Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trường (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý 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 4 năm 2017

Tác giả luận văn

Trịnh Thu Nguyên

Xác nhận của Trưởng khoa chuyên môn

PGS TS Nguyễn Thị Hiền Lan

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

TS Vũ Thị Hậu

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Thị Hậu, cô giáo trực

tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn.Em

xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau

Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái

Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu

Cuối cùng emxin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,

ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành

quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, xong do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của

bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót Em rất

mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và

những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được

hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2017

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục từ viết tắt iv

Danh mục bảng biểu v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước bởi các ion kim loại nặng 3

1.2 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người 4

1.2.1 Giới thiệu về kim loại nặng 4

1.2.2 Tác dụng sinh hóa của Crom 4

1.2.3 Tác dụng sinh hóa của Niken 5

1.2.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng 5

1.3 Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ 6

1.3.1 Các khái niệm 6

1.3.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 7

1.4 Giới thiệu về than 12

1.4.1 Những tính chất đặc trưng của than 13

1.4.2 Đặc tính hóa học bề mặt của than 13

1.5 Hấp phụtrong môi trường nước 14

1.5.1 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước 14

1.5.2 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước 15

1.6 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 16

1.6.1 Định lượng Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp trắc quang 16

1.7 Giới thiệu về cây sen 16

1.8 Một số kết quả trong và ngoài nước về nghiên cứu hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) 18 1.9 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 21

1.9.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 21

1.9.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 22

Chương 2 THỰC NGHIỆM 23

2.1 Thiết bị và hóa chất 23

2.1.1 Thiết bị 23

2.1.2 Hóa chất 23

2.2 Chế tạo TTS từ thân cây sen 23

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 23

2.2.2 Quy trình chế tạo TTS từ thân cây sen 24

2.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt của TTS chế tạo được 24

2.4 Xác định điểm đẳng điện của TTS chế tạo được 24

2.5 Xác định chỉ số hấp phụ iot của TTS 24

2.6 Khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI), Ni(II) 25

2.7 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp trắc quang 26 2.7.1 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 26

2.7.2 Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) 26

2.8 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) của TTS theo phương pháp hấp phụ tĩnh 26

2.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 26

2.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH 26

2.8.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) 27

2.8.4 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng TTS 27

2.8.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 27

2.9 So sánh khả năng hấp phụ của than thị trường và TTS chế tạo được 28

2.10 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của than thị trường đối với Cr(VI), Ni(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 28

2.11 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 28

2.11.1.Chuẩn bị cột hấp phụ 28

2.11.2.Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 29

2.11.3.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp 29

2.12 Xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp tĩnh 29

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt của TTS chế tạo được 30

3.1.1 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 30

3.1.2 Diện tích bề mặt riêng (BET) 31

3.2 Điểm đẳng điện của TTS 31

3.3 Chỉ số hấp phụ iot của TTS 32

3.4 Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI), Ni( 33

3.4.1 Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI) 33

3.4.2 Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Ni(II) 34

3.5.Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cr(VI), Ni(II) 35

3.5.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cr(VI) 35

3.5.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Ni(II) 36

3.6 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) của TTS 37 3.6.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian 37

3.6.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH 39

3.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng TTS 41

3.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 43

3.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu và dung lượng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 45

3.7 So sánh khả năng hấp phụ của than thị trường và TTS chế tạo được 47

3.8 So sánh dung lượng hấp phụ cực đại của TTT đối với Cr(VI), Ni(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 48

3.9 Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 50

3.9.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 50

3.9.2 Kết quả giải hấp thu hồi Cr(VI), Ni(II) 52

3.10 Xử lý nước thải chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC

6 SEM Scanning Electron Microscopy

9 UV-Vis Ultraviolet Visble

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 5

Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đồ thị xác định điểm đẳng điện của TTS 31

Bảng 3.2: Bảng số liệu xác định chỉ số iot của TTS 32

Bảng 3.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Cr(VI) ở các bước sóng khác nhau 33

Bảng 3.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni(II) ở các bước sóng khác nhau 34

Bảng 3.5: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) 35

Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn Ni(II) 36

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của TTS 37

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của TTS 39

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất của TTS 41

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ của TTS đối với Cr(VI), Ni(II) 43

Bảng 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của TTS 45

Bảng 3.12: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của TTS với Cr(VI), Ni(II) 46

Bảng 3.13: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của TTT và TTS 47

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của TTT 48

Bảng 3.15: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của TTT với Cr(VI), Ni(II) 50

Bảng 3.16: Nồng độ Cr(VI), Ni(II) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc độ dòng khác nhau 50

Bảng 3.17: Kết quả giải hấp Cr(VI) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau 52

Bảng 3.18: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau 53

Bảng 3.19: Kết quả giải hấp Ni(II) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau 54

Bảng 3.20: Hiệu suất giải hấp Ni(II) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau 54

Bảng 3.21: Kết quả xử lý Cr(VI), Ni(II) trong nước thải 55

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 10

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb 10

Hình 1.3 Mô hình cột hấp phụ 11

Hình 1.4 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian 12

Hình 1.5 Hình ảnh cây sen 17

Hình 3.1a Thân sen tự nhiên (NL) 30

Hình 3.1b Than thân sen (TTS) 30

Hình 3.2 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của TTS 32

Hình 3.3 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ iot của TTS 33

Hình3.4 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của Cr(VI) vào bước sóng 34

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của Ni(II) vào bước sóng 35

Hình 3.6 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 36

Hình 3.7 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 36

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của TTS 38

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Ni(II) của TTS 38

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của TTS 40

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Ni(II) của TTS 40

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khối lượng TTS đến quá trình hấp phụ Cr(VI) 42

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khối lượng TTS đến quá trình hấp phụ Ni(II) 42

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của TTS 44

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ Ni(II) của TTS 44

Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTS đối với Cr(VI) 46

Hình3.17 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb của TTS đối với Cr(VI) 46

Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTS đối với Ni(II) 46

Hình 3.19 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb của TTS đối với Ni(II) 46

Hình 3.20 Đồ thị so sánh hiệu suất hấp phụ của TTT và TTS 47

Hình 3.21 Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTT đối với Cr(VI) 49

Hình 3.22 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của TTT đối với Cr(VI) 49

Hình 3.23 Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTT đối với Ni(II) 49

Hình 3.24 Sự phụ thuộc của Ccb/qvào Ccb của TTT đối với Ni(II) 49

Hình 3.25 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 51

Hình3.26 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của Ni(II) 51

Hình 3.27 Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Cr(VI) trên TTS 53

