Đề tài Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr (VI) của cây dương xỉ (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr (VI) của cây dương xỉ (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 SỰ HẤP PHỤ KIM LOẠI Cr (VI) CỦA CÂY DƯƠNG XỈ MÃ SỐ: SV 2010 - 81 BÙI THỊ NGỌC HÀ ĐÀO TUẤN VŨ TRẦN THỊ THIÊN THANH S K C 0 0 2 8 4 8 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 5 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN 6 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 7 1.1. Đặt vấn đề: 7 1.2. Sự cần thiết: 7 1.3. Mục đích của đề tài: 8 1.4. Phạm vi nghiên cứu: 8 1.5. Đối tƣợng nghiên cứu: 9 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu: 9 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 10 2.1. Giới thiệu về cây dƣơng xỉ: 10 2.1.1. Đặc điểm của cây dƣơng xỉ: 10 2.1.2. Công dụng: 11 2.2. Giới thiệu về Crôm(VI): 11 2.2.1. Đặc tính của Crôm(VI): 11 2.2.2. Ứng dụng của Crôm(VI): 12 2.2.3. Độc tính của Crôm(VI): 13 2.2.4. Các nguồn phát sinh Crôm(VI): 14 2.3. Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng: 15 2.3.1. Phƣơng pháp trao đổi ion: 15 2.3.2. Phƣơng pháp keo tụ tạo bông: 16 2.3.3. Phƣơng pháp kết tủa hóa học: 17 2.3.4. Phƣơng pháp hấp phụ: 18 2.3.5. Phƣơng pháp lọc màng: 18 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG DƢƠNG XỈ ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG: 19 3.1. Lý thuyết hấp phụ: 19 3.2. Kĩ thuật hấp phụ trong điều kiện tĩnh 20 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 1
3. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ 3.3.1 Phƣơng trình phản ứng giả định bậc một 22 3.1.2 Phƣơng trình giả định động học hấp phụ bậc 2: 22 3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ 23 3.4.1 Phƣơng trình đẳng nhiệt langmuir: 23 3.4.2 Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich: 25 CHƢƠNG 4: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 4.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị: 26 4.1.1. Hóa chất: 26 4.1.2. Dụng cụ: 26 4.1.3. Thiết bị: 26 4.4 Tiến hành thí nghiệm: 27 4.4.1 Khảo sát thế Zeta: 27 4.4.2 Xây dựng đƣờng chuẩn crom (VI): 28 4.4.3 Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên khả năng hấp phụ của dƣơng xỉ đối với ion kim loại Crom: 28 4.4.4 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của dƣơng xỉ đối với ion kim loại Crôm với nồng độ Co=10mg/l: 29 4.4.5 Khảo sát lƣợng dƣơng xỉ tối ƣu cho quá trình hấp phụ của dƣơng xỉ đối với ion kim loại Crom: 30 4.4.6 Khảo sát nồng độ Crom tối ƣu cho khả năng hấp phụ của dƣơng xỉ và thời gian tiếp xúc 40 phút đối với ion kim loại Crom: 30 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 31 5.1. Khảo sát sự hấp phụ của dƣơng xỉ đối với ion Cr6+ 31 5.1.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: 31 5.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của 6+ dƣơng xỉ đối với Cr với nồng độ Co=10mg/l, pH = 1, liều dƣơng xỉ = 0.2 g, to=29±0,2oC 32 Hình 5.3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr6+, 33 o o CO = 10mg/l, pH = 1, liều dương xỉ = 0.2 g, t =29±0,2 C 33 5.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của dƣơng xỉ đối với 6+ o o Cr ,CO = 10mg/l, pH = 1, liều dƣơng xỉ = 0.2 g, t =29±0,2 C 33 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 2
4. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ Hình 5.4: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr6+ nồng độ 10mg/l, liều dương xỉ = 0.2 g/l, to=29±0,2oC 33 5.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của 6+ dƣơng xỉ đối với Cr với nồng độ Co=15mg/l, pH = 1, liều dƣơng xỉ = 0.2 g, to=29±0,2oC 34 6+ Hình 5.5: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đối với Cr ,Co=15mg/l 34 pH = 1,liều dương xỉ = 0.2 g, to=29±0,2oC 34 5.1.5 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của dƣơng 6+ xỉ đối với Cr với nồng độ Co=20mg/l, pH = 1, liều dƣơng xỉ = 0.2 g, to=29±0,2oC 35 6+ Hình 5.6: Đồ thị khảo sát thời gian tiếp xúc đối với Cr (Co=20mg/l), liều dương xỉ = 0.2 g/l, to=29±0,2oC 35 5.1.6 Khảo sát ảnh hƣởng lƣợng dƣơng xỉ đối với quá trình hấp phụ của dƣơng 6+ o o xỉ đối với Cr nồng độ CO = 10mg/l, pH = 1,t =29±0,2 C, thời gian lắc 40 phút.35 Hình 5.7: Đồ thị khảo sát lượng dương xỉ tối ưu đối với Cr6+, nồng độ 10mg/l, . 36 pH = 1,to=29±0,2oC, thời gian lắc t= 40 phút. 36 5.1.7 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Crom đối với khả năng hấp phụ của dƣơng xỉ và thời gian tiếp xúc 40 phút đối với ion kim loại Crom: 36 5.1.8 Động học hấp phụ bậc 1, bậc 2: 38 5.1.9 Tính toán cho phƣơng trình đẳng nhiệt langmuir, frendlich 40 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41 6.1. Kết luận: 41 6.2. Kiến nghị: 41 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 3
5. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ 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 đế tài nghiên cứu khoa học. Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Sức,thầy đã định hƣớng cho chúng em lựa chọn đế tài và đã tận tụy, nhiệt tình giúp đỡ chúng em. Xin cảm ơn cô Hồ Thị Yêu Ly, 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 cho chúng em thực hiện đề tài. Cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu khoa học. Sau cùng chúng em xin kính chúc Thầy Cô luôn luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục dạy dỗ chúng em nên ngƣời. TP.HCM, ngày tháng năm 2011 Nhóm nghiên cứu GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 4
6. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN TP.HCM, ngày tháng năm GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 5
7. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN TP.HCM, ngày tháng năm GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 6
8. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề:  Hiện nay, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trƣờng sống ở Việt nam, đặc biệt là sự thiếu hụt và ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng của nguồn nƣớc sinh hoạt. Nhiều nơi, nguồn nƣớc mặt thậm chí cả nƣớc ngầm đã bị ô nhiễm nặng gây ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng của nƣớc và ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời cùng với sự sinh tồn và phát triển của động – thực vật.  Một trong những vấn đề đang gây nhức nhối hiện nay là việc ô nhiễm kim loại nặng, đáng báo động là TP.Hồ Chí Minh (HCM), Đà Nẵng, Vinh, Hà Nội, Hải phòng v v là những nơi dẫn đầu về mức độ ô nhiễm.  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 ao hồ, sông ngòi đi qua các nhà máy, xí nghiệp (sản xuất công nghiệp) ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các ao hồ trong các đô thị lớn nhƣ Hà Nội và TP HCM. 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: chì, cadmi, thủy ngân, 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.  Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong đó phƣơng pháp xử lý bằng phƣơng pháp hấp phụ bằng nguyên liệu chế tạo từ thực vật đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm vì tính hiệu quả cao, chi phí thấp, thân thiện với môi trƣờng. Một trong số đó là sử dụng cây dƣơng xỉ 1.2. Sự cần thiết:  Kim loại nặng (KLN) có vai trò rất to lớn trong quá trình phát triển của loài ngƣời, đặc biệt trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên nƣớc thải có chứa kim loại nặng ở trạng thái ion thì lại rất độc hại với con ngƣời, thực vật, động vật nếu nó xâm nhập vào. Nếu tích lũy với nồng độ cao, KLN có thể gây ung thƣ cho con ngƣời, động vật, còn thực vật không phát triển đƣợc GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 7
9. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ  Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra phƣơng pháp tối ƣu nhất để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng bị ô nhiễm. Xuất phát từ những vấn đề trên, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Crôm(VI) (Cr(VI)) bằng cây dƣơng xỉ” nhằm tìm thêm một phƣơng pháp mới có thể loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng bị ô nhiễm kim loại nặng. Trong phạm vi của đề tài, nhóm chúng em chỉ nghiên cứu việc loại bỏ KLN ra khỏi môi trƣờng nƣớc.  Cây dƣơng xỉ là nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm. Nếu nghiên cứu thành công khả năng hấp phụ của cây dƣơng xỉ đối với ion kim loại nặng thì sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn, tận dụng đƣợc cây dƣơng xỉ ở những vùng ẩm ƣớt, ít nắng và có sẵn trong thiên nhiên. Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tƣơng tự chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều ở nƣớc ta. 1.3. Mục đích của đề tài:  Tìm hiểu về ion kim loại nặng Cr(VI), trạng thái tồn tại trong môi trƣờng, ảnh hƣởng của ion này lên con ngƣời, động vật, thực vật.  Tìm hiểu về cây dƣơng sỉ và nghiên cứu khả năng hấp phụ của nó đối với ion Cr(VI).  Nghiên cứu pH tối ƣu, thời gian tối ƣu, lƣợng dƣơng xỉ hấp phụ tối ƣu, lƣợng Cr(VI) đƣợc hấp thụ tối ƣu. 1.4. Phạm vi 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 cây dƣơng xỉ chỉ lấy ở khu vực hồ đá quận Thủ Đức, tp.HCM.  Mẫu Cr(VI) tự pha.  Sử dụng phƣơng pháp hấp phụ.  Sử dụng phƣơng pháp đo độ hấp phụ bằng máy UV-Vis. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 8
10. Nghiên cứu sự hấp phụ kim loại Cr(VI) của cây dƣơng xỉ 1.5. Đối tƣợng nghiên cứu:  Nguyên liệu sử dụng để nghiên cứu là cây dƣơng xỉ  Ion kim loại nặng là Cr(VI). 1.6. 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 ta tiến hành chọn lọc, phân tích và tổng hợp các nội dung liên quan đến việc xử lý kim loại nặng bằng phƣơng pháp hấp phụ, đặc biệt là kim loại Crôm 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 đã xử lý ta sử dụng đồ thị để diễn đạt, phƣơng pháp này đem lại cái nhìn trực quan toàn diện hơn, dễ dàng phân tích các kết quả đạt đƣợc, giúp ngƣời đọc dễ hiểu hơn. GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 9