Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của các vật liệu biến tính từ quặng Apatit và thăm dò xử lý môi trường (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI
CỦA CÁC VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ QUẶNG APATIT
VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thái Nguyên, 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI
CỦA CÁC VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ QUẶNG APATIT
VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGÔ THỊ MAI VIỆT

Thái Nguyên, 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của
các vật liệu biến tính từ quặng apatit và thăm dò xử lý môi trường” là do bản
thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật
tôi xin chịu trách nhiệm.
Thái nguyên, tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn
Nguyễn Hữu Hiệp

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên
ngành Hóa Phân tích, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái
Nguyên, em đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình.
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Ngô Thị Mai Việt,
cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em
có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo trong
Khoa Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, năng lực nghiên
cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo,
các bạn đồng nghiệp để luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Hữu Hiệp

ii


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan ........................................................................................................ i
Lời cảm ơn ........................................................................................................... ii
Mục lục ...............................................................................................................iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .............................................................. iv
Danh mục các bảng.............................................................................................. v
Danh mục các hình ............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về amoni và tác dụng sinh hóa của amoni................................... 3
1.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ........................................................................ 4
1.3.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp ........................... 4
1.3.2. Quy chuẩn quốc gia về nồng độ amoni trong nước ăn uống và sinh hoạt ...... 5
1.4. Xử lí amoni ................................................................................................... 5
1.4.1. Phương pháp hóa lý................................................................................... 5
1.4.2. Phương pháp hóa học................................................................................ 6
1.4.3. Phương pháp sinh học ............................................................................... 6
1.5. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni .................................................... 6
1.6. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ............................................................. 8
1.6.1. Sự hấp phụ ................................................................................................. 8
1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung

dịch lên bề mặt chất hấp phụ ............................................................................... 9
1.6.3. Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ ............... 10
1.6.4. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ............................................ 11
1.7. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử ................................................... 13
1.7.1. Nguyên tắc ............................................................................................... 13
1.7.2. Phương pháp đường chuẩn ..................................................................... 15
1.7.3. Phương pháp thêm chuẩn ........................................................................ 16
1.8. Giới thiệu về quặng apatit........................................................................... 17
1.9. Tổng quan tình hình nghiên cứu ................................................................. 17
iii


Chương 2. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.... 20

2.1. Thiết bị và hóa chất .................................................................................... 20
2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................... 20
2.1.2. Hóa chất................................................................................................... 20
2.2. Biến tính quặng apatit thành các vật liệu hấp phụ (VLHP) ....................... 21
2.2.1. Biến tính quặng apatit bằng axit HCl (VLHP1) ...................................... 21
2.2.2. Biến tính quặng apatit bằng oxit nano Fe3O4 (VLHP2).......................... 21
2.3. Pha thuốc thử .............................................................................................. 22
2.4. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 22
2.5. Xác đinh
̣ điể m đẳ ng điê ̣n của vâ ̣t liêụ ........................................................ 22
2.6. Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho phép xác định amoni theo phương pháp
UV-Vis ............................................................................................................... 23
2.6.1. Bước sóng ................................................................................................ 23
2.6.2. pH ............................................................................................................ 23
2.6.3. Thời gian .................................................................................................. 23

2.6.4. Chất lạ ..................................................................................................... 23
2.7. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni....................................... 24
2.8. Phương pháp hấp phụ tĩnh .......................................................................... 24
2.8.1. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và
quặng apatit biến tính ........................................................................................ 24
2.8.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ........................................... 24
2.8.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 25
2.8.4. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc............................................................ 25
2.8.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................... 26
2.8.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của amoni ................................... 26
2.8.7. Ảnh hưởng Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II) và hỗn hợp Fe(III), Mg(II),
Ca(II), Mn(II) đến khả năng hấp phụ amoni ..................................................... 27
2.9. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của vật liệu theo phương pháp hấp
phụ động ............................................................................................................ 28
2.9.1. Chuẩn bị cột hấp phụ............................................................................... 28
2.9.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ động amoni của vật liệu ......................... 28

iv


Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................... 29
3.1. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 29
3.1.1. Ảnh SEM của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit biến tính .............. 29
3.1.2. Ảnh TEM của vật liệu hấp phụ ................................................................ 29
3.1.3. Diện tích bề mặt riêng của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit
biến tính ............................................................................................................. 30
3.1.4. Phổ hồng ngoại của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit biến tính .... 30
3.2. Điểm đẳng điện của vật liệu ....................................................................... 31
3.3. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho phép xác định amoni theo

phương pháp UV -Vis........................................................................................ 32
3.3.1. Bước sóng ................................................................................................ 32
3.3.2. pH ............................................................................................................ 33
3.3.3. Thời gian .................................................................................................. 34
3.4. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni....................................... 34
3.5. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 36
3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni của vật
liệu quặng apatit biến tính ................................................................................. 36
3.6.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ........................................... 36
3.6.2. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 38
3.6.3. Ảnh hưởng của thời gian ......................................................................... 40
3.6.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ đối với amoni
của VLHP2. ....................................................................................................... 42
3.6.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu.................................................................... 43
3.6.6. Ảnh hưởng Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II) và hỗn hợp Fe(III), Mg(II),
Ca(II), Mn(II) đến khả năng hấp phụ amoni của VLHP1 .................................... 46
3.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của VLHP1 theo phương pháp
hấp phụ động ..................................................................................................... 49
3.8. Xử lí mẫu nước có chứa amoni .................................................................. 52
KẾT LUẬN....................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 58
PHỤ LỤC
v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu viết tắt

Nội dung

1

VLHP1

Vật liệu hấp phụ 1

2

VLHP2

Vật liệu hấp phụ 2

3

BET

4

IR

5

SEM

6

UV - Vis

7

XRD

8

PE

Poli Etilen

9

ppm

Part per million

Brunaur - Emmetle - Teller
Intrared Spectroscopy
Scanning Electron Microscopy
Ultraviolet Visble
X-ray Diffration

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp ..................................................................... 4

Bảng 3.1. Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu ............................................ 30
Bảng 3.2. Bước sóng tối ưu cho phép xác định amoni theo phép đo UV-Vis . 33
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào pH........ 33
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào thời gian ... 34
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch amoni .... 35
Bảng 3.6. Khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ............................................................................... 36
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ amoni .... 37
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni ............................ 38
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni................... 40
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu đến khả năng hấp phụ amoni
của VLHP2 .................................................................................... 42
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ amoni ........... 44
Bảng 3.12. Ảnh hưởng Mn(II), Fe(III) đến khả năng hấp phụ amoni ................. 47
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1........................................................................................... 48
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của hỗn hợp Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II)................ 49
Bảng 3.15. Hàm lượng amoni sau mỗi phân đoạn thể tích .............................. 50
Bảng 3.16. So sánh kết quả phân tích amoni giữa phương pháp đường
chuẩn và phương pháp thêm chuẩn ............................................... 53
Bảng 3.17. Kết quả hấp phụ amoni trong nước giếng của VLHP1 .................. 53

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................... 13
Hình 1.2. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb ............................................................... 13
Hình 3.1. Ảnh SEM của các vật liệu ................................................................ 29

Hình 3.2. Ảnh TEM của vật liệu M2 ................................................................ 29
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của quặng apatit tự nhiên ........................................ 30
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của quặng apatit biến tính (VL M2) ....................... 31
Hình 3.5. Điểm đẳng điện của vật liệu M1 ....................................................... 32
Hình 3.6. Điểm đẳng điện của vật liệu M2 ....................................................... 32
Hình 3.7 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào pH ......... 33
Hình 3.8. Kết quả Sự phụ thuộc độ hấp phụ quang của dung dịch amoni
vào thời gian. .................................................................................... 34
Hình 3.9. Đường chuẩn xác định nồng độ amoni ............................................. 35
Hình 3.10. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP1 đến khả năng hấp phụ amoni ...... 37
Hình 3.11. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP2 đến khả năng hấp phụ amoni ...... 38
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ amoni vào pH của VLHP1 ..... 39
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Amoni vào pH của VLHP2 ........ 39
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni VLHP1 ... 41
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni VLHP2 ... 41
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với amoni ....... 45
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP1 đối với amoni ........... 45
Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với amoni ....... 45
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP2 đối với amoni .......... 46
Hình 3.21. Ảnh hưởng Mn(II), Fe(III) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1 ............................................................................................. 47
Hình 3.22. Ảnh hưởng của Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1 ............................................................................................. 48
Hình 3.24. Khả năng hấp phụ amoni trong nước giếng của VLHP1 ............... 55

vi


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full