngoại IR Prestige-21 Shimadzu (Nhật)
trong 120 phút, lọc lấy phần bã rắn, rửa sạch bằng nước cất đến môi trường
trung tính, sấy khô ở 85-90oC. Sau đó, phần bã rắn tiếp tục được cho vào cốc
- Máy khuấy IKA Labortechnik (Đức)
- Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ)
chứa 150ml dung dịch axit xitric 0.6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn,
- Tủ sấy Jeio tech (Hàn Quốc)
sấy ở 50oC trong 24 giờ, nâng nhiệt độ lên 120oC trong 90 phút. Cuối cùng,
- Máy hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh)
rửa bằng nước cất nóng tới môi trường trung tính và sấy khô ở 85-90oC, thu
-
được VLHP [23].
,c
thủy tinh, pipet,...
.
2.2.2. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP
Nước cất hai lần
Nguyên liệu vỏ lạc ban đầu được xử lý bằng NaOH để loại bỏ các
Natri hiđroxit
NaOH
Axit xitric
C6H8O7.H2O
pigmen màu và các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, tiếp tục được este hóa bằng
Axit nitric
HNO3
axit xitric. Kết quả của quá trình xử lý được thể hiện trên phổ hồng ngoại
Cadimi nitrat
Cd(NO3)2.4H2O
(IR) thông sự dịch chuyển của nhóm cacbonyl từ vùng số sóng 1737.86 cm -1
Kali đicromat
K2Cr2O7
Đồng nitrat
đến vùng số sóng 1728.22 cm-1, rộng và có cường độ mạnh hơn (hình 2.1 và
Cu(NO3)2.3H2O
Mangan(II) nitrat
Mn(NO3)2.6H2O
Niken nitrat
Ni(NO3)2.6H2O
Chì(II) nitrat
Pb(NO3)2
hình 2.2).
Tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu ban
đầu và VLHP, quan sát thấy VLHP có độ xốp cao hơn và diện tích bề mặt lớn
Tất cả hóa chất đều có độ tinh khiết PA và việc chuẩn bị các dung dịch
hơn rõ rệt (hình 2.3 và hình 2.4).
có nồng độ xác định theo [7].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
23
Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của
nguyên liệu
Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của
VLHP
2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ các ion Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II),
Ni(II) và Pb(II) trên VLHP
2.3.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp
Hình 2.1: Phổ IR của nguyên liệu
hấp thụ nguyên tử
Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa (không khí – axetilen)
của các nguyên tố Cd, Cr, Cu, Mn, Ni và Pb được thể hiện trên bảng 2.1.
Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử có ngọn lửa của các
nguyên tố Cd, Cr, Cu, Mn, Ni và Pb
Nguyên
STT
tố
Hình 2.2: Phổ IR của VLHP
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bước
sóng
(nm)
Khe
đo
(nm)
Cường
độ đèn
HCL
Chiều
cao
đèn
(mm)
Tốc độ
dòng khí
(ml/phút)
Khoảng
tuyến
tính
(mg/l)
1
Cd
228.8
0.5
50%Imax
7.0
1.2
0.05
2.5
2
Cr
357.9
0.5
100%Imax
8.0
1.4
0.2
10.0
3
Cu
324.8
0.5
75%Imax
7.0
1.1
0.05
2.5
4
Mn
279.5
0.2
75%Imax
7.0
1.0
0.05
4.0
5
Ni
232.0
0.1
75%Imax
7.0
0.9
0.1
8.0
6
Pb
217.0
0.5
75%Imax
7.0
1.1
0.1
10.0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
25
Ni(II) và Pb(II) với nồng độ khác nhau từ dung dịch chuẩn nồng độ 1000
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
Cr(VI) là y = 0.0165x + 0.003
mg/l, thêm vào đó một thể tích xác định dung dịch HNO3 10% để nồng độ
Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của
HNO3 là 1%. Pha dung dịch HNO3 1% làm mẫu trắng. Tiến hành đo mật độ
mật độ quang vào nồng độ Cu(II)
0.05
quang (A) của từng dung dịch. Dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ
Tên mẫu
C (mg/l)
A
quang vào nồng độ ion kim loại. Kết quả thu được thể hiện ở các bảng 2.2,
Mẫu trắng
0.00
0.0020
STD 1
0.10
0.0040
STD 2
1.00
0.0220
0.20
STD 3
2.00
0.0440
0.15
STD 4
2.50
0.0540
2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 và các hình 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10.
Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của
y = 0.0921x + 0.0024
R2 = 0.9996
0.25
Tên mẫu
C (mg/l)
A
Mẫu trắng
0.00
0.0030
STD 1
0.05
0.0080
0.05
0.0120
0.00
0.00
STD 2
0.10
STD 4
1.00
2.50
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Cd(II) là y = 0.0921x + 0.0024
Hình 2.3: Sự phụ thuộc của
y = 0.0165x + 0.003
R2 = 0.9995
Mẫu trắng
0.00
0.0010
STD 1
0.50
0.0120
STD 2
1.00
0.0210
5.00
0.0860
STD 4
8.00
0.1350
2.50
3.00
Hình 2.7: Đường chuẩn xác định
y = 0.0825x - 0.0025
R2 = 0.9998
0.35
0.30
Tên mẫu
C (mg/l)
A
Mẫu trắng
0.00
-0.0020
STD 1
0.05
0.0020
STD 2
1.00
0.0770
STD 3
2.00
0.1650
STD 4
4.00
0.3270
0.12
0.10
0.08
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
Hình 2.8: Đường chuẩn xác định
nồng độ Mn(II)
0.06
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
0.04
0.02
STD 3
2.00
Nồng độ (mg/l)
0.14
0.00
0.00
1.50
Cu(II) là y = 0.0209x + 0.0018
0.16
Mật độ quang
A
1.00
Nồng độ (mg/l)
mật độ quang vào nồng độ Mn(II)
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
C (mg/l)
0.50
Bảng 2.5: Sự phụ thuộc của
nồng độ Cd(II)
Tên mẫu
0
0.00
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
Hình 2.5: Đường chuẩn xác định
mật độ quang vào nồng độ Cr(VI)
0.02
nồng độ Cu(II)
0.0910
0.2340
0.03
0.10
Nồng độ (mg/l)
STD 3
0.04
0.01
Mật độ quang
Mật độ quang
mật độ quang vào nồng độ Cd(II)
y = 0.0209x + 0.0018
R2 = 0.9997
0.06
Mật độ quang
Pha các dung dịch các ion kim loại nặng Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II),
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Mn(II) là y = 0.0825x + 0.0025
Nồng độ (mg/l)
Hình 2.6: Đường chuẩn xác định
nồng độ Cr(VI)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
26
27
Bảng 2.6: Sự phụ thuộc của
0.25
mật độ quang vào nồng độ Ni(II)
trong khoảng 1.00 đến 6.00 bằng dung dịch NaOH loãng và dung dịch HNO3
y = 0.0288x - 0.0025
R2 = 0.9997
loãng (các hóa chất này được sử dụng để điều chỉnh pH của dung dịch trong
0.20
0.15
các thí nghiệm tiếp theo). Xác định nồng độ ion kim loại Co của các dung dịch
0.10
bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Cho vào mỗi bình 1g VLHP. Khuấy
C (mg/l)
A
Mẫu trắng
0.00
-0.002
STD 1
0.50
0.012
0.05
0.025
0.00
0.00
1.00
dung dịch bằng máy khuấy với tốc độ khuấy 250 vòng/phút (tốc độ khuấy này
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Nồng độ (mg/l)
STD 3
5.00
0.144
STD 4
7.00
0.198
50 phút, các dung dịch Cu(II) là 30 phút, các dung dịch Mn(II) là 80 phút, các
nồng độ Ni(II)
dung dịch Ni(II) là 70 phút và các dung dịch Pb(II) là 50 phút. Lọc bỏ bã rắn,
Bảng 2.7: Sự phụ thuộc của
0.00
-0.0020
STD 1
0.50
0.0060
STD 2
1.00
0.0130
STD 3
5.00
0.0720
STD 4
10.00
0.1450
2.10, 2.11, 2.12, 2.13 và các hình 2.11, 2.12, 2.13, 2.14, 2.15, 2.16.
