Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ từ một số phế thải và ứng dụng vào xử lý kim loại nặng và hóa chất hữu cơ độc hại có trong nguồn nước bị ô nhiễm

Mục ticu của đề tài : N ghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ từ m ột số phế thải vỏ tôm , than bùn, than tro bay thành vật liệucó khả năng hấp phụ kim loại nặn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN• • • •

£ ỉf: $ $ gỉ ỉH $ ỉ£

TÊN Đ Ể TÀI

XÂY DựNG QUY TRÌNH CỘNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ MỘT SÒ PHÉ THẢI VÀ ỨNG DỊỈNG VÀO x ử

M Á SỐ: GQTD 04 02

CIIỦ TRÌ ĐỂ TẢI

PGS.TS N G U Y Ễ N X UÂ N TR U N G

J Ạ I H O C Q U Ố C G IA HA NỘ ! ĨRUNG TẨM THÒNG TIN THƯ VIỆN

lỉà nội - 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN• • • •

TEN ĐE TÀI

XÂY DựNG QUY TRÌNH CỘNG NGHỆ CHÉ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ MỘT SỐ PHÉ THẢI VÀ ỨNG DỤNG VÀO x ử

BÁO CÁO TÓM TẮTKÉT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI TRỌNG ĐIẺM ĐHQG HÀ NỘI

M ã s ố : GQTĐ 04-02

Tên đề tài

Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ từ m ột số phế thải (vỏ tôm, than bùn, than tro bay) và ứng dung x ử lý kim loại nặng và hóa chất hữu cơ độc hại có trong nguồn nước bị ô nhiễm.

Đề tài được thực hiện theo quyết định số 96 /K H C N ngày 4 tháng 5 năm

2004 của G iám đốc Đ H Q G H à N ội

C ơ quan chủ quản: Đ H Q G H à N ộ i

C ơ quan chủ trì: Trường ĐHKHTN

Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Xuân Trung

Đơn vị công tác: Khoa hóa học

Cán bộ tham gia đề tài :

I I Mục ticu của đề tài :

N ghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ từ m ột

số phế thải (vỏ tôm , than bùn, than tro bay) thành vật liệucó khả năng hấp phụ kim loại nặng và hóa chất hữu cơ độc hại

III Nội dung nghiên cứu của đề tài :

1 Nghiên cứu xây dựng quy trình tách axit humic từ than bùn Tuyên Quang

2 N ghiên cứu xây dưng quy trình biến tính axit hum ic

3 N ghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ B A I từ axit hum ic biến tính và N a2Si0 3 và vật liệuB A 2 dựa trên phủ axít hum ic biến tính lên gạch xốp chịu nhiệt

4 N ghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ hỗn họp từ chitosan và than hoạt tính

5 Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ than tro bay

IV Kết quả thực hiện đề tài :

Kết quả khoa học :

1 Đã xây dựng thành công quy trình tách axít humic từ than bùn Tuyên Quang

2 Đã tìm điều kiện thích họp để biến tính axit hum ic

3 Đã thành công chế tạo vật liệu hấp phụ B A I và BA2

4 Đã xây dựng thành công quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ hỗn họp gồm chitosan và than hoạt tính

5 Đã thành công xây dựng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ than tro bay

6 Đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ như B A 1,B A 2, than tro bay sau khi xửlý bằng N A O H để xử ly kim loại nặng có trong nước thải của xí nghiệp mạ

7 Đã công bố 5 bài báo khoa học trên tạp chí chuyên ngành có uy tính

Sản phẩm công nghệ :

1 Đ ã chế tạo được 20 kg vật liệu hấp phụ từ than tro bay

2 Đ ã lắp đặt m ột hệ thiết bị xử lí ở quy m ô p h òng thí nghiệm

Sản phẩm đào tạo :

1 Đ ã có 5 sinh viên bảo vệ khóa luận tốt nghiệp theo hướ ng của đề tài

2 Đ ã có 5 học viên cao học bảo vệ thành công luận văn

3 M ột nghiên cứu sinh đang theo học

V Q uyết toán kinh phí

- T ổng kinh phí được cấp : 300 triệu đồng

- Q uyết toán:

(lOOOđ)

3 V ật tư hóa chât dụng cụ thí nghiệm 134,0

N gày 10 tháng 5 N ăm 2007 N gày 10 T háng 5 năm 2007

PGS T SÍN guyễn X uân T rung PGS.TSKH Lưu Vãn Bôi

T R Ư Ờ N G ĐẠI H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

SUMMARISED REPORT:

OF THE RESULTS OF KEY VNU SCIENCE-TECHNOLOGY PROJECT

Term o f project: Construction o f technology fo r production o f adsorbent from wastt materials fo r adsorption heavy metals and hazardous organic compounds in pollution water

T he project w as set up according to decision 96/K H C N o f the President o f V ietnarr

N ational U niversity ,H anoi ,on 04 April 2004

The M anaging Institution : V ietnam N ational U niversity ,Hanoi

The Im plem enting Institution : Hanoi U niversity o f Science

C oordinator o f Project A ss.Prof D r N guyen X uan T rung

O rganization : Faculty o f C hem istry

I Scientists involved:

1 Prof D r Sc N guyen D ue Hue

2 Ass Prof D r T ran C huong H uyen

3 Ass Prof Dr Pham Luan

4 A ss P rof.D r.N guyen Van Noi

5 Ass Prof Dr T ran M y L inh

6 Dr D o Q uang T rung

7 M iss N guyen Thi N guyet

8 Ms Pham H ong Q uan

9 M iss N guyen Thi Q uyen

II Objectives o f project:

D evelopm ent o f technological procedures for adsorption m aterial m anufacturing from several w astes (shrim p shell, peat, fly ash) to rem ove heavy m etals and toxic organic com pounds in polluted w ater

III M ain research activities o f project:

- D evelopm ent procedure to separation hum ic acid from T uyen Q uang p e a t

-Study on procedure for m odification o f hum ic acid

- D evelopm ent o f procedure for m anufacturing adsorption m aterial BA1 from

m odified hum ic acid and N a2S i0 3 and BA2 using porous bricks coated by

- The optim um condition for m odification o f hum ic acid w as investigated

- The adsorption m aterials BA1 and BA2 w ere successfully m anufactured

- The procedure for m anufacturing adsorption m aterial from chitosan and activated carbon w as discoed

- P rocedure for m anufacturing adsorption m aterial from fly ash w as discovered

- M anufactured adsorption m aterials were applied to rem ove heavy m etals

w astew ater

- 05 m anuscripts related to this to pick w ere published in scientific jo u rn als

V Educations:

- 05 students w ere graduated by the supports o f the project

- 05 m aster student w ere graduated by the support o f the project

VI Consolidation o f budget

Total budget granted : 300 m illion

Total budget granted : 300 m illion V N dongs

C onsolidation :

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIÉU 1

DANH MỤC CÁC HÌNH V Ẽ 4

MỞ Đ Ầ U 6

TỔNG QUAN CHUNG TÁCH KIM LOẠI NẶNG VÀ HOÁ CHẤT HỮU C ơ ĐỘC HẠI CÓ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 8

PHẦN 1 10

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AXÍT HUMIC Đ ư ợ c ĐIỂU CHẾ TỪ THAN BÙN LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG 10

1.1 Tổng quan than bùn - nguồn cung cấp axít h um ic 10

1.2 Kết quả nghiên cứu sử dụng axit humic và dẫn xuất của nó làm vật liệu hấp phụ kim loại n ặn g 13

1.2.1 Điều chếaxit humic từ than bùn Tuyên Quang 13

1.2.2 Điều ch ế dẫn xuất của axỉt humỉc với ClCH2COOH (ký hiệu BA) 14

1.2.3 Điêu chê vật liệu hấp phụ gồm axit humic biến tính với natri silicat (Na2S i0 3) (ký hiệu BAI ) 14

1.2.4 Điêu ch ế vật liệu hấp phụ bằng cách phủ axit humỉc biến tính lên bề mặt gạch xốp.(ký hiệu BA2) 14

1.3 Kết quả khảo sát các yếu tõ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion kim loại của AH biến tín h 15

1.3.1 Anh hưởng của p H 15

1.3.2 Anh hưởng thời gian thiết lập cân bằng hấp p h ụ 16

1.3.3 Anh hưởng nồng độ ion kim loại ban đ ầ u 17

ỉ 4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion kim loại của vật liệu BAI và B A 2 18

l 4.1 Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bâng hấp phụ 19

1.4 2 Anh hưởng nồng clộ ỉon kim ỉoại ban đ ầ u 21

1.4.3 Kháo sát khả năng tái sửclụng vật liệu hấp phụ BAI và BA2 23

1.4.4 ứ ng dụng các vật liệu hấp phụ vào thử nghiệm xử lý nước

thải chứa ion kim loại nặng 23

KẾT LUẬN 1 24

PHẢN I I 26

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT s ố ION KIM LOẠI NẶNG TRÊN CHITOSAN BIẾN TÍN H 26

2.1 Tổng quan chung về c h it o s a n 26

2.2 Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ từchitosan 28

2.3 Xác định một số tính chất vật lí của vật liệu hấp phụ C hitosan-than hoạt tín h 29

2.3.1 Khảo sát độ bền của vật liệu 29

2.3.2 Xác định hình dạng vật liệu 30

2.3.3 Xác định nhóm chức 31

2.4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Crôm (VI) và Cr(III) của vật l i ệ u 32

2.4.1 Anh hưởng của pH 32

2.4.2.Anh hưởng thời gian thiết lập cân bâng hấp p h ụ 34

2.4.3 Anh hưởng nồng độ ban đ ầ u 35

2.4.4 Anh hưởng của chất điện li 37

2.4.5 Ảnh hưởng sự có mặt đồng thời các ion kim loại 37

2.4.6 Nghiên cứu khá năng hấp phụ CrịVI) và Cr(III) theo phương pháp động 38

KẾT LUẬN II 38

PHẦN I I I 40

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN TRO BAY HÃP PHỤ KIM LOẠI NẶNG VÀ HOÁ CHẤT HỮU c ơ ĐỘC HẠI CÓ TRONG NGUổN NƯỚC BỊ Ô NHIỄM 40

3.1 Tổng quan chung về than tro b a y 40

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chuyên hóa than tro bay thành vật liệu hấp p h ụ 42

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU•

Bảng 1: Ảnh hường của pH đến sự hấp phụ ion kim loại của BA

Bảng 2 :Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bằnghấp phụ ion kim loại lên vậtliệu BA

Bảng 3: Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến kgả nănghấp phụ các ion kim loại của vật liệu BA

Bảng 4 : Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bàng hấp phụ ion kim loại của vật liệu BAI

Bảng 5 :Ảnh hường thời gian thiết lập cân bàng hấp phụ ion kim loại của vật liệu BA2

Bảng 6 : Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ cùa vật liệu BAI

Báng 7 : Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến khả năng hấp phụ của vật liệu BA2

Bảng 8 : Ket quả khả năng tái sử dụng vật liệu

Bảng 9 : Nồng độ ion kim loại trong mẫu nước thải

Bảng 10 : Nồng độ ion kim loại trong nước thái sau khi xử lý bằng vậ liệu BAI

và BA2

Bảng 11: Kết quả kháo sát độ bền của vật liệu chitosan-than hoạt tính

Bảng 12 : Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) ,Cr(III) của vật liệu chitosan -than hoạt tính

Bảng 13 : Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ

Bảng 14 : Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) ban đầu đến khả năng hấp phụ của vậtliệu

Bàng 15 :Ánh hưởng nồng độ Cr(III) ban đầu đến khả năng hấp phụ cùa vật liệu

Bảng 16 :Ảnh hưởng nồng độ chất điện ly NaCl đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 17 : Ảnh hưởng sự có mặt các ion kim loại đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 18 : Sự phụ thuộc lượng Cu2+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xừ lý bang NaOH nồng độ khác nhau

Bảng 19 : Sự phụ thuộc lượng Cd2+ bị hấp phụ bới than íro bay sau khi xư lý bằng NaOH nồng độ khác nhau

Bảng 20 : Sự phụ thuộc lượng Pb2+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xử bằng dung dịch NaOH 3M với tỉ lệ rắn lỏng khác nhau

Bảng 21 : Sự phụ thuộc lượng Zn2+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xừ lýbằng dung dịch NaOH 3M với tỷ lệ rắn lỏng khác nhau

Bảng 22 : Sự phụ thuộc lượng Ni2+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xử lýbảng dung dịch NaOH 3M với tỷ lệ rắn lỏng khác nhau

Bảng23 : Sự phụ thuộc lượng Cr3+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xử lýbằng dung dịch NaOH 3M với tỷ lệ rắn lỏng khac nhau

Bảng 24 : Sự phụ thuộc lượng Mn2+ bị hấp phụ bởi than tro bay sau khi xử lýbằng dung dịch NaOH 3M với tỷlệ rắn lỏng khác nhau

Bảng 25 : Sự phụ thuộc lượng Cu2+ bị hấp phụ bời than tro bay sau khi xử lýbàng dung dịch NaOH 3M với tỷ lệ rắn lỏng khác nhau

Bảng 26 : Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ các ion kim loại của than tro bayđược xử lý bằng dung dịch NaOH 3M với tỷ lệ rắn lỏng khác nhau

