Đồ Án Nghiên cứu một số tính chất hóa lý về khả năng hấp phụ kim loại nặng và Asen của vật liệu chế tạo từ

Đề tài: Nghiên cứu một số tính chất hóa lý về khả năng hấp phụ kim loại nặng và Asen của vật liệu chế tạo từ đá ong Việt Nam

MỞ ĐẦU1. Lư do chọn đề tài
Nghị quyết đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ IX về đường lối kinh tế và chiến lược phát triển kinh tế – xă hội. Đại hội nêu rơ:
“ . Đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền kinh tế độc lập tự chủ, đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp . Tạo nền tảng đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại .” [25].
Cùng với việc đẩy mạnh công nghiệp hóa để phát triển đất nước (và ngành khai thác khoáng sản phục vụ công nghiệp luyện kim) th́ lượng chất thải công nghiệp thải ra môi trường cũng tăng nhanh, đặc biệt là chất thải có chứa các ion kim loại nặng như Cu[SUP]2+[/SUP], Cd[SUP]2+[/SUP], Zn[SUP]2+[/SUP], Pb[SUP]2+[/SUP], As[SUP]3+[/SUP] .cũng tăng lên trong môi trường đất và nước. Chúng là nguyên nhân gây ra các độc tố trong nguồn nước, khi vào cơ thể các ion kim loại nặng tích tụ và có thể gây nên các bệnh như rối loạn thần kinh, thiếu máu, ung thư
Vấn đề xử lư kim loại nặng trong chất thải công nghiệp, nước sinh hoạt cho hiệu quả cao với chi phí thấp nhất đă được nghiên cứu, t́m kiếm nguồn nguyên liệu giá rẻ có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trường như đá ong, đá granit, cao lanh, than bùn, đất sét đang được quan tâm hiện nay.
Thực tế là nguồn nước ở vùng có địa tầng đá ong có nồng độ ion kim loại nặng rất thấp, so với những vùng nước xung quanh đó không có địa tầng đá ong. Một số đề tài nghiên cứu gần đây cũng đă cho biết đá ong có thể hấp phụ ion kim loại nặng và Asen. Liệu rằng, vật liệu được chế tạo từ đá ong có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, có thể ứng dụng cho việc xử lư ô nhiễm kim loại nặng và Asen được không? Trả lời cho câu hỏi trên là lư do để chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu một số tính chất hóa lư về khả năng hấp phụ kim loại nặng và Asen của vật liệu chế tạo từ đá ong Việt Nam”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu một số tính chất hóa lư cơ bản của đá ong nguyên khai.
- Nghiên cứu một số tính chất hóa lư và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, Asen của vật liệu chế tạo từ đá ong nhằm đáp ứng nhu cầu xử lư môi trường hiện nay.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Chất hấp phụ:
+ Đá ong Việt Nam (Laterit)
+ Vật liệu chế tạo từ đá ong
- Chất bị hấp phụ: dung dịch có chứa các ion kim loại nặng
4. Giả thiết khoa học
Một số đề tài nghiên cứu gần đây, đă cho kết quả đá ong Việt Nam có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước thải, nhưng việc sử dụng đá ong trong xử lư môi trường c̣n hạn chế do khối lượng riêng của đá ong lớn, dung lượng hấp phụ c̣n hạn chế. V́ vậy chúng tôi đi sâu nghiên cứu một số tính chất hóa lư và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu chế tạo từ đá ong.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1. Đối với đá ong.
- Xác định cơ chế hấp phụ của đá ong với các ion kim loại nặng.
- Xác định PZC, diện tích bề mặt của mẫu đá ong thí nghiệm.
- Nghiên cứu thành phần mẫu đá ong thí nghiệm.
5.2. Đối với vật liệu chế tạo từ đá ong
- Nghiên cứu vật liệu phối trộn, khả năng kết dính, độ cứng.
- Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu chế tạo từ đá ong với ion kim loại nặng.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với các ion kim loại nặng theo thời gian, theo khối lượng và theo nhiệt độ.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với ion kim loại nặng trên theo nhiệt độ khác nhau. Tính DG, DH theo các nhiệt độ đó.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với các ion kim loại phụ thuộc vào pH của dung dịch.
6. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trong pḥng thí nghiệm.
- Vật liệu nghiên cứu.
+ Đá ong Việt Nam.
+ Vật liệu chế tạo từ đá ong.

7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lư thuyết
- Nghiên cứu về cấu trúc và đặc tính của đá ong tự nhiên.
- Nghiên cứu lư thuyết hấp phụ.
- Nghiên cứu lư thuyết về điểm đẳng nhiệt.
- Nghiên cứu phương pháp xử lư và phân tích kết quả thí nghiệm tổng hợp kiến thức để đưa ra hệ thống lư thuyết nghiên cứu.
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Thu thập, xử lư mẫu, tiến hành phân tích cấu trúc các mẫu bằng phương pháp AAS, XRF.
- Chuẩn bị các dung dịch chứa các ion kim loại với nồng độ khác nhau.
- Tiến hành thí nghiệm theo dơi sự hấp phụ ion kim loại bằng các mẫu theo nhiệt độ, theo độ pH, theo thời gian, theo khối lượng.
- Đo điểm đẳng điện của các mẫu thí nghiệm.

