Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa SVTH: Phan Việt Dũng

LUẬN VĂN SIÊU CẤP CHANNEL

vectorstock.com/21449737

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

DẠY KÈM QUY NHƠN DISSERTATION PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa SVTH: Phan Việt Dũng PDF VERSION | 2016 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƢỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr6+ BẰNG MỤN DỪA

SV THỰC HIỆN: PHAN VIỆT DŨNG MSSV: 0150020104 GVHD: Th.s TRẦN DUY HẢI

TP.HCM, 01/2007

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ---------------

--------------KHOA MÔI TRƢỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: PHAN VIỆT DŨNG NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật môi trƣờng

MSSV: 0150020104 LỚP: 01ĐH-KTMT1

1. Tên Đồ án: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa.

2. Nhiệm vụ Đồ án: -

Nội dung 1:

1.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hòa tan các thành phần trong mụn dừa.

1.2.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hòa tan các thành phần trong mụn dừa.

1.3.Phân tích tính chất hóa lý của mụn dừa trước và sau khi xử lý bằng hóa chất.

-

Nội dung 2:

2.1.Xác định khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa trước khi hoạt hóa.

2.2.Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân hoạt hóa ZnCl2 đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

2.3.Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân hoạt hóa NaCl đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

2.4.Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân hoạt hóa H2SO4 đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

2.5.Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân hoạt hóa NH4Cl đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

-

Nội dung 3:

3.1.Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+.

3.2.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr6+.

3.3.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+.

3.4.Xây dựng phương trình hấp phụ Cr6+ lên mụn dừa.

3. Ngày giao nhiệm vụ: 15 – 07 - 2016 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

19 – 12 - 2016

5. Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn:

Ths. Trần Duy Hải

6. Phần hƣớng dẫn: 7. Ngày bảo vệ Đồ án: 26.12.2016 8. Kết quả bảo vệ Đồ án: Xuất sắc; Giỏi; Khá; Đạt Nội dung Đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn.

Ngày tháng năm NGƯỞI PHẢN BIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Xuân Trƣờng

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp ........... 19 Bảng 2.1 Kết quả so màu Abs lập đƣờng chuẩn ....................................................... 39 Bảng 2.2 Thể tích Cr6+ chuẩn cần hút để pha chuẩn làm việc ................................ 43 Bảng 3.1 Khối lƣợng của mụn dừa trƣớc và sau quá trình tiền xử lý .................... 44 Bảng 3.2 Kết quả tính lƣợng các chất tan và phần trăm các chất tan của mụn dừa................................................................................................................................45 Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa ZnCl2, H2SO4, NaCl, NH4Cl đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa .......................................... 48 Bảng 3.4 Kết quả hấp phụ trong môi trƣờng pH = 2; pH = 4 ................................. 51 Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa ......................................................................................... 51 Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa điều kiện: t˚ = 35˚C; pH = 2................................................................ 54 Bảng 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa điều kiện: t˚ = 40˚C; pH = 2; k = 50 .................................................... 57

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ái lực của kim loại nặng với các nhóm -SH- và nhóm -SCH3- của các enzym trong cơ thể ...................................................................................................... 12 Hình 1.2 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir........................................... 28 Hình 1.3 Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ..................................................................... 29 Hình 1.4 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ..................................................... 30 Hình 1.5 Sự phụ thuộc lg q vào lg Cf ......................................................................... 30 Hình 1.6 Cấu tạo quả dừa và mụn dừa ..................................................................... 34 Hình 2.1 Phƣơng trình đƣờng chuẩn Cr6+ ................................................................ 39 Hình 3.1 Ảnh hƣởng của môi trƣờng pH đến khả năng hòa tan các thành phần tạp chất trong mụn dừa theo thời gian. ..................................................................... 46 Hình 3.2 Hiệu suất xử lý Cr6+ sau khi hoạt hóa ........................................................ 49 Hình 3.3 Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH=2; t = 30˚C ............................................................................................................ 53 Hình 3.4 Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH = 2; 35˚C ........................................................................................................................... 56 Hình 3.5 Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH = 2; 40˚C ........................................................................................................................... 58

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 6 TÓM TẮT ...................................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 10 1.1.Tổng quan về ô nhiễm nƣớc ................................................................................. 10 1.1.1.Các tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc................................................ 10 1.1.2.Tình trạng ô nhiễm nƣớc do kim loại nặng ................................................. 11 1.1.3.Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời .... 12 1.2.Đại cƣơng về Crom ................................................................................................ 15 1.2.1.Crom ................................................................................................................ 15 1.2.2.Độc tính của Crom và nguồn phát sinh....................................................... 17 1.2.3.Yêu cầu của nƣớc thải Crom tại Việt Nam .................................................. 18 1.3.Các phƣơng pháp xác dịnh Crom có trong môi trƣờng nƣớc ........................... 19 1.3.1.Các phƣơng pháp phân tích hóa học ............................................................ 19 1.3.2.Các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại ............................................... 20 1.3.2.1.Phƣơng pháp phổ phát xạ nguyên tử .................................................... 20 13.2.2.Phƣơng pháp phổ khối lƣợng sử dụng nguồn cảm ứng cao tầng plasma (ICP – MS) .............................................................................................. 20 1.3.2.3.Phƣơng pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử ....................................... 21 1.3.2.4.Phƣơng pháp đo quang .......................................................................... 21 1.3.2.5.Phƣơng pháp đo quang xác định Cr6+ ................................................. 21 1.4.Một số phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong nƣớc ........................................ 22 1.4.1.Phƣơng pháp kết tủa hóa học ....................................................................... 22 1.4.2.Phƣơng pháp trao đổi ion .............................................................................. 22 1.4.3.Phƣơng pháp điện hóa ................................................................................... 23 1.4.4.Phƣơng pháp oxy hóa khử ............................................................................ 23 1.4.5.Phƣơng pháp sinh học ................................................................................... 24 1.5.Xử lý kim loại nặng trong nƣớc bằng phƣơng pháp hấp phụ ........................... 24 GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

1.5.1.Lý thuyết hấp phụ .......................................................................................... 24 1.5.2.Động học hấp phụ........................................................................................... 26 1.5.3.Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ ............................. 26 1.5.4.Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................................................ 27 1.5.5.Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp .................... 31 1.6.Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học ........................................ 31 1.6.1.Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ ..................................................................................................................... 31 1.6.2.Vật liệu hấp phụ từ mụn dừa ........................................................................ 32 1.6.2.1.Cơ chế hấp phụ kim loại của mụn dừa............................................. 34 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 36 2.1.Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 36 2.2.Dụng cụ, thiết bị , địa điểm thí nghiệm ............................................................... 36 2.2.1.Chế tạo vật liệu hấp phụ từ mụn dừa tƣơi................................................... 36 2.2.2.Dụng cụ và hóa chất ....................................................................................... 36 2.3.Phƣơng pháp phân tích ......................................................................................... 38 2.4.Sơ đồ quy trình nội dung nghiên cứu .................................................................. 40 2.4.1.Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình tiền xử lý mụn dừa tƣơi ....................... 40 2.4.2.Thí nghiệm 2: Xác định khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa trƣớc khi hoạt hóa .................................................................................................................... 41 2.4.3.Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hƣởng của một số tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của mụn dừa .................................................................................... 41 2.4.4 Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện hấp phụ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa ............................................................................................................ 42 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ và BÀN LUẬN .................................................................. 44 3.1.Kết quả khảo sát các chất tan trong mụn dừa thô ............................................. 44 3.2.Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa ........................................................................................................................ 46 3.2.1.Khảo sát khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa trƣớc khi hoạt hóa.......... 47 3.2.2Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của mụn dừa ................................................................................................................... 47 GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

3.3.Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện hấp phụ ................................................... 50 3.3.1.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa .................. 50 3.3.2.Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa ............................................................................................ 51 3.3.3.Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa ................................................................................................................... 54 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 61

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo Trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường Tp.HCM đã tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập.

Xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Môi Trường, những người đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt lại cho em những kiến thức bổ trợ vô cùng có ích trong những năm học vừa qua.

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Ths. Trần Duy Hải, người trực tiếp hướng dẫn đề tài. Trong quá trình làm khóa luận, thầy đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài, giúp em giải quyết các vấn đề nảy sinh trong quá trình làm khóa luận và hoàn thành khóa luận đúng định hướng ban đầu.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

TÓM TẮT - Nước thải của các ngành công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, công nghệ dệt nhuộm, khai thác mỏ... chứa nhiều các kim loại độc hại ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người và hệ sinh thái. Qua thời gian tích tụ trực tiếp hoặc gián tiếp mà nó được tích tụ vào cơ thể người gây ra các bệnh loét da, viêm đường hô hấp, ung thư... nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải đã được nghiên cứu. Trong đó việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp trong việc xử lý nước thải được nghiên cứu nhiều vì chúng có ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính có tính chất hấp thu trao đổi các ion.

- Xơ dừa là một loại vật liệu giá rẻ có khả năng cao để hấp thụ kim loại nặng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường ô nhiễm chứa các kim loại như Pb, Cu, Zn, Cd và khi có nồng độ 5mg / lít cho mỗi và một lượng xơ dừa hoạt hóa vào nước thải cần xử lý là 5g / lít, các xơ dừa hoạt hóa có thể hấp thụ rất tốt Pb, Cu, Zn, Cd. Cụ thể, các xơ dừa có thể hấp thụ 99,46% Pb; 80,06% Cu; 77,82% Cd và 61,22% Zn; tuy nhiên nó hấp phụ rất ít lượng As (11,40%). Nghiên cứu được tiến hành với kim loại Cr6+, quy mô phòng thí nghiệm nhằm mục đích loại bỏ lượng Cr6+ có trong nước thải công nghiệp. Nghiên cứu này được thực hiện với các nội dung liên quan mật thiết với nhau: chế tạo vật liệu hấp phụ từ mụn dừa tươi, tiến hành hấp phụ Cr6+ ở các nồng độ Cr6+ đầu vào từ 50 – 300mg/l, ở điều kiện nhiệt độ từ 30˚C - 40˚C, nồng độ xơ dừa hoạt hóa cho vào nước là 1g/50ml, thời gian hấp phụ từ 5 – 45 phút. Hiệu quả của nghiên cứu được đánh giá thông qua hiệu quả loại bỏ Cr6+ trong nước – là chất được sử dụng làm chất độc cần xử lý trong nước thải. Kết quả cho thấy, lượng Cr6+ trong nước bị loại bỏ đáng kể sau khi tiến hành hấp phụ với xơ dừa hoạt hóa sau khoảng thời gian từ 5 phút đầu tiên hấp phụ, hiệu quả hấp phụ đạt trên 90% đối với nồng độ Cr6+ từ 50 – 200mg/l và trên 80% đối với nồng độ Cr6+ 300mg/l. Sau 45 phút hấp phụ, hiệu quả xử lý Cr6+ là trên 95% đối với nồng độ Cr6+ từ 50 – 300mg/l. Kết quả cho thấy khả năng xử lý kim loại nặng rất tốt của xơ dừa hoạt hóa với ưu điểm chi phí thấp, đơn giản, đây là loại vật liệu đáng được nghiên cứu và sử dụng cho tương lai.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

ABSTRACTS - Waste water from the tanning industry, electronics industry, textile and dyeing industry, mining ... contains many toxic metals adversely affect human health and ecosystems. Accumulation over time, directly or indirectly, that it is accumulated in the body cause skin ulcers, respiratory infections, cancer treatment ... more heavy metals in waste water were investigated lamb. In which the use of agricultural residues in sewage treatment widely studied because they have the advantage of being cheaper, are renewable materials and their main components contain easily modified polymer nature of the ion exchange absorption.

- Coir is a cheap material has a high ability to absorb heavy metals. The research results showed that in the single pollutant environment where metals like Pb, Cu, Zn, Cd and as have the content of 5mg/litre per each and an amount of activation coir put into treat waste water is 5g/litre, the activated coir could absorb very well Pb, Cu, Zn, Cd. Specifically, the coir could absorb 99,46% of Pb; 80,06% of Cu; 77,82% of Cd and 61,22% of Zn; however, it absorbs very small amount of As (11,40%). The study was conducted with Metal Cr6+, laboratory scale aimed at elimination of Cr6+ in industrial wastewater. This study was conducted with content related intimately: manufacturing adsorbent from acne fresh coconut, conducted adsorbed Cr6+ in the concentration of Cr6+ input from 50 - 300 mg/l, in conditions temperature from 30˚C 40˚C, coir activation levels added to water is 1g/50ml, adsorption time from 5-45 minutes. Effectiveness of research is evaluated through effectively remove Cr6+ in water - are substances used to make poison in wastewater treatment. Results showed that the amount of Cr6+ in water is removed significantly after conducting adsorption with coconut fiber activation after the period of the first 5 minutes adsorption, efficient adsorption of over 90% for the concentration of Cr6+ from 50 - 200 mg/l and above 80% for the concentration of Cr6+ 300mg/l. After 45 minutes of adsorption, effective treatment is Cr6+ 95% for Cr6+ concentrations from 50 - 300 mg/l. The results showed that the ability to handle very good heavy metal activated coir with the advantages of low cost, simple, this is the kind of material should be studied and used for the future.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

MỞ ĐẦU - Nước thải của các ngành công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, công nghệ dệt nhuộm, khai thác mỏ... chứa nhiều các kim loại độc hại ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người và hệ sinh thái. Qua thời gian tích tụ trực tiếp hoặc gián tiếp mà nó được tích tụ vào cơ thể người gây ra các bệnh loét da, viêm đường hô hấp, ung thư... nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải đã được nghiên cứu. Trong đó việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp trong việc xử lý nước thải được nghiên cứu nhiều vì chúng có ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính có tính chất hấp thu trao đổi các ion.

- Mụn xơ dừa chứa một lượng đáng kể cellulose (20 – 30%), đây là một loại polymer tự nhiên được làm từ các đơn vị glucose với các nhóm hydroxyl sơ cấp và thứ cấp phổ biến. Xơ dừa cũng chứa (60 – 70%) lượng lignin, loại này có mạng lưới cấu trúc là methoxy và các nhóm hydroxit tự do. Cả hai hợp chất này đều có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng. Chính vì những lý do trên, em đã tiến hành nghiên cứu đề tài.

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ trong nước bằng mụn dừa .ˮ

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về ô nhiễm nƣớc: [2, 8] - Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều hướng xấu đi các tính chất vật lý – hóa học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng rắn, làm cho nguồn nước độ hại đối với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh học trong nước.

1.1.1.Các tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc: - Các tác nhân gây ô nhiễm khi đi vào môi trường nước, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên, tồn lưu và tác động đến môi trường. Có nhiều các tác nhân gây ô nhiễm tuy nhiên trong nghiên cứu người ta chia thành các tác nhân cơ bản như sau: a.Các ion vô cơ hòa tan: - Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trong nước biển. Trong nước thải đô thị luôn có một lượng các ion Cl-, SO42-, PO43-, Na+, K+ .

Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có các chất vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F... + Các chất dinh dưỡng (N,P) + Sunfat (SO42-) + Clorua (Cl-) + Các kim loại nặng b.Các chất hữu cơ: - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các chất tiêu thụ oxi), Cacbonhidrat, Protein, chất béo, thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, có khoảng 60 – 80% lượng chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học.

- Các chất hữu cơ bền vững (không bị phân hủy sinh học), các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân hủy trong môi trường, một số chất hữu cơ có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường và tích lũy trong cơ thể sinh vật, do có khả năng tích lũy sinh học nên chúng có thể đi vào chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người. c.Dầu mỡ và các sản phẩm của dầu mỏ: - Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong dung môi hữu cơ. Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Dầu thô chứa hàng ngàn các phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các hidrocacbon có số cacbon từ 2 đến 26. Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nito, kim loại. Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác chứa các chất độc như PAHs, PCBs... Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước. Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ. d.Các chất có màu: - Nước nguyên chất không có màu nhưng nước trong tự nhiên thường có màu do các chất có mặt trong nước như các chất hữu cơ do xác động vật phân hủy sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, các chất thải công nghiệp (phẩm màu, crom, tanin, lignin). Ngoài các tác hại có thể có của các chất gây màu trong nước, nước có màu còn được xem là không đạt tiêu chuẩn về mặt cảm quan, gây trở ngại cho nhiều mục đích khác nhau. e.Các chất gây mùi vị: - Cũng như các chất gây màu, các chất gây mùi vị cũng gây hại cho đời sống con người và thực vật và làm giảm chất lượng nước về mặt cảm quan. f.Các vi sinh vật gây bệnh: - Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục dịch sử dụng nước sinh hoạt. Các vi sinh vật này có thể truyền hoặc gây bệnh cho cơ thể con người.

Các sinh vật gây bệnh này vốn không bắt nguồn từ nước chúng cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống trong khoảng thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ gây bệnh tiềm tàng. Các vi sinh vật này là vi khuẩn, vi rút, động vật đơn bào, giun sán...

1.1.2.Tình trạng ô nhiễm nƣớc do kim loại nặng: - Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương tăng với tốc độ đáng lo ngại. Hiện nay do sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, dẫn tới nguồn nước đang dần bị ô nhiễm bởi các nguồn khác nhau và ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường, sức khỏe con người. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn tới sức khỏe, đời sống sinh hoạt của người dân. Hiện tượng nước bị ô nhiễm các kim loại nặng, thường gặp ở các lưu vực gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoán sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng xuất hiện trong nước.

Trong một số trường hợp xuất hiện các hiện tượng cá và thủy sinh vật chết hàng loạt. Ô nhiễm kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể con người.

- Hiện nay ở Việt Nam, nhà nước đã ban hành nhiều chính sách pháp luật về bảo vệ môi trường nhưng thực tế, tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại. Ở các thành GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

phố lớn, cụm công nghiệp tập trung có rất nhiều các cơ sở sản xuất, nhà máy, xí nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường do không có công trình và thiết bị xử lý hoặc có nhưng không xử lý vì lý do lợi nhuận. Theo đánh giá của các công trình nghiên cứu thì hầu hết các sông hồ ở các tỉnh, thành phố như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, khu vực Bình Dương, Thái Nguyên, Đồng Nai nồng độ kim loại nặng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà nội như Tô Lịch, sông Nhuệ, ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc... Ở Thái Nguyên ô nhiễm sông Cầu, ở Bình Dương ô nhiễm kênh Ba Bò, sông Đồng Nai. Ở Hải Phòng, ô nhiễm nặng ở khu nhà máy xi măng, nhà máy thủy tinh và sắt tráng men... Nước sông bị ô nhiễm ảnh hưởng đến thủy sinh và đời sống con người. Vì vậy, việc xử lý nước thải ngay tại nhà máy, xí nghiệp, xử lý tập trung trong khu công nghiệp là điều rất cần thiết đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng.

1.1.3.Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời: [3] a.Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường: - Ở hàm lượng nhỏ, các kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng hết sức cần thiết cho cơ thể người và sinh vật. Chúng tham gia cấu thành nên các enzym, các vitamin, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất... Nhưng khi hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao. Khi được thải ra môi trường, môt số hợp chất kim loại nặng bị tích tụ và đọng lại trong đất, sông có một số trường hợp có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ô nhiễm. Môi trường nước có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất. Trong một số điều kiện thích hợp, kim loại nặng có thể phát tán và trong đất và không khí.

- Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây có chứa nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng đi qua nó. Do đó, kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn uống. Khi đó chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa trong nhiều trường hợp, dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.

- Về mặt sinh hóa các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm -SH- và nhóm SCH3- của các enzym trong cơ thể.

Hình 1.1 Ái lực của kim loại nặng với các nhóm -SH- và nhóm -SCH3- của các enzym trong cơ thể.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Ô nhiễm kim loại nặng làm suy thoái nguồn tài nguyên nước mặt, nước ngầm, đất, gây độc cho môi trường sống của thủy sinh, thực vật, ảnh hưởng trực tiếp lên cơ thể sinh vật, gây chết sinh vật, gây mất mỹ quan. b.Ảnh hưởng kim loại nặng đối với sức khỏe con người:  Ảnh hưởng của Chì: [2, 7] - Con người tiếp xúc và ngộ độc chì từ nguồn xăng pha chì, sơn chì, ống chì trong hệ thống dẫn nước, các quá trình khai thai thác mỏ, luyện chì, chất đốt có chì. Các nguồn khác phát thải chì bao gồm các đường hàn trong bình đựng thức ăn, men sứ gốm, ắc quy, pin, và đồ mỹ phẩm...

- Chì đặc biệt độc hại với não, thận và hệ thống sinh sản, hệ thống tim mạch của con người. Khi bị nhiễm độc chì, sẽ ảnh hưởng có hại tới chức năng của trí óc sẩy thai và tăng huyết áp. Đặc biệt, chì là mối nguy hại đối với trẻ em. Ở tuổi trung niên, nhiễm độc chì sẽ làm cho huyết áp tăng gây nhiều rủi ro về bệnh tim mạch. Khác với các hóa chất tác động lên sức khỏe ở nồng độ thấp còn chưa chắc chắn, việc nhiễm độc chì ở mức thấp cũng có thể gây ngộ độc cao. Dù mức chì là 10μg/dl là mốc giới hạn có ảnh hưởng đến sức khỏe, nhiều nhà khoa học không cho là ở mức thấp hơn là không có hại đến cơ thể con người. Một số nghiên cứu mới đã phát hiện ra mức chì có hại đối với trẻ em khi mức chì trong máu mới từ 5 - 10μg/dl.

- Sự thâm nhiễm chì vào cơ thể con người từ rất sớm từ tuần thứ 20 của thai kì và tiếp diễn suốt thời kì mang thai. Trẻ em có mức hấp thụ chì cao gấp 3 – 4 lần so với người lớn. Chì tích tụ ở xương gây cản trở chuyển hóa oxy bằng cách trực tiếp hay gián tiếp thông qua kìm hãm sự tổng hộp vitamin D. Chì gây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn ngoại biên. Chì có tác động lên hệ thống enzym, đặc biệt là enzym vận chuyển hidro gây nên một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương), tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến như đau bụng chì, đường viền đen Burton ở lợi, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, liệt, tai biến não và có thể gây tử vong.  Ảnh hưởng của Cd: [2, 10] - Cd là một trong số rất ít nguyên tố không có lợi gì cho cơ thể con người và không cần thiết cho sự sống.

- Cd thâm nhập qua cơ thể con người thông qua đường hô hấp, thực phẩm, theo nhiều nghiên cứu thì người hút thuốc lá cũng có nguy cơ nhiễm Cd. Cd thâm nhập vào cơ thể tích tụ ở thận và xương. Gây nhiễu một số hoạt động của một số enzym, gây tăng huyết áp, ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng thận, phá hủy tủy xương, gây ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Hít thở phải bụi có chứa Cd nhanh chóng dẫn đến các vấn đề hô hấp và thận, có thể dẫn tới tử vong, thông thường là hỏng thận. Nuốt phải một lượng nhỏ Cd có thể gây ngộ độc tức thì và tổn thương gan, thận. Các hợp chất chứa Cd cũng là các hợp chất gây ung thư. Ngộc độc Cd cũng là nguyên nhân của bệnh itai itai (tức “đau đau’’ trong tiếng Nhật) ngoài tổn thương thận người bệnh còn chịu các chứng loãng xương và nhuyễn xương.

- Khi làm việc với Cd phải sử dụng các phần tử chống khói trong phòng thí nghiệm để bảo vệ, chống lại các khói nguy hiểm. Khi sử dụng các que hàn bạc có chứa Cd cần phải rất cẩn thận. Các vấn đề ngộ độc nghiêm trọng cơ thể sinh ra phơi nhiễm lâu dài Cd từ các bể mạ điện Cd.  Ảnh hưởng của Kẽm: [7, 11] - Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe tuy nhiêm nếu hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thụ đồng và sắt. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật không xương sống và thậm chí là đối với động vật có xương sống.

Mô hình hoạt động của ion tự do đã được công bố trong một số ấn phẩm cho thấy chỉ một lượng nhỏ mol ion kẽm tự do có thể giết chết một số vi sinh vật.

- Ion kẽm tự do là một axit Lewis mạnh đến mức có thể ăn mòn. Nuốt đồng xu 1cent của Mỹ năm 1982 (97,5% kẽm) có thể làm hỏng niêm mạc dạ dày do khả năng hòa tan cao của các ion kẽm trong dịch vị.

- Hàm lượng kẽm vượt quá 500ppm trong đất gây rối cho khả năng hấp thụ các kim loại cần thiết cho thực vật như sắt và mangan. Có những sự cố được gọi là sự run lạnh kẽm hay ớn lạnh kẽm gây ra do hít phải các bột ô xít kẽm nguyên chất.  Ảnh hưởng của đồng: [2] - Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các loài động thực vật bậc cao. Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym, enzym chứa Cu – Zn superoxid dis – mutas trong đó Cu là kim loại trung tâm của chất chuyên chở oxy hemocyanin. Máu của Cua Móng Ngựa (Cua Vua) Limulus polyphemus sử dụng đồng để chuyên chở oxy thay vì sắt. Đồng được vận chuyển trong máu bởi protein trong huyết tương ceruloplasmin. Đồng được hấp thụ trong ruột non và chuyển tới gan bằng liên kết albumin.

- Một loại bệnh được gọi là Wilson sinh ra bởi cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật, căn bệnh này nếu không được điều trị sẽ gây ra tổn thương não và gan. Người ta cho rằng kẽm và đồng là cạnh tranh cho phương diện hấp thụ trong bộ máy tiêu hóa vì thế việc ăn uống dư thừa một chất này có thể làm thiếu hụt chất kia.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Các nghiên cứu cũng cho thấy một số người bị mắc bệnh thần kinh như bệnh schizophrenia có nồng độ đồng cao hơn trong cơ thể. Tuy nhiên vẫn chưa rõ mối liên quan giữa đồng với bệnh này như thế nào (là do cơ thể cố gắng tích lũy đồng để chống lại bệnh hay nồng độ cao của đồng là do căn bệnh này mà ra).  Ảnh hưởng của Mangan: [2] - Mangan là nguyên tố vi lượng trong cơ thể sống. Ion mangan là chất hoạt hóa một số enzym xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục. Tạo máu và kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Sự tiếp xúc nhiều với mangan làm suy nhược hệ thần kinh và tuyến giáp trạng.  Ảnh hưởng của niken: [2, 7, 10] - Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, chúng gây triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ gây ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận, và các chứng bệnh kinh niên.

- Niken có thể gây ra các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung thư đường hô hấp... Khi bị nhiễm độc niken, các enzym mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể. Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây ra hiện tượng viêm da, gây dị ứng với một số người.

1.2.Đại cƣơng về Crom: 1.2.1.Crom: - Crom hay crôm (tiếng La tinh Chromium) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Cr và số hiệu nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6, là 1 kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt Crôm được bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xước cao. Là một kim loại nặng (> 5g/cm3). Gây độc ở dạng hớp chất Cr3+ và Cr6+.

- Cấu hình electron của Crom là 1s22s22p63s23p63d54s1. Crom có hóa trị từ 1 tới 6, Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong lớp vỏ trái đất. Khối lượng trung bình của crom trong lớp vỏ trái đất là 122ppm. Trong đất sự có mặt của crom dao động từ 11 – 22ppm. Trong nước mặt crom có mặt khoảng 1ppb và trong nước ngầm khoảng 1100ppb.  Trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề mặt như là: o Một thành phần của hợp kim, chẳng hạn trong thép không gỉ để làm dao, kéo. o Trong mạ crom.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

o Trong quá trình anot hóa (dương cực hóa) nhôm, theo nghĩa đen là chuyển bề mặt nhôm thành ruby.  Làm thuốc nhuộm và sơn: o Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của ngọc lục bảo. o Oxít crom (III) (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại với tên gọi phấn lục. o Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. o Tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn.  Là một chất xúc tác: o Cromit được sử dụng làm khuôn để nung gạch, ngói. o Các muối crom được sử dụng trong quá trình thuộc da. o Dicromat kali (K2Cr2O7)là một thuốc thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò của một tác nhân chuẩn độ. Nó cũng được sử dụng làm thuốc cẩn màu (ổn định màu) cho các thuốc nhuộm vải. o Ôxít crom (IV) (CrO2) được sử dụng trong sản xuất băng từ, trong đó độ kháng từ cao hơn so với các băng bằng ôxít sắt tạo ra hiệu suất tốt hơn. o Trong thiết bị khoan giếng như là chất chống ăn mòn. o Trong y học, như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thường dưới dạng clorua crom (III) hay picolinat crom (III) (CrCl3). o Hexacacbonyl crom (Cr(CO)6) được sử dụng làm phụ gia cho xăng. o Borua crom (CrB) được sử dụng làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao. o Sulfat crom (III) (Cr2(SO4)3) được sử dụng như là chất nhuộm màu xanh lục trong các loại sơn, đồ gốm sứ, véc - ni và mực cũng như trong quy trình mạ crom. a) Crom (VI) oxit: CrO3 + Chất rắn, màu đỏ thẫm. + Là một oxit axit: CrO3 + H2O → H2CrO4 (axit cromic) 2CrO3 + H2O → H2Cr2O7 (axit đicromic) + Có tính oxi hóa mạnh. Một số chất (S, P, C, NH3, ...) bốc cháy khi trộn với CrO3.

2CrO3 + 2NH3 → Cr2O3 + N2 + 3H2O b) Muối cromat và đicromat: + Có tính oxi hóa mạnh.

K2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7H2SO4 → 3Fe2 (SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O K2Cr2O7 + 14HCl → CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl + 7H2O - Trong dung dịch, giữa CrO42- và Cr2O72- tồn tại cân bằng : Cr2O72- + H2O CrO42- + 2H+ (Màu vàng) (màu da cam) GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

16

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

+ Muối CrO42- tồn tại trong môi trường kiềm. + Muối Cr2O72- tồn tại trong môi trường axit.

1.2.2.Độc tính của Crom và nguồn phát sinh: - Crom có đặc tính lý học (độ bền cao, khó oxy hóa, cứng và tạo màu tốt...) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi vì vậy mà các tác hại của nó gây ra ngày càng nhiều.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy Cr6+ dù một lượng nhỏ cũng có thể gây ra tác hại nghề nghiệp. Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư. Crom thường tồn tại ở hai dạng chính là hóa trị 3 và 6. Trong đó Cr6+ độc hơn Cr3+. Nồng độ crom trong nước uống thường phải thấp hơn 0,02ppm.

- Sự hấp thụ crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa của nó.

Cr6+ hấp thụ qua ruột, dạ dày nhiều hơn Cr3+ và có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr3+ chỉ hấp thu 1% thì Cr6+ hấp thu đến 50%. Tỉ lệ hấp thu qua phổi không xác định được mặc dù một lượng đáng kể đọng lại phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều crom nhất. Cr6+ dễ gây loét da, xuất hiện mụn cơm, ung thư phổi, viêm gan.

- Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và khi tiếp xúc trực tiếp. Qua nghiên cứu, người ta thấy crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucose. Tuy nhiên ở nồng độ cao, crom làm kết tủa các protein, các axit nucleic, gây ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể với bất kì con đường nào, crom cũng hòa tan vào trong máu ở nồng độ 0,001ppm, sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu và hòa tan trong hồng cầu nhanh 10 – 20 lần, từ hồng cầu, crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu.

- Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da ở tất cả các ngành nghề mà các công việc phải tiếp xúc như hít thở phải crom hoặc hợp chất của crom.

- Crom kích thích niêm mạc, gây ngứa mũi, hắt hơi chảy nước mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi.

- Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr6+, chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Nhiễm độc crom lâu năm có thể gây ung thư phổi và ung thư gan.

- Những công việc có thể nhiễm độc crom như: luyện kim, sản xuất nến sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thủy tinh, chế tạo ắc quy, mạ kẽm, mạ điện, mạ crom...

- Crom nói chung được biết đến trong trang trí của các sản phẩm mạ crom. Hầu hết các quặng sản xuất được sử dụng trong sản xuất thép không gỉ. Tuy nhiên crom là kim GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

loại không độc hại, chỉ các hợp chất của Crom dưới dạng ion Cr3+, Cr6+ mới có độc tính. Trong môi trường nước, Crom chủ yếu xuất hiện dưới dạng Cr3+, Cr6+. Cr6+ xuất hiện trong nước dưới dạng hợp chất CrO42- ở PH > 7 và Cr2O72- ở PH ≤ 7.

- Các hợp chất của Crom được thêm vào nước làm lạnh để ngăn chặn sự ăn mòn .Chúng cũng được sử dụng trong quá trình sản xuất như: tạo màu, nhuộm, tannanh hóa, điện cực nhôm và các quá trình mạ điện, mạ kim loại khác, trong ngành công nghiệp hóa chất. Trong các quá trình mạ trong công nghiệp thì ngành sản xuất ô tô sản xuất ra nhiều các sản phẩm mạ Crom nhất. Nguồn chính của việc thải các hợp chất của Crom là các axit crom sử dụng trong quá trình mạ. Cr3+ xuất hiện trong nước thải công nghiệp phần lớn là do quá trình khử Cr6+ trong nước thải công nghiệp. Tuy nhiên các nước thải mạ vẫn có chứa Cr3+ kể cả khi chưa khử.

- Theo tiêu chuẩn của tổ chức WHO nồng độ cho phép của crom trong nước uống là 0,05 mg/l. Ở Việt Nam, nồng độ crom cho phép trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l.

- Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng crom lên đến 0,7ppm. Cr 6+ dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây ngộ độc với con người. Khi xâm nhập vào cơ thể, nó liên kết với các nhóm –SH- trong enzym và làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh đối với con người.

- Tóm lại hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và crom nói riêng đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Chính vì vậy, việc xác định hàm lượng crom là cần thiết để đánh giá chất lượng nguồn nước. Từ đó có biện pháp xử lý thích hợp, đảm bảo có nước sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm sạch môi trường.

1.2.3.Yêu cầu của nƣớc thải Crom tại Việt Nam: - Theo QCVN 40:2011/BTNMT QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP. 1. QUY ĐỊNH CHUNG. 1.1. Phạm vi điều chỉnh.

Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả ra nguồn tiếp nhận nước thải.

1.2. Đối tượng áp dụng.

1.2.1. Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quan đến hoạt động xả nước thải công nghiệp ra nguồn tiếp nhận nước thải.

1.2.2. Nước thải công nghiệp của một số ngành đặc thù được áp dụng theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia riêng.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

1.2.3. Nước thải công nghiệp xả vào hệ thống thu gom của nhà máy xử lý nước thải tập trung tuân thủ theo quy định của đơn vị quản lý và vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung.

Bảng 1.1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp.

TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị C A

B

1

Crom (VI)

mg/l

0,05

0,1

1

Crom (III)

mg/l

0,2

1

Cột A Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Cột B Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tại khu vực tiếp nhận nước thải.

1.3.Các phƣơng pháp xác dịnh Crom có trong môi trƣờng nƣớc: [1, 4, 6, 9, 13, 14, 19] - Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định crom như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, trắc quang, điện hóa, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp phụ nguyên tử (ASS), quang phổ phát xạ plasma (ICP)...

1.3.1.Các phƣơng pháp phân tích hóa học: - Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (tổng thường lớn hơn 0,05%). Các trang thiết bị và dụng cụ cho các phương pháp này đơn giản và rẻ tiền.

1.3.1.1.Phƣơng pháp phân tích khối lƣợng: - Nguyên tắc dựa trên phản ứng kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp, lọc, rửa, sấy hoặc nung kết tủa rồi cân và từ đó xác định hàm lượng chất cần phân tích.

Theo phương pháp này, Cr được oxy hóa lên dạng Cr6+ và xác định dưới dạng kết tủa cromat chì, cromat thủy ngân, cromat bari nhưng trong thực tế người ta thường dùng bari cromat (BaCrO4). Kết tủa này được tạo thành bằng cách thêm Ba(CH3COOH)2 hay BaCl2 bằng dung dịch cromat trong môi trường kiềm yếu.

Ba2+ + CrO42- → BaCrO4 ↓ GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Phương pháp phân tích khối lượng là một phương pháp phân tích có độ chính xác cao, có khả năng đạt 0,01% hoặc cao hơn nữa nên thường được sử dụng làm phương pháp trọng tài. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là có nhiều thao tác lâu và phức tạp, nhiều giai đoạn tách và ít được sử dụng trong phân tích môi trường.

1.3.1.2.Các phƣơng pháp thể tích: - Nguyên tắc dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch của chất định phân, tác dụng vừa đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm đã được thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân được gọi là thời điểm tương đương. Để nhận biết được điểm tương đương, người ta dùng những chất có thể gây ra những hiện tượng có thể quan sát được bằng mắt gọi là chất chỉ thị.

-

Xác định crom dựa trên phản ứng chuẩn độ oxy hóa khử Cr2O72- với: Dung dịch Na2S2O3 (dùng chỉ thị hồ tinh bột).

Cr2O72- + 6I- + 14H+ → 2Cr3+ + 2I2 + 7H2O I2 + 2S2O3-2 → 2I- + S4O62Dung dịch Fe (II) dùng chỉ thị diphenylamin E0 = +0,76v.

- Các phương pháp chuẩn độ đảm bảo độ chính xác cao và xác định nhanh. Tuy nhiên, phương pháp này có độ nhạy thấp, sai số lớn do dụng cụ đo, thể tích dung dịch chuẩn, chỉ thị đổi màu và chỉ xác định nguyên tố khi có hàm lượng lớn, không phù hợp với phân tích lượng vết.

1.3.2.Các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại: [1, 6, 9, 15, 19] 1.3.2.1.Phƣơng pháp phổ phát xạ nguyên tử: - Trong lịch sử, phương pháp quang phổ phát xạ được các nhà địa chất sử dụng rất phổ biến, phương pháp này đã được phát triển mạnh trong 3 thập kỷ qua bằng việc thay thế nguồn phát xạ ngọn lửa bằng các nguồn khác như laser, cảm ứng cao tầng plasma (ICP – AES) và tạo dòng plasma trực tiếp (DCP – AES).

- Crom trong nước và trầm tích đã được nhiều tác giả phân tích bằng phương pháp quang phổ phát xạ sử dụng nguồn cảm ứng cao tầng plasma (ICP – AES). Phương pháp này có độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp (1μg/l) tuy nhiên ảnh hưởng của Be, Mo, và Ni do sự chèn lấn vạch phổ là rất lớn. Do vậy, phương pháp này ít được sử dụng hơn so với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

13.2.2.Phƣơng pháp phổ khối lƣợng sử dụng nguồn cảm ứng cao tầng plasma (ICP – MS):

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

20

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Hiện nay phương pháp ICP – MS là phương pháp được sử dụng nhiều để phân tích crom cũng như các dạng crom trong các mẫu môi trường. Phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội như độ nhạy cao và có thể kết hợp với phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) để phân tích liên tục các dạng của crom. Do giá thành của thiết bị rất cao và quá trình vận hành phức tạp. Nên phương pháp này chủ yếu được sử dụng ở các quốc gia phát triển.

1.3.2.3.Phƣơng pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (ASS): - Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử là phương pháp phổ biến nhất được áp dụng để phân tích crom trong các mẫu môi trường, số lượng bài báo công bố về phân tích crom trên các tạp chí quốc tế sử dụng phương pháp này chiếm tới 68%.

Phương pháp này có ưu điểm là độ nhạy và độ chọn lọc cao, quy trình vận hành đơn giản.

1.3.2.4.Phƣơng pháp đo quang: - Phương pháp đo quang là phương pháp phổ biến nhất để xác định crom vào những năm 1960, bằng cách sử dụng chất tạo phức diphenylcacbazide trong môi trường axit. Phương pháp này dựa trên phép đo quang của phức màu được tạo thành từ ion Cr6+ với thuốc thử, các dạng crom được oxy hóa về dạng crom hóa trị 6 trước khi phản ứng. Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn tồn tại một số nhược điểm là độ chọn lọc thấp do sự ảnh hưởng của một số nguyên tố đi kèm. Trong các đối tượng mẫu phức tạp, các tác giả thường sử dụng cuferron để tạo phức với các nguyên tố đi kèm ảnh hưởng đến phép phân tích như Hg và chiết bằng cloform. Trong nghiên cứu này tôi sử dụng phương pháp này để phân tích crom trong mẫu nước.

1.3.2.5.Phƣơng pháp đo quang xác định Cr6+: [1, 9, 15] - Nguyên tắc: phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo màu giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng.

-

Phương trình định lượng của phép đo theo định luật Lamber – Beer: D = ε.l.C

Trong đó:    

D là độ hấp thụ quang. ε là độ hấp thụ phân tử. l là chiều dài cuvet.

C là nồng độ nguyên tố phân tích.

- Có thể sử dụng phản ứng tạo phức màu đỏ tía của Cr6+ với p – amino – N, Ndimetylamin để xác định crom có hấp thụ cực đại tại bước sóng 556 nm hoặc trong môi trường axit, cromat và dicromat phản ứng với thuốc thử diphenylcacbazide tạo GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

thành phức màu đỏ tím có hấp thụ cực đại tại bước sóng 540 nm tạo thuận lợi cho việc so màu. Phản ứng này được dùng để định lượng crom khi hàm lượng của nó là 0,005 – 1mg/l.

- Các ion Hg2+, Hg22+ (khi nồng độ lớn hơn 200mg/l), vanadi và molipden(VI) cũng có khả năng phản ứng với thuốc thử tạo thành hợp chất có màu. Song những chất này thường có rất ít trong nước. Sắt lớn hơn 1mg/l cũng có khả năng phản ứng với thuốc thử tạo thành hợp chất có màu vàng nâu nhưng ta có thể loại trừ ảnh hưởng của sắt bằng cách thêm vào một lượng axit photphoric. Nếu trong mẫu có một lượng lớn mangan thì oxy hóa bằng pesunfat trong môi trường kiềm hoặc trung tính, nó sẽ tạo thành kết tủa mangan oxit, khi đó ta lọc bỏ bằng bóng thủy tinh hay phễu thủy tinh.

