Nghiên cứu xử lí ion kim loại nặng cu2+, ni2+ và pb2+ trong nước thải công nghiệp ứng dụng thu hồi ion cu2+ trong nước thải phòng thí nghiệm hóa học và tinh chế cuso4 làm hóa chất

KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019

NGHIÊN CỨU XỬ LÍ ION KIM LOẠI NẶNG Cu2+, Ni2+ VÀ Pb2+ TRONG NƯỚC
THẢI CÔNG NGHIỆP. ỨNG DỤNG THU HỒI ION Cu2+ TRONG NƯỚC THẢI
PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỌC VÀ TINH CHẾ CuSO4 LÀM HÓA CHẤT

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Lê Thị Thi Hạ

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thủy Tiên

Lớp: CQ.58.KTMT

Lê Thị Lan Trinh

Lớp: CQ.58.KTMT

Nguyễn Thị Nguyên

Lớp: CQ.58.KTMT

Huỳnh Thạnh Khoa

Lớp: CQ.58.KTMT

Tóm tắt: Hiện nay ở Việt Nam, việc xử lí nước thải chứa ion kim loại nặng từ các nhà máy vẫn
chưa được quan tâm đúng mức. Nồng độ nước thải chứa các ion kim loại nặng như Cu2+, Ni2+ và
Pb2+… của các nhà máy thải ra môi trường nước đều vượt q mức cho phép. Đề tài đã phân tích

tình hình thực trạng cũng như nguyên nhân gây ô nhiễm nước thải ở các khu cơng nghiệp gần thành
phố Hồ Chí Minh và các phương pháp xử lý ion kim loại nặng . Ứng dụng phương pháp kết tủa để thu
hồi Cu2+ trong nước thải phịng thí nghiệm Đại học GTVT Phân hiệu tại TP. HCM và tinh chế lại
CuSO4 làm hóa chất sử dụng, tránh thải ra ngồi mơi trường.
Từ khóa: Phương pháp xử lí ion Cu2+, xử lí ion kim loại nặng, tinh chế CuSO4.

1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay ở Việt Nam, việc xử lí nước thải chứa ion kim loại nặng từ các nhà máy vẫn
chưa được quan tâm đúng mức. Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lí hay hệ thống cịn
q sơ sài. Vì vậy, nồng độ nước thải chứa các ion kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi
trường là các hệ thống sông hồ đều vượt quá mức cho phép.
Theo số liệu và khảo sát sơ bộ của chúng tôi nhận thấy các nghiên cứu về xử lí ion kim
loại nặng hiện nay chủ yếu là bằng các vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc tự nhiên ứng
dụng trong xử lý môi trường.
Trong phạm vi đề tài này, chúng tơi đã phân tích tình hình thực trạng cũng như nguyên
nhân gây ô nhiễm nước thải ở các khu cơng nghiệp gần thành phố Hồ Chí Minh và các
phương pháp xử lí ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+ và Pb2+. Ứng dụng phương pháp kết tủa để
thu hồi Cu2+ trong nước thải phịng thí nghiệm và tinh chế lại CuSO4 làm hóa chất sử dụng,
tránh thải ra ngồi mơi trường.
2.

CÁC NỘI DUNG CHÍNH

2.1. Tình hình thực trạng của nước thải chứa ion kim loại nặng ở các khu công nghiệp
gần thành phố Hồ Chí Minh.
Đối với các khu vực phía Nam, nồng độ các kim loại nặng độc hại trong nước ô nhiễm
của các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nước sông rạch không ô nhiễm tăng từ 16

đến 700 lần. Ví dụ nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu
chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần. Hàm lượng
P a g e 32 | 82


KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019

các kim loại nặng trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu Ông Tá: Pb (7460
ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm)… Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Cd
trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần TCCP; Pb từ 0,7-2,7 mg/l, gấp 7-27 lần TCCP; tại
huyện Tân Trụ, hàm lượng kim loại nặng trong nước đã ở mức gây độc đối với vật nuôi.
2.2. Phương pháp xử lý các ion kim loại nặng trong công nghiệp.
2.2.1. Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại
cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng
phương pháp lắng.
Phương trình tạo kết tủa: Mn+ + Am- = MmAn ↓
2.2.2. Phương pháp trao đổi ion
Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ion là nhựa hữu cơ tổng hợp, các
chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion
được tiến hành trong cột Cation và Anion. Các vật liệu nhựa này có thể thay thế được mà
khơng làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng khơng làm biến mất
hoặc hịa tan. Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy ion cùng dấu có trong dung
dịch thay đổi số lượng tải tồn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi.
2.2.3. Phương pháp điện hóa
Dựa trên cơ sở của q trình oxy hóa khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong
nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch
điện thế giữa hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo ra một điện trường định hướng,
các ion chuyển động trong điện trường này. Các cation chuyển dịch về catốt, các anion về anốt.
Khi điện áp đủ lớn, phản ứng sẽ xảy ra ở mặt phân cách chất dung dịch điện cực:

+ Ở anốt : Chất khử nhường electron : A- → A + e+ Ở catốt : Chất oxi hóa nhận electron: C+ + e- → C
2.2.4. Phương pháp hấp phụ
Cơ chế của quá trình hấp phụ trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ là hấp phụ vật
lý và hấp phụ hóa học:
+ Hấp phụ vật lý: Là sự tương tác yếu và thuận nghịch nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion
kim loại và các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ. Các mối liên kết này yếu do vậy thuận
lợi cho quá trình nhả hấp phụ và thu hồi kim loại q.
+ Hấp phụ hóa học: Là q trình xảy ra các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa ion kim loại
nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ion kim loại nặng phản ứng tạo phức đối
với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên kết này thường rất bền và khó bị phá vỡ.
2.2.5. Phương pháp sinh học

P a g e 33 | 82


KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019

Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng những vi sinh vật đặc trưng chỉ xuất hiện
trong môi trường bị ơ nhiễm kim loại nặng và có khả năng tích lũy kim loại nặng trong cơ
thể. Các vi sinh vật thường sử dụng như tảo, nấm, vi khuẩn... Ngoài ra cịn có một số lồi
thực vật sống trong mơi trường ơ nhiễm kim loại nặng có khả năng hấp thụ và tách các kim
loại nặng độc hại như: Cỏ Vertiver, cải xoong, cây dương xỉ, cây thơm ổi... Thực vật có nhiều
phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường.
2.3. Thực nghiệm kết tủa ion Cu2+ chứa trong chất thải phòng thí nghiệm và tinh chế
CuSO4
2.3.1. Hóa chất
Hóa chất được sử dụng: NaOH độ tinh khiết (>96,0%), Ethanol 96%, nước cất 2 lần,
giấy pH, dung dịch axit H2SO4.
2.3.2. Thí nghiệm kết tủa ion Cu2+ chứa trong chất thải phịng thí nghiệm

Hình 1. Quy trình điều chế Cu(OH)2 theo phương pháp đồng nhỏ giọt
2.3.4. Tinh chế CuSO4
Cân lượng Cu(OH)2 để xác định khối lượng. Nghiền mịn Cu(OH)2 bằng cối sứ cho mịn,
sau đó cho dung dịch H2SO4 vào tiến hành trộn cơ học để hòa tan hết lượng kết tủa. Hỗn hợp
dung dịch sau phản ứng sẽ được tiến hành già hóa qua, sau đó đem ly tâm, lọc lấy CuSO4, sấy
khơ được tinh thể CuSO4.
Cu(OH)2+ H2SO4 → CuSO4 + 2H2O
P a g e 34 | 82


KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019

(a)
(b)
Hình 2. a) Dung dịch được tiến hành già hóa qua đêm; b) Nghiền mịn Cu(OH)2 bằng cối sứ

Hình 3. a) Cho dung dịch H2SO4 để hòa tan hết lượng kết tủa Cu(OH)2 ; b) Dung dịch
CuSO4 sau khi tinh chế
3. KẾT LUẬN
Nghiên cứu xử lí ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+ và Pb2+ trong nước thải công nghiệp. Ứng
dụng thu hồi ion Cu2+ trong nước thải phịng thí nghiệm hóa học và tinh chế CuSO4 làm hóa
chất đã thu được các kết quả như sau:
Bảng tổng kết về phương pháp xử lí ion kim loai nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+ trong nước thải
công nghiệp.

P a g e 35 | 82


KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019

Quy trình thực nghiệm thu hồi Cu2+ bằng phương pháp kết tủa hóa học và tinh chế
CuSO4 làm hóa chất sử dụng cho phịng thí nghiệm hóa học Đại học GTVT Phân hiệu tại TP.
HCM tránh thải ra ngồi mơi trường.

Tài liệu tham khảo
[1]. Trần Văn Đức, Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong nước bằng vật
liệu SiO2 tách từ vỏ trấu, luận văn thạc sĩ khoa học, bộ giáo dục và đào tạo đại học Đà
Nẵng.
[2]. PGS.TS. Bùi Cách Tuyến, Xây dựng Kế hoạch xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm mơi
trường nghiêm trọng đến năm 2020, Tạp chí Mơi trường, số 9/2012.
[3]. Lê Hoàng Việt, Phương pháp kết tủa, Trung tâm kĩ thuật môi trường và năng lượng mới.
[4]. Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản KHKT, 2002.
[5]. PGS. TS Đào Quang Liêm, Hóa học đại cương, NXB GTVT, 2008.
[6]. Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp phân tích Vật lý và Hóa lý, NXBKHTN, 2001.
[7]. xulymoitruong.com, Công ty môi trường Ngọc Lân, Xử lý nước thải ở các làng nghề.

P a g e 36 | 82