Bảng 2.8: Ảnh hưởng của pH
0.14
Mật độ quang
Mẫu trắng
y = 0.0147x - 0.0016
R2 = 1
0.16
mật độ quang vào nồng độ Pb(II)
A
xác định nồng độ còn lại của ion kim loại trong các dung dịch sau hấp phụ
bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Kết quả thể hiện qua các bảng 2.8, 2.9,
Ni(II) là y = 0.0288x + 0.0025
C (mg/l)
gian khuấy đối với các dung dịch Cd(II) là 30 phút, các dung dịch Cr(VI) là
Hình 2.9: Đường chuẩn xác định
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
Tên mẫu
được duy trì để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo), ở nhiệt độ phòng . Thời
0.12
đến sự hấp phụ Cd(II)
0.10
4.00
0.08
Các thông số hấp phụ
0.06
3.50
0.04
pH
0.02
0.00
0.00
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00
Nồng độ (mg/l)
nồng độ Pb(II)
Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
Pb(II) là y = 0.0147x + 0.0016
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP đối
Ccb
q
(mg/l) (mg/l) (mg/g)
6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
Hình 2.10: Đường chuẩn xác định
Co
1.00
99.84
95.85
0.20
2.00
103.82 47.82
2.80
3.00
98.13
3.27
32.68
3.00
q (mg/g)
STD 2
Mật độ quang
Tên mẫu
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
pH
4.00
100.00 29.70
3.52
5.00
99.30
27.21
3.60
Hình 2.11: Ảnh hưởng của pH đến sự
6.00
99.22
29.49
3.49
hấp phụ Cd(II)
với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II)
Nhận xét:
Lấy 36 bình nón dung tích 100ml, chia thành 6 nhóm, mỗi nhóm chứa
50ml dung dịch các ion kim loại Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 6.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
VLHP đối với Cd(II) tốt nhất là 4.00 ÷ 6.00.
Pb(II) riêng biệt. Điều chỉnh pH của các dung dịch chứa mỗi ion kim loại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
28
29
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 5.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
4.00
Bảng 2.11: Ảnh hưởng của pH đến
3.50
sự hấp phụ Mn(II)
Các thông số hấp phụ
2.50
pH
2.00
0.50
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
pH
Hình 2.12: Ảnh hưởng của pH đến
sự hấp phụ Cr(VI)
q
(mg/l)
(mg/l)
(mg/g)
1.00
102.63
100.09
0.13
2.00
105.81
74.88
1.55
3.00
101.01
34.61
3.32
4.00
100.98
17.76
4.16
q
(mg/l)
(mg/l)
(mg/g)
1.00
98.32
98.15
0.01
2.00
98.54
92.27
0.31
3.00
98.98
70.63
1.42
4.00
99.01
64.31
1.74
5.00
99.41
58.44
2.05
6.00
98.67
56.45
2.11
3.00
2.50
1.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
pH
pH
Co
Ccb
q
(mg/l)
(mg/l)
(mg/g)
101.20
0.08
102.89
74.53
1.42
sự hấp phụ Cu(II)
3.00
102.89
62.34
2.03
Nhận xét:
4.00
102.89
60.10
2.14
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 6.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
5.00
102.89
60.00
2.14
6.00
102.89
59.89
2.15
VLHP đối với Cr(VI) tốt nhất là 1.00 ÷ 2.00.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
pH
Hình 2.14: Ảnh hưởng của pH đến
sự hấp phụ Mn(II)
2.50
2.00
Các thông số hấp phụ
0.50
102.89
4.16
1.00
sự hấp phụ Ni(II)
1.50
2.00
17.80
0.00
0.00
Bảng 2.12: Ảnh hưởng của pH đến
2.00
1.00
101.00
0.50
VLHP đối với Mn(II) tốt nhất là 5.00 ÷ 6.00.
Hình 2.13: Ảnh hưởng của pH đến
5.00
1.00
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 6.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
3.50
0.00
0.00
1.50
Nhận xét:
4.50
q (mg/g)
Ccb
Ccb
2.00
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
q (mg/g)
0.00
0.00
4.00
Co
Co
1.00
đến sự hấp phụ Cu(II)
Các thông số hấp phụ
2.50
q (mg/g)
3.00
1.50
Bảng 2.10: Ảnh hưởng của pH
pH
VLHP đối với Cu(II) tốt nhất là 4.00 ÷ 5.00.
