Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý ion florua trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Tuấn Nam NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION FLORUA TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌ

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Tuấn Nam

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH

LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION

FLORUA TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH

LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION

FLORUA TRONG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường

Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHƯƠNG THẢO

Hà Nội - 2015

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn của mình

florua trong nước” Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi, nghiên

cứu của bản thân, phần lớn em nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong

khoa Hóa Học - Trường Đại Học Khoa Học Tự nhiên - Đa ̣i Ho ̣c Quốc Gia Hà Nô ̣i

Phương Thảo đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ , cho em những kiến thức quý báu

trong quá trình thực hiê ̣n luâ ̣n văn

Trường đã tâ ̣n tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thờ i gian làm viê ̣c ta ̣i phòng thí nghiê ̣m

Em xin cảm ơn các phòng thí nghiê ̣m trong Khoa Hóa Ho ̣c - Trường Đa ̣i Ho ̣c Khoa Ho ̣c Tự Nhiên đã ta ̣o điều kiê ̣n giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiê ̣m

Xin chân thành cảm ơn các b ạn ho ̣c viên, sinh viên làm viê ̣c trong phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi Trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liê ̣u và làm thực

nghiê ̣m

Hà Nội, ngày 07 tháng 12 năm 2015

Học viên

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Florua Error! Bookmark not defined

1.1.1 Giới thiệu chung về flo Error! Bookmark not defined 1.1.2 Nguồn gốc và phân bố florua Error! Bookmark not defined 1.1.3 Độc tính của florua Error! Bookmark not defined 1.1.4 Tình hình ô nhiễm florua hiện nay tại Việt Nam Error! Bookmark not

defined

1.2 Các phương pháp xử lý florua trong nước Error! Bookmark not defined 1.3 Các vật liệu hấp phụ xử lý Florua Error! Bookmark not defined

1.3.1 Oxit kim loa ̣i và hydroxit Error! Bookmark not defined

1.3.2 Lơ ́ p kép hydroxit Error! Bookmark not defined

Bookmark not defined

1.4.1 Than hoạt tính Error! Bookmark not defined

defined

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn Error! Bookmark not defined

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Dụng cụ và hóa chất Error! Bookmark not defined

2.2.1 Dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.2.1.Chuẩn bị hóa chất phân tích Florua Error! Bookmark not defined 2.2.2.2 Chuẩn bị hóa chất phân tích sắt Error! Bookmark not defined

Trang 5

2.2.2.3 Chuẩn bị hóa chất chế tạo vật liệu hấp phụ: Error! Bookmark not

defined

2.3 Nghiên cứu điều kiện biến tính vật liệu Error! Bookmark not defined

2.3.1 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ từ than hoạt tính nguyên khai Error! Bookmark

not defined

2.3.2 Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính Error! Bookmark not defined 2.3.2.1 Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính AC-Fe Error! Bookmark not

defined

2.3.2.2 Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính HAC-Fe Error! Bookmark not

defined

2.3.3 Quy trình phá mẫu xác định hàm lượng sắt mang lên vật liệu hấp phụ Error!

2.4 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu Error! Bookmark

not defined

2.4.1 Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffaction XRD) Error! Bookmark not defined 2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined 2.4.3 Phương pháp tán xạ năng lượng (EDX) Error! Bookmark not defined

2.5 Các phương pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm Error! Bookmark not

defined

2.5.1 Phương pha ́ p phân tích flo Error! Bookmark not defined

2.5.1.2 Xây dư ̣ng đường chuẩn F - Error! Bookmark not defined

2.5.2 Phương pha ́ p phân tích sắt Error! Bookmark not defined 2.5.2.1 Nguyên tắc: Error! Bookmark not defined 2.5.2.2 Quy trình phân tích: Error! Bookmark not defined

2.6 Các phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ Error! Bookmark not defined

Trang 6

2.6.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Error! Bookmark not defined 2.6.3 Xây dựng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich Error!

2.6.3.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Error! Bookmark not

defined

2.6.3.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Error! Bookmark not

defined

2.6.6 Khảo sát khả năng giải hấp của vật liệu sau hấp phụ Error! Bookmark not

defined

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính nguyên khai Error!

3.2 Nghiên cứu điều kiện biến tính nhằm nâng cao tải trọng hấp phụ Florua từ than

hoạt tính nguyên khai Error! Bookmark not defined

3.2.1 Nghiên cứu điều kiện oxi hóa than hoạt tính nguyên khai Error! Bookmark

not defined

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắt (III) clorua ngâm tẩm đến khả năng

hấp phụ Florua Error! Bookmark not defined 3.2.2.1 Kết quả xác định hàm lượng sắt (III) clorua ngâm tẩm trên vật liệu Error!

