Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ FeIII, CrVI, MnII, NiII của các vật liệu theo phương pháp tĩnh .... Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ FeIII, CrVI, MnII, NiII của đá ong tự nhiên
Trang 3i
LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS TS Trần Tứ Hiếu
- người thầy đã giao đề tài và hướng dẫn em hoàn thiện luận văn này
Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ quý báu của PGS TS Tạ Thị Thảo và PGS.TS Nguyễn Xuân Trung
Em xin cảm ơn các thầy giáo , cô giáo trong Bô ̣ môn Hóa Phân tích - Khoa
Hóa học , Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi và giúp đỡ em trong quá trình ho ̣c tâ ̣p và nghiên cứu
Hà Nội, tháng 12 năm 2014
Học viên
Phạm Văn Tuấn
Trang 4ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1.Tổng quan về chất hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.2.Tổng quan về đá ong, quặng apatit Error! Bookmark not defined. 1.3.Tổng quan về sắt, crom, mangan, niken và nguồn gốc phát tán của chúng vào môi trường nước Error! Bookmark not defined. 1.4 Một số phương pháp tách và làm giầu lượng vết kim loại nặng ……….11
1.4.1 Phương pháp cộng kết ……… 11
1.4.2 Phương pháp chiết lỏng - lỏng ……… 11
1.4.3 Phương pháp chiết pha rắn ………12
1.5 Giớ i thiê ̣u phương pháp nghiên cứu tính chất hấp phụ của chất hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.5.1 Các khái niệm Error! Bookmark not defined. 1.5.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.5.3 Quá trình hấp phụ động trên cột Error! Bookmark not defined 1.5.4 Hấp phụ trong môi trường nước Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tượng và mục tiêu Error! Bookmark not defined. 2.2 Nội dung nghiên cứu ………22
2.3 Phương pháp nghiên cứu ……… ……22
2.4 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hoá chất Error! Bookmark not defined 2.4.1 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hoá chất Error! Bookmark not defined 2.5.1 Chuẩn bị vật liệu Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Xác định các tính chất vật lý của vật liệu ……… 25 2.5.3 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) theo
phương pháp quang phổ hấp thu ̣ phân tử UV-Vis Error! Bookmark not defined.
Trang 5iii
2.5.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính của Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) Error!
Bookmark not defined.
2.5.3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II)
Error! Bookmark not defined 2.5.3.3 Đánh giá độ chính xác của phép phân tích Error! Bookmark not defined.
2.5.4 Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của các
vật liệu theo phương pháp tĩnh Error! Bookmark not defined.
2.5.5 Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của đá ong tự nhiên và quặng apatit theo phương pháp động ……… 33
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined.
3.1 Xác định các tính chất vật lý của đá ong tự nhiên và quặng apatit Error!
Bookmark not defined.
3.1.1 Xác định hình dạng của các vật liệu (SEM) Error! Bookmark not defined 3.1.2 Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) của các vật liệu Error! Bookmark not
defined.
3.1.3 Phổ hồng ngoại của đá ong tự nhiên và quặng apatit Error! Bookmark not
defined.
3.1.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của đá ong tự nhiên và quặng apatit Error!
Bookmark not defined.
defined.
phương pháp quang phổ hấp thu ̣ phân tử UV-Vis Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính của Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) Error!
Bookmark not defined.
3.3.2.2 Đánh giá phương trình hồi quy của đường chuẩn Error! Bookmark not
defined.
3.3.3 Đánh giá độ chính xác của phép phân tích Error! Bookmark not defined.
Trang 6iv
3.4 Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của các
vật liệu theo phương pháp tĩnh Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ Error! Bookmark
not defined.
Bookmark not defined.
Bookmark not defined.
3.4.5 Ảnh hưởng của nồng độ đầu Error! Bookmark not defined.
3.4.6 Đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của các vật liệu 66
3.5 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) của đá ong tự
nhiên và quặng apatit theo phương pháp động ……… 67
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 9
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Một số thông số vật lý của đá ong tự nhiên và quặng apatitError! Bookmark not defined.
Bảng 3.2 Điểm đẳng điê ̣n của các vâ ̣t liê ̣u Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của dung dịch Fe(III),
Cr(VI), Mn(II), Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Fe(III), Cr(VI), Mn(II),
Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.5 Kết quả khảo sát đánh giá độ chính xác của phương trình hồi quy của
đường chuẩn Fe(III) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.6 Giới hạn phát hiện và định lượng của phương pháp phân tíchError! Bookmark not defined.
Bảng 3.7 Kết quả khảo sát độ đúng của phép đo Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.8 Kết quả đánh giá độ chính xác của phép đo quang phổ hấp thụ phân tửError! Bookmark not defined.
Bảng 3.9 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) của các vật liệu Error! Bookmark not defined.
Trang 7v
Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Fe (III), Cr(VI), Mn(II)
và Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.11 Ảnh hưởng của kích thước ha ̣t vật liệu đến khả năng hấp phụ Fe (III),
Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Fe(III),
Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) Error! Bookmark not defined
Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI),
Mn(II) và Ni(II) của các vật liệu ……… 60
Bảng 3.14 Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của các
ion Error! Bookmark not defined
Bảng 3.15 Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich của đá ong tự nhiên
và quặng apatit 66
Bảng 3.16 Hàm lượng Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) hấp phụ của đá ong tự
nhiên theo phương pháp động Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.17 Hàm lượng Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) hấp phụ của quặng apatit
theo phương pháp động Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Mô hình cột hấp phụ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.2 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ
theo thời gian Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1 Ảnh SEM của đá ong tự nhiên và quặng apatitError! Bookmark not defined.
Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của đá ong tự nhiên Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của quặng apatit Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của đá ong tự nhiênError! Bookmark not defined.
Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của quặng apatit Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7 Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nông độ Fe(III)Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nông độ Cr(VI)Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nông độ Mn(II)Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nông độ Ni(II)Error! Bookmark not defined
Trang 8vi
Hình 3.11 Đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) 44
Hình 3.12 Đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 44
Hình 3.13 Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) của đá ong tự nhiên Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) của quặng apatit Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụFe(III), Cr(VI), Mn(II)
và Ni(II) của đá ong tự nhiên Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II)
và Ni(II) của quặng apatit Error! Bookmark not defined.
Hình 3.19 Ảnh hưởng của khối lượng đá ong đến khả năng hấp phụ Fe(III),
Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20 Ảnh hưởng của khối lượng quặng apatit đến khả năng hấp phụ Fe(III),
Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21 Ảnh hưởng của nồng độ đầu của các ion đến dung lượng hấp phụ của đá
ong tự nhiên 59 Hình 3.22 Ảnh hưởng của nồng độ đầu của các ion đến dung lượng hấp phụ của
quặng apatit 60
đá ong tự nhiên Error! Bookmark not defined.
quặng apatit Error! Bookmark not defined
với đá ong tự nhiên 65
với quặng apatit 65
Trang 9vii
Hình 3.27 Khả năng hấp phụ động Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) của đá ong tự
nhiên Error! Bookmark not defined.
Hình 3.28 Khả năng hấp phụ động Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) của quặng
apatit Error! Bookmark not defined.
Trang 10viii
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Trang 119
MỞ ĐẦU
Hiện nay, quá trình công nghiệp hoá, đô thị hoá và sự gia tăng dân số ở các thành thị đã làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường nước ngày càng trở nên nghiêm trọng Các ion kim loại nặng là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể sống Tuy nhiên, khi vượt quá giới hạn cho phép, chúng thể hiện độc tính cao và gây ảnh hưởng lớn đối với sức khoẻ của con người Do đó, việc xác định hàm lượng các ion kim loại nặng trong các nguồn nước, từ đó hướng tới mục đích xử lý chúng đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu
Các ion kim loại nặng có trong các nguồn nước có thể được xử lý bằng một số phương pháp như phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp keo tụ Trong các phương pháp đó, phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu việt bởi tính kinh tế, tính hiệu quả, thao tác đơn giản và dễ thực hiện Trong phương pháp hấp phụ, các nhà khoa học thường hướng tới việc sử dụng các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, vì các vật liệu này có giá thành rẻ
và khá thân thiện với môi trường
Đá ong là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở vùng đồng bằng Bắc
Bộ và có đặc tính hấp phụ Cho đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu khả năng hấp ion kim loại nặng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính Quặng apatit cũng có một trữ lượng lớn ở Lào Cai và cũng có đặc tính hấp phụ Hiện nay, số công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng của loại quặng này còn rất ít Xuất phát từ những lý do đó, chúng tôi đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) của đá ong tự nhiên và quặng apatit ”
Trang 12
10
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Viê ̣t
1 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lí nước và nước thải,
