Tài liệu Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm (2017)

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC TRẦN THỊ PHƢƠNG MAI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Cr (VI) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG H3PO4 TRÊN NỀN VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng HÀ NỘI, 2017 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC -------------- TRẦN THỊ PHƢƠNG MAI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Cr (VI) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG H3PO4 TRÊN NỀN VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI, 2017 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới Ths. Đỗ Thủy Tiên – trƣờng ĐH Sƣ Ph m Hà N i 2 và PGS.TS. Ngô Kim Chi – Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã trực tiếp hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản khóa luận tốt nghiệp này. Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Hóa học đã nhiệt tình giảng d y và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dƣới mái trƣờng ĐH Sƣ ph m Hà N i 2. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, b n bè đã luôn t o mọi điều kiện, đ ng viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập. Do điều kiện thời gian và trình đ còn h n chế, nên bản thân khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy, cô giáo cũng nhƣ toàn thể các b n để khóa luận của em có thể hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện Trần Thị Phƣơng Mai Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân em, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của ThS. Đỗ Thủy Tiên. Các số liệu và những kết quả đo đƣợc trong khóa luận là trung thực, do cá nhân em tiến hành thí nghiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện Trần Thị Phƣơng Mai Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ AC Than ho t tính (Activated carbon) VLHP Vật liệu hấp phụ SEM Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. M t số hằng số vật lý của crom ........................................................ 3 Bảng 1.2. Giá trị giới h n nồng đ của Cr VI trong nƣớc thải công nghiệp .. 7 Bảng 1.3. M t số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 13 Bảng 1.4. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng t i tỉnh ĐăkLăk và tỉnh Điện Biên .................................................................................. 22 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm, nhiệt đ đốt đến khả năng hấp phụ của VLHP ................................................... 30 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP .................................................................................................... 33 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP .............................................................................................. 35 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ .................................................................................................. 36 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng đ Cr VI đến hiệu quả hấp phụ của VLHP ....................................................................................... 38 Bảng 3.6. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Cr (VI) của VLHP ................... 39 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ..................................... 15 Hình 1.2. Sự phụ thu c của Ccb/q vào Ccb............................................... 15 Hình 3.1. Đồ thị đƣờng chuẩn xác định nồng đ Cr (VI) ....................... 29 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm than, nhiệt đ đốt than đến khả năng hấp phụ của VLHP ............ 30 Hình 3.3. Mẫu 30%-4000C dùng làm VLHP .......................................... 31 Hình 3.4. Than chƣa biến tính................................................................. 32 Hình 3.5. Than biến tính bằng H3PO4 ..................................................... 32 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP ............................................................................................ 34 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP............................................................................... 35 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ ................................................................................. 37 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng đ đầu Cr VI đến hiệu suất hấp phụ của VLHP ................................................................ 38 Hình 3.10. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr (VI) ................................................................................................ 40 Hình 3.11. Sự phụ thu c của C/q vào C của VLHP đối với Cr (VI) ...... 40 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom................................................................. 3 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom ................................................. 3 1.1.2. Công dụng của crom ....................................................................... 4 1.1.3. Ảnh hƣởng của crôm....................................................................... 5 1.1.4. Hiện tr ng ô nhiễm Cr (VI) do công nghiệp m điện t i Việt Nam 6 1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ........................................................ 7 1.2.1. Các khái niệm ................................................................................. 7 1.2.2. Cân bằng hấp phụ ......................................................................... 11 1.2.3. Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ ........................................... 13 1.3. Than ho t tính C và cấu trúc bề m t của C .................................. 15 1.3.1. Giới thiệu về C ........................................................................... 15 1.3.2. Điều chế C .................................................................................. 16 1.3.3. Cấu trúc xốp của bề m t than ho t tính ........................................ 19 1.4. Tổng quan về vật liệu vỏ cà phê ........................................................... 22 1.4.1. Giới thiệu về vỏ cà phê ................................................................. 22 1.4.2. Thành phần chính của vỏ cà phê................................................... 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 24 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu: .......................................................................... 24 2.2. Hóa chất và dụng cụ .............................................................................. 24 2.2.1. Hóa chất ........................................................................................ 24 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ..................................................... 24 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 25 2.3.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu ....................................................... 25 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích.................................................................. 25 2.4. Phƣơng pháp thực nghiệm .................................................................... 25 2.4.1. Xây dựng đƣờng chuẩn Cr (VI) .................................................... 25 2.4.2. Thực nghiệm chế t o vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê ........... 26 2.4.3. Thực nghiệm nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI) .............. 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 29 3.1. Lập đƣờng chuẩn Cr (VI)...................................................................... 29 3.2. Kết quả chế t o vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê ............................ 29 3.2.1. Ảnh hƣởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm, nhiệt đ đốt đến khả năng hấp phụ của VLHP ............................................................... 29 3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề m t của VLHP ................................ 32 3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr VI ............................... 33 3.3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP.................. 33 3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP ........ 34 3.3.3. Ảnh hƣởng của liều lƣợng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của VLHP ............................................................................................ 36 3.3.4. Ảnh hƣởng của nồng đ Cr VI đến hiệu quả hấp phụ của VLHP ....................................................................................................... 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 434 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Trong m t vài thập kỷ gần đây, sự phát triển m nh của kinh tế cũng nhƣ bùng nổ dân số đã t o ra nhiều sức ép lên môi trƣờng sống, m t trong số đó là vấn đề ô nhiễm kim lo i n ng trong nƣớc. Các ho t đ ng công nghiệp hay sinh ho t của con ngƣời đã phát thải m t số lƣợng lớn kim lo i n ng đ c h i vào môi trƣờng đất và nƣớc, tích lũy trong chuỗi thức ăn và cuối cùng tác đ ng tới con ngƣời [20]. Trong số các kim lo i n ng thì Cr (VI) có đ c tính cao, có thể gây ra các bệnh ngoài da, thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thận, ung thƣ phổi Việc lo i trừ các thành phần chứa kim lo i n ng đ c h i, đ c biệt là Cr (VI) ra khỏi nguồn nƣớc ngầm hay nƣớc thải công nghiệp là m t trong những mục tiêu môi trƣờng quan trọng cần phải giải quyết hiện nay. Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách lo i các ion kim lo i n ng khỏi môi trƣờng nƣớc, nhƣ: phƣơng pháp hóa lý phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion học, , phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng r ng rãi và cho kết quả rất khả thi [12]. Than ho t tính (AC) với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết cho ứng dụng để thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong xử lý nƣớc thải [17]. Nhu cầu về AC đang gia tăng nhanh chóng với nhận thức cao về bảo vệ môi trƣờng. Tuy nhiên giá của các lo i AC là rất đắt tiền do thực tế rằng hầu hết các sản phẩm C thƣơng m i có nguồn gốc từ các nguyên liệu tự nhiên tốn kém nhƣ gỗ ho c than. Do đó việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp bao gồm vỏ cà phê, lõi ngô, bã trà, bã mía, vỏ trấu, mùn cƣa, vỏ dừa để xử lý kim lo i n ng trong nƣớc là m t trong những hƣớng Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 1 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 nghiên cứu đang đƣợc quan tâm bởi tính kinh tế cũng nhƣ hiệu quả mà nó mang l i. Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr (VI) của than hoạt tính biến tính bằng H3PO4 trên nền vỏ cà phê”.  Mục đích nghiên cứu - Chế t o than ho t tính với chất ho t hóa là H3PO4 từ vỏ cà phê với các điều kiện nhiệt đ và nồng đ chất ho t hóa khác nhau. - Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim lo i n ng Cr (VI) trong nƣớc của VLHP chế t o đƣợc.  Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế t o vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê. - Đánh giá cấu trúc bề m t của VLHP. - Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI) của VLHP chế t o đƣợc. - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ. - Xác định dung lƣợng hấp phụ của VLHP.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Điều chế đƣợc VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các ion kim lo i n ng, những ion kim lo i gây ô nhiễm môi trƣờng. Về m t kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt Nam, là m t d ng vật liệu hấp phụ đ c biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam. Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 2 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom Crom là m t nguyên tố tƣơng đối phổ biến trong thiên nhiên. Trong vỏ trái đất, crom chiếm 6.10-3 % tổng số nguyên tử. Khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO2)2]. Crom là nguyên tố thu c nhóm (VIB) trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có số thứ tự là 24, cấu hình electron lớp ngoài cùng là [Ar]3d54s1. Crom là m t kim lo i cứng, m t bóng, màu xám thép với đ bóng cao và nhiệt đ nóng chảy cao. Crom nguyên chất là kim lo i óng ánh, màu trắng xám. Các tr ng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các tr ng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với tr ng thái oxi hóa +6 là những chất có tính oxi hóa m nh. Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý của crom Cấu hình electron [Ar]3d54s1 Năng lƣợng ion hóa, ev I1 6.76 I2 16.49 I3 30.95 Nhiệt đ nóng chảy, oC 1875 Nhiệt đ sôi, oC 2197 Nhiệt thăng hoa, KJ/mol 368.2 Bán kính nguyên tử, Ao 1.27 Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 3 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.1.2. Công dụng của crom Crom nguyên chất rất dẻo, nhƣng hợp kim của nó với m t số kim lo i khác dùng trong kỹ thuật l i là những hợp kim rất cứng, vì vậy ngƣời ta thƣờng đƣa vào thép để tăng đ cứng, đ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các lo i thép hợp kim đ c biệt [11]. Crom đƣợc sử dụng trong ngành luyện kim để tăng khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề m t. Nó có thể là m t thành phần của hợp kim, chẳng h n nhƣ thép không gỉ để làm dao, kéo, dùng trong m crom, trong quá trình anot hóa dƣơng cực hóa nhôm , theo nghĩa đen là chuyển bề m t nhôm thành ruby. Làm thuốc nhu m và sơn: Oxit crom Cr2O3) là chất đánh bóng kim lo i với tên gọi phấn lục. Các muối crom nhu m màu cho thủy tinh thành màu xanh lục. Crom là thành phần t o ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó đƣợc sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. Nó t o ra màu vàng rực rõ của thuốc nhu m và sơn. Là m t xúc tác cromit đƣợc sử dụng làm khuôn để nung g ch ngói, các muối crom đƣợc sử dụng trong quá trình thu c da, kali dicromat (K2Cr2O7) là m t thuốc thử hóa học, đƣợc sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị làm bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng nhƣ trong vai trò m t tác nhân chuẩn đ . Nó cũng đƣợc sử dung làm chất ổn định màu cho các thuốc nhu m vải. Oxit crom (CrO2 đƣợc sử dụng sản xuất băng từ, t o hiệu suất tốt hơn. Trong y học, crom nhƣ là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thƣờng duới d ng clorua crom (CrCl3). Ngoài ra nó còn đƣợc dùng làm phụ gia cho vào xăng, làm dây dẫn điện chịu nhiệt đ cao Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 4 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.1.3. Ảnh hƣởng của crôm M c dù Crôm tồn t i ở nhiều tr ng thái khác nhau, chỉ có Cr (III) và Cr (VI) gây ảnh hƣởng lớn đến sinh vật và con ngƣời. - Đƣờng xâm nhập và đào thải: Crôm xâm nhập vào cơ thể theo 3 đƣờng: hô hấp, tiêu hóa và qua da. Cr VI đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng hơn Cr III nhƣng khi vào cơ thể Cr (VI) sẽ chuyển thành d ng Cr (III). Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đƣờng nào, Crôm cũng đƣợc hòa tan trong máu ở nồng đ 0.001mg/ml, sau đó đƣợc chuyển vào hồng cầu và sự hòa tan ở hồng cầu nhanh hơn 10-20 lần. Từ hồng cầu, Crôm đƣợc chuyển vào các tổ chức và phủ t ng. Crôm gắn với Sidero filing albumin và đƣợc giữ l i ở phổi, xƣơng, thận, gan, phần còn l i thì qua phân và nƣớc tiểu. Từ các cơ quan phủ t ng, Crôm l i đƣợc hòa tan dần vào máu, rồi đƣợc đào thải qua nƣớc tiểu từ vài tháng đến vài năm. Do đó nồng đ Crôm trong máu và nƣớc tiểu biến đổi nhiều và kéo dài. - Tác đ ng đến sức khoẻ: Qua ngiên cứu ngƣời ta thấy Crôm có vai trò sinh học nhƣ chuyển hóa glucose, protein, chất béo ở đ ng vật hữu nhũ. Dấu hiệu của thiếu hụt Crôm ở ngƣời gồm có giảm cân, cơ thể không thể lo i đƣờng ra khỏi máu, thần kinh không ổn định. Tuy nhiên với hàm lƣợng cao Crôm làm giảm protein, axit nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản. Cr VI đ c hơn Cr III . I RC đã xếp Cr (VI) vào nhóm 1, Cr (III) vào nhóm 3 đối với các chất gây ung thƣ. Hít thở không khí có nồng đ Crôm (ví dụ axit crômic hay Cr (III) trioxit) cao ( > 2μg/m3 ) gây kích thích mũi làm chảy nƣớc mũi, hen suyễn dị ứng, ung thƣ khi tiếp xúc với Crôm có nồng đ cao hơn 100 1000 lần nồng đ trong môi trƣờng tự nhiên). Ngoài ra Cr (VI) còn có tính ăn mòn, gây dị ứng, lở loét khi tiếp xúc với da. Crom chủ yếu gây Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 5 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 nên các bệnh ngoài da nhƣ loét da, viêm da tiếp xúc, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thận, ung thƣ phổi... [6]. 1.1.4. Hiện trạng ô nhiễm Cr (VI) do công nghiệp mạ điện tại Việt Nam - Theo các số liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi m có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung ở các thành phố lớn nhƣ Hà N i, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa Trong quá trình sản xuất, nƣớc thải của các nhà máy xí nghiệp này đều bị ô nhiễm bởi các kim lo i n ng, nhƣng vấn đề xử lý nƣớc thải còn chƣa đƣợc quan tâm, xem xét đầy đủ ho c việc xử lý chỉ mang tính hình thức vì đầu tƣ cho m t quy trình xử lý nƣớc thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trƣờng chƣa đƣợc nghiêm minh, chỉ còn mang tính đối phó [2]. - Đ c trƣng của nƣớc thải ngành m điện là chứa hàm lƣợng cao các muối vô cơ và kim lo i n ng nhƣ đồng, kẽm, crôm, niken Trong nƣớc thải xi m thƣờng có sự thay đổi pH rất r ng từ rất axit (pH = 2 3 đến rất kiềm (pH = 10 11). Các chất hữu cơ thƣờng có rất ít trong nƣớc thải xi m , phần đóng góp chính là các chất t o bóng, chất ho t đ ng bề m t nên chỉ số COD, BOD5 của nƣớc thải m điện thƣờng nhỏ và không thu c đối tƣợng cần xử lý. Đối tƣợng cần xử lý chính trong nƣớc thải là các muối kim lo i n ng nhƣ crôm, đồng, kẽm, sắt, photpho [8]. - Lƣợng nƣớc thải của m điện không phải là lớn so với các ngành công nghiệp khác nhƣ nƣớc thải của ngành công nghiệp giấy, dệt song thành phần và các chất đ c h i trong đó khá lớn. Hơn nữa, các chất đ c h i này l i có những biến thiên hết sức phức t p và phụ thu c vào quy trình công nghệ cũng nhƣ từng công đo n trong quy trình đó. Vì vậy, muốn xử lý đ t hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo từng công đo n, từng trƣờng hợp cụ thể và lựa chọn phƣơng án xử lý thích hợp. Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 6 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt ghiệp Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chứa Cr (VI) [1]. QCVN 40:2011/BTNMT quy định nồng độ của Cr (VI) trong nước thải công nghiệp như sau: Bảng 1.2. Giá trị giới hạn nồng độ của Cr (VI) trong nƣớc thải công nghiệp Nguyên tố Đơn vị Giá trị C A Cr(VI) mg/l B 0.05 0.1 Trong đó: C t A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh ho t; C t B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh ho t; Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nƣớc thải đƣợc xác định t i khu vực tiếp nhận nƣớc thải. 1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ 1.2.1. Các khái niệm  Hấp phụ: là quá trình tích lũy chất trên bề m t phân cách các pha (rắn-khí, rắn-lỏng, khí-lỏng, lỏng-lỏng). Trong đó: - Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề m t có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. - Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề m t chất hấp phụ. Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 7 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ. Hấp phụ là m t quá trình tỏa nhiệt. Ngƣợc với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề m t chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tƣơng tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ngƣời ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [3].  Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề m t chất hấp phụ (bao gồm cả ba lo i lực: cảm ứng, định hƣớng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là m t quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng đ ng giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thu c vào bản chất hóa học của bề m t, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [3].  Hấp phụ hóa học Định nghĩa: Hấp phụ hóa học đƣợc gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết c ng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thƣờng lớn hơn 22kcal/mol. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tƣơng đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. M t số trƣờng hợp tồn t i cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt đ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt đ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [9] [13]. Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 8 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2  Giải hấp phụ: Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề m t chất hấp phụ. Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đ c trƣng về hiệu quả kinh tế. M t số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: - Phƣơng pháp hóa lý: Có thể thực hiện t i chỗ, ngay trên c t hấp phụ nên tiết kiệm đƣợc thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở tr ng thái nguyên vẹn. Phƣơng pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa - khử, áp đ t các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ. - Phƣơng pháp nhiệt: Sử dụng cho các trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi ho c sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi. - Phƣơng pháp vi sinh: là phƣơng pháp tái t o khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [3].  Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc [3] Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tƣơng tác là: nƣớc - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự có m t của nƣớc nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ c nh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nƣớc t o ra các c p hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nƣớc - chất hấp phụ, c p nào có tƣơng tác m nh hơn thì hấp phụ xảy ra với c p đó. Tính chọn lọc của các c p hấp phụ phụ thu c vào các yếu tố: đ tan của chất bị hấp phụ trong nƣớc, tính ƣa nƣớc ho c kị nƣớc của chất hấp phụ, mức đ kị nƣớc của chất bị hấp phụ trong nƣớc. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trƣớc tiên phụ thu c vào tính tƣơng đồng về đ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực đƣợc hấp phụ tốt Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 9 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 trên chất hấp phụ không phân cực và ngƣợc l i. Đối với các chất có đ phân cực cao, ví dụ các ion kim lo i hay m t số d ng phức oxy anion nhƣ SO42-, PO43-, CrO42- thì quá trình hấp phụ xảy ra do tƣơng tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép. Các ion ho c các phân tử có đ phân cực cao trong nƣớc bị bao bọc bởi m t lớp vỏ là các phân tử nƣớc, do đó bán kính đ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hƣởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tƣơng tác tĩnh điện. Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ đƣợc hấp phụ tốt hơn do đ phân cực cao hơn và lớp vỏ hyđrat nhỏ hơn. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc còn bị ảnh hƣởng nhiều bởi pH của dung dịch. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu ho c lƣỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dƣơng ho c trung hoà tùy thu c giá trị pH. T i giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề m t chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề m t chất hấp phụ tích điện âm và dƣới giá trị đó bề m t chất hấp phụ tích điện dƣơng. Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức t p do sự phân li của các nhóm chức và các cấu tử trao đổi cũng phụ thu c vào pH của môi trƣờng, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và t o phức chất. Ngoài ra, đ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề m t, kích thƣớc mao quản cũng ảnh hƣởng tới sự hấp phụ. Đối với các hợp chất hữu cơ, trong môi trƣờng nƣớc chúng có đ tan khác nhau do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau. Phần lớn các chất hữu cơ tồn t i trong nƣớc d ng phân tử trung hòa, ít bị phân cực nên quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thu c vào: pH của môi trƣờng, lƣợng chất hấp phụ, nồng đ chất bị hấp phụ Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 10 Khóa luận tốt ghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Đ c tính của ion kim lo i n ng trong môi trƣờng nƣớc: để tồn t i đƣợc ở tr ng thái bền, các ion kim lo i trong môi trƣờng nƣớc bị hydrat hóa t o ra lớp vỏ là các phân tử nƣớc, các phức chất hidroxo, các c p ion hay phức chất khác. Tùy thu c vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trƣờng, các thành phần khác cùng có m t mà hình thành các d ng tồn t i khác nhau.  Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hƣởng bởi các yếu tố sau: - Khối lƣợng phân tử - Cấu trúc phân tử - Lo i và số lƣợng các nhóm chức - Hàm lƣợng tro và các hợp chất dễ bay hơi - Diện tích bề m t riêng - Số lƣợng vi lỗ có trong vật liệu - pH của môi trƣờng hấp phụ và pH của vật liệu - Liều lƣợng vật liệu hấp phụ - Thời gian hấp phụ - Nồng đ chất hấp phụ 1.2.2. Cân bằng hấp phụ Hấp phụ vật lý là m t quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề m t chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề m t chất hấp phụ càng nhiều thì tốc đ di chuyển ngƣợc trở l i pha mang càng lớn. Đến m t thời điểm nào đó, tốc đ hấp phụ (quá trình thuận) bằng tốc đ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đ t tr ng thái cân bằng [9] [13]. - Dung lƣợng hấp phụ cân bằng: Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa học 11