Luận văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệm xử lý môi trường

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận. Mặc dù lượng nước chiếm hơn 79% bề măt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt và sản xuất rất ít, chỉ chiếm khoảng 3%, một trong nguyên nhân là do trong nước mặt và nước ngầm có các ion kim loại nặng dưới dạng muối tan hay phức do hòa tan các lớp khoáng trên đường nước chảy qua hoặc ô nhiễm bởi các nguồn nước thải công nghiệp. Khi hàm lượng của chúng vượt khỏi phạm vi cho phép, sẽ gây mùi khó chịu, nước có màu và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Có rất nhiều cách khác nhau để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như trao đổi ion, thẩm thẩu ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ... Trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm. Chính vì vậy đây là vấn đề đang và được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu [8], [7], [19], [24], [27], [28], [29], [31]. Hiện nay phương pháp tổng hợp vật liệu oxit kích thước nanomet đang được phát triển mạnh trên thế giới [24], [27], [29], [31]. MnO2 là một oxit phổ biến, rẻ và không độc. Vật liệu MnO2 có nhiều ứng dụng trong thực tế như: làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, làm điện cực trong pin và ăcquy, làm xúc tác oxi hóa trong xử lý môi trường (xử lý các kim loại năng trong môi trường lỏng, hấp thụ khí thải công nghiệp, xúc tác oxi hóa phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi...). Tuy nhiên, hạn chế của vật liệu này là ở chỗ kích thước nanomet nên việc tách chúng ra khỏi nước trong quá trình xử lý gặp nhiều khó khăn. Bởi vậy, việc tìm kiếm một chất mang phân tán các oxit này để loại bỏ các ion kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ là mục đích của nhiều công trình nghiên cứu. Trong số các chất mang thì cát có rất nhiều ưu điểm như bền, đa dạng về kích thước, rẻ tiền và dễ kiếm.

82 trang | Chia sẻ: Việt Cường | Ngày: 15/04/2025 | Lượt xem: 9 | Lượt tải: 0

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệm xử lý môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM PHẠM THỊ HÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO MnO2 BỌC CÁT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG   LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN - NĂM 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM PHẠM TH Ị HÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO MnO2 BỌC CÁT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH Mã số: 60. 44. 29   LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa họ c: TS. ĐỖ TRÀ HƢƠNG THÁI NGUYÊN - NĂM 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Đỗ Trà Hương, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này; 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, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Hà giang, Ban giám hiệu, tập thể giáo viên trường phổ thông Dân tộc nội trú tỉnh Hà giang đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu luận văn này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song 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 6 năm 2012 Tác giả Phạm Thị Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệ m 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 06 năm 2012 Tác giả luận văn Phạm Thị Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên i MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục ................................................................................................................. i Danh mục các bảng ........................................................................................... iv Danh mục các hình ............................................................................................ vi MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 3 1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ................................ 3 1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................. 3 1.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặ ng đố i vớ i con ngườ i và môi trườ ng ....... 3 1.1.3. Quy chuẩ n Việ t Nam về nướ c thả i công nghi ệp ........................................... 4 1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước ..................................................... 5 1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng .... 5 1.2.1. Phương pháp trao đổi ion ............................................................................. 5 1.2.3. Phương pháp hấp phụ .................................................................................... 6 1.3. Giớ i thiệ u về phương phá p hấ p phụ .................................................................... 6 1.3.1. Các khái niệm ................................................................................................ 6 1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ .................................................. 8 1.3.3. Hấp phụ trong môi trường nước .................................................................. 13 1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng ............................. 14 1.4.1. Phương pháp trắc quang ............................................................................... 14 1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang .............................. 16 1.4.3. Định lượng Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang .............. 17 1.5. Vật liệu hấp phụ oxit nano MnO2 ...................................................................... 17 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 19 2.1. Thiết bị và hó a chấ t ........................................................................................... 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ii 2.1.1. Thiết bị ......................................................................................................... 19 2.1.2. Hoá chất ....................................................................................................... 19 2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ oxit MnO2 bọc cát (VLHP) ........................................ 19 2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được ........................................... 20 2.4. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được ........................................... 20 2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II), Fe(III), Cr(VI) theo phương pháp trắc quang ................................................................................................................. 20 2.5.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ sắt .................................................... 21 2.5.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) ...................................................... 21 2.5.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) ..................................................... 22 2.6. Khảo sát các số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP ..................................................................................................... 23 2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ............................................................... 23 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ......................................................................... 23 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Fe(III) ......... 24 2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP ................................................ 24 2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của cation .................................................................... 24 2.6.6. Khảo sát ảnh hưởng của chất điện ly ........................................................... 25 2.6.8. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II), Fe(III) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột ...................................................................... 25 2.7. Xử lý thử mẫu nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ...................................... 27 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 28 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP ..................................... 28 3.2. Điểm đẳng điện của VLHP ............................................................................... 29 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP ..................................................................................................... 31 3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian ......................................................... 31 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................ 33 3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) .. 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iii 3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP .................................... 36 3.3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến sự hấp phụ Fe (III), Ni(II) ...... 37 3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ........................................................................................... 40 3.5. Động học hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP........................................ 43 3.6. Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ động ...................................................................................... 46 3.6.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng ............................................... 46 3.6.2. Kết quả giải hấp thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ........................................... 50 3.6.3. Tái sử dụng vật liệu ..................................................................................... 52 3.6.4. Kết quả xử lí mẫu nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI)............................ 56 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc 1 BET Brunauer-Emmet-Teller 2 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường 3 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 4 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 5 TEM Transmission Electron Microscopy 6 SEM Scanning Electron Microscopy 7 VLHP Vật liệu hấp phụ 8 XRD X Ray Diffraction Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên v DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại trong nước thải công nghiệp ... 4 Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hạn chế chúng ............................................................................................. 12 Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn Fe(III) ...................................................... 21 Bảng 2.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn Ni(II) ......................................................... 22 Bảng 2.3: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) ....................................................... 23 Bảng 3.1: Kết quả xác định điểm đẳng điện của của VLHP ....................................... 30 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian ............ 31 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP ............................... 33 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP ...................................................... 35 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) .............................................................................................. 36 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của Na+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) ..................................... 37 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của Ca2+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) .................................... 38 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của NaHCO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP ...................... 39 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của NH4NO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP ...................... 39 Bảng 3.10: Dung lượng cực đại và hằng số Langmuir ............................................... 42 Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) ............................................................ 43 Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Ni(II) .............................................................. 44 Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ của Fe(III) ............................................................ 45 Bảng 3.14: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III) ... 46 Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III) .. 46 Bảng 3.16: Nồng độ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc độ dòng khác nhau ......................................................................... 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vi Bảng 3.17: Kết quả giải hấp các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng axit H2SO4 có nồng độ khác nhau ...................................................................................... 50 Bảng 3.18: Khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI). của VLHP mới và VLHP tái sinh ............................................................................................ 53 Bảng 3.19: Hiệu suất hấp phụ ion Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần 1 và VLHP tái sinh lần 2 .............................................. 55 Bảng 3.20: Kết quả tách loại Fe(III), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải .......................... 56 Bảng 3.21: Nồng độ nước thải chứa Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ....................................................................................................... 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên