Ảnh hưởng của một số điều kiện lên khả năng loại bỏ chì trong nước thải bằng xỉ tro

Chia sẻ: ViTokyo2711 ViTokyo2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chì là kim loại có độc tính cao, có khả năng gây nguy hại đến con người và động thực vật. Tro xỉ là một trong số các chất thải rắn sinh ra trong quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện và là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của các điều kiện lên khả năng hấp phụ chì của xỉ tro được xem xét bao gồm: Thời gian hấp phụ, nồng độ chì ban đầu, hàm lượng xỉ tro, giá trị pH ban đầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của một số điều kiện lên khả năng loại bỏ chì trong nước thải bằng xỉ tro

26 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 8 Ảnh h ởng c a m t số i u kiện lên khả năn loại bỏ chì tron n c thải bằng xỉ tro Lê Thị H ng Diệp*, Vũ Thị Thanh Tuy n Khoa Công nghệ Hóa và Th c phẩm, Đại học Nguyễn Tất Thành * lthdiep@ntt.edu.vn Tóm tắt Chì là kim loại c c tính cao, có khả năn ây n uy hại n con n ời v n th c vật. Tro xỉ là Nhận 20.04.2019 m t trong số các chất thải rắn sinh r tron qu tr nh ốt than c a các nhà máy nhiệt iện và là ngu n Đ ợc duyệt 02.12.2019 gây ô nhiễm môi tr ờn ất, n c, không khí. Vì vậy, góp phần làm giảm ô nhiễm m i tr ờng và Công bố 25.12.2019 tái sử dụng những chất ph thải, nghiên cứu v khả năn loại ỏ kim loại ch tron n c thải ằn xỉ tro ã ợc th c hiện. Trong nghiên cứu này, ảnh h ởng c a các i u kiện lên khả năn hấp phụ chì c a xỉ tro ợc xem xét bao g m: thời gian hấp phụ, n n ch n ầu, h m l ợng xỉ tro, giá trị pH n ầu. K t quả nghiên cứu cho thấy, dung l ợng hấp phụ c xu h ng giảm (t 100% xuống T khóa còn 34,1%) khi tăn n n ion kim loại n ầu; v un l ợng hấp phụ ch tăn khi h m l ợng xỉ hấp phụ, chì, xỉ tro, tro tăn t 0,5g/l lên n 3g/l. N n chì sau hấp phụ l , 83 ± , 1m l, ạt QCVN n c thải 40:2011/BTNMT. ® 2019 Journal of Science and Technology - NTTU 1 Mở ầu N c thải iả lập t phòn th n hiệm n nh Quản lí Tài n uy n v M i tr ờn - Tr ờn ĐH N uyễn Tất Th nh Hiện n y, n c thải sinh hoạt, n c thải c n n hiệp, n n 2 2 Ph ơn ph p phân t ch n hiệp kh n ợc xử lí ẫn n việc t ch tụ tron n c 2 2 1 Ph ơn ph p phổ hấp thu n uy n tử AAS[1] m t l ợn l n kim loại n n , c biệt là chì, l m t vấn Nghiên cứu này sử dụn ph ơn ph p AAS ùn phân n l u tâm Đi u n y ây ảnh h ởng tr c ti p t i sức tích n n ion kim loại n ng Pb2+ l c ầu và còn lại trong khỏ con n ời cũn nh m i tr ờng sống t nhiên. Hợp dung dịch, ợc ti n hành trên thi t bị Perkin Elmer chất chì có th hấp thụ qu ờn ăn uống và thở. Nhiễm AA8 , Trun tâm phân t ch v o ạc m i tr ờn Ph ơn c chì sẽ gây hại n các chức năn c a trí óc, thận, gây Nam (số 14, Đ ờng số 4, KDC B nh H n , B nh Ch nh, vô sinh, sẩy th i v tăn huy t áp. TP.HCM). Nhữn năm ần ây, xỉ tro - ph phẩm c a các nhà máy 2 2 2 Ph ơn ph p k nh hi n vi iện tử quét (SEM)[2] nhiệt iện ốt than trở thành mối quan tâm l n ối v i các SEM (sc nnin l ctron microscop ) ợc ùn x c ịnh cấu nhà sản xuất, nhà quản lí và c a cả c n ng. Cả n c có trúc và hình thái b m t c a vật liệu. Trong nghiên cứu này, ảnh 20 nhà máy nhiệt iện than, phát thải r hơn 2 triệu tấn tro, SEM ợc chụp trên máy Model JSM-6600 (Mĩ) tại Viện Công xỉ mỗi năm Số liệu c a B Xây d ng cho thấy, năm 2 16, nghệ Hóa học (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q1, Tp HCM) chỉ t nh ri n l ợng tro xỉ t ch lũy c a các nhà máy nhiệt 2 2 3 Ph ơn ph p phổ t n sắc năn l ợn (EDS)[2] iện là 23 triệu tấn, d ki n n năm 2 2 l 1 9 triệu tấn EDS là kĩ thuật ùn phân tích thành phần hóa học c a v n năm 2 3 l 422 triệu tấn. Việc tận dụng tro xỉ nhiệt m t vật rắn d a vào việc ghi lại phổ tia X phát ra t vật rắn iện loại bỏ ch cũn ợc xem là m t giải pháp v a tái o t ơn t c v i các bức xạ (mà ch y u l chùm iện tử có sử dụng ph phẩm v a xử lí ợc kim loại n n tron n c năn l ợng cao trong các kính hi n vi iện tử). Trong thải. nghiên cứu này, ph ơn ph p phổ tán sắc năn l ợn ợc 2 Vật liệu v ph ơn pháp nghiên cứu th c hiện tại Viện Công nghệ Hóa Học (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q1, Tp. H Chí Minh). 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2 2 4 Ph ơn ph p x c ịnh iện t ch m t ri n v lỗ Xỉ tro c Nh m y Nhiệt iện Duy n Hải 3 xốp (BET)[3] Đại học Nguyễn Tất Thành
Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 8 27 BET (Brunauer - Emmett - T ll r) l ph ơn ph p o hấp phụ - giải hấp phụ ẳng nhiệt kh nitơ, ợc sử dụng r ng rãi nhất x c ịnh diện tích b m t vật liệu Ph ơn ph p Tron : phân tích b m t BET ợc o ạc tại Viện Công nghệ Hóa - qe(m ): l ợng chất hấp phụ bị hấp phụ ở trạng thái cân học (số 1, Mạc Đĩnh Chi, Q1, Tp H Chí Minh). bằng 2 3 Xây n ờn ẳn nhiệt hấp phụ - Ce(mg/l): n n chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng Nghiên cứu này sẽ x c ịnh cơ ch hấp phụ ion kim loại - KF[(mg/g). (l/mg)n]: hằng số Freundlich n ng lên xỉ tro phù hợp v i thuy t Langmuir hay - 1 n: c ờn hấp phụ Freundlich. 2 4 Ph ơn ph p xử l số liệu 2 3 1 M h nh ờn ẳn nhiệt L n muir[4-6] Thốn k v xử lí số liệu ằn phần m m Exc l Lí thuy t Langmuir d a trên giả thuy t c a quá trình hấp phụ ơn l p v i s t ơn t c iữa các phân tử chất hấp phụ. Quá 3 K t quả nghiên cứu và thảo luận trình hấp phụ diễn ra cụ th trên tâm hấp phụ c a chất hấp phụ. 3.1 Đ c tr n c a xỉ tro Mỗi tâm hấp phụ giữ m t phân tử nhất ịnh c a hợp chất. Chất 3.1.1 SEM - EDS hấp phụ có khả năn i i hạn cho việc hấp phụ ở trạng thái cân bằn Đi m ão hò ã ạt ợc thì không th hấp phụ hơn