Nghiên cứu sử dụng dầu vỏ hạt điều để tổng hợp vật liệu nanocomposite trên nền sodium anarcardate ứng dụng xử lý nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU VỎ HẠT ĐIỀU
ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE
TRÊN NỀN SODIUM ANARCARDATE ỨNG
DỤNG XỬ LÝ NƯỚC

Giảng viên hướng dẫn: ThS. HOÀNG THỊ THANH
Sinh viên thực hiện: ĐINH HUY NGUYÊN
MSSV: 18055151
Lớp: DHVC14
Khoá: 2018 – 2022

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DẦU VỎ HẠT ĐIỀU
ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE
TRÊN NỀN SODIUM ANARCARDATE ỨNG
DỤNG XỬ LÝ NƯỚC

Giảng viên hướng dẫn: ThS. HOÀNG THỊ THANH
Sinh viên thực hiện: ĐINH HUY NGUYÊN

MSSV: 18055151
Lớp: DHVC14
Khoá: 2018 – 2022

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022


i
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP. HCM

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

----- // -----

----- // -----

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Đinh Huy Nguyên
MSSV: 18055151
Chun ngành: Cơng nghệ Hóa Vơ cơ
Lớp: DHVC14
1. Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nghiên cứu sử dụng dầu vỏ hạt điều để tổng hợp vật
liệu nanocomposite trên nền sodium anarcardate ứng dụng xử lý nước.
2. Nhiệm vụ:
- Đánh giá các tính chất hóa lý dầu vỏ hạt điều.
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite từ dầu vỏ hạt điều.

- Phân tích và đánh giá các sản phẩm.
- Khảo sát ứng dụng của các sản phẩm tổng hợp được trong xử lý nước.
3. Ngày giao khóa luận tốt nghiệp:
4. Ngày hồn thành khóa luận tốt nghiệp:
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ThS. Hồng Thị Thanh
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
Chủ nhiệm bộ môn
chuyên ngành

tháng

Giảng viên hướng dẫn

năm


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin cảm ơn các thầy cơ Khoa Cơng nghê Hóa học của Trường Đại
học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là ThS. Hồng Thị Thanh đã tận tình chỉ
bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình em thực hiện đề
tài này.
Và em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cả hai mặt về
vật chất và tinh thần giúp em hồn thành đề tài.
Do thời gian có hạn, kiến thức và kinh nghiệm không cao trong nghiên cứu, và đây
cũng là lần đầu tiên em thực hiện nên rất khó tránh khỏi thiếu sót trong việc nghiên cứim
đánh giám trình bày ý kiến mặc dù bản thân em đã có cố gắng. Em mong các thầy (cơ) thơng
cảm và đóng góp ý kiến.
Cuối cùng, em xin gửi lời chúc sức khỏe đến tồn thể thầy cơ trong khoa Cơng nghệ

Hóa học, ThS. Hồng Thị Thanh, ln hạnh phúc, thành công trong công việc.
Em xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Sinh viên thực hiện

Đinh Huy Nguyên


iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Phần đánh giá: (thang điểm 10)
• Thái độ thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Kỹ năng trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: …… …. Điểm bằng chữ: ............................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ….. năm 2022
Trưởng bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

Chuyên ngành

(Ký ghi họ và tên)


iv

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Giảng viên phản biện
(Ký ghi họ và tên)

v

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TƠT NGHIỆP ........................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................ iii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................... iv
MỤC LỤC ........................................................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. viii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. x
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 2
1.1. Nguồn tài nguyên nước ............................................................................................ 2
1.2. Các phương pháp xử lý nước .................................................................................... 4
1.2.1. Phương pháp hóa lý............................................................................................. 4
1.2.2. Phương pháp hóa học .......................................................................................... 7
1.2.3. Phương pháp cơ học .......................................................................................... 10
1.3. Vật liệu từ tính ....................................................................................................... 11
1.4. Tổng quan về vật liệu cobalt spinel ferrite CoFe2O4 ................................................ 12
1.4.1. Các phương pháp tổng hợp CoFe2O4 ................................................................. 13
1.4.2. Ứng dụng của vật liệu CoFe2O4 ......................................................................... 13
1.5. Vật liệu nano từ tính ............................................................................................... 13
1.6. Vật liệu composite.................................................................................................. 15
1.6.1. Khái niệm composite......................................................................................... 15
1.6.2. Phân loại vật liệu composite .............................................................................. 15
1.7. Vật liệu nano composite ......................................................................................... 23

1.8. Vật liệu giải hấp phụ các ion kim loại EDTA.......................................................... 23
1.9. Tổng quan về dầu vỏ hạt điều ................................................................................. 24
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 27
2.1. Hóa chất ................................................................................................................. 27
2.2. Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 ........................................................................ 27


vi
2.3. Làm giàu -OH trên bề mặt hạt nano từ tính CoFe2O4-(OH)n.................................... 28
2.4. Tổng hợp Sodium anarcardate từ dầu vỏ hạt điều ................................................... 29
2.5. Tổng hợp nanocomposite dầu vỏ hạt điều ............................................................... 29
2.6. Ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng .......................... 30
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................... 31
3.1. Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 và làm giàu -OH trên bề mặt hạt...................... 31
3.2. Tổng hợp Sodium anarcardate từ dầu vỏ hạt điều ................................................... 35
3.3. Tổng hợp nanocomposite dầu vỏ hạt điều ............................................................... 36
3.4. Ứng dụng nanocomposite xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng .......................... 40
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Crom (VI) đến khả năng xử lý ion kim loại.... 42
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nanocomposite đến khả năng xử lý ion kim loại
................................................................................................................................ 43
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý ion kim loại ............ 44
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc (thời gian hấp phụ) đến khả năng xử lý
ion kim loại ............................................................................................................. 45
3.4.5. Xác định các chỉ số sau khảo sát........................................................................ 46
3.4.6. Khảo sát khả năng thu hồi tái sử dụng nanocomposite ....................................... 47
3.4.7. So sánh khả năng xử lý các ion kim loại nặng của các loại vât liệu .................... 48
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 49
4.1. Kết luận.................................................................................................................. 49
4.2. Kiến nghị ............................................................................................................... 50

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Kết quả khối lượng nanocomposite thu được sau tổng hợp .............................. 36
Bảng 3.2. Kết quả đo quang của dung dịch chuẩn gốc Cr(VI).......................................... 40
Bảng 3.3. Thông số và kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Crom (VI) đến khả năng xử
lý ion kim loại ................................................................................................................. 42
Bảng 3.4. Thông số và kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ nanocomposite đến khả
năng xử lý ion kim loại .................................................................................................... 43
Bảng 3.5. Thông số và kết quả khảo sát ảnh hưởng độ pH của dung dịch đến khả năng xử lý
ion kim loại ..................................................................................................................... 44
Bảng 3.6. Thông số và kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắc dung dịch đến khả năng
xử lý ion kim loại ............................................................................................................ 45
Bảng 3.7. Thông số và kết quả khảo sát khả năng tái sử dụng nanocomposite ................. 47
Bảng 3.8. Thông số và kết quả so sánh khả năng xử lý ion crom (VI) của vật liệu ........... 48


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ bể lắng [6] ............................................................................................. 11
Hình 1.2. Hình minh họa các domain từ [13]................................................................... 11
Hình 1.3. Định hướng các moment từ của paramagnetic (a), ferromagnetic (b),
antiferromagnetic (c), ferrimagnetic (d) [13].................................................................... 12
Hình 1.4. Cấu trúc spinel [16] ......................................................................................... 12
Hình 1.5. Composite có cấu trúc khơng gian 3D [26] ...................................................... 15
Hình 1.6. Sản xuất vật liệu composite đúc bằng (a) ép trực tiếp, (b) ép gián tiếp, (1) đổ kim
loại nóng chảy vào thiết bị đúc áp lực, (2) quá trình đúc ép [25] ..................................... 18
Hình 1.7. Qúa trình hình thành "phun" [27]..................................................................... 20

Hình 1.8. Cấu trúc phân tử EDTA ................................................................................... 24
Hình 1.9. (a) Cardol, (b) Anacardic acid, (c) Cardanol (R=25-31) ................................. 25
Hình 2.1. Dụng cụ, thiết bị tổng hợp nano từ tính............................................................ 28
Hình 2.2. Cơng thức Sodium Anacardate ........................................................................ 29
Hình 3.1. Hạt nano từ tính CoFe2O4 ................................................................................ 31
Hình 3.2. Kết quả XRD của hạt nano từ tính CoFe2O4 .................................................... 31
Hình 3.3. Kết quả SEM của hạt nano từ tính CoFe2O4 ..................................................... 32
Hình 3.4. Kết quả TEM của hạt nano từ tính CoFe2O4 .................................................... 32
Hình 3.5. Kết quả FT-IR của hạt nano từ tính CoFe2O4 ................................................... 33
Hình 3.6. Kết quả FT-IR của hạt nano CoFe2O4-(OH)n ................................................... 33
Hình 3.7. So sánh 2 phổ FT-IR của CoFe2O4 và CoFe2O4-(OH)n ..................................... 34
Hình 3.8. Kết quả VSM của hạt nano từ tính CoFe2O4 .................................................... 34
Hình 3.9. Kết quả FT-IR của dung dịch sodium anarcardate............................................ 35
Hình 3.10. Kết quả đo pH=10 trong quá trình khuấy ....................................................... 36
Hình 3.11. CTPT sodium anarcardate (M=386 g/mol)..................................................... 36
Hình 3.12. Kết quả FT-IR của nanocomposite CNSL ...................................................... 38
Hình 3.13. So sánh 4 kết quả đo FT-IR có trong các thực nghiệm ................................... 38
Hình 3.14. Kết quả VSM của hạt nanocomposite CNSL ................................................. 39
Hình 3.15. Đường cong từ trễ của CoFe2O4 và nanocomposite CNSL ............................. 40
Hình 3.16. Màu dung dịch biến đổi sau khi thêm chỉ thị DPC từ vàng cam sang tím ....... 41
Hình 3.17. Bước sóng cực đại của phức Crom(VI) - DPC ............................................... 41


ix
Hình 3.18. Mối tương quan giữa nồng độ ion Cr (VI) và mật độ quang ........................... 41
Hình 3.19. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đến hiệu suất xử lý ........................... 42
Hình 3.20. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ nanocomposite đến hiệu suất xử lý .............. 43
Hình 3.21. độ pH của dung dịch chuẩn crom (VI) ........................................................... 44
Hình 3.22. Ảnh hưởng của pH của dung dịch Crom (VI) đến hiệu suất xử lý .................. 45
Hình 3.23. Ảnh hưởng thời gian lắc của dung dịch Crom (VI) đến hiệu suất xử lý .......... 46

Hình 3.24. Quan hệ giữa thời gian lắc và dung lượng hấp phụ......................................... 46
Hình 3.25. Ảnh hưởng của mẫu tái sử dụng mang đi xử lý .............................................. 47
Hình 3.26. Kết quả so sánh hiệu xuất xử lý ion crom (VI) của các loại vật liệu ............... 48


x

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
- TNN: Tài nguyên nước
- USD: United States dollar (Đô la)
- EDTA: Ethylene Diamine Tetraacetic Acid
- CNSL: Cashew nut shell liquid (Dầu vỏ hạt điều)
- SDS: Sodium dodecyl sulfate
- VSM: Vibrating sample magnetometer (Từ kế mẫu rung)
- XRD: X-ray diffraction
- FT-IR: Fourier-transform infrared spectroscopy
- SEM: Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét)
- TEM: Transmission electron microscopy (kính hiển vi điện tử truyền qua)
- AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric (phổ hấp thu nguyên tử)
- ICP: Inductively Coupled Plasma
- EDTA: Ethylene Diamine Tetraacetic Acid


1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của xã hội, đời sống con người cũng được nâng lên một
tầm cao mới. Cùng với đó là mơi trường sống sẽ suy giảm, đặc biệt là môi trường nước do
lượng nước thải tăng lên q nhanh.
Ngun nhân chính gây ra ơ nhiễm nguồn nước là do các hoạt động, sản xuất, sinh

hoạt của con người. Nước thải còn gây ra mùi hơi ảnh hưởng đến cả nguồn khơng khí, sức
khỏe con người. Nó cũng làm q trình chuyển hóa và hịa tan oxy vào nước khó, làm cản
trở q trình sinh trưởng của vi sinh vật.
Nhiều nghiên cứu, phương pháp xử lý nước thải được thế giới sử dụng, nhưng ta cần
phải biết thành phần cũng như tính chất của nó để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp nhất.
Một trong các phương pháp xử lý tốt nhất là phương pháp hóa lý vì nó có thể hấp phụ các
ion kim loại nặng một cách dễ dàng.
Khả năng sử dụng hạt nano từ tính làm vật liệu nano composite đã được nhiều giáo sư,
tiến sĩ nghiên cứu trước đây nhưng chưa ai thực hiện dầu vỏ hạt điều để tổng hợp. Vì vậy,
em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng dầu vỏ hạt điều để tổng hợp vật liệu
nanocomposite trên nền sodium anarcardate ứng dụng xử lý nước.” Và khảo sát, đánh giá
hiệu suất xử lý nước, hiệu suất thu hồi tái sử dụng vật liệu, sẽ được gói gọn trong một số
nhiệm vụ sau:

- Đánh giá các tính chất hóa lý dầu vỏ hạt điều.
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite từ dầu vỏ hạt điều.
- Phân tích và đánh giá các sản phẩm.
- Khảo sát ứng dụng của các sản phẩm tổng hợp được trong xử lý nước.


2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Nguồn tài nguyên nước
Trong nhiều thế kỷ, các tầng chứa nước và sông là nguồn cung cấp nước cho người
tiêu dùng nông nghiệp, thành phố và công nghiệp. Các con sông đã cung cấp năng lượng
thủy điện một phương tiện rẻ tiền để vận chuyển hàng rời giữa các cảng khác nhau dọc theo
bờ của chúng. Họ đã cung cấp cho mọi người các cơ hội giải trí dựa trên nước và là nguồn
cung cấp nước cho động vật hoang dã và môi trường sống của chúng. Chế độ số lượng và

chất lượng của sông suối là một nhân tố chính trong việc chi phối loại hình, sức khoẻ và sự
đa dạng sinh học của các hệ sinh thái ven sông và dưới nước. Các vùng đồng bằng ngập lũ
đã cung cấp những vùng đất màu mỡ để sản xuất cây nông nghiệp và những vùng đất tương
đối bằng phẳng để làm đường bộ, đường sắt và các khu liên hợp thương mại và công nghiệp.
Bên cạnh những lợi ích kinh tế có được từ các con sông và vùng đồng bằng ngập lũ của
chúng, vẻ đẹp thẩm mỹ của hầu hết các con sông tự nhiên đã khiến những vùng đất liền kề
với chúng trở thành địa điểm hấp dẫn để phát triển dân cư và giải trí. Các con sơng và vùng
ngập lũ của chúng đã tạo ra, và nếu được quản lý hợp lý, có thể tiếp tục tạo ra những lợi ích
đáng kể về kinh tế, môi trường và xã hội cho cư dân.
Nước được tìm thấy ở khắp mọi nơi như trên và dưới mặt đất, trong khơng khí, trong
các sinh vật sống, trong lịng đất, và thậm chí cịn được kết hợp với các khoáng chất khác
nhau trong đá. Bao phủ hơn 70% bề mặt trái đất, nước duy trì sự sống trên trái đất. Nó đã
làm sụp đổ của các nền văn minh vĩ đại và là tác nhân chính định hình bộ mặt của Trái Đất.
Nước quyết định khí hậu của một khu vực, hỗ trợ q trình hình thành đất, tạo ra năng lượng
thủy điện và đóng vai trị như một hệ thống giao thơng chính cho hàng hóa và dịch vụ trên
khắp thế giới. Nước là một phần không thể thiếu trong hầu hết các quá trình sản xuất và hóa
chất. Nước được sử dụng hàng ngày để uống, nấu ăn, tắm rửa và giải trí [1]. Trong thí
nghiệm, cơng nghiệp sản xuất và khai thác, nước đóng một phần vơ cùng quan trọng. Ngồi
ra, nước là một dung mơi hữu cơ có thể hịa tan một số hóa chất như muối, đường, các loại
acid, các kim loại kiềm,… Mặc dù nhiều chất lỏng có thể trơng giống nước, nhưng khơng
có chất nào khác trên Trái Đất có các đặc tính của nước. Một số đặc tính bao gồm:
−
−
−
−

Lực hút mạnh giữa các hạt nước.
Khả năng hòa tan gần như phổ biến.
Khả năng giữ nhiệt lớn.
Độ giãn nở tốt khi đông lạnh.

Khác với hầu hết các chất lỏng khác, nước có các tính chất đặc trưng như không màu,
không mùi, không vị. Một giọt nước chứa hàng triệu hạt nước được gọi là phân tử. Phân tử
nước được tạo thành từ một nguyên tử của nguyên tố oxy và hai nguyên tử của nguyên tố
hydro. Nước là một hợp chất đơn giản, nhưng do cấu trúc phân tử của nó mà nó có nhiều
tính chất. Ion oxy mang điện tích âm (O2-) và ion hydro mang điện tích dương (H+). Điều
này tạo ra một lực hút rất mạnh giữa các phân tử nước. Đầu dương của phân tử nước bị hút
vào đầu âm của phân tử nước khác. Liên kết giữ chúng lại với nhau được gọi là liên kết
hydro . Hơi nước là nước ở trạng thái khí. Khi đun nóng, các phân tử nước bắt đầu tách và


3

không liên kết do nhiệt bao quanh các phân tử. Nước ở trạng tháy lỏng có nhiều liên kết
hydro nối các phân tử với nhau. Điều này giải thích tại sao nước là một chất lỏng. Lực hút
mạnh giữa các phân tử nước, do liên kết hydro, tạo ra sức căng bề mặt. Các phân tử nước
tạo thành một lớp hoặc màng trên bề mặt của nước. Lớp màng này tạo ra ranh giới giữa
khơng khí và nước.
Tài ngun nước chiếm một vị trí đặc biệt trong số tài nguyên thiên nhiên khác. Nước
là tài nguyên có nhiều nhất phân bố rộng rãi trên Trái Đất của chúng ta. Mặc dù lượng nước
phân bố ở mỗi khu vực khác nhau nhưng nó có ở khắp mọi nơi và đóng một vai trị quan
trọng trong cả mơi trường và cuộc sống của con người. Nước mặn chiếm 97% lượng nước
trên thế giới. Mặc dù chỉ chiếm 3% lượng nước trên thế giới, nhưng nước ngọt đóng vai trị
quan trọng nhất. Bản thân cuộc sống của con người là không thể thiếu nó bởi vì khơng thể
thay thế nó bằng bất cứ thứ gì khác. Nhân loại ln sử dụng nước ngọt cho mục đích khác
nhau. Có nhiều nguồn nước ngọt khác nhau như nước mặt, dòng chảy ngầm, nước ngầm,
nước trong các tảng băng trơi và q trình chưng cất, thẩm thấu ngược để khử muối của nước
biển. Trong hàng trăm năm tác động của con người đến nguồn nước là khơng đáng kể và chỉ
mang tính chất cục bộ. Các đặc tính tuyệt vời của nước tự nhiên khả năng tăng cường chu
trình nước và khả năng tự làm sạch của chúng cho phép trạng thái tương đối tinh khiết về số

lượng và chất lượng của nước ngọt được duy trì lâu dài. Nguồn tài ngun nước vơ tận được
xem như một món q miễn phí của thiên nhiên từ môi trường. Kết quả của những định kiến
này là đã nảy sinh tư tưởng tiêu cực trong việc sử dụng tài nguyên nước của cũng như quan
niệm của rằng chỉ cần chi một lượng phí tối thiểu để lọc nước thải hoặc bảo vệ suối nguồn
tự nhiên. nước.
Các hoạt động của con người được thực hiện nhằm tăng lợi ích thu được từ các con
sông và vùng ngập lũ của chúng cũng có thể làm tăng khả năng chi phí và thiệt hại khi sơng
gặp phải các điều kiện dịng chảy hiếm hoặc khắc nghiệt, chẳng hạn như trong thời kỳ hạn
hán, lũ lụt và ô nhiễm nặng. Những chi phí và thiệt hại này là kinh tế, mơi trường và xã hội.
Chúng là kết quả của sự không phù hợp giữa những gì con người mong đợi hoặc yêu cầu và
những gì thiên nhiên cung cấp hoặc hàng hóa. Các hoạt động của con người có xu hướng
dựa trên phạm vi 'thơng thường hoặc bình thường' của các điều kiện dịng chảy của sơng [2].
Các điều kiện dịng chảy hiếm hoặc 'cực đoan' bên ngồi các phạm vi bình thường này sẽ
tiếp tục xảy ra và có thể với tần suất ngày càng tăng như các chuyên gia về biến đổi khí hậu
đề xuất [2]. Các hoạt động của con người phụ thuộc vào sông mà chúng ta không thể điều
chỉnh theo các điều kiện dòng chảy khắc nghiệt này thì ta sẽ bị tổn thất phần lớn nguồn nước
được sông cung cấp.
Việc lập kế hoạch cho các hoạt động của con người liên quan đến các con sông và
vùng ngập lũ của chúng phải xem xét các dữ kiện thủy văn nhất định. Một trong những sự
thật này là các luồng và dung lượng lưu trữ thay đổi theo khơng gian và thời gian. Chúng
cũng hữu hạn. Có những giới hạn đối với lượng nước có thể rút ra khỏi các khối nước mặt
và nước ngầm. Cũng có những giới hạn đối với lượng chất ô nhiễm tiềm ẩn có thể thải vào
chúng. Một khi vượt quá các giới hạn này, nồng độ các chất ô nhiễm trong các vùng nước
này có thể làm giảm hoặc thậm chí loại bỏ các lợi ích có thể thu được từ những người sử
dụng tài nguyên khác.


4

1.2. Các phương pháp xử lý nước

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng
ta. Do đó, nhu cầu cải thiện và giữ gìn chất lượng của nó ngày càng tăng khơng ngừng. Các
nguồn điểm và không điểm đang làm ô nhiễm nguồn nước quý giá của chúng ta. Các nguồn
ô nhiễm nước chính là từ các hoạt động cơng nghiệp, sinh hoạt và nơng nghiệp và các thay
đổi mơi trường và tồn cầu khác. Nước mặt và nước ngầm ở nhiều nơi trên thế giới bị ô
nhiễm và không phù hợp cho mục đích uống. Đến năm 2020, dân số tồn cầu được cho là sẽ
lên tới 7,9 tỷ người và do đó, thế giới có thể gặp phải tình trạng khan hiếm nước ngọt [1].
Dân số toàn cầu đang gia tăng và do đó, thế giới đang chuẩn bị đối mặt với tình trạng
khan hiếm nước ngọt. Nguồn nước của chúng ta có hạn và do đó, các phương pháp xử lý và
tái chế nước là những giải pháp thay thế duy nhất để có được nước ngọt trong những thập
kỷ tới. Do đó, nhu cầu phát triển của một kỹ thuật xử lý nước thải phù hợp, rẻ tiền và nhanh
chóng và các phương pháp tái sử dụng hoặc bảo tồn trong thế kỷ hiện nay là rất cần thiết. Các
loại kỹ thuật xử lý và tái chế nước khác nhau đã được thảo luận về các nguyên tắc cơ bản,
ứng dụng, chi phí, bảo trì và tính phù hợp của chúng. Ngồi ra, một cách tiếp cận có hệ thống
để xử lý và tái chế nước liên quan đến sự hiểu biết, đánh giá và các thông số lựa chọn của
họ đã được trình bày. Một hướng dẫn ngắn gọn để lựa chọn các cơng nghệ thích hợp cho các
ứng dụng cụ thể đã được đánh giá. Xử lý nước thải ngày càng trở nên quan trọng hơn trong
bối cảnh nguồn nước ngày càng giảm, trong khi việc sử dụng nước công nghiệp, sinh hoạt
và nông nghiệp ngày càng tăng. Do đó việc xử lý nước thải, chi phí và các quy định xả thải
chặt chẽ hơn đã làm giảm mức ơ nhiễm cho phép trong các dịng thải. Xử lý nước thải để tái
sử dụng đặc biệt quan trọng đối với tình trạng khan hiếm nước ở một số khu vực trên thế
giới. Khu vực đô thị tiêu thụ một lượng nước đáng kể, do đó những khu vực này đã tạo ra
một lượng nước thải khổng lồ. Nước thải đô thị là sự kết hợp của nước thải và chất thải có
chứa nước từ các hộ gia đình, các cơ sở thương mại và cơng nghiệp, và các tổ chức.
Các phương pháp xử lý nước thải chủ yếu: phương pháp hóa lý, hóa học và cơ học.
1.2.1. Phương pháp hóa lý
Phương pháp hóa lý dùng để xử lý nước thải là phương pháp tạo ra một hoặc nhiều
phản ứng cụ thể giữa các tạp chất chứa trong nước thải với chất được đưa vào để xử lý để
loại bỏ hồn tồn những tạp chất đó trong nước thải.

❖ Quá trình keo:
Keo tụ (tập hợp) các hạt là một giai đoạn quan trọng trong nhiều hoạt động tách rắn lỏng. Quá trình này thường liên quan đến một số dạng mất ổn định hóa học và một bước
trong đó các hạt va chạm và tạo thành kết tụ. Sự phá hủy có thể liên quan đến việc vượt qua
bất kỳ lực đẩy nào giữa các hạt một cách đơn giản, như với các muối đơn giản, “cầu nối”
giữa các hạt bằng chất keo tụ cao phân tử, hoặc sự kết tủa của hydroxide kim loại dẫn đến
“keo tụ quét” như với muối nhôm và sắt. Nghiên cứu gần đây về lực giữa các hạt, hoạt động
của chất keo tụ cao phân tử, và bản chất của các loài sinh ra bằng cách thủy phân muối kim
loại được xem xét và sự liên quan đến các quá trình keo tụ thực tế được thảo luận.
Keo tụ là quá trình liên kết các hạt rắn lơ lửng và các hạt keo mang điện tích âm hoặc
dương có trong nước thải tạo thành tập hợp bơng keo có kích thước và khối lượng lớn hơn


5

[3]. Trong nước thải chủ yếu mang các hạt keo có điện tích âm nên chúng khơng thể kết hợp
lại được. Cần cho thêm một số hóa chất vào như phèn nhơm, phèn sắt,…nhằm làm tăng các
hạt mang điện tích dương giúp tạo sự va chạm giữa điện tích làm tăng sự kết dính giữa các
hạt keo tụ tạo thành những hạt bông đủ lớn để lắng xuống và loại bỏ chúng bằng các lắng
hay lọc cặn.
Quá trình lắng chỉ tách các hạt keo tụ có kích thước lớn cịn các hạt có kích thước nhỏ
(ở dạng keo) thì khơng lắng được. Ta cần trung hịa điện tích và liên kết các kích thước nhỏ
trong nước để tách các hạt đó ra khỏi. Q trình trung hồ điện tích là q trình đơng tụ cịn
q trình liên kết các hạt có kích thước nhỏ tạo thành các hạt keo tụ lớn gọi là quá trình keo
tụ [15]. Khi hai điện tích trái dấu liên kết với nhau làm phá vỡ tính ổn định của chúng thì các
hạt này sẽ liên kết lại với nhau tạo ra các tổ hợp phân tử hay các ion tự do, các tổ hợp phân
tử này chính là các hạt bơng keo [3].
Khi cho chất keo tụ ( muối nhôm hoặc muối sắt III ) vào sẽ có phương trình phản
ứng sau:
(1)
(2)

Nhờ muối có chứa kim loại hố trị cao nên có thể ngậm nước và tạo thành phức chất
hexa [X(H2O)6] 3+ (trong đó X3+ có thể là Al3+ hoặc Fe3+).
Tuỳ thuộc vào pH của môi trường mà chúng tồn tại ở các điều kiện khác nhau. Quá
trình thuỷ phân các chất keo tụ để tạo thành bông keo tụ xãy ra theo các giai đoạn sau:
(3)
(4)
(5)
Khi phản ứng với muối nhơm thì ở pH=6 thì kết tủa lắng xuống cịn với muối sắt thì
pH=5. Do độ hòa tan của các hydroxyde này quá nhỏ nên khi pH tối ưu các ion kim loại này
dễ bị tách khỏi nước. Thường pH từ 3-6 các sản phẩm keo tụ tạo thành có chứa nhiều ion
kim loại. Các hydroxyde nhơm hoặc sắt tạo thành có hoạt tính tạo bông keo cao nhờ bề mặt
tiếp xúc lớn. Khi lắng xuống các bông keo sẽ cuốn theo các tạp chất cặn bẩn lơ lửng có trong
nước. Để q trình keo tụ và tốc độ sa lắng có hiệu quả cao người ta thường cho thêm các
hợp chất trợ keo tụ là các polymer kết bông. Polymer kết bông thường dùng là poly
acrylamide và copolymer.
Một số yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như:
− Chất keo tụ: dựa vào tính chất hố lý của nước thải mà lựa chọn chất keo tụ. Sử dụng
liều lượng vừa đủ để giảm chi phí chất keo tụ mà thu được hiệu quả cao.
− Thời gian sa lắng: nếu thời gian càng lâu thì các hạt keo nhỏ có thể lắng xuống và loại
bỏ dễ dàng.


6

− Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao tốc độ lắng càng nhanh.
− Điều kiện pH: cần xác định nồng độ các hydroxide hình thành do có ảnh hưởng đến
q trình hút bám của bông keo tụ.
❖ Hấp phụ:
Sự hấp phụ ở các bề mặt khác nhau đã được các nhà khoa học quan tâm đến. Hiện
tượng này làm cơ sở cho một số q trình cực kỳ quan trọng có ý nghĩa thực dụng. Khơng

bao giờ có thể nghi ngờ tầm quan trọng về công nghệ, môi trường và sinh học của quá trình
hấp phụ. Ứng dụng thực tế của nó trong cơng nghiệp và bảo vệ mơi trường là điều tối quan
trọng. Sự hấp phụ của cơ chất là giai đoạn đầu tiên trong nhiều quá trình xúc tác. Các phương
pháp tách hỗn hợp trong phịng thí nghiệm và quy mô công nghiệp ngày càng dựa trên việc
tận dụng sự thay đổi nồng độ của các thành phần ở bề mặt phân cách. Hơn nữa, các vấn đề
quan trọng như lọc nước, nước thải, khơng khí và đất cũng liên quan ở đây. Mặt khác, nhiều
lĩnh vực mà sự đổi mới công nghệ bao gồm các hiện tượng hấp phụ đã được mở rộng thông
qua nghệ thuật và thủ công hơn là thông qua khoa học. Sự hiểu biết cơ bản về các nguyên
tắc khoa học còn kém xa; một phần vì việc nghiên cứu các giao diện địi hỏi phải có những
thử nghiệm cực kỳ cẩn thận nếu muốn thu được các kết quả có ý nghĩa và có thể tái tạo. Tuy
nhiên, trong những năm gần đây, người ta ngày càng có nhiều nỗ lực nhằm thu hẹp khoảng
cách giữa lý thuyết và thực hành. Tiến bộ quan trọng trong việc mô tả lý thuyết về sự hấp
phụ đã đạt được, chủ yếu thông qua việc phát triển các phương pháp tiếp cận lý thuyết mới
được xây dựng ở cấp độ phân tử, bằng các phương pháp mơ phỏng máy tính và nhờ vào các
kỹ thuật mới để kiểm tra các lớp bề mặt hoặc các vùng giao diện. Hơn thế nữa,sợi carbon và
rây phân tử carbon, fullerene và heterofullerene, kính vi xốp và nanoporous, cả vật liệu
carbon và vơ cơ. Chất rắn có cấu trúc nano rất phổ biến trong khoa học và công nghệ và đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm do khả năng hấp phụ của chúng, tính chất xúc tác, từ tính,
quang học và nhiệt.
Để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hồ tan triệt để sau khi xử lí sơ bộ bằng
phương pháp cơ học, các chất không phân hủy còn lơ lửng trong nước thường rất độc và khó
tan. Phương pháp hấp phụ là cách để loại bỏ các tạp chất không phân hủy đang lơ lửng trong
nước thải.
Quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn chủ yếu:
− Đưa các chất cần hấp phụ từ nước thải đến bề mặt của hạt hấp phụ.

− Diễn ra quá trình hấp phụ: dùng các chất hấp phụ có kích thước nano phân tử để hấp phụ
các tạp chất ra khỏi dòng nước thải. Khi cho lớp chất hấp phụ vào thì các tạp chất sẽ bị hút
lên trên bề mặt của chất hấp phụ do các mao quản của chất hấp phụ có kích thước nhỏ nên
giữa lại được hầu hết tất cả những cặn bẩn hay các chất khó phân hủy, độc hại và những kim

loại nặng làm sạch nước.
− Khuếch tán các chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán ). Thường sử
dụng các loại: than hoạt tính, chất tổng hợp và các chất thải sản xuất như: xỉ tro, mạt sắt và
một số khống: đất sét, silicagen…Nhằm loại bỏ các chất gây ơ nhiễm như: chất hoạt động
bề mặt, chất màu tổng hợp, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm, dẫn xuất phenol và hydroxyl,
alkylbenzene-sulphonic acid và các kim loại nặng có trong nước thải như: Cs, Hg, Pb.
❖ Các phương pháp hấp phụ:


7

Hấp phụ có thể được coi là một nguyên mẫu cho tất cả các hoạt động tách chất lỏng chất rắn [4]. Hấp phụ tương tự như sự ngưng tụ có chọn lọc của các phân tử khí hoặc sự kết
tinh hoặc phản ứng tổng hợp có chọn lọc từ chất lỏng. Nó dựa trên lực hút giữa các phân tử
kiểu van der Waals giữa chất tan và bề mặt rắn. Chất hấp phụ hiệu quả khi tiếp xúc với pha
khí có thể chứa một thể tích chất hấp phụ bằng 1,0% thể tích hạt [4].
Có 2 phương pháp hấp phụ: hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý:
− Hấp phụ hóa học: là q trình được gây ra bởi lực có liên kết hóa học giữa chất hấp
phụ và bề mặt như liên kết ion, liên kết cộng hóa trị. Thường có tốc độ hấp phụ cao ở nhiệt
độ cao nên được gọi là quá trình hấp phụ hoạt hố. Qúa trình phản ứng được gọi là xúc tác
dị thể. Có năng lượng hoạt hóa cao nên quá trình phản ứng khá chậm và chỉ xảy hấp phụ
dạng đơn lớp.
− Hấp phụ vật lý có lực liên kết giữa phân tử bị hấp phụ và các electron rất yếu nên
giữa chất rắn va phân tử bị hấp phụ không tạo thành một hợp chất mà tồn tại ở 2 hệ. Hấp phụ
vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp và nhỏ hơn so với nhiệt độ hấp phụ hóa học. Qúa trình
phản ứng rất nhanh do năng lượng hoạt hóa bằng 0.
1.2.2. Phương pháp hóa học
Đối với phương pháp này người ta cho vào nước các chất phản ứng. Các chất này sẽ
tác dụng với các tạp chất bẩn có trong nước thải và làm chúng tách ra khỏi nước thải ở dạng
lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại. Thường sử dụng phương pháp khử trùng để loại bỏ
triệt để các vi sinh vật gây hại có trong nước thải và phương pháp làm mềm nước nhằm loại

bỏ các ion gây nước cứng khó lắng, lọc.
Khử trùng: là phương pháp dùng các chất có tính oxy hóa mạnh để oxy hóa men của
tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Các chất thường được sử dụng để khử trùng như: chlor,
chlorine dioxide, brom, iod, acid hypochlorite và muối của nó, ozone, kali permanganate,
hydrogen peroxide. Ngồi ra cịn khử trùng bằng tia UV nhằm xử lí các nước thải ở bệnh
viện có chứa rất nhiều vi sinh vật có hại khơng chỉ gây ơ nhiễm nguồn nước mà còn ảnh
hưởng rất nhiều đến sức khỏe con người. Do sử dụng các phương pháp này để khử trùng có
hiệu quả cao trong q trình xử lý nước thải nên khử trùng bằng phương pháp hóa học đang
được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải ở quy mơ lớn.
1. Khử trùng bằng hóa chất chlor và các hợp chất chlor:
Sử dụng các hóa chất này vừa đơn giản vừa đạt hiệu suất cao trong quá trình khử
khuẩn, các dạng clo thường dùng như:
− Chlor dạng lỏng Cl2
− Natri hypochlorite dạng lỏng NaClO
− Canxi hypochlorite dạng rắng Ca(ClO)2
Chlor oxy hóa rất mạnh, khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl
có tác dụng khử trùng rất tốt dù ở dạng hợp chất hay ngun chất.
Hợp chất HClO có tính oxy hóa yếu, kém bền và dễ phân hủy thành HCl và oxy nguyên
tử hoặc tạo thành ion H+ và OCl-:


8

(6)
(7)
(8)
Hoặc cho hợp chất Ca(ClO)2 vào nước cũng tạo ra HClO:
(9)
Q trình khử khuẩn có 2 giai đoạn chính:
− Giai đoạn 1: khi cho chất khử trùng vào thì xảy ra phản ứng diễn ra trên bề mặt lớp

vỏ tế bào vi sinh và khuếch tán từ từ xuyên qua vỏ tế bào vi sinh.
− Giai đoạn 2: Sau khi đi qua vỏ tế bào vi sinh thì chất khử trùng tiếp tục phản ứng với
men bên trong tế bào và phá hủy quá trình trao đổi chất dẫn đến sự giảm thiểu của tế bào vi
sinh.
Độ pH của nước thải có ảnh hưởng đến tốc độ q trình khử trùng cũng như độ hiệu
quả. Nếu pH của nước thải càng thấp thì khử trùng càng hiệu quả. Để khắc phục tình trạng
người ta thường cho dư chlor sau khi qúa trình khử khuẩn nhằm tăng hiệu quả hơn. Khi khử
khuẩn bằng hóa chất sẽ làm giảm pH và nhiệt độ của nước.
2. Khử trùng bằng hóa chất : Ozone
Ozone là một lồi độc nhất có tác động hóa học sâu sắc đến nhiều lĩnh vực của xã hội
chúng ta [20]. Nó được biết đến như một thành phần có lợi của bầu khí quyển trên cao giúp
bảo vệ các sinh vật sống khỏi tia cực tím có hại. Tuy nhiên, ở gần mặt đất, nó cũng có liên
quan đến sự hình thành sương mù quang hóa. Ít được biết đến hơn là nó được sử dụng với
khối lượng lớn trong một số ngành công nghiệp quy mô lớn như lọc nước và chế biến giấy
và bột giấy. Ngoài ra, ozone được tạo ra với số lượng đáng kể bằng máy photocopy, máy in
laser và máy fax, vì lý do đó được trang bị bộ lọc ozone [5]. Oxy hóa mạnh các đặc tính của
ơzơn gây nguy hiểm cho các vật chất sống và vô tri, tuy nhiên các đặc tính này cũng có thể
được sử dụng cho các mục đích hữu ích. Hai trong số đó là tổng hợp hóa học và q trình
oxy hóa các chất ơ nhiễm độc hại.
Ozone là một chất khí, có tính oxy hóa mạnh và mạnh hơn oxy và là một chất kém bền
dễ bị phân hủy ở điều kiện thường tạo ra oxy. Phản ứng thủy phân xảy ra theo phương trình:
(10)
(11)
(12)
(13)
Điều chế: Ozone được điều chế bằng cách cho oxy hoặc khơng khí đi qua thiết bị
phóng tia lửa điện. Phương trình phản ứng tạo ra ozone:


9

(14)
Ozone là chất oxi hoá rất mạnh nên được dùng để khử khuẩn rất rộng rãi trong xử lí
nước hay trong khơng khí.
Khi cho ozone vào nước thải nó sẽ góp phần làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm
nồng độ chất hữu cơ, nồng độ các chất hoạt tính, khử khuẩn, khử màu, không gây mùi; tăng
nồng độ oxy hòa tan; tăng vận tốc lắng cặn và đặc biệt là ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH,
nhưng để tạo ra lượng Ozone lớn thì tốn rất nhiều chi phí và năng lượng điện.
3. Khử trùng bằng hóa chất iod
Iod là chất có tính oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử khuẩn ở các bể bơi, ao
nuôi thủy sản,…
4. Khử trùng bằng tia UV
Phương pháp này dùng để khử trùng ở bề mặt bằng cách dùng tia UV chiếu trực tiếp
qua nước thải, phương pháp này khá đơn giản và đỡ tốn kém hơn phương pháp dùng hóa
chất để khử trùng. Nhưng chỉ diệt được các vi khuẩn mà tia UV chiếu qua được còn các vi
khuẩn chôn vùi ở cặn nên cần lọc qua phần cặn lắng xuống rồi xử lý nước bằng tia UV sẽ có
hiệu quả tốt nhất trong q trình khủ trùng trong nước thải.
Làm mềm nước: để làm giảm nồng độ của các ion gây cứng nước như Ca2+ , Mg2+ và
các kim loại cao có trong nước thải gây độc hại.
Phân loại: có ba loại nước cứng
− Nước cứng tạm thời: do các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 gây ra làm nước có tính
cứng. Có thể đun sơi để làm mất tính cứng của nước cứng tạm thời.
− Nước cứng vĩnh viễn: do các muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4. Gây ra tính cứng
cho nước. Đun sơi khơng làm mất tính cứng của nước.
− Nước cứng toàn phần: Thường bị gây ra bởi các muối trên.
Một số ảnh hưởng khi sử dụng nước cứng:
− Ảnh hưởng đến sức khỏe con người như: khi dùng trong sinh hoạt sẽ làm da, tóc,
móng tay sẽ bị khơ. Hoặc khi uống thì các chất độc hại có trong nước cứng sẽ tích tụ lại
trong nội tạng. Muối trong nước cứng sẽ phản ứng phân hủy tạo nên chất kết tủa gây ra bệnh
sỏi thận, tim mạch, tắc nghẽn mạch máu,…

− Các thiết bị kim loại khi tiếp xúc với kim loại trong thời gian dài sẽ bị gỉ sét, ố
vàng…
− Dùng trong sinh hoạt: giặt đồ…nước cứng sẽ làm giảm tác dụng của các chất tẩy
rửa, phai màu quần áo.
− Dùng trong cơng nghiệp thì nước cứng ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình nhuộm,
vệt..
Từ các tác hại trên cho thấy cần phải làm mềm nước là việc rất cần thiết. Thường xử
dụng phương pháp hóa học để xử lí nước bằng cách cho thêm vào nước thải các hóa chất


10

như vôi, sođa Na2CO3, xút NaOH, hyđroxide bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4 để khử
sắt, silic, photphat làm giảm nồng độ của Ca2+ và Mg2+ làm mềm nước.
Để khử ion Ca2+ có trong nước cứng:
− Cho dung dịch vơi bão hịa tác dụng với khí CO2 tạo thành ion hydrocacbonat theo
phương trình phản ứng:
(15)
− Tiếp tục cho dung dịch vơi bão hịa vào nước mà trước đó dung dịch vơi đã tác dụng
với khí CO2 tạo ra ion hydrocarbonate. Ion hydrocacbonat mới tạo thành kết hợp với ion
canxi có trong nước tạo ra kết tủa trằng Canxi carbonate, nếu tích số nồng độ của tổng ion
hydrocarbonate và ion canxi lớn hơn tích số tan của CaCO3 thì cặn CaCO3 sẽ lắng xuống tạo
thành cặn và tách ra khỏi nước
(16)
− Để khử ion Mg2+ có trong nước cứng:
− Cho vào nước cứng một lượng vôi vừa đủ để tạo thành Magie hydroxide khơng tan
xảy ra theo phương trình phản ứng sau:
(17)
− Khi trong nước có hydrocacbonat natri thì khi cho dung dịch vơi bão hịa vào sẽ tạo
ra kết tủa CaCO3 và Na2CO3

(18)
− Làm mềm nước bằng soda (Na2CO3) để tạo kết tủa CaCO3 và MgCO3 không tan
trong nước.
− Làm mềm nước bằng vơi bão hịa và soda thì độ cứng của nước vẫn còn tương đối
lớn, nên bổ sung photpho vào để làm mềm nước hoàn toàn. Thường cho trinatri photphat và
dinatri photphat vào để phản ứng với Ca2+ và Mg2+ tạo ra muối photphat của canci và magie
không tan trong nước. Thường sử dụng phophate sau khi đã làm mềm nước bằng soda và
vơi bão hịa để tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao.
1.2.3. Phương pháp cơ học
❖ Lắng nước:
Lắng là quá trình tách các tạp chất, cặn bẩn dạng huyền phù thô, các chất không tan và
một phần các chất có dạng keo ra khỏi nước thải. Qúa trình lắng diễn ra dưới tác dụng của
trọng lực. Thường dùng các bể lắng để lắng để tách cặn bẩn sau khi xử lí các phương pháp
hóa lý, hóa học trên ra khỏi nước thải.


11

Hình 1.1. Sơ đồ bể lắng [6]
− Xử lí sơ bộ rác thải to bằng song chắn rác, lưới lọc để giữ các cặn bẩn vơ cơ có kích
thước lớn (sạn, đá vụn, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, giấy, nilon, rau cỏ, rác…)
− Bể lắng: dùng để tách cặn huyền phù thơ, các chất vơ cơ có trọng lượng riêng khác
với trọng lượng riêng của nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ
lửng nhẹ sẽ nỗi lên bề mặt.
− Bể vớt dầu: khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ, dầu nhớt.
1.3. Vật liệu từ tính
Cơng thức hóa học chung của spinel ferrite là MFe2O4, trong đó M là một ion kim loại
hóa trị hai, chẳng hạn như Mn, Co, Ni, Zn, Mg,.. [7-9]. Cấu trúc spinel có cơng thức hóa học
là AB2O4, trong đó A là kim loại hóa trị II và B là kim loại hóa trị III [11] Mỗi ô mạng của
spinel chứa 8 phân tử [11]. Mỗi oxide tồn tại một lỗ trống bát diện và 2 lỗ trống tứ diện,

trong đó kích thước lỗ trống tứ diện nhỏ hơn [11]. Các ion hóa trị II thường nằm ở vị trí tứ
diện và các ion hóa trị III thường ở vị trí bát diện.
Tùy thuộc vào sự sắp xếp của các cation kim loại, hợp chất spinel có thể là bình thường,
hốn vị hoặc một phần hoán vị và sự phân bố ion kim loại này quyết định nên tính chất từ
của vật liệu. Mức độ hoán vị trong một hợp chất đặc biệt chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
như độ lớn của bán kính ion đối với kích thước của đa diện oxy, cấu hình electron của các
ion, năng lượng điện của mạng tinh thể và phương pháp chuẩn bị mẫu [12].

Hình 1.2. Hình minh họa các domain từ [13]


12

Vật liệu từ tính được chia làm 2 nhóm: vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềm.

Hình 1.3. Định hướng các moment từ của paramagnetic (a), ferromagnetic (b),
antiferromagnetic (c), ferrimagnetic (d) [13]
Vật liệu từ tính được chia làm 2 nhóm: vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềm.
1.4. Tổng quan về vật liệu cobalt spinel ferrite CoFe2O4
Giữa các loại ferrite, cobalt ferrite (CoFe2O4) là một loại đặc biệt thú vị, do tính chất
từ của nó cũng như là tính bất đẳng hướng mạnh mẽ, tính kháng từ khá lớn ở nhiệt độ phịng
(HC = 830 ÷ 1700 Oe), độ bão hịa từ trung bình (Ms = 50 ÷ 57 emu/g) và có tính chất của
vật liệu quang từ. Các hạt ferrite từ CoFe2O4 có cấu trúc lập phương spinel ngược với hằng
số mạng a = 8.4 Å, kích thước hạt trung bình 25 - 30 nm. Cấu trúc spinel của CoFe2O4 có
cơng thức chung là AB2O4 trong đó A thể hiện lỗ trống tứ diện, B thể hiện lỗ trống bát diện.
Mỗi ô mạng chứa 8 phân tử. Mỗi oxide tồn tại 1 lỗ trống bát diện và 2 lỗ trống tứ diện, trong
đó kích thước lỗ trống tứ diện nhỏ hơn. Cả lỗ trống tứ diện và bát diện, khung của chúng đều
bị chiếm bởi các cation. Tồn tại 2 dạng cấu trúc: spinel thông thường (normal spinel) và
spinel ngược (inverse spinel) [15,16]

Hình 1.4. Cấu trúc spinel [16]
Cấu trúc spinel đảo: đối với cấu trúc spinel đảo tất cả các kim loại hóa trị II đều nằm
trong vị trí bát diện, cịn các kim loại hóa trị III góp mặt đều trong cả vị trí tứ diện và bát
diện. Oxide sắt từ, các ferrite NiFe2O4 và CoFe2O4 có cấu trúc spinel đảo. Trong cấu trúc
spinel đảo một nữa Fe3+ được đặt trong vị trí tứ diện và một nữa cịn lại đặt trong vị trí bát
diện. Các moment từ được bù trừ, tương trợ lẫn nhau, và moment từ tổng cộng của ferrite
được quyết định bởi moment từ của các cation hóa trị II Me2+ trong vị trí bát diện [17].


13

1.4.1. Các phương pháp tổng hợp CoFe2O4
Với sự phát triển của khoa học cơng nghệ, hiện nay có khá nhiều cách để tổng hợp
được các hạt nano cobalt spinel ferrite. Nhưng các phương pháp phổ biến nhất chính là
phương pháp đồng kết tủa, vi nhũ, sol-gel… 18.
a. Phương pháp đồng kết tủa
Đây được xem như là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp các hạt nano CoFe2O4.
Do điều kiện phản ứng dễ dàng, ít sử dụng hóa chất độc hại và có thể điều khiển kích thước
bằng cách thay đổi nồng độ các tác chất hoặc nhiệt độ phản ứng. Có rất nhiều bài báo được
cơng bố đã tổng hợp các hạt CoFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa. Nhưng kết quả lại
khơng hồn tồn giống nhau: A. Pui và các cộng sự đã sử dụng tác nhân CMC khi tổng hợp
CoFe2O4 và thu được các hạt nano với kích thước khoảng 13 nm, từ độ bão hịa và lực kháng
từ lần lượt là 634.7 Oe và 52.2 emu/g [18]; tương tự, M. Vadivel và cộng sự đã sử dụng tác
nhân SDS khi tổng hợp CoFe2O4 và thu được kết quả gần như giống với nghiên cứu của
A.Pui, kích thước hạt đạt khoảng 15 nm, từ độ bão hòa và lực kháng từ lần lượt là 585.1 Oe
và 53.2 6 emu/g [19]; trong khi đó YeongIl Kim và cộng sự đã tổng hợp được hạt nano
CoFe2O4 với tính chất siêu thuận từ với lực kháng từ chỉ bằng 39 Oe tại nhiệt độ phòng và
từ độ bão hòa bằng 65 emu/g với kích thước hạt từ 10-30 nm [20]…
b. Phương pháp vi nhũ [21]
Dễ dàng điều khiển kích thước và kích thước hạt nano siêu nhỏ là những đặc điểm nổi

trội của phương pháp tổng hợp này. Với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt hoặc pha dầu
để hình thành hệ nhũ-micelle, hạn chế các hạt tiếp xúc với nhau do đó ta thu được những hạt
nano có kích thước rất nhỏ (vài nm) [21].
1.4.2. Ứng dụng của vật liệu CoFe2O4
Các hạt tinh thể nano Cobalt spinel ferrite CoFe2O4 được sử dụng rộng rãi với nhiều
ứng dụng khác nhau như chế tạo pin lithium, dung dịch lỏng từ, thiết bị điện tử, thuốc chống
ung thư, chụp cộng hưởng từ (MRI) ngược và các ứng dụng trong việc chống khối u [22].
Ngoài ra các hạt nano CoFe2O4 cũng có thể được sử dụng như một chất xúc tác cho
nhiều phản ứng hữu cơ, do có diện tích bề mặt riêng lớn và dễ tách khỏi hỗn hợp phản ứng
sau khi phản ứng kết thúc. Với kích thước rất nhỏ (nm) nên diện tích bề mặt riêng của hạt
nano rất lớn, tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra trên bề mặt của hạt và thúc đẩy nhiều phản
ứng xảy ra đồng thời [23].
1.5. Vật liệu nano từ tính
Vật liệu nano là một loại vật liệu có cấu trúc hạt, các hạt có kích thước từ 1 nanomet
đến khoảng 100 nanomet. Vật liệu nano được sử dụng với quy mơ rất lớn với các tính chất
quang học, từ tính, điện và các đặc tính khác của xuất hiện. Những đặc tính mới nổi này có
thể có tác động lớn đến các lĩnh vực như nghiên cứu hóa học, điện tử, y học và các lĩnh vực
khác.
Do đó, việc tái chế các chất xúc tác đồng thể là một vấn đề quan trọng. Chất xúc tác
có thể được tái chế ở dạng lỏng - lỏng và rắn - lỏng. Kỹ thuật lỏng-lỏng dựa trên việc hòa
tan chất xúc tác và các sản phẩm trong các dung mơi khơng hịa tan khác nhau, với cho phép