Bảng 27: Sự phụ thuộc lượng Pb2+ bị hấp phụ bởi than tro bay với thời gian

xử lý khác nhau bằng dung dịch NaOH 3M

Bảng 28 : Sự phụ thuộc lượng Cu2+ bị hấp phụ bởi than tro bay với thời gian

xử lý khac nhau bằng dung dịch NaOH 3M

Bảng 29 : Sự phụ thuộc lượng Cd2+ bị hấp phụ bởi than tro bay với thời gian

xử lý khác nhau bằng dung dịch NaOH 3M

Bảng 30 : Sự phụ thuộc lượng Zn2+ bị hấp phụ bởi than tro bay với thời gian xử

lý khác nhau bằng dung dịch NaOH 3M

Bảng 31 : Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ qmã vào thời gian xử lý

Bảng 32 : Ảnh Hưởng pH đến khả năng hấp phụ các ion kim loại của than trobay đã xử lý

Bảng 33 : Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân băng hấp phụ

Bảng 34 : Ảnh hưởng nồng độ ion Cu2+ và Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụcuả than tro bay

Bảng 35 : Ành hưởng nồng độ ion Zn2+và Cd2~ ban đầu đến khả năng hấp phụ của than tro bay

Bảng 36 : Độ phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào lượng than tro bay

Bảng 37 : Nồng độ ion kim loại trước và sau khi xử lý

Bàng 38 : Ảnh hưởng cùa pH đến khả năng hấp phụ chất màu của than tro bay Bảng 39 : Sự phụ thuộc lượng chất màu bị hấp phụ vào thời gian thiết lập cân bàne

Bảng 40 : Ảnh hưởng sự có mặt chất điện ly trong dung dịch đến khả năng hấp phụ chất màu của than tro bay

Bảng 41 : Ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt động bề mặt đến khả năng hấp phụ tím tinh thể của than tro bay

Bảng 42 : Ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt động bề mặt đến khả năng hấp phụ xanh metylen của than tro bay

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ•

Hình 1 : Sự hình thành các axit từ than bùn

Hnìh 2 : Sơ đồ hình thành hợp chất humic trong đất và than bùn

Hình 3 : Lý thuyết poliphenol về hình thành các hợp chất humic ( Steven

son1982)

Hình 4 : cấu tạo của axit humic

Hình 5: Phổ hồng ngoại của axit humic

Hình 6 : Ảnhhưởngcủa pH đến khả năng hấp phụ ion kimloại nặng của vật liệu

Hình 7 : Thời gian cân bằng hấp phụ

Hình 8 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu BA

Hình 9 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ đến khả năng hấp phụ ion kim loại của vật liệu BA 1

Hình 10 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ ion kim loại đến khả năng hấp phụ ion kim loại của vật liệu BA2

Hình 11 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệuBAl

Hnình 12 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến khảnăng hấp phụ của vật liệu BA2

Hình 13 : Sơ đồ tạo hạt gel chitosan -than hoạt tính

Hình 14 : Tóm tắt quy trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan -than hoạt tính Hình 15 : Ảnh SEM của mẫu chito san -than hoạt tính ở độ phóng đại 20000

Hình 16 : Ảnh SEM của mẫu chito san -than hoạt tính ở độ phóng đại

75.0001ần

Hình 17 : Phổ hồng ngoại của vật liệu chưa hấp phụ

Hình 18 : Phổ hồng ngoại của vật liệu chitosan -than hoạt tính sau khi hấp phụ Cr(III)

Hình 19 : Phổ hône ngoại của vật liệu chitosan -than hoạt tính sau khi hấp phụ Cr(VI)

Hình 20 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dung lượna hấp phụ cùa vật liệu vào pH

Hình 21 : Cơ chế hấp phụ Cr(VI) cùa vật liệu chitosan- than hoạt tính

Hình 22 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ của vạt liệu vào thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ

Hình23 : Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cr(III) và Cr(VI) trên chito san -than hoạt tính '

Hình 24 : Đường đẳng nhiệt hấp phụ dạng đường thẳng

Hình 25 : Ảnh hưởng nồng độ chất điện ly NaCL đến khả năng hấp phụ của vậtliệu

Hình 26 : HÌnh ảnh mẫu than tro bay sau khi xử lý bằng dung dịch NaOH 3M trong 12 giờ

Hình 27 : Phổ nhiễu xạ tia X than tro bay chưa xử lý

Hình 28 : Hình ảnh nhiễu xạ tia X than tro bay sau khi xử lý

Hình 29 : Dạng đường đẳngnhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cu2+

Hình 30 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cd2+

Hình 31 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Pb2"

Hình 32 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Zn2+

Hình 33 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Ni2+

Hình 34 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cr3+

Hình 35 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Mn2f

Hình 36 : Dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmui r đối Cu2+

Hình 37 : Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ các ion kim loại cùa vật

Hình 38 : Ảnh hưởng thời gian đến cân bằng hấp phụ đối vơi các ion Mn, Ni,

Hình 39 : Ảnh hưởng thời gian đến cân bằng hấp phụ đối với các ion Cd, Zn,

Cu, Pb

Hình 40 : Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ chất màu cua than tro bay

NHŨ NG TỪ VIÉT TẮT s ử DỤNG TRONG BÁO CÁO

BA : Dần xuất của axít hum íc ( thế m ột số nhóm O H trong phân tửaxít bằng nhóm - C H 2C O O H )

BA2: Vật liệu hấp phụ được chế tạo bàng cách phủ BA lên bề mặt

gạch xốp

M Ở ĐẦUHiện nay ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đặc biệt được quan của toàn

xã hội, liên quan trực tiếp đến đời sống của con người Cùng với sự phát triển của xã hội các hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng gia tăng dẫn đến môi trường của chúng ta đang đứng trước nguy cơ bị ô nhiễm

Dựa vào nguồn gốc gây ra ô nhiễm chúng ta có thể chia ô nhiễm môi trường thành hai nhóm:

Ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý như: tiếng ồn, nhiệt, các chất phóng xạ

Ồ nhiễm bởi các tác nhân hóa học như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc bảo vệ thực vật, các kim loại nặng

Đặc biệt nguy hiểm và ảnh hưởng trực tiếp lâu dài đến sức khỏe cộng đồng là hiện tượng ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ,nhận thấy hàm lượng các kim loại nặng, đặc biệt Asen và Mangan trong nước ngầm một số địa điểm đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép

Các nguồn gây ô nhiễm rất đa dạng, tuy nhiên đáng chú ý nhất vẫn là chất thải lỏng, nhất là nguồn nước thải công nghiệp, chiếm phần lớn và gây ra ô nhiễm nhiều nhất Ở nước ta hầu như các cơ sở mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ đang sử dụng các công nghệ sản xuất lạc hậu gây ô nhiễm môi trường Cả nước ta hiện có 4295 cơ sở sản xuất liên quan đến thải ra môi trường kim loại nặng độc hại Trong các cơ sở được khảo sát, hơn 80% lượng nước thải từ các nhà máy mạ kim loại không được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường Nhiều nhà máy, xí nghiệp sản xuất chưa quan tâm đầy đủ đến việc xử lí chất thải, nhất là chất thải chứa kim loại nặng và các chất hữu cơ độc hại Mới đây,

tại hội thảo: M ôi trường và những tồn tại trong hoạt động sản xuất làng nghề

Việt Nam do Viện khoa học và công nghệ môi trường, Trường Đại học bách

khoa Hà Nội và Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức, các chuyên gia đưa ra những con số đáng báo động về hiện trạng môi trường các làng nghề Hiện cả nước có 1438 làng nghề, trong đó có trên 300 làng nghề truyền thống phân bố trên cả ba miền đất nước thì 100% mẫu nước có các chỉ tiêu vượt quá tiêu chuẩn cho phép Nước mặt ,nước ngầm đều có dấu hiệu ô nhiễm Ví dụ nước thải của làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, dệt nhuộm chứa hàm lượng BOD5 rất cao, có khi lên tới 2003 mg/1, như làng nghề bún thôn Đoài (Bắc Ninh) Nước thải cùa các xí nghiệp mạ thường bị ô nhiễm bơi kim loại nặng như Cr ,

Cr2Ơ72', Mn2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, As3+, Cd2+ Các kim loại khi đã xâm nhập vào cơ thể, chúng không dễ dàng bị phân hủy mà có xu hướng tích tụ lại trong sinh vật sống dưới nước thông qua chuỗi thức ăn Điều này gây ảnh hường tới động vật sống trên cạn và con người, những hậu quả mà chúng gây ra kéo dài nhiều thế hệ.

Ngay từ những năm 70 của thế kỷ trước, khi mà nhũng vấn đề môi trường trở nên cấp bách và trở thành mối quan tâm chung không chi từng quốc gia từng gia đình

mà của toàn cầu thì xu hướng nghiên cứu, tìm kiếm công nghệ thích hợp để xử lý môi trường diễn ra một cách mạnh mẽ và đến nay vẫn là một hướng nghiên cứu rất sôi động

Đã có rất nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng khác nhau : kết tủa luôn được xem là phương pháp truyền thống, có giá thành thấp, đom giản, dễ triển khai quy mô lón Tuy nhiên nhược điểm cơ bản tồn đọng một khối lượng chất thải, cần xử

lý tiếp theo Các phương pháp như trao đổi ion, thấm thấu ngược, lọc màng có giá thành cao không phù hợp với điều kiện triển khai quy mô lớn, nhất là đối với các cơ

sở sản xuất vừa và nhỏ Vì vậy một trong những phương pháp được quan tâm nhiều hiện nay là phương pháp hấp phụ sử dụng các vật liệu rẻ tiền từ phế thải hoặc có nguồn gốc thiên nhiên sẵn có ở nước ta như: Than hoạt tính được sản xuất tò gáo dừa, từ tre nứa, mạt cưa, bã mía, vỏ trấu, than tro bay, than bùn

Đề tài nghiên cứu của chúng tôi nghiên cứu xây dụng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ một số phế thải như than bùn, than tro bay, vỏ tôm cua nhằm góp phần tìm kiếm chất hấp phụ rẻ tiền có hiệu quả sớm đưa vào ứng dụng trong thực tế

TỔNG QUAN CHUNG TÁCH KIM LOẠI NẶNG VÀ HOÁ CHẤT HỮU

C ơ ĐỘC HẠI CÓ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC.

Ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường nước không còn là vấn đề riêng một quốc gia, mà nó đe doạ toàn cầu Nguồn nước tự nhiên thường bị ô nhiễm bởi kim loại nặng và các hoá chất hữu cơ Đa số những chất này xâm nhập vào môi trường nước do rửa trôi, vật thải, nước thải của các quá trình hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt của con người

Trong số các chất gây ô nhiễm môi trường nước, các kim loại nặng có một tác động đáng kể Đặc biệt nguồn nước thải của các ngành cống nghiệp như mạ điện, luyện kim, năng lượng, khai mỏ, thuộc da Hiện nay các ngành công nghiệp ở nước ta hoạt động với quy mô khác nhau từ nhỏ đến lớn kèm theo thải

ra môi trường khối lượng rất lớn nước thải nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Trước thực tế đó vấn đề đặt ra là phải xử lí nguồn nước thải trước khi thải

ra môi trường là công việc cấp thiết

Đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để tách loại các kim loại nặng khỏi nguồn nước thải

Phương pháp có tính chất truyền thống [1,2] được sử dụng để tách loại kim loại nặng là kết tủa Nhiều tài liệu đã khẳng định cho đến nay phương pháp kết tủa vẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xử lí nước thải ở quy mô công nghiệp Đây là phương pháp có công nghệ đơn giản, giá thành thấp dễ dàng khống chế pH một cách tự động Tuy nhiên một nhược điểm lớn thường dẫn đến tích tụ một khối lượng lớn chất thải có hàm lượng kim loại nặng cao cần xử lí tiếp theo

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng, có khả năng loại bỏ triệt để các ion kim loại nặng, dễ dàng tái sử dụng

Tuy nhiên phương pháp này có những hạn chế nhất định như:

- Không thích hợp với dung dịch có hàm lượng chất rắn hoà tan cao

- Các chất dầu mỡ, các dung mối có trong nước thải có khả năng làm hỏng nhựa

- Khả năng trao đổi của nhựa phụ thuộc rất lớn vào pH

- Giá thành cũng tương đối cao

Trong các năm gần đây việc tìm kiếm loại chất hấp phụ có sẵn trong tự nhiên hay điều chế từ phế thải để hấp phụ các kim loại nặng đã gây được chú ý của nhiều nhà khoa học Các vật liệu như vỏ cây, mùn cưa, lignin, than tro bay,

chitin, chitosan, than bùn, khoáng sét đã được nghiên cứu sử dụng để tách loại các kim loại nặng [3, 4,5 ,6,7,8 ].

Phần này sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo

PHẦN I

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AXÍT HUMIC Đ ư ợ c ĐIỀU CHẾ TỪ THAN

BÙN LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG.