3.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắt (III) clorua ngâm tẩm trên vật liệu

Error! Bookmark not defined

Trang 7

3.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắt (III) clorua ngâm tẩm sau khi

trung hòa than bằng NaOH Error! Bookmark not defined

3.3 Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu Error! Bookmark not defined

3.3.1 Bề mặt vật liệu biến tính qua kính hiển vi điện tử quét SEM Error! Bookmark

not defined

3.3.2 Kết quả xác định thành phần theo phương pháp EDX Error! Bookmark not

defined

3.3.3 Kết quả chụp nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined

3.4.1 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Error! Bookmark not defined

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ florua Error!

defined

3.6 Nghiên cứu khả năng giải hấp và tái sử dụng của vật liệu Error! Bookmark not

defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2

DANH MỤC BẢNG

Trang 8

Bảng 1: Kết quả tỉ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo giới tính của ba huyện An Nhơn, Tây

Sơn và Vân Canh Error! Bookmark not defined

Bảng 2: Kết quả tỉ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo độ tuổi của ba huyện An Nhơn, Tây

Sơn và Vân Canh Error! Bookmark not defined Bảng 3: Ký hiệu các vật liệu chế tạo được từ than hoạt tính Error! Bookmark not

defined

Bảng 5: Độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn Error! Bookmark not defined Bảng 6: Độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn Fe Error! Bookmark not

defined

Bảng 7: Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại F- của than hoạt tính nguyên khai

defined

Bảng 10: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ F- của dãy vật liệu Fe1,

HAC1-Fe3, HAC1-Fe5, HAC1-Fe10 Error! Bookmark not defined

Bảng 11: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ F- của dãy vật liệu Fe1,

HAC2-Fe3, HAC2-Fe5, HAC2-Fe10 Error! Bookmark not defined Bảng 12: Kết quả thành phần nguyên tố của than sau biến tính Error! Bookmark not

defined

Bảng 13: Khảo sát thời gian hấp phụ F- đạt cân bằng của vật liệu sau biến tính Error!

Bảng 14: Khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với F- Error! Bookmark

not defined

Trang 9

Bảng 15: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ F- Error! Bookmark

not defined

defined

Bảng 19: Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu Error! Bookmark not defined

Trang 10

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể Error! Bookmark not defined Hình 2: Nguyên lý của phép phân tích EDX Error! Bookmark not defined Hình 3: Đồ thị đường chuẩn phân tích florua Error! Bookmark not defined Hình 4: Đồ thị đường chuẩn phân tích sắt Error! Bookmark not defined Hình 5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Error! Bookmark not defined Hình 6: Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir Error! Bookmark not

defined

Hình 7: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Error! Bookmark not defined Hình 8: Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich Error! Bookmark not

defined

Hình 9: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt của florua trên than hoạt tính nguyên khai

Hình 10: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của than hoạt tính nguyên khai Error!

Hình 11: Đường hấp phụ Freundlich của than hoạt tính nguyên khai Error!

Hình 12: Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ florua của than oxi hóa ở các khoảng

Hình 14: Khảo sát khả năng hấp phụ F- của dãy vật liệu Fe1, Fe3,

HAc1-Fe5, HAc1-Fe10 Error! Bookmark not defined

Hình 15: Khảo sát khả năng hấp phụ F- của dãy vật liệu HAC2-Fe1, HAC2-Fe3,

HAC2-Fe5, HAC2-Fe10 Error! Bookmark not defined

Hình 16: So sánh khả năng hấp phụ F- của vật liệu thô AC0 với dãy vật liệu HAC1-Fe

tương ứng và dãy vật liệu HAC2-Fe Error! Bookmark not defined

Trang 11

Hình 17: Hình ảnh bề mặt vật liệu than hoạt tính biến tính HAC2-Fe5 qua kính Error!

Hình 18: Kết quả xác định thành phần vật liệu HAc2-Fe5 theo phương pháp EDX

Hình 19: Kết quả chụp nhiễu xạ tia X của vật liệu HAc2-Fe5 Error! Bookmark not

defined

Hình 20: Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ F- Error! Bookmark not defined Hình 21: Đồ thị đường cong hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu đối với F- Error!

Hình 22: Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu đối với F- Error! Bookmark not

defined

Hình 23: Đường tuyến tính Freundlich của vật liệu đối với F- Error! Bookmark not

defined

Hình 24: Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của F- Error! Bookmark not

defined

Hình 28: Khả năng tái sử dụng vật liệu Error! Bookmark not defined

Trang 12

Hoàng Tuấn Nam - 1 - Cao Học K24 - Hóa Môi Trường

Luận văn Thạc sĩ khoa học

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay trong nhiều ngành công nghiệp có nguồn nước thải chứa hàm lượng flo cao như ngành sản xuất phân bón, sản xuất nhôm, thủy tinh, các sản phẩm điện tử,

xử lý bề mặt kim loại như đồng, nhôm, thép không gỉ

Flo trong nước thải ra môi trường là chất độc gây hại trực tiếp đến các các loài thủy sinh và gây ô nhiễm nguồn nước Đối với cơ thể con người flo cần thiết cho chống loãng xương và sâu răng Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép của flo trong nước uống khoảng từ 0,5-1,5 mg/L Nhưng nếu thường xuyên phải nhận lượng flo trên

