Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TÁCH ION Cu2+ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BENTONIT THUẬN HẢI"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

108
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian khuấy, pH dung dịch, nồng độ bentonit, nồng độ Cu2+, nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cu2+ trên bentonit Thuận Hải đã được khảo sát. Hiệu suất hấp phụ tối ưu đạt 99,86% ở điều kiện: thời gian khuấy 80 phút, nồng độ bentonit 0,5 g/ 2+ 100 ml dung dịch, nồng độ Cu 150 mg/l, pH = 5,0.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TÁCH ION Cu2+ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BENTONIT THUẬN HẢI"

NGHIÊN CỨU TÁCH ION Cu2+ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BENTONIT THUẬN HẢI A STUDY ON THE REMOVAL OF Cu2+ IONS IN AQUEOUS SOLUTIONS USING THUANHAI BENTONITE LÊ TỰ HẢI Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian khuấy, pH dung dịch, nồng độ bentonit, nồng độ Cu2+, nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cu2+ trên bentonit Thuận Hải đã được khảo sát. Hiệu suất hấp phụ tối ưu đạt 99,86% ở điều kiện: thời gian khuấy 80 phút, nồng độ bentonit 0,5 g/ 2+ 100 ml dung dịch, nồng độ Cu 150 mg/l, pH = 5,0. Các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ được xác định ở nhiệt độ 30, 40, 50, 60oC. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit là thu nhiệt và tự xảy ra (Ho = 27,60Kj/mol, Go < 0). Quá trình hấp phụ Cu2+ tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. ABSTRACT The influence of different factors such as shaking time, pH of aqueous solution, amount of adsorbent, Cu2+ concentration and temperature on the absorption ability of Cu2+ on the Thuanhai bentonite have been also investigated. Maximum absorption of 99,86% was achieved under optimized conditions of 80 min of shaking time, pH 5.0, amount of bentonite 0.5g and Cu2+ concentration of 150 mg in 100 cm3 solution. Thermodynamic parameters for the sorption system have been determined at 30oC, 40oC, 50oC and 60oC. The results show that the sorption of Cu2+ on bentonite is an endothermic and spontaneous process (Ho 27.16Kj/mol, Go < 0). The absorption of Cu2+ on bentonite followed the Freundlich isotherm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng và động vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng đồng trong cơ thể người đạt từ 60 – 100 mg/1kg thể trọng thì gây ngộ độc buồn nôn. Với loài vi khuẩn lam, khi nồng độ đồng trong nước 0,01 mg/l sẽ làm chúng chết. Ngoài ra, ion Cu2+ còn liên kết với màng tế bào, ngăn cản quá trình vận chuyển vật chất qua màng gâ y ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất [1]. Sự ô nhiễm Cu2+ trong mô i trường nước được gây ra bởi các nhà máy luyện kim, công nghệ mạ, các mỏ khoáng sản ... Một số phương pháp đã được sử dụng để tách Cu2+ như điện phân, thẩm thấu ngược, xử lý hoá học hay hấp phụ [2,3,4]. Trong công trình này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu quá trình tách Cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ bentonit Thuận Hải. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu hấp phụ bentonit được tinh chế từ nguồn bentonit Thuận Hải thô như [5] với thành phần hoá học (% khối lượng): SiO2 = 59,80, Fe2O3 = 1,28, CaO = 13,90, MgO = 0,30, MKN (mất khi nung) = 11,80; diện t ích bề mặt là 22,14 m2/g và đường kính mao quản trung bình là 51,16Ao.
Quá trình hấp phụ được tiến hành bằng kỹ thuật bể ở tốc độ khuấy 300 vòng/phút với 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ xác định được pha từ dung dịch gốc Cu(NO3)2 1000 mg/l. pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH, HNO3. Các hoá chất đều có mức độ tinh khiết phân tích và được pha chế trong nước cất hai lần. Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian khuấy, pH dung dịch, nồng độ bentonit, nồng 2+ độ Cu , nhiệt độ đến quá trình hấp phụ đã được khảo sát. Sau khi hấp phụ tại các khoảng thời gian xác định, huyền phù được ly tâm trong 30 phút (tốc độ 4000 vòng/phút) và phân t ích nồng độ Cu2+ trong dung dịch thu được bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử trên máy AAS – 100 PE. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô (%A) vµ h»ng sè ph©n bè Kd ®îc tÝnh nh sau [4]: C  Ce %A  o .100 (1) Co C  Ce V (cm 3 / g ) Kd  o (2) Ce m Trong ®ã Co: nång ®é Pb2+ tríc xö lý, Ce: nång ®é Pb2+ c©n b»ng sau xö lý, V: thÓ tÝch dung dÞch, m: khèi lîng bentonit. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ trên bentonit được nghiê n cứu trong điều kiện: nồng độ Cu2+ 150 mg/l, nồng độ bentonit 0,3 g/ 100 ml, pH = 5,0, nhiệt độ 30oC. Thời gian khuấy thay đổi từ 10 ÷ 120 phút. Kết quả thu được thể hiện ở hình 1. 100 90 80 %A 70 60 50 40 0 20 40 60 80 100 120 thời gian (phút) Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ Hình 1 cho thấy, khi thời gian khuấy tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng và cân bằng hấp phụ đạt được sau 80 phút. Vì vậy, thời gian khuấy 80 phút được chọn làm thời gian tối ưu cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ Cu2+ được khảo sát trong vùng pH = 1,5 ÷ 7,0 với điều kiện: nồng độ Cu2+ 150 mg/l, nồng độ bentonit 0,3 g/l, nhiệt độ 30oC, thời gian khuấy 80 phút. Kết quả thu được thể hiện ở hình 2. Trong vùng pH = 1,5 ÷ 5,0 hiệu suất quá trình hấp phụ tăng khi pH tăng và giảm nhẹ ở pH = 6,0 ÷ 7,0. Nguyên nhân ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit
được giải thích như [5]. Đó là do sự hấp phụ cạnh tranh của H+ và sự t ích điện dương trên bề mặt bentonit ở vùng pH thấp; còn ở vùng pH = 6,0 ÷ 7,0 đã có xuất hiện kết tủa Cu(OH)2 nê n hiệu suất hấp phụ giảm. Vì vậy, dung dịch có pH = 5,0 được chọn cho quá trình tách Cu2+. 120 100 80 60 %A 40 20 0 -20 0 2 4 6 8 pH Hình 2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ bentonit Ảnh hưởng của nồng độ bentonit được khảo sát trong điều kiện: nồng độ Cu2+ 150 mg/l, pH = 5,0, thời gian khuấy 80 phút, nhiệt độ 30oC. Nồng độ bentonit thay đổi từ 0,1 ÷ 1,5 g/100 ml. Kết quả sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cu2+ và hằng số phân bố Kd vào nồng độ bentonit được thể hiện ở hình 3. 100 20000 95 15000 %A 90 Kd 10000 85 5000 80 0 0 0.5 1 1.5 2 0 0,5 1 1,5 2 C - bent (g/100ml) C - bent (g/100ml) Hình 3. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ bentonit đến hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố Kd Kết quả cho thấy, hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố tăng khi nồng độ bentonit tăng từ 0,1 đến 0,5 g/ 100 ml. Tuy nhiên, nếu t iếp tục tăng nồng độ bentonit thì hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể, trong khi đó Kd lại giảm. Vì vậy, nồng độ bentonit 0,5 g/ 100 ml là nồng độ tối ưu cho quá trình tách Cu2+. 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ Hình 4 thể hiện ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ đến quá trình hấp phụ ở điều kiện: thời gian khuấy 80 phút, nồng độ bentonit 0,5 g/ 100 ml, nhiệt độ 30oC. Nồng độ Cu2+ thay đổi từ 75 ÷ 240 mg/l.
600000 101 100 500000 99 400000 %A 300000 98 Kd 97 200000 100000 96 95 0 75 125 175 225 275 -100000 75 125 175 225 275 (b) C (Cu2+) mg/l C(Cu2+) mg/l (a) Hình 4. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ đến hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố Kd . Như vậy, hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố Kd giảm mạnh khi nồng độ Cu2+ tăng. 3.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Ph¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô Freundlich ®îc ¸p dông cho qu¸ tr×nh hÊp phô Cu2+ trªn bentonit [4]: x 1 lg  lg K  lg C e (3) m n Trong ®ã Ce lµ nång ®é Cu2+ c©n b»ng (g/ml), x/m lµ lîng Cu2+ bÞ hÊp phô (g/mg), K vµ n lµ h»ng sè liªn quan ®Õn nhiÖt ®é vµ ®Æc trng cho hÖ hÊp phô. Đồ thị lgx/m – lgCe được xây dựng và thể hiện ở hình 5. 2,60 2,50 Lg (x/m) 2,40 2,30 2,20 2,10 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Lg Ce Hình 5. Đồ thị Freundlich cho quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit Kết quả cho thấy, sự hấp phụ Cu2+ trên bentonit tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich. Từ đồ thị tính được giá trị K = 102,20 và n = 5,73. Giá trị của n = 5,73 chứng tỏ quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit xảy ra tốt. 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ Cu2+ trong điều kiện: nồng độ bentonit 0,5 g/ 100 ml, nồng độ Cu2+ 150 mg/l, pH = 5,0, thời gian khuấy 80 phút tại các nhiệt độ 30, 40, 50, 60oC. Các giá trị nhiệt động Ho, So, Go được xác định thông qua phương trình sau [4]:
H o S o (4) ln K d    RT R Đồ thị lnKd – 1/T được thể hiện ở hình 6. 12.00 11.80 11.60 lnKd 11.40 11.20 11.00 10.80 2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 1/T .10-3 Hình 6. Đồ thị lnKd – 1/T cho quá trình hấp phụ Cu2+ Từ đồ thị, các giá trị nhiệt động được tính toán và thu được kết quả sau: Ho = 27,60Kj/mol, So = 0,182 Kj/K.mol và Go = -27,546 Kj/mol, -29,366 Kj/mol, -31,186 Kj/mol, -33,006 Kj/mol ở các nhiệt độ 303K, 313K, 323K, 333K tương ứng. Gi¸ trÞ Ho > 0, So > 0 vµ sù gi¶m Go khi t¨ng nhiÖt ®é cho thÊy qu¸ tr×nh hÊp phô Cu2+ trªn bentonit lµ thu nhiÖt vµ tù x¶y ra. Sự tăng entropi trong quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit được giải thích tương tự như [5]. 4. KẾT LUẬN Kết quả nghiên cứu thu được một số kết luận sau: Bentonit Thụân Hải t inh chế có thể được sử dụng làm vật liệu hấp phụ để tách ion - Cu2+ trong nước. Hiệu suất hấp phụ Cu2+ trên bentonit chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và đạt 99,86% - ở điều kiện tối ưu: thời gian khuấy 80 phút, nồng độ bentonit 0,5 g/100 ml dung dịch, nồng độ Cu2+ 150 mg/l, pH = 5,0, nhiệt độ 30oC. Quá trình hấp phụ Cu2+ trên bentonit là tự xảy ra và thu nhiệt. - Quá trình hấp phụ Cu2+ tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich. Giá trị n = 5,73 cho - thấy quá trình hấp phụ là thuận lợi. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2000. [ 1] Lê Văn Cát, Cơ sở hoá học và xử lý nước, NXB KH & KT, Hà Nội, 1999. [ 2] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB KH & KT, [ 3] Hà Nội, 2005. [ 4] M. I. Panayotova, Kinetics and thermodynamics of copper ions removal from waste water by use of zeolite, Waste Management 21 (2001) 671-676. Lê Tự Hải, Nghiên cứu thành phần, cấu trúc và khả năng hấp phụ ion Pb2+ trong [ 5] dung dịch nước của bentonit Thuận Hải, Hội nghị toàn quốc các đề tài nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực Hoá lý và Hoá lý thuyết, Hà Nội 12/2005, 25 – 32.