ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ………………………… NGUYỄN VĂN THƠM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ………………………… NGUYỄN VĂN THƠM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN Hà Nội - 2015 Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Trần Hồng Côn, người với tri thức tâm huyết tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội dốc lòng truyền đạt kiến thức thời gian em học tập Với vốn kiến thức tiếp thu không tảng cho trình nghiên cứu luận văn mà hành trang quý báu cho em công việc sống sau Em chân thành cảm ơn NCS Phạm Thị Mai Hương ủng hộ giúp đỡ em nhiệt tình trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, đóng góp ý kiến anh chị, bạn sinh viên để hoàn thiện luận văn Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô thật dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng kính chào quý Thầy, Cô! Học viên cao học Nguyễn Văn Thơm Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray Fluorescence Phổ huỳnh quang tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua pHpzc pH-Point of zero charge pH điểm đẳng điện TRMA Bùn đỏ trung hòa kiềm TRMW Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang Thành phần nguyên tố bùn đỏ Bảo Lộc 1.1 (phương pháp phổ huỳnh quang tia X - XRF) Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố bùn đỏ 1.2 Nhà máy Alumin Lâm Đồng 1.3 Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình thành phố Hồ Chí Minh 1.4 Các dạng cấu trúc pha bùn đỏ khô 1.5 Bán kính ion NH4+ bán kính ion kim loại kiềm 19 2.1 Kết xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb 29 2.2 Kết xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb 29 2.3 Giá trị mật độ quang ABS 31 3.1 Thành phần hóa học bùn đỏ khô nguyên liệu 39 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ As TRMA 41 3.3 Kết xác định pHpzc vật liệu TRMA 350 43 3.4 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMA 350 44 3.5 Kết khảo sát khả hấp phụ As TRMW 45 3.6 Kết xác định pHpzc vật liệu TRMW 350 47 3.7 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMW 350 48 3.8 Kết khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMA 49 3.9 Kết xác định pHpzc vật liệu TRMA 600 51 3.10 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMA 600 52 3.11 Kết khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMW 53 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.12 Kết xác định pHpzc vật liệu TRMW 600 55 3.13 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMW 600 56 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Cấu trúc tứ diện ion amoni 19 1.2 Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến nước có amoni 22 2.1 Đường chuẩn asen từ 10-90 ppb 29 2.2 Đường chuẩn asen từ 100 - 900 ppb 30 2.3 Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ NH4+ mẫu nước 31 2.4 Tia tới tia phản xạ tinh thể 32 2.5 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 34 2.6 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu 35 2.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 37 2.8 Đồ thị dạng tuyến tính phương trình Langmuir 38 3.1 Giản đồ XRD mẫu bùn đỏ Tân Rai 40 3.2 Kết phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu 41 3.3 Giản đồ XRD vật liệu TRMA 350 42 3.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMA 350 43 3.5 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMA 350 43 3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TRMA 350 44 3.7 Giản đồ XRD vật liệu TRMW 350 46 3.8 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMW 350 46 3.9 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMW 350 47 3.