NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TRONG NƯỚC
NGẦM TỪ VẬT LIỆU LATERITE BÌNH PHƯỚC
Trần Huyền Trân
Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh
GVHD: PGS.TS. Thái Văn Nam, ThS. Trịnh Trọng Nguyễn
TĨM TẮT
Ơ nhiễm Asen trong nước ngầm đang là mối nguy cơ lớn về môi trường. Ở Việt Nam đã và đang có nhiều cơng
trình nghiên cứu về xử lý ô nhiễm Asen trong nước ngầm và hấp phụ là một trong những phương pháp khả thi
nhất. Hiện nay, việc nghiên cứu, chế tạo các loại vật liệu hấp phụ Asen có nguồn gốc tự nhiên đang được quan
tâm. Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo sản phẩm hạt hấp phụ, có tính hấp
phụ tốt, ổn định và đảm quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT: 2015/BTNMT về xử lý ô nhiễm mơi
trường nước có nhiễm Asen trên cơ sở ngun liệu khoáng tự nhiên laterite. Những kết quả mới mà đề tài thực
hiện được là nghiên cứu tính chất hấp phụ Asen của nguyên liệu Laterite, từ đó đã chế tạo được các loại hạt
hấp phụ có khả năng ứng dụng thực tế trong việc xử lý nước ngầm ô nhiễm Asen cùng với đó là giải thích được
cơ chế hấp phụ bằng phương pháp nghiên cứu trực tiếp.
Từ khóa: Asen, Bình Phước, nước ngầm, vật liệu hấp phụ, vật liệu Laterite
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Những năm gần đây nhiều nghiên cứu đã cho thấy nguồn nước ngầm có chứa hàm lượng Asen cao hơn quy
chuẩn cho phép, phần lớn sự nhiễm độc Asen thông qua sử dụng nguồn nước [2].
Nhiễm độc Asen gây ra những căn bệnh nguy hiểm dẫn đến tử vong. Đáng lo ngại hơn là hiện nay chưa có
phương pháp hiệu quả để điều trị những căn bệnh nguy hiểm này. Vấn đề xử lý Asen trong nước ngầm cho
hiệu quả cao với chi phí thấp nhất đã được nghiên cứu, tìm kiếm nguồn nguyên liệu giá rẻ có nguồn gốc tự
nhiên như Laterite đang được quan tâm hiện nay. Hiện nay đã có rất nhiều cơng trình và dự án nghiên cứu sử
dụng các phương pháp để xử lý Asen phương pháp trao đổi ion, phương pháp sinh học…Trong đó thì việc
nghiên cứu sử dụng vật liệu bằng phương pháp hấp phụ có nhiều ưu việt hơn bởi tính kinh tế, tính hiệu quả,
thao tác đơn giản dễ thực hiện [7].
Laterite là một khoáng chất phổ biến và thường được tìm thấy ở những vùng giáp ranh giữa vùng núi những
nơi có sự phong hóa quặng chứa sắt và các dịng nước ngầm có oxy hịa tan. Trong Laterite có chứa nhiều
nguyên tố như Fe, Al, Si, các kim loại kiềm và kiềm thổ. Với cấu trúc rỗng gồm nhiều tổ (lỗ) như tổ của đàn
ong. Các vách ngăn của mỗi lỗ được tạo nên từ đất sét khống sơ cấp có lẫn cả đất ngun khối được chuyển
563
hóa từ lớp đá mẹ do những nơi oxit sắt kết dính lại và có màu đỏ cam. Phần ruột bên trong các lỗ tổ là sản phẩm
của đất sét nên có độ xốp mềm tương đối cao, bề mặt riêng lớn và chứa nhiều và Fe(OH)2. Vậy nên, Laterite
rất dễ tạo thành những lớp có khả năng hấp phụ các hạt điện tích ion của kim loại nặng và có khả năng trao đổi
các cation, tạo nên phản ứng hấp phụ. Nguyên lý hoạt động là nguyên lý trao đổi ion kép. Để tạo cơ sở cho việc
áp dụng đưa Laterit vào làm vật liệu hấp phụ xử lý Asen trước tiên phải chứng minh được hiệu quả xử lý. Hiện
nay, Laterit tại khu vực tỉnh Bình Phước đã được một số nhà khoa học nghiên cứu và đánh giá khả năng hấp
phụ. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy Laterite khu vực này có khả năng xử lý kim loại như Pb, Zn, Mn, Cu,
Cd và đặc biệt là Asen trong mơi trường nước. Qua các thí nghiệm hấp phụ, hiệu suất xử lý đạt hiệu quả cao
với As(III) trên 70% và As(V) trên 80%. Tiềm năng khống sản tỉnh Bình Phước khơng lớn, tuy nhiên Laterite
là khoáng sản phục vụ trực tiếp nhu cầu phát triển kinh tế như các cơng xây dựng, cơng trình giao thơng [2].
Đó chính là lý do đề xuất đề tài: “nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen trong nước ngầm từ vật liệu Laterit
Bình Phước”.
2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
Nguyễn Trung Minh (2010) cũng đã đưa ra nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ trên cơ sở nguyên liệu khoáng
tự nhiên từ bazan, đá ong, đất sét để xử lý nước ô nhiễm Asen cho kết quả cả 3 loại vật liệu đều có khả năng
hấp phụ tốt các kim loại và As. Các vật liệu được chọn tối ưu trên cơ sở các thông số khảo sát về các đặc tính:
độ bền trong nước, diện tích bề mặt, khả năng hấp phụ Asen của các loại vật liệu [3,4].
Nguyễn Thị Hoàng Hà và cộng sự (2016) đã nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại Asen của laterit huyện Tam
Dương, tỉnh Vĩnh Phúc đã cho kết quả. Dung lượng hấp phụ cao nhất của Pb, As, Cd, Zn và Mn trong thí
nghiệm lần lượt là 1554, 756, 397, 281, 172 mg/kg đạt được tại mức hàm lượng kim loại trong nước ban đầu
là 50 mg/l. Hiệu suất hấp phụ cao nhất của Pb, As, Cd, Zn và Mn lần lượt là 94, 76, 70, 56, 37% đạt được tại
mức hàm lượng ban đầu trong nước là 2,5 mg/l đối với Pb, Cd, Zn, Mn và 5 mg/l đối với As. Khả năng hấp
phụ kim loại của Laterit Tam Dương giảm dần theo thứ tự: Pb>As>Cd>Zn>Mn [5,9].
Vũ Thị Minh Châu (2007) nghiên cứu về sử dụng laterit biến tính làm vật liệu hấp phụ xử lý kim loại asen
trong nước thải làng nghề đúc, Laterit sau khi biến tính sẽ gia cơng lấy cỡ hạt rồi chia làm hai phần ngâm trong
các dung dịch có nồng độ khác nhau và được cân chỉnh độ pH thành 8 loại vật liệu. Kết quả chọn ra 1 vật liệu
có khả năng hấp phụ Asen cho kết quả tốt. Yếu tố thời gian ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ kim loại nặng,
hầu hết thời gian đạt cân bằng xảy ra ở 3-4 tiếng. Vật liệu được chọn kết quả cũng cho thất đã giảm Asenat, ion
chì và ion đồng xuống dưới TCVN 5945B-1995 [8].
Nguyễn Xuân Huân và công sự (2016) nghiên cứu về hiện trạng và khả năng xử lý ô nhiễm Asen trong nước
ngầm ở, Hà Nội bằng các vật liệu có chi phí thấp. Ngun liệu sử dụng như cát vàng, cát đen, than củi, sỏi, xỉ
than, đá ong, gạch non, trấu đốt và bùn thải từ hệ thống xử lý nước cấp đã được biến tính nhiệt. Hệ thống 2 cột
564
lọc kết quả nồng độ As trong nước sau khi qua bể xử lý bằng các vật liệu sẵn có trong tự nhiên như: cát vàng,
cát đen, than củi, đá ong, trấu và đá cuội đều giảm so với nồng độ As có trong nước ngầm chưa qua xử lý [6].
Hầu hết các nghiên cứu xử lý Asen hiện nay bao gồm kết tủa và keo tụ, nhược điểm của phương pháp này
khơng được triệt để. Chỉ có một số ít đề tài nghiên cứu bằng phương pháp ion, điện hóa. Do cịn nhiều hạn chế
nên kết quả nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi. Để giải quyết vấn đề xử lý Asen trong nước ngầm bằng
phương pháp hấp phụ từ vật liệu Laterit đã được nghiên cứu vì trong vật liệu có các khống tự nhiên chứa sắt
và có độ xốp cao nên cũng đã được nghiên cứu sử dụng với vật liệu sẵn có trong tự nhiên, tính kinh tế và thao
tác thực hiện đơn giản thực hiện.
3. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Quy trình xử lý vật liệu Laterit sử dụng để làm vật liệu hấp phụ nước ngầm nhiễm Asen được đề xuất theo hình
1 mẫu Laterit được thu thập tại Bình Phước sau đó được vận chuyển đến phịng thí nghiệm xử lý sơ bộ để loại
bỏ bụi bẩn thừa bằng cách rửa sạch bằng nước cất và phơi khơ. Sau đó, đem sấy khơ ở nhiệt độ 80-105oC, bảo
quản ở nhiệt độ phòng. Tiếp đến sẽ được nghiền bằng tay hoặc máy nghiền MRC Laboratory Equipment
Manufac Urer tại Viện KHUD, Trường Đại học Công Nghệ TPHCM, qua các rây có kích thước khác nhau từ
0.5 -1 mm. Với khối lượng 3g được nhồi vào cột có đường kính 1 cm, chiều cao 5,5 cm, dung dịch Asen đầu
vào với các nồng độ: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 mg/l. khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ theo 1h, 2h, 4h, 6h, 8h.
Sau khi cho dung dịch Asen chảy qua cột cứ khoảng 100 ml lấy mẫu một lần để phân tích Asen đầu ra. Thí
nghiệp lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy. Chất lượng nước sau xử lý được so sánh với QCVN 09MT:2015/BTNMT.
Bảng 1: Thành phần khoáng vật của Laterit Bình Phước
Khống vật
Laterit Bình Phước
Gơtit
38 ÷ 40 %
Hêmatit
0÷3%
Ilmênhit
2÷4%
Gipxit
4 ÷ 6%
Kaolinit
24 ÷26 %
monmorilonit
6÷8%
565
Thạch anh
9 ÷ 11%
Amphibole
2÷4
(Nguồn: Sở Khoa học và cơng nghệ tỉnh Bình Phước, 2017)
Để đánh giá khả năng hấp phụ của laterit, các vật liệu hấp phụ được chế tạo sẽ được chụp SEM (Kính hiển vi
điện tử quét), FTIR (Quang phổ hồng ngoại) và quan sát dưới kính hiển vi để xác định hình thái bề mặt. Sau
đó, được chụp ảnh TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua), FTIR để xác định sự hình thành các liên kết.
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu tiến hành trong quy mơ phịng thí nghiệm, mục đích để đánh giá khả năng hấp phụ của các hạt
Laterite. Tiến hành nghiên cứu hấp phụ cột cho tới khi không thể quan sát thấy Asen lên hạt vật liệu nữa (khi
566
đó hàm lượng Asen đầu vào bằng hàm lượng Asen đầu ra). Trong các thí nghiệm hấp phụ cột đề tài này phần
trăm hấp phụ được khảo sát có thể dao động từ 60% đến 90%, nhưng bị giảm dần dần theo thời gian.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Dỗn Đình Hùng và Nguyễn Trung Minh (2011), nghiên cứu hấp phụ Zn(II) dạng cột của hạt vật liệu
BVNQ chế tạo từ đuôi thải quặng bauxit Bảo Lộc, tạp chí Các khoa học về Trái đất, 33, pp. 591-598.
/>[2]. Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh (2010), nghiên cứu xử lý asen trong nước
ngầm ở một số vùng nông thôn bằng hyđroxit sắt (III), tạp chí khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
/>[3]. Nguyễn Trung Minh (2010), nghiên cứu chế tạo sản phẩm hấp phụ trên cơ sở nguyên liệu khoáng tự nhiên
từ bazan, đá ong, đất sét để xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng và Asen.
/>[4]. Nguyễn Trung Minh (2011), Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ bauxit Bảo Lộc và định huớng ứng dụng trong
xử lý ơ nhiễm nuớc thải, tạp chí Các khoa học về Trái đất.
/>[5]. Nguyễn Hoàng Phương Thảo, Nguyễn Thị Hoàng Hà, Phạm Thị Thuý, Nguyễn Mạnh Khải, Trần Thị
Huyền Nga (2016), nghiên cứu khả năng hấp phụ kim Asen của laterit huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc.
/>[6]. Nguyễn Xuân Huân, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Thị Thúy, Vũ Tuấn Việt, Lê Thị Quỳnh Anh (2016),
nghiên cứu hiện trạng và khả năng xử lý ô nhiễm Asen tr ong nước ngầm ở huyện Thanh Oai, Hà Nội
bằng các vật liệu có chi phí thấp.
/>[7]. Trần Văn Quy, Nguyễn Xuân Huân, Trần Văn Sơn (2012), nghiên cứu hiện trạng và khả năng xử lý ơ
nhiễm Asen trong nước ngầm ở huyện Hồi Đức, Hà Nội bằng các vật liệu sẵn có trong tự nhiên, tạp chí
Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 4S.
[8]. Vũ Thị Minh Châu (2007), nghiên cứu sử dụng laterit biến tính làm vật liệu hấp phụ xử lý kim loại Asen
trong nước thải làng nghề đúc
/>[9]. Trần Hồng Côn và Nguyễn Phương Thảo (2004), nghiên cứu hoạt hóa sét và laterit biến tính nhiệt làm vật
liệu hấp phụ Asen trong nước sinh hoạt, tạp chí Khoa học ĐHQGHN, KHTN&CN, 1, pp.212-217.
/>
567
[10].Trần Thị Hiến (2017) kết quả nghiên cứu thành phần vật chất quặng sắt Laterite Bình Phước
/>
568