4.50
q (mg/g)
Bảng 2.9: Ảnh hưởng của pH đến
sự hấp phụ Cr(VI)
Các thông số hấp phụ
pH
Co
Ccb
q
(mg/l) (mg/l) (mg/g)
1.00 108.48
24.48
4.20
2.00 101.67
23.87
3.89
3.00
96.12
61.79
1.72
4.00 104.67
80.54
1.21
5.00
99.84
81.13
0.94
6.00 100.86
83.71
0.86
7.00 100.23
85.43
0.74
8.00
98.30
88.30
0.50
9.00 101.40
92.67
0.44
10.00 97.30
89.70
0.38
1.50
1.00
0.50
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
pH
Hình 2.15: Ảnh hưởng của pH đến
30
31
phụ cation kim loại. Tương tự, pH tăng, nồng độ ion H+ giảm, trong khi nồng
sự hấp phụ Ni(II)
độ cation kim loại gần như không đổi và bởi vậy sự hấp phụ cation kim loại
Nhận xét:
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 6.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
- Đối với sự hấp phụ anion kim loại Cr2O72-, hiệu suất hấp phụ tăng khi
VLHP đối với Ni(II) tốt nhất là 4.00 ÷ 6.00.
giảm pH của dung dịch. Theo chúng tôi điều đó có thể được giải thích:
Bảng 2.13: Ảnh hưởng của pH
6.00
đến sự hấp phụ Pb(II)
Ccb
q
q (mg/g)
Co
Trong dung dịch đicromat luôn tồn tại cân bằng:
5.00
Các thông số hấp phụ
pH
có thể giải thích giống sự trao đổi phản ứng H+ - M2+ (M: kim loại) [21].
2CrO42- + 2H+ ⇌ Cr2O72- + H2O
4.00
3.00
(mg/l)
(mg/l) (mg/g)
1.00
98.23
18.23
4.00
1.00
2.00
98.78
1.83
4.85
0.00
0.00
3.00
99.40
1.43
4.90
4.00
100.00
1.32
4.89
5.00
99.03
1.36
4.88
6.00
98.75
1.32
4.87
Trong môi trường axit, cân bằng trên chuyển dịch sang phải, làm tăng
2.00
nồng độ Cr2O72-, khi đó sự hấp phụ Cr(VI) chủ yếu là sự hấp phụ Cr2O72-. Xét
về khối lượng Cr(VI) bị hấp phụ thì một anion Cr2O72- tương đương với hai
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
pH
Hình 2.16: Ảnh hưởng của pH đến
sự hấp phụ Pb(II)
anion CrO42-. Mặt khác, xét về ảnh hưởng của hiệu ứng không gian thì sự hấp
phụ một anion Cr2O72- thuận lợi hơn so với sự hấp phụ hai anion CrO42-. Như
vậy, khi nồng độ Cr2O72- trong dung dịch lớn hơn nồng độ CrO42- thì lượng
Cr(VI) bị hấp phụ càng cao.
2.3.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP đối với Cd(II),
Nhận xét:
Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II)
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 6.00), khoảng pH để sự hấp phụ của
VLHP đối với Pb(II) tốt nhất là 2.00 ÷ 6.00.
Lấy các bình nón dung tích 100ml chứa 50ml dung dịch các ion kim loại
Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) riêng biệt, với nồng độ ban đầu
Nhận xét chung:
của các ion Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) tương ứng bằng
- Môi trường pH càng cao dung lượng hấp phụ của VLHP đối với các
103.60 mg/l, 107.47 mg/l, 103.52 mg/l, 183.71 mg/l, 343.86 mg/l và 98.75
cation kim loại càng tăng, và dung lượng hấp phụ giảm khi pH giảm. Điều đó
được giải thích: trong môi trường axit mạnh, các phần tử của cả chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ được tích điện dương và bởi vậy lực tương tác là lực đẩy
tĩnh điện. Hơn nữa, nồng độ ion H+ hiện tại cao nên trong hỗn hợp phản ứng
cạnh tranh với cation kim loại trong sự hấp phụ, kết quả là làm giảm sự hấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
mg/l. Điều chỉnh pH của các dung dịch chứa mỗi ion kim loại đến giá trị nằm
trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp phụ đã khảo sát ở (2.3.2). Cụ thể: các
dung dịch Cd(II) có pH bằng 5.00, các dung dịch Cr(VI) có pH bằng 1.00, các
dung dịch Cu(II) có pH bằng 4.50, các dung dịch Mn(II) có pH bằng 5.00, các
dung dịch Ni(II) có pH bằng 5.00, các dung dịch Pb(II) có pH bằng 4.50. Cho
1g VLHP vào mỗi dung dịch trên. Khuấy mỗi dung dịch bằng máy khuấy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
32
32
trong các khoảng thời gian 5, 10, 20, 40, 60, 70, 80, 120 (phút), ở nhiệt độ
phòng. Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ của ion kim loại trong các dung dịch
Bảng 2.14: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI),
Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP
sau hấp phụ bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Kết quả được thể hiện ở
bảng 2.14 và hình 2.17.