1.1 Tổng quan than bùn - nguồn cung cấp axít humic.

Than bùn là sản phẩm phân huỷ của thực vật cách đây hàng nghìn nãm [9] Sự biến đổi qua hàng ngàn nãm kèm theo tác động bởi các vi khuẩn, thảm thực vật sẽ bị phân huỷ tạo nên than bùn ngày nay Màu sắc của than bùn thay đổi phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, tuổi của than và các điều kiện hình thành Do sự phân huỷ không hoàn toàn, than bùn là chất xốp nhẹ, màu nâu hoặc đen Thành phần các hợp chất hữu cơ trong than bùn hoàn toàn phụ thuộc vào thực vật tạo ra than, mức độ phân huỷ và môi trường trong đó than bùn được hình thành Có thể chia than bùn thành các loại chính sau [9

Hình 1: Sự hình thành các axit từ than bùn

Quy trình tạo mùn chủ yếu theo con đường ngưng tụ - đường amin [3]

Hình 2: Sơ đỏ hình thành hợp chất humic trong đất vờ than bùn

Như vậy, quan điểm chung là AH được hình thành trong quá trình chuyển hoá sinh học liên tục từ xác động vật (chủ yếu thực vật) thối rữa Với các điều

kiện chuyển hoá khác nhau, các nguồn thực vật khác nhau sẽ hình thành nên các AH có cấu trúc, khối lượng phân tử và thành phần hoá học khác nhau [10].Cấu tạo của axit humic đến nay vẫn chưa xác định rõ ràng, song theo nhiều nhà khoa học thì chúng là hợp chất cao phân tử phức tạp được cấu tạo nên Người ta vẫn chưa đưa ra kết luận đầy đủ về sự hình thành axit humic Theo Stevenson [11] axit humic có thể được hình thành như sau:

Hình 3: Lý thuyết poỉiphenol về sự hình thành các hợp chất humic (stevenson -1982)

Trong thực tế chắc chắn sự hình thành axit humic (AH) và axit Fulvic (AF) xảy ra theo cả 4 con đường Bốn cơ chế này có thể xảy ra đồng thời trong đất, nhưng không giống nhau về phạm vi Con đường Lignin có lẽ chiếm ưu thế trong đất và trầm tích ẩm, trái lại sự tổng hợp từ poliphenol sẽ quan trọng trong một số loại đất rừng Sự thay đổi đột ngột và thường xuyên của nhiệt độ, độ ẩm

và bức xạ trong đất bề mặt lục địa khắc nghiệt có thể làm cho quy trình tạo mùn chủ yếu theo con đường ngưng tụ đường - amin

Phân tử AH được cấu tạo từ những đơn vị mạch vòng với các nhóm chức được liên kết với nhau bằng cầu nối (-0-, =N-; -NH-; -CH2-) chính những liên kết đó tạo nên một mạng lưới không gian phức tạp của axit humic [11.13]

Hình 4 : Cấu tạo của axit humic

Theo Ghabbou[13], axít humic là một polime hữu cơ phức tạp không có cấu trúc phân tử cố định, trọng lượng phân tử của nó có thể thay đổi từ 400 -

100000 đơn vị cacbon, tuỳ thuộc vào nguồn gốc và điều kiện hình thành

[10,11]

Khi phân tích cấu trúc bằng tia rơnghen người ta đã chứng minh được AH

có cấu trúc mạng Theo Flang và Becteus thì phân tử AH có dạng hình cầu, đường kính từ 30 - 88A", phần lớn các AH trong than bùn ở dạng gel Không tan trong nước, axit, dễ tan trong dung dịch kiềm, dung dịch NH3, tan hạn chế trong một số dung dịch đệm AH là chất kết tinh màu đen, sáng óng ánh có mùi thơm đặc biệt, dễ bị peti hoá Trong phân tử có chứa các nhóm - COOH, - OH các nhóm này quyết định tính chất của AH, làm cho AH có tính chất axit yếu.Nhiều nghiên cứu đã khẳng định nguyên tử hiđro của các nhóm chức - COOH , -OH có thể được thay thế bởi ion kim loại với sự tạo thành các muối hoặc các phức tương ứng [14,15,16] Nhiều công trinh nghiên cứu khẳng định

sự tạo phức của axit humic với các ion kim loại Khi nghiên cứu tạo phức của

AH với các ion kim loại, các tác giả cho rằng môi trường thuận lợi để nghiên cứu là amoniac Trong môi trường này AH tồn tại dạng muối amoni humat tan.Bàng các phương pháp nghiên cứu khác nhau người ta đều khẳng định sự tương tác giữa AH với các ion kim loại có thê theo nhiéu liên kết khác nhau nhưng chủ yếu vẩn là sự thay thế nguyên tử hiđro của nhóm - COOH và OH

AH thường được sử dụng như tác nhân tạo phức để tách loại các ion kim loại độc hại có trong nước Vì vậy, nghiên cứu sử dụng axit humic, các dẫn xuất của các axit humic làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng là một hướng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

1.2 Kết quả nghiên cứu sử dụng axit humic và dẫn xuất của nó làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng.

1.2.1 Điều chê axit humic từ than bùn Tuyên Quang

Cách tiến hành : Cân 2kg than bùn Tuyên Quang cho vào chậu nhựa có chứa 15 lít dung dịch H2S04 0,1N, khuấy kĩ trong 30 phút, để lắng sau một giờ, lại khuấy, lặp lại 3 lần, sau đó để lắng 24 giờ, lọc gạn, rửa kĩ bã 2 -3 lần bằng nước cho đến khi hết ion S 042' , chuyển toàn bộ bã vào chậu nhựa, thêm 151ít NaOH 0,1N, khuấy kĩ 30 phút, để lắng qua đêm, lọc lấy phần dung dịch, phần

bã tiếp tục hoà tan lại bằng NaOH 0,1N, gộp hai phần nước lọc, để lắng từ 5 -

10 ngày, sau đó lọc gạn bỏ phần cặn ở đáy, chuyển dung dịch vào chậu nhựa, thêm từ từ dung dịch H2S04 0,1N để kết tủa axit humic (pH kết tủa 4 - 5), lọc gạn, lọc qua vải, rửa vài lần cho hết axit,rửa 2 - 3 lần bằng nước, chuyển kết tủa vào chậu lại đem hoà tan bằng 15 lít NaOH 0,1N khuấy kĩ 30 - 60 phút cho tan hết AH Dung dịch lại được để lắng 3 -5 ngày Lọc gạn lấy phần dung dịch ở trên, dùng H2S 04 0,1N kết tủa lại AH Quá trình được lặp lại một hai lần nữa để thu được axit humic có độ sạch > 95% Cuối cùng rửa sạch sấy khô - ghi phổ hồng ngoại

Hình 5 : Phổ hồng ngoại của A ll

1.2.2 Điểu c h ế dẫn xuất của axit humic với CICH ị COOH (ký hiệu BA)

Cách tiến hành: Cân 20g AH đã được điều chế ở trên, hoà tan trong 100mldung dịch NaOH 5M, khuấy kĩ để AH tan hết, sau đó thêm 14g ClCH2COOH, đun nóng dung dịch ở nhiệt độ 90 - 100°c khuấy đều dung dịch

trong thời gian phản ứng Sau đó làm nguội rồi axit hoá bằng H2S 04 đến pH =

2 -3, thu được sản phẩm kết tủa, để lắng, lọc lấy phần kết tủa rửa sạch,sấy khô thu được dẫn xuất của axit humic

1.2.3 Điều chê vật liệu hấp phụ gồm axit humic biến tính với natri silicat (Na2SiOj) (ký hiệu B A I).

Cách tiến hành: Cân 24 g AH biến tính hoà tan trong 60ml dung dịch NaOH 4M, khuấy kĩ để AH biến tính tan hết, cho tiếp 160ml dung dịch NajSiO, 43% khuấy kĩ hỗn hợp, sau đó cho từ từ 400ml HC1 4M vào hỗn hợp trên, đổng thời liên tục khuấy đều hỗn hợp, để yên 24 giờ thu được dạng gel Pha vỡ gel, rửa sạch sấy khô ở 70°c Khối gel được nghiền nhỏ rây qua rây cỡ l,7mm, kí hiệu loại vật liệu này BAI

1.2.4 Điều chê vật liệu hấp phụ bằng cách phủ axit humic biến tính lên bề mặt gạch xốp.ịkỷ hiệu BA2)

Gạch xốp đưực đập vỡ và rây qua rây l,7mm sau đó lấy phần lọt qua rây lại rây qua rây 1,18mm để loại bỏ phần nhỏ hơn l,18mm Những hạt gạch xốp

có kích thước nằm trong giới hạn 1,18 - l,7mm đem rửa sạch, sau đó ngâm trong dung dịch HC1 2M, rồi bằng NaOH 2M, tiếp đến rửa sạch bằng nước Cân 50g gạch xốp đem sấy ở nhiệt độ 120°c,sau đó cho nhanh vào cốc chứa BA ở dạng gel,khuấy đều cho BA bám vào các hạt gạch xốp Sau đó đem sấy khô thu được gạch xốp phủ axit humic biến tính Ký hiệu vật liệu loại này là BA2

Chúng tôi ghi phổ hồng ngoại axit humic nhận thấy,các dao động vùng

3200 - 3700 cm' 1 đặc trưng dao động hoá trị của nhóm O H , nhóm NH, NH2, các dao động ở vùng 2891 và 2819 cm 1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết c - H (các nhóm CH-Ị, CH2, CH),các dao động ở vùng 1700 - 1727 cm ' đặc trưng cho nhóm COOH,các dao động ở vùng 1600 cm 1 đặc trưng cho liên kết c

= c liên hợp, các dao động ở vùng 1250 cm' 1 đặc trưng cho dao động biến dạng nhóm -OH, các vạch vùng 1010cm 1 đặc trưng cho dao động hoá trị c = o Thành phần nhóm chức - COOH và OH đựơc xác định bằng phương pháp trao đổi Kết quả cho thấy trong lg AH có 3,04 mmol - COOH và 7,56 mmolOH

Chúng tôi cũng đã ghi phổ hồng ngoại của AH biến tính nhận thấy các vạch ở khoảng 1700 - 1729 cm"1 đặc trưng cho dao động nhóm chức - COOH tăng lên ,cường độ ở vùng gần 1250 cm' 1 đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm -OH giảm so với phổ hồng ngoại của AH, có thể nhận thấy một phần nhóm -O H của AH đã được thay thế bằng nhóm o - CH2COOH Chính nhờ sự thay thế này đã làm tăng dung lượng hấp phụ của axit humic biến tính so với AH.

1.3 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion kim loại của AH biến tính.

Lượngcònlại(mg)

%hấpphụ

Lượngcònlại(mg)

%hấpphụ

Lượngcònlại(mg)

%hấpphụ

Lượngcònlại(mg)

%hấpphụ

Từ kết quà chi ra trên bảng 1 và hình 6 cho thấy kha năng hấp phụ các ion kim loại Cu2*, Nì2*, Zn2*, Cr3*, Pb2* tăng khi pH tăng Điều nậy đuợc giải thích như sau: cùng giống như AH trên phân tử BA có các nhóm cacboxyl, hydroxyl meto xi, cacbonyl, arũn, trong đó đặc tning nhấ là nhóm cacboxyl và hydroxyl Chính các nhóm chúc nậy đã làm cho AH và BA có tính a xít yếu, nhung tính a xh của BA mạnh hơn AH, vì trong BA một phần nhóm OH được thay thế nhóm chức a xít (-O-CH2COOH) Liên kầ giũa ion kim loại với bề mặt vật liệu BA chù yếu do phán úng trao đổi giữa ionkim loại vói ion H " của nhóm - c o OH.

1.3.2 Anh hưởng thài gian thiết lập cân bằng hấp phụ

Các kết quả khảo sát thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ được chỉ ra ở bảng 2.Bảng 2: Ảnh hưởng thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ ion kim loại của BA.Thời

gian

(phút)

Cu2+ (mg) Ni2+(mg) Zn2+(mg) Cr3+(mg) Pb2+(mg)m

còn

lại

mhấpphụ

mcònlại

mhấpphụ

mcònlại

mhấpphụ

mcònlại

mhấpphụ

mcònlại

mhấpphụ

p h ú t.

1.3.3 Ả nh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu

Cách tiến hành: Cân 0 ,lg axit humic biến tính cho vào bình nón, thêm 40,0ml dung dịch ion kim loại có nồng độ thay đổi để khối lượng ion kim loại trong bình nón thay đổi 0,4mg, 0,6mg, lm g, 2mg, 3mg, 4mg, 5mg, 6mg và 8mg, đem lắc trong 2 giờ, sau đó xác định nồng độ ion kim loại còn lại bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử, kết quả chỉ ra bảng sau:

Bảng 3 : Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến dung lượng hấp phụ

Từ đồ thị hình 7 cho thấy thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ sau 70

cònlại

Lượng

bị hấp phụ

cònlại

Lượng

bị hấp phụ

cònlại

Lượng

bị hấp phụ

cònlại

Lượng

bị hấp phụ

0,6 0,01 0,59 0,03 0,57 0,02 0,58 0,02 0,59 0,01 0,591,0 0,03 0,98 0,04 0,96 0,03 0,97 0,03 0,96 0,03 0,972,0 0,05 1,95 0,11 1,89 0,06 1,94 0,06 1,72 0,17 1,833,0 0,21 2,79 0,47 2,53 0,47 2,53 0,47 2,24 0,33 2,674,0 0,69 3,31 1,32 2,68 0,83 3,17 0,83 2,39 0,58 3,425,0 1,16 3,84 2,29 2,71 1,79 3,21 2,57 2,43 1,32 3,686,0 2,08 3,92 3,23 2,77 2,75 3,25 2,56 2,44 2,20 3,808,0 4,04 3,96 5,22 2,78 4,73 3,27 2,56 2,44 4,17 3,83Khôi lượng vật liệu hâp phụ 0 ,lg, t lê tích c ung dịch 40,0ml , p -[ =5vàpH=6 (Ni2+, Zn2+, Cr3+ )

17 Đ A ' H O C Q U Ố C G IA HA N Ó

Hình 8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến

khả năng hấp phụ của BA.