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TRMW 350 48 3.11 Giản đồ XRD vật liệu TRMA 600 50 3.12 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMA 600 50 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.13 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMA 600 51 3.14 Phương trình tuyến tính Langmuir vật liệu TRMA 600 52 3.15 Giản đồ XRD vật liệu TRMW 600 54 3.16 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMW 600 54 3.17 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMW 600 55 3.18 Phương trình tuyến tính Langmuir vật liệu TRMW 600 56 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Bùn đỏ 1.1.1 Nguồn gốc bùn đỏ 1.1.2 Thành phần đặc điểm bùn đỏ 1.1.3 Tình hình bùn đỏ Tây Nguyên 1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ 1.2 Vấn đề ô nhiễm nước 1.2.1 Asen phương pháp xử lý Asen 1.2.2 Amoni phương pháp xử lý Amoni 17 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 26 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 26 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 26 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.2 Hóa chất thiết bị dụng cụ 26 2.2.1 Hóa chất 26 2.2.2 Thiết bị dụng cụ 27 2.3 Phương pháp phân tích Asen Amoni nước 28 2.3.1 Phân tích Asen phương pháp thủy ngân bromua 28 2.3.2 Phân tích Amoni phương pháp Nessler 30 2.4 Chế tạo loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ 32 2.4.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 32 2.4.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 32 2.5 Các phương pháp đánh giá đặc tính vật liệu hấp phụ 32 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 32 2.5.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33 2.5.3 Phương pháp xác định giá trị pH điểm đẳng nhiệt 35 2.5.4 Phương pháp đánh giá khả hấp phụ vật liệu 35 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Các đặc tính bùn đỏ nguyên liệu 39 3.1.1 Thành phần hóa học bùn đỏ nguyên liệu 39 3.1.2 Thành phần khoáng học bùn đỏ nguyên liệu 40 3.1.3 Kết chụp phân tích nhiệt bùn đỏ nguyên liệu 40 3.2 Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ 41 3.2.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 41 3.2.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 45 3.3 Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ 49 3.3.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 49 3.3.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 53 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.2.2.2 Thành phần khoáng học vật liệu TRMW 350 Hình 3.7: Giản đồ XRD vật liệu TRMW 350 Từ hình 3.7, ta thấy tín hiệu đặc trưng thành phần cấu trúc pha TRMW 350 so với TRMA 350 gần hoàn toàn tương đồng Dạng gibbsite Al(OH)3 chuyển sang dạng vô định hình giản đồ goethite FeO(OH) chuyển thành hematite Fe2O3 3.2.2.3 Phân tích bề mặt vật liệu TRMW 350 Kết hình ảnh bề mặt vật liệu TRMW 350 qua kính hiển vi điện tử hình 3.8 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau rửa nước pH=7 nung 3500C có nhiều hạt kích thước nhỏ 200nm So với mẫu vật liệu TRMA 350 ta thấy TRMW 350 bề mặt xốp hơn, khối hạt co cụm nhiều nên ta có dự đoán vật liệu TRMW 350 cho hiệu suất hấp phụ Asen cao vật liệu TRMA 350 Hình 3.8: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMW 350 Nguyễn Văn Thơm 46 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.2.2.4 Xác định pHpzc vật liệu TRMW 350 Kết xác định giá trị pH điểm đẳng điện vật liệu TRMW 350 biểu diễn bảng 3.6 hình 3.9 Bảng 3.6: Kết xác định pHpzc vật liệu TRMW 350 pH pHf pH 2,04 7,25 5,21 4,54 8,22 3,68 6,45 8,24 1,79 8,61 8,29 -0,32 9,19 8,3 -0,89 12,19 8,93 -3,26 Hình 3.9: Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMW 350 Qua đồ thị cho thấy vật liệu TRMW 350 có giá trị pH điểm đẳng điện pHpzc=8,4 Giá trị pHpzc=8,4 cho biết điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu TRMW 350 mang điện tích âm hay dương, tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu môi trường pH < 8,4 bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại pH > 8,4 bề mặt vật liệu mang điện tích âm Điều kiện tiến hành thực nghiệm pH=7 bề mặt vật liệu mang điện tích dương thuận lợi cho trình hấp phụ Asen dung dịch khảo sát 3.2.2.5 Tải trọng hấp phụ Asen theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết khảo sát (bảng 3.7) vật liệu TRMW 350 cho thấy, biểu diễn trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (như hình 3.10) phù hợp (giá trị R2 đường thẳng Ce/qe theo Ce 0,9688) Do thấy rằng, thành phần bề mặt vật liệu phức tạp trình hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir chiếm ưu giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 16,13mg/g Nguyễn Văn Thơm 47 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ Bảng 3.7: Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMW 350 C0(ppm) 10 20 40 60 80 100 150 200 Ce(ppm) 0,51 0,99 2,67 2,78 4,59 7,74 13,1 31,6 68,8 qe(mg/g) 0,45 0,90 1,73 3,72 5,54 7,22 8,68 11,84 13,12 Ce/qe 1,14 1,09 1,54 0,75 0,83 1,07 1,51 2,66 5,24 Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TRMW 350 Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình Langmuir có dạng: y = 0,062x + 0,8436 với R2=0,9688 Qua ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu TRMW 350 asen là: qmax  Nguyễn Văn Thơm  16,13( mg / g ) 0, 062 48 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3 Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ 3.3.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 3.3.1.1 Khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMA nhiệt độ nung khác Cách tiến hành: Lấy 1g vật liệu cần khảo sát cho vào thể tích 100ml dung dịch Amoni C0=10ppm, pH=7 lắc khoảng thời gian 30 phút đến 180 phút Đem lọc qua giấy lọc băng xanh xác định nồng độ Amoni sau hấp phụ phương pháp so màu với thuốc thử Nessler Bảng 3.8: Kết khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMA Thấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 Thấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 TRMA 150 Ce (ppm) 9,65 9,39 9,14 8,95 8,99 qe (mg/g) 0,035 0,062 0,086 0,105 0,101 TRMA 600 Ce (ppm) 7,07 6,53 6,24 6,07 6,18 qe (mg/g) 0,293 0,347 0,376 0,393 0,382 TRMA 350 Ce (ppm) 9,16 8,99 8,68 8,47 8,48 qe (mg/g) 0,085 0,101 0,132 0,153 0,152 TRMA 700 Ce (ppm) 8,27 8,03 7,78 7,66 7,69 qe (mg/g) 0,173 0,197 0,222 0,234 0,231 TRMA 500 Ce (ppm) 8,65 8,28 8,04 7,88 7,96 qe (mg/g) 0,135 0,172 0,196 0,212 0,204 TRMA 800 Ce (ppm) 9,70 9,52 9,38 9,27 9,29 qe (mg/g) 0,030 0,048 0,062 0,073 0,071 Kết thu cho thấy TRMA 600 cho khả hấp phụ Amoni cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,393mg/g thời gian cân hấp phụ 120 phút Do khảo sát vật liệu TRMA ta tiến hành vật liệu TRMA 600 Nguyễn Văn Thơm 49 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3.1.2 Thành phần khoáng học vật liệu TRMA 600 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample RMA-600C-4h 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 d=1.449 d=1.682 150 d=1.834 160 d=2.188 170 d=3.666 Lin (Cps) 180 d=2.124 190 d=2.504 d=2.687 200 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thom mau RMA-600C-4h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi 00-002-0919 (D) - Hematite - Fe2O3 - Y: 82.39 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02400 - b 5.02400 - c 13.71800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - - Hình 3.11: Giản đồ XRD vật liệu TRMA 600 Từ hình 3.11, ta thấy trình biến tính nhiệt khiến thành phần bùn đỏ thô Al(OH)3 FeO(OH) bị nước chuyển thành dạng oxit Đối với goethite FeO(OH) chuyển dạng hematite Fe2O3 gibbsite Al(OH)3 chuyển sang dạng vô định hình 3.3.1.3 Phân tích bề mặt vật liệu TRMA 600 Kết hình ảnh bề mặt vật liệu TRMA 600 qua kính hiển vi điện tử hình 3.12 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau trung hòa axit nung 6000C có nhiều hạt kích thước nhỏ, bề mặt vật liệu xốp, khối kết tụ thành hạt xen lẫn vào Chính cấu trúc hạt dạng xốp tạo điều kiện thuận lợi hình thành trung tâm, mầm hấp phụ mẫu bùn đỏ sau biến tính Hình 3.12: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMA 600 Nguyễn Văn Thơm 50 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3.1.4 Xác định pHpzc vật liệu TRMA 600 Kết xác định giá trị pH điểm đẳng điện vật liệu TRMA 600 biểu diễn Bảng 3.9 hình 3.13 Bảng 3.9: Kết xác định pHpzc vật liệu TRMA 600 pH 2,61 3,97 6.95 9.58 11.63 pHf 7,94 8,15 8.29 8.25 9.19 ΔpH 5,3 4,18 1.34 -1.33 -2.44 Hình 3.13: Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMA 600 Từ đồ thị ta thấy vật liệu TRMA 600 có giá trị pHpzc=8,1 Giá trị pHpzc=8,1 cho ta biết điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu TRMA 600 mang điên tích âm hay dương, tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu môi trường pH< 8,1 bề mặt vật liệu TRMA 600 mang điện tích dương, ngược lại môi trường pH>8,1 bề mặt vật liệu mang điện tích âm Điều kiện tiến hành thực nghiệm pH=7 bề mặt vật liệu mang điện tích dương gây khó khăn cho trình hấp phụ Amoni dung dịch khảo sát 3.2.1.5 Tải trọng hấp phụ Amoni theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết khảo sát (bảng 3.10) vật liệu TRMA 600 cho thấy, biểu diễn trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (hình 3.14) phù hợp (giá trị R2 đường thẳng Ce/qe theo Ce 0,9537) Do thấy rằng, thành phần bề mặt vật liệu phức tạp trình hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir chiếm ưu giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 2,575 mg/g Nguyễn Văn Thơm 51 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ Bảng 3.10: Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMA 600 C0(mg/l) Ce(mg/l) qe(mg/g) Ce/qe 10 6,07 0,393 15,45 50 30,6 1,940 15,77 100 74,6 2,54 29,37 150 130,08 1,992 65,30 200 176,69 2,331 75,80 Hình 3.14: Phương trình tuyến tính Langmuir vật liệu TRMA 600 Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình langmuir có dạng: y = 0,3883x + 8,7318 với R2=0,9537 Qua ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu TRMA 600 amoni là: qmax  Nguyễn Văn Thơm  2,575(mg / g ) 0,3883 52 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 3.3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMW nhiệt độ nung khác Bảng 3.11: Kết khảo sát khả hấp phụ Amoni TRMW Thấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 Thấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 TRMW 150 Ce (ppm) 9,42 9,24 9,01 8,79 8,87 qe (mg/g) 0,058 0,076 0,099 0,121 0,113 TRMW 600 Ce (ppm) 6,28 5,95 5,67 5,46 5,51 qe (mg/g) 0,372 0,405 0,433 0,454 0,449 TRMW 350 Ce (ppm) 8,91 8,71 8,57 8,24 8,31 qe (mg/g) 0,109 0,129 0,143 0,176 0,170 TRMW 700 Ce (ppm) 8,11 7,73 7,41 7,27 7,31 qe (mg/g) 0,189 0,227 0,259 0,273 0,269 TRMW 500 Ce (ppm) 8,22 7,91 7,69 7,56 7,59 qe (mg/g) 0,178 0,209 0,231 0,243 0,240 TRMW 800 Ce (ppm) 9,41 9,13 8,98 8,76 8,81 qe (mg/g) 0,059 0,087 0,103 0,123 0,120 Kết thu cho thấy TRMW 600 cho khả hấp phụ Amoni cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,454mg/g thời gian cân hấp phụ 120 phút Do khảo sát vật liệu TRMW ta tiến hành vật liệu TRMW 600 Nguyễn Văn Thơm 53 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3.2 Thành phần khoáng học vật liệu TRMW 600 Hình 3.15: Giản đồ XRD vật liệu TRMW 600 Quá trình biến tính nhiệt khiến thành phần bùn đỏ thô Al(OH)3 FeO(OH) bị nước chuyển thành dạng oxit Đối với goethite FeO(OH) chuyển dạng hematite Fe2O3, gibbsite Al(OH)3 chuyển sang dạng vô định hình 3.3.2.3 Phân tích bề mặt vật liệu TRMW 600 Kết hình ảnh bề mặt vật liệu TRMW 600 qua kính hiển vi điện tử hình 3.16 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau rửa nước pH=7 nung 6000C có nhiều hạt kích thước nhỏ, bề mặt vật liệu xốp, khối kết tụ thành hạt xen lẫn vào So với mẫu vật liệu TRMA 600 TRMW 600 có bề mặt xốp hơn, khối hạt co cụm nhiều nên ta có dự đoán vật liệu TRMW 600 cho hiệu suất hấp phụ Amoni cao Hình 3.16: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMW 600 Nguyễn Văn Thơm 54 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 3.3.2.4 Xác định pHpzc vật liệu TRMW 600 Kết xác định giá trị pH điểm đẳng điện vật liệu TRMW 600 biểu diễn Bảng 3.12 hình 3.17 Bảng 3.12: Kết xác định pHpzc vật liệu TRMW 600 pH pHf ΔpH 2,78 8,02 5,24 3,92 8,06 4,14 6,88 8,13 1,25 8,42 8,13 -0,29 10,81 8,38 -2,43 11,30 8,51 -2,79 Hình 3.17: Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMW 600 Từ đồ thị hình 3.17 ta thấy vật liệu TRMW 600 có giá trị pHpzc=8,2 Giá trị pHpzc =8,2 cho biết điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu mang điên tích âm hay dương, tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu môi trường pH< 8,2 bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại pH> 8,2 bề mặt vật liệu mang