Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+ trong môi trường nước trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và ứng dụng vào xử lí môi trường

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 122 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng (Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên) 1. Mở đầu Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng các ion kim loại nặng trong các nguồn nước thải. Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp tách loại các ion kim loại trong môi trường nước. Trong đó, việc tận dụng các phụ phNm nông nghiệp làm vật liệu để hấp phụ các ion kim loại nặng đang được nhiều người quan tâm[1],[2]. Nước ta là một nước nông nghiệp, do vậy nguồn phụ phNm nông nghiệp khá lớn. Một trong những phụ phNm nông nghiệp có số lượng lớn là bã mía. Cùng với sự phát triển mạnh của ngành mía đường, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng lớn bã mía. Bã mía chiếm khoảng 26,8-32% lượng mía ép, bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozơ, 24% hemixenlulozơ, và 22-25% lignin [3]. Các thành phần hữu cơ này có khả năng biến đổi để tạo ra các tâm hấp phụ để hấp phụ các cation kim loại nặng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng bã mía ứng dụng vào xử lí môi trường còn ít được quan tâm. Để góp phần vào việc tìm kiếm các vật liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền cho việc xử lí môi trường, trong công trình này chúng tôi nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ bã mía đối với ion Ni2+ và thử sử dụng VLHP này để xử lí một mẫu nước thải có chứa ion Ni2+. 2.Thực nghiệm 2.1. Dụng cụ hoá chất - Các hoá chất được sử dụng để nghiên cứu có độ tinh khiết PA. - Nồng độ ion Ni2+ được xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc thử đimetylglyoxim và được đo trên máy UV 1700 Phamaspec (Shimadzu - Nhật Bản). - pH của dung dịch được xác định bằng máy đo pH 900 Precisa (Thuỵ Sĩ). - Máy lắc, máy nghiền bi, tủ sấy; các loại pipet, buret, bình tam giác, 2.2.Chế tạo vật liệu hấp phụ Bã mía được xử lí sơ bộ bằng cách ngâm trong nước cất 3-4 giờ, rửa sạch sau đó sấy khô ở 1000C trong 24 giờ. Bã mía khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, rây và rửa bột bã mía thu được bằng nước cất nóng trong 1 giờ, sấy khô ở 1000C; cuối cùng được rửa bằng dung môi n-hexan/etanol (1:1) trên hệ thống sohxlet trong 4 giờ. Bã mía sau khi nghiền nhỏ, rửa và sấy khô được hoạt hoá bằng anhydrit succinic thu được VLHP.[2] 2.3 Khảo sát dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+ Cân chính xác 0,5g VLHP cho vào cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, thêm vào đó 50ml dung dịch Ni2+, lắc đều trong 2 giờ. Lọc thu lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni2+ còn lại. Từ đó tính dung lượng hấp phụ của VLHP đối với Ni2+ theo công thức: 0 fC Cq .V m − = T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 123 Trong đó: C0, Cf là nồng độ Ni2+ trước và sau hấp phụ (mg/l); m là khối lượng VLHP (gam); V là thể tích dung dịch (lit). Kết quả được chỉ ra ở bảng 1. Bảng 1. Dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+ Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ (mg/l) Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) 168,400 2,840 16,556 2.4 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Lấy 7 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP, thêm vào đó 50ml dung dịch Ni2+, lắc trên máy lắc trong các khoảng thời gian khác nhau từ 10 ÷ 120 phút. Lọc thu lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni2+ còn lại. Kết quả được chỉ ra ở bảng 2 và hình 1. Bảng 2. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ Thời gian (phút) Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ (mg/l) Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) 10 168,40 4,08 16,43 20 168,40 3,38 16,47 40 168,40 4,00 16,53 60 168,40 2,86 16,55 80 168,40 2,80 16,56 100 168,40 2,80 16,56 120 168,40 2,78 16,56 16.420 16.440 16.460 16.480 16.500 16.520 16.540 16.560 16.580 0 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian (phút) D u n g lư ợn g hấ p ph ụ (m g/ g) Hình 1. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ theo thời gian Qua bảng 2 và hình 1 chúng tôi thấy, trong khoảng thời gian khảo sát 10 ÷ 120 phút: từ 10 đến 60 phút dung lượng hấp phụ tăng nhanh, từ 60 phút trở đi dung lượng hấp phụ tăng chậm và tương đối ổn định. Do đó, chúng tôi chọn thời gian 60 phút để nghiên cứu tiếp theo. 2.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch Ni2+ có pH khác nhau trong khoảng từ 1,47 ÷ 6,24. Tiến hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3 và hình 2. Bảng 3. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ pH Nồng độ Ni 2+ trước hấp phụ (mg/l) Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g) 1,47 172,60 15,34 15,726 2,40 172,00 8,26 16,374 4,06 177,40 4,26 17,314 5,10 182,00 4,36 17,764 6,24 184,80 7,12 17,768 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 124 15.5 16 16.5 17 17.5 18 0 1 2 3 4 5 6 7 pH D u n g lư ợn g hấ p ph ụ (m g/ g) Hình 2. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH Kết qủa ở bảng 3 và hình 2 cho thấy, khả năng hấp phụ của VLHP đối với Ni2+ tốt nhất trong khoảng pH từ 5 ÷ 6. Do đó, chúng tôi chọn giá trị pH trong khoảng này để N/C tiếp theo. 2.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ đến dung lượng hấp phụ Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch Ni2+ có nồng độ khác nhau trong khoảng từ 56 ÷ 754mg/, các dung dịch có pH = 5,0. Tiến hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả được chỉ ra ở bảng 4. Bảng 4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ đến dung lượng hấp phụ Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ C0 (mg/l) Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ Cf (mg/l) Dung lượng hấp phụ q (mg/g) 56,00 0,38 5,57 192,00 11,60 18,04 293,00 22,74 27,03 412,00 61,00 35,10 754,00 162,00 59,20 Kết quả ở bảng 4 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, từ 56 ÷ 754ppm, khi nồng độ tăng dung lượng hấp phụ tăng. N/C khả năng hấp phụ của VLHP theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir (dạng tuyến tính), chúng tôi thu được kết quả ở hình 3. y = 0.0153x + 0.4165 R2 = 0.9292 0 1 2 3 4 0 50 100 150 200 Cf (mg/l) C f /q (g/ l) Hình 3. Đường đẳng nhiệt Langmuir Từ kết quả hình 3, chúng tôi tính được dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với ion Ni2+ là: qmax = 65,36(mg/g) 2.7. Thử xử lí một mẫu nước thải chứa Ni2+ của nhà máy mạ điện Quốc phòng Nước thải của nhà máy được lấy tại bể nước thải của phân xưởng mạ điện. Mẫu nước thải sau khi gạn, lọc qua giấy lọc có pH = 5,10 (giá trị pH này nằm trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp phụ đã khảo sát ở trên). Tiến hành sự hấp phụ trong điều kiện đã khảo sát ở trên thu được kết quả: T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 125 - Nồng độ Ni2+ trong mẫu nước thải trước hấp phụ: 17,0mg/l. - Nồng độ Ni2+ còn lại sau hấp phụ: 2,3mg/l. - Hiệu suất hấp phụ đạt: 85,47%. 3. Kết luận 3.1 Đã chế tạo được VLHP từ bã mía. 3.2 Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+. Kết quả cho thấy: - Thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 60 phút. - pH tốt nhất cho sự hấp phụ: 5 ÷ 6. - Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 56 ÷ 754mg/l, khi nồng độ Ni2+ tăng dung lượng hấp phụ tăng. Và dung lượng hấp phụ cực đại là: qmax = 65,36mg/g. 3.3 Đã thử dùng VLHP để hấp phụ ion Ni2+ trong nước thải của nhà máy mạ điện Quốc phòng. Kết quả cho thấy có thể dùng VLHP chế tạo từ bã mía để tách loại ion Ni2+ trong nước thải
Tóm tắt Công trình này nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía đối với ion Ni2+ trong môi trường nước. Kết quả cho thấy VLHP này có khả năng hấp phụ tốt ion Ni2+ và có thể ứng dụng để xử lí môi trường. Summary Investigation of the adsorption abilities of Ni2+ ions in aqueous solution on chemically modified sugarcane bagasse and using for environmental treatment. This work investigates of the adsorption abilities of Ni2+ ions in aqueous solution on chemically modified sugarcane bagasse. The results have shown that adsorption materials derived from modified sugarcane bagasse has good absorption of Ni2+ ions in aqueous solution. It is possible to use this abssorption materials in environmenttal treatment. Tài liệu tham khảo [1]. Karuppanna Periasamy, Chinnaiya Namasivayam, Process development for removal and recovery of cadmium from wastewater by a low-cost adsorbent: Adsorption rates and equilibrium studies, Ind. Eng. Chem. Res, 1994, 33, 317-320. [2]. Osvaldo Karnitz Jr, L.V.A. Gurgel, J.C.P. de Melo, V.R. Botaro, T.M.S. Melo, R.P.de Freitas Gil and L.F. Gil, Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse, Bioresource Technology, 98, 2007, 1291-1297. [3].Yong-Jae Lee, Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and peroxode, The Department of Food Science, 2005.