Xử lý kim loại Cu, Pb trong nước bằng vật liệu hấp phụ chi phí thấp từ phụ phẩm nông nghiệp

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

XỬ LÝ KIM LOẠI CU, Pb TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU
HẤP PHỤ CHI PHÍ THẤP TỪ PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP
Nguyễn Thanh Hịa, Nguyễn Thị Liên
Khoa Mơi Trường - Trường Đại Học Thủy lợi

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Ô nhiễm kim loại trong nước đang là vấn
đề nghiêm trọng trên toàn cầu cần phải giải
quyết. Tại Việt Nam, nguồn phát thải kim
loại nặng chủ yếu từ các cơ sở sản xuất công
nghiệp như cơ khí, chế tạo máy, xi mạ đã và
đang gây ô nhiễm cho nguồn nước, do xả
trực tiếp nguồn thải ra ngồi mơi trường mà
khơng qua xử lý. Theo báo cáo môi trường
quốc gia năm 2008 hàm lượng kim loại nặng
như Cr6+ , Zn2+ , Pb2+, Cu2+ trong nước thải
vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 1,5 đến 10
lần [1].
Cây lạc, lúa nước là những cây nông
nghiệp được trồng chủ yếu ở nước ta. Vì vậy,
vỏ lạc, vỏ trấu là một nguồn phụ phẩm nông
nghiệp dễ kiếm, rẻ tiền. Hàng năm, có hàng
nghìn tấn vỏ trấu, vỏ lạc phát sinh tuy nhiên
số phụ phẩm nông nghiệp này chủ yếu được
thải bỏ hoặc mang đốt. Đã có nhiều nghiên
cứu cho thấy, chúng có thể được sử dụng để
chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) xử lý nước
bị ô nhiễm kim loại nặng. Cacbon hóa vỏ lạc

để xử lý hấp phụ Cu2+ từ nước thải được
nghiên cứu so sánh với than GAC đem lại
hiệu quả gấp 18 lần hay được đem hấp phụ
Cu2+ , Zn2+ với hiệu suất trên 90% [3]. Ở Việt
Nam, tro trấu được sử dụng để xử lý ion Ni2+,
Cd2+ hiệu suất khá cao 50 – 60% [6].
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu và phương pháp phân tích
2.1.1 Ngun vật liệu – hóa chất, thiết bị
Hóa chất dùng trong thí nghiệm: CuSO4 ,
Pb(NO3 )2 , chất chỉ thị Murexit, chất chỉ thị

ETOO,
NaOH,
HCl,
EDTA,
KNaC4 H4 O6 .4H2 O của Merk (Đức).
Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu:
Jatest((VELP, JLT6, Italia) gồm 6 hệ thống
khuấy hoạt động cùng chế độ, tủ sấy
((Blinder, USA), lị nung (Lenton AF11/6B,
Anh). Trong khi đó nghiên vật liệu là vỏ trấu,
vỏ lạc được thu gom từ Nam Định.
2.1.2. Chế tạo VLHP
Vỏ trấu, lạc được rửa sạch sấy khô ở 80o C
trong thời gian 1 giờ. Sản phẩm sau sấy được
ngâm với HCl 1M trong vòng 60 phút (đối
với vỏ trấu) và 20 gam vỏ lạc sau nghiền
ngâm với dung dịch HNO3 1M trong thời

gian 24 giờ, sau đó rửa sạch vỏ trấu, lạc bằng
nước cất đến khi dung dịch có mơi trường
trung tính. Trấu sau khi rửa sạch được sấy
khơ ở 80o C, tiếp sau đó được nung ở nhiệt độ
650o C trong vòng 8 giờ, thu được vật liệu
hấp phụ (VLHP T). Và vỏ lạc được nung ở
450o C trong thời gian 8 giờ thu được vật liệu
hấp phụ (VLHP L).
2.2 Mơ tả thí nghiệm
Ở mỗi thí nghiệm, chuẩn bị 6 cốc thủy
tinh 1l, đánh số thứ tự từ 1 đến 6, thêm
100ml dung dịch Cu2+ 0,01mM (6,4mg/l)
hoặc Pb2+ 0,01mM (20,7mg/l). Sau đó lần
lượt cho vào mỗi cốc khối lượng xác định
VLHP T, VLHP L (nghiên cứu ảnh hưởng
pH và thời gian là 1g VL), điều chỉnh pH
bằng dung dịch HCl 0,1M hoặc dung dịch
NaOH 0,1M tùy theo nghiên cứu. 6 cốc trên
khuấy tại máy Jartest ở 250 rpm trong
khoảng thời gian 60 phút. Cuối cùng, lọc
lấy phần dung dịch bằng giấy lọc và xác

470


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

định lại nồng độ Cu2+, Pb2+ còn lại dung
dịch (Cs) phương pháp chuẩn độ định lượng
bằng EDTA. Mỗi thí nghiệm được lặp lại

hai lần để lấy kết quả trung bình. Các thí
nghiệm được diễn ra ở nhiệt độ phịng
25±20 C.
3.1. Tính chất của Vật liệu hấp phụ
Hai mẫu vật liệu được đưa vào máy hiển vi
điện tử quét (JFM – 5410 LV, Nhật Bản).
Các hình chụp được là ở các độ phóng đại
khác nhau 5000x, 10000x, 20000x.
Từ hình 1 ta thấy trên cả hai bề mặt của
các vật liệu hấp phụ đều hình thành nhiều các
lỗ rỗng, tăng độ xốp của vật liệu nên vật liệu
dễ dàng hấp phụ các ion đồng và chì. Vật liệu
biến tính tro trấu (VLHPT) có các mao quản
đồng đều và tổng diện tích bề mặt vật liệu
biến tính tăng lên nhiều lần. Nguyên nhân vì
khi biến tính,các axit mạnh: HNO3 , HCl hịa
tan các lignin hay xenlulose và tăng độ rỗng
của vật liệu hấp phụ [8]. Ngồi ra sau khi
biến tính sẽ hình thành nhóm chức –COOH,OH,-NH2 giúp tăng khả năng trao đổi cation

(a)
(b)
Hình 1. Ảnh SEM độ phóng đại 10000x,
(a) VLHP T (b) VLHP L
3.2 pH ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ 2 VLHP
Kết quả nghiên cứu cho thấy pH ảnh
hưởng đến quá trình hấp phụ Cu2+, Pb2+ của
VLHP. Hiệu quả hấp phụ tăng lên khi pH
tăng từ 1 đến 6. Bởi vì trong mơi trường axit

mạnh (pH ≤ 3), các phần tử của chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ đều tích điện dương bởi
vậy lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện, bên
cạnh đó, nồng độ ion H+ hiện tại cao nên
trong hỗn hợp có sự phản ứng cạnh tranh
giữa ion H+ với cation kim loại Cu2+, Pb2+
trong quá trình hấp phụ [2], kết quả là làm

giảm hiệu quả sự hấp phụ cation kim loại.
Hiệu quả hấp phụ của 2 VLHP tăng dần theo
chiều tăng pH. Tuy nhiên, ở pH = 6 trong
dung dịch bắt đầu có hiện tượng kết tủa của
Cu(OH)2 , Pb(OH)2 vì vậy chọn pH = 5 là pH
thích hợp cho q trình hấp phụ Pb2+, Cu2+
của cả VLHP biến tính từ tro trấu, vỏ lạc.
3.3. Sự ảnh hưởng của khối lượng
VLHP đến hiệu suất hấp phụ
Khối lượng 2 VLHP thay đổi (2, 4, 6, 8,
10, 12, 20 mg/l) tại pH=5.
Kết quả cho thấy khối lượng tăng lên dẫn
đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP cũng
tăng do là có nhiều phần tử VLHP trong cùng
một thể tích như nhau nên bề mặt tiếp xúc
giữa chúng với Cu2+, Pb2+ tăng lên nên khả
năng ion kim loại đi vào các mao quản của
VLHP tăng lên. Hiệu suất hấp phụ Cu2+, Pb2+
lớn nhất khi khối lượng VLHP ban đầu là
20mg/l. Sử dụng VLHPT hiệu suất hấp phụ
là 98,3% và 97,2% khi sử dụng VLHPL.
Trong khi đó hấp phụ ion Pb2+ đạt giá trị lớn

nhất là 99% và 98% khi sử dụng lần lượt
VLHPT, VLHPL.
3.4 Sự ảnh hưởng thời gian đến khả
năng hấp phụ các VLHP
Qua nghiên cứu cho thấy khối lượng vật
liệu ảnh hưởng đế hiệu suất hấp phụ của vật
liệu hấp phụ. Đối với VLHPT, thời gian tăng
hiệu suất hấp phụ cũng tăng theo. Thời gian
khuấy tăng lên thì Pb2+ đi vào các mao quản
của VLHP nhiều hơn, do đó hiệu suất hấp
phụ tăng lên. Cụ thể, hiệu suất tăng nhanh đạt
95% ở 90 phút đầu và tăng không đáng kể ở
các phút tiếp theo 120 phút và 150 phút (đạt
hiệu quả 99,5% và 99,8%). Như vậy, VLHPT
đạt trạng thái cân bằng hấp phụ tại thời điểm
90’. Với VLHPL tương tự như VLHPT đạt
cân bằng tại thời điểm 90’ (hiệu suất hấp phụ
93.8%) sau đó tăng dần dần tới 99,3% tại
150’. Tương tự như hấp phụ ion Pb2+ cả 2
VLHP đều đạt cân bằng tại điểm 90’ với hiệu
suất lần lượt là 92,8%, 91,2% khi hấp phụ
bằng VLHPT và VLHPL.

471


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

kim loại Cu2+, Pb2+ như sau tại pH bằng 5,
thời gian cân bằng 90 phút. Quá trình hấp

Nghiên cứu thiết lập phương trình đẳng nhiệt phụ tuân theo phương trình Langmuir.
Langmuir diễn ra với pH hấp phụ tối ưu là 5 và Nghiên cứu này đã chỉ ra một hướng mới cho
việc tái sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp
thời gian 90 phút, khối lượng VLHP 2g.
Kết quả cho thấy, khi nồng độ ban đầu của trong việc xử lý ơ nhiễm mơi trường.
dung dịch Cu2+,Pb2+ tăng thì tải trọng thì tải 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
trọng hấp phụ của vật liệu cũng tăng dần.
[1] Tổng cục Môi trường (2008). Báo cáo mơi
Phương trình Langmuir, tải trọng hấp phụ tối
trường Quốc gia 2008 - Môi trường làng
đa và hằng số Langmuir KL thể hiện ở bảng 1
nghề Việt Nam.
3.5. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir

Bảng 1. Hằng số phương trình đẳng nhiệt
Langmuir hấp phụ Pb2+, Cu2+ của 2 VLHP

Pb2+
Cu 2+

VLHPT
VLHPL
VLHPT
VLHPL

am (mg/g) KL(l/mg)
R2
62,11
55,402 0,9982

47,62
22,26
0,997
50
23,51
0,9887
40,49
24,66
0,9933

Từ bảng 1 ta có R2 của các phương trình
Langmuir hấp phụ Cu2+ , Pb2+ từ 0,98877 0,9982 nên ta có thể kết luận hấp phụ ion
Cu2+ , Pb2+ tuân theo phương trình đẳng nhiệt
Langmuir. Qua bảng 1 VLHPT xử lý Cu2+ ,
Pb2+ tốt hơn so với VLHP L với tải trọng hấp
phụ tối đa lần lượt là 50mg/g và 62,11mg/g
(VLHPT) so với 40,49 mg/g, 47,62 mg/g lần
lượt khi xử lý bằng VLHP L.
Kết quả cho thấy VLHP T, VLHP L trong
nghiên cứu này hấp phụ tốt Pb2+, Cu2+. Đối
với Cu2+ VLHP T (50mg/g), VLHP L
(40,49mg/g) cao hơn các vật liệu hấp phụ
được biến tính từ vỏ lạc [2] (0,3451mg/g), vỏ
lúa mạch [5] (4,64mg/g), vỏ cây thông [4]
(3,12mg/g) và cả vỏ trấu biến tính bằng axit
tartatric của [9](29mg/g). Đối với ion Pb2+
khả năng hấp phụ của VLHP T và VLHP L
cũng khá tốt, cao hơn rơm biến tính [6] vỏ
lúa mạch [5] với số liệu 62,11mg/g;
47,62mg/g so với 55,56mg/g và 23,2mg/g.

4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu này đã chứng minh được vỏ
lạc và vỏ trấu được biến tính bằng axit HNO3
và HCl và nung ở nhiệt độ cao có khả năng
hấp phụ tốt đối với ion Cu2+, ion Pb2+ . Các
điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ ion

[2] Abdel Salam, O. E., Reiad, N. A., &
ElShafei, M. M. 2011. A study of the
removal characteristics of heavy metals
from wastewater by low-cost adsorbents .
Journal of Advanced Research, 2(4), 297303.
[3] Kermit Wilson, H. Y., Chung W. Seo,
Wayne E. Marshall. (2006). Select metal
adsorption by activated carbon made from
peanut shells. Bioresource technology,
97(2266-2270).
[4] Najua, D. T., Luqman, C. A., Zawani, Z., &
Suraya, A. R. (2008). Adsorption of copper
from aqueous solution by Elais Guineensis
kernel activated carbon. Journal of
Engineering Science and Technology, 3(2),
180-189.
[5] Pehlivan, E., Altun, T., & Parlayıcı, S. (2009).
Utilization of barley straws as biosorbents for
Cu2+ and Pb2+ ions. Journal of Hazardous
Materials, 164(2), 982-986.
[6] Phạm Hoàng Giang, Đ. Q. H. 2016. Nghiên
cứu xử lý kim loại nặng trong nước bằng

phương pháp hấp phụ trên phụ phẩm nơng
nghiệp biến tính axit photphoric Tạp chí
Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái
đất và Môi trường, 32.
[7] Riaz, M., Nadeem, R., Hanif, M. A., Ansari,
T. M., & Rehman, K.U. 2009. Pb(II)
biosorption from hazardous aqueous
streams using Gos sypium hirsutum (Cotton)
waste biomass. Journal of Hazardous
Materials, 161(1), 88-94.
[8] Vieira M.G.A, Silva, C.N. Carneiro, A.A.
Melo Filho. 2014. Adsorption of lead and
copper ions from aqueous effluents on rice
husk ash in dynamic system. Brazilian
Journal of Chemical Engineering, 31(2),
519-529.
[9] Wong, K. K., Lee, C. K., Low, K. S., &
Haron, M. J. 2003. Removal of Cu and Pb by
tartaric acid modified rice husk from aqueous
solutions. Chemos phere, 50(1), 23-28.

472