hoangtv1989
New Member
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV)
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU . 4
Chương 1: TỔNG QUAN . 5
1.1. Ô nhiễm Asen và phương pháp xử lý . 5
1.1.1 Dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên . 5
1.1.2 Độc tính của Asen . 8
1.1.3 Tình trạng ô nhiễm Asen . 10
1.1.4 Một số công nghệ xử lý ô nhiễm asen . 17
1.2 Ô nhiễm photphat và các phương pháp xử lý . 20
1.2.1 Ô nhiễm photphat . 20
1.2.2 Xử lý ô nhiễm photphat . 21
1.3 Sử dụng Than hoạt tính và Zirconi trong hấp phụ xử lý Asen và photphat 24
1.3.1 Than hoạt tính . 24
1.3.2 Cố định Zr trên chất mang để loại bỏ As và Photphat . 27
Chương 2: THỰC NGHIỆM . 35
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn . 35
2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu . 35
2.1.2 Nội dung nghiên cứu . 35
2.2 Hóa chất, công cụ . 35
2.2.1 công cụ . 35
2.2.2 Hóa chất và vật liệu . 36
2.3 Các phương pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm . 38
2.3.1 Phương pháp xác định PO43-. 38
2.3.2 Xác định As bằng phương pháp thủy ngân bromua . 39
2.3.3 Xác định Zr bằng phương pháp so màu với arsenazo (III) . 41
2.4 Cố định Zirconi trên than hoạt tính và nhựa XAD-7 . 43
2.4.1 Cố định Zr (IV) trên nhựa XAD-7 . 43
2.4.2 Chế tạo vật liệu than hoạt tính cố định Zr(IV) . 44
2.5 Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ . 44
2.5.1 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ cực đại. 44
2.5.2 Xác định giá trị pH trung hòa điện của vật liệu . 45
2.5.3 Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffactionXRD) . 46
2.5.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). 48
2.5.5 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) . 50
Chương 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 51
3.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ . 51
3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit trong quá trình chế tạo vật liệu
than hoạt tính cố định Zr (IV) . 51
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong quá trình chế tạo vật liệu than
hoạt tính cố định Zr (IV) . 53
3.1.3 Khảo sát đánh giá đặc tính của một số loại vật liệu . 54
3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ asen và phophat các vật liệu . 61
3.2.1 Khảo sát tải trọng hấp phụ photphat của các vật liệu . 61
3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ As của các vật liệu . 68
3.2.3 Đánh giá khả năng hấp phụ photphat và asen của các vật liệu . 76
3.3 Nghiên cứu khả năng ứng dụng xử lý asen của vật liệu . 79
3.3.1 Nghiên cứu khả năng giải hấp tái sử dụng của vật liệu . 79
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các anion đến khả năng hấp phụ As của vật liệu . 80
3.3.3 Khảo sát hấp phụ động của vật liệu với As . 83
3.3.4 Kết quả xử lý mẫu thực tế . 84
KẾT LUẬN . 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 87
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
tốt hơn hẳn dạng Fe0.Hình 1.13 Khảo sát hấp phụ As (V) của các vật liệu
31
Đối với As (III) khả năng hấp phụ của các vật liệu AM3, GIH, Zr-AC đều
giảm so với As (V). Điều đáng ngạc nhiên là khả năng hấp phụ As (III) rất nhanh
của than hoạt tính so với các vật liệu khác. Giả thuyết được đưa ra là do trong môi
trường pH trung tính các phân tử As (III) không mang điện tích tạo liên kết mạnh
với nguyên tử cacbon trên bề mặt than hoạt tính, do đó than hoạt tính có khả năng
hấp phụ tốt As (III).
