Xử lý ion kim loại nặng Pb2+ bằng bột hydroxyapatite pha tạp ion Mg2+ (HAp)

Bột hydroxyapatite pha tạp ion Mg2+ (Mg-HAp) được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học từ các muối nitrat: Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2 và muối amoni (NH4)2HPO4, hiệu suất tổng hợp đạt 89,3%. Sau khi tổng hợp, bột Mg-HAp được ứng dụng xử lý ion kim loại nặng Pb2+ trong dung dịch nước.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xử lý ion kim loại nặng Pb2+ bằng bột hydroxyapatite pha tạp ion Mg2+ (HAp)TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 69 XỬ LÝ ION KIM LOẠI NẶNG Pb2+ BẰNG BỘT HYDROXYAPATITE PHA TẠP ION Mg2+ (HAp) Phạm Thị Minh1, Vũ Thúy Hường, Hoàng Khánh Linh, Trần Mỹ Linh, Hoàng Phương Mai Trường Đại học Thủ đô Hà Nội ắt Bột hydroxyapatite pha tạp ion Mg2+ (Mg-HAp) được tổng hợp bằng phương Tóm tắt tắt: pháp kết tủa hóa học từ các muối nitrat: Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2 và muối amoni (NH4)2HPO4, hiệu suất tổng hợp đạt 89,3%. Sau khi tổng hợp, bột Mg-HAp được ứng dụng xử lý ion kim loại nặng Pb2+ trong dung dịch nước. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: Thời gian tiếp xúc, khối lượng bột Mg-HAp, độ pH và nồng độ ion Pb2+ trong dung dịch xử lý cho thấy, bột Mg-HAp có khả năng loại bỏ hoàn toàn ion Pb2+. Tại pH từ 2-5, chỉ với khối lượng 0,05g, trong thời gian 15 phút tiếp xúc, bột Mg-HAp đã loại bỏ hoàn toàn (hiệu suất đạt tới 100%) ion Pb2+ trong dung dịch với hàm lượng ion Pb2+ lên tới 3,31g/l (gấp hàng chục lần so với hàm lượng ion Pb2+ có trong nước thải ô nhiễm). Kết quả nghiên cứu mở ra triển vọng ứng dụng bột Mg-HAp làm vật liệu xử lý ion kim loại nặng trong các nguồn nước ô nhiễm, đạt hiệu quả kinh tế cao và thân thiện với môi trường. khóa kim loại nặng, bột hydroxyapatite pha tạp ion Mg2+, xử lý, hiệu quả kinh tế Từ khóa:1. MỞ ĐẦU Trong những thập niên gần đây, trước sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nướcvề kinh tế và xã hội, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã ảnhhưởng rất lớn đến môi trường sống của con người. Bên cạnh sự lớn mạnh của nền kinh tếđất nước là hiện trạng các cơ sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng và sự ô nhiễm môi trườngđang ở mức báo động. Hầu hết các nguồn nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt, tưới tiêu đềubị ô nhiễm bởi kim loại nặng như As, Pb, Cd... Tác động của việc ô nhiễm kim loại nặngtới môi trường là rất lớn, gây tổn hại đối với sức khỏe con người. Trước thực tế như vậy,đã có nhiều nhà khoa học đã và đang nỗ lực nghiên cứu để tìm ra những phương pháp hiệuquả nhất nhằm giảm thiểu liều lượng và độc tính của các dòng thải công nghiệp.1 Nhận bài ngày 4.02.2017; chỉnh sửa, gửi phản biện và duyệt đăng ngày 20.3.2017 Liên hệ tác giả: Phạm Thị Minh; Email: ptminh@daihocthudo.edu.vn70 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H NỘI Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều phương phápxử lý ion kim loại nặng bằng các vật liệu hấp phụ khác nhau như: than hoạt tính, zeolit, đấtsét, các loại vật liệu polyme và quặng apatit. Trong đó, quặng apatit là một trong những vậtliệu hấp phụ mới đầy hứa hẹn với đặc tính hóa học đặc biệt và khả năng xử lý nước cóchứa flo và kim loại nặng bằng hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa hoặc tạo phức với hiệu suấtcao, chi phí thấp và sẵn có. Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng bột HAp pha tạp thêm ion M2+ đã cải thiện được diệntích bề mặt riêng, tăng khả năng xúc tác, tăng khả năng hấp phụ [1-5]. Mặc dù vậy, chưa cónghiên cứu nào ứng dụng bột HAp pha tạp các ion kim loại Mg2+ trong xử lý các kim loạinặng trong nước. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu xử lý ion kim loại nặng sử dụng bộthydroxyapatit pha tạp Mg (Mg-HAp) là hướng nghiên cứu mới, cần thiết hiện nay, nhằmtìm ra chế độ tối ưu, xử lý hiệu quả các ion kim loại nặng trong nước, giảm thiểu ô nhiễmmôi trường.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM2.1. Hóa chất − Mg(NO3)2, Ca(NO3)2.4H2O, (NH4)2HPO4, NH3 đặc 25-28%, HCl 37%, NaOH 5% làcác hóa chất tinh khiết của Trung Quốc. − Pb(NO3)2 là hóa chất tinh khiết của Merk. − Nước cất 2 lần được cất tại phòng thí nghiệm Công nghệ môi trường, Trường Đạihọc Thủ đô Hà Nội.2.2. Phương pháp tổng hợp Trong đề tài này, bột Mg-HAp được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học, đi từcác muối nitrat Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2 và muối amoni (NH4)2HPO4. Các bước thựchiện như sau: − Pha dung dịch muối chứa các ion Ca2+ và Mg2+ với tổng nồng độ Ca2+ và Mg2+ là0,5M, với tỉ lệ [Mg2+]/[Ca2+] = 2/8 hay tỉ lệ [Mg2+]/[Mg2+ + Ca2+] = 2/10. − Nhỏ từ từ 112,5 ml dung dịch (NH4)2HPO4 0,3M, tốc độ 1 ml/phút vào dung dịchtrên (tương ứng với thời gian tổng hợp 2 giờ) dưới tác dụng của khuấy từ (800 vòng/phút)gia nhiệt 35oC. pH của dung dịch được điều chỉnh trong khoảng 10-12 trong suốt quá trìnhtổng hợp sử dụng dung dịch NH4OH đặc 28%.TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 71 − Sau khi nhỏ dung dịch (NH4)2HPO4 xong, già hóa mẫu 2 giờ dưới tác dụng củakhuấy từ (800 vòng/phút), lưu mẫu 24 giờ ở nhiệt độ phòng. − Lọc rửa kết tủa thu được bằng nước cất nhiều lần. Sau đó sấy ở 80oC trong 48 giờ,nghiền mẫu trong cối mã não với lượng 2,3g trong thời gian 60 phút thu được bột Mg-HAp. Phương trình phản ứng: (10-x)Ca(NO3)2 + xMg(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH → Ca10- xMgx(PO4)6(OH)2+ 20NH4NO3 + 6 H2O (2.1)2.3. Phương pháp phân tích2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Phổ hồng ngoại FT-IR dùng để xác định các nhóm chức đặc trưng trong phân tử bộtMg-HAp với tỉ lệ [Mg2+]/[Ca2+] = 2/8 hay tỉ lệ [Mg2+]/[Mg2+ + Ca2+] = 2/10, đo trên thiếtbị FT - IR 6700 của hãng Nicolet tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới.2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Giản đồ nhiễu xạ tia X dùng để xác định cấu trúc pha của bột Mg-HAp được thực hiệntrên máy SIEMENS D5005 Bruker - Germany của Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâmKhoa học và Công nghệ Việt Nam. Các điều kiện đo như sau: bức xạ Cu - Kα với bướcsóng λ = 0,15406 nm, ...