Hình 3.28 Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Ni(II) trên TTS 55

MỞ ĐẦU

Tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt chưa được xử lý hoặc xử lý chưa triệt để vẫn hàng ngày thải ra môi trường nước Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng Nếu hàm lượng kim loại nặng vượt quá ngưỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dài tới cơ thể chúng ta Kim loại nặng có thể tiếp xúc với màng tế bào, ảnh hưởng tới quá trình phân chia DNA, dẫn đến thai chết, sự dị dạng, quái thai cho các thế hệ sau Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước Một trong các phương pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là việc sử dụng than hoạt tính được chế tạo từ các phụ phẩm công nông nghiệp (vỏ lạc, bã mía, xơ dừa…) để làm vật liệu hấp phụ tách loại các kim loại nặng

ra khỏi môi trường nước Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu

rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác

Ở Việt Nam, cây sen được trồng phổ biến từ Bắc vào Nam Mọc ở nhiều ao

hồ, có sức sống mãnh liệt Cây sen là cây đa dụng, tất cả các bộ phận của cây sen đều có thể sử dụng làm thực phẩm hoặc làm thuốc cho con người Hoa, hạt, lá non

và ngó sen ăn được Nhụy hoa phơi khô dùng để ướp chè, tâm sen được sử dụng trong y học như là một loại thuốc có tác dụng an thần và thanh nhiệt Lá sen có đặc điểm không thấm nước, hiện tượng này đã được ứng dụng trong khoa học vật liệu

để chế tạo ra loại vật liệu xây dựng có bề mặt tự làm sạch Sau khi sen ra hoa và kết trái, cây lụi tàn đi, giá trị của thân cây sen vẫn chưa được khai thác hiệu quả Xuất phát từ thực tế và nhu cầu quản lý, tái sử dụng nước, chúng tôi đã chọn đề tài

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen

và thử nghiệm xử lý môi trường”

Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sen

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo

diện tích bề mặt riêng (BET), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

- Khảo sát khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh

- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Ni(II), Cr(VI) của TTS chế tạo được

theo phương pháp hấp phụ động trên cột

- Thử khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với mẫu nước thải thực chứa

Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước bởi các ion kim loại nặng

Trên bề mặt Trái Đất 71% diện tích được bao phủ bởi lớp nước Tổng lượng nước trên Trái Đất là 1.454.000.000km3 Nhưng chỉ có 2,5% là nước ngọt Đến 98,8% nước ngọt ở dạng băng tuyết, tập trung ở hai cực, số còn lại là nước ở các ao

hồ sông suối, trong khí quyển, nước ngầm và trong cơ thể sinh vật Tuy nhiên, chính

số ít nước ngọt đó đã tạo ra sự khác biệt giữa Trái Đất và các hành tinh khác

Có thể nói, nước ngọt là nguồn sống của sinh giới Nước tham gia vào hầu hết quá trình sinh- địa- hóa, nước đóng vai trò rất quan trọng trong những hoạt động sống của sinh vật, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người Thế nhưng hiện nay, nguồn tài nguyên quý giá đó đang suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng lẫn chất lượng do những tác động của con người Trong những năm gần đây, do sự phát triển về kinh tế, kéo theo là sự gia tăng dân số nên nguồn tài nguyên nước ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp và giao thông vận tải Với

sự phát triển của công – nông nghiệp và giao thông vận tải, ô nhiễm môi trường nước

ở nước ta tập trung điển hình tại 3 lưu vực sông gồm sông Cầu, sông Nhuệ - Đáy và sông Đồng Nai Theo số liệu của Sở Tài nguyên & Môi trường Hà Nội, sông Nhuệ

có chiều dài 64km từ cống Liên Mạc (Từ Liêm) đến xã Đông Lỗ (Ứng Hòa), sông Đáy dài gần 100km từ xã Vân Nam (Phúc Thọ) đến xã Yến Vĩ (Mỹ Đức) nhưng đang phải tiếp nhận nước thải từ 700 đầu mối thuộc địa bàn 24/29 quận, huyện, thị xã với khối lượng 80.000m3 chất thải/ngày, trong đó có 11 khu công nghiệp tập trung, 47 cụm công nghiệp và 1.350 làng nghề cùng chất thải từ các khu đô thị, dân cư, cơ sở y

tế, nhà hàng, khách sạn, du lịch, thương mại Kết quả quan trắc của Trung tâm Quan trắc môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường) cho thấy, mức độ ô nhiễm sông Đáy, sông Nhuệ, sông Cầu Bây, lượng khuẩn coliform vượt hàng chục lần, chỉ tiêu như BOD5, COD, NH4+, SS cùng các chất dinh dưỡng chứa nitơ, phốt pho, chất hữu cơ, chất thải rắn độc hại như đồng, chì, thủy ngân, asen đều vượt quá tiêu chuẩn nhiều lần Theo đánh giá của Bộ Y tế và Bộ TN&MT, trung bình mỗi năm ở Việt Nam có khoảng 9.000 người chết vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém; hằng năm có khoảng 200.000 trường hợp mắc ung thư mới phát hiện mà một trong những nguyên

nhân chính là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm Tại một số địa phương, khi quan sát các trường hợp ung thư, viêm nhiễm phụ khoa chiếm từ 40 đến 50% là do từng sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm [2] Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải vượt ngưỡng các quy chuẩn sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và khi tích lũy trong cơ thể con người, nó sẽ gây các rối loạn về thận, gan, tim mạch, thần kinh… Do đó, sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng đã và đang là vấn đề được cả thế giới quan tâm và tìm cách khắc phục

1.2 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người

1.2.1 Giới thiệu về kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho cơ thể sinh vật, chúng được coi là nguyên tố vi lượng Một số lại không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể gây độc hại nghiêmtrọng nếu hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép [12]

1.2.2 Tác dụng sinh hóa của Crom

Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt) nên Crom ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp Đặc biệt là công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt các nhiên liệu hóa thạch… là nguồn gốc gây ô nhiễm Crom Crom là kim loại được xếp vào nhóm

có khả năng gây bệnh ung thư Crom tồn tại ở hai dạng oxi hóa chính là +3 và +6, trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III)

Crom xâm nhập vào cơ thể con người theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozo, nhưng với hàm lượng lớn có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào, Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001mg/l sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan Phần còn lại chuyển qua nước tiểu Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn Crom(III) và có thể thấm qua màng tế bào

Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, thủng vách ngăn mũi, viêm da tiếp xúc khi con người làm các công việc phải tiếp xúc với Crom hoặc các hợp chất của Crom Crom còn kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước

mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi Nhiễm độc Crom có thể gây mụn, mụn cơm, viêm gan, viên thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Crom(VI) dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung thư phổi, ung thư gan [12]

1.2.3 Tác dụng sinh hóa của Niken

Niken tồn tại trong các quặng, nhưng trong công nghiệp luyện kim và các công nghiệp khác việc sử dụng niken đang có xu hướng gia tăng Sử dụng Niken trong công nghiệp là các pin, công tắc điện và các loại tương tự, xúc tác điện và xúc tác hóa học Nó cũng được giải phóng trong quá trình khí hóa than đá

Niken là một tác nhân gây ung thư cho người Niken chủ yếu gây ra ung thư ở mũi, nhưng cũng gây ung thư phổi, thanh quản, dạ dày và thận Tiếp xúc với các đồ vật kim loại chứa Niken, như tiền hay đồ trang sức là một trong những nguyên nhân thường thấy gây ra bệnh viêm da tiếp xúc dị ứng Cơ thể thiếu Niken sẽ làm thay đổi chuyển hóa glucose và làm giảm khả năng dung nạp glucose [1],[ 12]

1.2.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng

QCVN 24:2009/BTNMT quy định về nồng độ của ion kim loại trong nước thải công nghiệp như sau:

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm

trong nước thải công nghiệp

- 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 [11]

1.3 Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ

1.3.1 Các khái niệm

1.3.1.1 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 trung trên bề mặt chất hấp phụ

Tu 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 aals giữa phần tử chất 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 r rệt Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Ở vùng nhiệt độ thấp 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 [3]

1.3.1.3 Dung lƣ ng hấp phụ c n b ng

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 về nồng độ và nhiệt độ [9]

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

).V C (C

q o  cb

 (1.1) Trong đó:

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)

1.3.1.4 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.C

)C(CH

- 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 thực 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:

dx

v (1.3) Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian:

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

)(

303,2lg)

t

e e t

1

1

2 2



Trong đó:

qe, qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời 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

1.3.2.2 Các mô hình đ ng 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, Freundlich vàLangmuir,…[3]

h nh ng nhi t h p ph n y

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 Đối với hệ lỏng-rắn, phương trình có dạng:

q= K.C (1.9) Trong đó:

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

cb C n k

q lg 1lg

Trong đó:

k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

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

b.C1

b.Cq

q



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

11

max max



Thông qua đồ thị biểu diễn sự phụthuộc Ccb/q vào Ccb sẽ xác định các hằng số

b và qmax trong phương trình (hình 1.2)

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

Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:

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

Hình 1.3 Mô hình cột hấp phụ

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

1.Vùng hấp phụ bão hoà 2.Vùng chuyển khối 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ Lối vào

Lối ra

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

Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ của chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.4

Hình 1.4 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ

trên cột hấp phụ theo thời gian

1.4 Giới thiệu về than

Một trong những chất có khả năng hấp phụ tốt và được sử dụng rộng rãi là than Than có thành phần hóa học chủ yếu là cacbon, có thể dùng than dạng hạt hoặc bột để làm chất hấp phụ Tính chất của than có liên quan chặt chẽ với nguồn nguyên liệu ban đầu cũng như quá trình hoạt hóa chúng Nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất than rất phong phú và đa dạng, các chất có nguồn gốc xenlulozo như: tre, nứa, gỗ, vỏ trấu, vỏ lạc, bã mía, mùn cưa , các nguyên liệu chứa cacbon như: than đá, than bùn

Phương pháp chế tạo than thường được tiến hành theo hai giai đoạn: than hóa và hoạt hóa than [9]

Than hóa thường được tiến hành ở nhiệt độ 400 ÷ 500°C Quá trình này, nhiệt

độ làm bay hơi và phân hủy các thành phần không phải cacbon Trong quá trình này cần khống chế nhiệt độ và oxy để sự cháy và phân hủy mạng cacbon là ít nhất

Hoạt hóa than: là quá trình chế hóa than ở nhiệt độ cao trong môi trường hơi nước hoặc khí CO2 Trong quá trình này, một phần cacbon sẽ bị khí hóa bớt để tạo ra

độ xốp cần thiết cho than Bề mặt riêng của than hoạt tính dao động trong khoảng 300-1000m2/g, còn đường kính lỗ nhỏ từ 30- 90A° Thường chọn nhiệt độ cho quá trình này là 750- 950°C [9]

t

C

C0

0

1.4.1 Những tính chất đặc trƣng của than

Cũng như các chất hấp phụ khác, than hoạt tính cũng có những tính chất đặc trưng thông dụng của một chất rắn như: cấu trúc tinh thể, khối lượng riêng Ngoài ra còn có những thông số liên quan đến khả năng hấp phụ là: độ xốp, diện tích bề mặt,

hệ mao quản và cấu trúc bề mặt [9]

 Độ xốp là tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp trên thể tích của vật xốp

 Thể tích lỗ xốp riêng là không gian rỗng tính cho một đơn vị khối lượng

 Bề mặt riêng là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng

 Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng của các mao quản Song có bốn loại mao quản được thừa nhận là: mao quản hình trụ, hình cầu, hình khe, hình chai

 Phân bố kích thước của mao quản hay phân bố lỗ xốp dựa trên những giả thuyết về hình dáng mao quản Chúng được xác định theo sự biến đổi của thể tích hay diện tích bề mặt của mao quản với kích thước mao quản

Trong quá trình hấp phụ, yếu tố quan trọng đầu tiên để đánh giá khả năng hấp phụ của than là diện tích bề mặt riêng Thường thì diện tích bề mặt càng lớn sẽ có khả năng hấp phụ càng cao, do có nhiều trung tâm hấp phụ trên bề mặt than Kích thước của mao quản và sự phân bố kích thước cũng là những yếu tố quan trọng để chọn các loại than phù hợp với mục đích sử dụng Theo quy định của IUPAC, có thể chia mao quản thành ba loại dựa vào kích thước [10]