Các kết quả chỉ rõ khi nồng độ ion kim loại tăng thì dung lượng hấp phụ của BA tăng, và đạt giá trị không đổi Trên cơ sở đó chúng tôi sơ bộ tính dung lượng hấp phụ cực đại của BA

Đối với Cu2+: q max : 39,6 mg/g ~ 0,62 m m ol/g

N i2+: qmax : 27,8m g/g~ 0,47 mmol /g

Z n2+: qmax : 32,7 mg/g ~ 0,50 mmol /g

Cr 3+ qm„ : 24,4 mg/g ~ 0,46 mmol /gPb2+: qm»x : 38,3 mg/g ~ 0,18 m m o l/g Trong các ion kim loại khảo sát bán kính ion bé nhất Cr3+(0,57A(I), bán kính ion lớn nhất Pb2+(1,26A°), còn đối với các ion Ni2+ (0,72Ao), Zn2+(0,83A°) Cu2+(0,96Al)) chênh lệch nhau không nhiều, vì vậy thứ tự hấp phụ sắp xếp theo dãy Cr1+ > Cu2+ > Zn2+ « Ni2+ > Pb2+ Dung lượng hấp phụ của BA so với AHtăng khoảng 1,7 - 1,8 lần, nhưng cả BA và AH đều khó ứng dụng vào thực tế vìhình dạng của chúng không thích hợp ở quy mô lớn Để khắc phục nhược điểm này chúng tôi nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ dạng hạt dựa trên phản ứng

BA với dung dịch Na2SiOs hay phủ BA lên bề mặt gạch xốp

1.4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các

ion kim loại củ a v ậ t liệu B A I và BA2

Vật liệu BAI được điều chế đã trình bày ở mục 1.2.3, BA làhỗn hợp gồm BA với N a2SiO,

Vật liệu BA2 chứa 5% BA phủ lên bề mặt hạt gạch xốp

Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 4 và bảng 5

Bảng 4: Ảnh hưởng của thời gian thiết lập cân bằng đến sự hấp phụ ion kim loại

LượngZn2+(mg)

LượngCr’+(mg)

LượngPb2+(mg)còn

lại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

Ghi chú: Lượng ion kim loại ban đầu 40mg

Khối lượng vật liệu hấp phụ 2,5g, thể tích dung dịch 80ml

Hình 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời giơn đến khả năng hấp phụ

của ion kim loại của vật liệu BAI

Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian thiết lập cản bằng hấp phụ ion kim loại của BA2

Thời

gian

(phút)

Lượng Cu2+ (mg)

LượngNi2+(mg)

LượngZn2+(mg)

LượngCr1+(mg)

LượngPb2+(mg)còn

lại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

Ghi chú: Lượng ion kim loại ban đầu 8,0mg

Khối lượng vật liệu BA2 là 2,0g, thể tích dung dịch 40,0ml

Hình 10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ

ion kim loại nặng của vật liệu BA2

Qua các kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian thiết lập cân bằng hấp phụ đối với cả hai loại vật liệu khoảng 40 phút Vật liệu BAI là hỗn hợp dạng composit của BA với dung dịch N a2SiO} có cấu trúc xốp tương tự silicagen Lượng BA được phân bố đến toàn mạng lưới của NajSiO, các ion kim loại được hấp phụ dễ dàng và nhanh chóng hơn loại vật liệu BA2

Bảng 7: Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ

của vật liệu BA2Lượng

LượngNi2+(mg)

LượngZn2+(mg)

LượngCr3+(mg)

LượngPb2+(mg)

còn

lại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

0,6 0,01 0,59 0,03 0,56 0,02 0,57 0,04 0,54 0,04 0,531,0 0,04 0,97 0,08 0,91 0,04 0,92 0,08 0,93 0,05 0,532,0 0,25 1,74 0,23 1,76 0,20 1,80 0,28 1,70 0,17 0,943,0 0,52 2,47 0,60 2,38 0,47 2,53 0,91 2,01 0,39 1,874,0 0,88 3,12 1,39 2,60 1,02 2,90 1,78 2,20 0,70 2,675,0 1,42 3,57 2,31 2,70 1,92 3,01 2,73 2,21 1,51 3,276,0 2,15 3,70 3,30 2,71 2,87 3,13 3,71 2,27 2,65 3,548,0 4,20 3,80 5,30 2,76 4,86 3,20 5,68 2,29 4,37 2,56

Ghi chú: Khối lượng vật liệu hấp phụ 2g và thể tích dun g dịch là 40,0ml.

Ồ-L ư ợ n g ion k im loại ban đầu ( m g )

Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự phụ íhuộc nông độ ion kim loại ban đầu dến

khả năng hấp phụ của vật liệu BA2

Các kết quả khảo sát cho thấy, khi nồng độ ion kim loại tăng thì lượng ion kim loại bị hấp phụ tảng, tiến dần đến giá trị cực đại.

Để nâng cao giá trị sử dụng các vật liệu BAI và BA2 chúng tôi đã nghiên cứu khả năng tái sử dụng các vật liệu này kết quả được chỉ ra bảng 8

Bảng 8 : Khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ

1.4.3 Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ BAI và BA2

Theo các kết quả khả năng hấp phụ lần 2 (cả hai loại vật liệu) giảm, nhưng sau lần 2 và lần 3 mức độ giảm khống nhiều Như vậy khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng của hai vật liệu là khá tốt, có khả năng tái sử dụng giảm giá thành xử lý và thu hồi ion kim loại, tuy nhiên để triển khai vào thực tế ở quy mô lớn cần tiếp tục nghiên cứu hoàn chỉnh

1.4.4 ứ n g dụng các vật liệu hấp p h ụ vào th ủ nghiệm x ử lý nước th ả i chứa ion kim loại nặng.

Mẫu nước thu từ nước thải của cơ sở mạ ở Viện nhiệt đới Viện khoa học và công nghệ Việt Nam Nồng độ các ion kim loại trong nước thải được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử Kết quả chỉ ra ỏ bảng 9

Bảng 9: Nồng độ ion kim loại trong mẫu nước thải''ItìQkim loại

1.4 2 Ả n h hưởng nồng độ ion kim loại ban đầu

Các kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu BAI và BA2 được trình bày trẽn bảng 6 và bảng 7, hình 6 và hình 7

Bảng 6: Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến sự hấp phụ của vật liệu BA 1.Lượng

LượngZn2+(mg)

LượngCru (mg)

LượngPb2+(mg)

còn

lại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

cònlại

Hấpphụ

2,5 0,01 2,49 0,03 2,47 0,01 2,49 0,05 2,41 0,01 2,485,0 0,04 4,93 0,07 4,92 0,06 4,95 0,13 4,70 0,04 4,92

10,0 0,30 9,67 0,84 9,16 0,69 9,30 1,20 8,79 0,18 9,8115,0 0,84 14,20 1,70 13,24 1,67 13,30 2,86 12,12 0,64 13,2120,0 1,64 18,32 5,49 14,50 3,43 16,52 6,80 13,18 2,00 18,0025,0 3,68 21,32 10,71 14,90 7,39 17,60 11,75 13,50 5,38 19,6030,0 7,88 22,10 14,93 15,07 12,40 17,90 16,30 13,60 9,83 21,1035,0 12,60 22,35 19,92 15,00 17,03 17,90 21,33 13,60 14,70 20,2040,0 17,60 22,40 24,90 15,00 22,00 17,90 26,33 13,60 19,70 20,20

