Luận văn: Nghiên cứu khả năng sử dụng than bùn xử lí Ni2+ trong nước thải của công ty khoá Việt Tiệp potx

Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường: ĐHQG HÀ NỘI
Trường ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA: HÓA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu khả năng sử dụng than bùn xử lí
Ni
2+
trong nước thải của công ty khoá Việt Tiệp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Hoá Học
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Đình Bảng
Sinh Viên: Phạm Thị Hường
Hà nội tháng 05 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đình Bảng đã
giao đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khoá luận.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện tốt nhất
trong quá trình em học tập và làm khoá luận
Em xin chân thành cảm ơn tới các anh, các chị trong phòng hoá môi trường cũng
tất cả các bạn sinh viên đã giúp đỡ và đồng hành với em trong suốt quá trình học tập tại
khoa Hoá - Trường ĐHKT Tự Nhiên
Hà nội ngày 02 tháng 05 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
CHƯƠNG I - MỞ ĐẦU
Chưa bao giờ vấn đề môi trường lại được nhắc đến nhiều như hiện nay sự ô

nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước, đang trở thành vấn đề nhức nhối không chỉ
của riêng một quốc gia nào mà là mối quan tâm của toàn thế giới. Việt Nam cũng không
phải là ngoại lệ, nhất là khi mà nước ta đang ngày càng đổi mới trên con đường Công
nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước.
Chính vì mức độ ô nhiễm trầm trọng của nó cũng như vì vị trí to lớn không thể
thiếu của nước sạch không chỉ trong nhu cầu sinh hoạt mà vấn đề sử dụng, bảo vệ nước
sạch đã, đang và cần được quan tâm thoả đáng. Nhưng cần thiết hơn, cấp bách hơn là
việc tìm ra các biện pháp xử lí nước thải nhằm cung cấp nước sạch đảm bảo cho đời sống
và sức khoẻ cộng đồng.
Có rất nhiều các biện pháp cũng như các vật liệu dùng để xử lí nước tương ứng với các
nguồn gây ô nhiễm. Ví dụ: Phương pháp kết tủa, phương pháp chiết, phương pháp hấp
phụ với các vật liệu như than hoạt tính, than xoan, quặng…. Trong đó đang được ứng
dụng nhiều nhất hiện nay là phương pháp hấp phụ.
Than bùn cũng là một loại vật liệu hấp phụ đã được nghiên cứu sử dụng nhiều trên thế
giới. Tuy nhiên ở Việt Nam nó chưa được đánh giá và quan tâm xứng đáng. Do vậy trong
bản luận văn này chúng tôi xin được giới thiệu về than bùn - Một vật liệu hấp phụ đầy
tiềm năng thông qua việc dùng than bùn để sử lí Cu
2+
trong nước thải bằng phương pháp
hấp phụ.
Dựa trên cơ sở đó, em chia luận văn làm ba phần:
Phần I: Tổng quan: Giới thiệu chung về sự ô nhiễm nước bởi Cu
2+
, về than bùn và đại
cương về nguyên tố Cu
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
CHƯƠNG II : Thực nghiệm: Tiến hành các nghiên cứu khảo sát về than tối ưu, ảnh
hưởng của pH, thời gian hấp phụ, lượng Cu
2+

, lượng than đến hiệu suất hấp thụ Cu
2+
của
than bùn. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ với mẫu nước thải chứa đồng
cùa nhà máy khoá Việt Tiệp Hà Nội
Phần III: Thực nghiệm: Từ các kết quả thí nghiệm em rút ra kết luận và những nhận xét
thích hợp
Do trong quá trình tiến hành nghiên cứu còn nhiều hạn chế về thời gian, điều kiện nghiên
cứu cũng như kiến thức nên có thể có những sai sót không trành khỏi, em mong thầy cô
và cácn bạn thông cảm đồng thời xem xét giúp đỡ em hoàn thiện hơn nữa việc nghiên
cứu này để mong có thể góp một phần nhỏ bé của chúng em vào công cuộc bảo vệ môi
trường.
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời mở đầu
mục lục
Chương I – Tổng quan
I. Tầm quan trọng của nước và tình hình nước hiện nay
II. Nước ô nhiễm
III. Nước và các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước
Phân loại nước bị ô nhiễm và nước thải
Một số chỉ tiêu chất lượng nước
ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường
một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
Khai thác mỏ
Các ngành công nghiệp khác
Một số phương pháp xử lí kim loại nặng
Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp kết tủa
Phương pháp thẩm thấu ngược

Phương pháp hấp phụ
Kỹ thuật hấp phụ dùng các vật liệu tự nhiên
Nhóm vật liệu có nguồn gốc vô cơ
Kỹ thuật hấp phụ dùng vật liệu hấp phụ chế tạo từ than bùn
Giới thiệu về than bùn
Cơ chế hấp phụ của than bùn
Động học của quá trình hấp phụ
Ái lực của kim loại đối với than bùn
Thu hồi kim loại từ than bùn và tái tạo vật liệu hấp phụ
Nguồn than bùn ở Việt Nam
Kết luận chung về than bùn
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ
Khái niệm chung
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học
Cân bằng hấp phụ và tải trong hấp phụ
Phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ
Phương trình động lực hấp phụ
Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp
Quá trình hấp phụ đồng trên cột
Đại cương về đồng và sự ô nhiễm đồng
Chương II. Thực nghiệm
Dụng cụ, hoá chất
Dụng cụ
Hoá chất
Lập đường chuẩn và chọn điều kiện phân tích theo phương pháp AAS
Nguyên tắc

Chọn điều kiện đo
Lập đường chuẩn đo đồng theo phương pháp AAS
Thực nghiệm
Sơ chế vật liệu hấp phụ, khảo sát và so sánh với vật liệu hoạt hoá
Sơ chế vật liệu hấp phụ
Quy trình tạo viên từ vật liệu hấp phụ và quá trình chạy cột
Chạy cột và thông số liên quan đến cột
Phân tích xác định nồng độ Cu
2+
có trong nước thải mạ điện và quy trình xử lý
Chương I - Tổng quan
1.1.a. Tầm quan trọng của nước và tình hình nước hiện nay
Tất cả chúng ta đều biết rằng, nước có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống. Tất cả
mọi hoạt động từ sinh hoạt đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp… đều không thể tồn
tại nếu thiếu nước. Mặt khác nước còn là một trong các chỉ tiêu xác định mức độ phát
triển của nền kinh tế xã hội.
Ví Dụ: Để có được một tấn sản phẩm, lượng nước cần tiêu thụ như sau: Than cần 3÷ 5
tấn nước, dầu mỏ từ 30 ÷50 tấn nước, giấy từ 200 ÷300 tấn, gạo từ 5000 ÷ 10.000 tấn
nước…. Bên cạnh đó, nước còn tham gia vào nhiều quá trình hoá học quan trọng trong cơ
thể người và sinh vật….
Nhìn chung, khối lượng nước tiêu thụ trên thế giới được phân phối như sau:
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
+ 3 ÷ 9% cho nhu cầu sinh hoạt
+ 15% ÷17% để sản xuất công nghiệp
+ 80% cho sản xuất nông nghiệp
Lượng nước trên thế giới rất lớn (chiếm 71% diện tích bề mặt trái đất) nhưng theo các
nhà nghiên cứu thì 97,3% là nước mặn. Như vậy tức là lượng nước ngọt còn lại rất ít.
Ngày nay vấn đề khan hiếm nước ngọt đã thực sự trở thành mối lo ngại của toàn thế giói,
ngay cả ở những vùng có điều kiện thuận lợi nhất về sông ngòi. Bên cạnh đó nước ngọt