điện tích âm Điều kiện tiến hành thực nghiệm pH=7 bề mặt vật liệu mang điện tích dương gây khó khăn cho trình hấp phụ Amoni dung dịch khảo sát 3.3.2.5 Tải trọng hấp phụ Amoni theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết khảo sát (bảng 3.13) vật liệu TRMW 600 cho thấy, biểu diễn trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (hình 3.18) phù hợp (giá trị R2 đường thẳng Ce/qe theo Ce 0,933) Do thấy rằng, thành phần bề mặt vật liệu phức tạp trình hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir chiếm ưu giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 6,25 mg/g Nguyễn Văn Thơm 55 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ Bảng 3.13: Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMW 600 C0(ppm) Ce(ppm) qe(mg/g) Ce/qe 10 5,46 0,454 12,03 50 34,45 1,555 22,15 100 73,22 2,678 27,34 150 121,33 2,867 42,32 200 161,31 3,869 41,69 Hình 3.18: Phương trình tuyến tính Langmuir vật liệu TRMW 600 Phương trình tuyến tính Langmuir: y = 0,16x + 14,309 với số xác R2=0,933 Qua ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu TRMW 600 amoni là: qmax  Nguyễn Văn Thơm  6, 25(mg / g ) 0,16 56 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ KẾT LUẬN Trong trình thực luận văn nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý ion độc hại nước, thu số kết sau: Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ thô – sản phẩm thải trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite Đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá đặc tính vật liệu thông qua phương pháp như: SEM, X-Ray, xác định giá trị pHpzc Nghiên cứu khả hấp phụ Asen vật liệu cho thấy vật liệu TRMW 350 có tải trọng hấp phụ cao với qmax= 16,13mg/g Nghiên cứu khả hấp phụ Amoni vật liệu cho thấy vật liệu TRMW 600 có tải trọng hấp phụ cao với qmax=6,25mg/g Các số liệu kết thực nghiệm thu được mô tả tốt mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Các kết chứng minh khả nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý ion độc hại có nước hoàn toàn khả quan Nguyễn Văn Thơm 57 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lương Văn Anh (2013), “Xử lý Amoni nước ngầm bể lọc sinh học cần ứng dụng, mở rộng cho hệ cấp nước nông thôn”, Khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 43, tr 43-47 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội Vũ Đăng Độ (1999), Hóa học ô nhiễm môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thụ (2000), Phân tích định tính, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Lê Hùng (2006), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo dục, Hà Nội Đỗ Ngọc Khê, Tô Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hoàng, Đỗ Bình Minh (2007), “Nghiên cứu đặc điểm đường đẳng nhiệt hấp phụ nitroglyxerin từ pha lỏng số loại than hoạt tính”, Tạp chí Hóa Học, 45(5), tr 619-623 Vũ Đức Lợi, Châu Văn Minh, Nguyễn Văn Tuyến, Dương Tuấn Hưng, Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Văn Lạng (2014), “Kết nghiên cứu thử nghiệm quy mô công nghiệp công nghệ sản xuất thép từ bùn đỏ”, Hội thảo quốc tế Hợp tác khoa học công nghệ phát triển bền vững nông nghiệp Lâm Đồng-Tây Nguyên 2014, tr 340-345 Nguyễn Trung Minh (2011), “Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bauxite Bảo Lộc định hướng ứng dụng xử lý ô nhiễm nước thải”, Tạp chí Các khoa học Trái đất, 33, tr 231-237 Hoàng Nhâm (2003), Hóa vô Tập 2, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí Tập 2, NXB Giáo dục, Hải Phòng Tiếng Anh 11 A.Dapena-Mora, I.Fernández, J.L.Campos, A.Mosquera-Corral, R.Méndez, M.S.M.Jetten (2007), “Evaluation of activity and inhibition effecrs on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production”, Enzyme and Microbial Technology, 40, pp 859-863 Nguyễn Văn Thơm 58 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 12 Christian Fux, Marc Boehler, Philipp Huber, Irene Brunner, Hansruedi Siegrist (2002), “Biological treatment of ammonium-rich wastewater by partial nitritation and subsequent anaerobic ammonium oxidation (anammox) in a pilot plant”, Journal of