nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm xử lí môi trường

Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi các kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ động trên cột .... Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion CuII, NiII, CrV

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Thiềng

Thái Nguyên, năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim

loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm

xử lí 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 08 năm 2011

Tác giả luận văn

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về kim loại nặng 3

1.1.1 Giới thiệu về kim loại nặng 3

1.1.2 Tác dụng sinh hóa của kim lo ại nặng đối với con người và môi trường 3

1.1.3 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghi ệp 5

1.1.4 Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặ ng 5

1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 8

1.2.1 Các khái niệm 8

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 10

1.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 17

1.3.1 Nguyên tắc 17

1.3.2 Phương pháp đường chuẩn 17

1.4 Giới thiệu về rơm 18

1.4.1 Diễn biến sản xuất lúa ở Việt Nam 18

1.4.2 Thành phần chính của rơm 19

1.4.3 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP 20

Chương 2: THỰC NGHIỆM 22

2.1 Thiết bị và hóa chất 22

2.1.1 Thiết bị 22

2.1.2 Hoá chất 22

2.2 Chế tạo VLHP từ rơm 22

2.2.1 Quy trình chế tạo VLHP từ rơm 22

2.2.2 Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP 23

2.3 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loại theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 24

2.4 Phương pháp hấp phụ tĩnh 26

2.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của NL và VLHP đối với Cr(VI), Cu(II), Ni(II) 27

2.4.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI), Cu(II), Ni(II) của VLHP 27

2.5 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi các kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 30

2.5.1 Chuẩn bị cột hấp phụ 30

2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 31

2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp 31

2.6 Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ 31

2.7 Xử lý mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của NL, VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 33 3.2 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP bằng phương pháp hấp phụ tĩnh 33

3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 33

3.2.2 Ảnh hưởng của pH 35

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 37

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 38

3.2.5.Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) của VLHP 39

3.2.6 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 40

3.3 Phương trình động học 45

3.4 Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi các kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 49

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 49

3.4.2 Kết quả giải hấp thu hồi kim loại 52

3.5 Tái sử dụng vật liệu 54

3.6 Kết quả xử lí mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 57

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại 5

Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối 16

Bảng 1.3: Sản xuất, xuất khẩu lúa gạo Việt Nam 19

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của rơm 19

Bảng 1.5: Thành phần tro của rơm 19

Bảng 1.6: Thành phần nguyên tố trong rơm……… ……… 20

Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa của các nguyên tố Cr, Cu, và Ni 25

Bảng 2.2: Sự phụ thuộc củamật độ quang vào nồng độ Cr(VI) 25

Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) 26

Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) 26

Bảng 3.1: Khả năng hấp phụ của NL, VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 33

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP 34

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 35

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 37

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 38

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới sự hấp phụ Cu(II) và Ni(II) 39

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của SO 42- , NO 3- tới sự hấp phụ Cr(VI) 40

Bảng 3.8: Các thông số hấp phụ Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) của VLHP 42

Bảng 3.9: Các hằng số hấp phụ Langmuir của VLHP 44

Bảng 3.10: Các thông số hấp phụ của Cu(II) 45

Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Ni(II) 45

Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) 47

Bảng 3.13: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 48

Bảng 3.14: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 48

Bảng 3.15: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc độ dòng khác nhau 49

Bảng 3.16: Kết quả giải hấp các ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) 52

Bảng 3.17: Khả năng hấp phụ ion Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP mới và VLHP tái sinh 55

Bảng 3.18: Hiệu suất hấp phụ ion Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần 1 và VLHP tái sinh lần 2 55

Bảng 3.19: Kết quả tách loại Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải 57

Bảng 3.20: Nồng độ nước thải chứa Cu(II), Ni (II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ 58

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ 14

Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại x = H trên cột hấp phụ theo thời gian 16

Hình 2.1: Phổ IR của NL 23

Hình 2.2: Phổ IR của VLHP 23

Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của NL 24

Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của VLHP 24

Hình 2.5: Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 25

Hình 2.6: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) 26

Hình 2.7: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 26

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào khối lượng VLHP 34

Hình 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH 35

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian 37

Hình 3.4: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nhiệt độ 38

Hình 3.5: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới sự hấp phụ Cu(II) 39

