Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu bentonit biến tính và ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Tên đầy đủ

CEC Dung lượng trao đổi cation

MMT Montmorillonit

Bent Bentonit Bình Thuận

Bent-La Bentonit Bình Thuận biến tính lantan B90 Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit B40 Bentonit Bình Thuận 40% montmorillonit

B90-La Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính lantan B40-La Bentonit Bình Thuận 40% montmorillonit biến tính lantan BAl Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm BFe Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính sắt

BAlLa Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm/lantan BAlFe Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm/sắt XRD Nhiễu xạ tia X

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 213 trang tài liệu này.

SEM Kính hiển vi điện tử quét

EDX Tán xạ năng lượng tia X

BET Phương pháp hấp phụ BET

ICP-OES Phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại

PHT Phốtpho hoà tan

TP Tổng phốtpho

TN Tổng nitơ

XL Xử lý

ĐC Đối chứng

SBET Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET Vp Tổng thể tích lỗ xốp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của một số loại khoáng sét 5

Bảng 1.2. Yếu tố giới hạn đối với sự phú dưỡng, WHO 21

Bảng 1.3. Thành phần hoá học các loại sản phẩm bentonit Nha Mé 24

Bảng 3.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của B90 và B40 42

Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của Bent, B90 và B40 43

Bảng 3.3. Kết quả phân tích thành phần hoá học của Bent, B90 và B40 43

Bảng 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên B90 và B40 sau 24 giờ 47

Bảng 3.5. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax và B40-Lax

điều chế với tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 49

Bảng 3.6. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LapHx và B40- LapHx điều chế ở khoảng pH khác nhau 50

Bảng 3.7. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LaTx và B40-

LaTx điều chế ở khoảng nhiệt độ khác nhau 52

Bảng 3.8. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax% và B40- Lax% được điều chế ở phần trăm huyền phù sét bentonit khác nhau 53

Bảng 3.9. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của B90-La và B40-La 54

Bảng 3.10. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu B90-La và B40-La 56

Bảng 3.11. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Cx và BFe-Cx

điều chế với tỉ lệ M3+/bentonit khác nhau 58

Bảng 3.12. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-xd và BFe-xd

điều chế với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation khác nhau 61

Bảng 3.13. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Tx và BFe-Tx

điều chế với nhiệt độ của quá trình biến tính khác nhau 62

Bảng 3.14. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-OH-x và BFe-

OH-x điều chế với tỉ lệ mol OH-/M3+ khác nhau 64

Bảng 3.15. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAl và BFe 65

Bảng 3.16. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAl và BFe 67

Bảng 3.17. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của mẫu BAlLa-x và BAlFe-x điều chế với tỉ lệ Al3+/M3+ khác nhau 69

Bảng 3.18. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-Cx và BAlFe-Cx điều chế với tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit khác nhau 71

Bảng 3.19. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-xd và BAlFe-xd

điều chế với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation Al/M khác nhau 73

Bảng 3.20. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-Tx và BAlFe-

Tx điều chế ở nhiệt độ khác nhau 75

Bảng 3.21. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-OH-x và BAlFe-OH-x được điều chế ở tỉ lệ mol OH-/(Al3++M3+) khác nhau 76

Bảng 3.22. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAlLa và BAlFe 77

Bảng 3.23. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAlLa và BAlFe 79

Bảng 3.24. Hiệu suất hấp phụ Hx(%) của anion phốtphat trên bentonit biến

tính sau 120 phút khuấy 81

Bảng 3.25. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính 85

Bảng 3.26. Các tham số phương trình Langmuir và Freundlich của quá trình

hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính ở 25oC, 30oC và 35oC 89

Bảng 3.27. So sánh dung lượng hấp phụ phốtphat của một số chất hấp phụ 90

Bảng 3.28. Giá trị KC và KL ở các nhiệt độ 298K, 303K và 308K 91

Bảng 3.29. Các tham số nhiệt động học của quá trình hấp phụ phốtphat lên bentonit biến tính 92

Bảng 3.30. Phần trăm phốtpho bị hấp phụ của bentonit biến tính với nồng độ

PO43- (6,5mg/l) và nồng độ ion cản (NO3-, Cl-, SO42-, HCO3-) là 0,5 mmol/l 93

Bảng 3.31. Thành phần hoá học của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho 97

Bảng 3.32. Các tham số động học hấp phụ phốtpho trên B90-La trong nước tổng hợp trong điều kiện khuấy liên tục với lượng chất hấp phụ là 1;

