Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp thụ kim loại nặng trong nước từ bùn đỏ

Tận dụng nguồn oxit còn lại trong bùn đỏ, chúng tôi đưa ra hướng nghiên cứu làchế tạo zeolit và vật liệu hấp phụ các kim loại nặng với hy vọng là tạo ra các sản phẩm cóhiệu quả cao, giá

Dư lượng kim loại nặng trong nước với một lượng lớn vượt quá tiêu chuẩn chophép sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ con người Nhiễm độc Cadimi gây ungthư, bệnh phổi và xương; Kẽm gây tác động đến hệ tiêu hoá, Niken gây bệnh về da Dưlượng kim loại nặng Kẽm, Cadimi, Niken thường được tìm thấy nhiều nhất trong nướcthải của ngành sản xuất xi mạ, nước thải này được đô ra sông gây ảnh hưởng xấu đếnchất lượng nguồn nước mặt và nước ngầm.

Chính vì vậy vấn đề xử lý dư lượng kim loại nặng trong nước là một nhu cầu cấpthiết hiện nay Trong thời gian qua, đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm mụcđích loại bỏ dư lượng kim loại nặng trong nguồn nước Trong các phương pháp đượcnghiên cứu thì phương pháp dùng vật liệu đồ hấp phụ dư lượng kim loại trong nước chothấy có nhiều ưu điểm

Hướng nghiên cứu: Điều chế và khảo sát khả năng hấp phụ dư lượng kim loạinặng Kẽm, Cadimi, Niken trong nước của vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ bùn dở nhàmáy hoá chất Tân Bình tại phòng thí nghiệm

Hiện nay tại nhà máy Hóa chất Tân Bình Thành phố Hồ Chí Minh hằng năm thải

ra hàng trăm ngàn tấn bùn thải Đê giải quyết vấn đề bùn thải có rất nhiều hướng nghiêncứu như sản xuất vật liệu xây dựng, thu hồi các khoáng có giá trị,

Tận dụng nguồn oxit còn lại trong bùn đỏ, chúng tôi đưa ra hướng nghiên cứu làchế tạo zeolit và vật liệu hấp phụ các kim loại nặng với hy vọng là tạo ra các sản phẩm cóhiệu quả cao, giá thành hạ góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế của đất nước

1.1.2 Mục đích đề tài

■ Nghiên cứu chế tạo zeolit

■ Chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng

■ Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trong phòng thí nghiệm

■ Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trên mẫu nước thải xi mạ

1.1.3 Tính khả thỉ của đề tài

Việc sản xuất zeolite và vật liệu hấp phụ kim loại nặng từ nguồn bùn dở là mộthướng đi khả thi bởi lẽ :

■ Tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải trong nước

■ Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do bùn đỏ gây ra

■ Quy trình đơn giản, dễ thực hiện, chi phí sử dụng năng lượng thấp.

Đồ án tot nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

1.1.4 Đối tượng nghiên cứu

Bã thải nhà máy hoá chất Tân Bình

1.1.5 Noi thực hiện

Đe tài được thực hiện trong thời gian 3 tháng, từ tháng 9 năm 2006 đến tháng 12năm 2006 tại Phòng Xúc tác và Công nghệ Môi trường thuộc Viện Khoa học Vật liệuứng dụng

1.2 NHÀ MÁY HOÁ CHÁT TÂN BÌNH [7] [11] [12]

1.2.1 Giới thiệu chung [7]

Nhà máy hoá chất Tân Bình là một trong sáu thành viên của công ty Hoá chất cơbản Miền Nam, thuộc tổng công ty hoá chất Việt Nam Công Ty Hoá Chất Cơ Bản MiềnNam là doanh nghiệp nhà nước được thành lập từ năm 1976 chuyên sản xuất các sảnphẩm hoá chất vô cơ cơ bản Nhà máy hoá chất Tân Bình ban đầu là cơ sở sản xuất hoáchất do tu- nhân Đài Loan xây dựng năm 1969 với sản phẩm chính là axit sulfuric vàphèn đơn Đen năm 1973, nhà máy sản xuất thêm hydroxit nhôm Đan năm 1976, nhàmáy được tiếp quản và thuộc Công Ty Hoá Chất Cơ Bản Miền Nam Từ 1995 công tythuộc Tông công ty hoá chất Việt Nam

Nhà máy sản xuất các sản phâm gồm:

V Axit Sulfuric (H2SO4) : 40.000 tấn/năm

V Hydroxit nhôm (Al(OH)3 : 30.000 tấn/năm

V Phèn đơn Sulfat nhôm : 10.000 tấn/năm

V Phèn kép gồm phèn amoni & kalisulfat của nhôm Sulfat: ltấn/ca

V Các sản phẩm phụ: Na2SO3.5H20 Natrithiosulíầt, Natrisulfit Na2S03.7H20, natripyrosulíìt Na2s205

Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu là thị trường trong nước, đặc biệt là các nhàmáy cấp nước ở thành phố Hồ Chí Minh và ở phía nam Nhà máy còn cung cấp nguyênliệu cho các nhà máy và công ty trong khu công nghiệp và khu chế xuất ở các tỉnh phíanam Năm 2001 nhà máy cũng đã thăm dò thị trường nước ngoài và đã xuất khẩu 1.500tấn nhôm hydroxit sang Nhật Bán

1.2.2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất [11]

Bauxit là một trong những quặng có chứa hàm lượng nhôm cao, các khoáng vậtcủa nhôm có trong quặng là gibbsit, diaspor, boehmit, ngoài ra bauxit còn có các khoángvật của sắt như hemetite, geothite đôi khi có cả pirit, opal, của silic như thạch anh, củatitan như anatase, rutin, có hàm lượng đáng kế, cùng một số các nguyên tố Ca, Mg, V,

Co, Ni, Pb với hàm lượng rất nhỏ Tuỳ theo hàm lượng oxit sắt mà quặng bauxite cónhiều màu sắc khác nhau Thành phần hoá học chính của quặng bauxite dao động trongkhoảng rộng sau:

Bảng 1 : Thành phần hoá học của quặng Bauxit

Người ta đánh giá quặng bauxit thông qua modul silic: tỷ số giữa hàm lượngA1203 và Si02, quặng bauxit nào có hàm lượng A1203 >= 50% và modul silic >= 10 thìchất lượng quặng thuộc loại tốt

Ớ Việt Nam, quặng bauxit đã được phát hiện ở Hà Tuyên, Cao Bằng, Lạng Sơn,Đắc Lắc, Lâm Đồng, Gia Lai - Kom Tum, Sông Bé, Phú Khánh Đặc biệt các mở bauxitlaterit ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ có trữ lượng hàng tỷ tấn Nhìn chung quặngbauxit ở Việt Nam có hàm lượng nhôm oxit khá cao ~ 50% và có modul silic > 10 cónhiều nơi đạt đến 20 - 26