6 mg/ngày qua thức ăn và nước uống có thể gây nên nhiễm độc flo với các biểu hiện cứng khớp, giảm cân, giòn xương, thiếu máu và suy nhược Trên thực tế có nhiều khu vực có các nguồn nước tự nhiên nhiễm flo khá cao như ở một số vùng của Ấn Độ, Trung Quốc, Băngladet Ở Khánh Hoà Việt Nam có những khu vực mà hầu hết các nguồn nước chứa hàm lượng flo 3-4mg/L, thậm chí có những giếng lên tới 9mg/L

Việc xử lý các nguồn nước thải chứa flo đã được đặt ra và thực hiện từ lâu nhưng trên thực tế chưa được thực hiện triệt để đối với một số cơ sở sản xuất có nguồn thải flo cao Mặt khác việc phân tích xác định hàm lượng flo trong nước thải là một vấn

đề không dễ thực hiện đối với các cơ sở sản xuất Vì vậy rất khó để theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý cũng như kiểm soát được chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường

Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm sạch nước Tuy nhiên, ứng dụng của nó trong xử lý nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ và một số các thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ trong nước Chúng tôi thực hiện

nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý

ion florua trong nước” Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt

tính trong việc loại bỏ ion florua trong nước, làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường đang đe dọa lên cuộc sống của con người

Trang 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

1 Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội,

Hà Nội

2 GS TSKH Lê Huy Bá và các cộng sự (2000), Độc học môi trường, NXB Đại học

Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh

3 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và nước thải,

NXB Thống kê, Hà Nội

4 Nguyễn Xuân Lăng (2003), “Nghiên cứu xử lý flo cho nước thải nhà máy sản xuất

phân lân”, Báo cáo khoa học, Viện Hóa học Công nghiệp, Hà Nội

5 Phạm Luận (2007), Giáo trình môi trường và trắc quan môi trường, Đại học Khoa

học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội

6 Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ, Tập 2, NXBGD, Hà Nội

7 Đỗ Ngọc Khuê, Tô Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hoàng, Đỗ Bình Minh (2007),

“Nghiên cứu đặc điểm đường đẳng nhiệt hấp phụ nitroglyxerin từ pha lỏng bằng

một số loại than hoạt tính”, Tạp chí Hóa học, T.45 (5), tr 619-623

8 Lê Tự Thành, Tô Tình Thiên Ý (2012), Kết quả bước đầu nghiên cứu ô nhiễm flo

trong nước ngầm huyện Ninh Phước-tỉnh Ninh Thuận, Trường Đại học Khoa

học Tự nhiên - ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh

Nam Trung Bộ, Đa ̣i ho ̣c Quốc gia Hà Nô ̣i, Hà Nội

10 Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển (2008), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt

tính cố định Zr (IV) loại bỏ ion photphat và florua trong nước thải công ty cổ

phần phân lân Ninh Bình”, Tạp chí Hóa học, 46 (2A), tr 325-330

Trang 14

Tiếng Anh

11 A.A.M Daifullah, S.M Yakout, S.A Elreefy (2007), “Adsorption of fluoride

in aque-ous solutions using KMnO4-modified activated carbon derived from

steam pyrolysis of rice straw”, J Hazard Mater, 147, 633-643

12 Amit Bhatnagar, Eva Kumar, Mika Sillanpaa (2011), “Fluoride removal from

water by adsorption”, Chemical Engineering Journal, 171, 811-840

Examination of Water and Wastewater, Washington

14 Bansal R C., Goyal M (2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis

Group, USA

15 D.P Das, J Das, K Parida (2003), “Physicochemical characterization and

adsorption behaviour of calcined Zn/Al hydrotalcite-like compound (HTlc)

towards removal of fluoride from aqueous solution”, J Colloid Interface

Sci, 261, 213-220

16 E Kumar, A Bhatnagar, J Minkyu, W Jung, S Lee, S Kim, G Lee, H Song,

J.Choi, J Yang, B Jeon (2009), “Defluoridation from aqueous solutions by

granular ferric hydroxide (GFH)”, Water Res, 43, 490-499

17 F.Luo, K Inoue (2004), “The removal of fluoride ion by using metal (III)-loaded

Amber-lite resins”, Solvent Extract Ion Exch, 22, 305-322

18 H Wang, J Chen, Y Cai, J Ji, L Liu, H.H Teng (2007), “Defluoridation of

drinking water by Mg/Al hydrotalcite-like compounds and their calcined

products”, Appl Clay Sci, 35, 59-66

19 http://www.bgs.ac.uk/research/groundwater/health/fluoride.html

20 I Abe, S Iwasaki, T Tokimoto, N Kawasaki, T Nakamura, S Tanada (2004),

“Adsorption of fluoride ions onto carbonaceous materials”, J Colloid Interface

Sci 275, 35-39

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	432,22 KB