Luận án Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu bentonit biến tính và ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước
Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm sét smectit. Thành phần chính của bentonit là khoáng chất montmorillonit, ngoài ra còn có một sốkhoáng chất khác nhưquartz, cristobalit, fenspat, biotit, kaolinit, illit, pyroxene, zircon, canxit,v.v. Chính do cấu trúc, thành phần hoá học, khảnăng trao đổi cation lớn, với lớp xen giữa có đặc tính hiđrat hoá, cho nên bentonit có các tính chất rất đặc trưng của khoáng sét trương nở như: khả năng trao đổi ion, trương nở, hấp phụ, kết dính, trơ, nhớt và dẻo,v.v. Do những tính chất quý này mà bentonit có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngày nay với sựphát triển của công nghiệp người ta còn dùng bentonit làm vật liệu hấp phụ, chếtạo tác nhân xúc tác trong chuyển hoá chất hữu cơ, trong công nghiệp dầu khí và ứng dụng trong xửlý môi trường. Nước ta có nguồn quặng bentonit rất phong phú được phát hiện ởnhiều nơi. Theo sốliệu của Tổng cục Địa chất, ởViệt Nam có sốlượng mỏ bentonit với trữ lượng tương đối lớn đã được phát hiện, thăm dò và khai khác. Trong đó mỏbentonit Tuy Phong – Bình Thuận thuộc loại bentonit kiềm, với trữ lượng tương đối lớn, khoảng 150 triệu tấn. Bên cạnh đó, mỏquặng bentonit Di Linh – Lâm Đồng thuộc loại bentonit kiềm thổ và một số mỏ bentonit khác ở Phú Yên, Thanh Hoá, An Giang,v.v. với trữlượng bé hơn [1, 4, 5, 9]. Mặc dù vậy, bentonit ởnước ta mới được khai thác trong phạm vi nhỏvà chủyếu dưới dạng thô, sửdụng làm vật liệu gốm, vật liệu xây dựng, chếtạo dung dịch khoan,v.v. Hiện nay, bentonit hoạt hoá và biến tính sửdụng làm vật liệu hấp phụ ởnước ta chỉmới nghiên cứu với lượng nhỏvà kết quả chưa được triển khai thực tế. Vì vậy việc nghiên cứu, sửdụng loại tài nguyên quý giá này và biến nó thành vật liệu sửdụng có hiệu quảtrong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tếquốc dân là nhiệm vụcủa các nhà khoa học nước nhà. Biến tính bentonit bằng tác nhân kim loại hoặc tác nhân polyoxocation kim loại thu được loại vật liệu có cấu trúc lỗxốp vi mao quản – mao quản trung bình [48, 50, 69, 72]. Bentonit biến tính được tạo thành khi trao đổi cation hiđrat lớp giữa của bentonit với cation kim loại hoặc polyoxocation kim loại. Các polyoxocation kim loại này được sinh ra do sựthuỷphân bằng bazơcủa các muối kim loại nhưAl, Fe, Ga, Cr, Ti,v.v. [16, 42, 98, 105, 125, 135]. Tính chất bentonit biến tính có thể được khống chếbởi điều kiện điều chế, kết hợp với tính chất sẵn có 2 của lớp nhôm silicat tự nhiên làm cho bentonit biến tính bằng tác nhân kim loại hoặc polyoxocation kim loại có nhiều tính chất thú vị. Vật liệu bentonit biến tính có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụbởi vì sốtâm hoạt động tăng, diện tích bề mặt cao và độxốp nằm trong vùng lỗxốp vi mao quản – mảo quản trung bình. Ngoài ra, tâm axit Bronsted và Lewis làm cải thiện độbền nhiệt và tăng chiều rộng lỗxốp mởra cơhội ứng dụng vật liệu này trong chuyển hoá chất hữu cơvà trong hấp phụ[59, 73, 91, 155].