Nhà máy hoá chất Tân Bình sử dụng quặng bauxit Lâm Đồng có thành phần hoáhọc chủ yếu như sau:

Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Quặng Bauxite laterit Lâm Đồng nói riêng và của Miền Nam Việt Nam thích hợp với phương pháp Bayer

1.2.3 Giới thiệu quy trình Bayer [12]

Bảng 2 : Thành phần hoá học của quặng Bauxit Lâm Đồng

1.2.4 Thuyết minh quy trình công nghệ Bayer [12]

Quặng Bauxit từ bãi chứa được chuyển vào phễu định lượng, sau khi quặng rakhởi phễu (được hoà trộn với một lượng vôi thích họp) sẽ được hệ thống vít tải xoán đưavào máy nghiền bi đổ thực hiện quá trình nghiền ướt

Tại máy nghiền, quặng được nghiền đến kích thước khoảng 60 - 70 pm với dungdịch xút, sau khi cô đặc, được lấy từ bồn chứa xút

Hình 1 : Sơ đồ quy trình Bayer

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Quặng sau khi nghiền có dạng huyền phù, phần quặng có kích thước đạt yêu cầu

sẽ chảy vào bồn trung gian được khuấy liên tục với tốc độ cánh khuấy ĩ 5 vòng/phút đêtránh lắng đọng Phần không đạt yêu cầu sẽ theo hệ thống vít tải xoán trở lại máy nghiền

Từ bồn trung gian, huyền phù được bom lên bồn pha liệu đổ ủ và khử

silíc

Sau khi pha liệu xong, huyền phù được bơm vào thiết bị trao đôi nhiệt để gianhiệt lên khoảng 130 - 140°c, rồi được bơm vào thiết bị phản ứng Ở nhiệt độ này, AI2O3tách ra khỏi quặng bauxite tạo thành dung dịch Alumínate theo phản ứng:

N a A Ì O 2 + 2 H 2 0 r = = h A 1 ( 0 H > 3 + N a O H

Trong thiết bị phản ứng hệ thống cánh khuấy sẽ khuấy trộn liên tục với tốc độkhuấy khoảng 25 vòng/phút nhằm đảo trộn đồng đều nguyên liệu và xút tránh tình trạngphản ứng xảy ra cục bộ và đóng cặn dưới đáy thiết bị

Sau quá trình phản ứng, huyền phù được ép sang bồn pha loãng, ở đây nó đượcpha loãng với nước từ quá trình rửa bã và kết hợp với việc khuấy trộn ở tốc độ khoảng 25vòng/phút đế đảm bảo sự đồng nhất của dung dịch

Dung dịch này được bơm vào bồn trung gian, tại đây chất trơ lắng (bột mì và cácchất phụ gia) được cho vào để phối trộn đều với dung dịch vừa pha loãng để tăng cường

sự lắng trong suốt quá trình lắng Sau đó hỗn hợp này được bơm qua thiết bị lắng đê thựchiện quá trình tách cặn (bùn đỏ)

T=40 h

Sau quá trình lắng, nước trong bên trên sẽ được đưa qua thiết bị lọc kết hợp nướcvôi để tăng cường hiệu quả lọc Còn phần cặn lắng (bùn đở) được đưa qua hệ thống rửa

bã dùng nước nóng được bơm từ bồn chứa nước ngưng sau quá trình cô đặc xút

Dung dịch sau khi lọc xong sẽ đưa vào bồn chứa trung gian có dàn thu hồi nhiệt

đề hạ nhiệt độ của dung dịch xuống trước khi đưa đi kết tủa

Tại bồn kết tinh, dung dịch sẽ được bô sung mầm kết tinh Al(OH)3 từ bồn phân ly

để tăng hiệu quả kết tinh

NaAỈ0 2 + 2H 2 0 = Al{OH) 2 +NaOH

Sau khi kết tinh hỗn hợp này được đưa qua hệ thống phân ly bằng cyclon sẽ chiahỗn hợp thành hai phần: phần nước phía trên được tuần hoàn về bồn chứa xút để cô đặc,phần phía dưới đem đi lọc thành phẩm

1.2.5 Cách xử lý bã thải của nhà máy hoá chất Tân Bình [11][12]

Thành phần bao gồm:

+ Phần dung dịch có 1 - 3g/l Na20; 1 - 3g/l AI2O3

+ Phần rắn có 18 - 22% AI2O3; 40 - 50% Fe2Ơ3; 3% S1O2

Bã thải rắn có màu đỏ do trong đó còn chứa 1 lượng sắt khá lớn, có tính kiềm dolượng kiềm trong khi xử lý còn dư được rửa bằng nước thải từ phân xưởng axít (được rửanhiều lần) Bã đã xử lý đố xuống mương chứa rồi theo đường mương này đến sân phơi

1.3 GTỚT THIỆU CHƯNG VÈ BÙN ĐỞ VÀ ZEOLIT [1]

[2] [4] [5] [6] [12] [14] [15] [16] [17] [18]

1.3.1 Giói thiệu bùn đỏ|12]

Bùn dở là bã thải thu được sau quy trình sản xuất nhôm hydrơxit

Nhôm là một kim loại đang được sử dụng rộng rãi, nó được sản xuất bằng cáchđiện phân AI2O3 Ước tính cứ khoảng 1 tấn nhôm được sản xuất

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

ra thì có khoảng 0,3 - 2,5 tấn bùn đỏ (lượng bùn đỏ thải ra tuỳ thuộc vào chấtlượng của quặng Bauxit và một phần vào quy trình sản xuất)

Trên thế giới có đến 90% nhôm oxit được sản xuất từ quặng Bauxit và dựa vàoquy trình Bayer Chất thải rắn không tan trong dung dịch hoàn lưu gọi là bùn thải Bùnthải từ quy trình Bayer có màu đỏ của khoáng sắt gọi là bùn đỏ: là một hồn hợp rất mịnchứa các khoáng của sắt, nhôm, silic, titan

Sản lượng nhôm trên thế giới tính đến năm 1983 là 30 triệu tấn/năm nên lượngbùn dở thải ra môi trường là rất lớn Nhu cầu sử dụng nhôm ngày càng tăng đồng nghĩavới lượng bùn đỏ thải ra môi trường ngày càng nhiều hơn Vì thế việc nghiên cứu tậndụng bùn thải là một vấn đề hết sức cấp bách và cực kỳ quan trọng

1.3.2 Thành phần — tính chất của bùn đỏ [12]

Thành phần hoá học của bùn thải thay đối tuỳ từng loại quặng bauxit và tuỳ vàophương pháp thu hồi nhôm oxit có trong quặng Bùn thải là một hỗn hợp các oxit củanhôm, sắt, silic, titan, kiềm và một số nguyên tố khác: gaĩi, vanadi, niken, magiê,crôm với hàm lượng vết

Bùn dở của nhà máy hoá chất Tân Bình được thải ra mương dưới dạng vữa loãng; tỉ

lệ phần trăm pha rắn khoảng 20%, cấp hạt của bùn dở rất mịn, khi phơi khô bùn có độ ấm4,17%, tỉ trọng 3,37g/cm3, diện tích bề mặt 28.36g/cm2 Thành phần khoáng vật chínhcủa bùn đỏ là gibbsit, goethit, hematit và một phần nhỏ ilmenit Hàm lượng oxit nhôm vàsắt còn lại khá cao Al203tb ~ 2 ĩ ,285% và Fe203tb ~ 47,4717%

Thành phần hoá học và thành phần khoáng một số mẫu bùn đỏ của nhà máy hoá chấtTân Bình

Bảng 3 : Thành phần hoá học một sổ mẫu bùn đỏ của nhà mảy HCTB :

Đồ án tot nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Titan được thu hồi từ phần bã còn lại sau khi rửa tách nhôm Việc tách

Titan từ bùn đỏ là một quy trình không khả thi về tính kinh tế (chi phí cao

gấp 2 lần so với việc thu hoi Titan tù- các khoáng trong tự nhiên)

Nếu bùn thải có diện tích bề mặt riêng (độ xốp) lớn và kích thước hạt nhỏ sẽ gâykhó khăn trong quá trình lắng

1.3.3 Vấn đề sử dụng bùn đỏ hiện nay [6Ị[16][17]

1.3.3.1 Sử dụng trong lĩnh vực luyện kim

Việc sử dụng bùn đỏ để thu hồi các kim loại rõ nét nhất là việc tách sắt, thu hồi

Ti và Al Ngoài ra cũng tách được các kim loại quý khác như: V, Ga, Sc (tính kinh tếkhông cao vì hàm lượng các nguyên tố này rất thấp)

a Thu hồi khoảng sắt

Có một số quy trình đã triển khai để thu hồi khoáng sắt từ bùn đỏ như

V Nung chảy trong lò cao: trộn bùn với than đá trong lò cao để khử sắt rồi sau

đó thêm vôi vào khử hoàn toàn

b Thu hồi nhôm

Khi nung chảy bùn đỏ đe thu hồi sắt phần xỉ từ quá trình nung chảy đó được rửabằng dung dịch Na2CC>3 đế thu hồi nhôm

c Thu hồi Titan

Diện tích bề mặt riêng 7,3 - 36,4 m2/g

d Thu hồi các kim loại khác

Các kim loại quý hiếm như V, Ga, Sc cũng có thể được thu hồi từ bùn đỏ hoặccác giai đoạn khác nhau của quá trình Bayer

'S Galium thu hồi từ dung dịch Caustic Aluminat là kinh tế nhất.

s Vanadium được tách ra tù’ khoáng sắt hoặc các phưong pháp chiết bang

Amine

1.3.3.2 Dùng làm nguyên vật liệu

a Dùng đê sản xuất xi măng Portland

Xi măng Portland chứa thành phần chủ yếu là các Silicat và các Aluminat củaCanxi và Nhôm và Silic Oxit của các kim loại này có trong bùn vì thế nó cũng đượcxem như là một nguyên liệu để sán xuất xi măng Tuy nhiên lượng bùn đỏ sử dụng cũng

có giới hạn do hàm lượng oxít sắt chứa trong đó khá cao Thêm vào khoảng 5-8% bùn

đỏ đã được xử lý trước sẽ làm tăng cường lực và giảm thời gian đóng rắn của xi măng(nếu thêm vào lưong lớn hon sẽ có tác dụng ngược lại)

b Dùng làm gạch

Trộn bùn với đất sét với tỷ lệ thích hợp (25 - 50%) để sản xuất gạch xây dựng sẽcái thiện một số tính chất so vói gạch sản xuất từ đất sét như:

'S Tăng cưòng lực cho việc gia công trước khi nung.

'S Hạ nhiệt độ nung vì vậy sẽ tiết kiệm được năng lượng.

V Điều chỉnh màu sắc thích hợp bằng cách thay đối lượng bùn đỏ trong khoảng giới hạn (25 - 50%)

Đây là một hướng quan trong trong xử lý bùn đỏ ơ Mỹ vào năm 1973 có 350nhà máy sán xuất ra 18 triệu tấn gạch mỗi năm, ước tính lượng bùn đỏ sử dụng cho mụcđích này khoảng 4,5 - 9 triệu tấn/năm

Đây cũng là một hướng giải quyết được một lượng lớn bùn đỏ Vì chỉ tính riêng

ở Mỹ (1973) sản lượng chất độn nhẹ sản xuất ra hàng năm khoảng 2,5 triệu tấn, vậylượng bùn sử dụng tương đương 1,3-2 triệu tấn/năm

d Sản xuất tấm lợp cách âm

Trộn bùn đỏ với thuỷ tinh và một số loại chất thải rắn khác để sản xuất tấm lợpchống cháy, cách âm và chịu sự thay đổi của điều kiện khí hậu môi trường tốt hơn tấmlọp bằng nhựa hay xenlulo

e Sản xuất chất keo tụ

Ớ nước Anh trước chiến tranh thế giới lần thứ 2 người ta đã xử lý bùn đỏ vớiacid HC1 hoặc H2SO4 đậm đậc để chiết sắt và nhôm oxit thành các sunfat hoặc cácclorua có tác dụng keo tụ Sau đó phơi khô và nghiền mịn để xử lý nước thải

1.3.4 Zeolit [1][2][4][5][18]

1.3.4.1 Khái niệm, phân loại và cấu trúc

Zeolit là các aluminosilicat có cấu trúc tinh the với hệ thống mao quản rất đồngđều

Thành phần của zeolit có thể đuợc biểu diễn bằng công thức tổng quát:

M2znO.Al2O3.xSiO2.yH2OTrong đó : x: tỷ số SÌO2/AI2O3 (x >= 2)

y: số phân tử nước, n : hoá trị của cation

Mn+

Công thức hoá học của zeolit được biểu diễn dưới dạng: Mx/n.[(A102)x.

(Si02)y].zH20

Trong đó : M: kim loại hoá trị n

y/x: tỷ số nguyên tử Si/Al; tỷ số này thay đổi tuỳ theo từng loạizeolit

z: số phân tử H20 kết tinh trong zeolit

Ký hiệu trong móc vuông là thành phần của một ô mạng cơ sở tinh thể

Cấu trúc không gian ba chiều của zeolit được hình thành từ các đơn vị sơ cấp làcác tứ diện TO4 (T = AI hoặc Si) Khác với tó diện S1O4 trung hoà điện, mỗi mộtnguyên tử AI phối trí tứ diện trong AIO4, còn thừa một điện tích âm Vì thế, khungmạng zeolit tạo ra mang điện tích âm và được bù trừ bởi các cation Mn4 nằm ngoàimạng Các tứ diện TO4 kết họp với nhau tạo ra đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU,Secondary Builiding Unit) Hình 2 trình bày một số SBƯ thường gặp trong các cấu trúczeolit Mồi cạnh trong SBU biểu thị một liên kết cầu T-O-T

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Hình 2 : Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolitCác SBU lại kết hợp với nhau tạo nên các họ zeolit có cấu trúc tinh thể và hệthống mao quản khác nhau Sự kết hợp giữa các tứ diện TO4 hoặc các SBƯ phải tuântheo quy tắc Lowenstein, sao cho trong cấu trúc của zeolit không có chứa liên kết cầuAl-O-Al

Nguời ta phân loại zeolit dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau:

- Theo nguồn gốc: gồm zeolit tự nhiên và zeolit tồng họp

- Theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc mao quản:gồm nhiều zeolit có hệ thống mao quản một chiều, hai chiều và ba chiều

- Theo đường kính mao quản (thường được xác định từ vòng cửa số maoquản tạo nên bởi các nguyên tử oxy): gồm zeolit mao quản nhỏ (vòng 6H-8 oxy, đườngkính mao quản 0= 3H-4A°, VÍ dụ: ZSM-5, ZSM-11, ZSM- 22); zeolit mao quản rộng(vòng 12-^20 oxy, 0= 7-r- trên 15A°, ví dụ: faujasit, mordenit, VPI-5, offretit)

- Theo tỷ số Si/Al: gồm Zeolit có hàm lượng silic thấp (Si/Al= 1-ỉ-1.5,vídụ: A,X); hàm lượng silic trung bình (Si/Al= 2-Ỉ-5, ví dụ: mordenit, chabazit, erionit,Y); hàm lượng silic cao (Si/Al > 10, ví dụ: ZSM-5, silicalit)

Tuy có rất nhiều zeolit đã đuợc biết, bao gồm các zeolit tự nhiên và hơn 150 cấutrúc zeolit tổng hợp, nhung chỉ có số ít trong chúng là có ứng dụng thuơng mại Đó làmột vài zeolit tự nhiên (mordenit, chabarit, erinoit, clinoptiolit) và một số lượng lớn cáczeolit tổng hợp (A,X,Y,L, omega, mordenit tổng hợp, ZSM-5)

Zeolit chỉ hấp phụ những chất mà kích thước phân tử của chúng nhỏ hơn kích

thước cửa sổ đi vào tinh thể zeolit Đây là tính hấp phụ chọn lọc của zeolit, còn đượcgọi là rây phân tử, do các cửa số đi vào tinh thể có kích thước rất đồng đều Áp dụngtính chất này, sự trao đổi cation được thực hiện để có được kích thước cửa sổ tinh thểthích hợp cho sự hấp phụ một loại phân tử mong muốn, được sử dụng đê tách các phân

tử có kích thước khác nhau ra khỏi hồn hợp của chúng

Zeolit có khả năng hấp phụ cao ngay cả khi nồng độ chất hấp phụ rất thấp Do

đó, zeolit hầu như hấp phụ hoàn toàn một tạp chất nào đó trong quá trình phản ứng.Zeolit có khả năng hấp phụ mạnh các chất phân cực, đặc biệt là nước và hidrocarbonchưa bão hoà, do độ phân cực ở các thành ngăn của bộ khung tạo thành một thế hấp phụtương đối lớn

Tính hấp phụ và hiệu ứng rây phân tử của zeolit được áp dụng vào phương phápphân tích và tinh luyện hỗn hợp khí, loại tạp chất trong nguyên liệu trước khi đưa vàosản xuất để giảm kích thước và báo vệ thiết bị cũng như tránh ngộ độc xúc tác, tăngchất lượng sản phẩm

1.3.5 ứng dụng của zeolit [4] [5]

Việc tìm ra zeolit và tổng hợp được chúng đã tạo nên bước ngoặc lớn trong côngnghệ hoá học, ứng dụng zeolit không những làm tăng về cả số lượng, chất lượng củacác quá trình mà còn góp phần nâng cao hiệu suất

1.3.5.1 Trong xử lý môi trường

- Zeolit được dùng làm chất hấp phụ các khí thải trong nhà máy, động cơ

- Zeolit được dùng làm chất hấp phụ các kim loại nặng, độc tố hữu cơ trong nước thải nhà máy, xí nghiệp

1.3.5.2 Trong nông nghiệp

- Cải tạo đất, chống chua, khô cằn

- Nâng cao hiệu quả phân bón, thuốc trừ sâu, diệt cỏ tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

- Bảo quản một số nông sản sau thu hoạch, làm chất vi lượng trong thức ăn gia súc, tẩy uế chuồng trại trong chăn nuôi

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

1.3.5.3 Trong công nghiệp

- Công nghệ thực phẩm: zeolit đã được dùng làm chất lọc, sấy khô bảo quản thực phẩm

- Công nghệ hoá dầu: làm chất tách, xúc tác cho các phản ứng trong hóa dầu

- Công nghệ hoá chất: sản xuất chất tây rửa, xà phòng

1.3.5.4 Một vài ứng dụng khác

Gần đây, zeolit được ứng dụng làm xúc tác bazo cho phản ứng điều chế nhiên liệu diesel sinh học, vật liệu từ tính

Sự khác biệt căn bản giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học là ở lực

gây ra liên kết hấp phụ Trong hấp phụ hoá học chất bị hấp phụ kết họp với

1.4 GIỚI THIỆU VÈ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ VÀ

PHƯƠNG PHÁP ĐIÈƯ CHÉ ZEOLIT [1] [2] [3] [4] [5]

[9] [10] [15]

1.4.1 Hấp phụ [2]

Hấp phụ là một hiện tượng hoá lý thường gặp trong tự nhiên, đó là quá trình đặctrung xảy ra sự cô đọng các chất hay dung dịch trên bề mặt phân chia pha Quá trìnhhấp phụ chủ yếu xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa chất hấp phụ và môi trường liên tụcchứa chất hấp phụ Thông thường, chất bị hấp phụ là các khí hay các dung dịch chấttan; chất hấp phụ thường là các chất có nhiều lỗ xốp (chất rắn), các chất có độ phân táncao vói bề mặt riêng lớn (chất lỏng)

Bản chất của hiện tượng hấp phụ là do lực tuông tác giữa chất bị hấp phụ vàchất hấp phụ - lực tương tác giữa các chất gây ra hấp phụ vật lý, trao đôi ion, lực nộiphân tử gây ra hấp phụ hoá học - tạo ra các liên kết hoá học

1.4.1.2 Hấp phụ hoá học

Hấp phụ hoá học là quá trình hấp phụ được thực hiện nhờ lực hoá học, vớitương tác xảy ra mạnh hơn nhiều lần so với hấp phụ vật lý cấu trúc điện tử của phân tửcác chất tham gia quá trình hấp phụ hoá học có sự biến đối sâu sắc và có thể dẫn đếnliên kết hoá học

SVTH : Nguyễn Thị Hương Tháo Trang 20

bề mặt bởi lực gây ra từ sự trao đổi hay chia sẻ electron hoá trị Lực tạo ra trong hấpphụ vật lý là đồng nhất với lực vật lý cấu kết đa phân tử, lực Van Der Waals, xảy ratrong pha rắn, lỏng và hơi Khác biết tự nhiên của các lực gây ra hấp phụ vật lý và hấpphụ hoá học tạo nên sự khác biệt của chúng như sau:

• Nhiệt hấp phụ vật lý khoảng vài kcal/mol, còn đối với hấp phụ hoá học thì

nó cao hơn và rất đáng kể so với năng lương liên kết, có thể đạt đến 104 - 105

cal/mol

• Khoảng nhiệt độ xảy ra sự hấp phụ của 2 loại cũng khác nhau, hấp phụ vật lýkhông xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của pha lỏng, hơi trong khi hấpphụ hoá học xảy ra ở mọi nhiệt độ

• Năng lượng hoạt hoá khác biệt, hấp phụ vật lý không yêu cầu năng lượnghoạt hoá trong khi hấp phụ hoá học thì ngược lại

• Tính đặc trưng của quá trình cũng khác biệt, hấp phụ hoá học xảy ra đặctrưng tuỳ điều kiện còn hấp phụ vật lý thì không

• Số lớp hấp phụ cũng là đặc điểm khác biệt, hấp phụ hoá học là đơn lóp cònhấp phụ vật lý là đa lóp

Các quá trình động học hấp phụ là: quá trình chuyền khối, khuếch tán phân tử,chuyến khối trong hệ hấp phụ Quá trình hấp phụ kim loại nặng bằng các vật liệu hấpphụ nghiên cứu trong luận văn có thể mô tả qua các giai đoạn sau:

- Đầu tiên các phân tử chất bị hấp phụ (các kim loại nặng) tiến đến bề mặt củacác hạt vật kiệu hấp phụ, đây là giai đoạn khuếch tán trong dung dịch

- Sau đó chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của vật liệu hấp phụ, đây

là giai đoạn khuếch tán màng

- Tiếp đó các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ, đây làgiai đoạn hấp phụ thật sự.

Trong nội dung nghiên cứu, co sở để mô tả quá trình động học hấp phụ dựa trêncác giả thuyết sau:

- Quá trình hấp phụ xảy ra dưới điều kiện đang nhiệt và là một quá trình thuậnnghịch

- Cơ chế chuyên khối của chất bị hấp phụ được diễn tả qua quá trình khuếch tán

- Dung dịch gần hạt hấp phụ là đồng nhất

1.4.3 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [2][4]

Trong một hệ hấp phụ, quá trình hấp phụ xảy ra đến lúc nồng độ của chất bị hấpphụ trong môi trường xung quanh và trên bề mặt chất hấp phụ xác lập thành một cânbằng động Đường đang nhiệt hấp phụ diễn biến sự phụ thuộc lượng chất bị hấp phụtrên bề mặt chất rắn vào nồng độ cân bằng của nó ở môi trường xung quanh tại mộtnhiệt độ xác định theo quan hệ q = fx(p hoặc C)

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đặc trung được áp dụng bao quát nhất của cáctrạng thái cân bằng của một hệ hấp phụ và những thông tin hữu ích có the thu nhậnđược từ nó trong quá trình hấp phụ, chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Nó giúp ta xácđịnh diện tích bề mặt, the tích lỗ xốp và phân bố kích Ihưức, tầm quan trọng của nhiệthấp phụ,

1.4.3.1 Phương trình Freundlich

Đồ án tot nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Phương trình Freundlich biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp phụ vào áp suất haynồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong một khoảng áp suất hay nồng độ giới hạnnào đó :

Từ phương trình trên ta vẽ đồ thị LgQ = f(Ce), thu được hệ số góc 1/n và tung

độ góc lgKp ; bên cạnh đó xác định thêm sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệmthông qua hệ số tương quan R2 của đường thắng

1.4.3.2 Phương trình Langmuir

Thuyết hấp phụ đơn phân tử của khí trên chất hấp phụ rắn được Langmuir đưa

ra năm 1915 Trên bề mặt chất hấp phụ có trường lực hoá trị chưa bão hoà, vì vậy cókhả năng hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ ở những vị trí này (trung tâm hấp phụ).Lực hấp phụ có bán kính tác dụng nhỏ, là lực có bản chất gần với lực hoá học, nên mỗitrung tâm chỉ giữ được một phân tử chất bị hấp phụ Các phân tử chất bị hấp phụ nàychỉ tương tác với bề mặt chất bị hấp phụ và không tương tác hay ảnh hưởng đến cácphân tử khác

Các giả định sau được đưa ra đê thiết lập phương trình hấp phụ:

• Các chất bị hấp phụ hình thành một lóp phân tử

• Năng lượng hấp phụ các phân tử là đồng nhất (bề mặt đồng nhất)

• Sự hấp phụ diễn ra thuận nghịch

• Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau có thể bỏ qua

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir :

Qm: lượng hấp phụ tối đa đế tạo đơn lớp trên bề mặt vật liệu (mg/L)

Dựng đồ thị (Ce/Ọ) = f(Ce) ta sẽ xác định được các giá trị Qm và KL; bên cạnh đó

có thể xác định thêm sự phù họp của thực nghiệm so với lý thuyết thông qua hệ sốtương quan R2

1.4.3.3 Hấp phụ trong môi trường nước

Trong môi trường nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và bị hấp phụ thì rấtphức tạp vì trong hệ có ít nhất 3 thành phần gây tương tác: nước - chất hấp phụ - chất bịhấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnhtranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào có tương tácmạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào cácyếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hay kỵ nước của chất hấp phụ,mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước

Nước là một dung môi phân cực, trong trạng thái long các phân tử không tồn tại

ở dạng biệt lập mà chúng tương tác, gắn kết với nhau thông qua cầu liên kết hydro.Năng lượng liên kết cầu hydro trong nước đá và nước lỏng khoảng 23kJ/mol, tuy nhỏhơn nhiều so với liên kết OH (khoảng 450 kJ/mol) nhưng lớn hơn nhiều so với lựctương tác Van Der Waals (khoảng 4 -5 kJ/mol) Nước trong trạng thái lỏng có cấu trúctrung gian giữa nước đá và hơi nước và thay đổi theo nhiệt độ cấu trúc của nước ởtrạng thái lóng được coi là dễ chấp nhận là mô hình tập hợp mỏng của Frank và Went.Theo mô hình này một tập hợp các phân tủ’ nước (vài chục phân tử) cụm lại với nhau

do cầu liên kết hydro trong thời gian tồn tại khoảng 10'10 giây, chúng được hình thành

và phá huỷ liên tục do chuyển động nhiệt của các phân tử, tuy vậy thời gian sống củatập hợp mỏng này còn cao hơn ngàn lần so với thời gian giao động phân tử (10'13 giây)

Vì vậy có thể cho rằng sự tồn tại của tập hợp mỏng này là có thực mặc dù chỉ trong thờigian rất ngắn Theo quy tắc "những chất có bản chất hóa học giống nhau thì hoà tan lẫn

Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

nhau" thì những chất phân cực dỗ hoà tan trong dung môi phân cực và ngược lại và độhoà tan giảm khi phân tử lượng cao

Tương tụ- như vậy các chất hấp phụ tương tác với chất tan và dung môi cũngtheo đặc thù trên, thể hiện qua tính thấm ướt bề mặt Trong nước, bề mặt chất rắn có độphân cực cao thì tương tác tốt với nước và có góc thấm nước nhỏ hơn 90° (không tạothành giọt trên bề mặt chất rắn), ngược lại thì gọi là kỵ nước

Khả năng hấp phụ của chất tan ( chất bị hấp phụ) lên chất hấp phụ vì thế trướchết phụ thuộc vào tính tương đồng của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ về độ phân cực:chất phân cực hấp phụ tốt trên chất phân cực và ngược lại Một chất bị hấp phụ có độphân cực cao hơn nước thì có the hấp phụ tốt trên chất hấp phụ phân cực (quy tắcTraupen) Khi cùng bản chất hoá học mà có phân tử lượng khác nhau thì chất có phân

tử lượng lớn hơn sẽ bị hấp phụ tốt hơn các chất còn lại

Hấp phụ của các phân tử trung hoà vì vậy không chỉ phụ thuộc vào tương tácgiữa chất hấp phụ và bị hấp phụ mà còn phụ thuộc vào tương tác của dung môi với chấthấp phụ, khi cặp tương tác mạnh hơn thì cặp khác sẽ ít có khả năng hấp phụ Đặc điểmnày không chỉ xảy ra giữa dung môi với chất bị hấp phụ mà còn đối với giữa các chất bịhấp phụ với nhau nhất là đối với nước tự nhiên luôn tồn tại nhiều chất bị hấp phụ.Đối với một số chất hấp phụ có độ phân cực cao, như là các ion kim loại hay cácdạng phức oxy anion thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớpđiện tích kép thì hình ảnh tuơng tác có khác hơn Trên bề mặt chất hấp phụ hình thànhcác lớp điện tích kép hay lớp khuếch tán

chứa điện tích sắp xếp lần lượt các loại trái dấu nhau Các ion hoặc các phân tử

có độ phân cực lớn bị bao bọc bởi một lớp vở của các phân tử nước, kích thước của cácphân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương táctĩnh điện Với các ion cùng hoá trị thì loại có kích thước lớn sẽ bị hấp phụ tốt hơn do có

độ phân cực cao và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn Ngoài ra khả năng hấp phụ các ion có hoá trịcao sẽ tốt hơn nhiều các ion hoá trị thấp

Bản thân chất hấp phụ trong môi trường nước cũng mang điện tích, điện tíchthay đổi dấu khi thay đồi pH của môi trường Tai pH bằng điểm đẳng điện thì diện tích

bề mặt chất rắn bằng không Mật độ tích điện càng lớn khi điểm pH của hệ càng xađiểm đẳng điện Với các chất hấp phụ có tính axit hay bazơ yếu phụ thộc vào giá trị pHthì nó có thê mang điện tích hay trung hoà Với các axit yếu thì khi pH>pK thì nó tíchđiện âm và khi pH<pK thì nó trung hoà

So với quá trình hấp phụ trong pha khí thì tốc độ hấp phụ trong nước xảy rachậm hơn nhiều chủ yếu là do quá trình chuyển khối, khuếch tán chậm Do đó trongthực tiễn công nghiệp, dung lượng hấp phụ của một hệ rất ít khi được sử dụng triệt đê,nhất là đối với chất hấp phụ có dung lượng cao (diện tích bề mặt lớn, độ lớn của maoquản nhở) Kết quả sử dụng ngoài thực tiễn vì vậy đôi lúc có điều trái ngược: chất hấpphụ có dung lượng cao có kết quả sử dụng kém hơn chất có độ chọn lọc thấp Đó là kếtquả của sự tương tác giữa yếu tố động học và cân bằng hấp phụ trong môi trường nước.Như vậy khác với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường nước có cơchế phức tạp hơn do yếu tố hấp phụ hỗn hợp và do biến động mạnh về bản chất hoá họccủa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, do quá trình động học chậm và các quá trình tồntại song song khác

1.4.4 Phương pháp điều chế Zeolit[l ] [4] [5] [14] [15]

1.4.4.1 Các phương pháp điều chế Zeolit

Zeolit có thể được chế tạo theo các phương pháp sau :

- Từ zeolit tự nhiên người ta loại bỏ các tạp chất trong mao quản bằng cách chiếtvới nước hoặc các dung môi khác, trong trường hợp này cấu trúc mạng tinh the đượcgiữ nguyên

