nghiên cứu hoạt hóa than bùn bằng axit hcl và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion cu2+ trong dung dịch nước

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu hoạt hóa than bùn- Liên Chiểu,Đà
Nẵng bằng axit HCl và ứng dụng làm vật liệu hấp
phụ ion Cu
2+
trong dung dịch nước ”








Sinh viên thực hiện : Lê Thị Thùy Linh (16/05/1990)
Lớp : 08SHH
Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Trần Mạnh Lục

, 2012
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
2
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – tự do- hạnh phúc
KHOA HÓA

NHIM V KHÓA LUN TT NGHIP

Họ và tên sinh viên : Lê Thị Thùy Linh (16/05/1990)
Lớp : 08SHH
1. Tên đề tài: “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn bằng axit HCl và ứng dụng làm
vật liệu hấp phụ ion Cu
2+
trong dung dịch nước”
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
 Nguyên liệu: Than bùn nguyên liệu
 Dụng cụ: dụng cụ thủy tinh, máy khuấy từ, tủ sấy, cân phân tích, cối
chày,…
 Thiết bị: máy khuấy từ, máy đo pH, máy chụp ảnh SEM
3. Nội dung nghiên cứu
 Xử lý nguyên liệu than bùn.
 Tìm các điều kiện tối ưu cho quá trình hoạt hóa bằng tác nhân axit.
 Chụp ảnh SEM trước và sau khi hoạt hóa bằng axit HCl
 Xác định các đặc tính hóa lý của than bùn trước và sau hoạt hóa.
 Hấp phụ bể và hấp phụ cột đối với ion Cu
2+
của than bùn sau hoạt
hóa:
 Khảo sát sựu ảnh hưởng củ thời gian đạt cân bằng hấp phụ
 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
 Tải trọng hấp phụ cực đại
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
5. Ngày giao đề tài: 15/07/2011

6. Ngày hoàn thành: 10/03/2012
Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn
( Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên)


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
3

PGS.TS. Lê Tự Hải TS. Trần Mạnh Lục

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 05 năm 2012
Kết quả điểm đánh giá:


Ngày … Tháng……năm 2012
CH TCH HNG
(Ký và ghi rõ họ tên)
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
4

MỞ ĐẦU

Từ các kết quả khảo sát địa chất đã cho thấy ở Việt Nam có một lượng than
bùn rất dồi dào, được phân bố hầu như khắp các tỉnh trong cả nước. Riêng ở vùng
Quảng Nam – Đà Nẵng đã có hàng chục mỏ than bùn được thăm dò, điều tra đánh
giá trữ lượng, chất lượng và bước đầu dược khai thác sử dụng.

Ở nước ta than bùn thường được dùng nhiều trong lĩnh vực nông nghiệp như
làm phân bón, bước đầu sử dụng axit humic chiết tách từ than bùn làm chất kích
thích sinh trưởng. Việc nghiên cứu ứng dụng chúng trong lĩnh vực công nghiệp như
sản xuất ắc quy, chế tạo dung dịch khoan, vật liệu hấp phụ các kim loại nặng nhằm
xử lý ô nhiễm môi trường, làm giàu và tách các kim loại đất hiếm và phóng xạ
…đang còn rất hạn chế. Gần đây, trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về
khả năng này của axit humic tách từ than bùn, như kết tủa các ion thori (V) và chì
(II) của Phan Văn Tình, Lưu Minh Đại; khả năng tách các ion coban (II), mangan
(II) và uran (IV) của Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình….
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu hoạt hóa than bùn- Liên Chiểu,Đà Nẵng bằng
axit HCl và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu
2+
trong dung dịch nước ”
không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mở ra một khả năng ứng dụng lớn đối với tài
nguyên than bùn dồi dào trong nước hiện có.
KẾT CẤU LUẬN VĂN
Mở đầu 01 trang (Trang 01)
Chương 1: Tổng quan 24 trang ( trang 02- 25)
Chương 2: Thực nghiệm 06 trang ( trang 26- 31)
Chương 3: Kết quả và thảo luận 19 trang ( trang 32- 50)


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn
1.1.1.1. Nguồn gốc hình thành than bùn

Than bùn được hình thành do sự tích lũy lâu đời của các xác thực vật phân giải
trong điều kiện thừa ẩm, thiếu không khí. Kết quả của sự phân giải này là các xác
thực vật không được phân giải hoàn toàn mà hình thành một lớp chất hữu cơ gồm
những phần còn lại của thực vật đang bị phân giải dở dang, mùn mục và chất
khoáng. Lớp chất hữu cơ đó được gọi là “than bùn”. [2]
1.1.1.2. Phân loại than bùn
Có thể chia than bùn thành 3 loại: than bùn nông, than bùn sâu và than bùn
chuyển tiếp.
Than bùn nông: được hình thành do sự tích tụ xác, bã các loại cây có ít dinh
dưỡng như: lau, sậy, lăn, lác ở những nơi địa hình tương đối cao.
Than bùn sâu: trong điều kiện địa hình thấp, có đầm lầy nước đọng và nhiều
chất dinh dưỡng, các loại cây được phát triển tốt như: cỏ lông lợn, cỏ sâu róm, rêu,
lăn, lác, lau, sậy và các loại cây nhỏ. Xác bã loại cây này tích tụ dần thành than bùn
sâu. Đặc điểm than bùn sâu là chứa nhiều chất dinh dưỡng và ít chua.
Than bùn chuyển tiếp: ở giữa hai loại than bùn trên. Đặc điểm của than bùn
nông và than bùn chuyển tiếp là ít dinh dưỡng, mức độ mùn hoá thấp và chua. [2]
1.1.1.3. Một số tính chất hóa lí của than bùn
Màu sắc: đen, sẫm hoặc nâu nhạt.
Cấu trúc: xốp hoặc nát bụi hoặc quyện thành bùn.
Mức độ phân giải:
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
6
- Loại tỉ lệ phân giải thấp: ~20%: còn giữ nguyên dạng của cây.
- Loạị tỉ lệ trung bình: 30 - 40%: hình dạng của cây khó phân biệt, có ít mùn
mục.
Khả năng giữ nước: biến thiên từ: 75 - 275%
Dung tích hấp phụ: 150 - 250 mlđlg/100 gam than bùn khô
Khả năng giữ nước và dung tích hấp phụ của than bùn khác nhau với các loại

than bùn khác nhau [2], [14].
1.1.2. Chất mùn trong than bùn
Mùn là hợp chất cao phân tử phức tạp, có thành phần không ổn định, được hình
thành khi phân huỷ và mùn hoá các chất hữu cơ. Hàm lượng mùn trong đất do đặc
điểm và điều kiện quá trình hình thành đất quyết định. Trong than mùn tổng lượng
mùn có thể đạt tới vài chục phần trăm.
Người ta chia mùn ra làm hai nhóm hợp chất:
Nhóm thứ nhất: bao gồm các sản phẩm phân giải xác hữu cơ và những sản
phẩm sống (trao đổi và tổng hợp) của vi sinh vật. Những chất hữu cơ này chưa bị
mùn hoá và có trong thành phần xác hữu cơ. Vì vậy, người ta gọi nhóm thứ nhất
này là nhóm mùn không đặc trưng. Trong than bùn hàm lượng của nhóm này mới
chỉ đạt tới 50 - 80%. Vì ở đây, quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ rất chậm. Tính chất
đặc trưng của nhóm hợp chất chưa bị mùn hóa là tính chất biến động do quá trình
phân hủy và mùn hóa những hợp chất này luôn luôn xảy ra trong đất. Trong thành
phần của nhóm mùn đặc trưng bao gồm các hợp chất như: hydrat cacbon, hợp chất
chứa nitơ, linhin, lipit, nhựa, chất chát, andehit.
Nhóm thứ hai: bao gồm các hợp chất hữu cơ phức tạp đã bị mùn hoá. Chúng
không có trong thành phần xác hữu cơ mà chỉ được hình thành trong quá trình mùn
hoá, chúng được gọi là nhóm mùn đặc trưng. Nhóm này chiếm khoảng: 80- 90%
tổng số mùn đất.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
7
Nhóm mùn đặc trưng hay thường gọi là chất mùn là một hệ thống của các hợp
chất hữu cơ cao phân tử, chứa nitơ, có cấu trúc vòng và có tính axit. Do nhóm chất
mùn có tính axit và thực chất nhóm này bao gồm các axit mùn và những dẫn xuất
của nó nên còn có thể gọi là nhóm axit mùn. Nhờ có tính axit mà chúng có thể tác
dụng với những chất vô cơ tạo những hợp chất hoà tan hoặc không hoà tan. Những
hợp chất không hòa tan sẽ được tích lũy trong đất làm cho chất mùn không bị rửa

trôi.
Tính chất đặc trưng của chất mùn là tính đa dạng và tính phức tạp của nó – tức
là thành phần của chúng khác nhau theo từng thời kỳ mùn hóa.
Nhóm chất mùn có thể chia ra thành một số nhóm nhỏ dựa vào thành phần,
tính chất, kích thước phân tử, mức độ di chuyển và vai trò của nó trong quá trình
hình thành đất.
Vấn đề thành phần và danh pháp của chất mùn cho đến nay vẫn chưa có thể
xem như là đã được giải quyết.
Trên cơ sở những nghiên cứu của I.V.Chiurin, M.M.Cônônôva, Đrahunôp,
L.H.Alêchxanđrôp và những nhà nghiên cứu khác, người ta chia nhóm chất mùn
đặc trưng ra thành 2 nhóm cơ bản của axit mùn.
Nhóm axit humic: bao gồm axit humic (axit màu xám- theo thuật ngữ của các
nhà thổ nhưỡng Đức) và axit ulmic (axit màu nâu- theo thuật ngữ của các nhà thổ
nhưỡng Đức). Ngoài ra, trong nhóm này còn có axit hematomelanic- đó là một phần
của axit humic hòa tan trong rượu.
Axit humic là những axit hữu cơ cao phân tử, chứa nitơ và có cấu trúc vòng.
Chúng hòa tan tốt trong các dung dịch loãng của hydroxit kiềm và cacbonat
kiềm,…Trong dung dịch hòa tan chúng có màu nâu đến đen. Axit humic thực tế
không hòa tan trong nước và các axit vô cơ.
Axit humic có thành phần nguyên tố chủ yếu là cacbon, hydro, oxy và nitơ.
Hàm lượng mỗi nguyên tố trong axit humic thay đổi phụ thuộc vào loại đất, thành
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
8
phần hoá học xác hữu cơ, điều kiện mùn hoá và phương pháp tách chúng ra. Hàm
lượng các nguyên tố hoá học trong axit humic thay đổi trong phạm vi như sau:
C: 50 - 60% O: 31 - 40%
H: 2,8 – 6,6% N: 2 - 6%
Ngoài 4 nguyên tố hoá học chủ yếu trên, trong axit humic còn chứa các

