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 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 Công trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN- ĐHQGHN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Bình Phản biện 2: TS Đào Ngọc Nhiệm Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Đại học Khoa học tự nhiên- ĐHQGHN vào ngày 18 tháng 12 năm 2015 LỜI MỞ ĐẦU Song song với phát triển công nghiệp hóa, đại hóa đất nước ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề cấp bách toàn xã hội Bên cạnh trình sản xuất nghành công nghiệp với lượng lớn rác thải công nghiệp thải môi trường Bùn đỏ chất thải từ trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ vấn đề quan trọng môi trường hai lý chính: bùn đỏ có độc tính pH cao, hai khối lượng bùn đỏ thải lớn Tác động đến môi trường bùn đỏ dẫn tới ô nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến đất canh tác thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác nơi thấp Do vấn đề cấp bách đặt việc xử lý bùn đỏ thải cho hợp lý phù hợp 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 học Hóa Môi Trường CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Bùn đỏ 1.1.1 Nguồn gốc bùn đỏ Bùn đỏ chất thải trình sản xuất alumina từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer- sáng chế Karl Joseph Bayer năm 1888 Quá trình sản xuất alumina thực chất trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 bauxite khỏi hợp chất khác 1.1.2 Thành phần đặc điểm bùn đỏ Bùn đỏ thải gồm có pha lỏng pha rắn Pha lỏng có tính kiềm mạnh chứa thành phần nhôm tan kiềm Pha rắn bao gồm thành phần Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2,…Thành phần khoáng bùn đỏ chủ yếu bao gồm Gibssite, Boemite, Hematite, Goethite, Manhetite,… số chất hóa học khác Nitrogen, Potasium, Chromium,Zinc 1.1.3 Tình hình bùn đỏ Tây Nguyên Theo kết điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, nước ta có trữ lượng khoáng sản Bauxite lớn phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ quặng nguyên khai; tương đương với 2,4 tỷ quặng tinh; tập trung chủ yếu Tây Nguyên Do ngành công nghiệp sản xuất nhôm từ quặng Bauxite định hướng phát triển mạnh mẽ, kèm với lượng lớn bùn đỏ thải Với quy hoạch phát triển bauxite Tây Nguyên, dự án alumin Nhân Cơ công suất 600.000 alumin/năm thải lượng bùn đỏ khô 566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ 610.000 tấn/năm; dự án alumin Tân Rai thải lượng bùn đỏ khô 636.720 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ 687.720 tấn/năm Hai nhà alumin Nhân Cơ Tân Rai có lượng bùn đỏ thải khoảng 1,2-1,3 triệu tấn/năm 1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ Các phương pháp xử lý bùn đỏ áp dụng bao gồm phương án sau: - Xử lý phần chất lỏng kèm bùn đỏ phát sinh hồ bùn đỏ cách tái sử dụng dây chuyền sản xuất trung hoà nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) trung hoà CO2 - Chôn lấp bùn đỏ thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường - Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho ứng dụng vật liệu xây dựng (gạch, ngói, ), làm đường, chế biến sơn, chế tạo vật liệu đặc biệt khác Việc lựa chọn phương án xử lý bùn đỏ sau thải thực tùy theo nhà máy alumin cụ thể, nhiên phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ nghiên cứu, thử nghiệm chi phí để thực cao, hiệu kinh tế thấp 1.2 Vấn đề ô nhiễm nước Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước ngầm ngày trở nên nghiêm trọng, có nơi đến mức báo động Nguyên nhân do: rác tồn đọng nhiều khu dân cư chưa xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước nước thải thường xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết không xử lý hay làm trước thải vào hệ thống thoát nước chung; nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, gần sở có ô nhiễm nặng nguy hiểm Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều tiêu chất độc hại nước cao tiêu chuẩn cho phép nhiều lần 1.2.1 Asen phương pháp xử lý Asen 1.2.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Asen nước 1.2.1.2 Tính chất vật lý hóa học Asen 1.2.1.3 Độc tính Asen Về mặt sinh học Asen chất độc gây 19 bệnh khác có ung thư da phổi Mặt khác Asen có vai trò trao đổi nuclein, tổng hợp protit hemoglobin Asen ảnh hưởng đến thực vật chất cản trở trao đổi chất, làm giảm mạnh suất, đặc biệt môi trường thiếu photpho Độc tính Asen với sinh vật nước tăng theo dãy Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu 1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Asen 1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Asen * Phương pháp tạo kết tủa * Phương pháp trao đổi ion *Phương pháp hấp phụ *Phương pháp sinh học Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 1.2.2 Amoni phương pháp xử lý Amoni 1.2.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Amoni nước 1.2.1.2 Tính chất vật lý hóa học Amoni 1.2.1.3 Tác hại Amoni nước Amoni thật không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người Ở nước ngầm Amoni chuyển hóa thiếu oxi Nhưng trình khai thác, lưu trữ xử lý…Amoni chuyển hoá thành nitrit (NO2-) nitrat (NO3-) chất có tính độc hại tới người, chuyển hoá thành Nitrosamin có khả gây ung thư cho người Amoni yếu tố gây cản trở công nghệ xử lý nước cấp thể hai khía cạnh: + Amoni nước làm giảm tác dụng clo tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng nhà máy nước Việt Nam, phản ứng với clo tạo thành monocloamin chất sát trùng thứ cấp hiệu clo 100 lần + Amoni với số vi lượng nước (photpho, sắt, mangan…) “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây tượng “không ổn định sinh học” chất lượng nước sau xử lý Nước bị đục, đóng cặn hệ thống dẫn, chứa nước Nước bị xuống cấp yếu tố cảm quan (độ trong, mùi, vị) 1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Amoni 1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Amoni * Phương pháp Clo hoá đến điểm đột biến * Phương pháp đuổi khí (Air Stripping) * Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua * Phương pháp sinh học * Phương pháp trao đổi ion Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ Asen, Amoni nước có hiệu cao sở bùn đỏ Tây Nguyên Khảo sát khả hấp phụ Asen, Amoni chúng 2.1.2 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ cách rửa kiềm, sấy, nung - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ cách trung hòa kiềm, rửa, nung - Nghiên cứu xác định thành phần khoáng học bùn đỏ sản phẩm sau ổn định - Nghiên cứu hình thái cấu trúc bề mặt hai loại vật liệu bùn đỏ ổn định - Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Asen vật liệu tạo - Nghiên cứu khả hấp phụ Amoni vật liệu tạo - Xác định phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ion vật liệu bùn đỏ tạo 2.2 Hóa chất thiết bị dụng cụ 2.2.1 Hóa chất 2.2.2 Thiết bị dụng cụ 2.3 Phương pháp phân tích Asen Amoni nước 2.3.1 Phân tích Asen phương pháp thủy ngân bromua 2.3.2 Phân tích Amoni phương pháp Nessler 2.4 Chế tạo loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ Nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ bùn đỏ Tây Nguyên lấy từ Tân Rai, Việt Nam có độ kiềm cao pH ≈12 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 2.4.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) Sử dụng axit HCl 1M để trung hòa bùn đỏ pH=7, sau rửa ion Cl- nước cất Bùn sau trung hòa sấy khô 600C nghiền mịn đem sàng qua sàng rây 0,3mm đem nung nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C 4h Ta kí hiệu loại vật liệu thu sau nung tương ứng TRMA 150, TRMA 350, TRMA 500, TRMA 600, TRMA 700, TRMA 800 2.4.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) Sử dụng nước cất để rửa bùn đỏ pH=7, sau bùn đỏ sấy khô 600C nghiền mịn đem sàng qua sàng rây 0,3mm đem nung nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C 4h Ta kí hiệu loại vật liệu thu sau nung tương ứng TRMW 150, TRMW 350, TRMW 500, TRMW 600, TRMW 700, TRMW 800 2.5 Các phương pháp đánh giá đặc tính vật liệu hấp phụ 2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 2.5.