- Phương pháp tông họp thuỷ nhiệt : tổng hợp zeolit từ các hoá chất cơ bản như

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Cơ chế này được xem xét bởi Zhdanov Ông ta đã mô tả cân bằng giữa

pha rắn và lỏng, từ đó dẫn đến kết luận: các nhân tinh the được hình thành và

aluminat, silicat kiềm hoặc kiềm thổ

- Tông họp zeolit theo phương pháp tông hợp thuỷ nhiệt từ các nguôn khoáng sét

tự nhiên như bentonite, kaolinite

1.4.4.2 Phương pháp tổng hợp thuỷ nhiệt -Vấn đề kết tinh Zeolit

Zeolit là những aluminosilicat ngậm nước được hình thành trong điều kiện thuỷnghiệt Ớ đây danh từ thuỷ nhiệt được sử dụng với một ý nghĩa rộng, bao hàm sự kếttinh của zeolit từ môi trường nước có chứa các cấu tử tham gia phản ứng với thành phầnhoá học xác định Công trình đầu tiên về tống hợp silicat trong điều kiện thuỷ nhiệt đãđược Saphote thực hiện vào năm 1845 Sau đó ông đã tiến hành tông hợp "Levinit"bằng cách nung nóng dung dịch nước K2S1O3 và NaAlƠ2 trong ống thuỷ tinh ở nhiệt độ170°c

Thông thường quá trình tổng hợp thuỷ nhiệt được tiến hành ở nhiệt độ và áp suấtcao Hồn hợp phản ứng được hình thành tù’ các cấu tử, mà thành phần của chúng tươngứng với thành phần của sản pham mong muốn Hỗn hợp này được giữ trong một thờigian xác định, ở nhiệt độ và áp xuất xác định với sự có mặt của một lượng lớn nước.Ngày nay, việc tổng hợp zeolit thường được tiến hành ở nhiệt độ và áp suấtkhông cao lắm, trong khi đó bản chất của các chất ban đầu, các thông số quyết định việctạo mầm kết tinh, thời gian kết tinh là những yếu tố quan trọng nhất quyết định chấtlượng của sản phấm nhất định Quá trình tống hợp zeolit được tiến hành ở các điều kiệnsau đây:

a) Các hợp chất ban đầu có khả năng tham gia phản ứng có thể là gel, kết tủa hoặc

NaOH (aq) + NaAl(OH)4 (aq) + Na2Si03 (aq)

Tj =25°cV

/Naa(A102)b(Si02)c.Na0H.H20/ (gel)

T2 = 25°c - 175°c

V

Nax/(A102)x(Si02)y/mH20 + dung dịch nước ót

(Zeolite tinh thể)Vấn đề kết tinh zeolit rất phức tạp, cho đến nay chưa có một cơ chế chính xácnào Tuy nhiên cũng có một số giả thiết để giải thích quá trình hình thành các zeolit tù'việc kết tinh gel trong điều kiện tổng hợp thuỷ nhiệt Người ta giả thiết rằng trong hệđầu tiên hình thành những tiểu phân vô định hình rắn, sau đó xảy ra sự kết tinh trongdung dịch

Cơ chế này được xem xét bởi Zhdanov Ông ta đã mô tả cân bằng giữa

pha rắn và lỏng, từ đó dẫn đến kết luận: các nhân tinh the được hình thành và

lớn lên trong pha lỏng Gel bị hoà tan liên tục và những phần bị hoà tan sẽ chuyển thànhnhân tinh thể trong pha lỏng Để nhận được gel hydrat hoá, người ta thường trộn dungdịch aluminat và polysilicat Các anion này sẽ tham gia phản ứng polyme hoá dẫn đến

sự hình thành gel ở trạng thái vô định hình Thành phần và cấu tử của gel được xác địnhbởi cấu trúc và kích thước của các hợp phần polyme hoá Bởi vì các silicat có thể khácnhau về thành phần hoá học và sự sắp xếp trọng lượng phân tử, cho nên cấu trúc gel cóthế khác nhau Do đó, quá trình tạo thành gel sẽ điều chỉnh quá trình tạo thành nhân tinhthê của zeolit

Kích thước và diện tích của các cation bị hydrat hoá cũng ảnh hưởng đến sự tạothành nhân tinh thể Chính các cation là trung tâm của sự hình thành các đơn vị cấu trúc

đa diện Đe tạo thành cấu trúc tinh the, các cấu trúc aluminat và silicat trong quá trìnhkết tinh gel cần phải được sắp xếp lại đe xảy ra quá trình dcpolyme hoá và hoà tan gel.Khi đó, sự kết tinh gel alumosilicat vô định hình thành zeolit có the được dẫn giải theohình 3

Hình 3: Sơ đồ biểu diễn quá trình kết tinh của zeolit trong hệ Na20-Al203

-SĨO 2-H 2 O

Có thể tóm tắt quá trình kết tinh zeolite theo 4 giai đoạn :

Hình thành các phức đơn giản và các phức đa nhân

Tạo thành mầm cũng như giai đoạn tập hợp các phức.

Sự tạo thành các mầm có nhân tinh thể và sự phát sinh các mixel

Tập họp các hạt ban đầu thành đon vị cấu trúc lón bằng sự họp nhất có địnhhưóng của các tinh thể

1.4.5 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước [3][9][11] [18]

Có nhiều phưong pháp xử lý kim loại nặng trong nước:

1.4.5.1 Phương pháp kết tủa hoá học

Phưcmg pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước thải vớikim loại cần tách, ở độ pH thích họp sẽ tạo thành họp chất kết tủa và được tách ra khỏinước thải bằng phương pháp lắng

1.4.5.2 Phương pháp trao đối ion

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đối ion dùng ionit là nhựa hữu cơtống hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đôi ion Quátrình trao đôi ion Quá trình trao đồi ion được tiến hành trong các cột cationit và anionit

1.4.5.3 Phương pháp điện hoá

Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử đề tách kim loại trên các điện cựcnhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua Bằngphương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước, không phải bổ sung hoáchất, song thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (> lg/1), chi phí điện năngkhá lớn

1.4.5.4 Phương pháp sinh học

Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kimloại như chất vi lượng trong quá trình phát triên sinh khối như bèo tây, bèo tô ong,tảo, Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l

và được bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) và các nguyên tố vi lượng cần thiếtkhác cho sự phát triển của các loài thực vật như rong tảo Phương pháp này cần diệntích lớn và nếu nước thải có lẫn nhiều kim loại thì cho hiệu quả xử lý kém

Đồ án tổt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

Nhìn chung những phương pháp này có những ưu khuyết đỉêm khác nhau về đặc tỉnh kỹ thuật và giá thành xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng Đê được ứng dụng một phương pháp xử lý phải đảm hảo các tiêu chí sau:

• Chat lượng nước:

Phải đảm bảo xử lý làm giảm lượng kim loại nặng trong nước xuống dưới mứcgiới hạn cho phép (tuỳ theo từng nguồn, từng loại nước sẽ có các tiêu chuẩn khác nhau).Phải xử lý được kim loại nặng trong điều kiện nguồn nước có các thành phần cơbản khác như phốt phát, sun phát

