Download báo cáo nghiên cứu khoa học với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ phốtpho trong nước

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
----------------------
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH, ỨNG DỤNG HẤP
PHỤ PHỐTPHO TRONG NƯỚC
Mã số : B2010-20-23
Chủ nhiệm đề tài: Th.S Bùi Văn Thắng
Đồng Tháp – 11/2011

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
----------------------
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH, ỨNG DỤNG HẤP
PHỤ PHỐTPHO TRONG NƯỚC
Mã số : B2010-20-23
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)
Th.S Bùi Văn Thắng
Đồng Tháp – 11/2011

3. i
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ
PHỐI HỢP CHÍNH
1. Danh sách những người tham gia đề tài
Họ và tên Đơn vị công tác
Trần Quốc Trị Khoa Hóa học - Trường Đại học Đồng
Tháp
2. Đơn vị phối hợp
Phòng thí nghiệm - Khoa Hóa
học, Trường Đại học Đồng Tháp
Ông Dương Huy Cẩn
Trung tâm xử lý quặng – Viện
Công nghệ Xạ - Hiếm – Hà Nội
Ông Thân Văn Liên

4. ii
DANH MỤC THÀNH VIÊN THAM GIA VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH………....i
MỤC LỤC………………………………………………………………………………….ii
DANH SÁCH CÁC BẢNG……………………………………………………………….vi
DANH MỤC CÁC HÌNH………………………………………………………………..vii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………..ix
THÔNG TIN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU…………………………………………....x
PHẦN MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu................................................................................. 1
2. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................. 2
3. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 3
4. Cách tiếp cận ............................................................................................................... 4
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 4
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .............................................................. 5
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 6
1.1. Hiện tượng phú dưỡng ......................................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm về hiện tượng phú dưỡng............................................................... 6
1.1.2. Nguyên nhân và cơ chế................................................................................... 6
1.1.3. Phân loại trạng thái phú dưỡng...................................................................... 8
1.1.3.1. Phân loại theo hàm lượng phốtpho trong thủy vực..................................... 8
1.1.3.2. Phân loại theo mật độ tảo.......................................................................... 8
1.1.3.3. Phân loại theo hiện tượng nở hoa của nước .............................................. 9
1.1.4. Ảnh hưởng của hiện tượng phú dưỡng ........................................................ 10
1.1.4.1. Ảnh hưởng tích cực ................................................................................. 10
1.1.4.2. Ảnh hưởng tiêu cực ................................................................................. 10
1.1.5. Sinh lý dinh dưỡng, tầm quan trọng của tỉ lệ N:P và giới hạn dinh dưỡng.. 12
1.1.5.1. Sinh lý dinh dưỡng và tầm quan trọng của tỉ lệ N:P................................. 12
1.1.5.2. Giới hạn dinh dưỡng ............................................................................... 13
1.1.6. Các phương pháp xử lý phốtpho nhằm kiểm soát phú dưỡng ...................... 14
1.1.6.1. Các phương pháp kỹ thuật và vật lý......................................................... 14
1.1.6.2. Các phương pháp sinh học ...................................................................... 16
1.1.6.3. Các phương pháp hoá học....................................................................... 19
1.1.6.4. Bentonit biến tính bằng các cation kim loại (La, Al, Fe) là vật liệu hấp phụ
phốtpho hiệu quả ................................................................................................. 22
1.2. Giới thiệu về vật liệu bentonit biến tính............................................................. 23
1.2.1. Tổng quan về bentonit................................................................................... 23