Nhà Xuất bản Thống Kê
“Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát ảnh hưởng của khối lượng hạt vật liệu chế tạo từ bùn
đỏ đến khả năng hấp phu ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng và asen” , Tạp chí xúc tác và hấp phụ ,
Tâ ̣p 2, số 4, tr.52-58
cột”, Tạp chí xúc tác và hấp phụ, Tâ ̣p 2, số 4, tr.46-51
4 Nguyễn Tính Dung (2009), Hoá học Phân tích, Phần II, Các phản ứng trong dung dịch
nước, Nhà Xuất bản Giáo dục
vật liê ̣u hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi trường , Luâ ̣n văn Tha ̣c S ĩ Hóa
6 Lưu Minh Đại, Phạm Ngọc Chức, Đào Ngọc Nhiệm (2013), “Nghiên cứu ứng dụng vật
liệu oxit hỗn hợp Fe-Mn trên nền cát thạch anh để hấp phụ asen”, Tạp chí hóa học, Tập
51, số 3AB, tr.24-28
7 Phạm Thị Hà (2012), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit
Thạc Sĩ Hóa Học, Trường ĐHSP - ĐHTN
8 Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-vis, Nxb Đại học Quốc gia Hà
Nội
9 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa học phân
tích phần II: Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà Xuất bản Khoa học kỹ thuật
cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong dung dịch nước của vật liệu MCM
Yên - Bắc Giang”, Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học, Tập 15, số 4, tr.150-154
Trang 1311
12 Đỗ Trà Hương (2013), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) và đánh giá khả năng xúc
hóa học, Tập 51, số 3AB, tr.265-269
13 Đồng Thị Hương Liên (2014), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của quặng
mangan Cao Bằng, Khoá luận tốt nghiệp, Trường ĐHSP - ĐHTN
14 Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ, tập 2, tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục
15 Hồ Viết Quý (2008), Cơ sở hoá học phân tích hiện đại, tập 2, Nhà xuất bản Đại
Học Sư Phạm
16 Đặng Xuân Tập (2002), Nghiên cứu khả năng hấp phụ của một số khoáng tự nhiên, tổng
hợp và ứng dụng của chúng, Luận án Tiến sỹ Hóa học, ĐH Bách Khoa Hà Nội
17 Lê Xuân Thành , Bùi Quốc Huy , Nguyễn Thanh Tuân , Lê Hồng Duyên , Nguyễn Hữu Trường (2013), “Nghiên cứu xác định đặc tính và khả năng làm giàu quặng apatit Lào
Cai loại 2 theo phương pháp dùng HCl”, Tạp chí hóa học , (Tâ ̣p 51, số 3AB) tr.270 –
274
18 Ngô Thị Mai Việt (2010), Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và khả năng ứng dụng
trong phân tích xác định các kim loại nặng, Luận án Tiến sĩ Hoá học, Trường ĐH
KHTN - ĐHQG Hà Nội
ong biến tính”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tâ ̣p 19, số 2,
Tiếng Anh
20 Atul Kumar Kushwaha, Neha Gupta, M.C Chattopadhyaya (2013), “Dynamics of adsorption of Ni(II), Co(II), Cu(II) from aqueous solution onto newly
Journal of Chemistry, pp.1-9
21 Azeredo, L.C.; Sturgeon, R.E.; Curtius, A.J (1993), Spectro Chimica Acta, 48b, pp 91
22 Bortolli, A; Gerotto, M; Marchiori, M; Mariconti, F; Palonta, M; Troncon, A (1996),
Microchemical Journal, 54, pp 402
23 David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, The United States of
America
Trang 1412
24 Frederick Partey, David Norman, Samuel Ndur, Robert Nartey (2008), “Arsenic sorption
onto laterite iron concretions: Temperature effect”, Jour of Colloid and Interface
Science, 10.1016/ jcis 2008.02.034
25 Ibrahim N, Mustafa S(2003), The uses of 1-(2-pyridylazo) 2-naphtol (PAN) impregnated
Ambersorb 563 resin on the solid phase extraction of traces heavy metal ions and determination by atomic absorption spectrometry, Talanta 60 (2003), pp 251 – 221
26 Khaled S.Abou-El-Sherbini, I.M.M Kenawy, M.A Hamed, R.M.Issa, R Elmorsi (2002),
Separation and preconcentration in batch mode of Cd(II), Cr(III,VI), Cu(II), Mn(II,VII) and Pb(II) by solid-phase extraction by using of silica modified with N-propylsalicylaldimine, Talanta, 58 (2002) pp 289 – 300
27 LiHui Huang, YuanYuan Sun, Tao Yang, Li Li (2011), “Adsorption behavior of
Ni(II) on lotus stalks derived active carbon by phosphoric acid activation”,
Desalination (268) pp.12 – 19
28 Mustafa Soylak, Ayse Kars and Ibrahim Narin (2008), Journal of Hazardous Materials,
Volume 159, Issues 2 – 3, 30 November 2008, pp 435 – 439
29 Omer Yavuz, Yakin Altunkaynak, Fuat Guzel (2003), “Removal of copper,
nickel, cobalt and manganese from aqueous solution by kaolinite”, Water
research, 37 (2003), pp 948 – 952
30 Porlada Daorattanachal, Fuangfa Unob, Apichat Imyim (2005), Multi-element
preconcentration of heavy metal ions from aqueous solutionby APDC impregnated activated carbon, Talanta, 67 (2005), pp 59 – 64
31 Serife Tokalioglu, Senol Kaetal and Latif Elci (2000), Speciation and determination of
heavy metals in lake waters by atomic adsorption spectrometry after sorption on Amberlite XAD – 16 resin, Analytical Sciences, 16, pp 1169 – 1174
32 Sibel Saracoglu, Umit divrikli, Mustafa Soylak and Latif Elci (2002), Determination of
copper, iron, lead, cadmium, cobalt and nickel by atomic absorption spectrometry in baking powder and baking soda samples after preconcentration and separation,
Journal of Food and Drug Analysis, 10(3), pp 188 – 194
33 Shitong Yang, Jiaxing Li, Dadong Shao, Jun Hu, Xiangke Wang (2009),
“Adsorption of Ni(II) on oxidized multi-walled carbon nanotubes: Effect of