Luận văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS.TS. Lê Hữu Thiềng – Người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và đi đến hoàn thiện đề tài này. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tập thể giáo viên khoa Hoá học - trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo và các bạn bè thân hữu đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện đề tài này. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Trần Thị Vân Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1:TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về đối tượng xử lý: ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+. 3 1.1.1.Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. 3 1.1.2.Tác động sinh hóa của ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ đối với con người và môi trường. 3 1.1.2.1. Chì. 4 1.1.2.2. Đồng. 4 1.1.2.3. Niken. 5 1.1.3. 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. 6 1.2.1. Phương pháp kết tủa. 6 1.2.2. Phương pháp trao đổi ion. 7 1.2.3. Phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4.1. Sự hấp phụ, cân bằng hấp phụ. 7 1.2.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 1.2.5. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.2.5.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước. 13 1.2.5.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.3. Quá trình hấp phụ động trên cột. 14 1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng. 15 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.4.2. Cơ sở của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.5. Phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.6. Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng chì bằng phép đo phổ 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hấp thụ nguyên tử ngọn lửa đèn khí (F - AAS). 1.7. Giới thiệu về VLHP: Bã mía. 17 1.8. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP. 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM. 20 2.1. Dụng cụ và hoá chất. 20 2.1.1. Dụng cụ. 20 2.1.2. Hoá chất. 20 2.2. Chế tạo VLHP từ bã mía. 21 2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được. 21 2+ 2+ 2+ 2.4. Xây dựng đường chuẩn xác định Cu , Ni , Pb theo phương 21 pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 2.4.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ chì. 22 2.4.2. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 22 2.4.3. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ của VLHP theo 24 phương pháp hấp phụ tĩnh. 2.5.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 24 2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến khả năng 25 hấp phụ của VLHP. 2.6. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ bằng 25 VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ động trên cột. 2.6.1. Chuẩn bị cột hấp phụ. 25 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng. 25 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit clohiđric đến khả năng giải 26 hấp, thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ của VLHP. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.6.3.1. Dùng dung dịch rửa giải là EDTA. 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HNO3. 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HCl. 26 2.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP. 26 2.8. Sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải chứa ion Pb2+. 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP. 28 3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 29 3.3. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 30 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 32 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến 34 khả năng hấp phụ của VLHP. 3.5.1. Đối với Cu2+: 35 3.5.2. Đối với Ni2+: 36 3.5.3. Đối với Pb2+: 37 3.6. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+, 38 Pb2+ trên cột hấp phụ. 3.6.1. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Cu2+: 38 3.6.2. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Ni2+: 41 2+ 3.6.3. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Pb . 43 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp. 44 3.7.1. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp của các dung dịch rửa giải ở 44 các nồng độ khác nhau. 3.7.1.1. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là EDTA. 44 3.7.1.2. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HNO3. 47 3.7.1.3. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HCl. 50 3.8. Kết quả của sự tái sử dụng vật liệu hấp phụ với vật liệu hấp phụ đã 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hấp phụ ion Pb2+. 3.9. Kết quả của việc sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải 55 chứa Pb2+. KẾT LUẬN 57 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công 5 nghiệp và nước cấp sinh hoạt. Bảng 2: Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 Bảng 3: Điều kiện để xác định chì, đồng, niken. 17 Bảng 4: Số liệu xây dựng đường chuẩn chì. 22 Bảng 5: Số liệu xây dựng đường chuẩn đồng. 22 Bảng 6: Số liệu xây dựng đường chuẩn niken. 23 Bảng 7: Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với 29 Cu2+, Ni2+, Pb2+. Bảng 8: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời 30 gian xử lý. Bảng 9: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. 32 Bảng 10: Ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến dung 34 lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. Bảng 11: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của Cu2+, 38 Ni2+, Pb2+. Bảng 12: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của 39 VLHP đối với Cu2+. Bảng 13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của 41 VLHP đối với Ni2+. Bảng 14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của VLHP 43 đối với Pb2+. Bảng 15: Kết quả giải hấp Cu2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 45 Bảng 16: Kết quả giải hấp Ni2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 46 2+ Bảng 17: Kết quả giải hấp Cu bằng axit HNO3 với nồng độ khác nhau. 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2+ Bảng 18: Kết quả giải hấp Ni bằng axit HNO3 với nồng độ khác 48 nhau. Bảng 19: Kết quả giải hấp Cu2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 50 Bảng 20: Kết quả giải hấp Ni2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 51 Bảng 21: Kết quả giải hấp Pb2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 52 Bảng 22: So sánh khả năng hấp phụ của VLHP mới và VLHP tái sinh. 54 Bảng 23: Kết quả tách loại Pb2+ khỏi nước thải. 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình cột hấp phụ 14 Hình 2 : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại 15 điểm cuối của cột theo thời gian. Hình 3: Đường chuẩn xác định hàm lượng chì. 22 Hình 4: Đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 23 Hình 5: Đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 Hình 6: Phổ IR của nguyên liệu 28 Hình 7: Phổ IR của VLHP 28 Hình 8: Ảnh SEM của nguyên liệu 29 Hình 9: Ảnh SEM của VLHP 29 Hình 10: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian xử lý. 31 Hình 11: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ VLHP vào pH của dung 33 dịch Cu2+, Ni2+, Pb2+. Hình 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Cu2+. 35 Hình 13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Cu2+. 36 Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Ni2+. 36 Hình 15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Ni2+. 37 Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Pb2+. 37 Hình 17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Pb2+. 38 Hình 18: Nồng độ Cu2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 40 vị thể tích khác nhau. Hình 19: Nồng độ Ni2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 42 vị thể tích khác nhau. Hình 20: Nồng độ Pb2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 43 vị thể tích khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên