Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI NÓI ĐẦUCông cuộc công nghiệp hoá được gắn liền với tình trạng ô nhiễm môi trường giatăng. Hiện nay, nước thải của các ngành công nghiệp hầu như chưa được xử lý một cách triệt để trước khi thải ra môi trường. Điều này dẫn đến một vài hệ lụy kéo theo nếu nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác. Về lâu dài sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp con người. Kim loại nặng là một trong những thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp và nó ẩn chứa nhiều mối đe doạ nghiêm trọng đối với sức khoẻ nhân dân và sự an toàn của hệ sinh thái. Để hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cường biện pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp. Có nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng như phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hóa, phương pháp sinh học…. Trong các phương pháp trên thì hiện nay việc xử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý kim loại nặng mang lại những ưu điểm vượt trội như đơn giản, hiệu quả đối với nồng độ kim loại nặng trong nước tương đối thấp. Vì thế em chọn đề tài cho luận văn là “Khảo sát quá trình hoạt hóa bột vỏ sò dùng để hấp phụ ion Cadimi”.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN KỸ THUẬT HĨA VƠ CƠ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT Q TRÌNH HOẠT HĨA BỘT VỎ SỊ DÙNG ĐỂ HẤP PHỤ ION CADIMI GVHD: TS Nguyễn Tuấn Anh SVTH: Trần Hữu Nhiệm MSSV: 61202602 TP HỒ CHÍ MINH, Ngày 30 tháng 12 năm 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN KỸ THUẬT HĨA VƠ CƠ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT Q TRÌNH HOẠT HĨA BỘT VỎ SÒ DÙNG ĐỂ HẤP PHỤ ION CADIMI GVHD: TS Nguyễn Tuấn Anh SVTH: Trần Hữu Nhiệm MSSV: 61202602 TP HỒ CHÍ MINH, Ngày 30 tháng 12 năm 2019 Đại Học Quốc Gia TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Khoa: Kỹ Thuật Hóa Học …………… Bộ Mơn: Hóa Vơ Cơ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: TRẦN HỮU NHIỆM MSSV: 61202602 NGÀNH: Kỹ Thuật Hóa Vơ Cơ LỚP: HC12VS Đề Tài Luận Văn: Khảo sát q trình hoạt hóa bột vỏ sò dùng để hấp phụ ion Cadimi Nhiệm Vụ Luận Văn: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình hoạt hóa bột vỏ sị - Khảo sát yếu tố: nồng độ axit hoạt hóa, thời gian hoạt hóa, tỉ lệ khối lượng vỏ sị đơn vị thể tích dung dịch hoạt hóa - Lập phương trình hồi quy thực nghiệm Tối ưu điều kiện q trình hoạt hóa Ngày giao Nhiệm Vụ Luận Văn: 09/2019 Ngày Hoàn Thành Nhiệm Vụ: 30/12/2019 Họ Tên Người Hướng Dẫn: TS Nguyễn Tuấn Anh Nội dung yêu cầu LVTN thông qua Bộ môn Ngày 30 tháng 12 năm 2019 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận văn: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian làm luận văn, em nhận giúp đỡ từ thầy mơn Hóa Vơ Cơ anh chị phịng thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn thầy Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, mơn Hóa Vơ Cơ phịng thí nghiệm hóa vô tạo điều kiện giúp đỡ em hồn thành xong luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Tuấn Anh hướng dẫn, góp ý bảo em thời gian làm luận văn Mặc dù hoàn thành luận văn nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong góp ý từ thầy để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM i LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Cơng cơng nghiệp hố gắn liền với tình trạng nhiễm mơi trường gia tăng Hiện nay, nước thải ngành công nghiệp chưa xử