Báo cáo " Nghiên cứu khả năng tách kim loại nặng trong dung dịch nước bằng vật liệu Aluminosilicat xốp "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

The increasi1ng level of heavy metals in the water environmental represents a serious threat to human health and ecological systems. These contaminants must be removed from water resources. Various treatment technologies have been developed. In this paper, the potential of removing heavy metals from aqueous solution by using porous aluminosilicate was studied. The solid sorbents were synthesized by reaction of sodium silicate and alumino sulfate with sol-gel method. Effects of synthesis temperature and ratio of Al:Si on synthesized materials and their adsorption capacity of heavy metals were studied. The characteristics of the sorbents have been studied by X-ray diffraction, BET,…...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo " Nghiên cứu khả năng tách kim loại nặng trong dung dịch nước bằng vật liệu Aluminosilicat xốp "

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 178-182 Nghiên c u kh năng tách kim lo i n ng trong dung d ch nư c b ng v t li u Aluminosilicat x p Vũ Quang L i*, Bùi Duy Cam, Đ Quang Trung, Nguy n Ng c Khánh Trư ng Đ i h c Khoa h c T nhiên, Đ i h c Qu c gia Hà N i, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 2 tháng 8 năm 2010 Abstract. The increasing level of heavy metals in the water environmental represents a serious threat to human health and ecological systems. These contaminants must be removed from water resources. Various treatment technologies have been developed. In this paper, the potential of removing heavy metals from aqueous solution by using porous aluminosilicate was studied. The solid sorbents were synthesized by reaction of sodium silicate and alumino sulfate with sol-gel method. Effects of synthesis temperature and ratio of Al:Si on synthesized materials and their adsorption capacity of heavy metals were studied. The characteristics of the sorbents have been studied by X-ray diffraction, BET,… Their surface area is 210 m2/g, pore volume is 0.79 cm3/g, the maximum adsorption capacity of material (142.86 mg Pb2+/g; 51.54 mg Cd2+/g and 64.93 Mn2+/g) were obtained. 1. M ñ u∗ d ng nhi u nh t cho m c ñích h p ph kim lo i n ng [1-3]. Kh năng h p ph ph thu c vào Hi n nay, ô nhi m ngu n nư c b i các kim nhi u y u t khác nhau như b n ch t, c u trúc lo i n ng dành ñư c s quan tâm ñ c bi t c a và di n tích b m t riêng c a v t li u h p ph . xã h i b i tính ñ c h i c a nó ñ i v i s c kh e B i v y, m t s nghiên c u ñã hư ng ñ n các con ngư i. Đã có nhi u nghiên c u nh m tách lo i v t li u silica bi n tính nh m tăng kh năng kim lo i n ng ra kh i dung d ch nư c b ng các và hi u qu h p ph [4-6]. Trong bài báo này, phương pháp khác nhau như k t t a, keo t , h p chúng tôi trình bày k t qu nghiên c u v t ng ph . Trong s ñó, phương pháp h p ph ñư c h p v t li u Aluminosilicat x p có di n tích b s d ng r ng rãi hơn c b i các ưu ñi m như m t riêng l n t nguyên li u thông thư ng và x lý nhanh, d ch t o thi t b và ñ c bi t là có kh năng h p ph kim lo i n ng c a chúng th tái s d ng v t li u h p ph . V n ñ ñ t ra thông qua vi c kh o sát kh năng h p ph là ph i t ng h p ñư c v t li u h p ph v a có Mn2+, Pb2+, Cd2+ trong dung d ch nư c. ñ b n cơ, hóa h c cao v a ñ m b o t c ñ và dung lư ng h p ph và r ti n nh m ñáp ng 2. Th c nghi m các nhu c u x lý nư c t i các vùng nông thôn. Hi n nay, các v t li u trên cơ s silica ñư c s 2.1. Hóa ch t và phương pháp nghiên c u _______ - Th y tinh l ng tinh khi t có hàm lư ng ∗ SiO2 chi m 23-25%, d = 1,4 g/cm3. Tác gi liên h . ĐT: 84-4-38582542. E-mail: vuquangloi@gmail.com 178
179 V.Q. Lợi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 178-182 3. K t qu th o lu n - Al2(SO4)3.18H2O, NH4OH, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2, MnSO4.H2O tinh khi t phân tích. 3.1. nh hư ng c a hàm lư ng Al ñ n kh năng - Các phương pháp v t lý hi n ñ i XRD, IR, h p ph c a v t li u BET ñư c s d ng ñ ñánh giá c u trúc v t li u. Phân tích cation kim lo i (Al, Cd, Pb) b ng phương pháp AAS và xác ñ nh Mn2+ b ng phương pháp persulfate (SMEWW 3500-Mn B). 2.2. Ch t o v t li u Aluminosilica bi n tính L y 10ml th y tinh l ng, pha loãng 5 l n b ng nư c c t r i khu y ñ u. Nh t t 32ml dung d ch NH4Cl 5M vào dung d ch trên. L c Hình 1. Kh năng h p ph Mn2+ (Q) c a các v t li u. và r a ñ n pH=7, s y m u 100oC. Thu ñư c (Quy ñ i Q=(Co-Ct).V/m) m u ký hi u là M-0. K t qu kh o sát kh năng h p ph Mn2+ L y 100ml thu tinh l ng và 250ml nư c c a các v t li u khác nhau, v i n ng ñ ban ñ u c t cho vào c c 2 lít. Khu y ñ u thu ñư c dung (Co) 100ppm ñư c th hi n trên hình 1 cho d ch 1 (dd 1). L y l n lư t X (g) Al2 (SO4)3- th y, v t li u có hàm lư ng Al 10% và 15% h p .18H2O và 80ml H2O cho vào c c 500ml ta ph t t nh t, khi t l Al tăng lên thì kh năng ñư c dung d ch 2 (dd 2). Nh t t dd 2 vào h p ph c a v t li u cũng gi m d n. dd1, thu ñư c k t t a màu tr ng. Sau ñó r a k t 3.2. nh hư ng c a nhi t ñ nung ñ n kh năng t a nhi u l n t i pH = 7. L c hút chân không và h p ph c a v t li u 1000C. s y k t t a trong 24 gi Trong ñó, X là kh i lư ng Al2(SO4)3.18H2O V t li u M-10 v i hàm lư ng ñư c th c (Xg) tương ng v i t l Al/Si trong v t li u hi n ch bi n nhi t ñ s y khác nhau: 100 oC, Aluminosilicat là: 10, 15, 20, 25, và 30%. Kí 200oC. Ti p theo là nung các nhi t ñ 300 oC, hi u l n lư t các m u v t li u là: M-10, M-15, 400 oC và 550oC. Sau ñó, kh o sát kh năng h p ph Mn2+ tương t như trên. Các k t qu thu M-20, M-25, M-30. ñư c th hi n trong b ng 1. 2.3. Kh o sát kh năng h p ph c a các v t li u B ng 1. nh hư ng c a nhi t ñ nung ñ n kh năng h p ph c a v t li u Các v t li u ñư c sơ b kh o sát kh năng h p ph v i ion ñ i di n Mn2+. L y 0,2g v t li u Nhi t ñ nung (oC) Co (ppm) Ct (ppm) Q (mg/g) l c v i 50ml dung d ch Mn2+ có n ng ñ ban 100 100 18,46 20,38 ñ u Co. Sau ñó, xác ñ nh lư ng Mn2+ còn l i Ct. 200 100 24,09 18,98 300 100 45,64 13,59 Kh o sát t i tr ng h p ph c c ñ i theo mô hình 400 100 62,78 9,31 h p ph ñ ng nhi t Langmuir. 550 100 57,64 10,59
180 V.Q. Lợi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 178-182 Các k t qu này cho th y chúng tôi ñã ñi u T các k t qu trên, chúng tôi th y v t li u silica ñư c bi n tính b ng 10% Al và s y ch ñư c v t li u silica x p bi n tính b ng 100oC cho k t qu h p ph Mn2+ l n nh t. nhôm. Nhôm ñư c ñưa vào v t li u theo phương pháp sol-gel ñ ng k t t a, n m trong 3.3. Nghiên c u ñ c tính c a v t li u c u trúc c a m ng silic. 3.4. Kh năng h p ph kim lo i n ng c a v t li u K t qu ch p XRD cho th y các v t li u M-10 khi nung nhi t ñ khác nhau ñ u t n t i Đ kh o sát nh hư ng c a pH ñ n kh năng h p ph cation c a v t li u, chúng tôi d ng vô ñ nh hình. kh o sát kh năng h p ph Mn2+ vùng pH nh hơn 8. vùng pH cao, cation kim lo i b k t t a m t ph n vì th ñánh giá kh năng h p ph không chính xác. Hình 3. nh hư ng c a pH ñ n kh năng h p ph Mn2+ c a v t li u M-10. K t qu kh o sát pH h p ph t i ưu ñư c th hi n trên hình 3. K t qu cho th y v t li u Hình 2. Ph IR c a v t li u M-10. h p ph t t pH t 4-7. pH th p (
181 V.Q. Lợi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 178-182 Kh o sát kh năng h p ph c a v t li u M- Các k t qu nghiên c u kh năng gi i h p, 10 v i các cation: Pb2+, Cd2+, Mn2+ theo mô tái sinh v t li u b ng dung d ch NaCl 0,1M hình h p ph ñ ng nhi t Langmuir, chúng tôi ñư c th hi n trên Hình 6. V t li u M-10 sau khi h p ph Mn2+ bão hòa ñư c r a gi i b ng thu ñư c t i tr ng h p ph c c ñ i c a v t li u v i các cation Pb2+, Cd2+, Mn2+ l n lư t là: dung d ch NaCl 0,1M nhi u l n và cu i cùng ñư c r a b ng nư c c t ñ n h t ion Cl-. Sau ñó, 142,86 mg/g, 51,54 mg/g, 64,93 mg/g. Các k t qu này cho th y kh năng h p ph kim lo i v t li u ti p t c ñư c s d ng h p ph v i c a v t li u là khá t t. Mn2+. L p l i các thí nghi m trên 3 l n, chúng tôi nh n th y v t li u d dàng ñư c tái sinh Đ ñánh giá kh năng ng d ng và tái s b ng NaCl 0,1M. Dung lư ng h p ph sau 3 l n d ng c a v t li u, chúng tôi ti n hành kh o sát tái sinh ñ t kho ng 92% so v i l n ñ u. s hòa tan c a Si và Ai vào dung d ch các pH t 4-10 (hình 5). K t qu thí nghi m ngâm, l c Nghiên c u s h p ph ñ ng ion Mn2+ c a sau 24h ñ i v i v t li u M-10 cho th y lư ng Si v t li u M-10. Cho dung d ch có n ng ñ Mn2+ và Al tan vào trong dung d ch không ñáng k , 20ppm ch y qua c t có ch a 0,5g v t li u M-10 kho ng 0,04% Al (mAl/mv t li u) và 0,03% Si v i t c ñ dòng 0,5ml/phút, Vv t li u (Bed (msi/mv t li u). V t li u t ng h p ñư c b n trong volume) = 2,6 ml, th i gian ti p xúc 5,2 phút. môi trư ng pH 4-8, ñ b n gi m khi pH nh Sau khi ch y ñư c 100ml, l y m u ñ u ra ñ hơn 4 và cao hơn 9. ñem ñi xác ñ nh n ng ñ Mn2+. K t qu ñư c th hi n trên hình 7. Hình 5. Hàm lư ng Si và Al c a v t li u M-10 tan theo s thay ñ i c a pH môi trư ng. Hình 7. K t qu h p ph ñ ng c a v t li u. T ñ th , ta th y v i 0,5g v t li u có kh năng x lý ñư c ~338 bed volume (~880ml) cho dung d ch ñ u ra có n ng ñ Mn2+
182 V.Q. Lợi và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 178-182 4. K t l u n Tài li u tham kh o - Đã t ng h p ñư c v t li u Aluminosilicat [1] H.Sepehrian, S.J.Ahmadi, S.Waqif-Husain, x p v i các t l Al/Si khác nhau: 10, 15, 20, H.Faghihian, H.Alighanbarid, “Adsorption 25, 30%. M u M-10 có di n tích b m t riêng Studies of Heavy Metal Ions on Mesoporous kho ng 210 m2/g, kích thư c mao qu n trung Aluminosilicate, Novel Cation Exchanger”, Journal of Hazardous Materials 176 (2010) 252. bình kho ng 16 nm. [2] Xiu-Wen Wu, Hong-Wen Ma, Jin-Hong Li, - K t qu kh o sát cho th y v t li u có hàm JunZhang, Zhi-Hong Li, “The synthesis of lư ng 10% Al có kh năng h p ph t t nh t, t i mesoporous aluminosilicate using microcline for tr ng h p ph c c ñ i v i cation Pb2+, Cd2+, adsorption of mercury (II)”, Journal of Colloid and Interface Science 315 (2007) 555. Mn2+ l n lư t là: 142,86 mg/g, 51,54 mg/g, [3] Xiu-Wen Wu, Hong-Wen Ma, Yan-Rong Zhang, 64,93 mg/g. Adsorption of chromium(VI) from aqueous - V t li u Aluminosilicat có ñ b n cơ hóa solution by a mesoporous aluminosilicate synthesized from microcline, Applied Clay t t, d dàng ñư c tái sinh b ng dung d ch NaCl Science 48 (2010) 538. 0,1M. V i k t qu nghiên c u trên, v t li u M- [4] Jong Sung Kim, Soowoo Chah and Jongheop.Yi, 10 hoàn toàn có kh năng ng ñ x lý các “Preperation of modified silica for heavy metal ngu n nư c b ô nhi m kim lo i n ng Vi t Nam. removal”, Korean.J. Chem.Eng, 17(1), (2000) 118. L i c m ơn [5] Saeki . Kazutoshi, ”Adsorption of Fe(II) and Mn (II) on silica, Gibbsite and humic acids.” J. Soil Công trình này ñư c hoàn thành v i s h Science, vol.1699 (12), (2004) p.832-840. tr kinh phí c a Đ tài ñ c bi t c p Đ i h c [6] E. Erdem, N. Karapinar, R. Donat, "The removal Qu c gia Hà N i, mã s : QG - 09-10. Tác gi of heavy metal cations by natural zeolites", xin chân thành c m ơn PGS. TS Bùi Duy Cam - Journal of Colloid and interface Science 200 (2004) 304. Ch trì ñ tài và các c ng tác viên. Removal of heavy metals from aqueous solution by using porous Aluminosilicate Vu Quang Loi, Bui Duy Cam, Do Quang Trung, Nguyen Ngoc Khanh Hanoi University of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam S t n t i các kim lo i n ng ñ c h i trong môi trư ng nư c ngày càng gây nh hư ng x u t i s c kh e con ngư i và h sinh thái. Do ñó c n tách lo i chúng ra kh i các ngu n nư c. Nhi u phương pháp x lý kim lo i n ng trong nư c ñã ñư c nghiên c u. Bài báo này nghiên c u kh năng tách lo i kim lo i n ng trong dung d ch nư c b ng v t li u aluminosilicat x p ñã bi n tính. V t li u aluminosilicat x p bi n tính ñư c t ng h p t nguyên li u chính là th y tinh l ng và phèn nhôm, b ng phương pháp sol-gel. Đã nghiên c u nh hư ng c a nhi t ñ và t l c a Al:Si ñ i v i v t li u t ng h p và kh năng h p ph kim lo i n ng c a chúng. Nghiên c u ñ c tính c a v t li u b ng các phương pháp nhi u x Rơn-ghen, BET,... V t li u aluminosilicat x p t ng h p ñư c có các th ng s sau: di n tích b m t riêng 210 m2/g, th tích l x p 0,79 cm3/g, t i tr ng h p ph c c ñ i ñ i v i m t s kim lo i n ng là: 142.86 mg Pb2+/g; 51.54 mg Cd2+/g và 64.93 Mn2+/g.