Tiểu luận Hấp phụ trong xử lý môi trường

Bài tiểu luận: Hấp phụ trong xử lý môi trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Khoa Hóa GVHD: TS. LÊ TỰ HẢI SVTH: Nhóm 7 – Lớp 09CQM Ô nhiễm môi trường ??? Ô nhiễm môi trường ??? Ảnh: afamily.vn Đây là cách xử lý rơm, rạ sau thu hoạch tiện nhất cho người dân nhưng lại gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Nội dung ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ 1. Tổng quan về hấp phụ Khái niệm Hấp phụ là quá trình chứa vật chất (các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion chất tan) lên bề mặt phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là thể khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng. Chất mà trên bề mặt của nó xảy ra quá trình hấp phụ gọi là chất hấp phụ, còn chất được tụ tập trên bề mặt phân cách pha được gọi là chất bị hấp phụ. PHÂN LOẠI Lực tương tác trong sự hấp phụ của khí hay hơi trên bề mặt chất rắn : lực Van Der Waals. Là quá trình thuận nghịch. Ít có tính chọn lọc. Nhiệt hấp phụ thường vào khoảng 2 – 10 kCal/mol Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Lực tương tác trong sự hấp phụ của khí hay hơi trên bề mặt chất rắn: lực hóa học. Là quá trình không thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ thường vào khoảng 10 - 20 kCal/mol Cơ chế của quá trình hấp phụ QUÁ TRÌNH 1 Sự duy chuyển chất đến mao quản của vật liệu hấp phụ QUÁ TRÌNH 2 Hình thành đơn lớp chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ QUÁ TRÌNH 3 Sự khuếch tán chất đến bề mặt vật liệu hấp phụ Đặc tính của vật liệu hấp phụ Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng Khử được nhiều hợp chất khác nhau Giá thành rẻ. Có độ bền cơ học cao Có khả năng hấp phụ cao pH ảnh hưởng đến diện tích bề mặt của VLHP cũng như điện tích bề mặt của chất bị HP. Với các chất bị HP hữu cơ thì khi pH giảm quá trình HP tăng. Độ tan của chất bị hấp phụ tăng thì khả năng hấp phụ giảm. Các chất hấp phụ hữu cơ thì khi pH giảm hấp phụ tăng. Khi nhiệt độ tăng, khả tăng hấp phụ sẽ giảm. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Chất bị hấp phụ pH Nhiệt độ External film resistance Particle skin resistance Micropore resistance and diffusion Macropore resistance Sơ đồ cấu trúc chung của vật liệu hấp phụ HẤP PHỤ BỂ Các Kiểu Hấp Phụ HẤP PHỤ CỘT Quá trình hấp phụ bể thường được tiến hành trong các bể hấp phụ với diện tích lớn và thường sử dụng cho các quá trình hấp phụ rắn/lỏng. Vật liêu hấp phụ được cho vào cùng với dung Dịch chất cấn hấp phụ và được khuấy để tăng khảnănghấp phụ. Sau khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng thì tách vật liệu hấp phụ bằng phương pháp li tâm sa lắng Hấp phụ bể Hấp phụ cột có thể được sử dụng cho hấp phụ các chất khí, lỏng. Vật liệu hấp phụ được cho vào cột dưới dạng viên hoặc cột nhồi. Hấp phụ cột chịu nhiều tác động của các yếu tố như hấp phụ bể; ngoài ra tác đông dòng chảy, dạng chất hấp phụ cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quá trình hấp phụ. Hấp phụ cột 2. Ứng dụng của hấp phụ trong xử lí môi trường ĐẤT KHÔNG KHÍ NƯỚC Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường không khí Các nguồn gây ONKK Nguồn gây ô nhiễm tự nhiên: Cháy rừng; núi lửa; bão cát; thực vật; vi sinh vật, phóng xạ,... Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo: Giao thông vận tải; hoạt động sx nông nghiệp; hoạt động sx công nghiệp… Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường không khí Có nhiều phương pháp để xử lí khí thải như: phương pháp sinh học, phương pháp hấp phụ bằng chất lỏng hoặc bằng chất rắn... Hiệu quả hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ có thể đạt tới 98% và chất ô nhiễm tới 90%. Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường không khí Hơi và khí độc khi đi qua lớp chất hấp phụ bị giữ lại nhờ hiện tượng hấp phụ. Nếu ta chọn được các chất hấp phụ chọn lọc thì có thể loại bỏ được các chất độc hại mà không ảnh hưởng đến thành phần các khí không có hại khác. Nguyên lý của phương pháp Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường không khí Qúa trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho những trường hợp sau : Vật liệu hấp phụ trong xử lý khí thải Vật liệu hấp phụ thường dạng hạt có kích thước từ 6-10 mm xuống đến 2.10 -5 mm và có độ rộng lớn, được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm trên khối vật liệu. Kích thước lỗ rỗng đóng vai trò quan trọng làm cho vật liệu hấp phụ được chất này hoặc chất khác, tức là có tính chọn lọc. Tính chọn lọc Nếu đường kính mao quản là 3.10-6 mm thì vật liệu có thể hấp phụ các chất như SO2, H2S, C2H2, C2H6, C2H5OH đều có thể bị hấp phụ. Nếu đường kính mao quản tăng lên đến 5.10-6 mm thì vật liệu còn hấp phụ được parafin và các hidrocacbon mạch Chất hấp phụ thường được sử dụng hấp phụ có thể là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, keo nhôm một số chất tổng hợp chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt…trong số này than hoạt tính dùng phổ biến nhất. 2.2 Hấp phụ trong xử lý nước Tùy theo đặc tính của nước thải mà chúng ta chọn loại than hoạt tính tương ứng. Quá trình hấp phụ có hiệu quả trong việc khử COD, màu phenol. 2.3 Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường đất Trong thổ nhưỡng học,phần tử cơ giới đất có kích thước từ 10-6 – 10-4 mm, được gọi là những hạt keo đất, các hạt keo thường lơ lửng trong dung dịch đất tạo thành hệ thống keo. Một số tính hấp phụ của keo đất Hấp phụ cơ học. Hấp phụ sinh học Hấp phụ phân tử. Hấp phụ trao đổi ( gồm hấp phụ trao đổi cation, hấp phụ trao đổi anion..). Trong các kiểu hấp phụ trên thì hấp phụ trao đổi ion là đặc trưng nhất cho hoạt tính môi trường đất. Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường đất Vai trò của keo đất Tạo tên khả năng hấp phụ của đất, gắn kết các phần tử cơ giới thành đoàn lạp làm cho đất tơi xốp. Làm thay đổi nhiều đặc tính vật l‎í, hóa lí của đất. Hấp phụ được một số kim loại có trong đất góp phần giảm thải ô nhiễm môi trường đất.. Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường đất Bên cạnh khả năng hấp phụ của chính keo đất trong đất thì một số vật liệu được sử dụng để hấp phụ các kim loại nặng có trong đất như : Zeolite, khoáng sét, muối nhôm… Kim loại nặng thường tồn tại trong đất dưới dang bùn thải công nghiệp, bùn ở hai dạng chính: Linh động, không bền và bền, trơ trong điều kiện tự nhiên. Hấp phụ trong xử lí ô nhiễm môi trường đất 3. Một số vật liệu hấp phụ Bùn đỏ Nhôm và oxit nhôm Biomass Bentonit Zeolit Silicagel Vật liệu khác: sét, diatomit Than hoạt tính 3.1 Than hoạt tính Đặc điểm: Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình, một phần nữa có dạng vụn tinh thể vụn gravit. Là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Dạng mao quản lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1.000 - 10.000 A0; dạng này có bề mặt riêng rất nhỏ, không quá 2 m2 /gam Về mặt cấu tạo có thể chia kích thước lỗ xốp thành ba loại sau: Ứng dụng Làm mặt nạ phòng độc Làm sạch mùi và khử màu các sản phẩm dầu mỡ Khử các khí độc hại Xử lí ô nhiễm không khí. Làm sạch nước để uống, xử lý nước sinh hoạt xử lý nước thải của các công trình có độ nhiễm bẩn thấp. Xử lý nước thải CN. Xử lý "cấp ba" NTCN và đô thị MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ MÔI TRƯỜNG NƯỚC Than hoạt tính Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 theophương pháp hấp phụ 1- Phễu chứa vật liệu hấp phụ (than hoạt tính); 2-Đo liều lượng; 3- Tháp hấp phụ nhiều tầng; 4- Xiclon; 5- Bunke; 6- Tháp giải hấp phụ; 7- Thiết bị cấp nhiệt; 8- Quạt; 9- Máy sàng. Than hoạt tính kết cấu khối đặc 3.2 Silicagel Silicagel là gel của anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển. Công thức SiO2.nH2O . Mạng lưới của gel bao gồm các nguyên tử Si nằm giữa khối tứ diện nối với nhau thông qua các nguyên tử O phân bố tại các đỉnh Cấu trúc silicagel Tinh thể silicagel www.themegallery.com Ứng dụng Silicagel thường được sử dụng để hấp phụ nước, rượu, phenol, amin, bằng cơ chế hấp phụ thông qua liên kết hydro. Ngoài ra, silicagel còn được sử dụng để tách các hydrocacbon thơm tách sắc ký các hợp chất hữu cơ. Trong đời sống, thường gặp silicagel trong những gói nhỏ đặt trong lọ thuốc tây, trong sản phẩm điện tử… Silicagel ứng dụng trong xủ l‎í nước thải, khí thải. Silicagel 3.3 Zeolit Zeolit là các hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể. aluminosilicat Zeolit 4a Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng. Đồng thời nó còn chịu ảnh hưởng của các cation kim loại khác được nhận thêm vào trong quá trình hình thành sản phẩm. Zeolit Ứng dụng trong Xử lí khí Có khả năng hấp phụ rất cao các khí độc, trong nước có khả năng hấp phụ H2S và trao đổi ion để giữ lại trên bề mặt chất rắn amoniac. Có khả năng mang những vi sinh cần thiết đưa vào xử lý mùi khó chịu của nước hồ nuôi tôm. Zeolit Khả năng “giữ bẩn” của Zeolít lớn,Clenoptiloit có thể lọc không những hạt huyền phù lớn, hạt keo có nguồn gốc VC và HC. Ứng dụng xử lý nước Zeolite được sử dụng để tách các ion kim loại nặng, amoni, các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải và nước sinh hoạt... Ngoài ra còn có thể lọc vi khuẩn. Zeolit 3.4 Bentonit Betonit Ứng dụng Bentonit Biomass là một dạng sinh khối, có có nguồn gốc từ sinh vật sống trong đó bao gồm thực vật, động vật và sản phẩm phụ của nó. Loại bỏ phần lớn hàm lượng kim loại nặng trong nước. Ứng dụng phổ biến trong xử lí ô nhiễm dầu. Khử mùi hôi, xử lí nước thải chăn nuôi. Ưu điểm nổi bật là sử dụng nguồn sinh khối không ảnh hưởng gì đến lương thực, thực phẩm nuôi sống con người và gia súc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu, đồng thời còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm. 3.5 B I O M A S S Mô hình sử dụng Biomass trong xử lí nước thải chứa kim loại 3.6 Bùn đỏ Bùn đỏ là sản phẩm (chất thải rắn) của quá trình khai thác bauxite và tinh chế Alumina. Giảm được lượng chất thải trong quá trình khai thác, chế biến bauxite. Vừa tận dụng chất thải dư thừa trong khai thác, chế biến quặng tạo ra loại vật liệu có khả năng xử lý các ô nhiễm ion kim loại nặng, các chất độc hại khác trong môi trường nước. 3.7 Nhôm và oxit nhôm hoạt hóa Nhôm hoạt hóa là dạng oxit nhôm xốp có diện tích bề mặt lớn và có công thức Al2O3.nH2O. Nhôm hoạt hóa có tính phân cực hơn silicagel và nó phản ứng tính lưỡng tính của nhôm. Trong thương mại thì nhôm hoạt hóa có thể được thay thế vật liệu zeolit. Aluminium-hydride Nhôm và hợp chất của nhôm Nhôm và oxit nhôm hoạt hóa Ứng dụng Nhôm và oxit nhôm hoạt hóa 3.8 Các vật liệu hấp phụ khác Quy trình công nghệ xử lí mùi hôi Trong tự nhiên có nhiều loại khoáng chất có khả năng hấp phụ như sét, diatomit... Các loại khoáng chất này thường được làm tăng khả năng hấp phụ của chúng lên nhiều sau khi xử lý bằng các biện pháp phù hợp. Tính ưu việt nhất của các chất hấp phụ tự nhiên là chúng có giá thành rất thấp so với các chất hấp phụ nhân tạo.