Cố định Zr làm vật liệu hấp phụ không chỉ được thực hiện trên các polyme
vòng càng, mà còn được thực hiện trên bã thải của một số sản phẩm nông
nghiệm. Ví dụ như bã thải của quả cam - OW(orange waste) một dạng chất thải
nông nghiệp, đã được Biplob K. Biswas [12] [13] xử lý với Ca(OH)2, tạo thành
dạng xà phòng hóa SOW (The saponified orangewaste), diện tích bề mặt SOW
vào khoảng 7,25 m2/g và đường kính lỗ xốp ~ 14,3nm . Sau đó được tác giả cố
định Zr trên SOW (Zr-SOW) và khảo sát khả năng hấp phụ As (III), As (V) và P
của vật liệu. Các kết quả nghiên cứu cho thấy: pH hấp phụ tối ưu của As (III) từ
9-10, As (V) từ 2-6 và P từ 3-4. Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu theo mô
hình langmuir đối với As (III), As (V) và P lần lượt là: 88 mg/g, 130 mg/g và 57
mg/g. Trong OW có khoảng 10% là pectin, hợp chất cao phân tử loại polisacarit,
được cấu tạo chủ yếu từ các gốc axit galacturonic, ngoài ra cũng có chứa các gốc
galactozơ, arabinozơ, khi được cố định Zr và hấp phụ As, tác giả giả thuyết cơ
chế hấp phụ theo mô hình trao đổi phối tử [12]. Quá trình trao đổi phối tử giữa
các phân tử, ion asen với các ion OH- hay phân tử H2O phối trí với ion Zr được
miêu tả trong hình 1.14.
32
Hình 1.14 Cơ chế hấp phụ As trên Zr-SOW theo mô hình trao đổi phối tử
Chun Hu cùng các cộng sự, đã nghiên cứu chế tạo dạng mesoporous ZrO2
và khảo sát khả năng hấp phụ photphat [14]. Kết quả cho thấy, vật liệu hấp phụ
tốt photphat, tải trọng hấp phụ theo mô hình langmuir là 29,71 mg P/g. Thời gian
cân bằng hấp phụ là 5 giờ. Khả năng hấp phụ tăng khi giảm pH và ngược lại.
Nghiên cứu ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ PO4
3-
của ZrO2 nhận
thấy, khả năng hấp phụ bị ảnh hưởng rất ít bởi lực ion (hình 1.15). Từ đó tác giả
đưa ra giả thuyết, nếu quá trình hấp phụ PO4
3-
trên ZrO2 xảy ra trên bề mặt thông
qua việc tạo các phức ở phía bên ngoài khối cầu tạo bởi các nhóm OH- hay O
bên ngoài phân tử ZrO2, thì tỉ lệ PO4
3-
được xử lý phải giảm khi lực ion trong
dung dịch tăng lên. Tuy nhiên với dạng mesoporous ZrO2 lượng PO4
3-
được hấp
phụ lại không giảm khi lực ion tăng, điều đó chỉ ra rằng, PO4
3-
hấp phụ trên ZrO2
bằng cách tạo liên kết với pha bên trong bề mặt.
33
Hình 1.15 Ảnh hưởng của pH và lực ion đến khả năng hấp phụ PO4
3-
Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý PO4
3-
là do tính lưỡng tính trên bề
mặt ZrO2 và dạng tồn tại PO4
3-
trong dung dịch ở các pH khác nhau. Trong dung
dịch, bề mặt ZrO2 bao gồm một số nguyên tử O và các nhóm OH
-
. Chính các
nhóm OH
-
quyết định tính chất hóa học (tính axit – bazơ) và liên kết với các bề
mặt oxit (hydro) kim loại. Ở pH từ 3-9 dạng H2PO4
-
và HPO4
2-
tồn tại chủ yếu, cơ
chế loại bỏ photphat hầu như chắc chắn theo cơ chế trao đổi ion của các dạng
H2PO4
-
và HPO4
2-
trên bề mặt ZrO2 theo các phản ứng:
Khi pH dưới điểm đẳng điện, bề mặt hydro nhận thêm một proton và tích
điện dương, khi đó có sự tương tác giữa ion photphat tích điện âm và bề mặt ZrO2
tích điện dương, theo phương trình sau:
Zr-OH + H
+
= Zr-OH2
+
Zr-OH2
+
+ H2PO4
-
= (Zr-OH2)
+
(H2PO4)
-
2Zr-OH2
+
+ HPO4
2-
= (Zr-OH2)2
2+
(HPO4)
2-
34
Hình 1.15 cho thấy, môi trường càng axit thì khả năng loại bỏ P càng
tăng, điều đó chỉ ra rằng quá trình loại bỏ P bao gồm cả hấp phụ vật lý và hóa
học, trong đó lực culông chiếm ưu thế. Ở vùng pH thấp, tương tác culông dễ dàng
xẩy ra cùng với quá trình hấp phụ hóa học và phản ứng trao đổi [15]. Khi tăng
pH, vùng bề mặt được proton hóa sẽ giảm đi, khả năng loại bỏ P ở pH cao giảm
vì lực liên kết mạnh của nhóm OH- trên bề mặt chất hấp phụ, và sự gia tăng lực
đẩy tĩnh điện trên bề mặt tích điện âm của các dạng PO4
3-
và bề mặt cũng tích
điện âm của chất hấp phụ [16].
Nghiên cứu sử dụng Zr làm vật liệu hấp phụ, loại bỏ photphat đã được một
số tác giả trong nước công bố. Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển [3] đã tiến
hành cố định Zr trên than hoạt tính, khảo sát khả năng hấp phụ photphat của vật
liệu, kết quả cho thấy vật liệu có tải trọng hấp phụ PO4
3-
đạt 20,2 mg/g. Tuy nhiên
các tác giả chưa đi sâu nghiên cứu cơ chế, thành phần, và cấu trúc của vật liệu.
Kết quá nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước đều cho thấy triển
vọng sử dụng Zr làm vật liệu hấp phụ, xử lý Asen và photphat. Tuy nhiên việc
xác đinh thành phần, cấu trúc và giải thích cơ chế hấp phụ còn chưa được rõ ràng,
và thống nhất giữa các tác giả. Đó chính là cơ sở để chúng tui thực hiện đề tài
này, nhằm mục đích chế tạo được vật liệu hấp phụ tốt Asen và photphat từ than
hoạt tính cố định Zr (IV), xác định thành phần, cấu trúc, giải thích được cơ chế
hấp phụ của vật liệu.
35
Chương 2: THỰC NGHIỆM
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn
2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ tốt Asen và photphat, trên cơ sở than
hoạt tính cố định Zr (IV), và khảo sát tiềm năng ứng dụng trong xử lý nguồn nước
ngâm ô nhiễm Asen ở Việt Nam.
2.1.2 Nội dung nghiên cứu
Khảo sát các điều kiện thích hợp để xây dựng quy trình chế tạo vật liệu
hấp phụ Asen, photphat trên cơ sở sử dụng than hoạt tính Trà Bắc, Việt
Nam cố định Zr (IV).
Đánh giá các đặc định chủ yếu của vật liệu hấp phụ chế tạo được.
Khảo sát khả năng hấp phụ Asen và photphat trong môi trường nước của
các vât liệu chế tạo được.
Thăm dò khả năng ứng dụng vật liệu mới chế tạo được để xử lý asen trong
nước ngầm.
2.2 Hóa chất, công cụ
2.2.1 công cụ
- Máy đo quang : Novaspec II (Anh) – Xác định nồng độ ion PO4
3-
, Zr
4+
.
- Máy đo pH: Consort – C803 (Đức) – Xác định pHpzc và pH hấp phụ tối ưu
của vật liệu.
- Máy chụp SEM: Đánh giá bề mặt vât liệu.
- Máy phân tích nhiệt: Shimadzu TGA 50H – Xác định sự biến đổi khối
lượng của vật liệu khi thay đổi nhiệt độ.
- Cân phân tích 4 số: Satorius 1801
- Tủ hốt
36
- Tủ sấy
- Máy lắc
- Máy lọc hút chân không
- Và các công cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm
2.2.2 Hóa chất và vật liệu
2.2.2.1 Chuẩn bị hóa chất phân tích ion photphat
Pha dung dịch chuẩn: Cân 1,6421g NaH2PO4.2H2O (PA) hòa tan trong
nước cất. Sau đó định mức đến 1000ml được dung dịch PO4
3-
có nồng độ
1000mg/L.
Pha dung dịch phân tích:
+ Dung dịch A: Cân 12,5g amoni molipdat (PA) cho vào cốc thủy tinh
300ml nước cất 2 lần lắc cho tan.
+ Dung dịch B: Cân 0,625g amoni vanadat (PA) cho vào cốc thủy tinh
thêm 300ml nước c