MỤC
LỤC
■
•
MỞ ĐẤU
PHÂN 1 : TỔNG QUAN
8
ỉ- Vai trò của nước và ảnh hưởng độc hại của các kim loại nặng trong nước
1. 1- Vai trò của nước
ô
1.2- Vai trò sinh hoá và độc tính của các nguyên tố hoá học
9
2- Đại cương về crom và niken
9
2.1- Giới ihiẻu chung về crom
2.2- Giới thiệu chuniỊ về niken
9
Ỉ2.
2.3- Độc lính của crom
lỹ
4.3.1- Nguyên lý chung của phưưnỉỉ pháp hấp phụ
2Ỉ
4.3.2- Qui luật chung cùa phương pháp hấp phụ
25"
4.3.3- Chọn chất hấp phụ
''2 6
4.3.4- Kỹ thuật hấp phụ
Z3
4.4- Phương pháp sắc ký trao đổi ion
3^
4.4.1' Thu hổi kim loại bằng nhựa cationit
35"
4.4.2- Thu hổi kim loại bàng nhựa anionit
^
5- Các phương pháp phân tích crom, niken.
^8
w
Pha hoá chất
B NGHIÊN CỨU TÁCH VÀ THU HỔI CROM
2 ,345678389:;
5/
€9
6?
3.2.2- Kháo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit
3.2.3- Khái) sát ánh hường của thời gian hấp phụ
70
4- Thu hồi crom bang phương pháp sác ký trao dổi ion trẽn nhựa cationit
axit mạnh
71
4. ] - Giới thiệu phương pháp sắc ký traođối ion
71
4.1.1 - Cơ sở của phương pháp
72
4 .1.2- Chuẩn bị nhựa
72
4.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thu hổi crom
báng nhựa cationit axit mạnh
72
5.3- Kháo sát các yếu lô' ảnh hưởng dến quá trình thu hồi crom bằng nhựa
calionit axil yếu
7B
5.3.1- Khảo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
5.3.2- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian rửa giái
8°
5.3.3- Khảo sát ánh hưởng của pH dung dịch rửa giải
5.3.4- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H 20 2 trong dung dịch rửa giải
82
5.3.5- Khảo sát ảnh hường của tốc độ hấp phụ
5.3.6- Kháo sát ánh hường của tốc độ rửa giải
84
5.3.7- Khảo sát lượng crom giải hấp theo các phân đoạn
86
»- Xử lý và thu hổi crom từ nước thai bè mạ quân đội Z121
6.1- Tách C rtf bằng NaOH
Qữ
4
2.2.3- Kết tủa N i2+ bằng Na2COj
95
2.1.1- Xác định nồng độ nikcn trong mẫu nước thải
2 . 1.2- Bài toán tìm pH cho Ni(OH )2 kết tủa lối ưu
2.2- N iihiên cứu thực nghiêm
2.2.1 - Kết lúa
Ni2+bằng NaOH
3- rách niken bàng phưoTig pháp hấp phụ trên Na-bentonit
98
VI - Xác định dung lượng hấp phụ
ọg
V2- Kháo sát khả năng hấp phụ cùa N i2+ trên Na-hentonit
9Ồ
v2 .1- Khải) sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit
ỷệ
3.2.2- Kháo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
ườị khônu ngừnụ tạo thèm cho nước những
*EFE
chất đặc hiệt khác có lợi
cho kỹ thuật và đời sống.
iệi như là một loai chất hoạt hoá cnzim . Chính vì vậy mà xuất hiện một khả
nàng nguy hiểm rất lớn đối với cơ thổ sống do việc một số nguyên tố như Cd, Ni,
Pb .. Có thể thay thế các nguyên tố cần thiết. Điều này gây ra hội chứng nhiễm
% .4 o $3 Z . C4 / < L 2 n ?% ;Q 7@ 5 6 3 L
Khi làm lạnh và axil hoá liếp tục dun tỉ dịch bằng axil sunfuric thì những
linh the anhvdriccromic dỏ sẫm sẽ tách ra:
K2Cr04 + H2S04= CrO, + K2SO, + H20
Còn nếu cho kiềm lác dụng lên polycromat thì quá trình diễn ra theo hướng
ngược lại và thu dirực cromat. Có thể biểu diễn quá trình tương hô cromat và
dicromal bàng phương trình phán ứng thuận nghịch:
2Cr()42 + 2H,()+ == C r / V + 3H20
Các chất Cr(VI) là những chất oxy hoá mạnh . Trong quá trình oxy hoá khử
chúng chuyển thành các dần xuất . Trong đỏ ở mổi trường trung tính sẽ tao thành
Cr(lIl)hyđroxit .
K2Cr2ơ 7+ 3(NH4)2S + H2() = 2Cr(OH), + 3S + 6NH, + 2KOH
Trong mồi trường axit tạo thành các dẫn xuất phức cation.
K,C'r,()7 + 3Na,SO(+ 4H2S04 = Cr2(S04)( + 3Na2S04 + K2S04+ 4H20
Trong môi Irirờnlí kiềm sẽ tạo thành các đản xuất phức anion [Cr(OH)6]3'
K2Cr,()7 + 3(NH4)2S + 4KOH + H20 = 2K,[Cr(OH)6j + 3S + 6NH,
Các hợp chất của crom có ímg dụng rộng rãi trong cổnu nghiệp ví dụ Cr2Oj
dược clùnu đổ diều chế strn màu và các chất xúc lác CrO, dùng đổ diều chế crom và
mạ crom các chi tiết máy và ngoài ra các hợp chất của crom còn đưực dùng trong
phân tích hoá học và tổng hc.ĩp hoá học.
2.2.Giứi thiệu chung về niken[14]
Nikcn là nguyên tố có số thứ tự 28 trong bảng HTTH, có trạng thái oxi hoá
2 . Trên trái đất niken nằm dưới dạng 5 đồníỉ vị bền. Lượng lớn niken tập trung
tronu quăng sunfua đổng nikcn ờ dạng đơn chất niken là kim loại trắng ánh kim ,
niken lạo thành 2 dạng thù hinb niken lục phương tồn tại dưới 250°c và nikcn có
12
mạng lâp pỉurơnu tám diộn . Niken có tính chất sắt lừ và có khối lượng riêng 8,9
có hệ sô dãn nớ nhiệt giống như thuý tinh, được dùng làm chất thay platin để gắn
với ihuỷ tinh....
Các hợp chất Ni(II) có số phối trí 6 và 4 ứng với sự phân bố các liên kết
Iheo hình bát diện và hình vuông phẳna (lai hoá đsp2) . Các phức chất hát diện của
Ni(ll) ihuận từ còn phức chất vuông phẳng thì nghịch từ.
Tronq số các phức chất cation của Ni(II) thì phức aquơ và amino là bền và
có cấu trúc electron như sau :
8 ' V d8‘a
Phức chất aquư có màu lục sáng:
NiF2.6H20 ,
2.6H20 , NiCC)3.6H2( ) ....
Phức chất amoniacal đổu có màu xanh đậm , tương đối dề tạo thành.
NiCI2 +6NH, = |Ni(NH3)6JQ2
Nhờ có sự tạo thành amoniacat mà Ni(()H)2 lan được khi có mặt amoniac và
muối amoni
Ni(OH)2 + 6NH, = [Ni(NH,)6](OH)2
Ni2+ có các phán ứng chính sau:
W2Phản ứng XW
Ni2++ 2()H = Ni(OH)2 ị lục
Cũnụ giống như sắt , Ni2+ có thể bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh như
Br2, Cl2 tạo thành Ni’+
2Ni(OH)2 + Br2 + 20H = 2Ni(OH), + 2Br
b- Phản ứng với C!`
NiCl2 + NH4()H = NiOHQ + NH4C1
NiOHCl + 5 NH4OH + NH.CI = [Ni(NH?)6J2+ + 2C\ + 6H2Q
N = c - CH,
\
YP
H, C- C = N
]
N = C- CH,
Ò - H .. .. Ẳ
2.3- Độc tính của crom:
Kim loại nặng có trong nước thải gây độc hại cho con người , động vật, thực
vậi. Tuỳ thuộc vào từng kim loại năng và hàm lượng của chúng. Đối với crom nó
gây ảnh hưởng lớn đến con người và động thực vật.
Đối vói con ngưòi [9J:
Trong nước thải crom ờ dạng Crỉ+ và Cr6+ nhưng Cri+ Ihường găp hơn .
Dạng này bị ảnh hưởng bởi mức độ khử của ion kim loại trong nước và cả các hợp
chất hữu cơ cố tính khử.
Nguồn gốc của nó là do chất thải từ công nghiộp mạ và quá trình đốt cháy
các nhiên liệu hoá thạch .
Hiệp hội WHO (Worrld Health Organization) tìm thấy 17 nguồn nước ngầm
và một nguồn nước bề mặt có chứa nồng độ Crom tổngcọM^ lớn hơn 50mg/l . Vào
nhĩrnu năm 1969 đến năm 1980 liên đoàn cứu trợ thế giới đã đề ra chỉ tiêu cho
nước uống với tổng nồng độ crom trung binh là lOmiỉ/l đối với nước bổ mặt và
16mu/l dối với nước ngầm.
•
x
Nước bề mặt
0 , 8
?y&
: (),5mg/l
16
•
Nước ăn, sinh hoạt : 0,05mg/l
2.4.ĐỘC tính của niken 112ị:
Trong nirớc sinh hoại và nước tự nhiên thường ít gặp niken, nó chí có ở mội
số nguổn nước chảy qua các vùn li có chứa quặng niken và cỏ nhiều trong nước thải
mội số nhà máy luyôn kimvà hoá chất có dùng niken . Trong nước niken thường
tôn lại Ni2+ dạng phức xianua.
Nước chứa Ni2+ gây ra chứng ne ứa , viêm da ở những người nhạy cảm với
niken và gây ngộ độc do cacbonyl niken , ảnh hưởng phổ biến nhái do tiếp xúc với
nikcn là “chứng ngứa nikcn” chủ yếu là nhữno người làm mạ niken.
Ngoài ra cũng xây ra hiện tượng ngộ độc nikcn do hít phái bụi niken. Đã có
một sô' tài liệu chỉ ra rằng một số công nhân làm trong nhà máy tinh luyện niken
Chính nhờ cấu tạo lớp và kích thước của các hạt nhó nôn đất sét có tính dẻo, có
khá nánu tạo hình kết dính. Ngoài ra, đất sét có dặc lính quan irọng nữa mà ní>ày
nay đang được các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng là sự thay thế dịch chuyển
các ealion trong cấu trúc dán đến khả năng hấp thụ và trao đổi giữa các cation của
khoáng với các cation bôn ngoài. Cơ chế của quá trình này được giải thích như sau:
Các cation Si4+ ờ tấm tứ diện và Al3+ ở tấm bát diện có thể bị thay thế bởi
các cation có điện tích bé hơn như Cr3+, Ni2+
.V.V..
làm cho khoáng sét tích điện
ám. Các cation bù trừ điện tích âm đó có khá năng trao đổi với các cation nằm
tronẹ môi trường liếp xúc với khoáng sét.
Dựa vào cấu Irúc chủ yếu là cách xấp xếp giữa các tấm từ diện và bát diện
ĩiìà người ta chia chúng thành các loại khác nhau: caolinit, monlorilonit
3.1. Khoáng sét nhóm caolinit:
▲
.
IX
Tròn hình chi) la Ihấy mỗi lớp caolinũ uỏm 2 lá lứ diện Si04 quay đỉnh về
phía 2 lá bát diện tại nút mạng lưới chung thì OH được thay thế hằng
kính của
o2 bằng
21
Nước thái cònu nghiệp có chứa crom kèm theo , niken hoặc đồng được xứ lv
báng ba cách làm sau:
Phironu pháp trung hoà Cri+bằng NaOH, Ca(()H)j hoặc Na2CO, tạo kết tủa
hyilroxit:
Hliưomu pháp khứ Cr6+ bằng SC)2 , NaHSO, . FcS()4 tronụ môi irườnẹ axit ,
sau dó dùng tiếp plurơnu pháp irung hoà trên.
Phương pháp kết lúa Cr6+ bằng BaCl2, BaCO, trong môi trường NaOH. Cuối
cung dùng phưưntỉ pháp gạn lọc để tách riêng chấl thải ớ dạng lỏng và rắn.
Từ bã thải rắn ihu dirực , có thể tách và thu hổi erom ờ dạng sạch bằng
phương pháp hoá lý như phương pháp sắc ký, phương pháp điện hoá...
4.2- Phương pháp điện hoá : 115 I
Phương pháp này thực chất là phán ứng oxy hoá khử thực hiện trên các điện
cực nhầm phá huỷ tạp chất dộc hại trong nước thải, thu hổi các kim loại quí rồi dưa
vào sử dụng lại trong dây chuyền sản xuất.
Đây là một trong những phương pháp quan Irọng nhờ có quá trình điện phân
các ion kim loại nặng và anion dỗ phóng diện trong nước thải sẽ bị kết tủa lắniỉ
đọng lại. Phưưng pháp này cho phép giám lượng cation kim loại , do chúng chuyển
(hành trạng thái nguyôn tô.
Quá trình diện phân phụ Ihuộc vào điện thế. Cường độ dòng, thời gian, cấu
lạo diện cực và nồng đỏ dung dịch.
Kim loại được tạo thành trên bề mật calốt theo phản ứng:
Ma+ + ne = M°
Khi dùng phưưng pháp này để xử lý nước thái ta chú ý đến tính phức tạp của
môi trường để giâm những phán ứng phụ , gây ảnh hướng đến quá trình oxy hoá
khử hoặc các phán ứng phụ này cỏ thể đầu độc điện cực khổni> sử dụng lại được.
pháp hấp phụ tức là nối vé quá trình hấp phụ chấl bẩn hoà tan ở bề mặt biôn giới
giữa pha lỏng và pha rắn.
23
Hấp phụ các chất bẩn hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những
chất đó từ nước vào hề mạt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) dưới tác dụng của trường
lực bề mặt . trường lực bé mặt có hai dạng:
w 7$/&
F E &X &4 & f /?z { K K
tử chất
•
bẩn hoà tan với những phân tử nước lrong dung dịch .
Tác dụng nrơng hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyôn
tử trên bề mặt chất rắn.
Hai tác dụng lương hỗ trên dây đối kháng nhau . Tác dụng hyđrat hoá càng
mạnh thì các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặi chất rắn và ngược lại . Tác
dụna hydrat hoá càng mạnh khi chứa càng nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử
chất bẩn . vì nhóm hydroxyl có nãng lượng hyđrai hoá lớn do chúng có liên kết
hyđro với các phán tử nước .
Phân tử chất bẩn có diện tích làm cho phân lử nước hướng vào bao bọc xung
quanh . Phân tử chất bẩn khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bồ mặt chất rắn với
nãng lượng rất nhỏ so với phân tử của chính những chất dó khi khổng bị phân ly.
Những chất có cấu trúc phân tử với liên kết kép lức là liên kết có II điện tử
ra . Do đó quá trình hấp phụ sẽ diẻn ra mạnh nếu kịp thời hút nhiệt toả ra khỏi mỏi
trườnu , nghĩa là nếu thực hiộn hấp phụ ở nhiệi độ tlìấp của nước thải . Ngược lại,
nêu nhiệt độ của nước thải cao sẽ có thể diễn ra quá trình khử hấp phụ . Vì vậy
Ihựe lê người ta dùni> nhiệl đổ phục hồi khả nãng hấp phụ của các hạt rắn là dựa
vào nguyên tấc này.
4.3.2- Qui luật chung của quá trình hấp phụ:
Quá trình hấp phụ
là quá trình thuận nghịch. Nghĩa là
sau khi chất bẩn đã bị hấp phụ rồi, có thể di chuyển ngược lại từ
bềmặtchấthấp
phụ vào dung dịch . Hiôn tượng này gọi là khử hấp phụ .
Với những điều kiện như nhau , tốc độ của quá trình thuận nghịch tương
ứnu lý lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trôn bề mặt chất hấp phụ , khi
nổng độ chất bẩn trong dung dịch đạt giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn
nhất. Khi nồng độ chất bán trôn bề mặt chất hấp phụ tảng thì số phân tử đã bị hấp
phụ sẽ di chuyển trờ lại dung dịch cũn° càng nhiều him.
Trong 1 đưn vị thừi gian số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất
hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì
nỏnu độ chất bẩn hoà tan trong tiling dịch sẽ là một đại lượng không đổi . Nống độ
này gọi là nồng độ cân bằng .
25
Kho tài li u mi n phí c a Ket-noi.com blog giáo d c, công ngh
khá nàng irao đổi ion , cacbonsunfua, than nâu, Ihan hùn, than cốc, đolomit, cao
lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng. Những bỏng của nhữnu chất keo lụ
26
Copyright: Tài liệu đại học ©