Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý Cr6+ trong nước bằng vật liệu hấp phụ từ lá thông”. thảo luận, thực hành, số liệu cần tính toán và hình vẽ). Tìm hệ số tối ưu cho quá trình hấp phụ crom của vật liệu hấp phụ. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất xử lý Cr6+.
Ảnh hưởng của liều hấp phụ đến hiệu suất xử lý Cr6+ đối với vật liệu có kích thước 2 mm. Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của tải lượng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Cr6+. Trong số đó, phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi và cho kết quả có tính khả thi cao.
Hướng tới tìm kiếm những vật liệu có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền, dễ tìm và có thể tái tạo để hấp phụ, loại bỏ kim loại nặng trong nước là vấn đề tôi đã lựa chọn. Một trong những vật liệu dùng để hấp phụ kim loại được nhiều nhà khoa học quan tâm đó là vật liệu có nguồn gốc sinh học. Lá thông là nguyên liệu có nguồn gốc sinh học, rẻ tiền, dễ tìm và thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng nó trong sản xuất vật liệu hấp phụ ứng dụng trong xử lý nước thải còn ít được quan tâm.
TỔNG QUAN
Tổng quan về ô nhiễm nước
- Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước
- Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng
- Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe con người
- Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường
- Ảnh hưởng của một số kim loại nặng đến môi sức khỏe con người
Đại cương về Crom
- Sự phân bố Crom trong môi trường
- Độc tính của Crom
Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước
- Phương pháp kết tủa hóa học
- Phương pháp trao đổi ion
- Phương pháp điện hóa
- Phương pháp oxy hóa khử
- Phương pháp sinh học
Xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp hấp phụ
- Hiện tượng hấp phụ
- Động học hấp phụ
- Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
- Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
- Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp
- Quá trình hấp phụ động trên cột
Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học
- Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp
- Vật liệu hấp phụ từ lá thông
Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm chất hấp phụ. So với các loại than hoạt tính (viên) khác trên thị trường, khả năng hấp phụ của nó lớn hơn 31 lần. Nó có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng như: Cu(II), Zn(II) và các hợp chất hữu cơ.
Ngoài khả năng tách kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ dầu tốt. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Carolina (Mỹ) đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý lõi ngô bằng dung dịch NaOH và H3PO4 để tạo ra vật liệu hấp phụ kim loại nặng. Là hai sản phẩm phụ phổ biến của ĐBSCL, chúng có khả năng tách một số ion kim loại nặng trong nước như Ni(II), Cd(II), đặc biệt khi hoạt hóa bằng dung dịch axit xitric bão hòa. có khả năng hấp phụ/trao đổi ion cao tương tự như nhựa trao đổi ion thông thường (Cationite.) hoặc Zeolite.
Khả năng hấp phụ/trao đổi ion của trấu hoạt tính thấp hơn so với xơ dừa hoạt tính. Xử lý nước thải bằng hấp phụ bằng vật liệu có nguồn gốc sinh học (sinh khối) đã được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Phương pháp này thực chất là một kỹ thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh khối làm lớp đệm.
Tương tác tĩnh điện có thể được quan sát bằng sự hấp phụ của các cation và anion kim loại trên bề mặt chất hấp phụ. Chế độ hấp phụ nội tại: Hấp phụ nội tại là một quá trình tương tác bề mặt. Ngoài ra, một số loại thực vật còn chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khác như hemiaellulose, pectin, lignin, chlorophenyl, carotene, anthocyanin và tannin cũng có khả năng hấp phụ các ion kim loại.
Để nghiên cứu khả năng hấp phụ của sinh khối đối với Cr6+, vật liệu hấp phụ được sử dụng trong nghiên cứu này là lá thông. Các polyme này có thể hấp phụ nhiều loại chất tan, đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai. Các hợp chất polyphenol như tannin và lignin trong gỗ được cho là hoạt chất có khả năng hấp phụ kim loại nặng.
MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục đích nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr6+ bằng vật liệu lá thông. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ (lặp lại thí nghiệm cho khảo sát này đối với từng cấp độ hạt). Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng và kích thước vật liệu đến hiệu suất hấp phụ Cr6+.
Lượng chất hấp phụ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của quá trình hấp phụ. Ảnh hưởng của liều lượng hấp phụ đến hiệu suất xử lý Cr6+ đối với vật liệu có kích thước 0,5 mm. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất xử lý Cr6+ đối với vật liệu có kích thước 1 mm.
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu là pH. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu dưới ảnh hưởng của yếu tố pH được thể hiện ở bảng 3.4. Từ kết quả trên ta có đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của khả năng hấp phụ Cr6+.
Khảo sát sự phụ thuộc của điện tích hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Cr6+. Sự phụ thuộc của điện tích hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Cr6+ trong dung dịch. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi nồng độ ban đầu của dung dịch Cr6+ tăng thì điện tích hấp phụ của vật liệu cũng tăng dần.
Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ion Cr6+. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu theo pH, kết quả cho thấy pH tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Cr6+ là pH = 4. Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian để vật liệu đạt trạng thái cân bằng hấp phụ là 60 phút.
Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
- Dụng cụ và hóa chất
- Phương pháp xác định Cr 6+
- Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ lá thông
- Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr 6+ bằng vật liệu chế tạo từ lá
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của liều lượng và kích thước vật liệu đến
- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cr 6+
- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hiệu suất hấp phụ sắt
- Khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Cr 6+
- Khả năng hấp phụ Cr 6+ của vật liệu trong điều kiện động
Ngoài ra, kích thước của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ nên nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến từng loại kích thước chất hấp phụ. Hiệu suất hấp phụ của vật liệu hấp phụ Cr6+ tăng lên là kết quả của việc tăng số lượng vị trí hấp phụ. Tuy nhiên, ở một giá trị nhất định, hiệu suất hấp phụ là tối đa, do đó việc tăng khối lượng chất hấp phụ không còn ý nghĩa nữa.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ của vật liệu được thực hiện trên khoảng. Sau 45 phút, nồng độ dung dịch Cr6+ là 50 mg/l (lấy 50 ml), với khối lượng vật liệu hấp phụ là 1 g (cỡ 0,5 mm), pH được điều chỉnh thay đổi từ 2 đến 7. Hơn nữa, khi pH giảm, nồng độ lớn H+ trong dung dịch sẽ cạnh tranh với các cation kim loại trong quá trình hấp phụ, dẫn đến khả năng hấp phụ cation giảm. Vì vậy, quá trình hấp phụ xảy ra do ái lực tĩnh điện xảy ra giữa chất hấp phụ tích điện dương và anion HCrO4 tích điện âm.
Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng theo thời gian hấp phụ và tăng nhanh từ 15 đến 60 phút. Ở thời điểm 120 phút và 150 phút, hiệu suất hấp phụ giảm do quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch nên quá trình giải hấp có thể xảy ra khi vật liệu hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Nghiên cứu sự phụ thuộc của tải lượng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của vật liệu diễn ra trong điều kiện pH = 4, khối lượng vật liệu hấp phụ 1g, thể tích dung dịch Cr6+ 50ml, thời gian hấp phụ 60 phút, dung dịch nồng độ Cr6+.
Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự phụ thuộc của tải lượng hấp phụ của chất hấp phụ vào hàm lượng ion kim loại Cr6+ được trình bày ở bảng 3.6. Kết quả mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được trình bày trên đồ thị hình 3.7. Từ đồ thị có thể xác định được giá trị điện tích hấp phụ cực đại qmax của vật liệu hấp phụ Cr6+.
Từ kết quả trên ta vẽ được đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của điện tích hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf của Cr6+. Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào C theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu hấp phụ mô tả trên hình 3.7. Kết quả khảo sát cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ mô tả tốt số liệu thực nghiệm, được thể hiện bằng chỉ số hồi quy R2.
Tải lượng hấp phụ cực đại qmax tính theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu hấp phụ đối với Cr6+ là 21,739 mg/g. Kết quả thử nghiệm quá trình loại bỏ ion Cr6+ trong nước thải sử dụng vật liệu hấp phụ lá thông bằng phương pháp hấp phụ cột động được trình bày trong bảng 3.7.
