Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi trường

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 2008 MỤC LỤC Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu .................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN ...................................................................... 3 1.1 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .................................. 3 1.1.1. Các khái niệm ............................................................. 3 1.1.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................... 5 1.1.2.1. Mô hình động học hấp phụ ................................ 5 1.1.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt ........................ 6 1.2. Giới thiệu về VLHP vỏ lạc ................................................ 9 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, 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 1.4.3.3. Tính chất độc hại của đồng ................................ 16 1.4.3.4. Tính chất độc hại của mangan ............................ 17 1.4.3.5. Tính chất độc hại của niken ............................... 17 1.4.3.6. Tính chất độc hại của chì ................................... 18 1.4.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng ........................................................................................................ 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM ................................................................. 20 2.1. Thiết bị và hóa chất........................................................... 20 2.1.1. Thiết bị ....................................................................... 20 2.1.2. Hóa chất ..................................................................... 20 2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc ................................. 21 2.2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc.............. 21 2.2.2. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP .... 21 2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại trên VLHP . 23 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 DANH MỤC CÁC BẢNG 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 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Phổ IR của nguyên liệu ............................................................ ..22 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 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 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 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 1 Mở đầu Hiện nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm môi trường toàn cầu. 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. 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”. 2 Mục tiêu - 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. 3 Chương 1: TỔNG QUAN . - - - - ). . . . . , l . , l . ên [6] [11]. 4 . G với . . - : đ . - : c . - P : l [2]. . pha mang ( [6][11]. 5 . [11]. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: m VCC q cb ( o ). (1.1) : 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 dung dịch ban đầu. 100. )( o cbo C CC H (1.2) 1.1.2. . 1.1.2.1. ụ - : - . - . 6 - thự . [1]. : dt dx v (1.3) gian: )()( max0 qqkCC dt dx V cb (1.4) : x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l) t: thời gian (giây) : h Co: n (mg/l). Ccb (mg/l) k: h . q: dun (mg/g). qmax: d (mg/g). 1.1.2.2 . Có 7 . V thì : p Langmuir,…[6] [11]. Mô hình Henry Phương trình y: l : a = K. P (1.5) : K: h a: l (mol/g) P (mmHg) [11]. Mô hình Freundlich [10]. số : ncbCkq 1 . (1.6) 8 Hoặc dạng phương trình đường thẳng: cbC n kq lg 1 lglg (1.7) : k: h n: h 1 [11]. Mô hình : Langmuir có dạng: cb cb Cb Cb qq .1 . max (1.8) : q: d (mg/g) qmax: dung lư (mg/g) b: uir .Ccb << = qmax.b.Ccb . .Ccb >> = qmax . Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng: bq C qq C cb cb . 11 maxmax (1.9) 9 1.2. Giới thiệu về VLHP vỏ lạc 1.2.1. Năng suất và sản lượng lạc 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 lại đây. Cây lạc có giá trị kinh tế cao và có nhiều công dụng, đặc biệt được dùng làm thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm, trong kỹ nghệ, trong trồng trọt,… Phụ phẩm của cây lạc gồm: khô dầu, vỏ hạt và thân lá. Thân và lá cây lạc có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và các loại phân bón có giá trị tương đương phân chuồng 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 vật (về diện tích và sản lượng) với diện tích gieo trồng vào khoảng 20 21 triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25.5 26 triệu tấn. Ở Việt Nam, lạc được trồng rộng rãi khắp cả nước. Trừ các loại đất quá dốc, đất chua, đất chua mặn, đất sét,…các loại đất khác đều trồng được lạc [9] [25]. Các số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng lạc được cập nhật trong những năm gần nhất từ 2001 đến nay được thể hiện ở bảng 1.1 [16]. 