Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr (VI), Ni (II) của quặng Mangan Cao Bằng

Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu hấp phụ ion Cr(VI) và ion Ni(II) của chất hấp phụ là quặng mangan Cao Bằng. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số sau: khối lượng vật liệu hấp phụ: 1,0g; thể tích dung dịch Cr(VI) hoặc Ni(II): 25 mL; tốc độ lắc: 200 vòng/phút; thời gian đạt cân bằng hấp phụ đối với cả 2 ion trên là 90 phút ở nhiệt độ phòng (25±10 C); pH hấp phụ tốt nhất với Ni(II) là 5 ÷ 5,5; Cr(VI) là 2,0. Kết quả nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại của quặng mangan Cao Bằng đối với Cr(VI) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là 1,692 mg/g; đối với Ni(II) là 1,845 mg/g.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr (VI), Ni (II) của quặng Mangan Cao BằngVũ Thị HậuTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ128(14): 77 - 84NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II)CỦA QUẶNG MANGAN CAO BẰNGVũ Thị Hậu*Trường Đại học Sư Phạm - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTBài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu hấp phụ ion Cr(VI) và ion Ni(II) của chất hấp phụ làquặng mangan Cao Bằng. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số sau: khối lượng vật liệuhấp phụ: 1,0g; thể tích dung dịch Cr(VI) hoặc Ni(II): 25 mL; tốc độ lắc: 200 vòng/phút; thời gianđạt cân bằng hấp phụ đối với cả 2 ion trên là 90 phút ở nhiệt độ phòng (25±1 0C); pH hấp phụ tốtnhất với Ni(II) là 5 ÷ 5,5; Cr(VI) là 2,0. Kết quả nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp phụ cực đạicủa quặng mangan Cao Bằng đối với Cr(VI) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là 1,692mg/g; đối với Ni(II) là 1,845 mg/g.Từ khóa: hấp phụ, Cr(VI), Ni(II), quặng mangan Cao BằngMỞ ĐẦU*Hiện nay vấn nạn ô nhiễm môi trường nướcdo các kim loại nặng là khá nghiêm trọng,chúng có thể xâm nhập vào cơ thể người quađường hô hấp, đường miệng, qua da,.. vớihàm lượng vượt quá giới hạn cho phép sẽ gâyrối loạn chức năng sinh lý của cơ thể sống,gây các bệnh ung thư, thần kinh. Do vậy, việcnghiên cứu loại bỏ chúng ra khỏi môi trườngnước có ý nghĩa hết sức quan trọng.Đã có nhiều phương pháp xử lý nguồn nướcbị ô nhiễm kim loại như phương pháp sinhhọc, kết tủa hóa học, lọc màng, hấpphụ,...phương pháp hấp phụ cho đến nay vẫnđược xem là phương pháp hiệu quả vì vật liệusử dụng làm chất hấp phụ khá phong phú, dễđiều chế, thân thiện với môi trường và có độan toàn cao. Việc sử dụng các vật liệu tựnhiên, phổ biến, giá thành rẻ như phế thảinông nghiệp (lõi ngô, vỏ lạc, vỏ trấu…), cácloại zeolit, than tro bay, rong biển… để xử lýchất ô nhiễm nhận được sự quan tâm củanhiều nhà khoa học [3-7].Ở Việt Nam, khoáng sản kim loại rất phongphú và đa dạng [8], phân bố ở nhiều tỉnhthành trong cả nước [1] trong đó có quặngmangan. Mỏ mangan Cao Bằng có trữ lượnglớn, giá thành rẻ [9]. Tuy nhiên, các loạiquặng nói chung và quặng này nói riêng mớichỉ được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực sản*Tel: 0917 505976, Email: vuthihaukhoahoa@gmail.comxuất công nghiệp, việc nghiên cứu sử dụngtrực tiếp quặng tự nhiên làm chất hấp phụ vàxúc tác còn ít được quan tâm. Bài báo nàytrình bày các kết quả nghiên cứu hấp phụCr(VI) và Ni(II) sử dụng quặng mangan CaoBằng làm chất hấp phụ.THỰC NGHIỆMHóa chất và thiết bị nghiên cứuHóa chất:NiSO4.6H2O, dung dịch NH3, dung dịch brombão hoà, đimetylglyoxim, KalidicromatK2Cr2O7, axit