khuấy
400.00
(phút)
350.00
Nồng độ (mg/l)
Nồng độ (mg/l)
Thời gian
300.00
Cd(II)
250.00
Cr(VI)
200.00
Cu(II)
Mn(II)
150.00
Ni(II)
100.00
Pb(II)
50.00
0.00
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00 120.00 140.00
Thời gian (phút)
Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) của VLHP
Cr(VI)
Cu(II)
Co
Ccb
Co
Ccb
5
103.6
80.20
107.47
70.53
103.52 21.08
10
103.6
36.98
107.47
48.23
103.52 19.93
20
103.6
34.03
107.47
29.30
103.52 18.02
40
103.6
34.19
107.47
24.50
103.52 17.81
60
103.6
34.08
107.47
24.49
103.52 17.76
70
-
-
107.47
24.52
103.52 17.79
80
-
-
107.47
24.48
-
-
120
-
-
-
-
-
-
Thời gian
Hình 2.17: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI),
Cd(II)
khuấy
(phút)
Mn(II)
Co
Ccb
Co
Ni(II)
Co
Ccb
Pb(II)
Ccb
Co
Ccb
5
183.71 161.34 343.86
250.32
95.75
2.32
10
183.71 143.00 343.86
229.70
95.75
1.90
20
183.71 141.34 343.86
230.16
95.75
1.72
40
183.71 139.00 343.86
220.02
95.75
1.54
nồng độ ion còn lại trong dung dịch gần như không đổi. Cụ thể: đối với Cd(II)
60
183.71 135.30 343.86
207.76
95.75
1.48
là 20 phút đến 70 phút, Cr(VI) là 40 phút đến 80 phút, Cu(II) là 20 phút đến
70
183.71 133.87 343.86
207.89
95.75
1.54
70 phút, Mn(II) là 70 phút đến 120 phút, Ni(II) là 60 phút đến 80 phút và
80
183.71 133.89 343.86
208.01
95.75
1.54
Pb(II) là 40 phút đến 80 phút. Chứng tỏ trong các khoảng thời gian trên sự
120
183.71 133.78
-
-
-
Nhận xét:
Qua các số liệu thực nghiệm cho thấy, thời gian khuấy (thời gian tiếp xúc
của VLHP với ion kim loại) càng lâu, nồng độ ion kim loại còn lại trong dung
dịch càng giảm và đến một khoảng thời gian khuấy nhất định đối với từng ion
-
hấp phụ đã gần như đạt cân bằng, vì vậy, chúng tôi chọn các khoảng thời gian
này để nghiên cứu các thí nghiệm tiếp theo với mỗi ion.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
34
2.3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Cd(II),
Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II)
Lấy các bình nón dung tích 100ml chứa 50ml dung dịch từng ion kim
loại với các nồng độ ban đầu khác nhau và được điều chỉnh đến môi trường
pH tối ưu cho từng ion kim loại đã khảo sát ở (2.3.2). Cụ thể: các dung dịch
Cd(II) có pH bằng 5.00, các dung dịch Cr(VI) có pH bằng 1.00, các dung
33
Bảng 2.14: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II)
dung dịch Ni(II) có pH bằng 5.00, các dung d ịch Pb(II) có pH bằng 4.50.
