TỔNG QUAN
Ảnh hưởng của sự ô nhiễm kim loại tới sức khỏe con người
Một số kim loại nặng, mặc dù cần thiết cho sự phát triển của cơ thể ở hàm lượng nhỏ, nhưng khi tích tụ với nồng độ cao lại trở nên độc hại Khi thải ra môi trường, các hợp chất kim loại nặng có thể tích tụ trong đất và một số có khả năng hòa tan, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt Những kim loại này sau đó đi vào chuỗi thức ăn của con người, và khi vào cơ thể, chúng tích tụ trong các mô, ảnh hưởng đến các quá trình sinh hóa Ở người, kim loại nặng có thể tích tụ trong nội tạng như gan, thận và xương khớp, gây ra nhiều bệnh nguy hiểm như ung thư, thiếu máu và ngộ độc.
Mangan và ảnh hưởng của nó tới sức khỏe con người
Mangan (Mn) được Gabriel Bertrand công nhận là nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng của cơ thể Nó ảnh hưởng đến hô hấp tế bào, phát triển xương, chuyển hóa gluxit, hoạt động não và cảm giác cân bằng Ngoài ra, mangan còn có mặt với hàm lượng cao trong một số enzym.
Mangan là khoáng chất thiết yếu cho sự sống và phát triển của mọi sinh vật, đặc biệt là trong cơ thể người, nơi nó hỗ trợ hoạt động của nhiều enzym quan trọng và thúc đẩy quá trình tạo xương Mỗi người trưởng thành cần khoảng 2 - 5mg mangan mỗi ngày Nguồn cung cấp mangan phong phú có trong ngũ cốc nguyên hạt như gạo lứt và bột mì nguyên cám, cùng với rau củ và trái cây, đều chứa một lượng mangan đáng kể.
Mangan hoạt hóa một số enzyme và có khả năng can thiệp vào việc ức chế chuyển động của Canxi trong các tế bào nhất định, cho thấy vai trò của nó vẫn còn nhiều điều chưa được làm rõ.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 4 trong sự cân bằng của đường máu và quá trình tổng hợp cholesterol, cũng như tiến trình hình thành bộ xương
Mangan đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp urê và trung hòa các anion superoxide của gốc tự do trong tế bào, đặc biệt là tại các lạp thể Nó cùng với đồng hoạt động như một chất chống ôxy hóa, nhưng nếu dư thừa hoặc không được kiểm soát, mangan có thể trở thành nhân tố tiền ôxy hóa gây độc Não rất nhạy cảm với tác động tiêu cực của mangan, có thể dẫn đến một số bệnh như Parkinson.
Mangan đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất sắt thép nhờ khả năng khử lưu huỳnh và ôxi, cũng như tính chất của hợp kim Ngoài ra, mangan là thành phần chính trong sản xuất thép không gỉ với chi phí thấp và được sử dụng trong hợp kim nhôm Nó cũng được thêm vào dầu hỏa để giảm tiếng nổ cho động cơ Mangan đioxit được ứng dụng trong pin khô và làm chất xúc tác, trong khi mangan được sử dụng để tẩy màu thủy tinh và tạo màu tím cho sản phẩm này Mangan ôxít là chất nhuộm màu nâu, thường được dùng trong chế tạo sơn, và kali pemanganat là chất ôxi hóa mạnh, có ứng dụng trong hóa học và y khoa Cuối cùng, phốtphát hóa mangan được sử dụng như một phương pháp chống rỉ và ăn mòn cho thép, thường thấy trong sản xuất tiền xu.
Các hợp chất mangan được sử dụng rộng rãi trong ngành gốm và thủy tinh để tạo màu sắc, với màu nâu của gốm thường phụ thuộc vào các hợp chất này Trong ngành công nghiệp thủy tinh, mangan đóng vai trò quan trọng với hai hiệu ứng chính: mangan(III) phản ứng với sắt(II) để tạo ra màu lục đậm, đồng thời tạo ra sắt(III) ít màu hơn, kết hợp với màu hồng nhạt của mangan(II) để tạo ra màu sắc độc đáo trong sản phẩm thủy tinh.
Mangan là một nguồn phát thải phổ biến tại các cơ sở mạ điện, gia công kim loại, sản xuất pin, khai thác mỏ, sơn và sản xuất hợp kim Ở mức độ thấp dưới 0,1 mg/lít, mangan có lợi cho sức khỏe con người Tuy nhiên, khi hàm lượng mangan tăng cao từ 1-5 mg/lít, nó có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến một số cơ quan nội tạng trong cơ thể.
Mangan có độc tính thấp và không gây ung thư, tuy nhiên, khi nồng độ vượt quá 0,15 mg/l, nó có thể tạo ra vị khó chịu và làm hoen ố quần áo Tiêu chuẩn quy định cho nước uống và nước sạch là hàm lượng mangan phải nhỏ hơn 0,5 mg/l.
Mangan quá cao trong chế độ ăn uống cản trở sự hấp thu sắt, có thể dẫn đến thiếu máu thiếu sắt nếu tình trạng dư thừa kéo dài Lượng mangan tăng cường làm suy yếu hoạt động của các enzyme đồng Metallo Thường thì mangan quá tải là do ô nhiễm công nghiệp, và người lao động trong ngành chế biến mangan có nguy cơ cao nhất Ngoài ra, nước giàu mangan cũng có thể gây ra tình trạng dư thừa mangan và làm tăng sự phát triển của vi khuẩn trong nước.
Ngộ độc Mangan thường xuất hiện ở công nhân trong ngành sản xuất ắc quy, với triệu chứng tương tự như bệnh Parkinson, bao gồm run và cơ bắp cứng Lượng mangan dư thừa có thể dẫn đến cao huyết áp, đặc biệt ở những người trên 40 tuổi Nồng độ mangan cao đáng kể cũng được phát hiện ở bệnh nhân mắc viêm gan, xơ gan nghiêm trọng, cũng như ở những người đang chạy thận và bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim.
Nhiễm độc mangan có thể xảy ra dưới nhiều dạng, trong đó thể thần kinh là phổ biến nhất Bên cạnh đó, người bệnh có thể gặp phải các rối loạn nội tiết, huyết học, tiêu hóa, cũng như tổn thương ở gan, thận, phổi và mũi họng.
Khi nhiễm độc mangan, các triệu chứng thần kinh đầu tiên thường bao gồm nhức đầu, suy nhược, mất ngủ, rối loạn thăng bằng và dáng đi vụng về Khi bệnh tiến triển, người bệnh có thể xuất hiện triệu chứng giống hội chứng Parkinson, như run tay nhẹ, vẫn có thể làm việc Tuy nhiên, theo thời gian, tình trạng run sẽ nặng hơn, khiến người bệnh không còn khả năng lao động và tự phục vụ.
Việc phát hiện bệnh sớm cũng chỉ chủ yếu dựa vào các triệu chứng nhƣ: nhức đầu, ngủ kém, dáng đi ngập ngừng
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 6
Quá trình hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng
Chất hấp phụ là chất có bề mặt, nơi diễn ra quá trình hấp phụ, trong khi chất bị hấp phụ là chất được tích lũy trên bề mặt của chất hấp phụ.
Quá trình giải hấp phụ là quá trình ngược lại với hấp phụ, diễn ra khi chất bị hấp phụ thoát ra khỏi bề mặt của chất hấp phụ.
Hiện tượng hấp phụ xảy ra khi có sự tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, được phân loại thành hai loại chính: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, tùy thuộc vào bản chất của lực tương tác.
Các phân tử chất bị hấp phụ gắn kết với các tiểu phân như nguyên tử, phân tử và ion trên bề mặt phân chia pha thông qua lực liên kết Van Der Waals yếu Sự hấp phụ này là kết quả của sự tổng hợp nhiều loại lực hút khác nhau, bao gồm lực tĩnh điện, lực tán xạ, lực cảm ứng và lực định hướng.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt của chất hấp phụ mà không tạo thành hợp chất hóa học hay liên kết hóa học Quá trình này diễn ra với nhiệt hấp phụ không lớn, cho thấy sự tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ chủ yếu là vật lý.
Hấp phụ hóa học là quá trình mà các phân tử chất hấp phụ hình thành hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ, thông qua các lực liên kết hóa học như liên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết phối trí Nhiệt hấp phụ hóa học có thể rất lớn, đạt tới 800 kJ/mol.
Sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học là tương đối, do ranh giới giữa chúng không rõ ràng Trong nhiều quá trình hấp phụ, cả hai loại hấp phụ này có thể xảy ra đồng thời.
1.3.2 H ấ p ph ụ trong môi trường nướ c
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ diễn ra phức tạp do sự tương tác của ba thành phần: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Sự hiện diện của dung môi dẫn đến hiện tượng hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ sẽ xảy ra mạnh hơn cho cặp có tương tác cao Tính chọn lọc trong cặp tương tác này phụ thuộc vào độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hoặc kỵ nước của chất bị hấp phụ, và mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước.
Trong môi trường nước, các ion kim loại được bao bọc bởi lớp vỏ các phân tử nước, hình thành nên các ion bị hidrat hóa Bán kính của lớp vỏ hidrat ảnh hưởng đến khả năng tương tác tĩnh điện giữa các ion Đối với các ion cùng điện tích, ion lớn hơn có khả năng hấp phụ tốt hơn nhờ vào độ phân cực cao và lớp vỏ hidrat nhỏ hơn Ngược lại, giữa các ion có điện tích khác nhau, ion mang điện tích cao thể hiện khả năng hấp phụ vượt trội so với ion điện tích thấp.
Sự hấp phụ trong môi trường nước bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi pH, vì sự thay đổi này không chỉ làm thay đổi bản chất của chất bị hấp phụ, mà còn tác động đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ Các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc trung tính sẽ phân li khác nhau ở các giá trị pH khác nhau, dẫn đến sự biến đổi trong quá trình hấp phụ.
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ chủ yếu diễn ra trên bề mặt của chất hấp phụ, dẫn đến một chuỗi các giai đoạn liên tiếp trong động học hấp phụ.
- Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch
- Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản - giai đoạn khuếch tán màng
- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ
- Giai đoạn khuếch tán trong mao quản
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 8
- Các phân tử chất bị hấp phụ đƣợc gắn vào bề mặt chất hấp phụ - giai đoạn hấp phụ thực sự
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ
1.3.4 Cân b ằ ng h ấ p ph ụ - Các phương trình đẳ ng nhi ệ t h ấ p ph ụ
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, trong đó các phần tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển ngược lại pha mang Theo thời gian, khi lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn tăng lên, tốc độ di chuyển ngược lại cũng sẽ gia tăng Cuối cùng, khi tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
Khi một hệ hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và nồng độ của chất đó, được biểu diễn qua công thức q = f(T, P hoặc C) Ở điều kiện nhiệt độ không đổi (T = const), mối quan hệ giữa q và các yếu tố còn lại sẽ được thể hiện qua đường biểu diễn tương ứng.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ, được biểu diễn bằng công thức P hoặc C (q = fT(P hoặc C), có thể được xây dựng dựa trên lý thuyết, kinh nghiệm hoặc phương pháp bán kinh nghiệm Việc xây dựng này phụ thuộc vào các tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm trong việc xử lý dữ liệu thực nghiệm.
Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng (q) là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng, trong điều kiện nồng độ và nhiệt độ xác định Giá trị của q được đo bằng milligram trên gram (mg/g).
V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lƣợng chất bị hấp phụ (g)
C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Ccb: Nồng độ của chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu
H Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng được nêu ở bảng 1.2
Bảng 1 1 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng [2 ] Đường đẳng nhiệt hấp phụ Phương trình Bản chất sự hấp phụ
1 + b.p Vật lí và hóa học
Henry v=k.p Vật lí và hóa học
Freundlich v=k.p1 n , (n>1 ) Vật lí và hóa học
Shlygin-Frumkin-Temkin v vm = 1 a lnCo.p Hóa học
Tổng quan về than hoạt tính
Than hoạt tính là một dạng carbon vô định, có chứa một phần tinh thể grafit và tàn tro, chủ yếu là kim loại kiềm và cát Với diện tích bề mặt lớn, than hoạt tính trở thành chất lý tưởng cho việc lọc và hấp phụ nhiều loại hóa chất.
Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính ra đơn vị khối lƣợng thì là từ
Than hoạt tính có bề mặt riêng lớn từ 500 đến 2500 m²/g, nhờ vào cấu trúc xơ rỗng hình thành từ nguyên liệu hữu cơ qua quá trình chưng khô ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí Các vết rỗng vi mạch có tính hấp thụ mạnh, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tải Than hoạt tính không độc, có nguồn gốc từ gỗ và than đá với giá thành thấp, trong khi than từ xơ dừa và vỏ trái cây có chất lượng cao hơn nhưng giá thành cao Chất thải từ quá trình sản xuất dễ dàng tiêu hủy bằng phương pháp đốt, và việc thu hồi kim loại nặng từ tro đốt cũng rất thuận lợi.
Hình 1.3 Than hoạt tính 1.4 2 Phương pháp chế t ạ o than ho ạ t tính
Các nguyên liệu phổ biến để sản xuất than hoạt tính bao gồm cây thuộc họ tre và gáo dừa, với ưu điểm là có hệ thống mao quản lớn từ 10 - 50 m Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là giá thành cao, không phù hợp cho xử lý nước thải Hiện nay, than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp như xơ dừa, trấu, sợi đay và bã mía đang được chú trọng, vì chúng chứa cellulose và hemicellulose, phù hợp hơn cho mục đích này.
Quá trình sản xuất than hoạt tính bao gồm hai giai đoạn chính: than hoá và hoạt hoá Giai đoạn than hoá được thực hiện thông qua phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ từ 850°C đến 950°C trong điều kiện yếm khí Để tăng cường khả năng hấp phụ của than, có thể tiến hành hoạt hoá bằng hơi nước, khí CO2, kẽm clorua hoặc axit H2SO4 đặc.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 14
Các phản ứng trên (đốt cháy một phần than đá) đã tạo nên độ xốp với bề mặt chứa các nhóm chức hoạt động và rất lớn, từ 600 đến 1700m 2 /g
Quy trình sản xuất than hoạt tính bao gồm việc sử dụng nguyên liệu ban đầu và trải qua quá trình hoạt hóa nhằm tăng cường hoạt tính hấp phụ Các bước xử lý, bao gồm điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và xúc tác, được thực hiện một cách cụ thể để tạo ra sản phẩm than hoạt tính đáp ứng nhu cầu sử dụng và kinh doanh, tuy nhiên, đây là bí mật công nghệ riêng của từng nhà sản xuất.
Quá trình hoạt hóa than tạo ra những lỗ nhỏ li ti, giúp tăng cường khả năng hấp phụ và giữ lại các tạp chất hiệu quả hơn so với than ban đầu Trong khi nguyên liệu có diện tích bề mặt khoảng 10-15 m²/g, sau khi trải qua quá trình hoạt hóa, than có thể đạt diện tích bề mặt lên tới 700-1.200 m²/g, thậm chí lớn hơn cả ngàn lần.
Bán kính lỗ hổng của than hoạt tính được chia thành ba loại: micropores (< 40Å), mesopores (40 - 5.000Å) và macropores (5.000 - 20.000 Å) Trong đó, micropores có khả năng hấp phụ tốt nhất Than hoạt tính có khả năng hấp thụ hiệu quả các chất không phân cực như hợp chất hữu cơ, nhưng hấp phụ kém hơn đối với các chất phân cực như nước và khí amoniac.
Khả năng hấp phụ của than hoạt tính phụ thuộc vào cấu trúc, kích thước, mật độ khe hổng và diện tích tiếp xúc của nó, cũng như tính chất của các tạp chất cần loại bỏ và công nghệ sản xuất Cấu trúc xốp và độ hoạt động của than phụ thuộc vào loại nguyên liệu và chế độ hoạt hoá, dẫn đến sự đa dạng về loại than và phạm vi sử dụng Than có nhiều pore nhỏ thường hiệu quả trong việc hấp thụ khí, nhưng kém hiệu quả khi hấp phụ các chất hữu cơ, trong khi than hoạt tính dùng để hấp phụ trong dung dịch cần có nhiều medopore.
1.4.3 Ứ ng d ụ ng than ho ạ t tính [4]
- Trong y tế (Carbo medicinalis – than dƣợc): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn
- Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc tác khác
Than hoạt tính là một thành phần quan trọng trong kỹ thuật lọc khí, được sử dụng trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trong khẩu trang, cũng như trong các tấm khử mùi cho tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ.
- Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lƣợng
Than hoạt tính có cấu trúc xốp và xung quanh mạng tinh thể của nó có lực hút mạnh, giúp hấp phụ hiệu quả các chất hữu cơ.
Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi để hấp phụ hơi chất hữu cơ và chất độc, đồng thời lọc và xử lý nước sinh hoạt cũng như nước thải Nó đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch môi trường, khử mùi, và loại bỏ các tác nhân gây hại cho sức khỏe con người Nhờ vào khả năng chống ô nhiễm, than hoạt tính góp phần tạo ra một môi trường sống trong sạch và an toàn cho mọi người.
Các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, hóa dầu, sản xuất dược phẩm, khai khoáng, nông nghiệp, bảo quản, hàng không vũ trụ và lĩnh vực quân sự đều yêu cầu sử dụng một lượng lớn than hoạt tính.
1.4.4 Gi ớ i thi ệ u v ề nguyên li ệ u lõi ngô [12]
Theo Tổng cục Thống kê, Việt Nam hiện có khoảng 800.000 ha ngô, trong đó quá trình chế biến nông sản thải ra khoảng 1 triệu tấn lõi ngô mỗi năm Lượng lõi ngô này chỉ được sử dụng một phần nhỏ cho mục đích chất đốt và trồng nấm, còn lại chủ yếu bị thải ra môi trường, gây ô nhiễm tại các khu vực như vệ đường và dòng suối.
Lõi ngô hiện nay được phát hiện có nhiều công dụng hữu ích, như chế biến thành thức ăn cho gia súc, lên men để sản xuất ancol etylic và axit lactic, cũng như phối trộn với bê tông để tạo ra bê tông lõi ngô nhẹ Đặc biệt, nghiên cứu đã chỉ ra khả năng chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô, đồng thời ứng dụng hiệu quả trong việc sản xuất vật liệu hấp phụ cho xử lý môi trường với chi phí thấp.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 16 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển quy trình hoàn chỉnh để tận dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam trong công tác xử lý môi trường.
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN24:2009)
- Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận
Giá trị giới hạn về các thông số và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả thải vào các khu vực nước không được vượt quá các giá trị quy định trong bảng 1.2.
Nước thải công nghiệp có thể được xả thải vào các nguồn nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt nếu các thông số và nồng độ chất ô nhiễm của nó bằng hoặc nhỏ hơn giá trị quy định trong cột A.
Nước thải công nghiệp có thể được xả vào các vực nước nhận thải khác, ngoại trừ các thủy vực quy định ở cột A, nếu các thông số và nồng độ chất ô nhiễm lớn hơn giá trị quy định trong cột A nhưng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị quy định trong cột B.
Nước thải có thành phần đặc trưng theo từng lĩnh vực ngành công nghiệp và các hoạt động sản xuất, dịch vụ cụ thể, được quy định trong các tiêu chuẩn riêng biệt.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích chất ô nhiễm phải tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành (TCVN) hoặc quy định của cơ quan có thẩm quyền, nhằm xác định các thông số và nồng độ cụ thể của các chất ô nhiễm.
Bảng 1.2 Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
STT Thông số Đơn vị
4 Độ mầu (Co-Pt ở pH = 7) - 20 70
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 18
7 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100
23 Dầu động thực vật mg/l 10 20
26 Hóa chất bảo vệ thực vật lân hữu cơ mg/l 0.3 1
27 Hóa chất bải vệ thực vật clo hữu cơ mg/l 0.1 0.1
31 Amoni( tính theo Nitơ) mg/l 5 10
35 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0.1 0.1
36 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1.0 1.0
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 20
THỰC NGHIỆM
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của khóa luận
Chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô
Khảo sát để tìm điều kiện tối ưu cho việc tách loại mangan trong nước bằng than hoạt tính
Khảo sát các điều kiện tối ưu cho sự hấp phụ mangan trong nước bằng than hoạt tính gồm:
- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ mangan của than hoạt tính
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ mangan của than hoạt tính
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Mn 2+ đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính
- Nghiên cứu khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu
2.2 Dụng cụ và hóa chất
- Máy đo quang Hach DR/2010
- Bình định mức : 50ml, 100ml, 1000ml
- Buret và pipet các loại
- Phễu lọc và giấy lọc
- Bếp điện và một số dụng cụ phụ trợ khác
2.3 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ
Lõi ngô được rửa sạch bằng nước cất, thái nhỏ, phơi khô tự nhiên và sấy khô ở nhiệt độ 80 - 90 độ C trong 24 giờ Sau đó, lõi ngô được cho vào cốc thủy tinh và đốt bằng axit H2SO4 98% theo tỉ lệ 1:1 về khối lượng, ngâm trong 72 giờ Sản phẩm sau khi đốt được rửa sạch nhiều lần bằng nước cất và tiếp tục ngâm trong dung dịch.
NaHCO3 2% được sử dụng trong 24 giờ, sau đó lọc và rửa sạch vật liệu bằng nước cất cho đến khi đạt môi trường trung tính Tiếp theo, vật liệu được sấy khô ở nhiệt độ 120 – 150 °C trong 6 giờ và nghiền nhỏ đến kích thước 0,25 - 2mm, tạo ra vật liệu hữu cơ.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 22
Hình 2.1 Lõi ngô trước khi oxy hóa Hình 2.2 Lõi ngô đang được than hóa
2.4 Phương pháp xác định Mangan
2.4.1 Nguyên t ắc xác đị nh Mn 2+
Mangan (Mn) trong nước thường tồn tại dưới hai dạng: dạng tan và không tan Dạng tan thường là Mn 2+, trong khi dạng không tan là kết tủa hidroxi Để xác định Mn, người ta sử dụng amonipesunfat làm chất ôxy hóa mạnh và ion Ag+ làm chất xúc tác trong môi trường axit, nhằm ôxy hóa Mn 2+ thành Mn 7+ với màu tím hồng Kết quả được xác định bằng máy đo màu.
Oxi hóa Mn 2+ thành MnO4
Hình 2.3 Màu tím đặc trưng của ion MnO 4 -
- Ion clo (Cl - ) gây cản trở xác định, loại bỏ bằng cách thêm dung dịch AgNO3, loại bỏ kết tủa sẽ loại đƣợc Cl -
- Chất hữu cơ, loại bỏ bằng cách vô cơ hóa với vài giọt axit photphoric
- Các chất có màu khác đƣợc loại trừ bằng cách dùng mẫu trắng
2.4.2 D ựng đườ ng chu ẩn xác đị nh Mn 2+
- Dung dịch chuẩn Mn 2+ : Hòa tan 0,1535g MnSO4.H2O với 500ml nước cất đƣợc axit hóa bằng H2SO4 (1:4) 5ml, ta đƣợc dung dịch chuẩn 0,1 mg Mn/ml
Để lập đường chuẩn, chuẩn bị một dãy bình tam giác với dung dịch chuẩn Mn 0,1mg Mn/ml theo các thể tích 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 ml Thêm vào mỗi bình 1ml H2SO4 đặc, 0,5ml AgNO3 10% và 1g amoni pesunfat Sau đó, thêm nước cất 2 lần cho đến khoảng 30ml, đun sôi trong 1 phút, rồi lấy ra và làm nguội nhanh bằng nước.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 24 đã tiến hành đo quang bước sóng 525nm và thu được kết quả như trong bảng 2.1 Nồng độ mangan được xác định theo công thức quy định.
• C là lượng mangan tính theo đường chuẩn (mg)
• V là thể tích mẫu đem phân tích (ml)
• X là hàm lượng mangan trong mẫu nước (mg/l)
Bảng 2.1 Kết quả xác định đường chuẩn Mangan
STT Thể tích Mn (ml) Hàm lƣợng Mn (mg) ABS
Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của Mangan nhƣ sau:
Hình 2.4: Phương trình đường chuẩn Mn
Vậy phương trình của Mangan dùng để xác nồng độ Mangan sau quá trình hấp phụ có dạng: y = 4.814x + 0,001
2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu là pH Để nghiên cứu tác động của pH, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm cụ thể nhằm khảo sát sự biến đổi này.
Chuẩn bị 10 bình tam giác 250ml, đánh số từ 1 đến 10 Mỗi bình chứa 50ml dung dịch Mn 2+ với nồng độ 0,1mg Mn/ml và 1,5g vật liệu hấp phụ Điều chỉnh pH cho từng bình theo thứ tự từ 2 đến 11.
- Các bình đã điều chỉnh pH lần lƣợt theo thứ tự tiến hành mang đi lắc trên máy lắc trong 1h
- Sau khoảng thời gian lắc 1h, lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ Mn 2+ trong dung dịch
2.5.2 Ảnh hưở ng c ủ a th ờ i gian
Chuẩn bị 5 bình tam giác có dung tích 250ml, được đánh số từ 1 đến 5 Mỗi bình sẽ chứa 50ml dung dịch Mn 2+ với nồng độ 0,1 mgMn/ml và 1,5g.
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 26 đã tiến hành nghiên cứu vật liệu hấp phụ bằng cách điều chỉnh pH tối ưu cho các bình Sau đó, các bình này được lắc trên máy lắc trong các khoảng thời gian khác nhau, cụ thể là 30, 60, 90, 120 và 150 phút.
- Sau mỗi khoảng thời gian trên, lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ Mn 2+ trong dung dịch
2.5.3 Ảnh hưở ng c ủ a kh ối lượ ng
Chuẩn bị 6 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số từ 1 đến 6 Mỗi bình cho 50ml dung dịch Mn 2+ với nồng độ 0,1mg Mn/ml, sau đó thêm lần lượt 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2g vật liệu vào từng bình Điều chỉnh pH về mức tối ưu và lắc các bình trên máy lắc trong khoảng thời gian tối ưu.
- Sau đó lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ
2.5 4 Xác đị nh t ả i tr ọ ng h ấ p ph ụ
Chuẩn bị 10 bình tam giác có dung tích 250ml, đánh số từ 1 đến 10, mỗi bình chứa 50ml dung dịch Mn 2+ với nồng độ khác nhau Sau đó, thêm vào mỗi bình 1g vật liệu hấp phụ Điều chỉnh pH về mức tối ưu và lắc các bình trong 1 giờ.
- Sau khoảng thời gian lắc, đem lọc dung dịch đã lắc qua giấy lọc và tiến hành xác định nồng độ Mn 2+ trong mỗi bình
2.6 Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh vật liệu hấp phụ
2.6.1 Kh ả o sát kh ả năng giả i h ấ p c ủ a v ậ t li ệ u h ấ p ph ụ
Để tiến hành thí nghiệm, lấy 50ml dung dịch Mn 2+ với nồng độ 0.1mg/ml và 1g vật liệu cho vào bình tam giác Tiến hành lắc hỗn hợp trong 120 phút Sau khi xử lý, đo nồng độ dung dịch để tính toán lượng Mn 2+ đã được hấp phụ.
Quá trình giải hấp Mn 2+ khỏi vật liệu được thực hiện bằng dung dịch NaOH 1M, với 3 lần giải hấp, mỗi lần sử dụng 50ml dung dịch Nồng độ Mn 2+ sau khi giải hấp được xác định thông qua phương pháp trắc quang.
Từ đó tính đƣợc hàm lƣợng Mn 2+ đã đƣợc rửa giải
2.6.2 Kh ả o sát kh ả năng tái sinh củ a v ậ t li ệ u h ấ p ph ụ
Lấy 50ml dung dịch Mn 2+ cho vào bình tam giác cùng với vật liệu hấp phụ đã được giải hấp, sau đó lắc hỗn hợp trong 120 phút Cuối cùng, tiến hành đo nồng độ của Mn 2+ sau khi lắc.
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu
Nước thải có pH biến đổi tùy thuộc vào nguồn thải, và pH đóng vai trò quan trọng trong khả năng hấp phụ của vật liệu Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ mangan của than hoạt tính được thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ Mn 2+ của vật liệu
Lƣợng Mn còn lại (mg)
Lƣợng Mn bị hấp phụ (mg)
Hình 3.1 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn 2+ của vật liệu
Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
SV: Nguyễn Thị Huyền Anh - MT1301 28