Luận văn Nghiên cứu thành phần, tính chất của bùn đỏ và định hướng ứng dụng trong lĩnh vực môi trường

ể định lượng một nguyên tố. 1.3.2.2 Trang bị của phép đo. Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS theo sơ đồ như sau: Phần 1. Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích. Đó có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu. Phần 1 Phần 4 Phần 3 Phần 2 17 Phần 2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Hệ thống này được chế tạo theo ba loại kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu. Đó là: - Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS) - Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS) - Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS) Phần 3. Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ. Phần 4. Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể là: - Điện kế chỉ thị tín hiệu AAS - Bộ tự ghi để ghi các pic hấp thụ - Bộ chỉ thị hiện số - Bộ máy in - Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo. Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Trong ba kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thì kĩ thuật F-AAS ra đời sớm hơn. Theo kỹ thuật này người ta dùng nhiệt ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa và nhiệt độ là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích 18 Kỹ thuật ngọn lửa: Theo kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa. Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả. Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa: Về nguyên tắc, kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến, vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao (mức nanogam ppb); có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định cơ chế và hiệu quả xử lý asen bằng bùn đỏ. 1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa học [2,3,4,6,7,8, 9 ]. 1.3.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng: Phân tích khối lượng là phương pháp phân tích định lượng dựa vào việc cân khối lượng sản phẩm tạo thành sau phản ứng kết tủa bằng phương pháp hoá học hay phương pháp vật lí. Do chất phân tích chiếm một tỉ lệ xác định trong sản phẩm đem cân nên từ khối lượng sản phẩm dễ dàng tính được lượng chất phân tích trong đối tượng phân tích. 1.3.3.2 Phương pháp phân tích thể tích: 19 Phương pháp phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượng dựa vào việc đo chính xác thể tích của dung dịch thuốc thử (B) đã biết trước nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) tác dụng vừa đủ với một thể tích nhất định của chất cần phân tích (A). Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dung phương pháp phân tích trọng lượng để xác định làm lượng Si, phương pháp phân tích thể tích (chuẩn độ) để phân tích Al và sắt trong mẫu bùn đỏ. 1.4 Vấn đề ô nhiễm photphat trong nước. Photphat trong nước thải là một thành phần dung dịch quan trọng cho sự phát triển của các loại tảo quang hợp và các tổ chức sinh học khác trong môi trường nước. Tuy nhiên khi nồng độ PO4 3- trong các dịch thải vượt qua ngưỡng cho phép sẽ dẫn tới hiện tượng phú dưỡng sẽ phá vỡ cân bằng của các hệ sinh học có trong nước và ảnh hưởng tới chất lượng nước, chủ yếu do làm giảm lượng oxi trong nước khi các tảo phân hủy. Lượng oxi suy giảm gây ảnh hưởng có hại tới cá và các hệ sống dưới nước, ảnh hưởng tới sự phát triển của các vi sinh vật và côn trùng cũng như làm thoái hóa các tài nguyên tự nhiên. Do vậy, hàm lượng PO4 3- trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp phải được kiểm soát chặt chẽ qua các công nghệ xử lý nước thải. Thực tế có nhiều nghiên cứu trong vấn đề sử dụng bùn đỏ để xử lý nước thải và bùn đỏ đã được chứng minh có khả năng hấp phụ: Flo, Crom, thuốc nhuộm, các kim loại nặng và Photphat trong dung dịch nước. Do có hàm lượng Ca, Al, Fe cao nên bùn đỏ là một chất hấp phụ kinh tế sử dụng trên lượng lớn. Các nghiên cứu trước đây cho thấy Photphat có kết tủa với Canxi thành dạng Apatit và đặc biệt là Hydroxyapatit (HAP). Theo Zhao và các cộng sự, hiệu suất hấp phụ Photphat phụ thuộc vào nồng độ PO4 3- ban đầu, giá trị pH ban đầu và giá trị pH cuối của dung dịch. Trên cơ sở mẫu bùn đỏ lấy tại tập đoàn nhôm Shandong, tỉnh Shandong, Trung Quốc, nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ PO4 3- đạt 97,6% tại điều kiện thí nghiệm tối ưu bao gồm: 20 Nồng độ PO4 3- : 25 mg/l. Lượng bùn đỏ: 1,5g . Giá trị pH ban đầu: pHi 3,0. Giá trị pH cuối: pHf 10.9 Một số công trình nghiên cứu cho thấy bùn đỏ có khả năng hấp phụ tốt với các chất gây ô nhiễm môi trường dạng aninic như PO4 3- và Cr2O7 2-. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng bùn đỏ biến tính để định hướng nghiên cứu làm vật liệu hấp phụ PO4 3- trong nước. 1.5 Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm [7, 17, 13, 21]. Ô nhiễm Asen trong nước ngầm là một vấn đề mang tính toàn cầu và trở thành một thử thách cho các nhà khoa học trên toàn thế giới. Đã có nhiều báo cáo về tình trạng này trong những năm gần đây từ nhiều khu vực trên thế giới như Mỹ, Trung quốc, Chilê, Mêhicô, Canada, Bănglađet, Ấn Độ và Việt Nam. Nhiễm độc Asen từ nước giếng khoan đã trở thành mối đe dọa đối với sức khỏe người dân vùng nông thôn nhiều nơi trên thế giới đặc biệt là ở Bănglađét. Ở Việt Nam theo nghiên cứu của Phạm Thị Kim Trang và cộng sự, hàm lượng Asen trung bình trong nước ngầm tại các giếng khoan một số vùng nông thôn đồng bằng sông Hồng lên tới 200- 300 μg/l (tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng Asen trong nước ăn theo Tổ chức Y tế thế giới và Việt Nam hiện nay là 10 μg ). Do đó, người dân sinh sống ở những vùng này có thể gặp rủi ro cao do sử dụng lâu ngày nguồn nước ô nhiễm Asen. Khi vào cơ thể, asen sẽ được lưu giữ và tích lũy dần trong các mô giàu chất sừng như tóc, móng tay và da. Khi tích lũy lâu ngày, Asen có khả năng gây ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác. Bảng 1.6: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước ăn, uống (Theo QCVN 01:2009-BYT) STT Chất ô nhiễm Đơn vị Giá trị giới hạn 1 Kẽm mg/l 3,000 2 Cadimi mg/l 0,003 3 Chì mg/l 0,010 4 Đồng mg/l 2,000 5 Asen mg/l 0,01 21 Bảng 1.7: Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (Theo TCVN 5945:2005) . Giá trị giới hạn STT Chất ô nhiễm Đơn vị A B C 1 Kẽm mg/l 3 3 5 2 Cadimi mg/l 0,003 0,010 0,500 3 Chì mg/l 0,1 0,5 1,0 4 Đồng mg/l 2 2 5 5 Asen mg/l 0,05 0,10 0,50 A: Đủ tiêu chuẩn đổ vào thủy vực dùng cho mục đích sinh hoạt; B: Đủ tiêu chuẩn đổ vào thủy vực không thuộc A; C: Đổ vào các khu tập trung xử lý. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng bùn đỏ biến tính để định hướng trong việc xử lý asen đối với nguồn nước bị ô nhiễm. 