lại đang bị đe doạ bởi sự ô nhiễm nghiêm trọng.
Với nhu cầu cuộc sống ngày càng cao, xã hội ngày càng phát triển thì nước ngọt ngày
càng trở nên quan trọng và cần thiết không chỉ cho sinh hoạt mà còn cho cả sảc xuất kinh
tế.
1.1.b. Nước ô nhiễm
1.1.1. Nước và các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên trái đất. Nước luôn luôn tuần
hoàn trong thế giới tự nhiên.
Các chất gây ô nhiễm khi đi vào môi trường nước, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên
sẽ biến đổi, tồn lưu và tác động đến môi trường, có nhiều tác nhân gây ô nhiễm, tuy nhiên
trong nghiên cứu ta chia 10 nhóm cơ bản:
- Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học
- Các chất hữu cơ bền (không bị phân huỷ sinh học)
- Các kim loại nặng
- Các ion vô cơ vô cơ khác
- Các khí hoà tan
- Dầu mỡ và các sản phẩm của dầu mỏ
- Các chất phóng xạ
- Các loại vi trùng (vi khuẩn, vi sinh vật độc hại)
- Các chất có mầu, mùi
- Các chất rắn dưới dạng huyền phù, keo…
Ở nước ta mức độ đô thị hoá còn thấp nhưng do cơ sở hạ tầng còn yếu kém nên môi
trường nước một số nơi bị ô nhiễm và hầu hết các hệ thống nước thải công nghiệp, lẫn đô
thị chưa qua xử lí đã thải vào hệ thống thoát nước chung và nhiều vùng nguồn nước ngầm
bị đe doạ ô nhiễm, đặc biệt là các điểm gần tập trung như: rác thải đô thị, công nghiệp,
các nghĩa trang…
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Chính vì vậy mà đã có nhiều hội nghị khoa học quan tâm đến những biện pháp cụ thể bảo
vệ môi trường và chống ô nhiễm môi trường nước.

1.1.2. Phân loại nước bị ô nhiễm và nước thải
Để đảm bảo cho biện pháp công nghệ cụ thể được thực thi và lựa chọn giải pháp ta phân
chia thành các loại nước thải sau đây:
- Nước thải sinh hoạt
- Nước thải công nghiệp (hay còn gọi là nước thải sản xuất)
- Nước thải tự nhiên
- Nước thải đô thị (nước thải đô thị là thuật ngữ chung để chỉ chất lỏng trong hệ thống
thoát nước của một thành phố, một khu đô thị; đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể
trên )
1.1.3. Một số chỉ tiêu chất lượng nước
Như đã biết, nước thải là một hệ dị thể phức tạp, nên việc nghiên cứu về nước và nước
thải, nước bị ô nhiễm cần được xem xét toàn diện cả về thành phần lẫn tính chất cũng
như sự biến đổi đặc điểm lý – hoá – sinh học của nước, do các loại tạp chât có trong nước
gây ra. Tuy nhiên, trong những điều kiện cho phép, ta có thể sử dụng một số chỉ tiêu
chính để đánh giá chất lượng của nước và nước thải, nước bị ô nhiễm, từ đó có thể đưa ra
các phương pháp thích hợp.
Một số chỉ tiêu.
* Hàm lượng hợp chất hữu cơ trong nước được xét thông qua các chỉ số
- Tổng lượng các bon hữu cơ TOC
- Chỉ số COD – Nhu cầu ô xi hoá học
* Chỉ tiêu vi sinh vật của nước, được xét thông qua các chỉ số.
- Chỉ số E.coli và độ chuẩn coli (E.coli; Đ.C.coli)
- Tổng số vi khuẩn hiếu khí trong nước (VKHK)
* Độ pH của nước
* Độ cứng của nước, hàm lượng các ion Canxi (Ca), Magie (Mg)
* Độ dẫn điện của nước, EC
* Hàm lượng một số kim loại trong nước như Fe, Pb, Cu, Zn, Cd…
* Độ trong Sneller
Trong bản luận văn này, chúng tôi chọn mẫu nước thải công nghiệp mạ điện nhằm mục
đích nghiên cứu xử lí kim loại nặng của nhà máy mạ điện

1.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng với môi trường [4]
Các kim loại nặng tồn tại trong cơ thể sống với hàm lượng rất nhỏ nhưng đóng vai trò
quan trọng, chúng có thể được xem như vi chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
cơ thể. Tuy nhiên, nếu tồn tại với hàm lượng lớn thì chúng là những chất có hại. Các kim
loại nặng nói chung là những chất kìm hãm tính xúc tác của enzym, chúng có ái lực lớn
với nhóm – SH hay – SCH
3
của các enzym và dần dần làm mất hoạt tính của enzym.
Cơ chế kìm hãm hoạt tính enzym có thể mô tả trong sơ đồ sau
SH S
[Enzym]
+ Me
2+
→[Enzym]
Me + 2H
+
SH S
(Me là các ion kim loại, Cd
2+
, Ni
2+
, Zn
2+
…)
Khi các ion kim loại trong cấu trúc metalloenzym bị thế chỗ bởi các ion kim loại khác có
cùng điện tích và kích thước tương đương, hoạt tính sinh học của enzym sẽ bị biến đổi
1.3.Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước, song các chất thải công nghiệp được

xem là nguyên nhân chính [2]. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công
nghiệp bao gồm:
1.3.1. Khai thác mỏ
Hoạt động khai thác mỏ là một nguồn quan trọng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường
đặc biệt với các nước đang phát triển.
1.3.2. Các ngành công nghiệp khác
Kim loại nặng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, điều
này đã làm tăng sự có mặt của chúng trong môi trường.
+ Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ
Các kim loại nặng được thải ra ở hầu hết các quá trình sản xuất hoá chất vô cơ như quá
trình sản xuất xút – clo, HF, thuốc nhuộm, NiSO
4
, CuSO
4
…. Trước đây, thuỷ ngân được
thải ra với lượng lớn trong quá trình sản xuất xút – clo vì công nghệ sản xuất xút – clo sử
dụng điện cực thuỷ ngân. Dòng nước thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thuỷ ngân
lên tới 35mg/ lít nồng độ Niken cao tới 390mg/lít được phát hiện trong nước thải từ một
nhà máy sản xuất NiSO
4
. Khi hàm lượng kim loại nặng thải ra cao như vậy, nếu không có
biện pháp xử lí thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn nước là hậu quả tất yếu. Vì vậy vấn
đề xử lí tách loại chúng được đặt ra hết sức cấp bách.
+ Mạ điện
Nước thải của quá trình mạ điện có chứa một hàm lượng kim loại khá cao. Môt nghiên
cứu tại một nhà máy mạ Crôm ở Mỹ chỉ ra rằng trong nước thải rửa nồng độ Crôm là
1,84mg/lít và Ni là 4,1mg/lít. Nước rửa từ quá trình mạ đồng có hàm lượng Crôm lên tới
0,84mg/lít và đồng là 0,44mg/lít. Số lượng các cơ sở mạ điện là rất lớn, do vậy ô nhiễm
kim loại nặng do mạ điện là một nguồn đáng kể.
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa

SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Theo một số liệu thống kê, trên địa bàn thành phố Hà Nội (2003), tại 31 xưởng mạ, có tới
22/31 cơ sở mạ điện quy mô gia đình mà nước thải bể mạ hầu như đổ trực tiếp ra mương
thoát nước chung hoặc được pha loãng trước khi đổ ra mương thoát nước mà không qua
khâu xử lí nào. Trong tổng số 31 cơ sở điều tra có 13/31cơ sở sử dụng Niken; 21/31 cơ sở
sử dụng kẽm; 24/31cơ sở có sử dụng Crôm. Bên cạnh các kim loại sử dụng phổ biến trên,
Chì, Đồng, và nhiều hoá chất khác được sử dụng trong quy trình mạ cũng là những
nguyên nhân gây ô nhiễm nước.
Để hiểu rõ về quy trình mạ điện sau đây chúng tôi xin giới thiệu khái quát lên quy trình
mạ điện của công ti khoá Việt Tiệp, nơi chúng tôi tiến hành nghiên cứu xử lí nước thải.
Quy trình mạ điện của công ti khoá Việt Tiệp được nhập ngoại từ Đài Loan để đáp ứng
nhu cầu về sản phẩm trong giai đoạn phát triển bùng nổ của đất nước.
Quy trình công nghệ mạ Cu – Ni – Cr được thực hiện theo sơ đồ được nêu ở dưới đây
Phôi
cần
mạ
Bể ngâm tẩy
Bể tẩy siêu âm
Bể tẩy điện phân
Phôi
sau
mạ
Bể trung hoà
axít

Thu
hồi
Bể mạ
Cu
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa

SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
+ Quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm
Qua phân tích nước thải của các quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm, người ta phát
hiện thấy nồng độ một số kim loại nặng rất cao. Ví dụ như Al là 100mg/lít, Pt là
0,8mg/lít, Zn là 10mg/lít….
Qua các số liệu thống kê, có thể thấy tình trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam khá
phổ biến và đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế xã
hội. Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước cũng như hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa
chiến lược quốc gia. Vì vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính
sách bảo vệ môi trường của nhà nước, nghiên cứu các phương pháp xử li ô nhiễm nước
hiệu quả, kinh tế là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa.
1.4. Một số phương pháp xử lí kim loại nặng
1.4.1. Phương pháp trao đổi ion [5]
Cơ sở của phương pháp dựa trên qúa trình trao đổi ion của bề mặt chất rắn với các ion có
cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các chất iônít
(chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng trao đổi
ion dương từ dung dịch điện li gọi là các cationít, những chất này mang tính axít. Các
chất có khả năng trao đổi ion âm gọi là các aniônít và chúng mang tình kiềm. Các ion có
khả năng trao đổi cả anion và cation thì được gọi là iônít lưỡng tính. Chất trao đổi ion có
thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay được tổng hợp:
* Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolít, đất sét, fespat….
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
* Các chất trao đổi ion có nguồn gốc vô cơ tổng hợp: sillicagen, các ôxít và hidrôxít khó
tan của một số kim loại: Al, Zn, Cr….
* Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên: Axít humíc của đất (chất mùn)
* Các chất trao đổi ion tổng hợp gồm các khung pôlime hữu cơ được gắn với các nhóm
có khả năng trao đổi anion, cation như RSO

3
H, RCOOH, ROH, RPO
3
H…. Phương pháp
này có lợi thế về nhiều mặt:
- Cho phép thu hồi chất có giá trị với mức độ làm sạch cao
- Thiết bị vận hành đơn giản
- Vật liệu có thể tái sinh được nhiều lần
Song, trong thực tế nhựa trao đổi ion cần đến 60% thể tích bình chứa và 40% còn lại là
thể tích dung dịch đi vào do vậy phương pháp này phù hợp cho quy trình sản xuất nhỏ,
còn với quy trình sản xuất lớn bị hạn chế
1.4.2 Phương pháp kết tủa [5]
Kỹ thuật kết tủa kim loại dưới dạng hiđrôxit được sử dụng phổ biến nhất để thu hồi kim
loại từ dung dịch. Phản ứng tổng quát như sau:
M
n+
+ nOH
-
→M(OH)
n
↓
Các tác nhân kết tủa thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên, kết tủa hiđrôxit khá phân tán
nên khó thu hồi bằng cách lọc hay sa lắng. Để tách loại thuận tiện người ta thêm vào tác
nhân keo tụ, tuyển nổi dạng pôlime điện li. Nhược điểm của kỹ thuật này là: Quá trình
kết tủa hiđrôxit chỉ là khâu xử lí sơ bộ vì không thể xử lí triệt để, lượng bùn thải sinh ra
lớn và khó quay vòng, giai đoạn làm khô lâu và khá đắt.
So với kỹ thuật kết tủa hyđrôxit, kết tủa dưới dạng muối cacbonát thu được kết tủa đồng
nhất hơn khi tiến hành ở pH = 8 – 9, do đó dễ thu hồi kết tủa bằng cách lọc hay gạn.
Phương pháp này bị hạn chế bởi một số muối cacbônat kim loại có tích số tan lớn nên
hiệu quả tách loại thấp. Vì vậy, kỹ thuật kết tủa cácbonat ít thông dụng hơn kết tủa dạng

hyđroxit. Hiện tượng quá bão hoà và tạo phức cũng làm giảm mạnh hiệu quả xử lí. Để
khắc phục người ta làm tăng số mầm kết tủa bằng cách đưa cát mịm hoặc CaCO
3
dạng
huyền phù vào trong dòng thải cần xử lý. Nhờ vậy kết tủa thu được dễ dàng hơn.
Kỹ thuật kết tủa dưới dạng sunfua cũng thường được sử dụng bởi kết tủa sunfua kim loại
có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thể sử dụng khi dòng thải chứa phức chất, thậm chí ngay
khi dòng thải chứa các axit có tính ôxi hoá. Muối sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá
lớn nên kỹ thuật kết tủa sunfua cho phép thu hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhược điểm
của phương pháp này là khó thu hồi toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng
huyền phù keo, giá thành của tác nhân kết tủa (Na
2
S, H
2
S) cao.
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Ngoài các kỹ thuật kể trên, người ta cũng sử dụng một số cách khác nhằm làm giảm nồng
độ còn lại của kim loại. Đó là các kỹ thuật đồng kết tủa với các tác nhân trợ kết tủa hay
tạo phức vòng càng, kết tủa dưới dạng sunfua hữu cơ…. những kỹ thuật này thường dẫn
đến việc sử dụng nhiều hoá chất, giá thành cao và cần có bước xử lý thứ cấp.
1.4.3 Phương pháp thẩm thấu ngược [6]
Phương pháp thẩm thấu được dùng để tách dung môi khỏi chất tan. Nguyên tắc của
phương pháp là: Nếu có một dung dịch và một dung môi nguyên chất hoặc hai dung dịch
có nồng độ khác nhau ngăn cách nhau bởi một màng bán thấm thì dùng môi sẽ khuếch
tán từ dung dịch có nồng độ thấp sang phía dung dịch có nồng độ cao hơn. Hiện tượng
này xảy ra cho tới khi màng bán thấm phía dung dịch chịu một áp suất thuỷ tĩnh bằng với
áp suất thẩm thấu của dung dịch. p = ∆C.R.T
∆C: Nồng độ (mol/lít), p: áp suất thẩm thấu , R hằng số khí , T nhiệt độ tuyệt đối
Nếu đặt dung dịch dưới một áp suất thuỷ tĩnh lớn hơn áp suất thẩm thấu thì dung môi sẽ

khuyếch tán từ dung dịch qua màng bám thấm sang phía dung môi nguyên chất cho tới
khi đạt cân bằng mới trong đó áp suất thuỷ tĩnh bằng áp suất thẩm thấu bên ngoài. Đó là
quá trình thẩm thấu ngược. Người ta dựa vào nguyên tắc này để chế tạo các thiết bị tách
chất bằng màng. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, điều kiện thuỷ động, kết
cấu thiết bị, bản chất và nồng độ nước thải. Áp suất sử dụng nhiều nhất cho quá trình
thẩm thấu ngược có thể đạt tới 150bar. Nếu màng bán thấm chỉ giữa lại những phân tử
lớn có nghĩa là ấp suất thẩm thấu thấp thì nó gọi là phương pháp siêu lọc. Thẩm thấu
ngược và siêu lọc hiện nay là những phương pháp tách qua màng bán thấm quan trọng
nhất.
1.4.4. Phương pháp hấp phụ
Khi xem xét các qui trình công nghệ xử lí nước, người ta chú ý nhiều đến phương pháp
hoá – lí; và phương pháp hấp phụ là một phương pháp hoá – lí thông dụng, được biết từ
xa xưa, như việc lọc nước bằng than, cát, dá sỏi….mà trước đây con người đã xây dựng
thành nền kĩ thuật lọc nước sạch phục vụ đời sống chính mình.
Nước bị ô nhiễm thường chứa nhiều loại chất tan khác nhau, khó tách lọc bằng những
phương pháp thông thường, nếu dùng phương pháp oxi hoá - khử để loại bỏ chúng thì
khá tốn kém và gặp nhiều khó khăn; nhưng dùng phương pháp hoá lí - hấp phụ thì có thể
đạy hiệu quả xử lí cao hơn. người ta thường sử dụng những loại chất hấp phụ như than
hoạt tính, than củi, than xương…để xử lí; còn đối với các chất tan phân cực như các ion
kim loại, cation kim loại kiềm thổ ( Ca
2+
, Mg
2+
,…), anion gốc axit (Cl
-
,

SO
2-
4,

…) thì dúng
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
các chất hấp phụ có khả năng hấp phị hoá học các chất phân cực như các hợp chất phụ vô
cơ, chất hấp phụ vật liệu tổng hợp như polyurethane, sợi polistiren…
Trong nhiều giai đoạn của qui trìnớccong nghê xử lí nước, ta có thể thấy, không thể thiếu
được vai trò của hấp phụ, bởi vì, muốn xử lí triệt để các chất ô nhiễm trong nước thì việc
dùng các chất hấp phụ thường cho hiệu quả cao; đồng thời, có nhiều kiểu loại chất hấp
phụ (CHP) cho phép tách loại các chất tan gây ô nhiễm ở hai dạng: các chất vô cơ và các
chất hữu cơ ( hay là chất phân cực và không phân cực)
Điều này cho thấy tính ưu việt của phương pháp hấp phụ và vai trò của các CHP là rất
quan trọng, rất cần thiết trong các quá trình làm sạch nước, xử lí nước; từ đó, tìm kiếm và
nghiên cứu chế tạo các chất hấp phụ thích hợp dùng trong phương pháp xử lí.
1. 4. 5. Kĩ thuật hấp phụ dùng các vật liệu tự nhiên
Phương pháp hấp phụ được sử dụnh rộng rãi trong xử lí nược thải công nhiệp vì nó cho
phép tách loại đồng thời nhiều chất bẩn( bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ) từ một nguồn
nước ô nhiễm và tách loại tốt ngay khi chúng ở nồng độ thấp. Bên cạnh đó, sử dụng
phương pháp hấp phụ còn tỏ ra có ưu thế hơn các phương pháp khác và giá thành xử lí
thấp. Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo những
phương pháp khác nhau, đặc biệt nó co thể chế tạo bằng cách biến tính các chất thải gây
ô nhiễm môi trường như: tro bay, than bùn hay các phế thải nông nghiệp như: vỏ trấu, vỏ
đậu, bã mía, lõi ngô, vỏ dừa…Điều này rất có ý nghĩa khi đem chất có khả năng gây ô
nhiễm môi truờng để xử lí ô nhiễm môi trường. Các loại vật liệu hấp phụ thường sử dụng
có thể kể đến một số nhóm chất như sau:
1.4.5.1. Nhóm vật liệu có nguồn gốc tự nhiên [12, 13, 14]
Trên thế giới, việc nghiên cứu các kĩ thuật chế tạo và sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên
để tách loại kim loại nặng từ nguồn nước bị ô nhiễm đã phát triển trong những năm gần
đây. Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn tự nhiên: vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, bã xhè, vỏ đậu,
cám gạo, rau câu, rơm rạ…hầu hết đều có khả năng tách loại, thu hồi tốt các kim loại
nặng, giá thành thấp lại không đòi hỏi những khâu xử lí vật liệu phức tạp, Vì vạy, loại vật

liệu này được các nhà khoa học ngày càng quan tâm [12]
+ Vỏ lạc (peanut hulls)
Periasamy và Namasivayam đã sử dụng vỏ lạc để chế tạo than hoạt tính với khả năng
tách loại Cd
2+
rất cao. Chỉ cần với hàm lượng than hoạt tính là 0.7g/lít có thể hấp phụ
dung dịch chứa Cd
2+
nồng độ 20m/lít. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính(dạng viên)
có trên thị trường thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần[13]
+ Vỏ đậu tương (soybean hulls)
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều kim loịa nặng như đồng, kẽm và các hợp chất hữu
cơ. Trong sự so sánh với một số vật liệu tự nhiên khác (bã mía, vỏ trấu) vỏ đậu thể hiện
tiềm năng hấp thụ cao hơn hẳn đặc biệt đối với các ion kim loại nặng. Vỏ đậu sau khi
được xử lý với NaOH và lưới hoá bằng axit citric, một gram vật liệu có thể tách loại tới
1,7mmol đồng (ứng với 180mg/g). [14]
+ Bã mía (sugarcane bagasse)
Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước và được ví như than hoạt
tính trong việc loại bỏ các kim loại nặng: Cr
6+
, Ni
2+
, Cu
2+
… Bên cạnh khả năng tách loại
kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu
+ Bã chè(waste tea), bã café (exhausted coffee)
Nghiên cứu sự tách loại Al

