Luận Văn Nghiên cứu biến tính Zeolit bằng dung dịch Brom để xử lý Hg (II) trong môi trường nước

Khóa luận tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu biến tính Zeolit bằng dung dịch Brom để 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 [1] 2
1.1.2. Độc tính và nguồn phát thải của Hg . 5
1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm Hg trong môi trường nước 7
1.2. Các phương pháp xử lý Hg . 10
1.2.1. Phương pháp khử 10
1.2.2. Phương pháp sinh học 10
1.2.3. Phương pháp trao đổi ion . 10
1.2.4. Phương pháp hấp phụ . 11
1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ . 11
1.3.1. Khái niệm . 11
1.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 12
1.3.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ . 13
1.3.4. Các phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ . 14
1.4. Vật liệu hấp phụ Zeolit 17
1.4.1.Tổng quan về Zeolit [7] . 17
1.4.2. Ứng dụng Zeolit trong xử lý nước thải . 21
1.4.3. Ứng dụng Zeolite hấp phụ xử lý thủy ngân trong nước 22
1.5. Một số vật liệu hấp phụ khác thường dùng để xử lý thủy ngân trong nước . 23
Chương II: THỰC NGHIỆM 26
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu . 26
2.2. Nguyên vật liệu và hóa chất sử dụng 26
2.2.1. Nguyên vật liệu . 26
2.2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng 27
2.3. Phương pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm . 29
2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng Hg 29
2.3.2. Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu 30
2.4. Quy trình biến tính Zeolit bằng dung dịch Brôm 32
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Hg(II) trong dung dịch
của vật kiệu 32
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Br . 32
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH . 33
2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian . 33
2.6. Khảo sát, đánh giá tải trọng hấp phụ Hg(II) của vật liệu 33
2.7. Khảo sát khả năng giải hấp Hg(II) của vật liệu 34
Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Hg(II) trong dung dịch
của vật liệu . 35
3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Br 35
3.1.2. Ảnh hưởng của pH 36
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian 37
3.2. Đánh giá tải trọng hấp phụ Hg(II) của vật liệu . 38
3.3. Đánh giá khả năng giải hấp Hg(II) của vật liệu 39
3.4. Đánh giá đặc trưng của vật liệu 40
3.4.2. Đánh giá đặc trưng của vật liệu thông qua dữ liệu EDS 41
KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ô nhiễm thủy ngân đang trở thành một vấn đề
cấp thiết, không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới. Thuỷ ngân phát thải ra
môi trường từ nhiều nguồn khác nhau như: các quá trình sản xuất nhiệt kế, thuốc
trừ sâu, thuốc diệt nấm, điện phân sản xuất xút -clo ; các nhà máy sản xuất xi
măng, nhiệt điện sử dụng nguyên liệu quá thạch; các quá trình đốt rác cùng với
hoạt động của núi lửa
Có nhiều phương pháp kiểm soát, xử lý và loại bỏ thủy ngân, trong đó
phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất.
Quá trình lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền
liên kết yếu nên thuỷ ngân và các hợp chất của nó lại dễ dàng phát tán trở lại môi
trường ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu biến tính
than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng
thời tạo liên kết bền hơn giữa thủy ngân với than hoạt tính. Trong khuôn khổ khóa
luận tốt nghiệp, tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính Zeolit bằng
dung dịch Brom để xử lý Hg (II) trong môi trường nước” với hi vọng vật liệu
này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong quá trình loại bỏ thủy ngân.
Chương I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân (Hg)
1.1.1. Các tính chất hóa lý chủ yếu của Hg [1]
a. Tính chất vật lý
Thủy ngân (Hg) là kim loại chuyển tiếp đứng thứ 80 trong bảng hệ thống
tuần hoàn các nguyên tố hóa học, kim loại duy nhất tồn tại ở thể lỏng trong điều
kiện nhiệt độ thường, bị phân chia thành giọt nhỏ khi khuấy, có màu trắng bạc,
lóng lánh, dẫn nhiệt kém, dẫn điện tốt, đông đặc ở -40
0
C; nhiệt độ nóng chảy thấp
(-38,86
0
C); nhiệt độ sôi cao (357
0
C); tỷ trọng 13,55g/cm
3
. Thủy ngân rất dễ bay
hơi do nhiệt độ bay hơi rất thấp. Ở 20
0
C nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là
20mg/m
3
, và nó có thể bay hơi cả trong môi trường lạnh.
b. Tính chất hóa học
Thủy ngân là nguyên tố tương đối trơ về mặt hoá học so với các nguyên tố
trong nhóm IIB, có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại. Sự tạo thành hỗn hống
có thể đơn giản là quá trình hoà tan kim loại vào trong thủy ngân lỏng hoặc là sự
tương tác mãnh liệt giữa kim loại và thủy ngân. Tuỳ thuộc vào tỷ lệ của kim loại
tan trong thủy ngân mà hỗn hống ở dạng lỏng hoặc rắn. Một công dụng rất lớn của
thủy ngân được con người sử dụng từ xa xưa đó là tạo hỗn hống với vàng, bạc để
tách nguyên tố này khỏi đất, đá, quặng.
Ở nhiệt độ thường, thủy ngân không phản ứng với oxi, nhưng phản ứng
mãnh liệt ở 300
0
C tạo thành HgO và ở 400
0
C oxit này lại phân huỷ thành nguyên
tố. Ngoài ra, thủy ngân còn tác dụng với halogen, lưu huỳnh và các nguyên tố
không kim loại khác như phốt pho, selen v.v . Đặc biệt tương tác của thủy ngân
với lưu huỳnh và iot xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ thường do ái lực liên kết của nó với
lưu huỳnh và iot rất cao.