L ư ợ n g io n k i m lo ạ i b a n đ ẩ u ( m g )

Hình ỉ ỉ : Đổ thị biển diễn ành hưởng của nồng dộ ion kim loại ban dầu

cỉến khá năng hấp phu của vật liệu BAI

Bảng 10: Hàm lượng ion kim loại có trong nước thải sau khi xử lý bằng vật liệu

hấp phụ BAI và BA2

lon kim loại Cu2+ Ni2+ Zn2+ Cr2+ Cu2+ Ni2+ Zn2+ Cr2+

KẾT LUẬN I1- Đã nghiên cứu điều kiện tách axit humic từ than bùn Tuyên Quang

2- Đã nghiên cứu điểu kiện biến tính AH dưới dạng dẫn xuất phenoxi axit của AH bằng phản ứng giữa AH với ClCH2COOH Xác định được hàm lượng các nhóm chức COOH và OH của AH biến tính

3- Đã xác định được các điều kiện tối ưu về thời gian thiết lập cân bằng và giá trị pH đối với quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng của AH biến tính Xác định dung lượng hấp phụ của AH biến tính đối với các ion kim loại Cu2+,

Ni2+, Crĩ+ và Pb2+.

4- Đã điều chế vật liệu hấp phụ BAI trên cơ sở AH biến tính với Na2SiO,

và vật liệu hấp phụ BA2 trên cơ sở phủ AH biến tính lên bể mặt gạch xốp cách nhiệt

5- Đã thử nghiệm sử dụng vật liệu BA 1 và BA2 vào xử lí các mầu nước thải chứa ion kim loại nặng, chứng tỏ có khả năng sử dụng các vật liệu này vào

xử lí nước thải chứa ion kim loại nặng Tuy nhiên chúng tôi nhận thấy đây mới chỉ kết quả bước đầu, cần tiếp tục nghiên cứu hoàn chỉnh mới có khả năng triển khai quy mô lớn hơn

Hàm lượng ion kim loại, hàm lượng các nhóm chức trong mạng chitin, chitosan cũng quyết định đến thành phần cấu trúc phức kim loại - polime Thí

dụ cấu trúc phức Cu(II) với chitosan

Đối với các ion kim loẹi chuyển tiếp kháPỉfetì¥íi(I]), Cu(II), Cd(II), Pb(II) cùng tạo phức với các nhóm chức trong mạng polime tương tự như phức Cu(II) với chitosan [21,22,23]

Nhược điểm lớn nhất khi sử dụng chitosan ỉàm chất hấp phụ là tính dể tan trong dung dịch axit loãng( trừ axit H2S04) Vì vậy để có thể sử dụng vào thực

tế người ta đã đề nghị phương pháp khâu mạch thông qua phản ứng chitosan với glutaraldehit Những hạt chitosan sau khi khâu mạch có diện tích bề mặt cao gấp 10 lần chitosan dạng mảnh[22]

Theo Morteir và Claudro.A [23] khi dùng glutaraldehit để tạo liên kết ngang bằng phản ứng Bazơ shiff giữa nhóm chức anđehit với nhóm amino trên phân tử chitosan như sau

Chitosan và dẫn xuất của chitosan đã được ứng dụng hấp phụ kim loại nặng có trong nước thải [24,25,26,27,28,29]

2.2 Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ từ chitosan.

Cách tiến hành: Hoà tan 20g chitosan trong 600ml CH3COOH 5%, thêm vào đó 4g than hoạt tính đã được nghiền nhỏ (tỉ lệ 5/1) khuấy đều dung dịch trong 24 giờ Lọc lấy phần dung dịch, dùng bơm nhu động bơm trực tiếp vào dung dịch NaOH 2,5M

Hình 13: Sơ đồ quá trình tạo hạt gel Chitosan - than hoạt tính

Kết quả thu được gel chitosan than hoạt tính có kích thước 2,2 - 2,6mm, đem rửa bằng nước cất đến phản ứng trung tính, tiếp tục cho phản ứng glutaraldehit tạo liên kết ngang theo tỉ lệ 15ml glutaradehit 50% /lg gel, khuấy đều hỗn hợp 3 - 4 lần, sau đó để yên 24 giờ Sản phẩm cuối cùng được rửa bằng nước để loại bỏ hoàn toàn phần glutaraldehit chưa phản ứng, sấy khô ở 80"c trong 12 giờ

Quy trình điều chê chitosan vật liệu gel chitosan - than hoạt tính

Hình 14: Tóm tắt quy trình điều chế vật liệu Chitosan - than hoạt tính

2.3 Xác định một sỗ tính chất vật lí của vật liệu hấp phụ Chitosan-than hoạt tính.

2.3.1 Khảo sát độ bền của vật liệu

Lấy các bình nón đánh số thứ tự, cho vào mỗi bình lg vật liệu hỗn hợp chitosan-than hoạt tính và 1 bình nón chỉ có chitosan, sau đó thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch HC1 có nồng độ khác nhau từ IM đến 5M, lắc trong 6 giờ ở tốc

độ 100 vòng/phút, sau đó đem đo độ đục trên máy 2100P - TURBIDI METER, kết quả chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 11: Kết quả khảo sát độ bền của gel chitosan-than hoạt tính

6

:

Từ kết quả chỉ ra ở bảng trên cho chúng ta thấy vật liệu hấp phụ chê tạo được khá bền trong môi trường axit Quá trình khâu mạch chitosan bằng ghutaraldehit đã làm tăng độ bền của vật liệu Với vật liệu chỉ có chitosan chưa khâu mạch khi cho vào dung dịch axit chúng rất dễ tan Do vậy việc sử dụng trực tiếp chitosan để hấp phụ kim loại nặng không thuận lợi Chính vì vậy việc chế tạo thành công vật liệu hấp phụ chitosan-than hoạt tính thuận lcri cho việc triển khai ứng dụng vào thực tế.

2.3.2 Xác định hình dạng vật liệu

Mẫu được đưa vào máy JFM - 5410 LV của hãng YEOL- Nhật Bản thuộc trung tâm khoa học Vật liệu khoa vật lí trường ĐHKHTN - Các hình chụp được phóng đại ở mức độ khác nhau

Hình 15: Ảnh SEM của mẫu chitosan than hoạt tính ở độ phóng đại 20000 lần.

Hình 16: Ả)ĩh SEM của mầu chitosan than hoạt tính ởcỉộ phóng đại 75000 lần.

Qua hình ánh chỉ ra ở trên cho thấy hình dạng bcn ngoài của vật liệu được thè hiện rõ nét Than hoạt tính được phủ tròn đều, tạo ra các mao quản, tâng độ