Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát một số đặc điểm bề mặt của bã mía bằng phổ IR và ảnh chụp SEM. Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Cụ thể là các yếu tố: pH tối ưu, thời gian đạt cân bằng hấp phụ, nồng độ đầu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- TRẦN THỊ VÂN HẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA BÃ MÍA SAU KHI BIẾN TÍNH BẰNG AXIT XITRIC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS.TS. Lê Hữu Thiềng – Người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và đi đến hoàn thiện đề tài này. Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tập thể giáo viên khoa Hoá học - trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo và các bạn bè thân hữu đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện đề tài này. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Trần Thị Vân Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1:TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về đối tượng xử lý: ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+. 3 1.1.1.Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. 3 1.1.2.Tác động sinh hóa của ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ đối với con người và môi trường. 3 1.1.2.1. Chì. 4 1.1.2.2. Đồng. 4 1.1.2.3. Niken. 5 1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. 5 1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng. 6 1.2.1. Phương pháp kết tủa. 6 1.2.2. Phương pháp trao đổi ion. 7 1.2.3. Phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. 7 1.2.4.1. Sự hấp phụ, cân bằng hấp phụ. 7 1.2.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 1.2.5. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.2.5.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước. 13 1.2.5.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước. 13 1.3. Quá trình hấp phụ động trên cột. 14 1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng. 15 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.4.2. Cơ sở của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.5. Phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử. 16 1.6. Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng chì bằng phép đo phổ 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hấp thụ nguyên tử ngọn lửa đèn khí (F - AAS). 1.7. Giới thiệu về VLHP: Bã mía. 17 1.8. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP. 18 Chương 2: THỰC NGHIỆM. 20 2.1. Dụng cụ và hoá chất. 20 2.1.1. Dụng cụ. 20 2.1.2. Hoá chất. 20 2.2. Chế tạo VLHP từ bã mía. 21 2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được. 21 2.4. Xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+, Ni2+, Pb2+ theo phương 21 pháp phổ hấp thụ nguyên tử. 2.4.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ chì. 22 2.4.2. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 22 2.4.3. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ của VLHP theo 24 phương pháp hấp phụ tĩnh. 2.5.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 24 2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 24 2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến khả năng 25 hấp phụ của VLHP. 2.6. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ bằng 25 VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ động trên cột. 2.6.1. Chuẩn bị cột hấp phụ. 25 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng. 25 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit clohiđric đến khả năng giải 26 hấp, thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ của VLHP. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.6.3.1. Dùng dung dịch rửa giải là EDTA. 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HNO3. 26 2.6.3.2. Dùng dung dịch rửa giải là HCl. 26 2.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP. 26 2.8. Sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải chứa ion Pb 2+. 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP. 28 3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu. 29 3.3. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. 30 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP. 32 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến 34 khả năng hấp phụ của VLHP. 3.5.1. Đối với Cu2+: 35 3.5.2. Đối với Ni2+: 36 3.5.3. Đối với Pb2+: 37 3.6. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+, 38 Pb2+ trên cột hấp phụ. 3.6.1. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Cu2+: 38 3.6.2. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Ni2+: 41 3.6.3. Khảo sát tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ của Pb2+. 43 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp. 44 3.7.1. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp của các dung dịch rửa giải ở 44 các nồng độ khác nhau. 3.7.1.1. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là EDTA. 44 3.7.1.2. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HNO3. 47 3.7.1.3. Khi sử dụng dung dịch giải hấp là HCl. 50 3.8. Kết quả của sự tái sử dụng vật liệu hấp phụ với vật liệu hấp phụ đã 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hấp phụ ion Pb2+. 3.9. Kết quả của việc sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía xử lý nước thải 55 chứa Pb2+. KẾT LUẬN 57 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công 5 nghiệp và nước cấp sinh hoạt. Bảng 2: Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. 11 Bảng 3: Điều kiện để xác định chì, đồng, niken. 17 Bảng 4: Số liệu xây dựng đường chuẩn chì. 22 Bảng 5: Số liệu xây dựng đường chuẩn đồng. 22 Bảng 6: Số liệu xây dựng đường chuẩn niken. 23 Bảng 7: Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với 29 Cu2+, Ni2+, Pb2+. Bảng 8: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời 30 gian xử lý. Bảng 9: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. 32 Bảng 10: Ảnh hưởng của nồng độ đầu Cu2+, Ni2+, Pb2+ đến dung 34 lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP. Bảng 11: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của Cu2+, 38 Ni2+, Pb2+. Bảng 12: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của 39 VLHP đối với Cu2+. Bảng 13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của 41 VLHP đối với Ni2+. Bảng 14: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của VLHP 43 đối với Pb2+. Bảng 15: Kết quả giải hấp Cu2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 45 Bảng 16: Kết quả giải hấp Ni2+ bằng EDTA với nồng độ khác nhau. 46 Bảng 17: Kết quả giải hấp Cu2+ bằng axit HNO3 với nồng độ khác nhau. 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 18: Kết quả giải hấp Ni2+ bằng axit HNO3 với nồng độ khác 48 nhau. Bảng 19: Kết quả giải hấp Cu2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 50 Bảng 20: Kết quả giải hấp Ni2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 51 Bảng 21: Kết quả giải hấp Pb2+ bằng axit HCl với nồng độ khác nhau. 52 Bảng 22: So sánh khả năng hấp phụ của VLHP mới và VLHP tái sinh. 54 Bảng 23: Kết quả tách loại Pb2+ khỏi nước thải. 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình cột hấp phụ 14 Hình 2 : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại 15 điểm cuối của cột theo thời gian. Hình 3: Đường chuẩn xác định hàm lượng chì. 22 Hình 4: Đường chuẩn xác định nồng độ đồng. 23 Hình 5: Đường chuẩn xác định nồng độ niken. 23 Hình 6: Phổ IR của nguyên liệu 28 Hình 7: Phổ IR của VLHP 28 Hình 8: Ảnh SEM của nguyên liệu 29 Hình 9: Ảnh SEM của VLHP 29 Hình 10: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian xử lý. 31 Hình 11: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ VLHP vào pH của dung 33 dịch Cu2+, Ni2+, Pb2+. Hình 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Cu2+. 35 Hình 13: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Cu2+. 36 Hình 14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Ni2+. 36 Hình 15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Ni2+. 37 Hình 16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với sự hấp phụ của Pb2+. 37 Hình 17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với sự hấp phụ Pb2+. 38 Hình 18: Nồng độ Cu2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 40 vị thể tích khác nhau. Hình 19: Nồng độ Ni2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 42 vị thể tích khác nhau. Hình 20: Nồng độ Pb2+ sau khi ra khỏi cột ứng với tốc độ dòng và đơn 43 vị thể tích khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 21: Ảnh hưởng của nồng độ EDTA đến sự giải hấp Cu2+. 45 Hình 22: Ảnh hưởng của nồng độ EDTA đến sự giải hấp Ni2+. 46 Hình 23: Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Cu2+. 48 Hình 24: Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Ni2+. 49 Hình 25: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Cu2+. 51 Hình 26: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Ni2+. 52 Hình 27: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Pb2+ 53 Hình 28: Đường cong thoát của Pb2+ với VLHP mới, VLHP tái sinh lần1, 2. 54 Hình 29: Đường cong thoát Pb2+ ra khỏi nước thải. 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Nước ta đang trên đà phát triển các khu công nghiệp, khu chế xuất, quá trình phát triển này đã giúp nền kinh tế tăng trưởng đáng kể, thúc đẩy sản xuất công nghiệp, kêu gọi được sự đầu tư của nước ngoài, góp phần hình thành các khu đô thị sầm uất nhưng cũng chính quá trình phát triển này lại có tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái. Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện đang là vấn đề không chỉ riêng của một quốc gia nào mà nó là vấn đề chung của toàn nhân loại. Các môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Môi trường nước ở Việt Nam đang xuống cấp cục bộ. Tình trạng báo động ở nước ta hiện nay là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất chỉ được xử lý sơ bộ, thậm chí chưa được xử lý đã thải ra môi trường. Trong nước thải đó chứa rất nhiều các chất độc hại như: chất hữu cơ và các ion kim loại nặng như: Cu, Ni, Pb, Cd, Fe, Zn… Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều nơi đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng. Vì vậy ngoài việc nâng cao ý thức người dân, xiết chặt việc quản lý môi trường thì việc tìm ra các biện pháp xử lý nhằm loại bỏ các thành phần độc hại ra khỏi môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Có rất nhiều các phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi nguồn nước. Tận dụng các phụ phẩm công nghiệp, nông nghiệp để hấp phụ các ion kim loại nặng đang được rất nhiều người quan tâm. Hướng nghiên cứu này có nhiều ưu điểm là sử dụng nguyên liệu hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm, đặc biệt là không làm nguồn nước ô nhiễm thêm. Một trong số phụ phẩm công nghiệp đó là bã mía. Trong những năm gần đây ngành mía đường phát triển cùng với đó là lượng bã mía được tạo ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1
cũng tương đối nhiều. Phần khô của bã mía có chứa các thành phần chính là xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ. Các nhóm hidroxyl, cacbonyl có thể phản ứng hoá học để tạo ra những vật liệu hấp phụ. Hiểu được tầm quan trọng của nguồn nước sạch và môi trường sống, nước ta đã có những khuyến khích trong việc nghiên cứu và tìm biện pháp xử lý nguồn nước thải. Vì những lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lý môi trường.” Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo được VLHP từ bã mía. - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của bã mía bằng phổ IR và ảnh chụp SEM. - Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Cụ thể là các yếu tố: pH tối ưu, thời gian đạt cân bằng hấp phụ, nồng độ đầu. - Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ bằng VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột. - Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP. - Sử dụng VLHP chế tạo được xử lý mẫu nước thải chứa ion Pb2+. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+. 1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. Hiện nay nước ta đang phát triển kinh tế theo hướng công nghiệp hoá- hiện đại hoá. Các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng phát triển và mở rộng hơn. Những vấn đề của hệ sinh thái đang gia tăng với sự tiến bộ của công nghiệp. Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết. Kim loại nặng độc hại phát tán vào trong môi trường ngày càng tăng. Nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt của người dân chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để vẫn đang hàng ngày thải ra môi trường nước. Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, kim loại mạ, khai thác mỏ hoạt động… cũng ít nhiều gây ảnh hưởng đến môi trường. Bên cạnh đó hàng trăm làng nghề thủ công như: đúc đồng, nhôm, chì… cũng chưa có các biện pháp xử lý nước thải có hiệu quả trước khi thải ra ngoài môi trường nước. Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các ion kim loại nặng trong môi trường nước gần các khu công nghiệp đều xấp xỉ hoặc vượt quá giới hạn cho phép. Không giống như các chất ô nhiễm hữu cơ, các ion kim loại nặng không phân huỷ thành sản phẩm cuối cùng vô hại.[1, 3 ,4] 1.1.2. Tác động sinh hóa của ion Cu2+, Ni2+, Pb2+ đối với con người. Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khoẻ con người và sinh vật. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước là nước thải các ion kim loại nặng của các khu công nghiệp, khu chế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3
xuất thải ra ngoài môi trường. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi trường bị tích tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện dể các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại nặng thường xâm nhập vào cơ thể theo chu trình thức ăn. Ngoài ra còn thông qua con đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và sinh vật. Về mặt sinh hóa, các ion kim loại có ái lực lớn với nhóm -SH, -SCH3 của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế các enzim bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein trong cơ thể [4]. Quá trình đó được thể hiện ở phương trình sau: SH S 2+ [Enzim] +M [Enzim] M + 2H+ SH S 1.1.2.1. Chì. Chì là một nguyên tố có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp như: sản xuất pin, ắc quy, tấm thép bảo vệ phóng xạ, chất tạo màu trong đồ gốm, sản xuất sơn… Tuy nhiên, cũng như các kim loại nặng khác, chì và các hợp chất của nó đều độc đối với con người. Khi hàm lượng chì vượt quá tiêu chuẩn cho phép có thể sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật, làm cho cơ thể bị ngộ độc. Nó tác động đến tủy xương và các quá trình hình thành các huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương, làm thay đổi hình dạng tế bào xuất hiện các bệnh về thần kinh có thể dẫn đến tử vong…[3, 7, 11] 1.1.2.2. Đồng. Đồng được phân bố rộng rãi trong thiên nhiên và là nguyên tố quan trọng, cần thiết cho cơ thể con người. Nó có mặt ở cơ thể sống. Nếu thiếu đồng sẽ gây thiếu máu, nhược sắc… Nhu cầu hàng ngày của người lớn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4
khoảng 0,033 – 0,050mg/kg thể trọng. Tuy nhiên nếu hàm lượng đồng trong cơ thể lớn thì cơ thể sẽ bị nhiễm độc và có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận; lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hóa có thể gây tử vong.[4, 7, 14] Đồng chủ yếu được dùng trong công nghiệp điện. Ngoài ra còn dùng trong các ngành thuộc da, thuốc nhuộm, y học… 1.1.2.3. Niken. Niken là nguyên tố vi lượng đối với gia súc, vi sinh vật, thực vật. Niken có trong huyết tương người. Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, điện tử… Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải. Niken vào cơ thể người chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra các triệu trứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan thận; còn nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng… Niken có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, còn để mạ điện, sản xuất thủy tinh, gốm sứ…[3, 10] Bảng 1. Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công nghiệp và nước cấp sinh hoạt.[11] Giá trị giới hạn (mg/l) STT Tên chỉ tiêu Nước thải công nghiệp Nước cấp sinh hoạt 1 Hàm lượng chì 0,10 0.01 2 Hàm lượng đồng 2,00 1,00 3 Hàm lượng niken 0,20 0,10 1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. Nước bị ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ. Do nhu cầu sử dụng của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5
con người ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên. Tuy nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm đúng mức càng làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường. Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các ion kim loại nặng còn ở việc sản xuất quặng và sử dụng thành phẩm. Quá trình sản xuất này cũng làm tăng cường sự có mặt của chúng trong môi trường. Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng chưa được chú ý và quan tâm đúng mức. Đối với ion Pb2+: sản lượng khai thác mỏ hàng năm khoảng 2 triệu tấn. Chì được sử dụng để sản xuất mực in, xăng, pin, sơn, thuốc nhuộm… Hàng năm trên thế giới sử dụng 3 triệu tấn chì, trong đó 40% được sử dụng cho sản xuất ắc quy, 20% sử dụng cho xăng dưới dạng chì ankyl ( gần đây chì dùng trong lĩnh vực này đã giảm do công nghệ sản xuất xăng không chì), 12% dùng cho công trình xây dựng, 6% dùng cho việc sản xuất các đường dây cáp điện, 5% sử dụng cho quân sự, 17% sử dụng cho các mục đích khác. [3, 7, 10, 12] Đó là các nguồn chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng nói chung và chì nói riêng trong môi trường nước. [4] 1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng. Hiện nay môi trường nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn có nguy cơ bị ô nhiễm kim loại nặng khá lớn, nó đe dọa đến sức khỏe của con người và môi trường sống. Để đáp ứng nhu cầu về nước sinh hoạt và việc xử lý môi trường đòi hỏi phải có những biện pháp xử lý phù hợp đạt hiệu quả cao. 1.2.1. Phương pháp kết tủa. Phương pháp này thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dưới dạng hiđroxit kim loại rất ít tan. Mn+ + n OH-  M(OH)n Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6
Ngoài ra còn có thể sử dụng các chất tạo kết tủa như xút, vôi, cacbonat, sunfua... Tuy nhiên phương pháp này chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, đòi hỏi những quá trình xử lý tiếp theo. 1.2.2. Phương pháp trao đổi ion. Trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng để tách kim loại nặng từ nước thải. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợp chất hữu cơ có gắn các nhóm như : (-SO3H), ( -COO-), amin. Các cation và anion được hấp phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion: nRH + Mn+ RnM + nH+ RCl + A- RA + Cl- Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta khôi phục lại cationit và anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ loãng. Về mặt kĩ thuật thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp trao đổi ion, nhưng phương pháp này thường tốn kém. 1.2.3. Phương pháp hấp phụ. So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có các đặc tính ưu việt hơn hẳn. Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ. [5, 8] 1.2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. 1.2.4.1. Sự hấp phụ, cân bằng hấp phụ. Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - rắn, lỏng - lỏng...). Trong đó: Chất hấp phụ: là chất có các phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử pha khác nằm tiếp xúc với nó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7
Chất bị hấp phụ: là chất tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ, chất này bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. Giải hấp phụ: là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta chia làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lí: gây ra bởi lực tương tác Vanderwaals giữa phần tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Lực liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Quá trình hấp phụ vật lí là một quá trình thuận nghịch. Hấp phụ hóa học: gây ra bởi các lực liên kết hóa học giữa phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ. Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối. Trong một số hệ hấp phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.[1, 2, 5, 8] Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ trên bề mặt hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược trở lại pha thể tích. Khi lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha thể tích càng nhanh. Đến một thời điểm nào đó tốc độ của quá trình hấp phụ bằng tốc độ của quá trình giải hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Đối với một hệ xác định, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích. [1, 5, 8] q = q(T, p) hoặc q = q(T, C) Ở một nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất ( nồng độ): q = q(p) hoặc q = q(C) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước.[1, 5, 8] Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: (C 0  C cb )v q m Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g) V: thể tích dung dịch ( l ) m: khối lượng chất hấp phụ ( g ) Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) Trong quá trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngoài chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ. Đối với hệ lỏng - rắn, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau: Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ. Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản. Giai đoạn khuếch tán trong mao quản: các phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ. Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử chất bị hấp phụ được gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ có thể được coi là một phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9