Luận Văn Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng Iodine và ứng dụng xử lý Hg (II) trong môi trường nước

Khóa luận tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng Iodine và ứng dụng xử lý Hg (II) trong môi trường nước

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN . 2
1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân (Hg) 2
1.1.1. Các tính chất hóa lý chủ yếu của Hg 2
1.1.2. Độc tính và nguồn phát thải của Hg 3
1.1.3. Tình hình ô nhiễm Hg trong môi trường nước . 5
1.2. Các phương pháp xử lý Hg 6
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 7
1.3.1. Khái niệm 7
1.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 7
1.3.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ . 8
1.3.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ . 9
1.4. Vật liệu hấp phụ xử lý Hg trong nước . 12
1.4.1. Ứng dụng than hoạt tính trong hấp phụ xử lý thủy ngân trong nước12
1.4.2. Một số vật liệu khác 15
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 17
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 17
2.2. Nguyên vật liệu và hóa chất sử dụng 17
2.2.1. Nguyên vật liệu . 17
2.2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng . 17
2.3. Phương pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm 18
2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng Hg 18
2.3.2. Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu 19
2.4. Quy trình biến tính than hoạt tính bằng dung dịch KI . 19
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Hg(II) trong dung
dịch của vật liệu 20
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch KI . 20
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH . 20
2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian . 20
2.6. Khảo sát, đánh giá tải trọng hấp phụ Hg(II) của vật liệu . 20
2.7. Khảo sát khả năng giải hấp Hg(II) của vật liệu . 21
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Hg(II) trong dung
dịch của vật liệu 22
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch KI 22
3.1.2. Ảnh hưởng của pH 23
3.2.Nghiên cứu đánh giá tải trọng hấp phụ Hg(II) của vật liệu 25
3.3.Nghiên cứu, đánh giá khả năng giải hấp của vật liệu . 26
3.4. Đánh giá đặc trưng của vật liệu . 26
3.4.1. Đánh giá đặc trưng của vật liệu thông qua dữ liệu SEM . 26
3.4.2. Đánh giá đặc trưng của vật liệu thông qua dữ liệu EDS . 27
KẾT LUẬN 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 31


