Hấp phụ các hợp chất hữu cơ độc hại

Các công nghệ hấp phụ đã và đang là phương pháp hiệu quả nhất trong việc loại bỏcác chất hữu cơ độc hai, ví dụ như thuốc nhuộm – chất thải từ công nghiệp.. Ngành công nghiệp giấy và bột

KHOA HÓA HỌC

Học phần: VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

GVHD: Lê Tự Hải SVTH:

Nguyễn Hoàng Dung

Nguyễn Thị Minh Tâm

Khóa: 2014-2018

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Hấp phụ một số chất hữu cơ độc hại

1. GIỚI THIỆU

Ô nhiễm chất hữu cơ là thuật ngữ chỉ về lượng lớn chất hữu cơ Nó có nguồngốc từ nước sinh hoạt ở gia đình, nước chảy trong thành phố, nước

giấy, nông nghiệp và nuôi trồng

thủy sản Trong quá trình phân

hủy các chất hữu cơ, lượng oxi

hòa tan trong nước có thể bị tiêu thụ

hữu cơ bao gồm thuốc trừ sâu, phân bón,

hidrocarbons, phenols, chất hóa dẻo, biphenyl, chất tẩy rửa, dược phẩm,proteins and carbohydrates

Ô nhiễm chất hữu cơ độc hại gây ra nhiều vấn đề về môi trường đến môi trường của

có tên là ô nhiễm chất hữu cơ khó phân hủy (POPs

-persistent organic pollutants POPs là những chấthữu cơ khó phân hủy ví dụ polychlorinated biphenyls(PCBs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins và dibenzofurans(PCDD/Fs) và một vài thuốc trừ sâu organochlorine (OCPs), ví dụ

hexachlorobenzene (HCB) hoặc là diphenyl-trichloroethane (DDT), dibenzo-p-dioxins (dioxins) và dibenzo-p-furans(furans) Rất nhiều trong số chúng được tạo ra và sử dụng với số lượng lớn, và đangtồn tại trong môi trường của chúng ta Nghiên cứu để loại các hợp chất này và các hợpchất hữu cơ độc hại khác ra khỏi môi trường nước là góp phần giảm thiểu ô nhiễmmôi trường Hiện nay, có nhiều phương pháp để tách loại xử lý chất hữu cơ trongnước: trao đổi ion, thẩm thấu ngược và màng, keo tụ và hấp phụ

dichloro-Trong cácphươngpháp cóthể làmgiảm ônhiễm nước, hấp phụ là phương pháp hiệu quả nhất trongviệc loại bỏ các chất hữu cơ độc hại trong nước thải.Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi do cách làmđơn giản, giá thành thấp và hiệu quả cao Hiện nay, việc tìmkiếm các vật liệu hấp phụ có chi phí thấp và chứa được dung lượng hấp phụ cao đãđược tăng cường Các vật liệu hấp phụ bao gồm các khoáng chất vô cơ: đất sét,zeolite, đá ong, diatomite; các chất hữu cơ: chitin/chitosan, alginate; các oxit vô cơ:nano oxit sắt, nano oxit silic… Các nghiên cứu về tìm kiếm, tổng hợp chất hấp phụ để

xử lý chất hữu cơ đã và đang được nghiên cứu nhiều trong nước cũng như ngoài nước

2. CÁC LOẠI CHẤT HẤP PHỤ

Trao đổi ion

Keo tụ

Thẩm thấu ngược và màng

Các loại khác nhau của các chất hấp phụ được phân thành các chất hấp phụ tự nhiên

và các chất hấp phụ tổng hợp Các chất hấp phụ tự nhiên bao gồm than, đất sét,khoáng chất đất sét, zeolit, và quặng Những nguyên liệu tự nhiên, trong nhiều trườnghợp là tương đối rẻ, dồi dào nguồn cung và có tiềm năng đáng kể tăng cường khả nănghấp phụ của chúng Các chất hấp phụ tổng hợp là các chất hấp phụ được chế biến từcác sản phẩm nông nghiệp và chất thải, chất thải gia đình, chất thải công nghiệp, bùnthải và các chất hấp phụ polyme Mỗi vật liệu hấp phụ có những đặc trưng riêng của

nó như độ rỗng, cấu trúc lỗ xốp và tính chất của bề mặt hấp phụ của nó Nhiều vật liệuphế thải sử dụng bao gồm chất thải trái cây, vỏ dừa, lốp xe phế liệu, vỏ cây và các vậtliệu tannin giàu khác, mùn cưa, trấu, chất thải dầu khí, chất thải phân bón, tro bay,chất thải công nghiệp mía đường xỉ lò cao, chitosan và chất thải chế biến hải sản, rongbiển và tảo, rêu than bùn, đất sét, bùn đỏ, zeolit, trầm tích và đất, khoáng sản quặng,

tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Nước thải ngành công nhiệp dệt nhuộm

chưa qua xử lí ở Khu công nghiệp dệt VSIP

Hải Phòng

Các công nghệ hấp phụ đã và đang là phương pháp hiệu quả nhất trong việc loại bỏ

các chất hữu cơ độc hai, ví dụ như thuốc nhuộm – chất thải từ công nghiệp Thuốc

nhuộm được coi như là ô nhiễm chất hữu cơ Ngành công nghiệp giấy và bột giấy

được cho là sử dụng một lượng lớn thuốc nhuộm, chất thải này có thể được tìm thấy

trong rất nhiều ngành công nghiệp, gây ra lượng lớn nước thải có màu, độc hại và gây

ung thư, đặt ra mối nguy hiểm cho các sinh vật dưới nước Thuốc nhuộm là đại diện

cho những vấn đề khó giải quyết

Trong việc tìm kiếm các vật chất có sẵn trong đời sống, có nhiều chất hấp phụ với chi

phí thấp được dùng để loại bỏ thuốc nhuộm

 Trấu được sử dụng để loại bỏ màu của nước thải

VD: Hấp phụ Janus Green B bằng vỏ trấu

Bằng cách nghiên cứu này, sự hấp phụ xảy ra tốt nhất với lượng trấu là 1,5g /

100 ml và đạt đến 98,5%.

Ảnh chụp cấu trúcmao quản của vỏ trấu

Sự hấp phụ của Janus Green B bằng vỏ trấu nồng

độ ban đầu là 50 mg / l và kích thước hạt 500μm a) Tỉ lệ phần trăm chất hấp phụ b) Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ (mg/l)

 Hamdaoui đã báo cáo rằng, lượng hấp phụ tối đa của thuốc nhuộm cơ bản,methylen xanh, lên mùn cưa cây tuyết tùng và gạch vụn tương ứng là 60mg/l

và 40mg/l

 Gỗ bào (WBA) đã được sử dụng để loại bỏRed Reactive 141 (RR141), và thuốcnhuộm phản ứng azo

Các chất hấp phụ WBA / H2O và WBA / H2SO4 được tạo ra bằng cách xử lý WBA vớinước và 0,1 M H2SO4; để tăng khả năng hấp phụ Những ảnh hưởng của các thông sốkhác nhau của quá trình hấp phụ (ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc, nồng độ pH ban đầucủa dung dịch, kim loại hòa tan và sự chiết rửa) đã được nghiên cứu Khả năng hấp phụthuốc nhuộm tối đa WBA / H2O và WBA / H2SO4 thu được từ mô hình Langmuir ở

30oC là 24,3, 29,9 và 41,5 mg/l Ngoài ra, WBA / H2O và WBA / H2SO4 có thể làm giảm

màu sắc và nhu cầu oxy hóa cao (COD) của nước thải dệtnhuộm thực tế

Chất thải bia nhà máy bia đã được chứng minh là một chất hấp phụ có chi phíthấp trong việc loại bỏ các chất nhuộm màu xanh methylen từ dung dịch nước.Các kết quả của động học hấp phụ sơ bộ cho thấy các chất thải diatomit có thểđược sử dụng trực tiếp như là một vật liệu hấp phụ tiềm năng để loại bỏ màu xanhmethylen trên cơ sở cơ chế hấp phụ.

 Chất thải bùn cũng được áo dụng để làm ra chất hấp phụ than hoạt tính Thanhoạt tính làm từ bùn là một vật liệu có khả năng hấp dẫn đối với nước thải Cácnghiên cứu đã được tiến hành để chứng minh công dụng của xử lý bùn thải để

loại bỏ thuốc nhuộm từ nước thải vànước bị ô nhiễm Chuẩn bị 3 loạithan hoạt tính có hạt khác nhau:

ASS-g1 (đường kính hạt <0,12mm), ASS-g2 (0,12 <hạt có đườngkính <0,5 mm) và PSS-g2 (0,12

<hạt có đường kính <0,5 mm Thuốcnhuộm tím bị hấp phụ với lượngtương ứng là (Qmax 263,2 mg / g sửdụng AAS, 270 mg / g sử dụng ASS và 184 mg / g sử dụng PPS)

 Ngoài ra người ta còn dùng nam châm để thực hiện các quá trình hấp phụ cácloại thuốc nhuộm khác nhau

capacity

Reference

Hấp phụ (MB and Orange II) bằng nam châm

Dye Adsorbent Adsorption

capacity

Reference

Reactive Yellow

2

Acid Blue 113 amino-functionalized nanoporous silica SBA-3 769 g/kg [34]

Acid Red 114 amino-functionalized nanoporous silica SBA-3 1000 g/kg [34]

Acid Green 28 amino-functionalized nanoporous silica SBA-3 333 g/kg [34]

Acid Yellow 127 amino-functionalized nanoporous silica SBA-3 1250 g/kg [34]

Acid Orange 67 amino-functionalized nanoporous silica SBA-3 2500 g/kg [34]

Acid Blue 25 waste tea activated carbon 203.34 mg/g [35]

Methylene Blue bituminous coal-based activated carbon 580 mg/g [36]

Methylene Blue coal-based activated carbon

coal-based activated carbon(KOH washed)

(252 mg/g 234.0 mg/g

[37]

Methylene Blue activated carbon from Cotton stalk-based 180.0 mg/g [38]

Dye Adsorbent Adsorption

Methylene Blue Salix psammophila activated carbon 225.89 mg/g [40]

Methylene Blue activated carbon from flamboyant pods (Delonix

regia)

Methylene Blue activated carbon from from Oil palm wood-based 90.9 mg/g [42]

Methylene Blue activated carbon from Oil palm shell-based 243.9 mg/g [43]

BẢNG 1

Một số chất hấp phụ xử lý thuốc nhuộm từ nước ô nhiễm

 Việc sử dụng bụi tro trong việc loại bỏ thuốc nhuộm từ nước thải dệt nhuộm đãđược điều tra Bụi tro giàu canxi đã được sử dụng như là chất hấp phụ để loại

bỏ thuốc nhuộm màu đỏ Congo trong các điều kiện khác nhau Sự quan sátthấy rằng sự hấp thụ tối đa thu được là giữa 93% và 98% theo các điều kiệnnghiên cứu Wang et al đã báo cáo việc sử dụng bụi tro được xử lý và khôngđược xử lý cho việc loại bỏ các chất nhuộm màu xanh methylen và thuốcnhuộm cơ bản từ dung dịch nước thải Dung lượng hấp phụ đối với acid xử lýbụi tro đã được tìm thấy là 2.4 x 10-5 mol / g, trong khi bụi tro không xử lý chomột khả năng hấp phụ là 1.4 x 10-5 mol / g Wang et al trong cuộc điều trakhác cũng cho thấy carbon không cháy xốp trong bụi tro chịu trách nhiệm cho

sự hấp thụ của thuốc nhuộm, và không phải là bản thân bụi tro Bảng (1) chothấy chất hấp phụ được lựa chọn sử dụng cho việc loại bỏ thuốc nhuộm từ nước

ô nhiễm

4. SỰ HẤP PHỤ PHENOLS

Từ năm 1860, phenol đã được sản xuất, về cơ bản nó được coi như là một chất khửtrùng Vào cuối thế kỷ 19 đến nay, phenol đã được tiếp tục sử dụng mở rộng cho sựtổng hợp của các ngành công nghiệp thuốc nhuộm, thuốc aspirin, nhựa, dược phẩm,hóa dầu và hóa chất thuốc trừ sâu Trong thực tế, vào năm 2001, sản xuất phenol toàncầu đã đạt mức ấn tượng 7,8 triệu tấn

Trong số các chất ô nhiễm hữu cơ khác nhau có trong nước thải, phenol được coi làchất gây ô nhiễm ưu tiên vì chúng là có hại cho thực vật, động vật và con người, thậmchí ở nồng độ thấp Các nguồn chính của phenolic là nhà máy thép, nhà máy lọc dầu,dược phẩm, hóa dầu, các nhà máy lò than cốc, sơn, khí than, nhựa tổng hợp, ngànhcông nghiệp gỗ dán và xả mỏ Nước thải với nồng độ cao nhất của phenol (> 1000 mg/ L) thường được tạo ra từ chế biến than cốc Hợp chất Phonolic cũng được phát ra từcác nhà máy nhựa với một phạm vi nồng độ 12-300 mg / L Cơ quan Bảo vệ Môitrường (EPA) đã thiết lập một giới hạn là 0,1 mg / L của phenol trong nước thải Tổchức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra nghiêm ngặt về quy định phenol Theo đó 0,001

mg / L là giới hạn của nồng độ phenol trong nước uống

Một số địa phương bị nhiễm đọc phenol:

 Sự hấp phụ hợp chất phenolic từ dung dịch nước bằng than hoạt tính là một

trong những nghiên cứu nhiều nhất trong pha lỏng của chất hấp phụ carbon

Một số chất hấp phụ được sử dụng để xử lý nước thải và loại bỏ phenols Sự hấp phụ

đẳng nhiệt cho mono-, di-, và trichclorophenols từ dung dịch nước trong gỗ và than

non đã được nghiên cứu Khả năng hút bám cho 2,4-DCP được tìm thấy là 502 mg / g

và mô hình Freundlich là phù hợp nhất với các dữ liệu thực nghiệm

Nhiễm độc từ chất thải của Formosa do nguồn nước thải của Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà tĩnh (FHS) Trong đó có chứa các độc tố Phenol, Cyanua, Hydroxit Sắt vượt quá mức cho phép.

Sự hiện diện của các nhóm chức bề mặt cũng ảnh hưởng đến sự hấp thụ của phenolvào than hoạt tính Sự hiện diện của oxy hòa tan trên than hoạt tính làm tăng khả nănghút bám các hợp chất phenolic.

 Mùn cưa, vật liệu hấp phụ có chi phí rất thấp đã được sử dụng sau khi cacbonhóa, để loại bỏ phenol từ nước thải công nghiệp Các mức cân bằng hấp phụđược xác định phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc, liều hấp phụ vànồng độ ban đầu Sự hấp phụ phenols tối đa khi sử dụng mùn cưa là 10,29mg/L

Các chất hấp phụ, vật liệu chứa cacbon, than hoạt tính (AC), bã mía (BA) và than gỗ(WC), được sử dụng để loại bỏ các phenol từ nước Công kết quả cho thấy những hiệu

quả loại bỏ cho phenol-AC, phenol-WC và phenol-BA xấp xỉ 98%, 90% và 90%.Hiệu quả “diệt” phenol tăng nhẹ khi độ pH của hệ thống hấp thụ giảm Yapar vàYilmar đã báo cáo khả năng hút bám của một số loại đất sét và các vật liệu zeolite tựnhiên tìm thấy ở Thổ Nhĩ Kỳ cho việc loại bỏ các phenol Họ nhận thấy rằnghydrotalcite nung là chất tốt nhất trong số các chất hấp phụ được nghiên cứu Trong

đó sự hấp thụ phenol là 52% tương ứng 1000 mg / L phenol theo tỷ lệ vật liệu hấp phụ/ phenol là 1: 100, trong khi những chất khác hấp phụ chỉ có 8% phenol Ngoài ra,những chất hấp phụ silica gel, alumina kích hoạt, AC, fitrasorb 400 và Hisir 1000cũng được xem xét như là các chất hấp phụ để loại bỏ phenol từ dung dịch nước Họnhận thấy rằng Hisir 1000 là tốt nhất trong số các vật liệu được thử nghiệm Das vàPatnaik sử dụng lò khói bụi (BFD) và xỉ để điều tra hấp phụ phenol qua thí nghiệmhàng loạt

Bromophenols (2-bromophenol, 4 bromophenol và 2, 4dibromophenol) được coi là một trong phenol hữu cơđộc hại Chất thải công nghiệp được sử dụng làm vật

nhiễm Kết quả cho thấy sự hấp thụ tối đa chất hấp phụ chứacarbon từ ngành công nghiệp phân bón mất đến 40.7,170.4 và 190,2 mg g-1 cho 4 bromophenol 2 bro-mophenol và 2, 4-dibromophenol Khi so sánh vớichất hấp phụ chứa carbon, các chất hấp phụ khác (viz., Lò bùn, bụi, và xỉ) hấp thụbromophenols đến một mức độ nhỏ hơn nhiều Bảng (2) đại diện cho hiệu suất hấpphụ của các chất hấp phụ khác nhau cho việc loại bỏ các phenol

Organic Pollutants Adsorbent Adsorption

Maxmium

Ref.

Organic Pollutants Adsorbent Adsorption

Maxmium

Ref.

3,5-dichlorophenol (cetyl-pyridinium-Al PILC), 97.2 mg/g [ 57 ]

phenol NORIT Granular Activated Carbon (NAC 1240) 74.07 mg/g [ 59 ]

phenol NORIT Granular Activated Carbon 1010 166.6 mg/g [ 59 ]

Organic Pollutants Adsorbent Adsorption

Maxmium

Ref.

phenol activated phosphate rock (1M HNO3) 83.34 mg/g [ 62 ]

2,4-dichlorophenol activated carbon derived from oil palm empty fruit

bunch (EFB)

232.56 mg/g [ 64 ]

BẢNG 2 Những chất hấp phụ khác có khả năng loại bỏ phenol

5 Sự hấp phụ thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ

Thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ cố

ý thải vào môi trường trong các hệthống thủy sản, chúng thường đượcphát hiện ở mức thấp và thường xảy

ra ở dạng hỗn hợp phức tạp Rò rỉ cácloại phân bón hóa học và thuốc trừsâu, áp dụng đối với đất nông nghiệp

và lâm nghiệp, là một trong những lý

do chính cho tình trạng ô nhiễm hữu

cơ trong nhiều dòng nước Thuốc trừsâu và thuốc diệt cỏ có hại trong cuộcsống vì độc tính, gây ung thư và độtbiến Vì vậy độc tính của thuốc trừ

đang làm cho các chất hóa học nguyhiểm tiềm năng của ô nhiễm môitrường Nó ảnh hưởng nghiêm trọng

về hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏecon người vì sự tích lũy lâu dài củacác hiệu ứng kết hợp độc tính của nó

Sự ô nhiễm của nước ngầm, nướcmặt, đất, bởi thuốc trừ sâu và thuốcdiệt cỏ hiện đang là mối quan tâmđáng kể vì sự tăng cường sử dụngthuốc trừ sâu trong nông nghiệp vàcác hoạt động trong nước

Trong số các loại thuốc trừ sâu mới được phát triển, thuốc trừ sâu organophosphorous được sử dụng phổ biến nhất Hóa chất này tồn tại ở nhiều dạng; Tuy nhiên trong đó

hai dạng phổ biến nhất là phốt phát và phosphorothionates Methyl parathion (O,

O-dimethyl O-4-nitrophenyl phosphorothioate) là một chất trong thuốc trừ sâu

post146615.html | NongNghiep.vn

song-dat-ngam-hoa-tam-thuoc-tru-sau-Vụ chôn thuốc trừ sâu ở

Thanh Hóa

Cấu trúc phân tử Methyl parathion

các chất ô nhiễm hữu cơ sử dụng polymer cyclodextrin-based (CDPs)

là chất hấp phụ, là một kỹ thuật hiệu quả với những ưu điểm cụ thể: chi phí thấp và thiết kế đơn giản Polyme cyclodextrin (CDPs) có thể được tổng hợp bằng cách sử cyclodextrin (CD) phân tử phức tạp và chất đa chức năng (ví dụ, epichlorohydrin (EPI)) như liên kết ngang agent Ngoài ra một số CDPs với các cấu trúc khác nhau và các tính chất đã được phát triển, nó vẫn còn chưa rõ ràng nhưng tính chất của CDPs ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ái lực đối với các chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là ô nhiễm hỗn hợp

Khác hấp phụ polyme biến đổi được

sử dụng trong điều trị thuốc diệt cỏ,

các chất hấp phụ polyme

của thuốc diệt cỏ (Clo Ala, amitrole,trifluralin và prometryn) từ dungdịch lỏng Hai loại nhựa vật liệu hấpphụ đã được nghiên cứu, các chức

kỵ nước Amberlite XAD-4(polystyrene-divinylbenzenecopolymer) và các chức hóa ưa nước

Hình ảnh minh họa cấu trúc liên kết chéo của polymer cyclodextrin

và cơ chế hấp phụ

Cơ chế tổng hợp CDPs