5. iii
1.2.1.1. Thành phần khoáng và thành phần hoá học............................................. 23
1.2.1.2. Cấu trúc montmorillonit.......................................................................... 23
1.2.1.3. Tính chất lý – hoá của bentonit................................................................ 25
1.2.1.4. Một số ứng dụng của bentonit ................................................................. 27
1.2.2. Giới thiệu về vật liệu bentonit biến tính bằng kim loại ..................................... 27
1.2.2.1. Bentonit biến tính với lantan ....................................................................... 28
1.2.2.2. Bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La........................................................... 30
1.2.2.3. Bentonit biến tính với hỗn hơp Al/Fe........................................................... 32
1.2.2.4. Ứng dụng bentonit biến tính hấp phụ loại bỏ phốtpho trong nước ............... 35
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 37
2.1. Hoá chất, dụng cụ, thiết bị sử dụng.................................................................... 37
2.1.1. Hoá chất........................................................................................................ 37
2.1.2. Dụng cụ......................................................................................................... 37
2.1.3. Thiết bị.......................................................................................................... 37
2.1.4. Mẫu quặng sử dụng trong nghiên cứu ......................................................... 37
2.2. Phương pháp làm giàu quặng bentonit.............................................................. 38
2.3. Phương pháp điều chế vật liệu bentonit biến tính............................................. 40
2.3.1. Điều chế vật liệu bentonit biến tính với La ................................................... 40
2.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và tỷ lệ LaCl3/Bent............................ 41
2.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình điều chế................................. 42
2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến quá trình điều chế ............................... 42
2.3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng trong dung dịch đến quá trình điều
chế....................................................................................................................... 42
2.3.2. Điều chế vật liệu BAlLa ................................................................................ 43
2.3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ (Al3+
+La3+
)/bentonit............................. 44
2.3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian già hoá dung dịch chống................ 45
2.3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình điều chế..................... 45
2.3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ OH-
/(Al3+
+La3+
).................................... 45
2.3.3. Điều chế vật liệu BAlFe................................................................................ 45
2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ phốtpho của vật liệu bentonit biến tính............... 45
2.5. Thử nghiệm loại bỏ phốtpho từ nước hồ với B90-La ........................................ 47
2.6. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu bentonit và bentonit biến tính.............. 49
2.6.1. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX – Engergy Dispersive analysis of
X-ray)...................................................................................................................... 49
2.6.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................................. 49
2.6.3. Phương pháp xác định bề mặt riêng theo phương pháp hấp phụ (BET)...... 49

6. iv
2.6.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quyét (SEM)............................................ 49
2.6.5. Phương pháp ICP-AES (Inductively coupled plasma atomic emission
spectroscopy)........................................................................................................... 50
2.6.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)........................................................... 50
2.7. Phương pháp hấp phụ ........................................................................................ 50
2.7.1. Động học hấp phụ......................................................................................... 51
2.7.2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ........................................................................... 54
2.7.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và các tham số nhiệt động học .............................. 55
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................. 56
3.1. Kết quả nghiên cứu quá trình làm giàu quặng bentonit Bình Thuận............... 56
3.2. Vật liệu bentonit biến tính với lantan ................................................................ 66
3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vật liệu bentonit biến tính với lantan.. 66
3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ LaCl3/bentonit.......................................................... 66
3.2.1.2. Ảnh hưởng của pH .................................................................................. 69
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................... 71
3.2.1.4. Ảnh hưởng của phần trăm huyền phù sét................................................. 72
3.2.2. Một số đặc tính lý hoá của vật liệu................................................................ 74
3.2.2.1. Tính chất bề mặt...................................................................................... 74
3.2.2.2. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt.................................................. 75
3.2.2.3. Phổ FTIR ................................................................................................ 76
3.3. Vật liệu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La................................................... 77
3.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu BAlLa ...................... 77
3.3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ AlCl3/LaCl3.............................................................. 77
3.3.1.2. Ảnh hưởng của (Al3+
+La3+
)/bentonit....................................................... 79
3.3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian già hoá dung dịch chống.................................. 80
3.3.1.4. Ảnh hưởng nhiệt độ đến quá trình chống................................................. 80
3.3.1.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ OH-
/(Al3+
+La3+
)...................................................... 81
3.3.2. Đặc tính của vật liệu điều chế....................................................................... 83
3.3.2.1. Tính chất bề mặt...................................................................................... 83
3.4. Vật liệu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/Fe ................................................... 85
3.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu BAlFe ...................... 85
3.4.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ AlCl3/FeCl3.............................................................. 85
3.4.1.2. Ảnh hưởng của (Al3+
+Fe3+
)/Bent ............................................................ 88
3.4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian già hoá dung dịch chống.................................. 89
3.4.1.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ OH-
/(Al3+
+Fe3+
) ...................................................... 91
3.4.2. Đặc tính của vật liệu điều chế....................................................................... 92

