Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tính chất hấp phụ asen trên quặng pyrolusit biến tính

• Tác giả: Nguyễn Đức Hải
• Người hướng dẫn: TS. Chu Xuân Quang
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu tính chất hấp phụ As trên quặng pyrolusit biến tính
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ASEN
• 1.2. Sự tồn tại của asen trong tự nhiên
• 1.3. Độc tính của asen
• 1.4. Tình trạng ô nhiễm asen
• 1.5. Một số công nghệ xử lý asen
• 1.6. SỬ DỤNG QUẶNG PYROLUSIT VÀ ZIRCONI TRONG HẤP PHỤ XỬ LÝ ASEN
• 1.6.1. Ứng dụng quặng pyrolusit trong xử lý nước
• 1.6.2. Ứng dụng của Zirconi trong xử lý asen
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ
• 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ÁP DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM
• 2.3.1. Xác định asen bằng phương pháp thủy ngân bromua
• 2.3.2. Xác định mangan và sắt bằng phương pháp trắc quang
• 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ
• 2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.2. Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffraction XRD)
• 2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.5. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TỪ QUẶNG PYROLUSIT
• 2.5.1. Quặng pyrolusit tự nhiên
• 2.5.2. Quặng pyrolusit tự nhiên biến tính bằng nhiệt
• 2.5.3. Quặng pyrolusit biến tính bằng phương pháp hóa học
• 2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ As của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TỪ QUẶNG PYROLUSIT
• 3.1.1. Quặng pyrolusit tự nhiên
• 3.1.2. Quặng pyrolusit được biến tính bằng nhiệt
• 3.1.3. Quặng pyrolusit được biến tính bằng phương pháp hóa học
• 3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA CÁC VẬT LIỆU
• 3.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ As của quặng pyrolusit tự nhiên
• 3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit biến tính bằng phương pháp nhiệt
• 3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ As của quặng pyrolusit khi biến tính bằng phương pháp hóa học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tính chất hấp phụ asen trên quặng pyrolusit biến tính

Nghiên cứu tính chất hấp phụ asen trên quặng pyrolusit biến tính là một lĩnh vực quan trọng trong hóa môi trường. Asen, một nguyên tố độc hại, thường tồn tại trong nước ngầm và gây ra nhiều vấn đề sức khỏe. Quặng pyrolusit, với khả năng hấp phụ tốt, đã được nghiên cứu để xử lý asen trong nước. Việc biến tính quặng pyrolusit có thể cải thiện khả năng hấp phụ, từ đó giảm thiểu nồng độ asen trong nước.

1.1. Sự tồn tại và độc tính của asen trong môi trường

Asen tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau, chủ yếu là asenua và asenat. Độc tính của asen phụ thuộc vào dạng hóa học và nồng độ. Asen vô cơ thường độc hơn asen hữu cơ, và As(III) độc hơn As(V). Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng asen có thể gây ra các bệnh nghiêm trọng như ung thư và các vấn đề về da.

1.2. Tình trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm

Ô nhiễm asen trong nước ngầm đang trở thành vấn đề nghiêm trọng ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam. Nguồn gốc của asen trong nước ngầm chủ yếu do hòa tan các hợp chất chứa asen trong đất. Các khu vực như Quỳnh Lôi, Hà Nội đã ghi nhận nồng độ asen vượt mức cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

II. Thách thức trong việc xử lý asen bằng quặng pyrolusit

Việc xử lý asen trong nước bằng quặng pyrolusit gặp nhiều thách thức. Mặc dù quặng pyrolusit có khả năng hấp phụ tốt, nhưng hiệu quả xử lý còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc. Các phương pháp biến tính quặng pyrolusit cũng cần được nghiên cứu để tối ưu hóa khả năng hấp phụ.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ asen

Khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit bị ảnh hưởng bởi pH của dung dịch, nồng độ asen và thời gian tiếp xúc. Nghiên cứu cho thấy rằng pH thấp có thể làm tăng khả năng hấp phụ, trong khi nồng độ asen cao có thể dẫn đến bão hòa hấp phụ.

2.2. Những hạn chế trong công nghệ xử lý asen hiện tại

Các công nghệ xử lý asen hiện tại như trao đổi ion và hấp phụ thường gặp khó khăn trong việc giảm thiểu nồng độ asen xuống mức cho phép. Chi phí cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp cũng là những rào cản lớn trong việc áp dụng rộng rãi các công nghệ này.

III. Phương pháp biến tính quặng pyrolusit để nâng cao khả năng hấp phụ asen

Biến tính quặng pyrolusit là một phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng hấp phụ asen. Các phương pháp biến tính như nhiệt và hóa học đã được áp dụng để tăng cường diện tích bề mặt và tính chất hóa lý của quặng. Nghiên cứu cho thấy rằng quặng pyrolusit biến tính có thể hấp phụ asen hiệu quả hơn so với quặng tự nhiên.

3.1. Biến tính quặng pyrolusit bằng nhiệt

Phương pháp biến tính bằng nhiệt giúp tăng cường khả năng hấp phụ asen bằng cách làm thay đổi cấu trúc tinh thể của quặng. Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ biến tính tối ưu là 500°C, giúp cải thiện đáng kể khả năng hấp phụ asen.

3.2. Biến tính quặng pyrolusit bằng hóa chất

Biến tính bằng hóa chất, như sử dụng axit hoặc các hợp chất kim loại, cũng đã được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện khả năng hấp phụ asen. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng zirconium trong quá trình biến tính có thể làm tăng khả năng hấp phụ đáng kể.

IV. Kết quả nghiên cứu về khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit biến tính

Kết quả nghiên cứu cho thấy quặng pyrolusit biến tính có khả năng hấp phụ asen cao hơn so với quặng tự nhiên. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng quặng pyrolusit biến tính bằng nhiệt và hóa chất đều cho kết quả khả quan trong việc giảm nồng độ asen trong nước. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước nhiễm asen.

4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit tự nhiên

Nghiên cứu cho thấy quặng pyrolusit tự nhiên có khả năng hấp phụ asen nhưng không hiệu quả bằng quặng đã được biến tính. Kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ asen giảm không đáng kể khi sử dụng quặng tự nhiên.

4.2. So sánh khả năng hấp phụ asen giữa các mẫu quặng biến tính

Các mẫu quặng pyrolusit biến tính bằng nhiệt và hóa chất đều cho thấy khả năng hấp phụ asen vượt trội. Mẫu quặng biến tính bằng hóa chất cho kết quả tốt nhất, với khả năng hấp phụ cao nhất trong các thí nghiệm.

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

Nghiên cứu tính chất hấp phụ asen trên quặng pyrolusit biến tính đã chỉ ra rằng đây là một phương pháp hiệu quả để xử lý nước nhiễm asen. Các kết quả nghiên cứu mở ra nhiều triển vọng cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí xử lý.

5.1. Triển vọng phát triển vật liệu hấp phụ mới

Nghiên cứu có thể mở rộng sang việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới từ các nguồn tài nguyên khác, nhằm tăng cường khả năng xử lý asen trong nước. Việc kết hợp các công nghệ biến tính khác nhau cũng có thể mang lại hiệu quả cao hơn.

5.2. Tương lai của công nghệ xử lý asen trong nước

Công nghệ xử lý asen trong nước cần được cải tiến để đáp ứng các tiêu chuẩn ngày càng nghiêm ngặt. Việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến quy trình hiện tại sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm asen và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.