2,3; 3,4 và 4,5 g/L 101

Bảng 3.33. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước

hồ Hoà Mục với điều kiện khuấy liên tục ở liều lượng dùng khác nhau 104

Bảng 3.34. Nồng độ PHT và một số chỉ tiêu lý hoá của nước hồ Hoà Mục trước khi

xử lý bằng B90-La 104

Bảng 3.35. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước

hồ Hoà Mục theo mô hình cột với liều lượng dùng khác nhau 106

Bảng 3.36. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu lý hoá của nước hồ Hoà Mục 108

Bảng 3.37. Hàm lượng kim loại có trong nước hồ Hoà Mục trước khi phun B90-La 109

Bảng 3.38. Hàm lượng một số kim loại có trong mẫu bùn đáy hồ Hoà Mục 109

Bảng 3.39. Nồng độ kim loại của nước hồ Hoà Mục sau khi phun B90-La 118

Bảng 3.40. Hàm lượng kim loại của mẫu bùn đáy hồ Hoà Mục sau khi xử lý hồ 119

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Đơn vị cấu trúc cơ bản của tinh thể montmorillonit 4

Hình 1.2. Cấu trúc khoáng chất montmorillonit 4

Hình 1.3. Sơ đồ mô tả quá trình trương nở của bentonit 7

Hình 1.4. Sơ đồ mô tả sự trương nở hoàn toàn của bentonit 8

Hình 1.5. Mô hình thực nghiệm điều chế bentonit biến tính 11

Hình 1.6. Cấu trúc polyoxocation Al13 13

Hình 1.7. Sơ đồ mô tả cấu trúc lớp và cấu trúc bóc lớp của bentonit biến tính 14

Hình 1.8. Cấu trúc bentonit biến tính bằng tác nhân polyoxocation Al13 19

Hình 1.9. Một số thuỷ vực bị phú dưỡng 20

Hình 2.1. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan 30

Hình 2.2. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính bằng polyoxocation kim koại 31

Hình 2.3. Mô hình thử nghiệm cột xử lý nước hồ 36

Hình 2.4. Hồ Hoà Mục 36

Hình 3.1. Ảnh SEM của mẫu a) B90 và b) B40 44

Hình 3.2. Giản đồ XRD của mẫu a) B90 và b) B40 44

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của mẫu a) B90 và b) B40 45

Hình 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên mẫu a) B90-Lax và b)

B40-Lax theo thời gian ở tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 47

Hình 3.5. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) B90-Lax và b) B40-Lax điều chế với

tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 48

Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LapHx và b) B40-LapHx điều chế ở

khoảng pH khác nhau 50

Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LaTx và b) B40-LaTx điều chế ở

khoảng nhiệt độ khác nhau 51

Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-Lax% và b) B40-Lax% điều chế ở

phần trăm huyền phù bentonit khác nhau 52

Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu a) B90-La và b) B40-La 55

Hình 3.10. Phổ FTIR của mẫu a) B90-La và b) B40-La 56

Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-Cx và b) BFe-Cx điều chế với tỉ lệ MCl3/bentonit khác nhau 57

Hình 3.12. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-xd và b) BFe-xd điều chế với thời

gian già hoá dung dịch polyoxocation khác nhau 60

Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-Tx và b) BFe-Tx điều chế ở nhiệt

độ của quá trình biến tính khác nhau 62

Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-OH-x và b) BFe-OH-x điều chế với

tỉ lệ mol OH-/M3+ khác nhau 63

Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu a) BAl và b) BFe 66

Hình 3.16. Phổ FTIR của mẫu a) BAl và b) BFe 66

Hình 3.17. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-x và b) BAlFe-x điều chế với tỉ

lệ AlCl3/MCl3 khác nhau 68

Hình 3.18. Giản đồ XRD các mẫu a) BAlLa-Cx và b) BAlFe-Cx điều chế với

tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit khác nhau 71

Hình 3.19. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) BAlLa-xd và b) BAlFe-xd điều chế

với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation Al/M khác nhau 72

Hình 3.20. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-Tx và b) BAlFe-Tx điều chế ở

nhiệt độ khác nhau 74

Hình 3.21. Giản đồ XRD của a) BAlLa-OH-x và b) BAlFe-OH-x điều chế ở tỉ

lệ mol OH-/(Al3++M3+) khác nhau 75

Hình 3.22. Ảnh SEM của các vật liệu a) BAlLa và b)BAlFe 78

Hình 3.23. Phổ FTIR của mẫu a) B90, b) BAlLa và c) BAlFe 79

Hình 3.24. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến

tính theo thời gian 81

Hình 3.25. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến

tính vào pH dung dịch 82

Hình 3.26. Thành phần ion phốtphat trong dung dịch ở pH khác nhau 83

Hình 3.27. Động học hấp phụ phốtphat của bentonit biến tính: (a) Dạng tuyến tính của phương trình động học biểu kiến bậc 2; b) Dạng tuyến

tính của phương trình Elovich 85

Hình 3.28. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir của quá

trình hấp phụ phốtphat 87

Hình 3.29. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich của

quá trình hấp phụ phốtphat 88

Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn lnKC qua 1/T của bentonit biến tính. 91

Hình 3.31. Phần trăm phốtpho bị hấp phụ giải phóng phụ thuộc vào pH. 94

Hình 3.32. Sự biến đổi pH dung dịch theo thời gian hấp phụ phốtpho trên vật

liệu bentonit biến tính. 95

Hình 3.33. Ảnh SEM của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho: (a) B40-La-P, b)

B90-La-P, c) BAl-P, d) BFe-P, e) BAlLa-P và f) BAlFe-P. 98

Hình 3.34. Dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính lantan theo

thời gian trong điều kiện khuấy liên tục với dung dịch nước tổng hợp. 100

Hình 3.35. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp

phụ phốtpho trên bentonit biến tính lantan với dung dịch nước tổng hợp. 100

Hình 3.36. Sự phụ thuộc của lnk vào lnW. 101

Hình 3.37. Sự biến đổi nồng độ PHT trong thí nghiệm đối chứng và thí nghiệm xử lý với tỉ lệ B90-La:P khác nhau theo thời gian. 102

Hình 3.38. Dung lượng hấp phụ phốtpho của B90-La theo thời gian trong điều

kiện khuấy liên tục với nước hồ Hoà Mục ở liều lượng dùng khác nhau. 103

Hình 3.39. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp phụ phốtpho trong nước hồ Hoà Mục trên B90-La với liều lượng dùng khác nhau. 103

Hình 3.40. Sự biến đổi nồng độ PHT trong cột đối chứng và cột xử lý với tỉ lệ

B90-La:P là 230:1, 340:1 và 450:1. 105

Hình 3.41. Dung lượng hấp phụ phốtpho biểu kiến theo theo thời gian của

nước hồ Hoà Mục với tỉ lệ B90-La:P là 230:1, 340:1 và 450:1. 105

Hình 3.42. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp phụ phốtpho của B90-La với nước hồ Hoà Mục ở liều lượng dùng khác nhau. 106

Hình 3.43. Nồng độ PHT của khu vực xử lý và đốt chứng 2 ngày trước khi xử

lý và 12 ngày sau khi xử lý 109

Hình 3.44. Nồng độ PHT của khu vực xử lý và cột đối chứng trong thời gian

thử nghiệm 110

Hình 3.45. Biến đổi giá trị TP (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 111

Hình 3.46. Biến đổi giá trị N-NH + (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm. 112

Hình 3.47. Biến đổi giá trị N–NO - (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm. 112

Hình 3.48. Nồng độ N-NO2- (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 113

Hình 3.49. Biến đổi giá trị TN (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 113

Hình 3.50. Tỷ số TN/TP theo thời gian xử lý. 114

Hình 3.51. Nồng độ Chl a ( µg/l ) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 114

Hình 3.52. Giá trị pH của các khu vực xử lý và đối chứng 2 ngày trước khi

xử lý và 12 ngày sau khi xử lý 115

Hình 3.53. Giá trị pH của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời

gian thử nghiệm 116

Hình 3.54. Nhiệt độ của nước hồ Hoà Mục trong khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 116

Hình 3.55. Nồng độ oxi hoà tan (DO) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 117

Hình 3.56. Biến động BOD (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 117

Hình 3.57. Biến động COD (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng trong thời gian thử nghiệm 118

Hình 3.58. Biến đổi thành phần loài tảo của nước hồ Hoà Mục trước và sau

khi xử lý bằng B90-La: a) khu vực xử lý, b) khu vực đối chứng. 102

Hình 3.59. Biến đổi mật độ tảo của nước hồ Hoà Mục trước và sau khi xử lý

bằng B90-La: a) khu vực xử lý, b) khu vực đối chứng. 121

Hình 3.60. So sánh mật độ tảo ở khu vực đối chứng và khu vực xử lý hồ Hoà

Mục bằng B90-La. 122