• Tỉnh an toàn và hiệu quả:

Quá trình vận hành phải bảo đảm tính an toàn

Hoá chất sử dụng phải được thu hồi và bảo quản đúng cách

• Sự chấp thuận của xã hội và tác động đến môi tì~ường:

Phương pháp xử lý phải được cộng đồng chấp nhận, không thải ra các chất gâyhại cho môi trường

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨƯ[4][5]

1.5.1 Phưong pháp phố nhiễu xạ tia X

Giản đồ XRD của các mẫu được ghi trên máy nhiễu xạ kế Siemens D5000(Đức), ống phát tia CuKa (1,5406A°) có lọc tia, điện áp 35kV, cường độ dòng ống phát30mA, góc quét 20 thay đồi từ 5 - 60 độ, tốc độ góc quét 0,25 độ/phút

Độ tinh thể tương đối được xác định đối với zeolit Y như sau:

Các vạch hấp thụ trong vùng 200 - 1250 cm'1 có quan hệ với các dạng khác nhaucủa dao động liên kết (Si-Al)-04 trong bộ khung của zeolit Theo cách phân loại củaFlan-igen thì các vạch trong vùng quang pho hồng ngoại bao gồm hai dao động: daođộng nội của tứ diện TO4 và dao động liên quan với liên kết bên ngoài giữa các tứ diện.

n Dao động của tứ diện (Si-Al)-04:

Hình 4: Các dao động trong zeolit AĐặc trung nhất đối với dao động của zeolit là vạch hấp thụ trong vùng 540 —

650 em ' Vạch này thường không có trong phổ hồng ngoại của alumosilicat vô địnhhình, cũng như các zeolit bị nung ở trên 1000°c

Điều đáng quan tâm nhất là khi tăng tỷ lệ S1O2/AI2O3 trong cấu trúc mạng lướizeolit vạch hấp thụ trong vùng 580 em'1 dịch chuyển về phía gía trị lớn

Bên cạnh phương pháp XRD, phương pháp quang phố hồng ngoại cũng có thểđược dùng để phân tích cấu trúc pha tinh thể của vật liệu

1.6 PHƯƠNG PHÁP THỤC HIỆN

1.6.1 Chế tạo các loại zeolit và vật liệu hấp phụ kim loại nặng

Thực hiện các công đoạn chế tạo zeolit và vật liệu hấp phụ kim loại nặng từnguyên liệu thô ban đầu là Bùn đỏ Các vật liệu chế tạo được sẽ được dùng làm nguyênliệu cho các bước nghiên cứu kế tiếp theo

1.6.2 Khảo sát tính chất lý hoá của các vật liệu

Quá trình kiểm tra các tính chất của vật liệu được tiến hành ngay sau khi vật liệuđược chế tạo xong

Quá trình này được thực hiện bằng cách thực hiện các thí nghiệm xác định cáctính chất lý hoá của vật liệu như cấu trúc, Hình dạng,

Kết quả của quá trình này sẽ là tiền đề cho việc khảo sát khả năng hấp phụ kimloại nặng của các vật liệu

Các thí nghiệm kiểm tra tính chất lý hóa của vật liệu được thực hiện trên cácthiết bị chuyên ngành vật liệu như máy quang phổ hồng ngoại, máy nhiễu xạ kế

1.6.3 Khảo sát khả năng hấp phụ một số kim loại nặng ciía vật liệu

Tiến hành các thí nghiệm nhằm xác định các thông số đặc trưng về khả nănghấp phụ kim loại nặng của vật liệu như dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ, khảo sát

sự phù hợp của thực nghiệm theo 2 phương trình Langmuir và Freundlich

Tiến hành thí nghiệm với các ion kim loại khác nhau với các nồng độ khác nhautrên các loại vật liệu khác nhau trong cùng điều kiện làm việc, đe so sánh khả năng hấpphụ kim loại nặng của các loại vật liệu

1.6.4 Kiểm tra các kết qua thí nghiệm trên máy AAS

Tiến hành phân tích các mẫu ban đầu và qua hấp phụ trên máy AAS- Shimadzu để xác định hàm lượng các ion kim loại

6800-1.7 TỐNG QUAN NHÀ MÁY XI MẠ [8]

Hình 5 : Công ty TNHH sx Hiệp Phước Thành

Đồ án tot nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

1.7.1 Giói thiệu chung về nhà máy sản xuất xi mạ:

Tên nhà máy: Xưởng xi mạ, sơn và sản xuất nhựa - Công ty TNHH sx Hiệp Phước Thành

Địa chỉ: Lô A 4C, KCN Hiệp Phước, Huyện Nhà Bè, TP HCM

Hoạt động chính: Sản xuất, xi mạ các mặt hàng dân dụng và công nghiệp.Công suất: 3.000.000 sản pham các loại/năm

Diện tích mặt bằng: 2.150 m2

♦♦♦ Quy trình sản xuất của nhà máy:

Hình 6: Quy trình sản xuất của nhà máy xi mạ Hiệp Phuớc Thành

1.7.2 Nguồn phát sinh nước thải trong sản xuất và hướng xử lý

Quy trình sản xuất tại nhà máy phát sinh nước thải tại khâu vệ sinh sản phâmsau mạ

Quá trình mạ điện hoặc tráng bề mặt với kim loại đều liên quan đến quá trìnnh

lý - hoá học Các kim loại được sử dụng cho mục đích này là: Đồng, Kẽm, Niken,Crôm Nhà máy chỉ sử dụng hai loại kim loại chính trong quá trình mạ điện đó làĐồng và Niken Nước thải phát sinh sẽ có hàm lượng ion kim loại (Cu) dao động trongkhoảng tù’ 2,8 đến 14 mg/1 nước thải Tổng lượng nước thải cho hoạt động sản xuất

Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành

này khoảng 40m3/ngày

♦♦♦ Quy trình xử lý nước thải của nhà máy:

Hình 7: Quy trình xử lý nước thải của nhà máy xi mạ Hiệp Phước Thành

Nước thải của nhà máy được xử lý sơ bộ đạt tiêu chuan nước thải loại B (TCVN5945-1995) trước khi xả vào hệ thống thoát nước của khu công nghiệp Hiệp Phước

Nước thãi Cu, Ni ỊỊ2S04 NaHSO^ Nước thãi có NaOH PAC

Xã vào hệ thông thoát nước KCN Hiêp Phước

Bảng 7: Kết quả phân tích mâu nước thải nhà máy xi mạ Hiệp Phước Thành