10 Bảng 1.1: Diễn biến sản suất lạc ở Việt Nam Năm Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) 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 1.2.2. Vỏ hạt chiếm khoảng 25 35% khối lượng hạt. Với sản lượng lạc hàng 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 thành phần vỏ lạc [9]. Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc Thành phần Nước Protein Lipit Gluxit Đạm Lân Kali Phần trăm (%) 10 4.2 2.6 18.5 1.8 0.2 0.5 11 là gluxit, : xenlulozơ, hemixenlu . . Xenlulozơ: l h -glucozơ [C6H7O2(OH)3]n - 10.000 đến 150.000 đvC. Hemixenlulozơ: v . Lignin: l [13]. 1.2.3. VLHP : - Cd(II) 0,7 g/l (II) 31 [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 12 máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nước bị nhiễm ion kim loại và vỏ của củ lạc có thể loại bỏ 95% ion đồng khỏi nước thải công nghiệp trong khi mùn cưa của cây thông chỉ loại bỏ được 44%. Có thể đạt được hiệu quả 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]. : c ion , như: Cu(II), Zn(II) , v 108 mg/g) [20]. : đ : Cr(III), Ni(II), Cu(II) [17]. : n 3PO4 0.39 mmol/g [15]. 1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 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 thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Khi nguyên tử ở 13 trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó phát ra trong quá trình 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 thái cơ bản. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự 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] Trong vùng nồng độ C nhỏ của chất phân tích, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ N của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân theo định luật Lambe Bear: )..( . LNK o eII (1.10) Trong đó: Io: cường độ chùm sáng chiếu vào đám hơi nguyên tử I: cường độ chùm sáng ra khỏi đám hơi nguyên tử K : hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số 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: LNK I I A o ..303.2lg (1.11) 14 Trong một phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, giá trị L không đổi nên A phụ thuộc vào nồng độ C A = a . C b (1.12) 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. 1.4. Sơ lược về một số kim loại nặng 1.4.1. . ược , 3 15 [1] [4]. 1.4.2. loại . -SH. -SCH3 [5]. 1.4.3. 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 , cadi [4] [10]. 16 1.4.3.2. rom [10]. . (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. quan trọng trong việc . Tuy nhiên với có thể . , i,...[4]. 1.4.3.3. Đồng là kim loại màu đỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy, được 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 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 17 gan. Sự thiếu đồng gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây 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. 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. 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 mangan làm suy nhược hệ thần kinh và tuyến giáp trạng [10]. 1.4.3.5. 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. Niken có trong huyết tương người,… , trong thu . a , . Niken có thể gây các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ưng thư đường hô hấp,… , 18 protein c . C bị nhiễm n [4]. 1.4.3.6 ,... và các hợp chất của chì đều rất độc. Chì , hô , t thư,... . can [4] [10]. 1.4.4. [1] [27] TCVN 5945:2005 công nghiệp như sau: 19 Bảng 1.3: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp STT Nguyên tố Đơn vị Giá trị giới hạn 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 : Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm bằng hoặc nhỏ hơn giá trị qui định trong cột A có thể đổ vào các 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: các vực nước dùng giao thông, thủy lợi tưới tiêu cho trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản,…trừ các thủy vực qui định ở cột A. 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 giá trị qui định trong cột C chỉ được phép thải vào các nơi được qui định (như hồ chứa nước thải được xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nước thải tập trung,…) 20 Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị . 2.1.1. Thiết bị - Máy nghiền bi (Nga) - Máy quang phổ hồng ngoại IR Prestige-21 Shimadzu (Nhật) - Máy khuấy IKA Labortechnik (Đức) - Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ) - Tủ sấy Jeio tech (Hàn Quốc) - Máy hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh) - , c thủy tinh, pipet,... . Nước cất hai lần Natri hiđroxit NaOH Axit xitric C6H8O7.H2O Axit nitric HNO3 Cadimi nitrat Cd(NO3)2.4H2O Kali đicromat K2Cr2O7 Đồng nitrat Cu(NO3)2.3H2O Mangan(II) nitrat Mn(NO3)2.6H2O Niken nitrat Ni(NO3)2.6H2O Chì(II) nitrat Pb(NO3)2 Tất cả hóa chất đều có độ tinh khiết PA và việc chuẩn bị các dung dịch có nồng độ xác định theo [7]. 