MỞ ĐẦU
Ô nhiễm thủy ngân trong môi trường đang là mối quan tâm lớn trong
nhiều năm qua. Nguồn gây ô nhiễm thủy ngân trong môi trường nước chủ
yếu từ các ngành sản xuất xút - clo, thuốc trừ sâu, pin và từ ngành công
nghiệp khai thác, điều chế vàng. Các hợp chất thủy ngân vô cơ có thể
chuyển hóa sang hợp chất thủy ngân hữu cơ rất độc hại và mức độ tích tụ
sinh học cao do vậy việc kiểm soát sự phát tán thủy ngân vào môi trường là
rất cấp thiết.
Có rất nhiều nghiên cứu khoa học liên quan đến xử lý ion thủy ngân
trong môi trường nước. Ngoài các phương pháp lý hóa, sinh học và hóa học
như: sử dụng chủng vi khuẩn, phương pháp oxy hóa, phương pháp khử ,
trong đó phương pháp được sử dụng phổ biến trong xử lý thủy ngân hiện
nay là phương pháp hấp phụ. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vì ứng
dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên, thân thiện với môi trường, hiệu quả xử lý
cao và có khả năng tái sử dụng lại vật liệu. Vật liệu hấp phụ thủy ngân được
ứng dụng rộng rãi hiện nay là than hoạt tính, với cấu trúc xốp và bề mặt
riêng lớn.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu biến
tính than hoạt tính bằng Iodine và ứng dụng xử lý Hg (II) trong môi trường
nước”. Kết quả của đồ án sẽ góp phần đưa than hoạt tính trở thành vật liệu
hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý thủy ngân.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân (Hg)
Thủy ngân là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Hg
và số nguyên tử 80. Là một kim loại lưỡng tính nặng có ánh bạc, thủy ngân là
một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở nhiệt độ thường. Thủy ngân
được sử dụng trong các nhiệt kế, áp kế và các thiết bị khoa học khác. Thủy ngân
thu được chủ yếu bằng phương pháp khử khoáng chất chu sa. [1]
1.1.1. Các tính chất hóa lý chủ yếu của Hg
a. Tính chất vật lý
- Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt.
- Có màu trắng bạc, long lánh.
- Đông đặc ở - 40
o
C, nhiệt độ nóng chảy thấp – 38,86
o
C, nhiệt độ sôi cao
357
o
C, tỷ trọng 13,55 g/cm
3
.
- Thủy ngân rất dễ bay hơi do nhiệt độ bay hơi của nó rất thấp.
- Ở 20
o
C nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 20 mg/m
3
và nó có thể bay hơi
cả trong môi trường lạnh.
- Để trong không khí, bề mặt thủy ngân bị xạm đi do thủy ngân bị oxi hóa
tạo thành oxit thủy ngân Hg
2
O rất độc, ở dạng bột mịn, rất dễ xâm nhập vào cơ
thể, nếu đun nóng tạo thành HgO.
- Thủy ngân có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại như Al, Ag, Au;
khó tạo hỗn hống với Pt; không tạo hỗn hống với Mn, Fe, Co, Ni.
b. Tính chất hóa học
- Thủy ngân có hệ số nở nhiệt là hằng số khi ở trạng thái lỏng, hoạt động
hóa học kém kẽm và cadmium.
- Trạng thái oxi hóa phổ biến là +1 và +2, rất ít hợp chất trong đó thủy ngân
có hóa trị +3 tồn tại.
- Thủy ngân không phản ứng với oxi ở nhiệt độ phòng, phản ứng mạnh ở
300
o
C tạo ra HgO và ở 400
o
C oxit đó lại phân hủy cho ra thủy ngân nguyên tố.
- Thủy ngân dễ phản ứng với lưu huỳnh và iot ở nhiệt độ phòng. Vì vậy,
người ta thường dung lưu huỳnh ở dạng bột mịn để thu gom các hạt thủy ngân bị
rơi *** khi các dụng cụ chứa thủy ngân bị vỡ (bột lưu huỳnh mịn bao phủ xung
quanh hạt thủy ngân lỏng ngăn cản nó bay hơi, đồng thời phản ứng tạo thành
hợp chất bền HgS không gây độc với người).
- Thủy ngân phản ứng với các axit có tính oxy hóa mạnh như HNO
3, H
2SO
4
đặc.
3 3 2 2 2
3 3 2 2
4 2 2 1
3 8 3 2 4 2
đ
l
Hg HNO Hg NO NO H O
Hg HNO Hg NO NO H O
Nếu trong phản ứng các phản ứng này mà người ta sử dụng dư thủy ngân thì
sản phẩm của phản ứng có chứa thủy ngân (I) (ở dạng Hg
2
2+
).
3 2 3 2 2 6 8 3 2 4 3
l Hg HNO Hg NO NO H O
1.1.2. Độc tính và nguồn phát thải của Hg
1.1.2.1. Độc tính của Hg [2]
Thủy ngân tồn tại dưới hai họ:
- Họ thủy ngân vô cơ gồm ba dạng khác nhau:
+ Thủy ngân nguyên tử, dưới dạng lỏng (kí hiệu HgO). Đó là dạng
quen thuộc nhất, được sử dụng trong các nhiệt kế.
+ Thủy ngân dưới dạng khí (kí hiệu HgO), là thủy ngân dưới tác dụng
của nhiệt chuyển thành hơi
+ Thủy ngân vô cơ, dưới dạng ion
- Họ thủy ngân hữu cơ, khi kết hợp với một phân tử chứa cacbon là nền
tảng của cá thể sống. Các dạng này có thể chuyển hóa qua lại vì thủy ngân có
khả năng tự chuyển hóa, nhất là môi trường axit và có thể có mặt phân tử có khả
năng kết hợp (clo, lưu huỳnh)
+ Từ thủy ngân kim loại thành ion thủy ngân – sự oxi hóa. Thủy ngân
được hít vào dưới dạng hơi, dưới tác động của catalaze có trong hồng cầu thủy
ngân kim loại được chuyển thành ion Hg
2+
lưu thông trong máu.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%A7y_ng%C3%A2n
2. http://diendanmoitruong.com/threads/doc-tinh-cua-thuy-ngan.5283/
3. http://www.vinachem.com.vn/Desktop.aspx/Xuat-ban-pham/121/1617/
4. “The performance of iodine on the removal of elemental mercury from
the simulated coal-fired flue gas”
5. Status review of mercury control options for coal-fired power plants
6. http://www.thiennhien.net/2008/11/10/nguy-co-o-nhiem-thuy-ngan-tucac-nganh-san-xuat/
7. http://diendanmoitruong.com/threads/o-nhiem-kim-loai-nang-trong-nuoc
p1.240/.
8. “Removal of mercury (II) from aqueous activated carbon obtained from
furfural”
9. Immobilization of Hg(II) in water with polysulfide -rubber (PSR)
polymer-coated activated carbon
10. K.Ranganathan (2003), “Adsorption of Hg(II) ions from aqueous
chloride solutions using powdered activated carbons”, Carbon, 41, pp. 1087–
1092.
11. “Use of an activated carbon from antibiotic waste for the removal
of Hg(II) from aqueous solution”. Received 27 March 2006; received in revised
form 27 October 2006; accepted 8 February 2007.
12. M.M. Dubinin (1982), “Microporous structures of carbonaceous
adsorbents”, Carbon, 20 (3), pp. 195-200.
13. Z. Li, X.Sun, J. Luo and J. Y. Hwang (2002), “Unburned Carbon
from Fly Ash for Mercury Adsorption: II. Adsorption Isotherms and
Mechanisms”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering,
1, pp.79-96.
14. “Removal of gas – phase elemental mercurybyiodine – and chlorine
– impregnated activated carbon”. Department of Chemical Engineering, Yonsei
University, Seoul 120 – 749, South Korea. Received 8 December 2003, accepted
20 May 2004.
15. “The performance of iodine on the removal of elemental mercury
from the simulated coal-fired flue gas”. School of Environmental Science and
Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China .
16. K.P. Lisha, Shihabudheen M. Maliyekkal, T. Pradeep (2010),
“Manganese dioxide nanowhiskers: A potential adsorbent for the removal of
Hg(II) from water”, Chemical Engineering Journal, 160, pp. 432–439.
17. R.K. Sinha, P.L. Walker Jr (1972), “Removal of Mercury by
Sulfurized Carbons”, Carbon, 10 (6), pp. 754-756.
18. Changmei Sun, Rongjun Qu, Chunnuan Ji, Qun Wang, Chunhua
Wang, Yanzhi Sun, Guoxiang Cheng (2006), “A chelating resin containing S, N
and O atoms: Synthesis and adsorption properties for Hg(II)”, European
Polymer Journal, 42, pp. 188–194.
19. Masaki Ozaki, Md. Azhar Uddin, Eiji Sasaoka, Shengji Wub
(2008) “Temperature programmed decomposition desorption of the mercury
species over spent iron-based sorbents for mercury removal from coal derived
fuel gas”, Fuel, 87, pp. 3610–3615.
20. Hongqun Yang, Zhenghe Xu, Maohong Fan, Alan E. Bland,
Roddie R. Judkins (2007), “Adsorbents for capturing mercury in coal-fired
boiler flue gas”, Journal of Hazardous Materials, 146, pp. 1–11.