Luận Văn Nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ và khảo sát khả năng loại bỏ ion amoni trong nước

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ và khảo sát khả năng loại bỏ ion amoni trong nước

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN . 11
1.1. Amoni – vấn đề được quan tâm hiện nay . 11
1.1.1. Bản chất và các tác động có hại của amoni trong nước 11
1.1.2. Nguyên nhân nhiễm amoni và các phương pháp xử lý amoni trong
nước . 12
1.1.2.1. Phương pháp clo hóa đến điểm đột biến 13
1.1.2.2. Phương pháp trao đổi ion 14
1.1.2.3. Phương pháp thổi khí ở pH cao . 15
1.1.2.4. Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua . 15
1.1.2.5. Phương pháp sinh học 16
1.1.2.6. Điện thẩm tách . 16
1.1.2.7. Thẩm thấu ngược . 17
1.1.2.8. Lọc nano 17
1.2. Giới thiệu Bùn Đỏ . 18
1.2.1. Nguồn gốc . 18
1.2.2. Đặc điểm, thành phần hóa học và tính chất vật lý 18
1.2.2.1. Đặc điểm 18
1.2.2.2. Thành phần hóa học và tính chất vật lý . 19
1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu xử lý và ứng dụng bùn đỏ trong thực tế 20
1.3. Zeolite 21
1.3.1. Khái niệm, phân loại và cấu trúc . 22
1.3.2. Tính chất hấp thụ của Zeolite 23
1.3.3. Ứng dụng của Zeolite . 24
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. Đối tượng nghiên cứu 25
2.2. Dụng cụ và hóa chất . 25
2.3. Các phương pháp nghiên cứu . 26
2.3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu . 26
2.3.2. Các phương pháp thực nghiệm . 26
2.3.2.1. Điều chế các vật liệu hấp phụ 26
2.3.2.2. Nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ . 27
2.3.2.3. Nghiên cứu xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo phương pháp
động 28
2.3.3. Phương pháp đánh giá 29
2.3.3.1. Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu 29
2.3.3.2. Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ và tính toán
tải trọng hấp phụ cực đại . 32
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 35
3.1. Kết quả xác định đặc trưng cấu trúc của vật liệu . 35
3.1.1. Vật liệu M1 (Bùn đỏ nguyên gốc) 35
3.1.2. Vật liệu M2 (Bùn đỏ biến tính) . 36
3.1.3. Vật liệu M3 (Dịch lọc bùn đỏ + cao lanh tinh chế) . 37
3.2. Khảo sát khả năng hấp thụ của các vật liệu 38
3.2.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ . 38
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH . 41
3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu 44
3.3. Khảo sát khả năng xử lý amoni của vật liệu dịch bùn đỏ + cao lanh
tinh chế bằng mô hình động 49
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52


LỜI MỞ ĐẦU
Khoảng 71% với 361 triệu km
2
bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước.
Nước là dạng vật chất rất cần cho tất cả các sinh vật sống trên Trái Đất. Nước có
nhiệt hoá hơi, đóng băng và ngưng kết tương đối gần nhau, vì vậy nước tồn tại
trên Trái Đất ở cả ba dạng: rắn, lỏng và hơi.
Người ta đã phát hiện thấy khoảng 80% loại bệnh tật của con người có
liên quan đến chất lượng của nguồn nước dùng cho sinh hoạt. Vì vậy chất lượng
nước có vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ
cộng đồng.
Các nguồn nước được sử dụng chủ yếu là nước mặt và nước ngầm đã qua
xử lý hoặc sử dụng trực tiếp. Phần lớn chúng đều bị ô nhiễm bởi các tạp chất với
thành phần và mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản
xuất, sinh hoạt của từng vùng và phụ thuộc vào địa hình mà nó chảy qua hay vị
trí tích tụ. Ngày nay, với sự phát triển của nền công nghiệp, quá trình đô thị hoá
và bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên ngày càng cạn kiệt và ngày
càng ô nhiễm.
Hoạt động nông nghiệp sử dụng gắn liền với các loại phân bón trên diện
rộng. Các loại nước công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi
trường làm cho nước ngầm ngày càng bị ô nhiễm các hợp chất nitơ mà chủ yếu
là amoni.
Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển
hoá từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất nitrit và nitrat
hình thành do quá trình oxi hoá của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trữ và
chuyển tải nước đến người tiêu dùng. Vì vậy việc xử lý amoni trong nước là đối
tượng rất đáng quan tâm.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của các loại vật liệu tự nhiên
và tái sử dụng chất thải trong lĩnh vực xử lý nước, khóa luận đã chọn và thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo zêolit từ bùn đỏ và khảo sát khả năng loại
bỏ ion amoni trong nước ”
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Amoni – vấn đề được quan tâm hiện nay
1.1.1. Bản chất và các tác động có hại của amoni trong nước
Amoni là một sản phẩm phụ độc sinh ra trong quá trình trao đổi
chất ở cơ thể động vật và là sản phẩm của sự phân hủy tự nhiên các chất
thải động thực vật. Sự xuất hiện amoni trong nước hiệu báo nguồn nước
bị ô nhiễm, cần phải kiểm soát chặt chẽ các chỉ tiêu khác có nguy cơ gây
hại cho sức khỏe như nitơrat, nitơrit và vi sinh. QCVN 08 và 09:
2008/BTNMT quy định cho nước mặt: loại A (amoni 0,1 - 0,2 mgN/L),
loại B (amoni 0,5 - 1,0 mgN/L); cho nước ngầm amoni là 0,1 mgN/L.
Trong môi trường nước, amoni tồn tại ở cả dạng phân tử (NH
3
) và
ion (NH
4
+
) phụ thuộc mạnh vào pH, nhiệt độ và độ mặn; nhưng pH ảnh
hưởng quan trọng hơn cả và độ độc của amoni cũng phụ thuộc cao vào
pH nước. Chẳng hạn như nó sẽ chuyển hóa thành ion amoni kém độc hơn
ở pH thấp (pH < 7), nhưng ở pH >7 các mức độc của amoni tăng lên do
tăng dạng phân tử. Mức amoni tổng (NH
3 + NH
4
+
) chỉ ở khoảng 0,25
mg/L đã có thể gây nguy hại cho cá và các loài sinh vật nước khác.
Riêng dạng phân tử (NH3), chỉ cần ở nồng độ rất thấp (0,01 ư 0,02 mg/L)
cũng đã có thể giết chết cá [10].
Bảng 1.1 Dạng tồn tại của amoni phụ thuộc vào pH [11]
pH 6 7 8 9 10 11
%NH3
0 1 4 25 78 96
%NH4
+
100 99 96 75 22
Quỹ lương thực thế giới (FAO) quy định cho nước nuôi cá: amoni
< 0,2 mgN/L đối với họ Salmonid (cá hồi) và 0,8 mgN/L đối với họ
Cyprinid (cá chép) [10].



TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Bộ xây dựng- Công ty nước và Môi trường Việt Nam ( 2003),
“Hoàn thiện công nghệ xử lý nước để áp dụng cho một số trường hợp
nguồn nước bị nhiễm arsen, nguồn nước nhiễm amoni với hàm lượng
lớn”, Thuyết minh đề tài, Hà Nội.
2. Lê Văn Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho, Nhà
xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà nội 2007, trang 19-73, 174-189.
3. Lê Văn Cát (2002), Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý nước
thải giàu hợp chất nitơ, photpho thích hợp với điều kiện Việt Nam, Báo
cáo đề tài nghiên cứu khoa học thuộc chương trình nhà nước bảo vệ môi
trường, Hà Nội, trang 25-40.
4. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan, 2003, Giáo trình
công nghệ môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà nội.
5. Nguyễn Đình Triệu ( 2006), “ Các phương pháp vật lý ứng dụng
trong hóa học”. NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội.
6. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường ( 1999), “ Sổ tay
xử lý nước”. Tập 1,2. NXB Xây Dựng.
Tài liệu tiếng Anh
7. B. Koumanova, M. Drame, M. Popangelova (1996), Phosphate
removal from aqueous solution using red mud wasted in bauxite Bayer’s
process, University of Chemical Technology and Metallurgy.
Department of Chemical Engineering, 8 Kliment Ohridski str., 1756
Sofia, Bulgaria.
8. Chuxia Lin, Yonggui Liu, Yonggui Wu (2006), Characterization
of red mud derived from a combined Bayer Process and Calcining
method for alumina refining, College of Resources and Environment,
South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China.
9. Dimitrios D. Dimasa; Ioanna P. Giannopouloua; Dimitrios
Paniasa (2009), Utilization of alumina red mud fof synthesis of inorganic
polymeric materials, pp. 211-239.
10. Gaspard m. And Martin A (1983), Clinoptilolite in drinking
water treatment for NH4
+
removal, Water Reseach, Vol 17, page 3.
11. Goodal J.B (1995), “Biological removala of Amonia”, pp 80-98.
12. H. Sontheimer and W. Kuhn, Eds. (1979), Oxidation techniques
in drinking water treatment, EPA 57019-79-020.
13. Jorge Alvarez, Roberto Rosal, Herminio Sastre, Fernando V.
Diez (1995), Characterization and deactivation of sulfided red mud used
as hydrogenation catalyst, Derpartment of Chemical Engineering,
University of Oviedo 33071 - Oviedo, Spain.
14. Kasai et al. (Nov. 7-10, 1999), Waste Materials Utilization of