Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ PO3-/4 Bằng hydrotalcite (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ PO3-/4 Bằng hydrotalcite (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 NGHIÊN CỨU HẤP THỤ PO3-/4 HYDROTALCITE S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2010 - 39 S K C 0 0 2 7 8 0 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM  ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN 3- NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ PO4 BẰNG HYDROTALCITE MÃ SỐ: SV2010 - 39 THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ :NGUYỄN THỊ THÙY QUYÊN NGƯỜI THAM GIA :PHẠM THỊ HƯỜNG ĐƠN VỊ :KHOA CN HÓA HỌC & THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH – 11/2010
3. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 3 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU 3 I - Giới thiệu sơ lược về photpho: 3 II - Sự cần thiết của đề tài 5 III - Mục đích đề tài: 6 IV - Nhiệm vụ nghiên cứu: 6 V - Đối tượng nghiên cứu: 6 VI - Phạm vi nghiên cứu: 6 VII - Phương pháp nghiên cứu: 6 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN 7 I - Tổng quan về vật liệu hấp phụ (Hydrotalcite): 7 3- II - Tổng quan về chất cần hấp phụ (PO4) : 9 CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ 12 I - Cơ sở lý thuyết về phương pháp hấp phụ: 12 II- Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ: 13 CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HĨA CHẤT 17 I- Dụng cụ: 17 II- Thiết bị: 17 III- Hĩa chất và vật liệu : 17 IV-. Một số lưu ý khi sử dụng thiết bi ,dụng cụ và hĩa chất 18 PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 19 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM 19 I- Pha dung dịch Phốtphát chuẩn 19 II- Pha dung dịch ammonium molybdate: 19 III- Dung dịch SnCl2: 19 IV- Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc: 19 V- Khảo sát sự ảnh hưởng của pH 19 VI- Lập đường chuẩn của phơtphat: 19 VII- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ: 21 VIII- Khảo sát theo động học hấp phụ : 21 CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 I- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian: 22 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 1
4. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC II- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH: 23 III- Kết quả khảo sát về phương trình đẳng nhiệt hấp phụ: 24 IV- Khảo sát theo động học hấp phụ: 26 PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32 I. KẾT LUẬN: 32 II. KIẾN NGHỊ: 33 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 2
5. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU I - Giới thiệu sơ lƣợc về photpho: A - Tính chất của photpho: - Phơtpho (P) là một nguyên tố cĩ nhiều trong tự nhiên dưới dạng quặng. Ở sinh vật, P cĩ vai trị quan trọng, cĩ nhiều trong xương động vật dưới dạng canxi phơtphate, trong não, lịng đỏ trứng, dưới dạng hợp hữu cơ . - Phơtpho là một á kim, nguyên tử lượng 31, tỷ trọng 1.83, điểm nĩng chảy 94 oC, điểm sơi 278 oC, khơng tan trong nước, tan trong dung mơi hữu cơ. Là một chất rắn, dễ gãy ở nhiệt độ thường, mềm dễ uốn, cĩ ba dạng thù hình là trắng (vàng), đỏ và phơtpho pryromorphic. B - Nguồn photpho trong tự nhiên: - Các vi sinh vật biển nhận một lượng đáng kể phơtpho từ các nguồn thực phẩm hoặc các cơ thể chết dưới dạng phơtpho khĩ hịa tan hoặc phơtphate vơ cơ hịa tan. Chỉ một phần nhỏ phơtphate ở dưới đất (5%) là cĩ thể được cây trồng hấp - thụ vì chỉ cĩ đihyđrơgenphơtphate (H2PO4 ) cĩ thể hịa tan tốt trong nước. Các phơtphate vơ cơ khĩ hịa tan sẽ tồn tại trong đất và sau này cĩ thể bị các axit như axit limonic, axit sunfuric hịa tan và đi vào thành phần của nguyên sinh động vật. Các phơtpho tồn tại ở các gốc rễ cây trồng, sẽ từ từ thủy phân ở dạng các khống vi sinh do quá trình phơtphate hĩa. - Lượng phơtphate trong hệ sinh thái nước và sinh vật trên cạn khơng đủ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật (lượng phơtphate này chỉ vào khoảng 0,5 – 5% khối lượng, cho nên phơtpho thường được biểu thị như là chất dinh dưỡng hạn định. Sự thiếu hụt này được bổ sung bởi các hoạt động nhân tạo như việc sản xuất các phân bĩn phơtphate từ các quặng phơtphate (superphơtphate, đisuperphơtphate, NPK .). Lượng phơtpho dư trong phân bĩn thấm qua đất, qua sơng ra biển và lắng ở đĩ. Trong nước mưa nồng độ cĩ từ 10 – 100 mg/m3 ( do bụi, muối biển bốc hơi, các quá trình cĩ nhiệt độ cao và quá trình chuyển hĩa phơtpho trong khí quyển). Nguồn phát sinh phơtpho bao gồm: 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 3
6. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC  Trong tự nhiên.  Sản xuất bom, đạn.  Sản xuất hĩa chất, phân bĩn, thuốc bảo vệ thực vật.  Chất thải, các chất bài tiết của động vật  Trong bùn thải của hệ thống xử lý nước thải .  Các dạng thù hình của photpho: C – Độc tính của photpho đối với con ngƣời: 1. Nhiễm độc cấp tính a. Tác dụng cục bộ:  Do va chạm với P gây bỏng, vết thương lâu lành.  Hĩa chất P kích ứng mạnh da, mắt và đường hơ hấp (cảm giác bỏng, ho)  Hít phải nồng độ cao của P trong khơng khi gây viêm phế quản, cĩ thể phù phổi. b. Tác dụng tồn thân:  Nuốt phải P gây ra nhiễm độc tồn thân. Nguyên nhân cĩ thể do tai nạn, nhầm lẫn, tự tử. Hậu quả là tổn thương gan, thận, cơ tim, tiểu động mạch , cĩ thể tử vong.  Người ta phân biệt 2 giai đoạn biểu hiện nhiễm độc khi nuốt phải P (R. Lauwerys) 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 4
7. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC  Nuốt phải P sau ½ giờ xảy ra các triệu chứng kích ứng dạ dày – ruột rất nghiêm trọng. Tử vong xảy ra do suy tim – mạch. Giai đoạn đầu kéo dài khoảng 24 giờ, cĩ thể tiếp theo một giai đoạn tiềm tàng kéo dài từ vài giờ đến vài ngày. Giai đoạn tiếp theo xuất hiện đau bụng dưới kèm theo buồn nơn, nơn, nơn ra máu, giảm niệu, lẫn tâm thần, co giật, hơn mê và tử vong.  Mổ tử thi phát hiện các tổn thương nghiêm trọng của gan, tim, thận. Trong trường hợp sống sĩt cĩ thể bị xơ gan. Trong phịng tối thấy phát quang các chất trong dạ dày, phân, nước tiểu, là đặc trưng nhiễm độc phơtpho trắng.  Các triệu chứng trên hiếm gặp trong mơi trường cơng nghiệp tiếp xúc với phơtpho trắng. 2. Nhiễm độc mãn tính:  Hít thở lâu dài P trắng trong khơng khí mơi trường lao động dẫn đến tác hại hệ thống xương, hoại tử các xương hàm; khí tiêu, đau bụng dưới; suy mịn; chứng vàng da; bệnh gan và thận; tổn thương gan dẫn đến viêm gan nhiễm độc.  Giảm đường huyết nghiêm trọng  Các biến đổi điện tâm đồ do viêm cơ tim  Rối loạn chất điện giải.  Bệnh ảnh hưởng đến răng; bệnh tiến triển làm hàm sưng lên, đau, mất răng, xoang tạo thành các ổ hoại tử ở hàm II - Sự cần thiết của đề tài - Nhiều hợp chất phosphate cĩ ảnh hưởng rất nhiều lên quá trình xử lý chất thải. Thơng thường thì các dạng phosphate vơ cơ và các polyphosphate gây ảnh hưởng nhiều nhất. - Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng phosphate là một trong những nguyên tố ảnh hưởng lên sự tăng trưởng và phát triển của tảo và vi khuẩn, ở những nơi cĩ hàm lượng phosphate cao làm thúc đẩy hiện tượng nở hoa của tảo gây ảnh hưởng đến mơi trường. Vì vậy, việc xác định hàm lượng phosphate đã trở nên quan trọng đối với các kỹ sư mơi trường để cĩ thể giảm đi phần nào tác hại của phosphate trong tự nhiên. 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 5
8. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC III - Mục đích đề tài: 3- - Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite IV - Nhiệm vụ nghiên cứu: - Tìm kiếm thơng tin liên quan đến đề tài - Tham khảo ý kiến từ chuyên gia - Tiến hành thí nghiệm, khảo sát thực nghiệm - Chọn lọc ,xử lý thơng tin - Thống kê và xử lý số liệu - Kết luận và kiến nghị. V - Đối tƣợng nghiên cứu: - Dung dịch photphate - Phân tử hydrotalcite VI - Phạm vi nghiên cứu: 3- - Tổng quan về dung dịch photphate và ion PO4 - Tổng quan về phân tử hydrotalcite - Tìm hiểu các phương pháp hấp phụ - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của hydrotalcite đối với dung dịch photphate VII - Phƣơng pháp nghiên cứu: - Phương pháp lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu tài liệu, định hướng các bước thực hiện. Thừa kế và vận dụng các phương pháp đã cơng bố. - Phương pháp thực nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian, hàm lượng , pH tới quá trình hấp phụ ion photphat bằng hydrotalcite . - Phương pháp mơ phỏng bằng đồ thị, và xử lý số liệu trong excel. - Phương pháp chuyên gia: Là cơng cụ đắc lực khi gặp những vấn đề khĩ khăn trong nghiên cứu. Cĩ thể tham khảo ý kiến chuyên gia như gặp mặt trực tiếp trao đổi về vấn đề cần nghiên cứu. 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 6
9. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD:PGS-TS NGUYỄN VĂN SỨC CHƢƠNG II: TỔNG QUAN I - Tổng quan về vật liệu hấp phụ (Hydrotalcite): - Hydrotalcite là tên gọi của hợp chất vơ cơ Aluminium Magnesium Carbonate Hydroxide Hydrate, cơng thức Mg6 Al2(OH)16CO3.4H2O, thực chất là sự kết hợp: 5Mg(OH)2 +2Al OH)3 +MgCO3 +4H2O để cho hợp chất giống như phức chất. Hydrotalcite khơng tan trong nước, khi uống vào dạ dày sẽ trung hịa acid dịch vị (tính chất của thuốc kháng acid) đồng thời phĩng thích khí CO2 phần nào giúp chống đầy hơi. Hydrotalcite là một hydroxit của nhơm, magiê, nĩ cĩ dạng bảng, màu trắng, tinh thể lục giác, rất mềm mại và linh hoạt,cụ thể : Cơng thức hĩa học : Mg6Al2(CO3)(OH)16.4H2O Hệ tinh thể : Hệ sáu phương Lớp tinh thể : 6/m 2/m 2/m Màu sắc : Trắng, hơi xanh dương nhạt, hơi xám, trắng hơi nâu Tính chất, tình trạng: trong, mờ Ánh kim : Ánh xà cừ, ánh sáp Tập tính, hình dạng : Những tinh thể dạng khối, phân phiến mỏng, dạng lá phiến mỏng Độ cứng : 2 Tỷ trọng : 2.05 Tính dai chắc, bền chặt : Mềm dẻo dễ uốn Thành phần cấu tạo: Magnesium 24.14 % Mg 40.04 % MgO Aluminum 8.93 % Al 16.88 % Al2O3 Hydrogen 4.01 % H 35.79 % H2O Carbon 1.99 % C 7.29 % CO2 Oxygen 60.93 % O 3- Nghiên cứu khả năng hấp phụ (PO4) bằng hydrotalcite 7