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu bentonit biến tính và ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM
----------
BÙI VĂN THẮNG
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ
PHỐTPHO TRONG NƯỚC
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HÀ NỘI - 2012
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM
----------
BÙI VĂN THẮNG
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ
PHỐTPHO TRONG NƯỚC
Chuyên ngành: Hoá Vô cơ
Mã số: 62.44.25.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Lê Bá Thuận
2. TS. Thân Văn Liên
HÀ NỘI - 2012
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lê Bá Thuận và TS. Thân Văn
Liên. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, được các
đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Bùi Văn Thắng
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân
thành tới PGS. TS. Lê Bá Thuận và TS. Thân Văn Liên đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy, cô và anh chị ở
Trung tâm Chế biến Quặng phóng xạ - Viện Công nghệ Xạ hiếm,
Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tận tính giúp đỡ tôi trong
việc đo đạt, đóng góp ý kiến, hỗ trợ thiết bị và tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Viện Công nghệ Xạ
hiếm, Ban Giám đốc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam và Ban
Giám hiệu Trường Đại học Đồng Tháp đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Hoá học,
Trường Đại học Đồng Tháp đã bố trí thời gian, hỗ trợ kinh phí và
tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án của mình.
Cuối cùng, tôi cảm ơn quý thầy, cô, gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã giúp đỡ tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành luận án này.
Tác giả
Bùi Văn Thắng
iii
MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ xii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. BENTONIT 3
1.1.1. Thành phần khoáng và thành phần hoá học 3
1.2.2. Cấu trúc của montmorillonit 3
1.3.3. Tính chất của bentonit 5
1.3.3.1. Khả năng trao đổi ion 5
1.3.3.2. Tính chất hấp phụ 6
1.3.3.3. Tính trương nở 6
1.3.4. Ứng dụng của bentonit 8
1.2. BENTONIT BIẾN TÍNH BẰNG CÁC TÁC NHÂN KIM LOẠI 8
1.2.1. Bentonit biến tính bằng cation kim loại 9
1.2.2. Bentonit biến tính bằng polyoxocation kim loại 9
1.2.3. Sự hình thành bentonit biến tính và các yếu tố ảnh hưởng 10
1.2.4. Bentonit biến tính bởi tác nhân La, Al, Fe, Al/La, Al/Fe 12
1.2.4.1. Bentonit biến tính lantan 12
1.2.4.2. Bentonit biến tính nhôm 13
1.2.4.3. Bentonit biến tính sắt 14
1.2.4.4. Bentonit biến tính nhôm/lantan 16
1.2.4.5. Bentonit biến tính nhôm/sắt 17
1.3. TÍNH CHẤT CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH 18
iv
1.4. TÍNH CHẤT HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH 19
1.4.1. Hiện tượng phú dưỡng 20
1.4.2. Ảnh hưởng của phú dưỡng 21
1.4.3. Bentonit biến tính là vật liệu hấp phụ phốtpho hiệu quả 22
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG BENTONIT BÌNH THUẬN 24
1.6. MỘT SỐ KẾT LUẬN CHÍNH RÚT RA TỪ TỔNG QUAN 26
1.7. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 27
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28
2.1. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 28
2.1.1. Hoá chất 28
2.1.2. Dụng cụ 28
2.1.3. Thiết bị 28
2.1.4. Mẫu quặng sử dụng trong nghiên cứu 28
2.2. XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TRAO ĐỔI CATION CỦA BENTONIT 29
2.3. THỰC NGHIỆM ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH 29
2.3.1. Điều chế vật liệu B90-La và B40-La 29
2.3.2. Điều chế vật liệu BAl, BFe, BAlLa và BAlFe 30
2.3.2.1. Điều chế dung dịch polyoxocation kim loại 31
2.3.2.2. Điều chế bentonit biến tính bằng polyoxocation kim loại 32
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 32
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X 32
2.4.2. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X 33
2.4.3. Phương pháp xác định bề mặt riêng BET 33
2.4.4. Phương pháp hiển vi điệt tử quét 33
2.4.5. Phương pháp phổ hồng ngoại 33
2.4.6. Phương pháp ICP-AES 34
2.5. KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG
HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH 34
v
2.6. KHẢO SÁT HẤP PHỤ PHỐTPHO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 35
2.6.1. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 35
2.6.2. Thử nghiệm hấp phụ phốtpho của nước hồ phú dưỡng bằng vật liệu
bentonit biến tính trong cột 35
2.7. XỬ LÝ HỒ HOÀ MỤC BẰNG VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH 36
2.8. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 37
2.8.1. Động học hấp phụ 37
2.8.2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ 39
2.8.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học 40
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42
3.1. ĐẶC TRƯNG CỦA BENTONIT BÌNH THUẬN 42
3.2. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH LANTAN 46
3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu B90-La và B40-La 46
3.2.1.1. Ảnh hưởng thời gian trao đổi và tỉ lệ LaCl3/bentonit 46
3.2.1.2. Ảnh hưởng của pH 49
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 51
3.2.1.4. Ảnh hưởng của phần trăm huyền phù bentonit 52
3.2.2. Đánh giá đặc tính lý hoá của bentonit biến tính lantan 54
3.2.2.1. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt 54
3.2.2.2. Tính chất bề mặt 55
3.2.2.3. Phổ FTIR 55
3.2.3. Kết luận về quá trình điều chế bentonit biến tính lantan 56
3.3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH NHÔM VÀ SẮT 57
3.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu BAl và BFe 57
3.3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ MCl3/bentonit 57
3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian già hoá dung dịch polyoxocation 59
3.3.1.3. Ảnh hưởng nhiệt độ của quá trình biến tính 61
3.3.1.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/M3+ 63
3.3.2. Đánh giá đặc tính lý hoá của vật liệu BAl và BFe 65
3.3.2.1. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt 65
vi
3.3.2.2. Tính chất bề mặt 65
3.3.2.3. Phổ FTIR 66
3.3.3. Kết luận về quá trình điều chế vật liệu BAl, BFe 67
3.4. NGHÊN CỨU ĐIỀU CHẾ BENTONIT BIẾN TÍNH Al/La VÀ Al/Fe 68
3.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu BAlLa, BAlFe 68
3.4.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ AlCl3/MCl3 68
3.4.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit 70
3.4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian già hoá dung dịch polyoxocation 72
3.4.1.4. Ảnh hưởng nhiệt độ của quá trình biến tính 74
3.4.1.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol OH-/(Al3++M3+) 75
3.4.2. Đánh giá đặc tính lý hoá của vật liệu BAlLa và BAlFe 77
3.4.2.1. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt 77
3.4.2.2. Tính chất bề mặt 77
3.4.2.3. Phổ FTIR 78
3.4.3. Kết luận về quá trình điều chế vật liệu BAlLa, BAlFe 79
3.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP
PHỤ PHỐTPHO CỦA VẬT LIỆU BENTONIT BIẾN TÍNH 80
3.5.1. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phốtpho của
bentonit biến tính 80
3.5.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 80
3.5.1.2. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ 81
3.5.1.3. Ảnh hưởng của pH 82
3.5.1.4. Động học hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính 84
3.5.1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ 86
3.5.1.6. Các tham số nhiệt động học hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính 90
3.5.1.7. Ảnh hưởng của một số ion cản 93
3.5.1.8. Khả năng lưu giữ phốtpho của bentonit biến tính 94
3.5.1.9. Cơ chế hấp phụ phốtpho của bentontie biến tính 94
3.5.2. Thành phần hoá học và tính chất bề mặt của vật liệu sau khi hấp phụ 97
3.5.3. Kết luận về khả năng hấp phụ phốtpho trong dung dịch nước tổng
hợp bằng vật liệu bentonit biến tính 99
vii
3.6. KHẢO SÁT HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA BENTONIT BIẾN TÍNH
LANTAN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 99
3.6.1. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 100
3.6.2. Khảo sát hấp phụ phốtpho của nước hồ bị phú dưỡng 102
3.6.3. Khảo sát hấp phụ phốtpho trong nước hồ của vật liệu bằng cột 104
3.6.4. Kết luận về khả năng hấp phụ phốtpho của vật liệu trong phòng thí nghiệm 106
3.7. XỬ LÝ HỒ HOÀ MỤC BẰNG VẬT LIỆU B90-La 107
3.7.1. Thời gian khảo sát 107
3.7.2. Đặc tính lý hoá của hồ Hoà Mục trước khi xử lý 107
3.7.2.1. Phân tích một số chỉ tiêu lý hoá 107
3.7.2.2. Nồng độ kim loại có trong nước và bùn đáy hồ Hoà Mục trước khi xử lý 108
3.7.3. Đặc tính lý hoá của hồ Hoà Mục sau khi phun bằng B90-La 109
3.7.3.1. Chất dinh dưỡng 109
3.7.3.2. Yếu tố pH 115
3.7.3.3. Nhiệt độ 116
3.7.3.4. DO và chất hữu cơ 117
3.7.3.5. Nồng độ kim loại trong nước và bùn đáy hồ Hoà Mục sau khi xử lý 118
3.7.4. Thành phần loài và mật độ tảo trước và sau khi xử lý hồ Hoà Mục
bằng vật liệu B90-La 119
3.7.4.1. Thành phần loài 119
3.7.4.2. Mật độ tảo 121
3.7.5. Kết luận về quá trình xử lý toàn hồ Hoà Mục bằng vật liệu B90-La 122
KẾT LUẬN 123
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO 125
PHỤ LỤC
viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tên đầy đủ
CEC Dung lượng trao đổi cation
MMT Montmorillonit
Bent Bentonit Bình Thuận
Bent-La Bentonit Bình Thuận biến tính lantan
B90 Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit
B40 Bentonit Bình Thuận 40% montmorillonit
B90-La Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính lantan
B40-La Bentonit Bình Thuận 40% montmorillonit biến tính lantan
BAl Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm
BFe Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính sắt
BAlLa Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm/lantan
BAlFe Bentonit Bình Thuận 90% montmorillonit biến tính nhôm/sắt
XRD Nhiễu xạ tia X
SEM Kính hiển vi điện tử quét
EDX Tán xạ năng lượng tia X
BET Phương pháp hấp phụ BET
ICP-OES Phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma
FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại
PHT Phốtpho hoà tan
TP Tổng phốtpho
TN Tổng nitơ
XL Xử lý
ĐC Đối chứng
SBET Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET
Vp Tổng thể tích lỗ xốp
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của một số loại khoáng sét 5
Bảng 1.2. Yếu tố giới hạn đối với sự phú dưỡng, WHO 21
Bảng 1.3. Thành phần hoá học các loại sản phẩm bentonit Nha Mé 24
Bảng 3.1. Dung lượng trao đổi cation (CEC) của B90 và B40 42
Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của Bent, B90 và B40 43
Bảng 3.3. Kết quả phân tích thành phần hoá học của Bent, B90 và B40 43
Bảng 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên B90 và B40 sau 24 giờ 47
Bảng 3.5. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax và B40-Lax
điều chế với tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 49
Bảng 3.6. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LapHx và B40-
LapHx điều chế ở khoảng pH khác nhau 50
Bảng 3.7. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-LaTx và B40-
LaTx điều chế ở khoảng nhiệt độ khác nhau 52
Bảng 3.8. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của B90-Lax% và B40-
Lax% được điều chế ở phần trăm huyền phù sét bentonit khác nhau 53
Bảng 3.9. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của B90-La và B40-La 54
Bảng 3.10. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu B90-La và B40-La 56
Bảng 3.11. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Cx và BFe-Cx
điều chế với tỉ lệ M3+/bentonit khác nhau 58
Bảng 3.12. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-xd và BFe-xd
điều chế với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation khác nhau 61
Bảng 3.13. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-Tx và BFe-Tx
điều chế với nhiệt độ của quá trình biến tính khác nhau 62
Bảng 3.14. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAl-OH-x và BFe-
OH-x điều chế với tỉ lệ mol OH-/M3+ khác nhau 64
Bảng 3.15. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAl và BFe 65
Bảng 3.16. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAl và BFe 67
x
Bảng 3.17. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của mẫu BAlLa-x và
BAlFe-x điều chế với tỉ lệ Al3+/M3+ khác nhau 69
Bảng 3.18. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-Cx và
BAlFe-Cx điều chế với tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit khác nhau 71
Bảng 3.19. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-xd và BAlFe-xd
điều chế với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation Al/M khác nhau 73
Bảng 3.20. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-Tx và BAlFe-
Tx điều chế ở nhiệt độ khác nhau 75
Bảng 3.21. Giá trị d001 và khoảng cách lớp xen giữa của BAlLa-OH-x và
BAlFe-OH-x được điều chế ở tỉ lệ mol OH-/(Al3++M3+) khác nhau 76
Bảng 3.22. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt của BAlLa và BAlFe 77
Bảng 3.23. Tần số và tín hiệu phổ FTIR của mẫu BAlLa và BAlFe 79
Bảng 3.24. Hiệu suất hấp phụ Hx(%) của anion phốtphat trên bentonit biến
tính sau 120 phút khuấy 81
Bảng 3.25. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính 85
Bảng 3.26. Các tham số phương trình Langmuir và Freundlich của quá trình
hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính ở 25oC, 30oC và 35oC 89
Bảng 3.27. So sánh dung lượng hấp phụ phốtphat của một số chất hấp phụ 90
Bảng 3.28. Giá trị KC và KL ở các nhiệt độ 298K, 303K và 308K 91
Bảng 3.29. Các tham số nhiệt động học của quá trình hấp phụ phốtphat lên
bentonit biến tính 92
Bảng 3.30. Phần trăm phốtpho bị hấp phụ của bentonit biến tính với nồng độ
PO43- (6,5mg/l) và nồng độ ion cản (NO3-, Cl-, SO42-, HCO3-) là 0,5 mmol/l 93
Bảng 3.31. Thành phần hoá học của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho 97
Bảng 3.32. Các tham số động học hấp phụ phốtpho trên B90-La trong nước
tổng hợp trong điều kiện khuấy liên tục với lượng chất hấp phụ là 1;
2,3; 3,4 và 4,5 g/L 101
xi
Bảng 3.33. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước
hồ Hoà Mục với điều kiện khuấy liên tục ở liều lượng dùng khác nhau 104
Bảng 3.34. Nồng độ PHT và một số chỉ tiêu lý hoá của nước hồ Hoà Mục trước khi
xử lý bằng B90-La 104
Bảng 3.35. Các tham số động học hấp phụ phốtpho của B90-La trong nước
hồ Hoà Mục theo mô hình cột với liều lượng dùng khác nhau 106
Bảng 3.36. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu lý hoá của nước hồ Hoà Mục 108
Bảng 3.37. Hàm lượng kim loại có trong nước hồ Hoà Mục trước khi phun B90-La 109
Bảng 3.38. Hàm lượng một số kim loại có trong mẫu bùn đáy hồ Hoà Mục 109
Bảng 3.39. Nồng độ kim loại của nước hồ Hoà Mục sau khi phun B90-La 118
Bảng 3.40. Hàm lượng kim loại của mẫu bùn đáy hồ Hoà Mục sau khi xử lý hồ 119
xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đơn vị cấu trúc cơ bản của tinh thể montmorillonit 4
Hình 1.2. Cấu trúc khoáng chất montmorillonit 4
Hình 1.3. Sơ đồ mô tả quá trình trương nở của bentonit 7
Hình 1.4. Sơ đồ mô tả sự trương nở hoàn toàn của bentonit 8
Hình 1.5. Mô hình thực nghiệm điều chế bentonit biến tính 11
Hình 1.6. Cấu trúc polyoxocation Al13 13
Hình 1.7. Sơ đồ mô tả cấu trúc lớp và cấu trúc bóc lớp của bentonit biến tính 14
Hình 1.8. Cấu trúc bentonit biến tính bằng tác nhân polyoxocation Al13 19
Hình 1.9. Một số thuỷ vực bị phú dưỡng 20
Hình 2.1. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan 30
Hình 2.2. Quy trình điều chế vật liệu bentonit biến tính bằng polyoxocation kim koại 31
Hình 2.3. Mô hình thử nghiệm cột xử lý nước hồ 36
Hình 2.4. Hồ Hoà Mục 36
Hình 3.1. Ảnh SEM của mẫu a) B90 và b) B40 44
Hình 3.2. Giản đồ XRD của mẫu a) B90 và b) B40 44
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của mẫu a) B90 và b) B40 45
Hình 3.4. Phần trăm lantan clorua trao đổi (%) trên mẫu a) B90-Lax và b)
B40-Lax theo thời gian ở tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 47
Hình 3.5. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) B90-Lax và b) B40-Lax điều chế với
tỉ lệ LaCl3/bentonit khác nhau 48
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LapHx và b) B40-LapHx điều chế ở
khoảng pH khác nhau 50
Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-LaTx và b) B40-LaTx điều chế ở
khoảng nhiệt độ khác nhau 51
Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu a) B90-Lax% và b) B40-Lax% điều chế ở
phần trăm huyền phù bentonit khác nhau 52
Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu a) B90-La và b) B40-La 55
Hình 3.10. Phổ FTIR của mẫu a) B90-La và b) B40-La 56
xiii
Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-Cx và b) BFe-Cx điều chế với tỉ lệ
MCl3/bentonit khác nhau 57
Hình 3.12. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-xd và b) BFe-xd điều chế với thời
gian già hoá dung dịch polyoxocation khác nhau 60
Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-Tx và b) BFe-Tx điều chế ở nhiệt
độ của quá trình biến tính khác nhau 62
Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu a) BAl-OH-x và b) BFe-OH-x điều chế với
tỉ lệ mol OH-/M3+ khác nhau 63
Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu a) BAl và b) BFe 66
Hình 3.16. Phổ FTIR của mẫu a) BAl và b) BFe 66
Hình 3.17. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-x và b) BAlFe-x điều chế với tỉ
lệ AlCl3/MCl3 khác nhau 68
Hình 3.18. Giản đồ XRD các mẫu a) BAlLa-Cx và b) BAlFe-Cx điều chế với
tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit khác nhau 71
Hình 3.19. Giản đồ phổ XRD của mẫu a) BAlLa-xd và b) BAlFe-xd điều chế
với thời gian già hoá dung dịch polyoxocation Al/M khác nhau 72
Hình 3.20. Giản đồ XRD của mẫu a) BAlLa-Tx và b) BAlFe-Tx điều chế ở
nhiệt độ khác nhau 74
Hình 3.21. Giản đồ XRD của a) BAlLa-OH-x và b) BAlFe-OH-x điều chế ở tỉ
lệ mol OH-/(Al3++M3+) khác nhau 75
Hình 3.22. Ảnh SEM của các vật liệu a) BAlLa và b)BAlFe 78
Hình 3.23. Phổ FTIR của mẫu a) B90, b) BAlLa và c) BAlFe 79
Hình 3.24. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến
tính theo thời gian 81
Hình 3.25. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến
tính vào pH dung dịch 82
Hình 3.26. Thành phần ion phốtphat trong dung dịch ở pH khác nhau 83
Hình 3.27. Động học hấp phụ phốtphat của bentonit biến tính: (a) Dạng
tuyến tính của phương trình động học biểu kiến bậc 2; b) Dạng tuyến
tính của phương trình Elovich 85
Hình 3.28. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir của quá
trình hấp phụ phốtphat 87
xiv
Hình 3.29. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich của
quá trình hấp phụ phốtphat 88
Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn lnKC qua 1/T của bentonit biến tính. 91
Hình 3.31. Phần trăm phốtpho bị hấp phụ giải phóng phụ thuộc vào pH. 94
Hình 3.32. Sự biến đổi pH dung dịch theo thời gian hấp phụ phốtpho trên vật
liệu bentonit biến tính. 95
Hình 3.33. Ảnh SEM của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho: (a) B40-La-P, b)
B90-La-P, c) BAl-P, d) BFe-P, e) BAlLa-P và f) BAlFe-P. 98
Hình 3.34. Dung lượng hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính lantan theo
thời gian trong điều kiện khuấy liên tục với dung dịch nước tổng hợp. 100
Hình 3.35. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp
phụ phốtpho trên bentonit biến tính lantan với dung dịch nước tổng hợp. 100
Hình 3.36. Sự phụ thuộc của lnk vào lnW. 101
Hình 3.37. Sự biến đổi nồng độ PHT trong thí nghiệm đối chứng và thí
nghiệm xử lý với tỉ lệ B90-La:P khác nhau theo thời gian. 102
Hình 3.38. Dung lượng hấp phụ phốtpho của B90-La theo thời gian trong điều
kiện khuấy liên tục với nước hồ Hoà Mục ở liều lượng dùng khác nhau. 103
Hình 3.39. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp phụ
phốtpho trong nước hồ Hoà Mục trên B90-La với liều lượng dùng khác nhau. 103
Hình 3.40. Sự biến đổi nồng độ PHT trong cột đối chứng và cột xử lý với tỉ lệ
B90-La:P là 230:1, 340:1 và 450:1. 105
Hình 3.41. Dung lượng hấp phụ phốtpho biểu kiến theo theo thời gian của
nước hồ Hoà Mục với tỉ lệ B90-La:P là 230:1, 340:1 và 450:1. 105
Hình 3.42. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 áp dụng cho quá trình hấp phụ
phốtpho của B90-La với nước hồ Hoà Mục ở liều lượng dùng khác nhau. 106
Hình 3.43. Nồng độ PHT của khu vực xử lý và đốt chứng 2 ngày trước khi xử
lý và 12 ngày sau khi xử lý 109
Hình 3.44. Nồng độ PHT của khu vực xử lý và cột đối chứng trong thời gian
thử nghiệm 110
Hình 3.45. Biến đổi giá trị TP (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối chứng
trong thời gian thử nghiệm 111
xv
Hình 3.46. Biến đổi giá trị N-NH4+ (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối
chứng trong thời gian thử nghiệm. 112
Hình 3.47. Biến đổi giá trị N–NO3- (mg/l) của khu vực xử lý và khu vực đối
chứng trong thời gian thử nghiệm. 112
Hình 3.48. Nồng độ N-NO2- (mg/l) của khu