Hình 3.6: Ảnh hưởng của Na+ , Ca2+ tới sự hấp phụ Ni(II) 41

Hình 3.7: Ảnh hưởng của SO42- , NO3- tới sự hấp phụ Cr(VI) 41

Hình 3 8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP 43

Hình 3.9: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Cu(II) 43

Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) 43

Hình 3.11: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni (II) 43

Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) 44

Hình 3.13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Cr(VI) 44

Hình 3.14: Đồ thị phương trình động học bậc 1 ( a) và bậc 2 (b) của Cu(II) 45

Hình 3.15: Đồ thị phương trình động học bậc 1 ( a) và bậc 2 (b) của Ni(II) 46

Hình 3.16: Đồ thị phương trình động học bậc 1 ( a) và bậc 2 (b) của Cr(VI) 47

Hình 3.17: Nồng độ thoát của Cu(II) ứng với các tốc độ dòng khác nhau 50

Hình 3.18: Nồng độ thoát của Ni (II) ứng với các tốc độ dòng khác nhau 50

Hình 3.19: Nồng độ thoát của Cr(VI) ứng với các tốc độ dòng khác nhau 50

Hình 3.20: Kết quả giải hấp Cu(II) 53

Hình 3.21: Kết quả giải hấp Ni(II) 53

Hình 3.22: Kết quả giải hấp Cr(VI) 53

Hình 3.23: Đường cong thoát của Cu(II) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh 56

Hình 3.24: Đường cong thoát của Ni(II) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh 56

Hình 3.25: Đường cong thoát của Cr(VI) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh 57

Hình 3.26: Đường cong thoát của mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni (II), Cr(VI) 59

MỞ ĐẦU

Nước là một hợp chất liên quan trực tiếp và rộng rãi đến sự sống trên trái đất Một vài thập niên gần đây, do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kinh tế và sức sản xuất nhằm đáp ứng sự bùng nổ dân số, lượng nước được dùng cho sản xuất, sinh hoạt tăng lên rất nhiều và kéo theo là sự gia tăng về lượng nước thải chứa các tạp chất có hại được đưa trở lại các nguồn nước Một trong các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước là các kim loại nặng Một số phương pháp đã được đề xuất cho loại bỏ các kim loại nặng như phương pháp hoá học, phương pháp sinh học, phương pháp hoá lý,… Tuy nhiên, các phương pháp này xét về mặt kinh tế thì thường tốn kém, công nghệ xử lí phức tạp Thời gian gần đây việc sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) có nguồn gốc thực vật để tách loại kim loại từ nước thải được nhiều nhà khoa học quan tâm Ưu điểm của phương pháp này là: chi phí thấp, quá trình xử lí đơn giản và thân thiện với môi trường

Hiện nay, Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới Từ năm 2002 đến nay trung bình nước ta sản xuất được 34 triệu tấn thóc/năm Năm 2008 sản lượng lúa đã đạt 38,6 triệu tấn, chiếm 5,6% sản lượng lúa gạo toàn cầu Do đó, hàng năm nước ta sẽ thải ra khoảng 55 triệu tấn rơm rạ Số rơm rạ này một phần làm phân bón sinh học, phần còn lại chủ yếu được đốt bỏ ngay trên cánh đồng gây lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường Nếu tận dụng được nguồn rơm rạ này để chế tạo VLHP nhằm xử lí nước thải sẽ có ý nghĩa hết sức to lớn về nhiều mặt Xuất phát

từ thực tế đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp

phụ một số kim loại nặng trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ rơm và thử nghiệm xử lí môi trường ”

Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo nguyên liệu (NL) và VLHP từ rơm

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của NL và VLHP bằng phổ IR và ảnh chụp SEM

- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh

- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) bằng VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột

- Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP

- Sử dụng VLHP chế tạo được thử xử lý mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI)

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về kim loại nặng

1.1.1 Giới thiệu về kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni,

Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…)

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation

do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm Ở hàm lượng nhỏ một số kim loại nặng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người và sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi có hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường

Các kim loại nặng đi vào cơ thể qua con đường hô hấp, tiêu hóa và qua da Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong

cơ thể Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [5, 9]

1.1.2 Tác dụng sinh hóa của kim lo ại nặng đối với con người và môi trường

1.1.2.1.Tác dụng sinh hoá của crom

Nước thải từ công nghiệp mạ điện , công nghiệp khai thác mỏ , nung đốt các nhiên liệu hoá thạch, là nguồn gốc gây ô nhiễm crom Crom có thể

có mặt trong nước mặt và nước ngầm Crom trong nước thải thường gặp ở dạng Cr(III) và Cr(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 Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường : hô hấp , tiêu hoá và

da Qua nghiên cứu thấy rằng , crom có vai trò quan tr ọng trong việc chuyển hoá glucozơ Tuy nhiên với hàm lượng cao crom có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống enzym cơ bản Crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da như loét da , viêm da tiếp xúc, loét thủng màng ngăn

mũi, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi, [4]

1.1.2.2 Tác dụng sinh hoá của đồng

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,… Đối với cơ thể người, đồng là một nguyên tố vi lượng cần thiết tham gia vào quá trình tạo hồng cầu và là thành phần của nhiều enzym trong cơ thể Nếu thiếu đồng sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của cơ thể Tuy nhiên

sự tích tụ đồng với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ thể 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 [8, 2]

1.1.2.3 Tác dụng sinh hoá của niken

Niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất thuỷ tinh, gốm, sứ…

Niken xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua đường hô hấp Khi bị nhiễm độc niken , các enzym mất hoạt tính , cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể , gây các triệu chứng khó chịu , buồn nôn , đau đầu ; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi , hệ thần kinh trung ương , gan, thận

và có thể sẽ gây ra các chứng bệ nh kinh niên… Ngoài ra, niken có thể gây các bệnh về da, nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm

da, xuất hiện dị ứng ở một số người [4, 2]

1.1.3 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp

nước thải công nghiệp như sau:

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại

trong nước thải công nghiệp

STT Nguyên tố Đơn vị Giá trị giới hạn

- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng

cho mục đích cấp nước sinh hoạt [17]

1.1.4 Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con người, sinh vật, đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản

Nguồn gốc gây ô nhiễm nguồn nước có thể là do tự nhiên hoặc nhân tạo Các chất gây ô nhiễm nước bao gồm các chất vô cơ, chất hữu cơ, các hóa chất khác, ô nhiễm vi sinh vật, ô nhiễm nhiệt, cơ học, phóng xạ… [1]

1.1.4.1 Tình trạng ô nhiễm nước trên thế giới

Trong những năm gần đây, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại

Ở Úc, Pb và Zn đã được xác định trong các trầm tích bị ô nhiễm với

đối với Pb, và 2000 μg.g-1 đối với Zn [31]

trong khu vực không bị ô nhiễm đến hơn 2700 μg.g-1 trong cửa sông Gannel nơi nhận chất thải từ việc khai thác mỏ chì [30]

Tương tự như Pb, hàm lượng As cũng đã được xác định ở nhiều vùng cửa sông, vùng ven biển trên thế giới Hàm lượng As đã được xác định từ

5 μg.g-1

ở cửa sông Axe đến lớn hơn 1000 μg.g-1 trong các cửa sông Restronguet Creek, Cornwall nơi nhận nước thải từ các khu vực khai thác quặng mỏ kim loại [30]

Hàm lượng Cd cũng được xác định ở Anh tại các cửa sông không bị ô nhiễm với hàm lượng 0,2 μg.g-1, tại các cửa sông bị ô nhiễm nặng hàm lượng này có thể lên đến 10 μg.g-1

Sông Deule ở Pháp là một trong những con sông bị ô nhiễm rất nặng do hứng chịu chất thải từ nhà máy luyện kim Hàm lượng kim loại trong trầm tích sông này rất cao (0,48 μg.g-1

) [30, 32]

1.1.4.2 Tình trạng ô nhiễm nước ở Việt Nam

Hiện nay , sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp , khu chế xuất đã dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này là từ các nhà máy

cơ khí, nhà máy luyện kim, nhà máy hóa chất Tác động của kim loại nặng tới môi trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức Bởi các nhà máy ở Việt Nam thường có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải còn hạn chế Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử

lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trường thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép Theo đánh giá của một số công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ

ở hai thành phố lớn là Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố

có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc [4]

Thành phố Thái Nguyên là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường

nước thải độc và bẩn làm ô nhiễm suối Mỏ Bạch và nguồn nước Sông Cầu, Nhà máy cán thép Gia Sàng và khu gang thép Cam Giá hàng ngày thải một lượng nước lớn không được xử lý vào suối Xương Rồng gây ô nhiễm khu vực phường Gia Sàng, phường Túc Duyên Theo thông tin của Bộ Công nghiệp: Chất lượng nước sông Cầu ngày càng xấu đi, nhiều đoạn sông đã bị

ô nhiễm tới mức báo động Ô nhiễm cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt là tại các điểm thải của Nhà máy

giấy Hoàng Văn Thụ, khu Gang thép Thái Nguyên chất lượng nước không đạt cả tiêu chuẩn A và B của QCVN 24:2009/BTNMT [4, 17]

1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.2.1 Các khái niệm

Sự hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng-rắn, khí-lỏng, lỏng-lỏng) Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập tr ung trên bề mặt chất hấp phụ

Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử ch ất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ , liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ

là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn

xảy ra quá trình hấp phụ vật lý , khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý

giảm và khả năng hấp phụ hoá học tăng lên [2] [9]

Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp

quá trình hấp phụ

Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các yếu tố sau:

- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ

hoá lý, phương pháp vi sinh [2]

Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định

(1.1)

q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)

m: Khối lượng chất hấp phụ (g)

Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)

Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (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

cb o C

C C

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.2.2.1 Mô hình động học hấp phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra th eo các giai đoạn chính sau:

- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ

- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ

- Giai đoạn hấp phụ th ực sự : các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ

Trong tất cả các giai đoạn đó , giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định [1] Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

dtdx

v (1.3)

Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian:

t: thời gian (giây)

: hệ số chuyển khối

Co: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l)

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l) k: hằng số tốc độ hấp phụ

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren

)(

q

303,2log

t

e e t

1

1

2 2



 (1.8)

Trong đó:

qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại gian t (mg/g)

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến

1.2.2.2 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ

Với chất hấp phụ là chất rắn , chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt : phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry , phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Freundlich và phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir,…[2] [9]

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry : là phương trình đẳng nhiệt đơn giản mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:

a = K P (1.9)

Trong đó:

K: hằng số hấp phụ Henry

a: lượng chất bị hấp phụ (mol/g)

P: áp suất (mmHg)

Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến tính này nhỏ Trong vùng đó, sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt c hất rắn là không

đáng kể [10]

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp [9]

Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:

n

cb

C k

q 1 (1.10) Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

C cb

n k

lg   (1.11) Trong đó:

k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khácn: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm c ho vùng ban đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bị hấp phụ [10]

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

cb

cb C b

C b q q

1

.

max



 (1.12) Trong đó:

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

b: hằng số Langmuir

Khi tích số b Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

Khi tích số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hoà

Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:

b q

C q q

C

cb cb

.

1 1

max max



RL = 1/(1+b.C0) (1.14) 0<RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi, và RL=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính

1.2.2.3 Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau:

Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào

Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không

Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối

ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ

Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu sự hấp phụ động trên cột Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó lượng chất hấp phụ cần thiết tăng lên

Vùng chuyển khối đặc biệt dài hơn trong trường hợp hấp phụ chất lỏng so với trường hợp hấp phụ chất khí vì độ nhớt của chất lỏng cao hơn

Độ nhớt làm chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt chất rắn cũng như sự khuếch tán bên trong hạt chất rắn

Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hạn chế chúng được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối

và phương pháp hạn chế chúng Yếu tố ảnh hưởng Phương pháp hạn chế

Sự giới hạn về diện tích bề mặt

của chất hấp phụ

- Giảm kích cỡ hạt để tăng thêm diện tích

bề mặt trên một đơn vị thể tích chất hấp phụ

- Sử dụng các hạt có diện tích bề mặt lớn trên một đơn vị thể tích

Tốc độ dòng phân bố không

đều khi chạy qua cột

- Giảm thiểu các lỗ trống, đây là nguyên nhân chính gây nên dòng không đều khi chạy qua cột

- Điều khiển dòng cố định ở lối vào và ra cột

Tại điểm cuối của cột hấp phụ x = H (H: chiều cao lớp chất hấp phụ), nồng độ chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ chất bị hấp phụ tại x = H trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.2 [2]

Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp

phụ tại x = H trên cột hấp phụ theo thời gian

t

C

C o

O

t

1.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

1.3.1 Nguyên tắc

Nhiều tài liệu chuyên khảo đã đưa ra các phương pháp xác định hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu phân tích Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sẽ áp dụng khi thực hiện đề tài Nguyên tắc chung của phương pháp là: chuyển cấu tử cần phân tích thành trạng thái hơi nguyên tử Sau đó chiếu một chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ Khi đó phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử Dựa vào phổ hấp thụ nguyên tử xác định nồng độ của các nguyên tố trong mẫu phân tích [7, 18]

Để xác định nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích theo phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có thể tiến hành theo phương pháp đường chuẩn hoặc phương pháp thêm tiêu chuẩn Thực hiện đề tài này, chúng tôi tiến hành theo phương pháp đường chuẩn

1.3.2 Phương pháp đường chuẩn

Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc của cường độ vạch

phổ hấp thụ (hay độ hấp thụ nguyên tử) vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử cần xác định trong mẫu theo phương trình Aλ = a.Cb để có sự phụ thuộc tuyến tính giữa Aλ và C

Kỹ thuật thực nghiệm:

- Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có hàm lượng chất phân tích tăng dần trong cùng điều kiện về lượng thuốc thử, độ axit…

- Đo độ hấp thụ nguyên tử (mật độ quang) của các nguyên tố cần nghiên cứu trong dãy dung dịch chuẩn

- Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ nguyên tử vào nồng độ các nguyên tố cần nghiên cứu Đồ thị này được gọi là đường chuẩn

- Pha chế các dung dịch phân tích với điều kiện như dung dịch chuẩn

và đem đo độ hấp thụ nguyên tử Dựa vào các giá trị độ hấp thụ nguyên tử này và đường chuẩn tìm được nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu phân tích [7]

1.4 Giới thiệu về rơm

1.4.1 Diễn biến sản xuất lúa ở Việt Nam

Theo kết quả khảo cổ học trong vài thập niên qua, cây lúa được trồng đầu tiên ở vùng Đông Nam Á và Đông Dương khoảng 10000 năm trước Công nguyên

Theo thống kê của cơ quan Thực phẩm Liên hiệp quốc, trên thế giới

có khoảng 147,5 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, và 90% diện tích này

là thuộc các nước châu Á Hiện nay, Thái Lan và Việt Nam là hai nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới

Ở Việt Nam lúa gạo được gieo trồng trên 50% diện tích đất nông nghiệp Diễn biến diện tích và lượng lúa-gạo sản xuất trong những năm gần đây của Việt Nam được biểu diễn theo bảng 1.3 [14]

Bảng 1.3: Sản xuất, xuất khẩu lúa gạo Việt Nam

(nghìn ha)

Sản lượng (nghìn tấn lúa)

Xuất khẩu (nghìn tấn gạo)

1.4.2 Thành phần chính của rơm

Rơm chiếm hơn 50% tổng trọng lượng cây lúa Kết quả phân tích thành phần hóa học của rơm được thể hiện ở bảng 1.4

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của rơm

hợp chất của Si chiếm đa số (bảng 1.5)

Bảng 1.5: Thành phần tro của rơm

Thành phần SiO2(%) K (%) Na (%) Các chất khác (%) Tổng

Tỷ lệ (%) 72,59 2,64 0,37 24,40 100

Thành phần nguyên tố của rơm được đưa ra ở bảng 1.6

Bảng 1.6: Thành phần nguyên tố trong rơm

Tỷ lệ (%) 673,11 58,46 254,13 14,30 0,00

Từ bảng 1.6 cho thấy thành phần chủ yếu của rơm là các nguyên tố C,

H, O, N Thành phần C chiếm chủ yếu trong rơm, số liệu này chứng tỏ rơm

được hình thành chủ yếu từ các hợp chất hữu cơ Đặc biệt, trong rơm đều

không tìm thấy lưu huỳnh [12, 15]

1.4.3 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP

Trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học công bố các kết quả nghiên cứu của mình về việc sử dụng các VLHP chế tạo từ các phụ phẩm nông

nghiệp để tách loại và thu hồi các kim loại nặng trong dung dịch nước

Rơm

Trung tâm nghiên quốc gia, Ai Cập, đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) và Cd(II) của rơm Kết quả nghiên cứu cho thấy rơm có khả năng loại bỏ ion kim loại nặng với hiệu quả cao Dung lượng hấp phụ cực đại của rơm đối với Ni(II) và Cd(II) lần lượt là 35,08 mg/g và 144,1 mg/g

[19, 20, 21]

Bã mía

Bã mía được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước

và được ví như than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng như: Cr(III), Ni(II), Cu(II) Bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng , bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu [23]

Vỏ lạc:

Nhóm nghiên cứu của Kermit Wilson, Hoang Yang, Chung W Seo, Wayne E Marshall đã nghiên cứu sự hấp phụ Cd(II), Cu(II), Pb(II), Ni(II) và Zn(II) của than chế tạo từ vỏ lạc và được so sánh với 3 loại than thương mại DARCO 12×20, NORIT C GRAN và MINOTAUR Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy than vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại trong dung dịch

và có khả năng thay thế than thương mại trên thị trường [24]

Vỏ đậu tương

Vỏ đậu tương có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng, như: Cu(II), Zn(II) và các hợp chất hữu cơ Trong sự so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác, vỏ đậu tương thể hiện khả năng hấp phụ cao hơn , đặc biệt đối với các kim loại nặng Vỏ đậu tương sau khi được xử lý với NaOH và axit xitric thì dung lượng hấp phụ cực đại đối với đồng đạt đến 1,7 mmol/g (ứng với 108 mg/g) [34]

Vỏ cọ

Nhóm tác giả Issabayeva G, Aroua M K & Sulaiman N M N đã nghiên cứu than vỏ cọ có khả năng hấp phụ cao các ion Pb(II) (95,2 mg/g) tại

pH = 5 [22, 26]

Xơ dừa được chuyển thành than hoạt tính dùng để hấp phụ các ion kim

loại Cd(II), Ni(II), Cu(II) có trong nước thải công nghiệp Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với Cr(VI), V(V), Ni(II), Hg(II) Xơ dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co(III), Cr(III), Ni(II) từ dung dịch [22, 25]

Ở Việt Nam, nhiều tác giả đã nghiên cứu sử dụng VLHP chế tạo từ các nguyên liệu tự nhiên, các phụ phẩm nông nghiệp để tách loại và thu hồi các

kim loại nặng [10, 11, 16]

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

- Máy nghiền

- Máy quang phổ hồng ngoại Mgegna-IR-760 Spectometer

- Máy lắc

- Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ)

- Tủ sấy Jeio tech (Hàn Quốc)

- Máy hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh)

- Bình định mức, cốc thủy tinh, pipet,

2.1.2 Hoá chất

Nước cất hai lần

Tất cả hóa chất đều có độ tinh khiết PA và việc chuẩn bị các dung

dịch có nồng độ xác định theo [6]

2.2 Chế tạo VLHP từ rơm

2.2.1 Quy trình chế tạo VLHP từ rơm

Rơm được rửa sạch bằng nước máy, phơi khô, sau đó rửa lại bằng

khuấy trong 1 giờ, lọc và rửa sạch bã rắn bằng nước cất đến khi hết axit

dư Cho bã rắn vào cốc thủy tinh chứa 100ml dung dịch NaOH 0,75M, khuấy trong 1 giờ, tiếp theo lọc và rửa sạch với nước cất để loại bỏ

kiềm dư Cuối cùng, sấy khô bã rắn thu được VLHP [19]

2.2.2 Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP

Hình 2.1: Phổ IR của NL

Hình 2.2: Phổ IR của VLHP

Nguyên liệu rơm ban đầu được xử lý bằng HNO3, sau đó tiếp tục được xử lý bằng NaOH Kết quả của quá trình xử lý được thể hiện trên phổ hồng ngoại (IR) thông qua sự dịch chuyển của nhóm hiđroxyl từ vùng

đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (không khí – axetilen) của các nguyên

tố Cr, Cu và Ni được thể hiện trên bảng 2.1

Hình 2.3: Ảnh chụp SEM của NL Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của VLHP

Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa của các

nguyên tố Cr, Cu, và Ni

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)

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; và các hình 2.5; 2.6; 2.7

Phương pháp thực nghiệm

Chuẩn bị các bình tam giác dung tích 100ml, mỗi bình chứa một khối lượng xác định chất hấp phụ và 25ml từng dung dịch Cr(VI), Cu(II),

Ni(II) riêng biệt có nồng độ, pH xác định Lắc dung dịch bằng máy lắc với tốc độ khuấy 150 vòng/phút ở nhiệt độ xác định trong một thời gian nhất định Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ của ion kim loại trong các dung dịch trước và sau hấp phụ bằng phương pháp F-AAS Tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất của chất hấp phụ đối với mỗi ion theo công thức (1.1) và (1.2)

2.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của NL và VLHP đối với Cr(VI), Cu(II), Ni(II)

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cr(VI), Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 97,88 mg/l; 98,18 mg/l và 98,74 mg/l

- Dùng dung dịch NaOH loãng và dung dịch HNO3 loãng để điều chỉnh pH của dung dịch Cr(VI) là 2, và dung dịch Cu(II), Ni(II) riêng biệt

có pH = 5

- Khối lượng NL, VLHP là 0,2g

- Thời gian lắc là 60 phút ở nhiệt độ phòng (250C1)

2.4.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI), Cu(II), Ni(II) của VLHP

2.4.2.1 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cr(VI), Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 97,88 mg/l; 98,18 mg/l và 98,74 mg/l

- Thay đổi khối lượng VLHP từ 0,05 đến 1,00 g

- Điều chỉnh pH của dung dịch Cr(VI) là 2, và dung dịch Cu(II), Ni(II) riêng biệt có pH = 5

- Thời gian lắc là 60 phút ở nhiệt độ phòng (250C 1)

2.4.2.2 Ảnh hưởng của pH

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cr(VI), Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 97,88 mg/l; 98,18 mg/l và 98,74 mg/l

- Khối lượng VLHP là 0,2g

- Điều chỉnh pH của các dung dịch chứa mỗi ion kim loại trong khoảng 1,00 đến 8,00

- Thời gian lắc là 60 phút ở nhiệt độ phòng (250C 1)

2.4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cr(VI), Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 97,88 mg/l; 98,18 mg/l và 98,74 mg/l

2.4.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cr(VI), Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 107,23 mg/l; 109,09 mg/l và 110,91 mg/l

- Khối lượng VLHP là 0,2g

- 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 (2.4.2.2)

- Khảo sát quá trình hấp phụ trong khoảng thời gian đạt cân bằng hấp phụ đối với từng ion kim loại đã khảo sát ở (2.4.2.3)

- Tiến hành quá trình hấp phụ ở các nhiệt độ 150C , 250C, 300C,

350C, 400C

2.4.2.5 Ảnh hưởng của Na + , Ca 2+ đến khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II) của VLHP

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Cu(II), Ni(II) riêng biệt có nồng độ lần lượt là 124,55 mg/l và 94,74 mg/l và chứa từng ion Na+, Ca2+ có nồng độ xác định

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

Dung dịch Cr(VI) có nồng độ là 97,26 mg/l chứa từng ion SO42-, NO3- có

nồng độ xác định

- Khối lượng VLHP là 0,2g

- Điều chỉnh pH của dung dịch đến giá trị nằm trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp phụ đã khảo sát ở (2.4.2.2)

- Khảo sát quá trình hấp phụ ở nhiệt độ phòng, trong khoảng thời gian đạt cân bằng hấp phụ đã khảo sát ở (2.4.2.3)

2.4.2.7 Động học hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP

Giả sử quá trình hấp phụ của VLHP xảy ra theo phương trình động học biểu kiến của Lagergren Tiến hành quá trình hấp phụ với mỗi dung dịch Cu(II), Ni(II), Cr(VI) riêng rẽ có nồng độ đầu xác định trong các điều kiện giống như các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian Biểu diễn sự phụ thuộc của log(qe-qt), t/q vào thời gian t

2.4.2.8 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Cr(VI), Cu(II), Ni(II)

Tiến hành thí nghiệm với mỗi loại dung dịch Cu(II), Ni(II), Cr(VI) riêng rẽ có nồng độ đầu thay đổi, điều kiện thời gian đạt cân bằng hấp phụ

và pH tối ưu như đã khảo sát ở trên

2.5 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi các kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ động trên cột

2.5.1 Chuẩn bị cột hấp phụ

Cột hấp phụ là cột thủy tinh có chiều cao 25cm và đường kính trong 1cm Cân 1,218g VLHP, rồi ngâm VLHP trong nước cất để loại bỏ hết bọt khí sau đó tiến hành dồn cột Cột được dồn sao cho trong cột hoàn toàn không có bọt khí Thể tích VLHP trong cột là 10 ml Điều chỉnh tốc độ dòng chảy qua các dung dịch nhờ một van ở đầu ra của cột Cho chảy qua cột dung dịch chứa

được lấy liên tục theo từng Bed-Volume (BV) để tiến hành xác định hàm lượng ion

Định nghĩa Bed-Volume (hay đơn vị thể tích cơ sở ): là thể tích của dung dịch chảy qua cột đúng bằng thể tích chất hấp phụ nhồi trong cột đó