lý cách triệt để trước thải môi trường Điều dẫn đến vài hệ lụy kéo theo nước mặt bị ô nhiễm lan truyền chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất thành phần môi trường liên quan khác Về lâu dài gây ảnh hưởng trực tiếp người Kim loại nặng thành phần đặc trưng chất thải cơng nghiệp ẩn chứa nhiều mối đe doạ nghiêm trọng sức khoẻ nhân dân an toàn hệ sinh thái Để hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cường biện pháp xử lý kim loại nặng nước thải cơng nghiệp Có nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hóa, phương pháp sinh học… Trong phương pháp việc xử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý kim loại nặng mang lại ưu điểm vượt trội đơn giản, hiệu nồng độ kim loại nặng nước tương đối thấp Vì em chọn đề tài cho luận văn “Khảo sát q trình hoạt hóa bột vỏ sò dùng để hấp phụ ion Cadimi” SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỂM KIM LOẠI NẶNG 1.2 GIỚI THIỆU VỀ CADIMI (Cd) 1.2.1 Tính chất đơn chất 1.2.2 Hợp chất cadimi 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ION KIM LOẠI NẶNG 1.3.1 Phương pháp kết tủa hóa học 1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 1.3.3 Phương pháp điện hóa 1.3.4 Phương pháp sinh học 1.3.5 Phương pháp hấp phụ 10 1.4 TỔNG QUAN VỀ HẤP PHỤ 12 1.4.1 Phân loại hấp phụ 12 1.4.2 Cơ chế hấp phụ 13 1.4.3 Chất hấp phụ 14 1.4.4 Giải hấp phụ 16 1.4.5 Mơ hình trình hấp phụ 16 1.5 GIỚI THIỆU VỀ VỎ SÒ 20 1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ĐÃ THỰC HIỆN VỀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VỎ SÒ 21 1.7 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 22 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 23 2.1.1 Phương pháp quan phổ hấp thu UV-VIS 23 2.1.1.1 Nguyên tắc phương pháp quang phổ hấp thu UV-VIS 23 2.1.1.2 Tạo phức dithizon cadimi 24 2.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 25 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.2 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 27 2.2.1 Giới thiệu quy hoạch thực nghiệm 27 2.2.2 Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm 28 CHƯƠNG : KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 29 3.1 NGUYÊN LIỆU- HÓA CHẤT 29 3.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 29 3.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 31 3.3.1 Quy trình thực nghiệm 31 3.3.2 Kế hoạch thực nghiệm 35 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 4.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ THỰC NGHIỆM 39 4.1.1 Xây dựng đường chuẩn 39 4.1.2 Hiệu suất hấp phụ 40 4.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ 42 4.2.1 Phương trình hồi quy q trình hoạt hóa 42 4.2.2 Ảnh hưởng yếu tố đến q trình hoạt hóa 44 4.3 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA VỎ SỊ 48 Kết đo XRD 48 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 5.1 KẾT LUẬN 51 5.2 KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM iv LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Ơ nhiễm kim loại nặng Hình 2.