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 2.5.3 Phương pháp xác định giá trị pH điểm đẳng nhiệt 2.5.4 Phương pháp đánh giá khả hấp phụ vật liệu 2.5.4.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ: 2.5.4.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các đặc tính bùn đỏ nguyên liệu 3.1.1 Thành phần hóa học bùn đỏ nguyên liệu Thành phần hóa học bùn đỏ nguyên liệu phân tích phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) Kết phân tích thành phần hóa học mẫu bùn đỏ nguyên liệu trình bày bảng 3.1 Kết phân tích cho thấy, thành phần bùn đỏ Fe2O3, Al2O3, SiO2 TiO2 Trong thành phần sắt oxit chiếm tỉ lệ cao 54%, thành phần nhôm oxit 13,2% So với số liệu bảng 1.1; 1.2; 1.3 ta thấy mẫu bùn đỏ nguyên liệu có hàm lượng Fe2O3 lớn hơn, hàm lượng Al2O3 nhỏ so với bùn đỏ Bảo Lộc bùn đỏ lấy nhà máy Tân Bình Bảng 3.1: Thành phần hóa học bùn đỏ khô nguyên liệu STT Tên tiêu Đơn vị Kết Mất nung % 12,30 SiO2 % 5,14 Fe2O3 % 54,00 Al2O3 % 13,20 CaO % 2,61 MgO % 0,12 SO3 % 0,42 Na2O % 4,11 TiO2 % 7,27 19 Cr2O3 % 0,19 11 P2O5 % 0,19 12 V2O5 % 0,14 13 ZrO2 ppm 969 14 ZnO ppm 213 15 Cl- ppm 134 Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 3.1.2 Thành phần khoáng học bùn đỏ nguyên liệu Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample bun 270 260 250 240 230 220 d=4.874 210 200 190 180 d=1.447 d=1.565 d=1.687 d=1.890 130 d=2.035 140 d=2.299 150 d=4.358 d=4.179 Lin (Cps) 160 d=2.508 d=2.725 d=2.685 170 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thom mau bun do.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° 01-081-0464 (C) - Goethite, syn - FeO(OH) - Y: 70.06 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.60480 - b 9.95950 - c 3.02300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - 00-029-0041 (D) - Gibbsite - Al(OH)3 - Y: 96.18 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 8.68400 - b 5.07800 - c 9.73600 - alpha 90.000 - beta 94.540 - gamma 90.000 - Primitive - P21/n (14) - - 427.985 Hình 3.1: Giản đồ XRD mẫu bùn đỏ Tân Rai Bằng phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen, thành phần khoáng học kết tinh mẫu bùn đỏ xác định theo hình 3.1 Ta thấy tín hiệu đặc trưng thành phần cấu trúc pha bùn đỏ dạng Gibbsite Al(OH)3 goethite FeO(OH) 3.1.3 Kết chụp phân tích nhiệt bùn đỏ nguyên liệu Mẫu bùn đỏ phân tích nhiệt vi sai khoảng từ nhiệt độ phòng (250C) đến 8000C, tốc độ tăng nhiệt 100C/phút Qua kết phân tích nhiệt (hình 3.2), ta thấy xuất peak, giá trị 151,380C, 318,690C 375,260C Giản đồ TGA cho thấy mẫu bùn đỏ suy giảm khối lượng từ đầu thực nghiệm, nhiệt độ tăng từ 250C đến 2750C, mẫu bùn đỏ giảm 35,38% khối lượng đồng thời xuất peak thu nhiệt rõ nét 151,380C liên quan đến trình nước vật lí Tiếp đó, từ 2750C đến 4000C, mẫu bùn đỏ giảm tiếp 6,46% khối lượng đồng thời xuất peak thu nhiệt rõ nét tại giá trị nhiệt 318,690C 375,260C tương ứng với trình nước kết tinh thay đổi dạng cấu trúc vật liệu chuyển từ Goethite sang Hematite Từ 4000C đến 8000C mẫu bùn đỏ giảm khối lượng không đáng kể Do chọn đem bùn đỏ nguyên liệu nung nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C đem khảo sát khả hấp phụ bùn đỏ thu sau nung Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 3.2.1.3 Phân tích bề mặt vật liệu TRMA 350 Kết hình ảnh bề mặt vật liệu TRMA 350 qua kính hiển vi điện tử hình 3.4 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau trung hòa axit nung 3500C có nhiều hạt kích thước nhỏ 200nm, 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 3.4: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu TRMA 350 3.2.1.4 Xác định pHpzc vật liệu TRMA 350 Kết xác định giá trị pH điểm đẳng điện vật liệu TRMA 350 biểu diễn bảng 3.3 hình 3.5 Bảng 3.3: Kết xác định pHpzc vật liệu TRMA 350 pH 2,04 4,54 6,45 8,61 9,19 12,19 pHf 7,48 8,13 8,24 8,23 8,23 8,89 pH 5,44 3,59 1,79 -0,38 -0,96 -3,3 Hình 3.5: Đồ thị xác định pHpzc vật liệu TRMA 350 Nguyễn Văn Thơm 11 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Qua đồ thị cho thấy vật liệu TRMA 350 có giá trị pH điểm đẳng điện pHpzc=8,25 Giá trị pHpzc= 8,25 cho biết điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu TRMA 350 mang điện tích âm hay dương, tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu môi trường pH < 8,25 bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại pH > 8,25 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 3.2.1.5 Tải trọng hấp phụ Asen theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết khảo sát (bảng 3.4) vật liệu TRMA 350 cho thấy, biểu diễn trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (hình 3.6) phù hợp (giá trị R2 đường thẳng Ce/qe theo Ce 0,9706) giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 15,82mg/g Bảng 3.4: Kết khảo sát tải trọng hấp phụ vật liệu TRMA 350 C0(ppm) 10 20 40 60 80 100 150 200 Ce(ppm) 0,52 1,01 1,25 3,24 3,78 7,03 10,45 33,45 66,05 qe(mg/g) 0,44 0,89 1,87 3,67 5,62 7,29 8,95 11,66 13,40 Ce/qe 1,16 1,12 0,67 0,88 0,67 0,96 1,17 2,87 4,93 Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TRMA 350 Nguyễn Văn Thơm 12 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình Langmuir có dạng: y = 0,0632x + 0,7132 với R2=0,9706 Qua ta xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu TRMA 350 asen là: qmax   15,82(mg / g ) 0, 0632 3.2.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 3.2.2.1 Khảo sát khả hấp phụ Asen TRMW nhiệt độ nung khác Bảng 3.5: Kết khảo sát khả hấp phụ As TRMW TRMW 150 Thấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 180 Ce (ppm) 3,36 3,22 2,93 2,79 2,84 2,82 qe (mg/g) 0,664 0,678 0,707 0,721 0,716 0,718 TRMW 350 Ce (ppm) 1,54 1,38 1,12 0,99 1,06 1,03 TRMW 600 T hấp phụ (phút) 30 60 90 120 150 180 Ce (ppm) 4,35 4,27 4,09 3,75 3,89 3,81 qe (mg/g) 0,565 0,573 0,591 0,625 0,612 0,619 qe (mg/g) 0,847 0,862 0,886 0,901 0,894 0,897 TRMW 700 Ce (ppm) 4,65 4,51 4,43 4,17 4,31 4,21 qe (mg/g) 0,535 0,549 0,556 0,583 0,569 0,579 TRMW 500 Ce (ppm) 2,88 2,59 2,24 2,16 2,19 2,21 qe (mg/g) 0,712 0,740 0,777 0,785 0,780 0,779 TRMW 800 Ce (ppm) 7,53 7,21 6,98 6,68 6,82 6,71 qe (mg/g) 0,247 0,279 0,301 0,333 0,319 0,330 Kết thu cho thấy TRMW 350 cho khả hấp phụ Asen cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,901mg/g sau 120 phút hấp phụ ổn định sau khoảng thời gian Do khảo sát vật liệu TRMW ta tiến hành vật liệu TRMW 350 Nguyễn Văn Thơm 13 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 14 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 15 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 16 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 17 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 18 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 19 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 20 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 21 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 22 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 23 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 24 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 25 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường [...]... được một số kết quả chính sau: 1 Chế tạo được vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ thô – sản phẩm thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite 2 Đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá đặc tính của vật liệu thông qua các phương pháp như: SEM, X-Ray, xác định giá trị pHpzc 3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của các vật liệu cho thấy vật liệu TRMW 350 có tải trọng hấp phụ cao nhất với qmax= 16,13mg/g 5 Nghiên cứu khả. .. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Amoni của các vật liệu cho thấy vật liệu TRMW 600 có tải trọng hấp phụ cao nhất với qmax=6,25mg/g 5 Các số liệu kết quả thực nghiệm thu được đều được mô tả tốt bằng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Các kết quả trên đã chứng minh khả năng nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý các ion độc hại có trong nước là hoàn toàn khả quan Nguyễn... Langmuir của vật liệu TRMW 600 Phương trình tuyến tính Langmuir: y = 0,16x + 14,309 với chỉ số chính xác R2=0,933 Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMW 600 đối với amoni là: qmax  Nguyễn Văn Thơm 1  6, 25(mg / g ) 0,16 24 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường KẾT LUẬN Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý các ion độc hại trong nước, ... = 0,3883x + 8,7318 với R2=0,9537 Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMA 600 đối với amoni là: qmax  Nguyễn Văn Thơm 1  2,575(mg / g ) 0,3883 20 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 3.3.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 3.3.2.1 Khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMW ở các nhiệt độ nung khác nhau Bảng 3.11: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMW Thấp phụ (phút)... phương trình Langmuir có dạng: y = 0,0632x + 0,7132 với R2=0,9706 Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMA 350 đối với asen là: qmax  1  15,82(mg / g ) 0, 0632 3.2.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 3.2.2.1 Khảo sát khả năng hấp phụ Asen của TRMW ở các nhiệt độ nung khác nhau Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMW TRMW 150 Thấp phụ (phút) 30 60 90 120... Mass variation: -35.38 % -20 -100 -110 -30 -120 Mass variation: -6.47 % -40 -130 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Furnace temperature /°C Hình 3.2: Kết quả phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu 3.2 Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ 3.2.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 3.2.1.1 Khảo sát khả năng hấp phụ Asen của TRMA ở các nhiệt độ nung khác nhau Cách tiến hành: Lấy 1g vật liệu cần khảo sát... Langmuir của TRMW 350 Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình Langmuir có dạng: y = 0,062x + 0,8436 với R2=0,9688 Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMW 350 đối với asen là: qmax  Nguyễn Văn Thơm 1  16,13( mg / g ) 0, 062 16 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 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 năng hấp phụ Amoni của. .. khả năng hấp phụ Amoni cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,454mg/g và thời gian cân bằng hấp phụ là 120 phút Do đó trong các khảo sát tiếp theo đối với vật liệu TRMW ta chỉ tiến hành trên vật liệu TRMW 600 Nguyễn Văn Thơm 21 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường 3.3.2 2 Thành phần khoáng học của vật liệu TRMW 600 Hình 3.15: Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 600 Quá trình biến tính nhiệt khiến thành phần chính trong. .. TRMA 350 cho khả năng hấp phụ Asen cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,899mg/g sau 90 phút hấp phụ và ổn định sau khoảng thời gian đó Do đó trong các khảo sát tiếp theo đối với vật liệu TRMA ta chỉ tiến hành trên vật liệu TRMA 350 3.2.1.2 Thành phần khoáng học của vật liệu TRMA 350 Hình 3.3: Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 350 Bằng phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen, thành phần khoáng học kết tinh trong mẫu... điều kiện thuận lợi hình thành các trung tâm, mầm hấp phụ của mẫu bùn đỏ sau khi được biến tính Hình 3.4: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 350 3.2.1.4 Xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350 Kết quả xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu TRMA 350 được biểu diễn trong bảng 3.3 và hình 3.5 Bảng 3.3: Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350 pH 2,04 4,54 6,45 8,61 9,19 12,19