Thạc Sĩ Biến tính bùn đỏ làm chất hấp phụ xử lý nước

MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc khai thác và sản xuất nhôm đang phát triển rất mạnh, kèm theo đó là một lượng lớn bùn đỏ bị thải ra môi trường. Cứ khoảng một tấn nhôm được sản xuất thì có từ một đến hai tấn bùn đỏ thải ra. Xét theo thành phần hoá học thì trong chất rắn của bùn đỏ không có chất gây hại đặc biệt đến môi trường. Tuy nhiên, một lượng lớn bùn đỏ thải ra môi trường thì cũng ảnh hưởng xấu đến môi trường. Việc nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ trong xử lý môi trường là một điều cần thiết để giải quyết vấn đề bã thải, mà không ai phủ nhận được. Nhưng phải tận dụng nguồn bã thải này sao cho có lợi và hiệu quả nhất là vấn đề cần được nghiên cứu kỹ. Dựa trên những kết quả thu được của các tác giả trước, một số những bất thuận lợi khi sử dụng bùn đỏ như sau:
Không thể dùng phương pháp xử lý nhiệt để biến tính bùn đỏ được vì một phần là do tốn kém về năng lượng, phần khác là hiệu quả của bùn đỏ sau xử lý không cao. Nguyên nhân là do khi ta xử lý nhiệt có thể làm mất đi những nhóm chức OH- có trên bề mặt của bùn đỏ. Chính những nhóm chức này là tâm hấp phụ các anion. Tuy bùn đỏ được xử lý bằng acid có hiệu quả hơn bùn đỏ thô, nhưng nó cũng không có lợi lắm về mặt hóa học. Do bản thân bùn đỏ có pH rất cao (từ 10 – 13), còn dư nhiều xút sau quá trình điều chế nhôm. Nên khi dùng acid để xử lý thì ta sẽ phải tốn rất nhiều acid để trung hòa lượng xút dư này trước khi hoạt hóa được bề mặt bùn đỏ. Do đó trong đề tài này, chúng tôi muốn tận dụng luôn lượng aluminate dư trong bùn đỏ để biến tính nó trở thành vật liệu hấp phụ thuốc nhuộm xử lý nước. Nguyên tắc của việc biến tính này là dùng dung dịch MgCl2 để kết tủa lượng aluminate dư trong bùn đỏ để tạo thành hydrotalcite, một vật liệu có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm cao. Đây là một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới trên bùn đỏ, giúp tận dụng được nguồn bã thải này một cách hiệu quả nhất. Nếu thành công thì nó sẽ mở ra nhiều vấn đề khác tốt hơn.

MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC BẢNG . vii
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1. TỔNG QUAN. 2
1.1 Chất thải bùn đỏ. . 2
1.1.1 Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh bùn đỏ 2
1.1.2 Thành phần của bùn đỏ. . 3
1.1.3 Hóa học bề mặt của bùn đỏ 6
1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ. . 8
1.1.5 Ứng dụng của bùn đỏ. 9
1.1.6 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình. . 10
1.2 Bùn đỏ trung hòa nước biển. 11
1.2.1 Giới thiệu. 11
1.2.2 Cơ chế phản ứng. . 11
1.2.3 Sự hình thành hydrotalcite. 12
1.2.4 Sự hấp phụ anion trên bề mặt của bùn đỏ trung hòa. 13
1.3 Hydrotalcite. . 14
1.3.1 Giới thiệu Hydrotalcite 14
1.3.2 Đặc điểm của hydrotalcite. 15
1.3.3 Tính trao đổi ion của hydrotalcite. . 16
1.3.4 Các phương pháp điều chế hydrotalcite 16
1.3.5 Ứng dụng. 17
1.4 Thuốc nhuộm hoạt tính và công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm. 18
1.4.1 Thuốc nhuộm hoạt tính (Reactive dyes). . 18
1.4.2 Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm bằng hydrotalcite. . 20
ii
Chương 2. THỰC NGHIỆM. . 22
2.1 Mục tiêu đề tài. . 22
2.2 Nội dung nghiên cứu. . 22
2.3 Phương pháp nghiên cứu. . 23
2.3.1 Các phương pháp phân tích vật liệu. . 23
2.3.2 Các phương pháp phân tích hóa lý. . 24
2.4 Thiết bị, hóa chất sử dụng khi nghiên cứu. 25
2.4.1 Thiết bị. 25
2.4.2 Hóa chất. 26
2.5 Chuẩn bị bùn đỏ. . 26
2.5.1 Chuẩn bị. 26
2.5.2 Xác định thành phần một số nguyên tố trong các phần của bùn đỏ. . 26
2.6 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế hydrotalcite từ dung
dịch aluminate và magnesium chloride. . 27
2.6.1 Quy trình điều chế hydrotalcite từ dung dịch aluminate và magnesium
chloride. 27
2.6.2 Kỹ thuật microwave (sóng viba). . 28
2.6.3 Tối ưu hóa thực nghiệm . 28
2.6.4 Xác định hàm lượng Mg và Al trong sản phẩm. . 30
2.7 Tối ưu hóa quá trình điều chế hydrotalcite từ dịch lỏng và dung dịch
magnesium chloride. . 32
2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol Mg/Al đến sự hình thành hydrotalcite. 32
2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian già hóa đến sự hình thành hydrotalcite.
33
2.7.3 Xác định dung lượng hấp phụ của mẫu hydrotalcite tạo thành. 33
2.8 Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO-13 của hydrotalcite điều chế
được từ dịch lỏng. . 36
iii
2.8.1 Xác định điểm đẳng điện (PZC) của hydrotalcite điều chế được từ dịch
lỏng (TG10’). 36
2.8.2 Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO-13 của hydrotalcite điều chế được từ
dịch lỏng. 37
2.9 Biến tính bùn đỏ và nghiên cứu khả năng hấp phụ của chúng. 38
2.9.1 Biến tính bùn đỏ từ bùn khô, dịch lỏng và dung dịch magnesium chloride
38
2.9.2 Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO-13 của bùn đỏ biến tính. . 38
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 39
3.1 Thành phần một số nguyên tố trong các phần của bùn đỏ. 39
3.2 Kết quả tối ưu hóa theo ma trận yếu tố của quá trình điều chế hydrotalcite từ
dung dịch aluminate. 39
3.2.1 Xác nhận pha hydrotalcite trong sản phẩm tạo thành. . 39
3.2.2 Tính toán các hệ số hồi quy. 41
3.2.3 Tính phương sai tái hiện 2
th s từ dãy thí nghiệm ở tâm. 41
3.2.4 Loại bỏ những hệ số hồi quy không đáng kể theo tiêu chuẩn Student 42
3.2.5 Đánh giá sự phù hợp của chương trình hồi quy với thực nghiệm . 42
3.3 Kết quả tối ưu hóa quá trình điều chế hydrotalcite từ dịch lỏng. . 44
3.3.1 Xác nhận pha hydrotalcite trong sản phẩm tạo thành. . 44
3.3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Mg/Al. 45
3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian già hóa. 46
3.4 Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RO-13 của hydrotalcite điều chế từ dịch lỏng.
47
3.4.1 Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ. 47
3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 48
3.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ RO-13 ban đầu. 52
3.4.4 Xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. 53
iv
3.5 Kết quả biến tính bùn đỏ và khả năng hấp phụ của chúng. 54
3.5.1 Kết quả biến tính bùn khô, dịch lỏng và dung dịch magnesium chloride. 54
3.5.2 Khả năng hấp phụ của bùn đỏ biến tính. . 58
Chương 4. KẾT LUẬN . 59
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 61
PHỤ LỤC 64