Biotechnology, 99, pp 295-306 13 Dion E.Gile, Mamata Mohapatra, Touma B.Issa, Shashi Anand, Pritam Singh (2011), “Iron and aluminium based adsorption strategies for removing arsenic from water”, Journal of Environmental Management, 92, pp 3011-3022 14 Eid I.Brima, Parvez I.Haris, Richard O.Jenkins, Dave A.Polya, Andrew G.Gault, Chris F.Harrington (2006), “Understanding arsenic metabolism through a comparative study of arsenic levels in the urine, hair and fingernails of healthy volunteers from three unexposed ethnic groups in the United Kingdom”, Toxicology and Applied Pharmacology, 216, pp 122 - 130 15 Ernest O Kartinen Jr, Christopher J Martin (1995), “An overview of arsenic removal processes”, Desalination, 103, pp 79-88 16 Gupta V.K, Ali I, Saini V.K (2004), “Removal of chlorophenols from wastewater using red mud: an aluminum industry waste”, Environmental Science and Technology, 38(14), pp 4012-4018 17 H.Soner Altundoğan, Sema Altundoğan, Fikret Tümen, Memnune Bildik (2000), “Arsenic removal from aqueous solutions by adsorption on red mud”, Waste Management, 20, pp 761–767 18 H.Soner Altundoğan, Sema Altundoğan, Fikret Tümen, Memnune Bildik (2002), “Arsenic adsorption from aqueous solutions by activated red mud”, Waste Management, 22, pp 357-363 19 Ilker Akin, Gulsin Arslan, Ali Tor, Mustafa Ersoz, Yunus Cengeloglu (2012), “Asenic (V) removal from underground water by magnetic nanoparticles synthesized fromwaste red mud”, Journal of Hazardous Materials, 235, pp 62-68 20 Marek Kosmulski (2002), “The pH-Dependent Surface Charging and the Points of Zero Charge”, Journal of Colloid and Interface Science, 253, pp 77-87 21 Marek Kosmulski (2004), “The pH-Dependent Surface Charging and the Points of Zero Charge II update”, Journal of Colloid and Interface Science, 275, pp 214-224 Nguyễn Văn Thơm 59 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ 22 Marek Kosmulski (2006), “The pH-Dependent Surface Charging and the Points of Zero Charge III update”, Journal of Colloid and Interface Science, 298, pp 730-741 23 P.E.Tsakiridis, S.Agatzini-Leonardou, P.Oustadakis (2004), “Red mud addition in the raw meal for the production of Portland cement clinker”, Journal of Hazardous Materials, 116, pp 103-110 24 P.Vassileva, P.Tzvetkova, R.Nickolov (2009), “Removal of ammonium ions from aqueous solutions with coal-based activated carbons modified by oxidation”, Fuel, 88, pp 387-390 25 Paola Castaldi, Margherita Silvetti, Stefano Enzo, Pietro Melis (2010), “Study of sorption processes and FT-IR analysis of arsenate sorbed onto red muds (a bauxite ore processing waste)”, Journal of Hazardous Materials, 175, pp 172-178 26 Paola Castaldi, Margherita Silvetti, Giovanni Garau, Salvatore Deiana (2010), “Influence of the pH on the accumulation of phosphate by red mud (a bauxite ore processing waste)”, Journal of Hazardous Materials, 182, pp 266-272 27 Resat Apak, Kulibay Guclu, Mehmet Hulusi Junrgat (1998), “Modelling of Copper (II), Cadmium (II) and Lead (II) adsorption on Red mud”, Journal of Colloid and Interface Science, 203, pp 122-130 28 Tage Dalsgaard, Bo Thamdrup, Donald E Canfield (2005), “Anaerobic ammonium oxidation (anammox) in the marine environment”, Research in Microbiology, 156, pp 457-464 29 Yong Liu, Chuxia Lin, Yonggui Wu (2007), “Characterization of red mud derived from a combined Bayer Process and bauxite calcination method”, Journal of Hazardous Materials, 146, pp 255-261 30 Yunus Cengeloglu, Ali Tor, Mustafa Ersoz, Gulsin Arslan (2006), “Removal of nitrate from aqueous solution by using red mud”, Separation and Purification Technology, 51, pp 374-378 31 Zhu Liang, Junxin Liu (2008), “Landfill leachate treatment with a novel process: Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) combined with soil infiltration system”, Journal of Hazardous Materials, 151, pp 202212 Nguyễn Văn Thơm 60 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường [...]