Mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống cộng đồng. Việt Nam chúng ta đã và đang coi trọng đến vấn đề xử lý môi trường, ngăn chặn tình trạng ô nhiễm. Khu vực Lâm Thao – Phú Thọ thuộc vùng trung du có địa hình đồi núi xen kẽ đồng bằng tương đối bằng phẳng, có cao độ khác nhau từ 5 đến 10m, và có độ dốc khác nhau.
Đây là khu vực tập chung nhiều nhà máy xí nghiệp hoá chất, giấy, ắc qui, phân bón trên địa bàn tỉnh Phú Thọ. Môi trường nước ở đây dễ bị ảnh hưởng bởi nền sản xuất công nghiệp. Flo trong nước thải ra môi trường là chất độc gây hại trực tiếp đến các các loài thủy sinh và gây ô nhiễm nguồn nước. Đối với cơ thể con người flo cần thiết cho chống loãng xương và sâu răng.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép của flo trong nước uống là 0,5-1,5 mg/l. Nhưng nếu thường xuyên phải nhận lượng flo trên 6 mg/ ngày qua thức ăn và nước uống có thể gây nên nhiễm độc flo với các biểu hiện cứng khớp, giảm cân, giòn xương, thiếu máu và suy nhược. Việc xử lý các nguồn nước thải chứa flo đã được đặt ra và thực hiện từ lâu nhưng trên thực tế chưa được thực hiện triệt để đối với một số cơ sở sản xuất có nguồn thải flo cao. Mặt khác việc phân tích xác định hàm lượng flo trong nước thải là một vấn đề không dễ thực hiện đối với các cơ sở sản xuất.
Vì vậy rất khó để theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý cũng như kiểm soát được chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Florua của khoáng sét và ứng dụng tách loại Florua khỏi nguồn nước thải. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về flo[5] Flo ở trạng thái tự do được nhà bác học Pháp A.Muaxan tìm thấy lần đầu tiên năm 1886 Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học flo có ký hiệu là F và số nguyên tử là 9.
Flo là halogen hoá trị -1 ở dạng khí có mầu vàng lục và là chất độc cực mạnh. Nó là chất oxi hoá và hoạt động hoá học mạnh nhất trong tất cả các nguyên tố. Ở dạng nguyên chất flo cực kỳ nguy hiểm gây ra các vết bỏng hoá học trên da.1: Một số đặc điểm của nguyên tử flo Cấu hình Năng lượng ion hoá Ái lực Độ Bán electron Thứ 1 Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4 electron âm kính kcal/ntg điện nguyên tử (Ao) [He]2s22p5 401,8 806,7 1445 2012 79,5 4 0,64 1. Trạng thái tự nhiên [2] Người ta cũng tìm thấy flo trong quặng , quặng apatit, đá alkali, granit, nước tự nhiên, nước thải, trong vật liệu hữu cơ, trong thực phẩm, trong cơ thể con người … Nhưng nồng độ flo tìm thấy không lớn thường có nồng độ khoảng 1ppm.
Nếu nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn đều gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người và động vật… 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Các mẫu khoáng vật florit Flo có một vài ứng dụng thực dụng, thực tế như flo được dùng để điều chế khí freon dùng trong các máy lạnh, điều chế các polymer chứa flo rất bền đối với hoá chất; trong kem đánh răng flo là một chất không thể thiếu, nó có vai trò bảo vệ răng; flo lỏng và một số hợp chất của flo dùng làm chất oxi hoá nhiên liệu tên lửa. Ứng dụng của flo [5] Flo được sử dụng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp như: teflon, freon. Flo đơn nguyên tử được sử dụng để khử tro thạch anh trong sản xuất các chất bán dẫn. Axit flohidric được sử dụng để khắc kính.
Cùng với các hợp chất của nó flo được sử dụng trong uran và trong hơn 100 các hoá chất flo thương mại khác bao gồm các chất dẻo chịu nhiệt cao. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các floroclorocacbon được sử dụng trong các máy điều hoà không khí và các thiết bị đông lạnh, nhưng hiện giờ đẵ được loại bỏ vì chúng tạo ra các lỗ thủng ozon. Hexafloroaluminat kali còn gọi là cryolit được sử dụng trong điện phân nhôm. Floro natri được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, đặc biệt để chống gián.
Một số các florua khác thông thường được thêm vào thuốc đánh răng và hệ thống cung cấp nước sạch để ngăn các bệnh nha khoa. Tính chất độc hại của Florua Mặc dù flo nguyên chất ở dạng khí nhưng trong môi trường flo thường kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành các hợp chất muối florua. Flo thường bị mủn răng do flo lấy caxi của răng. Flo có thể lấy canxi của xương làm cho xương bị xốp, làm xương giòn và dễ gãy.
Flo lấy canxi trong máu gây hội chứng co cơ, suy tim mạch[5]. Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép của flo trong nước uống là 0,5-1,5 mg/l. Nhưng nếu thường xuyên phải nhận lượng flo trên 6 mg/ ngày qua thức ăn và nước uống có thể gây nên nhiễm độc flo với các biểu hiện cứng khớp, giảm cân, giòn xương, thiếu máu và suy nhược. Hợp chất HF ở dạng khí có thể bị hít vào phổi.
Người bị nhiễm HF có thể bị đau xương ức, ho ra đờm và có máu. Florua có mặt trong các loại quặng photphat ở hàm lượng 10 – 14%(tính theo P2O5). Khi bị axit hoá nó tạo thành axit HF. Nếu có đủ silic oxit hoạt tính trong quặng HF sẽ phản ứng với nó tạo thành hợp chất H2SiF6 là hợp chất không có tính ăn mòn cao.
