www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ĐỀ TÀI
N
Họ và tên sinh viên: Cao Thị Hải Yến
H
Ơ
Lớp: 55CNHH
U Y
N
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Số chương:
Tài liệu tham khảo:
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Số trang:
TP
tro bay từ nhà máy nhiệt điện vĩnh tân bình thuận”.
G
Đ
Hiện vật:
H Ư
N
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
TR ẦN
....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
10 00
B
....................................................................................................................................... Kết luận .........................................................................................................................
H
Ó
A
....................................................................................................................................... CÁN BỘ PHẢN BIỆN
-L
Í-
Điểm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
Bằng chữ
TO
ÁN
Bằng số
D
IỄ N
Đ
ÀN
Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen và kim loại nặng bằng
Điểm phản biện Bằng số
Bằng chữ
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
N
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
N
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
H
Ơ
Họ và tên sinh viên: Cao Thị Hải Yến
.Q
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
TP
Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen và kim loại nặng bằng
ẠO
Số chương:
Tài liệu tham khảo:
G
Số trang:
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
tro bay từ nhà máy nhiệt điện vĩnh tân bình thuận”.
H Ư
N
Hiện vật:
TR ẦN
NHẬN XÉT
......................................................................................................................................
10 00
B
...................................................................................................................................... ......................................................................................................................................
Ó
A
......................................................................................................................................
Í-
H
......................................................................................................................................
-L
......................................................................................................................................
ÁN
Kết luận.........................................................................................................................
TO
......................................................................................................................................
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
N
Lớp: 55CNHH
D
IỄ N
Đ
ÀN
......................................................................................................................................
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
LỜI CẢM ƠN Sau 3 tháng phấn đấu tìm tòi và làm việc đến giờ phút này khi quá trình làm đồ án tốt nghiệp đã kết thúc và hoàn thành với kết quả tốt. Em muốn gửi lời cảm
Ơ
N
ơn tới thầy cô, bạn bè và gia đình, những người đã giúp đỡ em trong suốt quá trình
H
học tập và thực hiện khóa luận của mình.
U Y
N
Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu trường Đại Học Nha Trang, Ban
TP
kiện tốt nhất cho em được học tập, trau dồi kiến thức để thực hiện được tốt khóa
ẠO
luận của mình.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn hóa đã luôn dõi theo và giúp đỡ em về
G
kiến thức trong sách vở cũng như ngoài thực tế trong suốt quá trình học tập và thực
H Ư
N
hiện khóa luận, cùng với đó em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ phụ trách Phòng Thí Nghiệm Hóa (Trung tâm Thí Nghiệm – Thực Hành) đã tận tình giúp đỡ,
TR ẦN
tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị, giúp chúng em có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
10 00
B
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thạc sĩ Hoàng Thị Thu Thảo người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho em về kiến
A
thức, các phương pháp nghiên cứu và luôn động viên em trong suốt thời gian qua
H
Ó
để em có thể thực hiện tốt đề tài của mình.
Í-
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè những người luôn
-L
luôn bên cạnh em, ủng hộ, động viên và giúp đỡ em trong mọi hoàn cảnh trong
Nha Trang, ngày 05 tháng 7 năm 2017
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
suốt quá trình học tập, cũng như trong quá trình thực hiện đề tài này
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
chủ nhiệm cùng các thầy cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã luôn luôn tạo điều
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................
Ơ
DANH MỤC HÌNH .........................................................................................................
N
MỤC LỤC ........................................................................................................................
H
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................
U Y
N
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Khái niệm ....................................................................................................3
1.1.2.
Phân loại và thành phần hóa học .................................................................3
1.1.3.
Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay ...................................................6
Đ
G
N
Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghệp dệt nhuộm ................................ 8
H Ư
1.2.
ẠO
1.1.1.
Khái quát về thuốc nhuộm [3].....................................................................8
1.2.2.
Phân loại thuốc nhuộm ................................................................................9
1.2.3.
Xanh methylen [29]...................................................................................11
1.2.4.
Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm .....................13
B
10 00
Tổng quan về kim loại nặng Cu2+, Fe3+ ........................................................... 14 Tổng quan về kim loại nặng ......................................................................14
1.3.2.
Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới..........................................16
1.3.3.
Tình hình ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam ..........................................16
1.3.4.
Đồng ..........................................................................................................18
1.3.5.
H
Ó
A
1.3.1.
-L
1.3.
TR ẦN
1.2.1.
ÁN
Sắt ..............................................................................................................20 Phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước [30] ...................................21
TO
1.3.6.
Giới thiệu các phương pháp hấp phụ ............................................................... 27
D
IỄ N
Đ
ÀN
1.4.
1.4.1.
Các khái niệm hấp phụ [6], [15], [16] ....................................................... 27
1.4.2.
Hấp phụ trong môi trường nước ................................................................ 28
1.4.3.
Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ...............................................29
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
TP
Giới thiệu tổng quan về tro bay .........................................................................3
Í-
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
1.1.
.Q
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ................................................................................34 2.1.
Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất ....................................................................34
2.1.1.
Nguyên liệu và hóa chất ............................................................................34
2.1.2.
Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu .................................................................34
2.2.
Tiến hành thí nghiệm ....................................................................................... 34
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
2.2.1.
Chuẩn bị hóa chất ...................................................................................... 34
2.2.2.
Xây dựng đường chuẩn xanh methylen ....................................................35
2.2.3.
Khảo sát quá trình hoạt hóa tro bay bằng axit và bazo ............................. 36 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit hoạt hóa ........................................36
2.2.3.2.
Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bazo hoạt hóa ......................................37
2.2.3.3.
Khảo sát ảnh hưởng thời gian hoạt hóa tro bày bằng NaOH .............37
H
N
U Y
Khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng tro bay hoạt hóa ...........38 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ ............38
2.2.4.2.
Khảo sát ảnh hưởng khối lượng tro bay tới quá trình hấp phụ ..........38
TP
.Q
2.2.4.1.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
2.2.4.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của tro bay và tro bay hoạt hóa ………………………………………………………………………………….38
2.2.6.
Khảo quá trình hấp phụ sắt (III) oxalat của tro bay hoạt hóa .............39
H Ư
2.2.5.1.
N
G
Xây dựng đường chuẩn sắt (III) oxalat .....................................................39 Xây dựng đường chuẩn đồng (II) .............................................................. 39
2.2.6.1.
TR ẦN
2.2.5.
Khảo quá trình hấp phụ đồng (II) của tro bay hoạt hóa .....................39
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ .......................................................................................... 41 Đường chuẩn xanh methylen ...........................................................................41
3.2.
Ảnh chụp SEM của tro bay ban đầu và tro bay hoạt hóa.................................42
3.3.
Quá trình khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng tro bay .................43 Khảo sát nồng độ axit/bazo hoạt hóa đến quá trình hấp phụ ....................43
3.3.2.
Khảo sát ảnh hưởng thời gian hoạt hóa .....................................................45
3.3.3.
Í-
H
3.3.1.
-L
Ó
A
10 00
B
3.1.
ÁN
Khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng tro bay hoạt hóa ...........46 Khảo sát thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ .............................. 47
3.3.3.2.
Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng tro bay tới quá trình hấp phụ ....47
TO
3.3.3.1.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
2.2.4.
Ơ
2.2.3.1.
N
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
D
IỄ N
Đ
ÀN
3.3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của tro bay chưa hoạt hóa và tro bay hoạt hóa ...................................................................................................................50
3.4.
Hấp phụ kim loại nặng .....................................................................................55
3.4.1.
Xây dựng đường chuẩn sắt (III) oxalat .....................................................55
3.4.2.
Xây dựng đường chuẩn đồng Cu2+............................................................ 56
3.4.3.
Khảo sát khả năng hấp phụ ion Fe3+ và Cu2+ của tro bay hoạt hóa...........57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................59
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Ơ
Hình 3.2. Ảnh chụp SEM mẫu tro bay chưa hoạt hóa. ..................................................42
N
Hình 3.1. Đồ thị xây dựng đường chuẩn xanh methylen. .............................................41
N
H
Hình 3.3. Ảnh chụp SEM mẫu tro bay đã hoạt hóa....................................................... 42
U Y
Hình 3.4. Mẫu tro bay chưa hoạt hóa ............................................................................43
TP
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ bazo đến giá trị mật độ quang. ...........45
ẠO
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng thời gian hoạt hóa đến quá trình hấp phụ. ...46
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Hình 3.8. Tro bay sau khi được hoạt hóa ......................................................................47
G
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến mật độ quang. ...............48
H Ư
N
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng tro bay tới mật độ quang........49
TR ẦN
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen đến hiệu suất hấp phụ của tro bay chưa hoạt hóa và tro bay hoạt hóa. ...................................................... 51
B
Hình 3.12. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của tro bay chưa hoạt hóa đối với xanh methylen. ....................................................................................................................... 51
10 00
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với xanh methylen của tro bay chưa hoạt hóa theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir. ........................................................ 52
H
Ó
A
Hình 3.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich đối với xanh methylen của tro bay chưa hoạt hóa. ................................................................................................................52
Í-
Hình 3.15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của tro bay hoạt hóa đối với xanh methylen. ...53
ÁN
-L
Hình 3.16. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với xanh methylen của tro bay hoạt hóa theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir. ................................................................ 53
TO
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Freundlich đối với xanh methylen của tro bay hoạt hóa. ......................................................................................................54
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ axit đến giá trị mật độ quang. .............44
ÀN
Hình 3.18. Đường chuẩn sắt (III) oxalat. ......................................................................56
D
IỄ N
Đ
Hình 3.19. Đường chuẩn đồng (II) ................................................................................57
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng các oxit chủ yếu. ..........................................................................4
Ơ
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia khác.................6
N
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện .......................5
H
Bảng 1.4. Một số thông số của xanh methylen ............................................................. 12
U Y
N
Bảng 3.1. Giá trị mật độ quang của xanh methylen. .....................................................41
TP
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ bazo hoạt hóa đến quá trình hấp phụ.....................44
ẠO
Bảng 3.4. Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa đến quá trình hấp phụ...................................45
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Bảng 3.5. Ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ. ....................................47
G
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của khối lượng tro bay tới quá trình hấp phụ............................. 49
H Ư
N
Bảng 3.7. Ảnh hưởng nồng độ xanh methylen đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của tro bay ban đầu. .......................................................................................................50
TR ẦN
Bảng 3.8. Ảnh hưởng nồng độ xanh methylen đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của tro bay hoạt hóa. ......................................................................................................50
10 00
B
Bảng3.9. Các thông số của phương trình hấp phụ Langmuir của tro bay chưa hoạt hóa và tro bay hoạt hóa.........................................................................................................54
A
Bảng 3.10. Các thông số của phương trình hấp phụ Freundlich của bùn đỏ chưa hoạt hóa và bùn đỏ hoạt hóa ..................................................................................................55
Ó
Bảng 3.11. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe (III) oxalat ...............55
Í-
H
Bảng 3.12. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Cu2+ .............................. 56
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Bảng 3.13. Khả năng hấp phụ kim loại nặng của tro bay..............................................57
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit hoạt hóa đến quá trình hấp phụ. .....................43
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
1
MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển ngày càng rộng lớn về mọi mặt của thế giới, đặc
N
H
lượng lớn các khí thải chất thải đồng thời cũng được thải ra ngoài môi trường, con
Ơ
ứng được mọi nhu cầu của con người. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó một
N
biệt trong các lĩnh vực công nghiệp đã và đang tạo ra nhiều sản phẩn tiên tiến đáp
.Q
môi trường mà không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để. Vì vậy, việc nâng cao ý
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
những vấn đề cấp thiết được nhiều nhà chức trách quan tâm đến.
TP
thức của con người và tìm ra các giải pháp xử lý triệt để các chất thải đang là
G
Đ
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dệt
N
may, cao su, giấy, mỹ phẩm, y tế.... Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác nhân
H Ư
gây ô nhiễm các nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người và các sinh vật
TR ẦN
sống. Bên cạnh đó, sự hiện diện của thuốc thuộm trong nước ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm giảm quá trình quang hợp kéo theo sự
B
giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước và làm tăng ô nhiễm nguồn nước.Thuốc
10 00
nhuộm còn có độc tính với nhiều loại động vật thủy sinh, màu của thuốc nhuộm làm mất vẻ mỹ quan của môi trường nước. Hơn thế nữa, trong môi trường kỵ khí,
Ó
A
một số loại thuốc nhuộm sẽ bị khử tạo thành những vòng amin thơm, đây là những
H
loại chất độc gây ra ung thư và biến dị cho người và động vật. Kim loại nặng cũng
-L
Í-
là một loại chất thải được thải ra từ các nhà máy công nghiệp, y tế, mỹ phẩm…
ÁN
những chất ô nhiễm nước đặc biệt nguy hiểm đối với sức khỏe con người do khả
TO
năng tích tụ sinh học cao. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chủ yếu là các phương pháp
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
người đang dần hủy hoại môi trường sống của mình. Những chất thải được thải ra
ÀN
hóa học cần có cộng nghệ tiên tiến như lọc màng, oxi hóa…. Tuy nhiên những
D
IỄ N
Đ
phương pháp xử lý này đạt hiệu quả không cao và vẫn gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Bên cạnh các chất thải độc hại, một số chất thải lại được tái sử dụng để làm chất hấp phụ xử lý chất thải. Chính vì vậy, việc tái chế tận dụng chất thải không những đem lại các lợi ích kinh tế, xã hội mà còn có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường. Trước thực trạng đó, người ta đã nghiên cứu một loại vật liệu mới có
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
2
khả năng xử lý màu, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam đó là tro bay - vấn đề thời sự đang làm nóng nhiều diễn đàn khoa học và
N
H
lượng chất thải rắn này mới được tái sử dụng rất ít, chủ yếu thải ra môi trường. Do
Ơ
phần lớn từ các nhà máy nhiệt điện than. Cho đến nay, ngay ở các nước phát triển,
N
sự quan tâm của dư luận. Hàng năm trên thế giới thải ra hơn 400 triệu tấn tro bay,
U Y
đó việc nghiên cứu phát triển các hướng ứng dụng khác nhau của tro bay đang
TP
hấp phụ xử lý nước thải.
ẠO
Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen và
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
kim loại nặng bằng tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân – Bình Thuận” là
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
G
đề tài em lựa chọn nghiên cứu trong khóa luận tốt nghiệp này.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
được các nhà khoa học hết sức quan tâm, đặc biệt là hướng ứng dụng làm vật liệu
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu tổng quan về tro bay
Ơ
H
Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy
N
1.1.1. Khái niệm
N
nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ
.Q
nồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than cacbon chưa cháy hết. Là những
TP
tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích thước hạt là 0,05
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
micromet, tức là 50 nanomet (1 nanomet = 10-9 centimet). Các hạt bụi tro được thu
Đ
hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy.
N
G
Tro bay nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng 1.4000C)
H Ư
nên nó có tính puzzolan là tính hút vôi rất cao. Theo dự báo, đến năm 2020 sẽ có
TR ẦN
thêm 28 nhà máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động [13], lúc đó lượng tro xỉ thải ra hàng năm sẽ vào khoảng 12 triệu tấn, đó là chưa kể lượng tro bay khá lớn thải ra
B
từ hàng loạt các lò cao ở các khu công nghiệp gang thép sử dụng nhiên liệu than.
10 00
Vì vậy việc xử lí để tái sử dụng chất thải rắn này là vấn đề vô cùng cấp bách. Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro bay được cho là
Ó
A
tro của nguyên liệu đốt đã được nghiền mịn. Nhưng ở Mỹ, loại tro này được cho là
Í-
H
tro bay bởi nó thoát ra cùng với khí ống khói và bay vào trong không khí. Và thuật
-L
ngữ tro bay (fly ash) được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới hiện nay để chỉ phần
ÁN
rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.
TO
1.1.2. Phân loại và thành phần hóa học
ÀN
Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
buồng đốt qua ống khói nhà máy. Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống
Đ
các loại khác nhau. Tro bay có hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do
D
IỄ N
trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó canxi, CaO trong tro bay
hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao và tro bay có hàm lượng canxi thấp. Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám. Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
4
Loại F: hàm lượng CaO ít hơn 8% Loại CI: hàm lượng CaO nhiều hơn 8% nhưng ít hơn 20%
N
Loại C: hàm lượng CaO lớn hơn 20%
H
Ơ
Tro bay thường được phân ra thành hai loại tùy theo nguồn than đốt [25]:
N
Loại C có hàm lượng CaO ≥ 5% và thường bằng 15-35%. Đó là sản phẩm
TP
.Q
Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc
ẠO
than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2-10%.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Thành phần hóa học của tro bay chủ yếu là hỗn hợp các ôxit vô cơ như SiO2,
G
Đ
Al2O3, Fe2O3 , TiO3, MgO, CaO, K2O. Ngoài ra, có thể chứa một lượng than chưa
H Ư
N
cháy.
Hàm lượng các oxit chủ yếu trong tro bay loại C và F được ghi lại trong bảng sau:
TR ẦN
Bảng 1.1. Hàm lượng các oxit chủ yếu.
Tro bay loại F (%)
10 00
B
Hợp chất
Tro bay loại C (%)
55
40
26
17
7
6
CaO
9
24
MgO
2
5
1
3
SiO2
Ó H
ÁN
-L
Í-
Fe2O3
A
Al2O3
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
SO3
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
đốt than ligrit hoặc than chứa bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
5
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay ở một số nhà máy nhiệt điện.
NinhBình
(%kl)
(%kl)
(%kl)
SiO2
58.4
58.5
60.7
Al2O3
26.1
28.1
Fe2O3
7.2
6.1
CaO
0.7
0.8
MgO
1.2
1.1
Na2O
0.4
K2O
4.3
SO3
0.3
U Y
.Q TP ẠO Đ
G
N
H Ư
0.4 0.8 0.2
2.6
4.3
-
0.3
20-45
20-40
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
khi nung (%)
4.8
0.1
TR ẦN
10 00
15-35
27.5
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
Lƣợng mất
H
Uông Bí
N
Phả Lại 1,2
B
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Thành phần
Ơ
N
Nhà máy
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
6
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của một số loại tro bay từ các quốc gia khác.
Cadactan 54-65
Al2O3
25-35
>31
Fe2O3
1-5
<3
MgO
-
>1
CaO
-
K2 O
-
ẠO
TP
21-39
>2
1,6-3,8 0,7-2,3 -
H Ư
TR ẦN
Na2O TiO2
0,5-1,5
>1
-
-
0,3-1,3
>1
-
10 00
B
Tro bay là bột mịn có dạng hình cầu màu ghi hoặc ghi sáng, kích thước hạt nhỏ, trong khoảng từ dưới 1 đến 100 μm. Diện tích bề mặt riêng dao động trong
A
khoảng từ 0,5 đến 2 m2/g [21,17]. Các ưu điểm nổi bật của tro bay là nhẹ, tính chất
H
Ó
cơ học cao, bền nhiệt, bền với các loại hóa chất, giá thành rẻ.
-L
Í-
Tro bay sinh ra từ quá trình đốt cháy than bột thì có tỉ trọng lớn nhất, độ ẩm
ÁN
tối ưu, lượng cacbon không cháy hết hấp thụ nước làm độ ẩm của tro tăng lên. Tính
TO
thấm của tro bay là một trong những tính chất quan trọng góp phần đánh giá ảnh
ÀN
hưởng của nó tới môi trường và công đoạn xử lý.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
U Y
>55
N
(%)
55-65
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Hàm lƣợng
SiO2
G
N
H
Trung Quốc
Ơ
Ấn độ
N
Tro bay sản xuất tại
Thành phần hóa học
D
IỄ N
Đ
1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay Hiện nay, việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay đang được quan tâm và phát triển mạnh mẽ để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dồi dào này, đồng thời góp phần đáng kể cải tạo môi trường sống. Cho đến nay, ngay cả tại các nước phát triển, lượng tro bay được tái sử dụng vẫn còn rất hạn chế, chủ yếu trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng. Các hướng ứng dụng khác đang được thế giới đẩy mạnh
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
7
nghiên cứu và triển khai ứng dụng. Các lĩnh vực ứng dụng chính của tro bay có thể liệt kê như sau:
N
H
Tro bay đang là một phụ gia đặc biệt cho bê tông, có thể thay thế tới 20% xi
Ơ
N
a) Ứng dụng trong sản xuất xi măng và bê tông:
TP
.Q
xi măng (thành phần vốn gây "nổ", làm giảm chất lượng bê tông).
ẠO
b) Ứng dụng làm vật liệu xây dựng:
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Người ta sử dụng tro bay để thay thế đất sét, cát, đá vôi và sỏi… làm vật liệu
G
xây dựng cầu đường. Sản xuất các loại gạch, tấm panen, sản xuất gạch cho sân
TR ẦN
c) Ứng dụng trong nông nghiệp:
H Ư
N
phơi, đường nông thôn, nhà tạm, hoặc dùng tro làm vật liệu nền đường.
Tro bay được ứng dụng làm chất kích thích tăng trưởng cho cây trồng. Bên
10 00
B
cạnh đó việc kết hợp tro bay nhẹ với nước bùn thải có giá trị làm phân bón… Chuyển hóa tro bay thành sản phẩm chứa zeolit có thể dùng để cải tạo đất, chống
A
chua, khô cằn và bạc màu, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu, tăng
H
Ó
năng suất và chất lượng sản phẩm, bảo quản một số nông sản sau khi thu hoạch,
ÁN
-L
uế chuồng trại.
Í-
làm chất vi lượng trong thức ăn gia súc để tăng sức đề kháng và chống bệnh tật, tẩy
TO
d) Ứng dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm nƣớc:
ÀN
Tro bay ngoài các ứng dụng kể trên còn được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
măng. Do cấu trúc mịn, tro có thể làm tăng độ nhớt của vữa và giúp khử vôi trong
Đ
vực xử lý các chất ô nhiễm môi trường. Có rất nhiều các tài liệu nghiên cứu khả
D
IỄ N
năng xử lý các chất ô nhiễm nước bằng phương pháp hấp phụ sử dụng tro bay. Các chất ô nhiễm có thể là hữu cơ, ví dụ như các dẫn xuất của phenol, các chất màu [23], hay các hợp chất vô cơ ví dụ các ion kim loại nặng [8,9,10, 24]. Do khả năng hấp phụ kim loại nặng không cao, nhiều công trình đã nghiên
cứu biến tính tro bay, chủ yếu là chuyển hóa thành zeolit bằng cách trộn với xút rắn và nung ở nhiệt độ cao, khoảng 500-600oC [24]. Ở nước ta các nghiên cứu về tái sử
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
8
dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ vẫn còn rất ít. Đáng kể nhất là công bố của Nguyễn Thị Thu và cộng sự đã nghiên cứu chuyển hóa tro bay Phả Lại thành dạng
N
zeolit định hướng xử lý chất thải gây ô nhiễm [12].
N
H
Ơ
Những nghiên cứu trước đây về tro bay
U Y
Ở nước ta, các nghiên cứu về tro bay, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng tro bay
TP
trình nghiên cứu ứng dụng tro bay làm vật liệu kết dính trong xây dựng và các lĩnh
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
vực khác:
G
Đ
Kết quả sử dụng phụ gia tro bay trong chế tạo RCC đập Định Bình- Và những
H Ư
N
kinh nghiệm rút ra từ thực thế- Công ty cổ phần xây dựng 47 (Quy Nhơn, năm 2007). [26]
TR ẦN
Nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Mông Dương trong sản xuất vật liệu xây dựng- Luận văn thạc sĩ khoa học_Nguyễn Thị Nhiên (Hà Nội, 2016). [27]
B
Nghiên cứu ứng dụng tro bay làm chất độn gia cường cho vật liệu cao su
10 00
blend- luận án tiến sĩ hóa học_Lương Như Hải (Hà Nội, 2015). [28] 1.2. Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghệp dệt nhuộm
Ó
A
1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm [3]
H
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất
-L
Í-
định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt
ÁN
trong những điều kiện quy định. Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên
TO
hoặc tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính
ÀN
chất không bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học,
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
trong lĩnh vực kỹ thuật còn khá mới mẻ. Tuy nhiên, gần đây đã có một số công
một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ
D
IỄ N
Đ
màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2…. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, -COOH, -SO2H, -OH… đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
9
1.2.2. Phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi
.Q
a. Phân loại theo cấu trúc hóa học:
TP
Theo cách phân loại này thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc
ẠO
nhuộm khác nhau. Các họ chính là:
* Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm
Đ
G
có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo).Thuốc nhuộm azo
H Ư
N
có khả năng nhuộm màu cao (gấp hai lần khả năng nhuộm màu của thuốc nhuộm
TR ẦN
antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm nên giá thành thấp. Đây là sản phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của một hoặc một và nhóm thuốc nhuộm azo có đủ gam màu và độ bền màu cao. Do đó,
10 00
B
đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 6070% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp.
Ó
A
* Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
N
nhất. [2]
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Ơ
H
chia thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến
N
sử dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân
antraquinon Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
10
* Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó
Ơ
N
nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
G
* Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những
H Ư
N
nguyên tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay
TR ẦN
đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm.
10 00
B
Ngoài ra, còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu
Ó
A
huỳnh….
H
b. Phân loại theo đặc tính áp dụng:
-L
Í-
* Thuốc nhuộm hoàn nguyên
ÁN
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không tan
TO
trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát: R=C=O.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
TP
triaryl metan
.Q
U Y
N
H
diaryl metan
ÀN
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
D
IỄ N
Đ
của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu. Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon. * Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng có thể chuyển về dạng tan qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
11
* Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong nước, nó phân
N
H
trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo.
Ơ
nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm
N
ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc
TP
.Q
chứa các nhóm cho tính tan như: SO3Na, - COONa. Thuốc nhuộm phân tán hầu hết là các hợp chất màu azo và antraquinon.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
* Thuốc nhuộm bazơ – cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ tan trong nước cho
G
Đ
cation mang màu được dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu bằng ta nanh, là
H Ư
N
các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
* Thuốc nhuộm axit: được tạo thành từ axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan
TR ẦN
trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có
10 00
B
khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit.
A
* Thuốc nhuộm hoạt tính: là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với
H
Ó
xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.
Í-
Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác
-L
nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
ÁN
Đây là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ
TO
bền màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
* Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước do không
ÀN
những thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là
D
IỄ N
Đ
lớp thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.
1.2.3. Xanh methylen [29] a. Cấu trúc xanh methylen: Xanh methylen là một hợp chất thơm dị vòng, được tổng hợp cách đây hơn 120 năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl (M = 319.85g/mol)
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
12
Bảng 1.4. Một số thông số của xanh methylen
C16H18ClN3S
N
Công thức phân tử
Độ tan trong nước ở
300 g/l
ẠO
Đ Rắn dạng bột, màu xanh
G
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
20oC
H Ư
N
Trạng thái b. Lịch sử nghiên cứu:
TR ẦN
Năm 1925, Mansfield Clark đã nổi tiếng khi giới thiệu tổng quan về sự ứng dụng của xanh methylen vào công trình kỹ thuật, hóa công nghiệp, sinh học và y
10 00
B
học. Nhiều công trình nghiên cứu về xanh methylen đã được xuất bản cách đây hơn 100 năm nhưng hiện nay vẫn còn giá trị và đang tiếp tục được nghiên cứu. Năm
A
1891, xanh methylen được sử dụng trong việc điều trị bệnh sốt rét bởi 2 nhà khoa
H
Ó
học Paul Guttmann và Paul Ehrlich. Sau đó, với sự phát triển của y học, một số hỗn
Í-
hợp chứa xanh methylen cũng ra đời để đáp ứng công việc kiểm tra kí sinh trùng
-L
gây bệnh sốt rét và phân tích tế bào bạch cầu như dung dịch Giemsa, Eosin A, và
ÁN
Azure B. Nhuộm màu với xanh methylen cũng được sử dụng cho nghiên cứu trong
TO
y học hiện đại.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
319,85 g/mol
TP
Phân tử gam
.Q
U Y
N
H
Ơ
Công thức cấu tạo
D
IỄ N
Đ
ÀN
c. Đặc tính của xanh methylen: Đây là một hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng. Dạng
dung dịch 1% có pH từ 3 - 4,5. Xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dichromate, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S. Xanh methylen nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể. Xanh methylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh methylen bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Xanh methylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon,
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
13
da, gỗ, sản suất mực in, trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất lượng bê tông, vữa và được sử dụng trong y học. Trong thủy sản, xanh methylen được sử
N
dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh
H
Ơ
trùng.
N
Ngoài ra, xanh methylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu
.Q
thải ra môi trường làm mất vẻ đẹp mỹ quan của môi trường, ảnh hưởng đến sản
TP
xuất và sinh hoạt của con người. Màu xanh methylen có thể gây bỏng mắt gây tổn
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
thương vĩnh viễn cho đôi mắt của động vật con người cũng như thủy sản. Nó cũng
Đ
có thể gây ra kích ứng đường tiêu hóa với các triệu chứng buồn nôn, và tiêu chảy.
H Ư
N
G
Màu xanh methylen cũng gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó. 1.2.4. Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
TR ẦN
Thuốc nhuộm đã có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm
10 00
B
bởi sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô
A
nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi trường [19], [22].
H
Ó
Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm
Í-
và công nghệ sử dụng. Đối với nước thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ
-L
và hóa chất dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng các phương pháp truyền thống,
ÁN
trong khi đó, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nước thải
TO
dệt nhuộm. Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. Xanh methylen khó phân hủy khi
ÀN
Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất
D
IỄ N
Đ
dư thừa: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng... Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào nước trung bình 10% với màu đậm, 2% với màu
trung bình, nhỏ hơn 2% với màu nhạt. Trong in hoa tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều [3]. Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ 10÷50mg/L [15]. Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đối với con người, các kiểm tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
14
thuốc nhuộm không gây kích thích (với vật thử nghiệm thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ [15], [4].
Ơ
H
thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp
N
Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ…với một nồng độ rất nhỏ của
N
thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại
.Q
hữu cơ trong nước thải. Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá
TP
của hơn 3000 thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
độc đến cực độc. Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy
Đ
sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.Đối với
N
G
con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi. Ngoài ra, một số
H Ư
thuốc nhuộm, chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc
TR ẦN
nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu
B
quả nhuộm màu cao [19].
10 00
1.3. Tổng quan về kim loại nặng Cu2+, Fe3+ 1.3.1. Tổng quan về kim loại nặng
Ó
A
Kim loại nặng là những nguyên tố có khối lượng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có
Í-
H
thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển
-L
(dạng rắn không tan, khoáng, quặng…) và sinh quyển (trong cơ thể con người,
ÁN
động thực vật). Cũng như nhiều nguyên tố khác, các kim loại nặng có thể cần thiết
TO
cho sinh vật nhưng chỉ có nghĩa “cần thiết” ở một hàm lượng nhất định nào đó, nếu
ÀN
ít hơn hoặc nhiều hơn thì lại gây tác động ngược lại. Những kim loại không cần
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
thuỷ sinh vật. Nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất
thiết, khi vào cơ thể sinh vật ngay cả ở dạng vết (rất ít) cũng có thể gây tác động
D
IỄ N
Đ
độc hại. Với quá trình trao đổi chất, những kim loại này thường được xếp loại độc. Ví dụ như niken, đối với thực vật thì niken không cần thiết và là chất độc, nhưng đối với động vật, niken lại rất cần thiết ở hàm lượng thấp. Với những kim loại cần thiết đối với sinh vật cần lưu ý về hàm lượng của chúng trong sinh vật. Nếu ít quá sẽ gây ảnh thưởng tới quá trình trao đổi chất, nếu nhiều quá sẽ gây độc. Như vậy sẽ tồn tại một khoảng hàm lượng tối ưu của kim
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
15
loại, và chỉ có giá trị ở đúng sinh vật hay một cơ quan của sinh vật mà nó có tác dụng, ở giá trị này sẽ có tác đông tích cực lên sự phát triển hoặc sản phẩm của quá
N
H
độc hại hơn. Chúng cũng có thể tích tụ trong hệ thống phi sinh học (không khí, đất
Ơ
học mà tích tụ trong sinh vật, tham gia chuyển hóa sinh học tạo thành các hợp chất
N
trình trao đổi chất. Kim loại nặng trong môi trường thường không bị phân hủy sinh
U Y
nước, trầm tích) và được chuyển hóa nhờ sự biến đổi các yếu tố vật lý và hóa học
TP
gia vào quá trình biến đổi các kim loại nặng và là nguyên nhân gây ảnh hưởng tới
ẠO
vòng tuần hoàn vật chất hóa địa, sinh học của nhiều loại.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Mức độ ảnh hưởng của các hoạt động nhân tạo của vòng tuần hoàn kim loại
N
G
có thể định tính qua một số hệ số khác nhau. Bên cạnh các hệ số kĩ thuật, còn một
H Ư
số yếu tố sau.
TR ẦN
Hệ số lan truyền IF (interference factor) toàn cầu là tỷ lệ giữa hàm lượng vật chất do nhân tạo của kim loại đi vào khí quyển và hàm lượng vật chất trong tự nhiên của kim loại đó.
10 00
B
Hệ số tụ địa chất Igeo là logarit của tỷ lệ nồng độ nguyên tố trong trầm tích
Igeo = log
H
Ó
A
của sông và trong cơ thể sống:
Í-
CF nồng độ kim loại trong trầm tích của sông
-L
BF nồng độ kim loại trong cơ thể sống
ÁN
Ảnh hưởng sinh học và hóa học của kim loại nặng trong môi trường còn phụ
TO
thuộc vào nhiều yếu tố như độ hòa tan của các muối, tính oxy khử, khả năng tạo
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
như nhiệt độ áp suất dòng chảy, oxy, nước… Nhiều hoạt động nhân tạo cũng tham
ÀN
phức và khả năng tích tụ sinh học. Ví dụ, muối của các kim loại dễ tan hơn muối
D
IỄ N
Đ
của kim loại kiềm thổ nên chúng dễ đi vào thủy quyển hơn. Một số hợp chất kim loại có tính oxy hóa mạnh sẵn sàng tham gia các phản ứng trao đổi tạo nên các chất mới. Các dẫn xuất của N, S dễ kết hợp với các cacbua kim loại nặng (ZN2+, Co2+, Mn2+, Fe2+…) tạo thành các phức chất bền vững. Một số kim loại nặng lại có thể tạo nên các bậc oxy hóa khác nhau bền vững trong điều kiện môi trường để tham gia phản ứng oxi hóa khử chuyển hóa thành chất ít độc hơn (Fe2+/Fe3+). Một số kim loại tham gia phản ứng chuyển hóa sinh học với thành phần trong cơ thể sống tạo
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
16
nên các hợp chất cơ- kim loại (CH3)2Hg, CH3Hg+…) tích tụ trong sinh vật và gây tác động độc hại.
Ơ
H
Ô nhiễm kim loại ở môi trường biển đã gia tăng trong những năm gần đây do
N
1.3.2. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới
N
dân số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp (Arellano và cộng sự, 1999
TP
sống của sinh vật thủy sinh, gây nguy cơ cho sức khỏe của con người.
.Q
sông, vùng ven biển trên thế giới đã được biết từ lâu bởi tính độc hại đe dọa đến sự
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Hàm lượng Cd cũng được xác định ở Anh tại các cửa sông không bị ô nhiễm
G
Đ
với hàm lượng 0,2 μg/kg, tại các cửa sông bị ô nhiễm nặng hàm lượng này có thể
H Ư
N
lên đến 10 μg/g (Bryan & Langston, 1992). Sông Deule ở Pháp là một trong những con sông bị ô nhiễm rất nặng do hứng chịu chất thải từ nhà máy luyện kim. Hàm
TR ẦN
lượng kim loại trong trầm tích sông này rất cao (480 mg/kg) (Neda và cộng sự, 2006). Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích tại vùng cửa sông, vùng ven biển
B
trên thế giới nơi có rừng ngập mặn cũng đã được xác định từ ít bị ô nhiễm cho đến
10 00
ô nhiễm nặng. Tam & Wong (1995) đã xác định hàm Pb trong trầm tích rừng ngập mặn Sai Keng, Hong Kong với hàm lượng 58,2 μg/g Zheng & Lin (1996) đã xác
Ó
A
định hàm lượng Pb và Cd trong trầm tích rừng ngập mặn Avicennia marina, vịnh
Í-
H
Shenzhen với hàm lượng tương ứng 28,7 μg/g và 0,136 μg/g tương ứng. Theo
-L
Breemen (1993), Astrom & Bjorklund (1995), Sundstrom và cộng sự (2003), Hoa
ÁN
và cộng sự (2004) đã chỉ ra rằng đất phèn là nguồn phóng thích kim loại nặng gây
TO
ô nhiễm nguồn nước. Khi đất phèn tiềm tàng tiếp xúc với ôxy do hiện tượng tự
ÀN
nhiên hoặc do thoát nước nhân tạo, pyrite bị ôxy hóa tạo ra acid sulfuric làm hạ
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
trích trong Susana và cộng sự, 2005)[18]. Ô nhiễm kim loại nặng ở nhiều vùng cửa
thấp pH. Khi pH <4 các proton được phóng thích tấn công các khoáng sét, hòa tan
D
IỄ N
Đ
một số kim loại mà nồng độ của chúng có thể vượt xa nồng độ trong các loại đất không phèn (Trần Kim Tính, 2004).[20] 1.3.3. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam Sau gần 20 năm mở cửa và đẩy mạnh kinh tế với hơn 64 khu chế xuất và khu
công nghiệp, cộng thêm hàng trăm ngàn cơ sở hóa chất và biến chế trên toàn quốc. Vấn đề ô nhiễm đang là vấn đề nan giải đối với Việt Nam.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
17
Trong số các kim loại nặng xuất hiện trong các thủy vực với một lượng lớn phải kể đến Asen (As), Cadimi (Cd), đồng (Cu), thủy ngân (Hg), Mangan (Mn), chì
N
H
thải công nghiệp của các ngành liên quan tới kim loại như: công nghiệp mạ, hóa
Ơ
bền vững hay khó phân hủy sinh học. Những kim loại này có chủ yếu trong nước
N
(Pb)… Các kim loại trên và muối của chúng là những chất độc hại và là chất khá
U Y
chất, sản xuất pin, cơ khí… Nước thải công nghiệp chứa hàng loạt các chất thải
TP
của các chất ô nhiễm có trong nước thải tùy thuộc vào loại hình công nghiệp, quá
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
trình sản xuất, tính hiện đại của máy móc. [7]
Đ
Trong những năm gần đây, do sự phát triển về kinh tế, kéo theo là sự gia tăng
N
G
dân số nên số lượng khí thải và nước thải ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại
H Ư
nặng mà nguồn gốc từ công nghiệp và giao thông vận tải. Các kim loại nặng nói
TR ẦN
chung lại khó loại bỏ bằng các phương pháp xử lý nước thải thông thường và nếu chúng xâm nhập vào các nguồn nước sinh hoạt ở mức độ cao hơn giới hạn cho
B
phép sẽ là nguồn gốc của các bệnh hiểm nghèo: ung thư, tim mạch, gan, phổi…
10 00
Hiện nay với các phương tiện phân tích hạt nhân (kích hoạt notron, proton, kích thích huỳnh quang tia X…) và các phương pháp phân tích hiện đại khác ta đã có
Ó
A
thể xác định được sự có mặt và hàm lượng các kim loại nặng trong nước với độ
H
nhạy và độ chính xác cao và bằng các phương pháp xử lý toán học các số liệu thu
-L
Í-
thập được, ta có thể suy ra nhiều thông tin bổ ích về nguồn gốc và sự di chuyển của
ÁN
các chất gây ô nhiễm.
TO
Ô nhiễm kim loại nặng trong nước không chỉ trực tiếp do nước thải công
ÀN
nghiệp và sinh hoạt mà còn có thể từ các nguồn gốc khác (giao thông vận tải, đốt
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
rắn, chất hữu cơ và vô cơ, các muối kim loại nặng. Các dạng tồn tại và hàm lượng
than, đốt rác, phân bón, thuốc trừ sâu…). Riêng ở nước ta, các đường ống dẫn nước
D
IỄ N
Đ
và cáp ngầm do đã quá cũ nên có khả năng bị ăn mòn gây ra ô nhiễm Zn, Pb, Cd…vào môi trường nước. Các kim loại nặng dù cho nằm trong chất thải dạng khí hay rắn cũng gây ra ô nhiễm nguồn nước do sự lắng rơi xuống mặt nước sông, hồ hoặc xuống đất rồi bị các cơn mưa làm thấm vào tầng nước ngầm. Ion kim loại nặng dễ kết hợp với nước tạo ra các hidroxit. Khả năng hòa tan của các hidroxit kim loại phụ thuộc vào pH của nước. Do đó, mức độ ô nhiễm kim loại nặng của
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
18
nước phụ thuộc nhiều vào điều kiện pH. Trong lớp đáy của các dòng sông, do các quá trình sinh học thực vật bị phân hủy và tạo ra mùn. Mùn (các hợp chất humic)
N
H
do đó mùn là yếu tố chính mang kim loại nặng trong nước. Một số thực vật thủy
Ơ
phức….Các kim loại nặng có khả năng tạo phức với các chất hữu cơ có trong mùn,
N
có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước như tính bazo, tính hấp phụ, tạo
TP
1.3.4. Đồng
ẠO
a. Nguồn gốc và phân bố đồng:
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
.Q
được sử dụng trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong nước.
G
Đ
Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và
H Ư
N
số nguyên tử bằng 29. Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó nó có
TR ẦN
được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu tiên được nung chảy từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên được
B
đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hợp kim
10 00
với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng 3500 TCN.
A
Đồng đực tìm thấy tự nhiên trong các khoáng như cuprite (Cu2O), malachilem
H
Ó
(Cu2CO3.Cu(OH)2), chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S), và bornite (Cu5FeS4)
Í-
và trong nhiều hợp chất hữu cơ. Ion đồng (II) gắn kết qua oxy đối với các nhân tố
-L
vô cơ như H2O, OH-, CO32-, SO42-,... đối với các tác nhân hữu cơ qua các nhóm như
ÁN
phenolic và carboxylic (Cotton & Wilkinson, 1989 trích trong WHO, 1998).
ÀN
TO
b. Ứng dụng đồng trong công nghiệp:
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
sinh như tảo, bèo, có đặc tính hấp thụ mạnh các kim loại nặng do đó cũng có thể
Đồng là kim loại màu quan trọng đối với công nghiệp và kĩ thuật, khoảng trên
D
IỄ N
Đ
50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng sản xuất dây dẫn điện, trên 30% được dùng chế tạo hợp kim. Ngoài ra, do có khả năng dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn, đồng kim loại còn được dùng chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không, chế tạo nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu. Một số hợp chất của đồng được sử dụng làm chất màu trang trí mỹ thuật, chất liệu trừ nấm mốc và cả thuốc trừ sâu trong nông nghiệp.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
19
Các hợp chất của đồng thường tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử
N
đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm. Các công trình kiến trúc được xây dựng
Ơ
có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina).
N
H
Ảnh hƣởng của đồng tới sức khỏe con ngƣời:
c.
U Y
Đồng được xem là một trong những nguyên tố cần thiết đối với sự phát triển
TP
thể. Cumings (1948) trích trong WHO (1998) phát hiện đồng thực sự là tác nhân
ẠO
độc.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trò sinh
N
G
lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều
H Ư
enzym. Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Các nghiên cứu y học cho
TR ẦN
thấy khi nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu hiệu mắc bệnh do đồng lắng đọng trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia.
B
Ngược lại khi nồng độ đồng quá thấp, cơ thể phát triển không bình thường, đặc biệt
10 00
là với trẻ em.
Mọi hợp chất của đồng đều là những chất độc, khoảng 30g CuSO4 có khả
Ó
A
năng gây chết người. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người
H
dao động theo từng nguồn, khoảng 1.5 2 mg/l. Lượng đồng đi vào cơ thể người
-L
Í-
theo đường thức ăn mỗi ngày khoảng 2 4 mg/l. Một bệnh gọi là bệnh
ÁN
Wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào
TO
trong mật. Căn bệnh này, nếu không được điều trị, có thể dẫn tới các tổn thương não và gan. Các nghiên cứu cũng cho thấy một số người mắc bệnh về thần
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
của con người, tuy nhiên sự tích tụ đồng với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ
ÀN
kinh như bệnh schizophrenia có nồng độ đồng cao hơn trong cơ thể. Tuy nhiên,
D
IỄ N
Đ
hiện vẫn chưa rõ mối liên quan của đồng với bệnh này như thế nào (là do cơ thể cố
gắng tích lũy đồng để chống lại bệnh hay nồng độ cao của đồng là do căn bệnh này gây ra).
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
20
1.3.5. Sắt a. Nguồn gốc và phân bố của sắt:
Ơ
H
hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4. Sắt là
N
Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký
N
nguyên tố có nhiều trên Trái Đất, cấu thành lớp vỏ ngoài và trong của lõi Trái Đất.
.Q
qua tổng hợp ở nhân sao (hình thành qua phản ứng hạt nhân ở tâm các vì sao) mà
TP
không cần phải qua một vụ nổ siêu tân tinh hay các biến động lớn khác.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Sự tập trung của sắt trong các hột nguyên tử sắt điển hình có khối lượng gấp
G
Đ
56 lần khối lượng một nguyên tử hiđrô điển hình. Sắt là kim loại phổ biến nhất, và
H Ư
N
người ta cho rằng nó là nguyên tố phổ biến thứ 10 trong vũ trụ. Sắt cũng là nguyên tố phổ biến nhất (theo khối lượng, 34 lớp khác nhau của Trái Đất dao động từ rất
TR ẦN
cao ở lõi bên trong tới khoảng 5% ở lớp vỏ bên ngoài) có thể phần lõi của Trái Đất chứa các tinh thể sắt mặc dù nhiều khả năng là hỗn hợp của sắt và niken; một khối
B
lượng lớn của sắt trong Trái Đất được coi là tạo ra từ trường của nó. Ký hiệu của
10 00
sắt Fe là từ viết tắt của ferrum, từ Latinh để chỉ sắt.
A
b. Ứng dụng trong công nghiệp:
H
Ó
Sắt là kim loại được tách ra từ các mỏ quặng sắt, và rất khó tìm thấy nó ở dạng
Í-
tự do. Để thu được sắt tự do, các tạp chất phải được loại bỏ bằng phương
-L
pháp khử hóa học. Sắt được sử dụng trong sản xuất gang và thép, đây là các hợp
ÁN
kim, là sự hòa tan của các kim loại khác (và một số á kim hay phi kim, đặc biệt
ÀN
TO
là cacbon).
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
Sắt, Côban (Co) và Niken (Ni) được biết là 2 nguyên tố cuối cùng có thể tạo thành
Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng
D
IỄ N
Đ
kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được, đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng. c. Ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời: Sắt có vai trò rất cần thiết đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn. Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các protein kim loại, vì trong dạng tự do nó
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
21
sinh ra các gốc tự do nói chung là độc với các tế bào. Nói rằng sắt tự do không có nghĩa là nó tự do di chuyển trong các chất lỏng trong cơ thể.
Ơ
bào, axít nucleic, prôtêin v.v. Tuy nhiên, hàm lượng Fe trong cơ thể là rất ít, chiếm
N
Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với các màng tế
N
H
khoảng 0.004% được phân bố ở nhiều loại tế bào của cơ thể. Sắt là nguyên tố vi
.Q
cơ vân và các sắc tố hô hấp ở mô bào và trong các enzim như: catalaz, peroxidaza…
TP
Fe là thành phần quan trọng của nhân tế bào. Cơ thể thiếu Fe sẽ bị thiếu máu nhất là
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
phụ nữ có thai và trẻ em.
Đ
Sắt được bổ sung cho những người cần tăng cường chất này trong
N
G
dạng fumarat sắt (II). Việc hấp thụ quá nhiều sắt gây ngộ độc, vì các sắt II dư thừa
H Ư
sẽ phản ứng với các perôxít trong cơ thể để sản xuất ra các gốc tự do. Khi sắt trong
TR ẦN
số lượng bình thường thì cơ thể có một cơ chế chống ôxi hóa để có thể kiểm soát quá trình này. Khi dư thừa sắt thì những lượng dư thừa không thể kiểm soát của các
B
gốc tự do được sinh ra.
10 00
Một lượng gây chết người của sắt đối với trẻ 2 tuổi là ba gam sắt. Một gam có thể sinh ra sự ngộ độc nguy hiểm. Đối với trẻ em dưới 14 tuổi mức cao nhất là
Ó
A
40 mg/ngày.Nếu sắt quá nhiều trong cơ thể (chưa đến mức gây chết người) thì một
Í-
H
loạt các hội chứng rối loạn quá tải sắt có thể phát sinh, chẳng hạn như
-L
hemochromatosis.
ÁN
1.3.6. Phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong nƣớc [30]
TO
a. Phƣơng pháp kết tủa hóa học Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với
Đ
ÀN
Cơ chế của phƣơng pháp:
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
lượng tham gia vào cấu tạo thành phần Hemoglobin của hồng cầu, myoglobin của
D
IỄ N
các kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước bằng phương pháp lắng. Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng cách trung hòa đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 10.5 tùy theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
22
Phương trình tạo kết tủa: Mn+ + Am- = MmAn ↓
Ơ
Ưu điểm
H U Y
N
+ Đơn giản, dễ sử dụng;
.Q
+ Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm;
Nhược điểm
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
+ Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mô lớn;
TP
+ Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại, hiệu quả xử lý cao;
N
G
+ Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý không triệt để;
H Ư
+ Tạo ra bùn thải kim loại;
TR ẦN
+ Tốn kinh phí như vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý; + Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối với nước
B
thải chứa kim loại lưỡng tính Zn.
10 00
Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện cho quá trình kết tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hòa tan của kim loại trong dung dịch có mặt các
Ó
A
kim loại sẽ giảm, cơ sở có thể do một hay đồng thời cả 3 nguyên nhân sau:
H
Tạo thành chất cùng kết tủa;
-L
Í-
Hấp thụ các hydroxit khó kết tủa vào bề mặt của các bong hydroxit dễ kết tủa;
ÁN
Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hydroxit do chúng bị phá hủy
TO
mạnh bằng các ion kim loại. b. Phương pháp hấp phụ
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
N
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp:
D
IỄ N
Đ
ÀN
Cơ chế của phƣơng pháp:
Hấp phụ là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất thải lỏng
lên bề mặt xốp. Vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng như: than hoạt tính, than bùn, vật liệu vô cơ như oxit sắt, oxit mangan, tro xỉ, bằng các vật liệu polymer hóa học hay polymer sinh học.
Cơ chế của quá trình hấp phụ
Trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
23
+ Hấp phụ vật lý: Là sự tương tác yếu và thuận nghịch nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại và các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ. Các mối liên kết
N
H
ion kim loại nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ion kim loại
Ơ
+ Hấp phụ hóa học: Là quá trình xảy ra các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa
N
này yếu do vậy thuận lợi cho quá trình nhả hấp phụ và thu hồi kim loại quý.
.Q
này thường rất bền và khó bị phá vỡ.
TP
+ Sau khi thực hiện hấp phụ để xử lý chất độc trong nước nói chung và kim loại
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhả hấp phụ để hoàn nguyên, tái sinh.
Đ
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp:
H Ư
+ Xử lý hiệu quả kim loại nặng ở nồng độ thấp;
N
G
Ưu điểm
TR ẦN
+ Đơn giản, dễ sử dụng;
+ Có thể tận dụng một số vật liệu là chất thải của các ngành khác như Fe2O3;
10 00
B
+ Có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ; Nhược điểm
A
+ Chi phí áp dụng cho xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp;
H
Ó
+ Chi phí xử lý cao;
-L
Í-
c. Phƣơng pháp trao đổi ion
ÁN
Cơ chế của phƣơng pháp: Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ
TO
tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên kết
ÀN
Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu
D
IỄ N
Đ
nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hòa tan. Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Cơ chế phản ứng như sau: AmB + mC = mAC + B
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
24
Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lưới biên màng
chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion. Khuếch tán các ion qua lớp ngoài.
Chuyển ion đã khuếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi.
Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi
Ơ H
N
Phản ứng hóa học trao đổi ion A và B.
Khuếch tán các ion B bên trong hạt trao đổi tới biên giới phân pha.
Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng.
Khuếch tán các ion B qua màng.
Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng.
H Ư
N
G
Đ
ẠO
TP
.Q
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp trao đổi ion:
TR ẦN
Ưu điểm
10 00
+ Đơn giản, dễ sử dụng;
B
+ Khả năng trao đổi ion lớn, hiệu quả xử lý kim loại cao;
+ Không gian xử lý nhỏ;
H
Í-
Nhược điểm
Ó
A
+ Có khả năng thu hồi kim loại có giá trị, không tạo ra chất thải thứ cấp;
-L
+ Chi phí xử lý cao do đó không phù hợp với các nhà máy có quy mô lớn;
ÁN
d. Phương pháp điện hóa
TO
Cơ chế của phƣơng pháp:
ÀN
Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
ion.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
N
D
IỄ N
Đ
nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo một dòng điện định hướng. Các cation chuyển dịch về phía catot. Anion chuyển về phía anot. Khi điện áp đủ lớn sẽ xảy ra phản ứng ở điện cực như sau: Ở Anot: Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH- hoặc chất làm anot. Quá trình xảy ra như sau: Mr - ne = Mn+
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
25
Ớ Catot: Khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H+ sẽ tiến về bề mặt catot. Khi thế phóng điện của cation lớn hơn của H+ thì cation sẽ thu electron của
N
catot chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.
Ơ
phản ứng xảy ra như sau: Mn+ + me = M n-m (n>m); Mn+ + ne = Mr
N
H
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp:
TP
.Q
+ Đơn giản, dễ sử dụng; + Không sử dụng hóa chất;
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Nhược điểm
G
Đ
+ Tiêu hao năng lượng lớn. Chi phí xử lý cao;
H Ư
N
+ Chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao;
+ Mặc dù hiệu suất xử lý đạt tới 90% hoặc hơn nhưng nồng độ kim loại trong
TR ẦN
nước thải vẫn còn cao;
10 00
Cơ chế của phƣơng pháp:
B
e. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng những vi sinh vật đặc trưng chỉ
A
xuất hiện trong môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng và có khả năng tích lũy kim
H
Ó
loại nặng trong cơ thể. Các vi sinh vật thường sử dụng như tảo, nấm, vi khuẩn,
Í-
v.v.… Ngoài ra còn có một số loài thực vật sống trong môi trường ô nhiễm kim loại
-L
nặng có khả năng hấp thụ và tách các kim loại nặng độc hại như: cỏ Vertiver, cải
ÁN
xoong, cây dương xỉ, cây thơm ổi, v.v.... Thực vật có nhiều phản ứng khác nhau đối
TO
với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
Ưu điểm
D
IỄ N
Đ
ÀN
Cơ chế hấp thụ kim loại nặng ở vi khuẩn như sau: Giai đoạn 1: Tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các
kim loại này ở trong nước. Giai đoạn 2: Sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc hoặc thu sinh khối ra khỏi môi trường nước. Ưu nhược điểm của phương pháp:
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
26
Ưu điểm + Thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao;
N
+ Diện tích bề mặt riêng của sinh khối lớn;
H U Y
N
Nhược điểm
.Q
+ Diện tích mặt bằng rất lớn;
TP
+ Sinh khối phát sinh ra sẽ chứa toàn kim loại nặng khó xử lý;
ẠO
1.4. Giới thiệu các phƣơng pháp hấp phụ
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải như: phương pháp cơ học,
G
phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lí và phương pháp hóa học. Trong đó
H Ư
N
phương pháp hấp phụ là một phương pháp xử lý đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây, do nhiều đặc điểm ưu việt của nó. Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ
TR ẦN
các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp và
10 00
B
quá trình xử lý không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [11]. 1.4.1. Các khái niệm hấp phụ [6], [15], [16]
A
* Hấp phụ: là quá trình tụ tập các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất
H
Ó
tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng,
Í-
khí – rắn. Trong đó:
-L
- Chất hấp phụ (adsorbate): là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các
ÁN
phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
TO
- Chất bị hấp phụ (adsorbent): là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
Ơ
+ Giá thành thấp;
D
IỄ N
Đ
ÀN
bề mặt chất hấp phụ. - Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. * Các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
27
- Cacbon hoạt tính: được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm, đặc biệt là để hấp phụ thuốc nhuộm ở giai đoạn xử lý triệt để sau keo tụ. Nó
Ơ
tử màu lớn và đòi hỏi thời gian tiếp xúc. Khi hấp phụ bão hòa, than hoạt tính được
N
không được dùng đơn lẻ do giá thành cao và hiệu suất thấp trong loại bỏ các phân
N
H
tái sinh, lượng tổn thất cỡ 10 ÷ 15%.
.Q
dùng làm chất hấp phụ thuốc nhuộm khá hiệu quả với giá thành rẻ hơn than hoạt
TP
tính.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Sinh khối: được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng cơ chế hấp
G
Đ
phụ và trao đổi ion. Tuy nhiên nếu không được xử lý hóa học thì khả năng hấp phụ
N
thuốc nhuộm anion của sinh khối rất thấp.
H Ư
Sự hấp phụ xảy ra khi có tương tác vật lí, hoá học của chất hấp phụ và chất bị
TR ẦN
hấp phụ. Khi chúng có bản chất hoá lý giống nhau sẽ hấp phụ thuận lợi hơn. Hấp phụ có thể biểu diễn dưới dạng một cân bằng:
B
Chất bị hấp phụ + bề mặt ↔ chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt
10 00
Phương pháp này có nhược điểm là chuyển chất màu từ pha này sang pha khác
A
và tốn thời gian, tạo một lượng thải sau hấp phụ, không xử lý triệt để.
H
Ó
* Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân
Í-
(nguyên tử, phân tử, các ion...) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der
-L
Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm
ÁN
ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ.Trong hấp phụ vật lý,
TO
các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học
ÀN
(không hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
- Các chất hấp phụ vô cơ khác: đất sét, than bùn, silic oxit, khoáng… cũng được
D
IỄ N
Đ
mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn. * Hấp phụ hoá học: Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoáhọc với các phân tử chất bị hấp phụ. Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường (liên kết ion,
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
28
liên kết cộng hoá trị, liên kết phối trí...). Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hoá học lớn, có thể đạt tới giá trị 800 kJ/mol.
Ơ
chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược
N
* Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử
N
H
pha mang. Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ
.Q
điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt cân
TP
bằng.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
* Dung lượng hấp phụ cân bằng: là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
Đ
khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt
N
G
độ cho trước.
TR ẦN
1.4.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
H Ư
* Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng nằm ở trạng thái cân bằng.
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn
B
rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và
10 00
chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào
Ó
A
có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác
Í-
H
phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc
-L
kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường
ÁN
nước. So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có
TO
tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước
ÀN
và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời
chậm. Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
D
IỄ N
Đ
trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH
khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ [6], [15], [16]. * Đặc tính của chất hữu cơ trong môi trường nước: Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
29
các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu cơ có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự đoán khả năng hấp phụ
Ơ
tử trung hoà, ít bị phân cực. Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với
N
chúng trên vật liệu hấp phụ. Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân
N
H
chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ
.Q
chất bị hấp phụ … [3].
TP
1.4.3. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
a. Động học hấp phụ[6], [3], [13]:
Đ
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất
N
G
hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế
H Ư
tiếp nhau:
TR ẦN
♦ Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch.
B
♦ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa
10 00
các hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng. ♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ -
Ó
A
Giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản.
Í-
H
♦ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn
-L
hấp phụ thực sự.
ÁN
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định
TO
hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
trên vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị hấp phụ
D
IỄ N
Đ
ÀN
b. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ: khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang.
Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
30
q = f (T, P hoặc C)
(1.1)
Ở nhiệt độ không đổi (T=const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P
Ơ
hấp phụ có thể xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm
N
hoặc C (q= fT (P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt
N
H
tuỳ thuộc vào tiền đề, giả thuyết, bản chất và kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm
.Q
* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [6]: Quá trình hấp phụ là một quá
TP
trình thuận nghịch. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại càng lớn. Đến một thời điểm nào đó,
Đ
tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
N
G
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết:
TR ẦN
- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
H Ư
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu
10 00
B
phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
q = qmax.
ÁN
Trong đó:
-L
Í-
H
Ó
A
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
TO
q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng
D
IỄ N
Đ
ÀN
qmax: tải trọng hấp phụ cực đại
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
[6], [15], [16].
b: hằng số Langmuir (hằng số cân bằng hấp phụ) Khi b. Cf << 1 thì q = qmax. b. Cf mô tả vùng hấp phụ tuyến tính Khi b. Cf >> 1 thì q = qmax mô tả vùng hấp phụ bão hòa
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: q=
(
)
Trong đó:
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
31
q: dung lượng hấp phụ (mg/g) Ci: nồng độ dung dịch đầu (mg/l)
N
Cf: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
H
Ơ
V: thể tích dung dịch (l)
U Y
N
m: khối lượng chất hấp phụ (g)
TP
.Q
biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt
ẠO
hấp phụ Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình
Đ
. Cf +
N
=
G
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
trên về phương trình đường thẳng:
H Ư
Xây dựng đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc Cf/q vào Cf sẽ xác định được các hằng
TR ẦN
số trong phương trình: b, qmax và đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng như
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
hình 1.1 và 1.2.
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf/q
D
IỄ N
Đ
ÀN
Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt
vào Cf tg
ON=
* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich [11], [15]: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thực nghiệm mô tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
32
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng: q = k.
(1.2)
Ơ
N
Trong đó:
ẠO
n: Hằng số, luôn lớn hơn 1
Đ (1.3)
N
lgq = lgk + (1/n)lg Ccb
G
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Để xác định các hằng số, đưa phương trình (1.2) về dạng đường thẳng:
H Ư
Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lg q vào lg Ccb sẽ xác định được
TR ẦN
các giá trị k, n.
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi
B
các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong
10 00
nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này thường không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất
Ó
A
này bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng
H
dụng phương pháp này là hợp lí hơn cả. Trong xử lý nước thải công nghiệp, hấp
-L
Í-
phụ được ứng dụng để khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát
ÁN
trùng, các hợp chất hữu cơ vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, màu
TO
hoạt tính [15].
ÀN
Các chất hấp phụ thường dùng là: Cacbon hoạt tính, bentonite, silicagen, keo
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
TP
Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
.Q
k: Hằng số hấp phụ Freundlich
U Y
N
H
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
Đ
nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải sản xuất như: xỉ, mạt sắt…Trong số
D
IỄ N
này, than hoạt tính là được dùng phổ biến nhất. Than hoạt tính có hai dạng: hạt và bột đều được dùng để hấp phụ. Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ
bị than hấp phụ. Lượng chất này tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương pháp này có khả năng hấp phụ được 58-95% các chất hữu cơ và màu. Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, alkylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm. Có những
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
33
ứng dụng dùng than hoạt tính để hấp phụ thủy ngân và những thuốc nhuộm khó phân hủy, nhưng tốn kém và không kinh tế. Để loại bỏ các kim loại nặng, các chất
N
H
hữu cơ, các kim loại nặng và màu. Để loại bỏ các kim loại nặng, các chất vô cơ và
Ơ
hồ. Phương pháp hấp phụ có tác dụng tốt trong việc xử lý nước thải chứa các chất
N
hữu cơ, vô cơ độc hại, người ta dùng than bùn để hấp phụ và nuôi bèo tây trên mặt
.Q
nước như lục bình [15].
TP
Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao, có khả năng xử lý nhiều chất
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
trong nước thải và có thể thu hồi các chất này. Xử lý nước hấp phụ có thể tái sinh,
G
Đ
tức thu hồi và tận dụng chất thải, phân hủy và tiêu hủy chất thải cùng với chất hấp
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
phụ [15].
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
hữu cơ độc hại hiện nay người ta có thể sử dụng than bùn hoặc một số loại thực vật
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
34
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất
N
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
N
H
Ơ
Tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân- Bình Thuận
.Q
NaOH (Trung Quốc)
TP
HCl (Trung Quốc)
ẠO Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
FeCl3.6H2O (Trung Quốc)
G
CuCl2.2H2O (Trung Quốc)
H Ư
N
H2C2O4.2H2O (Trung Quốc)
TR ẦN
Nước cất 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
B
Dụng cụ thủy tinh: cốc có mỏ, pipet, ống đong, bình định mức,buret.
10 00
Cân phân tích điện tử (Satorius, Nhật) chính xác ± 10-4
Ó
A
Máy khuấy từ BX -1 Magnetic Heated Stirrer
H
Máy ly tâm Hettich EBA 21
-L
Í-
Tủ sấy ± 10C UNB 400 (Memmert, Đức)
ÁN
Máy đo quang phổ UV-VIS (quang phổ kế CECIL/CE-101S, 120554/Anh)
TO
2.2. Tiến hành thí nghiệm
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
Xanh methylene tinh khiết (Trung Quốc)
D
IỄ N
Đ
ÀN
2.2.1. Chuẩn bị hóa chất
Pha dung dịch xanh methylen: cân 1g xanh methylen tinh khiết cho vào
bình định mức 1000ml, định mức bằng nước cất ta được dung dịch xanh methylen 1000ppm.
Pha dung dịch Cu2+: cân 1,336g CuCl2.2H2O cho vào bình định mức 1lít ta
thu được dung dịch CuCl2.2H2O 1000ppm.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
35
Pha dung dịch Fe (III): Cân 2,42g FeCl3.6H2O cho vào bình định mức
500ml, định mức bằng nước cất cho tới vạch được dung dịch Fe3+ có nồng độ
H
Axit HCl đặc 40%, d = 1,163 kg/lit pha loãng thành các nồng độ 1,4M;
U Y
N
1,6M; 1,8M; 2M; 2,2M; 2,4M; 2,6M.
TP
ẠO
Dung dịch axit H2C2O4: Cân 0,14g H2C2O4.2H2O cho vào bình định mức
Đ
100ml, định mức bằng nước cất được dung dịch axit H2C2O4 1000ppm.
N
G
2.2.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xanh methylen
H Ư
Tiến hành: Cân 1g xanh methylen cho vào bình định mức 1000ml, dùng nước
TR ẦN
cất định mức tới vạch và lắc đều được dung dịch xanh methylen 100ppm , sau đó lấy 5ml dung dịch xanh methylen 1000ppm cho vào bình định mức 500ml, dùng
B
nước cất định mức tới vạch và lắc đều được dung dịch xanh methylen 10ppm. Pha
10 00
các dung dịch xanh methylen 1,0ppm; 2,0ppm; 3,0ppm; 4,0ppm; 5,0ppm bằng cách lần lượt hút 2,5ml; 5,0ml; 7,5ml; 10,0ml; 12,5ml xanh methylen 10,0ppm cho vào
Ó
A
các bình định mức 25ml, dùng nước cất định mức tới vạch. Đem các mẫu xanh
Í-
H
methylen quét tìm bước sóng hấp phụ cực đại và đo mật độ quang xây dựng đường
-L
chuẩn.
ÁN
Hiệu suất hấp phụ và chuyển hóa của xanh methylen được xác định bằng máy
TO
đo quang phổ UV – VIS dò tìm tại bước sóng = 662 nm.
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
Bazo NaOH pha loãng thành các nồng độ 1,4M; 1,6M; 1,8M; 2M; 2,2M;
2,4M; 2,6M.
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Ơ
N
1000ppm.
ÀN
Xác định hiệu suất hấp phụ xanh methylen của bùn đỏ bằng phương pháp đo
D
IỄ N
Đ
quang: Hiệu suất hấp phụ xanh methylen Hhp (%) sử dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp
phụ được tính theo công thức (2.1) Hhp (%) =
.100%
(2.1)
C0 (ppm): nồng độ xanh methylen ban đầu. Ct (ppm): nồng độ xanh methylen ở thời điểm t.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
36
Theo định luật Lamber–Beer (công thức 1.33) ta có nồng độ của xanh methylen tỷ lệ thuận với mật độ quang D. Do đó, hiệu suất hấp phụ xanh methylen
.100%
(2.2)
ẠO
2.2.3. Khảo sát quá trình hoạt hóa tro bay bằng axit và bazo
6ml HCl
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
TP
.Q
Dt: mật độ quang tương ứng với nồng độ xanh methylen ở thời điểm t.
TR ẦN
H Ư
N
Tro bay(3g)
Hp 55ml XM 10ppm,khuấy 30’ l
10 00
B
6ml NaOH
Ó
Hp 55mlXM 10ppm, 30’
3g tro bay
3g tro bay
Hp 55mlXM 10ppm 30’
-L
Í-
H
3g tro bay
A
Khuấy20’→100
2,4M; 2,2M; 2M; 1,8M; 1,6M; 1,4M
ÁN
2.2.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axit hoạt hóa
TO
Cân lần lượt 3,0g tro bay cho vào 7 cốc thủy tinh 50ml, cho vào lần lượt các
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
U Y
D0: mật độ quang tương ứng với nồng độ xanh methylen ban đầu.
N
H
Hhp (%) =
Ơ
N
còn được tính theo (2.2)
ÀN
cốc trên 6ml axit HCl với các nồng độ: 1,4M; 1,6M; 1,8M; 2M; 2,2M; 2,4M; 2,6M
D
IỄ N
Đ
và khuấy trong thời gian 30 phút. Dùng nước cất rửa lại lượng tro bay vừa mới khuấy, dùng giấy pH thử cho đến khi trung tính, lọc và cho vào tủ sấy trong 1giờ
30 phút ở nhiệt độ 60oC. Cân lần lượt 1g tro bay đã được hoạt hóa ở các nồng độ khác nhau ở trên cho vào cốc 50ml, sau đó cho vào mỗi cốc 55ml xanh methylen 10ppm khuấy trong thời gian 30 phút, ly tâm tách rắn lỏng trong thời gian 15 phút rồi dùng pipet
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
37
hút nhẹ nhàng 2ml phần dung dịch, pha loãng 6 lần bằng nước cất rồi đem đi đo quang và tính hiệu suất hấp phụ.
Ơ
H
Cân lần lượt 3,0g tro bay cho vào 7 cốc thủy tinh 50ml, cho vào lần lượt các
N
2.2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ bazơ hoạt hóa
U Y
N
cốc trên 6ml axit NaOH với các nồng độ: 1,4M; 1,6M; 1,8M; 2M; 2,2M; 2,4M;
TP
.Q
vừa mới khuấy, dùng giấy pH thử cho đến khi trung tính, lọc và cho vào tủ sấy
ẠO
trong 1giờ 30 phút ở nhiệt độ 60oC.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Cân lần lượt 1g tro bay đã được hoạt hóa ở các nồng độ khác nhau ở trên cho
G
vào cốc 50ml, sau đó cho vào mỗi cốc 55ml xanh methylen 10ppm khuấy trong
H Ư
N
thời gian 30 phút, ly tâm tách rắn lỏng trong thời gian 15 phút rồi dùng pipet hút nhẹ nhàng 2ml phần dung dịch pha loãng 6 lần bằng nước cất rồi đem đi đo quang
2.2.3.3.
TR ẦN
và tính hiệu suất hấp phụ.
Khảo sát ảnh hƣởng thời gian hoạt hóa tro bay bằng NaOH
10 00
B
Cân lần lượt 3,0g tro bay cho vào 5 cốc thủy tinh 50ml, cho vào lần lượt các cốc 6ml NaOH 1,6M và khuấy trong thời gian: 20 phút, 40 phút, 60 phút, 80 phút,
Ó
A
100 phút. Dùng nước cất rửa lại lượng tro bay vừa mới khuấy, dùng giấy pH thử
H
cho đến khi trung tính, lọc và cho vào tủ sấy trong 1 giờ 30 phút ở nhiệt độ 60oC.
-L
Í-
Cân lần lượt 1g các mẫu tro bay đã được hoạt hóa với thời gian khác nhau ở
ÁN
trên cho vào cốc thủy tinh 50ml, sau đó cho vào mỗi cốc 55ml xanh methylen
TO
10ppm khuấy trong 30 phút, sau đó ly tâm tách rắn lỏng trong thời gian 15 phút rồi dùng pipet hút nhẹ nhàng 2ml phần dung dịch, pha loãng 6 lần bằng nước cất rồi
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
2,6M và khuấy trong thời gian 30 phút. Sau đó dùng nước cất rửa lại lượng tro bay
D
IỄ N
Đ
ÀN
đem đi đo quang và tính hiệu suất hấp phụ.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
38
K.S dung lượng hấp phụ
TR ẦN
H Ư
K.S hấp phụ ion kl Cu (25ml)
N
K.S hấp phụ ion kl Fe (25ml)
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
K.S khối lượng hấp phụ
10 00
B
2.2.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ Cân lần lượt 1g tro bay đã hoạt hóa bằng NaOH ở nồng độ 1,6M và 30 phút
A
cho vào cốc 50ml, cho vào mỗi cốc 55ml xanh methylen 10ppm khuấy ở thời gian:
H
Ó
10 phút, 30 phút, 50 phút, 70 phút, 90 phút. Sau đó ly tâm tách rắn lỏng trong 15
Í-
phút, dùng pipet hút nhẹ nhàng 2ml phần dung dịch pha loãng 6 lần đo quang và
-L
tính hiệu suất hấp phụ.
ÁN
2.2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng tro bay tới quá trình hấp phụ
TO
Cân lần lượt 0,8g; 0,9g; 1,0g; 1,2g; 1,3g; 1,4g; 1,5g mẫu tro bay đã hoạt hóa
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
.Q
U Y
N
K.S thời gian hấp phụ
Ơ
55ml xanh methylen khuấy 30’
H
Tro bay (các điều kiện hoạt hóa phù hợp)
N
2.2.4. Khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng tro bay hoạt hóa
ÀN
bằng NaOH ở nồng độ 1,6M và thời gian 60 phút cho vào cốc 50ml, cho vào mỗi
D
IỄ N
Đ
cốc 55ml xanh methylen 10ppm khuấy 70 phút, ly tâm tách rắn lỏng trong 15 phút rồi dùng pipet hút nhẹ nhàng 2ml phần dung dịch đo quang và tính hiệu suất. 2.2.4.3. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại của tro bay và tro bay hoạt hóa Cân 1,5g tro bay ban đầu và tro bay đã được hoạt hóa bằng NaOH ở nồng độ 1.6M trong 60 phút. Tiến hành hấp phụ xanh methylen trong 70 phút nhưng với
nồng độ khác nhau:10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm. Từ kết quả thu được,
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
39
tiến hành hồi quy các số liệu thực nghiệm thu được để xác định các hằng số của phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich. So sánh khả năng hấp
N
phụ giữa tro bay ban đầu và tro bay sau khi được hoạt hóa.
H
Ơ
2.2.5. Xây dựng đƣờng chuẩn sắt (III) oxalat
U Y
N
Tiến hành: Pha dung dịch FeCl3 200ppm, 400ppm, 600ppm, 800ppm bằng
TP
.Q
định mức 25ml, thêm 1ml axit H2C2O4 1000ppm, định mức lại bằng nước cất. Đem các mẫu phức sắt (III) oxalat quét tìm bước sóng hấp phụ cực đại và đo mật độ
ẠO Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
quang xây dựng đường chuẩn.
G
2.2.5.1. Khảo quá trình hấp phụ sắt (III) oxalat của tro bay hoạt hóa
H Ư
N
Cân lần lượt 0.166g, 0.333g, 0.499g, 0.666g FeCl3.6H2O cho vào bình định
TR ẦN
mức 100ml rồi định mức lên ta thu được dung dịch FeCl3 1000ppm, 2000ppm, 3000ppm, 4000ppm. Cân 1,5g tro bay đã được hoạt hóa bằng NaOH ở nồng độ 1,6M ở 60 phút vào cốc 50ml, cho vào mỗi cốc chứa 25ml dung dịch FeCl3
10 00
B
1000ppm, 2000ppm, 3000ppm, 4000ppm khuấy 70 phút, đem ly tâm tách rắn lỏng trong 15 phút với 1500 vòng rồi lấy phần lỏng cho vào cốc rồi cho vào mỗi cốc
A
1ml H2C2O4 1000ppm, 2000ppm, 3000ppm, 4000ppm lắc đều ta thu được phức sắt
H
Ó
(III) oxalat, đem đi đo quang và tính hiệu suất.
-L
Í-
2.2.6. Xây dựng đƣờng chuẩn đồng (II)
ÁN
Tiến hành: cân 1,336g CuCl2.2H2O cho vào bình định mức 1lít ta thu được
TO
dung dịch CuCl2.2H2O 1000ppm. Hút 5ml, 10ml, 15ml, 20ml dung dịch CuCl2 cho vào bình định mức 25ml, định mức bằng nước cất ta thu được dung dịch CuCl2
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
cách hút lần lượt 5ml, 10ml, 15ml, 20ml dung dịch FeCl3 1000ppm cho vào bình
ÀN
200ppm, 400ppm, 600ppm, 800ppm. Đem các mẫu vừa pha được quét tìm bước
D
IỄ N
Đ
sóng cực đại và đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn.
2.2.6.1. Khảo quá trình hấp phụ đồng (II) của tro bay hoạt hóa Cân lần lượt 0.668g, 1.336g, 2.004g, 2.672g, CuCl2.2H2O cho vào bình định mức 250 ml định mức thu được dung dịch CuCl2 1000ppm, 2000ppm, 3000ppm, 4000ppm, 5000ppm. Cân 1.5g tro bay đã được hoạt hóa bằng NaOH ở nồng độ 1,6M ở 60 phút vào cốc 50ml, cho vào mỗi cốc chứa 55ml dung dịch CuCl2
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
40
2000ppm, 3000ppm, 4000ppm, khuấy 70 phút, đem ly tâm tách rắn lỏng trong 15
Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
N
phút với 1500 vòng rồi lấy phần lỏng đem đi đo quang và tính hiệu suất.
Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial