Nghiên Cứu Sử Dụng Bùn Đỏ Làm Vật Liệu Xử Lý Florua Trong Nước Ăn Uống Và Sinh Hoạt

27 1.1K 1
Nghiên Cứu Sử Dụng Bùn Đỏ Làm Vật Liệu Xử Lý Florua Trong Nước Ăn Uống Và Sinh Hoạt

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI H ỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI H ỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT Chuyên ngành: Hóa Môi Trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪ N KHOA HỌC: TS. PHƯƠNG THẢO Hà Nội - 2013 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU . 1 CHƯƠNG 1 - T ỔNG QUAN . 2 1.1. Bùn đỏ . 2 1.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ . 2 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ . 3 1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ. 6 1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua . 1 0 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua . 1 0 1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của florua . 1 1 1.2.3. Độc tính của florua . 1 4 1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay 1 5 1.2.5. Các phương pháp xử lý florua . 1 8 Chương 2- THỰC NGHIỆM . 2 6 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 2 6 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 2 6 2.1.2. Nội dung nghiê n c ứu . 2 6 2.2. Hóa chất và dụng cụ 2 6 2.2.1. Hóa chất . 2 6 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị . 2 8 2.3. Phương pháp phân tích florua bằng phương pháp SPADNS . 2 8 2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ . 2 8 2.4.1. Trung hòa bùn đỏ thô . 2 8 2.4.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt . 2 9 2.4.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua 2 9 2.4.4. Biến tính bùn đỏ bằng đất hiếm xeri oxit 2 9 2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ . 3 0 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 3 0 2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) . 3 2 2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện . 3 3 2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ florua của vật liệu . 3 5 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ T HẢO LUẬN . 4 0 3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ 4 0 3.1.1. Bùn đỏ trung hòa kiề m ( R M ) 4 0 3.1.2. Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM) . 4 2 3.1.3. Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua (Mg-RM) 4 4 3.1.4. Bùn đỏ biến tính bởi đất hiếm xeri oxit (Ce-RM) 4 6 3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của các vật liệu . 4 8 3.2.1. Đường chuẩn xác định nồng độ florua . 4 8 3.2.2. Khả năng hấp phụ florua của vật liệu RM 4 8 3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu TRM 5 4 3.2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Mg- R M . 5 8 3.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Ce - RM . 6 4 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trì n h h ấp p hụ florua72 3.3.1. Ảnh hưởng của clorua . 7 2 3.3.2. Ảnh hưởng của bicacbonat . 7 3 3.3.3. Ảnh hưởng của phốt p h á t . 7 5 KẾT LUẬN . 7 7 TÀI LIỆU THAM KHẢ O 7 9 1 LỜI MỞ ĐẦU Sự có mặt của florua trong nước uống có thể có lợi hoặc có hại cho sức khỏe phụ thuộc vào nồng độ của nó. Trong nước uống nồng độ F - chấp nhận được khoảng 0,5-1,5 mg/L. Giá trị nồng độ 1,5 mg/L đã được đề xuất bởi WHO, nhưng không phải là một giá trị cố định, nó được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện của từng quốc gia như điều kiện khí hậu, thể tích đầu vào nước, và đầu vào của F - từ các nguồn khác. Môi trường ô nhiễm florua do hai nguồn chính là tự nhiên và con người gây ra. Florua phát thải vào môi trường tự nhiên qua việc khai thác khoáng sản, khí thải từ núi lửa. Các nguồn thải nghiêm trọng qua khí thải, nước thải và chất thải từ nhiều hoạt động công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất thép, sản xuất nhôm, đồng và niken, sản xuất thủy tinh, gạch, gốm sứ, keo dán và chất kết dính và trong quá trình sản xuất và sử dụng phân bón photphat. Nhiều phương pháp đã được phát triển để loại bỏ hàm lượng florua dư thừa từ nước, ví dụ phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, điện thẩm tách, thẩm thấu ngược, và lọc nano. Trong số những phương pháp này, hấp phụ là một trong những kỹ thuật quan trọng được sử dụng để loại bỏ florua từ nước vì dễ vận hành và chi phí thấp, đặc biệt là đối với các hộ gia đình cá nhân và hệ cộng đồng nhỏ. Các chất hấp phụ khác nhau đã được sử dụng để loại florua bao gồm nhôm hoạt tính, than hoạt tính, than xương, tổng hợp ion trao đổi, vật liệu tổng hợp, và hỗn hợp oxit đất hiếm,… Trong những năm gần đây, người ta đã đặc biệt chú ý đến việc nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau từ các khoáng chất tự nhiên như kaolinite, bentonite, lignite, montmorillonite, laterite, and bùn đỏ. Bùn đỏ (chất thải từ bauxit của quá trình sản xuất nhôm) thải ra như một sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình. Chính vì vậy, với mong muốn chế tạo được những vật liệu hấp phụ florua trên cơ sở bùn đỏ có hiệu quả xử lý cao. Chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt” 2 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về bùn đỏ “Bùn đỏ” là chất thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo công nghệ Bayer (thủy luyện).Trung bình cứ sản xuất một tấn Al 2 O 3 thì thải ra 1-1,5 tấn bùn đỏ tùy thuộc chất lượng quặng bauxit đầu vào. Với hàm lượng oxit sắt chiếm đến 60% và độ kiềm cao (pH>13) được xả ra môi trường, nó đang trở thành mối đe dọa rất lớn đến cuộc sống con người và môi trường sinh thái. Quặng bauxit bao gồm các thành phần chính như Al 2 O 3 + SiO 2 + TiO 2 + Fe 2 O 3 …Thành phần và hàm lượng các oxit trong bùn đỏ phụ thuộc vào thành phần quặng bauxit và công nghệ sản xuất nhôm khác nhau. Khi không được thu gom, cách ly với môi trường, nước này có thể thấm vào đất ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét mủ ở vết rách xước trên da. Chất kiềm trong bùn đỏ có thể tiêu diệt một phần thảm thực vật, làm hư hại đất canh tác. Đặc biệt khi chảy xuống sông, bùn đỏ sẽ làm chết rất nhiều sinh vật như cá, tôm do nó có độ pH cao và có thể hấp phụ các kim loại nặng và các anion, Ở Việt Nam, theo tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam, quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015, mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn, tương đương với việc cho ra 10 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 50 năm sẽ có 1,15 tỉ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng đất Tây Nguyên. Như vậy ở các nước trên thế giới và cả ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất nhôm vẫn đã và đang phát triển, lượng bùn đỏ thải không ngừng làm cho các nhà khoa học cần phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc xử lý bùn đỏ, mục đích lớn hơn là tái sử dụng nó trở thành vật liệu thân thiện với môi trường. 3 1.2. Florua 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu ở dạng ion florua hoá trị một, là thành phần của các khoáng như floapatit [(Ca 10 F 2 )PO 4 ) 6 ], crriolit (Na 3 AlF 6 ) và flospar (CaF 2 ). Nó là một thành phần chung của đất, trung bình 200 mg/Lkg trên toàn thế giới. Florua cũng có ở trong nước tự nhiên, trung bình khoảng 0,2 mg/L (Châu Âu và Bắc Mỹ), trong nước biển nồng độ florua vào khoảng 1,2 mg/L. Tính chung flo là nguyên tố có độ giàu thứ 13 trên trái đất, chiếm 0,03% vỏ trái đất. Flo được thải vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau. Khí florua (phần lớn là HF) được phát ra qua hoạt động của núi lửa và bởi một số ngành công nghiệp khác nhau. Flo ở dạng khí và dạng hạt là sản phẩm phụ của sự đốt than (than chứa 10  480 mg/L kg flo, trung bình 80 mg/kg) và được giải phóng ra trong quá trình