Các hợp chất của thuỷ ngân có mức oxi hoá là +2 hoặc +1. Xác suất tạo
thành hai trạng thái oxi hoá đó gần tương đương với nhau về mặt nhiệt động học,
trong đó trạng thái oxi hoá +2 thường gặp hơn và cũng bền hơn +1.
Sơ đồ thế oxi hóa khử của thủy ngân:
Sơ đồ trên cho thấy muối Hg
2+
có khả năng oxi hóa. Khi tác dụng với những
chất khử, muối Hg
2+
biến đổi thành muối Hg
2
2+
, sau đó biến thành Hg
0
. Còn khi tác
dụng với thủy ngân kim loại, muối Hg
2+
lại tạo thành muối Hg
2
2+
:
Hg(NO3
)
2
+ Hg Hg2(NO
3
)
2
Bởi vậy, khi tác dụng với axit nitric hay axit sunfuric đặc, nếu có dư thủy
ngân thì sản phẩm thu được không phải là muối Hg
2+
mà là muối của Hg
2
2+
. Ion
Hg
2+
có khả năng tạo nên nhiều phức chất, trong đó thủy ngân có những số phối trí
đặc trưng là 2 và 4.
Các muối thuỷ ngân (II) halogenua (HgX
2
) là chất dạng tinh thể không màu,
trừ HgI2
có màu đỏ. HgF
2
là hợp chất ion, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi
cao nhất trong các halogenua HgX
2
, nó bị thuỷ phân gần như hoàn toàn ngay trong
nước lạnh. Ba halogenua còn lại thể hiện rõ đặc tính cộng hoá trị. Chúng tan trong
một số dung môi hữu cơ nhiều hơn trong nước. Trong nước, ba halogenua này
phân ly rất kém (~ 1%) nên bị thuỷ phân không đáng kể. Ở trạng thái hơi và trong
dung dịch, chúng đều tồn tại ở dạng phân tử.
Thủy ngân sunfua (HgS) là chất dạng tinh thể có màu đỏ hoặc màu đen, tan
rất ít trong nước với tích số tan 10
-53
. HgS tan rất chậm trong dung dịch axit đặc kể
cả HNO3
và chỉ tan dễ khi đun nóng với nước cường thuỷ:
3HgS + 8HNO
3
+ 6HCl 3HgCl
2 + 3H
2SO
4 + 8NO + 4H
2O
HgS tan trong dung dịch đặc của sunfua kim loại kiềm tạo nên phức chất tan
M2
[HgS
2
].
Phức chất của thuỷ ngân thường là rất bền, liên kết Hg – phối tử trong tất cả
các phức chất là liên kết cộng hoá trị. Trong đó, phức chất được tạo nên với phối tử
chứa halogen, cacbon, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh là các phức chất bền nhất. Bảng 1
là các giá trị hằng số bền đối của phức chất Hg
2+


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Các trang bài Việt Nam
[1]. Hoàng Nhâm (năm 1999), Hóa học vô cơ, Tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà
Nội.
[3].http://www.thiennhien.net/2008/11/10/nguy-co-o-nhiem-thuy-ngan-tu-cacnganh-san-xuat
[4]. “Tình trạng ô nhiễm trên những dòng sông ở Việt Nam” – Viện nghiên cứu
môi trường
[5] “Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm”
http://www.scribd.com/doc/80857810/30/III-2 phương pháp oxy hoá và khử
[6]. “Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý” - Chương 3- Bài giảng Kỹ thuật
xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
[7]. “Các tính chất cơ bản của Zeolit” – Viện Công nghệ hóa học -http://congnghehoahoc.wordpress.com.
Các bài viết nước ngoài
[2]. Jan H. Mol, Joyce S. Ramlsl, Carlos Lietar, and Marc Verloo (2000),
“Mercury contamination in Freshwater, Estuarine, and Marine Fishes in Relation
to Small-Scale Gold Mining in Suriname, South America”
[11] J.Juyo, J. Tirano, G. Camargo, J. Moreno – Piajan. “ Kinetic Studies on
Enhanced Mercury Adsorption in Zeolite NaY and Waste FCC Catalyst”
[12] Vernon Somerset, Leslie Petrik, Emmanuel Iwoha, (2007). “Alkaline
hydrothermal conversion of fly ash precipitates into zeolites. The
removal of mercury and lead ions from wastewater”
[13] A. Chojnacki, J. Hoffmann, H. Gorecki, K. Chojnacka(2004), “The
application of natural zeolites for mercury removal: from laboratory tests to
industrial scale”.
[14] Ronald Frank Ambrosini và cộng sự, 1978, “Selective adsorption of mercury
from gas streams”.
[15]. Nida M. Salem, A. Ahamad và AKL M. Awwad, 2012, “Chemical
Modification of Zeolitic Tuff for Removal of Hg(II) from Water”
[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]. Arnold Greenberg (1985), “Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater 16
th
Edition”, American Public Health Association, Washington,
DC, pp. 221.
[18]. P. Miretzky, A. Fernandez Cirelli (2009) , “Hg(II) removal from water by
chitosan and chitosan derivatives: A review”, Journal of Hazardous Materials, 167,
pp. 10 –23.
[19]. 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.
[20]. P. Miretzky, A. Fernandez Cirelli (2009) , “Hg(II) removal from water by
chitosan and chitosan derivatives: A review”, Journal of Hazardous Materials, 167,
pp. 10 –23.
[21]. 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.
[22]. 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.