8. Tính mới của đề tài
- Nghiên cứu nhiệt vi sai và nhiệt hoạt hóa của đá ong.
- Tính DG, DH của vật liệu chế tạo từ đá ong.
- Xác định dung lượng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong với các ion kim loại nặng ở các độ pH khác nhau.
- Xác định hấp phụ phụ thuộc theo pH, thời gian, khối lượng vật liệu.

PHẦN I: TỔNG QUAN
I.1. Tổng quan về Laterit
Laterit là các sản phẩm của quá tŕnh phong hoá các đá xảy ra mănh liệt và kéo dài ở vùng nhiệt đới và được tăng cường bởi lượng mưa lớn và nhiệt độ cao. Quá tŕnh chuyển hoá từ đá thành laterit xảy ra tương đối từ từ bởi v́ tăng cao hàm lượng sắt và giảm hàm lượng silic trong các mặt cắt laterit trên đá mẹ cũng theo từng bước một.
I.1.1. Laterit đá ong
Laterit đá ong phổ biến ở nước ta. Thành phần hóa học và khoáng vật của vỏ phong hóa laterit phụ thuộc vào thành phần đá mẹ, địa h́nh và động thái nước ngầm. Kết quả phân tích silicat toàn phần của các mẫu phong hóa cho thấy có sự phụ thuộc rơ rệt giữa hàm lượng Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] với thành phần đá gốc. Đá ong h́nh thành trên các đá mafic có hàm lượng Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] cao nhất (20-30%), thấp nhất là trên đá lục nguyên (12-15%), trên đá phiến kết tinh (12-14%). Hàm lượng Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa h́nh và dao động trong khoảng 25-50%. SiO[SUB]2[/SUB] chiếm tỷ lệ thấp trong vỏ phong hóa các đá mafic (4-7%), trong đá phiến và trong các trầm tích lục nguyên, hàm lượng SiO[SUB]2[/SUB] dao động trong khoảng rộng từ 16-55%.
I.1.2. Laterit kết vón
Laterit kết vón ít phổ biến hơn laterit đá ong, laterit kết vón cũng được h́nh thành trên các trầm tích lục nguyên. Thành phần hóa học của sét kết vón dao động trong khoảng rộng, tùy thuộc vào tỷ lệ giữa lượng kết vón và sét nền bao quanh. Nh́n chung, hàm lượng Fe[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] trong đới này thấp hơn trong đá ong (8-25%), có lẽ đây là điểm khác biệt rơ ràng giữa hai kiểu laterit đá ong và laterit kết vón.
I.2. T́nh trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam
I.2.1. T́nh trạng ô nhiễm chung
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Nước luôn luôn tuần hoàn trong thế giới tự nhiên, dưới h́nh thức của những chu tŕnh nước. Nước sạch không chứa các chất nhiễm bẩn, vi khuẩn gây bệnh và các chất hóa học ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, nước sạch c̣n được quy định về thành phần giới hạn của một số ion kim loại nặng, một số chất thải dưới mức cho phép của Tổ chức y tế Thế giới.
Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước dưới đất ngày càng trở nên nghiêm trọng, có những nơi đến mức báo động. Nguyên nhân là do: rác tồn đọng nhiều trong khu dân cư và chưa được xử lư, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước và nước thải thường xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các xí nghiệp, bệnh viện hầu hết không được xử lư hay làm sạch trước khi thải vào hệ thống thoát nước chung; nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và nguy hiểm. Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu như BOD[SUB]5[/SUB], COD . cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.

I.2.2. Ô nhiễm kim loại nặng
Nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rỉ từ các băi chôn lấp rác thải ngấm xuống đất và xâm nhập gây ô nhiễm các tầng nước dưới đất. Đây là nguy cơ chính gây ô nhiễm kim loại nặng, nitơ và asen trong nước ngầm.
Ở Việt Nam hiện nay, quy mô và mức độ ô nhiễm kim loại nặng đang gia tăng với mức độ đáng lo ngại. Nguồn gốc phát thải của các kim loại nặng có thể là tự nhiên (như Asen) hoặc từ các hoạt động của con người.
I.3. Hấp phụ
I.3.1. Bản chất quá tŕnh hấp phụ
I.3.2. Đẳng nhiệt hấp phụ
I.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá tŕnh hấp phụ
I.4. Điểm điện tích không (Point of zero charge - PZC)
I.4.1. Lư thuyết chung
I.4.2. Các khái niệm cơ bản
I.4.3. Các phương pháp đo
I.5. Các phương pháp nghiên cứu laterit
I.5.1. Phương pháp phân tích nhiễu xạ Rơnghen (XRF)
I.5.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

PHẦN II. THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNCHƯƠNG I. ĐÁ ONG (LATERIT)
I.1. Xác định điểm điện tích không của đá ong OTT
I.1.1. Xác định sơ bộ của điện tích không của OTT
Kết quả và xử lư kết quả: Vẽ đồ thị sự phụ thuộc pH vào pH[SUB]i.[/SUB]
pH = pH[SUB]i[/SUB] – pH[SUB]f [/SUB](pH[SUB]i[/SUB] và pH[SUB]f[/SUB] là giá trị pH của dung dịch trước và sau hấp phụ). Điểm giao giữa đường cong với trục hoành là điểm có pH = 0, đây là điểm điện tích không của vật liệu hấp phụ (pH[SUB]PZC[/SUB]).


[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]pH

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]