 Mao quản lớn: đường kính mao quản trung bình d ≥ 50 nm

 Mao quản trung bình: đường kính mao quản trung bình 2 nm <d < 50 nm

 Mao quản nhỏ: đường kính mao quản trung bình d< 2 nm

1.4.2 Đặc tính hóa học bề mặt của than

Khả năng hấp phụ của than không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc xốp của than, mà còn phụ thuộc vào đặc tính hóa học bề mặt than Ngoài thành phần chính là cacbon, than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác (chiếm 5-10 % khối lượng than) Các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt than gọi là nhóm chức bề mặt Trong quá trình hoạt hóa, tác nhân hoạt hóa phá hủy một phần mạng cacbon tinh thể tạo nên độ xốp Các nguyên tử cacbon trên bề mặt chưa bị bão hòa hóa trị tạo ra các gốc tự do Các

gốc tự do là trung tâm tạo ra các nhóm chức bề mặt với mật độ tùy thuộc vào diện tích bề mặt than, điều kiện hoạt hóa, bản chất của tác nhân hoạt hóa, điều kiện bảo quản than

Các nhóm chức bề mặt than biểu hiện hai tính chất: axit hoặc bazơ Các nhóm chức thể hiện đặc tính nào là chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hoạt hóa, quá trình xử

lý than.Các nhóm chức bề mặt axit hay bazơ đều cùng tồn tại trên bề mặt một loại than, nhưng thường gặp nhóm axit nhiều hơn

Các nhóm chức bề mặt ảnh hưởng đến tính chất phân cực của bề mặt than Tính

kị nước của bề mặt than giảm do sự có mặt của các nhóm chức ưa nước và các hợp chất của kim loại Khả năng hấp phụ từ dung dịch của than đối với các chất có tính chất phân cực khác nhau phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt Phần lớn quá trình hấp phụ của các hợp chất kị nước thường giảm khi hàm lượng nhóm chức axit tăng Ngoài ra nhóm chức bề mặt cũng ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các phân

tử trong mao quản

Trong môi trường nước, do bề mặt của than tích điện nên hình thành lớp điện kép xung quanh bề mặt than Giá trị pH ở đó, mật độ điện tích các ion trên bề mặt ở trạng thái cân bằng(điểm điện tích bằng không)gọi là điểm đẳng điện Ở vùng pH dưới điểm đẳng điện, bề mặt tích điện dương; vùng pH cao hơn điểm đẳng điện, bề mặt tích điện âm Điểm đẳng điện của than xử lý nước nằm trong phạm vi rộng 2,2-10,6 Phần lớn các loại than có điểm đẳng điện nằm trong vùng axit (pH = 4-5) [6]

1.5 Hấp phụtrong môi trường nước

1.5.1 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất

bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất

bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion như SO24, PO34, CrO24… thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép Các ion hoặc các phân tử có độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nước, do đó bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn

Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH Tại giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt hấp phụ tích điện dương Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức

và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất[3]

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản,…

cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ

1.5.2 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước

Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, các phức chất hiđroxo, các cặp ion hay phức chất khác Dạng phức hiđrxo được tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân Sự thuỷ phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hưởng rất lớn bởi pH của dung dịch Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố các dạng thuỷ phân, làm cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thước ion kim loại có thể tạo phức,

sự hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hưởng đến cả dung lượng và cơ chế hấp phụ[3]

1.6 Phương pháp ph n tích xác định hàm lư ng kim loại nặng

Có nhiều phương pháp khác nhau được dùng để định lượng các kim loại Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp trắc quang để định lượng Crom, Niken

1.6.1 Định lư ng Cr(VI), Ni(II) b ng phương pháp trắc quang

1.6.1.1 Định lư ng Cr(VI)

Trong môi trường axit, Cr(VI) phản ứng với 1,5-điphenylcacbazit tạo thành một phức chất màu tím đỏ thích hợp cho việc định lượng Cr(VI) theo phương pháp trắc quang Phản ứng theo phương trình như sau:

2CrO 3H L8H[Cr(HL) ]Cr H L8H O

(Với H4L là 1,5-điphenylcacbazit) Hàm lượng Cr(VI) được xác định theo cường độ hấp thụ màu của phức chất ở bước sóng λ = 540nm với cuvet 1cm [5]

1.6.1.2 Định lư ng Ni(II)

Ion Ni(II) trong môi trường amoniac có mặt chất oxy hóa mạnh sẽ tạo thành với đimetylgyoxim một phức màu đỏ, cường độ màu tỉ lệ với nồng độ Niken Phương pháp này có thể áp dụng để xác định Niken trực tiếp ở nồng độ từ 0,2÷5,0mg/l Độ hấp thụ màu của phức được đo ở bước sóng λ = 545nm, cuvet 1cm [5]

1.7 Giới thiệu về c y sen

Cây sen (Nelumbonucifera Gaertn), thuộc họ sen (Nelumbonaceae), bộ sen (Nelumbonales), là thực vật sống lưu niên trong môi trường nước Có nguồn gốc ở Châu Á, xuất phát từ Ấn Độ (Makino, 1979) sau đó lan qua Trung Quốc và vùng Đông Bắc châu Úc Ở Việt Nam, người ta cho rằng cây sen mọc hoang dại chủ yếu ở vùng Đồng Tháp Mười, thuộc tỉnh Đồng Tháp và An Giang hiện nay Bên cạnh đó, sen cũng là cây trồng quen thuộc ở các tỉnh đồng bằng và trung du suốt từ Nam đến Bắc Cây được trồng ở các vùng ao hồ nước nông và trung bình Do ưa khí hậu nóng

và ẩm của vùng nhiệt đới, nên sen cũng được trồng nhiều ở hầu hết các nước khu vực Đông Nam Á và Nam Á như Campuchia, Thái Lan, Malaysia, Ấn Độ và một số tỉnh phía nam Trung Quốc

Trong y học, sen cho nhiều vị thuốc quý, bộ phận nào của cây sen cũng có thể được sử dụng làm thuốc chữa bệnh Quả sen (cả vỏ) dùng chữa lỵ Hạt sen có vị ngọt béo, tính mát, hơi chát có tác dụng bổ dưỡng cơ thể, an thần, được dùng trong nhiều đơn thuốc Đặc biệt hạt sen còn dùng chữa trị các chứng tiêu chảy kéo dài, suy dinh dưỡng Gương sen hay còn gọi là liên phòng có vị đắng chát, có tác dụng tiêu u, cầm máu, chữa táo bón, bang đới và bí tiểu tiện Hoa sen có vị đắng, tính ấm có tác dụng trị thấp, cầm máu và chống mụn nhọt Nhị sen có tác dụng ích thận, thanh thần, bổ huyết, sáp tinh và chống băng huyết Lá sen có vị đắng, tính mát có tác dụng cầm máu, chữa an thần, hạ huyết áp, băng huyết, bệnh tả Lá sen phối hợp với các lá thuốc khác như lá vông có tác dụng an thần, trợ tim, hạ huyết áp nhẹ Ngó sen có tính mát,

tác dụng chữa bạch đới, huyết áp Củ sen có nhiều chất dinh dưỡng như protein và vitamin C Củ sen nấu chín có thể tăng cường chức năng tim, dạ dày Củ sen phơi khô nghiền thành bột làm thuốc an thần, bổ dưỡng cơ thể [26]