Ở mức thấp hơn nhôm cũng có tác dụng với flo vào dạng nhôm silicat. Nhìn chung tỉ lệ F2/SiO2 dưới 1,8 thì tốc độ ăn mòn vẫn nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được. Nếu tỉ lệ này cao hơn, trong hỗn hợp sẽ còn dư HF 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gây ra ăn mòn mạnh. Sự có mặt của Ca, Mg, Na tuy dẫn đến sự tạo thành cặn nhưng không góp phần tăng thêm sự ăn mòn.
Các ion sắt hỗ trợ cho sự hình thành màng thụ động ức chế ăn mòn. Tóm lại cả flo và HF cần phải được sử dụng với một yêu cầu hết sức nghiêm ngặt, phải tránh mọi sự tiếp xúc với da và mắt. Các phương pháp loại bỏ florua khỏi nguồn nước 1. Kết tủa với tricanxi photphat [3] Khả năng kết hợp giữa nguyên tố flo với tricanxi photphat tạo hợp chất ít tan, bền.
Trong quặng apatit photphoit trong tự nhiên luôn chứa một lượng flo từ 2 – 5% 3Ca3 ( PO4 )2 + NaF + Ca ( HCO3 )2 ⇔ Ca9 ( PO 4 )6 Ca F2 + 2 NaHCO3 Canxi bicabonat là thành phần luôn có trong nước, nhất là nước ngầm, trong quá trình loại bỏ flo, độ cứng (Ca2+) của nước có giảm một chút nhưng không đáng kể. nguyên liệu tricanxi photphat có thể có nguồn gốc tự nhiên: xương gia xúc, than xương, apatit tổng hợp hoặc chế tạo từ axit photphoric và vôi. Hấp phụ flo lên Mg(OH)2 [3] Magie hydroxit có thể hình thành ngay trong nước khi pH của môi trường đủ lớn (pH > 10,5) trong quá trình khử cứng với vôi – soda. Khả năng hấp phụ của Mg(OH)2 đối với F- là 50- 60mg/mg Mg hay 100-150mg/mg Mg(OH)2/mgF-.
Dựa trên tính chất đó người ta có thể phối hợp phương pháp khử Mg2+ (cứng) với khử flo bằng phương pháp vôi – soda. Tại trạm xử lý Algel (USA) trong khi khử cứng với vôi hàm lượng flo giảm từ 1,5 mg/l xuống 0,7 mg/l đồng thời hàm lượng Mg2+ cũng giảm từ 46 mg/l xuống còn 14 mg/l, hay ở Baltimore nồng độ F- giảm từ 2,3 mg/l xuống còn 1,6 mg/l và Mg2+ giảm từ 23 mg/l xuống còn 9 mg/l [29]. Mối quan hệ giữa nồng độ flo sau khi xử lý với vôi [F- ] dư với lượng magie được loại bỏ trong quá trình, [Mg] phù hợp với công thức Scott: [F]dư = [F] ban đầu –{ 0,07.[Mg]0,5} 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khả năng loại bỏ flo, [F] ban đầu - [F] dư, phụ thuộc cả vào nồng độ flo ban đầu lẫn lượng magie bị loại bỏ. Nếu trong nước không đủ Mg2+ có thể bổ xung thêm dưới dạng muối sunfat hay clorua để tăng cường hiệu quả xử lý flo, nếu Mg2+ dư thừa sẽ tạo ra loại hợp chất magie oxyflorua khó tan.
Hấp thụ F- lên Mg(OH)2 mới kết tủa xảy ra nhanh, ít phụ thuộc vào nhiệt độ, quá trình có thể kết thúc trong khoảng 10 phút. Việc thay thế Mg(OH)2 từ ngoài đưa vào thay thế Mg(OH)2 kết tủa tại chỗ mang lại hiệu quả thấp tuy đôi khi tỏ ra thuận lợi hơn trong quá trình xử lý. Hấp phụ flo lên oxit nhôm [3] Theo tác giả Sehoeman Vi H. Macleod [35] Al2O3 trung tính xử lý với axit HCl: Al2O3 .HOH + HCl → Al2O3 .HCl + H 2O Tiếp xúc với F − , PO43− , SiO32− , SO42− Al2O3 .HCl + NaF → Al2O3 HF + NaCl Việc tái sinh do NaOH loãng: Al2O3 .HF + 2 NaOH → Al2O3 .NaOH + NaF+H 2O Al2O3 .NaOH + H 2Cl → Al2O3 .HCl + NaCl + H 2O Quá trình hấp phụ F- lên oxit nhôm thực chất là quá trình trao đổi ion giữa nhóm OH trên bề mặt oxit nhôm với ion florua: = Al − OH + F − ⇔= Al − F + OH − Oxit nhôm có ba dạng thù hình là , , , quá trình hấp phụ florua thuận lợi trên dạng − Al2O3 ở điều kiện pH = 5-6, bề mặt − Al2O3 khi đó được proton hoá sẽ hấp phụ F-: Al − OH + H + → Al − OH 2+ Al − OH 2+ + F − → AlOH + F − Phản ứng xảy ra thuận lợi ở pH = 5-6, dung lượng trao đổi đạt giá trị cực đại ở vùng pH < 6, ở vùng pH = 7-8 dung lượng trao đổi có thể giảm 50%.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điểm đẳng điện của − Al2O3 là khoảng 8,2 bề mặt tích điện dương khi pH càng thấp, và thuận lợi cho hấp phụ F-, ở vùng pH > 8,2 bề mặt tích điện âm và không còn khả năng trao đổi ion .