Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý một số kim loại nặng trong nước thải nhà máy mạ

Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý
một số kim loại nặng trong nước thải
nhà máy mạ


Nguyễn Kim Hiển


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS. ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: PGS.TS. Lê Huy Du
Năm bảo vệ: 2012


Abstract. Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre. Đánh giá các tính chất đặc
trưng của than tre hoạt tính điều chế được. Nghiên cứu khả năng ứng dụng than tre
hoạt tính trong việc xử lý một số kim loại nặng có trong nước thải mạ.

Keywords. Khoa học môi trường; Điều chế than tre; Kim loại nặng; Nước thải; Ô
nhiễm nước


Content
MỞ ĐẦU

Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng
và các hậu quả kéo theo của nó đang ngày càng bức xúc và nhận được nhiều sự quan tâm của
nhân loại. Ô nhiễm môi trường nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống và sự
phát triển bền vững của mỗi quốc gia. Trong đó, vấn đề bức bối nhất hiện của ô nhiễm môi
trường nước chính là vấn đề ô nhiễm bởi kim loại nặng. Các kim loại nặng xâm nhập vào môi
trường nước do các quá trình rửa trôi, do nước thải của các quá trình sản xuất công nông

nghiệp. Đặc biệt, nguồn nước thải của các ngành công nghiệp mạ thải ra môi trường một
lượng lớn các kim loại nặng, nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ra ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng. Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải của ngành công nghiệp
mạ. Trong đó phương pháp hấp phụ là phương pháp có hiệu quả cao và đang được nghiên
cứu để ứng dụng rộng rãi.
Than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến trong
nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: khai thác chế biến dầu mỏ, công nghiệp dệt, công
nghiệp thực phẩm. Ngày nay, việc ứng dụng than hoạt tính vào mục đích xử lý môi trường
ngày càng tăng.
Tre là nguồn nguyên liệu rẻ và dồi dào ở Việt Nam. Việc khai thác tre để điều chế
than vừa có chi phí sản xuất thấp vừa ít ảnh hưởng đến môi trường. Than tre có có khả năng
hấp phụ tốt vì có diện tích bề mặt cao, phân bố lỗ trung và lỗ lớn nhiều. Như vậy, than tre
hoàn toàn có thể ứng dụng trong lĩnh vực xử lý môi trường.
Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay, việc nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre, ứng
dụng xử lý các kim loại nặng trong nước vẫn chưa được quan tâm nhiều. Chính vì vậy luận
văn này đề cập đến việc “Nghiên cứu điều chế than tre ứng dụng xử lý một số kim loại nặng
trong nước thải mạ”.
Mục đích của luận văn là:
- Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ tre.
- Đánh giá các tính chất đặc trưng của than tre hoạt tính điều chế được
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng than tre hoạt tính trong việc xử lý một số kim loại
nặng có trong nước thải mạ.


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Than hoạt tính cấu trúc và tính chất
1.1.1. Giới thiệu chung
1.1.2. Tổng quan về than tre
1.1.3. Điều chế than hoạt tính

1.1.4. Cấu trúc than hoạt tính
1.1.5. Những quy luật hấp phụ vật lý trên than hoạt tính
1.1.6. Động học hấp phụ
1.1.7. Sự hấp phụ trong dung dịch
1.2. Khái quát về nước thải mạ
1.2.1. Công nghệ mạ
1.2.2. Thành phần và tính chất nước thải mạ
1.2.2. ảnh hưởng của nước thải mạ đến môi trường và sức khoẻ con người.
1.2.3. Khái quát về các phương pháp xử lý nước thải mạ
Các nguyên liệu chứa các bon được chế biến một cách đặc biệt nhằm loại bỏ các chất
có nhựa và tạo ra các lỗ xốp trong chúng được gọi là than hoạt tính. Than hoạt tính có thành
phần chủ yếu là các bon (8590%), phần còn lại (515%) là các chất vô cơ [4, 5].
Than hoạt tính được điều chế từ các vật liệu khi đốt cháy cho ta các bon. Do vậy nguồn
nguyên liệu khá phong phú. Ví dụ các nguyên liệu có nguồn gốc động vật như các loại
xương, thịt, da. Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật như các loại cây, các loại quả, sọ dừa, gỗ,
mạt cưa, có nguồn gốc từ than mỏ như than antraxit, than bùn, than nâu, than bán cốc, hoặc từ
các hợp chất hữu cơ polime, licnhin, dầu mỏ [4, 5, 6].
Than hoạt tính được phát hiện và nghiên cứu vào thời gian cuối thế kỷ XVIII. Trong
thế kỷ XIX than hoạt tính được sử dụng để lọc sạch khí và tẩy màu. Trong đại chiến thế giới
lần thứ nhất, lần đầu tiên than hoạt tính đã được sử dụng làm vật liệu lọc độc trong mặt nạ
phòng độc [4, 5, 15].
Hiện nay than hoạt tính đã được sử dụng rộng rãi hầu khắp mọi lĩnh vực khoa học, quân
sự và đời sống. Tuỳ theo mục đích sử dụng, hiện có một số loại than hoạt như sau: than lọc
khí hơi, than tẩy mầu, than lọc nước, than trao đổi ion ở dạng hạt đập, hạt ép hoặc dạng bột.
Ở Việt Nam đã sử dụng than hoạt tính từ thời Pháp thuộc. Thời đó ở Việt Nam có 3 nhà
máy đường, các nhà máy này đều sử dụng than hoạt tính để làm trắng đường. Lúc đó Việt
Nam chưa sản xuất được than hoạt tính, tất cả đều sử dụng than của Trung Quốc. Từ năm
1980 Việt Nam mới bắt đầu nghiên cứu chế tạo than hoạt tính. Công trình đầu tiên là của
trường đại học Bách Khoa sản xuất than từ bã mía ở Việt Trì và ở Vạn Điểm. Cả hai công
trình này đều chỉ hoạt động được một thời gian rồi hư hỏng. Sau này đại học Bách Khoa cũng

nghiên cứu chế tạo lò sản xuất than Gáo dừa ở Bến Tre nhưng cũng không thành công. Năm
1985, xí nghiệp than hoạt tính của nhà máy phân đạm Bắc Giang ra đời với hệ thống lò quay
theo công nghệ của Đức. Xí nghiêp này sản xuất than tảy màu từ than gỗ. Cho đến nay gần
như nghỉ không sản xuất vì nó không thân thiện với môi trường. Năm 1990, một xí nghiệp
than hoạt tính được xây dựng ở Trà Vinh với công nghệ lò Yên ngựa của Trung Quốc.
Nguyên liệu là than Gáo dừa và hiện nay vẫn còn hoạt động. Năm 2005, một xí nghiệp than
hoạt tính được xây dựng ở Bến Tre với công nghệ lò quay của Hàn Quốc. Xí nghiệp này cũng
dùng nguyên liệu là than Gáo dừa và hiện nay vẫn đang hoạt động. Hiện nay, Việt Nam hàng
năm tiêu thụ khoảng 30000 tấn than hoạt tính, số than này nhập từ nước ngoài là chủ yếu.
Như vậy, ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo và sản xuất than hoạt tính vẫn còn chưa được
quan tâm, và nguyên liệu được dùng chủ yếu là than Gáo dừa [7].

1.1.2. Tổng quan về than tre.
Việt Nam có nguồn nguyên liệu tre luồng rất dồi dào, đặc biệt là ở Thanh Hóa một tỉnh
trồng tre nhiều nhất Việt Nam. Theo số liệu của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
Thanh Hóa thì hiện nay Thanh Hóa có diện tích trồng tre luồng khoảng 70000ha. Diện tích
này tập trung ở 11 huyện miền núi với khoảng 1 triệu dân. Hàng năm khai thác được khoảng
20 triệu cây. Đến hết năm 2007 ở Thanh Hóa đã có 49 cơ sở sản xuất chế biến hàng mỹ nghệ,
giải quyết công ăn việc làm cho hàng vạn lao động [6].
Mặc dù tre vẫn là nguồn tài nguyên thiên nhiên chưa được sử dụng nhiều, nhưng nếu
được nghiên cứu chế tạo làm than hoạt tính thì phạm vi ứng dụng sẽ tăng lên một cách rõ rệt
và rất ý nghĩa trong lĩnh vực xử lý môi trường.Theo kinh nghiệm dân gian, than được chế tạo
từ tre có khả năng kháng khuẩn và khử mùi, bột than tre có thể dùng để nuôi gia súc và cải
tạo đất đai.
1.1.3. Điều chế than hoạt tính
Như đã biết nguồn nguyên liệu để điều chế than hoạt tính rất đa dạng và phong phú.
Công nghệ để điều chế than hoạt tính từ các nguồn nguyên liệu khác nhau cơ bản phải qua
các công đoạn sau.
1.1.3.1. Than hoá
Mục đích của than hoá là dùng nhiệt để phân huỷ nguyên liệu đưa nó về dạng các bon,

đồng thời làm bay hơi nước và một số hợp chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban đầu cho than.
Chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hoá than.
Đây là quá trình cháy để tạo các bon. Vì vậy trong lò cần có một lượng không khí nhất
định. Để tránh hiện tượng tro hoá người ta than hoá trong môi trường khí trơ, trong lò yếm
khí hoặc chân không. Nhiệt độ than hoá 350500
0
C trong khoảng thời gian 35120 phút tuỳ
vào nguyên liệu ban đầu. Nhiệt độ than hoá quá cao làm cho than bị trơ khó hoạt hoá. Thời
gian kéo dài lượng mất mát sẽ lớn, hiệu quả than hoá thấp [4, 5, 15].
1.1.3.2. Hoạt hoá
Vì sao phải hoạt hóa? Ta biết rằng quá trình hấp phụ xảy ra trên một chất hấp phụ được
quyết định bởi diện tích bề mặt riêng và tổng lỗ xốp mà trong đó vai trò của lỗ bé là chủ yếu.
Như vậy phải làm thế nào đó để diện tích bề mặt riêng và độ xốp tăng lên. Hoạt hoá là quá
trình bào mòn mạng lưới tinh thể các bon dưới tác dụng nhiệt và tác nhân hoạt hoá, tạo độ
xốp cho than một hệ thống lỗ có kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động
trên bề mặt. Than ở dạng mới than hóa thì bề mặt riêng vào khoảng vài trăm m
2
/g, thể tích lỗ
khoảng 0,3cm
3
/g và chủ yếu là lỗ to. Nhưng sau khi hoạt hóa, diện tích bề mặt riêng có thể
lên tới 1000 đến trên 2000 m
2
/g, tổng thể tích lỗ đạt 1,2cm
3
/g, và chủ yếu lại là lỗ nhỏ.
1.1.4. Cấu trúc của than hoạt tính
1.1.4.1. Cấu trúc tinh thể
Theo các kết quả nghiên cứu Rơngen thì than hoạt tính gồm các vi tinh thể các bon. Các vi
tinh thể này tạo thành lớp, trong các lớp nguyên tử các bon sắp xếp thành hình 6 cạnh. Tuy

nhiên so với cấu trúc mạng lưới tinh thể graphit thì trong than hoạt tính các lớp vi tinh thể sắp
xếp lộn xộn không có trật tự
1.1.4.2. Cấu trúc xốp
Than hoạt tính được đặc trưng bởi cấu trúc đa phân tán, với nhiều phương thức phân
bố thể tích lỗ theo kích thước. Đặc tính cấu trúc xốp của than hoạt tính là chứa các loại lỗ với
những kích thước khác nhau [7, 10].
Theo Dubinhin và các cộng sự thì than hoạt tính là chất hấp phụ xốp có bề mặt bên
trong khá phát triển (600900m
2
/g). do vậy than hoạt tính có khả năng hấp phụ rất cao. Dựa
vào kích thước và vai trò của quá trình hấp phụ, mà các lỗ trong than hoạt tính được phân loại
như sau [4, 5].
Lỗ nhỏ với bán kính
r <67 A
0
Lỗ bán nhỏ
67< r <1516 A
0
Lỗ trung
1516< r < 10002000 A
0
Lỗ lớn
r > 100020000 A
0

1.1.4.3. Cấu trúc bề mặt
Trên bề mặt than hoạt tính luôn có một lượng oxy liên kết hoá học với nguyên tử các
bon, ngay cả khi gia công tinh khiết nhất thì than hoạt tính cũng chứa 12% oxy. Phức chất
của oxy với các bon trên than hoạt tính gọi là các hợp chất bề mặt. Tuỳ theo điều kiện và
phương pháp điều chế than hoạt tính mà lượng oxy tham gia hợp chất bề mặt có thể thay đổi

[4].
Theo Dubinin và Serpinski, khi hàm lượng oxy 23% thì phần được phủ bởi đơn lớp
oxy chiếm 4% diện tích bề mặt than hoạt tính. Một số tác giả khác cho rằng hàm lượng oxy
lớn (khoảng 12%) thì phần diện tích được phủ bởi đơn lớp oxy sẽ đạt 1920% [4, 5].
1.1.5. Những quy luật hấp phụ vật lý trên than hoạt tính
Đặc trưng cho sự hấp phụ vật lý của than hoạt tính là cơ chế lấp đầy lỗ bé. Cơ chế này
được mô tả bằng thuyết Polany - Dubinin. Ngoài ra sự hấp phụ còn xảy ra theo cơ chế ngưng
tụ mao quản và hấp phụ bề mặt.
1.1.5.1. Thuyết Polany-Dubinin
Thuyết này cho rằng trên bề mặt chất hấp phụ bao giờ cũng chứa một trường lực gọi là
trường hấp phụ. Độ lớn của trường được biểu thị bằng thế hấp phụ . Thế hấp phụ này tỷ lệ
nghịch với lập phương khoảng cách từ bề mặt. Trên bề mặt chất hấp phụ chứa nhiều mặt
đẳng thể.
Thuyết này áp dụng tốt cho những chất hấp phụ có nhiệt độ sôi cao [4, 5, 7]. Theo Dubinin,
trạng thái hơi hấp phụ trong lỗ bé giống trạng thái lỏng, vì rằng trong không gian của lỗ bé có
hiện tượng chồng trường, hơi chất hấp phụ bị nén.
1.1.5.2. Thuyết hấp phụ BET
Brunauer - Emmett - Teller đã đưa ra đưa ra học thuyết của dựa vào các giả thuyết sau
[7].
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng và sự hấp phụ xẩy ra đơn lớp.
- Phân tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ chỉ tương tác với nhau ở lớp thứ nhất, còn ở
các lớp sau được hình thành nhờ lực phân tử của chất bị hấp phụ giữa các lớp với nhau.
- Sự hấp phụ bao giờ cũng tiến tới trạng thái cân bằng hấp phụ.
1.5.3. Hấp phụ ở áp suất cao - Phương trình Kelvin
Khi áp suất tương đối khá lớn, sự hấp phụ xảy ra theo cơ chế ngưng tụ mao quản trong
các lỗ trung, lớp hấp phụ trên thành lỗ dầy lên, chạm vào nhau và khép kín lại thành mặt
khum lõm của chất lỏng bị hấp phụ.
.5.4. Thuyết hấp phụ Langmuir
Theo Langmuir trên bề mặt chất hấp phụ có những tâm hấp phụ gọi là những điểm cơ
bản. Các điểm cơ bản này có khả năng hấp phụ chỉ một phân tử chất bị hấp phụ hình thành

một lớp đơn phân tử. Số điểm cơ bản càng nhiều thì hoạt độ của chất hấp phụ càng cao.
1.1.6. Động học hấp phụ
Quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau: khuyếch
tán của các chất bị hấp phụ tới bề mặt ngoài; khuyếch tán qua màng chất lỏng bao xung
quanh chất rắn; khuyếch tán bên trong hạt hấp phụ và giai đoạn hấp phụ thực sự [7,10].
Trong các giai đoạn đó, bước nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế
toàn bộ quá trình động học hấp phụ, với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình
khuyếch tán vào bên trong hạt hấp phụ thường là chậm và đóng vai trò quyết định.
Khuyếch tán là hiện tượng san bằng nồng độ của một chất trong một pha, các phân tử
(ion) chuyển động từ nơi có nồng độ cao xuống vùng có nồng độ thấp cho nên có thể nói
động lực của quá trình khuyếch tán là sự chênh lệch nồng độ theo vị trí không gian.
Các quá trình khuyếch tán ổn định được mô tả qua định luật Fick 1: khi khuyếch tán
qua một tiết diện A sự chênh lệch nồng độ của chất khuyếch tán là dc trên một khoảng cách
dx. Trong một thời gian dt, lượng chất (mol) khuyếch tán qua A là dn, lượng chất khuyếch
tán trong một thời gian dn/dt tỷ lệ thuận với diện tích và sự chênh lệch nồng độ nên có thể
viết:
dx
dc
D.A. -
dt
dn

(1.18)
- D gọi là hệ số khuyếch tán (cm
2
/s)
Định luật Fick1 được áp dụng tính toán cho các trường hợp khuyếch tán ổn định như:
khuyếch tán qua màng, khuyếch tán bề mặt, khuyếch tán mao quản trong hệ hấp phụ.
1.1.7. Sự hấp phụ trong dung dịch
Khi cho các vật thể rắn vào dung dịch sẽ hình thành các bề mặt phân chia pha giữa vật

thể rắn và dung dịch - gọi là bề mặt dung dịch. Khi chất lỏng bị nén, quá trình hấp phụ của
một cấu tử sẽ kèm theo quá trình nhả hấp phụ của một cấu tử khác của dung dịch. Vì thế bề
mặt dung dịch được làm giàu lên và sự hấp phụ đó sẽ dễ dàng hơn trong các điều kiện cụ thể
[7,10].
Cơ sở của động lực học hấp phụ trong dung dịch:
Quá trình chuyển khối khi sự hấp phụ không phụ thuộc vào các điều kiện tiếp xúc của
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, được thực hiện bằng phương pháp khuyếch tán phân tử từ
môi trường ngoài (khí, hơi, hay dung môi) lên bề mặt các hạt của chất hấp phụ (gọi là
khuyếch tán ngoài) và khuyếch tán các phân tử từ bề mặt ngoài của các hạt này vào tâm của
nó theo kênh của các lỗ xuyên qua hạt có tiết diện khác nhau (gọi là khuyếch tán trong)
[7,10].
Tốc độ tổng cộng của quá trình này được xác định bởi một trong hai dạng khuyếch tán
trên.
Nghiên cứu những quy luật động lực học hấp phụ trong dung dịch được bắt từ việc xác
định giai đoạn chậm nhất của quá trình chuyển khối với những điều kiện cho trước.
Sự chuyển khối môi trường bao quanh hạt chất hấp phụ dẫn đến sự chuyển dịch chất
trong dung dịch lên bề mặt hạt dưới tác động của sự phân bố nồng độ không đều, mà nồng
độ này xuất hiện khi một lượng chất nào đó bị các hạt hâp phụ từ ranh giới của chất lỏng.
Sự chuyển khối bên trong cáchạt xốp trên chất hấp phụ gây nên sự phân bố nồng độ
không đồng nhất. Trong các lỗ lớn sự chuyển khối được thực hiện bằng cách khuyếch tán
phân tử vào chất lỏng bên trong lỗ và khuyếch tán các phân tử bị hấp phụ trong các lỗ trung,
lỗ nhỏ.
Tốc độ hấp phụ trong dung dịch được tính theo sự giảm nồng độ theo thời gian.
1.2. Khái quát về nƣớc thải mạ
1.2.1. Công nghệ mạ
Hiện tại, chúng ta đang tập trung phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, trong đó
kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại. Do vậy, nhu cầu gia công mạ kim loại ngày
càng lớn và cũng từ đó việc xử lý nước thải trong gia công mạ - một yếu tố có nhiều khả năng
phá hủy môi trường, là hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để.
.2.2. Thành phần và tính chất nước thải mạ

Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH. Đặc trưng chung
của nước thải ngành mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo
kim loại của lớp mạ mà nguồn ô ề nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ thuộc vào
loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố như xianua, sunfat, amoni,
crômat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất
hoạt động bề mặt … nên BOD, COD thường thấp và không thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng
xử lý chính là các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…
1.2.3. Ảnh hưởng của nước thải mạ đến môi trường và sức khoẻ con người.
Ảnh hưởng đến môi trường:
- Là độc chất đối với cá và thực vật nước
- Tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất lí hoá của
nước, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn. Nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái hóa, với nồng độ
nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về
lâu về dài.
- Ảnh hưởng đến đường ống dẫn nước, gây ăn mòn, xâm thực hệ thống cống rãnh.
- Ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, vật nuôi canh tác nông nghiệp, làm thoái hoá
đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải.
- Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải, cần tách riêng nếu không sẽ ảnh hưởng đến hoạt
động của vi sinh vật khi thực hiện xử lý sinh học.


Chƣơng 2. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp điều chế than hoạt tính từ tre
2.2.2. Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm
2.2.3. Phương pháp thống kê toán học
2.2.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu, tính chất đặc trưng của than hoạt
tính

2.2.5. Phương pháp xác định khả năng hấp phụ một số kim loại trong nước thải mạ
của than hoạt tính
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Với mục đích điều chế vật liệu hấp phụ từ tre, nguồn tài nguyên rẻ, dồi dào phong phú
sẵn có trong nước, ứng dụng để xử lý môi trường nước. Dựa trên cơ sở tổng kết các tài liệu
tham khảo trong ngoài nước về phương pháp điều chế, khả năng ứng dụng cùng với những
điều kiện thực tế ở nước ta, đối tượng nghiên cứu được đặt ra là:
- Điều chế than hoạt tính từ tre.
- Khảo sát, đánh giá các tính chất đặc trưng của than hoạt tính được điều chế từ tre.
- Khảo sát khả năng hấp phụ một số kim loại nặng( Cu, Ni, Zn) trong nước thải mạ
của than hoạt tính điều chế được.
2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp điều chế than hoạt tính từ tre
2.2.1.1. Phương pháp than hoá
Tre được chọn là tre già cứng, được cưa ngắn ra thành từng đoạn 10cm, được chẻ mảnh
ra 2cm, sau đó cho vào lò than hoá. Quá trình than hoá được tiến hành trong lò nung yếm khí
của trung tâm công nghệ xử lý môi trường Bộ Tư Lệnh Hóa học. Đây là loại lò quay theo
công nghệ của Trung Quốc (lò quay SRJK-5-9S). Lò được cấp nhiệt bằng điện qua 2 thớt trên
và dưới, có thể kéo và nâng thớt trên lên cao bằng hệ thống xích tời để đưa vào và lấy ra ống
lò. Lò có thể than hóa và hoạt hóa.
2.2.1.2. Phương pháp hoạt hoá
Tiến hành trong lò quay công nghệ Trung Quốc (lò SRJK - 5- 9S) của trung tâm công
nghệ xử lý môi trường Bộ Tư Lệnh Hóa học.
2.2.2. Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm
Phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm là phương pháp nghiên cứu trong quy hoạch
thực nghiệm sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm hiện đại, Quy hoạch thực nghiệm là tập
hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến kết thúc quá
trình nghiên cứu đối tượng, trong điều kiện đã hoặc chưa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối
tượng.
2.2.3. Phương pháp thống kê toán học

Các kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo quy luật phân phối (quy luật phân
phối Student) hoặc thống kê tuyến tính theo phương pháp thống kê toán học xử lý các kết quả
thực nghiệm.
2.2.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu, tính chất đặc trưng của than hoạt tính
2.2.4.1. Độ bền hạt
Độ bền hạt xác định dựa trên nguyên tắc bào mòn hạt than bằng sự va chạm cơ học của
than với các bi thép trong trống quay kim loại đặt nằm ngang và quay với tốc độ không đổi.
2.2.4.2. Xác định độ tro của than
Độ tro của than thể hiện các hợp phần vô cơ có trong than. Độ tro được xác định bằng cách
nung một lượng than xác định ở nhiệt độ 850
0
C cho đến khi than cháy hết, chỉ còn lai tro
trắng.
2.2.4.3. Xác định tỷ trọng lít
Tỷ trọng lít là trọng lượng của một là trọng lượng một đơn vị thể tích than, tính cả phần
không gian nằm giữa hạt than.
Tỷ trọng lít (g/cm
3
) được xác định theo phương pháp cân thông thường. Người ta lấy một ống
đong và đặt một tấm gỗ phẳng trên mặt bàn, đổ 10 cm
3
than vào ống đong gõ ống đong lên
tấm gỗ trong 30 giây, tiếp tục cho tiếp 10 cm
3
làm tương tự cho đến khi lượng than ngang
vạch khắc 100 ml
2.2.4.4. Tỷ trọng biểu kiến
Tỷ trọng biểu kiến là trọng lượng của một đơn vị thể tích than không kể đến không gian
giữa các hạt. Tỷ trọng biểu kiến phụ thuộc nhiều vào độ xốp của than, vì vậy nó thường được
dùng để đặc trưng gián tiếp cho độ xốp của than. Tỷ trọng biểu kiến (g/cm

3
) được xác định
trên thiết bị Geo Pye 1360, version 3.01 của Hãng Micromeritics Instrument Corporation
(USA).
2.2.4.5. Tỷ trọng thực
Tỷ trọng thực là khối lượng một đơn vị thể tích than không chứa lỗ xốp và thể tích
khoảng trống giữa các hạt than. Tỷ trọng thực (g/cm
3
) được xác định theo phưong pháp nạp
He trên thiết bị Accupyc Pycnometer 1330, version 3 của Hãng Micromeritics Instrument
Corporation (USA).
2.2.4.7. Xác định khả năng hấp phụ vật lý của than
Thường xác định khả năng hấp phụ của than hoạt với C
6
H
6
và tiến hành trên cân hấp
phụ động học Mark-Bell theo phương pháp Rubinstein.
2.2.5. Phương pháp xác định khả năng hấp phụ một số kim loại (Cu, Ni, Zn) trong nước
thải mạ của than hoạt tính
2.2.5.1. Phương pháp đường chuẩn
Cơ sở của phương pháp phân tích định lượng các chất theo phổ hấp thụ nguyên tử là
dựa vào mối quan hệ giữa cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố và
nồng độ của nguyên tố phân tích trong mẫu theo biểu thức:
D

= k.L.C
b

Trong đó: - D


là cường độ hấp thụ của một vạch phổ
- L là bề dầy của môi trường hấp thụ chứa các nguyên tố phân tích
- C
b
là nồng độ của nguyên tố phân tích
2.2.3.2. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Theo thuyết hấp phụ Langmuir thì trên bề mặt chất hấp phụ có những trung tâm hấp
phụ – gọi là những điểm cơ bản. Các điểm cơ bản này có khả năng hấp phụ chỉ một phân tử
chất hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử. Số điểm cơ bản càng nhiều thì hoạt độ hấp phụ
càng cao.



Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Điều chế than hoạt tính
3.1.1. Xác định hàm ẩm của nguyên liệu
3.1.2. Quá trình than hoá
3.1.3. Nghiên cứu tối ưu một số yếu tố hoạt hoá trong quá trình điều chế than
hoạt tính từ tre
3.2. Đánh giá các tính chất đặc trưng của than hoạt tính điều chế được
3.2.1. Tỷ trọng than họat tính
3.2.2. Diện tích bề mặt
3.2.3. Phân bố lỗ của than họat tính
3.3. Xác định khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước thải mạ(Cu,
Ni, Zn)
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ của than
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ của
than

3.3.4. Tính toán dung lượng hấp phụ cực đại
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến khả năng hấp phụ của than
3.3.6. Khảo sát khả năng hấp phụ của than điều chế được đối với một số kim loại
nặng(Cu, Zn, Ni) trong nước thải mạ
3.1. Điều chế than hoạt tính
3.1.1. Xác định hàm ẩm của nguyên liệu
Hàm ẩm của tre chính là hàm lượng hơi nước có trong nguyên liệu tre, được xác định
bằng cách cắt nhỏ tre thành miếng nhỏ, cân một lượng xác định trên cân kỹ thuật, đem sấy
khô ở nhiệt độ 105
0
C đến trọng lượng không đổi, sau đó cân lại và tính kết quả.
3.1.2. Quá trình than hoá
Nhiệt độ than hoá 3504000C trong khoảng thời gian 35120 phút tuỳ vào nguyên liệu
ban đầu. Nhiệt độ than hoá quá cao làm cho than bị trơ khó hoạt hoá. Thời gian kéo dài lượng
mất mát sẽ lớn, hiệu quả than hoá thấp.
Hiệu suất quá trình than hoá phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất
giảm do các chất hữu cơ nhẹ trong nguyên liệu phân huỷ, một phần bị oxy hoá tạo thành CO
và CO
2
. Quá trình này khi ở nhiệt độ 400
o
C không còn khói bay ra khỏi lò, thời gian mất
khoảng 90 phút. Nhiệt độ tiến hành khảo sát ở 350, 400, 450, 500
0
C.
3.1.3. Áp dụng phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm nghiên cứu tối ưu một số
yếu tố hoạt hoá trong quá trình điều chế than hoạt tính từ tre
Cơ chế quá trình hoạt hoá bằng hơi nước than hoạt tính từ tre cũng tương tự các nguyên
liệu khác đã trình bày phần tổng quan. Để xác lập các cơ sở khoa học và các điều kiện công
nghệ tối ưu của quá trình hoạt hoá, để chế tạo được than hoạt tính từ tre có chất lượng, cần

nghiên cứu ảnh hưởng của 3 yếu tố hoạt hoá sau:
- Nhiệt độ hoạt hoá (t
0
C)
- Thời gian hoạt hoá (giờ)
- Lưu lượng dòng hơi nước hoạt hoá (ml/phút – quy về trạng thái lỏng)
Sử dụng phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của 3 yếu tố
trên đến diện tích bề mặt riêng Y (m
2
/g) của than hoạt tính thu được.
Hàm Y phụ thuộc đồng thời vào ba biến số đó là: nhiệt độ hoạt hoá Z
1
(t
0
C), thời gian
hoạt hoá Z
2
(giờ), lưu lượng dòng hơi nước hoạt hoá Z
3
(ml/phút).
3.2. Đánh giá các tính chất đặc trƣng của than điều chế đƣợc
3.2.1. Tỷ trọng của than
Bởi vì than hoạt tính là loại vật liệu xốp nên tỷ trọng được biểu diễn bằng ba loại đại lượng
khác nhau: tỷ trọng lít, tỷ trọng biểu kiến, tỷ trọng thực.
Tỷ trọng biểu kiến (g/cm
3
) được xác định theo phương pháp nạp bột dry vào lỗ xốp than hoạt
tính, tính toán đưa ra kết quả trên thiết bị Geo Pye 1360, Micromeritics Instrument
Corporation (USA). Số liệu thực nghiệm được xử lý tự động theo phần mềm chuyên dụng
3.2.2. Diện tích bề mặt

3.2.2.1. Khả năng hấp phụ của than với hơi benzen
Để xác định các thông số đặc trưng của than điều chế được: diện tích bề mặt, độ hấp
phụ cực đại, áp dụng phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ đẳng nhiệt benzen trên cân hấp
phụ động Mac - Bell.
Khả năng hấp phụ của than với C
6
H
6
được xác định bằng phương pháp cân thạch anh
xoắn Mark-Bell theo phương pháp Rubinstein.
Từ phương pháp này có thể tính được thông số của than: diện tích bề mặt, cấu trúc lỗ
nhỏ và khả năng hấp phụ của than đo được.

Bảng 3.6. Tính chất đăc trưng của than hoat tính

STT
Chỉ tiêu
Đơn vị đo
Giá trị đo
1
Độ thiêu đốt
%
29
2
Độ tro
%
3,23,8
3
Độ bền mài mòn
%

7380
4
Tỷ trọng khối
g/cm
3

0,2800
5
Tỷ trọng biểu kiến
g/cm
3

0,6759
6
Tỷ trọng thực
g/cm
3

1,8850
7
Thể tích lỗ xốp tổng
cm
3
/g
0,9488
8
Bề mặt riêng BET theo cân Mark-Bell

m
2

/g

1133,7454
.

3. Xác định khả năng hấp phụ một số kim loại trong nƣớc thải mạ(Cu, Ni, Zn) của than
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn

(a)Đường chuẩn Cu (b) Đường chuẩn Ni

(c) Đường chuẩn Zn
Hình 3.5: đường chuẩn dùng để xác định nồng độ các kim loại

3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng hấp phụ của than đối
với một số kim loại nặng(Cu, Ni, Zn) trong nước
Cách tiến hành:
Pha dung dịch mẫu gốc( giả dung dịch nước thải mạ) với nồng độ các kim loại Cu,
Zn, Ni là 10mg/l.
Than hoạt tính được nghiền thành bột sau 1h, sấy khô trong 30 phút ở nhiệt độ 105
0
C.
Chuẩn bị 7 bình tam giác 250ml, cân than cho vào các bình với khối lượng than là 1000mg.
Cho vào mỗi bình đã chuẩn bị 50ml dung dịch Cu đã pha ở trên. Điều chỉnh pH dung dịch
trong khoảng khảo sát từ 3 đến 6 bằng cách thêm dung dịch NaOH hoặc HCl
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng hấp phụ
của than đối với Cu

stt
Lượng than
(mg)

pH
Nồng độ Cu (mg/l)
Hiệu
suất(%)
Trước hấp phụ
Sau hấp phụ
1
1003
3
10.92
5.98
45.24
2
1002
3.5
10.88
4.12
62.13
3
1008
4
11.01
3.54
67.85
4
1001
4.5
10.96
3.03

72.35
5
1002
5
10.93
2.84
74.02
6
1000
5.5
10.91
2.70
75.25
7
1001
6
10.87
2.94
72.29

Từ bảng 3.8 ta xây dựng được đường cong thực nghiệm mô tả quy luật sự ảnh hưởng
của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với ion kim loại Cu trong nước thải mạ nghiên cứu
như sau:

Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với Cu
Đối với Zn: Kết quả thực nghiệm trình bảng ở bảng sau:
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng hấp phụ
của than đối với Zn

stt

Lượng than
(mg)

pH
Nồng độ Zn (mg/l)
Hiệu
suất(%)
Trước hấp phụ
Sau hấp phụ
1
1007
3
10.24
7.02
31.45
2
1002
3.5
10.13
6.72
33.66
3
1004
4
10.06
5.38
46.52
4
1001
4.5

10.13
4.17
58.83
5
1006
5
10.14
3.98
60.75
6
1003
5.5
10.09
4.19
58.47
7
1001
6
10.14
4.26
57.99

Từ bảng 3.9 ta xây dựng được đường cong thực nghiệm mô tả quy luật sự ảnh hưởng
của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với ion kim loại Ni trong nước thải mạ nghiên cứu
như sau:

Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với Zn

Đối với Ni: Kết quả thực nghiệm trình bảng ở bảng sau:
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng hấp phụ

của than đối với Ni

stt
Lượng than
(mg)

pH
Nồng độ Ni (mg/l)
Hiệu
suất(%)
Trước hấp phụ
Sau hấp phụ
1
1003
3
9.77
7.34
24.87
2
1005
3.5
9.82
6.96
29.12
3
1009
4
9.86
6,16
37.53

4
1001
4.5
9.92
5.32
46,37
5
1005
5
9.79
5.15
47,40
6
1003
5.5
9.79
4.97
49,23
7
1002
6
9.85
5.08
48,43

Từ bảng 3.9 ta xây dựng được đường cong thực nghiệm mô tả quy luật sự ảnh hưởng
của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với ion kim loại Ni trong nước thải mạ nghiên cứu
như sau:

Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của than đối với Ni

Nhận xét: các kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng hấp phụ các kim loại trong nước
thải mạ nghiên cứu của than tăng khi pH môi trường của dung dịch tăng. Khả năng hấp phụ
của than đối với các kim loại tốt nhất trong khoảng pH môi trường khoảng 4,5 đến 5,5. Sau
đó, khi pH tăng vượt quá 5,5 thì sự hấp phụ giảm dần. điều này có thể giải thích như sau: ở
điều kiện pH môi trường thấp thì nồng độ ion H
+
lớn, ion H
+
cạnh tranh hấp phụ mạnh với
các ion kim loại trong nước thải mạ làm cho hiệu suất hấp phụ các kim loại kém hơn. Tuy
nhiên, khi pH đạt giá trị nào đó thì dung lượng hấp phụ đạt cực đại và không tăng nữa, mặt
khác khi pH quá cao sẽ làm kết tủa các ion kim loại.
Như vậy chúng ta thấy khả năng hấp phụ của than đối với các kim loại nghiên cứu phụ
thuộc khá nhiều vào pH. Trên cơ sở thực nghiệm, luận văn chọn pH môi trường tối ưu cho
sự háp phụ đối với từng kim loại như sau: pH = 5 đối với Zn và pH = 5 đến 5,5 đối với Cu và
Ni.
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ của than
đối với một số kim loại nặng(Cu, Ni, Zn) trong nước
Để đánh giá khả năng hấp phụ của than đối với các kim loại ta cần quan tâm đến thời
gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ của than. Thời gian đạt trạng thái cân bằng càng nhỏ thì
than càng có giá trị trong việc ứng dụng thực tế than để tách các kim loại ra khỏi nguồn nước
thải.
Bảng 3.10. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp
phụ của than đối với các kim loại Cu, Zn, Ni

Thời gian
(phút)
Cu
Zn

Ni
Nồng độ
(mg/l)
Hiệu suất
(%)
Nồng độ
(mg/l)
Hiệu suất
(%)
Nồng độ
(mg/l)
Hiệu suất
(%)
0
10.93
0
10.14
0
9.79
0
10
6.65
39.16
7.87
22.37
8.73
10.84
20
5.96
47.98

7.27
28.35
8.02
18.03
30
4.87
55.41
6.58
35.08
7.47
23.73
60
3.42
68.74
5.46
46.14
6.19
36.78
120
2.99
72.60
4.53
55.28
5.54
43.37
180
2.84
74.02
3.98
60.75

5.15
47.40
300
2.57
76.53
3.92
61.30
5.10
47.92

Từ bảng kết quả 3.11 ta xây dựng được đường cong thực nghiệm mô tả quy luật sự ảnh
hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất hấp phụ các kim loại nghiên cứu.

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất hấp phụ của than đối với các kim
loại nghiên cứu.

Nhận xét: Hiệu suất hấp phụ của than đối với các kim loại trong nước tăng theo thời
gian, trong khoảng 60 phút đầu tiên tăng rất nhanh sau đó chậm dần và đạt trạng thái cân
bằng sau khoảng 180 phút. Điều này cho thấy sự phụ thuộc của quá trình hấp phụ vào thời
gian phản ứng đạt trạng thái cân bằng. Trong luận văn chọn thời gian đạt trạng thái cân bằng
tốt nhất cho cả 3 kim loại Cu, Zn, Ni là 180 phút.

3.3.4. Tính toán dung lượng hấp phụ cực đại của than điều chế được đối với các kim
loại Cu, Zn, Ni trong nước
Sau khi xác định được môi trường pH tối ưu cho các quá trình hấp phụ của than đối
với các kim loại cũng như xác định được thời gian thiết lập trạng thái cân bằng của quá trình
hấp phụ, chúng tôi tiến hành tính toán dung lượng hấp phụ cực đại của than điều chế được
đối với một số kim loại trong nước thải mạ. Dựa vào lý thuyết Langmuir để tìm ra phương
trình mô tả thích hợp cho các quá trình hấp phụ của than đối với các kim loại nghiên cứu, từ
đó tính được dung lượng hấp phụ cực đại của than đối với từng kim loại. Điều này có ý nghĩa

thực tế rất lớn.
Bảng 3.11. Kết quả thực nghiệm khả năng hấp phụ một số kim loại nặng của than điều chế
đượckhi tăng lượng than sử dụng
Mẫu số
Khối lượng than (mg)
Nồng độ Cu
(mg/l)
Nồngg độ Zn
(mg/l)
Nồng độ Ni
(mg/l)
0
0
10.94
10.14
9.79
1
500
4.75
6.37
7.20
2
1000
2.84
3.98
5.15
3
3000
1.22
1.35

2.15
4
5000
0.64
0.72
1.09

Áp dụng các công thức (2.15) và (2.16) ta tính được dung lượng hấp phụ cực đại a
max

và hằng số Langmuir đối với từng kim loại, kết quả được trình bày ở bảng sau:


Kim loại
Dung lượng hấp phụ cực đại a
max

Hằng số Langmuir K
L

Cu
3,64
11,11
Zn
1,18
3,85
Ni
0.75
3.7
Bảng 3.12. So sánh dung lượng hấp phụ cực đại amax và hằng số Langmuir K

L
giữa 3 kim
loại

Bảng 3.13. Kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của kích thước hạt đến khả năng hấp
phụ của than

3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến khả năng hấp phụ của than đối với một
số kim loại nặng(Cu, Ni, Zn) trong nước
Thực nghiệm trong luận văn được tiến hành nghiền trong máy nghiền bi (Chương II đã nêu).
Đặc điểm của quá trình nghiền bi là rất thuận lợi cho mục đích tạo cỡ hạt theo yêu cầu. Bởi
quá trình nghiền sẽ được kéo dài theo thời gian tùy thích cho đến khi đạt yêu cầu. Hơn nữa,
trong quá trình nghiền có thể dừng máy, lấy mẫu phân tích cỡ hạt theo thời gian định sẵn.
Mẫu
than
Khối
lượng
than
Nồng
độ Cu
Nồng
độ Zn

Nồng
độ Ni
Mẫu
than
Khối
lượng
than

Nồng
độ Cu
Nồng
độ Zn

Nồng
độ Ni


M
1


0
10.94
10.14
9.79


M
6



0
10.94
10.14
9.79
500
4.75

6.37
7.20
500
4.16
6.04
6.87
1000
2.84
3.98
5.15
1000
2.52
3.76
5.03
3000
1.22
1.35
2.15
3000
1.18
1.27
2.12
5000
0.64
0.72
1.09
5000
0.57
0.67
1.06

M
24


0
10.94
10.14
9.79


M
36


0
10.94
10.14
9.79
500
3.91
5.37
6.37
500
3.56
4.94
6.11
1000
2.32

3.35
4.57
1000
2.18
3.11
4.37
3000
0.98
1.14
1.92
3000
0.91
1.08
1.84
5000
0.51
0.60
0.97
5000
0.47
0.57
0.93
Đồng thời quá trình nghiền bi được cô lập trong một hệ kín không bụi, không tổn thất, không
mất đi các hạt kích thước bé
Nhận xét: Diện tích bề mặt ngoài của than siêu mịn tăng lên do kích thước hạt than nhỏ đi
nên sự hấp phụ trong dung dịch của than siêu mịn tăng lên về dung lượng hấp phụ. Điều này
thể hiện bởi các thông số đặc trưng theo phương trình Langmuir là dung lượng hấp phụ cực
đại và hằng số Langmuir tăng khi kích thước hạt than giảm. Như vậy có thể kết luận kích
thước hạt than càng giảm thì càng làm tăng khả năng hấp phụ trong dung dịch của than đối
với dung dịch kim loại nghiên cứu.

3.3.6. Khảo sát khả năng hấp phụ của than điều chế được đối với một số kim loại
nặng(Cu, Zn, Ni) trong nước thải mạ
Nước thải mạ được lấy ở xưởng mạ của nhà máy Z117 thuộc cục công nghiệp quốc
phòng, địa chỉ tại Đông Anh - Hà Nội. Qua phân tích cho thấy, nước thải chứa chủ yếu là Cr,
Ni, Cu, Zn, Fe Hiện tại nhà máy đã có hệ thống xử lý nước thải, trong đó nước thải của quá
trình mạ crom được thu gom để xử lý riêng. Do đó, trong luận án chúng tôi chỉ tiến hành
phân tích các kim loại Cu, Zn, Ni.
Để khảo sát khả năng xử lý các kim loại nghiên cứu trong nước thải mạ ta tiến
hành như sau: cân chính xác 20g than hoạt tính đã nghiền nhỏ sau 1 giờ cho vào buret 25ml
để chế tạo cột hấp phụ. Sau đó cho 500ml dung dịch nước thải mạ qua cột hấp phụ với tốc độ
5ml/phút. Dung dịch sau khi chảy qua cột đem phân tích bằng máy quang phổ hấp phụ
nguyên tử, tiến hành thí nghiệm lặp lại 3 lần trên 3 cột khác nhau, thu được kết quả như sau:
Bảng 3.18: Nồng độ các kim loại nghiên cứu trong nước thải mạ nhà máy Z121 sau
khi qua cột hấp phụ
Kim
loại
Lần 1
Lần 2
Lần 3
QCVN
24/2009
BTNMT
(Cột B)
Nồng
độ(mg/l)
Hiệu
suất(%)
Nồng
độ(mg/l)
Hiệu

suất(%)
Nồng
độ(mg/l)
Hiệu
suất(%)
Cu
0.35
92.60
0.33
93.02
0.33
93.02
1.32
Zn
0.50
91.24
0.52
90.89
0.53
90.71
1.98
Ni
0.27
86.15
0.25
87.18
0.27
86.15
0.33

Nhận xét: Các kết quả thu được cho thấy nồng độ các kim loại đã giảm đi rất nhiều và đều
thoả mãn QCVN 24/2009 BTNMT. Như vậy hiệu quả sử dụng than để xử lý các kim loại Cu,
Zn, Ni trong nước thải mạ là rất tốt, hiệu suất xử lý cao. Kết quả thu được ở trên cho thấy
than điều chế được có thể ứng dụng trong thực tế để xử lý một số kim loại nặng trong nước
thải mạ.