của VLHP
Cho vào mỗi bình 1g VLHP. Khảo sát quá trình hấp phụ trong khoảng thời
Nồng độ (mg/l)
Thời gian
khuấy
Cd(II)
Cr(VI)
Cu(II)
Mn(II)
(phút)
Co
Ccb
Co
Ccb
Co
Ccb
dịch Cu(II) có pH bằng 4.50, các dung dịch Mn(II) có pH bằng 5.00, các
Co
Ccb
Ni(II)
Co
Pb(II)
Ccb
Co
Ccb
gian đạt cân bằng hấp phụ đối với từng ion kim loại đã khảo sát ở (2.3.3). Cụ
thể: thời gian khuấy đối với các dung dịch Cd(II) là 30 phút, các dung dịch
5
103.6
80.20
107.47
70.53
103.52
21.08
183.71 161.34 343.86 250.32 95.75
2.32
10
103.6
36.98
107.47
48.23
103.52
19.93
183.71 143.00 343.86 229.70 95.75
1.90
20
103.6
34.03
107.47
29.30
103.52
18.02
183.71 141.34 343.86 230.16 95.75
1.72
40
103.6
34.19
107.47
24.50
103.52
17.81
183.71 139.00 343.86 220.02 95.75
1.54
60
103.6
34.08
107.47
24.49
103.52
17.76
183.71 135.30 343.86 207.76 95.75
1.48
70
-
-
107.47
24.52
103.52
17.79
183.71 133.87 343.86 207.89 95.75
1.54
80
-
-
107.47
24.48
-
-
183.71 133.89 343.86 208.01 95.75
1.54
độ Ccb của ion kim loại trong dung dịch sau hấp phụ theo phương pháp hấp
120
-
-
-
-
-
-
183.71 133.78
-
thụ nguyên tử. Tính dung lượng hấp phụ của VLHP đối với từng ion kim
-
-
-
Cr(VI) là 50 phút, các dung dịch Cu(II) là 30 phút, các dung dịch Mn(II) là
80 phút, các dung dịch Ni(II) là 70 phút và các dung dịch Pb(II) là 50 phút.
Xác định nồng độ C o của ion kim loại trong các dung dịch ban đầu và nồng
loại theo công thức (1.1).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Kết quả thể hiện ở các bảng 2.15, 2.16, 2.17, và các hình 2.18, 2.19, 2.20,
2.21, 2.22, 2.23, 2.24, 2.25, 2.26, 2.27, 2.28, 2.29.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
35
Bảng 2.15: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ
36
2
R = 0.9814
8.00
Cd(II) và Cr(II) của VLHP
7.00
Ccb
q
Ccb/q
Co
Ccb
q
Ccb/q
C cb /q (g/l)
Co
Cr(VI)
q (mg/g)
6.00
Cd(II)
5.00
4.00
3.00
2.00
(mg/l) (mg/l) (mg/g) (g/l)
(mg/l) (mg/l) (mg/g)
(g/l)
1.00
26.23
2.33
1.19
1.95
10.48
2.10
0.42
5.01
0.00
-1.000.00
35.05
4.90
1.51
3.25
25.42
7.00
0.92
7.60
68.98
14.06
2.75
5.12
50.13
12.13
1.90
6.39
87.42
23.14
3.21
7.20
100.04
37.44
3.13
13.13
129.48
48.73
4.04
12.07 201.02 100.82
5.01
20.12
173.25
79.98
4.66
17.15 399.20 268.40
6.40
41.04
280.03 170.00
5.50
30.90 601.31 466.91
6.72
69.48
413.63 287.64
6.30
45.66 800.23 660.23
7.00
94.32
100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00
y = 0.1342x + 6.0593
100.00
R2 = 0.9987
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00
Ccb (mg/l)
Ccb (mg/l)
Hình 2.20: Đường đẳng nhiệt
Hình 2.21: Đường đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ Langmuir
đối với Cr(VI)
dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cr(VI)
Bảng 2.16: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ
Cu(II) và Mn(II) của VLHP
Cu(II)
7.00
R2 = 0.9905
y = 0.1524x + 3.3996
R2 = 0.992
50.00
Co
Ccb
Mn(II)
q
Ccb/q
Co
Ccb
q
Ccb/q
(mg/g)
(g/l)
6.00
40.00
C cb/q (g/l)
q (mg/g)
5.00
4.00
3.00
2.00
(mg/l) (mg/l) (mg/g)
20.00
10.00
1.00
0.00
0.00
50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00
Ccb (mg/l)
Hình 2.18: Đường đẳng nhiệt
0.00
0.00
50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00
Ccb (mg/l)
Hình 2.19: Đường đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ Langmuir
đối với Cd(II)
dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cd(II)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(g/l)
(mg/l) (mg/l)