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 19 Hình 2.2: Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce 19 Hình 2.3: Nguyên lý phương pháp quang phổ hấp thu UV-VIS 23 Hình 2.4: Cơng thức dithizon 24 Hình 2.5: Phản ứng tạo phức cadimi dithizon 25 Hình 2.6: Mơ hình 3D Cd(dithizon)2 25 Hình 2.7: Minh họa định luật Bragg 26 Hình 3.1: Hình ảnh vỏ sị trước sau xỷ lý nghiền mịn thành bột 29 Hình 3.2: Máy đo quang phổ UV-Vis 30 Hình 3.3: Cân phân tích số lẻ 30 Hình 3.4: Tủ sấy 30 Hình 3.5: Máy khuấy từ 30 Hình 4.1 : Đường chuẩn dung dịch Cd2+ 40 Hình 4.2: Kết từ Design Expert 7.0.0 42 Hình 4.3: Kết tìm sau loại biến số khơng có nghĩa 43 Hình 4.4: Ảnh hưởng nồng độ HCl đến hiệu suất q trình hoạt hóa 44 Hình 4.5: Ảnh hưởng thời gian đến q trình hoạt hóa 45 Hình 4.6: Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ sị / thể tích dung dịch HCl 46 Hình 4.7: Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa tỷ lệ bột vỏ sị thể tích HCl 47 Hình 4.9: Kết đo XRD bột vỏ sò trước hoạt hóa 48 Hình 4.10: Kết đo XRD bột vỏ sò sau hoạt hóa HCl 48 Hình 4.11: So sánh mẫu trước hoạt hóa sau hoạt hóa 49 Hình 4.12: Kết XRD mẫu sau hấp phụ dãy peak chuẩn CaCO3, CdCO3 49 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM v LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lượng trung bình thơng sơ nhiễm nước đất Bảng 1.4: Đặc điểm nguyên tố Cd [3] Bảng 1.5: Hằng số vật lí Cd [3] Bảng 1.6: Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi số muối đihalogenua Cd [3] Bảng 2.1 : So sánh hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 13 Bảng 2.2 : Các loại chất hấp phụ 15 Bảng 3.1: Biến số ma trận thí nghiệm 37 Bảng 3.2: Bảng bố trí thí nghiệm bậc theo box-behnken 38 Bảng 4.1: Lập đường chuẩn 39 Bảng 4.2 Kết hiệu suất hấp phụ 41 Bảng 4.3: Kiểm định biến số có nghĩa 42 Bảng 4.4: Bảng hệ số biến 43 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM vi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỂM KIM LOẠI NẶNG Trong năm gần phát triển kinh tế gia tăng dân số nên môi trường nước ngày bị ô nhiễm kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp giao thông vận tải Các kim loại nặng nói chung lại khó loại bỏ biện pháp xử lý nước thải thông thường chúng xâm nhập vào nguồn nước sinh hoạt mức cao mức cho phép nguồn gốc nhiều bệnh hiểm nghèo, đe dọa sức khỏe tính mạng người Vì mà vấn đề nghiên cứu bảo vệ môi trường nói chung mơi trường nước nói riêng trở thành mối quan tâm hàng đầu nhiều quốc gia tổ chức Thế Giới Ơ nhiễm mơi trường bao gồm: nhiễm khơng khí, đất nước Ba thành phần có mối quan hệ mật thiết với chất gây nhiễm di chuyển cho qua mặt phân cách môi trường Chẳng hạn hoạt động người làm tăng hàm lượng SO2, NO2 khí quyển, từ tạo mưa axit, mưa axit làm tăng độ axit đất làm tăng khả hòa tan kim loại nặng nước, gây ô nhiễm thêm nguồn nước Ngược lại, chất ô nhiễm mơi trường nước giữ lại đất trình di chuyển, thấm qua đất gây ô nhiễm tầng nước ngầm Cơ quan lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA) có khuyến cáo cần thu nhập số liệu ô nhiễm phóng xạ, kim loại vết, hợp chất hữu mơi trường đất, khơng khí, nước (bao gồm nước, bùn lắng động-thực vật thủy sinh), thực phẩm Theo tài liệu IAEA nay, hàng năm độc tố gây kim loại hoạt động người vượt tổng số độc tố gây chất thải phóng xạ thải hữu Hình 1.1: Ơ nhiễm kim loại nặng SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC TỪ THỰC NGHIỆM 4.1.1 Xây dựng đường chuẩn Pha dung dịch thuốc thử: cân 10 g NaOH ( rắn ) + 0.2156 g dithizon + 200 ml nước cất Dùng 200 ml nước cất để hòa tan NaOH, dùng lượng cồn ngun chất để hịa tan dithizon Sau cho vào bình định mức 500 ml , thêm cồn để định mức đến vạch 500 ml Pha dung dịch Cd2+ cân 1.019 g CdCl2 H2O cân phân tích cho vào fiol 500ml, sau định mức đến vạch 500 ml nước cất Ta dung dịch Cd2+ nồng độ 1000 mg/l Sau pha lỗng dung dịch thu 100 lần ta dung dịch Cd2+ 10 mg/l Lần lượt hút V ml dung dịch Cd2+ 10 mg/l cho vào fiol 50 ml Sau đo cho thêm ml thuốc thử định mức đến vạch 50 ml nước cất Tiến hành đo quang phổ UVVis ta bảng số liệu sau: Bảng 4.1: Lập đường chuẩn VCd2+ ml V thuốc thử ml CCd2+ mg/l Độ hấp thu A 0.5 0.1 0.002 0.2 0.004 1.5 0.3 0.009 0.4 0.015 2.5 0.5 0.024 0.6 0.028 3.5 0.7 0.036 0.8 0.038 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 39 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐƯỜNG CHUẨN DUNG DỊCH Cd2+ 0.045 y = 0.0569x - 0.0061 R² = 0.9827 0.04 0.035 Độ hấp thu A 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0.1 0.2 -0.005 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Nồng độ Cd2+ (mg/l) Hình 4.1 : Đường chuẩn dung dịch Cd2+ Nhằm có kết cho trình tối ưu Ta khảo sát hiệu suất hấp phụ với dung dịch Cd2+ theo bố trí thí nghiệm phương pháp quang phổ hấp thu bước sóng 600nm 4.1.2 Hiệu suất hấp phụ Dung dịch Cd2+ 1000 mg/l : cân 1.019 g CdCl2 H2O cân phân tích cho vào fiol 500 ml, sau định mức đến vạch 500 ml nước cất Dung dịch Cd2+ 600 mg/l : cân 0.612 g CdCl2 H2O cân phân tích cho vào fiol 500 ml, sau định mức đến vạch 500 ml nước cất Dung dịch Cd2+ 800 mg/l : cân 0.816 g CdCl2 H2O cân phân tích cho vào fiol 500 ml, sau định mức đến vạch 500 ml nước cất Tính nồng độ Cd2+ thơng qua đường chuẩn lập theo công thức sau: A 0, 0061 50 Cdo 0, 0596 Vhutmau Trong : Cdo : nồng độ Cd2+ lại dung dịch Ado đọ hấp thu đo SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 40 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Vhutmau : thể tích dung dịch Cd2+ sau hấp phụ hút để đo Hiệu suất trình hấp phụ : H% C0 V0 Cdo V1 100 C0 V0 Trong : C0 : nồng độ Cd2+ ban đầu dung dịch V0 : thể tích dung dịch Cd2+ đem phản ứng (100 ml) V1 : thể tích dung dịch Cd2+ sau hấp phụ định mức 250 ml Bảng 4.2 Kết hiệu suất hấp phụ STT X1 X2 X3 10 11 12 13 14 15 -1 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 1 0 0 -1 -1 0 0 0 -1 -1 1 -1 -1 1 0 Nồng độ axit 0.05 0.15 0.05 0.15 0.05 0.15 0.05 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM Thời Tỉ lệ m/V gian hoạt m g(bột) V ml(HCl) m/V hóa 40 3.3 40 0.0825 40 3.3 40 0.0825 120 3.3 40 0.0825 120 3.3 40 0.0825 80 50 0.04 80 50 0.04 80 16 0.125 80 16 0.125 40 50 0.04 120 50 0.04 40 16 0.125 120 16 0.125 80 3.3 40 0.0825 80 3.3 40 0.0825 80 3.3 40 0.0825 H(%) 74.4 88.65 76.93 93.53 76.62 88.65 77.58 92.31 81.89 90.03 88.06 91.09 93.31 93.31 93.29 41 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ 4.2.1 Phương trình hồi quy q trình hoạt hóa Từ bảng số liệu dùng phần mềm Design Expert 7.0.0 để giải ta tìm phương trình mơ tả ảnh hưởng yếu tố nồng độ HCl, thời gian hoạt hóa tỉ lệ rắn lỏng đến hàm mục tiêu hiệu suất q trình hoạt hóa Hình 4.2: Kết từ Design Expert 7.0.0 Bảng 4.3: Kiểm định biến số có nghĩa Biến Prob > F Kết luận Mơ hình < 0.0001 Có nghĩa A-C < 0.0001 Có nghĩa B-t 0.0011 Có nghĩa C-f 0.0076 Có nghĩa AB- C*t 0.2801 Khơng có nghĩa AC- C*f 0.2230 Khơng có nghĩa BC- t*f 0.0464 Có nghĩa A2 - C2 < 0.0001 Có nghĩa B2 - t2 0.0020 Có nghĩa C2 – f2 0.0039 Có nghĩa SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 42 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Theo bảng 4.3 giá trị A-C, B-t, C-f, BC, A2, B2, C2 có giá trị cột Prob > F nhỏ 0.05 nên giá trị có nghĩa Ngược lại giá trị biến AB, AC lớn 0.05 khơng có nghĩa Các giá trị cột Prob > F lớn 0.05 hệ số khơng có nghĩa nên bị loại khỏi phương