Thạc Sĩ Chế tạo vật liệu từ Silicat và photphat, nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong

iii
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời Cam Đoan I
Lời Cảm Ơn II
Mục Lục . III
Danh Mục Các Từ Viết Tắt IV
Danh Mục Bảng Biểu V
Danh Mục Các Hình VI
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN . 3
1.1. Tác dụng sinh hóa của mangan và niken 3
1.1.1. Tác dụng sinh hóa của mangan . 3
1.1.2. Tác dụng sinh hóa của niken . 3
1.2. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 3
1.3. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồ n nước bị ô nhiễ m kim loại nặng . 5
1.3.1. Phương pháp trao đổi ion 5
1.3.2. Phương pháp kết tủa . 5
1.3.3. Phương pháp hấp phụ . 5
1.4. Giới thiê ̣u về phương pháp hấp phụ . 5
1.4.1. Sự hấp phụ . 5
1.4.2. Hấp phụ trong môi trường nước 7
1.4.3. Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng, hiê ̣u suất hấp phụ và hiệu suất giải
hấp phụ 8
1.4.4. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ . 9
1.4.5. Quá trình hấp phụ động trên cột 11
1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử . 13
1.5.1. Nguyên tắc . 13
1.5.2. Phương pháp đường chuẩn . 14
1.6. Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu hấp phụ 15
1.6.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 15

iv
1.6.2. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 15
1.6.3. Phương pháp phổ hồ ng ngoại (IR) 16
1.6.4. Phương pháp nhiễ u xạ tia X (XRD) 17
1.7. Một số công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại trên các loại vật
liệu chế tạo từ hóa chất . 17
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 20
2.1. Thiết bị và hóa chất . 20
2.1.1. Thiết bị . 20
2.1.2. Hóa chất . 20
2.2. Chế ta ̣o vâ ̣t liê ̣u hấp phụ (VLHP) từ silicat và photphat . 21
2.3. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lí của vật liệu hấp phụ . 22
2.3.1. Ảnh SEM của vật liệu hấp phụ . 22
2.3.2. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu hấp phụ 22
2.3.3. Phổ hồ ng ngoại của vật liệu hấp phụ . 23
2.3.4. Giản đồ nhiễ u xạ tia X của vật liệu hấp phụ 23
2.4. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ . 25
2.5. Xây dựng và đánh giá đường chuẩn xác đi ̣nh nồng độ Mn(II), Ni(II) theo
phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 26
2.5.1. Khảo sát khoảng nồ ng độ tuyến tính của Mn(II) . 26
2.5.2. Khảo sát khoảng nồ ng độ tuyến tính của Ni(II) . 27
2.5.3. Dựng đường chuẩn . 28
2.5.4. Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo 35
2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ Mn(II), Ni(II) của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 36
2.6.1. Ảnh hưởng của thời gian 37
2.6.2. Ảnh hưởng của pH . 38
2.6.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu . 41
2.6.4. Ảnh hưởng của nồng độ đầu . 42
2.6.5. Ảnh hưởng của ion Ca(II), Zn(II), Al(III) và hỗn hợp các ion Ca(II), Zn(II),
Al(III) 45

v
2.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II), Ni(II) của VLHP theo phương pháp
hấp phụ động 48
2.8. Xử lí mẫu nước thải . 51
KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 55
Tiếng Viê ̣t 55
Tiếng Anh 56



iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc
1 BET Brunaur – Emmetle – Teller
2 IR Intrared Spectroscopy
3 SEM Scanning Electron Microscopy
4 UV – Vis Ultraviolet Visble
5 XRD X-ray Diffration
6 ppm Part per million



v
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Nồ ng độ giới hạn của một số ion kim loại trong nước thải công nghiệp . 4
Bảng 2.1. Điểm đẳng điê ̣n của VLHP 25
Bảng 2.2. Kết quả khảo sát khoảng nồ ng độ tuyến tính củ a Mn(II) 26
Bảng 2.3. Kết quả khảo sát khoảng nồ ng độ tuyến tính của Ni(II) . 27
Bảng 2.4. Các thông số đường chuẩn của Mn(II) . 30
Bảng 2.5. Các thông số đường chuẩn của Ni(II) 31
Bảng 2.6. Các giá trị b’ của đường chuẩn Mn(II) . 32
Bảng 2.7. Giá trị phương sai của Mn(II) 33
Bảng 2.8. Các giá trị b’ của đường chuẩn Ni(II) 34
Bảng 2.9. Giá phương sai của Ni(II) 34
Bảng 2.10. Giá trị S bi , LOD, LOQ của Mn(II) và Ni(II) 36
Bảng 2.11. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mn(II) và Ni(II) 37
Bảng 2.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn(II) và Ni(II) 39
Bảng 2.13. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Mn(II) và
Ni(II) 41
Bảng 2.14. Ảnh hưởng của nồ ng độ đầu đến khả năng hấp phụ Mn(II) và Ni(II) của
vật liệu 43
Bảng 2.15.Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của vật liệu hấp phụ 44
Bảng 2.16. Ảnh hưởng của các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả năng hấp phụ
Mn(II) và Ni(II) của vâ ̣t liê ̣u . 46
Bảng 2.17. Ảnh hưởng của hỗn hợp các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả năng hấp
phụ Mn(II), Ni(II) của vật liệu 47
Bảng 2.18. Nồ ng độ ion Mn(II) sau mỗ i phân đoạn thể tích . 49
Bảng 2.19.Nồ ng độ ion Ni(II) sau mỗ i phân đoạn thể tích . 50




vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir . 11
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb . 11
Hình 1.3. Mô hình cột hấp phụ 12
Hình 1.4. Dạng đường cong thoát phân bố nồ ng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ
theo thời gian 12
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ từ silicat và photphat 21
Hình 2.2. Ảnh SEM của vật liệu hấp phụ . 22
Hình 2.3. Phổ hồ ng ngoại củavật liệu hấp phụ . 23
Hình 2.4. Giản đồ nhiễ u xạ tia X của vật liệu . 24
Hình 2.5. Điểm đẳng điê ̣n của VLHP 25
Hình 2.6. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn(II) . 27
Hình 2.7. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Ni(II) 28
Hình 2.8. Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 30
Hình 2.9. Đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 31
Hình 2.10. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với Mn(II) . 38
Hình 2.11. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với Ni(II) 38
Hình 2.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn(II) . 39
Hình 2.13. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) 40
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào khối lượng đối với Mn(II) . 42
Hình 2.15. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào khối lượng đối với Ni(II) . 42
Hình 2.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của VLHP đối với Mn(II) . 44
Hình 2.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của VLHP đối với Ni(II) 44
Hình 2.18. Ảnh hưởng của các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả năng hấp phụ
Mn(II) của vật liệu 46
Hình 2.19. Ảnh hưởng của các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả năng hấp phụ
Ni(II) của vật liệu 46
Hình 2.20. Ảnh hưởng của hỗn hợp các ion Ca(II), Zn(II), Al(III) đến khả năng hấp
phụ Mn(II), Ni(II) của vật liệu 47
Hình 2.21. Khả năng hấp phụ động đối với dung dịch Mn(II) 51
Hình 2.22. Khả năng hấp phụ động đối với dung dịch Ni(II) . 51
Hình 2.23. Sự hấp phụ động ion Mn(II) trong mẫu nước thải . 52
Hình 2.24. Sự hấp phụ động ion Ni(II) trong mẫu nước thải 52


1

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng
khích lệ, cơ cấu kinh tế chuyển đổi theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tuy
nhiên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội đã làm nảy sinh nhiều vấn đề
về môi trường.Môi trường ở một số thành phố lớn, khu công nghiệp tập trung và
các khu dân cư đang bị suy thoái, ô nhiễ m.Tài nguyên thiên nhiên, đa dạng sinh học
đang bị cạn kiệt, sự cố môi trường có chiều hướng gia tăng, trong đó phải kể đến
thực trạng ô nhiễ m môi trườ ng nước.
Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu được cho
mọi hoạt động sống trên trái đất. Việt Nam tuy là xứ sở nhiệt đới nhưng nguồ n nước
sạch đang ngày càng cạt kiệt vì nhiều lý do khác nhau, trong đó có vấn đề nhiễ m
bẩn nguồn nước bởi nước thải của con người và các nhà máy. Điều đó đòi hỏi các
nhà khoa học phải nghiên cứu và đề xuất các biện pháp xử lý nước thải có hiệu quả
để đảm bảo sự phát triển bền vững của môi trường. Thực tế đã có nhiều công trình
nghiên cứu các phương pháp để xử lý các chất độc hại có trong các nguồ n nước như
phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp keo tụ . Trong các
phương pháp đó, phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu việt bởi tính kinh tế, tính
hiệu quả, thao tác đơn giản và dễ thự c hiện.
Ngoài các vật liệu hấp phụ có nguồ n gốc tự nhiên, một số vật liệu hấp phụ được chế
tạo từ hóa chất tinh khiết cũng được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu nhằ m mục
đích hấp phụ các ion kim loại trong môi trường nước như nghiên cứu chế tạo các
vật liệu oxit nano, vật liệu canxi photphat Cũng theo hướng nghiên cứu đó, chúng
tôi đã chọn đề tài: “Chế tạo vật liệu từ silicat và photphat, nghiên cứu khả năng
hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của vật liệu và định
hướng ứng dụng”.
Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ silicat và photphat (vật liệu hấp phụ).
- Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của vật liệu chế tạo được bằ ng các
phương pháp SEM, BET, IR

2
- Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ Mn(II), Ni(II) của vật liệu theo phương pháp hấp phụ tĩnh.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II), Ni(II) của vật liệu theo phương pháp
hấp phụ động.
- Thăm dò khả năng xử lý Mn(II), Ni(II) trong mẫu nước thải của vật liệu.