---------------------
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUẶNG KHOÁNG TỰ NHIÊN
XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM FLORUA
TRƯỜNG HỢP NHÀ MÁY PHÂN LÂN VĂN ĐIỂN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2015
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1.Laterit
1.1.1.Giới thiệu về laterit.
Laterit là loại đất giàu chất sắt và nhôm, hình thành ở vùng nhiệt đới nóng và ẩm ướt.
Laterit có màu đỏ là màu của ion sắt. Laterit được hình thành trong quá trình rửa trôi các
nguyên tố đá mẹ đặc biệt là các nguyên tố dễ bị hòa tan như Si, Na, K, Ca, Mg,... sau đó
có sự tích tụ tuyệt đối các ion Fe, Al, Mn trong các tầng đất, dưới tác động của các điều
kiện môi trường như sự phong hóa, dòng chảy, mạch nước ngầm thay đổi, mất thảm phủ,
xói mòn,... Các cation này có sẵn trong môi trường đất nhiệt đới do mưa và tác động dòng
nước thấm, nước ngầm, chúng có cơ hội tập trung lại một chổ trong đất với mật độ cao.
Các cation này hấp thụ vào một nhóm mang điện tích âm (keo sét hoặc oxit sắt) hoặc một
tác nhân khác kết dính giữa các cation đó để tạo nên những liên kết tương đối bền vững.
Khi nhiệt độ môi trường lên cao, độ ẩm giảm thấp, các liên kết này mất nước, sẽ tạo nên
những oxit kim loại cứng chắc, do đó độ cứng cao và rất cao. Các ion này tập trung quanh
những phần tử nhỏ là những cation nhóm mang điện tích âm hay tác nhân có khả năng kết
dính xi măng. Chúng tạo liên kết với nhau. Mạch nước ngầm bị tụt xuống lớp trên mất
nước khả năng liên kết giữa chúng tăng và càng rắn chắc khi mất nước [4,6].
Các điều kiện hình thành đá ong
Nơi có độ dốc không cao lắm, có điều kiện tích tụ Fe, Al, Mn. Nhất là các vùng
Quá trình này sản sinh khi điều kiện môi trường đất bị phá hủy: thảm thực vật bị đốn trụi,
mạch nước ngầm thay đổi và có sự rửa trôi để đi đến sự tích tụ tuyệt đối Fe, SiO2, Al, Mn.
Khi quá trình tích tụ tuyệt đối kết thúc, (độ ẩm trong đất giảm thiểu thì cũng là lúc đất
màu mỡ biến thành đất chết). Hậu quả là toàn bộ hệ sinh thái đã bị tiêu diệt như Vĩnh
Phúc, Phú thọ, Hà Bắc một số vùng thuộc miền Đông Nam Bộ, Nam Trung Bộ và cả Tây
Nguyên nữa.
Quá trình tạo thành đá ong có thể diễn ra với tốc độ khác nhau thường là chậm
hàng thế kỉ nhưng cũng có trường hợp khá nhanh.
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của laterit
Trong laterit thành phần chủ yếu là hydroxit oxit sắt ngậm nước hay không ngậm
nước hoặc mangan, một phần rất ít oxit nhôm. Sự hình thành đá ong chỉ khác với quá
trình laterit là Fe2+ thường tập trung ở các vùng tương đối thấp có khả năng từng là một
dòng nước thổ nhưỡng hoặc dòng nước mặn trong mùa mưa. Trong tầng nước thổ nhưỡng
gần mặt đất chứa nhiều Fe2+. Các Fe2+ dễ dàng bị oxi hóa thành Fe3+ khi có điều kiện tiếp
xúc với oxy, chúng sẽ bị oxy hóa. các oxyt của chúng liên kết với các nhân là hạt keo sắt
kaolinit để tạo thành màng lưới dày đặt. khi mất nước chúng liên kết ngày càng chặt hơn.
Tùy loại đá ong người ta chia ra:
-
Đá ong tản kiểu buhanran.
-
Đá ong tản tổ ong, có nhiều lỗ, lỗ nhỏ như tổ ong
-
Đá ong hạt đậu
lớp này có chức năng dẫn mạch nước ngầm ở các khu vực nông thôn. Ở một số địa
phương người ta sử dụng laterit có sẵn để loại bỏ photpho và kim loại nặng để xử lí nước
thải.
Laterit là một nguồn quặng nhôm: Quặng tồn tại chủ yếu trong các khoáng vật và
hidroxit, gibbsite, boehmite và diaspore, giống như các thành phần của bauxite. Ở Bắc
Ireland người ta từng laterit như một nguồn cung cấp chính quặng sắt và nhôm. Quặng đá
ong cũng là nguồn quan trọng đầu tiên cung cấp niken.
Trong những năm gần đây các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy laterit
là vật liệu hấp phụ tốt, chí phí thấp trong việc loại bỏ florua trong nước.
1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua
Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu ở dạng ion florua hóa trị một, là thành phần của các
khoáng như floapatit [(Ca10F2)PO4)6], criolit( Na3AlF6) flospa (CaF2). Nó là một thành
phần chung của đất, trung bình 200 mg/Lkg trên toàn thế giới. Florua cũng có trong nước
tự nhiên, trung bình khoảng 0,2 mg/L ( Châu Âu và Bắc Mỹ), Trong nước biển nồng độ
florua vào khoảng 1,2 mg/L. Tính chung flo là nguyên tố có độ giàu thứ 13 trên trái đất,
chiếm 0,03% vỏ trái đất.
Flo được thải vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau. Khí florua (phần lớn là
HF) được phát ra do hoạt động của núi lửa và bởi một số ngành công nghiệp khác nhau.
Flo ở dạng khí và dạng hạt là sản phẩm phụ của hoạt động đốt than (than chứa 10 ÷
480 mg/L kg flo, trung bình 80 mg/kg) và được giải phóng ra trong quá trình sản xuất
5
thép và luyện các kim loại không chứa sắt. Việc sản xuất nhôm bao gồm việc sử dụng
criolit, flospar và nhôm florua thường là nguồn florua môi trường quan trọng. Các khoáng
có chứa florua thường cũng là vật liệu thô cho thủy tinh, gốm sứ, xi măng và phân bón.
Chẳng hạn, sự sản xuất phân photphat bằng sự axit hóa quặng apatit với H2SO4 giải
Năng lượng hidrat hóa của X = 121 Kcal/ptg
Năng lượng liên kết = 37 KcM/l
Thế điện cực chuẩn = 2,87V
- Năng lượng ion hóa rất cao của ion giải thích sự không tồn tại của ion flo dương. Ở
điều kiện thường flo là một chất khí không màu, nếu lớp dày thì có màu lục nhạt. Flo là
chất oxi hóa mạnh có thể tác dụng với tất cả các nguyên tố trừ N. Khả năng khử không
thể hiện ở flo.
- Một số đặc điểm của HF:
6
tosôi = 19,5oC
Độ dài liên kết X-X = 0,92Ao
tonóng chảy = -83oC
Mô men cực = 1,91D
Năng lượng liên kết=135 Kcal/mol
Độ phân ly của dung dịch 0,01N=2,87%
Ở điều kiện thường HF là không màu. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của HF
cao một cách bất thường so với các hidrohalogennua khác là do hiện tượng trùng hợp
Là hợp chất phân cực, HF tan vô hạn trong nước. Dung dịch nước của HF là dung
dịch axit và được gọi là flohidric hoàn toàn không thể hiện tính khử.
Axit flohidric là một axit yếu vì HF phân li kém và năng lượng liên kết HF rất lớn.
HF + H2O
H3 O+
+ F- với K = 7.10-4
Còn có thêm quá trình kết hợp của ion F- với phân tử HF
F- + HF
HF2- với K = 5
Vì lí do đó khi tác dụng với các dung dịch kiềm như NaOH hay KOH, axit
flohidric không tạo nên muối florua trung tính mà tạo nên muối hydroflorua như NaHF2
và KHF2.
Khác với axit khác, axit flohidric là axit duy nhất tác dụng với SiO2.
7
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
Sản phẩm silic tetraflorua sinh ra có thể tác dụng với HF dư tạo thành H2SiF6 tan
trong nước.
Axit HF cũng tác dụng với thủy tinh cho nên người ta không dùng chai thủy tinh
mà dùng chai bằng nhựa hay cao su để đựng axit đó. Đó là axit độc khi rơi vào da gây ra
vết bỏng khó lành.
Axit flohidric được dùng chủ yếu để điều chế quặng criolit nhân tạo dùng sản xuất
nhôm, dùng trong sản xuất crom, dùng để khắc thủy tinh, sản xuất axit chống gỉ, trong
sống con người và gia súc dưới những điều kiện nào đó. Các florua như đã được chỉ ra
đối với nguyên nhân gây phá hủy nhiễm sắc thể và sự đột biến trong các tế bào động và
thực vật, dẫn đến ảnh hưởng gây ra ung thư mạnh, mặc dù vậy, các vấn đề nghiêm trọng
nhất liên quan với sự nhiễm florua còn đang được tranh cãi, nhưng nói chung là ảnh
hưởng rối loạn bộ xương.
Sự ô nhiễm không khí có chứa florua có khả năng gây ra sự phá hủy rộng lớn hơn
đối với vật nuôi ở các nước công nghiệp phát triển so với bất kỳ các chất gây ô nhiễm nào
khác. Các triệu chứng ảnh hưởng thấy rõ là: Sự vôi hóa khác thường của xương và răng,
bộ dạng cứng nhắc, thân mảnh, lông xù, giảm cho sữa giảm cân.
Con người: Bệnh nhiễm flo nghề nghiệp đã được chuẩn đoán ở các công nhân ở
các xí nghiệp, đặc biệt là xí nghiệp luyện nhôm và phân bón photphat, mức nhiễm flo
xương đạt tới 2.000 mg/kg. Do lượng flo quá mức, men răng mất đi độ bóng của răng.
Florua được tích lũy chủ yếu ở dưới khớp cổ, đầu gối, xương chậu và xương vai, gây khó
khăn khi di chuyển hoặc đi bộ. Các triệu chứng của xương nhiễm flo tương tự như cột
sống dính khớp hoặc viêm khớp, xương sống bị dính lại với nhau và cuối cùng nạn nhân
có thể bị tê liệt. Nó thậm chí có thể dẫn đến ung thư và cuối cùng là cột sống lớn, khớp
lớn, cơ bắp và hệ thần kinh bị tổn hại. Bên cạnh đó tiêu thụ quá nhiều florua có thể dẫn
đến hàng loạt các tác hại như: Thoái hóa sợi cơ, nồng độ hemoglobin thấp đi, dị dạng
hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng, trầm cảm, các vấn đề về đường
tiêu hóa và tiết niệu, ngứa ran ở các ngón tay và ngón chân, giảm khả năng miễn dịch, phá
thai, phá hủy các enzim,..
Bằng chứng về ung thư ở cộng đồng nhiễm florua ở mức cao có sự tranh cãi. Một
số vượt quá mức bình thường bị ung thư đường hô hấp ở các mỏ flospar đã được công bố
ở Canada và một số nơi (Colorado).
1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay tại Việt Nam
Tại một số địa phương thuộc huyện Tây Sơn và An Nhơn, Vân Canh, tỉnh Bình
Định: Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Bình Định đã tiến hành điều tra thực trạng nhiễm flo
răng của học sinh tiểu học tại các huyện Tây Sơn và An Nhơn, Vân Canh, tỉnh Bình Định.
Số
mắc
Tỷ lệ
%
Số
khám
Số
mắc
Tỷ lệ
%
An Nhơn
9.582
612
6,4
4.745
301
6,3
22
1,5
750
13
1,7
730
9
1,2
Tổng
17.869
1.707
9,6
8.878
845
9,5
Tỷ lệ
%
Số
khám
Số
mắc
Tỷ lệ
%
An Nhơn
3.135
172
5,5
3.089
202
6,5
3.358
238
9
1,9
538
12
2,2
5.766
490
8,5
5.743
550
9,6
6.360
667
10,5
Vân Canh
xương khớp.
-
Tỉnh Khánh Hòa:
Tại huyện Ninh Hòa-Khánh Hòa, y tế địa phương đã phát hiện nhiều người dân bị
nhiễm flo răng. Tại Ninh Hòa bệnh “chết răng” đã được bệnh viện Ninh Hòa phát hiện từ
những năm 90. Báo cáo của đoàn địa chất Việt Tiệp cho biết nước ngầm ở vùng Ninh
Hòa có chứa nồng độ flo khá cao ( 2-13ppm). Ông Lê Văn Hùng, Giám đốc trung tâm
NS-VSMTNT Khánh Hòa cho biết: Không chỉ Ninh Hòa có nguồn nước ngầm bị nhiễm
11
nặng flo mà tại huyện Ninh Xuân còn có nhiều xã khác như: Ninh Trung, Ninh Phụng,
Ninh Thuận...nguồn nước ngầm cũng bị nhiễm nặng flo. Hàm lượng flo trong nguồn
nước giếng đào tại Ninh Xuân phổ biến từ 3-14ppm [12].
-
Tại huyện Ninh Phước tỉnh Ninh Thuận:
Mẫu nước được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6000-1995) và ( ISO 56671992) và chúng được phân tích sắc ký ion sử dụng đầu dò độ dẫn. Nồng độ flo lại hai xã
Phước Hà và Nhị Hà vượt khoảng 6 lần so với mức cho phép (TCVN 5944-1995).
Nguyên nhân dẫn đễn ô nhiễm flo ở Ninh Hòa được nhiều nhà nghiên cứu quan
tâm. Căn cứ vào tài liệu nghiên cứu địa chất thì vùng Ninh Hòa, cũng như suốt các dải
ven biển Nam Trung Bộ rất phát triển đá Macma thâm nhập và phun trào có thành phần
axit. Trong quá trình phong hóa các đá Macma axit một lượng flo được giải phóng và
phân tán vào môi trường nước. Các nguồn nước khoáng giàu flo (tới 9,2 mg/l) cũng có thể
là nguồn ô nhiễm. Mặt khác liên quan tới các phức hệ đã macma xâm nhập granit trong
khu vực thường có mặt quặng fluorit, là nguồn gốc nhiệt dịch ( ở huyện Đồng Xuân , Phú
Yên). Nước dưới đất có thể mang flo đi xa nguồn khoáng hóa fluorit với khoảng cách lớn.
theo quy định. Sau khi thêm phèn và nước vôi vào nước thô, khối nhôm hydroxit không
tan được hình thành, lắng xuống đáy và kết tủa florua. Tuy nhiên một số nhược điểm của
kỹ thuật này cũng đã được báo cáo của vài nhà nghiên cứu, ví dụ như nồng độ nhôm cao
còn lại ( 2-7mg/l) trong nước đã xử lí cao hơn các tiêu chuẩn WHO: 0,2 mg/l.
-
Trong số các phương pháp khác nhau loại bỏ florua từ nước uống, quá trình hấp
phụ được sử dụng rộng rãi và cho kết quả khả quan và là một phương pháp hiệu quả hơn
cho việc loại bỏ florua về chi phí, thiết kế và vận hành đơn giản. Chất hấp phụ truyền
thống và phi truyền thống khác nhau đã được đánh giá cho việc loại bỏ florua dưới đây:
Kỹ thuật hấp phụ
Mặc dù phương pháp màng xử lý F- một cách hiệu quả đến mức có thể chấp nhận
được, nhưng phương pháp hấp phụ vẫn có vị trí quan trọng trong nghiên cứu loại bỏ
florua do khả năng ứng dụng thực tế cao và chi phí thấp hơn. Bản chất của chất hấp phụ
florua dựa trên khoáng chất, đặc biệt là đất sét có chứa oxit sắt, oxit nhôm và silicon. Về
lý thuyết, hấp phụ florua trên các hạt rắn phải gồm ba bước:
+ Khuếch tán và vận chuyển các ion F- một cách hiệu quả đến bề mặt ngoài của vật
liệu hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt phân cách pha xung quanh các hạt vật liệu hấp phụ,
được gọi là chuyển khối ngoài.
+ Hấp phụ các ion F- trên bề mặt hạt.
+ Các ion F- có thể trao đổi với cấu trúc bên trong hạt vật liệu hấp phụ, phụ thuộc
vào thành phần hóa học của chất rắn, hoặc của các ion florua được hấp phụ chuyển đến bề
mặt của lỗ xốp (khuếch tán trong hạt).
Để đánh giá một chất hấp phụ cho mục đích ứng dụng thực tế, cần phải xem xét
dung lượng hấp phụ trong các dung dịch, pH, thời gian hấp phụ, cân bằng, tái sinh, và tải
trọng khi có mặt các anion và cation ảnh hưởng.
13
gian tiếp xúc, lượng chất hấp phụ, nhiệt độ trước khi hấp phụ, nhiệt độ trước và sau khi
hấp phụ, hàm lượng F- và pH ban đầu. Hiệu quả loại bỏ F- tăng khi tăng nhiệt độ xử lý
14
trên 2000C, nhưng nếu tăng nhiệt độ lên cao thì hiệu quả loại bỏ F- lại giảm. pH tối ưu với
hấp phụ F- đối với cả hai vật liệu UHA và THA đều là pH=4,0-9,0. Các dữ liệu hấp phụ ở
pH môi trường cũng phù hợp với mô hình hấp phụ của THA và UHA lần lượt là
23,4 mg/g và 7 mg/g.
Thứ tự các ion hấp phụ chọn lọc trên nhôm hoạt tính ở pH = 5,5-8,5 được báo cáo:
OH > H2AsO4- > Si(OH)3O- > HSeO3- > F- > SO42-> CrO42-> HCO3- > Cl- > NO3- > Br- >
I-.
Vật liệu nhôm hoạt tính được tái sinh bằng cách rửa giải bằng dung dịch NaOH 4%
để OH chiếm chỗ F- trên bề mặt vật liệu. Sau đó rửa giải bằng dung dịch axit để lập lại
điện tích dương trên bề mặt nhôm hoạt tính. Nhược điểm lớn nhất khi hấp phụ trên nhôm
hoạt tính là pH
với các oxit sắt ngậm nước. Tang et al (2009) đã báo cáo một nghiên cứu chi tiết về sự
hấp phụ F- bằng cách sử dụng hạt hidroxit sắt thương mại. Tổng số thí nghiệm bao gồm
pH, cường độ ion và anion khác nhau cùng tồn tại như photphat, sunfat, cacbonat và
clorua để nghiên cứu khả năng hấp phụ.
Hợp chất nhôm mang thêm các khoáng chất canxi
Kỹ thuật Nalgonda, được đặt tên sau khi ngôi làng ở Andhra Pradesh, Ấn Độ xuất
hiện phương pháp này, dựa trên khả năng hấp phụ florua trên khối hidroxit nhôm được
tạo thành trong dung dịch. Hai hóa chất, phèn (Nhôm sunfat hoặc kali nhôm sunfat) và
vôi (CaO) nhanh chóng trộn với nước ô nhiễm florua. Sau đó khuấy nhẹ, đặt bông – như
khối (nhôm hydroxit) mang F- bị phân tán và được loại bỏ sau khi ổn định. Kỹ thuật
Nalgonda đã được giới thiệu ở nhiều nước như Ấn Độ, Kenya, Senegal và Tanzania.
Thiết lập đơn giản, không tốn kém, thích hợp trong các hộ gia đình. Kỹ thuật này có
thể thực hiện trên một quy mô lớn hay nhỏ, và kỹ thuật phù hợp cho công cộng hoặc sử
dụng trong gia đình. Một hộ gia đình thực hiện hai thùng 20 lít, trong thời gian xử lí một
16
giờ, nhưng không quá hai giờ sau khi sử lý và keo tụ, nước đã được xử lý thu hồi thông
qua một vòi nước 5 cm trên đáy của thùng thứ nhất, một cách an toàn trên mức bùn, và
được lưu trữ để uống trong ngày ở thùng thứ hai. Dahi đã mô tả hoạt động của kỹ thuật
Nalgondal trong làng Tazan – Nian của Ngurdoto. Nồng độ F- trong nước khác nhau theo
mùa 12,5 và 8,8 mg/L. Liều lượng phèn 12,8 g và 6,4 g vôi trong thùng 20 lít đã giảm
nồng độ F- còn 2,1 ± 0,7 mg/l vẫn trên mức giới hạn WHO khuyến cáo là 1,5 mg/l. Mặc
dù quá trình Nalgonda đã được tuyên bố là kỹ thuật hiệu quả nhất để loại bỏ Florua, tuy
nhiên nó vẫn có những nhược điểm sau:
+ Quá trình này loại bỏ được một phần nhỏ F- (18-33%) do các dạng kết tủa và biến
đổi phần lớn các ion F- ( 67-82%) vào các ion phức Al3+, F-.
+ Nồng độ ion SO42- từ các kết tủa nhôm sunfat cao, và trong vài trường hợp nó vượt
quá giới hạn tối đa cho phép 400 mg/L.
năm 1967. Kể từ đó đã có một số lượng lớn nghiên cứu bao gồm cả việc sử dụng đất
Ando của Kenya, đất Illinois của Mỹ, đất Alberta, đất illite-goethite ở Trung Quốc, gồm
đất sét, đất sét nung, đất sét nung chip ở Ethiopia, bentonite và kaolinite và tro bay.
-Đất sét
Bower và Hatcher (1976) đã chỉ ra ràng hấp phụ florua khoáng sản và đất được đi kèm
với việc phát tán các ion OH-. Hấp phụ F- phụ thuộc vào nồng độ và được mô tả bằng
đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Cấu trúc của đất sét đóng vai trò quan trọng trong
việc xác định diện tích bề mặt của đất sét và các loại trao đổi có thể xảy ra với các ion
trong dung dịch (Puka-2004). Nói chung các bề mặt tích điện dương hấp phụ tốt hơn ion
mang điện tích âm, như F-. Khả năng hấp phụ mạnh phụ thuộc vào pH như pH thay đổi vị
trí trong phyllosilicates và cũng có khoảng như hemantite, gibbsite và goethite. Điện tích
dương trong điều kiện axit và âm trong môi trường kiềm. Khoảng pH cụ thể cho bề mặt
tích điện dương và âm phụ thuộc vào giá trị pKa của các axit liên hợp của các hydroxit
kim loại có mặt. Với đất sét ít được nghiên cứu cho đến nay Nam Phi là ví dụ, Puka đã
được thực hiện và báo cáo một nghiên cứu lớn về mối liên hệ giữa các thành phần đất sét,
tiền xử lí của đất sét, và đặc tính hấp phụ F- của nó.
-Đất sét nung
Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu loại bỏ F- sử dụng đất sét nung. Hauge của nhóm
nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hấp phụ F- bởi gốm. Tốc độ và dung lượng
hấp phụ F- liên kết khác nhau trên gốm với nhiệt độ nung khác nhau. Đất sét nung 6000C
là hiệu quả nhất. Nhiệt độ trên 7000C gây ra một sự suy giảm gắn kết F-, và gốm được
nung ở 9000C và cao hơn dường như không thể loại bỏ được F- từ nước. Chất nung ở
5000C hoặc ít hơn bị nứt vỡ trong nước.
18
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn.
19
Hòa tan 577,8 mg Na2HPO4.12H2O bằng nước cất rồi định mức đến 1000 ml. Đựng trong
chai thủy tinh, dùng để pha ra các dung dịch có nồng độ thấp trong các thí nghiệm.
-
Pha dung dịch phân tích: dung dịch Vanadat – Molipdat
+ Dung dịch 1: Hòa tan 12,5 gam amoni molipdat (NH4)6Mo7O24. 4H2O bằng nước cất rồi
định mức đến 150 ml.
+ Dung dịch 2: Hòa tan 0,625 gam amoni vanadat (NH4VO3) trong 150 ml nước cất đun
sôi, để nguội, sau đó thêm 165 ml HCl đặc.
+ Trộn dung dịch 1 với dung dịch 2 rồi định mức đến 500 ml bằng nước cất.
2.2.1.3. Chuẩn bị hóa chất phân tích silic
- Pha dung dịch chuẩn silic: 1000 mg/l
Hòa tan 4,73 gam Na2SiO3.9H2O trong nước cất đun sôi, để nguội rồi định mức đến
1000 ml.
- Pha dung dịch phân tích:
+ Dung dịch amoni molipdat 10%: Hòa tan 10 gam amoni molipdat (NH4)6Mo7O24. 4H2O
bằng 100 ml nước cất rồi dùng NH3 điều chỉnh pH = 7-8.
+ Dung dịch HCl (1:1): Trộn 50 ml HCl với 50 ml nước cất.
2.2.1.4 .Chuẩn bị hóa chất chế tạo vật liệu hấp phụ
- Dung dịch Al3+ 1%:
Hòa tan 4,47 gam AlCl3. 6H2O trong nước cất rồi định mức đến 500ml.
- Dung dịch Al3+ 5%:
Hòa tan 22,36 gam AlCl3. 6H2O trong nước cất rồi định mức đến 500ml.
- Dung dịch Al3+10%:
Hòa tan 44,71 gam AlCl3. 6H2O trong nước cất rồi định mức đến 500ml.
- Dung dịch Al3+15% :
Các dụng cụ thí nghiệm dùng để phân tích và hấp phụ florua bằng nhựa PE.
2.3. Các phương pháp thực nghiệm
2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu.
Trong tất cả các loại phương pháp phân tích, dù phân tích hóa học đơn giản hay
các phương pháp phân tích công cụ hiện đại, để xác định được hàm lượng của các chất,
nguyên tố hay ion,… thì rất hiếm, hầu như không có phương pháp nào phân tích nào có
thể đo đạc, xác định trực tiếp chính xác được các chất, khi nó đang tồn tại trong mẫu ban
đầu nguyên khai ở hiện trường thực tế. Do đó thực tế bắt buộc chúng ta phải lấy mẫu
phân tích của đối tượng cần nghiên cứu để xử lý và xác định các chỉ tiêu mong muốn tại
phòng thí nghiệm có đủ điều kiện cần thiết [9, 11].
Mục đích của việc lấy mẫu phân tích là chọn một thể tích nhỏ (hay khối lượng
nhỏ) phù hợp và vừa đủ của đối tượng cần nghiên cứu phân tích để làm phân tích ngay tại
hiện trường, hay đóng gói vận chuyển về phòng thí nghiệm để xử lý và xác định (định
tính hay định lượng) các chất chúng ta mong muốn nhưng lại đảm bảo giử nguyên đúng
thành phần của đối tượng thực tế lấy mẫu, lấy mẫu là giai đoạn đầu của quá trình phân
tích. Nếu lấy sai thì quá trình phân tích không thể hiện đúng kết quả phân tích phản ánh
đúng thực tế. Do đó việc lấy mẫu cần tuân thủ những điều kiện nhất định.
- Dụng cụ chứa mẫu: Đối với loại mẫu lỏng có thể dùng can thùng (thủy tinh hay nhựa)
có nút kín; chai, lọ, bình (thủy tinh hay nhựa) có nút kín, túi nilon có nút, các ống có nút
kín.
21
- Dụng cụ lấy mẫu bề mặt: Để lấy mẫu phân tích hoá học thường chỉ cần nhúng một bình
rộng miệng (thí dụ xô hoặc ca) xuống ngay dưới mặt nước, nếu cần lấy mẫu ở một độ sâu
đã định (hoặc lấy mẫu các khí hoà tan), thì nhất thiết phải dùng các thiết bị khác.
- Các cách lấy mẫu phân tích: Việc lấy mẫu theo kiểu nào là tùy thuộc vào mục đích
+ Xỉ trải lót đường cạnh nhà máy
Các mẫu nước được lấy vào hai thời điểm khác nhau trong năm. Do thành phần
phân tích có florua nên mẫu được đựng trong các lọ nhựa PP. Mẫu thực tế được phân tích
thành phần trong vòng 24 giờ tính từ thời điểm lấy mẫu, phần còn lại được bảo quản trong
tủ đá có nhiệt độ từ 0 đến 20C.
2.3.2. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ florua từ laterit.
a. Laterit thô
Laterit đã được nghiền lấy cỡ hạt từ 0,5 – 1,5 mm đem rửa sạch nhiều lần bằng
nước cất, sau đó sấy khô, để nguội. Kí hiệu vật liệu là M1.
b. Biến tính laterit bằng phương pháp ngâm tẩm nhôm clorua
Quy trình chế tạo vật liệu laterit M2 bằng cách biến tính laterit bằng phương pháp ngâm
tẩm nhôm clorua.
-
Cân chính xác 30 gam laterit M1, ngâm trong 50 ml HCl 1M lắc đều trong thời
gian 2 giờ. Sau đó thêm tiếp 13,42 gam AlCl3.6H2O, lắc đều trong 4 giờ.
Trung hòa dung dịch thu được bằng NaOH 1M , điều chỉnh pH = 6-7, ngâm trong
1 ngày.
Lọc và rửa sạch Cl- bằng nước cất (thử bằng dung dịch Ag+).
Đem sấy ở nhiệt độ 1000C cho đến khô, để nguội, cất trong lọ kín, sạch để sử dụng
cho các thí nghiệm.
Kí hiệu vật liệu là M2.
2.4. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu.
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD).
Nguyên tắc xác định: Theo nguyên lý về cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây
dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy định xác
định. Khi chùm tia Rơnghen đến bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể
thì mạng lưới này đóng vai trò như các phân tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị
Hiển vi điện tử là phương pháp sử dụng chùm tia electron năng lượng cao để khảo
sát những vật thể rất nhỏ. Kết quả thu được qua những khảo sát này phản ánh về mặt hình
thái, diện mạo và tinh thể của vật liệu mà chúng ta cần xác định. Phương diện hình thái
bao gồm hình dạng, kích thước của hạt cấu trúc nên vật liệu. Diện mạo là các đặc trưng bề
mặt của một vật liệu bao gồm kết cấu bề mặt hoặc độ cứng của vật liệu. Phương diện tinh
thể học mô tả cách sắp xếp của các nguyên tử trong vật thể như thế nào. Chúng có thể sắp
xếp có trật tự trong mạng tạo nên trạng thái tinh thể hoặc sắp xếp ngẫu nhiên hình thành
dạng vô định hình. Cách sắp xếp của các nguyên tử một cách có trật tự sẽ ảnh hưởng đến
các tính chất như độ dẫn, tính dẫn điện và độ bền của vật liệu.
Phương pháp hiển vi điện tử quét được phát triển lần đầu tiên vào năm 1942 và
thiết bị có giá trị thương mại được giới thiệu vào năm 1965. Phương pháp này được phát
triển muộn hơn so với TEM là do những khó khăn về mặt điện tử trong việc quét dòng
electron. Nhưng phương pháp SEM tỏ ra phổ biến hơn so với TEM do SEM có thể thu
được những bức ảnh có chất lượng ba chiều cao, có sự rõ nét hơn và không đòi hỏi phức
tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng bởi vì nó cho độ
phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù
hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt.
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét
Hình 2.2 là sơ đồ đơn giản của thiết bị SEM, chùm electron từ ống phóng được đi
25
Copyright: Tài liệu đại học ©