trình hồi quy thực nghiệm gồm có AB, AC Giá trị Prob > F mơ hình nhỏ 0.05 nên phương trình tương thích với thực nghiệm Sau loại bỏ giá trị khơng có nghĩa ta chạy lại Design Expert kết sau: Hình 4.3: Kết tìm sau loại biến số khơng có nghĩa Từ hình 4.3 ta thấy Giá trị Prob > F mơ hình nhỏ 0.0001 thõa điều kiện nhỏ 0.05 nên ta kết luận phương trình tương thích với thực nghiệm Với hệ số tương quan phương trình 0.9327 Tìm hệ số biến số phương trình hồi quy Bảng 4.4: Bảng hệ số biến Biến X0 X1 X2 X3 X2 X3 X1 X2 X3 Hệ số 93.3 7.2 2.32 1.48 -1.28 -6.95 -2.97 -2.56 Ta phương trình hồi quy thực nghiệm theo biến số mã hóa: H =93.3 + 7.2.X1 + 2.32.X2 + 1.48.X3 - 1.28 X2X3 - 6.95 X12 - 2.97.X22 - 2.56.X32 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 43 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thay biến thực X1, X2, X3 theo C, t, f vào phương trình ta phương trình theo biến C, t, f với: X1 = C−800 200 ; X2 = t−80 40 ; X3 = f−0,1 0,05 Ta đưa phương trình mã hóa nghiệm thực : H =17.06464 + 700.15833.C + 0.41748.t + 328.97751.f -0.75147.t.f – 2780.66667.C2 – 1.85885.10-3 t2 – 1418.22376 f2 Trong đó: + C: nồng độ HCl hoạt hóa (M) + t: thời gian hấp phụ (phút) + f: tỉ lệ khối lượng vỏ sò / thể tích dung dịch HCl, g/ ml 4.2.2 Ảnh hưởng yếu tố đến q trình hoạt hóa Ảnh hưởng nồng độ HCl đến q trình hoạt hóa Khi cố định yếu tố thời gian hoạt hóa tỉ lệ khối lượng bột vỏ sị/ thể tích dung dịch HCl phương trình hồi quy thực nghiệm trở thành phương trình bậc biến số từ ta đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ HCl khoảng nồng độ khảo sát sau: Hình 4.4: Ảnh hưởng nồng độ HCl đến hiệu suất q trình hoạt hóa SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 44 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nhìn vào đồ thị Hình 4.4 ta thấy cố định điều kiện thay đổi nồng độ HCl từ 0.05M đến 0.15M hiệu suất trình tăng đến điểm cực đại, sau giảm xuống Do khẳng định họa hóa với nồng độ HCl thấp hiệu không cao, tăng dần nồng độ lên tăng hiệu quả, nhiên nồng độ cao dẫn đến việc HCl phản ứng mạnh với bột vỏ sị( với thành phần CaCO3), làm cho phần bề mặt khơng cịn tốt cho việc hấp phụ, dẫn đến giảm hiệu suất trình Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa Khi cố định yếu tố nồng độ HCl tỉ lệ khối lượng bột vỏ sị/thể tích dung dịch HCl phương trình hồi quy thực nghiệm trở thành phương trình bậc biến số từ ta đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian hoạt hóa khoảng khảo sát sau: Hình 4.5: Ảnh hưởng thời gian đến q trình hoạt hóa Nhìn vào đồ thị Hình 4.5 ta thấy thời gian thay đổi từ 40 phút đến 120 phút hiệu suất trình tăng dần đến điểm cực đại, sau tăng thêm thời gian hiệu suất giảm Khi thời gian hoạt hóa lâu, HCl có nhiều điều kiện phản ứng với bột vỏ sò hơn, điều xảy tương tự với yếu tố nồng đô HCl SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 45 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Ảnh hưởng tỉ lệ rắn/ lỏng (khối lượng vỏ sò Vml dung dịch HCl) Khi cố định yếu tố thời gian hoạt hóa nồng độ HCl phương trình hồi quy thực nghiệm trở thành phương trình bậc biến số từ ta đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ rắn/ lỏng khoảng khảo sát sau: Hình 4.6: Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ sị / thể tích dung dịch HCl Khi tăng tỉ lệ từ 0.04 đến 0.125 hiệu suất trình hấp phụ tăng theo Tăng đến giá trị cực đại hiệu suất khơng tăng Vì tăng tỉ lệ đồng nghĩa với việc tăng lượng CaCO3 Ban đầu lượng bột vỏ sị lượng HCl dư để hoạt hóa tồn CaCO3, phản ứng mức cần thiết, tăng lượng CaCO3 đến mức độ định HCl thiếu, dẫn đến hoạt hóa khơng hồn tồn làm cho hiệu suất trình thấp SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 46 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 4.7: Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa tỷ lệ bột vỏ sị thể tích HCl Qua thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng yếu tố : nồng độ HCl hoạt hóa (C), thời gian hoạt hóa (t) tỉ lệ khối lượng vỏ sò / V ml dung dịch (f) đến q trình hoạt hóa bột vỏ sị dùng để hấp phụ ion Cd2+, ta ứng dụng vào thực tế với việc xử lý ion Cadimi nước thải Từ kết thí nghiệm, tìm điều kiện tối ưu hoạt hóa bột vỏ sị để khả hấp phụ Cd2+ tốt Hình 4.8: Điều kiện hoạt hóa tối ưu Từ hình 4.8 ta thấy điều kiện hoạt hóa tối ưu sau: - Nồng độ HCl: 0.13M - Thời gian hoạt hóa: 93.85 phút - Tỷ lệ khối lượng bột vỏ sò thể tích HCl: 0.09 Ở điều kiện hiệu suất q trình hấp phụ khoảng 95.7% Ta thấy hiệu suất chưa cao, chọn điều kiện hấp phụ để khảo sát hiệu suất chưa phải điều kiện tối ưu Có thể áp dụng điều kiện hoạt hóa để khảo sát tối ưu trình hấp phụ để đạt hiệu hấp phụ cao SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 47 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4.3 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA VỎ SÒ Kết đo XRD Phương pháp XRD thực đo mẫu: mẫu vỏ sò trước hoạt hóa, mẫu vỏ sị sau hoạt hóa, mẫu vỏ sị sau hấp phụ dung dịch Cd2+ Hình 4.9: Kết đo XRD bột vỏ sị trước hoạt hóa Hình 4.10: Kết đo XRD bột vỏ sị sau hoạt hóa HCl SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 48 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 4.11: So sánh mẫu trước hoạt hóa sau hoạt hóa Hình 4.12: Kết XRD mẫu sau hấp phụ dãy peak chuẩn CaCO3, CdCO3 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 49 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Từ kết Hình 4.9 bột vỏ sị trước hoạt hóa, Hình 4.10 bột vỏ sị sau hoạt hóa HCl Hình 4.11 ta thấy thành phần chủ yếu có vỏ sị CaCO3, q trình hoạt hóa khơng làm thay đổi cấu trúc bột vỏ sị Các peak khơng thay đổi Một số peak nhỏ thay đổi vỏ sị có số tạp chất Qua q trình hoạt hóa loại bỏ tạp chất Quan sát kết thu Hình 4.12 bột vỏ sị sau hoạt hóa đem hấp phụ Cd2+ ta thấy cấu trúc bột vỏ sị có thay đổi ngồi peak CaCO3 thành phần vỏ sị ta thấy có xuất peak khác Đó CdCO3 Điều chứng tỏ bột vỏ sò hấp phụ lượng Cd2+ SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 50 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến q hoạt hóa bột vỏ sị như: nồng độ axit HCl (M), thời gian hoạt hóa (phút), tỷ lệ khối lượng bột vỏ sị thể tích dung dịch axit hoạt hóa cách sử dụng Quy Hoạch Thực Nghiệm theo mơ hình boxbehnken để tìm giá trị tối ưu yêu tố khảo sát, ta xây dựng phương trình tốn học cho q trình hấp phụ khoảng nghiên cứu yếu tố khảo sát: H =17.06464 + 700.15833.C + 0.41748.t + 328.97751.f -0.75147.t.f – 2780.66667.C2 – 1.85885.10-3 t2 – 1418.22376 f2 Trong đó: + C: nồng độ HCl hoạt hóa (M) + t: thời gian hoạt hóa, phút + f: tỉ lệ khối lượng vỏ sò/V ml dung dịch HCl, g/ml Kết cho thấy bột vỏ sò sau hoạt hóa khả hấp phụ ion kim loại nặng Cd2+ tốt thay đổi yếu tố nơng độ axit hoạt hóa, thời gian hoạt hóa hay tỷ lệ khối lượng bột vỏ sị thể tích dung dịnh axit hiệu hấp phụ bột vỏ sào sau hoạt hóa thay đổi Dựa vào phương trình tốn học cho q trình hoạt hóa ta tìm điều kiện hoạt hóa tối ưu, để ứng dụng vào trình hấp phụ đạt kết tốt 5.2 KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu chứng minh khả hấp phụ ion kim loại nặng bột vỏ sị sau hoạt hóa Đây hướng nghiên cứu đầy triển vọng phát triển nhân rộng mơ hình để cải thiện tình trạng nhiễm mơi trường tác nhân kim loại nặng Với địa hình nước ta giáp biển đơng nên vỏ sị nguồn ngun liệu lớn rẻ Để phát triển quy trình tốt đưa vào thực tế việc xử lý ion kim loại nặng nên: + Khảo sát thêm yếu tố khác ảnh hưởng đến hạo hóa: nhiệt độ, tốc độ khuấy + Nghiên cứu tạo hạt cho bột vỏ sị sau hoạt hóa để đạt hiệu hấp phụ tốt + Nghiên cứu tối ưu điều kiện hấp phụ dùng bột vỏ sò hoạt hóa SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 51 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hóa Học & Cuộc Sống, Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng nước [2] Bộ Tài Nguyên & Môi Trường, Báo cáo môi trường quốc gia năm 2006-2010 [3] Hồng Nhâm, Hóa học vơ tập 3, NXB Giáo Dục, 2005 [4] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm, tập 3- Truyền Khối, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [5] Nguyễn Ngọc Hạnh, Thí nghiệm hóa lý, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2010 [6] Mike Masukume, Maurice S Onyango, Jannie P Maree, Sea shell derived adsorbent and its potential for treating acid mine drainage, International Journal of Mineral Processing 133 (2014) 52–59 [7] Asif Hossain, Gautam Aditya, Cadimium biosorption potential of shell dust of the fresh water invasive snail physa acuta, Journal of Environmental Chemical Engineering (2013) 574-580 [8] Sung Ho Yeom, Kang-Yeoun Jung, Recycling wasted scallop shell as an adsorbent for the removal of phosphate, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 15 (2009) 40-44 [9] Farhah Amalya ISMAIL, Ahmad Zaharin ARIS, Experimental determination of Cd2+ adsorption mechanism on low-cost biological waste, Front Environ Sci Eng 2013, 7(3): 356-364 [10].Seda Karayünlü Bozbas, Yasemin Boz, Low-cost biosorbent: Anadara inaequivalvis shells for removal of Pb(II) and Cu(II) from aqueous solution, Process safety and environmental protection I03 (2006) 144-152 [11] Yang Liu, Changbin Sun, Jin Xu, Youhi Li, The use of raw and acid-pretreated bivalve mollusk shells to remove metals from aqueous solutions, Journal of Hazardous Materials 168 (2009) 156–162 [12] Trần Thị Thanh Thúy, Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng, Luận văn Thạc Sĩ, 2011 [13] Geng Nan, Wang Peifang, Wang Chao, Hou Jun, Qian Jin, Miao Lingzhan, Mechanisms of cadmium accumulation (adsorption and absorption) by the freshwater SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP bivalve Corbicula fluminea under hydrodynamic conditions, Environmental Pollution 212 (2016) 550-558 [14] Seda Karayünlü Bozbaş, Yasemin Boz, Low-cost biosorbent: Anadara inaequivalvis shells for removal of Pb(II) and Cu(II) from aqueous solution, Process Safety and Environmental Protection 103 (2016) 144–152 [15] Ai Phing Lim, Ahmad Zaharin Aris, Continuous fixed-bed column study and adsorption modeling: Removal of cadmium (II) and lead (II) ions in aqueous solution by dead calcareous skeletons, Biochemical Engineering Journal 87 (2014) 50–61 [16] Nguyễn Thị Thu Vân, Phân tích định lượng, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM,2012 [17] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM, 2011 SVTH: TRẦN HỮU NHIỆM 53