22 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng nghiên cứu. Các mẫu bùn đỏ được lấy tại nhà máy hóa chất Tân Bình trong quá trình sản suất. 2.2 Nội dung nghiên cứu. - Phân tích thành phần của bùn đỏ thô. - Xác định thành phần và cấu trúc pha của mẫu bùn đỏ bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. - Nghiên cứu các điều kiện để hoạt hóa bùn đỏ. - Nghiên cứu, đánh giá khả năng hấp phụ photphat của bùn đỏ sau khi được hoạt hóa. - Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm. 2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu. 2.3.1 Trang thiết bị . 1. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300 của hãng Perkin Elmer , có kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa và lò graphit (HGA-600). 2. Thiết bị Nhiễu xạ tia X D5000 do hãng SIEMENS, CHLB Đức sản xuất. 3. Cân phân tích chính xác đến 10-5 của hãng Satorius. 4. Máy lắc JSOS 500 của hãng JS Research Inc. 5. Máy li tâm Multifuge 3S-R, Heraeus. 6. Máy đo pH 691 PH Meter Metrolm. 2.3.2 Hóa chất và dụng cụ. 1. Axit HNO3 65%. 2. Thuốc thử Amstrong. 3. Axit HCl. 4. Axit Ascobic. 5. Axit H2SO4. 6. Dung dịch chuẩn photpho 1000 ppm. 7. Cốc thủy tinh, bình định mức, phễu thủy tinh, pipet, giấy lọc. 23 8. Ống ly tâm polyme 50ml. Các hóa chất đều là loại tinh khiết phân tích của Merck. Dụng cụ được ngâm trong dung dịch HNO3 trong 24 giờ, sau đó rửa sạch bằng nước cất. 2.4 Lấy mẫu, tiền xử lý và hoạt hóa mẫu bùn đỏ. 2.4.1 Mẫu bùn đỏ thô. Mẫu bùn đỏ được lấy tại nhà máy Hóa chất Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh ở dạng bùn thải ướt, sau đó mẫu được ly tâm với tốc độ 2400 vòng/phút để loại dịch bám theo bùn đỏ. Mẫu bùn thải khô được sấy khô ở 105oC để phục vụ nghiên cứu. 2.4.2 Hoạt hóa bùn đỏ. - Hoạt hóa bằng nhiệt: Mẫu bùn đỏ sau khi ly tâm và sấy khô ở 105 oC, Mỗi mẫu cân 50g bùn đỏ khô cho vào chén sứ và nung nóng tới nhiệt độ khác nhau: 200 oC, 400 oC, 600 oC , 800 oC, 900 oC trong vòng 4 giờ. - Hoạt hóa bằng axit: Mẫu bùn đỏ sau hoạt hóa bằng nhiệt được hòa tan trong 1lít dung dịch HCl có nồng độ: 0,25M; 0,5M; 1M; 1,5M; 2M khuấy đều trong 2 giờ. Sau đó lọc và rửa với 1lít nước cất để loại bỏ axit dư và các chất tan khác. Phần cặn sau đó được sấy khô tại 105 oC trong 4 giờ. 2.5 Tiến hành thực nghiệm. 2.5.1 Phân tích thành phần của bùn đỏ [1,5,11,12,16,17,]. 2.5.1.1 Xử lý mẫu bùn đỏ. Cân 0,5 gam mẫu bùn đỏ sau khi đã sấy khô ở 120 - 130 0C đến khối lượng không đổi, trộn đều với 1 gam natri cacbonat trong chén bạch kim. Tiến hành nung chảy trong lò từ nhiệt độ thấp đến khoảng 900 - 980 0C và giữ ở nhiệt độ này trong 20 - 25 phút. Khi mẫu chảy thành một khối linh động đồng nhất, lấy chén ra khỏi lò. Rửa thành ngoài và đáy chén bằng nước. Đặt chén vào cốc chịu nhiệt 250 ml, cẩn thận rót vào cốc 30 -35 ml dung dịch axit clohiđric (1+1) để lấy khối chảy ra khỏi chén. Rửa sạch chén bằng axit clohiđric (1+1), sau đó bằng nước. 24 2.5.1.2 Phân tích silic. - Tách axit silic và xác định silic đioxit. Dung dịch thu được sau khi phân huỷ mẫu ở trên đem nung nóng và làm bay hơi trên bếp cách thuỷ hoặc cát. Cô cho dung dịch đến dạng muối ẩm, sau đó thêm 20 ml dung dịch axit sunfuric (1+2). Tia nước rửa thành cốc rồi đun nóng để hoà tan muối. Cho 10 ml dung dịch gielatin 1%, khuấy đều dung dịch 2 -3 phút. Thêm 30 ml nước nóng. Để yên trên bếp cách thuỷ 10 phút. Lọc dung dịch vào bình định mức 250 ml qua giấy lọc băng xanh (đường kính 11 cm). Rửa kết tủa 3 -4 lần bằng axit clohiđric 2% và sau đó rửa 8 -10 lần bằng nước nóng đến sạch ion Cl- (thử bằng dung dịch bạc nitrat). Chuyển kết tủa vào chén bạch kim đã được nung trước 950 0C đến khối lượng không đổi. Tro hoá giấy lọc và nung kết tủa ở 950 0C trong 1,5 - 2 giờ. Lấy chén ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng và đem cân. Cho vào kết tủa vài giọt axit sunfuric (1+ 1), 5-6 ml axit flohiđric đặc. Đun nóng đến thoát khí anhiđrit sunfurơ và bốc khô. Phần bã còn lại trong chén sau khi xử lí với axit flohiđric ở trên đem nung ở 950 0C trong 10 phút. Lấy ra, để nguội trong bình hút ẩm rồi cân lại khối lượng. Hiệu số khối lượng trước và sau khi xử lí bằng axit flohiđric là lượng silic đioxit. Bã trong chén sau khi cân đem nung chảy với 1 gam kali pyrosunfat ở nhiệt độ 400 - 450 0C trong 10 phút. Hoà tan khối chảy bằng nước nóng đã axit hoá bằng vài giọt axit clohiđric. Dung dịch thu được đem nhập với phần nước lọc tách silic trong bình định mức 250 ml ở trên. Định mức đến vạch bằng nước, lắc đều (dung dịch I). Dung dịch này dùng để xác định các nguyên tố tiếp theo (nhôm, sắt, titan, canxi, magie...). Hàm lượng silic đioxit được tính theo công thức: 1 2 0 2% 100 G G G SiO G    Trong đó: G1: Khối lượng chén và tủa silic đioxit trước khi xử lí bằng axit flohiđric, g. 25 G2: Khối lượng chén và cặn sau khi xử lí bằng axit flohiđric, g. G0: Khối lượng tạp chất trong mẫu trắng sau khi xử lí bằng axit flohiđric, g. G: Lượng cân mẫu, g. 2.5.1.3 Phân tích Titan. Lấy chính xác 10 -25 ml dung dịch sau khi phân huỷ mẫu ở trên cho vào bình định mức 50 ml. Lần lượt thêm 5 ml dung dịch axit sunfuric (1+1), 2 ml axit photphoric d = 1,72; 0,5 ml hiđropeoxit 30%. Sau mỗi lần thêm một thuốc thử phải lắc đều. Thêm nước đến vạch, lắc đều dung dịch. Để yên 15 phút rồi đo mật độ quang của phức màu tại bước sóng 410nm với cuvet có chiều dày 10 mm. Dung dịch so sánh là dung dịch mẫu trắng có tất cả các thuốc thử như mẫu phân tích. - Xây dựng đồ thị chuẩn. Dùng dung dịch chuẩn titan, lập một dãy chuẩn trong các bình định mức 50ml có thứ tự nồng độ TiO2 như sau: 0; 0,2;0,4; 0,6; 0,8; 1,0...; 1,5 mg/ml. Lần lượt thêm các thuốc thử và tiến hành như mẫu phân tích rồi lập đồ thị chuẩn theo giá trị mật độ quang đo được. - Cách tính kết quả. Hàm lượng titan oxit được tính theo công thức dm. 2 . 100 % . .1000h aV TiO V G  Trong đó: a: Lượng titan oxit tuơng ứng với mật độ quang đo được, xác định theo đồ thị chuẩn, mg; V đm: Thể tích định mức dung dịch mẫu, ml. V h: Thể tích dung dịch lấy mẫu để phân tích, ml. G: Lượng cân tối thiểu. 2.5.1.4 Phân tích hàm lượng Nhôm. Lấy chính xác 25ml dung dịch sau khi phân huỷ mẫu trên cho vào bình nón 250 ml. Thêm 15 - 20 ml dung dịch trilon B 2% rồi từ từ trung hoà bằng dung dịch amoni hiđroxit (1+1) tới đổi màu chỉ thị metyl da cam từ hồng sang vàng. Cho 25 - 30 ml 26 dung dịch đệm axetat pH = 5.6. đun đến sôi trong 3 phút. Để nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng, thêm 30mg chỉ thị xylen da cam. Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn kẽm axetat tới khi chuyển màu từ vàng sang hồng. Không cần ghi thể tích dung dịch chuẩn đã tiêu tốn. Tiếp tục cho thêm 30 - 35 ml dung dịch natri florua bão hoà. Đun dung dịch đến sôi và để sôi trong 3 phút. Để nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng, thêm 10mg chỉ thị xylen da cam. Chuẩn độ dung dịch lần nữa bằng dung dịch chuẩn kẽm axetat tới chuyển màu từ vàng sang hồng. Lần này ghi thể tích dung dịch chuẩn kẽm axetat đã tiêu tốn. - Cách tính kết quả. Tổng hàm lượng nhôm oxit và titan oxit (qui ra nhôm oxit) được tính theo công thức: . . .100 % . .1000 dm h T V V X V G  Trong đó: %X: Tổng hàm lượng nhôm oxit và titan oxit (qui theo nhôm oxit). T: Độ chuẩn của dung dịch kẽm axetat theo nhôm oxit (g/ml). V: Thể tích dung dịch chuẩn kẽm axetat tiêu tốn cho chuẩn độ dung dịch sau khi cho natri florua, ml. Vđm: Thể tích định mức dung dịch mẫu, ml. Vh: Thể tích dung dịch mẫu lấy để phân tích, ml. G: Lượng cân mẫu. Hàm lượng nhôm oxit tính theo công thức %Al2O3 = %X - %TiO2 * 0,638 trong đó 0,638 là hệ số tính chuyển từ titan oxit ra nhôm oxit. 2.5.1.5 Phân tích Sắt. Lấy chính xác 25ml dung dịch sau khi phân huỷ mẫu ở trên cho vào bình nón 250 ml. Thêm 5 ml dung dịch axit clohiđric (1+1). Đun nóng đến gần sôi rồi vừa nhỏ từng giọt dung dịch thiếc (II) clorua 10% vừa lắc cho tới khi dung dịch mất 27 màu vàng. Cho dư 1-2 giọt dung dịch thiếc nữa. Làm nguội nhanh dung dịch đến nhiệt độ phòng bằng cách ngâm trong nước lạnh. Cho 5ml dung dịch thuỷ ngân (II) clorua bão hoà, lắc đều. Để yên dung dịch 3 -5 phút, thêm 15ml dung dịch hỗn hợp knốp, 50 ml nước, 1-2 giọt chỉ thị natri diphenylamin sunfonat 0,1% và chuẩn độ bằng dung dịch kali bicromat đến xuất hiện màu tím bền trong 30 giây. Ghi thể tích dung dịch kali bicromat tiêu tốn cho chuẩn độ. - Cách tính kết quả Hàm lượng sắt (III) oxit tổng số được tính theo công thức: 2 3 . . .100 % ( ) . dm h T V V Fe O ts V G  Trong đó: T: Độ chuẩn của dung dịch kali bicromat theo sắt (III) oxit, (g/ml) V: Thể tích dung dịch chuẩn kali bicromat tiêu tốn cho chuẩn độ, ml Vđm:Thể tích định mức dung dịch mẫu, ml Vh: Thể tích dung dịch mẫu lấy để phân tích, ml G: Lượng cân mẫu (g). 2.5.2 Quy trình xác định PO4 3- theo phương pháp trắc quang - Phạm vi ứng dụng Phương pháp này được áp dụng để phân tích photphat (PO4 3-) trong các mẫu nước uống, nước mặt, nước ngầm, và nước thải. - Nguyên tắc Ion photphat phản ứng với Amoni molipdat và Antimonyl tartrat trong môi trường axit tạo thành hợp chất Antimony – photpho – Molipdat có màu vàng, phức này được khử bằng axit ascorbic tạo thành hợp chất có màu xanh, cường độ màu của phức tỷ lệ với nồng độ PO4 3- trong mẫu. Mật độ quang được đo tại bước sóng 880nm. - Chất ảnh hưởng 28 Trong điều kiện của phép phân tích này, arsenat có phản ứng tương tự như photphot, tuy nhiên nồng độ của asen trong mẫu nhỏ, nên ảnh hưởng này có thể bỏ qua. Nồng độ cao của sắt có thể gây ra kết tủa Fe(PO4 3-) và làm giảm nồng độ photphot trong mẫu, do vậy đối với mẫu nước có hàm lường sắt cao cần axit hóa mẫu trước khi lọc bằng axit sunphuric. - Thiết bị Hệ thống máy đo quang vùng tử ngoại và khả kiến. - Hóa chất và dụng cụ * Dung dịch chuẩn gốc PO4 3- 1000ppm. * Dung dịch chuẩn làm việc PO4 3- 10ppm; hút 1ml dung dịch chuẩn gốc photphat 1000ppm cho vào bình định mức 100ml và định mức tới vạch. * Thuốc thử Amstrong: 122ml H2SO4 đặc vào 800ml nước cất, sau đó thêm 10,5g Amoni molipdat và 0,3g Antimonyl tartrat, đun nóng cho đến khi hòa tan hoàn toàn, định mức đến 1lít bằng nước cất. * Axit Ascobic: hòa tan 3g axit ascobic trong 100ml nước cất dung dịch này được bảo quản trong chai thủy tinh nâu và bền trong vòng 1 tuần khi bảo quản lạnh. * Axit HCl 6N (pha loãng 50ml HCl đặc trong 50ml nước cất). * Các loại bình định mức: 50ml, 100ml. * Các loại pipet 1ml, 5ml, 10ml. - Quy trình phân tích * Chuẩn bị dung dịch làm việc: từ dung dịch gốc PO4 3- 1000ppm chuẩn bị ra dung dịch chuẩn làm việc có nồng độ PO4 3- 10ppm. * Xây dựng đường chuẩn 29 Bảng 2.1: Nồng độ PO4 3- của các mẫu để xây dựng đường chuẩn TT Dung dịch làm việc PO4 3- 10ppm(ml) Nồng độ PO4 3- (mg/l) Định mức đến thể tích (ml) 1 Mẫu trắng 0 50 2 0.25 0.05 50 3 0.50 0.10 50 4 1.0 0.20 50 5 2.0 0.40 50 6 4.0 0.80 50 7 5.0 1.00 50 * Chuẩn bị mẫu Mẫu phân tích PO4 3- phải được lọc qua giấy lọc 0.45µm và điều chỉnh pH của về trung tính bằng H2SO4 đặc hoặc NaOH sử dụng chỉ thị phenolphthalein. Lấy 50ml mẫu cho vào binh 100ml thêm 5ml thuốc thử amstrong và 1ml axit ascobic. Đợi 20 phút sau đó đo mật độ quang ở bước sóng 880nm. Lưu ý : có thể điều chỉnh tỷ lệ mẫu và thuốc thử đối với những mẫu có thể tích nhỏ lấy 25ml mẫu thêm 2.5ml thuốc thử amstrong và 0.5ml axit ascobic. * Lập đường chuẩn và phân tích mẫu: + bật máy đo quang + chọn bước sóng 880nm + điều chỉnh mẫu trắng về độ hấp thụ bằng 0(ấn Zero) + lập đường chuẩn + đo mẫu * Tính toán: Nồng độ của PO4 3- được tính toán dựa theo đường chuẩn. 2.5.3 Phân tích asen [18, 21]. Hàm lượng asen trong mẫu trước và sau khi hấp phụ bằng bùn đỏ được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphít. 30 Các điều kiện đo phổ và chương trình nhiệt độ tối ưu được nghiên cứu lựa chọn như vạch đo, nguồn sáng, nhiệt độ sấy khô, nhiệt độ tro hóa luyện mẫu,nhiệt độ nguyên tử hóa, khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện của phương pháp. 2.6 Xử lí số liệu thực nghiệm. 2.6.1 Hiệu suất hấp phụ photphat - Hiệu suất hấp phụ photphat được tính như sau: H= i fi C CC  *100 (%) Trong đó: H: là hiệu suất hấp thụ photphat. Ci: là nồng độ photphat ban đầu. Cf: là nồng độ photphat sau hấp thụ. 2.6.2 Lượng PO4 3- hấp phụ trên một đơn vị khối lượng bùn đỏ Khối lượng PO4 3- hấp thụ trên một đơn vị khối lượng bùn đỏ được tính theo công thức X= m CC fi  * V (mg/g bùn đỏ) Trong đó: X: là nồng độ của PO4 3- được hấp thụ. Ci: là nồng độ PO4 3- ban đầu. Cf: là nồng độ PO4 3- sau hấp thụ. V: thể tích dung dịch. m: khối lượng bùn đỏ. Các kết quả thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Microsoft Office Excel 2007 và Minitab 15. 2.6.3 Đánh giá khả năng hấp phụ asen của bùn đỏ [18, 21]. Khả năng hấp phụ asen của bùn đỏ được đánh giá theo chế độ tĩnh, lượng bùn đỏ được sử dụng là 1g trong 50 ml dung dịch hấp phụ. Xử lý kết quả theo các công thức: 31 0( ).e e C C V Q m   và % Hấp phụ = 0 0 ( ).100%eC C C  Trong đó: Qe: Dung lượng hấp phụ (mg/g); C0: Nồng độ ion kim loại hoặc asen ban đầu (mg/l); Ce: Nồng độ ion kim loại cân bằng khi cân bằng được thiết lập (mg/l); V: Thể tích dung dịch ion kim loại hoặc asen (lít); m: Khối lượng hạt bùn đỏ. 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Kết quả phân tích thành phần bùn đỏ. Sau khi tiến hành vô cơ hóa mẫu bùn đỏ theo phương pháp vô cơ hóa khô sử dụng Na2CO3. Hàm lượng silíc được xác định bằng phương pháp trọng lượng, hàm lượng nhôm và sắt được xác định bằng phương pháp chuẩn độ, hàm lượng titan được xác định bằng phương pháp đo quang. Kết quả phân tích mẫu bùn đỏ thô được đưa ra ở bảng sau: Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần của bùn đỏ. STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Hàm lượng 1 Fe2O3 % 46.32 2 Al2O3 % 17.56 3 SiO2 % 6.70 4 TiO2 % 7.20 Kết quả phân tích ở bảng 3.1 cho thấy, thành phần chính của bùn đỏ là Fe2O3 và Al2O3, bùn đỏ có kích thước mịn và diện tích bề mặt riêng lớn nên sử dụng bùn đỏ làm các vật liệu hấp phụ là rất khả thi. 3.2 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ. Phương pháp nhiễu xạ tia X dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, cho phép xác định nhanh, chính xác các pha tinh thể, định lượng pha tinh thể và kích thước tinh thể với độ tin cậy cao. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp bột hay phương pháp Debye. Mẫu bùn đỏ được tạo thành bột với mục đích có nhiều tinh thể có tính định hướng ngẫu nhiên để chắc chắn rằng có một số lớn hạt có định hướng thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg. Kết quả xác định cấu trúc pha trên thiết bị Nhiễu xạ tia X D5000 do hãng SIEMENS sản xuất được đưa ra ở hình sau: 33 Hình 3.1: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ thô. Bảng 3.2: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ thô. STT Công thức hóa học Dạng tồn tại 1 Al(OH)3 Dạng gibbsite 2 FeO(OH) Geothite 3 Fe2O3 Hematite 4 SiO2 Quartz 5 1.08 Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicat hydrat 34 Kết quả phân tích thành phần và cấu trúc pha của bùn đỏ thô cho thấy, dạng kết tinh của bùn đỏ tồn tại ở 5 dạng chủ yếu bao gồm: Dạng gibbsite, Geothite, Hematite, Quartz Sodium Aluminum Silicat hydrat, mặc dù TiO2 chiếm 7,20% trong thành phần của bùn đỏ nhưng không xuất hiện cấu trúc pha tinh thể trong mẫu bùn đỏ. Các tín hiệu đặc trưng và thành phần chính trong cấu trúc pha là dạng Dạng gibbsite, Geothite và Hematite, những thành phần này tạo ra những tính chất hấp phụ của bùn đỏ. Theo tác giả H.Soner để tăng khả năng hấp phụ, bùn đỏ cần phải được hoạt hóa bằng phương pháp nhiệt sau đó hoạt hóa bằng axit. 3.3 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ sau khi hoạt hóa bằng nhiệt. Cân 50g bùn đỏ khô cho vào chén sứ và nung nóng tới nhiệt độ khác nhau: 200 oC, 400 oC, 600 oC và 800 oC trong vòng 4 giờ, mẫu sau khi hoạt hóa bằng nhiệt được tiến hành xác định cấu trúc pha bằng phương phổ nhiễu xạ tia X. Kết quả đựoc đưa ra các hình và bảng sau: Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 200oC. 35 Bảng 3.3: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 200oC STT Công thức hóa học Dạng tồn tại 1 Al(OH)3 Dạng gibbsite 2 FeO(OH) Geothite 3 Fe2O3 Hematite 4 SiO2 Quartz 5 1.08 Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicat hydrat Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 400oC. 36 Bảng 3.4: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 400oC. STT Công thức hóa học Dạng tồn tại 1 Al(OH)3 Dạng gibbsite 2 Fe2O3 Hematite 3 1.08 Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicat hydrat Hình 3.4: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 600oC. Bảng 3.5: Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ biến tính ở 600oC STT Công thức hóa học Dạng tồn tại 1 Fe2O3 Hematite 2 SiO2 Quartz 3 1.08 Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicat hydrat 37 Hình 3.5: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bùn đỏ biến tính ở 800oC.