Trong lĩnh vực thực phẩm: hương sen ướp chè xuất khẩu, ngó sen, củ sen dùng làm thực phẩm, là món ăn ngon, bổ dưỡng cơ thể, hạt sen thường nấu chè, làm mứt,

lá sen để gói Ngày nay, nhu cầu sử dụng ngó sen làm thực phẩm là rất lớn

Ở nước ta, sen được trồng nhiều ở vùng Đồng Bằng sông Cửu Long, cụ thể là ở Đồng Tháp, Tiền Giang, Vĩnh Long Đặc biệt, vùng Đồng Tháp Mười là nơi thuận lợi để trồng sen Đồng Tháp là vùng trồng sen có diện tích lớn nhất nước ta hiện nay

1.8 Một số kết quả trong và ngoài nước về nghiên cứu hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II)

Phụ phẩm và chất thải nông nghiệp được làm xốp và nhẹ do có tính chất sợi, là vật liệu lí tưởng để chế tạo chất hút bám cho hấp phụ kim loại Nhóm chức bề mặt cacboxyl và hyđroxyl có ái lực cao đối với các ion kim loại nặng Biến đổi hoá học của chất thải có thể phóng to bề mặt diện tích, vị trí hấp phụ, lỗ khí… do đó cải thiện được khả năng hấp phụ, có thể bù đắp chi phí thấp, hiệu quả và không ảnh hưởng đến môi trường Sự khử hấp phụ và có thể tái sinh đượcthực hiện để thu hồi kim loại có giá trị từ hấp phụ Nhóm hyđroxyl và nhómcacboxyl trong chất thải công nghiệp làm cho chúng có thể tham gia sự khử hấpphụ và tái sinh dễ dàng hoặc có mặt axit vô cơ đơn giản [24]

Việc nghiên cứu kỹ thuật chế tạo và sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để tách loại các kim loại nặng từ các nguồn nước bị ô nhiễm là hướng nghiên cứu mới được phát triển trong khoảng chục năm gần đây Các nghiên cứu này được triển khai theo cả hai hướng là nghiên cứu cơ bản và triển khai công nghệ

Sau đây là một số phụ phẩm nông nghiệp được chế tạo thành vật liệu hấp phụ được nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới có khả năng loại bỏ tốt các kim loại nặng từ nước bị ô nhiễm:

Bã mía được hoạt hoá bằng các tác nhân như: anhyđrit succinic, axit

xitric, fomanđehit để xử lý ô nhiễm kim loại nặng hay các hợp chất hữu cơ độchại đã được nghiên cứu thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu ở Brazil, Ấn Độ, khoa Kỹ thuật

- trường Đại học Putra Malaysia [20],[ 23],[ 24]

Mohan và Singh nghiên cứu tiềm năng của than hoạt tính được chế tạo từ bã mía để loại bỏ Cd2+

và Zn2+ từ dung dịch nước Ayyappan nghiên cứu sử dụng than được chế tạo từ bã mía để hấp phụ Pb2+ theo thí nghiệm hàng loạt, sự khử hấp phụ của Pb2+, từ than hấp phụ đã được tách rửa với HNO3 0,1M Than được lấy bằng cách rửa với dung dịch CaCl2 0,1M và tái sử dụng [24]

Nhóm nghiên cứu ở Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Ấn Độ đã khảo sát và chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía qua xử lý bằng axit xitric để tách loại Cr(VI) trong dung dịch nước Kết quả thu được cho thấy bã mía biến tính bằng axit xitric có thể hấp phụ gần như hoàn toàn Cr(VI) với hiệu suất hấp phụ là 98% ở pH=2, tốc độ lắc 50 vòng/phút, nồng độ đầu là 2000ppm [25]

Tác giả [15] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni2+ bằng than bã mía được chế tạo từ bã mía thông qua xử lý bằng axit sunfuric Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại pH=6, dung lượng hấp phụ cực đại của than bã mía đối với Ni2+

là 44,834mg/g

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

Cd2+, Ni2+, Cu2+ có trong nước thải công nghiệp Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với Cr6+, V5+, Ni2+, Hg2+ Xơ dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co3+, Cr3+,

Ni2+ từ dung dịch [18],[ 24]

Vỏ cọ vốn có hàm lượng cacbon cao dùng để sản xuất than hoạt tính chất lượng

cao Than vỏ cọ (kích thước hạt 100 - 150µm) được phủ khoảng 21% chitosan lên bề mặt có khả năng loại bỏ Cr đến 154 mg/g ở 25oC Than vỏ cọ có khả năng hấp phụ cao các ion Pb2+ (95,2 mg/g) tại pH = 5 [16],[ 24]

Tr u có tiềm năng để sử dụng làm chất hấp phụ chi phí thấp Roy đã chứng

minh vỏ trấu hấp phụ các kim loại nặng As, Cd, Cr, Pb ( trên 99%) và Sr (94%) Than

vỏ trấu loại bỏ 23,4 mg/g Cr(VI) trong dung dịch tại pH = 2 Daifullah sử dụng vỏ trấu loại bỏ các kim loại từ một hỗn hợp phức tạp chứa 6 kim loại nặng (Fe, Mn, Zn,

Cu, Cd và Pb) và hiệu quả đạt gần 100% Vỏ trấu biến tính được áp dụng cho sự hấp phụ Cr(VI) từ dung dịch [24]

Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi và Shiv Prasad đã đánh giá so sánh khả năng hấp phụ kim loại của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp với than

hoạt tính thương mại cho thấy: khả năng hấp phụ của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp tốt hơn của than thương mại Một số vật liệu như: than vỏ cọ, than vỏ cọ được phủ chitosan, than được chế tạo từ phần lõi thân dừa, than vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt hơn than thương mại Vì vậy, chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp có thể thay thế tốt cho than thương mại [24]

Nhóm tác giả [7] thông qua việc hoạt hóa xơ dừa và trấu bằng axit citric và nhiệt độ, đã khảo sát khả năng tách ion Ni2+ ra khỏi dung dịch của chúng Kết quả cho thấy, mặc dù xơ dừa và trấu không hoạt hóa vẫn có khả năng hấp phụ Ni2+(31,75mg/g của xơ dừa; 22,6mg/g của trấu đối với Ni2+ nồng độ 100ppm), nhưng việc hoạt hóa các nguyên liệu trên đã có hiệu quả rõ rệt làm tăng dung lượng hấp phụ cực đại lên khoảng 50%(31,75→54,11mg/g đối với xơ dừa; 22,60→39,21mg/g đối với trấu)

Vỏ lạc, một trong những phế phẩm nhiều nhất, rẻ nhất của ngành công nghiệp

thực phẩm, thông qua xử lý hóa học bằng natri hidroxit và axit xitric Tác giả [4] đã khảo sát khả năng hấp phụ Ni(II), Cr(VI) với các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ như thời gian, pH,…Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ là 100ppm, dung lượng hấp phụ cực đại đối với Ni(II) là 3,44mg/g; đối với Cr(VI) là 7,44mg/g của vật liệu hấp phụ chế tạo được

Vỏ lạc sau khi biến đổi hóa học thành than hoạt tính được đánh giá là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt không chỉ với các ion kim loại nặng mà còn hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ độc hại Theo báo cáo của nhóm tác giả[22] đã nghiên cứu sự hấp phụ

Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Zn2+ của than chế tạo từ vỏ lạc và được so sánh với ba loại than thương mai 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

Nhóm tác giả Việt Nam [14] đã khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+, Fe3+ và

Ni2+của than vỏ lạc chế tạo được từ vỏ lạc và hoạt hóa bằng axit sunfuric Qua thực nghiệm cho thấy, tại pH=5, dung lượng hấp phụ cực đại của than vỏ lạc đối với Ni2+

là 36,365mg/g So sánh khả năng hấp phụ của than vỏ lạc và than HG/T3491-1991: thấy rằng than vỏ lạc hấp phụ tốt hơn than HG/T3491-1991

Rơm với hàm lượng xenlulơ chiếm 35% trong tổng khối lượng khô, được đánh

giá tốt với khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng cao, kinh tế, dễ tìm El-Sayed và các cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ các ion Ni(II) và Cd(II) từ dung dịch nước bằng rơm rạ 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 và 144,19mg/g [17],[ 19]

Cuống lá chuốithông qua quá trình xử lý bằng axit xitric và nhiệt độ để tách

loại, thu hồi Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) cho kết quả tốt Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) của vật liệu hấp phụ đối với các ion Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) như sau:

Cu(II): qmax = 18,450 mg/g

Ni(II): qmax = 13,569 mg/g

Cr(VI) : qmax = 28,571 mg/g[13]

Thân cây sen là một đối tượng nghiên cứu mới mẻ đã được tác giả [21] đưa vào

nghiên cứu và chế tạo thành công cacbon hoạt tính từ thân cây sen hoạt hóa bằng axit

H3PO4 40% có diện tích bề mặt riêng là 1220 m2/g, dung lượng hấp phụ cực đại của

nó đối với quá trình hấp phụ Ni(II) là 31,45 mg/g

Với mục đích sử dụng TTS để hấp phụ ion kim loại nặng, trong đề tài này chúng tôi sử dụng phụ phẩm nông nghiệp là thân cây sen chế tạo thành than thân sen,

sử dụng axit photphoric và nhiệt độ để tạo than

1.9 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

1.9.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

- Mẫu vật liệu sau khi chế tạo được đem đi chụp ảnh SEM bằng kính hiển vi

điện tử quét phân giải cao HITACHI S-4800 tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Nguyên lý của phương pháp: SEM hoạt động trên nguyên tắc dùng một chùm

điện tử hẹp chiếu quét trên bề mặt mẫu, điện tử sẽ tương tác với bề mặt mẫu đo và

phát ra các bức xạ thứ cấp ( điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược ) và từ việc thu các bức xạ thứ cấp này, ta sẽ thu được hình ảnh vi cấu trúc tại bề mặt mẫu Có thể hiểu việc này một cách đơn giản là dùng đèn soi lên bề mặt một vật và nhìn ánh sáng phản

xạ để biết tấm hình thù ra sao Phương pháp này dùng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu

1.9.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)

Hiện nay phương pháp BET được ứng dụng rất phổ biến để xác định diện tích

bề mặt riêng của các chất hấp phụ rắn

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng sau:

0 0

) 1 ( 1 )

P C C V P P V

P

m m

Phương pháp BET nói chung có thể áp dụng để xác định bề mặt riêng của tất

cả chất rắn, miễn là áp suất tương đối P/Po nằm trong khoảng 0,05-0,3 và hằng số C >

1 Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt được đo tại Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-1700 Phamaspec (Shimadzu - Nhật Bản)

- Máy đo pH Precisa 900 (Thuỵ Sĩ)

- Cân điện tử Precisa XT 120A- Switland

- Máy lắc IKA Ks 260 basic (Anh)

- Máy khuấy từ

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc)

- Bình định mức, pipet, cốc thủy tinh,

2.1.2 Hóa chất

Nước cất, cồn tuyệt đối, NaOH, Ni(NO3)2.6H2O, K2Cr2O7, NH3 25%, H2O230%, H3PO4 85%, Br2 bão hòa, H2SO41 :1, 1,5 - điphenylcarbazide, đimetylglyoxim Tất cả các hóa chất nói trên đều có độ tinh khiết PA

* Cách pha thuốc thử:

- Thuốc thử 1,5- điphenylcacbazit: Cân 0,5gam thuốc thử 1,5-điphenylcacbazit pha trong 100ml cồn 98° rồi định mức trong 500ml nước Ta được dung dịch thuốc thử tạo phứ đối với ion Cr(VI).; Cân chính xác 1gam thuốc thử Đimetylglioxim rồi hòa tan với 100ml cồn 98°, ta được dung dịch thuốc thử tạo phức đối với ion Cr(VI)

- Thuốc thửĐimetylglioxim (C4H8N2O2) : Cân 1gam thuốc thử Đimetylglioxim rồi hòa tan với 100ml cồn 98°, ta được dung dịch thuốc thử tạo phức với ion Ni(II)

2.2 Chế tạo TTS từ th n c y sen

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu (NL) được sử dụng trong đề tài này là thân cây sen lấy ở xã Yên Bắc, huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam NL được rửa sạch bằng nước máy, sau đó cắt nhỏ thành những đoạn 1-2 cm, phơi khô sau đó rửa lại bằng nước cất và sấy khô ở 80°C Thân cây sen khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền, sau đó rây thu được NL