ợc nữ Đ ờn ẳng nhiệt hấp phụ c a Langmuir tuy n tính ợc trình bày trong công thức i ây: Tron : - qe (m ): l ợng chất hấp phụ bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng - qm (mg/g): dung dịch hấp phụ tối tr n ơn l p c a VLHP - Ce (mg/l): n n chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng - KL (l/mg): hằng số Langmuir Hình 3.1 SEM c a xỉ tro 2 3 2 M h nh ờn ẳn nhiệt Fr un lich [4-6] Đ ờn ẳng nhiệt Fr un lich l m h nh cơ ản ợc bi t Ảnh SEM cho ta thấy ợc hình thái c a tro bay, có th n nhi u nhất cho hấp phụ l p. Nó dẫn n m t ph ơn thấy rằng xỉ tro là loại vật liệu kh n ng nhất, ch y u là trình th c nghiệm mô tả hệ thốn kh n ng nhất. Mô dạng hình cầu. h nh n y ợc áp dụn hấp phụ trên b m t kh n ng Phổ EDS cho thấy các nguyên tố hiện diện trong xỉ tro ban nhất v i s t ơn t c iữa các phân tử hấp phụ Đ ờng ầu g m C, O, Fe, Na, Mg, Al, Si, S, K, Ca. Sau quá trình ẳng nhiệt hấp phụ c a Freundlich tuy n tính ợc trình phản ứng, rõ ràng có s xuất hiện c a chì (Pb) trong phổ bày trong công thức i ây: nguyên tố c a xỉ tro, i u này chứng tỏ ch ã ợc hấp phụ lên xỉ tro. T1 1500 1200 1350 1050 1200 Si Al 900 1050 Si Al 750 900 Counts Counts 750 O 600 O Ca 600 450 Ca Pb Mg S Mg 450 Fe Fe Pb C Na S K K Ca 300 C Fe Na Pb Pb KK Ca Fe 300 Fe Fe Fe Fe 150 150 0 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV keV Hình 1 Phổ nguyên tố c a xỉ tro tr c (hìnhtrái) và sau khi hấp phụ chì (hìnhphải) 3.1.2 BET cũn cho thấy diện tích b m t riêng c a xỉ tro o ng K t quả x c ịnh cho thấy diện tích b m t riêng c a xỉ tro trong khoảng 0,48 n 3,82m2/g tùy t ng loại xỉ tro[7]. trong nghiên cứu này là 1,475m2/g. M t vài nghiên cứu 3.2 Ảnh h ởng c a c c i u kiện hấp phụ lên khả năn hấp phụ ion chì (Pb2+) c a xỉ tro Đại học Nguyễn Tất Thành
28 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 8 3.2.1 Ảnh h ởng c a thời gian hấp phụ 34,1%, khi n n kim loại ch tăn t 5m l n 500mg/l. Ảnh h ởng c a thời gian lên quá trình hấp phụ ion kim loại Đi u này cho thấy rằng, tại n n Pb2+ n ầu thấp, tâm n ng (Pb2+) ợc th c hiện bằng cách hòa tr n 3g/l vật liệu hấp hấp phụ có sẵn nhi u nên dễ dàng bắt giữ các ion Pb2+. Khi phụ (xỉ tro) v i n n ion kim loại n ng Pb2+ là 100mg/l ở n n chì trong dung dịch tăn l n c o hơn so v i khả những khoảng thời gian khác nhau, t 15 n 90 phút, trong môi năn hấp phụ c a xỉ tro thì hiệu quả cũn iảm theo. tr ờng trung tính. Hình 2 cho thấy ảnh h ởng c a thời gian ti p 3.2.3 Ảnh h ởng c h m l ợng xỉ tro xúc lên tỉ lệ phần trăm hiệu quả xử lí ion kim loại n ng Pb2+ sử dụng chất hấp phụ (xỉ tro). Nh c th thấy, quá trình hấp phụ 100 ion Pb2+ tăn khi tăn thời gian ti p x c v ạt trạng thái cân 80 bằng sau khi lắc 30 phút. Ion Pb2+ n ầu ợc hấp phụ rất Hiệu quả xử l (%) nhanh, khoảng 82,4% sau 15 phút. Ti p , qu tr nh hấp phụ 60 chậm lại tr c khi ạt n mức bão hòa 99,9% ở 30 phút. Tốc 40 hấp phụ ion Pb2+ n ầu cao có th do s khu ch tán dễ dàng c a ion Pb2+ lên b m t chất hấp phụ l n và có khả năn ị 20 giữ lại tại các tâm hấp phụ c a vật liệu hấp phụ. Sau 15 - 30 phút 0 ầu, các ion Pb2+ bị giữ lại n k trong những lỗ xốp hay trên 0 2 1 3 4 b m t bên ngoài trở thành rào cản cho quá trình ti p xúc giữa H m l ợn xỉ tro ( L) tâm hấp phụ và các ion Pb2+ khác, dẫn n tốc hấp phụ chậm Hình 4 Ảnh h ởng c a li u l ợng xỉ tro lên quá trình hấp phụ hơn D a trên k t quả này, các thí nghiệm hấp phụ ti p theo ion Pb2+ ợc th c hiện trong thời gian là 30 phút. Ảnh h ởng c h m l ợng xỉ tro trên hiệu quả xử lí ion kim loại n ng Pb2+ tron m i tr ờn n c ợc th hiện ở Hình 5. 100 Có th thấy hiệu quả xử l tăn n k khi tăn h m l ợng xỉ tro. V i n n ch n ầu l 1 m l, khi tăn li u l ợng xỉ 80 tro t ,5 l n 4g/l, hiệu quả xử lí Pb2+ tăn t 57% lên Hiệu quả xử l (%) 60 99,9% Dun l ợng hấp phụ tăn khi tăn h m l ợng xỉ tro t 40 ,5 l n 3g/l; khi sử dụng 3g/l xỉ tro, n n chì sau hấp 20 phụ l , 83 ± , 1m l, ạt QCVN 40:2011/BTNMT[8]. Khi tăn l ợng xỉ tro l n n 4g/l thì hiệu quả xử lí chỉ tăn nhẹ. 0 Đi u này có th ợc giải thích rằng chất hấp phụ (xỉ tro) cung 0 15 30 45 60 75 90 cấp các tâm hấp phụ bắt giữ ion kim loại Pb2+; nh n n u Thời i n (ph t) v in n kim loại n ầu cố ịnh, việc i tăn h m l ợng Hình 2 Ảnh h ởng c a thời gian hấp phụ lên quá trình hấp phụ xỉ tro sẽ làm th a các tâm hấp phụ n n khi tăn li u l ợng thì ion Pb2+ hiệu quả xử lí chỉ tăn nhẹ. 3.2.2 Ảnh h ởng c a n n kim loại chì (Pb2+) n ầu 3.2.4 Ảnh h ởng c a giá trị pH n ầu 100 15 pH n ầu pH s u hấp phụ 150 80 Hiệu quả xử lý Hiệu quả xử l (%) 60 10 100 Hiệu quả xử l (%) 40 pH 20 5 50 0 0 100 200 300 400 500 0 0 N n n ầu (m L) 1 2 3 4 5 Hình 3 Ảnh h ởn c n n n ầu l n qu tr nh hấp phụ Mẫu ion Pb2+ Hình 5 Ảnh h ởng c a pH lên quá trình hấp phụ ion Pb2+ Ảnh h ởng c a n n ion kim loại ch n ầu ( o ng t Ảnh h ởng c a pH lên quá trình hấp phụ ion kim loại Pb2+ trên 5m l n 500mg/l) lên hiệu quả xử lí trên vật liệu hấp phụ xỉ xỉ tro ợc khảo sát ở i u kiện nhiệt phòng, n n kim tro ợc trình bày trong Hình 4. Có th thấy, v i li u l ợng xỉ loại n ng Pb2+ n ầu l 1 m l, h m l ợng xỉ tro là 3g/l và tro cố ịnh (3 l), un l ợng hấp phụ c xu h ng giảm khi thời gian hấp phụ là 30 phút. Giá trị pH ợc i u chỉnh t 2 tăn n ng ion kim loại n ầu, t 100% xuống còn n 10 bằng các dung dịch NaOH 1M và HNO3 1M. T Hình Đại học Nguyễn Tất Thành
Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 8 29 6, ta có th thấy sau quá trình hấp phụ, ở tất cả các dãy pH thí 4 K t luận và ki n nghị nghiệm, pH dung dịch tăn l n n k , ví dụ v i pH n ầu là 6,28 ± 0,15, pH sau hấp phụ là 9,94 ± 0, 5… Đ ng thời * K t luận hiệu quả xử l cũn tăn l n khi pH tăn Đi u này là do thành Qua các k t quả trên, có th rút ra m t số k t luận sau: phần c a xỉ tro g m Ca, Mg, Fe, Na, K là những kim loại  Ảnh h ởng c a thời gian hấp phụ: quá trình hấp phụ ki m, n p v o việc tăn pH un ịch. ion Pb2+ tăn khi tăn thời gian ti p x c v ạt trạng thái 3.3 Xây d n ờn ẳng nhiệt hấp phụ cân bằng sau khi lắc 30 phút. Ion Pb2+ n ầu ợc hấp Trong khoảng n n khảo sát, k t quả th c nghiệm và phụ rất nhanh, khoảng 82,4% sau 15 phút, ti p , qu tính toán cho thấy cơ ch hấp phụ c a ion kim loại n ng trình hấp phụ chậm lại tr c khi ạt n mức bão hòa Pb2+ lên xỉ tro phù hợp v i thuy t hấp phụ c a Freundlich 99,9% ở 30 phút. v i hệ số t ơn qu n c o R2 = 0,9725, bên cạnh ph ơn  Ảnh h ởng c a n n ion kim loại ch n ầu: Có tr nh ờn ẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, giá trị hệ số th thấy v i li u l ợng xỉ tro cố ịnh (3 l), un l ợng t ơn qu n R2 là 0,73 5 kh n t ơn th ch v thấp hơn so hấp phụ c xu h ng giảm khi tăn n n ion kim loại v i ph ơn tr nh Fr un lich K t quả này cho thấy các dữ n ầu, t 100% xuống còn 34,1% khi n n kim loại liệu th c nghiệm cho quá trình hấp phụ ion Pb2+ trên xỉ tro ch tăn t 5m l n 500mg/l. phù hợp v i mô hình ẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (R2 =  Ảnh h ởng c h m l ợng xỉ tro tr n un l ợng hấp 0,9725) chỉ ra s hình thành hấp phụ l p, trên b m t phụ: V i n n ch n ầu l 1 m l, khi tăn li u kh n ng nhất. Các thông số c m h nh ẳng nhiệt hấp l ợng xỉ tro t ,5 l n 4 l, un l ợng hấp phụ tăn phụ Fr un lich v L n muir ợc trình bày trong Bảng 1. t 57% l n 99,9% Dun l ợng hấp phụ tăn khi tăn h m l ợng xỉ tro t ,5 l n 3g/l; khi sử dụng 3g/l xỉ 5 tro, n n chì sau hấp phụ l , 83 ± , 1m l, ạt 4 QCVN 4 :2 11 BTNMT Khi tăn l ợng xỉ tro l n n 3 4 l th un l ợng hấp phụ chỉ tăn nhẹ.  Ảnh h ởng c a pH lên quá trình hấp phụ ion kim loại lnqe 2 y = 0.121x + 3.4023 Pb2+ trên xỉ tro: ta có th thấy sau quá trình hấp phụ, ở 1 R² = 0.9725 tất cả các dãy pH thí nghiệm, pH dung dịch tăn l n 0 n k , hiệu quả xử l cũn tăn l n khi pH tăn 0 2 4 6  Trong khoảng n n khảo s t, ờng cân bằng ẳng nhiệt tuân theo thuy t hấp phụ c a Freundlich. lnCe * Ki n nghị Hình 6 Đ ờn ẳn nhiệt hấp phụ c xỉ tro th o m h nh  Cần bi n tính xỉ tro tăn iện tích b m t riêng c a Freundlich xỉ tro, nhằm tăn hiệu quả c a quá trình hấp phụ Bảng 1 Các thông số c m h nh ẳng nhiệt hấp phụ Freundlich  H ng nghiên cứu ti p theo: Ti p tục ti n hành khảo v m h nh ẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sát hấp phụ trên các ion kim loại n n kh c nh Cu 2+, Đường đẳng nhiệt Đường đẳng nhiệt Zn2+, Đ t sử dụng xỉ tro xử l n c thải kim loại Freundlich Langmuir n ng trong công nghiệp. KF 30,03 qm (mg/g) 54,05 1/n 0,121 KL (l/mg) 18,50 Lời cảm ơn R2 0,9725 R2 0,7305 N hi n cứu n y ợc t i trợ ởi Quĩ ph t tri n Kho học v RL 0,00054 C n n hệ NTTU, mã số t i 2 18 1 53 HĐ-KHCN Đại học Nguyễn Tất Thành
30 Tạp chí Khoa học & Công nghệ Số 8 Tài liệu tham khảo 1. Trần Văn Nhân, N uyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tu (1997). Giáo trình Hóa Lí, tập 2, NXB Giáo dục 2. Ray F.Egerton (2005). Physical Principles of Electron Microscopy: An Introduction to TEM, SEM, and AEM, Springer-Verlag. 3. G.Fagerlund (1973). Determination of specific surface by the BET method. Materials and Structures, volume 6: p.239-245 4. Chen G, C.., et al..(2003). Preparation of polystryrene/graphite nanosheet composite. Polymer, 44:p. 1781-1784 5. Deng X, Lu L, Li H, Lou F. The adsorption properties of Pb(II) and Cd(II) on functionalized graphene prepared by electrolysis method. J Hazard Mater. 6. Gollavelli G, Chang C-C, Ling Y-C (2013). Facile Synthesis of Smart Magnetic Graphene for Safe Drinking Water: Heavy Metal Removal and Disinfection Control. ACS Sustainable Chem Eng;1:462-72 7. A. A. Ramezanianpour (2014). Cement Replacement Materials, Springer Geochemistry/Mineralogy, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 8. B T i n uy n v M i tr ờn “QCVN 4 :2 11 BTNMT - Qui chuẩn kĩ thuật quốc gia v n c thải công nghiệp”, Th n t số 47/2011/TT-BTNMT n y 28 th n 12 năm 2 11 c a B tr ởng B T i n uy n v M i tr ờng. Effects of some conditions on lead removal ability in wastewater using fly ash Diep Thi Hong Le*, Vu Thi Thanh Tuyen Faculty of Chemical Engineering & Food Technology, Nguyen Tat Thanh University * lthdiep@ntt.edu.vn Abstract Lead is a highly toxic metal and is harmful to humans, plants and animals. Fly ash is one of the solid wastes generated during coal burning by thermal power plants and is a source of pollution for soil, water and air. Therefore, in order to reduce environmental pollution and reuse waste materials, research on the ability to remove lead metal in wastewater by fly ash has been done. In this study, the effects of conditions on lead adsorption capacity of fly ash are considered, including: adsorption time, initial lead concentration, fly ash dose, and initial pH value. The results showed that adsorption capacity tended to decrease when increasing the initial metal ion concentration, from 100% to 34.1% when the lead concentration increased from 5mg/l to 500mg/l, and lead adsorption capacity increased when increasing fly ash doses from 0.5g/l to 3g/l. The concentration of lead after adsorption is 0.083 ± 0.01mg/l, reaching QCVN 40: 2011 / BTNMT. Keywords adsorption, lead, fly ash, wastewater Đại học Nguyễn Tất Thành