ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC PHÂN TÍCH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC 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 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành phòng thí nghiệm Hoá lý, tổ Hoá lý, khoa Hoá học – trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên Em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người giao đề tài, tận tình hướng dẫn bảo, giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn thầy cô giáo khoa Hoá học, đặc biệt thầy cô tổ môn Hoá phân tích tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè, người thân quan tâm động viên giúp đỡ suốt trình làm luận văn Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Học viên Nguyễn Thị Như Quỳnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Đường chuẩn xác định nồng độ Cu2+ 28 Hình 2: Đường chuẩn xác định nồng độ Fe3+ 29 Hình 3: Đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ 30 Hình 4: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ TVL Fe3+ vào pH 35 Hình 5: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ TVL Cu2+, Ni2+ vào pH 36 Hình 6: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ 38 Hình 7: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào khối lượng TVL 40 Hình 8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ TVL 42 Hình 9: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu2+ TVL 42 Hình 10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Fe3+ TVL 42 Hình 11: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb ) Fe3+ TVL 42 Hình 12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ TVL 43 Hình 13: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+ TVL 43 Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ than HG/T3491-1999 45 Hình 15: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cu2+của than HG/T3491-1999 45 Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Fe3+của than HG/T3491-1999 45 Hình 17: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Fe3+ than HG/T3491-1999 45 Hình 18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Ni2+ than HG/T3491-1999 45 Hình 19: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Ni2+ than HG/T3491-1999 45 Hình 20: Ảnh hưởng nồng độ HCl thời gian đến giải hấp Cu2+ 48 Hình 21: Ảnh hưởng nồng độ HCl thời gian đến giải hấp Fe 3+ 49 Hình 22: Ảnh hưởng nồng độ HCl thời gian đến giải hấp Ni2+ 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Tiêu chuẩn Bộ Y tế giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken nước ăn uống Bảng 2: Tiêu chuẩn Bộ Tài nguyên môi trường giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken môi trường nước Bảng 3: Các điều kiện đo phổ F-AAS Fe, Cu, Ni 27 Bảng 4: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Cu 28 Bảng 5: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Fe 29 Bảng 6: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ Ni 30 Bảng 7: Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Cu2+, Fe3+, Ni2+ TVL 34 Bảng 8: Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ TVL 37 Bảng 9: Ảnh hưởng khối lượng TVL đến dung lượng hấp phụ TVL 39 Bảng 10: Các thông số hấp phụ TVL 41 Bảng 11: Các số hấp phụ Langmuir TVL 43 Bảng 12: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến hấp phụ than HG/T3491-1999 44 Bảng 13: Các số hấp phụ Langmuir than HG/T3491-1999 46 Bảng 14: Số liệu hấp phụ TVL trước giải hấp 46 Bảng 15: Kết giải hấp Cu2+ 47 Bảng 16: Kết giải hấp Fe3+ 49 Bảng 17: Kết giải hấp Ni2+ 50 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Nước yếu tố thiếu đời sống sinh hoạt người sinh vật Sự ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng như: Cd, Cu, Fe, Pb, Ni Zn vấn đề quan tâm toàn giới Kim loại vào hệ sinh thái chủ yếu hoạt động khai thác mỏ, tinh chế quặng, xử lý bùn, tro từ lò đốt, mạ kim loại, hay sản xuất thiết bị điện, sơn, hợp kim… Sự có mặt lượng lớn ion kim loại nặng trở thành mối đe doạ độc tính xu hướng tích luỹ sinh học mô sống, gây nhiều bệnh rối loạn suốt chuỗi thức ăn Mục tiêu nghiên cứu áp dụng phương pháp thích hợp để phát triển kỹ thuật phù hợp để ngăn ngừa ô nhiễm làm giảm nồng độ kim loại nặng môi trường nước xuống mức cho phép việc làm cần thiết Loại bỏ kim loại theo phương pháp truyền thống như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp kết tủa, phương pháp chiết, thẩm thấu ngược… hầu hết phương pháp không hiệu quả, không kinh tế kim loại nồng độ cao, tốn thường kèm theo ô nhiễm thứ cấp Những năm gần đây, việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ kim loại môi trường nước phổ biến dễ dàng tái sử dụng Sau liên tục sử dụng, than hoạt tính không để lại tác động đến môi trường Tuy nhiên, than hoạt tính sử dụng thị trường chế tạo từ nguyên liệu đắt tiền khó tái tạo bị suy giảm như: than đá Vì vậy, việc chế tạo than từ phụ phẩm công nông nghiệp sẵn có rẻ tiền để làm vật liệu hấp phụ (VLHP) ion kim loại nặng độc hại dung dịch nước ý tưởng hay cho việc sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo như: vỏ lạc, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, xơ dừa… Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ở Việt Nam, lạc nông sản tương đối phổ biến trồng với diện tích lớn, hàng năm tạo số lượng vỏ đáng kể Điều dẫn tới yêu cầu chuyển đổi hữu ích sản phẩm phụ, phế phẩm nông nghiệp nhằm tăng giá trị sản phẩm cho sản phẩm thân thiện với môi trường, chẳng hạn than hoạt tính Đã có nhiều nghiên cứu cho rằng, phụ phẩm công nông nghiệp chuyển đổi thành than hoạt tính sử dụng để hấp phụ ion kim loại khác như: than vỏ lạc, than lõi ngô, than xơ dừa, than gáo dừa, than bã mía… Vỏ lạc chuyển đổi thành than hoạt tính cách sử dụng axit sunfuric để hoạt hoá cho thấy than vỏ lạc (TVL) chất hấp phụ tốt ion kim loại nặng Ở dạng hạt, TVL hấp phụ ion Cd2+, Cu2+, Fe3+, Pb2+, Ni2+ Zn2+ tốt so với than hoạt tính có thị trường Xuất phát từ thực tế thực đề tài: “ Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng môi trường nước than vỏ lạc thử nghiệm xử lý môi trường” Thực đề tài tập trung nghiên cứu về: - Chế tạo vật liệu hấp phụ than từ vỏ lạc - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ TVL - So sánh khả hấp phụ TVL với than hoạt tính có thị trường - Khảo sát khả tách loại thu hồi ion kim loại nặng TVL theo phương pháp hấp phụ tĩnh - Sử dụng TVL xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đối tượng xử lý 1.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước Việt Nam Ô nhiễm nước thay đổi theo chiều xấu tính chất vật lý – hoá học – sinh học nước, với xuất chất lạ thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với người sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh vật nước Xét tốc độ lan truyền quy mô ảnh hưởng ô nhiễm nước vấn đề đáng lo ngại ô nhiễm đất Tốc độ công nghiệp hoá đô thị hoá nhanh gia tăng dân số gây áp lực ngày nặng nề tài nguyên nước vùng lãnh thổ Môi trường nước nhiều đô thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị ô nhiễm nước thải, khí thải chất thải rắn Ở thành phố lớn, hàng trăm sở sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nước công trình thiết bị xử lý chất thải Mức độ ô nhiễm nước khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung lớn Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải từ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu, gây ô nhiễm nguồn nước môi trường khu vực Tình trạng ô nhiễm nước đô thị thấy rõ thành phố Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Ở thành phố này, nước thải sinh hoạt hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương) Mặt khác, nhiều sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn bệnh viện sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; lượng rác thải rắn lớn thành phố không thu gom hết được… nguồn quan trọng gây ô nhiễm nguồn nước Hiện nay, mức độ ô nhiễm kênh, sông, hồ thành phố lớn nặng [32] 1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng Kim loại nặng Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, Fe thường không tham gia tham gia vào trình sinh hoá sinh vật thường tích luỹ thể chúng Vì vậy, chúng nguyên tố độc hại với sinh vật Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp lưu vực nước gần khu công nghiệp, thành phố lớn khu vực khai thác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu nồng độ cao kim loại nặng nước Trong số trường hợp, xuất hiện tượng chết hàng loạt cá thuỷ sinh vật Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp nước thải độc hại không xử lý xử lý chưa triệt để Ô nhiễm nước kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống sinh vật người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào thể người Nước mặt bị ô nhiễm lan truyền chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất thành phần môi trường liên quan khác Thực tế có nhiều nguồn gây ô nhiểm môi trường nước Nước bị ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu việc khai thác mỏ Do nhu cầu sử dụng người ngày tăng làm cho việc khai thác kim loại tăng lên Tuy nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa quan tâm mức làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường ion kim loại nặng việc sản xuất quặng sử dụng thành phẩm Quá trình sản xuất làm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tăng cường có mặt chúng môi trường [3,8] Bên cạnh việc tái sử dụng lại phế thải chứa ion kim loại nặng chưa ý quan tâm mức Đó nguồn chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng Dưới Quy chuẩn quy định cho phép giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken nước ăn uống thông số ô nhiễm nước mặt, nước ngầm, nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận [14, 15, 16, 17] Bảng 1: Tiêu chuẩn Bộ Y tế giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken nước ăn uống Tên tiêu STT Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép Hàm lượng Đồng tổng số mg/l 1,00 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+) mg/l 0,30 Hàm lượng Niken mg/l 0,02 Bảng 2: Tiêu chuẩn Bộ Tài nguyên môi trường giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken môi trường nước Giá trị giới hạn tối đa cho phép Chất lượng Chất lượng Nước thải nước ngầm nước mặt công nghiệp 1,0 0,1 2,0 STT Tên tiêu Đơn vị Đồng mg/l Niken mg/l - 0,1 0,2 Sắt mg/l 5,0 0,5 1,0 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... tài: “ Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng môi trường nước than vỏ lạc thử nghiệm xử lý môi trường Thực đề tài tập trung nghiên cứu về: - Chế tạo vật liệu hấp phụ than từ vỏ lạc - Khảo... NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên... Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ TVL - So sánh khả hấp phụ TVL với than hoạt tính có thị trường - Khảo sát khả tách loại thu hồi ion kim loại nặng TVL theo phương pháp hấp phụ tĩnh