KẾT LUẬN

1. Đã điều chế được than hoạt tính đi từ nguyên liệu tre. Đã áp dụng phương pháp kế
hoạch hoá thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, thời gian hoạt hoá,
tốc độ hơi nước đến chất lượng của than hoạt tính. Đã đưa ra được biểu thức toán học mô tả
đúng thực chất vai trò của các yếu tố công nghệ nói trên trong quá trình điều chế than.
2. Đã khảo sát các thông số của nguyên liệu như: hàm ẩm, độ tro, độ thiêu kết vv. Kết
quả cho thấy tre là nguyên liệu tốt, phù hợp để sản xuất than hoạt tính.
3. Đã điều chế được than hoạt tính đi từ nguyên liệu tre. Đã đo đạc, xác định được chất
lượng than hoạt tính điều chế được, kết quả đánh giá cho thấy than có diện tích bề mặt riêng
lớn, có khả năng hấp phụ cao, có thể tích lỗ xốp nhiều có thể đáp ứng được yêu cầu làm vật
liệu xử lý nước.
4. Đã khảo sát và xác định quy luật ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên khả
năng hấp phụ của than hoạt tính điều chế được đối với 3 kim loại Cu, Ni, Zn trong dung dịch
nước thải mạ: pH môi trường, thời gian phản ứng. Kết quả cho thấy: khả năng hấp phụ của
than đối với các kim loại Cu, Ni, Zn trong dung dịch tốt nhất trong pH môi trường từ 4,5 đến
5,5. Thời gian đạt trạng thái cân bằng tốt nhất cho cả 3 kim loại là 180 phút.
5. Đã thiết lập được các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo lý thuyết Langmuir của
quá trình hấp phụ các kim loại Cu, Zn, Ni trong nước bằng than hoạt tính. Trên cơ sở đó tính
được các tham số đặc trưng như hằng số Langmuir hay dung lượng hấp phụ cực đại của than
đối với từng kim loại nghiên cứu. Kết quả cho thấy phương trình đẳng nhiệt Langmuir là phù
hợp để xử lý số liệu thực nghiệm cũng như tính toán các thông số công nghệ xử lý các kim
loại Cu, Zn, Ni trong nước bằng phương pháp hấp phụ.

6. Đã khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến khả năng hấp phụ trong dung dịch của
than đối với các kim loại nghiên cứu. Kết quả cho thấy quá trình nghiền than tạo kích thước
không phá vỡ cấu trúc mao quản của than, đồng thời kích thước hạt than nhỏ đi thì sự hấp
phụ trong dung dịch của than đối với các kim loại nghiên cứu tăng lên về dung lượng hấp
phụ.
7. Đã khảo sát khả năng dùng than hoạt tính điều chế được để xử lý các kim loại
Cu,Zn,Ni trong nước thải xưởng mạ của nhà máy Z117 thuộc cục công nghiệp quốc phòng
(Đông Anh - Hà Nội). Kết quả cho thấy than có khả năng xử lý rất tốt và chất lượng nước sau
xử lý đều thoả mãn QCVN 24/2009 BTNMT.
Với các kết quả nghiên cứu thu được, hi vọng than hoạt tính điều chế từ tre sẽ được tiếp
tục nghiên cứu toàn diện hơn để có thể ứng dụng trong thực tế xử lý các kim loại nặng trong
nước thải nói chung.



References
Tài Liệu Tiếng Việt
1. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải,
Nhà xuất bản Thống kê, Hà Nội
2. Lê Huy Du (1982), “Nghiên cứu cấu trúc xốp của than hoạt tính ép viên hoạt hóa
bằng hơi nước”. Tạp chí hóa học. Hà Nội
3. Lê Huy Du, Lâm Vĩnh ánh, Đỗ Đăng Hải (2002),. Nghiên cứu hấp phụ dioxin trong
nước bằng than hoạt tính oxy hoá và ứng dụng trong cống lọc vùng Z2. Đề tài cấp
BQP. Hà Nội
4. Lê Huy Du (1984), Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố hoạt hoá trong quá trình điều
chế than hoạt tính ép viên dùng trong mặt nạ phòng độc. Luận án phó tiến sĩ, Hà nội.
5. Lê Huy Du (1985), Nghiên cứu chế thử than hoạt tính xúc tác dùng trong mặt nạ
phòng độc. Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước 66A-02-02. Hà nội.
6. Bùi Đăng Hòa, Lê Huy Du (2008), Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất than hoạt
tính từ tre luồng Thanh Hóa. Báo cáo tổng kết đề tài, Viện năng lượng nguyên tử Việt

Nam.
7. Nguyễn Đình Hoà (1997), Điều chế than hoạt tính từ gáo dừa để hấp phụ các hợp
chất phênol trong nước. Luận văn Thạc sỹ. Hà Nội 1997
8. Lê Đức Ngọc (2001), Giáo trình xử lý số liệu và kế hoạch hóa thực nghiệm. Nhà xuất
bản Đại học quốc gia Hà Nội.
9. Hoàng Hữu Như (1972), Phương pháp toán học xử lý các kết quả thực nghiệm. NXB
ĐH&THCN. Hà nội.
10. Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vật liệu vô cơ. Nhà xuất
bản KHKT. Hà Nội.
11. Hoàng Hữu Như (1972), Phương pháp toán học xử lý các kết quả thực nghiệm. NXB
ĐH&THCN. Hà nội.
12. Trần Quang Sáng (2002), Nghiên cứu than hoạt tính từ tre dùng xử lý amoni trong
nước. Luận văn thạc sỹ.
13. Nguyễn Văn Sơn (2006), Nghiên cứu than hoạt tính từ tre dùng để hấp phụ dung môi
hữu cơ. Luận văn thạc sỹ.
14. Phạm Ngọc Thanh (1987), Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ phế liệu thực vật.
Báo cáo đề tài cấp bộ, Trường đại học Bách khoa Hà Nội.
15. Phạm Ngọc Thanh (1986), Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ nguyên liệu trong
nước. Luận án phó tiến sỹ. Hà Nội
16. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan (1998) Công nghệ môi trường. Nhà
xuất Bản Đại học Quốc gia Hà nội.
Tài Liệu Tiếng Anh
17. Abdo M.S. (1997), “Removal of phenol from aqueous solutions by mixed adsorbents:
Maghara coal and activated carbon”, J. Environ. Sci heath
18. Fewu, RL Tseng (1999), “Preparation of activeted carbon from bamboo and there
adsorprion abilities for dyes and phenol”, one of environmental science and health
part.
19. Gregg S.J; Sing K.F (1967). Adsortion surface area and porosity. London-NewYork.
Acad. Pr.
20. Hassler J.W.(1963), “Activated carbon”, Chem. Publ comp. inc. NewYork,pp 34-36.

21. Kenji Hosokawa, Takahisa Minamide (1991), “The production of active carbon from
baboo and its application for keeping food fresh”. Proceesings 4th International
bamboo workshop, pp 104-105.
22. Ken S.T, lan John, Bauford and Gordon Mckay. Preparation of hight surface are
activated carbon from chemical activated with bamboo. Contruction waste and
photphoric axit. Department of Chemical Enginier Hong Kong - China.
23. Tessmer C.,Vidic R. (1997). Impact of oxygen containing suface functional groups on
activated carbon adsorption of phenol". Environ. Sci. Technol., Vol31, No.7.
24. Taopksi, Asada, Ohkubo, Kuniaki, Kawata and Kikuo Oikawa. Amoni adsorption and
bamboo charcoal with axit treatment. Fakuty of applied science - University famaly
Japan.
25. Yu-jen Lin, Jiunn-Cheng Lin, Gwo-Shyong Hwang, Ming-Tsung Wei. Establishing
bamboo charcoal quality evaluation indicator in taiwan. Taiwan J For Sci, 2005.