›

Luận án Nghiên cứu sử dụng diatomite phú yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn

pdf 90 trang thiennha21 14/04/2022 6070
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu sử dụng diatomite phú yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_su_dung_diatomite_phu_yen_ket_hop_phoi_li.pdf

Nội dung text: Luận án Nghiên cứu sử dụng diatomite phú yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE PHÚ YÊN KẾT HỢP PHỐI LIỆU CHÁY CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỐM LỌC NƯỚC ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM PHÈN Trình độ đào tạo: Đại học Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quang Thái Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tiến MSSV: 13030153 Lớp: DH13HD Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU VIỆN KỸ THUẬT-KINH TẾ BIỂN PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tiến Ngày sinh: 18/04/1995 MSSV : 13030153 Lớp: DH13HD Địa chỉ : Xuân Bình, Sông Cầu, Phú Yên E-mail : tranvantien.009@gmail.com Trình độ đào tạo : Đại học Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu 1. Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn. 2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quang Thái 3. Ngày giao đề tài: 06/02/2017 4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 30/06/2017 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 12 tháng 2 năm 2017 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Nguyễn Quang Thái Trần Văn Tiến GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TRƯỞNG NGÀNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Đỗ Ngọc Minh TRƯỞNG VIỆN (Ký và ghi rõ họ tên)
  3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong đồ án này chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác. Nội dung của đề tài có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo. Bà Rịa -Vũng Tàu, tháng 6 năm 2017 Sinh viên thực hiên Trần Văn Tiến
  4. LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình anh Nguyễn Hữu Phước đã tận tình tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong việc lấy mẫu để tôi có thể hoàn thành dề tài. Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS. Nguyễn Quang Thái đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài. Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và đóng góp ý kiến cho tôi để giúp tôi hoàn thiện đề tài. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện Trần Văn Tiến
  5. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN 4 1.1. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên 4 1.1.1. Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên 4 1.1.2. Điều kiện hình thành quặng Diatomite 5 1.1.3. Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO 7 1.1.4. Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên 10 1.1.5. Ứng dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc nước 12 1.2. Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt Nam 12 1.2.1. Tình hình nghiên cứu 12 1.2.2. Nhu cầu thị trường về Diatomite 15 1.3. Nước nhiễm phèn 15 1.3.1. Thành phần nước nhiễm phèn và cách nhận biết 15 1.3.2. Những ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến sức khỏe 16 1.4. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước 17 1.4.1. Phương pháp keo tụ 17 1.4.2. Phương pháp hấp phụ 17 1.4.3. Phương pháp trao đổi ion 19 1.4.4. Phương pháp màng lọc 20 1.5. Các hệ thống lọc nước gia đình 22 1.5.1. Hệ thống lọc cát sỏi 22 i
  6. 1.5.2. Hệ thống lọc từ vật liệu gốm lọc Diatomite 24 1.6. Các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt 26 Chương 2. THỰC NGHIỆM 28 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 28 2.1.1. Hóa chất 28 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 28 2.2. Nguyên liệu Diatomite Phú Yên 29 2.3. Lựa chọn phối liệu 29 2.3.1. Phối liệu trấu nghiền mịn 29 2.3.2. Phối liệu bã cà phê 30 2.3.3. Phối liệu bột mì 31 2.4. Gia công gốm lọc 32 2.4.1. Lựa chọn nhiệt độ nung gốm lọc 33 2.4.2. Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite 33 2.4.3. Gia công gốm lọc được trộn với phố liệu trấu 34 2.4.4. Gia công gốm lọc được trộn với phối liệu bã cà phê 35 2.4.5. Gia công gốm lọc được phối trộn bột mì 36 2.5. Loại bỏ tro trong gốm và bảo quản gốm 36 2.5.1. Loại bỏ tro trong gốm lọc 36 2.5.2. Bảo quản sản phẩm 36 2.6. Thu thập mẫu nước nhiễm phèn 37 2.6.1. Địa điểm lấy mẫu 37 2.6.2. Thời gian lấy mẫu 37 2.6.3. Vị trí lấy mẫu 37 ii
  7. 2.6.4. Dụng cụ chứa mẫu 38 2.6.5. Cách lấy mẫu 38 2.7. Kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 38 2.8. Tiến hành lọc nước nhiễm phèn 38 2.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ Diatomite 39 2.10. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu đến khả năng lọc của gốm 39 2.10.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu 39 2.10.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bã cà phê 39 2.10.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bột mì 40 2.11. Phương pháp phân tích sản phẩm 40 2.11.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 40 2.11.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 42 2.11.2. Phương pháp đo hấp phụ đa lớp BET 43 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1. Kết quả gia công gốm lọc 44 3.1.1. Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite 44 3.1.2. Gia Công gốm lọc với phối liệu trấu 45 3.1.3. Gia công gốm lọc với phối liệu bã cà phê 47 3.1.4. Gia công gốm lọc với phối liệu bột mì 48 3.2. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 49 3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn 49 3.2.2. Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 50 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ 100% Diatomite 50 iii
  8. 3.4. Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu tới khả năng lọc của gốm 52 3.3.1. Tỉ lệ phối liệu trấu nghiền mịn 52 3.3.2. Tỉ lệ phối liệu bã cà phê 53 3.3.3. Tỉ lệ phối liệu bột mì 55 3.5. Kết quả chụp SEM của gốm lọc 57 3.6. Kết quả đo BET của gốm lọc 60 3.7. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc 61 3.7.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc 61 3.7.2. Kết quả hàm lượng sắt trong mẫu nước sau lọc của các mẫu tối ưu . 62 3.8. Kết quả kiểm tra hàm lượng sắt tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 68 iv
  9. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc được in trên bao bì sản phẩm. 10 Bảng 1. 2. Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng QCVN 02:2009/BYT 27 Bảng 2. 1. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 28 Bảng 2. 2. Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu. 28 Bảng 2. 3. Khối lượng Diatomite cần lấy cho một lần gia công 34 Bảng 2. 4. Tỷ lệ trộn phối liệu trấu, áp dụng cho tổng khối lượng 200g 34 Bảng 2. 5. Tỷ lệ phối liệu bã cà phê, áp dụng cho 200g nguyên liệu 35 Bảng 2. 6. Tỷ lệ phối liệu bột mì, áp dụng cho 200g nguyên liệu 36 Bảng 2. 7. Thành phần dung dịch chuẩn 41 Bảng 3. 1. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến màu sắc sản phẩm và độ cứng của gốm làm từ 100% Diatomite 45 Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu đến độ cứng của gốm 45 Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến độ cứng của gốm lọc 47 Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến độ cứng của gốm lọc 48 Bảng 3. 5. Kết quả khảo sát đường chuẩn của nước nhiễm phèn 49 Bảng 3. 6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng lọc của gốm lọc làm từ 100% Diatomite 51 Bảng 3. 7. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 10% 52 Bảng 3. 8. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 20% 52 Bảng 3. 9. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 30% 52 Bảng 3. 10. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 35% 52 Bảng 3. 11. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 10% bã cà phê 54 Bảng 3. 12. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 20% bã cà phê 54 Bảng 3. 13. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 30% bã cà phê 54 Bảng 3. 14. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 35% bã cà phê 54 Bảng 3. 15. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 10% bột mì 55 Bảng 3. 16. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 20% bột mì 56 v
  10. Bảng 3. 17. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 30% bột mì 56 Bảng 3. 18. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 35% bột mì 56 Bảng 3. 19. Kết quả đo BET của gốm lọc 60 Bảng 3. 20. Kết quả khảo sát đường chuẩn cho nước sau lọc 61 Bảng 3. 21. Hàm lượng Fe của nước sau lọc 62 Bảng 3. 22. Kết quả kiểm nghiệm tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 63 vi
  11. DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Bản đồ tỉnh Phú Yên. 4 Hình 1. 2. Một số hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú Yên. 5 Hình 1. 3. Quặng Diatomite tại mỏ Hòa lộc, Phú Yên. 6 Hình 1. 4. Tảo ống trong quặng Diatomite. 7 Hình 1. 5. Trụ sở chính của công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên. 8 Hình 1. 6. Sản phẩm bột Diatomite. 9 Hình 1. 7. Giản đồ phần tích X-ray của Diatomite Phú Yên. 11 Hình 1. 8. Giản đồ DTA-TG của Diatomite Phú Yên. 11 Hình 1. 9. Màu sắc nước nhiễm phèn 15 Hình 1. 10. Tác hại của nước nhiễm phèn đến làn da. 16 Hình 1. 11. Hệ thống lọc cát thô sơ 23 Hình 1. 12. Cơ chế lọc và rửa ngược của gốm lọc từ Diatomite. 24 Hình 1. 13. Các hình dạng của gốm lọc 25 Hình 2. 1. Sản phẩm bột Diatomite của công ty PYMICO. 29 Hình 2. 2. Phối liệu trấu nghiền mịn. 30 Hình 2. 3. Phối liệu bã cà phê. 31 Hình 2. 4. Phối liệu bột mì. 32 Hình 2. 5. Sơ đồ quá trình gia công vật liệu gốm lọc. 32 Hình 2. 6. Đường cong nung vật liệu . 33 Hình 2. 7. Bể chứa nước của gia đình anh Phước và mẫu nước nhiễm phèn tại phòng thí nghiệm 37 Hình 2. 8. Sơ đồ lọc và mô hình lọc nước thực tế tại phòng thí nghiệm 38 Hình 2. 9. Thiết bị đo độ hấp phụ GENESYS™ 10. 42 Hình 2. 10. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Zeiss EVO LS15 42 Hình 2. 11. Thiết bị Micrmeritics –ASAP 2020 43 Hình 3. 1. Sản phẩm gốm làm từ 100% Diatomite trước nung 44 Hình 3. 2. Sản phẩm gốm làm từ 100 % Diatomite sau nung 44 vii
  12. Hình 3. 3. Sản phẩm gốm sau nung với tỉ lệ phối liệu trấu là 40% 46 Hình 3. 4. Sản phẩm gốm được trộn phối liệu trấu sau nung 46 Hình 3. 5. Gốm lọc được trộn bã cà phê sau nung 47 Hình 3. 6. Gốm lọc với tỉ lệ 40% bã cà phê 48 Hình 3. 7. Sản phẩm gốm lọc với 40% bột mì 49 Hình 3. 8. Đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn 50 Hình 3. 9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung dến hàm lượng sắt sau lọc 51 Hình 3. 10. Ảnh hưởng của phối liệu trấu đến khả năng loại bỏ Fe của gốm lọc. . 53 Hình 3. 11. Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến hàm lượng sắt sau lọc. 55 Hình 3. 12. Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến hàm lượng sắt sau lọc của gốm 57 Hình 3. 13. Cấu tảo dạng ống của gốm lọc 57 Hình 3. 14. Hệ thống lỗ xốp trên gốm được là từ 100% Diatomite 58 Hình 3. 15. Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35 % trấu (700oC). 58 Hình 3. 16. Hệ thống lỗ xốp của gốm lọc được trộn 35% bã cà phê (700oC) 59 Hình 3. 17. Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35% bộ mì (700oC) 59 Hình 3. 18. Đường chuẩn của nước sau lọc. 62 Hình 3. 19. Nước nhiễm phèn trước lọc và nước sau quá trình lọc 63 viii
  13. LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay Diatomite là một loại vật liệu đang được ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất vật liệu lọc và còn được ứng dụng là chất trợ lọc trong sản xuất bia. Trong đó việc sử dụng Diatomite để sản xuất gốm lọc nước để loại bỏ kim loại nặng đang được ứng rất thành công và loại bỏ hoàn toàn kim loại nặng (pymico.com.vn). Vấn đề nước bị nhiễm kim loại nặng như: sắt, Mg, Asen, đang rất phổ biến. Dặc biết nước bị nhiễm phèn sắt đang là mối đe dọa rất lớn. Tại các vùng nông thôn hầu như nước sinh hoạt của các hộ dân mặc dù bị nhiễm phèn, nhưng hầu như không được xử lý, hoặc xử lý bằng các phương pháp tại chỗ nhưng không loại bỏ được triệt để. Việc sử dụng nước như vậy trong thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến sức khỏe và mạng lại các bệnh nan y như: ung thư, sơ gan, Do đó, đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn” được thực hiện nhằm góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình chế tạo gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn và mang lại nguồn nước sinh hoạt đạt QCVN 02:2009/BYT cho người dân tại các vùng nông thôn. Tính nguy hại khi sử dụng nước bị ô nhiễm: + Việc sử dụng nước bị nhiễm phèn hay ô nhiễm mang lại rất nhiều nguy hại đặc biệt cho sức khỏe. Làm ố vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cả các dụng cụ đựng nước và dẫn nước cũng như các đồ gia dụng (thanhnien.vn). + Nước nhiễm phèn thường chứa nhiều chất mang tính kiềm, nếu dùng để sinh hoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về đường ruột, thậm chí ung thư (thanhnien.vn). + Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện 1
  14. tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người. Lâu dần tạo nên các bệnh nan y, làng ung thư. Hiện nay tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Nguồn nước ngầm bị nhiễm chua phèn là một trong những vấn đề nan giải hiện nay và gây thiếu hụt nguồn nước sinh hoạt nghiêm trọng. Các hộ dân tại huyện Xuyên Mộc, Bình Châu đang sử dụng nguồn nước sinh hoạt từ giếng khoan. Theo phản ánh một số hộ dân tại đây nguồn nước giếng khoan của gia đình họ bị nhiễm phèn. Việc xử lý nguồn nước ngầm tại đây đang là nhu cầu cấp yếu. Tính kinh tế của gốm lọc nước từ quặng Diatomite: + Tận dụng nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên với giá thành rẻ, chế tạo vật liệu gốm lọc nước xử lý nước nhiễm phèn. Đáp ứng được nhu cầu nước sinh hoạt của người dân và đảm bảo được nguồn nước sạch. + Nhu cầu cao về nguồn nước sạch đẩy theo nhu cầu thì trường về thiết bị lọc nước đang tăng nhanh. Nhưng hầu hết các thiết bị lọc này đều có giá thành cao. Hầu hết tại các vùng thôn quê thu nhập chưa cao. Sản phẩm gốm lọc từ Diatomite sẽ có tính cạnh tranh cao với giá thành rẻ đáp ứng được túi tiền của người dân. Tình hình nghiên cứu: Hiện tại Việt Nam có nhiều nghiên cứu về Diatomite và ứng dụng vào thực tế như: + Nghiên cứu chế tạo bột trợ lọc từ Diatomite ở Phú Yên của Viện Công nghệ Hóa học tại TP. Hồ Chí Minh, năm 2002. + Nghiên cứu xây dựng các mô hình xử lý nước sinh hoạt cho người dân vùng thị xã Long Xuyên (An Giang) bằng nguyên liệu Diatomite, tại Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002. + Sản xuất thử màng lọc và bugi lọc nước dạng nung từ Diatomite An Giang, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002. + Bùi Hải Đăng Sơn, Nguyễn Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Đăng Ngọc, Đinh Quang Hiếu, So sánh các đặc trưng hóa lý hai loại Diatomite Phú Yên 2
  15. và Diatomite Merck, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một. + Phạm Cẩm Nam , Trần Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ. Xác định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT, tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 2(31).2009. Mục đích nghiên cứu: Góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình chế tạo gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn. Sử dụng Diatomite Phú Yên chế tao vật liệu gốm lọc nước. Sử dụng gốm lọc vừa chế tạo để xử lý và loại bỏ hàm lượng sắt có trong nước nhiễm phèn. Nhiệm vụ nghiên cứu: + Sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp với phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước nhằm xử lý nước nhiễm phèn. + Sử dụng gốm lọc vừa chế tạo để xử lý nước bị nhiễm phèn. Phương pháp nghiên cứu: + Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM. + Sử dụng phương pháp BET nhằm xác định diện tích bề bặt hấp phụ, thể tích lỗ mao quản, đường kính lỗ xốp. + Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis nhằm xác định hàm lượng sắt trong nước trước lọc và sau lọc. + So sánh các kết quả thu được và chọn sản phẩm cho kết quả hàm lượng sắt sau lọc tối ưu nhất. Các kết quả đạt được của đề tài: + Sản phẩm gốm lọc từ Diatomite với thành phần nguyên liệu được phối trộn khác nhau. + Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn. + Kết quả hàm lượng sắt của nước sau lọc. Cấu trúc đề tài nghiên cứu: Gồm có 3 chương (Tổng quan, thực nghiệm, Kết quả và thảo luận), 78 trang, 31 bảng, 43 hình. 3
  16. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên 1.1.1. Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên[16] Phú Yên là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung bộ, có tọa độ địa lý: Điểm cực Bắc: 13°41'28"; Điểm cực Nam: 12°42'36"; Điểm cực Tây: 108°40'40" và điểm cực Đông: 109°27'47". Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5060 km2, phía Bắc giáp tỉnh Bình Định, phía Nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai và Đắk Lắk, phía Đông giáp biển Đông. Phú Yên có vị trí địa lý và giao thông tương đối thuận lợi để phát triển kinh tế - xã hội. Hình 1. 1. Bản đồ tỉnh Phú Yên. Phú Yên có nguồn tài nguyên thiên nhiên khoáng sản rất phong phú như: Diatomit, đá Granit, Vàng sa khoáng, Nhôm (Bôxít), Sắt, Fluorit, Titan được phân bố rải rác ở nhiều vùng của địa phương. Tại Phú Yên quặng Diatomite chủ yếu tại huyện Tuy An. Đặc biệt mỏ quặng 4
  17. Diatomite Hòa Lộc thuộc thôn Hoà Lộc, xã An Xuân huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên với trữ lượng dự báo hơn 63 triệu tấn, được xem là lớn nhất ở Việt Nam. Hiện nay Công ty CP khoáng sản Phú Yên được phép khai thác mỏ Diatomit Hòa Lộc với tổng diện tích 66 hecta. Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 6000 – 7000 tấn/năm (theo sở tài nguyên và môi trường Phú Yên). Hình 1. 2. Một số hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú Yên[2]. Tại cao nguyên Vân Hoà, Diatomite có từ 2 đến 5 thân khoáng có giá trị công nghiệp với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét (thân khoáng 3 Hoà Lộc dày trung bình 28.3 m, có chỗ tới 33.4 m). Các thân khoáng lộ ra trên bề mặt tạo thành viền bao quanh sườn bắc, đông và tây cao nguyên trong khoảng độ cao từ 70-200m ở sườn phía đông (An Lĩnh, Tuy Dương, An Thọ) đến 160-320 m ở sườn bắc và tây (Hoà Lộc, Dốc Thặng). Sét Diatomite thường có màu trắng, xám trắng, đôi khi xám phớt nâu. Cấu tạo phân lớp ngang từ vi phân lớp, phân lớp mỏng đến dày, đôi khi xen kẹp các lớp, thấu kính từ và bentonit mỏng. Các thân khoáng chính đều nằm trên phần cao của tập 2. Tại phần dưới của tập, các lớp Diatomite thường mỏng và chứa nhiều tạp chất, đôi khi có dạng tufoDiatomite. Tại lỗ khoan TH4-500 có tới 19 lớp Diatomite khác nhau trong mặt cắt tập 2. Theo không gian, độ dày và chất lượng các thân khoáng Diatomite giảm dần về phía nam. 1.1.2. Điều kiện hình thành quặng Diatomite[2] Diatomite được tạo thành từ các mảnh vỏ tảo diatomeae, một loại thực vật đơn 5
  18. bào ưa sắt có cấu tạo từ oxit silic dạng opal vô định hình (Opal-A). Các giống tảo diatomeae tạo đá chủ yếu trong vùng là các tảo trôi nổi sống trong môi trường nước ngọt miền duyên hải, số lượng tảo bám đáy rất ít. Ngoài các mảnh vỏ tảo Diatomeae, trong đá còn có thể có số lượng nhỏ gai xương bọt biển. Hàm lượng mảnh vỏ diatomeae trong Diatomite chiếm từ 50% trở lên với số lượng mảnh vỏ từ 5-7 triệu đến 100 triệu mảnh vỏ/gam đá. Nguồn vật liệu oxit silic dạng opal vô định hình cấu tạo nên vỏ tảo có cấu trúc khung với nhiều lỗ mao quản kích thước nhỏ 0,5-3 휇 . Các mảnh vỏ tảo thường có dạng đốt trúc còn tồn tại dạng quần thể hoặc từng đốt đơn lẻ kích thước từ 3-5 đến 30휇m, thậm chí bị vỡ vụn, dập nát. Do tính xốp cao, khối lượng riêng bé và diện tích bề mặt lớn nên Diatomite là chất hấp phụ tốt đối với các chất vô cơ hữu cơ. Hình 1. 3. Quặng Diatomite tại mỏ Hòa lộc, Phú Yên[16]. Kết quả hình ảnh SEM ở hình 1.4 cho thấy, thành phần tảo chủ yếu trong Diatomite Phú yên là dạng tảo ống. 6
  19. Hình 1. 4. Tảo ống trong quặng Diatomite[13]. 1.1.3. Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO[16] Được thành lập năm 1991 với chức năng thăm dò địa chất, khai thác và chế biến các loại khoáng sản. Công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên tiến hành cổ phần hoá theo Quyết định số 1076/QĐ-TCCB ngày 22-05-2003 của Bộ Công nghiệp. Năm 2007: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ lên thành 15 tỷ đồng. Tháng 11-2009: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ từ 15 tỷ đồng lên thành 40 tỷ đồng. Tháng 6-2010: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ từ 40 tỷ đồng lên thành 60 tỷ đồng. Hiện nay công ty đang hoạt động kinh doanh trên các lĩnh vực sau: + Điều tra thăm dò địa chất. + Khai thác, chế biến và kinh doanh các loại khoáng sản. + Sản xuất, kinh doanh vật liệu xây dựng. + Sản xuất thuốc thú y thuỷ sản (chất xử lý môi trường nước trong nuôi trồng thuỷ sản). + Xây dựng công trình hạ tầng cơ sở mỏ. + Vận tải hàng hoá. 7
  20. + Tư vấn khảo sát địa chất công trình. + Xây dựng dân dụng, xây dụng công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi. + Lắp đặt hệ thống cấp thoát nước. + Kinh doanh khách sạn, ăn uống du lịch lữ hành. Hình 1. 5. Trụ sở chính của công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên. PYMICO là doanh nghiệp khai thác, chế biến và kinh doanh Diatomit theo Giấy phép khai thác Diatomit số 995/QĐ – ĐCKS do Bộ Công nghiệp cấp ngày 02/6/2000 về việc cho phép Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên khai thác quặng Diatomit tại mỏ Diatomit Hoà Lộc thuộc thôn Hoà Lộc xã An Xuân huyện Tuy An tỉnh Phú Yên. Hiện nay, PYMICO đang cung cấp cho thị trường các sản phẩm được chế biến từ quặng Diatomit như sau: + Diatomit bột. + Daimetin bột. + Daimetin hạt. 8
  21. + Diatomit bột siêu mịn. + Zeolite hạt. + Quặng Bentonite. Đây là các sản phẩm phục vụ trong nuôi trông thuỷ sản, trợ lọc trong công nghiệp sản xuất rượu bia, nước giải khát, . Các sản phẩm về Diatomite là thế mạnh của công ty. Hình 1. 6. Sản phẩm bột Diatomite. Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO với thành phần khoáng vật như sau: + Vỏ tảo Diatomae: chiếm 10-60%, có dạng hình ống, hình trụ kéo dài, tiết diện ngang hình tròn, hình vành khuyên, đường kính từ 0,01 – 0,05 mm, có tiết diện hình chữ nhật chiều dài cạnh từ 0,01 – 0,02mm. + Opan: Dạng hình cấu nhỏ, chiếm tỷ lệ nhỏ. + Sét: Chiếm từ 5 – 24%, dạng vẩy chủ yếu là hydromica và lẫn ít khoáng vật Motmorillonit. + Gai xương bột biển: chiếm 1 – 15% thuộc loại spongia đơn trục dãng 9
  22. que, đầu nhọn, dài 0,01 – 0,25mm. + Gnauconit: chiếm từ 10 – 15%, có dạng vẩy nhỏ, màu lục nhạt. + Vụn Thạch anh: chiếm < 2%, dạng hạt vỡ vụn, sắc cạnh, kích thước 0,01 – 0,1 mm, phân tán thưa trong quặng. Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc (Phú Yên) được trình bày ở bảng 1.1. Bảng 1. 1. Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc được in trên bao bì sản phẩm[16]. (#) SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO MgO Na2O SO3 MKN 63% 7,0% 18% 1,4% 1,1% 3,0% 0,2% 2,5% 11% #MKN: Mất khi nung, phân tích bằng phương pháp mất trọng lượng khi nung ở 1000oC Sản phẩm Điatomite củ PYMICO được ứng dụng trong các lĩnh vực sau: + Làm chất lọc, tẩy rửa trong công nghệ sản xuất bia, rượu, nước giải khát, dầu, + Dùng trong nuôi trồng thuỷ sản. + Làm chất phụ gia thuỷ lực cho ximăng. + Làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách nhiệt, 1.1.4. Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên[7] Diatomite Phú Yên chứa phần lớn là SiO2 ở dạng opal vô định hình (SiO2.nH2O). Tuy nhiên vẫn có các khoáng thuộc họ kaolinite hay các tạp chất khác trong đó. Do đó để đưa vào sản xuất chất trợ lọc trong công nghệ thực phẩm cần có việc làm giàu các khoáng SiO2.nH2O trong nguyên liệu. Cấu trúc bề mặt cấu trúc của Diatomite được đặc trưng bởi các nhóm silanol và siloxan với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm-1(hay 3622.9 cm-1) và 1102 cm-1 (hoặc1050cm-1). Nhiều triển vọng sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, nguyên liệu hay làm phụ gia pozzolan trong sản xuất xi măng. Dựa vào kết quả phân tích X-ray của Diatomite Phú Yên trên hình 1.7 chúng ta nhận xét rằng thành phần chủ yếu của Diatomite là SiO2 tự do, vô định hình. Mặt 10
  23. o khác trên giản đồ có xuất hiện các peak đặc trưng của SiO2 dạng quartz ở 2휃 = 20.9 o và peak của khoáng kaolinite ở 2휃 = 26.8 . Hình 1. 7. Giản đồ phần tích X-ray của Diatomite Phú Yên[7]. Hình 1. 8. Giản đồ DTA-TG của Diatomite Phú Yên[7]. Kết quả phân tích nhiệt DTA-TG trên hình 1.8 cho thấy có hai peak thu nhiệt ở 102,7oC, và 535,66oC. Tại nhiệt độ 102.7oC do mất nước hydrate hóa trên bề mặt cấu trúc khoáng. Lượng nước hydrate hóa này tương ứng với độ ẩm của nguyên liệu ban đầu là khoảng 6%. Quá trình giảm khối lượng thứ hai ở 535,66oC ứng với sự 11
  24. mất nước chủ yếu trong cấu trúc của khoáng SiO2.nH2O và cũng như nước cấu trúc trong các khoáng sét, với tổng lượng nước mất khoảng 10% bằng giá trị đo mất khi nung. 1.1.5. Ứng dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc nước Vật liệu chính để sản xuất ra gốm lọc nước với kích cỡ nano đến meso là vật liệu Diatomite. Diatomite được hình thành từ một loại tảo biển đã bị hóa thạch hàng triệu năm dưới biển sâu. Khi còn sống, các loài tảo này có kích thước siêu nhỏ, các cơ quan thu gom thức ăn trên cơ thể chúng là rất nhiều các lỗ nhỏ li li, kích thước khoảng 100 nanomet, khi nước đi qua cơ thể chúng thì các chất huyền phù làm thức ăn cho chúng được giữ lại tại các lỗ này. Sau khi các tảo này bị hóa thạch, chúng tạo thành các mỏ Diatomite dưới đại dương. Chúng có đặc tính là tỉ lệ các lỗ xốp rỗng trên diện tích rất lớn, giúp chúng có khả năng lọc nước (nhỏ hơn kích thước vi khuẩn) với tốc độ dòng chảy cao. Nhiều công ty sản xuất các sản phẩm gốm xốp lọc nước đã quảng cáo sản phẩm của mình là các công nghệ "lọc gốm ứng dụng công nghệ Nano" với lý do là khe lọc ở kích thước "nanomet". Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạch Diatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc. Kể cả sau khi nghiền thành một hạt bột, trên hạt bột Diatomite đó vẫn còn rất nhiều khe lọc nhỏ. Việc định hình tấm lọc có thể được tiến hành bằng đất xét hoặc xi măng, sau đó được nung đến nhiệt độ thích hợp. Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo ra các khe lọc và công suất lọc khác nhau. 1.2. Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt Nam 1.2.1. Tình hình nghiên cứu Hiện nay ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu về Diatomite và được ứng dung vào thực tế như: Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu đa mao quản trên nền khoáng sét Diatomit của Viện Hóa học, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đã thành công 12
  25. trong việc tổng hợp vật liệu đa mao quản trên nền Diatomite bằng phương pháp thủy nhiệt từ gel trong và Diatomite. Vật liệu đa mao quản YF/D tồn tại cả ba loại mao quản: vi mao quản, mao quản trung bình và nao quản rộng. Từ các kết quả đặc trung hóa lý, đã chứng minh được thành mao quản của vật liệu Y/Diatomite được bao phủ bởi các tinh thể zeolit (với kích thước nano) để hình thành nên vật liệu đa mao quản. Giản đồ giải hấp amoniac theo phương trình nhiệt độ đã chứng minh được sự tồn tại các tâm axit của vật liệ YF/D. Triển vọng của vật liệu này mở ra khả năng ứng dụng mới trong cong nghiệp dầu khí đặc biệt trong chuyển hóa các phân tử lớn, phân đoạn nặng hoặc dầu cặn[4]. Nghiên cứu quá trình xử lý Diatomite Lâm Đồng để sản xuất chất trợ lọc của trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM. Trong nghiên cứu này, khoáng Diatomite từ mỏ Đại Lào - Bảo Lộc - Lâm Đồng đã đuợc khảo sát và tiền xử lý để sản xuất chất trợ lọc. Các tính chất hóa, lý của khoáng Diatomite nguyên liệu và sau xử lý đã đuợc xác định bằng các phương pháp như huỳnh quang tia X (XRF), nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích nhiệt vi sai (DTA-TG) và kính hiển vi điển tử quét (SEM). Kết quả nghiên cứu cho thấy khoáng diatomite Lâm Đồng có hàm luợng SiO2 thấp (52,9%) và hàm luợng Fe2O3 cao (5,32%). Việc xử lý Diatomite bằng một số axit đã đuợc tiến hành với mục đích làm giàu SiO2 và loại bỏ các thành phần không cần thiết. Các axit sử dụng trong nghiên cứu này là H2SO4 6M, HCl 3.5M và HCl 5M. Trong đó axit H2SO4 6M cho khả nang xử lý tốt nhất. Cụ thể sau khi xử lý trong H2SO4 6M, hàm luợng SiO2 tang cao nhất (90,9%) và hàm luợng Fe2O3 giảm xuống nhiều nhất (0,53%) so với xử lý bằng các axit khác[10]. Xác định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT của Phạm Cẩm Nam , Trần Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ. Trong bài nghiên cứu này, các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên đã được nghiên cứu bằng phân tích hồng ngoại, nhiễu xạ tia X, huỳnh quang tia X kết hợp với phương pháp mô phỏng lượng tử bằng phần mềm Gaussian 03. Kết quả đã cho thấy cấu trúc của diatomite gồm các nhóm silanol (Si-OH) và siloxan và siloxan (Si-O-Si) với tần số dao động lần lượt 13
  26. 3697.4 cm-1 (hay 3622.9cm-1) và 1102 cm-1 (hoặc 1050cm-1). Kết quả phân tích XRD đã xác định thành phần phase chủ yếu trong Diatomtie Phú yên là opal vô định hình (SiO2.nH2O) đặc trưng bởi hàmlượng SiO2 trong khoảng 71%. Lượng mất khi nung 9.9 % tương thích với tổng mất trọng lượng trên giản đồ DTA-TG là 10.57%. Từ bản chất cấu trúc của diatomite Phú Yên mở ra triển vọng ứng dụng của nó vào lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, vật liệu nhẹ cách nhiệt, phụ gia pozzolan[7] . Vai trò của Diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng Porland trên cơ sở Clinker Long Thọ của Phạm Cẩm Nam, Trần Ngọc Tuyền, Trần Thanh Tuấn. Bài nghiên cứu này nhằm mục đích đa dạng hóa việc ứng dụng nguồn Diatomite tại Việt Nam, Diatomite Phú Yên được nghiên cứu để sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng thông qua việc đánh giá các tính chất quan trọng của nó. Trong bài báo này, diatomite Phú Yên được xem như một phụ gia puzzolan tiềm năng với độ hoạt tính tính theo độ hút vôi là 173 (mgCaO/1g Diatomite). Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hoá (đến 800oC) lên hoạt tính của diatomite là không đáng kể. Hàm lượng diatomite Phú Yên có thể sử dụng đến 30% (khối lượng) trên nền clinker Long Thọ mà mẫu xi măng nhận được vẫn đảm bảo các tính chất của xi măng PCB30. Tuy nhiên, cân đối giữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế, có thể sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộn với phụ gia đá vôi Long Thọ để tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất cũng như trong kinh doanh[8]. Chế tạo thành công gạch siêu cách nhiệt được công bố tháng 12/2009 là kết quả nghiên cứu của PGS.TS Đỗ Quang Minh, kỹ sư Nguyễn Học Thắng và nhóm sinh viên khoa công nghệ vật liệu trường ĐH Bách khoa TP.HCM, ưu điểm của loại gạch này là nhẹ, khoảng 700 gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến 900oC. So với gạch Trung Quốc bán trên thị trường giá chỉ bằng ½ nhưng độ bền hơn hẳn. Loại gạch này được dùng trong các công trình xây dựng như làm chất cách âm cách nhiệt cho các tòa nhà xây dựng, công trình công nghiệp, nhà cao tầng[1], 14
  27. 1.2.2. Nhu cầu thị trường về Diatomite[1] Mỗi năm trên thế giới tiêu thụ khoảng hơn 2 triệu tấn Diatomite. Dẫn đầu thế giới về sản xuất các sản phẩm từ Diatomite là Mỹ với khoảng 550 ngàn tấn/năm, chiếm 1/4 sản lượng thế giới. Trung Quốc là nước đứng thứ hai: 450 ngàn tấn/năm. Diatomite đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, giá trị Diatomite phụ thuộc rất nhiều vào việc chế biến để sử dụng cho lĩnh vực nào. Giá bán Diatomite nằm trong khoảng giới hạn rất rộng tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Từ nguồn US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2011, giá Diatomite biến thiên từ 7 USD/tấn khi dùng trong sản xuất xi măng, lên đến hơn 10.500 USD/tấn nếu sử dụng trong mỹ phẩm, chiết tách ADN; nếu sử dụng trong công nghệ lọc thì có mức giá trung bình, khoảng 380 USD/tấn. 1.3. Nước nhiễm phèn 1.3.1. Thành phần nước nhiễm phèn và cách nhận biết Nước nhiễm phèn có thành phần là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay amoni, như kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]. Để nhận biết được nước bị nhiễm phèn thì thường dựa vào màu sắc của nước. Thông thường nước thường có màu vàng cam hoặc nước ngả màu nâu đậm, do phèn sắt lơ lửng trong nước. Hình 1. 9. Màu sắc nước nhiễm phèn 15
  28. Chúng ta còn có các phương pháp khác để nhận biết nước nhiễm phèn như sau: + Thử nước phèn bằng nhựa chuối: Phương pháp này khá đơn giản, Chỉ cần lấy ít nước vào nắp nhựa trắng và chặt bẹ chuối rồi nhỏ vào những giọt mủ, nếu nước ngả màu đậm thì biết nước sẽ nhiễm phèn. + Thử nước phèn bằng nước chè: Hiện tượng nước giếng khoan tác dụng với nước chè thì ngay lập tức nước sẽ chuyển sang màu tím thẫm. Đấy là hiện tượng nguồn nước này đã và đang nhiễm chất sắt rất cao. Nguồn nước mà nhiễm chất sắt thì không có tác hại tới sức khoẻ con người. Biểu hiện thường thấy của nó chỉ là xuất hiện mùi tanh. 1.3.2. Những ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến sức khỏe Việc sử dụng nước bị nhiễm phèn hay ô nhiễm mang lại rất nhiều nguy hại đặc biệt cho sức khỏe. Làm ố vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cả các dụng cụ đựng nước và dẫn nước cũng như các đồ gia dụng. Hình 1. 10. Tác hại của nước nhiễm phèn đến làn da. Nước nhiễm phèn thường chứa nhiều chất mang tính kiềm, nếu dùng để sinh hoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về đường ruột, thậm chí ung thư. Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong 16
  29. nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người. Lâu dần tạo nên các bệnh nan y, làng ung thư. Hiện nay việc xử lý nước nhiễm phèn tại các vùng nông thôn thường dùng các phương pháp lọc đơn giản thông qua các lớp cát và than, dẫn đến tình trạng phèn sắt không loại bỏ được hết. 1.4. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước 1.4.1. Phương pháp keo tụ Quá trình xử lý nước bằng phương pháp kết tủa là việc thêm vào trong nước cần xử lý bằng các hợp chất hóa học khác nhau, nhằm kết tủa các chất hòa tan trong nước như kim loại nặng, các hạt rắng lơ lửng, . Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Sau khi thực hiện việc kết tủa và keo tụ, chúng ta tiến hành quá trình lắng và loại bảo các chất bị kết tủa. Những chất keo tụ thường được sử dụng là các muối nhôm, muối sắt: Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)O, Fe2(SO4)3.7H2O. Trong xử lý nước thải, sử dụng kết hợp muối nhôm và muối sắt với tỷ lệ từ 1:1 đến 1:2 thì kết quả đông tụ tốt hơn là sử dụng riêng lẻ. Để hiệu quả đông tụ được cao nhất trong việc xử lý nước thì cần thêm vào các chất trợ đông tụ. Các chất trợ đông tụ thường dùng trong xử lý nước là polyacrylamit và liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest. Nhược điểm của các chất keo tụ là không bảo quản được lâu, đặc biệt khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn kém, giá thành cao. 1.4.2. Phương pháp hấp phụ Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý hóa sinh, nếu nồng độ các chất này không cao, khó phân hủy và độc hại. Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị 17
  30. hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn. Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Các chất được sử dụng trong quá trình xử lý nước: Than hoạt tính, silicagel, các chất hấp phụ vô cơ khác, các chất hấp phụ tự nhiên. Than hoạt tính là chất hấp phụ dạng rắn, xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn. Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không hoặc kém phân cực ở dạng khí và dạng lỏng. Trong thực tế việc sử dụng than hoạt tính thường ở ba dạng: dạng bột, dạng hạt và dạng khối đặc. Sau thi thực hiện quá trình hấp phụ thì việc tái sinh lại than hoạt tính bằng quá trình giải hấp. Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt. Đối với mỗi chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp. Riêng đối với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước và sấy để tái sinh. Slicagel thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt). Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro. Đối với các chất không phân cực, sự hấp phụ trên silica gel chủ yếu do tác dụng của lực mao quản trong các lỗ xốp nhỏ. Sau khi trải qua quá trình hấp phụ thì Slicagel được thực hiện quá trình tái sinh như than hoạt tính, tái sinh bằng khí khô ở nhiệt độ dưới 200oC. Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên được sử dụng rộng rãi hiện nay là: bentomite, Diatomite, và để tăng khả năng hấp phụ thì chúng được xử lý bằng các biện pháp phù hợp, đặc biệt chúng có giá thành rẻ và dễ tái sử dụng. 18
  31. Phương pháp hấp phụ có khả năng làm sạch cao. Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khả năng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây cũng là ưu điểm lớn nhất của phương pháp này. Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạt khoảng 80 ÷ 95%. Phương pháp hấp phụ được sử dụng để làm sạch triệt để các chất thải hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học, thường là các chất không thể phân hủy bằng con đường sinh học và có tính độc. Loại bỏ thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất hữu cơ có vòng thơm, các chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, các kim loại nặng, màu hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp. 1.4.3. Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion là quá trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch của chất rắn và chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Quá trình này ứng dụng để loại bỏ các cation và anion trong nước thải. Các cation sẽ trao đổi với ion hydrogen hay sodium, các anion sẽ trao đổi với ion hydroxyl của nhựa trao đổi ion. Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion: + Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục. + Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn. Hầu hết các loại nhựa trao đổi ion là các hợp chất tổng hợp. Nó là các chất hữu cơ hoặc vô cơ cao phân tử đính kết với các nhóm chức. Các nhựa trao đổi ion dùng trong xử lý nước thải là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian 3 chiều và có lỗ rổng. Các nhóm chức được đính vào cấu trúc cao phân tử bằng cách cho hợp chất này phản ứng với các hóa chất chứa nhóm chức thích hợp. Khả năng trao đổi ion được tính bằng số nhóm chức trên một đơn vị trọng lượng nhựa trao đổi ion. Hoạt động và hiệu quả kinh tế của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng trao đổi ion và lượng chất tái sinh cần sử dụng. Cấu tạo của hạt nhựa có thể phân ra hai phần .Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ).Chúng 19
  32. hoá hợp trên cốt cao phân tử. Dùng phương pháp tổng hợp hoá học, chế tạo được nhựa trao đổi ion (resin). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều. Trong Resin có cấu trúc rỗng. Màu sắc chủ yếu của nhựa trao dổi ion là màu: vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút. Hiện nay, phần lớn nhựa trao đổi ion được sản xuất dưới hình dạng tròn. Khi nhựa trao đổi ion đã hết khả năng trao đổi ion, nó sẽ được tái sinh lại bằng các chất tái sinh thích hợp. Sau quá trình tái sinh các chất tái sinh sẽ được rửa đi bằng nước. Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan, ), các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao. Ưu điểm của phương pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối tượng. Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành khá cao. 1.4.4. Phương pháp màng lọc[14] Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng. Màng lọc được chia ra 4 loại: + Vi lọc. + Siêu lọc. + Lọc nano. + Lọc thẩm thấu ngược. Màng lọc với kích thước lỗ màng 0.1 - 10 µm được gọi là màng vi lọc, sử dụng để loại bỏ vi sinh, loại bỏ hầu hết các vi khuẩn, nhưng không loại được virut. 20
  33. Các ứng dụng của màng vi lọc: + Khử trùng đồ uống và dược phẩm. + Lọc nước hoa quả, rượu ,bia. + Tách vi khuẩn từ nước( sinh học xử lý nước thải). + Tách dầu/nước nhũ tương (tách chất béo trong sữa). Siêu lọc là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất không quá 2,5 bars, nước, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng. Các phân tử có lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài. Màng siêu lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài 1,6mm. Một bộ lọc là một bó hàng ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưu lượng nước lên nhiều lần. Màng lọc này cũng có thể rửa ngược được và có tuổi thọ khá cao. Ưu điểm của màng siêu lọc: + Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể. + Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt. + Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. + Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước. + Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý. Ứng dụng của màng siêu lọc: + Thu hồi dầu, mỡ và xử lý nước thải. + Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh. + Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất). Lọc nano là một trong những công công nghệ được sử dụng phổ biến hiện nay, 21
  34. được sử dụng trong quá trình lọc nước uống như làm mềm nước,khử màu và những vi chất gây ô nhiễm. Kỹ thuật này cũng được sử dụng trong việc loại bỏ chất hữu cơ như các ion đa hóa trị hay những vi chất ô nhiễm. Lọc nano là lọc với một áp lực vừa phải từ thấp lên cao(thường là 40-450 psig) quá trình mà trong đó những ion đa hóa trị sẽ vượt qua một cách tự do và các vi chất ô nhiễm, chất có trọng lượng phân tử thấp sẽ bị giữ lại. Ứng dụng của lọc nano trong các quá trình sau: + Dùng trong công nghệ sản xuất nước uống tinh khiết. + Làm mềm nước cứng. + Loại bỏ thuốc trừ sâu từ nước ngầm. + Loại bỏ các kim loại nặng từ nước thải. Lọc thẩm thấu ngược dựa trên nguyên tắc cân bằng. Hai dung dịch chứa hai nồng độ các chất hòa tan khác nhau sẽ trao đổi chất hòa tan đến khi đạt được trạng thái cân bằng, khi hai dung dịch này được phân cách bởi một màng lọc, dung dịch chứa chất hòa tan nồng độ thấp sẽ đi qua màng vào trong dung dịch có nồng độ cao hơn. Sau một thời gian, mực nước một bên màng sẽ cao hơn, sự chênh lệch về độ cao này gọi là áp suất thẩm thấu. Bằng cách sử dụng một áp lực lên cột chất lỏng mà vượt quá áp suất thẩm thấu ta sẽ tạo ra thẩm thấu ngược. Nước được đẩy ngược về phía bên kia màng còn chất rắn hòa tan được giữ lại trong ống. Lọc thẩm thấu ngược được ứng dụng trong các lĩnh vực sau: + Làm mềm nước. + Dùng trong sản xuất nước uống tinh khiết. + Điều chỉnh nồng độ dung môi phân tử trong công nghệ thực phẩm và sữa. 1.5. Các hệ thống lọc nước gia đình 1.5.1. Hệ thống lọc cát sỏi Để khắc phục nguồn nước giếng ngầm dùng trong sinh hoạt thì có thể dùng phương pháp dân gian của cha ông ta đó là sử dụng hệ thống bể lọc bằng cát sỏi. 22
  35. Hệ thống lọc cát thường được xây dựng thành bể và kèm theo diện tích lớn. Các vật liệu sử dụng để lọc bao gồm: + Lớp thứ nhất là lớp sỏi lớn, đường kính từ 1,5 – 1 cm. + Lớp thứ hai là lớp sỏi nhỏ với đường kính 0,5 cm. + Lớp cuối cùng sẽ là lớp cát mịn. Khi nước bẩn được cho vào bể lọc dòng nước sẽ len lỏi qua các lớp sỏi và được và đi đến lớp cát. Với khoảng cách khe hở nhỏ nước sẽ len lỏi chảy qua lớp cát, các chất bẩn sẽ được giứ lại bênh trên và chỉ còn nước sạch qua. Việc lọc bằng cát đưa đến thời gian lọc rất nhanh, nhưng không thể xử lý được hoàn toàn kim loại nặng trong nước. Ưu điểm của việc sử dụng thiết bị lọc cát: + Yêu cầu xử lý và bảo dưỡng thấp. Luôn luôn không cần xử lý hoá học ban đầu. + Chi phí lắp đặt và hoạt động thấp. + Tốc độ lọc cao. Nhược điểm của hệ thống lọc cát: + Đòi hỏi diện tích đất rộng. + Cần làm sạch bể lọc bằng tay. + Không loại bỏ được các vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn. Hình 1. 11. Hệ thống lọc cát thô sơ 23
  36. Hệ thống lọc cát được sử dụng trong quy mô hộ gia đình, xử lý nước bề mặt với yêu cầu độ sạch không quá cao. 1.5.2. Hệ thống lọc từ vật liệu gốm lọc Diatomite Vật liệu chính để sản xuất ra gốm nano (trong lọc nước) là vật liệu Diatomite. Diatomite thường sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm và bia trong hơn 70 năm. Và trong chiến tranh thế giới thứ hai đặc biệt được sử dụng để lọc nước uống được. Sau đó cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ đã chứng nhận công nghệ phù hợp với các điều luật xử lý nước bề mặt (SWTR) và các máy lọc hầu hết phù hợp để lọc nước cho các cộng đồng dân cư nhỏ. Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạch Diatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc. Kể cả sau khi nghiền thành một hạt bột, trên hạt bột Diatomite đó vẫn còn rất nhiều khe lọc nhỏ. Việc định hình tấm lọc có thể được tiến hành bằng đất xét hoặc xi măng, sau đó được nung đến nhiệt độ thích hợp. Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo ra các khe lọc và công suất lọc khác nhau. Hình 1. 12. Cơ chế lọc và rửa ngược của gốm lọc từ Diatomite[5]. Lọc nước bằng Diatomite nhằm giữ lại các vật chất từ nước và quá trình này không sử dụng các hóa chất đông tụ. Trước tiên, tấm bánh lọc bằng DE được đặt trên các tấm lá lọc. Một lớp mỏng bảo vệ của DE được tạo thành, hoặc tích tụ trên 24
  37. các vách ngăn xốp (sự thấm qua bên trong) hoặc màng thấm. Để tạo lớp lọc Diatomite thì có thể sử dụng các tấm Diatomite tạo hình nung trước hoặc bơm một lượng bùn có chứa Diatomite cho tuần hoàn qua vách bộ lọc, chính lượng Diatomite trong bùn sẽ tạo nên lớp này. Tấm vách thường là nhựa hoặc vải kim loại được gá trên khung thép. Quá trình DE cũng được gọi là quá trình tiền lọc bởi vì sự tách pha rắn tại giai đoạn ban đầu xảy ra trên lớp tiền lọc. Sau khi lớp lọc tạo ra nước được chứa một liều lượng nhỏ Diatomite được tiếp cung cấp qua bộ lọc. Các chất rắn lơ lửng sẽ được bám giữ trên lớp tiền lọc này. Một điểm cần quan tâm trong các thiết bị lọc này là theo thời gian cần có chế độ thay lớp lọc hay rửa ngược lớp lọc Diatomite để tách các cặn bã bám trên đó. Lịch sử hình thành của gốm lọc từ Diatomite được biết đến trong chiến tranh thế giới thứ hai, quân đội Mỹ cần có một bộ lọc nước mới có thể vận hành nhanh và cơ động. Các phòng thí nghiệm phát triển và nghiên cứu kỹ sư của Mỹ đã phát triển một bộ lọc có khối lượng nhẹ dễ dàng vận chuyển và có thể tạo ra nước uống tinh khiết. Sau đó, công nghệ lọc bằng DE được áp dụng để lọc nước hồ bơi và lọc nước uống. Hình 1. 13. Các hình dạng của gốm lọc Hệ thống lọc nước sớm nhất bằng bộ lọc DE đã được xây dựng tại Campell Hills, Illinois và đưa vào hoạt động năm 1949 với công suất 75.000gallon/ngày 25
  38. (gpd). Đến 1977, đã có hơn 145 nhà máy nước. Ngày nay gần 200 nhà máy lọc nước sử dụng DE đang được vận hành thành công. Hình dạng phổ biến cho gốm lọc nước là hình chậu và hình dạng nến. Hình dạng nến cho tốc độ lọc cao, với diện tích tiếp xúc và thẩm thấu rất lớn. 1.6. Các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt Chất lượng nước sinh hoạt, nước uống tại mỗi quốc gia sẽ có những tiêu chuẩn riêng trong đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn về số vi trùng có trong nước, không có chất độc hại làm nguy hại đến sức khỏe con người và tốt nhất đạt được tiêu chuẩn của Tổ Chức Sức Khỏe Thế Giới (WHO). Các tiêu chuẩn của nước sinh hoạt và nước uống thường được quan tâm bao gồm các chỉ tiêu về pH, nồng độ ôxy hòa tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng sắt, mangan, độ cứng, mùi vị Ngoài ra nước sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý hóa học cùng các chỉ tiêu vệ sinh an toàn khác như số lượng vi trùng có trong nước QCVN 02:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 05/2009/TT - BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009. Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt thông thường không sử dụng để ăn uống trực tiếp hoặc dùng cho chế biến thực phẩm tại các cơ sở chế biến thực phẩm (sau đây gọi tắt làn nước sinh hoạt). Quy chuẩn này áp dụng đối với: Các cơ quan, tổ chức, cá nhân và hộ gia đình khai thác, kinh doanh nước sinh hoạt, bao gồm cả các cơ sở cấp nước tập trung dùng cho mục đích sinh hoạt có công suất dưới 1.000 m3/ngày đêm. Cá nhân và hộ gia đình tự khai thác nước để sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Trong quy chuẩn QCVN 02:2009/BYT các từ ngữ dưới đây được hiểu như sau: + Chỉ tiêu cảm quan là những yếu tố về màu sắc, mùi vị có thể cảm nhận được bằng các giác quan của con người. 26
  39. + SMEWW là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water có nghĩa là Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải. + US EPA là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh United States Environmental Protection Agency có nghĩa là Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ. + TCU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh True Color Unit có nghĩa là đơn vị đo màu sắc. + NTU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Nephelometric Turbidity Unit có nghĩa là đơn vị đo độ đục. Bảng 1. 2. Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng QCVN 02:2009/BYT[3] Giới hạn tối đa cho Đơn vị TT Tên chỉ tiêu phép Phương pháp thử tính I II TCVN 6185 – 1996 (ISO 1 Màu sắc TCU 15 15 7887 - 1985) hoặc SMEWW 2120 Không có Không có Cảm quan, hoặc SMEWW 2 Mùi vị - mùi vị lạ mùi vị lạ 2150 B và 2160 B TCVN 6184 - 1996 (ISO 3 Độ đục NTU 5 5 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B Trong Trong TCVN 6492:1999 hoặc 4 khoảng khoảng pH - SMEWW 4500 - H 6,0 - 8,5 6,0 - 8,5 Hàm lượng TCVN 6177 - 1996 (ISO 5 Sắt tổng số mg/l 0,5 0,5 6332 - 1988) hoặc SMEWW (Fe2+ + Fe3+) 3500 - Fe 27
  40. Chương 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 2.1.1. Hóa chất Hóa chất và nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.1 và bảng 2.2. Các chất này được sử dụng làm thực nghiệm mà không qua giai đoạn tinh chế thêm. Bảng 2. 1. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu Tên hóa chất Nước sản xuất Độ tinh khiết (%) Axit Sulfosalicylic Trung Quốc >99 Iron(III) nitratenonahydrate Trung Quốc >98,5 Ammonium iron(II) sulfatehexahydrate Trung Quốc >99.5 Ammonia solution Trung Quốc 25 - 28 Bảng 2. 2. Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu. Nguyên liệu Xuất xứ Diatomite Việt Nam Trấu nghiền mịn Việt Nam Bã cà phê Việt Nam Bột mì Việt Nam 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: + Erlen 100, 500ml + Phểu thủy tinh + Pipet 5ml, 10ml, 25 ml. + Buret 25ml + Beaker 100ml + Beaker 250ml + Ống đong 50ml + Ống đong 250ml + Ống nghiệm pyrex 28
  41. + Bình hút ẩm + Chày sứ + Cối sứ + Tủ sấy + Lò nung 2.2. Nguyên liệu Diatomite Phú Yên Nguyên liệu Diatomite được lựa chọn và mua từ công ty PYMICO thuộc tỉnh Phú Yên. Sản phẩm bột Diatomite được đóng thành bao 20 kg với thành phần hóa học của Diatomite Phú Yên được thể hiện trong bảng 1.1. Hình 2. 1. Sản phẩm bột Diatomite của công ty PYMICO. Quá trình bảo quản bột Diatomite cần phải đặt ở nơi khô ráo thoáng mát. 2.3. Lựa chọn phối liệu Mục đích: Chọn ra các loại phối liệu khi thực hiện phối trộn vẫn đảm bảo được khả năng lọc của gốm, và đảm bảo được tính kinh tế giá thảnh rẻ. Các loại phối liệu được chọn trong bài nghiên cứu là: trấu nghiền mịn, bã cà phê và bột mì. 2.3.1. Phối liệu trấu nghiền mịn Nguyên liệu trấu được lựa chọn và mua từ các nhà máy xay xát gạo trong 29
  42. tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Lựa chọn phối liệu trấu nghiền mịn phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Trấu trước khi nghiền phải sạch, không lẫn tạp chất và bị ẩm mốc. + Sau khi được nghiền, các hạt phải có đường kính từ 0,1 mm đến 0,01 mm. Quá trình bảo quản trấu được thực hiện theo các công đoạn sau: + Cho trấu vào bao bì có khả năng ngăn tiếp xúc với môi trường, nhằm tránh ẩm mốc và các sinh vật gây hại. + Nơi bảo quản trấu phải khô ráo và thoáng mát. Hình 2. 2. Phối liệu trấu nghiền mịn. 2.3.2. Phối liệu bã cà phê Phối liệu bã cà phê được thu gom từ các cửa hàng kinh doanh cà phê rang xay. Các yêu cầu khi chọn bã cà phê: + Bã cà phê có đường kính hạt nhỏ. + Không bị lẫn tạp chất như bã trà, Trước khi phối trộn bã cà phê cần phải được làm sạch, quá trình làm sạch được diễn ra như sau: + Bước 1: Bã cà phê được rửa nhiều lần qua nước thường, cho đến khi 30
  43. nước sau rửa không còn màu. + Bước 2: Tiếp tục rửa bã cà phê trong dung dịch axit HCl loãng 0.01 N. + Bước 3: Tiến hành nhiều rửa lần bã cà phê qua nước cất. Sau khi bã cà phê được làm sạch và để ráo. Thực hiện việc sấy bã cà phê trong tủ sấy ở nhiệt độ 80oC cho đến khi bã cà phê khô hoàn toàn nước. Tiến hành bảo quản bã cà phê sau làm sạch trong các túi zipper, nhằm tránh tiếp xúc với môi trường ngoài. Đặt các túi bã này ở nơi khô ráo thoáng mát. Hình 2. 3. Phối liệu bã cà phê. 2.3.3. Phối liệu bột mì Bột mì được thực hiện mua của các hộ dân sản xuất bột từ củ mì. Việc chọn lựa mua bột mì cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Bột mì phải đảm bảo sạch, không có tạp chất. + Màu sắc bột mì trắng không bị mọt, hoặc mốc. + Bột mì phải mịn và không bị vón cục. Quá trình bảo quản bột mì được chứa trong bao bì kín, tránh tiếp xúc với môi trường, ngăn ngừa mối mọt và đặt nơi bảo quản tại nơi khô ráo thoáng mát. 31
  44. Hình 2. 4. Phối liệu bột mì. 2.4. Gia công gốm lọc Mục đích: Tạo ra vật liệu lọc với các hình dạng khác nhau, gồm hai loại chính là vật liệu dạng ống và vật liệu dạng sỏi. Kế hoạch gia công: thực hiện gia công và tạo hình bằng tay đối với vật liệu dạng ống với bề dày thành là 1,5cm. Thực hiện vò viên thủ công đối với vật liệu dạng sỏi có đường kính từ 0,5 đến 1cm. Vật liệu dạng sỏi nhỏ có kích thước từ 2- 3mm sẽ được gia công bằng thiết bị ép. Sau khi thực hiện quá trình gia công vật liệu sẽ được phơi nắng trong 8h, sấy ở 80oC trong 3h và sau đó được tiến hành nung. Quá trình gia công vật liệu được thể hiện theo sơ đồ sau: Phối trộn Thêm Thực hiện bộ nước và nén ép tạo Sấy vật Diatomite Nung thực hiện hình vật liệu với liệu trộn ướt liệu cháy Hình 2. 5. Sơ đồ quá trình gia công vật liệu gốm lọc. 32
  45. 2.4.1. Lựa chọn nhiệt độ nung gốm lọc Việc lựa chọn nhiệt độ nung gốm được dựa vào giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG ở hình 1.8 và đường cong nung vật liệu ở hình 2.6. Hình 2. 6. Đường cong nung vật liệu [8]. Đầu tiên gốm lọc được đem nung ở các nhiệt như sau: 500oC, 600oC, 700oC, 800oC, 900oC, với thời gian gia nhiệt là 4 giờ, thời gian lưu trong lò nung là 1 giờ. 2.4.2. Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite Quá trình gia công đối với gốm lọc được làm từ Diatomite được thực hiện với các điều kiện như sau: + Không thực hiện pha phối liệu vào trong gốm. + Tỉ lệ nước cho vào bột Diatomite là 300ml nước cất vào 200g Diatomite. + Vật liệu sỏi nhỏ được làm với đường kính từ 1 – 2mm. + Vật liệu dạng sỏi lớn được làm với đường kính 0,5 – 1cm. + Vật liệu dạng ống được chế tạo dưới dạng hình chữ U, và bề dày 1,5cm. Khối lượng Diatomite được lấy cho mỗi lần gia công cho từng dạng vật liệu khác nhau được thể hiện trong bảng 2.3. 33
  46. Bảng 2. 3. Khối lượng Diatomite cần lấy cho một lần gia công Hình dạng vật liệu Sỏi lớn Sỏi lớn Dạng ống Khối lượng 200 200 160 Diatomite (g) Sau tạo hình, chúng tôi tiến hành phơi vật liệu dưới ánh nắng mặt trời trong 6 giờ, và thực hiện sấy ở nhiệt độ 80oC trong 3 giờ. Khi gốm đã khô, chúng tôi tiến hành nung gốm ở các nhiệt độ là 500oC, 600oC, 700oC, 800oC và 900oC. Quá trình nung diễn ra trong 4 giờ và thực hiện theo ba giai đoạn như sau: + Giai đoạn một: tiến hành gia nhiệt từ nhiệt độ môi trường lên đến nhiệt độ cần nung, kéo dài trong 1 giờ. + Giai đoạn hai: giữ nguyên nhiệt độ nung ổn định trong 3 giờ. + Giai đoạn ba: thực hiện ngừng nung và giữ mẫu lưu trong lò trong vòng 1 giờ, nhiệt độ giảm xuống từ từ. Mỗi mẻ nung chúng tôi thực hiện nung 3 dạng vật liệu và mỗi dạng sẽ nung 3 mẫu. 2.4.3. Gia công gốm lọc được trộn với phố liệu trấu Việc gia công gốm lọc được phối trộn với nguyên liệu cháy là trấu nghiền mịn được thực hiện trong các điều kiện sau: + Phối trộn trấu vào Diatomite theo tỉ lệ tại bảng 2.4. + Tỉ lệ cho nước vào phối trộn là 400ml nước cất cho 200g nguyên liệu. + Vật liệu sỏi nhỏ được làm với đường kính từ 1 – 2mm. + Vật liệu dạng sỏi lớn được làm với đường kính 0,5 – 1cm. + Vật liệu dạng ống được chế tạo dưới dạng hình chữ U, và bề dày 1,5cm. Bảng 2. 4. Tỷ lệ trộn phối liệu trấu, áp dụng cho tổng khối lượng 200g Tỷ lệ phối liệu trấu 10% 20% 30% 35% 40% Khối lượng bột Diatomite (g) 180 160 140 130 120 Khối lượng trấu nghiền mịn(g) 20 40 60 70 80 Tổng (g) 200 200 200 200 200 34
  47. Quá trình gia công gốm được phối trộn với phối liệu trấu được thực hiện theo sơ đồ hình 2.5. Sau khi tạo hình hoàn chỉnh cho vật liệu, chúng tôi tiến hành phơi vật liệu dưới ánh nắng mặt trời trong 6 giờ, và thực hiện sấy ở nhiệt độ 80oC trong 4 giờ. Khi vật liệu đã khô, ở mỗi tỉ lệ phối liệu chúng tôi tiến hành nung gốm ở các nhiệt độ nung là 500oC, 600oC, 700oC và 800oC. Quá trình nung diễn ra trong 4 giờ và các giai đoạn của quá trình nung tương tự như gốm được làm từ 100% Diatomite. Mỗi mẻ nung chúng tôi thực hiện nung 3 dạng vật liệu và mỗi dạng sẽ nung 3 mẫu. 2.4.4. Gia công gốm lọc được trộn với phối liệu bã cà phê Gốm lọc được phối trộn với bã cà phê được thực hiện gia công trong các điều kiện sau: + Phối trộn bã cà phê vào bột Diatomite với các tỉ lệ như bảng 2.5. + Tỉ lệ cho nước vào phối trộn là 450ml nước cất cho 200g nguyên liệu. + Vật liệu sỏi nhỏ được làm với đường kính từ 1 – 2mm. + Vật liệu dạng sỏi lớn được làm với đường kính 0,5 – 1cm. + Vật liệu dạng ống được chế tạo dưới dạng hình chữ U, và bề dày 1,5cm. Bảng 2. 5. Tỷ lệ phối liệu bã cà phê, áp dụng cho 200g nguyên liệu Tỷ lệ phối liệu bã cà phê 10% 20% 30% 35% 40% Khối lượng bột Diatomite (g) 180 160 140 130 120 Khối lượng bã cà phê (g) 20 40 60 70 80 Tổng (g) 200 200 200 200 200 Quá trình gia công gốm lọc phối trộn với bã cà phê được thực hiện như sơ đồ hình 2.5. Chúng tôi tiến hành phơi khô gốm dưới ánh nắng mặt trời trong 6 giờ và sấy ở 80oC trong 4 giờ. Quá trình nung gốm được được thực hiện tương tự như gốm được pha phối liệu trấu. 35
  48. 2.4.5. Gia công gốm lọc được phối trộn bột mì Gốm lọc được phối trộn với phối liệu bột mì được gia công trong các điều kiện sau: + Pha trấu nghiền mịn vào bột Diatomite với các tỉ lệ được thể hiện trong bảng 2.6. + Tỉ lệ cho nước vào phối trộn là 400ml nước cất cho 200g nguyên liệu. + Vật liệu sỏi nhỏ được làm với đường kính từ 1 – 2mm. + Vật liệu dạng sỏi lớn được làm với đường kính 0,5 – 1cm. + Vật liệu dạng ống được chế tạo dưới dạng hình chữ U, và bề dày 1,5 cm. Thành phần và tỷ lệ phối liệu được trộn vào gốm được thể hiện trong bảng Bảng 2. 6. Tỷ lệ phối liệu bột mì, áp dụng cho 200g nguyên liệu Tỷ lệ phối liệu bột mì 10% 20% 30% 35% 40% Khối lượng bột Diatomite (g) 180 160 140 130 120 Khối lượng bột mì (g) 20 40 60 70 80 Tổng (g) 200 200 200 200 200 Khi vật liệu đã khô hoàn toàn, ở mỗi tỉ lệ phối liệu chúng tôi tiến hành nung gốm ở các nhiệt độ nung là 500oC, 600oC, 700oC và 800oC. Quá trình nung diễn ra trong 4 giờ và thực hiện tương tự như gốm được phối trộn phối liệu trấu. 2.5. Loại bỏ tro trong gốm và bảo quản gốm 2.5.1. Loại bỏ tro trong gốm lọc Mục đích: Loại bỏ tro còn lại sau quá trình nung của phối liệu. Nhằm tránh sự ảnh hưởng của tro đến các kết quả sau khảo sát nước sau lọc. Tiến hành loại bỏ tro: Thực hiện ngâm gốm sau nung trong dung dịch axit HCl 0,01 N, trong 2 giờ. Lấy sản phẩm ra ngoài và tiến hành lọc bằng nước cất, thực hiện lọc ít nhất 3 lần. Kết thúc quá trình lọc, lấy sản phẩm ra ngoài và sấy khô sản phẩm tại nhiệt độ 80oC. 2.5.2. Bảo quản sản phẩm Mục đích: Tránh các ảnh hưởng bên ngoài tác động gây hỏng sản phẩm. Các yêu cầu khi bảo quản: 36
  49. + Các sản phẩm trước nung và sau nung đều được chứa trong túi zipper. + Thực hiện phân chia từng khu vực cho từng loại sản phẩm. + Nơi đặt sản phẩm phải khô ráo, thoáng mát và tránh tác động của ngoại lực. 2.6. Thu thập mẫu nước nhiễm phèn 2.6.1. Địa điểm lấy mẫu Trong bài báo cáo này mẫu nước nhiễm phèn được chúng tôi thực hiện lấy mẫu nước tại hộ gia đình anh Phước, xã Tam Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai. Hình 2. 7. Bể chứa nước của gia đình anh Phước và mẫu nước nhiễm phèn tại phòng thí nghiệm 2.6.2. Thời gian lấy mẫu Để đảm bảo sự chính xác với mục đích nghiên cứu của đề tài, tôi chọn thờ i gian lấy mẫu lúc 8h - 9h sáng. Nhiệt độ môi trường ổn định nằm trong khoảng 28 - 30oC. 2.6.3. Vị trí lấy mẫu Mẫu được lấy trực tiếp từ vòi xả nước trong bể chứa nước của gia đình anh 37
  50. Phước. Trước khi thực hiện lấy mẫu, nước trong bể được khuấy trộn đều. 2.6.4. Dụng cụ chứa mẫu Chúng tôi sử dụng can nhựa có thể tích là 30 lít có nắm đậy kín. 2.6.5. Cách lấy mẫu Tráng qua can nhựa bằng mẫu nhiều lần để tránh hư mẫu. Hứng trực tiếp can nhựa vào vòi xả nước của bể. Sau khi hứng đầy can, tiến hành đóng chặt nắp đậy và vận chuyển nhẹ nhàng. 2.7. Kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn Chúng tôi tiến hành kiểm tra hàm lượng sắt có trong nước nhiễm phèn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trên thiết bị GENESYS™ 10 tại phòng thí nghiệm 3119 thuộc trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu. 2.8. Tiến hành lọc nước nhiễm phèn Mục đích: Khảo sát hiệu suất lọc nước của sản phẩm gốm. Từ đó đưa ra nhận xét và lựa chọn sản phẩm có hiệu suất lọc tối ưu nhất. Kế hoạch thí nghiệm: Tiến hành lọc nước nhiễm phèn qua hai giai đoạn lọc thô và lọc tinh. Sau quá trình lọc tiếp tục khảo sát lại hàm lượng sắt còn lại trong nước. Hình 2. 8. Sơ đồ lọc và mô hình lọc nước thực tế tại phòng thí nghiệm 38
  51. 2.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ Diatomite Mục đích: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nung, sự hình thành hệ thống lỗ xốp của vật liệu, từ đó chọn ra khoảng nhiệt độ nung thích hợp. Kế hoạch thí nghiệm: Tiến hành nung vật liệu và khảo sát bằng việc lọc qua nước nhiễm phèn. Từ cơ sở trên sẽ thực hiện việc chọn ra nhiệt độ nung tối ưu. Tiến hành thí nghiệm: Sử dung gốm được làm từ Diatomite với các nhiệt độ nung tương ứng là 900oC, 800oC, 700oC, 600°C và 500°C. Lần lượt lắp các sản phẩm này tương tự như sơ đồ lọc hình 2.8. Bắt đầu lấy lấy 500 ml nước nhiễm phèn cho vào thiết bị lọc, tại thời điểm này ghi lại thời gian. Sau khi không còn nước chảy ra khỏi thiết bị, ta tiến hành ghi lại thời gian kết thúc. Mẫu nước sau lọc và trước lọc được tiến hành khảo sát hàm lượng sắt bởi thiết bị GENESYS™ 10. 2.10. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu đến khả năng lọc của gốm 2.10.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu Mục đích: Khảo sát ảnh hưởng của phối liệu trấu đến khả năng lọc của gốm, từ đó chọn ra tỉ lệ phối liệu cho khả năng loại bỏ sắt tối ưu nhất. Kế hoạch thí nghiệm: Thực hiện lọc nước nhiễm phèn với từng loại gốm có tỷ lệ trộn phối liệu khác nhau và nước sau lọc dược tiến hành đo hàm lượng sắt còn lại. Tiến hành thí nghiệm: Sử dụng các sản phẩm gốm có tỉ lệ phối trộn như trong bảng 2.4. Lắp gốm lọc vào thiết bị rồi tiến hành lọc như sơ đồ ở hình 2.8. Mỗi lần lọc chúng tôi sử dụng 500 ml nước nhiễm phèn. Tiến hành ghi lại thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc của quá trình lọc. Mẫu nước sau lọc và trước lọc được tiến hành khảo sát hàm lượng sắt bởi thiết bị GENESYS™ 10. 2.10.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bã cà phê Mục đích: Khảo sát các ảnh hưởng của bã cà phê đến khả năng lọc của gốm, từ các kết quả thu được tiến hành chọn ra tỷ lệ phối liệu mang lại hiệu suất lọc cao nhất. Kế hoạch thí nghiệm: Thực hiện lọc nước nhiễm phèn với từng loại gốm có tỷ lệ trộn phối liệu khác nhau. Nước sau lọc được tiến hành kiểm tra hàm lượng sắt 39
  52. còn lại. Tiến hành thí nghiệm: Thực hiện lắp gốm lọc vào thiết bị như sơ đồ hình 2.8. Các sản phẩm gốm có tỉ lệ phối liệu như bảng 2.5 lần lượt được tiến hành lọc qua nước nhiễm phèn. Mỗi lần thực hiện sẽ lấy 500 ml nước nhiễm phèn cho vào thiết bị. Dòng nước nhiễm phèn sẽ được lọc thô qua lớp vật liệu dạng sỏi, và tiếp tục được lọc tinh qua vật liệu dạng ống. Tiến hành ghi lại thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc của quá trinh lọc. Nước sau lọc được tiến hành kiểm tra hàm lượng sắt bằng thiết bị GENESYS™ 10. 2.10.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bột mì Mục đích: Khảo sát ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến khả năng lọc của gốm. Trên cơ sở kết quả thu được, tiến hành chọn ra sản phẩm gốm có kết quả lọc với hàm lượng sắt tối ưu nhất. Kế hoạch thí nghiệm: Thực hiện lọc nước nhiễm phèn với từng loại gốm có tỷ lệ trộn phối liệu khác nhau. Kết thúc quá trình lọc tiến hành khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc. Tiến hành thí nghiệm: Các bước thí nghiệm khảo sát đối với gốm lọc có phối trộn phối liệu bột mì, thự hiện tương tự như gốm được phối liệu bã cà phê và sản phẩm gốm có tỷ phối liệu như bảng 2.6 được sử dụng cho quá trình lọc. Sản phẩm nước sau lọc được tiến hành kiểm tra hàm lượng sắt bằng thiết bị GENESYS™ 10. 2.11. Phương pháp phân tích sản phẩm 2.11.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis[6] 2+ 3+ Mục đích: Phương pháp này nhằm xác định hàm lượng Fe , Fe có trong nước nhiễm phèn và nước sau quá tình lọc. Nguyên tắc: Axit salixilic cũng như dẫn suất của nó là axit sunfosalixilic phản ứng rất nhạy với các ion Fe2+, Fe3+ trong dung dịch, tạo thành các chất nội phức có màu và tan trong nước. 40
  53. Tùy thuộc vào điều kiện pH của dung dịch mà phức giữa sắt và axit sunfosalixilic có màu, dạng phức khác nhau: + Ở pH = 1,8 - 2,5 phức có màu tím; n=1. (viết tắt là FeSal+) − + Ở pH = 4 - 8 phức có màu đỏ nâu, n=2. (viết tắt là FeSal2 ) 3− + Ở pH = 8 - 11,5 phức có màu vàng, n=3 (viết tắt là FeSal3 ) Thực nghiệm: Tiến hành đo độ hấp thụ phân tử UV-Vis bằng máy GENESYS™ 10 tại phòng 3119. Thực hiện việc xây dựng đường chuẩn. Chuẩn bị 5 bình định mức loại 25,0ml pha chế một dãy dung dịch như bảng 2.7. Sau đó tiến hành thực hiện đo độ hấp thụ thiết bị GENESYS™ 10 ở bước sóng λ = 424nm và bề dày cuvet bằng 1cm. Từ các số liệu ABS đo được ta xây dựng đồ thị chuẩn. Bảng 2. 7. Thành phần dung dịch chuẩn ml \Bình B 1 B 2 B 3 B 4 DD trống Dd Fe3+ chuẩn (100mg/l) 0,5 1,0 1,5 2,0 0,0 Axit sunfosalixilic 10% 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 NH4OH 10% 2 2 2 2 2 Nước cất Định mức vừa đủ tới vạch rồi lắc đều Xác định nồng độ sắt trong dung dịch nước nhiễm phèn. Lấy chính xác 2,0 ml dung dịch nước nhiễm phèn cho bình định mức loại 25ml. Thêm vào đó khoảng 2,5ml dung dịch axit sunfosalixilic 10%; 2,5ml dung dịch NH4OH 10%. Thêm nước cất vừa đủ tới vạch, lắc đều. Đo độ hấp thụ quang của dung dịch này với dung dịch trống ở trên. Từ số liệu đo được và phương trình chuẩn có dạng A =a∙C + b, tính toán nồng độ của dung dịch sắt theo công thức sau: − = (2.1); 41
  54. Trong đó: + C là hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn. + A là giá trị độ hấp phụ quang đo được. + a, b là các hệ số của phương trình chuẩn. Hình 2. 9. Thiết bị đo độ hấp phụ GENESYS™ 10. 2.11.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM Mục đích: Phương pháp này nhằm xác định cấu trúc vật thể của vật liệu gốm ban đầu không pha phối liệu cháy và vật liệu gốm đã phối trộn phối liệu cháy. Thực nghiệm: Hình ảnh SEM của gốm lọc được thực hiện chụp bởi thiết bị Zeiss EVO LS15 tại phòng thí nghiệm thuộc trung tâm chi cục Kiểm định hải quan 4. Hình 2. 10. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Zeiss EVO LS15 42
  55. 2.11.2. Phương pháp đo hấp phụ đa lớp BET Mục đích: phương pháp này nhằm xác định hệ thống mao quản và diện tích bề mặt của vật liệu từ đó đánh giá được khả năng hấp phụ của vật liệu. Thực nghiệm: BET của gốm lọc được thực hiện đo và phân tích tại phòng nghiên cứu của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng, với thiết bị Micrmeritics – ASAP 2020. Hình 2. 11. Thiết bị Micrmeritics –ASAP 2020 43
  56. Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả gia công gốm lọc 3.1.1. Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite Quá trình tạo hình cho gốm được thực hiện khá dễ, vì nguyên liệu sau khi trộn ướt có độ dẻo cao. Trước khi nung sản phẩm gốm có màu nâu, sau nung gốm thường có màu đỏ gạch. Kết quả màu sắc của sản phẩm được thể hiện trong hình 3.1 và hình 3.2. Hình 3. 1. Sản phẩm gốm làm từ 100% Diatomite trước nung Hình 3. 2. Sản phẩm gốm làm từ 100 % Diatomite sau nung 44
  57. Kết quả độ cứng của sản phẩm sau nung được thể hiện trong bảng 3.1. Bảng 3. 1. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến màu sắc sản phẩm và độ cứng của gốm làm từ 100% Diatomite Nhiệt độ nung (oC) Màu sắc Độ cứng sau nung 500 Đỏ hơi nâu Hơi mềm 600 Đỏ vàng Vừa 700 Đỏ Vừa 800 Đỏ Cứng 900 Đỏ gạch Cứng Kết quả từ bảng 3.1 cho thấy độ cứng của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ nung, tại 900oC và 800oC cho kết quả độ cứng cao nhất. Như vậy quá trình gia công gốm lọc là từ 100% Diatomite chúng tôi đạt được các kết quả sau: + Các sản phẩm sau quá trình nung sẽ có màu đỏ gạch. + Độ cứng của gốm lọc tỉ lệ thuận với nhiệt độ nung. 3.1.2. Gia Công gốm lọc với phối liệu trấu Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất lọc của gốm là phối liệu cháy. Tỉ lệ phối liệu trấu phối vào gốm tương tự như bảng 2.4. Kết quả độ cứng của sảm phẩm gốm sau nung được thể hiện trong bảng 3.2. Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu đến độ cứng của gốm Tỉ lệ phối trộn trấu (%) Độ cứng sau nung 10 Cứng 20 Cứng 30 Cứng 35 Cứng 40 Độ cứng kém Kết quả từ bảng 3.2 cho thấy ở tỉ lệ 40% phối liệu trấu thì sản phẩm có độ cứng kém và dễ vỡ. Điều này có thể được giải thích là do khi nung gốm, phối liệu sẽ cháy hết và chừa lại các hệ thống lỗ xốp và hệ thống lỗ xốp quá nhiều sẽ làm giảm độ cứng của vật liệu. 45
  58. Hình 3. 3. Sản phẩm gốm sau nung với tỉ lệ phối liệu trấu là 40% Các sản phẩm gốm sau nung có màu đỏ gạch và thể hiện trong hình 3.4. Hình 3. 4. Sản phẩm gốm được trộn phối liệu trấu sau nung Như vậy quá trình gia công gốm lọc được trộn phối liệu trấu đạt được các kết quả sau: + Gốm sau nung có màu đỏ gạch. + Tỉ lệ trộn phối liệu trấu vào gốm là từ 10% đến 35%. 46
  59. 3.1.3. Gia công gốm lọc với phối liệu bã cà phê Tỉ lệ của phối liệu bã cà phê phối vào gốm được thể hiện như bảng 2.5. Tương tự như gốm được làm từ 100% Diatomite, gốm được trộn phối liệu bã cà phê sau khi nung sẽ có màu đỏ gạch. Màu sắc của sản phẩm sau nung được thể hiện trong hình 3.5. Hình 3. 5. Gốm lọc được trộn bã cà phê sau nung Kết quả độ cứng của gốm lọc được trộn bã cà phê được thể hiện trong bảng 3.3. Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến độ cứng của gốm lọc Tỉ lệ phối liệu bã cà phê (%) Độ cứng sau nung 10 Cứng 20 Cứng 30 Cứng 35 Cứng 40 Độ cứng kém Kết quả từ bảng 3.3 cho thấy tại tại tỉ lệ 40% bã cà phê, sau nung gốm có độ cứng kém và bị vỡ. Điều này có thể được giải thích là do kích thước hạt của bã cà phê khá lớn, trải qua quá trình nung bã cà phê sẽ cháy hết và chừa lại các hệ thống 47
  60. lỗ xốp, và hệ thống lỗ xốp quá nhiều sẽ làm giảm độ cứng của sản phẩm. Hình 3. 6. Gốm lọc với tỉ lệ 40% bã cà phê Như vậy quá trình gia công gốm lọc được trộn bã cà phê đã đạt được các kết quả sau: + Gốm sau nung có màu đỏ gạch. + Tỉ lệ phối liệu bã cà phê được trộn vào gốm là từ 10% đến 35%. 3.1.4. Gia công gốm lọc với phối liệu bột mì Trong quá trình gia công phối liệu bột mì được trộn vào Diatomite. Việc tăng hoặc giảm tỉ lệ phối liệu sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất lọc của gốm. Tỉ lệ phối liệu bột mì được trộn vào gốm tương tự như bảng 2.6. Tương tự như gốm được là từ Diatomite, gốm sau nung có màu đỏ gạch. Kết quả độ cứng của sản phẩm gốm được thể hiện trong bảng 3.4. Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến độ cứng của gốm lọc Tỉ lệ phối liệu bột mì(%) Độ cứng sau nung 10 Cứng 20 Cứng 30 Cứng 35 Cứng 40 Độ cứng kém 48
  61. Tương tự như các phối liệu trấu và phối liệu bã cà phê, các sản phẩm gốm với tỉ lệ 40% bột mì có độ cứng kém và dễ vỡ. Hình 3. 7. Sản phẩm gốm lọc với 40% bột mì Như vậy quá trình gia công gốm lọc được trộn bột mì đã đạt được các kết quả sau: + Gốm sau nung có màu đỏ gạch. + Tỉ lệ phối liệu bột mì được trộn vào gốm là từ 10% đến 35%. 3.2. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn Sử dụng thiết bị GENESYSTM 10 chúng tôi đã đo được các số liệu xây dựng đường chuẩn được thể hiện trong bảng 3.5. Bảng 3. 5. Kết quả khảo sát đường chuẩn của nước nhiễm phèn Hàm lượng Fe (mg/l) Độ hấp thụ quang (A) 0,000 0,000 2,000 0.140 4,000 0.266 6,000 0.388 8,00 0.527 49
  62. Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn A = f( 퐹푒3+ ) có dạng như sau: 0.6 0.527 0.5 A = 0.0657C R² = 0.9993 0.388 0.4 0.3 0.266 0.2 0.14 Độ hấp thụ quang quang hấp Độ thụ (A) 0.1 0 0 0 2 4 6 8 10 Hàm lượng Fe (mg/l) Hình 3. 8. Đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn Đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn có dạng đường thẳng tuyến tính và có phương trình A = 0,0657C với R = 0,9996. 3.2.2. Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn Dựa vào kết quả đo độ hấp phụ quang (A) của dung dịch nước nhiễm phèn là 0,176 và phương trình đường chuẩn. Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn được tính theo công thức 2.1. Như vậy nước nhiễm phèn được sử dụng cho quá trình nghiên cứu có hàm lượng sắt là 33,486 mg/l. 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ 100% Diatomite Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất lọc của gốm lọc là nhiệt độ nung. Do đó nghiên cứu này chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhệt độ nung đến khả năng lọc của gốm lọc được làm từ 100% Diatomite. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm lọc làm từ 100% Diatomite được khảo sát bằng cách cho lọc qua nước nhiễm phèn với hàm lượng sắt 50
  63. là 33,486 mg/l, được trình bày qua bảng 3.6. Bảng 3. 6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng lọc của gốm lọc làm từ 100% Diatomite Thời gian lọc Hàm lượng sắt Tốc độ lọc Hiệu suất lọc Nhiệt độ (oC) (phút) sau lọc (mg/l) (ml/phút) (%) 500 480 0,073 1,042 99,783 600 480 0,109 1,042 99,675 700 485 0.036 1,010 99,892 800 520 0,073 0,962 99,783 900 736 0,145 0,679 99,567 Kết quả của bảng 3.6 cho thấy nhiệt độ nung càng cao thì thời gian lọc càng lâu. Cụ thể, ở 500 và 600oC cho thời gian lọc thấp nhất là 480 phút và tốc độ lọc đạt 1,042 ml/phút. Ở 900oC sẽ cho thời gian lọc cao nhất là 760 phút và tốc độ lọc đạt 0,679 ml/phút. Điều này được giải thích là do khi tăng nhiệt độ nung thì hệ thống lỗ mao quản bị giảm do một phần Diatomite bị chảy lỏng và bít lỗ mao quản, đặc biệt ở 900oC có hệ thống lỗ mao quản thấp nhất tại nhiệt độ này. Kết quả từ hình 3.9 cho thấy nhiệt độ nung ở 700oC cho hiệu suất lọc cao nhất đạt 99,892%, hàm lượng sắt sau lọc đạt 0,036 mg/l. Như vậy chúng tôi chọn khoảng nhiệt độ nung cho quá trình nung sản phẩm là từ 500oC đến 800oC. Thông số này sẽ được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo. 0.16 0.145 0.14 0.12 0.109 0.1 0.08 0.073 0.073 0.06 0.036 0.04 Hàm lường Fe (mg/l) lường Fe Hàm 0.02 0 500 600 700 800 900 Nhiệt độ nung (oC) Hình 3. 9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung dến hàm lượng sắt sau lọc 51
  64. 3.4. Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu tới khả năng lọc của gốm Nhằm tăng hiệu suất lọc cho gốm chúng tôi tiến hành pha phối liệu cháy vào trong bột quặng Diatomite, tiếp theo là tiến hành nung và loại bỏ phối liệu cháy trong 5 giờ. Nhưng để chọn ra tỉ lệ phối liệu cháy tối ưu nhất chúng tôi tiến hành khảo sát với từng loại phối liệu ở các nhiệt độ nung từ 500oC đến 800oC. 3.3.1. Tỉ lệ phối liệu trấu nghiền mịn Kết quả của quá trình khảo sát tỉ lệ phối liệu được thể hiện trong bảng 3.7, bảng 3.8, bảng 3.9, bảng 3.10 và hình 3.10. Bảng 3. 7. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 10% Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 360 360 370 390 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,091 0,045 0,136 0,227 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,389 1,389 1,351 1,282 Hiệu suất lọc (%) 99,729 99,865 99,594 99,323 Bảng 3. 8. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 20% Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 308 310 320 333 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,136 0,136 0,136 0,181 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,623 1,613 1,563 1,502 Hiệu suất lọc (%) 99,594 99,594 99,594 99,458 Bảng 3. 9. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 30% Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 240 240 250 280 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,181 0,181 0,091 0,136 Tốc độ lọc (ml/phút) 2,083 2,083 2,000 1,786 Hiệu suất lọc (%) 99,458 99,458 99,729 99,594 Bảng 3. 10. Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 35% Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 150 145 130 155 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,045 0,045 0,045 0,136 Tốc độ lọc (ml/phút) 3,333 3,448 3,846 3,226 Hiệu suất lọc (%) 99,865 99,865 99,865 99,594 52
  65. 0.25 0.227 0.2 0.181 0.181 0.181 0.136 0.136 0.136 0.136 0.136 0.15 0.136 0.091 0.1 0.091 Hàm Hàm lượng(mg/l) Fe 0.045 0.045 0.045 0.05 0.045 0 500 600 700 800 Nhiệt độ nung (oC) 10% Trấu 20% Trấu 30% Trấu 35% Trấu Hình 3. 10. Ảnh hưởng của phối liệu trấu đến khả năng loại bỏ Fe của gốm lọc. Từ kết quả bảng 3.7, bảng 3.8, bảng 3.9, bảng 3.10 cho thấy khi tăng tỉ lệ phối liệu trấu nghiền mịn thì thời gian lọc giảm dần và tốc độ lọc tăng. Tại nhiệt độ nung 700oC và tỉ lệ phối liệu 35% trấu cho tốc độ lọc cao nhất đạt 3,846 ml/phút và hiệu suất lọc đạt 99,865%. Kết quả hình 3.10 cho thấy đối tỉ lệ phối liệu 35 % trấu cho hiệu quả lọc cao nhất, hàm lượng sắt sau lọc nằm ở mức 0,045 mg/l. Như vậy kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu trấu nghiền mịn đến gốm lọc, đạt được kết quả như sau: + Tỷ lệ phối liệu tối ưu là 35% trấu nghiền mịn. + Nhiệt độ nung tối ưu là 700oC. + Hiệu suất lọc của gốm có tỉ lệ 35% trấu tại nhiệt độ nung 700oC đạt 99,865% và tốc độ lọc đạt 3,846 ml/phút. 3.3.2. Tỉ lệ phối liệu bã cà phê Kết quả của quá trình khảo sát tỉ lệ phối liệu được thể hiện trong bảng 3.11, bảng 3.12, bảng 3.13, bảng 3.14 và hình 3.11. 53
  66. Bảng 3. 11. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 10% bã cà phê Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 355 355 360 375 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,073 0,109 0,073 0,181 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,408 1,408 1,389 1,333 Hiệu suất lọc (%) 99,783 99,675 99,783 99,458 Bảng 3. 12. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 20% bã cà phê Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 310 310 310 325 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,109 0,109 0,109 0,145 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,613 1,613 1,613 1,538 Hiệu suất lọc (%) 99,675 99,675 99,675 99,567 Bảng 3. 13. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 30% bã cà phê Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 285 280 280 300 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,073 0,073 0,073 0,109 Tốc độ lọc (ml/phút) 1.754 1.786 1.786 1.667 Hiệu suất lọc (%) 99.783 99.783 99.783 99.675 Bảng 3. 14. Kết quả lọc nước của gốm được trộn 35% bã cà phê Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 270 270 275 280 Hàm lượng Fe (mg/l) 0,073 0,073 0,073 0,109 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,852 1,852 1,818 1,786 Hiệu suất lọc (%) 99,783 99,783 99,783 99,675 Từ các kết quả thực nghiệm của bảng 3.11, bảng 3.12, bảng 3.13 và bảng 3.14 cho thấy khi tăng tỉ lệ phối liệu cháy vào gốm thì tốc độ lọc tăng theo. Gốm cho thời gian lọc thấp nhất là gốm với tỉ lệ 35% bã cà phê, tại nhiệt độ nung 500oC, 600oC, việc lọc 500 ml được hoàn thành xong trong 270 phút và tốc độ lọc đạt 1,852 ml/phút. Ở nhiệt độ nung 700oC cho thời gian lọc 275 phút, tốc độ lọc đạt 1,818 ml/phút. Tại nhiệt độ nung là 800oC cho kết quả lọc với thời gian lọc lâu hơn đạt 280 phút. 54
  67. Kết quả từ hình 3.11, cho thấy tại nhiệt độ nung 500oC, 600oC và 700oC khả năng loại bỏ sắt cao nhất, hàm lượng Fe còn lại sau lọc là 0,073 đến 0,109 mg/l. 0.2 0.18 0.181 0.16 0.145 0.14 0.109 0.109 0.109 0.109 0.109 0.12 0.109 0.1 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.073 0.08 0.073 0.06 Hàm Hàm lượngsắt (mg/l) 0.04 0.02 0 500 600 700 800 Nhiệt độ nung (oC) 10% Bã cà phê 20% Bã cà phê 30% Bã cà phê 35% Bã cà phê Hình 3. 11. Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến hàm lượng sắt sau lọc. Như vậy kết quả khảo sát đối với phối liệu cháy từ bã cà phê, tỷ lệ phối liệu và nhiệt độ nung cho hiệu suất tốt nhất đến quá trình lọc của gốm như sau: + Nhiệt độ nung tối ưu 700oC. + Tỷ lệ phối liệu tối ưu 35%. + Hiệu suất lọc của gốm có tỉ lệ 35% bã cà phê, nhiệt độ nung 700oC đạt 99,783% và tốc độ lọc đạt 1,818 ml/phút. 3.3.3. Tỉ lệ phối liệu bột mì Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phối liệu bột mì tới gốm lọc được thể hiện qua các bảng 3.15, bảng 3.16, bảng 3.17, bảng 3.18 và hình 3.12. Bảng 3. 15. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 10% bột mì Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 475 475 450 495 Hàm lượng Fe (mg/l) 8,792 8,563 8,639 9,404 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,053 1,053 1,064 1,010 Hiệu suất lọc (%) 73,744 74,429 74,201 71,918 55
  68. Bảng 3. 16. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 20% bột mì Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 445 440 450 475 Hàm lượng Fe (mg/l) 9,251 9,174 8,945 9,557 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,124 1,136 1,111 1,053 Hiệu suất lọc (%) 72,374 72,603 73,287 71,461 Bảng 3. 17. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 30% bột mì Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 320 325 325 330 Hàm lượng Fe (mg/l) 7,034 6,957 6,957 7,416 Tốc độ lọc (ml/phút) 1,563 1,538 1,538 1,515 Hiệu suất lọc (%) 78,995 79,224 79,224 77,854 Bảng 3. 18. Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 35% bột mì Nhiệt độ (oC) 500 600 700 800 Thời gian lọc (phút) 310 300 300 313 Hàm lượng Fe (mg/l) 5,638 5,638 5,543 6,307 FTốc độ lọc (ml/phút) 1,613 1,667 1,667 1,597 Hiệu suất lọc (%) 83,162 83,162 83,447 81,164 Các kết quả từ bảng 3.15, bảng 3.16, bảng 3.17, và bảng 3.18 và hình 3.12 cho thấy đối với phối liệu bột mì thời gian lọc giảm dần khi tăng tỉ lệ phối liệu từ 10% đến 35%. Ở 35% bột mì và nhiệt độ nung là 700oC cho kết quả lọc tốt nhất với thời gian lọc đạt 300 phút, hàm lượng sắt sau lọc đạt 5,543 mg/l, hiệu suất lọc đạt 83,447%. Như vậy kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bột mì đến hiệu suất gốm lọc như sau: + Nhiệt độ tối ưu cho việc nung gốm là 700oC. + Tỉ lệ phối liệu tối ưu là 35%. Trên thực tế chúng tôi sẽ dừng khảo sát việc pha phối liệu bột mì vào gốm lọc, vì những lý do sau: 56
  69. + Bột mì là lương thực, nên gây lãng phí. + Việc trộn và gia công gốm có trộn bột mì rất khó, sản phẩm thường có độ kết dính không tốt, độ cứng sau nung kém và dễ vỡ. Nước sau khi lọc, hàm lượng sắt còn lại vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. 12 9.557 9.404 9.251 9.174 10 8.945 8.792 8.639 8.563 7.416 7.034 6.957 8 6.957 6.307 5.638 5.638 6 5.543 4 2 Hàm lượng Fe (mg/l) Fe lượng Hàm 0 500 600 700 800 Nhiệt độ nung (oC) 10% Bột mì 20% Bột mì 30% Bột mì 35% Bột mì Hình 3. 12. Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến hàm lượng sắt sau lọc của gốm 3.5. Kết quả chụp SEM của gốm lọc Kết quả ảnh chụp SEM của gốm lọc gồm các sản phẩm gốm được làm từ 100 % Diatomite, 35% trấu, 35 % bã cà phê, 35 % bột mì được thể hiện qua các hình 3.13, hình 3.14, hình 3.15, hình 3.16 và hình 3.17. Hình 3. 13. Cấu tảo dạng ống của gốm lọc 57
  70. Hình 3. 14. Hệ thống lỗ xốp trên gốm được là từ 100% Diatomite Hình 3. 15. Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35 % trấu (700oC). 58
  71. Hình 3. 16. Hệ thống lỗ xốp của gốm lọc được trộn 35% bã cà phê (700oC) Hình 3. 17. Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35% bộ mì (700oC) 59
  72. Kết quả từ hình 3.13 chúng tôi nhận thấy, thành phần chủ yếu trong gốm lọc là tảo có hình dạng ống. Từ kết quả hình 3.17 chúng ta nhận thấy rằng hệ thống các lỗ xốp trên gốm làm từ 100% Diatomite hầu như không có, chỉ xuất hiện các lớp tảo dạng ống. Đối với vật liệu gốm được phối thêm trấu nghiền mịn cho kết quả rất tốt, hệ thống lỗ xốp phân bố rất nhiều và đồng đều, và được thể hiện qua hình 3.15. Kết quả hình 3.16 cho thấy vật liệu gốm được phối bã cà phê ở 35%, cho hệ thống lỗ xốp hầu như không được nhiều, đường kính lỗ xốp lớn hơn rất nhiều so với vật liệu được phối trấu Kết quả chụp SEM của gốm được phối bột mì ở 35% ở hình 3.17, cho thấy gốm có hệ thống lỗ xốp khá ít, bề mặt gốm lọc tương đồng như gốm được làm hoàn toàn từ Diatomite. Như vậy kết quả khảo sát cấu trúc gốm lọc cho thấy gốm được phối trộn phối liệu trấu nghiền mịn sẽ cho mật độ lỗ xốp cao nhất, do đó chúng tôi chọn vật liệu này làm vật liệu tối ưu. 3.6. Kết quả đo BET của gốm lọc Kết quả đo BET của các mẫu được trình bày trong phần phụ lục (Mẫu 1: 100% Diatomite, Mẫu 2: 35% trấu, Mẫu 3: 35% bã cà phê). Các kết quả về diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp được trình bày trong bảng 3.19. Bảng 3. 19. Kết quả đo BET của gốm lọc 35% trấu nghiền 35% bã cà phê – Tên mẫu 100% Diatomite – 65% Diatomite 65% Diatomite Diện tích bề mặt hấp 61,9023 16,2697 15,8343 phụ (m2/g) Thể tích hấp phụ của 0,125185 0,071678 0,076453 lỗ xốp (cm3/g) Đường kính trung 80,8921 176,2250 193,1258 bình lỗ xốp (Å) Từ kết quả trong bảng 3.19 chúng tôi nhận thấy với gốm lọc được làm hoàn toàn bằng Diatomite sẽ cho diện tích hấp bề mặt cao nhất đạt 61,2090 m2/g, còn đối với gốm đã được pha phối liệu thì diện tích hấp phụ bề mặt lại giảm xuống còn 60
  73. 15,4556 m2/g, 15,8704 m2/g. Các số liệu về đường kính trung bình của lỗ xốp trong bảng 3.19 cho thấy khi thực hiện pha phối liệu vào trong gốm thì đường kính lỗ xốp sẽ tăng theo, với phối liệu trấu thì 176,2250 Å, phối liệu bã cà phê 193,1258 Å. Trong đó đường kính lỗ xốp của gốm được làm từ 100% Diatomite có kích thước nhỏ nhất và đạt 80,8921 Å. Như vậy, gốm được là từ hoàn toàn Diatomite sẽ cho diện tích hấp phụ cao nhất, nhưng các gốm được pha phối liệu sẽ có đường kính lỗ xốp lớn là và đẩy nhanh được tốc độ lọc. Nhằm đảm bảo được tốc độ lọc nhanh nên chúng tôi chọn gốm có trộ phối liệu 35% trấu nghiền mịn làm vật liệu tối ưu. 3.7. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc Trong phần này chúng tôi chỉ trình bày các kết quả của nước sau lọc của các mẫu gốm lọc tối ưu. Các kết quả khảo sát nước sau lọc của các mẫu gốm khác đã được trình bày trong các phần khảo sát trước. 3.7.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc Chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn cho dung dịch nước sau lọc. Các kết quả đo được của đường chuẩn bằng thiết bị GENESYSTM 10 được thể hiện trong bảng 3.20. Bảng 3. 20. Kết quả khảo sát đường chuẩn cho nước sau lọc Hàm lượng Fe (mg/l) ABS 0,000 0,0000 0,060 0,0030 0,120 0,0090 0,180 0,0130 0,240 0,0160 Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc A = f( 퐹푒3+) có dạng như sau: 61
  74. 0.018 0.016 0.016 A = 0.0689C 0.013 0.014 R² = 0.9862 0.012 0.01 0.009 0.008 0.006 0.003 Hàm lượng Fe (mg/l) Fe lượng Hàm 0.004 0.002 0 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ABS Hình 3. 18. Đường chuẩn của nước sau lọc. Đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc có dạng đường thẳng tuyến tính và có phương trình A = 0,0689C với R = 0,9930. 3.7.2. Kết quả hàm lượng sắt trong mẫu nước sau lọc của các mẫu tối ưu Thực hiện tính toán cho nước sau lọc tương tự như nước nhiễm phèn. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt sau lọc của các mẫu gốm cho hiệu suất tốt nhất được thể hiện dưới bảng 3.21. Bảng 3. 21. Hàm lượng Fe của nước sau lọc Hàm lượng Fe Hiệu suất lọc Tên mẫu ABS (mg/l) (%) 35% trấu nghiền – 65% 0,000 0,045 99,865 Diatomite (700oC) 35% bã cà phê – 65% 0,000 0,073 99,783 Diatomite (700oC) Như vậy, theo kết quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc, thì gốm được làm từ 35% trấu và 65% Diatomite mang lại hiệu quả lọc nước cao nhất, hàm lượng sắt sau lọc đạt 0,045 mg/l và hiệu suất lọc đạt 99,865%. 62
  75. a. Nước nhiễm phèn b. Nước sau lọc Hình 3. 19. Nước nhiễm phèn trước lọc và nước sau quá trình lọc. 3.8. Kết quả kiểm tra hàm lượng sắt tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 Chúng tôi đã tiến hành kiểm tra mẫu nước nhiễm phèn và nước sau lọc tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 với kết quả như sau: Bảng 3. 22. Kết quả kiểm nghiệm tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 Giới hạn phát Tên mẫu Tên chỉ tiêu Kết quả thử nghiệm hiện Hàm lượng sắt (Fe) Mẫu 1 0,02 51,5 mg/l Hàm lượng sắt (Fe) Mẫu 2 0,02 Không phát hiện mg/l 63
  76. Trong đó: + Mẫu 1 là mẫu nước nhiễm phèn. + Mẫu 2 là mẫu nước sau lọc của gốm với tỉ lệ 35% trấu nghiền – 65% Diatomite và nung tại 700oC. Phiếu kết quả kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn và nước sau lọc được đính kèm tại phụ lục E và phụ lục F. Như vậy, khả năng loại bỏ sắt của gốm làm từ 35% trấu – 65% Diatomite và nhiệt độ nung là 700oC cho khả năng lọc loại bỏ hoàn toàn lượng sắt trong nước nhiễm phèn. 64
  77. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, chúng tôi rút ra một số kết luận sau: 1. Việc gia công gốm lọc thực hiện ở hai dạng là dạng sỏi và dạng ống. Đối với việc phối trộn phối liệu cháy vào gốm không được phối vượt quá tỉ lệ 35%. Sản phẩm gốm sau nung có màu đỏ gạch. 2. Kết quả đo hàm lượng sắt của nước nhiễm phèn sử dụng cho quá trình thí nghiệm đạt 33,486 mg/l. 3. Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình lọc của gốm cho kết quả ở 700oC cho thời gian lọc tốt nhất. 4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến gốm, kết quả thu được cho thấy ở 35% phối liệu trấu – 65% Diatomite sẽ cho tốc độ lọc cao nhất đạt 3,846 ml/phút và hiệu suất lọc đạt 99,865%. 5. Kết quả chụp SEM cho thấy đối với phối liệu trấu sẽ cho kết quả hệ thống mao quản khá nhiều nên sẽ làm giảm được thời gian lọc. 6. Kết quả đo BET cho thấy, về diện tích bề mặt thì gốm không pha phối liệu sẽ cho kết quả cao nhất đạt 61,9023 m2/g. Nhưng về đường kính lỗ xốp thì phối liệu trấu sẽ cho đường kính khả quan nhất và đạt 176,2250 Å. 7. Kết quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc, cho thấy các mẫu gốm lọc tối ưu điều có hàm lượng sắt sau lọc nhỏ hơn 0,5 mg/l. Với mẫu gốm phối liệu 35% trấu hàm lượng sắt của nước sau lọc đạt 0,045 mg/l và đảm bảo được yêu cầu nước sinh hoạt theo QCVN 02:2009/BYT. 8. Khảo sát hàm lượng sắt trong nước sau sau lọc tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 với kết quả không phát hiện hàm lượng sắt. Ngoài ra chúng tôi có một số kiến nghị như sau: 1. Quá trình nung cần được thực hiện với lò nung có thể tích lớn hơn nhằm có thể tăng được lượng sản phẩm nung, rút ngắn được thời gian gia công. 2. Thiết bị GENESYS™ 10 tại trường cần được thay thế máy mới, vì trong quá trình đo máy thường xảy ra trục trặc, đo không được chính xác. 65
  78. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1]. Anh Trung, Diatomite – nguồn khoáng sản đa dụng, Technology Space, STinfo. 23. March 2011. [2]. Bùi Hải Đăng Sơn, Nguyễn Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Đăng Ngọc, Đinh Quang Hiếu, So sánh các đặc trưng hóa lý hai loại Diatomite Phú Yên và Diatomite Merck, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 2 (21) – 2015. [3]. Cục Y tế dự phòng và Môi trường. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt. Cục Y tế dự phòng, 5/2009/TT - BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009. [4]. Đỗ Xuân Đồng, Trịnh Tuấn Khanh, Trần Quang Vinh, Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu đa mao quản trên nền khoáng sét Diatomit, Tạp chí Hóa học, T. 45 (6A), Tr. 83 - 87, 2007 [5]. Lê Công Nhân, Nguyễn Bá Hoàng. Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng Diatomite Phú Yên trong lọc nước và chất trợ lọc trong sản xuất bia. Trường Đại Học bách khoa Đà Nẵng. [6]. Giáo trình thí nghiệm hóa phân tích, Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu. [7]. Phạm Cẩm Nam , Trần Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ. Xác định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT, tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 2(31).2009. [8]. Phạm Cẩm Nam, Trần Ngọc Tuyền, Trần Thanh Tuấn, Vai trò của Diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng Porland trên cơ sở clinker Long Thọ, tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng - SỐ 3(38).2010. [9]. Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thu Thủy. Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, NXBKH & KT Hà Nội 1995. [10]. Trần Doãn Minh Đăng, Mai Thanh Phong, Nghiên cứu quá trình xử lý Diatomite Lâm Đồng để sản xuất chất trợ lọc, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ 14, no. 3K (2012): 54-60. 66
  79. [11]. Trần Thị Vân, Đoàn Ngọc Thiên Trúc. Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu màng lọc nước dùng trong đời sống. Trường Đại Học bách khoa Đà Nẵng. Tài liệu tiếng anh [12]. Bui Hai Dang Son, Nguyen Hai Phong, Vo Quang Mai, Dang Xuan Du, and Dinh Quang Khieu, A Study on Astrazon Black AFDL Dye Adsorption onto Vietnamese Diatomite, Hindawi Publishing Corporation, Journal of Chemistry, Volume 2016, Article ID 8685437, 11 pages. [13]. M. Al-Ghouti, M.A.M. Khraisheh, M.N.M. Ahmad, S. Allen, Thermodynamic behaviour and the effect of temperature on the remova of dyes from aqueous solution using modified Diatomite: A kinetic studyl, Journal of Colloid and Interface Science 287 (2005) 6–13. [14]. Porter, Mark C, Handbook of industrial membrane technology, (1989). [15]. Y. Al-Degs, M. A. M. Khraisheh and M. F. Tutunji, Sorption Of Lead Ions On Diatomite And Manganese Oxides Modified Diatomite, Wat. Res. Vol. 35, No. 15, pp. 3724–3728, 2001. Tài liệu Internet: [16]. Bột Diatomite. Internet: 26/12/2016. [17]. Bệnh tật vì uống nước nhiễm phèn. Internet: 06/03/2012. [18]. Tác hại của nước nhiễn phèn đến cơ thể. Internet: 19/08/2015. 67
  80. PHỤ LỤC Phụ lục A. Kết quả đo BET của mẫu 1 68
  81. Phụ lục B. Kết quả đo BET của mẫu 2 71
  82. Phụ lục C. Kết quả đo BET của mẫu 3 74
  83. Phụ lục E. Kết quả kiểm tra hàm lướng sắt của mẫu nước 1 77
  84. Phụ lục F. Kết quả kiểm tra hàm lướng sắt của mẫu nước 2 78