Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu biến tính bùn đỏ Tân Rai làm vật liệu xử lý kim loại nặng và anion độc hại

• Tác giả: Phạm Thị Mai Hƣơng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Côn
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu biến tính bùn đỏ Tân Rai làm vật liệu xử lý một số kim loại nặng và anion độc hại trong môi trường nước
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nguồn gốc và thành phần của bùn đỏ
• 1.2. Quá trình sản xuất nhôm từ quặng bôxit
• 1.3. Thành phần của bùn đỏ. Ảnh hưởng của bùn đỏ đối với môi trường sinh thái
• 1.4. Một số kết quả nghiên cứu xử lý bùn đỏ
• 1.5. Lưu trữ và xử lý theo cách truyền thống
• 1.6. Xử lý theo hướng thu hồi các nguyên tố có giá trị từ bùn đỏ
• 1.7. Xử lý bùn đỏ làm vật liệu xây dựng
• 1.8. Chế tạo một số vật liệu xúc tác
• 1.9. Khả năng hấp phụ của bùn đỏ
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo vật liệu
• 2.2. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ
• 2.3. Xử lý kiềm dư trong bùn đỏ
• 2.4. Mẫu vật liệu tách loại triệt để nhôm
• 2.5. Tổng hợp zeolit trên nền bùn đỏ
• 2.6. Các phương pháp phân tích đặc trưng của vật liệu
• 2.6.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.6.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.6.3. Phương pháp tán xạ năng lượng EDX
• 2.6.4. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA/TGA)
• 2.6.5. Phương pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu
• 2.6.6. Các phương pháp phân tích định lượng
• 2.7. Phân tích thành phần các mẫu vật liệu bằng phương pháp hóa học
• 2.8. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• 2.9. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS
• 2.10. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
• 2.10.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ các ion Pb(II), NH4+, As(V), NO2-
• 2.10.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu
• 2.10.3. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
• 2.10.4. Động học quá trình hấp phụ
• 2.10.5. Nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu biến tính từ bùn đỏ
• 2.10.6. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu sau khi hấp phụ
• 2.10.7. Thử nghiệm khả năng hấp phụ của vật liệu trên mẫu thật
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Thành phần và đặc trưng của bùn đỏ thô Tân Rai
• 3.2. Thành phần hóa học của bùn đỏ thô
• 3.3. Đặc trưng của bùn đỏ thô
• 3.4. Đặc trưng và tính chất hấp phụ của vật liệu bùn đỏ sau khi xử lý loại kiềm dư bằng axit hoặc rửa bằng nước đến pH 7
• 3.5. Đặc trưng và tính chất của vật liệu
• 3.6. Khả năng hấp phụ của vật liệu RMA và RMW
• 3.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu RMA và RMW
• 3.8. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ đối với vật liệu RMW
• 3.9. Đặc trưng và tính chất hấp phụ của vật liệu bùn đỏ sau khi tách loại nhôm (RM-Fe)
• 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian hòa tách Al
• 3.11. Đặc trưng của vật liệu RM-Fe
• 3.12. Khả năng hấp phụ của vật liệu RM-Fe đối với các cation và anion
• 3.13. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ đối với vật liệu RM-Fe
• 3.14. Đặc trưng và tính chất hấp phụ của vật liệu zeolit tổng hợp trực tiếp trên nền bùn đỏ
• 3.15. Đặc trưng của vật liệu tổng hợp
• 3.16. Khả năng hấp phụ của vật liệu đối với các cation và anion
• 3.17. Khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu biến tính từ bùn đỏ Tân Rai
• 3.18. Nghiên cứu tái sử dụng một số vật liệu hấp phụ biến tính từ bùn đỏ
• 3.19. Một số kết quả thử nghiệm khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính trên mẫu nước ô nhiễm
• 3.20. Tổng hợp kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của các vật liệu biến tính từ bùn đỏ đối với các ion khảo sát
• NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu biến tính bùn đỏ Tân Rai

Bùn đỏ Tân Rai, sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất nhôm, đang trở thành một vấn đề môi trường nghiêm trọng. Với hàm lượng kim loại nặng cao và các anion độc hại, việc xử lý bùn đỏ là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp biến tính bùn đỏ để sử dụng trong xử lý ô nhiễm nước.

1.1. Nguồn gốc và thành phần của bùn đỏ Tân Rai

Bùn đỏ Tân Rai được hình thành từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bôxit. Thành phần chính của bùn đỏ bao gồm oxit sắt, nhôm, silic và các kim loại nặng khác. Những thành phần này có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

1.2. Tác động môi trường của bùn đỏ

Bùn đỏ có thể gây ra ô nhiễm nước, đất và không khí. Các kim loại nặng trong bùn đỏ có thể xâm nhập vào chuỗi thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật. Việc xử lý bùn đỏ là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực này.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý bùn đỏ

Xử lý bùn đỏ Tân Rai gặp nhiều thách thức do tính chất hóa học phức tạp và hàm lượng kim loại nặng cao. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả và tốn kém. Cần tìm kiếm các giải pháp mới để xử lý hiệu quả hơn.

2.1. Khó khăn trong việc xử lý bùn đỏ

Bùn đỏ có độ pH cao và chứa nhiều kim loại nặng, làm cho việc xử lý trở nên khó khăn. Các phương pháp hiện tại như lắng, lọc thường không đạt hiệu quả mong muốn.

2.2. Tác động của bùn đỏ đến sức khỏe con người

Sự hiện diện của kim loại nặng trong bùn đỏ có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ngộ độc, bệnh về thận và các bệnh mãn tính khác. Việc xử lý bùn đỏ là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Phương pháp biến tính bùn đỏ Tân Rai hiệu quả

Nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp biến tính bùn đỏ để cải thiện khả năng hấp phụ của nó đối với kim loại nặng và anion độc hại. Các phương pháp này bao gồm xử lý kiềm, trung hòa bằng axit và tổng hợp zeolit.

3.1. Xử lý kiềm và trung hòa bùn đỏ

Phương pháp xử lý kiềm giúp loại bỏ một số kim loại nặng và cải thiện khả năng hấp phụ của bùn đỏ. Sau khi xử lý, bùn đỏ được trung hòa bằng axit để đạt pH trung tính, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ.

3.2. Tổng hợp zeolit từ bùn đỏ

Tổng hợp zeolit từ bùn đỏ là một phương pháp hiệu quả để tạo ra vật liệu hấp phụ mới. Zeolit có khả năng trao đổi ion tốt, giúp loại bỏ các anion độc hại như As(V) và NO2- trong nước.

IV. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ biến tính

Kết quả nghiên cứu cho thấy bùn đỏ Tân Rai sau khi biến tính có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều loại kim loại nặng và anion độc hại. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng khả năng hấp phụ phụ thuộc vào điều kiện xử lý và thành phần hóa học của bùn đỏ.

4.1. Khả năng hấp phụ của bùn đỏ biến tính

Bùn đỏ biến tính cho thấy khả năng hấp phụ cao đối với các ion như Pb(II), As(V) và NH4+. Các thí nghiệm cho thấy rằng khả năng hấp phụ này có thể đạt đến 90% trong điều kiện tối ưu.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của bùn đỏ biến tính

Bùn đỏ biến tính có thể được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và nước sinh hoạt. Việc sử dụng bùn đỏ như một vật liệu hấp phụ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu biến tính bùn đỏ Tân Rai mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Các kết quả đạt được cho thấy tiềm năng lớn của bùn đỏ trong việc xử lý kim loại nặng và anion độc hại. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bùn đỏ Tân Rai có thể được biến tính thành vật liệu hấp phụ hiệu quả. Các phương pháp xử lý đã được áp dụng thành công, cho thấy khả năng hấp phụ cao đối với các chất ô nhiễm.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp biến tính mới và cải thiện khả năng hấp phụ của bùn đỏ. Hướng đi này không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn tạo ra giá trị kinh tế từ chất thải.