Tài liệu Nghiên cứu sử dụng điatomit và tro bay để hấp phụ cd và pb trong đất, nước bị ô nhiễm

IH TRƢỜN GI H I Ọ O Ọ T ----------------------- P M N N N ỨU SỬ DỤN D ẤP P Ụ d VÀ Pb TRON N N ÙN TOM T VÀ TRO B Y Ể ẤT VÀ NƢỚ Ô N ỄM Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62440303 H M I RƯỜ G H I, ĂM 2016 H H M I ông trình được hoàn thành tại: hoa Môi trường hoa học ự nhiên - H uốc gia Hà ội rường H gười hướng dẫn khoa học: 1. PG . 2. H. guyễn Xuân Hải . guyễn Xuân hành Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp ại học uốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... vào hồi giờ ngày tháng năm 20... ó thể tìm hiểu luận án tại: - hư viện uốc gia Việt am - Trung tâm Thông tin - hư viện, gia Hà ội ại học uốc MỞ ẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nhiễm môi trường do chất thải không được xử lý triệt để xuất hiện ở tại nhà máy, làng nghề tái chế,...Các chất thải có chứa KLN khi xâm nhập vào đất và nước và dễ dàng tham gia vào chuỗi thức ăn, thông qua đó các sẽ đi vào cơ thể động - thực vật và tới con người. rên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu sử tro bay và điatomit để biến tính tạo thành vật liệu có khả năng hấp phụ cao ứng dụng trong hấp phụ trong môi trường đất và nước. Ở nước ta đã có một số nghiên cứu ứng dụng sử tro bay và điatomit làm vật liệu biến tính tuy nhiên các nghiên cứu chỉ dựng lại các mục đích khác nhau như tạo zeolit, tạo cột xử lý nước hay sử dụng dạng nguyên bản để xử lý ô môi trường chưa có nghiên cứu cụ thể về quy trình biến tính và kháo sát khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính để đưa ra hướng sử dụng trong xử lý ô nhiễm trong môi trường đất và nước. Xuất phát từ các căn cứ trên đề tài luận án: “Nghiên cứu sử dụng điatomit và tro bay để hấp phụ Cd và Pb trong đất, nước bị ô nhiễm” được thực hiện nhằm nghiên cứu quy trình biến tính để tạo vật liệu có khả năng hấp phụ cao từ nguồn tro bay và điatomit có sẵn ở Việt am. 2. Mục tiêu nghiên cứu - ghiên cứu tính chất hóa, lý cơ bản của điatomit (Hòa ộc-Phú Yên) và ro bay ( hà máy nhiệt điện Phả ại) - ghiên cứu sử dụng điatomit (Hòa ộc-Phú Yên) và Tro bay ( hà máy nhiệt điện Phả ại) để tạo vật liệu biến tính có khả năng hấp phụ cao để xử lý ô nhiễm - (Pb, d) trong môi trường đất và nước. hảo sát khả năng hấp phụ d, Pb trong mẫu đất ô nhiễm tự nhiên và mẫu nước được gây ô nhiễm nhân tạo của vật liệu điatomit, tro bay trước và sau biến tính. 1 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học ề tài luận án đã làm sáng tỏ các tính chất hóa lý cơ bản của điatomit và tro bay, quá trình biến tính 2 vật liệu này để tạo thành các vật liệu có khả năng hấp phụ ( d, Pb) cao. ồng thời đánh giá khả năng hấp phụ KLN (Cd, Pb) trong đất và nước ô nhiễm của 2 vật liệu này trước và sau biến tính nhằm cung cấp cơ sở khoa học về ứng dụng của điatomit và tro bay biến tính trong xử lý ô nhiễm KLN (Pb, Cd) môi trường đất và nước. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn. - Xây dựng được quy trình đơn giản, dễ thực hiện ở điều kiện nước ta để biến tính tạo vật liệu có khả năng hấp phụ cao từ điatomit và tro bay. - ản phẩm biến tính cho khả năng hấp phụ cao, được thử nghiệm khả năng hấp phụ ( d và Pb) đối với đất và nước ô nhiễm với lượng vật liệu sử dụng khác nhau đã mở ra hướng mới trong xử lý ô nhiễm (Pb và d) trong môi trường đất và nước. 4. Những đóng góp mới - ã nghiên cứu quy trình biến tính điatomit Hòa ộc (D-HL) và tro bay hà máy hiệt điện Phả ại (T-PL) tạo thành sản phẩm có khả năng hấp phụ cao để sử dụng trong xử lý ô nhiễm KLN Pb và Cd. - ã khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng ( d, Pb) trong mẫu đất ô nhiễm tự nhiên tại làng nghề tái chế thôn ông Mai, xã hỉ ạo, Văn âm, Hưng Yên và với nước được gây ô nhiễm nhân tạo Pb và Cd của vật liệu điatomit và tro bay trước và sau biến tính. 2 ƢƠN 1. TỔN QU N TÀ L ỆU 1.1. Tổng quan về kim loại nặng ( LN) 1.1.1. Khái niệm KLN ó nhiều khái niệm về , trong đó có 2 quan điểm chính được sử dụng nhiều về là: uan điểm thứ nhất cho rằng hơn 5, bao gồm: 9,8), là các kim loại có tỉ trọng lớn s (tỉ trọng 5,72), d (tỉ trọng 9,6), g (tỉ trọng 10,5), Bi (tỉ trọng o (tỉ trọng 8,9), u (tỉ trọng 8,96), r (tỉ trọng 7,1), Fe (tỉ trọng 7,87), Hg (tỉ trọng 13.52), Mn (tỉ trọng 7,44), i (tỉ trọng 8,9), Pb (tỉ trọng 11,34), Zn (tỉ trọng 7,10)... rong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, o, u, Zn, Fe,... ác nguyên tố này được cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng (V. Prasad M. N., 1974)). uan điểm thứ hai theo quan điểm độc tố học cho rằng là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường. heo quan điểm này các nguyên tố sau được xem là : u, Zn, Pb, d, Hg, i, r, o, Vn, i, Fe, Mn, g, n, s, e. ó 3 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, Hg, d. Hiện nay người ta chưa biết được vai trò sinh thái của 3 nguyên tố này, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 3 nguyên tố này thì tác hại rất lớn (Rainbow, 1985; Hopkin, 1989; Bryan & Langston, 1992). ần phân biệt thuật ngữ và nguyên tố vi lượng, nguyên tố vi lượng gồm 7 nguyên tố mà thực vật cần với số lượng nhỏ như Zn, Mn, Mo, B, Fe, l. u, huật ngữ nguyên tố vi lượng không có nghĩa là các nguyên tố này tồn tại với số lượng nhỏ trong đất. 1.1.2. Tính độc hại của KLN hiều tác giả đã chỉ ra rằng tính độc của các trong đất không phụ thuộc vào hàm lượng tổng số của nó mà phụ thuộc vào 3 dạng di động, bị thay đổi phụ thuộc vào sự biến đổi các điều kiện của môi trường xung quanh gây ra bởi các quá trình ở vùng rễ hay tác động của các hoạt động canh tác như bón lân, chất hữu cơ, vôi và các chất điều hoà khác. ể đánh giá mức độ độc hại của kim loại nặng trên quan điểm độc tố học, hàm lượng trong đất có thể phân thành hai mức, đó là hàm lượng "nền" (background level) và hàm lượng vượt quá hàm lượng "nền" (excessive background level). Hàm lượng nền của trong đất được xem là hàm lượng thông thường của đó trong các điều kiện tự nhiên của đất, liên quan chủ yếu với nguồn gốc phát sinh tự nhiên (đá mẹ, điều kiện hình thành đất,...). ác nước trên thế giới đã đưa ra quy định giới hạn hàm lượng đối với đất dùng cho mục đích nông nghiệp. Mục tiêu của giới hạn này, ở hầu hết các nước, là bảo vệ năng suất của đất, môi trường và sức khoẻ con người cũng như động vật. Hiện nay nước ta đã có quy chuẩn đối với trong môi trường đất ( uy chuẩn Việt am QCVN 03-MT:2015/BTNMT). 1.1.3. Nguồn KLN trong đất ó 2 nguồn chính là từ phong hoá đá hình thành đất và hoạt động nhân sinh. 1.1.4. Sự cố định, biến đổi và khả năng chuyên hoá KLN trong đất ự cố định, biến đổi và khả năng chuyển hóa trong đất phụ thuộc vào các yếu tố sau: - hả năng hoà tan và các ion tự do trong dung dịch - rao đổi ion, hấp phụ và hấp phụ hoá học - ạo phức và chelát - hả năng chuyển hoá, rửa trôi và di chuyển 1.1.5. Ô nhiễm KLN (Pb và Cd) ở Việt Nam ác nguồn gây ô nhiễm (Pb và d) gồm: - guồn tự nhiên - nhiễm Pb và d do hoạt động nông nghiệp - nhiễm Pb và d do hoạt động làng nghề 4 - nhiễm Pb và d do hoạt động công nghiệp và đô thị 1.2. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý LN (Pb và d) trong đất, nƣớc ác phương pháp xử lý ô nhiễm trong đất được trình bày ở sơ đồ hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ phục hồi đất ô nhiễm Pb và d (Martin và Ruby, 2004) rong một vài năm trở lại đây có nhiều nghiên cứu để giải quyết các điểm ô nhiễm kim loại theo phương pháp hấp phụ cố định, hút thu sinh học. ác nghiên cứu chủ yếu tập trung phát triển các tập đoàn cây trồng có khả năng hút thu và tích lũy kim loại (dương xỉ, cỏ vetiver, lau sậy,…). Ở một cách tiếp cận khác, các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo có đặc tính hấp phụ mạnh các kim loại cũng được nghiên cứu và bón cho đất nhằm cố định và giảm sự di động của các kim loại, cũng như sử dụng các nguồn khoáng sét để chế tạo các cột lọc nước để loại bỏ trong nước. rong khi các biện pháp tách bỏ và cách ly chưa thể áp dụng trong điều kiện hiện tại, các tập đoàn cây xử lý và hút thu kim loại chưa thể nhân rộng, thì việc sử dụng các vật liệu hấp phụ mặc dù chưa thể giải quyết triệt để nguy cơ từ các kim loại, nhưng ít nhất nó cũng hạn chế sự lan rộng khu vực ô nhiễm. ác loại vật liệu hấp phụ tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo sử dụng để cố định kim loại trong đất, trong nghiên cứu này sử dụng hai vật liệu là tro bay và điatomit được biến tính để tăng khả năng cố định trong môi trường đất và nước. 5 1.3. Tổng quan các vật liệu điatomit và tro bay 1.3.1. Điatomit ác nước sản xuất điatomit lớn như Mỹ, an Mạch, Pháp, Hàn uốc, Mêxicô, ây Ban ha, ức, rung uốc, hật Bản. ản lượng của thế giới khoảng 2 triệu tấn/ năm. ại Việt am, nguồn điatomit có trữ lượng 165 triệu tấn ( guyễn hị Thanh Huyền và nnk, 2006). iatomtie tại mỏ Hoà ộc - Phú Yên (Hoà ộc - xã An Xuân - huyện uy n -Phú Yên) có diện tích 202 ha, trữ lượng khai thác của mỏ được cấp phép 20 triệu tấn ( ông ty cổ phần điatomit Việt am, 2014). 1.3.2. Tro bay ro bay được sử dụng để nghiên cứu là sản phẩm thải loại thu được từ quá trình đốt cháy than của các nhà máy điện. Ở nước ta các nhà máy nhiệt điện (Phả ại, inh Bình, ghi ơn, Vũng ng,…) hàng năm thải ra 3-7,6 triệu tấn tro bay ( iều ao hăng và nnk 2013) Kết quả nghiên cứu của Phan Hữu uy uốc, 2011 trong thành phần tro xỉ của hà máy hiệt điện Phả ại có 73% là tro bay. Hiện nay tro, xỉ thải của hà máy hiệt điện Phả ại được thu hồi để làm phụ gia cho ngành xây dựng như phụ gia bê tông đầm lăn, phụ gia xi măng, gạch chưng áp, thạch cao… heo tính toán của ông ty P hiệt điện Phả ại, mỗi năm các đơn vị này thu hồi, xử lý khoảng 350.000 tấn tro, xỉ thải (Báo ông hương, 2015). hư vậy hiện nay còn khoảng 87.000 tấn/năm tro, xỉ thải mỗi năm tại hà máy hiệt điện Phả ại chưa được tái sử dụng. 1.4. Một số phƣơng pháp nâng cao hoạt tính của vật liệu hấp phụ Các phương pháp nâng cao hoạt tính của vật liệu khoáng sét gồm có: - Phương pháp nhiệt hóa - Xử lý axít/kiềm hóa - Hoạt hóa với các chất hoạt động bề mặt - Phương pháp phủ bọc - Zeolit hóa - Phương pháp chèn lớp và tạo cột chống 6 ƢƠN 2. Ố TƢƠN , NỘ DUN VÀ P ƢƠN P ÁP N N ỨU 2.1. ối tƣợng nghiên cứu 2.1.1. Đất và nước dùng để thí nghiệm 2.1.1.1. Đất thí nghiệm ô nhiễm tự nhiên ất sử dụng trong nghiên cứu là đất canh tác 1 vụ lúa và 1 vụ màu được lấy ở tầng đất mặt trong ruộng trồng lúa trên địa bàn thôn ông Mai, xã hỉ ạo, huyện Văn âm, tỉnh Hưng Yên. 2.1.1.2. Nước dùng để thí nghiệm uá trình tiến hành thí nghiệm sử dụng nước ô nhiễm nhân tạo, được gây ô nhiễm bởi hai KLN là chì (Pb) và cadimi (Cd). Dung dịch Pb2+ và Cd2+ được pha từ dung dịch Pb( 3)2 và CdC2 trong phòng thí nghiệm. 2.1.2. Vật liệu sử dụng nghiên cứu Vật liệu điatomit sử dụng trong các thí nghiệm được lấy từ mỏ điatomit Hòa Lộc – Phú Yên và vật liệu tro bay được sử dụng trong các thí nghiệm được lấy từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2. 2.2. Nội dung nghiên cứu - ánh giá các tính chất lý hóa học của điatomit Hòa ộc - Phú Yên và tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại. - Khảo sát khả năng biến tính điatomit và tro bay bằng phương pháp thủy nhiệt ở môi trường kiềm, lựa chọn điều kiện biến tính tối ưu (nồng độ kiềm, nhiệt độ và thời gian biến tính) để thu được vật liệu có khả năng hấp phụ cao. - ánh giá các tính chất lý hóa học của vật liệu điatomit và tro bay sau khi biến tính. - Thử nghiệm hấp phụ ( u, d) trên điatomit và tro bay biến tính đối với mẫu đất, nước bị ô nhiễm. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1. Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu 7 2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa - Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn (RRA) - ấy mẫu đất: Mẫu đất được lấy tại khu ruộng lúa phía sau khu làng nghề (tọa độ vị trí lấy mẫu là: 20059'10,56"; 106003'16,98"). 2.3.3. Phương pháp phân tích Phân tích đất và vật liệu theo các phương pháp thông dụng hiện hành tại phòng Phân tích môi trường hoa Môi trường, rường ại học hoa học ự nhiên, H GH . 2.3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.3.4.1. Phương pháp điều chế vật liệu a. Biến tính tro bay Vật liệu tro bay (ký hiệu -PL) được biến tính theo phương pháp biến tính thủy nhiệt ở môi trường kiềm mạnh. ui trình thí nghiệm được trình bày như sau: Cho 10g T-PL vào bình chịu nhiệt dung tích 250 ml, thêm vào 100 ml dung dịch NaOH với nồng độ khác nhau (1 N, 2 N, 3 N, 4 N, 5 N, 6 N), đậy nút có gắn sinh hàm ngược, quá trình này được tiến hành trên máy khuấy từ ở nhiệt độ khác nhau (1000C, 1500C, 2000C, 2500C) trong thời gian khác nhau (1 h, 6 h, 12 h, 24 h, 48 h, 72 h). ung dịch sau khi khuấy từ được li tâm rửa bằng nước cất để loại bỏ kiềm dư và các tạp chất. Phần rắn sau khi li tâm được sấy khô ở nhiệt độ 1050C trong 2 h, sau đó nghiền nhỏ và rây qua rây 0,25 mm. ác điều kiện thí nghiệm được thay đổi tuần tự, mẫu tổng hợp được có diện tích bề mặt, E cao, quy trình tổng hợp đơn giản được lựa chọn và bảo quản trong điều kiện khô và được sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái (X-ray, XR và EM) và một số tính chất như diện tích bề mặt, CEC, pHKCl. b. Biến tính điatomit Vật liệu điatomit Hòa ộc (D-HL) dùng để điều chế vật liệu hấp phụ theo quy trình: 10 g D-H được cho vào bình chịu nhiệt dung 8 tích 250 ml. Thêm vào 100 ml dung dịch hỗn hợp của a H (2 N và 6 N) và Al(OH)3 (0,5 N; 1 N; 1,5 N; 2 N; 2,5 N; 3 N), đậy nút có gắn sinh hàn ngược và khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ (100oC; 150oC; 200oC; 250oC), trong và thời gian tổng hợp (1 h, 6 h; 12 h; 24 h; 48 h và 72 h). au đó mẫu được chuyển sang nồi hấp cách thủy và giữ trong 24 h ở nhiệt độ 90oC để thúc đẩy quá trình tái kết tinh sản phẩm. Hỗn hợp được kết tinh được li tâm rửa bằng nước cất để loại bỏ kiềm dư và các tạp chất. Phần rắn sau khi li tâm được sấy khô ở nhiệt độ 1050C trong 2 h, sau đó nghiền nhỏ và rây qua rây 0,25 mm. ác điều kiện thí nghiệm được thay đổi tuần tự, mẫu tổng hợp được có diện tích bề mặt, E cao, quy trình tổng hợp đơn giản được lựa chọn và bảo quản trong điều kiện khô và được sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái (X-ray, XR và EM) và một số tính chất như diện tích bề mặt, CEC, pHKCl. 2.3.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ KLN (Pb, Cd) a. Đối với mẫu đất bị ô nhiễm tự nhiên Bước 1: ất ô nhiễm thực tế sau khi được phơi khô, giã nhỏ, loại bỏ rễ cây và các tồn dư khác sẽ được trộn đều trước khi bố trí thí nghiệm. ân đều vào các bát thí nghiệm với khối lượng là 200 g (gồm có đất và vật liệu). Bước 2: Trộn đất với % vật liệu D-HL, T-P trước và sau biến tính theo tỷ lệ như sau: 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%. hư vậy sẽ có 6 công thức thí nghiệm cho mỗi loại vật liệu với 3 lần lặp lại. Bước 3: hêm nước cất vào các bát thí nghiệm cho đến bão hòa, để khô tự nhiên, sau đó tưới nước đến bão hòa và để khô tự nhiên (lặp lại ướt, khô 3 lần để đảm bảo vật liệu xâm nhập vào khe hở đất, tiếp xúc nhiều với bề mặt đất). Bước 4: Quá trình phân tích Cd và Pb * Xử lý số liệu Xác định hiệu quả tăng hấp phụ so với đối chứng theo công thức: 9 H (%) = *100% rong đó: H (Hiệu quả tăng hấp phụ so với đối chứng); C0 (Lượng hấp phụ của công thức đối chứng và Cx ( ượng hấp phụ trong đất khi bổ sung thêm các mức vật liệu khác nhau). b. Đối với mẫu nước gây ô nhiễm Pb và Cd iến hành thí nghiệm với 1 g mẫu vật liệu D-HL, T-P trước và sau biến tính cho vào 50 ml dung dịch Pb2+ và Cd2+ với các nồng độ được xác định như sau: + ối với dung dịch Pb2+: 2100, 2400, 2700, 3000, 3300, 3600 (mg/l). + ối với dung dịch d2+: 100, 300, 600, 900, 1200, 1500 (mg/l). Mỗi thí nghiệp hấp phụ Pb hay d sẽ có 6 công thức thí nghiệm và 3 lần lặp lại. ho dung dịch vào bình tam giác đựng vật liệu, đem lắc ở tốc độ 175 vòng/phút trong thời gian 2 giờ. au đó để yên qua đêm, ly tâm tách phần dịch và lọc lại bằng giấy lọc. ấy phần dung dịch thu được đem phân tích Pb và d bằng máy đo . ử dụng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ phổ biến nhất để mô tả trạng thái cân bằng hấp phụ là phương trình angmuir và phương trình Freundlich để xác định dung lượng hấp phụ và giải thích cơ chế của sự kết hợp ion d2+ và Pb2+ vào chất hấp phụ, ái lực tương đối của các ion đối với chất hấp phụ 2.3.5. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu 2.3.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 2.3.5.3. Phương pháp xác định diện tích bề mặt 2.3.5.4. Phương pháp hấp phụ 10 ƢƠN 3. ẾT QUẢ N N ỨU VÀ T ẢO LUẬN 3.1. ác tính chất cơ bản của vật liệu hấp phụ 3.1.1. Các tính chất cơ bản của điatomit Hòa Lộc (D-HL) iatomit Hòa Lộc - Phú Yên có pHKCl = 3,71 mang tính axít, CEC là 59 Cmol+/kg (được ký hiệu là D-HL). Thành phần cấp hạt cát chiếm chủ yếu với 68,2%, cấp hạt sét chiếm 16,7% và cấp hạt limon chiếm 15,1%. D-HL chứa nhiều oxit silic (62,4%) nên thích hợp cho việc tạo vật liệu có khả năng hấp phụ cao. 3.1.2. Các tính chất cơ bản của tro bay Phả Lại (T-PL) Tro than bay được lấy từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 có pHKCl = 8,31 mang tính kiềm, CEC là 30 Cmol+/kg (được ký hiệu là T-PL). Thành phần hóa học chủ yếu là i 2 (chiếm 42%), l2O3 (chiếm 19,38%) và các thành phần khác.Tro bay cũng là một vật liệu có thành phần oxit sillic cao (chiếm 42%) thích hợp cho việc biến tính tạo thành vật liệu có khả năng hấp phụ cao. 3.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ điatomit òa Lộc (D-HL) 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và Al(OH)3 Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa nồng độ NaOH/Al(OH)3 với CEC của D-HL Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 6/0,5 (M1) 210 Nồng độ NaOH/Al(OH)3 6/1 6/1,5 6/2 6/2,5 (M2) (M3) (M4) (M5) 195 195 205 200 6/3 (M6) 190 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy từ Bảng 3.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ với CEC của vật liệu Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 Nhiệt độ 1500C 2000C (M2) (M3) 185 210 1000C (M1) 200 2500C (M4) 200 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy từ Bảng 3.5: Thời gian khuấy từ và giá trị CEC của vật liệu Mẫu CEC (Cmol+/kg) D-HL (M0) 59 1h 200 6h 200 11 Thời gian 12 h 24 h 190 215 48 h 210 72 h 210 Từ những nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành vật liệu từ D-H rút ra được sơ đồ quy trình tổng hợp như sau: hoáng điatomit thô Xử lý sơ bộ ( ghiền và rây qua rây 0,25mm) ung dịch a H/ l( H)3 =6 N:0,5 N khuấy từ trong 1 giờ tại 1000C un cách thủy trong 24 giờ tại 900C Rửa nước cất, li tâm tách kiềm ấy ở 1050C trong 2h ghiền và rây qua rây 0,25mm ản phẩm biến tính Hình 3.5: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu điatomit ây là quy trình đơn giản, không yêu cầu cao việt thiết bị cũng như vật liệu cho quá trình tổng hợp vật liệu từ D-HL. Quá trình tổng hợp này có hiệu suất tương đối cao, có thể đạt được là hơn 80%. 3.3.4. D-HL biến tính và sự thay đổi các tính chất lý hóa học của D-HL Tính chất của D-HL sau khi biến tính được thể hiện ở bảng 3.9 Bảng 1.9: Tính chất của vật liệu D-HL trƣớc và sau khi biến tính STT 1 2 3 Chỉ tiêu pHKCl CEC Diện tích bề mặt ơn vị Cmol+/kg m2/g Ban đầu 3,71 59 41,15 Giá trị Sau biến tính 9,21 200 93,69 3.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (T-PL) 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ kiềm 12 Bảng 3.10: Mối quan hệ giữa nồng độ NaOH với CEC của T-PL biến tính Mẫu CEC (Cmol+/kg) T-PL 30 Nồng độ NaOH 2N 3N 4N 120 180 120 1N 110 5N 110 6N 110 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy từ Bảng 3.1: Mối tƣơng quan giữa thời gian khuấy từ với CEC của T-PL biến tính Mẫu T-PL 30 CEC (Cmol+/kg) 1 35 Thời gian (h) 6 12 24 80 115 185 48 85 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy từ Bảng 3.2: Mối tƣơng quan giữa nhiệt độ khuấy từ và CEC của T-PL biến tính Mẫu + CEC (Cmol /kg) T-PL 30 0 100 C 170 Nhiệt độ (0C) 1500C 2000C 160 160 2500C 120 Từ các thí nghiệm, quy trình tối ưu được lựa chọn theo sơ đồ sau: ro bay nhà máy nhiệt điện Phả ại Xử lý sơ bộ (rây qua rây 0,25mm) ung dịch a H 3 và khuấy từ trong 24 giờ tại 1000C Rửa nước cất, li tâm tách kiềm ấy ở 1050C trong 2h ghiền và rây qua rây 0,25mm ản phẩm biến tính Hình 3.12: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu T-PL ây là công thức điều chế tương đối đơn giản, hiệu suất của quá trình là 75% do một lượng tro bay bị mất trong quá trình ly tâm rửa kiềm. Hiệu suất này thấp hơn so với quá trình điều chế D-HL vì T- 13 PL nhẹ hơn D-HL nên trong quá trình rửa kiềm lượng T-PL bị rửa theo nước nhiều hơn. 3.3.4. T-PL biến tính và những thay đổi về tính chất lý hóa học Bảng 3.15: Các tính chất cơ bản của vật liệu T-PL trƣớc và sau khi biến tính STT 1 2 3 ơn vị Chỉ tiêu pHKCl CEC Diện tích bề mặt Cmol+/kg m2/g Ban đầu 8,31 30 1,35 Giá trị Sau biến tính 9,04 170 42,54 3.4. ết quả thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN d, Pb trong đất ô nhiễm 3.4.1. Các tính chất cơ bản của đất dùng để thí nghiệm Bảng 3.16: Tính chất hóa học của đất ô nhiễm (tầng đất 0-30 cm) TT 1 QCVN 03- 2015 pH pHKCl pHH2O 4,21 5,22 - - CEC Cmol+/kg) 11,1 Pb (mg/kg) Tổng số Di động Cd (mg/kg) Tổng số Di động 1.281,1 118,81 9,51 2,85 70 - 2 - - 3.4.2. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd trong môi trường đất của vật liệu D-HL trước và sau biến tính 3.4.2.1. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd trong môi trường đất của vật liệu D-HL trước biến tính a. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Pb Hiệu suất hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau biến thiên theo một quy luật nhất định: hiệu suất hấp phụ tăng dần khi lượng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo các tỷ lệ. hi bổ sung 3% vật liệu thì hiệu suất hấp phụ đạt 37,65% và khi bổ sung ở các mức 4 và 5% thì hiệu suất tăng không đáng kể, chứng tỏ sự hấp phụ bắt đầu đến mức bão hòa và hiệu suất hấp phụ cao nhất ở mức 38,01%. b. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Cd Hiệu suất hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau tăng dần khi lượng vật liệu bổ sung vào đất tăng dần theo các tỷ lệ. uy nhiên, đến mức bổ sung 3% thì hiệu suất tăng 14 không đáng kể, chứng tỏ sự hấp phụ bắt đầu đến mức bão hòa và hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất là 25,56%. 3.4.2.2. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd trong môi trường đất của vật liệu D-HL biến tính a. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Pb Bảng 3.19: iệu suất hấp phụ Pb trong đất khi đƣa D-HL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Dạng àm lƣợng Pb di động bị cố di định khi thêm vật liệu động trong Trung ộ lệch chuẩn đất bình iệu suất hấp phụ của vật liệu (%) Tổng số Dạng bị cố định bởi đất Mẫu đối chứng 1281,1 1162,29 118,81 0 0 0 ất + 1% ất + 2% 1281,1 1281,1 1162,29 1162,29 42,43 21,44 76,38 97,37 2,45 2,58 64,29 81,95 ất + 3% 1281,1 1162,29 12,53 106,28 3,40 89,45 ất + 4% 1281,1 1162,29 11,22 107,59 1,86 90,56 ất + 5% 1281,1 1162,29 9,21 109,60 3,14 92,24 ông thức b. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Cd Bảng 3.20: iệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đƣa D-HL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Dạng àm lƣợng Pb di động bị cố di định khi thêm vật liệu động trong Trung ộ lệch chuẩn đất bình iệu suất hấp phụ của vật liệu (%) Tổng số Dạng bị cố định bởi đất Mẫu đối chứng 9,51 6,66 2,85 0 0 0 ất + 1% ất + 2% 9,51 9,51 6,66 6,66 0,85 0,76 2,00 2,09 0,18 0,20 70,18 73,33 ất + 3% 9,51 6,66 0,66 2,19 0,19 76,84 ất + 4% 9,51 6,66 0,61 2,24 0,22 78,60 ất + 5% 9,51 6,66 0,59 2,26 0,11 79,30 ông thức 15 3.4.3. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd của vật liệu T-PL trước và sau biến tính 3.4.3.1. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd trong môi trường đất của vật liệu T-PL trước biến tính a. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Pb Hiệu suất hấp phụ của hỗn hợp (đất + % vật liệu) đạt được thấp, cao nhất chỉ 3,82% . b. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Cd Hiệu suất hấp phụ của -P chưa biến tính đạt thấp, cao nhất là 2,46%. 3.4.3.2. Hiệu suất hấp phụ Pb và Cd trong môi trường đất của vật liệu T-PL biến tính a. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Pb Bảng 3.23: iệu suất hấp phụ Pbtrong đất khi đƣa T-PL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Công thức Tổng số Dạng bị cố định bởi đất Dạng di động trong đất àm lƣợng Pb di động bị cố định khi thêm vật liệu Trung bình ộ lệch chuẩn iệu suất hấp phụ của vật liệu (%) Mẫu đối chứng 1281,1 1162,29 118,81 0 0 0 ất + 1% ất + 2% ất + 3% 1281,1 1281,1 1281,1 1162,29 1162,29 1162,29 47,52 32,03 17,19 71,29 86,78 101,62 2,70 3,95 3,12 60,00 73,04 85,53 ất + 4% 1281,1 1162,29 11,38 107,43 2,89 90,42 ất + 5% 1281,1 1162,29 10,99 107,82 3,06 90,75 b. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Cd 16 Bảng 3.24: iệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đƣa T-PL biến tính vào đất àm lƣợng Pb (mg/kg) Công thức Tổng số Dạng bị cố định bởi đất Dạng di động trong đất àm lƣợng Pb di động bị cố định khi thêm vật liệu Trung bình ộ lệch chuẩn iệu suất hấp phụ của vật liệu (%) Mẫu đối chứng 9,51 6,66 2,85 0 0 0 ất + 1% ất + 2% ất + 3% 9,51 9,51 9,51 6,66 6,66 6,66 0,93 0,82 0,77 1,92 2,03 2,08 0,03 0,05 0,07 67,36 71,22 72,98 ất + 4% 9,51 6,66 0,64 2,21 0,08 77,40 ất + 5% 9,51 6,66 0,61 2,24 0,06 78,60 iệu suất xử lý (%) 3.4.4. So sánh hiệu suất hấp phụ Pb và Cd của vật liệu D-HL và T-PL biến tính o sánh hiệu suất hấp phụ Pb và d trong đất ô nhiễm tại ông Mai, hỉ ạo Hưng Yên của hai vật liệu có thể rút ra một số nhận xét như sau: ả hai vật liệu đều hấp phụ Pb tốt hơn d, điều này có thể giải thích do ái lực hấp phụ của vật liệu biến tính tạo thành đối với Pb lớn hơn d. Thành phần khoáng silicat vô định hình của vật liệu tạo thành có ái lực hấp phụ đối với Pb lớn hơn d, điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả khác đã được Brummer, 1986 tổng hợp. ết quả được trình bày ở hình 3.30. 100 090 T-P biến tính (Pb) 080 T-P biến tính ( d) 070 D-H biến tính (Pb) 060 1 3 5 7 Lƣợng vật liệu (%) D-H biến tính ( d) Hình 3.30: So sánh khả năng hấp phụ Pb và d của hai vật liệu D-HL và T-PL biến tính 17 3.5. ết quả thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN Cd, Pb trong môi trƣờng nƣớc 3.5.1. Khả năng hấp phụ Pb và Cd trong nước của vật liệu T-PL trước và sau biến tính 3.5.1.1. Khả năng hấp phụ Pb và Cd của tro bay trước biến tính a. Khả năng hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt khả năng hấp phụ -P với Pb xác định được maxPb = = 9,01 mg/g và KL = =0,0114 l/g. Hằng số F là 46,34 l/g và hằng số 1/n là 0,147. b. Khả năng hấp phụ Cd2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt đối với hấp phụ Cd xác định được maxCd =4,0 mg/g và KL =0,05 l/g. Hằng số F là 2,93 l/g và hằng số 1/n là 0,042. 3.5.1.2. Khả năng hấp phụ Pb và Cd của T-PL biến tính a. Khả năng hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt đối với hấp phụ Pb xác định được maxPb = 111,11 mg/g và KL = 0,50 l/g và hằng số KF là 1,64 l/g và hằng số 1/n là 0,146. b. Khả năng hấp phụ Cd2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt đối với hấp phụ Cd xác định được maxCd = 76,92 mg/g và KL =0,18 l/g và hằng số F là 1,56 l/g và hằng số 1/n là 0,163. 3.5.2. Khả năng hấp phụ Pb và Cd trong nước của vật liệu DHL trước và sau biến tính 3.5.2.1. Khả năng hấp phụ Pb và Cd trong nước của vật liệu D-HL trước biến tính a. Khả năng hấp phụ Pb2+ Thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt đối với hấp phụ Pb xác định được maxPb =66,67 mg/g và KL = 0,02 l/g. Hằng số là 18,34 l/g và hằng số 1/n là 0,172. b. Khả năng hấp phụ Cd2+ 18 F