2.2.2 Quy trình chế tạo TTS từ th n c y sen

Trộn NL với dung dịch axit photphoric 40% theo tỉ lệ 1:2 (g thân sen/ g

H3PO4) trong 12 giờ Sau đó nung ở 450°C trong 1 giờ, với tốc độ nâng nhiệt là 15°C/ phút Để nguội sản phẩm tự nhiên đến nhiệt độ phòng 25°C (±1°C) Đem lọc rửa sản phẩm bằng nước cất cho đến khi hết axit dư Cuối cùng, sản phẩm này được sấy khô ở 80°C trong 5 giờ, đem đi nghiền nhỏ, rây đến kích thước 0,1÷0,5 mm, thu được TTS [21]

2.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt của TTS chế tạo đƣ c

- Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của NL và TTS được chụp ở Viện Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Diện tích bề mặt riêng (BET)

Diện tích bề mặt riêng của vật liệu được xác định theo phương pháp BET trên máy TriStar 3000-Micromeritics (USA) tại khoa Hóa học - Đại học Sư Phạm Hà Nội

2.4 Xác định điểm đ ng điện của TTS chế tạo đƣ c

Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pH tăng dần từ 1 đến 12 Lấy 11 bình nón cho vào mỗi bình 0,5g TTS Sau đó cho lần lượt vào các bình nón 100ml dung dịch có pH tăng dần đã chuẩn bị sẵn Để trong vòng 24h, rồi xác định lại pH của các dung dịch trên

2.5 Xác định chỉ số hấp phụ iot của TTS

Để đánh giá khả năng hấp phụ của than trong môi trường nước, người ta dựa vào chỉ số iot Chỉ số iot là hàm lượng iot đã hấp phụ trên 1 đơn vị trọng lượng khô của than hoạt tính Chỉ số hấp phụ iot của TTS được xác định bằng phương pháp chuẩn độ thể tích

Chuẩn bị 7 bình nón dung tích 250ml Cho vào mỗi bình 0,05 gam TTS, 50 ml dung dịch iot có nồng độ khác nhau, lắc đều trong 1 phút, sau đó lọc và chuẩn độ lượng iot còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0,01N với chất chỉ thị là hồ tinh bột

Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ: 25°C (± 0,5° C)

Lượng iot trong dung dịch được tính theo công thức:

2

(C V C V ).M Q

m



Trong đó:

- Q: chỉ số iot (mg/g)

- C1: nồng độ iot ban đầu của dung dịch (mol/l)

- V1: thể tích ban đầu của dung dịch (ml)

- C2: nồng độ của iot sau khi hấp phụ của dung dịch (mol/l)

- V2: thể tích dung dịch sau khi hấp phụ (ml)

- MI2 : khối lượng phân tử của I2 (g/ mol)

- m: khối lượng than dùng để hấp phụ I2 (gam)

Căn cứ sự chênh lệch giữa nồng độ ban đầu (Cbđ) và nồng độ cân bằng (Ccb) ta xác định được lượng iot bị hấp phụ trên TTS Dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt xác định chỉ số iot

2.6 Khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI), Ni(II)

2.6.1 Khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI)

- Cân chính xác 0,2829g kaliđicromat trên cân điện tử 4 số Precisa XT 120A

– Switland (Thụy Sỹ)

- Pha lượng kaliđicromat trên vào bình định mức 100ml ta được dung dịch

gốc có nồng độ là 1000mg/l

- Từ dung dịch trên pha thành dung dịch có nồng độ 5 mg/l, điểu chỉnh môi

trường của dung dịch đến pH= 1÷2

- Sau đó đo độ hấp thụ quang A trong vùng bước sóng khả kiến từ 350 đến

700nm với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm

2.6.2 Khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Ni(II)

- Cân chính xác 0,4954g niken nitrat trên cân điện tử 4 số Precisa XT 120A –

Switland (Thụy Sỹ)

- Pha lượng niken nitrat trên vào bình định mức 100ml ta được dung dich gốc

có nồng độ là 1000mg/l

- Từ dung dịch trên pha thành dung dịch có nồng độ 3mg/l, điểu chỉnh môi

trường của dung dịch đến pH = 4÷5

- Sau đó đo độ hấp thụ quang A trong vùng bước sóng khả kiến tư 400 đến

700nm với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm

2.7 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp trắc quang 2.7.1 X y dựng đường chuẩn xác định Cr(VI)

Từ dung dịch gốc của Cr(VI) có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ: 0,1; 0,2; 1,0; 2,0; 5,0 mg/l Cho thêm vào mỗi cốc đựng Cr(VI) 0,5ml dung dịch

H2SO4 1:1; 0,1ml H3PO4 85% và 2,0 ml dung dịch 1,5- điphenylcarbazide thu được dung dịch màu tím đỏ Định mức 10ml sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở bước sóng 540nm

Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của Cr(VI)

2.7.2 X y dựng đường chuẩn xác định Ni(II)

Từ dung dịch gốc của Ni(II) có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ: 0,2; 0,4; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,4 mg/l Cho thêm vào mỗi cốc đựng Ni(II) 2,0ml dung dịch NH3 25%, 5ml dung dịch brom bão hòa và 1,5ml đimetylglyoxim thu được phức màu đỏ Định mức 25ml sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở bước sóng 545nm

Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của Ni(II)

2.8 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) của TTS theo phương pháp hấp phụ tĩnh

2.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

Chuẩn bị các bình tam giác dung tích 100 ml Cho vào mỗi bình 0,05 g TTS vào mỗi bình và 25ml dung dịch Cr(VI); 0,1g vào mỗi bình và 25ml dung dịch Ni(II) có nồng độ đầu lần lượt là 46,87mg/l; 48,92mg/l Đem lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian từ 30 ÷ 240 phút, ở nhiệt độ phòng, pH tối ưu đối với từng ion và tốc độ lắc 200 vòng/phút Sau đó, xác định nồng độ còn lại của ion Cr(VI), Ni(II) trong dung dịch sau khi hấp phụ với các khoảng thời gian khảo sát khác nhau (Nồng độ dung dịch Cr(VI), Ni(II) trước và sau hấp phụ được xác định giống như khi xây dựng đường chuẩn)

2.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 ml Cho 0,05g TTS vào mỗi bình

và thêm vào 25ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ là 53,328 mg/l; 0,1g TTS vào mỗi bình với 25ml dung dịch Ni(II) có nồng độ là 48,80 mg/l đã được giữ ổn định bởi các dung

dịch H2SO4 và NaOH có pH từ 1 ÷ 7 đối với từng ion Cr(VI), Ni(II) Tiến hành lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 2.8.1 Xác định nồng độ còn lại của Cr(VI), Ni(II) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II)

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 ml Cho 0,05g TTS vào mỗi bình

và thêm vào 25 ml dung dịch Cr(VI); 0,1g TTS vào mỗi bình và 25 ml dung dịch Ni(II) có nồng độ thay đổi: Cr(VI) từ 29,12÷ 201,12 mg/l; Ni(II) từ 15,650÷118,786mg/l Các dung dịch được giữ ổn định ở pH = 1÷2 với Cr(VI); pH=4,86 ÷5,08 với Ni(II) Tiến hành lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 2.8.1 Xác định nồng độ còn lại của Cr(VI), Ni(II) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.4 Khảo sát ảnh hưởng của khối lư ng TTS

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100ml Cho vào các bình khối lượng TTS thay đổi: 0,02 ; 0,03 ; 0,04 ; 0,05 ; 0,06 ; 0,07 ; 0,08 ; 0,1g Tiến hành sự hấp phụ riêng biệt với 25ml dung dịch Cr(VI) (43,27mg/l) và pH = 1÷2 Cho vào các bình khối lượng TTS thay đổi : 0,02 ; 0,05 ; 0,07 ; 0,1 ; 0,15; 0,2g Tiến hành sự hấp riêng biệt với 25ml dung dịch Ni(II) (46,68mg/l) và pH = 4,9 ÷5,06.Tiến hành lắc với tốc

độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion

đã được xác định ở mục 2.8.1 Xác định nồng độ còn lại của Cr(VI), Ni(II)trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn từ đó tính được hiệu suất hấp phụ H (%)

2.8.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Chuẩn bị các bình eclen có dung tích 100ml Cho vào mỗi eclen 25ml dung dịch Cr(VI) 50,5790 (mg/l) và Ni(II) 55,6610 (mg/l) với điều kiện pH tối ưu như đã khảo sát

ở mục 2.7.2 Sử dụng máy khuấy từ gia nhiệt điều chỉnh nhiệt độ của mỗi bình tương ứng là 30°C, 40°C, 50°C (±1°C); tiếp đó cho vào mỗi eclen 0,05gam TTSứng với dung dịch Cr(VI) và 0,1gam TTS ứng với dung dịch Ni(II) Khuấy trong thời gian 45÷180 phút, tốc độ khuấy 200 vòng/phút Sau đó xác định lại nồng độ Cr(VI), Ni(II) trước và sau hấp phụ được xác định giống như khi xây dựng đường chuẩn

2.9 So sánh khả năng hấp phụ của than thị trường và TTS chế tạo đư c

Sau khi chế tạo được các TTS chúng tôi tiến hành khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của TTT và TTS chế tạo được này với các ion Cr(VI), Ni(II)

TTT sử dụng ở đây là than hoạt tính xuất xứ từ Trung Quốc, dạng bột mịn, được sản xuất từ gáo dừa, có kí hiệu HG/T 3491 – 1999

Cân chính xác 0,05g than thị trường và 0,05 g TTS cho vào 2 bình tam giác dung tích 100ml Cho vào mỗi bình tam giác đó 25ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ là 55,242mg/l Tương tự, cân 0,1g than thị trường và 0,1g TTS đối với dung dịch Ni(II)

có nồng độ là 48,635mg/l Đem lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian 30 phút đối với Cr(VI) và 180 phút đối với Ni(II) Các điều kiện tối ưu được xác định như ở mục2.8.2 và tốc độ lắc 200 vòng/phút Sau đó, xác định nồng độ còn lại của ion Cr(VI), Ni(II) trong dung dịch sau khi hấp phụ như làm khi xây dựng đường chuẩn,

có nồng độ ban đầu Co Dung dịch sau khi chảy qua cột được lấy liên tục theo những phân đoạn thể tích bằng nhau (50ml) để tiến hành xác định lại nồng độ của ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ

2.11.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng

Chuẩn bị cột hấp phụ như mục 2.10.1 Dung dịch mang đi hấp phụ được chỉnh đến pH tối ưu như đã khảo sát ở mục 2.8.2 Điều chỉnh tốc độ dòng với các giá trị: 3,0 ml/phút; 3,5 ml/phút; 4,0 ml/phút Dung dịch sau khi chảy qua cột được lấy liên tục từng phân đoạn thể tích bằng nhau (50ml) để tiến hành xác định nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ (Thí nghiệm riêng rẽ đối với mỗi tốc độ)

2.11.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp

Tiến hành giải hấp các cột đã hấp phụ có nồng độ ban đầu của ion kim loại đem hấp phụ lần lượt là: Cr(VI) 25,4608 (mg/l); Ni(II) 4,8695 (mg/l) ở tốc độ dòng 2,0 ml//phút bằng dung dịch HNO3 có nồng độ khác nhau Dung dịch sau khi chảy qua cột được lấy liên tục theo từng phân đoạn thể tích bằng nhau (10ml) để tiến hành xác định nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ (Thí nghiệm riêng rẽ đối với mỗi nồng độ)

2.12 Xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp tĩnh

Vảo 8h ngày 10/3/2017 mẫu nước thải chứa Cr(VI) lấy tại bể thải của Nhà máy khóa Việt Tiệp ở thị trấn Đông Anh, huyện Đông Anh, Hà Nội chưa qua xử lý Mẫu nước thải chứa Ni(II) lấy tại trạm xử lý nước thải của Công ty cổ phần chế tạo máy Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) ở phường Cẩm Thủy, Tp.Cẩm Phả, Quảng Ninh chưa qua xử lý

Nước thải được lấy và bảo quản theo đúng TCVN 4574-88

- Dụng cụ lấy mẫu: Chai polyetylen sạch

- Mẫu lấy xong được cố định bằng 5ml HNO3 đặc và đậy kín

Thực hiện sự hấp phụ ở nhiệt độ phòng (2510 C); thời gian lắc là 40 phút

đối với Cr(VI), 180 phút đối với Ni(II); điều chỉnh mẫu nước thải ở pH=1,00÷ 2,00 đối với Cr(VI), pH=4,00÷ 5,00 đối với Ni(II); khối lượng TTS là 0,05g đối với sự hấp phụ Cr(VI) và 0,1g đối với sự hấp phụ Ni(II) Lấy dung dịch sau hấp phụ lần một tiến hành thí nghiệm hấp phụ lần hai với TTS mới Xác định nồng độ Ccb1 và Ccb2 của các ion kim loại trong dung dịch sau hấp phụ