sản xuất thép và luyện các kim loại không chứa sắt. Sản xuất nhôm bao gồm việc sử dụng criolit, flospar và nhôm florua thường là nguồn florua môi trường quan trọng. Các khoáng có chứa florua thường cũng là vật liệu thô cho thuỷ tinh, gốm sứ, xi măng phân bón. Chẳng hạn, sự sản xuất phân photphat bằng sự axit hoá quặng apatit với H 2 SO 4 giải phóng ra hiđro florua theo phương trình sau đây là một ví dụ minh hoạ: Ngoài ra, sự phong hóa các đá và khoáng vật chứa flo đã giải phóng flo vào nước ngầm, nước sông, nước suối, làm tăng dần hàm lượng florua trong nước. Ở những vùng có khoáng hóa florit thì hàm lượng flo trong nước có thể cao hơn. Nước ngầm khi vận động có thể mang theo sự ô nhiễm flo đi xa nguồn với khoảng cách khá lớn [5, 8, 24]. Trên thực tế có nhiều khu vực có các nguồn nước tự nhiên nhiễm flo khá cao như ở một số vùng của Ấn Độ, Trung Quốc, Băngladet Ở Khánh Hoà, Phú Yên, Bình Định và nhiều nơi nước ta có những khu vực mà hầu hết các nguồn nước chứa hàm lượng flo từ 3 - 4mg/L, thậm chí có những giếng lên tới 9mg/L. Trong khi tiêu chuẩn đối với nước sinh hoạt, nước mặt là nồng độ flo = 1mg/L (TCVN, 1995) [5,8, 26, 45]. 4 1.2.2. Độc tính của florua Florua có các ảnh hưởng bệnh lí học lên cả thực vật và động vật [5] Thực vật: là chất gây nguồn bệnh, florua gây ra sự phá huỷ một diện rộng mùa màng. Nó chủ yếu được tập trung bởi thực vật ở dạng khí (HF) qua khí khổng của lá, hoà tan vào pha nước của các lỗ cận khí khổng và được vận chuyển ở dạng ion theo dòng thoát hơi nước đến các đỉnh lá và các mép lá. Một số đi vào các tế bào lá và tích tụ ở bên trong các bào quan của tế bào. Các ảnh hưởng của florua đến thực vật rất phức tạp vì liên quan với rất nhiều phản ứng sinh hoá. Các triệu trứng thương tổn chung là sự gây vàng đỉnh và mép lá và gây cháy lá. Nó cũng làm giảm sự sinh trưởng phát triển của thực vật và sự nẩy mầm của hạt. Một trong số biểu hiện sớm ảnh hưởng phá huỷ trong thực vật của florua là sự mất clorophin, điều này liên quan đến sự phá huỷ các lục lạp, ức chế sự quang tổng hợp. Florua cũng có ảnh hưởng trực tiếp tới các enzim liên quan đến sự glico phân, hô hấp và trao đổi chất của lipit và tổng hợp protein (photphoglucomutaza, piruvat kinaza, sucxinic đehiđrogenaza, pirophotphataza, và ATPaza ti thể). Tất cả những ảnh hưởng đó đã dẫn đến sự thất thu mùa màng. Động vật: Mặc dù florua chỉ có độc tính cấp vừa phải đối với động vật và không được xem là mối đe doạ đối với động vật hoang dã, nó có thể đóng vai trò đe doạ quan trọng đối với người và gia súc dưới những điều kiện nào đó. Các florua như đã được chỉ ra đối với nguyên nhân gây phá huỷ nhiễm sắc thể và sự đột biến trong các tế bào động và thực vật, dẫn đến ảnh hưởng gây ra ung thư mạnh, mặc dù vậy, các vấn đề nghiêm trọng nhất liên quan với sự nhiễm florua còn đương được tranh cãi, những nói chung là ảnh hưởng rối loạn bộ xương. Các triệu chứng ảnh hưởng thấy rõ là: sự vôi hoá khác thường của xương và răng, bộ dạng cứng nhắc, thân mảnh, lông xù, giảm cho sữa, giảm cân. Con người: Do lượng florua quá mức, men răng mất đi độ bóng của răng. Florua chủ yếu được tích lũy ở khớp cổ, đầu gối, xương chậu và xương vai, gây khó khăn khi di chuyển hoặc đi bộ. Các triệu chứng của xương nhiễm flo tương tự như cột sống dính khớp hoặc viêm khớp, xương sống bị dính lại với nhau và cuối cùng 5 nạn nhân có thể bị tê liệt. Nó thậm chí có thể dẫn đến ung thư và cuối cùng là cột sống lớn, khớp lớn, cơ bắp và hệ thần kinh bị tổn hại. Bên cạnh đó, tiêu thụ quá nhiều florua có thể dẫn đến hàng loạt các tác hại như: thoái hóa sợi cơ, nồng độ hemoglobin thấp, dị dạng hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng, trầm cảm, các vấn đề về tiêu hóa và đường tiết niệu, ngứa ran ở ngón tay và ngón chân, giảm khả năng miễn dịch, xảy thai, phá hủy các enzim… Bằng chứng về ung thư ở các cộng đồng nhiễm florua ở mức cao có sự tranh cãi. Một số vượt quá mức bình thường bị ung thư đường hô hấp ở các mỏ flospar đã được công bố ở Canađa và một số nơi (Colorado). 