1.4.Một số phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong nƣớc: 1.4.1.Phƣơng pháp kết tủa hóa học: [8] - Cơ chế của quá trình này là thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng. Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hidroxit bằng cách trung hòa đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu giá trị từ 7 – 10,5 tùy theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại.

- Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện cho quá trình kết tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hòa tan của kim loại trong dung dịch có mặt các kim loại khác sẽ giảm. Cơ sở có thể do một hay đồng thời những nguyên nhân sau: + Tạo thành cùng chất kết tủa. + Hấp thụ các hidroxit khó kết tủa vào bề mặt của các bông hidroxit dễ kết tủa. + Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hidroxit do chúng bị phá hủy bằng các ion kim loại.

- Đối với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trò rất quan trọng. Khi xử lý cần chọn tác nhân trung hòa và điều chỉnh pH phù hợp. Phương pháp kết tủa hóa học rẻ tiền, ứng dụng rộng nhưng hiệu quả không cao, phụ thuộc vào nhiều yếu tố (t˚, pH, bản chất kim loại).

1.4.2.Phƣơng pháp trao đổi ion: [5, 8] - Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hidrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion được tiến hành trong cột cationit và anionit. Các vật liệu nhựa nào có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

biến mất hoặc hòa tan. Các ion dương hay âm, cố định trên các gốc này đẩy ion cùng dấu có trong dung dịch hay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Đối với xử lý kim loại hòa tan trong nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch.

RmB + mA

mRA + B

-

Phản ứng xảy ra cho tới khi cân bằng được thiết lập.

-

Đặc tính của trao đổi ion:

+ Sản phẩm không hòa tan trong điều kiện bình thường. + Sự thay đổi trạng thái của trao đổi ion không làm thay đổi của cấu trúc vật liệu.

- Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là tiến hành ở quy mô lớn và với nhiều kim loại khác nhau. Tuy nhiên phương pháp này tốn nhiều thời gian. Tiến hành phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao.

1.4.3.Phƣơng pháp điện hóa: [8] - Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng diện 1 chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo một điện trường định hướng, các ion chuyển động trong điện trường này. các cation chuyển dịch về catot, các anion chuyển dịch về anot. Khi điện áp đủ lớn, phản ứng sẽ xảy ra ở mặt phân cách chất dung dịch điện cực: Ở catot: oxy hóa phát ra các electron: A- → A + eỞ anot: khử với việc thu các electron: C + e- → C - Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không bổ sung thêm hóa chất, thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao trên 1g/l.

- Ưu điểm của phương pháp này là nhanh, tiện lợi, hiệu quả xử lý cao, ít độc hại nhưng tốn kém về điện năng.

1.4.4.Phƣơng pháp oxy hóa khử: [5, 8] - Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng khi mà phương pháp khác không xử lý được. Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron (khử) và mất electron (oxy hóa) một cặp được tạo bởi sự cho nhận electron được gọi là hệ thống oxy hóa khử.

Khử

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

oxy hóan+ + ne-

23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

1.4.5.Phƣơng pháp sinh học: [8] - Một số loại thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ ong, tảo... Với phương pháp này, nước thải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nito, photpho), các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của các loại thực vật như rong tảo. Phương pháp này cần diện tích lớn và nếu nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém.

1.5.Xử lý kim loại nặng trong nƣớc bằng phƣơng pháp hấp phụ: [5, 8] 1.5.1.Lý thuyết hấp phụ: - Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbent), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbate) và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.

- Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn.

-

Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.  Hấp phụ vật lí:

Là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên kết Van – Đơ Van, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London. Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thường nhỏ hơn so với hấp phụ hóa học, khoảng dưới 20 kJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen.

-

Đặc trưng của hấp phụ vật lý:

+ Xảy ra ở nhiệt độ thấp, dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ. + Loại tương tác: Tương tác giữa các phân tử. + Entanpi thấp: ΔH < 20 KJ/mol. + Xảy ra hấp phụ đa lớp. + Năng lượng hoạt hóa thấp. + Năng lượng trạng thái của chất bị hấp phụ không thay đổi. + Thuận nghịch.  Hấp phụ hóa học:

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học. Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng 80 400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học. Hấp phụ hóa học thường kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn được gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thể. Hấp phụ hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.

-

Đặc trưng của hấp phụ hóa học:

+ Xảy ra ở nhiệt độ cao. + Loại tương tác: mạnh, xảy ra liên kết cộng hóa trị giữa chất bị hấp phụ và bề mặt. + Entanpi cao: 50 kJ/mol < ΔH < 800 kJ/mol. + Chỉ xảy ra hấp phụ đơn lớp. + Có năng lượng hoạt hóa cao. + Mật độ electron tăng lên ở bề mặt phân cách chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. + Chỉ xảy ra thuận nghịch ở nhiệt độ cao.  Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc: - Trong nước, tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ, chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố, độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hoặc kị khí của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong môi trường nước.

- So với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường nước thường xảy ra chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan chậm.

- Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường, sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazo yếu hay trung tính phân ly khác nhau ở các giá trị pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ.

- Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn các chất có độ tan thấp hơn. Như vậy từ độ tan của các chất hữu cơ trong nước có thể dự đoán khả năng hấp phụ của chúng trên vật liệu hấp phụ.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

25

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hòa, ít bị phân cực. Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ...

1.5.2.Động học hấp phụ: - Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau:  Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - giai đoạn khuếch tán trong dung dịch.  Phân tử chất bị hấp phụ chyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản – giai đoạn khuếch tán màng.  Chất hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ - giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản.  Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - giai đoạn hấp phụ thực sự.

- Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế toàn bộ quá trình hấp phụ.

1.5.3.Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ: - Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

- Dung lượng hấp phụ cân bằng: khối lượng chất bị hấp phụ trên 1 đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ.

- Tải trọng hấp phụ bão hòa: là tải trọng nằm ở trạng thái cân bằng, dưới các điều kiện của hỗn hợp khí, hơi bão hòa. q= -

.V

Trong đó:    

V: thể tích dung dịch (l). m: khối lượng chất hấp phụ (g).

Ci: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l).

Cf: nồng độ dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l).

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

26

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

1.5.4.Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ: a) Mô hình động học hấp phụ: - Sự tích tụ chất hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm 2 quá trình: khuếch tán các phần tử chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn và khuếch tán vào trong lỗ xốp.

Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

-

Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian ta có: r=

- Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì: r= -

= β. (

) = k.(qmax – q)

Trong đó:       b)

β là hệ số truyền khối.

Ci: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l).

Cf: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l). k: hằng số tốc độ hấp phụ. q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t. qmax: tải trọng hấp phụ cực đại.

Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt:

- Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch hay áp suất riêng phần trong pha khí. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Sau một thời gian, xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch.

-

Lượng chất bị hấp phụ được tính theo công thức: m=(

-

Trong đó:    

m là khối lượng chất bị hấp phụ.

Ci: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l).

Cf : nồng độ dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l).

V: thể tích dung dịch (l).

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

27

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

-

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

- Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình Langmuir được thiết lập trên các giả thiết sau.    

Các phần tử chất hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ.

Sự hấp phụ là chọn lọc.

Các phần tử chất hấp phụ độc lập, không tương tác qua lại với nhau.

Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng tức là sự hấp phụ xảy ra ở bất kỳ chỗ nào thì nhiệt độ hấp phụ cũng là một giá trị không hề thay đổi trên bề mặt chất hấp phụ. Không có các trung tâm hoạt động.  Giữa các phần tử trên lớp bề mặt và bên trong lớp thể tích có cân bằng động học tức là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: q = qmax -

Trong đó:    

-

Cf: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t. q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t. qmax: tải trọng hấp phụ cực đại. b: hằng số chỉ ra ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ (l/mg).

Khi b.Cf << 1 thì q = qmax . b .Cf

- Mô tả vùng hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong.

Hình 1.2 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

28

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên về phương trình đường thẳng. =

.

+

- Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc Cf/q vào Cf sẽ xác định được các hằng số trong phương trình: b, qmax.

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf.  Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: - Đây là phương trình thực nghiệm có thể sử dụng mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ: q = k . C1/n -

Trong đó:  k là hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.  n là hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1.

- Phương trình Freundlich khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

29

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Hình 1.4 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.

-

Để xác định các hằng số đưa phương trình trên về dạng đường thẳng. lg q = lg k + lg Cf

Xây dựng đồ thị phụ thuộc lg q vào lg Cf sẽ xác định được các giá trị k, n.

Hình 1.5 Sự phụ thuộc lg q vào lg Cf. Khi đó: tanβ = OB = lg k GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

30

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

1.5.5.Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp:  Ảnh hưởng của dung môi: - Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh nghĩa là khi chất tan bị hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu. Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn thì chất tan càng dễ bị hấp phụ. Chất tan dung môi trong nước bị hấp phụ tốt hơn so với dung môi hữu cơ.  Tính chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: - Thông thường các chất phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt phân cực và các chất không phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt không phân cực. Ngoài ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ dung dịch thường tăng lên nhưng đến giới hạn nào đó khi kích thước mao quản quá nhỏ sẽ cản trở việc đi vào của chất bị hấp phụ.  Ảnh hưởng của nhiệt độ: - Khi nhiệt độ tăng sự hấp phụ trong dung dịch giảm. Tuy nhiên, đối với những cấu tử tan hạn chế, khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng làm cho nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên, do vậy khả năng hấp phụ có thể tăng lên. Bên cạnh đó, còn phụ thuộc một số yếu tố khác như sự thay đổi pH trong dung dịch, bề mặt của chất bị hấp phụ.

1.6.Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học: 1.6.1.Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ: a.Vỏ lạc: - Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion Cd (II) rất cao.

Chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7g/l có thể hấp phụ dung dịch hấp phụ chứa Cd (II) nồng độ 20mg/l. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính (dạng viên) có trên thị trường thì khả năng hấp phụ của nó gấp 31 lần.

- Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học khoa công nghệ môi trường, trường đại học Mersin Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy vỏ lạc có thể sử dụng để cải tạo ruộng, lọc các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại độc do các nhà máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nước bị ô nhiễm ion kim loại, vỏ lạc có thể loại bỏ 95% ion đồng khỏi nước thải công nghiệp. b.Vỏ đậu tương: - Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng như Cu2+, Zn2+ và các hợp chất hữu cơ. Trong sự so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác, vỏ đậu tương thể hiện khả năng hấp phụ cao hơn, đặc biệt đối với các ion kim loại nặng. Vỏ đậu tương GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

31

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

sau khi được xử lý với axit citric thì dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cu2+ đạt lên đến 1,7 m mol/g ứng với 108mg/g. c.Bã mía: - Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước và được ví như than hoạt tính trong việc loại bỏ các kim loại nặng như: Cr3+, Cu2+, Ni2+... Bên cạnh khả năng tách kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt với dầu. d.Lõi ngô: - Nhóm nghiên cứu ở trường đại học North Carolina (Hoa Kỳ) đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý lõi ngô bằng NaOH và H3PO4 để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng. Hiệu quả xử lý của vật liệu hấp phụ tương đối cao. Dung lượng hấp phụ cực đại của hai kim loại nặng Cu và Cd lần lượt là 0,39mmol/g và 0,62mmol/g vật liệu. e.Xơ dừa và vỏ trấu: - Là hai phụ phẩm phổ biến của đồng bằng sông Cửu Long chúng có khả năng tách một số ion kim loại nặng trong nước như Ni2+, Cd2+ đặc biệt khi chúng được hoạt hóa trong dung dịch axit citric bão hòa, có khả năng hấp phụ, trao đổi ion ngang bằng nhựa trao đổi ion thông dụng (Cationit) và Zeolite... Hiệu xuất xử lý khá cao khoảng 40 – 45% đối với vỏ trấu và 50 – 60% đối với xơ dừa. Khi chúng được hoạt hóa thì khả năng đó tăng lên 30%. Khả năng hấp phụ trao đổi ion trên vỏ trấu hoạt hóa, thấp hơn so với xơ dừa hoạt hóa.

1.6.2.Vật liệu hấp phụ từ mụn dừa: - Quả dừa khô sau khi tách vỏ cho ra hạt (là phần sọ dừa có cơm dừa, nước dừa) và vỏ dừa. Dùng máy dập đập để tách xơ dừa và mạt dừa. Phần vụn ra như mạt cưa được gọi là mạt dừa hay mụn dừa, phần sợi được gọi là xơ dừa (hay chỉ xơ dừa). Cả hai thứ này đều phục vụ cho nông nghiệp rất tốt, nhất là nông nghiệp công nghệ cao.  Nguồn gốc mụn dừa: - Bến Tre có diện tích dừa trên 53000 ha chiếm 36% tổng diện tích dừa của cả nước và có xu hướng tăng đến năm 2020. Sản lượng dừa của tỉnh hằng năm chiếm trên 430 triệu trái, chiếm 35 % tổng sản lượng dừa cả nước.

- Ở Bến Tre, cây dừa là cây của sự sống, bởi từ thân, lá, trái, đều có giá trị sử dụng . Chỉ riêng ngành nghề sản xuất chỉ xơ dừa, tại Bến Tre, hiện nay có hàng trăm cơ sở.

Trong quá trình sản xuất, mỗi ngày cơ sở thải ra lượng mụn dừa từ 300 – 500 tấn. Và theo thống kê mỗi năm, các cơ sở xản xuất chỉ xơ dừa thải ra trên 180.000 tấn mụn dừa. Phần lớn, mụn dừa không có bãi chứa khi quá tải, cho nên chủ cơ sở thải trực tiếp

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

32

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

xuống sông gây nên ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới chất lượng nước sinh hoạt của người dân và hủy diệt nguồn lợi thủy sinh vật.

- Trước tình trạng này, các nhà khoa học đã vào cuộc. Qua quá trình nghiên cứu phân tích mẫu, Trung Tâm Nghiên Cứu Đất, Phân Bón Môi Trường Phía Nam thuộc Viện Thổ Nhưỡng Nông Hóa đã tìm ra hướng đi cho mụn dừa, biến loại phụ phẩm gậy ô nhiễm môi trường nặng trở thành sản phẩm có giá trị. Được chuyển giao công nghệ sản xuất. Trung Tâm Ứng Dụng Tiến Bộ và Khoa Học tỉnh Bến Tre đã thực hiện dự án phát triển giá thể và phân bón hữu cơ sinh học từ mụn xơ dừa. Trong quá trình sản xuất, mỗi loại phân hữu cơ có quy trình sản xuất khác nhau. Nhưng tất cả đều qua 2 công đoạn, đầu tiên là sản xuất ra mụn dừa bán thành phẩm, sau đó mụn dừa bán thành phẩm được phối trộn để sản xuất ra phân hữu cơ và đất sạch.  Tính chất của mụn xơ dừa: - Theo TAPPI 1988 (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) là (Hiệp hội kỹ thuật của ngành công nghiệp giấy và bột giấy 1988) xơ dừa là chất hữu cơ có thể tái sử dụng. Độ pH của xơ dừa là 5,5 - Chất lượng của xơ dừa không bị ảnh hưởng nếu độ pH thấp hơn. Xơ dừa có một số tính chất và thành phần hóa học sau: + Tỉ lệ C:N là 80:1 + Độ xốp: 10- 12 % + Chất hữu cơ: 9,4 – 9,8% + Tổng lượng tro: 3 – 6% + Cellulose: 20 – 30% + Lignin: 60 – 70% + Tanin: 8 – 8,5% (thuộc loại Pyrocatechic – tanin không thủy phân) + EC (dS/m)0,8. + N 0,5% + P 0,3% + K 0,4%

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

33

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Hình 1.6 Cấu tạo quả dừa và mụn dừa.

1.6.2.1.Cơ chế hấp phụ kim loại của mụn dừa: - Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ với nguyên liệu từ nguồn gốc sinh vật (biomass) đã được nghiên cứu, ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới. Phương pháp này thực chất là kỹ thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc biomass làm lớp đệm.

Mặc dù có nhiều ý kiến khác nhau nhưng cơ chế của quá trình hấp phụ có thể phân thành 2 loại hấp phụ do tương tác tĩnh điện và hấp phụ nội tại.

- Tương tác tĩnh điện có thể quan sát từ quá trình hấp phụ các cation kim loại và các anion trên bề mặt hấp phụ. Đối với trường hợp xử lý nước chứa nhiều ion Cr6+ ở độ pH thấp chúng thường tồn tại trong dung dịch dạng HcrO4-. Khi đó nếu bề mặt chất hấp phụ tích điện dương chúng sẽ bị hấp phụ và khử xuống Cr3+ theo phương trình: HcrO4- + 7H+ + 3e = Cr3+ + 4 H2O - Chế độ hấp phụ nội tại là quá trình tương tác qua bề mặt. Quá trình hấp phụ các ion kim loại qua bề mặt, chịu tác động của các tính chất bề mặt của vật liệu hấp phụ như bề mặt riêng, độ xốp, độ rỗng, phân bố lỗ xốp... và sự phân cực, các chất hấp phụ biomass thường chứa cellulose tạo ra từ các phần tử lặp β – D glucose là thành phần chính của tế bào. Nhóm hydroxy phân cực trên cellulose có khả năng liên kết với ion crom trong dung dịch. Ngoài ra trong thành phần của một số thực vật có chứa nhiều hợp chất hữu cơ vô cơ khác như hemicellulose, pectins, lignin, chlorophenyl, caroten, anthocyanyn và tanin cũng có khả năng hấp phụ ion kim loại. Để nghiên cứu khả năng hấp phụ của biomass đối với Cr6+, các vật liệu sử dụng trong nghiên cứu này là mụn dừa.

- Các vật liệu lignocelluloses như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía đã được nghiên cứu cho thấy khả năng tách kim loại nặng hòa tan vào trong nước nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp. Reddad (2002) cho rằng các vị trí anionic, phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng. Mykola (1999) cũng chứng tỏ rằng các nhóm axit galacturonic trong pectin là những vị trí liên kết mạnh với các cation.

- Các nhóm hydroxyl trên cellulose cũng đóng một vai trò qua trọng trong việc trao đổi các ion của các lignocelluloses. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

34

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

vì liên kết OH- ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức axit hoặc sulfo hóa bằng axit sunfuaric.  Cơ chế hấp phụ kim loại của xơ dừa hoạt hóa bằng NaOH theo nghiên cứu của tác giả S.R.Shukla ,RoShan S. Pai, Amait D. Shendarkar: - Việc tăng hấp thu các ion kim loại trong trường hợp của xơ dừa hoạt hóa, được tác giả S.R.Shukla, RoShan S. Pai, Amait D. Shendarkar giải thích là do sự hình thành của nhóm axit cacboxilic nhờ có xử lý oxy hóa. Quá trình hoạt hóa sử dụng NaOH 0,1M được tiến hành ở môi trường kiềm (PH = 10,5) và do đó các nhóm cacboxyl sẽ phản ứng với Na tạo ra dạng muối Natri của chúng. Khi xơ dừa đã hoạt hóa vào, các ion kim loại sẽ thế chỗ Na và các ion kim loại được giữ lại bởi các xơ dừa đã được hoạt hóa, dựa trên cơ chế trao đổi ion được thể hiện như sau.

2(xơ dừa – COONa ) + M2+ → ( xơ dừa – COO)2M + 2Na+ - Từ các nghiên cứu của các tác giả trên, tôi xin thực hiện nghiên cứu khả năng hấp phụ của mụn dừa sau khi hoạt với Cr6+. Chất hoạt hóa được chọn là H2SO4 (1N), NaCl (1%), ZnCl2 (1%), NH4Cl (1%). Trước khi được hoạt hóa, mụn dừa được xử lý để loại bỏ bớt các thành phần tan có trong mụn dừa nhằm mục đích tăng các lỗ rỗng, tạo hiệu quả hấp phụ cao sau khi được hoạt hóa.

-

Về phần chất hoạt hóa lý do tôi chọn là vì với:

+ H2SO4 (1N): theo các nghiên cứu của Mykola (1999) thì Các nhóm hydroxyl trên xenlulozo cũng đóng một vai trò qua trọng trong việc trao đổi các ion của các lignocelluloses. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết OH- ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức axit hoặc sulfo hóa bằng axit sunfuaric. Đồng thời, theo TAPPI 1988 (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) là (Hiệp hội kỹ thuật của ngành công nghiệp giấy và bột giấy 1988) thì lignin có trong mụn dừa bị lắng đọng trong dung dịch H2SO4 từ đó có thể gia tăng các lỗ rỗng, tạo độ xốp giúp khả năng hấp phụ kim loại tốt hơn. Nồng độ được chọn là 1N vì trong công nghiệp tách lignin từ gỗ, vốn có độ cứng vượt trội so với mụn dừa do lượng lignin trong gỗ cũng cao hơn nhiều nồng độ H2SO4 được sử dụng là 1,85N nên nồng độ H2SO4 được tiến hành cho thí nghiệm này là hợp lý. + NaCl (1%), ZnCl2 (1%), NH4Cl (1%): theo GVHD thì các chất hoạt hóa nói chung thường là các kim loại ( Ca2+, Fe2+, Mg2+, Zn2+, K+) hoặc á kim, nên tiến hành làm thí nghiệm với hợp chất của Clo thuộc nhóm halogen xem khả năng hoạt hóa của hợp chất này có tốt hay không.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

35

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Mục đích nghiên cứu: -

Chế tạo vật liệu hấp phụ từ mụn dừa tươi.

- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ mụn dừa đối với Cr6+ trong môi trường nước.

2.2.Dụng cụ, thiết bị, địa điểm thí nghiệm: 2.2.1.Chế tạo vật liệu hấp phụ từ mụn dừa tƣơi:  Trái dừa tươi được mua ở chợ, được tách lấy phần vỏ, phơi khô, đập dập, sàn lấy phần mụn dừa, bỏ phần chỉ xơ dừa mụn dừa thô.  Mụn dừa sau đó được ngâm trong dung dịch hóa chất theo yêu cầu nghiên cứu của đề tài để chọn ra sản phẩm chế tạo tốt nhất để phục vụ mục đích nghiên cứu của đề tài.

Lý do phải xử lý mụn dừa là vì: Theo TAPPI 1988 trong mụn dừa có chứa Lignin: 60 – 70%, Tanin: 8 – 8,5% (thuộc loại Pyrocatechic – tanin không thủy phân).

Tanin (chất chát có nhiều trong trà, mụn dừa... tan trong môi trường nước) và Lignin (chất chát chỉ hòa tan trong môi trường kiềm). Chất chát Tanin và Lignin đóng vai trò là cái bịt mõn bịt mọi đường hút.

-

Mụn xơ dừa, nhất là loại mụn xơ dừa tươi có chứa hàm lượng lignin cao.

2.2.2.Dụng cụ và hóa chất:  Dụng cụ: - Máy lắc.

- Cân phân tích ( 4 số ).

- Máy đo quang UV – Vis. - Tủ sấy 105˚C. - Bình định mức: 50ml, 100ml, 500ml, 1000ml.

- Bình nón 250ml.

- Pipet các loại.

- Phễu lọc và giấy lọc.

- Một số dụng cụ phụ trợ khác.  Hóa chất: GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

36

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- H2SO4 1N. - NaOH 1N ( dùng để pha loãng điều chỉnh pH môi trường nước).

- HCl 1N (dùng để pha loãng điều chỉnh pH môi trường nước).

- Dung dịch chuẩn diphenylcarbazide 0,25% (chất chị thị màu).

- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 10000mg/l (dùng để pha loãng).

- Nước cất.

- Aceton bình 500ml.

- Dung dịch NH4Cl, NaCl, ZnCl2 (1%).

- Địa điểm là Phòng Thí Nghiệm Môi Trường, Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Tp.HCM. - Các hóa chất này có tại Phòng Thí Nghiệm Môi Trường, Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Tp.HCM.  Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm: - Axit H2SO4 1N: rót 28 ml H2SO4 đặc vào 500ml nước cất, thêm nước cất thành 1 lít.

- Dung dịch NaOH 1N: hòa tan 40g NaOH trong 1 lít nước cất đựng trong chai nhựa đậy nắp kỹ (có thể pha với thể tích bé hơn tùy theo nhu cầu cần dùng).

- Dung dịch chuẩn diphenylcarbazide 0,25%. Hòa tan 0,25g diphenylcarbazide trong 100ml dung dịch aceton.

- Cân chính xác 1g lần lượt chất rắn NH4Cl, NaCl, ZnCl2 hòa tan trong 20ml nước cất, cho vào bình định mức 100ml đậy nắp để tạo thành dung dịch hoạt hóa 1%.  Chú ý: Đựng trong chai tối và giữ lạnh dung dịch diphenylcarbazide 0,25%.

Trước khi dùng để ra ngoài tới nhiệt độ phòng. Thuốc thử có thể sử dụng trong nửa tháng, không sử dụng dung dịch khi đã chuyển sang màu nâu.

- Dung dịch chứa Cr6+ sử dụng trong quá trình nghiên cứu: hòa tan 2,8285g K2Cr2O7 đã sấy khô ở 105˚ C trong 20ml nước cất trong cốc thủy tinh sau đó cho vào bình định mức 100ml định mức tới vạch, đậy nắp, dán nhãn, dung dịch này có nồng độ Cr6+ là 10000mg/l.

- Dung dịch 1: hút lấy 10ml dung dịch gốc pha loãng bằng nước cất vào bình định mức 100ml để có dung dịch nồng độ Cr6+ là 1000mg/l đậy nắp, dán nhãn.

- Sau đó hút lấy 10ml dung dịch này cho vào bình định mức 200ml định mức tới vạch, dung dịch này có nồng độ Cr6+ là 50 mg/l, đậy nắp, dán nhãn, dung dịch này sẽ được dùng để tiến hành cho các thí nghiệm.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

37

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

2.3.Phƣơng pháp phân tích:  Nguyên tắc của phương pháp: Phân tích chỉ tiêu pH, Cr6+ có trong xơ dừa, trong mẫu nước thải ô nhiễm trước và sau thí nghiệm (bằng máy quang phổ hấp phụ nguyên tử).

-

Số liệu phân tích được xử lý bằng chương trình thống kê thông dụng của Excell.

- Cr6+ được xác định dựa vào phương pháp trắc quang dựa trên phản ứng tạo màu của nó với thuốc thử hữu cơ diphenylcarbazide. Trong môi trường axit, Cr6+ tác dụng với diphenylcarbazide tạo thành hợp chất màu tím đỏ có độ hấp phụ cực đại ở bước sóng 540 nm. Độ đậm nhạt của dung dịch tỉ lệ với hàm lượng Cr6+ có trong dung dịch, dựa vào mật độ quang để xác định nồng độ Cr6+ còn lại.  Xây dựng đường chuẩn: - Lấy 6 bình định mức có dung tích 50ml đánh số theo thứ tự từ 1 đến 6. Lấy lần lượt vào mỗi bình dung dịch Cr6+ có nồng độ 5mg/l như sau: 0; 1; 2; 3; 4; 5 ml. Sau đó, thêm vào mỗi bình 5ml dung dịch H2SO4 0,2N và 2 ml dung dịch diphenylcarbazide 0,25% thêm nước cất tới vạch định mức 50ml lắc đều, để ổn định từ 5 – 10 phút rồi đem đo mật độ quang của dãy dung dịch trên so với mẫu trắng. Kết quả được trình bày trong Bảng 2.1.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

38

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Bảng 2.1 Kết quả so màu Abs lập đƣờng chuẩn.

STT

V (ml)

[ Cr6+] (mg/l)

Abs

1

0

0

0

2

1

0,1

0,0777

3

2

0,2

0,1373

4

3

0,3

0,2218

5

4

0,4

0,2967

6

5

0,5

0,3728

Từ kết quả đo UV – Vis trên bảng 2.1 ta xây dựng được phương trình đường chuẩn của Cr6+ được biểu diễn trên biểu đồ 1 dưới đây bằng phần mềm Excell

Đường Chuẩn Cr6+ (540nm) 0.4 y = 0.7444x - 0.0017 R² = 0.9987

0.35 0.3

Abs

0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Cr 6+ (mg/l)

Hình 2.1 Phƣơng trình đƣờng chuẩn Cr6+.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

39

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

2.4.Sơ đồ quy trình nội dung nghiên cứu:  Để tóm tắt các quá trình thực hiện thí nghiệm, quy trình thí nghiệm được thể hiện ở sơ đồ sau, đây là sơ đồ em hoạch định được sau khi đã tham khảo một số các tài liệu: Cân mụn dừa, ngâm Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ thí nghiệm và mụn dừa khô.

Hoạt hóa mụn dừa đã chuẩn bị với H2SO4 (1N), ZnCl2 (1%), NaCl (1%), NH4Cl (1%) trong 5; 10; 15; 20; 25h.

Lọc lấy dung dịch , so màu UV – Vis ta được kết quả.

trong môi trường pH = 4; 7; 10, trong 5; 10; 15; 20; 25h.

Tiến hành hấp phụ đối với từng loại mụn dừa trên máy lắc 200 vòng/p trong 45p.

Tiến hành hấp phụ đối loại mụn dừa hấp phụ tốt nhất với nồng độ Cr6+ 50; 100 ;200; 300mg/l trên máy lắc 200 vòng/p trong 5; 15; 25; 35; 45p, nhiệt độ 30˚C; 35˚C; 40˚C.

Rửa sạch mụn dừa , sấy khô, cân lại mụn dừa sau sấy.

Lọc lấy dung dịch, so màu UV – Vis ta được kết quả.

Lọc lấy dung dịch , so màu UV – Vis ta được kết quả.

Tiến hành cho mụn dừa hấp phụ với chuẩn làm việc 50mg/l trong môi trường pH = 2; pH = 4.

Chọn kết quả tốt nhất

2.4.1.Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình tiền xử lý mụn dừa tƣơi - Cân chính xác 0,8g mụn dừa thô cho vào cốc thủy tinh. Sau đó ngâm mụn dừa thô trong các điều kiện như sau:  pH = 4; 7; 10: để điều chỉnh được dung dịch có pH như mong muốn ta sử dụng dung dịch HCl (1N) đề điều chỉnh pH < 7 và NaOH (1N) để điều chỉnh pH = 10. Ta cho 250ml nước cất vào cốc thủy tinh 500ml đã được rửa sạch và tráng qua nước cất sau đó nhỏ từng giọt HCl (1N) vào và dùng đũa đo pH khuấy đều tay cho tới khi máy hiện pH = 4 ổn định rồi dừng lại, tương tự làm như thế để

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

40

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

có được dung dịch pH = 10. Mụn dừa được ngâm trong 30ml dung dịch, mục đích là dể tách lignin và tanin và các thành phần tan có trong mụn dừa.  Thời gian: 5; 10; 15; 20; 25 giờ.

- Sau mỗi thời gian ngâm được xác định trước, lọc lấy mụn dừa, rửa sạch (cho về trung tính,ta có thể thử bằng giấy quỳ để xác định được mụn dừa đã sạch hay chưa) rồi đem sấy trong điều kiện 105˚C, 24h, cho vào bình hút ẩm 3h, rồi đem mụn dừa đi cân lấy kết quả, chọn mẫu có độ giảm khối lượng lớn nhất sử dụng thí nghiệm tiếp theo.

2.4.2.Thí nghiệm 2: Xác định khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa trƣớc khi hoạt hóa.

- Cân chính xác 1g mụn dừa mẫu có độ giảm khối lượng lớn nhất cho vào erlen chứa 50 ml dung dịch Cr6+ nồng độ 50mg/l đặt lên máy lắc tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ thường 30˚C trong 45 phút.

- Sau đó, lọc lấy dung dịch sau khi lắc rồi dùng pipet hút chính xác 1ml dung dịch sau khi lắc cho vào bình định mức 50ml, thêm 5ml dung dịch H2SO4 0,2N và 2ml dung dịch diphenylcarbazide 0,25%, định mức tới vạch, chờ 5-10 phút cho bền màu rồi đem đo với bước sóng 540nm thu được kết quả.

2.4.3.Thí nghiệm 3: khảo sát ảnh hƣởng của một số tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của mụn dừa.

- Mẫu mụn dừa sau tiền xử lý ở thí nghiệm 1 trong điều kiện tốt nhất được dùng làm nguyên liệu ban đầu cho quá trình hoạt hóa. Cân 2g nguyên liệu này cho vào cốc thuỷ tinh 50ml đã được rửa sạch và tráng qua nước cất, cho tiếp 30ml dung dịch chất hoạt hóa, khuấy đều và ngâm trong thời gian 5h, 10h, 15h, 20h, 25h. Sau đó, mụn dừa được lọc, rửa sạch, sấy khô. Các chất hoạt hóa lần lượt là ZnCl2, NaCl, NH4Cl, H2SO4 các chất có nồng độ là:  ZnCl2 1%: cân 1g ZnCl2 cho và bình định mức 100ml thêm nước tới vạch và đậy nắp lắc đều.  NaCl 1%: cân 1g NaCl cho và bình định mức 100ml thêm nước tới vạch và đậy nắp lắc đều.  NH4Cl 1%: cân 1g NH4Cl cho và bình định mức 100ml thêm nước tới vạch và đậy nắp lắc đều.  H2SO4 (1N): đã được pha ban đầu.

- Sau khi hoạt hóa xong, mụn dừa được rửa bằng nước sạch đến khi ta lấy mẫu nước rửa mụn dừa cho vài giọt AgNO3 vào nếu không có kết tủa trắng thì mẫu đã sạch chất hoạt hóa có gốc Cl-, còn đối với H2SO4 ta thử nước rửa lọc bằng giấy quỳ tím, lọc, vắt khô và sấy ở nhiệt độ 105˚C trong 24h, làm tơi, cho vào hộp đậy kín bảo quản.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

41

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Mụn dừa chưa hoạt hóa và mụn dừa đã hoạt hóa được cân chính xác 1g cho vào erlen chứa 50 ml dung dịch Cr6+ nồng độ 50mg/l đặt lên máy lắc tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ thường 30˚C trong 45 phút.

- Sau đó, lọc dung dịch còn lại, rồi hút chính xác 1ml dung dịch sau khi lắc cho vào bình định mức 50ml, thêm 5ml dung dịch H2SO4 0,2N và 2ml dung dịch diphenylcarbazide 0,25%, định mức tới vạch, chờ 5 – 10 phút cho bền màu rồi đem đo với bước sóng 540nm thu được kết quả. Chọn mẫu có khả năng hấp phụ Cr6+ tốt nhất cho thí nghiệm tiếp theo.

2.4.4 Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện hấp phụ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.  Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của mụn dừa.

- Pha 2 dung dịch chuẩn nồng độ Cr6+ 50mg/l có độ pH = 2 và 4. Sau đó, chọn mụn dừa thu được kết quả xử lý tốt nhất ở thí nghiệm trên cho hấp phụ.

- Để pha được dung dịch chuẩn làm việc này, ta pha trước dung dịch pH = 2 và pH = 4, sử dụng HCl (1N) nhỏ từ từ vào cốc chứa 250ml nước cất, dùng bút thử pH khuấy đều tay đến khi dung dịch ổn định pH = 2 thì dừng lại, tương tự với dung dịch pH = 4.

-

Ta có công thức pha loãng: C1.V1= C2.V2 áp dụng cho trường hợp này 250ml x 50mg/l = 10000mg/l x V2 => V2 = 1,25ml

- Dùng pipet hút chính xác 1,25ml dung dịch Cr6+ đã pha sẵn cho vào bình định mức 250ml rồi chiết dung dịch pH pha được vào bình tới vạch, đậy nắp và lắc đều.

- Cân chính xác 1g mụn dừa đã hoạt hóa vào erlen chứa 50 ml dung dịch Cr6+ nồng độ 50mg/l đặt lên máy lắc tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ thường 30˚C trong 45 phút.

- Sau đó, lọc lấy dung dịch sau lọc, rồi hút chính xác 1ml dung dịch sau cho vào bình định mức 50ml, thêm 5ml dung dịch H2SO4 0,2N và 2ml dung dịch diphenylcarbazide 0,25%, định mức tới vạch, chờ 5-10 phút cho bền màu rồi đem đo với bước sóng 540nm thu được kết quả. Chọn mẫu có khả năng hấp phụ Cr6+ tốt nhất cho thí nghiệm tiếp theo.  Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

- Cho một lượng V(ml) tương ứng dung dịch K2Cr2O7 10000mg/l vào 250 ml dung dịch pH tối ưu để được các dung dịch Cr6+ có nồng độ khác nhau.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

42

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Bảng 2.2 Thể tích Cr6+ chuẩn cần hút để pha chuẩn làm việc.

V(ml) [Cr6+] 10000mg/l

C0

1,25

50 (mg/l)

2,5

100 (mg/l)

5

200 (mg/l)

7,5

300 (mg/l)

 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

- Pha 4 dung dịch chuẩn nồng độ Cr6+ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, 300mg/l trong môi trường pH tối ƣu. Dung dịch đầu có các nồng độ khác nhau được chuẩn bị như trên được dùng để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+. Nhiệt độ khảo sát là 30˚C, 35˚, 45˚C. - Tiến hành thí nghiệm cân chính xác 1g mụn dừa vào erlen chứa 50 ml dung dịch Cr6+ nồng độ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, 300mg/l đặt lên máy lắc tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ thường 30˚C và 35˚C, 45˚C trong 45 phút.

- Sau đó, lọc lấy dung dịch sau khi lắc rồi hút chính xác 1ml dung dịch sau khi lắc cho vào bình định mức 50ml, thêm 5ml dung dịch H2SO4 0,2N và 2ml dung dịch diphenylcarbazide 0,25%, định mức tới vạch, chờ 5 – 10 phút cho bền màu rồi đem đo với bước sóng 540nm thu được kết quả.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

43

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ và BÀN LUẬN 3.1.Kết quả khảo sát các chất tan trong mụn dừa thô:  Mụn dừa khô có được sau khi bóc tách các chỉ xơ dừa được cân phân tích mỗi mẫu khoảng 0,8g cho vào lọ sau đó được ngâm trong các dung dịch pH = 4; 7; 10 trong 5; 10; 15; 20; 25h sau đó được rửa sạch và sấy ở 105˚C 24h, được hút ẩm trong 3h và đem cân phân tích lại. Kết quả cân được thể hiện ở bảng 3.1 dưới đây.

Bảng 3.1 Khối lƣợng của mụn dừa trƣớc và sau quá trình tiền xử lý.

Thời gian thí nghiệm (h) pH

5h

10h

15h

20h

25h

m1 (khối lƣợng mụn dừa thô (g)) 4

0,8015

0,8020

0,8022

0,8008

0,8002

7

0,8009

0,8002

0,8005

0,8011

0,8019

10

0,8019

0,8006

0,8008

0,8005

0,0819

m (khối lƣợng đã sấy và hút ẩm cốc (g)) 4

128,2505

123,2212

126,5377

133,2365

131,5281

7

130,3255

128,9192

129,8809

122,7929

151,3135

10

126,3355

129,5143

126,1670

127,8974

125,4070

m2 (khối lƣợng cốc và mụn dừa sau khi sấy (g)) 4

128,8317

123,8000

127,1045

133,7915

132,0837

7

130,9072

129,4775

130,4295

123,3275

151,8490

10

126,8749

130,0090

126,6448

128,3600

125,8859

Ta có: ∆m = (m1 + m) – m2 Trong đó: + m là khối lượng đã sấy và hút ẩm cốc (g). + m1 là khối lượng mụn dừa thô (g).

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

44

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

+ m2 là khối lượng cốc và mụn dừa sau khi sấy (g). + ∆m là khối lượng chất tan trong mụn dừa thô được loại bỏ sau khi ngâm.

Ta có: x =

.100%

Trong đó: + m1 là khối lượng mụn dừa thô (g). + ∆m là khối lượng chất tan trong mụn dừa thô được loại bỏ sau khi ngâm.

Bảng 3.2 Kết quả tính lƣợng các chất tan và phần trăm các chất tan của mụn dừa ∆m(g) x(%)

pH

∆m(g)

5h

x(%)

10h

∆m(g)

x(%)

15h

∆m(g)

20h

4

0,2203 27,5% 0,2232 27,9% 0,2315 28,9% 0,2458

7

0,2192 27,4% 0,2419

30%

x(%)

∆m(g)

x(%)

25h

0,2463

30,7

0,2519 31,48% 0,2665 33,3% 0,2666

33,3

10 0,2625 32,8% 0,3059 38,2% 0,3230 40,3% 0,3379

30,7

42,2

0,3380

42,2

 Từ kết quả tính toán đƣợc phía trên, số liệu đƣợc xử lý bằng Excell, ta biểu số liệu trên hình 3.1 để dễ dàng thấy đƣợc sự thay đổi mà đƣa ra nhận xét chính xác.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

45

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa 0.36 0.34

khối lượng (g)

0.32

0.3 pH = 4

0.28

pH=7 0.26

pH=10

0.24 0.22

0.2 5

10

15

20

25

thời gian (h)

Hình 3.1 Ảnh hƣởng của môi trƣờng pH đến khả năng hòa tan các thành phần tạp chất trong mụn dừa theo thời gian.

- Nhìn vào biểu đồ chúng ta thấy được ∆m (lượng chất bị hòa tan ,loại bỏ) trong mụn dừa trong điều kiện pH = 10 là lớn nhất, giá trị ∆m tăng đều theo thời gian từ 5h đến 20h. Giá trị được chọn để tiến hành thí nghiệm tiếp theo là ở thời gian 20h vì sau 25h ∆m có tăng nhưng không đáng kể lắm. Có thể giải thích được vì thành phần tanin thì tan trong nước, lignin tan trong môi trường kiềm nên ở điều kiện pH = 10 hòa tan các thành phần trong mụn dừa tốt nhất là hoàn toàn chính xác (theo TAPPI 1988).

Trong môi trường pH = 7 (trung tính) ta thấy được kết quả tính toán ∆m có tăng đều theo thời gian nhưng tăng không nhiều (chỉ từ 0,19 – 0,27g) so với môi trường pH = 10, có thể giải thích được hiện tượng này là vì ở môi tường nước chỉ có tanin được hòa tan còn lignin thì không bị hòa tan cho nên ∆m không thay đổi nhiều. Ở môi trường pH = 4 ∆m thấp nhất trong 3 môi trường nhưng vẫn tăng đều theo thời gian từ (0,22 – 0,242g), kết quả đó được giải thích vì trong môi trường acid hoặc pH càng cao thì tanin dễ bị phân hủy nhiều, còn trong nước nhiệt độ khỏang 28 – 30 ˚C và pH không cao thì tanin ít bị phân hủy hơn. Ở thí nghiệm tiếp theo chúng ta sẽ chọn mụn dừa ngâm trong pH = 10 sau 20h để tiến hành thí nghiệm.

3.2.Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa: - Để đánh giá được vai trò của chất hoạt hóa đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa, trước hết mụn dừa chưa được hoạt hóa cần xác định khả năng hấp phụ Cr6+, mụn GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

46

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

dừa từ điều kiện tiền xử lý tối ưu (pH = 10, 20h) được làm nguyên liệu để hấp phụ và làm nguyên liệu cho quá trình hoạt hóa.

3.2.1.Khảo sát khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa trƣớc khi hoạt hóa: - Mụn dừa sau quá trình xử lý ở điều kiện tối ưu được cho vào 50ml dung dịch Cr6+ 50mg/l với khối lượng 1g lắc 200 vòng/phút trong 45 phút. Dung dịch sau khi hấp phụ được pha loãng 50 lần mang đi đo độ hấp phụ màu, kết quả đo được là 0,4188, đối chiếu với đường chuẩn ta được dung dịch sau hấp phụ có nồng độ 0,56mg/l, nhân với hệ số pha loãng 50 ta được nồng độ là 28mg/l, vậy hiệu suất xử lý là 44%.

- Có thể thấy được hiệu suất xử lý chưa cao, ta cũng có thể suy đoán rằng do vẫn còn một số thành phần chưa bị hòa tan, chiếm lấp chỗ các lỗ trống trong mụn dừa khiến khả năng hấp phụ kim loại bị suy giảm. Để phần nào làm tăng khả năng hấp phụ của mụn dừa, chúng ta sẽ thực hiện động tác hoạt hóa mụn dừa nhằm khẳng định khả năng hấp phụ tuyệt đối của mụn dừa so với ban đầu, ta thực hiện theo phần 3.2.2.

3.2.2Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của mụn dừa: - Mụn dừa từ điều kiện tiền xử lý tối ưu (pH = 10; 20h) được rửa sạch cho về trung tính. Sau đó sấy khô rồi ngâm hoạt hóa với H2SO4 (1N), ZnCl2 (1%), NH4Cl (1%), NaCl (1%) trong lần lượt 5, 10, 15, 20, 25h sau đó rửa lại với nước, sấy khô và cho hấp phụ với Cr6+ nồng độ 50mg/l, nồng độ chất hấp phụ là 1g/50ml được lắc với tốc độ 200 vòng/phút trong 45 phút. Dung dịch sau khi hấp phụ được đo độ hấp phụ màu từ đó xác định nồng độ Cr6+ trong dung dịch dựa vào đường chuẩn. Hiệu quả xử lý Cr6+ được tính theo công thức: H= -

. 100%

Điều kiện: chuẩn làm việc = 50 mg/l; k = 50; t = 30˚C.

- Kết quả thực nghiệm đo độ hấp phụ Cr6+ của mụn dừa được hoạt hóa thể hiện trong bảng với: + k: độ pha loãng. + Abs: độ hấp phụ màu.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

47

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân hoạt hóa ZnCl2, H2SO4, NaCl, NH4Cl đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

Thời gian hoạt hóa (h)

H2SO4

ZnCl2

NaCl

NH4Cl

5h

-0,0023

0,3582

0,2980

0,2715

Abs

0,00

0,48

0,40

0,37

C (mg/l)

0,00

24

20

18,5

C.k (mg/l)

100%

52%

60%

63%

Hiệu xuất xử lý

0,0021

0,3842

0,0898

0,3245

Abs

0,01

0,52

0,12

0,44

C (mg/l)

0,5

26

6

22

C.k (mg/l)

99%

48%

88%

56%

Hiệu xuất xử lý

0,0037

0,2726

0,3768

0,2392

Abs

0,01

0,37

0,51

0,32

C (mg/l)

5

18,5

25,5

16

C.k (mg/l)

90%

63%

49%

68%

Hiệu xuất xử lý

0,0192

0,3096

0,2096

0,3015

Abs

10h

15h

20h

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

25h

0,03

0,42

0,28

0,41

C (mg/l)

1,5

21

14

20,5

C.k (mg/l)

97%

58%

72%

59%

Hiệu xuất xử lý

0,0049

0,2268

0,3814

0,3181

Abs

0,01

0,31

0,51

0,43

C (mg/l)

0,5

15,5

25,5

21,5

C.k (mg/l)

99%

69%

49%

57%

Hiệu xuất xử lý

Sự biến đổi hiệu quả xử lý Cr6+ theo thời gian của mụn dừa được hoạt hóa với các tác nhân khác nhau biểu diễn trên hình 3.2 sau khi đã được xử lý bằng Excell.

hiệu suất xử ly (%)

Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ sau khi hoạt hóa 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40

H2SO4

ZnCl2 NaCl NH4Cl

5

10

15

20

25

thời gian hoạt hóa (h)

Hình 3.2 Hiệu suất xử lý Cr6+ sau khi hoạt hóa.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

49

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

- Nhìn vào biểu đồ ta thấy được hiệu suất xử lý Cr6+ của mụn dừa sau khi được hoạt hóa bằng H2SO4 là tốt nhất, hiệu suất dao động khá ổn định (từ 90 – 100%). Chất hoạt hóa được chọn để tiến hành cho các thí nghiệm tiếp theo là H2SO4 và thời gian hoạt hóa thuận lợi nhất, nhanh nhất là sau 5h. Có thể giải thích là vì lignin có trong mụn dừa sẽ bị lắng đọng trong môi trường H2SO4 (1N) nên từ đó sẽ làm tăng khả năng hấp phụ của mụn dừa đối với Cr6+. Nồng độ chất hoạt hóa được chọn đối với H2SO4 là 1N vì nồng độ này đủ mạnh để lắng đọng được lignin vốn khó tan trong mụn dừa. Đối với các chất còn lại là 1% là vì các muối thường là chất rất khó xử lý sau khi sử dụng nồng độ 1% tức 1g/l hay 1000mg/l là có thể chấp nhận được. Đối với chất hấp phụ là ZnCl2 ta thấy hiệu suất hấp phụ không ổn định, từ 52% giảm còn 48% sau đó tăng lên 63% giảm còn 58% và cuối cùng là 70% theo từng thời điểm. Tương tự đối NaCl và NH4Cl hiệu quả hấp phụ không ổn định lúc đầu là 65% sau giảm còn 55% rồi lại tăng lên gần 70% rồi lại giảm xuống còn trong khoảng 60 – 55%. NaCl ban đầu hiệu quả chỉ gần 60% nhưng ở mẫu 10h hiệu quả đạt gần 90% rồi lại giảm còn 50% - 70% 50% ở các khoảng thời gian tiếp sau đó, cho ta thấy được sự mất ổn định và chất hoạt hóa tốt nhất được chọn là H2SO4 nồng độ 1N. 3.3.Khảo sát ảnh hƣởng của điều kiện hấp phụ: 3.3.1.Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa: - Môi trường pH của nước cũng đóng vai trò qua trọng trong quá trình hấp phụ của mụn dừa. Chúng ta chọn 2 khoảng pH = 4 và pH = 2 để làm thì nghiệm để lựa chọn ra pH tốt nhất. Sở dĩ ta chọn 2 giá trị pH này là vì trong môi trường axit mạnh, các phần tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ được tích điện dương bởi vậy, lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện. Hơn nữa khi pH giảm, nồng độ H+ trong dung dịch lớn sẽ cạnh tranh với cation kim loại trong quá trình hấp phụ, kết quả là làm giảm sự hấp phụ cation kim loại. Tương tự, khi pH tăng nồng độ H+ giảm trong khi nồng độ cation kim loại dường như không đổi nên sự hấp phụ cation kim loại thuận lợi hơn. Tuy nhiên ở pH thấp các tâm hấp phụ trên bề mặt hấp phụ bị proton hóa sẽ mang điện tích dương đồng thới Cr6+ sẽ tồn tại dưới dạng phức ion HCrO4-. Do vậy quá trình hấp phụ xảy ra do ái lực tĩnh điện xảy ra giữa chất hấp phụ điện tích dương và anion HcrO4-. Ngược lại, việc giảm hiệu suất hấp phụ khi tăng pH là do sự cạnh tranh của Cr6+ và OH- vì khi đó OH- trong nước càng nhiều. Vì vậy chỉ khảo sát 2 giá trị pH < 7. Kết quả cho ta được ở bảng 3.4.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

50

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Bảng 3.4 Kết quả hấp phụ trong môi trƣờng pH = 2; pH = 4. pH = 2

pH = 4

Abs = 0,0067

Abs = 0,33

C = 0,01

C = 0,45

C.k = 5,5

C.k = 22,5

H = 99%

H = 55%

+ K = 50 (hệ số pha loãng) - Thí nghiệm cho ta thấy được tại môi trường pH = 2, hiệu quả hấp phụ của mụn dừa được phát huy tốt nhất giúp loại bỏ 99% lượng Cr6+ ở nồng độ 50 mg/l. Ta tiếp tục chọn môi trường pH = 2 để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. Kết quả tiếp theo được thể hiện ở phần 3.3.2.

3.3.2Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa: - Từ kết quả khảo sát của ảnh hưởng của môi trường pH trên cho thấy pH của môi trường thích hợp cho quá trình xử lý Cr6+ là pH = 2. Do đó, ảnh hưởng của các thí nghiệm khảo sát nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ được tiến hành ở pH = 2 này.

Cho 1g mụn dừa được hoạt hóa trong H2SO4 (1N) vào 50ml dung dịch Cr6+ có nồng độ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, 300mg/l, lắc 200 vòng/phút ở nhiệt độ 30˚C, thời gian 45 phút.

-

Điều kiện: pH = 2; k = 50; k = 60 (với K là các hệ số pha loãng) Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa.

Thời gian hấp phụ

50 mg/l

100 mg/l

200 mg/l

300mg/l

5 phút

-0,0088

-0,0028

0,0906

0,6353

Abs

0,01

0,00

0,13

0,85

C (mg/l)

0,5

0

6,5

51

C.k (mg/l)

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

51

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

15 phút

25 phút

35 phút

45 phút

99%

100%

97%

83%

Hiệu xuất xử lý

-0,0053

-0,0022

0,0318

0,4432

Abs

0,00

0,00

0,05

0,6

C (mg/l)

0

0

2,5

36

C.k (mg/l)

100%

100%

99%

88%

Hiệu xuất xử lý

0,0027

0,0051

0,0114

0,231

Abs

0,01

0,01

0,02

0,31

C (mg/l)

0,5

0,5

1

18,6

C.k (mg/l)

99%

99,5%

99,5%

93,8%

Hiệu xuất xử lý

0,0036

0,0074

0,0062

0,1576

Abs

0,01

0,01

0,01

0,22

C (mg/l)

0,5

0,5

0,5

11

C.k (mg/l)

99%

99,5%

99,75%

96,3%

Hiệu xuất xử lý

0,0014

0,0017

0,0032

0,1212

Abs

0,01

0,01

0,01

0,17

C (mg/l)

0,5

0,5

0,5

8,5

C.k (mg/l)

99%

99,5%

99,75%

97,2%

Hiệu xuất xử lý

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

52

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

 Để thấy rõ hiệu suất xử lý Cr6+ theo nồng độ đầu của Cr6+ trong dung dịch, kết quả từ bảng 3.4 sau khi đƣợc xử lý bằng Excell sẽ đƣợc thể hiện trên hình 3.3.

Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH=2 ; 30˚C 100

Hiệu suất xử lý (%)

95

50mg/l

90

100mg/l 200mg/l 300mg/l

85

80 5

15

25

35

45

Thời gian hấp phụ (phút)

Hình 3.3: Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH=2; t = 30˚C - Kết quả thí nghiệm cho ta thấy, tại môi trường pH = 2 và 30˚C, chuẩn làm việc ở nồng độ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, thì khả năng hấp phụ của mụn dừa đối với Cr6+ là trên 90% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút với nồng độ chất hấp phụ không thay đổi (1g/50ml). Với chuẩn làm việc 300mg/l thì khả năng hấp phụ của mụn dừa cũng rất tốt dao động từ 80 – 97% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút.

- Từ kết quả trên ta có thể kết luận tại điều kiện nhiệt độ 30˚C, pH = 2 thì mụn dừa có thể loại bỏ dường như là hoàn toàn Cr6+ ở nồng độ từ 50 – 200mg/l trong khoảng thời gian 5 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút. Đối với nồng độ 300mg/l thì sau thời gian 45 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút thì Cr6+ cũng bị hấp phụ gần như hoàn toàn. Biểu đồ cho ta thấy được đối với nồng độ 50mg/l hiệu suất hấp phụ rất cao chỉ sau 5 phút tác dụng, lượng Cr6+ đã được xử lý gần 100%. Đối với nồng độ 100mg/l và 200mg/l hiệu quả gần 100% cũng gần như 50mg/l dường như nồng độ này quá bé so với khả năng GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

53

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

hấp phụ của mụn dừa. Đối với nồng độ 300 mg/l, hiệu quả đạt 83% ngay từ phút thứ 5 và tăng dần theo thời gian tới phút thứ 45 thì hiệu quả đạt trên 95%. Đây là kết quả ở nhiệt độ phòng, tuy nhiên để khảo sát khi có tác động của nhiệt độ, hiệu suất hấp phụ có bị thay đổi hay không kết quả được thể hiện ở mục 3.3.3.

3.3.3.Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa: - Sau khi thấy được khả năng hấp phụ của mụn dừa tại nhiệt độ bình thường, ta tiến hành thí nghiệm trong môi trường pH = 2 với máy lắc có gia nhiệt 35˚C tốc độ 200 vòng/phút và từng khoảng thời gian, nồng độ chuẩn làm việc như thí nghiệm trên. Kết quả được thể hiện tại bảng 3.6.

-

Điều kiện: t˚ = 35˚C; pH = 2; k = 50.

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa điều kiện : t˚ = 35˚C ; pH = 2.

Thời gian hấp phụ

50 mg/l

100 mg/l

200 mg/l

300mg/l

5 phút

0,01

0,02

0,11

0,87

C (mg/l)

0,0014

0,0077

0,0769

06456

Abs

0,5

1

5,5

43,5

C.k (mg/l)

99%

99%

97,25%

85,5%

Hiệu xuất xử lý

0,01

0,01

0,03

0,41

C (mg/l)

0,0022

0,0021

0,0156

0,3059

Abs

0,5

0,5

1,5

20,5

C.k (mg/l)

99%

99,5%

99,25

93,17%

Hiệu xuất xử lý

0,00

0,00

0,01

0,18

C (mg/l)

-0,004

-0,0011

0,004

0,1348

Abs

0

0

0,5

9

C.k (mg/l)

15 phút

25 phút

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

54

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

35 phút

45 phút

100%

100%

99,75%

97%

Hiệu xuất xử lý

0,01

0,00

0,00

0,01

C (mg/l)

-0,0144

-0,0042

-0,0043

0,0066

Abs

0,5

0

0

0,5

C.k (mg/l)

99%

100%

100%

99,83%

Hiệu xuất xử lý

0,01

0,00

0,01

0,02

C (mg/l)

0,0007

-0,001

0,002

0,0134

Abs

0,5

0

0,5

1

C.k (mg/l)

99%

100%

99,75%

99,67%

Hiệu xuất xử lý

 Từ kết quả tính toán đƣợc phía trên, ta xử lý bằng Excell, số liệu trên hình 3.4 để dễ dàng thấy đƣợc sự thay đổi mà đƣa ra nhận xét chính xác.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

55

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH=2 ; 35˚C

Hiệu suất xử lý (%)

100

95 50mg/l

90

100mg/l 200mg/l

85

300mg/l

80 5

15

25

35

45

Thời gian hấp phụ (phút)

Hình 3.4 Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH = 2; 35˚C. - Kết quả thí nghiệm cho ta thấy , tại môi trường pH = 2 và 35˚C, chuẩn làm việc ở nồng độ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, thì khả năng hấp phụ của mụn dừa đối với Cr6+ là trên 95% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút với nồng độ chất hấp phụ không thay đổi (1g/50ml). Với chuẩn làm việc 300mg/l thì khả năng hấp phụ của mụn dừa cũng rất tốt dao động từ 85 – 97% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút. Từ kết quả trên ta có thể kết luận tại điều kiện nhiệt độ 35˚C, pH = 2 thì mụn dừa có thể loại bỏ dường như là hoàn toàn Cr6+ ở nồng độ từ 50 – 200mg/l trong khoảng thời gian 5 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút. Đối với nồng độ 300mg/l thì sau thời gian 45 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút thì Cr6+ cũng bị hấp phụ gần như hoàn toàn. Kết quả trên cho ta thấy được ở nhiệt độ 35˚C hiệu quả hấp phụ có sự tăng lên so với ở 30˚C, ta có thể giải thích được vì khi nhiệt độ tăng lên, các phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn và quá trình hoạt động xảy ra mạnh mẽ hơn, đồng thời nhiệt độ tăng làm cho mụn dừa trương nở ra làm tăng khả năng hấp phụ lên. Để tiếp tục nghiên cứu tác dụng của nhiệt độ, ta nâng nhiệt độ thí nghiệm lên 40˚C ở thí nghiệm tiếp theo và kết quả được thể hiện ở bảng 3.7.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

56

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa điều kiện: t˚ = 40˚C; pH = 2; k = 50.

Thời gian hấp phụ

50 mg/l

100 mg/l

200 mg/l

300mg/l

5 phút

0,01

0,00

0,1

0,59

C (mg/l)

0,0017

0,0008

0,0678

0,4398

Abs

0,5

0

5

29,5

C.k (mg/l)

99%

100%

97,5%

90,16%

Hiệu xuất xử lý

0,00

0,02

0,03

0,16

C (mg/l)

-0,0053

0,0131

0,0174

0,1200

Abs

0

1

1,5

8

C.k (mg/l)

100%

99%

99,25%

97,3%

Hiệu xuất xử lý

0,02

0,02

0,02

0,07

C (mg/l)

0,0122

0,0100

0,0102

0,0452

Abs

1

1

1

3,5

C.k (mg/l)

98%

99%

99,5%

98,83%

Hiệu xuất xử lý

0,00

0,00

0,00

0,01

C (mg/l)

-0,0022

-0,0030

-0,0006

0,00

Abs

0

0

0

0,5

C.k (mg/l)

100%

100%

100%

99,83%

Hiệu xuất xử lý

0,01

0,01

-0,00

0,0063

C (mg/l)

15 phút

25 phút

35 phút

45 phút

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

57

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

0,0005

0,0021

-0,0049

-0,0001

Abs

0,5

0,5

0

0,315

C.k (mg/l)

99%

99,5%

100%

99,9%

Hiệu xuất xử lý

 Từ kết quả tính toán đƣợc phía trên, ta xử lý bằng Excell số liệu trên hình 3.5 để dễ dàng thấy đƣợc sự thay đổi mà đƣa ra nhận xét chính xác.

Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH=2 ; 40˚C 100 99

Hiệu suất xử lý (%)

98 97 96

50mg/l

95

100mg/l

94

200mg/l

93

300mg/l

92 91 90 5

15

25

35

45

Thời gian hấp phụ (phút)

Hình 3.5: Biểu đồ hiệu suất xử lý Cr6+ theo từng nồng độ và trong điều kiện pH = 2; 40˚C. - Kết quả thí nghiệm cho ta thấy , tại môi trường pH = 2 và 40˚C, chuẩn làm việc ở nồng độ 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, thì khả năng hấp phụ của mụn dừa đối với Cr6+ là trên 97% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút với nồng độ chất hấp phụ không thay đổi (1g/50ml). Với chuẩn làm việc 300mg/l thì khả năng hấp phụ của mụn dừa cũng rất tốt dao động từ 90 – 99,9% trong khoảng thời gian từ 5 – 45 phút.

- Từ kết quả trên ta có thể kết luận tại điều kiện nhiệt độ 40˚C, pH = 2 thì mụn dừa có thể loại bỏ dường như là hoàn toàn Cr6+ ở nồng độ từ 50 – 200mg/l trong khoảng thời gian 5 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút. Đối với nồng độ 300mg/l thì sau thời gian 45 phút lắc tốc độ 200 vòng/phút thì Cr6+ cũng bị hấp phụ gần như hoàn toàn. Kết quả GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

58

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

trên cho ta thấy được hiệu quả hấp phụ ở môi trường nhiệt độ 40˚C tốt hơn so với ở môi trường 30C và 35˚C. Điều đó được thể hiện ở chuẩn làm việc 300mg/l. Ở 30˚C hiệu quả hấp phụ từ phút thứ 5 tới phút thứ 45 là (83% - 97%), ở nhiệt độ 35˚C hiệu quả hấp phụ từ phút thứ 5 tới phút thứ 45 là (85% - 99%), ở nhiệt độ 40˚C hiệu quả hấp phụ từ phút thứ 5 tới phút thứ 45 là (90% - 99%). Kết quả cho ta thấy khi nhiệt độ tăng lên các phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn, và độ trương nở của mụn dừa cũng lớn hơn làm cho khả năng hấp phụ Cr6+ cũng tốt hơn, kết quả cho thấy ở nhiệt độ 40˚C hiệu quả xử lý Cr6+ của mụn dừa là tốt nhất.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

59

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 1.Kết luận:  Qua quá trình thực hiện đề tài khóa luận: “Nghiên cứu khả năng xử lý Cr6+ trong nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ mụn dừa tươi’’ đã thu được một số kết quả như sau: + Đã chế tạo được vật liệu hấp phụ từ mụn dừa tươi. + Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với ion Cr6+. Kết quả cho thấy rằng mụn dừa có khả năng hấp phụ Cr6+ rất tốt. + Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hòa tan các thành phần trong mụn dừa và khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hòa tan các thành có trong mụn dừa cho thấy ở pH = 10 và sau khi ngâm 20h cho được kết quả hòa tan và loại bỏ tốt nhất. + Khảo sát khả năng hấp phụ của mụn dừa sau khi ngâm trong chất hoạt hóa thì ta thấy được chất hoạt hóa tốt nhất là H2SO4 nồng độ 1N ngâm trong 5h là tốt nhất. + Khả năng hoạt hóa của các muối Cl- không tốt bằng H2SO4. + Khảo sát khả năng hấp phụ của mụn dừa trước hoạt hóa thì ta thấy được mụn dừa sau hoạt hóa cho kết quả hấp phụ tốt hơn. + Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa thì cho ta thấy là tại môi trường pH = 2 cho ta kết quả hấp phụ tốt hơn pH = 4. + Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cr6+ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr6+ của mụn dừa và theo từng điều kiện nhiệt độ thì ta nhận thấy rằng hiệu suất xử lý của mụn dừa khá ổn định từ 80 – 100% trong 5 phút ban đầu đối với nồng độ Cr6+ từ 50 – 200mg/l. Đối với Nồng độ ban đầu là 300 mg/l. Ở nhiệt độ thường 30˚C thì sau 5 phút đạt hiệu suất trên 80% và sau đó đạt hiệu suất gần 99%, ở nhiệt độ 35˚C thì sau 5 phút đạt hiệu suất 85% và sau đó đạt hiệu suất gần 99%, ở nhiệt độ 40˚C thì sau 5 phút đạt hiệu suất 90% và sau đó đạt hiệu suất gần 99%.

2.Kiến nghị: - Do còn nhiều hạn chế về thời gian, điều kiện công nghệ cũng như khả năng nắm bắt của sinh viên trong đề tài còn nhiều thiếu sót. Vậy nên em xin đưa ra một vài đề suất cho các nghiên cứu tiếp theo: + Tiếp tục nghiên cứu khả năng giải hấp để tái sử dụng vật liệu. + Nghiên cứu khả năng xử lý kim loại khác bằng mụn dừa. + Ứng dụng mụn dừa để xử lý nước thải kim loại nặng trong thực tế.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

60

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi, Nguyễn Bích Diệp Và Ccs (2007), Phân Tích Dạng Cr6+ Trong Đất Và Trầm Tích Bằng Phương Pháp Hấp Phụ Nguyên Tử, Tạp Chí Phân Tích Hóa, Lý Và Sinh Học 12(1), Tr59- 62.

2.Lê Huy Bá, Độc Học Môi Trường, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tphcm, 2000.

3.Lê Văn Cát, Hấp Phụ Và Trao Đổi Ion Trong Kỹ Thuật Xử Lý Nước Thải, Nxb Thống Kê Hà Nội, 2002.

4.Nguyễn Tinh Dung, Hóa Học Phân Tích Phần 3: Các Phương Pháp Định Lượng Hóa Học, Nxb Giáo Dục Hà Nội, 2002.

5.Nguyễn Đăng Đức, Hóa Học Phân Tích, Đại Học Thái Nguyên, 2008.

6.Phạm Luận, Phương Pháp Phân Tích Phổ Nguyên Tử, Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2006.

7.Hoàng Nhâm, Hóa Vô Cơ Tập 3, Nhà Xuất Bản Hà Nội, 2001.

8.Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước Thải, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2002.

9.Hồ Viết Quý, Các Phương Pháp Phân Tích Công Cụ Trong Hóa Học Hiện Đại, 2007.

10.Trịnh Tịnh Thanh, Độc Học Môi Trường và Sức Khỏe Con Người, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2001.

11.Nguyễn Đức Vận, Hóa Vô Cơ Tập 2, Các Loại Kim Loại Điển Hình, Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2014.

12.Tiêu Chuẩn Việt Nam 2011.

13.Vu Duc Loi, Le Lan Anh, Trinh Anh Duc, Trinh Xuan Gian, Pham Gia Mon, Tran Van Huy, Nguyen Quoc Thong, A.Boudou, M.Sakamoto, (2005). Contamination By Cadium And Mercury Of The Water, Sedimetn And Biological Component Of Hydrosystem Around Ha Noi. Proceeding Of Nimd Forum (2006) Minamata, Kumatomo Prefecture, Japan, pp 29 – 35.

14.Vu Duc Loi, Le Lan Anh, Trinh Anh Duc, Trinh Xuan Gian, Pham Gia Mon, Tran Van Huy, Sakatomo And Hyrokasu Akagi, (2008). Speciation Of Mercury In Human Hair Blood And Urine. Proceeding Of International Conference On Occasion Of 30th Anniversary Of The Institute Of Chemistry.

15.J.Kota, Z.Stasicka. Chromium Occurrence In The Environment And Methods Of Its Speciation, Environmental Pollution, Volume 107, Issue 3, Pages 263 – 283.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

61

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng mụn dừa

16.Mykola (1999), Reddad (2002).

17.S.R.Shukla, Roshan S. Pai, Amait D. Shendarkar.

18.TAPPI 1988 (Technical Association Of The Pulp And Paper Industry).

19.V.Gomez, M.P.Callao, (2006), Chromium Determination And Speciation Since 2000, Trac Trend In Analytical Chemistry Volume 25, Issue 10, Pages 1006 - 1015.

GVDH: Ths. Trần Duy Hải SVTH: Phan Việt Dũng

62