Đặc điểm sự hấp phụ của 2,4,6-TRinitrotoluen trên một số loại than hoạt tính trong môi trường nước

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (§B), Tr. 11 - 15, 2007<br /> <br /> <br /> ®Æc ®iÓm sù hÊp phô cña 2,4,6-TRinitrotoluen trªn mét<br /> sè lo¹i than ho¹t tÝnh trong m«i tr%êng n%íc<br /> §Õn Tßa so¹n 11-5-2007<br /> T« V¨n ThiÖp, §ç Ngäc Khuª , §inh Ngäc TÊn, NguyÔn V¨n Ho ng,<br /> §ç B×nh Minh, Ph¹m Kiªn C"êng<br /> Trung t©m Khoa häc kü thuËt & C«ng nghÖ qu©n sù<br /> <br /> <br /> summary<br /> The results of studying have showed that containing limit of TNT's concentration for the each<br /> activated carbon (40 mgr/l for TQ; 90 mgr/l for TM and AG; 180 mgr/l for GD), below that<br /> adsorption of TNT by the activated carbon conform to Freundlich rule. The activated carbons<br /> which are used to remove colour (TQ, TM) adsorb very well TNT from contaminated water, their<br /> capacity with 40 mg of TNT's concentration is about 260 - 400 mgr/gr.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu tr×nh hÊp phô TNT cña c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh<br /> kh¸c nhau ch a ® îc xem xÐt. §Ó gãp phÇn x¸c<br /> §Ó gi¶i thÝch c¸c hiÖn t îng hÊp phô chÊt ®Þnh c¬ së khoa häc cho gi¶i ph¸p c«ng nghÖ sö<br /> h÷u c¬ trong m«i tr êng n íc b»ng than ho¹t dông than ho¹t tÝnh ®Ó t¸ch TNT tõ n íc th¶i<br /> tÝnh, ng êi ta th êng ¸p dông ph ¬ng tr×nh ®¼ng c«ng nghiÖp hãa næ cÇn ph¶i nghiªn cøu l.m râ<br /> nhiÖt Freundlich hoÆc Langmuir [3], do c¸c c¸c ®Æc tr ng ®¼ng nhiÖt hÊp phô cña c¸c hÖ<br /> ph ¬ng tr×nh n.y cã ý nghÜa vËt lý cao v. liªn than ho¹t tÝnh - TNT (trong m«i tr êng n íc).<br /> quan trùc tiÕp ®Õn c¸c th«ng sè cÊu tróc xèp cña B.i b¸o n.y tr×nh b.y c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ<br /> chÊt hÊp phô. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ, bÒ mÆt ®Æc ®iÓm ® êng ®¼ng nhiÖt hÊp phô TNT tõ pha<br /> chÊt hÊp phô th êng kh«ng ®ång nhÊt vÒ mÆt láng b»ng than ho¹t tÝnh, dùa trªn c¬ së lý<br /> n¨ng l îng v. ®èi víi mét sè hÖ hÊp phô sù t ¬ng thuyÕt Toth [3, 4].<br /> t¸c gi÷a chÊt bÞ hÊp phô v. chÊt hÊp phô cã sù<br /> thay ®æi lín trong qu¸ tr×nh hÊp phô, ®Æc biÖt II - Thùc nghiÖm<br /> trong kho¶ng nång ®é réng cña chÊt bÞ hÊp phô.<br /> V× vËy ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô chØ tu©n 1. ThiÕt bÞ v hãa chÊt<br /> theo quy luËt Freundlich hoÆc Langmuir trong<br /> a) ThiÕt bÞ<br /> mét kho¶ng nång ®é nhÊt ®Þnh, phô thuéc c¸c<br /> th«ng sè h.m ®Æc tr ng cña hÖ hÊp phô. - ThiÕt bÞ s¾c ký láng cao ¸p (HPLC) Model<br /> Kh¶ n¨ng hÊp phô 2,4,6-trinitrotoluen HP 1100, sö dông detector Diode Array do hSng<br /> (TNT) tõ m«i tr êng n íc b»ng than ho¹t tÝnh Aligent (Mü) s¶n xuÊt;<br /> ®S ® îc ®Ò cËp ®Õn v. øng dông ë mét sè Nh. - C©n ph©n tÝch ®iÖn tö Mettler hSng Toledo<br /> m¸y c«ng nghiÖp quèc phßng [1, 2]. Tuy nhiªn, (Thôy SÜ), ®é nh¹y 10-4 gam.<br /> trong nh÷ng c«ng tr×nh n.y míi chØ ®Ò cËp chñ b) Hãa chÊt<br /> yÕu ®Õn hiÖu qu¶ hÊp phô v. sù ¶nh h ëng cña<br /> mét sè yÕu tè ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp - Dung dÞch TNT trong dung m«i n íc,<br /> phô, c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn ®Æc ®iÓm qu¸ nång ®é 200 mg/l.<br /> <br /> 11<br />  - Dung m«i dïng cho ph©n tÝch HPLC: nång ®é TNT trong dung dÞch tr íc hÊp phô<br /> axetonitril. (mg/l); Ct- nång ®é TNT trong dung dÞch sau<br /> - C¸c lo¹i than ho¹t tÝnh: hÊp phô (mg/l)<br /> + Than ho¹t tÝnh AG (Liªn bang Nga); - Dung l îng hÊp phô cña than ho¹t tÝnh ®èi<br /> víi TNT, x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (3):<br /> + Than ho¹t tÝnh g¸o dõa GD (s¶n xuÊt t¹i<br /> nh. m¸y than ho¹t tÝnh Tr. B¾c);<br /> a=<br /> (C0 Ct ) V<br /> (mg / g ) (3)<br /> + Than tÈy m.u - TM (C«ng ty Tr êng Ph¸t, m<br /> B¾c Giang);<br /> Trong ®ã: a l. dung l îng hÊp phô (mg/g); C0 l.<br /> + Than ho¹t tÝnh TQ (s¶n xuÊt t¹i nh. m¸y nång ®é TNT trong dung dÞch tr íc hÊp phô<br /> hãa chÊt Qu¶ng §«ng-Trung Quèc). (mg/l); Ct l. nång ®é TNT trong dung dÞch sau<br /> 2. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu hÊp phô (mg/l); V l. thÓ tÝch dung dÞch TNT<br /> (ml); m l. khèi l îng than (mg).<br /> a) PhG¬ng ph¸p chuÈn bÞ mÉu<br /> LÊy 50 ml dung dÞch n íc chøa TNT cã III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br /> nång ®é 200 mg/l v.o b×nh nãn cã dung tÝch<br /> 100 ml. C©n khèi l îng than ho¹t tÝnh x¸c ®Þnh 1. Dung l îng hÊp phô cña c¸c lo¹i than ho¹t<br /> cho v.o b×nh v. l¾c ®Òu, sau ®ã ®Ó ë tr¹ng th¸i tÝnh ®èi víi TNT<br /> tÜnh. Dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó tÝnh thêi gian KÕt qu¶ nghiªn cøu x¸c ®Þnh dung l îng<br /> hÊp phô.<br /> hÊp phô cña 5 lo¹i than ho¹t tÝnh: TQ; TM; GD<br /> Sau thêi gian 5 phót sö dông giÊy läc, läc v. AG ®èi víi NG ë ®iÒu kiÖn: nhiÖt ®é 25oC;<br /> lÊy phÇn dung dÞch ®Ó ph©n tÝch. pH = 7,0; ® îc tr×nh b.y trong b¶ng 1.<br /> NhiÖt ®é thÝ nghiÖm ® îc duy tr× æn ®Þnh ë KÕt qu¶ ë b¶ng 1 cho thÊy than TQ l. lo¹i<br /> 25oC. than cã dung l îng hÊp phô cao nhÊt, cßn than<br /> b) PhG¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nång ®é TNT GD cã dung l îng hÊp phô thÊp nhÊt. Dung<br /> l îng hÊp phô cña c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh ®èi víi<br /> Nång ®é TNT trong dung dÞch ® îc x¸c ®Þnh TNT xÕp theo thø tù gi¶m dÇn TQ > TM > AG<br /> b»ng ph ¬ng ph¸p HPLC, ë ®iÒu kiÖn: > GD.<br /> + TÝn hiÖu ®o 227 nm; Nh vËy, cã thÓ thÊy kh¶ n¨ng sö dông c¸c<br /> + Tû lÖ pha ®éng (tÝnh theo thÓ tÝch): lo¹i than ho¹t tÝnh trªn dïng trong c«ng nghÖ xö<br /> axetonitril/n íc = 40/60; lý khÝ ®Ó t¸ch TNT tõ m«i tr êng n íc bÞ h¹n<br /> + ThÓ tÝch b¬m mÉu: 5,0 µl; chÕ h¬n so víi than chuyªn dông cho xö lý<br /> n íc.<br /> + Thêi gian l u, øng víi pic cña TNT: tr =<br /> 5,66 phót. 2. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè h m ®Æc tr ng hÊp<br /> + Nång ®é TNT x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (1): phô TNT trong m«i tr êng n íc b»ng<br /> than ho¹t tÝnh<br /> A + 6,7224<br /> C= mg / l (1) §Ó x©y dùng ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp<br /> 45,4458 phô cña hÖ than ho¹t tÝnh- TNT, tr íc hÕt cÇn<br /> Trong ®ã: C l. nång ®é TNT (mg/l); A l. diÖn ph¶i x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña h.m ®Æc tr ng<br /> tÝch pic t¹i tr = 5,66 phót. trªn c¬ së lý thuyÕt cña Toth [3]. Theo Toth,<br /> - X¸c ®Þnh hiÖu suÊt hÊp phô cña than ho¹t h.m ®Æc tr ng cña hÖ hÊp phô cã d¹ng:<br /> tÝnh ®èi víi TNT, theo biÓu thøc (2): d lg C<br /> = 1= C (3)<br /> (C<br /> H= 0<br /> Ct ) 100<br /> (%) (2)<br /> C<br /> d lg a<br /> C0<br /> Trong ®ã: C l. h.m ®Æc tr ng m« t¶ sù biÕn<br /> Trong ®ã: H l. HiÖu suÊt hÊp phô (%); C0 l. ®æi n¨ng l îng cña hÖ hÊp phô v.o ®é che phñ<br /> 12<br /> hay dung l îng hÊp phô; a l. dung l îng hÊp Khi ®ã quan hÖ gi÷a lg C v. lgC l. tuyÕn<br /> phô TNT cña than ho¹t tÝnh; C l. nång ®é TNT tÝnh. Tõ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm (b¶ng 1), theo<br /> khi c©n b»ng; , l. c¸c h»ng sè. ph ¬ng ph¸p ®å thÞ ®S x¸c ®Þnh ® îc c¸c gi¸ trÞ<br /> Logarit 2 vÕ cña (3), ta ® îc: lg C = lg + v. cña c¸c h.m ®Æc tr ng t ¬ng øng víi c¸c<br /> lgC (4) hÖ than ho¹t tÝnh - TNT (b¶ng 2).<br /> <br /> B¶ng 1: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh dung l îng hÊp phô cña c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh<br /> <br /> Khèi l îng than, Nång ®é TNT c©n b»ng, Dung l îng hÊp phô a,<br /> Lo¹i than<br /> mg mg/l mg/g<br /> 50 1,56 198,440<br /> 40 4,01 244,990<br /> TQ<br /> 30 12,19 313,020<br /> 20 38,82 402,950<br /> 70 3,01 140,710<br /> 60 5,32 162,233<br /> TM 50 10,04 189,960<br /> 40 19,95 225,063<br /> 30 39,88 266,867<br /> 100 2,00 99,000<br /> 90 2,91 109,494<br /> AG 80 4,39 122,256<br /> 70 6,90 137,929<br /> 50 19,16 180,840<br /> 100 5,44 97,280<br /> 90 7,52 106,933<br /> GD 80 10,65 118,344<br /> 70 15,44 131,829<br /> 60 22,82 147,650<br /> Ghi chó: Nång ®é TNT tr íc hÊp phô l. 200 mg/l.<br /> <br /> B¶ng 2: C¸c th«ng sè h.m ®Æc tr ng cho c¸c hÖ than ho¹t tÝnh-TNT<br /> Th«ng sè<br /> Lo¹i than H.m ®Æc tr ng C<br /> <br /> <br /> TQ 3,4340 0,0136 3,4340.C0,0136<br /> TM 2,9573 0,0109 2,9573.C0,0109<br /> AG 2,6946 0,0109 2,6946.C0,0109<br /> GD 2,3812 0,0094 2,3812.C0,0094<br /> <br /> Tõ kÕt qu¶ ghi trong b¶ng 2, cã thÓ rót ra hÖ sè cña c¸c hÖ hÊp phô ®Òu cã gi¸ trÞ xÊp xØ<br /> nhËn xÐt sau: 0. Tõ c¸c ph ¬ng tr×nh h.m ®Æc tr ng cã thÓ x¸c<br /> - N¨ng l îng hÊp phô cña c¸c hÖ than ho¹t ®Þnh ® îc nång ®é TNT tíi h¹n trong dung dÞch<br /> tÝnh - TNT kh¶o s¸t, th«ng qua h.m ®Æc tr ng t¹i ®iÓm c©n b»ng ®Ó c¸c h.m ®Æc tr ng kh«ng<br /> C, biÕn ®æi rÊt Ýt khi ®é che phñ bÒ mÆt than phô thuéc v.o nång ®é TNT (sai sè ±5%) l. 40<br /> ho¹t tÝnh thay ®æi hay nång ®é TNT thay ®æi, do mg/l (®èi víi hÖ hÊp phô: TQ-TNT); 90 mg/l<br /> 13<br /> (®èi víi c¸c hÖ hÊp phô: TM-TNT v. AG-TNT); dông ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt d¹ng Freundlich<br /> 180 mg/l (®èi víi hÖ hÊp phô: GD-TNT). ®Ó tÝnh to¸n v. gi¶i thÝch c¸c hiÖn t îng hÊp<br /> - D íi nång ®é tíi h¹n, h.m ®Æc tr ng l. phô.<br /> mét h»ng sè kh«ng phô thuéc v.o nång ®é, tøc 3. ThiÕt lËp ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô<br /> l.:<br /> d lg C TÝch ph©n hai vÕ biÓu thøc (3), ta ® îc ph ¬ng<br /> C = 1= N (4) tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô Toth, cã d¹ng:<br /> d lg a<br /> 1/<br /> Trong ®ã: N l. h»ng sè kh«ng phô thuéc v.o a C<br /> a=a (6)<br /> nång ®é C. 1 + .C<br /> TÝch ph©n biÓu thøc (5) v. biÕn ®æi ta ® îc:<br /> 1 1/<br /> a C<br /> a=K C 1+ N<br /> (5) NÕu ®Æt: X= (7)<br /> 1+ C<br /> Trong ®ã: K l. h»ng sè tÝch ph©n.<br /> BiÓu thøc (5) cã d¹ng cña ph ¬ng tr×nh<br /> Freundlich [3]. Nh vËy, qu¸ tr×nh hÊp phô cña Ta cã: a = a . X (8)<br /> c¸c hÖ than ho¹t tÝnh- TNT kh¶o s¸t, tu©n theo Khi ®ã, quan hÖ gi÷a dung l îng hÊp phô a<br /> ph ¬ng tr×nh Freundlich, khi nång ®é TNT t¹i v. X l. tuyÕn tÝnh. C¸c sè liÖu thùc nghiÖm m«<br /> ®iÓm c©n b»ng nhá h¬n nång ®é tíi h¹n. Do ®ã, t¶ quan hÖ gi÷a dung l îng hÊp phô TNT v. gi¸<br /> trong thùc tÕ, khi xö lý n íc th¶i c«ng nghiÖp trÞ X cña c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh ® îc tr×nh b.y<br /> hãa næ chøa TNT b»ng than ho¹t tÝnh, cã thÓ sö trong b¶ng 3.<br /> <br /> B¶ng 3: Mèi quan hÖ gi÷a dung l îng hÊp phô a v. X<br /> Lo¹i than Nång ®é c©n b»ng, mg/l Gi¸ trÞ X Dung l îng hÊp phô a, mg/g<br /> 1,56 7,62127.10-9 198,440<br /> 4,01 9,41043.10-9 244,990<br /> TQ<br /> 12,19 1,20308.10-8 313,020<br /> 38,82 1,54921.10-8 402,950<br /> 3,01 3,27007.10-12 140,710<br /> 5,32 3,77014.10-12 162,233<br /> TM 10,04 4,41503.10-12 189,960<br /> 19,95 5,23209.10-12 225,063<br /> 39,88 6,20356.10-12 266,867<br /> 2,00 3,20434.10-13 99,000<br /> 2,91 3,54415.10-13 109,494<br /> AG 4,39 3,95692.10-13 122,256<br /> 6,90 4,46472.10-13 137,929<br /> 19,16 5,58505.10-13 180,840<br /> 5,44 1,03961.10-16 97,280<br /> 7,52 1,14275.10-16 106,933<br /> GD 10,65 1,26475.10-16 118,344<br /> 15,44 1,40898.10-16 131,829<br /> 22,82 1,57804.10-16 147,650<br /> <br /> 14<br /> B»ng ph ¬ng ph¸p ®å thÞ ®S x¸c ®Þnh ® îc IV - KÕt luËn<br /> ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô cña c¸c lo¹i<br /> than ho¹t tÝnh ®èi víi TNT nh sau: - C¸c lo¹i than ho¹t tÝnh kh¶o s¸t (TQ; TM;<br /> - HÖ than ho¹t tÝnh TQ-TNT: AG; GD) ®Òu cã kh¶ n¨ng hÊp phô rÊt tèt TNT tõ<br /> 73, 529 m«i tr êng n íc. Tuy nhiªn, c¸c lo¹i than chuyªn<br /> 3,434 C 0,0136 dông dïng ®Ó tÈy m.u trong m«i tr êng n íc<br /> a = 25,98.10 × 9<br /> (9)<br /> 1 + 3,434 C 0, 0136 (TQ v. TM) cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt nhÊt.<br /> - HÖ than ho¹t tÝnh TM-TNT: - §S x©y dùng ® îc c¸c ph ¬ng tr×nh ®¼ng<br /> nhiÖt hÊp phô ®èi víi 4 hÖ than ho¹t tÝnh (TQ,<br /> 91, 743<br /> 2,9573 C 0,0109 TM, GD v. AG)- TNT, trong m«i tr êng n íc.<br /> a = 42,00.10 ×<br /> 12<br /> (10)<br /> 1 + 2,9573 C 0,0109 - §èi víi mçi lo¹i than ho¹t tÝnh ®Òu cã<br /> ng ìng nång ®é TNT c©n b»ng x¸c ®Þnh (TQ: 40<br /> - HÖ than ho¹t tÝnh AG-TNT: mg/l; TM v. AG: 90 mg/l; GD: 180 mg/l), ë d íi<br /> 91, 743 nång ®é n.y ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô cña<br /> 2,6946 C 0, 0109<br /> a = 34,33.10 ×<br /> 13<br /> (11) hÖ tu©n theo quy luËt Freundlich.<br /> 1 + 2,6946 C 0, 0109<br /> T i liÖu tham kh¶o<br /> - HÖ than ho¹t tÝnh GD-TNT:<br /> 106, 383<br /> 2,3812 C 0,0094 1. §ç Ngäc Khuª v. céng sù. C«ng nghÖ tæng<br /> a = 93,11.10 ×<br /> 16<br /> (12) hîp xö lý n íc th¶i chøa TNT cña c¸c c¬ së<br /> 1 + 2,3812 C 0, 0094 thu håi, gia c«ng, s¶n xuÊt vËt liÖu næ. Héi<br /> th¶o khoa häc C«ng nghÖ xö lý m«i tr êng<br /> Tõ c¸c ph ¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt hÊp phô (9 -<br /> 12) cã thÓ nhËn thÊy: phôc vô quèc phßng, H. Néi (2004).<br /> - Dung l îng hÊp phô cña c¸c than ho¹t tÝnh 2. §inh Ngäc TÊn, §ç Ngäc Khuª, T« V¨n<br /> kh¶o s¸t ®èi víi TNT ®Òu kh¸ cao, víi nång ®é ThiÖp. TuyÓn tËp c¸c b¸o c¸o khoa häc Héi<br /> 200 mg TNT/l (xÊp xØ nång ®é bSo ho. cña TNT nghÞ khoa häc vÒ m«i tr êng lÇn 1, Trung<br /> trong n íc ë nhiÖt ®é 25oC), dung l îng hÊp t©m KHKT-CNQS, H. Néi (2004).<br /> phô cña c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh kh¶o s¸t ®èi víi 3. Lª V¨n C¸t. HÊp phô v. trao ®æi ion trong<br /> TNT n»m trong kho¶ng 270 - 570 mg/g v. gi¶m kü thuËt xö lý n íc v. n íc th¶i. Nxb.<br /> dÇn theo thø tù: TQ (572 mg/g) > TM (386 Thèng kª, H. Néi (2002).<br /> mg/g) > AG (371 mg/g) > GD (275 mg/g).<br /> 4. Lª V¨n C¸t. C¬ së hãa häc v. kü thuËt xö lý<br /> - Do hÖ sè trong h.m ®Æc tr ng cña hÖ n íc, Nxb. Thanh Niªn. H. Néi (1999).<br /> TQ-TNT lín nhÊt nªn dung l îng hÊp phô cña<br /> than TQ ®èi víi TNT sÏ lín nhÊt khi nång ®é 5. V. V. Nalimov, N. A. Tsernova. C¸c ph ¬ng<br /> TNT (c©n b»ng) nhá. §iÒu n.y rÊt thÝch hîp khi ph¸p thèng kª cña qui ho¹ch c¸c thùc<br /> xö lý n íc th¶i chøa TNT b»ng ph ¬ng ph¸p nghiÖm cùc trÞ, Nxb. Khoa häc v. Kü thuËt<br /> hÊp phô. H. Néi (1984).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15<br />