... lý và phù hợp với kinh tế Chính vì vậy, em đã thực hiện để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong nước , mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni Nguyễn Văn Thơm 1 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.1 Bùn đỏ 1.1.1 Nguồn gốc của bùn đỏ Bùn đỏ là chất thải trong quá trình... nội dung nghiên cứu của luận văn 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo các vật liệu hấp phụ Asen, Amoni trong nước có hiệu quả cao trên cơ sở bùn đỏ Tây Nguyên Khảo sát khả năng hấp phụ Asen, Amoni của chúng 2.1.2 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách rửa kiềm, sấy, nung - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách trung hòa kiềm, rửa, nung - Nghiên cứu xác... trường trong tương lai Vì vậy, việc xử lý bùn đỏ là vấn đề bức thiết mang tính “sống còn” cho các dự án Bauxite ở Tây Nguyên 1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các phương án chính sau: Nguyễn Văn Thơm 4 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Luận văn thạc sĩ - Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong. .. Nghiên cứu xác định thành phần khoáng học của bùn đỏ sản phẩm sau ổn định - Nghiên cứu hình thái và cấu trúc bề mặt của hai loại vật liệu bùn đỏ đã được ổn định - Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Asen của vật liệu được tạo ra - Nghiên cứu khả năng hấp phụ Amoni của vật liệu được tạo ra - Xác định phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của các ion trên các vật liệu bùn đỏ được tạo ra 2.2 Hóa chất và thiết bị... trọng đối với môi trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng bùn đỏ thải ra rất lớn Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi thấp hơn Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp lý. .. xử lý Asen * Phương pháp tạo kết tủa: Nguyên lý hoạt động: Asenat AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa tan thấp như sắt asenat FeAsO4, canxi Asenat Ca3(AsO4)2, hay mangan asenat Mn3(AsO4)2 Ion sắt, canxi, mangan thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước ngầm bằng phương pháp vôi, soda Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một. .. một phần khả năng của đất Tuy nhiên đối với vùng Tây nguyên, đất đai trong vùng dự án rất gần kề với khu dân cư, trồng trọt hoặc thậm chí là khu nông trang của người dân nên việc chờ đợi lâu cho rừng tái tạo như thế là hoàn toàn không hợp lý Hoặc nếu muốn áp dụng phương pháp này thì cần phải có một kế hoạch di dân phù hợp * Trung hòa độc tính của bùn đỏ Cách này có thể thực hiện được bằng sử dụng nước. .. pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu và cũng cho được nhiều kết quả khả quan Mặc dù xử lý sinh học cũng được thực hiện bằng nhiều quá trình vật lý, hoá học và hoá lý nhưng phương pháp sinh học lại mang một ý nghĩa hoàn toàn khác và ngày càng trở nên quan trọng Phương pháp vi sinh xuất phát từ những tính năng của nó như xử lý dể dàng các sản phẩm trong nước, ... dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp *Phương pháp chôn lấp: Bên cạnh khai thác mỏ Bauxite, đơn vị đấu thầu Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam cũng đã đề xuất một số phương án xử lý bùn đỏ Một trong những phương án khả thi nhất là chôn lấp Hồ chứa bùn đỏ là một bộ phận của hệ thống sản xuất alumina từ... trao đổi ion: Quá trình trao đổi ion là một quá trình hoá lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt hoặc bên trong của pha rắn tiếp xúc với nó Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện tích, phương trình trao đổi ion được mô tả một cách tổng quát như sau: AX + BAB + XCY + D+ CD + Y+ Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY ... NHIÊN ………………………… NGUYỄN VĂN THƠM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA... với kinh tế Chính vậy, em thực để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá khả xử lý bùn đỏ Tây Nguyên số ion độc hại nước , mà cụ thể đề tài khảo sát đánh giá asen amoni Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao... 1.1 Bùn đỏ 1.1.1 Nguồn gốc bùn đỏ 1.1.2 Thành phần đặc điểm bùn đỏ 1.1.3 Tình hình bùn đỏ Tây Nguyên 1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ 1.2