7. v
3.4.2.1. Tính chất bề mặt...................................................................................... 92
3.4.2.2. Thành phần hoá học và diện tích bề mặt.................................................. 93
3.4.2.3. Phổ FTIR ................................................................................................ 93
CHƯƠNG 4. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHỐTPHO CỦA VẬT LIỆU
BENTONIT BIẾN TÍNH VỚI MỘT SỐ ION KIM LOẠI.......................................... 95
4.1. Khả năng hấp phụ phốtpho của bentonit biến tính........................................... 95
4.1.1. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ..................................................... 95
4.1.2. Ảnh hưởng của pH ....................................................................................... 96
4.1.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ........................................................................... 97
4.1.4. Động học hấp phụ....................................................................................... 100
4.1.5. Cơ chế hấp phụ ........................................................................................... 102
4.1.6. Tính chất bề mặt của vật liệu sau khi hấp phụ phốtpho ............................. 103
4.2. Thăm dò khả năng hấp phụ phốtpho của B90-La trên mẫu nước hồ Hoàn
Kiếm......................................................................................................................... 104
4.2.1. Hiện trạng chất lượng nước hồ Hoàn Kiếm ............................................... 104
4.2.2. Khả năng hấp phụ phốtpho trong nước hồ................................................. 105
4.2.3. Kết quả về hàm lượng chlorophyl a, thành phần và mật độ các loài tảo .... 107
4.2.4. Các yếu tố pH, DO, độ đục trong quá trình xử lý........................................ 107
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 109
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 112
CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG TRÌNH ............................... 129

8. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Nồng độ phốtpho và trạng thái phú dưỡng của thủy vực.................................... 8
Bảng 1.2. Tương quan giữa mật độ tảo và trạng thái phú dưỡng....................................... 9
Bảng 1.3. Phân loại hiện tượng nở hoa nước dựa vào sinh khối tảo .................................. 9
Bảng 3.1. Kích thước hạt phụ thuộc vào thời gian nghiền và tỷ lệ bi ............................... 56
Bảng 3.2. Thành phần hoá học của sét Tuy Phong – Bình Thuận, bentonit Rajasthan (Ấn
Độ), Bentonit Wyoming (USA)......................................................................................... 57
Bảng 3.3. Thành phần khoáng vật (% khối lượng) của 4 mẫu bentonit Tuy Phong – Bình
Thuận và bentonit Wyoming (USA).................................................................................. 58
Bảng 3.4. Thành phần hoá học của mẫu bentonit Bình Thuận nguyên khai và 4 mẫu
bentonit đã được làm giàu............................................................................................... 59
Bảng 3.5. Thành phần khoáng vật của mẫu bentonit Bình Thuận trước, sau khi làm giàu và
mẫu bentonit Wyoming.................................................................................................... 60
Bảng 3.6. Thành phần nguyên tố (theo % khối lượng) của mẫu bentonit nguyên khai, các
mẫu bentonit đã làm giàu và mẫu bentonit Đài Loan (% MMT là 92,2%)........................ 61
Bảng 3.7. Tính chất lý hoá của mẫu B90 và B40 ............................................................. 64
Bảng 3.8. Giá trị d001 của mẫu B90-La và B40-La với tỉ lệ LaCl3/Bent khác nhau........... 69
Bảng 3.9. Giá trị d001 của mẫu B90-La và B40-La được điều chế với pH khác nhau........ 71
Bảng 3.10. Giá trị d001 của mẫu B90-La và B40-La được điều chế ở nhiệt độ khác nhau. 72
Bảng 3.11. Giá trị d001 của mẫu B90-La và B40-La được điều chế ở phần trăm huyền phù
khác nhau........................................................................................................................ 73
Bảng 3.12. Tính chất lý hoá của mẫu bentonit và bentonit biến tính lantan ..................... 75
Bảng 3.13. Giá trị d001 của các mẫu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La....................... 77
Bảng 3.14. Tính chất lý hoá của mẫu bentonit và bentonit biến tính với Al/La................. 84
Bảng 3.15. Giá trị d001 của các mẫu bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La....................... 87
Bảng 3.16. Tính chất lý hoá của mẫu bentonit và bentonit biến tính với Al/Fe................. 93
Bảng 4.1. Các thông số động học hấp phụ phốtphat trên bentonit biến tính................... 100
Bảng 4.2. Thông số động học hấp phụ phốtpho trên bentonit biến tính.......................... 102
Bảng 4.3. Giá trị pH của dung dịch phốtpho trước và sau khi hấp phụ.......................... 103
Bảng 4.4. Thông số hấp phụ phốtpho trong nước hồ Hoàn Kiếm trên bentonit biến tính
lantan............................................................................................................................ 106
Bảng 4.5. Nồng độ lantan và natri trong hồ trước và sau khi xử lý................................ 107
Bảng 4.6. Sự thay đổi các yếu tố pH, DO, độ đục trong quá trình xử lý trên cột qua thời
gian............................................................................................................................... 108

9. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Một số thủy vực bị phú dưỡng ........................................................................... 6
Hình 1.2. Đơn vị cơ bản của tinh thể montmorillonit....................................................... 24
Hình 1.3. Cấu trúc 2 :1 của MMT................................................................................... 25
Hình 1.4. Sơ đồ mô tả quá trình điều chế La3+
-MMT ...................................................... 30
Hình 2.1. Quy trình điều chế vật liệu Ben-La .................................................................. 40
Hình 2.2. Quy trình điều chế vật liệu BAlLa.................................................................... 43
Hình 2.3. Mô hình thử nghiệm xử lý nước hồ bằng vật liệu điều chế ............................... 48
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit Bình Thuận nguyên khai .................. 58
Hình 3.2. Giản đồ EDX của mẫu A) BT và B) BTA1........................................................ 61
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bentonit nguyên khai và mẫu bentonit đã được
làm giàu .......................................................................................................................... 62
Hình 3.4. Giản đồ XRD của mẫu A) B90 và B) B40......................................................... 63
Hình 3.5. Ảnh SEM của mẫu A) B90 và B) B40............................................................... 64
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của mẫu B40 và B90.............................................................. 65
Hình 3.7. Hiệu suất lantan trao đổi (%) trên bentonit phụ thuộc thời gian ở các tỷ lệ
LaCl3/bentonit ban đầu khác nhau.................................................................................. 66
Hình 3.8. Phổ XRD của các mẫu A) B90-La và B) B40-La với tỷ lệ LaCl3 : bentonit khác
nhau................................................................................................................................ 68
Hình 3.9. Giản đồ XRD các mẫu A) B90-La và B) B40-La điều chế ở khoảng pH khác
nhau................................................................................................................................ 70
Hình 3.10. Giản đồ XRD của các mẫu A) B90-La và B) B40-La được điều chế ở khoảng
nhiệt độ khác nhau .......................................................................................................... 71
Hình 3.11. Giản đồ XRD các mẫu A) B90-La và B) B40-La điều chế ở các tỷ lệ rắn/lỏng
khác nhau........................................................................................................................ 72
Hình 3.12. Ảnh SEM của mẫu B90-La và B40-La ........................................................... 74
Hình 3.13. Phổ FTIR mẫu bentonit và bentonit biến tính với lantan................................ 76
Hình 3.14. Giản đồ XRD các mẫu BAlLa với tỷ lệ AlCl3:LaCl3 khác nhau ...................... 78
Hình 3.15. Giản đồ XRD các mẫu BAlLa với tỷ lệ (Al3+
+ La3+
)/bentonit khác nhau....... 79
Hình 3.16. Giản đồ phổ XRD của các mẫu BAlLa với thời gian già hoá dung dịch chống
khác nhau........................................................................................................................ 80
Hình 3.17. Giản đồ XRD các mẫu BAlLa với nhiệt độ điều chế khác nhau ...................... 81
Hình 3.18. Giản đồ XRD các mẫu BAlLa với nhiệt độ điều chế với tỉ lệ OH-
/(Al3+
+La3+
)82
Hình 3.19. Ảnh SEM của các vật liệu B90 và BAlLa ....................................................... 83
Hình 3.20. Phổ FTIR của mẫu bentonit và bentonit biến tính với hỗn hợp Al/La ............. 85

10. viii
Hình 3.21. Giản đồ XRD của mẫu BAlFe với tỉ lệ Al3+
/Fe3+
khác nhau........................... 86
Hình 3.22. Giản đồ XRD của mẫu BAlFe với tỉ lệ (Al3+
+Fe3+
)/bentonit khác nhau ......... 88
Hình 3.23. Giản đồ XRD của mẫu BAlFe với thời gian già hoá dung dịch chống khác nhau
........................................................................................................................................ 89
Hình 3.24. Giản đồ XRD của mẫu BAlFe với nhiệt độ điều chế khác nhau...................... 90
Hình 3.25. Giản đồ XRD của mẫu BAlFe với tỉ lệ OH-
/(Al3+
+Fe3+
) khác nhau ............... 91
Hình 3.26. Ảnh SEM của A và B của mẫu B90, C và D của BAlFe.................................. 92
Hình 3.27. Phổ FTIR của mẫu bentonit và bentonit biến tính với hỗn hợp Al/Fe ............. 94
Hình 4.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ phốtpho trên a) B40-La, b) B90
– La, c) BAlLa, d) BAlFe. ................................................................................................ 95
Hình 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ pH đến khả năng hấp phụ phốtpho trên a) B90, b) B40-
La, c) B90 – La, d) BAlLa, e) BAlFe................................................................................ 96
Hình 4.3. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich của hấp phụ phốtphat
trên A) B90-La; B) B90-La; C) BAlLa và D) BAlFe......................................................... 98
Hình 4.4. Dạng tuyến tính theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir của hấp phụ phốtphat
trên A) B90-La; B) B90-La; C) BAlLa và D) BAlFe......................................................... 99
Hình 4.5. Động học hấp phụ phốtphat trên bentonit biến tính sử dụng A) Dạng tuyến tính
của phương trình động học biểu kiến bậc 2; B) Dạng tuyến tính của phương trình Elovich
...................................................................................................................................... 102
Hình 4.6. Ảnh SEM của các mẫu bentonit biến tính sau khi hấp phụ phốtpho................ 104
Hình 4.7. Biến thiên nồng độ phốtpho hòa tan trong quá trình xử lý trên cột theo thời gian
...................................................................................................................................... 105
Hình 4.8. Phương trình động học biểu kiến bậc 2 đối với quá trình hấp phụ phốtpho trên
bentonit biến tính lantan với mẫu nước hồ Hoàn Kiếm. ................................................. 106

11. ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tên gọi
Ben-La Bentonit Bình Thuận biến tính với LaCl3
Cben-La Bentonit Lâm Đồng biến tính với LaCl3
B90-La Bentonit 90% montmorillonit biến tính với LaCl3
B40-La Bentonit 40% montmorillonit biến tính với LaCl3
PILC Sét chống lớp xen giữa
MMT Montmorillonit
XRD X – rays Diffraction
SEM Phương pháp hiển vi điện tử quyét
EDX Engergy Dispersive analysis of X-ray
BET Brunauer-Emmett-Teller
ICP-AES Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy
FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại
Bent Bentonit
PHT Phốtpho hoà tan
TP Tổng phốtpho
TN Tổng nitơ
T Tấm silic tứ diện
O Tấm nhôm bát diện

12. x
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Đơn vị: TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp
phụ phốtpho trong nước.
- Mã số: B2010-20-23
- Chủ nhiệm: ThS. Bùi Văn Thắng
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Đồng Tháp
- Thời gian thực hiện: 1/1/2010 đến 30/12/2011
2. Mục tiêu:
- Nghiên cứu quy trình làm giàu khoáng bentonit, nhằm nâng cao hàm lượng
montmorillonit trong khoáng bentonit.
- Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ phốtpho trên nền bentonit Việt Nam
(bentonit Bình Thuận) biến tính La và hỗn hợp La/Al, Fe/Al.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phốtpho của vật liệu
(nồng độ P, pH, ion cạnh tranh, lực ion, độ muối, thời gian hấp phụ,…) trong phòng
thí nghiệm.
- Khảo sát khả năng hấp phụ phốtpho trong mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm (Hà
Nội) trên vật liệu điều chế.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Đề tài cung cấp một số kiến thức tổng quan về bentonit, bentonit biến tính
với kim loại và ứng dụng hấp phụ phốtpho trong dung dịch nước. Phương pháp CE
được sử dụng để làm giàu quặng sét trương nở có hiệu suất cao.

13. xi
- Vật liệu bentonit biến tính có thể được điều chế với quy mô lớn và ứng
dụng rộng rãi trong thực tế xử lý các thuỷ vực bị phú dưỡng.
4. Kết quả nghiên cứu:
Qua quá trình nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite biến tính lantan, hỗn
hợp AlLa, AlFe và khảo sát ứng dụng hấp phụ phốtpho trong dung dịch. Chúng tôi
thu được một số kết quả sau:
1. Đã nghiên cứu công nghệ làm giàu bentonit Bình Thuận theo phương pháp
CE, với phương pháp này để làm giàu bentonit Bình Thuận cần hoà tan bentonit với
nước theo tỷ lệ 1 : 100 (1% huyền phù) để yên trong 24 giờ, tiếp tục khuấy 30 phút,
sau đó ly tâm. Sản phẩm thu được có hàm lượng montmorillonit tăng lên khoảng
90%.
2. Nghiên cứu điều chế thành công hai vật liệu B90-La và B40-La. Đã khảo
sát được ảnh hưởng của các yếu tố: tỉ lệ LaCl3/bentonit, thời gian phản ứng, pH,
nhiệt độ và phần trăm huyền phù đến các giá trị khoảng cách cơ bản, d001, từ đó xác
định được các điều kiện thực nghiệm thích hợp để điều chế vật liệu bentonit biến
tính lantan như sau:
B90-La B40-La
Tỉ lệ LaCl3/bentonit (mmol/g) 0,35 0,35
Thời gian (giờ) 24 24
pH 7 7
Nhiệt độ (o
C) 70o
C 90o
C
Phần trăm huyền phù (%) 1 – 10% 1 – 10%
3. Điều chế thành công vật liệu BAlLa và BAlFe, cũng tiến hành khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính. Kết quả phân tích XRD cho thấy,
khoảng cách lớp của vật liệu BAlLa có khoảng cách cơ bản là 18 – 19 Å, đối với
BAlFe có khoảng cách cơ bản là 17 – 18,3 Å lớn hơn nhiều so với bentonit ban đầu
(12,58 – 12,61 Å). Điều kiện điều chế thích hợp cho vật liệu BAlLa và BAlFe như
sau:

14. xii
BAlLa BAlFe
Tỉ lệ Al3+
/M3+
(La3+
hoặc Fe3+
) 5 2
Tỉ lệ (Al3+
+M3+
)/bentonit (mmol/g) 10 20
Thời gian già hoá dung dịch chống (ngày) 14 14
Nhiệt độ của quá trình chống (o
C) 50 50
Tỉ lệ OH-
/(Al3+
+M3+
) 2 2
4. Loại bỏ phốtpho là yếu tố quan trong để điều khiển phú dưỡng và hấp phụ
là quá trình xử lý có hiệu quả cao. Trong nghiên cứu này, bốn loại bentonit biến tính
bằng tác nhân vô cơ: B90-La, B40-La, BAlLa và BAlFe được điều chế, khảo sát
tính chất đặc trưng và ứng dụng hấp phụ phốtphat được tiến hành bằng kỹ thuật bể.
Kết quả cho thấy rằng, làm tăng lên đáng kể khoảng cách cơ bản, diện tích bề mặt
BET và tổng thể tích lỗ xốp, đều thuận lợi cho quá trình hấp phụ phốtphat. Khả
năng hấp phụ phốtphat được sắp xếp như sau: BAlFe > BAlLa ≈ B90-La > B40-La.
Tốc độ hấp phụ phù hợp với mô hình động học biểu kiến bậc 2 (R2
> 0,99). Các dữ
kiện đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp tốt với cả hai mô hình Freundlich và
Langmuir. Nghiên cứu nhiệt động cho thấy quá trình hấp phụ là thu nhiệt và tự xảy
ra. Hấp phụ phốtphat trên tác nhân vô cơ chống bentonit tăng lên đáng kể theo pH,
chỉ ra rằng có xảy ra phản ứng trao đổi giữa anion trong dung dịch và OH−
.
5. Khi khảo sát khả năng hấp phụ phốtpho trong nước hồ, với mẫu nước hồ
Hoàn Kiếm, nồng độ phốtpho ban đầu thấp (0,052 mg/L), sau xử lý nồng độ
phốtpho giảm còn khoảng 0,014 mg/L (B90-La). Khảo sát theo mô hình thử nghiệm
cho thấy, sau 6 giờ hiệu suất xử lý phốtpho với nước hồ Hoàn Kiếm đạt 70% (B90-
La).
5. Sản phẩm:
1. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Nguyễn Mạnh Trường, Trần Văn Sơn,
Thân Văn Liên (2010), Nghiên cứu hấp phụ phốtpho trong dung dịch nước bằng vật
liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hoá học, T.48, 4C, 384 – 389.

15. xiii
2. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2010), Nghiên cứu công
nghệ xử lý phú dưỡng nước hồ Hoàn Kiếm bằng vật liệu bentonit biến tính lantan,
Tạp chí Hoá học, T.48, 4C, 402 – 407.
3. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2011), Nghiên cứu điều chế,
tính chất của vật liệu La/Al chống bentonit và ứng dụng hấp phụ phốtphat trong
nước. Phần I. Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu, Tạp chí Hoá học, T.49,
3A, 302 – 406.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng:
Ngày tháng năm
Cơ quan chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
Bùi Văn Thắng

16. xiv
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Synthesis of modified bentonite material, application
phosphorous adsorption in water.
Code number: B2010-20-23
Coordinator: Master Bui Van Thang
Implementing institution: Dong Thap University
Duration: from January, 2010 to December, 2011.
2. Objective(s):
- A study enrichment technology in bentonite mineral, to improve the content
of montmorillonite in bentonite ore.
- Synthesis of modified bentonite (Binh Thuan bentonite) with La, Al/La,
Al/Fe for phosphorous adsorption in water.
- Investigation of factors affecting phosphorus adsorption capacity of the
material (P concentration, pH, competing ions, adsorption time,…) in the
laboratory.
- Investigation of phosphorus adsorption ability with Hoan Kiem Lake on the
modified bentonite material.
3. Creativeness and innovativeness:
- Project provides an overview of the bentonite, modified bentonite with
metal and application for phosphorus adsorption in water. CE method is used for
enriched ore-swelling clay with high performance.
- Modified bentonite can prepared on a large scale and widely used in
practice with eutrophication treatment.
4. Research results:

17. xv
Binh Thuan bentonite was studied to modify with Lantan, mixture AlLa,
AlFe. The process of phosphorus adsorption in water was done. The obtained
results showed that:
1. We studied the enriched technology in Binh Thuan bentonite by CE
method, in which we dissolve bentonite in water with ratio 1:100 (1% suspension).
After standing for 1 24 hours, the solution was mixed in 30 minutes and was
centrifuged. The abtained product have higher montmorillonit for 90%.
2. We studied successfully two materials B90-La and B40-La. The elements
as ratio laCl3/bentonite reaction’s time, pH, temperature and percent of suspension
were observed about their effect to the basic distance’s value, d001. We determined
the available conditions to prepare the modified bentonite with Lantan are:
B90-La B40-La
Ratio LaCl3/bentonit (mmol/g) 0,35 0,35
Time (hours) 24 24
pH 7 7
Temperature (o
C) 70o
C 90o
C
Suspension percent (%) 1 – 10% 1 – 10%
3. We studied successfully BAlLa and BAlFe materials which were observed
with obove elements in the modified process. With the XRD analytics, the results
showed that has the layer distance of BAlLa material is 18-19 Ao
, of BAlFe
material is 17-18.3 Ao
. These distance is bigger the basic distance of original

18. xvi
bentonite (12.58-12.61 Ao
). The best conditions to preparing BAlLa and BAlFe are
display in following table:
BAlLa BAlFe
Ratio Al3+
/M3+
(La3+
or Fe3+
) 5 2
Ratio (Al3+
+M3+
)/bentonit (mmol/g) 10 20
Effect of time of pillaring solution (days) 14 14
The temperature of pillaring process (o
C) 50 50
Ratio of OH-
/(Al3+
+M3+
) 2 2
4. Phosphorus removal is effect way in controling the eutroplication and
adsorption is the high affect. In this study, 4 kinds of modified bentonite with
inorganic agent, B90-La, B40-La, BalLa and BAlFe were prepared, were observed
the characteristics and were evaluated the phosphorus removal by lake experiments.
The result showed that increasing clearly the basic distance, BET surface area and
total pore volume are also benefit in the phosphate adsorption. Their phosphate
adsorded capability were arranged in the order: BAlFe > BAlLa  B90-La > B40-
La. The rate of adsorption fits pseudo-second-order kinetic model (R2
> 0.99). The
adsorption isotherm‘s datas fit well with both two models, Freunlich and Langmuir.
Thermodynamic studying showed that adsorption was endothermic and
spontameous in nature. The phosphate adsorption on inorganic agent pillared
bentonite increase significantly with pH. There is exchange reaction between anion
in solution and OH-
.

19. xvii
5. We study the photphorus adsorption ‘s capability in the lake, with samples
come from Hoan Kiem Lake. The original photphorus concentration is low (0.052
mg/l). After adsorbing, phosphorus concentration decrease to about 0.014mg/l
(B90-La). With the experimental model’s test, the labour efficientcy of adsorbed
process is 70% (B90-La) after 6 hours.
5. Products:
1. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Nguyễn Mạnh Trường, Trần Văn Sơn,
Thân Văn Liên (2010), Nghiên cứu hấp phụ phốtpho trong dung dịch nước bằng vật
liệu bentonit biến tính lantan, Tạp chí Hoá học, T.48, 4C, 384 – 389.
2. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2010), Nghiên cứu công
nghệ xử lý phú dưỡng nước hồ Hoàn Kiếm bằng vật liệu bentonit biến tính lantan,
Tạp chí Hoá học, T.48, 4C, 402 – 407.
3. Lê Bá Thuận, Bùi Văn Thắng, Trần Văn Sơn (2011), Nghiên cứu điều chế,
tính chất của vật liệu La/Al chống bentonit và ứng dụng hấp phụ phốtphat trong
nước. Phần I. Nghiên cứu điều chế, tính chất của vật liệu, Tạp chí Hoá học, T.49,
3A, 302 – 406.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

20. 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Phốtpho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống đã biết.
Phốtpho vô cơ ở dạng phốtphat (PO4
3-
) đóng vai trò quan trọng trong các phân tử
sinh học như ADN và ARN, trong đó nó là một trong những thành phần cấu tạo nên
cấu trúc của các phân tử này. Phốtpho là thành phần của một số men quan trọng
tham gia chuyển hóa protein, lipit, gluxit, hô hấp tế bào và mô, các chức năng của
cơ và thần kinh. Theo thuật ngữ sinh thái học, phốtpho thường được coi là chất dinh
dưỡng giới hạn trong nhiều môi trường, tức là khả năng có sẵn của phốtpho điều
chỉnh tốc độ tăng trưởng của nhiều sinh vật. Trong các hệ sinh thái thuỷ sinh, sự dư
thừa phốtpho gây ra hiện tượng phú dưỡng (eutrophication) được quan tâm bởi các
nhà khoa học do hậu quả của hiện tượng phú dưỡng gây ra.
Hậu quả của hiện tượng phú dưỡng là sự tăng trưởng nhanh chóng của các
thực vật bậc thấp (tảo, vi tảo, vi khuẩn lam,…) và tạo ra biến đổi lớn trong hệ nước
thuỷ sinh, làm chất lượng nước bị suy giảm nghiêm trọng và ô nhiễm môi trường
xung quanh. Vì vậy việc loại bỏ phốtpho thừa trong nguồn nước là một biện pháp
hữu hiệu và lâu dài để có thể ngăn chặn tình trạng phú dưỡng của thuỷ vực [29].
Hiện nay các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu khả năng hấp phụ
phốtphat trên một số muối kim loại như muối lantan, nhôm và sắt đã được khảo sát,
nhưng chúng có những bất lợi nhất định. Muối lantan hấp phụ loại bỏ phốtpho trong
dung dịch nước nhưng chúng sẽ độc hại cho hệ thuỷ sinh nếu sử dụng chúng với
lượng dư. Trong khi đó nhôm và sắt có khả năng sinh ra ra ion hyđro (H+
) cho hệ
thuỷ sinh, đặc biệt trong các hồ có độ kiềm thấp hoặc vừa phải, dẫn đến giảm mạnh
độ pH của nước, ảnh hưởng đến động thực vật trong nước [14,29]. Độc tính của các
nguyên tố này giảm đi đáng kể (gần như không còn) nếu kết hợp chúng vào trong
khoáng sét có độ trương nở cao, chẳng hạn bentonit. Khi các ion kim loại đó trao
đổi với các cation hiđrat trao đổi giữa lớp bentonit, các ion kim loại bị khoá vào
trong cấu trúc của bentonit [50]. Vật liệu này có khả năng hấp phụ phốtpho và giữ
chúng trong cấu trúc không cho phát sinh trở lại hệ nước, thực vật không thể hấp
thu phát triển [6].

21. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 53534
DOWNLOAD: + Link tải: tailieumau.vn
Hoặc : + ZALO: 0932091562