30.00
5.58
0.22
0.27
0.81
24.69
9.72
0.75
12.99
8.11
0.16
0.40
0.40
36.18
18.00
0.91
19.80
28.50
1.15
1.37
0.84
61.26
32.45
1.44
22.53
54.05
3.40
2.53
1.34
96.85
59.45
1.87
31.79
108.84
19.00
4.49
4.23
144.58 100.98
2.18
46.32
192.70
64.90
6.39
10.16
192.30 144.30
2.40
60.13
290.20 150.00
7.01
21.40
256.91 204.71
2.61
78.43
399.76 248.09
7.58
32.71
333.77 280.00
2.69
104.15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
37
R2 = 0.9835
8.00
7.00
35.00
6.00
30.00
5.00
4.00
3.00
5.00
150.00
200.00
250.00
(mg/l)
15.00
1.00
100.00
Co
20.00
10.00
50.00
0.00
0.00
300.00
Ni(II)
25.00
2.00
50.00
100.00 150.00 200.00
Hình 2.22: Đường đẳng nhiệt
Hình 2.23: Đường đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ Langmuir
đối với Cu(II)
dạng tuyến tính của VLHP
đối với Cu(II)
R2 = 0.9889
3.00
(mg/l) (mg/g) (g/l)
Co
Ccb
(mg/l)
q
Ccb/q
(mg/l) (mg/g) (g/l)
25.15
3.89
1.06
3.66
47.34
0.11
2.36
0.05
34.58
8.92
1.28
6.95
100.51
1.01
4.97
0.20
51.63
15.56
1.80
8.63
188.00
4.65
10.00
0.47
80.13
31.29
2.44
12.81
408.55
43.66
20.89
2.09
114.13 56.91
2.86
19.89
616.03
123.09
24.65
4.99
154.02 90.02
3.20
28.13
806.48
244.44
28.10
8.70
216.00 150.00
3.30
45.45 1033.72 391.09
30.78
12.31
270.01 206.45
3.18
64.96 1200.01 561.61
31.92
17.59
100.00
2.00
1.50
1.00
80.00
4.00
3.50
60.00
40.00
3.00
50.00
20.00
0.50
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
Ccb (mg/l)
70.00
R2 = 0.9532
60.00
0.00
0.00
50.00
100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
Ccb (mg/l)
q (mg/g)
C cb/q (g/l)
q (mg/g)
Cf/q
y = 0.3287x + 12.108
R2 = 0.9985
120.00
2.50
0.00
0.00
q
250.00 300.00
Ccb (mg/l)
Ccb (mg/l)
Ccb
Pb(II)
C cb/q (g/l)
0.00
-1.000.00
Ni(II) và Pb(II) của VLHP
y = 0.1304x + 1.0478
R2 = 0.9973
40.00
C cb/q (g/l)
q (mg/g)
38
Bảng 2.17: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến sự hấp phụ
2.50
2.00
1.50
40.00
30.00
1.00
20.00
0.50
10.00
0.00
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
y = 0.2909x + 3.3394
R2 = 0.9972
0.00
0.00
Hình 2.24: Đường đẳng nhiệt
Hình 2.25: Đường đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ nhiệt Langmuir
đối với Mn(II)
dạng tuyến tính của VLHP
Hình 2.26: Đường đẳng nhiệt
Hình 2.27: Đường đẳng nhiệt
đối với Mn(II)
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ Langmuir
đối với Ni(II)
dạng tuyến tính của VLHP
Ccb (mg/l)
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
Ccb (mg/l)
đối với Ni(II)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
39
R2 = 0.9704
35.00
y = 0.0309x + 0.5179
R2 = 0.9952
20.00
30.00
17.50
25.00
15.00
C cb /q (g/l)
q (mg/g)
40
20.00
15.00
10.00
12.50
Dựa vào phương trình đường thẳng tổng quát của mô hình đẳng nhiệt
10.00
7.50
hấp phụ Langmuir (1.9) và phương trình thực nghiệm của từng ion kim loại
5.00
5.00
0.00
0.00
-5.00
2.50
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
0.00
0.00
trên các hình 2.19, 2.21, 2.23, 22.25, 2.27, 2.29 tính toán được dung lượng
100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Ccb (mg/l)
Ccb (mg/l)
hấp phụ cực đại của VLHP đối với các ion Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II),
Ni(II) và Pb(II) tương ứng bằng 6.56mg/g, 7.40 mg/g, 7.67mg/g, 3.04mg/g,
Hình 2.28: Đường đẳng nhiệt
Hình 2.29: Đường đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir của VLHP
hấp phụ Langmuir
đối với Pb(II)
dạng tuyến tính của VLHP
đối với Pb(II)
3.44mg/g, 32.36mg/g.
Khả năng hấp phụ của VLHP đối với các ion kim loại giảm theo dãy
Pb(II), Cu(II), Cr(VI), Cd(II), Ni(II), Mn(II).
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính và các thông số
2.4. Xử lý thử một mẫu nước thải chứa Ni(II) của nhà máy quốc phòng
đường đẳng nhiệt được
bằng phương pháp hấp phụ trên VLHP chế tạo từ vỏ lạc
Mẫu nước thải chứa Ni(II) được lấy tại của xả nước thải ra môi trường
Nhận xét:
Dựa vào các số liệu thực nghiệm cho thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir mô tả khá tốt sự hấp phụ của VLHP đối với các ion Cd(II), Cr(VI),
của nhà máy mạ điện quân đội đã được xử lý sơ bộ. Nước thải được lấy và
bảo quản theo đúng TCVN 4574 – 88:
- Dụng cụ lấy mẫu: chai polietylen sạch
Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II).
Trong các khoảng nồng độ đã khảo sát đối với mỗi ion, ở vùng nồng độ
- Mấu lấy xong được cố định bằng 5ml dung dịch HNO3 đặc
ion kim loại nhỏ, các đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng đường
Mẫu nước thải chứa Ni(II) sau khi lọc qua giấy lọc có pH bằng 5.64
tuyến tính giống đường đẳng nhiệt hấp phụ Henry, ở vùng nồng độ ion kim
(nằm trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp phụ đã khảo sát ở (2.3.2)), nồng độ
loại lớn đồ thị có dạng đường cong và đạt dần đến giá trị không đổi của dung
ban đầu Co bằng 1.763 mg/l. Tiến hành sự hấp phụ ở nhiệt độ phòng, thời
gian khuấy 70 phút, 50ml nước thải được khuấy với 1g VLHP. Sau hấp phụ
lượng hấp phụ khi nồng độ cân bằng liên tục tăng.
lần một, lọc, lấy dung dịch tiến hành thí nghiệm hấp phụ lần hai với 1g
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
41
VLHP. Xác định nồng độ Ccb1 và Ccb2 của Ni(II) trong các dung dịch sau hấp
42
phụ bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử.
KẾT LUẬN
Hiệu suất hấp phụ được tính toán theo công thức (1.2). Kết quả thu được
thể hiện ở bảng 2.18.
Bảng 2.18: Kết quả tách loại Ni(II) khỏi nước thải của nhà máy
Qua quá trình nghiên cứu và kết quả thực nghiệm rút ra các kết luận sau:
1.
quốc phòng
natri hiđroxit
Co (mg/l)
Ccb1 (mg/l)
H1 (%)
Ccb2 (mg/l)
H2 (%)
1.76
0.378
78.56
0.159
90.97
Nhận xét:
.
.
Sau khi hấp phụ lần một hiệu suất hấp phụ đạt 78.56% và nồng độ Ni(II)
trong dung dịch đã đạt tiêu chu
3. Đã khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ của VLHP
đối với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II). Các kết quả thu được:
,...Khi hấp phụ lần hai hiệu suất hấp phụ đạt tới 90.97% và nồng độ Ni(II)
- Trong khoảng pH khảo sát (1.00
10.00), khoảng pH để sự hấp phụ
các ion kim loại của VLHP xảy ra tốt nhất là:
đã
theo TCVN 5945- 2005.
Cd(II): pH bằng 4.00
6.00
Cr(VI): pH bằng 1.00
2.00
Cu(II): pH bằng 4.00
5.00
Mn(II): pH bằng 5.00
6.00
Ni(II): pH bằng 4.00
6.00
Pb(II): pH bằng 2.00
6.00
- Trong các khoảng thời gian khảo sát (từ 5 phút đến 120 phút),
khoảng thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP đối với mỗi ion kim loại là:
Cd(II): thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 20 phút
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
70 phút
