Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong nước

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer. Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ là một vấn đề quan trọng đối với môi trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng bùn đỏ thải ra rất lớn. Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi thấp hơn. Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp lý và phù hợp với kinh tế. Chính vì vậy, đề tài được thực hiện, mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ………………………… NGUYỄN VĂN THƠM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN- ĐHQGHN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Hồng Côn Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thanh Bình Phản biện 2: TS. Đào Ngọc Nhiệm Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ tại Đại học Khoa học tự nhiên- ĐHQGHN vào ngày 18 tháng 12 năm 2015
LỜI MỞ ĐẦU Song song với sự phát triển của nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề cấp bách đối với toàn xã hội. Bên cạnh quá trình sản xuất của các nghành công nghiệp thì đi cùng với nó là một lượng lớn rác thải công nghiệp được thải ra môi trường. Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer. Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ là một vấn đề quan trọng đối với môi trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng bùn đỏ thải ra rất lớn. Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi thấp hơn. Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp lý và phù hợp với kinh tế. Chính vì vậy, em đã thực hiện để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong nước”, mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni. Nguyễn Văn Thơm 1 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.1. Bùn đỏ 1.1.1. Nguồn gốc của bùn đỏ. Bùn đỏ là chất thải trong quá trình sản xuất alumina từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer- sáng chế của Karl Joseph Bayer năm 1888. Quá trình sản xuất alumina thực chất là quá trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 trong bauxite ra khỏi các hợp chất khác. 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ. Bùn đỏ thải ra gồm có pha lỏng và pha rắn. Pha lỏng có tính kiềm mạnh chứa thành phần nhôm tan trong kiềm. Pha rắn bao gồm các thành phần chính như Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2,…Thành phần khoáng của bùn đỏ chủ yếu bao gồm Gibssite, Boemite, Hematite, Goethite, Manhetite,… cùng một số chất hóa học khác nữa như Nitrogen, Potasium, Chromium,Zinc... 1.1.3. Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên. Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, nước ta có trữ lượng khoáng sản Bauxite lớn phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5 tỷ tấn quặng nguyên khai; tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên. Do đó ngành công nghiệp sản xuất nhôm từ quặng Bauxite đang được định hướng phát triển mạnh mẽ, đi kèm với nó là một lượng lớn bùn đỏ được thải ra. Với quy hoạch phát triển bauxite ở Tây Nguyên, dự án alumin Nhân Cơ công suất 600.000 tấn alumin/năm sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 610.000 tấn/năm; dự án alumin Tân Rai sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 636.720 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 687.720 tấn/năm. Hai nhà mấy alumin Nhân Cơ và Tân Rai có lượng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2-1,3 triệu tấn/năm. 1.1.4. Các phương pháp xử lý bùn đỏ. Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các phương án chính sau: - Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2. - Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường. Nguyễn Văn Thơm 2 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
- Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói,...), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác... Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp. 1.2. Vấn đề ô nhiễm nước. Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước ngầm ngày càng trở nên nghiêm trọng, có những nơi đến mức báo động. Nguyên nhân là do: rác tồn đọng nhiều trong khu dân cư và chưa được xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước và nước thải thường xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết không được xử lý hay làm sạch trước khi thải vào hệ thống thoát nước chung; nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và nguy hiểm. Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu về các chất độc hại trong nước cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. 1.2.1. Asen và các phương pháp xử lý Asen. 1.2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm Asen trong nước. 1.2.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Asen. 1.2.1.3. Độc tính của Asen. Về mặt sinh học Asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi. Mặt khác Asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu photpho. Độc tính của Asen với những sinh vật dưới nước tăng theo dãy Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu cơ. 1.2.1.4. Tình hình ô nhiễm Asen hiện nay. 1.2.1.5. Các phương pháp xử lý Asen. * Phương pháp tạo kết tủa. * Phương pháp trao đổi ion. *Phương pháp hấp phụ. *Phương pháp sinh học. Nguyễn Văn Thơm 3 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
1.2.2. Amoni và các phương pháp xử lý Amoni. 1.2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm Amoni trong nước. 1.2.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Amoni. 1.2.1.3. Tác hại của Amoni trong nước. Amoni thật ra không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Ở trong nước ngầm Amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxi. Nhưng trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…Amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người, vì nó có thể chuyển hoá thành Nitrosamin có khả năng gây ung thư cho con người. Amoni còn là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện ở hai khía cạnh: + Amoni trong nước làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng ở các nhà máy nước Việt Nam, do phản ứng với clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. + Amoni cùng với một số vi lượng trong nước (photpho, sắt, mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học” của chất lượng nước sau xử lý. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp về các yếu tố cảm quan (độ trong, mùi, vị). 1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Amoni hiện nay. 1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Amoni. * Phương pháp Clo hoá đến điểm đột biến. * Phương pháp đuổi khí (Air Stripping). * Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua. * Phương pháp sinh học. * Phương pháp trao đổi ion. Nguyễn Văn Thơm 4 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu. Nghiên cứu, chế tạo các vật liệu hấp phụ Asen, Amoni trong nước có hiệu quả cao trên cơ sở bùn đỏ Tây Nguyên. Khảo sát khả năng hấp phụ Asen, Amoni của chúng. 2.1.2. Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách rửa kiềm, sấy, nung. - Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách trung hòa kiềm, rửa, nung. - Nghiên cứu xác định thành phần khoáng học của bùn đỏ sản phẩm sau ổn định. - Nghiên cứu hình thái và cấu trúc bề mặt của hai loại vật liệu bùn đỏ đã được ổn định. - Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Asen của vật liệu được tạo ra. - Nghiên cứu khả năng hấp phụ Amoni của vật liệu được tạo ra. - Xác định phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của các ion trên các vật liệu bùn đỏ được tạo ra. 2.2. Hóa chất và thiết bị dụng cụ. 2.2.1. Hóa chất. 2.2.2. Thiết bị và dụng cụ. 2.3. Phương pháp phân tích Asen và Amoni trong nước. 2.3.1. Phân tích Asen bằng phương pháp thủy ngân bromua. 2.3.2. Phân tích Amoni bằng phương pháp Nessler. 2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ. Nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ là bùn đỏ Tây Nguyên được lấy từ Tân Rai, Việt Nam có độ kiềm cao pH ≈12. Nguyễn Văn Thơm 5 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