6 CHƯƠNG 2-THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ Mẫu bùn đỏ nguyên khai được lấy từ Dak Nông, Việt Nam có độ kiềm cao pH > 12. Trước hết cần trung hòa vật liệu về giá trị pH=7. 2.1.1. Trung hòa bùn đỏ thô Dùng dung dịch HCl 0,1M để trung hòa bùn đỏ thô về pH=7. Sau đó rửa sạch Cl - bằng nước cất (thử bằng dung dịch AgNO 3 ). Sấy khô, để nguội rồi nghiền mịn cỡ hạt 0,1-0,5mm. Để vật liệu trong lọ sạch kín để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là RM. 2.1.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt Lấy bùn đỏ thô đã trung hòa (RM) ở trên đem nghiền mịn, cân xác định khối lượng để vào chén nung. Đem nung ở nhiệt độ 600 o C trong 4 giờ, để nguội, nghiền mịn cỡ hạt 0,1-0,5 mm, để nguội cất trong lọ kín khô sạch để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là TRM. 2.1.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua Quy trình chế tạo vật liệu Ce-RM từ RM bằng đất hiếm xeri oxit: - Cân 10,0 g vật liệu RM cho vào cốc thủy tinh 500ml, thêm 90ml dung dịch Ce 3+ 10g/L, thêm 50ml H 2 O 2 , khuấy đều. Dùng dung dịch NH 3 2M nhỏ giọt xuống đến khi Ce 3+ chuyển hết về dạng hidroxit (màu nâu đỏ) và thử bằng giấy chỉ thị thấy pH ~ 7 thì dừng lại. Tiếp tục khuấy đều thêm 10 phút nữa. - Ủ kết tủa ở nhiệt độ 60-70 o C trong 6 giờ. - Lọc kết tủa bằng phễu lọc với giấy lọc băng xanh. Rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất đến khi dịch lọc không còn ion SO 4 2- (thử bằng dung dịch Ba 2+ ). - Sấy khô hỗn hợp ở 70 o C, nghiền nhỏ tới kích thước hạt 0,1-0,5 mm. - Để nguội cất trong lọ kín sạch để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là Ce-RM. [...]... LUẬN Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt, chúng tôi thu được một số kết quả chính sau đây: 1 Chế tạo thành công bốn vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ thô - sản phẩm thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit: bằng cách trung hòa bùn đỏ nguyên khai bằng HCl 0,1M (vật liệu RM), calcite hóa bùn đỏ ở nhiệt độ cao 600oC trong. .. pHpzc của vật liệu cần nghiên cứu 8 6 4 ∆pH RM 2 TRM 0 -2 -4 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Hình 3.12 Đồ thị xác định pHpzc của các vật liệu Hình 3.12 cho thấy các vật liệu RM, TRM và Ce-RM có giá trị pHpzc không khác nhau nhiều Vật liệu RM có giá trị pHpzc =5.5 thấp hơn một chút so với vật liệu TRM và Ce-RM (pHpzc =5.7), do vật liệu RM được trung hòa bằng axit nên có bề mặt vật liệu có tính axit hơn Vật liệu Mg-RM... 600oC trong 4 giờ (vật liệu TRM), biến tính bùn đỏ bằng cách mang thêm magie oxit và xeri oxit (vật liệu Mg-RM và Ce-RM) nhằm tăng cường hiệu suất xử lý florua 2 Đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá đặc tính của các vật liệu thông qua các phương pháp như: SEM, X-Ray, xác định giá trị pHpzc - pH trung hòa điện: Vật liệu RM (pHpzc =5,5) xuất hiện các lỗ xốp có cấu trúc bất thường RM trước và sau hấp phụ F-... thì vật liệu gần như không còn khả năng hấp phụ Còn với vật liệu Ce-RM sự ảnh hưởng tương tự, nồng độ phốtphát tăng từ 0-100 mg/L làm dung lượng hấp phụ giảm từ 0,5 mg/g xuống còn 0,2 mg/g Nguyên nhân chính khiến khả năng hấp phụ của vật liệu giảm mạnh là do có sự hấp phụ cạnh trạnh các ion phốtphát với các ion F- tại các tâm hoạt động trên bề mặt vật liệu, khiến cho khả năng hấp phụ F- của vật liệu. .. vật liệu còn lại, do quá trình chế tạo vật liệu hình thành Mg(OH)2 nên bề mặt có tính kiềm rất cao 10 Giá trị pHpzc cho biết trong điều kiện thí nghiệm đó bề mặt vật liệu mang điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát các vật liệu trên ở môi trường pH

Ngày đăng: 16/08/2014, 23:52

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan