Điều chế và khảo sát khả năng tách loại Asen của ôxit hỗn hợp Fe - Mn

2O = 2MnOOH + H2AsO4- + H+ 2MnOOH + H3AsO3 + 3H+ = 2Mn2+ + H2AsO4- + 2H2O MÆc dï c¬ chÕ ph¶n øng cña As(III) víi MnO2 ®· râ rµng nh­ng cã rÊt Ýt th«ng tin vÒ sù h×nh thµnh c¸c hîp chÊt cña As(V) sau qu¸ tr×nh oxi ho¸ As(III). Sö dông quÆng mangan dioxit tù nhiªn vµ diatomit tù nhiªn cho hiÖu qu¶ hÊp phô asen t­¬ng ®èi tèt[5]. T¹i ViÖn Khoa häc vµ c«ng nghÖ ViÖt Nam ®· tæng hîp MnO2 kÝch th­íc nanomet vµ nghiªn cøu sö dông vµo hÊp phô asen trong n­íc ®¹t t¶i träng 32,79mg asen/gam vËt liÖu.[4] d. Trao ®æi ion Trao ®æi ion cã thÓ ®­îc xem lµ mét lµ mét d¹ng ®Æc biÖt cña ph­¬ng ph¸p hÊp phô. §©y lµ qu¸ tr×nh trao ®æi gi÷a c¸c ion trong pha r¾n vµ pha láng. Nhùa trao ®æi ion ®­îc sö dông réng r·i trong viÖc xö lý n­íc ®Ó lo¹i bá c¸c chÊt hoµ tan kh«ng mong muèn ra khái n­íc. C¸c lo¹i nhùa nµy cã mét bé khung polyme liªn kÕt ngang, ®­îc gäi lµ nÒn, th«ng th­êng nÒn nµy ®­îc t¹o thµnh do polystyren liªn kÕt ngang víi ®ivinylbenzen. C¸c nhãm chøc tÝch ®iÖn liªn kÕt víi nÒn th«ng qua c¸c liªn kÕt céng ho¸ trÞ. ph­¬ng ph¸p nµy rÊt hiÖu qu¶ trong viÖc lo¹i bá asen, tuy nhiªn nÕu trong dung dÞch, c¸c ion c¹nh tranh víi asen (nh­ sunfat, florua, nitrat....) cã nång ®é lín, hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh t¸ch lo¹i sÏ gi¶m ®i ®¸ng kÓ. Khi ®ã c¸c anionit chuyÓn tõ gèc H2AsO4- sang H2AsO42, gi¶i phãng H+, pH bÞ h¹ thÊp xuèng. Nång ®é sulfate ¶nh h­ëng tíi vËn tèc ph¶n øng: tèc ®é ph¶n øng cµng cao khi l­îng sulfate cµng cao. Lo¹i vËt liÖu trao ®æi ion nµy cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ sö dông dung dÞch muèi ®Ëm ®Æc NaCl ®Ó hoµn nguyªn h¹t trao ®æi ion ®· b·o hoµ asen. Nång ®é asen sau xö lý cã thÓ tíi d­íi 2ppb [14]. e. Ch­ng cÊt b»ng n¨ng l­îng mÆt trêi ThiÕt bÞ ch­ng cÊt b»ng n¨ng l­îng mÆt trêi cã thÓ sö dông ®Ó xö lý n­íc nhiÔm asen. N­íc cÇn xö lý ®­îc nung nãng lªn vµ bay h¬i nhê n¨ng l­îng mÆt trêi, sau ®ã ng­ng tô l¹i trªn bÒ mÆt phÝa trong thiÕt bÞ thu n­íc d¹ng tÊm vµ ch¶y vµo bÓ. Tuú thuéc vµo l­îng ¸nh s¸ng mÆt trêi, mét tÊm bÒ mÆt thu n­íc kÝch th­íc 2x10 m cã thÓ cung cÊp n­íc uèng cho 20 - 50 ng­êi sö dông trong mét ngµy ®ªm víi tiªu chuÈn 4 l/ ng/ngµy. Ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ ¸p dông ®Ó cung cÊp n­íc uèng cho c¸c vïng s©u, vïng xa thiÕu nguån n­íc uèng s¹ch. ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ n­íc sau xö lý cã chÊt l­îng tèt, chi phÝ cho xö lý thÊp, cã thÓ sö dông c¸c vËt liÖu ®Þa ph­¬ng ®Ó chÕ t¹o. ThiÕt bÞ nµy kh«ng sö dông ®iÖn, cã thÓ xö lý n­íc ngÇm hoÆc n­íc mÆt bÞ nhiÔm asen. f. C¸c ph­¬ng ph¸p läc[18,24] Mét sè kÜ thuËt cña ph­¬ng ph¸p nµy nh­ : thÈm thÊu ng­îc, mµng läc nano, ®iÖn thÈm t¸ch cã kh¶ n¨ng lo¹i bá tÊt c¶ c¸c d¹ng asen hoµ tan ra khái n­íc. C¸c chÊt hoµ tan trong ®ã cã asen ®­îc gi÷ l¹i trªn mµng b¸n thÊm, mµng chØ cho n­íc vµ mét sè chÊt tan ®i qua. * Vi läc (MF) Qu¸ tr×nh vi läc lµ kü thuËt lo¹i bá asen phô thuéc vµo sù ph©n bè kÝch th­íc cña c¸c phÇn tö mang asen trong n­íc nguån. MÆc dï MF cã thÓ lo¹i bá c¸c d¹ng h¹t cña asen nh­ng chØ qu¸ tr×nh nµy sÏ kÐm hiÖu qu¶ trong viÖc xö lý nguån n­íc. §Ó t¨ng hiÖu qu¶ xö lý ®èi víi nguån n­íc, cã thÓ kÕt hîp víi qu¸ tr×nh kÕt tña vµ MF. §èi víi nh÷ng thiÕt bÞ chØ sö dông MF th× viÖc lo¹i bá nµy phô thuéc vµo nång ®é asen trong n­íc ®Çu vµo vµ tû lÖ d¹ng h¹t theo c¬ chÕ r©y c¬ häc. Do ®ã hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh xö lý asen b»ng MF lµ hµm cña kÝch th­íc lç. * Siªu läc (UF) Nh×n chung qu¸ tr×nh siªu läc cã kh¶ n¨ng lo¹i bá c¸c chÊt keo vµ c¸c phÇn tö d¹ng h¹t. NÕu hÖ xö lý chØ sö dông UF th× còng nh­ MF nã kh«ng thÓ xö lý asen trong n­íc ngÇm ®¹t hiÖu qu¶ cao. Tuy nhiªn UF cã thÓ sö dông ®Ó xö lý n­íc mÆt víi hµm l­îng chÊt keo cao vµ nång ®é asen cao. * Läc nano (NF) Mµng läc nano cã kh¶ n¨ng lo¹i bá ®¸ng kÓ c¸c hîp chÊt asen hßa tan trong n­íc tù nhiªn. Mµng nano ­u tiªn lo¹i bá c¸c ion hãa trÞ hai (nh­ Ca, Mg) nh­ng kh«ng cã hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c muèi hãa trÞ mét (nh­ Na, Cl). Mµng NF cã thÓ lo¹i bá c¶ As(V) vµ As(III). HiÖu qu¶ lo¹i bá asen trong n­íc ngÇm cña NF ®¹t tíi 95% asen hßa tan, nång ®é asen cã thÓ gi¶m tõ 50ppb xuèng 2ppb. Tuy nhiªn khi mµng cã kÝch th­íc lç nhá th× cã khuynh h­íng dÔ t¾c h¬n mµng UF hoÆc MF. øng dông mµng NF cho qu¸ tr×nh xö lý n­íc mÆt cã hiÖu qu¶ th­êng kh«ng cao nÕu kh«ng qua qu¸ tr×nh tiÒn xö lý ®Ó lo¹i bá c¸c h¹t vµ c¸c phÇn tö hßa tan g©y t¾c. * ThÈm thÊu ng­îc (RO) §©y lµ qu¸ tr×nh läc mµng cã h­íng d­íi t¸c dông cña chªnh lÖch ¸p suÊt. Tuú thuéc vµo ®Æc tÝnh cña mµng, thÈm thÊu ng­îc cã thÓ gi÷ l¹i tÊt c¶ c¸c ion vµ chØ cho n­íc ®i qua. Ph­¬ng ph¸p nµy tèn kÐm, ®¾t tiÒn, nªn chØ sö dông ®Ó cung cÊp mét l­îng n­íc nhá, cã yªu cÇu chÊt l­îng cao, vÝ dô nh­ trong y tÕ, vv... * §iÖn thÈm t¸ch (ED) §iÖn thÈm t¸ch lµ qu¸ tr×nh trong ®ã c¸c ion ®­îc vËn chuyÓn qua mµng cã chän läc ®èi víi c¸c cation vµ anion d­íi t¸c ®éng cña dßng ®iÖn mét chiÒu. Trong qu¸ tr×nh nµy mµng ®­îc s¾p xÕp gi÷a c¸c ®iÖn cùc ng­îc chiÒu nhau víi sù xen kÏ gi÷a mµng trao ®æi anion vµ mµng trao ®æi cation. Sù chuyÓn ®éng cña c¸c cation hoÆc anion theo h­íng cña ®iÖn cùc tr¸i dÊu vµ kÕt qu¶ lµ nã t¹o ra c¸c ng¨n chøa n­íc vµ c¸c ng¨n chøa muèi. §iÖn thÈm t¸ch ®¶o chiÒu (EDR) lµ qu¸ tr×nh ®iÖn thÈm t¸ch (ED) víi chu kú ®¶o chiÒu h­íng chuyÓn ®éng cña c¸c ion do sù ®¶o chiÒu ph©n cùc cña ®iÖn cùc. ­u ®iÓm cña sù ®¶o chiÒu ph©n cùc lµ lµm gi¶m kh¶ n¨ng t¾c cña mµng, gi¶m chi phÝ cho qu¸ tr×nh tiÒn xö lý. Theo lý thuyÕt cã rÊt nhiÒu c«ng nghÖ xö lý nh­ng ®Ó lùa chän c«ng nghÖ xö lý phï hîp, ph¶i c¨n cø vµo c¸c ®iÒu kiÖn cô thÓ: lo¹i nguån n­íc, ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt, thuû v¨n, ®èi t­îng sö dông n­íc, c«ng nghÖ thiÕt bÞ hiÖn cã, kh¶ n¨ng tµi chÝnh, kh¶ n¨ng sö dông nguyªn vËt liÖu, n¨ng l­îng t¹i ®Þa ph­¬ng… B¶ng 4 nªu lªn hiÖu qu¶ lo¹i bá cña mét sè c«ng nghÖ vµ ­u ®iÓm, nh­îc ®iÓm cña c¸c c«ng nghÖ ®ã. B¶ng 4. HiÖu qu¶ xö lý asen cña mét sè c«ng nghÖ C«ng nghÖ xö lý Nång ®é As ban ®Çu Nång ®é As cßn l¹i ­u ®iÓm Nh­îc ®iÓm KÕt tña cïng víi s¾t asenat 350 6 - chi phÝ, vèn t­¬ng ®èi thÊp - qu¸ tr×nh t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n - c¸c ho¸ chÊt th«ng dông - t¹o ra chÊt th¶i r¾n ®éc h¹i - hiÖu qu¶ thÊp trong viÖc lo¹i bá asen (III) - ph¶i thùc hiÖn qu¸ tr×nh oxi ho¸ tr­íc khi xö lý asenit 350 140 asenat 560 10 asenat300 6 asenit 300 138 KÕt tña cïng víi nh«m asenat 350 74 asenit 350 263 asenat 300 30 asenit 300 249 Nh«m ®· ho¹t ho¸ asenat 100 4 asenit 100 kh«ng hiÖu qu¶ Trao ®æi ion asenat 100 <800 - hiÖu qu¶ cao - chi phÝ t­¬ng ®èi cao asenat 68 mg/l 12,2 mg/l ThÈm thÊu ng­îc asenat 37 7 - hiÖu qu¶ cao - kh«ng t¹o ra chÊt th¶i r¾n ®éc h¹i - cã thÓ lo¹i bá c¸c chÊt g©y « nhiÓm kh¸c - chi phÝ cao - t¹o ra n­íc th¶i ®éc h¹i asenat 51 1,5 §iÖn thÈm t¸ch asenat 188 136 1.6.3. C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý asen ®ang ®­îc nghiªn cøu vµ ¸p dông ë ViÖt Nam Theo thèng kª ch­a ®Çy ®ñ, hÇu hÕt nh÷ng nghiªn cøu hiÖn nay cña c¸c nhµ khoa häc ViÖt Nam ®Òu ¸p dông nh÷ng qui tr×nh c«ng nghÖ ®· ®­îc ¸p dông trªn thÕ giíi. C¸c quy tr×nh xö lý ®· ra ®êi ¸p dông trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc tÕ ViÖt Nam. B­íc ®Çu mét sè c¬ së ®· ®­a ra ®­îc mét hÖ thiÕt bÞ xö lý asen trong n­íc ngÇm quy m« hé gia ®×nh. Còng ®· cã mét sè ®¬n vÞ ®i s©u nghiªn cøu c¬ chÕ vµ kh¶ n¨ng lo¹i bá asen cña mét sè ph­¬ng ph¸p trong phßng thÝ nghiÖm, tuy nhiªn do mét sè yÕu tè viÖc ¸p dông trªn thùc tÕ lµ rÊt khã kh¨n. ViÖn Ho¸ Häc C«ng NghiÖp ®· ®­a ra ®­îc mét hÖ xö lý qui m« hé gia ®×nh, dïng chñ yÕu ®Ó läc asen vµ Mn, c«ng suÊt 15-20 lÝt /giê víi nguån n­íc: As: 0.2 - 0.5 mg/l, Mn: 2 - 5 mg/l vµ pH= 6,5 - 8,0, nguyªn t¾c lµ sö dông MnO2 ®Ó kÕt tña As(V) d­íi d¹ng Mn3(AsO4). Sau thêi gian sö dông, hµng n¨m ph¶i bæ sung lo¹i c¸t ®en ®· ®­îc ho¹t ho¸ thµnh c¸t chuyªn dông vµo cét. Tr­êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §¹i häc Quèc gia Hµ Néi ®· sö dông quÆng s¾t tù nhiªn (®¸ ong, limonite, magnetite), quÆng mangan cã chøa s¾t (pyrothite, geothite), hoÆc hydroxyt s¾t, «xit mangan tæng hîp cã kÝch th­íc cì nanomet … ®Ó xö lý asen trong n­íc. T¹i mét sè n¬i kh¸c :ViÖn §Þa Lý, ViÖn VËt liÖu, ViÖn Ho¸ häc, ViÖn C«ng nghÖ M«i tr­êng …. ®· nghiªn cøu, t×m kiÕm nh÷ng vËt liÖu tù nhiªn, sau khi ho¹t ho¸, xö lý cã thÓ dïng ®Ó xö lý asen trong n­íc ngÇm vµ c¸c nguån n­íc nãi chung. 1.7. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh hÊp phô [9] a. §éng häc cña qu¸ tr×nh hÊp phô k1 HÊp phô lµ mét qu¸ tr×nh thuËn nghÞch vµ cã thÓ ®­îc m« t¶ nh­ mét ph¶n øng ho¸ häc : k2 A + O A' trong ®ã: A lµ chÊt bÞ hÊp phô O lµ ®¹i l­îng biÓu thÞ cho chç trèng trªn bÒ mÆt chÊt r¾n A' lµ chÊt bÞ hÊp phô ®· chiÕm chç trªn bÒ mÆt chÊt hÊp phô k1, k2 lµ c¸c h»ng sè tèc ®é cña qu¸ tr×nh hÊp phô vµ gi¶i hÊp Qu¸ tr×nh hÊp phô gåm 3 giai ®o¹n: - KhuÕch t¸n ngoµi: qu¸ tr×nh di chuyÓn chÊt cÇn hÊp phô tõ dung dÞch n­íc th¶i tíi bÒ mÆt hÊp phô - Qu¸ tr×nh gi÷ t¹p chÊt trªn bÒ mÆt chÊt hÊp phô - KhuÕch t¸n trong: qu¸ tr×nh di chuyÓn c¸c chÊt vµo bªn trong c¸c lç mao qu¶n. Th«ng th­êng giai ®o¹n hÊp phô gi÷ chÊt trªn bÒ mÆt x¶y ra nhanh do ®ã tèc ®é chung cña c¶ qu¸ tr×nh phô thuéc vµo tèc ®é cña giai ®o¹n khuÕch t¸n ngoµi hoÆc khuÕch t¸n trong. VËn tèc khuÕch t¸n ngoµi phô thuéc vµo tèc ®é khuÊy trén, vËn tèc dßng ch¶y, nhiÖt ®é....VËn tèc khuÕch t¸n trong phô thuéc vµo kÝch th­íc h×nh d¹ng mao qu¶n, kÝch th­íc cña chÊt bÞ hÊp phô. b.Tèc ®é cña qu¸ tr×nh hÊp phô Tèc ®é cña qu¸ tr×nh hÊp phô ®­îc tÝnh b»ng l­îng chÊt bÞ hÊp phô trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch chÊt hÊp phô trong mét ®¬n vÞ thêi gian. nÕu coi qu¸ tr×nh hÊp phô phô thuéc bËc nhÊt vµo sù biÕn thiªn nång ®é theo thêi gian th× tèc ®é hÊp phô ®­îc x¸c ®Þnh: r = = k (ci - cl) trong ®ã : k lµ hÖ sè chuyÓn khèi, tÝnh cho mét ®¬n vÞ thÓ tÝch chÊt hÊp phô (s-1) ci lµ nång ®é ban ®Çu cña chÊt bÞ hÊp phô (mg/l) cl lµ nång ®é chÊt bÞ hÊp phô t¹i thêi ®iÓm t (mg/l) t lµ thêi gian tiÕn hµnh hÊp phô (s) c.T¶i träng hÊp phô T¶i träng hÊp phô lµ mét ®¹i l­îng biÓu thÞ khèi l­îng chÊt bÞ hÊp phô trªn mét ®¬n vÞ khèi l­îng cña chÊt hÊp phô t¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng ë mét nhiÖt ®é vµ nång ®é x¸c ®Þnh. q = trong ®ã: v lµ thÓ tÝch dung dÞch (l) m lµ khèi l­îng chÊt hÊp phô (g) Ci lµ nång ®é chÊt ban ®Çu (mg/l) Cl lµ nång ®é dung dÞch khi chÊt hÊp phô ®¹t c©n b»ng (mg/l) Còng cã thÓ biÓu diÔn ®¹i l­îng hÊp phô theo khèi l­îng chÊt bÞ hÊp phô trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt vËt liÖu hÊp phô nh­ sau: q = trong ®ã: S lµ diÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña vËt liÖu hÊp phô (m2) d. C¸c ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh hÊp phô Ng­êi ta cã thÓ m« t¶ mét qu¸ tr×nh hÊp phô dùa vµo ®­êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô. §­êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô m« t¶ sù phô thuéc gi÷a t¶i träng hÊp phô vµo nång ®é c©n b»ng cña chÊt bÞ hÊp phô trong dung dÞch (hay ¸p suÊt riªng phÇn trong pha khÝ). §­êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô t¹i mét nhiÖt ®é nµo ®ã ®­îc thiÕt lËp b»ng c¸ch cho mét l­îng x¸c ®Þnh chÊt hÊp phô vµo mét l­îng cho tr­íc dung dÞch cã nång ®é ®· biÕt cña chÊt bÞ hÊp phô. Khi hÖ ®¹t ®Õn c©n b»ng, ®o nång ®é c©n b»ng cña chÊt bÞ hÊp phô trong dung dÞch, l­îng chÊt hÊp phô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: m = (ci - cl)v trong ®ã: m lµ l­îng chÊt bÞ hÊp phô (g) ci lµ nång ®é ban ®Çu cña chÊt bÞ hÊp phô (mg/l) cl lµ nång ®é c©n b»ng cña chÊt bÞ hÊp phô (mg/l) v lµ thÓ tÝch dung dÞch chÊt bÞ hÊp phô (l) C¸c ph­¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô ®­îc dïng réng r·i nhÊt lµ ph­¬ng tr×nh langmuir vµ freundlich: * Ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langnuir Ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir ®­îc thiÕt lËp dùa trªn c¸c ®iÒu kiÖn sau: - BÒ mÆt hÊp phô ®ång nhÊt, nghÜa lµ n¨ng l­îng hÊp phô trªn c¸c trung t©m lµ nh­ nhau vµ kh«ng phô thuéc vµo sù cã mÆt cña c¸c tiÓu ph©n hÊp phô trªn c¸c trung t©m bªn c¹nh. - C¸c ph©n tö hÊp phô ®¬n líp lªn bÒ mÆt chÊt hÊp phô - Mçi ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô chØ chiÕm chç mét trung t©m ho¹t ®éng bÒ mÆt. - TÊt c¶ c¸c trung t©m ho¹t ®éng liªn kÕt víi c¸c ph©n tö víi cïng mét ¸i lùc - Kh«ng cã t­¬ng t¸c qua l¹i gi÷a c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô Ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir: trong ®ã: q lµ t¶i träng hÊp phô (mg/g) qmax lµ t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i tÝnh theo lý thuyÕt (mg/g) Cl lµ nång ®é chÊt bÞ hÊp phô khi ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng (mg/l) b lµ hÖ sè ph­¬ng tr×nh langmuir (x¸c ®Þnh tõ thùc nghiÖm). Trong mét sè tr­êng hîp, giíi h¹n ph­¬ng tr×nh langmuir: Ekhi b.Cl << 1 th× q = qmax.b.Cl m« t¶ vïng hÊp phô tuyÕn tÝnh. Ekhi b.Cl >>1 th× q = qmax m« t¶ vïng hÊp phô b·o hoµ. Ekhi nång ®é chÊt hÊp phô n»m trung gian gi÷a hai kho¶ng nång ®é trªn th× ®­êng biÓu diÔn ph­¬ng tr×nh langmuir lµ mét ®­êng cong. Cffffffffffff Cf/qq H×nh 3. §­êng cong biÓu diÔn ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir H×nh 4. §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña vµo Cl §Ó x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè trong ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir cã thÓ sö dông ph­¬ng ph¸p ®å thÞ b»ng c¸ch chuyÓn ph­¬ng tr×nh trªn thµnh ph­¬ng tr×nh ®­êng th¼ng: §­êng biÓu diÔn phô thuéc vµ Cl lµ ®­êng th¼ng cã ®é dèc vµ c¾t trôc tung t¹i ®iÓm t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña vËt liÖu: * Ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt freundlich Ph­¬ng tr×nh Freundlich cã d¹ng : q = KF. Cf n Trong ®ã: - q : t¶i träng hÊp phu (mg/g), q=(C0-Cf)/mr - Co: Nång ®é ban ®Çu cña dung dÞch (mg/l) - Cf : Nång ®é c©n b»ng trong dung dÞch (mg/l) - mr : L­îng chÊt hÊp phô dïng cho 1 lÝt dung dÞch - KF: h»ng sè hÊp phô Freundlich, ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng hÊp phô cña hÖ, phô thuéc vµo nhiÖt ®é, diÖn tÝch bÒ mÆt vµ c¸c yÕu tè kh¸c - n : sè mò cña biÕn Cf th­êng nhá h¬n 1, ®Æc tr­ng cho b¶n chÊt lùc t­¬ng t¸c cña hÖ, nÕu n nhá th× b¶n chÊt hÊp phô thiªn vÒ d¹ng ho¸ häc, nÕu n lín th× lùc hÊp phô thiªn vÒ d¹ng vËt lý. Ph­¬ng tr×nh freundlich ph¶n ¸nh kh¸ tèt sè liÖu thùc nghiÖm cho vïng ban ®Çu vµ vïng gi÷a cña ®­êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt, tøc lµ ë vïng nång ®é thÊp cña chÊt bÞ hÊp phô. §Ó x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè k vµ n, ®­a ph­¬ng tr×nh vÒ d¹ng ®­êng th¼ng: lgq = lgk + lgc §©y lµ ph­¬ng tr×nh ®­êng th¼ng biÓu diÔn sù phô thuéc cña lgq vµo lgcf. b H×nh 5. §­êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt freundlich H×nh 6. Sù phô thuéc lgq vµo lgCf tgb = 1/n, OM= lgk * Gi¶i hÊp phô Gi¶i hÊp phô lµ qu¸ tr×nh ng­îc víi hÊp phô, t¸ch chÊt bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt chÊt r¾n ra ngoµi dung dÞch. gi¶i hÊp phô dùa trªn nguyªn t¾c sö dông c¸c yÕu tè bÊt lîi víi hÊp phô. §èi víi hÊp phô vËt lý ®Ó lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô cã thÓ t¸c ®éng th«ng qua c¸c yÕu tè sau: Gi¶m nång ®é chÊt bÞ hÊp phô ë dung dÞch ®Ó thay ®æi thÕ c©n b»ng hÊp phô. T¨ng nhiÖt ®é còng cã t¸c dông lµm lÖch hÖ sè c©n b»ng v× hÊp phô lµ qu¸ tr×nh táa nhiÖt, vÒ thùc chÊt lµ lµm yÕu t­¬ng t¸c gi÷a chÊt hÊp phô vµ chÊt bÞ hÊp phô. Thay ®æi b¶n chÊt t­¬ng t¸c cña hÖ thèng qua thay ®æi pH cña m«i tr­êng. Sù dông t¸c nh©n hÊp phô m¹nh h¬n ®Ó ®Èy c¸c chÊt ®· hÊp phô trªn bÒ mÆt chÊt r¾n. Sö dông t¸c nh©n lµ vi sinh vËt. Gi¶i hÊp phô lµ ph­¬ng ph¸p t¸i sinh chÊt hÊp phô ®Ó cã thÓ tiÕp tôc sö dông l¹i nªn nã mang ®Æc tr­ng vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕ. nÕu chÊt hÊp phô rÎ mµ t¸i sinh tèn kÐm th× chØ nªn sö dông chÊt hÊp phô mét lÇn råi bá, tuy nhiªn cßn ph¶i tÝnh ®Õn vÊn ®Ò b¶o vÖ m«i tr­êng. Dùa trªn nguyªn t¾c gi¶i hÊp phô nªu trªn, ng­êi ta sö dông mét sè c¸c ph­¬ng ph¸p t¸i sinh: t¸i sinh nhiÖt, ph­¬ng ph¸p hãa lý vµ ph­¬ng ph¸p vi sinh. ch­¬ng 2. thùc nghiÖm 2.1. §èi t­îng vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu a. §èi t­îng nghiªn cøu §èi t­îng nghiªn cøu trong kho¸ luËn nµy lµ nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu hçn hîp Fe(OH)3 - MnO2 lµm vËt liÖu xö lý asen trong c¸c nguån n­íc. b. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu C¸c ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm bao gåm: - ChÕ t¹o vËt liÖu hÊp phô - X¸c ®Þnh tÝnh chÊt bÒ mÆt vµ cÊu tróc vËt liÖu ®· chÕ t¹o ®­îc b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM), nhiÔu x¹ tia X, ®o BET (Brunauer-Emmet-Teller, ph­¬ng ph¸p hÊp phô vµ gi¶i hÊp phô nit¬) - Nghiªn cøu ®éng häc cña qu¸ tr×nh hÊp phô asen trªn vËt liÖu ®· chÕ t¹o - Nghiªn cøu lo¹i bá asen trong n­íc ra khái vËt liÖu ®· chÕ t¹o 2.2. Ho¸ chÊt, dông cô a. Ho¸ chÊt * Dung dÞch As(III) chuÈn 1(g/l): c©n chÝnh x¸c 1,320 gam As2O3 tinh khiÕt ph©n tÝch, cho vµo b×nh ®Þnh møc 1000 ml; cho 10 ml dung dÞch NaOH 10%, l¾c ®Òu cho ®Õn khi tan hÕt. dïng dung dÞch HCl 1:1 axit ho¸ dung dÞch ®Õn ph¶n øng axit sau ®ã thªm n­íc cÊt ®Õn v¹ch ®Þnh møc. Dung dÞch b¶o qu¶n trong chai nhùa PP hoÆc PE. * Dung dÞch As(V) chuÈn 1 (g/l): c©n chÝnh x¸c 4,16 gam Na2HasO4.7H2O, cho vµo b×nh ®Þnh møc 1000 ml, cho kho¶ng 100ml n­íc cÊt l¾c cho tan vµ ®Þnh møc tíi v¹ch. Dung dÞch b¶o qu¶n trong chai nhùa PP hoÆc PE. * KMnO4 tinh khiÕt ho¸ häc: c©n 11,8530 gam KMnO4 trªn c©n ph©n tÝch, hoµ tan trong n­íc cÊt cã thªm 2 ml H2SO4 ®Æc (98,8%). sau ®ã cho vµo b×nh ®Þnh møc 1000 ml vµ ®Þnh møc b»ng n­íc cÊt ®ªn v¹ch. b¶o qu¶n dung dÞch trong chai thuû tinh sÉm mµu cã nót kÝn. * FeSO4.7H2O tinh khiÕt ho¸ häc: c©n 62,5525 gam FeSO4.7H2O trªn c©n ph©n tÝch, hoµ tan trong 200 ml H2SO4 10%. sau ®ã cho vµo b×nh ®Þnh møc 1000 ml vµ ®Þnh møc b»ng n­íc cÊt ®Õn v¹ch. * Dung dÞch KI 10%: c©n 10 gam KI tinh khiÕt ho¸ häc, hoµ tan trong cèc víi 30 ml n­íc cÊt, råi cho vµo b×nh ®Þnh møc 100 ml ®· tr¸ng röa b»ng n­íc cÊt. tr¸ng röa cèc c©n 3 lÇn råi thªm n­íc cÊt ®Õn v¹ch ®Þnh møc, ®Ëy nót b×nh, l¾c ®Òu. dung dÞch KI pha xong ®ùng trong chai mµu, cã nót kÝn, tr¸nh ¸nh s¸ng. * Dung dÞch SnCl2  b·o hoµ: c©n 50 gam SnCl2.2H2O tinh khiÕt ho¸ häc cho vµo 100 ml HCl ®Æc (~36%). §Ó nguyªn trong 2 ngµy cho ®Õn khi ph¶n øng dõng h¼n, chó ý l­îng Sn ph¶i lu«n d­ ®Ó tån t¹i d¹ng SnCl2, dung dÞch ®­îc b¶o qu¶n trong b×nh thuû tinh cã nót kÝn. * GiÊy tÈm Pb(CH3COO)2: c©n 10 gam Pb(CH3COO)2 tinh khiÕt ho¸ häc, hoµ tan trong 100 ml n­íc cÊt. Dung dich pha xong ®­îc tÈm ®Òu lªn giÊy läc, ®Ó kh« tù nhiªn. GiÊy tÈm Pb(CH3COO)2 ®­îc c¾t víi kÝch th­íc 5050 mm vµ b¶o qu¶n trong lä thuû tinh mµu. * GiÊy tÈm HgBr2: hoµ tan 5 gam HgBr2 trong 100 ml cån 95 %. Dung dÞch pha xong ®­îc tÈm ®Òu lªn giÊy läc, ®Ó kh« tù nhiªn. GiÊy tÈm HgBr2 ®­îc c¾t víi kÝch th­íc 3150 mm vµ b¶o qu¶n trong lä thuû tinh mµu, kÝn. * Dung dÞch HCl 1:2: ®­îc pha tõ dung dÞch HCl ®Æc víi tû lÖ thÓ tÝch HCl ®Æc vµ n­íc cÊt lµ 1:2. Dung dÞch pha xong ®­îc ®ùng trong lä thuû tinh. * Dung dich NaOH 5 M: c©n 200 gam NaOH tinh khiÕt ho¸ häc hoµ tan tõ tõ trong 800 ml n­íc cÊt kh«ng chøa CO2, khuÊy cho tan hÕt, ®Ó nguéi vµ ®Þnh møc thµnh 1 lit b»ng n­íc cÊt. Dung dÞch ®­îc b¶o qu¶n trong chai nhùa nót kÝn. * KÏm h¹t tinh khiÕt ho¸ häc. b. Dông cô - C©n ph©n tÝch Adventuer tm ohaus, Thuþ sü. - pH meter, giÊy chØ thÞ pH - M¸y khuÊy tõ HC 502 (Anh). - M¸y nhiÔu x¹ tia X - D8 advance – bruker - M¸y chôp SEM ( Scanning electron microscopy)– JEOL-5300 (NhËt b¶n) - X¸c ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt b»ng ph­¬ng ph¸p BET(Brunauer emmet teller)- m¸y SA cña h·ng COULTER (Mü) - Tñ hót, tñ sÊy, m¸y l¾c - B×nh ®Þnh møc (50, 100, 250, 500, 1000 ml), b×nh nãn 250 ml - Pipet: 1, 2, 5, 10, 25, 50 ml - èng ®ong: 100, 200, 500, 1000 ml - giÊy läc b¨ng xanh, phÔu … 2.3. Ph©n tÝch asen b»ng ph­¬ng ph¸p thuû ng©n bromua [10] *Nguyªn t¾c: Dùa trªn ph¶n øng t¹o phøc mµu vµng n©u gi÷a asin(AsH3) vµ HgBr2 AsO43- + 2 I- + 4 H+ = AsO33- + I2 + 2 H2O AsO33- + Zn + 14 H+ = 2AsH3 + Zn2+ + 4 H2O AsH3 + 3 HgBr2 = As(HgBr)3 (vµng n©u) + 3 HBr §Çu tiªn chuyÓn toµn bé l­îng asen trong mÉu vÒ asen(III) b»ng KI trong m«i tr­êng axit, sau ®ã ®­îc hidro míi sinh (Zn + HCl) khö As(III) thµnh asin. AsH3 sinh ra sÏ bay lªn qua giÊy tÈm ch× axetat ®Ó lo¹i bá H2S, tiÕp theo asin ph¶n øng víi HgBr2®­îc tÈm trªn giÊy läc lµm giÊy tÈm HgBr2 chuyÓn tõ mµu tr¾ng sang mµu vµng n©u. * Quy tr×nh ph©n tÝch: LÊy 50ml mÉu vµo b×nh ®Þnh møc 100ml, thªm 25ml HCl 1:2, 1ml KI 10%. §Ó yªn trong 15 phót ®Ó khö toµn bé As(V) vÒ As(III), l­îng I2 gi¶i phãng ra lµm dung dÞch cã mµu vµng. Nhá 2-3 giot SnCl2 b·o hoµ, ®Ó yªn trong 5 phót ®Ó khö I2 vÒ I- lµm dung dÞch mÊt mµu vµng. Cho vµo 3 gam Zn h¹t tinh khiÕt, quÊn nhanh giÊy tÈm ch× axetat vµo phÇn trªn cña b×nh råi nót b×nh b»ng nót cao su chøa giÊy tÈm. §Ó yªn trong 60phót, lÊy giÊy tÈm HgBr2 ra ®o chiÒu cao cña vÖt mµu tõ ®ã tÝnh ra hµm l­îng asen trong mÉu ph©n tÝch. * X©y dùng ®­êng chuÈn x¸c ®Þnh nång ®é asen -Sè liªu x©y dùng ®­êng chuÈn asen biÓu diÔn sù phô thuéc cña chiÒu cao vÖt mµu vµo nång ®é asen trong kho¶ng nång ®é c < 100 (ppb) nh­ sau: B¶ng 5. Sè liÖu x¸c ®Þnh asen trong kho¶ng nång ®é c < 100 (ppb) C(ppb) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 h(mm) 1,7 2,5 2,9 4,1 5,6 7,3 8,6 9,4 10,6 11,5 H×nh 7. §­êng chuÈn x¸c ®Þnh asen trong kho¶ng nång ®é c <100ppb. -Sè liªu x©y dùng ®­êng chuÈn vµ ®å thÞ sù phô thuéc cña chiÒu cao vÖt mµu vµo nång ®é asen trong kho¶ng nång ®é c >100 (ppb) nh­ sau: B¶ng 6. Sè liÖu x¸c ®Þnh asen trong kho¶ng nång ®é c >100ppb C(ppb) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 h(mm) 12,3 21,2 29,5 34,2 41,3 48,56 55,7 59,3 65,5 68,3 H×nh 8. §­êng chuÈn x¸c ®Þnh asen trong kho¶ng nång ®é c >100ppb. 2.4. C¸c ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm 2.4.1. ChÕ t¹o vËt liÖu «xit hçn hîp Fe – Mn (gäi lµ VL1) - Cho 400 ml dung dÞch KMnO4 0,75 M vµo cèc 1000 ml, vµ khuÊy ®Òu, nhá tõ tõ 400 ml dung dÞch FeSO4 2,25 M vµo dung dÞch trªn. - §iÒu chØnh dung dÞch thu ®­îc ®Õn pH = 7 - 8 b»ng dung dÞch NaOH 5 M - TiÕp tôc khuÊy trong 2 tiÕng - §Ó l¾ng trong 12 giê - Röa b»ng n­íc cÊt 2 lÇn - Läc b»ng giÊy läc b¨ng xanh - SÊy kh« vËt liÖu ë 1050C trong vßng 4 tiÕng - NghiÒn nhá vËt liÖu, vËt liÖu thu ®­îc cã mµu n©u, ®­îc b¶o qu¶n trong lä kh« cã nót kÝn. 2.4.2. ChÕ t¹o vËt liÖu «xit hçn hîp Fe-Mn mang trªn than ho¹t tÝnh(gäi lµ VL2) * ChuÈn bÞ than ho¹t tÝnh Than ho¹t tÝnh Trµ Vinh cã kÝch th­íc ®ång ®Òu kho¶ng 3mm ®­îc röa s¹ch b»ng n­íc. Ng©m vµo dung dÞch axit HCl 1:4 trong thêi gian 12 giê, sau ®ã than ®­îc röa s¹ch nhiÒu lÇn b»ng n­íc cÊt. §Ó kh«, l¹i ng©m than trong dung dÞch NaOH 0,01N trong 12 giê, råi than ®­îc röa l¹i b»ng n­íc cÊt tíi m«i tr­êng trung tÝnh (pH=7). Cuèi cïng than ®­îc lµm kh«, sÊy ë 1000C trong 3 giê. * Cè ®Þnh vËt liÖu «xit hçn hîp Fe – Mn trªn than ho¹t tÝnh - Cho 50 gam than ho¹t tÝnh ®· ®­îc chuÈn bÞ trªn vµo cèc 250ml - Rãt vµo cèc 70 ml KMnO4 0,75 M khuÊy ®Òu - Rãt tiÕp vµo cèc 70 ml dung dÞch FeSO4 2,25 M khuÊy ®Òu cho ph¶n øng x¶y ra hoµn toµn - §iÒu chØnh dung dÞch thu ®­îc ®Õn pH = 7 – 8 b»ng dung dÞch NaOH 5 M. - KhuÊy trong 2 tiÕng vµ ®Ó l¾ng 12 tiÕng - Läc lÊy kÕt tña, sÊy kh« ë 1050C trong 4 giê. - LÊy than ra röa l¹i cho s¹ch ion sunfat b¸m trªn bÒ mÆt (thö b»ng ion Ba2+) - SÊy kh« l¹i vËt liÖu ë 1050C trong 2 giê. - BÒ mÆt vËt liÖu cã mµu h¬i n©u, ®­îc b¶o qu¶n trong lä kh« cã nót kÝn. 2.4.3. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô tÜnh cña VL1 ®èi víi As(III) a. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL1 * C¸ch tiÕn hµnh: - Cho vµo 7 b×nh tam gi¸c 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch asen(III) cã nång ®é 500 ppm. - §iÒu chØnh pH trong c¸c b×nh lÇn l­ît lµ : 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0. - Sau ®ã thªm vµo mçi b×nh 0,2 gam VL1. - L¾c trong 2 giê . - Läc lÊy dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i b. Kh¶o s¸t x¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL1 * C¸ch tiÕn hµnh: - Cho vµo 7 b×nh tam gi¸c 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch asen cã nång ®é ban ®Çu lµ 500 ppm - §iÒu chØnh pH trong c¸c b×nh b»ng 7. - Cho vµo mçi b×nh 0,2 gam VL1. - L¾c trong c¸c kho¶ng thêi gian kh¸c nhau: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 giê. - Läc lÊy dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i c. Kh¶o s¸t x¸c ®Þnh t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL1 * C¸ch tiÕn hµnh: - Cho vµo 10 b×nh tam gi¸c dung tÝch 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch asen cã nång ®é ban ®Çu lµ: 10 ppm; 20ppm; 40ppm; 50ppm; 80ppm; 100ppm; 200ppm; 300ppm; 400ppm; 500ppm. - §iÒu chØnh pH = 7 - Cho vµo mçi b×nh 0,2 gam VL1 - L¾c trong 2 giê - Läc lÊy dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i. 2.4.4.Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô tÜnh cña VL2 ®èi víi As (III) vµ As (V) a. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As (III), As (V) cña VL2 TiÕn hµnh ®èi víi tõng dung dÞch As (III) vµ As( V): - Cho vµo 7 b×nh tam gi¸c 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch As(III) hoÆc As(V) cã nång ®é 500 ppb. - §iÒu chØnh pH trong c¸c b×nh lÇn l­ît lµ : 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0. - Sau ®ã thªm vµo mçi b×nh 2 gam vËt liÖu 2. - L¾c trong 3 giê . - Läc lÊy 50 ml dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i b. Kh¶o s¸t x¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô asen (III), asen (V) cña VL1 TiÕn hµnh ®èi víi tõng dung dÞch asen (III) vµ asen(V): - Cho vµo 8 b×nh tam gi¸c 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch As(III) hoÆc As(V) cã nång ®é ban ®Çu lµ 500 ppb - §iÒu chØnh pH = 7. - Cho vµo mçi b×nh 2 gam VL2. - L¾c trong c¸c kho¶ng thêi gian kh¸c nhau: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 giê. - Läc lÊy dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i c. Kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) vµ As(V) cña VL2 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir TiÕn hµnh ®èi víi tõng dung dÞch asen (III) vµ asen (V): - Cho vµo 10 b×nh tam gi¸c 250 ml, mçi b×nh 100 ml dung dÞch As(III) hoÆc As(V) cã nång ®é ban ®Çu lµ: 10 ppm; 20ppm; 40ppm; 50ppm; 80ppm; 100ppm; 300ppm; 400ppm; 500ppm. - §iÒu chØnh pH = 7 - Cho vµo mçi b×nh 2 gam vËt liÖu - L¾c trong 3 giê - Läc lÊy dung dÞch x¸c ®Þnh nång ®é asen cßn l¹i. 2.4.5. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô, gi¶i hÊp phô vµ t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As (III), As (V) b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô ®éng -HÊp phô: Cho dung dÞch asen (III) cã nång ®é 500 ppb ®i qua cét hÊp phô cã thÓ tÝch 15ml (øng víi 1 bed-volume) nhåi 6,5gam VL2 víi tèc ®é trung b×nh 1,5 ml/phót, cø 10 bed - volume ®em x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. T­¬ng tù ta cho dung dÞch asen (V) cã nång ®é 500 ppb ®i qua cét hÊp phô cã thÓ tÝch 25ml (øng víi 1 bed-volume) nhåi 15gam VL2 víi tèc ®é trung b×nh 2ml/phót, cø 10 bed - volume ®em x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. -Gi¶i hÊp phô: Khi nång ®é dung dÞch asen ë ®Çu ra cña cét hÊp phu v­ît tiªu chuÈn cho phÐp (>10ppb) ta tiÕn hµnh gi¶i hÊp asen b»ng dung dÞch NaOH cã nång ®é 0,1N. §èi víi cét hÊp phô asen (III), cø 30ml (øng víi 2 bed-volume) ta x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. §èi víi cét hÊp phô asen (V), cø 50ml (øng víi 2 bed-volume) ta x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. §Õn khi nång ®é asen röa gi¶i nhá vµ gi¶m chËm ta dõng l¹i qu¸ tr×nh gi¶i hÊp. -T¸i hÊp phô: Khi qu¸ tr×nh gi¶i hÊp dõng l¹i, ta dïng n­íc cÊt cho ch¹y qua ®Ó röa s¹ch NaOH ®Õn khi n­íc sau khi qua cét cã pH=7. TiÕn hµnh t¸i hÊp phô t­¬ng tù nh­ hÊp phô ban ®Çu. Ch­¬ng 3. kÕt qña vµ th¶o luËn 3.1. §Æc tr­ng vËt lý cña vËt liÖu «xit hçn hîp Fe- Mn (VL1) vµ vËt liÖu «xit hçn hîp Fe-Mn mang trªn than (VL2) 3.1.1. Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL1 Sau khi ®iÒu chÕ VL1, chóng t«i tiÕn hµnh x¸c ®Þnh d¹ng tån t¹i cña vËt liÖu bét b»ng phæ nhiÔu x¹ tia X H×nh 9. Phæ nhiÔu x¹ tia X cña vËt liÖu «xit hçn hîp Fe - Mn (VL1). KÕt qu¶ chôp phæ nhiÔu x¹ tia X cña vËt liÖu 1 cho thÊy r»ng vËt liÖu tån t¹i ë d¹ng v« ®Þnh h×nh. S¾t tån t¹i chñ yÕu d¹ng α-FeOOH vµ mangan ë d¹ng MnO2. 3.1.2. X¸c ®Þnh h×nh th¸i häc vµ diÖn tÝch bÒ mÆt cña VL2 Chóng t«i ®· tiÕn hµnh chôp bÒ mÆt vËt liÖu trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (t¹i ViÖn Khoa häc vËt liªu – ViÖn Khoa häc ViÖt Nam) víi mÉu than ho¹t tÝnh vµ mÉu than ®· mang hçn hîp «xit Fe-Mn (VL2), kÕt qu¶ thu ®­îc nh­ sau: H×nh10 : ¶nh SEM cña mÉu than ho¹t tÝnh H×nh11 : ¶nh SEM cña mÉu VL2 Chóng t«i còng tiÕn hµnh chôp BET mÉu VL2 (t¹i Tr­êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi) thu ®­îc kÕt qu¶ chÝnh ë B¶ng 7 Pierce Adsorption Mesopore Summary Sheet For on 11/5/2009 File: C:\Program Files\betwin\data\VL-Than-041109.bdt Sample ID: VL-Than-041109 BET Surface Area = 923.665623 m2/g Total Pore Volume = .4788 cc/g Porosity based on skeletal density of 1.0000 g/cc =.3238 per gram of sample Avg Pore Diameter (4V/S) = 20.7362 Angstroms Diameter (Angstroms) Pore Vol -------------------- ----------- 40 - 20 .018940 100 - 40 .011461 150 - 100 .002834 200 - 150 .002613 300 - 200 .003591 400 - 300 .001235 500 - 400 .000840 > 500 .003400 Median Pore Diameter (based on Pore Vol) = 21.287260 Angstroms Standard Deviation (based on Pore Vol) = 9.243387 Median Pore Diameter (based on Surface Area) = 18.197533 Angstroms Standard Deviation (based on Surface Area) = 4.590833 B¶ng 7: KÕt qu¶ chup BET mÉu VL2 * NhËn xÐt: - ¶nh SEM cña mÉu vËt liÖu 2 («xit hçn hîp Fe-Mn trªn than ho¹t tÝnh) cho thÊy «xit hçn hîp Fe-Mn ®· mang lªn bÒ mÆt cña than ho¹t tÝnh. KÝch th­íc cña h¹t vËt liÖu kh¸ ®ång ®Òu, kho¶ng 50-100nm. - KÕt qu¶ chôp BET cña mÉu vËt liÖu 2 cho thÊy diÖn tÝch bÒ mÆt vËt liÖu 2 cã gi¸ trÞ rÊt lín 923,66 m2/g. - Víi nh÷ng ®Æc tÝnh vÒ kÝch th­íc vµ diÖn tÝch bÒ mÆt cña vËt liÖu 2 chóng t«i hy väng vËt liÖu 2 sÏ cã kh¶ n¨ng t¸ch lo¹i tèt asen trong n­íc. 3.2. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô tÜnh cña VL1 ®èi víi As(III) a) ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL1 KÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As (III) cña VL1 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 8 vµ h×nh 11: B¶ng 8: ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL1 pH 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 Nång ®é As(III) cßn l¹i (ppb) 17,65 13,4 10,75 14,25 26,45 33,85 44,3 H(%) 96,47 97,32 97,85 97,15 94,71 93,23 91,14 H×nh 11. §å thÞ biÓu diÔn ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô asen *NhËn xÐt: Tõ kÕt qña thùc nghiÖm ta thÊy kh¶ n¨ng hÊp phô ®èi víi asen(III) cña VL1 bÞ ¶nh h­ëng râ rÖt bëi pH dung dÞch trong kho¶ng kh¶o s¸t tõ pH=6¸9. -Trong kho¶ng pH=6¸7,5, asen(III) bÞ hÊp phô kh¸ tèt bëi VL1 vµ ®¹t cùc ®¹i t¹i pH=7. -Khi pH t¨ng dÇn tõ pH=7 ®Õn pH=9, kh¶ n¨ng hÊp phô asen(III) cña VL1 gi¶m râ rÖt. * ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô asen(III)cña VL1 cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: H×nh 12: C¸c d¹ng tån t¹i cña s¾t theo Eh vµ pH cña dung dÞch H×nh 13: C¸c d¹ng tån t¹i cña asen theo Eh vµ pH cña dung dÞch Qu¸ tr×nh hÊp phô phô thuéc chñ yÕu vµo b¶n chÊt bÒ mÆt chÊt hÊp phô còng nh­ b¶n chÊt cña chÊt bÞ hÊp phô. Qu¸ tr×nh hÊp phô As(III) bëi VL1 x¶y ra nh­ sau: tr­íc hÕt As(III) ®­îc oxi ho¸ lªn As(V) b»ng MnO2 (H3AsO3+MnO2 H3AsO4 + Mn2O3 , Mn2O3 kh«ng bÒ dÔ chuyÓn l¹i thµnh MnO2 bëi oxi kh«ng khÝ: Mn2O3+ O2(kk) 2MnO2), sau ®ã As(V) ®­îc hÊp phô trªn bÒ mÆt VL1. Tõ h×nh 12,13 ta thÊy, trong kho¶ng pH=6¸9 As(V) tån t¹i chñ yÕu ë d¹ng H2AsO4- vµ HAsO42-, nªn kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL1 ®­îc quyÕt ®Þnh bëi d¹ng tån t¹i cña s¾t hidroxit. ë pH=6¸7,5 s¾t tån t¹i chñ yÕu d¹ng cation Fe(OH)2+ nªn chóng cã kh¶ n¨ng hót c¸c anion H2AsO4- vµ HAsO42- thuËn lîi qu¸ tr×nh hÊp phô . Khi t¨ng pH lªn cao (pH>7), s¾t tån t¹i chñ yÕu ë c¸c d¹ng Fe(OH)30 , Fe(OH)4-, cßn As(V) vÉn tån t¹i chñ yÕu ë d¹ng HasO42-, chóng cïng tÝch ®iÖn ©m vµ ®Èy lÉn nhau lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô asen trªn bÒ mÆt vËt liÖu hÊp phô. Theo xu h­íng nµy, trong m«i tr­êng kiÒm kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) sÏ gi¶m m¹nh, chóng t«i ®· tËn dông ®Æc ®iÓm nµy ®Ó gi¶i hÊp asen b»ng dung dÞch NaOH. b) X¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL1 KÕt qu¶ nghiªn cøu X¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL1 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 8 vµ h×nh 14: B¶ng 9: Kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL1 phô thuéc vµo thêi gian Thêi gian(h) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Nång ®é As(III) cßn l¹i (ppb) 48,56 45,26 40,32 37,31 37,1 37,25 36,91 H×nh 14. §å thÞ biÓu diÔn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL1 phô thuéc vµo thêi gian * NhËn xÐt: kÕt qu¶ kh¶o s¸t cho thÊy nång ®é As(III) trong dung dÞch gi¶m kh¸ nhanh ngay thêi gian ®Çu. Tõ sau 2h nång ®é asen gi¶m dÇn vµ hÇu nh­ kh«ng thay ®æi, cã thÓ xem 2h lµ thêi gian c©n b»ng hÊp phô cña VL1 ®èi víi asen. c) Kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL1 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir Tõ c¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña pH, thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL1, chóng t«i chän ®iÒu kiÖn pH=7 vµ thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 2h ®Ó tiÕn hµnh kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL1 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir. C¸c kÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 10, h×nh 15 vµ 16: B¶ng 10: KÕt qu¶ kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL1 Nång ®é As(III) ban ®Çu Ci (ppm) Nång ®é As(III) c©n b»ng Cf (ppm) T¶i träng hÊp phô q (mg/g) Cf/q 5 0,91 2,045 0,44 10 2 4 0,5 20 4,26 7,87 0,54 40 5,61 17,195 0,33 80 15,16 32,42 0,47 100 20,49 39,755 0,52 200 61,67 69,165 0,89 300 154,6 72,7 2,13 500 302,68 98,66 3,07 H×nh 15. §å thÞ sù phô thuéc t¶i träng hÊp phô q vµo nång ®é c©n b»ng cña As(III) khi hÊp phô bëi VL1 H×nh 16. §å thÞ sù phô thuéc Cf / q vµo nång ®é c©n b»ng Cf cña As(III) khi hÊp phô bëi VL1 * NhËn xÐt: Ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir m« t¶ tèt qu¸ tr×nh hÊp phô asen cña vËt liÖu. Tõ ®å thÞ ta cã t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL1 lµ qmax = 108,69 mg/g. MÆc dï VL1 cã t¶i träng hÊp phô ®èi víi asen lµ kh¸ lín, tuy nhiªn do VL1 ®iÒu chÕ ®­îc ë d¹ng bét mÞn kÝch th­íc nhá cì nanomet (50¸100nm) nªn khi ¸p dông trong thùc tÕ kh«ng thÓ nhåi lªn cét hÊp phô ®­îc v× chóng dÔ bÞt cét, t¾c dßng ch¶y. §Ó gi¶i quyÕt khã kh¨n nµy, chóng t«i quyÕt ®Þnh ®­a VL1 lªn chÊt mang lµ than ho¹t tÝnh cã kÝch th­íc lín vµ diÖn tÝch bÒ mÆt lín (VL2). 3.3. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô tÜnh cña VL2 ®èi víi As(III) vµ As(V) 3.3.1 Kh¶o s¸t sù hÊp phô tÜnh cña VL2 ®èi víi As(III) a)¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 KÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As (III) cña VL2 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 11 vµ h×nh 17: B¶ng 11: ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 pH 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Nång ®é As(III) cßn l¹i Cf(ppb) 167,15 64,93 51,35 99,11 114,66 165,37 H(%) 66,57 87,01 89,73 80,18 77,07 66,93 H×nh 17. §å thÞ biÓu diÔn ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2. Tõ kÕt qña thùc nghiÖm ta thÊy, ë cïng mét ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, thêi gian vµ tèc ®é l¾c, kh¶ n¨ng hÊp phô asen bÞ ¶nh h­ëng râ rÖt bëi pH. Kh¶ n¨ng hÊp phô tèt nhÊt t¹i pH= 7, gi¶m dÇn trong m«i tr­êng axit vµ baz¬. b) X¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL2 KÕt qu¶ nghiªn cøu x¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL2 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 12 vµ h×nh 18: B¶ng 12: Kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 phô thuéc vµo thêi gian Thêi gian(h) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Nång ®é As(III) cßn l¹i (ppb) 98,56 80,21 71,32 57,39 50,1 45,3 45,31 45,42 44,98 45 H×nh 18. §å thÞ biÓu diÔn kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 phô thuéc vµo thêi gian * nhËn xÐt : kÕt qu¶ kh¶o s¸t cho thÊy nång ®é asen trong dung dÞch gi¶m kh¸ nhanh tõ nh÷ng giê ®Çu tiªn. tõ sau 3 h nång ®é asen gi¶m dÇn vµ hÇu nh­ kh«ng thay ®æi, nh­ thÕ cã thÓ xem 3h lµ thêi gian c©n b»ng hÊp phô cña vËt liÖu.vËy khi sö dông vËt liÖu ®Ó hÊp phô ta chØ cÇn tiÕn hµnh trong kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt lµ 3 giê. c) Kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL2 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir Tõ c¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña pH, thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(III) cña VL2, chóng t«i chän ®iÒu kiÖn pH=7 vµ thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 2h ®Ó tiÕn hµnh kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL2 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir. C¸c kÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 13, h×nh 19 vµ 20: B¶ng 13: KÕt qu¶ kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(III) cña VL2 Nång ®é As(III) ban ®Çu Ci (ppm) Nång ®é As(III) c©n b»ng Cf (ppm) T¶i träng hÊp phô q (mg/g) Cf/q 10 3,56 3,22 1,11 40 18,87 10,57 1,79 80 46,27 16,87 2,74 100 60 20 3 200 149,88 25,06 5,98 300 242,98 28,51 8,52 400 335,45 32,28 10,39 500 424,37 37,82 11,22 H×nh 19. §å thÞ sù phô thuéc t¶i träng hÊp phô q vµo nång ®é c©n b»ng cña As(III) khi hÊp phô bëi VL2 H×nh 20. §å thÞ sù phô thuéc Cf / q vµo nång ®é c©n b»ng Cf cña As(III) khi hÊp phô bëi VL2 * nhËn xÐt: ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir m« t¶ tèt qu¸ tr×nh hÊp phô asen cña vËt liÖu. Tõ ®å thÞ ta cã t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL2 víi As(III) lµ qmax = 39,84 mg/g. 3.3.2 Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô tÜnh cña VL2 ®èi víi As(V) a)¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 KÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As (V) cña VL2 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 14 vµ h×nh 17: B¶ng 14: ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 pH 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Nång ®é As(V) cßn l¹i Cf(ppb) 52,32 23,25 15,18 40,26 55,31 68,66 97,5 H(%) 89,54 95,35 96,96 91,95 88,94 86,27 80,5 H×nh 21. §å thÞ biÓu diÔn ¶nh h­ëng cña pH ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2. Tõ kÕt qña thùc nghiÖm ta thÊy, ë cïng mét ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, thêi gian vµ tèc ®é l¾c, kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) bÞ ¶nh h­ëng râ rÖt bëi pH. Kh¶ n¨ng hÊp phô tèt nhÊt t¹i pH= 7, gi¶m dÇn trong m«i tr­êng axit vµ baz¬. b) X¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(V) cña VL2 KÕt qu¶ nghiªn cøu x¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(V) cña VL2 ®­¬c tr×nh bµy trong b¶ng 15 vµ h×nh 22: B¶ng 15: Kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 phô thuéc vµo thêi gian Thêi gian(h) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Nång ®é As(V) cßn l¹i (ppb) 99,37 91,43 80,38 60,66 49,41 44,62 41,38 41,5 42,13 41,29 H×nh 22. §å thÞ biÓu diÔn kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 phô thuéc vµo thêi gian * NhËn xÐt : kÕt qu¶ kh¶o s¸t cho thÊy nång ®é As(V) trong dung dÞch gi¶m kh¸ nhanh tõ nh÷ng giê ®Çu tiªn. Tõ sau 3 h nång ®é asen gi¶m dÇn vµ hÇu nh­ kh«ng thay ®æi, nh­ thÕ cã thÓ xem 3h lµ thêi gian c©n b»ng hÊp phô cña vËt liÖu.vËy khi sö dông vËt liÖu ®Ó hÊp phô ta chØ cÇn tiÕn hµnh trong kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt lµ 3 giê. c) Kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(V) cña VL2 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir Tõ c¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña pH, thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô As(V) cña VL2, chóng t«i chän ®iÒu kiÖn pH=7 vµ thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 3h ®Ó tiÕn hµnh kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(V) cña VL2 theo m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir. C¸c kÕt qu¶ ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 16, h×nh 23 vµ 24: B¶ng 16: KÕt qu¶ kh¶o s¸t t¶i träng hÊp phô As(V) cña VL2 Nång ®é As(V) ban ®Çu Ci (ppm) Nång ®é As(V) c©n b»ng Cf (ppm) T¶i träng hÊp phô q (mg/g) Cf/q 5 1,9 1,55 1,23 10 4,27 2,87 1,49 40 22,05 8,98 2,46 80 44,68 17,66 2,53 200 145,6 27,2 5,35 300 240,64 29,68 8,11 500 427,7 36,15 11,83 H×nh 23. . §å thÞ sù phô thuéc t¶i träng hÊp phô q vµo nång ®é c©n b»ng cña As(V) khi hÊp phô bëi VL2 H×nh 24. §å thÞ sù phô thuéc Cf / q vµo nång ®é c©n b»ng Cf cña As(V) khi hÊp phô bëi VL2 * NhËn xÐt: ph­¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt langmuir m« t¶ tèt qu¸ tr×nh hÊp phô asen cña vËt liÖu. Tõ ®å thÞ ta cã t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL2 víi asen(V) lµ qmax = 40,16 mg/g. 3.4. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô, gi¶i hÊp phô, t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As(III), As(V) b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô ®éng 3.4.1.Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô, gi¶i hÊp phô, t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As(III) b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô ®éng a. Kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 Cho dung dÞch asen (III) cã nång ®é 500 ppb ®i qua cét hÊp phô cã ®­êng kÝnh 0,5cm, cao 19,1cm, thÓ tÝch 15ml (øng víi 1 bed-volume) ®­îc nhåi 6,5gam VL2 víi tèc ®é trung b×nh 1,5 ml/phót, cø 10 bed - volume ®em x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. KÕt qña ®­îc biÓu diÔn trong b¶ng 17: B¶ng 17: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) cña VL2 Bed volume ThÓ tÝch, (l) Nång ®é Cf (ppb) 1¸170 2,55 <5ppb 180 2,7 4,1 190 2,85 6.61 200 3 7.86 210 3,15 8.69 220 3,3 9.53 230 3,45 13.6 240 3,6 15.3 KÕt qu¶ hÊp phô ®éng cho thÊy víi 6,5 gam vËt liÖu cã thÓ xö lý ®­îc 3,3lit dung dÞch As(III) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. b. Kh¶ n¨ng gi¶i hÊp phô As(III) cña VL2 b»ng dung dÞch NaOH 0,1M - L­îng asen hÊp phô vµo vËt liÖu lµ: = 3,6 (l) 0,5 (mg/l) = 1,8(mg). Cho dung dÞch NaOH 0,1M ch¹y qua cét víi tèc ®é 1,3 ml/ phót. kÕt qu¶ thu ®­îc tr×nh bµy ë b¶ng 18: B¶ng 18: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶i hÊp phô As(III) cña VL2 Bed vol 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 19-20 C(ppm) 1,936 19.486 8.916 6.731 3.991 3.103 2.253 1.069 0.811 0.324 NhËn xÐt: ChØ cÇn dïng 300ml dung dÞch NaOH lo·ng 0,1M (20-bed-volume) cã thÓ gi¶i hÊp ®­îc 1,459mg asen ra khái cét, ®¹t hiÖu suÊt 81,05%. c. Kh¶ n¨ng t¸i hÊp phô As(III) cña VL2 VL2 sau khi gi¶i hÊp As(III) ®­îc t¸i hÊp phô (t¸i sö dông) lµm vËt liÖu hÊp phô As(III), kÕt qu¶ ®­îc nªu trong b¶ng 19: B¶ng 19: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As(III) Bed volume ThÓ tÝch, (l) Nång ®é Cf (ppb) 1¸160 2,4 <5ppb 170 2,55 9,12 180 2,7 14,81 190 2,85 17,02 NhËn xÐt: Sau khi gi¶i hÊp, VL2 vÉn cã thÓ sö dông l¹i ®Ó xö lý As(III) trong dung dÞch n­íc. Kh¶ n¨ng hÊp phô As(III) gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ: víi 6,5gam VL2 cã thÓ xö lý ®­îc 2,55lit dung dÞch As(III) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. 3.4.2. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô, gi¶i hÊp phô, t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As(V) b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô ®éng a. Kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 Cho dung dÞch As(V) cã nång ®é 500 ppb ®i qua cét hÊp phô cã ®­êng kÝnh 0,6cm, cao 22,1cm, thÓ tÝch 25ml (øng víi 1 bed-volume) ®­îc nhåi 15gam VL2 víi tèc ®é trung b×nh 2 ml/phót, cø 10 bed - volume ®em x¸c ®Þnh nång ®é asen mét lÇn. KÕt qña ®­îc biÓu diÔn trong b¶ng 20: B¶ng 20: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) cña VL2 Bed volume ThÓ tÝch, (l) Nång ®é Cf (ppb) 1¸300 7,5 7,02 310 7,75 7,86 320 8 7,86 330 8,25 9,7 340 8,5 11,3 350 7,5 7,02 KÕt qu¶ hÊp phô ®éng cho thÊy víi 15gam vËt liÖu cã thÓ xö lý ®­îc 8,25lit dung dÞch As(V) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. b. Kh¶ n¨ng gi¶i hÊp phô As(V) cña VL2 - L­îng As(V) hÊp phô vµo vËt liÖu lµ: = 8,25 (l) 0,5 (mg/l) = 4,125(mg). Cho dung dÞch NaOH 0,1M ch¹y qua cét víi tèc ®é 2 ml/ phót. KÕt qu¶ thu ®­îc tr×nh bµy ë b¶ng 21: B¶ng 21: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶i hÊp phô As(V) cña VL2 Bed vol 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 C(ppm) 0.258 23.417 31.672 11.336 9.977 2.419 0.836 0.291 0.233 NhËn xÐt: ChØ cÇn dïng 450ml dung dÞch NaOH lo·ng 0,1M (18-bed-volume) cã thÓ gi¶i hÊp ®­îc 4,022mg asen ra khái cét, ®¹t hiÖu suÊt 97,55%. c. Kh¶ n¨ng t¸i hÊp phô As(V) cña VL2 VL2 sau khi tiÕn hµnh gi¶i hÊp As(V) ®­îc t¸i hÊp phô, kÕt qu¶ ®­îc nªu trong b¶ng 22: B¶ng 22: KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i hÊp phô cña VL2 ®èi víi As(V) Bed volume ThÓ tÝch, (l) Nång ®é Cf (ppb) 280 7 5,6 290 7,25 8,8 300 7,5 11 NhËn xÐt: Sau khi gi¶i hÊp, VL2 vÉn cã thÓ sö dông l¹i ®Ó xö lý As(V) trong dung dÞch n­íc. Kh¶ n¨ng hÊp phô As(V) gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ: víi 15gam VL2 cã thÓ xö lý ®­îc 7,25lit dung dÞch As(V) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. 3.4.3. KÕt luËn chung vÒ kh¶ n¨ng t¸ch lo¹i As(III) vµ As(V) bëi VL2 b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô ®éng -VL2 cã kh¶ n¨ng t¸ch lo¹i tèt c¶ As(III) vµ As(V), kh¶ n¨ng t¸ch lo¹i As(V) cao h¬n As(III). -Cã thÓ dïng dung dÞch NaOH 0,1M ®Ó gi¶i hÊp c¶ As(III) vµ As(V) khái VL2 víi hiÖu suÊt kh¸ cao t­¬ng øng lµ 81,05% vµ 97,55%. -VL2 sau khi gi¶i hÊp cã thÓ t¸i sö dông l¹i ®Ó t¸ch lo¹i As(III) vµ As(V) víi hiÖu qu¶ gÇn b»ng vËt liÖu ban ®Çu. -Víi nh÷ng kÕt qu¶ thu ®­îc, VL2 cã nhiÒu kh¶ n¨ng øng dông trong viÖc t¸ch lo¹i As(III) vµ As(V) trong n­íc. kÕt luËn Qua thêi gian tiÕn hµnh nghiªn cøu, chóng t«i ®· thu ®­îc c¸c kÕt qu¶ sau: - §· chÕ t¹o thµnh c«ng 2 lo¹i vËt liÖu: vËt liÖu hçn hîp «xit Fe-Mn (VL1) vµ vËt liÖu hçn hîp «xit Fe-Mn mang trªn than (VL2). B»ng ph­¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X ®o víi mÉu bét cho thÊy VL1 ë d¹ng v« ®Þnh h×nh kÝch th­íc nhá (cì nanomet). B»ng ph­¬ng ph¸p chôp SEM vµ BET víi mÉu VL2 ta thÊy «xit hçn hîp Fe-Mn ®· ®­îc mang lªn bÒ mÆt than ho¹t tÝnh vµ diÖn tÝch bÒ mÆt cña VL2 lµ 923,66m2/g. - KÕt qu¶ kh¶o s¸t sù hÊp phô tÜnh As(III) ®èi víi VL1: Thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 2 giê, ë pH = 7 vµ t¶i trong hÊp phô cùc ®¹i 108,69 mg/g. -KÕt qu¶ kh¶o s¸t sù hÊp phô tÜnh As(III), As(V) ®èi víi VL2: * KÕt qu¶ kh¶o s¸t sù hÊp phô tÜnh As(III) ®èi víi VL2: Thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 3 giê, ë pH = 7 vµ t¶i trong hÊp phô cùc ®¹i 39,84 mg/g. * KÕt qu¶ kh¶o s¸t sù hÊp phô tÜnh As(V) ®èi víi VL2: Thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô lµ 3 giê, ë pH = 7 vµ t¶i trong hÊp phô cùc ®¹i 40,16 mg/g. - Kh¶o s¸t sù hÊp phô ®éng As(III) vµ As(V) ®èi víi VL2: * HÊp phô ®éng As(III): sö dông 6,5g VL2 cã thÓ xö lý ®­îc 3,3lit dung dÞch As(III) tõ 500ppb xuèng d­íi 10ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. * HÊp phô ®éng As(V): sö dông 15g VL2 cã thÓ xö lý ®­îc 8,25lit dung dÞch As(V) tõ 500ppb xuèng d­íi 10ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. - Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng gi¶i hÊp phô vµ t¸i hÊp phô ®éng cña VL2 ®èi víiAs(III) vµ As(V) : *§èi víi As(III): Sö dông 300mlNaOH 0,1N röa gi¶i ®­îc 1,459mg As(III) (®¹t 81,05%). TiÕn hµnh hÊp phô l¹i trªn cét, kÕt qu¶ xö lý ®­îc 2,45 lit dung dÞch As(III) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. *§èi víi As(V): Sö dông 450mlNaOH 0,1N röa gi¶i ®­îc 4,022mg As(V) (®¹t 97,5%). TiÕn hµnh hÊp phô l¹i trªn cét, kÕt qu¶ xö lý ®­îc lµ 7,25 lit dung dÞch As(V) tõ 500ppb xuèng d­íi 10 ppb ®¹t tiªu chuÈn n­íc dïng cho sinh ho¹t. - KÕt qu¶ cho thÊy kh¶ n¨ng sö dông vËt liÖu «xit hçn hîp Fe-Mn mang trªn than ®Ó xö lý nguån n­íc bÞ « nhiÔm asen. Tµi liÖu tham kh¶o tµi liÖu tiÕng viÖt [1] Ph¹m Ph¹m Hïng ViÖt, TrÇn Hång C«n, NguyÔn ThÞ ChuyÒn, Michael Berg(2000), B­íc ®Çu kh¶o s¸t nh»m ®¸nh gi¸ hµm l­îng asen trong n­íc ngÇm vµ n­íc cÊp khu vùc Hµ Néi, Héi th¶o quèc tÕ t¹i Hµ Néi- ¤ nhiÔm asen: HiÖn tr¹ng, t¸c ®éng ®Õn søc khoÎ con ng­êi vµ c¸c gi¶i ph¸p phßng ngõa. [2] Hoµng Nh©m (2003), Ho¸ häc v« c¬, tËp II,NXB Gi¸o Dôc. [3] §ç V¨n ¸i, Mai Träng NhuËn, NguyÔn Kh¾c Vinh (2000), “Mét sè ®Æc ®iÓm ph©n bè asen trong tù nhiªn vµ vÊn ®Ò « nhiÔm asen trong m«i tr­êng ë ViÖt Nam”, Héi th¶o Quèc tÕ vÒ « nhiÔm Arsen. [4] L­u Minh §¹i, §µo Ngäc NhiÖm, Vò ThÕ Ninh, NguyÔn ThÞ Tè Loan, Tæng hîp MnO2 kÝch th­íc nanomet b»ng ph­¬ng ph¸p bèc ch¸y gel vµ nghiªn cøu kh¶ n¨ng sö dông MnO2 kÝch th­íc nanomet ®Ó hÊp phô asen, T¹p chÝ ho¸ häc,T.46(2A),Tr.43-48, 2008. [5] Vò Trung HiÕu, Bïi Duy Cam, Lª ThÞ Hoµi Nam, NguyÔn ThÞ HuÖ, Xö lý asen vµ mangan trong n­¬csinh ho¹t b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô trªn vËt liÖu quÆng MnO2 tù nhiªn vµ diatomit tù nhiªn, T¹p chÝ ph©n tÝch Ho¸, LÝ vµ sinh häc. TËp 3, sè 1/2008. [6] Hå V­¬ng BÝch, §Æng V¨n Can, Ph¹m V¨n Thanh, Bïi H÷u ViÖt, Ph¹m Hång Thanh (2000), « nhiÔm asen vµ søc khoÎ céng ®ång, héi th¶o Quèc tÕ vÒ « nhiÔm Arsen. [7] §ç Träng Sù (1996), “Nghiªn cøu nhiÔm bÈn n­íc d­íi ®Êt vïng Hµ Néi”, LuËn ¸n TiÕn sü §Þa lý - §Þa chÊt. [8] TrÇn Tø HiÕu, Ph¹m Hïng ViÖt, NguyÔn V¨n Néi (1999), Ho¸ häc m«i tr­êng. NXB §HQG Hµ Néi. [9] NguyÔn V¨n §¶n, Tèng Ngäc Thanh (2001), “VÒ kh¶ n¨ng nhiÔm bÈn Arsenic c¸c nguån n­íc d­íi ®Êt ë ViÖt Nam”, Héi nghÞ vÒ Asen trong n­íc sinh ho¹t vµ x©y dùng kÕ ho¹ch hµnh ®éng, Bé NN&PTNT, Hµ Néi. [10] NguyÔn ViÖt Anh (2001), “Mét sè c«ng nghÖ xö lý arsen trong n­íc ngÇm phôc vô cho n­íc cÊp sinh ho¹t ®« thÞ vµ n«ng th«n”, Héi th¶o quèc tÕ vÒ « nhiÔm arsen: HiÖn tr¹ng t¸c ®éng ®Õn søc khoÎ con ng­êi vµ c¸c gi¶i ph¸p phßng ngõa. Hµ Néi. [11] NguyÔn ThÞ Ph­¬ng Th¶o, §ç Träng Sù (1999), B¸o c¸o Héi nghÞ ¤ nhiÔm Arsen cña Bé KÕ ho¹ch vµ §Çu t­. [12] UNICEF, United Nation Children’s Fund (2002): “H­íng tíi gi¶m nhÑ « nhiÔm Arsen ë ViÖt Nam” [13] NguyÔn Kinh Quèc, NguyÔn Quúnh Anh, §¸nh gi¸ s¬ bé vµ dù b¸o khoanh vïng dÞ th­êng asen liªn quan ®Õn c¸c hiÖn thµnh t¹o ®Þa chÊt ë viÖt nam, Héi th¶o quèc tÕ vÒ « nhiÔm asen : hiÖn tr¹ng, t¸c ®éng ®Õn søc khoÎ con ng­êi vµ c¸c gi¶i ph¸p phßng ngõa, Hµ Néi. [14] Ph¹m V¨n L©m, Phan Ngäc BÝch, §µo Quèc H­¬ng, “§¼ng nhiÖt hÊp phô, ¶nh h­ëng cña c¸c ion(Fe3+,HCO3-, SO32-) ®Õn sù hÊp phô asen cña vËt liÖu oxit s¾t tõ kÝch th­íc nano ®­îc chÕ t¹o tõ nguyªn liÖu kü thuËt ”, T¹p chÝ ho¸ häc, T.46(2A), Tr.133-138, 2008. Tµi liÖu tiÕng anh [15] Tran Hong Con, Dong Kim Loan, Chu Thi Thu Hien. Heavy metals in water environment. the analysis and assessment for hanoi area. The proceeding of the first national conference on chem, phys, bio. analytical science, Hanoi step. 2000 (the proceeding). [16] Tran r Tran Hong Con, Nguyen Phuong Thao, activation of ther mal denaturated clay and laterit formed arsenic sorption material arsenic in drinking water. the proceeding of isamap conference, Ha Noi, 2005. [17] Do Trong Su (1997), “Assessment of Underground water Pollution in Bac Bo Delta Plain and Proposal Solutions for Water Source Protection”, Geological Archives, Hanoi. [18] Babloe Chander, Nguyen Thi Phuong Thao, Nguyen Quy Hoa (2004), “Random Survey of Arsenic Contamination in Tubewell Water of 12 Provinces in Vietnam and Initially Human Health Arsenic Risk Assessment through Food Chain”, Ch­¬ng tr×nh héi nghÞ khoa häc - Tr­êng §HKHTN “Nh÷ng vÊn ®Ò Khoa häc vµ C«ng nghÖ liªn quan ®Õn « nhiÔm asen -HiÖn tr¹ng, ¶nh hëng ®Õn søc khoÎ vµ c«ng nghÖ xö lý”, Hµ Néi. [19] Zeng, l, 2003. a method for preparing silica – containing ion (III) oxide adsorbents for arsenic removal. water ros. www.elsevier.com/ locate/ watres [20] Ghurye, Ganesh and Dennis Clifford (2001), ‘Laboratory Study on the Oxidation of Arsenic III to Arsenic V’, EPA 600-R-01-021, Prepared under contract 8C-R311-NAEX for EPA ORD, March 2001. [21] Hoang Thai Long, Nguyen Van Hop, Kabayashi Takaaki (2000), “Laboratory Study on As(III) Removal from Aqueous Solution by Coprecipitation with Iron Hydroxide”, International Workshop on Arsenic, Hanoi, 2000 [22] Jan Gregor (2001), “Arsenic Removal During Conventioal Aluminium-based Dinking-water Treatment”, Water. Research. 35(7), 1659-1664. [23] NiKos Melitas, Jianping Wang, Martha conklin, Peggy O’ Day, and James Farrell (2002), “Understanding Soluble Arsenate Removal Kinetics by Zerovalent Iron Media”, Environmental science and technology, 9 (36), 2074-2081 [24] O.S. Thirunavukkarasu, T. Viraraghavan, K.S. Subramanian and S. Tanjore (2002), “Organic Arsenic Removal from Drinkingwater”, Urbanwater 4, 415-421. [25] Visanu Tanboonchuy, Jia-Chin Hsu, Nurak Grisdanurak, Chih-Hsiang Liao, “Nanoiron technology for arsenic-contaminated groupwater treatment”, Asian-pacific regional conference on practical environmental technologies August 7-8, 2009, Hanoi, Vietnam [26] Gaosheng Zhang, Jiuhui Qu, Huijuan Liu, Ruiping Liu, Rongcheng, “Prepareration and evalution of a novel Fe-Mn binary oxide adsorbent for effective arsenite removal”, water rearch 41 (2007) 1921-1928