2.4.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA). Sử dụng axit HCl 1M để trung hòa bùn đỏ về pH=7, sau đó rửa sạch ion Cl- bằng nước cất. Bùn sau trung hòa được sấy khô ở 600C rồi nghiền mịn đem sàng qua sàng rây 0,3mm và đem nung ở các nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C trong 4h. Ta kí hiệu các loại vật liệu thu được sau khi nung tương ứng là TRMA 150, TRMA 350, TRMA 500, TRMA 600, TRMA 700, TRMA 800. 2.4.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) Sử dụng nước cất để rửa bùn đỏ về pH=7, sau đó bùn đỏ được sấy khô ở 600C rồi nghiền mịn đem sàng qua sàng rây 0,3mm và đem nung ở các nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C trong 4h. Ta kí hiệu các loại vật liệu thu được sau khi nung tương ứng là TRMW 150, TRMW 350, TRMW 500, TRMW 600, TRMW 700, TRMW 800. 2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ. 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD). 2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). 2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng nhiệt. 2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu. 2.5.4.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ: 2.5.4.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Nguyễn Văn Thơm 6 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các đặc tính của bùn đỏ nguyên liệu. 3.1.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ nguyên liệu. Thành phần hóa học của bùn đỏ nguyên liệu được phân tích bằng phương pháp huỳnh quang tia X (XRF). Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu bùn đỏ nguyên liệu được trình bày trong bảng 3.1. Kết quả phân tích cho thấy, thành phần chính của bùn đỏ là Fe2O3, Al2O3, SiO2 và TiO2. Trong đó thành phần sắt oxit chiếm tỉ lệ cao nhất 54%, thành phần nhôm oxit là 13,2%. So với các số liệu ở bảng 1.1; 1.2; 1.3 ta thấy mẫu bùn đỏ nguyên liệu có hàm lượng Fe2O3 lớn hơn, hàm lượng Al2O3 nhỏ hơn so với bùn đỏ Bảo Lộc và bùn đỏ lấy ở nhà máy Tân Bình. Bảng 3.1: Thành phần hóa học của bùn đỏ khô nguyên liệu. STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 Mất khi nung % 12,30 2 SiO2 % 5,14 3 Fe2O3 % 54,00 4 Al2O3 % 13,20 5 CaO % 2,61 6 MgO % 0,12 7 SO3 % 0,42 8 Na2O % 4,11 9 TiO2 % 7,27 19 Cr2O3 % 0,19 11 P2O5 % 0,19 12 V2O5 % 0,14 13 ZrO2 ppm 969 14 ZnO ppm 213 15 Cl- ppm 134 Nguyễn Văn Thơm 7 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.1.2. Thành phần khoáng học của bùn đỏ nguyên liệu. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample bun do 270 260 250 240 230 220 210 d=4.874 200 190 180 170 d=2.725 160 d=2.685 d=2.508 d=2.299 d=1.447 Lin (Cps) d=1.687 150 d=4.179 d=1.565 d=4.358 d=2.035 d=1.890 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thom mau bun do.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° 01-081-0464 (C) - Goethite, syn - FeO(OH) - Y: 70.06 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.60480 - b 9.95950 - c 3.02300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - 4 00-029-0041 (D) - Gibbsite - Al(OH)3 - Y: 96.18 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 8.68400 - b 5.07800 - c 9.73600 - alpha 90.000 - beta 94.540 - gamma 90.000 - Primitive - P21/n (14) - 8 - 427.985 Hình 3.1: Giản đồ XRD của mẫu bùn đỏ Tân Rai. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen, thành phần khoáng học kết tinh trong mẫu bùn đỏ được xác định theo hình 3.1. Ta thấy các tín hiệu đặc trưng và thành phần chính trong cấu trúc pha của bùn đỏ là dạng Gibbsite Al(OH)3 và goethite FeO(OH). 3.1.3. Kết quả chụp phân tích nhiệt của bùn đỏ nguyên liệu. Mẫu bùn đỏ được phân tích nhiệt vi sai trong khoảng từ nhiệt độ phòng (250C) đến 8000C, tốc độ tăng nhiệt 100C/phút. Qua kết quả phân tích nhiệt (hình 3.2), ta thấy xuất hiện 3 peak, đó là ở các giá trị 151,380C, 318,690C và 375,260C. Giản đồ TGA cho thấy mẫu bùn đỏ suy giảm khối lượng ngay từ đầu thực nghiệm, khi nhiệt độ tăng từ 250C đến 2750C, mẫu bùn đỏ giảm 35,38% khối lượng đồng thời xuất hiện peak thu nhiệt rõ nét tại 151,380C liên quan đến quá trình mất nước vật lí. Tiếp đó, từ 2750C đến 4000C, mẫu bùn đỏ giảm tiếp 6,46% khối lượng đồng thời xuất hiện 2 peak thu nhiệt rõ nét tại tại 2 giá trị nhiệt 318,690C và 375,260C tương ứng với quá trình mất nước kết tinh và do thay đổi dạng cấu trúc vật liệu chuyển từ Goethite sang Hematite. Từ 4000C đến 8000C mẫu bùn đỏ giảm khối lượng không đáng kể. Do vậy chúng tôi chọn đem bùn đỏ nguyên liệu nung ở các nhiệt độ 1500C, 3500C, 5000C, 6000C, 7000C, 8000C rồi đem khảo sát khả năng hấp phụ của bùn đỏ thu được sau nung. Nguyễn Văn Thơm 8 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
Figure: Experiment:Mau bun do Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air Labsys TG 18/09/2014 Procedure: RT ----> 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Mass (mg): 36.98 TG/% HeatFlow/µV 10 50 Exo 0 Peak :375.26 °C 40 Peak :318.69 °C -10 -20 30 -30 20 -40 -50 10 Peak :151.38 °C -60 0 -70 -10 -80 Mass variation: -35.38 % -90 -20 -100 -30 -110 Mass variation: -6.47 % -120 -40 -130 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Furnace temperature /°C Hình 3.2: Kết quả phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu. 3.2. Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ. 3.2.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA). 3.2.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Asen của TRMA ở các nhiệt độ nung khác nhau. Cách tiến hành: Lấy 1g vật liệu cần khảo sát cho vào thể tích 100ml dung dịch Asen C0=10ppm, pH=7 rồi lắc trong các khoảng thời gian 30 phút đến 180 phút. Đem lọc qua giấy lọc băng xanh và xác định nồng độ Asen sau hấp phụ bằng phương pháp thủy ngân bromua. Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMA TRMA 150 TRMA 350 TRMA 500 Thấp phụ (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 3,09 0,691 1,55 0,845 2,97 0,703 60 2,91 0,709 1,39 0,861 2,63 0,737 90 2,87 0,713 1,01 0,899 2,17 0,783 120 2,97 0,703 1,14 0,886 2,30 0,769 150 2,89 0,710 1,04 0,896 2,28 0,772 180 2,90 0,709 1,05 0,895 2,19 0,781 Nguyễn Văn Thơm 9 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
T hấp phụ TRMA 600 TRMA 700 TRMA 800 (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 4,45 0,555 5,04 0,496 7,46 0,254 60 4,14 0,586 4,64 0,536 7,05 0,295 90 3,91 0,609 4,22 0,578 6,65 0,322 120 3,89 0,610 4,33 0,567 6,97 0,301 150 3,95 0,606 4,39 0,560 6,80 0,320 180 3,94 0,606 4,23 0,577 6,87 0,313 Kết quả thu được cho thấy TRMA 350 cho khả năng hấp phụ Asen cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,899mg/g sau 90 phút hấp phụ và ổn định sau khoảng thời gian đó. Do đó trong các khảo sát tiếp theo đối với vật liệu TRMA ta chỉ tiến hành trên vật liệu TRMA 350. 3.2.1.2. Thành phần khoáng học của vật liệu TRMA 350. Hình 3.3: Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 350. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen, thành phần khoáng học kết tinh trong mẫu TRMA 350 được xác định theo hình 3.3. Quá trình biến tính nhiệt đã làm thay đổi cấu trúc vật liệu, ta không còn thấy tín hiệu dạng gibbsite Al(OH)3 và goethite FeO(OH) mà thay vào đó là tín hiệu của dạng hematite Fe2O3. Sự thay đổi này là do sự dịch chuyển pha từ FeO(OH) về dạng Fe2O3 và Al(OH)3 chuyển về dạng vô định hình. Nguyễn Văn Thơm 10 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.2.1.3. Phân tích bề mặt vật liệu TRMA 350. Kết quả hình ảnh bề mặt vật liệu TRMA 350 qua kính hiển vi điện tử trên hình 3.4 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau khi được trung hòa bằng axit và nung ở 3500C có nhiều hạt kích thước nhỏ hơn 200nm, bề mặt vật liệu xốp, các khối kết tụ thành các hạt xen lẫn vào nhau. Chính cấu trúc hạt và dạng xốp tạo điều kiện thuận lợi hình thành các trung tâm, mầm hấp phụ của mẫu bùn đỏ sau khi được biến tính. Hình 3.4: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 350. 3.2.1.4. Xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350. Kết quả xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu TRMA 350 được biểu diễn trong bảng 3.3 và hình 3.5. Bảng 3.3: Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350 pH 2,04 4,54 6,45 8,61 9,19 12,19 pHf 7,48 8,13 8,24 8,23 8,23 8,89 pH 5,44 3,59 1,79 -0,38 -0,96 -3,3 Hình 3.5: Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350. Nguyễn Văn Thơm 11 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
Qua đồ thị cho thấy vật liệu TRMA 350 có giá trị pH tại điểm đẳng điện là pHpzc=8,25. Giá trị pHpzc= 8,25 cho biết trong điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu TRMA 350 mang điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu này ở môi trường pH < 8,25 thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại pH > 8,25 thì bề mặt vật liệu mang điện tích âm. Điều kiện tiến hành thực nghiệm ở pH=7 do đó bề mặt vật liệu mang điện tích dương thuận lợi cho quá trình hấp phụ Asen trong dung dịch khảo sát. 3.2.1.5. Tải trọng hấp phụ Asen theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả khảo sát (bảng 3.4) đối với vật liệu TRMA 350 cho thấy, nếu biểu diễn quá trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (hình 3.6) thì khá phù hợp (giá trị R2 của đường thẳng Ce/qe theo Ce là 0,9706) và giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ này là 15,82mg/g. Bảng 3.4: Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 350. C0(ppm) Ce(ppm) qe(mg/g) Ce/qe 5 0,52 0,44 1,16 10 1,01 0,89 1,12 20 1,25 1,87 0,67 40 3,24 3,67 0,88 60 3,78 5,62 0,67 80 7,03 7,29 0,96 100 10,45 8,95 1,17 150 33,45 11,66 2,87 200 66,05 13,40 4,93 Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMA 350. Nguyễn Văn Thơm 12 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình Langmuir có dạng: y = 0,0632x + 0,7132 với R2=0,9706. Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMA 350 đối với asen là: 1 qmax   15,82(mg / g ) . 0, 0632 3.2.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW). 3.2.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Asen của TRMW ở các nhiệt độ nung khác nhau. Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMW. TRMW 150 TRMW 350 TRMW 500 Thấp phụ (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 3,36 0,664 1,54 0,847 2,88 0,712 60 3,22 0,678 1,38 0,862 2,59 0,740 90 2,93 0,707 1,12 0,886 2,24 0,777 120 2,79 0,721 0,99 0,901 2,16 0,785 150 2,84 0,716 1,06 0,894 2,19 0,780 180 2,82 0,718 1,03 0,897 2,21 0,779 TRMW 600 TRMW 700 TRMW 800 T hấp phụ (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 4,35 0,565 4,65 0,535 7,53 0,247 60 4,27 0,573 4,51 0,549 7,21 0,279 90 4,09 0,591 4,43 0,556 6,98 0,301 120 3,75 0,625 4,17 0,583 6,68 0,333 150 3,89 0,612 4,31 0,569 6,82 0,319 180 3,81 0,619 4,21 0,579 6,71 0,330 Kết quả thu được cho thấy TRMW 350 cho khả năng hấp phụ Asen là cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,901mg/g sau 120 phút hấp phụ và ổn định sau khoảng thời gian đó. Do đó các khảo sát tiếp theo đối với vật liệu TRMW ta chỉ tiến hành trên vật liệu TRMW 350. Nguyễn Văn Thơm 13 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.2.2.2. Thành phần khoáng học của vật liệu TRMW 350. Hình 3.7: Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 350. Từ hình 3.7, ta thấy các tín hiệu đặc trưng và thành phần chính trong cấu trúc pha của TRMW 350 so với TRMA 350 gần như hoàn toàn tương đồng. Dạng gibbsite Al(OH)3 chuyển sang dạng vô định hình không thể hiện trên giản đồ và goethite FeO(OH) chuyển thành hematite Fe2O3. 3.2.2.3. Phân tích bề mặt vật liệu TRMW 350. Kết quả hình ảnh bề mặt vật liệu TRMW 350 qua kính hiển vi điện tử trên hình 3.8 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau khi được rửa nước về pH=7 và nung ở 3500C có nhiều hạt kích thước nhỏ hơn 200nm. So với mẫu vật liệu TRMA 350 ta thấy TRMW 350 bề mặt xốp hơn, các khối hạt co cụm nhiều hơn nên ta có dự đoán vật liệu TRMW 350 sẽ cho hiệu suất hấp phụ Asen cao hơn vật liệu TRMA 350. Hình 3.8: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 350. Nguyễn Văn Thơm 14 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.2.2.4. Xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350. Kết quả xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu TRMW 350 được biểu diễn trong bảng 3.6 và hình 3.9. Bảng 3.6: Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350 pH 2,04 4,54 6,45 8,61 9,19 12,19 pHf 7,25 8,22 8,24 8,29 8,3 8,93 pH 5,21 3,68 1,79 -0,32 -0,89 -3,26 Hình 3.9: Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350. Qua đồ thị cho thấy vật liệu TRMW 350 có giá trị pH tại điểm đẳng điện là pHpzc=8,4. Giá trị pHpzc=8,4 cho biết trong điều kiện thí nghiệm cụ thể bề mặt vật liệu TRMW 350 mang điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu này ở môi trường pH < 8,4 thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại pH > 8,4 thì bề mặt vật liệu mang điện tích âm. Điều kiện tiến hành thực nghiệm ở pH=7 do đó bề mặt vật liệu mang điện tích dương thuận lợi cho quá trình hấp phụ Asen trong dung dịch khảo sát. 3.2.2.5. Tải trọng hấp phụ Asen theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả khảo sát (bảng 3.7) đối với vật liệu TRMW 350 cho thấy, nếu biểu diễn quá trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir (như hình 3.10) thì khá phù hợp (giá trị R2 của đường thẳng Ce/qe theo Ce là 0,9688). Do vậy có thể thấy rằng, mặc dù thành phần và bề mặt của vật liệu rất phức tạp nhưng quá trình hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir chiếm ưu thế và giá trị qmax tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ này là 16,13mg/g. Nguyễn Văn Thơm 15 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
Bảng 3.7: Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 350. C0(ppm) Ce(ppm) qe(mg/g) Ce/qe 5 0,51 0,45 1,14 10 0,99 0,90 1,09 20 2,67 1,73 1,54 40 2,78 3,72 0,75 60 4,59 5,54 0,83 80 7,74 7,22 1,07 100 13,1 8,68 1,51 150 31,6 11,84 2,66 200 68,8 13,12 5,24 Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMW 350. Dựa vào đồ thị ta thấy phương trình Langmuir có dạng: y = 0,062x + 0,8436 với R2=0,9688. Qua đó ta có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu TRMW 350 đối với asen là: 1 qmax   16,13( mg / g ). 0, 062 Nguyễn Văn Thơm 16 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.3. Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ. 3.3.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA). 3.3.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMA ở các nhiệt độ nung khác nhau. Cách tiến hành: Lấy 1g vật liệu cần khảo sát cho vào thể tích 100ml dung dịch Amoni C0=10ppm, pH=7 rồi lắc trong các khoảng thời gian 30 phút đến 180 phút. Đem lọc qua giấy lọc băng xanh và xác định nồng độ Amoni sau hấp phụ bằng phương pháp so màu với thuốc thử Nessler. Bảng 3.8: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMA. Thấp phụ TRMA 150 TRMA 350 TRMA 500 (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 9,65 0,035 9,16 0,085 8,65 0,135 60 9,39 0,062 8,99 0,101 8,28 0,172 90 9,14 0,086 8,68 0,132 8,04 0,196 120 8,95 0,105 8,47 0,153 7,88 0,212 150 8,99 0,101 8,48 0,152 7,96 0,204 Thấp phụ TRMA 600 TRMA 700 TRMA 800 (phút) Ce qe Ce qe Ce qe (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) (ppm) (mg/g) 30 7,07 0,293 8,27 0,173 9,70 0,030 60 6,53 0,347 8,03 0,197 9,52 0,048 90 6,24 0,376 7,78 0,222 9,38 0,062 120 6,07 0,393 7,66 0,234 9,27 0,073 150 6,18 0,382 7,69 0,231 9,29 0,071 Kết quả thu được cho thấy TRMA 600 cho khả năng hấp phụ Amoni cao nhất, tải trọng hấp phụ đạt 0,393mg/g và thời gian cân bằng hấp phụ là 120 phút. Do đó trong các khảo sát tiếp theo đối với vật liệu TRMA ta chỉ tiến hành trên vật liệu TRMA 600. Nguyễn Văn Thơm 17 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
3.3.1.2. Thành phần khoáng học của vật liệu TRMA 600. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample RMA-600C-4h 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 d=2.687 190 d=2.504 180 d=2.188 170 d=3.666 Lin (Cps) d=1.834 d=1.682 d=1.449 d=2.124 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thom mau RMA-600C-4h.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi 00-002-0919 (D) - Hematite - Fe2O3 - Y: 82.39 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02400 - b 5.02400 - c 13.71800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 2 - Hình 3.11: Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 600. Từ hình 3.11, ta thấy quá trình biến tính nhiệt khiến thành phần chính trong bùn đỏ thô là Al(OH)3 và FeO(OH) bị mất nước và chuyển thành dạng oxit. Đối với goethite FeO(OH) chuyển về dạng hematite Fe2O3 còn gibbsite Al(OH)3 chuyển sang dạng vô định hình. 3.3.1.3. Phân tích bề mặt vật liệu TRMA 600. Kết quả hình ảnh bề mặt vật liệu TRMA 600 qua kính hiển vi điện tử trên hình 3.12 cho thấy vật liệu bùn đỏ sau khi được trung hòa bằng axit và nung ở 6000C có nhiều hạt kích thước nhỏ, bề mặt vật liệu xốp, các khối kết tụ thành các hạt xen lẫn vào nhau. Chính cấu trúc hạt và dạng xốp tạo điều kiện thuận lợi hình thành các trung tâm, mầm hấp phụ của mẫu bùn đỏ sau khi được biến tính. Hình 3.12: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 600. Nguyễn Văn Thơm 18 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường