Đề tài Hấp thụ Cr (VI) bằng vỏ quả dừa nước (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Hấp thụ Cr (VI) bằng vỏ quả dừa nước (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN HẤP THỤ Cr (VI) BẰNG VỎ QUẢ DỪA NƯỚC MÃ SỐ: SV 2010 - 78 S K C 0 0 2 8 4 0 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03/2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN HẤP PHỤ Cr(VI) BẰNG VỎ QUẢ DỪA NƢỚC MÃ SỐ: SV2010-78 THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI CHỦ TRÌ : HOÀNG THỊ OANH 1 NGƢỜI THAM GIA : TRƢƠNG THỊ THÚY HỒNG
3. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho nhóm chúng em đƣợc gởi lời cảm ơn chân thành đến Ban quản lý Nghiên Cứu Khoa Học cùng Quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Hóa Học Thực Phẩm đã tạo điều kiện cho nhóm chúng em thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học. Đặc biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Nguyễn Văn Sức - ngƣời đã định hƣớng cho nhóm em chọn lựa đề tài và tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em. Xin cảm ơn cô Lê Thị Bạch Huệ và các cô trong bộ môn Công Nghệ Môi Trƣờng đã tận tình chỉ dẫn và đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết bị trong quá trình thực hiện đề tài. Cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu khoa học. TP.Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2011
4. MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Tình hình sử dụng kim loại nặng 1 1.2. Mục tiêu của đề tài 2 1.3. Phạm vi nghiên cứu 2 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.5. Nội dung nghiên cứu 3 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 Chƣơng 2 TỔNG QUAN 4 2.1. Giới thiệu về dừa nƣớc 4 2.2. Giới thiệu về Crom 4 2.2.1. Tên gọi và vị trí 4 2.2.2. Tính chất vật lý 4 2.2.3. Tính chất hóa học 5 2.2.4. Công dụng của Crom 5 2.2.5. Độc tính của Crom 6 2.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chứa Crom 7 2.3.1. Phƣơng pháp hóa học 7 2.3.2. Phƣơng pháp trao đổi ion 7 2.3.3. Phƣơng pháp điện hóa 8 2.3.4. Phƣơng pháp hấp phụ 8 2.3.5. Phƣơng pháp sinh học 9 Chƣơng 3 LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 10 3.1. Cơ sở lý thuyết về quá trình hấp phụ 10 3.2. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 11
5. 3.3. Động học hấp phụ 12 3.3.1. Phƣơng trình phản ứng giả định bậc một 12 3.3.2. Phƣơng trình phản ứng giả định bậc hai 13 3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ 13 3.4.1. Phƣơng trình Langmuir 13 3.4.2. Phƣơng trình Freundlich 15 PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 16 Chƣơng 4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 4.1. Vật liệu hấp phụ, hóa chất, thiết bị, dụng cụ 16 4.1.1. Vật liệu hấp phụ 16 4.1.2. Hóa chất 16 4.1.3. Thiết bị 16 4.1.4. Dụng cụ 17 4.2. Dựng đƣờng chuẩn định lƣợng Cr(VI) 17 4.3. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 18 4.3.1. Ảnh hƣởng của pH 18 4.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc 19 4.3.3. Ảnh hƣởng của liều lƣợng chất hấp phụ 19 4.3.4. Cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt 20 Chƣơng 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT 21 5.1. Ảnh SEM và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT-IR 21 5.1.1. Ảnh SEM 21 5.1.2. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT-IR 22 5.2. Đƣờng chuẩn Crom (VI) 23 5.3. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 24
6. 5.3.1. Ảnh hƣởng của pH 24 5.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc 25 5.3.3. Ảnh hƣởng của liều lƣợng chất hấp phụ 28 5.3.4. Động học hấp phụ 29 5.3.5. Đẳng nhiệt hấp phụ 32 PHẦN III: KẾT QUẢ 36 Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 6.1. Kết luận 36 6.1.1. Kết quả 36 6.1.2. Thiếu sót và hạn chế 36 6.2. Kiến nghị 37 Tài liệu tham khảo 38
7. Nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nƣớc, ngành công nghiệp Việt Nam đa ̃ có những tiến bộ không ngừng cả về số lƣợng các nhà máy cũng chủng loại các sản phẩm và chất lƣợng cũng ngày càng đƣợc cải thiện . Ngành công nghiệp phát triển đa ̃ đem lại cho nhâ n dân những hàng hóa rẻ hơn mà chất lƣợng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Bên cạnh những tác động tích cực do ngành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các ngành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống và sức khoẻ của ngƣời dân. Môi trƣờng sống của ngƣời dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nƣớc. Hầu hết các hồ, ao sông, ngòi đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các hồ ao trong các đô thị lớn nhƣ Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nƣớc ở Việt Nam là nƣớc thải công nghiệp có chứa kim loại nặng nhƣ: thủy ngân, chì, kẽm, đồng, crôm, nikel ảnh hƣởng của các kim loại này gây ra rất lớn (ngay cả khi chúng ở nồng độ rất thấp) do độc tính cao và khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể sống. Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, nhà máy mạ và các nhà máy hóa chất Tác động của kim loại nặng tới môi trƣờng sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nƣớc thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy vẫn chƣa có sự quan tâm đúng mức. Bởi các nhà máy ở Việt Nam thƣờng là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tƣ vào các hệ thống xử lý nƣớc thải là hạn chế. Hầu hết các nhà máy chƣa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trƣờng thƣờng là các hệ thống sông, hồ đều vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn nhƣ Bình Dƣơng nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vƣợt quá Trang 1
8. Nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội nhƣ sông Tô Lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn Trƣớc hiện trạng trên, đòi hỏi phải có những phƣơng pháp thích hợp, hiệu quả để xử lý kim loại nặng nhằm tránh và hạn chế những tác động xấu của nó đến môi trƣờng và sức khỏe cộng đồng. Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong đó phƣơng pháp xử lý bằng thực vật là đƣợc các nhà khoa học quan tâm hơn hết vì tính hiệu quả cao, chi phí thấp, thân thiện với môi trƣờng. Một trong số đó là sử dụng vỏ quả dừa nƣớc. 1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu về ion KLN Cr6+: trạng thái tồn tại trong môi trƣờng, ảnh hƣởng của ion này lên con ngƣời, động vật, thực vật. - Tìm hiểu về dừa nƣớc và nghiên cứu khả năng hấp phụ của VDN đối với ion KLN trên. - Nghiên cứu pH tối ƣu, thời gian tối ƣu, lƣợng dừa hấp phụ tối ƣu, lƣợng Crom đƣợc hấp thụ tối ƣu. 1.3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Đề tài chỉ thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm Công Nghệ Môi Trƣờng (phòng B211) trƣờng ĐH.SPKT TP.Hồ Chí Minh. - Nguyên liệu sử dụng để nghiên cứu là vỏ quả dừa nƣớc. - Ion kim loại nặng là Cr6+. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Khảo sát hình thái bề mặt của vỏ dừa bằng phƣơng pháp chụp SEM/EDX (Scanning Electron Microscope with Electron Dispersive X-ray Spectrocopy). - Nghiên cứu tiến hành theo chế độ hấp phụ theo mẻ có lắc nhằm xác định các thông số nhiệt động học tối ƣu: thời gian tiếp xúc, pH, liều lƣợng tối ƣu, cân bằng hấp phụ trong điều kiện đẳng nhiệt, động học hấp phụ. Hàm lƣợng Cr6+ đƣợc định lƣợng bằng phƣơng pháp quang phổ so màu sử dụng máy đo phổ electron UV-Vis (Ultraviolet and visible Spectra) Libra S32 với khoảng hấp thu 0 ÷ 2,999 tại bƣớc sóng 540nm. Trang 2
9. Nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC 1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, báo, internet, truyền hình, tạp chí, báo cáo khoa học tiến hành chọn lọc, phân tích và tổng hợp các nội dung liên quan đến việc xử lý KLN bằng phƣơng pháp hấp phụ, đặc biệt là Cr6+ để có hƣớng nghiên cứu cho phù hợp. - Phƣơng pháp thực nghiệm: Đây là một phƣơng pháp có tính quyết định đến kết quả đề tài. Các thí nghiệm cần tiến hành một cách khoa học, theo một logic nhất định nhằm đem lại kết quả khách quan và giảm thiếu sai số. - Phƣơng pháp toán học: Xử lý các số liệu thực nghiệm, tính toán các thông số cho quá trình hấp phụ. - Phƣơng pháp đồ thị: Từ các số liệu toán học, dữ liệu thực nghiệm, phƣơng pháp đồ thị đem lại cái nhìn trực quan, toàn diện, dễ dàng phân tích nhận định về các kết quả đạt đƣợc, xác định hƣớng nghiên cứu hợp lý nhất. - Phƣơng pháp so sánh: Các kết quả đạt đƣợc phải so sánh với các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn của WHO và để đánh giá tính hiệu quả của vật liệu nghiên cứu. Trang 3