3+
, Cr
3+
, Cd
2+
bằng bã chè, bã café , Orhan và Buyukgungor
chỉ ra rằng khả năng hấp phụ của Al
3+
là rất tốt. Khi tiến hành thí nghiệm gián đoạn: sử
dụng 0,3g vật liệu khuấy vưói 100ml nước thải chứa 3 ion kim loại trên thì Al
3+
bị tách
loại tới 98% bởi bã chè và 96% bởi bã café [12]
1.4.5.2. Nhóm vật liệu có nguồn gốc vô cơ [1]
+ Diatomit:
Là một loại khoảng vật tự nhiên có thành phần chủ yếu là SiO
2
ngoài ra còn có Al
2
O
3

cùng một số oxit khác với hàm lượng nhỏ hơn. Diatomit là một loại khoáng có cấu trúc
xốp thường ở trạng thái phân tán cao. Do có độ xốp lớn nên diatomit có thể được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ , dung
dịch khoan. Khi diatomit chứa không ít hơn 90% SiO
2
, không quá 2%Fe
2
O

3
, 3% các hợp
chất hữu cơ và độ ẩm khoảng 2% thì nó được sử dụng dùng làm chất trợ lắng, trợ lọc và
làm trong nước, làm giảm độ cứng của nước sinh hoạt, dùng để loại bỏ chất phóng xạ
trong nước thải
+ Khoáng bentonit:
Bentonit là khoáng sét phi kim thuộc loại alumino silicat, thành phần hoá học có thể viết
chung là Si
8
(Al
x
M
y
)O
20
trong đó M là Ca, Mg, Na. Có 2 loại bentonit là bentonit kiềm
(Na, K) và bentonit kiềm thổ (Mg, Ca). Nhìn chung bentonit xử lý hiệu quả đối với nước
thải chứa chất không tan như các chất hữu cơ, dầu, vi sinh vật. Để xử lý các muối tan
chứa ion kim loại, người ta sử dụng bentonit đã hoạt hoá biến tính
+ Sử dụng tro bay làm vật liệu xử lí môi trường
Tro bay được thoát ra từ ống khói các nhà máy nhiệt điện, nó được giữ lại bằng các bộ
lọc cơ học hay xiclon tĩnh điện. Lượng tro bay thải ra hàng năm của các nhà máy rất lớn
và đó là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường quan trọng. Theo số liệu của
cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ thì năm 2000 lượng tro bay thải ra từ các nhà máy nhiệt
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
điện của Brazil và có thể đạt đến 4 triệu tấn vào năm 2005 [15]. Ở Việt Nam, tuy số nhà
máy nhiệt điện không nhiều (Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí, Thủ Đức) nhưng lượng tro
bay thải ra hàng năm đã có ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường, với lượng tro tồn
khoảng 90 triệu tấn [16] vì vậy việc nghiên cứu, sử dụng phế thải này trong việc làm sạch

môi trường đang được quan tâm rộng rãi. Hiện tại, nó được sử dụng như phụ gia trong
sản xuất xi măng, bê tông nhẹ, vật liệu làm đường. Và đặc biệt, trong lĩnh vực xử lý môi
trường, việc chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro bay ra ứng dụng để xử lý các ion kim loại
nặng (Cu
2+
, Pb
2+
, Ni
2+
….) trong các nguồn nước bị ô nhiễm đang là hướng nghiên cứu rất
được quan tâm.
1.4.6. Kĩ thuật hấp phụ dùng vật liệu chế tạo từ than bùn
1.4.6.1. Giới thiệu về than bùn
Than bùn là loại than trẻ nhất trong các loại than mỏ. Nó được xem là dạng đầu tiên của
hình thành than đá. Quá trình này được bắt đầu bằng sự phân huỷ của cây cối và loại thực
vật khác trong môi trường ngập nước của các đầm lầy và các bãi nước thải. Sau đó chúng
bị oxi hoá chậm bởi các vi sinh vật để tạo thành than bùn ở độ sâu từ 2 – 5m, và phải mất
đến 10.000năm mới hoàn thành được quá trình này
Thành phần của than bùn được hình thành phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Loại cây,
điều kiện tự nhiên, khí hậu vùng , thành phần của nước
Than bùn thường có mầu hung, xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn (>200m
2
/g) và khỉa
năng thấm nước cao. Thành phần nguyên tố nó rất giống với thành phần nguyên tố của
gỗ, bao gồm: 75 – 78% là nước, 55 – 60% C, 0,5% tro, 6%H, 35 – 40% O
Nói cách khác than bùn là một loại vật liệu phức tạp, trong đó than non và xenlulo là
thành phần chủ yếu. Những thành phần này, đặc biệt là than non và axit humic chứa
những nhóm chức phân cực như: ancol, andehit, xeton, ete, axit caboxylic và phenol. Đây
là những nhóm chức dễ tham gia vào liên kết hoá học
Do cấu trúc xốp và tính phân cực mà than bùn có khả năng hấp phụ đặc trưng với các

chất như kim loại, chất hữu cơ….
Đặc tính này đã đưa đến một kết quả : than bùn được coi như là một tác nhân hữu hiệu
cho quá trình làm sạch nước thải có chứa kim loại hoà tan, đặc biệt là các kim loại nặng.
Rất nhiều nghiên cứu đã xác nhận khả năng này của than bùn và nó cũng được ứng dụng
ở Hungary với việc sử dụng bãi than bùn để xử lí nước thải và sình lầy chứa chất thải
công cộng. Người ta thấy rằng: 99,2% - 99,4% P, 40,5% K cùng các kim loại nặng khác
trong nước thải đã được giữ lại ổn định trong than bùn. Các nhà khoa học đã nghiên cứu
và phát hiện ra rằng không chỉ Hg và các chất hữu cơ mà các kim loại khác như: Cd, Cu,
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Ni, Cr …. đều có thể được loại bỏ khi cho nước thải có chứa khim loại tiếp xúc với than
bùn.
Bên cạnh đó, than bùn còn có ưu điểm về kinh tế. Đó là vật liệu rất phong phú. Rẻ tiền và
sẵn có. Mặt khác phương pháp xử lí lại dễ dàng, đơn giản và ít tốn kém. Chính vì vậy
than bùn có một sức hút mạnh mẽ của các nhà nghiên cứu khoa học
1.4.6.2. Cơ chế hấp phụ của than bùn
Cơ chế hấp phụ của các ion kim loại lên bền mặt than bùn vẫn là một vấn đề đang gây
nghiều tranh cãi, nó đã trở thành chủ để của các hội thảo lớn.
Những nghiên cứu khác nhau đã đi đến những kết luận khác nhau. Sự khác nhau trong
từng loại than bùn, quá trình chuẩn bị than bùn, phương pháp nghiên cứu và kim loại
nghiên cứu đã làm cho quá trình so sánh kết quả trở lên khó khăn.
Cơ chế tách kim loại nặng bởi than bùn được đưa ra bởi bao gồm: sự trao đổi ion, quá
trình hấp phụ bề mặt, hấp phụ hoá học, sự tạo phức và quá trình hấp phụ tạo phức trong
đó cơ chế trao đổi ion được nhiều người chấp nhận nhất.
Như chúng ta đã biết, axit humic và axit fluvic là những thành phần của than bùn. Các
kim loại phản ứng với nhóm Cacboxylic và phenolic của các axit giải phóng ra các
proton, hoặc ở giá trị pH đủ lớn, chúng phản ứng với các anion cúa các axit và thaty thế
vị trí của các kim loại đanh tồn tại. Trong quá trình nghiên cứu về Ni
2+
, năm 1995 Ho

cùng các cộng tác đã lưu ý rằng khi nồng độ ban đầu của Ni
2+
tăng thì giá trị pH tại trạng
thái cân bằng hấp phụ sẽ giả. Điều này rất hợp nguyên lý của các quá trình trao đổi ion,
bởi vì càng có nhiều ion Ni
2+
được hấp phụ lên bề mặt than bùn thì số ion H
+
được giải
phóng tăng lên, do vậy pH sẽ giảm.
Một số nhà nghiên cứu khác lại tìm ra bằng chứng chứng tỏ rằng, than bùn lưu giữ các
kim loại bởi quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Gosset cùng các cộng tác năm
1996 đã nghiên cứu và thấy rằng, đối với một số kim loại thì số prôton được giải phóng
khi cation liên kết với bề mặt than bùn luôn thấp hơn 0,25. Họ đã đi đến kết luận là, ở đây
quá trình hấp phụ và tạo phức có ý nghĩa tốt hơn quá trình trao đổi ion. Năm 1996 Ho
cùng các cộng sự cùng nghiên cứu về Ni đã rút ra kết luận cả sự tạo phức và trao đổi ion
đều giữ vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ. Tuy nhiên, chưa có sự thống nhất với
nhau giữa các quan điểm về sự tạo phức giữa các axit Humic và các ion kim loại. Nó xảy
ra như thế nào?
Một số quan điểm cho rằng có sự tạo phức cầu nội (phức vòng càng) nhưng một số khác
lại cho đó là phức cầu ngoại.
Một số quan điểm chung đã được đưa ra qua một vài nghiên cứu cho rằng phản ứng của
các ion kim loại như Cu, Fe với axit Humic sẽ tạo lên phức vòng. Trong khi đó, năm
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
1976 bằng việc nghiên cứu cộng hưởng từ, Gembe cùng các cộng tác đã tìm ra những
bằng chứng rằng Mn
2+
tạo phức cầu ngoại với axit fulvic, chúng liên kết với nhau bằng
lực liên kết tĩnh điện. Điều này sau đó, năm 1979 đã được Bloon và McBride làm rõ

thêm. Sau khi nghiên cứu tổng quát về các axit trong than bùn, các ông đã đưa ra kết luận
là: Than bùn và axit Humic có thể liên kết khá tốt với các ion kim loại đa hoá trị sau khi
phần lớn các ion đã được hidrat hoá.
Một cơ chế khác cũng được đưa ra, đó là hấp phụ vật lí. Tuy nhiên nó lại là cơ chế khác
hẳn: Các ion kim loại được gắn kết với than bùn bằng một phản ứng bề mặt mà trong đó,
các ion tích điện dương, bề mặt than bùn tích điện âm, ở đây không hề xảy ra sự trao đổi
ion hay electron. Quá trình hấp phụ tăng khi điện tích bề mặt chứa các hợp chất hữu cơ.
Nói cách khác, khả năng hấp phụ phụ thuộc vào điện tích bề mặt than
Chen cùng các cộng tác (1990) đã nghiên cứu khả năng lưu giữ của than bùn đối với
Cu(NO
3
)
2
và phát hiện ra rằng: Lượng ion Cu
2+
đã được lưu giữ ổn định hơn nhiều so với
lượng cation Cu
2+
được giải phóng, tức là, ở đây ngoài cơ chế trao đổi ion còn có cơ chế
khác nữa và ông đã tìm thấy một lượng không đáng kể NO
3
-
cũng được giữ ổn định trên
than bùn để cân bằng với một lượng điện tích điện âm đã có ở đó. Đây chính là cơ chế
hấp phụ tạo phức, tức là có sự ổn định một lượng tương đương cation và anion trên than
bùn mà không có sự giải phóng ion.
Cả hai cơ chế trao đổi ion và hấp phụ tạo phức, đều phụ thuộc vào nồng độ ion kim loại,
pH, và dạng than bùn. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra hệ số tương quan 0,98 – 0,99 khi
dùng phương trình Langmua để mô tả phản ứng trao đổi ion và phương trình Frendlic đối
với phản ứng hấp phụ tạo phức. Dựa trên những căn cứ đó, người ta kết luận: ở đây cơ

chế chính là hấp phụ hoá học, một dạng hấp phụ khá mạnh trong đó các ion không bị thay
đổi nhưng lại có sự thay đổi về cấu truc electron. Liên kết trong hấp phụ hoá học có thể
bao gồm các liên kết giữa kim loại và các nhóm chức có trên than bùn.
Năm 1993, Shanma và Foster tiến hành nghiên cứu đối với Cr(VI) và đã nhận thấy rằng:
Quá trình hấp phụ đạt hiệu quả cao ở pH thấp và ở đó liên kết Cr(VI) – than bùn mạnh tới
mức mà dùng dung dịch NOH 1M cũng không thể giải phóng ra quá 50% số kim loại
được hấp phụ, và họ cũng đi đến một kết luận tương tự là ở đay có sự tạo thành liên kết
hoá học.
Trước đó, năm 1966, Ong và Swanson đã nghiên cứu để thực hiện những điều mà họ còn
nghi ngờ về lý thuyết. Đó là: axit Humic chủ yếu tạo ra liên kết kim loại với than bùn và
than non. Những khảo nghiệm của họ tập trung vào sự hấp phụ của Cu
2+
trên than bùn và
than non. Họ phát hiện ra rằng, axit Humic có thể tạo phức với Cu
2+
trong dung dịch, và
bằng nghiên cứu phổ hồng ngoại IR, họ đã chỉ ra rằng, đó có thể được coi là phức vòng
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
càng của Cu
2+
với nhóm COO của axit Cacboxylic. Bởi vậy, người ta đã đồng ý với quan
điểm: axit Humic đã gây ra sự hấp phụ của Cu
2+
.
Dựa trên rất nhiều những nghiên cứu xác thực từ trước tới nay, người ta rút ra rằng: sự
lưu giữ của Cu
2+
trên than bùn không phải là kết quả của một cơ chế, mà làcủa rất nhiều
cơ chế khác nhau trong đó, các cơ chế đều phụ thuộc vào bản chất vật liệu và phương

pháp sử dụng vật liệu đó.
1.4.6.3. Động học của quá trình hấp phụ
Việc so sánh các kết quả nghiên cứu về tốc đọ hấp phụ cũng trở nên khó khăn bởi những
khác nhau về kim loại, dạng than bùn, phương pháp nghiên cứu…
Bunzl cùng các cộng sự đã tiến hành khảo sát sự hấp phụ kim loại của than bùn trong
nhiều năm (1974- 1976) để nghiên cứu động học của liên kết ion kim loại trên than bùn
và xác định được thời gian đạt cân bằng hấp ohụ của Cr (IV) trên than bùn là 10-30(s).
Trong khi đó, năm 1989 Buolanger cúng nghien cứu vấn đề trên và đưa ra kết quả là:
phải mất hàng giò mới đạt được cân bằng hấp phụ. Tuy nhiên, phần lớn các tác giả( Ong-
Swanson, Gossett cùng các cộng tác…) lại đồng ý với khoảng thời gian là: 20 – 60 phút.
Tương tự, Lanbancette và Cuopal (1972) cũng tiến hành thí nghiệm với Hg
2+
và thấy
rằng, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của thuỷ ngân là 33s. Điều này trái ngược với khẳng
định của Viavaghavan và Capoor (1995) phải mất 5h thì thuỷ ngân mới đạt hấp phụ trên
bề mặt của than bùn.
Năm 1995, sau khi nghiên cứu một cách độc lập về động học hấp phụ của Cu
2+
, Ni
2+
và
Zn
2+
trên than bùn Viavaghavan và Dronamju đã xác định được thời gian đạt cân bằng
hấp phụ là 2h. Tuy nhiên họ cũng lưu ý đến bản báo cáo của Ong và Swanson năm 1996
rằng: Thời gian đó chỉ là 20s. Những nghiên cứu, kiểm tra cuối cùng đã đưa ra lời giải
thích rằng: Có sự khác nhau trong hai kết quả trên là do hai yếu tố:
+ Thứ nhất: Đó là Ong và Swanson dùng than bùn đã qua xử lý axit, trong khi đó thì
Viavaghavan và Dronamju lại dùng than chưa xử lý.
+ Thứ hai: Ong và Swanson đã dùng dung dịch CuSO

4
, Viavaghavan cùng cộng sự lại
dùng nước thải thô.
Vì vậy để xác định chính xác thời gian đạt cân bằng là rất khó khăn vì nó còn phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như là: Kim loại, loại than bùn, phương pháp chuẩn bị than, điều kiện tự
nhiên của nguồn nước được xử lý.
1.4.6.4. Ái lực của kim loại đối với than bùn.
Nhiều thí nghiệm khác nhau đã chỉ ra rằng: Khả năng lưu giữ của các ion kim loại của
than bùn không giống nhau. Gosset cùng các cộng tác năm 1996 đã nghiên cứu liên kết
của Ni(II), Cu(II), Zn(II) và Cd(II) với bề mặt than bùn và phát hiện ra: Khả năng hấp
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
phụ của kim loại là tương đương nhau (180 – 200mmol/kg). Tuy nhiên ở những giá trị
pH khác nhau thì phần trăm của các kim loại được loại bỏ cũng khác nhau. Ở pH = 4 thì
90% Cu
2+
được loại bỏ, còn với Ni
2+
thì pH> 4 trong khi Zn
2+
thì pH = 6,7.
Năm 1995 Ho cùng các cộng tác đã nghiên cứu sự hấp phụ của Ni
2+
và tìm thấy được sự
khác nhau giữa khả năng hấp phụ của kim loại khi dùng những lượng than khác nhau.
Đối với Cr(VI), than bùn có khả năng hấp phụ lớn nhất là 119mg/g than (= 2,28mmol/g)
với Cu là 16,4mg/g (0,26mmol/g), với Ni
2+
là 9,18mg/g (0,16mmol/g). Đối với ba kim
loại này, giá trị pH tối ưu có giá trị thấp nhất đối với Cr và cao nhất đối với Ni

2+
.
Tất cả các nhà nghiên cứu đều đồng ý với ý kiến rằng: Khả năng lưu giữ của các kim loại
của than không thể không liên quan đến giá trị pH của dung dịch. Năm 1986 sau những
nghiên cứu Gosset và các cộng tác đã kết luận rằng: phần trăm các kim loại lưu giữ trên
than bùn biến đổi khác nhau từ 0 – 100% với pH từ 4 – 5. Nếu pH < 3.0 – 3.5 thì trừ
Cr(VI), các kim loại khác sẽ không được loại bỏ.
Khoảng pH tối ưu khác nhau tuỳ thuộc vào từng kim loại được loại bỏ: Với Cr(VI) pH =
1,5 – 3 nhưng với Zn (II) pH lại có giá trị là 5,5 với Ni(II) thì giá trị đó là 7… Nói chung
người ta thừa nhận rằng, khả năng hấp phụ của đa số kim loại đều tốt khi pH = 3 – 8 mà
tối ưu là 3,5 – 6,5.
1.4.6.5. Thu hồi kim loại từ than bùn và tái tạo vật liệu hấp phụ.
Tới nay có rất ít tài liệu nói về vấn đề này, ngoại trừ một số công trình nghiên cứu gần
đây. Tuy từ rất sớm, các nhà nghiên cứu đã xác nhận ảnh hưởng của pH tới việc thu hồi,
tác các kim loại từ than bùn, nhưng họ lại không chú ý đến tái tạo lại vật liệu hấp phụ. Do
trước kia việc tái tạo, thu hồi không mang ý nghĩa kinh tế, nó không được quan tâm như
mấy năm trở lại đây.
Từ năm 1976 Coupal và lalancetty đã đưa ra ý kiến cho rằng than bùn sau khi hấp phụ có
thể xử lý bằng cách đốt nóng. Bởi thế năm 1993, Sharma và Forster đã có thể tái tạo lại
than bùn sau liên kết Cr(IV) – than bùn.
Năm 1986 Gossett cùng các cộng tác lại đưa ra một phương pháp khác. Ông thấy rằng,
với nhiều kim loại ta có thể tách loại chúng ra khỏi than bùn.
Năm 1996 Gardea – torresday cùng các cộng sự đã nghiên cứu khả năng thu hồi Cu (II)
trong than bùn và phát hiện ra 95% - 100% Cu(II) được hấp phụ có thể giải hấp bằng HCl
0,1M.
Tuy nhiên người ta cùng thừa nhận rằng khả năng hấp phụ của than bùn sau tái tạo còn
hạn chế.
1.4.6.6. Nguồn than bùn ở Việt Nam
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008

Việc quan sát dưới kính hiển vi ta có thể thấy được than bùn có một cấu trúc lỗ rỗng. Do
tính phân cực của than bùn nên có khả năng hấp phụ đặc trưng đối với các chất rắn hoà
tan, ví dụ như đối với các kim loại và các phân tử hữu cơ có tính phân cực cao. Những
tính chất trên cho phép chúng ta kết luận rằng: Khả năng hấp phụ của than bùn được cho
là tác nhân cho quá trình làm sạch kim loại hoà tan. Đã có nhiều nghiên cứu chứng tỏ khả
năng lưu giữ vốn có của than bùn với kim loại nặng. Việc xử lí nước thải bằng than bùn
đã được nghiên cứu ở Hungary.
Ở đây chúng tôi sử dụng than bùn ở Đông Anh và than bùn này được lấy từ mỏ than Lỗ
Khê để sử dụng cho quá trình hấp phụ Ni
2+
trong nước thải.
Bảng@@@@@
1.4.6.7. Kết luận chung về than bùn.
Phương pháp làm than bùn để xử lý các nguồn nước thải đã được chú ý bởi những ưu
điểm của nó: Phương pháp dễ làm; đơn giản có hiệu quả và ý nghĩa kinh tế.
Cơ chế của phương pháp xử lý tới nay vẫn chưa rõ ràng, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu
tố như: Loại than bùn; loại kim loại nặng: Phương pháp xử lý….
Nếu tái sinh được vật liệu hấp phụ sẽ làm tăng tính ưu việt của than bùn
1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ [6,7]
1.5.1.1. Khái niệm chung.
Hấp phụ là phương pháp tách chất, trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí hấp phụ
trên bề mặt chất rắn xốp.
Chất hấp phụ: Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ
Chất bị hấp phụ: Chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ
Pha mang: Hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ
Quá trình giải hấp: là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Khi quá
trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp.
1.5.1.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Hấp phụ vật lý gây nên bởi lực Vander Walls, liên kết này yếu dễ bị phá vỡ.

Hấp phụ hoá học tạo thành lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần từ chất
bị hấp phụ, liên kết này tương đối bền và khó bị phá vỡ.
Thông thường, trong quá trình hấp phụ sẽ xảy ra đồng thời cả hai quá trình trên. Trong
đó, hấp phụ hoá học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hoá học. Để
phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học người ta đưa ra một số chỉ tiêu so sánh sau:
+ Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hoặc đa lớp, hấp phụ hoá học chỉ là đơn lớp.
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
+ Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó xảy ra nhanh,
hấp phụ hoá học nói chung đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó xảy ra chậm hơn
+ Nhiệt độ hấp phụ, hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, hấp phụ hoá học xảy ra
ở nhiệt độ cao hơn.
+ Nhiệt hấp phụ: Đối với hấp phụ vật lý lượng nhiệt toả ra nằm ở khoảng từ 2-8kcal/mol
còn hấp phụ hoá học nhiệt toả ra lớn hơn 22kcal/mol
+ Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hoá học do đó ít mang tính đặc
thù rõ rệt còn hấp phụ hoá học mang tính đặc thù cao, nó phụ thuộc vào khả năng tạo
thành liên kết hoá học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
1.5.1.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ.
Cân bằng hấp phụ: Quá trình chất khí hoặc chất lỏng hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ là
một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất
hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại Pha man. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ
tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại Pha man càng
lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ di chuyển ngược lại Pha man
(dải hấp) thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Tải trọng hấp phụ cân bằng: Biểu thị chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp
phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước.
Tải trọng hấp phụ bão hoà là tải trọng nằm ở trạng thái cân bằng của hỗn hợp khí, hơi bão
hoà
m
VCC

q
fi
).( −
=
V: Thể tích dung dịch
m: khối lượng chất hấp phụ
C
i
: nồng độ dung dịch ban đầu
C
f

: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ
Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ trên một đơn vị
diện tích bề mặt chất hấp phụ
sm
VCC
q
fi
.
).( −
=
s: diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ
1.5.2. Phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ
1.5.2.1. Phương trình động học hấp phụ
Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm hai quá trình: Khuếch tán các phân tử
chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn (khuếch tán ngoài) và khuếch tán vào
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
trong lỗ xốp (khuếch tán trong). Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ

phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian cho
tới khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng
Gọi tốc độ hấp hpụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian, ta có:
dt
dx
r =
Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì:
).().(
max
qqkCC
dt
dx
r
fi
−=−==
β
β: hệ số chuyển khối
C
i
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu
C
f
: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t
k: Hằng số tốc độ hấp phụ
q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t
q
max
: tải trọng hấp phụ cực đại
Hình 2. Đường cong động học biểu thị sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào thời gian
và nồng độ chất bị hấp phụ ( C

1
> C
2
).
1.5.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một
thời điểm và nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch (hay áp suất riêng phần
trong pha khí ) tại thời điểm đó. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng lại một
nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước
dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Sau một thời gian xác định nồng độ
cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Lượng chất bị hấp phụ tính theo công thức
C
1
C
2
0
t
q
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
VCCm
fi
).( −=
m: khối lượng chất bị hấp phụ
C
i
: nồng độ đầu của chất bị hấp phụ
C
f

nồng độ cuối của chất bị hấp phụ
V: thể tích của dung dịch cần hấp phụ
1.5.2.2.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình Langmuir
được thiết lập trên các giả thiết sau.
+ Các phân tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ
+ Sự hấp phụ là chọn lọc
+Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau
+ Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng, nghĩa là sự hấp phụ xảy ra trên bất kì
chỗ nào thì nhiệt độ hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi. Nói cách khác, trên bề mặt chất
hấp phụ không có những trung tâm hoạt động.
+ Giữa các phần tử trên lớp bề mặt và bên trong lớp thể tích có cân bằng động học.
Nghĩa là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
f
f
Cb
Cb
qq
.1
.
.
max
+
=
q: Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng
q
max
: Tải trọng hấp phụ cực đại
b: hằng số

Khi b.C
f
<<1 thì q = q
max
.b.C
f
mô tả vùng hấp phụ tuyến tính
Khi b.C
f
>>1 thì q = q
max
mô tả vùng hấp phụ bão hoà
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là
một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên về phương
trình đường thẳng
bq
C
qq
C
f
f
.
1
.
1
maxmax
+=
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc C
f

/q vào C
f
sẽ xác định được các hằng số trong phương
trình: b, q
max
.
C
f
q(mg/l)
O

q
max
C
C
f
/q
O

N
tgα
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Hình 3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir
Hình 4. Sự phụ thuộc của C
f
/q vào C
f

tgα = 1/q
max
ON = 1/b.q
max
1.5.2.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hoá học
hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ.
n
Ckq
/1
.=
Trong đó:
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác
n: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn luôn lớn hơn 1
Phương trình Freundlich phản ánh khá sát thực số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và
vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt
Để xác định hằng số, đưa phương trình trên về dạng đường thẳng
f
C
n
kA lg
1
lglg +=
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc lgq voà lgC
f
sẽ xác định được các giá trị k, n.
C
f
(mg/l)
q(mg/l)

O
lgC
lgA
O

M
tgβ