Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của than vỏ lạc và thử nghiệm 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 (376.88 KB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
--------------------------------
NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC PHÂN TÍCH
THÁI NGUYÊN - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
--------------------------------
NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ
ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
CỦA THAN VỎ LẠC VÀ THỬ NGHIỆM
XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Hữu Thiềng
Thái Nguyên, năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hoá lý, tổ Hoá lý,
khoa Hoá học – trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo –
PGS.TS. Lê Hữu Thiềng, người đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn chỉ
bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, đặc
biệt các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá phân tích đã tạo điều kiện cho em
hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã quan tâm
động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010.
Học viên
Nguyễn Thị Như Quỳnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1:
Đường chuẩn xác định nồng độ Cu2+
28
Hình 2:
Đường chuẩn xác định nồng độ Fe3+
29
Hình 3:
Đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+
30
Hình 4:
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ của TVL đối với Fe3+ vào pH.
35
Hình 5:
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ của TVL đối với Cu2+, Ni2+ vào pH.
36
Hình 6:
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ.
38
Hình 7:
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào khối lượng TVL.
40
Hình 8:
Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cu2+ của TVL.
42
Hình 9:
Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Cu2+ của TVL.
42
Hình 10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe3+ của TVL.
42
Hình 11: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ) đối với Fe3+ của TVL.
42
Hình 12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Ni2+ của TVL.
43
Hình 13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Ni2+ của TVL.
43
Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cu2+ của than HG/T3491-1999.
45
Hình 15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Cu2+của than HG/T3491-1999.
45
Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe3+của than HG/T3491-1999.
45
Hình 17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Fe3+ của than HG/T3491-1999.
45
Hình 18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Ni2+ của than HG/T3491-1999.
45
Hình 19: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Ni2+ của than HG/T3491-1999.
45
Hình 20: Ảnh hưởng của nồng độ HCl và thời gian đến sự giải hấp Cu2+.
48
Hình 21: Ảnh hưởng của nồng độ HCl và thời gian đến sự giải hấp Fe 3+.
49
Hình 22: Ảnh hưởng của nồng độ HCl và thời gian đến sự giải hấp Ni2+.
51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1:
Tiêu chuẩn của Bộ Y tế về giới hạn hàm lượng sắt, đồng,
5
niken trong nước ăn uống.
Bảng 2:
Tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên môi trường về giới hạn hàm
5
lượng sắt, đồng, niken trong môi trường nước.
Bảng 3:
Các điều kiện đo phổ F-AAS của Fe, Cu, Ni.
27
Bảng 4:
Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu.
28
Bảng 5:
Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe.
29
Bảng 6:
Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni.
30
Bảng 7:
Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Cu2+, Fe3+, Ni2+ của TVL.
34
Bảng 8:
Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ của TVL.
37
Bảng 9:
Ảnh hưởng của khối lượng TVL đến dung lượng hấp phụ của TVL.
39
Bảng 10:
Các thông số hấp phụ của TVL.
41
Bảng 11:
Các hằng số hấp phụ Langmuir của TVL.
43
Bảng 12:
Ảnh hưởng nồng độ đầu đến sự hấp phụ của than HG/T3491-1999.
44
Bảng 13:
Các hằng số hấp phụ Langmuir của than HG/T3491-1999.
46
Bảng 14:
Số liệu hấp phụ trên TVL trước khi giải hấp.
46
Bảng 15:
Kết quả giải hấp Cu2+.
47
Bảng 16:
Kết quả giải hấp Fe3+.
49
Bảng 17:
Kết quả giải hấp Ni2+.
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỞ ĐẦU
Nước sạch là một yếu tố không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt của con
người và sinh vật. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng như: Cd, Cu,
Fe, Pb, Ni và Zn là vấn đề đang được quan tâm trên toàn thế giới. Kim loại đi
vào hệ sinh thái hiện nay chủ yếu là do hoạt động khai thác mỏ, tinh chế quặng,
xử lý bùn, tro từ lò đốt, mạ kim loại, hay sản xuất thiết bị điện, sơn, hợp kim…
Sự có mặt của lượng lớn ion kim loại nặng trở thành mối đe doạ do độc tính và
xu hướng tích luỹ sinh học trong các mô sống, gây ra nhiều bệnh và các rối loạn
trong suốt chuỗi thức ăn. Mục tiêu chính hiện nay là nghiên cứu và áp dụng
phương pháp thích hợp và để phát triển các kỹ thuật phù hợp hoặc để ngăn ngừa
ô nhiễm hoặc làm giảm nồng độ các kim loại nặng trong môi trường nước xuống
mức cho phép là việc làm cần thiết hiện nay.
Loại bỏ kim loại theo phương pháp truyền thống như: phương pháp trao
đổi ion, phương pháp kết tủa, phương pháp chiết, thẩm thấu ngược… nhưng hầu
hết các phương pháp này không hiệu quả, không kinh tế khi kim loại ở nồng độ
cao, rất tốn kém và thường kèm theo sự ô nhiễm thứ cấp. Những năm gần đây,
việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ kim loại trong môi trường nước khá phổ
biến và có thể dễ dàng tái sử dụng. Sau khi liên tục sử dụng, than hoạt tính có thể
không để lại bất kỳ tác động nào đến môi trường. Tuy nhiên, than hoạt tính đang
sử dụng trên thị trường được chế tạo từ các nguyên liệu đắt tiền khó có thể tái tạo
và đang bị suy giảm như: than đá. Vì vậy, việc chế tạo than từ các phụ phẩm
công nông nghiệp sẵn có rẻ tiền để làm các vật liệu hấp phụ (VLHP) ion kim loại
nặng độc hại trong dung dịch nước là một ý tưởng hay cho việc sử dụng các
nguồn tài nguyên tái tạo như: vỏ lạc, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, xơ dừa…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
Ở Việt Nam, lạc là cây nông sản tương đối phổ biến được trồng với diện
tích lớn, hàng năm có thể tạo số lượng vỏ đáng kể. Điều này dẫn tới yêu cầu
chuyển đổi hữu ích những sản phẩm phụ, phế phẩm nông nghiệp nhằm tăng giá
trị sản phẩm và cho ra những sản phẩm mới thân thiện với môi trường, chẳng
hạn như than hoạt tính.
Đã có nhiều nghiên cứu cho rằng, các phụ phẩm công nông nghiệp có thể
được chuyển đổi thành than hoạt tính và được sử dụng để hấp phụ các ion kim
loại khác nhau như: than vỏ lạc, than lõi ngô, than xơ dừa, than gáo dừa, than bã
mía… Vỏ lạc được chuyển đổi thành than hoạt tính bằng cách sử dụng axit
sunfuric để hoạt hoá cho thấy than vỏ lạc (TVL) là chất hấp phụ tốt các ion kim
loại nặng. Ở dạng hạt, TVL hấp phụ các ion Cd2+, Cu2+, Fe3+, Pb2+, Ni2+ và Zn2+
tốt hơn so với than hoạt tính hiện có trên thị trường.
Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu khả năng
hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của than vỏ lạc và
thử nghiệm xử lý môi trường”.
Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ than từ vỏ lạc.
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của TVL.
- So sánh khả năng hấp phụ của TVL với than hoạt tính hiện có trên thị trường.
- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion kim loại nặng bằng TVL theo
phương pháp hấp phụ tĩnh.
- Sử dụng TVL xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về đối tượng xử lý
1.1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá
học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho
nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng
sinh vật trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm
nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất.
Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây
áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi
trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm
bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản
xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và
thiết bị xử lý chất thải.
Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công
nghiệp tập trung là rất lớn. Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải
ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về
mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng
15% lưu lượng sông Cầu, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực.
Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ
thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh,
mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác
thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan
trọng gây ra ô nhiễm nguồn nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh,
sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng [32].
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước do kim loại nặng
Kim loại nặng như Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, Fe... thường không
tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các sinh vật và thường tích luỹ
trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Hiện tượng
nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công
nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng
biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp,
xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật. Nguyên nhân chủ yếu gây ô
nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và
nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý chưa được triệt để. Ô nhiễm nước bởi kim
loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim
loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người. Nước mặt bị ô
nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi
trường liên quan khác.
Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiểm môi trường nước. Nước bị ô
nhiễm kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ. Do nhu cầu sử dụng của
con người ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên. Tuy
nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm đúng
mức càng làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường.
Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các ion kim loại nặng còn ở
việc sản xuất quặng và sử dụng thành phẩm. Quá trình sản xuất này cũng làm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
tăng cường sự có mặt của chúng trong môi trường [3,8]
Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng chưa
được chú ý và quan tâm đúng mức.
Đó là các nguồn chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng.
Dưới đây là Quy chuẩn quy định cho phép về giới hạn hàm lượng sắt,
đồng, niken trong nước ăn uống và các thông số ô nhiễm trong nước mặt, nước
ngầm, nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận [14, 15, 16, 17].
Bảng 1: Tiêu chuẩn của Bộ Y tế về giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken trong
nước ăn uống.
Tên chỉ tiêu
STT
Đơn vị
Giới hạn tối đa
cho phép
1.
Hàm lượng Đồng tổng số
mg/l
1,00
2.
Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)
mg/l
0,30
3.
Hàm lượng Niken
mg/l
0,02
Bảng 2: Tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên môi trường về giới hạn hàm lượng sắt,
đồng, niken trong môi trường nước.
Giá trị giới hạn tối đa cho phép
Chất lượng Chất lượng
Nước thải
nước ngầm nước mặt
công nghiệp
1,0
0,1
2,0
STT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị
1
Đồng
mg/l
2
Niken
mg/l
-
0,1
0,2
3
Sắt
mg/l
5,0
0,5
1,0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