21 2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc 2.2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc Vỏ lạc nguyên liệu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi. Lấy 25g nguyên liệu cho vào cốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0.1M, khuấy đều trong 120 phút, lọc lấy phần bã rắn, rửa sạch bằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô ở 85-90 o C. Sau đó, phần bã rắn tiếp tục được cho vào cốc chứa 150ml dung dịch axit xitric 0.6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn, sấy ở 50 o C trong 24 giờ, nâng nhiệt độ lên 120 o C trong 90 phút. Cuối cùng, rửa bằng nước cất nóng tới môi trường trung tính và sấy khô ở 85-90 o C, thu được VLHP [23]. 2.2.2. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP Nguyên liệu vỏ lạc ban đầu được xử lý bằng NaOH để loại bỏ các pigmen màu và các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, tiếp tục được este hóa bằng axit xitric. Kết quả của quá trình xử lý được thể hiện trên phổ hồng ngoại (IR) thông sự dịch chuyển của nhóm cacbonyl từ vùng số sóng 1737.86 cm -1 đến vùng số sóng 1728.22 cm -1 , rộng và có cường độ mạnh hơn (hình 2.1 và 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 hơn rõ rệt (hình 2.3 và hình 2.4). 22 Hình 2.1: Phổ IR của nguyên liệu Hình 2.2: Phổ IR của VLHP 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 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 STT Nguyên tố 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 24 Pha các dung dịch các ion kim loại nặng Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) với nồng độ khác nhau từ dung dịch chuẩn nồng độ 1000 mg/l, thêm vào đó một thể tích xác định dung dịch HNO3 10% để nồng độ HNO3 là 1%. Pha dung dịch HNO3 1% làm mẫu trắng. Tiến hành đo mật độ quang (A) của từng dung dịch. Dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ ion kim loại. Kết quả thu được thể hiện ở các bảng 2.2, 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 mật độ quang vào nồng độ Cd(II) Tên mẫu C (mg/l) A Mẫu trắng 0.00 0.0030 STD 1 0.05 0.0080 STD 2 0.10 0.0120 STD 3 1.00 0.0910 STD 4 2.50 0.2340 y = 0.0921x + 0.0024 R2 = 0.9996 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.5: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd(II) Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cd(II) là y = 0.0921x + 0.0024 Hình 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) Tên mẫu C (mg/l) A Mẫu trắng 0.00 0.0010 STD 1 0.50 0.0120 STD 2 1.00 0.0210 STD 3 5.00 0.0860 STD 4 8.00 0.1350 y = 0.0165x + 0.003 R2 = 0.9995 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 25 Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) là y = 0.0165x + 0.003 Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) Tên mẫu C (mg/l) A Mẫu trắng 0.00 0.0020 STD 1 0.10 0.0040 STD 2 1.00 0.0220 STD 3 2.00 0.0440 STD 4 2.50 0.0540 y = 0.0209x + 0.0018 R2 = 0.9997 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.7: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) là y = 0.0209x + 0.0018 Bảng 2.5: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Mn(II) 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 y = 0.0825x - 0.0025 R 2 = 0.9998 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.8: Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Mn(II) là y = 0.0825x + 0.0025 26 Bảng 2.6: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) Tên mẫu C (mg/l) A Mẫu trắng 0.00 -0.002 STD 1 0.50 0.012 STD 2 1.00 0.025 STD 3 5.00 0.144 STD 4 7.00 0.198 y = 0.0288x - 0.0025 R2 = 0.9997 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) Phương trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) là y = 0.0288x + 0.0025 Bảng 2.7: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Pb(II) Tên mẫu C (mg/l) A Mẫu trắng 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 y = 0.0147x - 0.0016 R2 = 1 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 Nồng độ (mg/l) M ậ t đ ộ q u a n g Hình 2.10: Đường chuẩn xác định 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 với Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) Lấy 36 bình nón dung tích 100ml, chia thành 6 nhóm, mỗi nhóm chứa 50ml dung d ịch các ion kim loại Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II) và Pb(II) riêng biệt. Điều chỉnh pH của các dung dịch chứa mỗi ion kim loại 27 trong khoảng 1.00 đến 6.00 bằng dung d ịch NaOH loãng và dung d ịch HNO3 loãng (các hóa chất này được sử dụng để điều chỉnh pH của dung dịch trong các thí nghiệm tiếp theo). Xác định nồng độ ion kim loại Co của các dung dịch bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử. Cho vào mỗi bình 1g VLHP. Khuấy dung dịch bằng máy khuấy với tốc độ khuấy 250 vòng/phút (tốc độ khuấy này được duy trì để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo), ở nhiệt độ phòng . Thời gian khuấy đối với các dung dịch Cd(II) là 30 phút, các dung dịch 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 dịc._.