H3PO4, dung dịch H2SO4 1:1,dung dịch 1,5 – điphenylcarbazide, dung dịchNaOH 0,1M; dung dịch HNO3 0,1M. Tất cảhóa chất nêu trên đều có độ tinh khiết PA vàđược chuẩn bị thành các dung dịch có nồngđộ xác định.Thiết bị nghiên cứu: Máy nghiền bi RETSCHPM-100 (Đức), thiết bị rây, cân phân tích 4 sốPrecisa XT 120A (Thụy Sĩ), máy lắc IKAKS260 (Đức), máy đo pH Precisa pH900(Thụy Sĩ) , tủ sấy, máy đo quang UV mini1240 (Shimadzu - Nhật Bản).Chất hấp phụChất hấp phụ được sử dụng trong nghiên cứunày là quặng mangan lấy ở mỏ Rọong Tháy,huyện Trùng Khánh, tỉnh Cao Bằng (Mn-CB)được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, phânloại hạt với kích thước d ≤ 63 µm, rửa sạchbằng nước cất, sấy khô, bảo quản trong lọ77Vũ Thị HậuTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ128(14): 77 - 84polietilen, sau đó được xác định thành phầnhóa học chính và một số đặc trưng như ghiphổ nhiễu xạ tia X (XRD), diện tích bề mặtriêng (BET), điểm đẳng điện.Trong đó:Quy trình thực nghiệm và các thí nghiệmnghiên cứuDung lượng hấp phụ cực đại của mỗi ionkim loại trên được xác định dựa vào phươngtrình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạngtuyến tính:Quy trình thực nghiệmTrong mỗi thí nghiệm hấp phụ:- H: hiệu suất hấp phụ (%)- Co, Ct: nồng độ đầu và nồng độ tại thời điểmt của dung dịch Cr(VI), Ni(II) (mg/L)- Thể tích dung dịch Cr(VI) hoặc Ni(II): 25mL với nồng độ xác định- Lượng chất hấp phụ: 1g- Thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độphòng, sử dụng máy lắc với tốc độ 200vòng/phútCác thí nghiệm nghiên cứu+ Xác định điểm đẳng điện của Mn-CB:Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pHtăng dần từ 1,15 đến 11,98. Lấy 12 bình nóncho vào mỗi bình 1,0g Mn - CB. Sau đó cholần lượt vào các bình nón 25ml dung dịch cópH tăng dần đã chuẩn bị sẵn, để trong vòng48h rồi xác định lại pH của các dung dịch trên+ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quátrình hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của Mn-CB:- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ- Ảnh hưởng của pH- Ảnh hưởng của nồng độ đầu Cr(VI), Ni(II)và xác định dung lượng hấp phụ cực đại.+ Động học hấp phụ Cr(VI), Ni(II) trên Mn-CBNồng độ Cr(VI), Ni(II) trước và sau hấp phụđược xác định bằng phương pháp đo mật độquang ở bước sóng tương ứng 540, 536 nm.Hiệu suất hấp phụ của quá trình hấp phụ đượctính theo công thức:HCo  C t.100CoCe11Ce q q maxq max bTrong đó:- q, qmax: dung lượng hấp phụ và dung lượnghấp phụ cực đại- Ce: nồng độ tại thời điểm cân bằng của dungdịch Cr(VI) hoặc Ni(II)- b: hằng sốVẽ đồ thị Ce/q = f(Ce) từ đây ta tính đượcdung lượng hấp phụ cực đại của chất hấp phụđối với Cr(VI) hoặc Ni(II).KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNMột số đặc trưng của Mn-CBKết quả xác định thành phần hoá học chínhcủa Mn-CB được cho trong bảng 1: hàm lượngMn lớn (41%), hàm lượng Fe thấp (5,7%).Kết quả nhiễu xạ tia X cho biết trong MnCB, mangan ôxit tồn tại ở dạng alpha.Diện tích bề mặt riêng của Mn-CB đo đượctheo phương pháp BET là 44 m2/g.Kết quả xác định điểm đẳng điện của Mn-CBđược chỉ ra ở hình 1.Từ kết quả ở hình 1 ta thấy điểm đẳng điệncủa Mn - CB là pI = 6,3. Điều này cho thấykhi pH < pI thì bề mặt Mn - CB tích điệndương, khi pH > pI thì bề mặt Mn - CB tíchđiện âm.Bảng 1. Thành phần hóa học chính của Mn-CBThành phầnMnFeSiO2KhácThành phần khối lượng (%)415,720,133,278Vũ Thị HậuTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ128(14): 77 - 8432pHbd- pHcb100246 ...