Luận Văn Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . 4
LỜI MỞ ĐẦU . 5
Chương 1 - TỔNG QUAN . 6
1.1. Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt . 6
1.1.1 Than hoạt tính 6
1.1.2 Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính 9
1.1.3 Cấu trúc hóa học của bề mặt 12
1.2 Nhóm Cacbon-oxy trên bề mặt than hoạt tính . 13
1.2.1 Nghiên cứu nhiệt giải hấp . 16
1.2.2 Trung hòa kiềm . 18
1.3 Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ . 19
1.3.1 Tính axit bề mặt của cacbon. 20
1.3.2 Tính kị nước . 20
1.3.3 Sự hấp phụ hơi phân cực 21
1.3.4 Sự hấp phụ từ các dung dịch . 23
1.3.5 Sự hấp phụ ưu tiên. . 24
1.4. Tâm hoạt động trên bề mặt than . 25
1.5 Biến tính bề mặt than hoạt tính 29
1.5.1 Biến tính tính than hoạt tính bằng N2 30
1.5.2 Biến tính bề mặt than bằng halogen 31
1.5.3 Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa. 31
1.5.4 Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm . 33
2
Chương 2 - THỰC NGHIỆM 35
2.1 Đối tượng nghiên cứu 35
2.2 Mục tiêu nghiên cứu 35
2.3 Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu. . 35
2.4 Phương pháp nghiên cứu . 36
2.4.1 Phương pháp biến tính than hoạt tính . 36
2.4.2. Phương pháp khảo sát các đặc trưng của than biến tính 37
2.4.3. Phương pháp xác định các ion trong dung dịch . 40
2.5 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ của vật liệu 43
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 45
3.1 Oxi hóa than hoạt tính ở nhiệt độ thường 45
3.1.1 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của than hoạt tính . 45
3.1.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của than hoạt tính được oxi hóa trong các
khoảng thời gian khác nhau 45
3.1.3 Trung hòa than oxi hóa bằng NaOH 47
3.1.4 Khảo sát khả năng hấp phụ của than hoạt tính biến tính với các nồng độ axit
khác nhau 49
3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của than được biến tính ở nhiệt độ 700C. . 53
3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của than oxi hóa bằng HNO3 ở nhiệt độ 1000C . 55
3.4 Khảo sát khả năng hấp phụ một số kim loại nặng của than biến tính . 58
3.4.1.Khả năng hấp phụ Mangan . 58
3.4.2. Khả năng hấp phụ cadimi (Cd2+) . 60
3.5 Xác định một số đặc trưng của than biến tính 61
3.5.1 Xác định diện tích bề mặt riêng của than 61
3
3.5.2 Xác định các nhóm chức có thể có trên bề mặt các loại than 64
3.5.3 Xác định tổng số tâm axit trên bề mặt than . 65
3.5.4 Khảo sát pHpzc của các loại than. 68
3.5.5 Bước đầu nghiên cứu cơ chế hấp phụ amoni của than biến tính 69
3.6 Khảo sát khả năng xử lý amoni bằng mô hình động 72
3.6.1 Khảo sát khả năng trao đổi của than biến tính với amoni . 72
3.6.2 Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu . 73
KẾT LUẬN . 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
4
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Trần
Hồng Côn đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ, cho em những kiến thức quí báu trong
quá trình nghiên cứu.
Cảm ơn các phòng thí nghiệm trong Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Chân thành cảm ơn các bạn học viên, sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm
hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và hoàn thiện luận văn.
Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của bản
thân, sự giúp đỡ của những người xung quanh, đặc biệt là những người thầy, đồng
nghiệp đã đóng góp một phần không nhỏ trong nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên cao học
Trịnh Xuân Đại
5
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung và nguồn nước sinh hoạt nói
riêng bởi các cation kim loại nặng là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất
lượng cuộc sống ngày càng cao.
Theo các phương tiện thông tin đại chúng gần đây đưa tin, người dân Hà nội
đang sử dụng các nguồn nước ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm amoni, ngay cả nguồn nước
của các nhà máy nước, hàm lượng amoni xác định được cũng vượt chỉ tiêu cho phép
đến 6 lần hoặc cao hơn.
Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm sạch nước. Tuy nhiên, ứng dụng
của nó trong xử lý nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ và một số
các thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ trong nước.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử lý
nước sinh hoạt, đặc biệt một lĩnh vực còn rất mới đó là loại bỏ các cation và anion
trong nước; chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu biến tính than hoạt
tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước”.