nguyên tố tro với hàm lượng không nhiều như: P, S, Al, Fe, Si phụ thuộc vào mức
độ tinh khiết của dung dịch tách axit humic ra khỏi đất. Tổng lượng các nguyên tố
thay đổi từ 1 - 10%. Có lẽ các nguyên tố tro không phải là thành phần bắt buộc của
phân tử axit humic. Chúng liên kết với các axit humic do các phản ứng hoá học [6],
[20].
Nhóm axit fulvic: bao gồm axit crenic, apoarenic (theo thuật ngữ của
Beczelius và Viliam).
Axit fulvic có màu nâu sáng, trong dung dịch tùy thuộc vào nồng độ mà chúng
có màu vàng rơm đến màu da cam. Axit fulvic hòa tan trong nước, axit, dung dịch
loãng của hydroxit của kim loại kiềm, cacbonat kiềm, dung dịch amoniac.
Hàm lượng nguyên tố hóa học trong axit fulvic không cố định, thay đổi trong
phạm vi sau:
C 40 – 52% O 40 48%
H 4 – 6 % N 2 -6 %
Các kết quả nghiên cứu cấu trúc của axit fulvic đều xác nhận sự có mặt của các
nhóm định chức cacboxyl, phenol, metoxyl và cacbonyl. Những nhóm thơm loại
vòng hay những mạch bên trong phân tử axit fulvic cũng tương tự như trong axit
humic. Hydro của nhóm cacboxyl và phenol hydroxyl đều có khả năng trao đổi
cation. Axit fulvic khác với axit humic ở chỗ chứa nhiều các nhóm định chức hơn
nhưng lại ít các nhóm thơm hơn.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
9
Nhìn chung, cấu trúc phân tử của axit fulvic cũng có những nét tương tự như
trong axit humic. Vì vậy, có nhiều tài liệu đưa ra axit fulvic được hình thành trong
quá trình mùn hóa từ axit humic vừa mới được tạo thành.
Khi tác dụng với các chất vô cơ của đất, axit funvic tạo thành những dẫn xuất
hữu cơ, vô cơ khác nhau. Axit fulvic tác dụng với cation amoni, kim loại kiềm và
kim loại kiềm thổ trong dung dịch đất hoặc trong trạng thái hấp thụ tạo thành muối

fulvat. Fulvat amoni và kiềm hòa tan trong nước ở bất cứ pH nào của dung dịch.
Fulvat kim loại kiềm thổ hòa tan trong dung dịch axit, trung tính và kiềm yếu.
Axit fulvic có khả năng tác dụng với các hydroxyt của sắt và nhôm tạo thành
các muối phức hợp hòa tan và không hòa tan. Chúng được tạo thành do phản ứng
thay thế ion hydro trong các nhóm định chức của axit fulvic bằng hydroxyt sắt và
nhôm tương tự như sự thay thế ở axit humic. Do đó, tính tan của các muối phức hợp
này do hàm lượng tương đối của sắt trong chúng và mức độ pha loãng của dung
dịch quyết định. Nồng độ axit fulvic càng lớn, hàm lượng của sắt nhôm càng cao thì
phức hợp được tạo thành trong đất hòa tan càng yếu.
Nhiều nhà nghiên cứu phân chia các chất mùn ngoài hai nhóm trên còn nhóm
thứ ba là nhóm humin. Chúng cũng là các axit humic, song có cấu tạo đơn giản và
liên kết với những phần khoáng, khoáng sét của đất rất chặt chẽ. Điều này giải thích
tính bềnh vững của humin khi tác động axit hoặc kiềm lên nó. Đạm trong humin
chứa khoảng 20- 30% tổng số đạm của đất. Trong đất chỉ một phần nhỏ chất mùn ở
trạng thái tự do còn axit humic, axit funvic liên kết với nhau tạo ra những chất phức
tạp [6], [20].

1.1.3. Than bùn Việt Nam
1.1.3.1. Trữ lượng và địa điểm phân bố
Theo tài liệu dự báo đánh giá tiềm năng than bùn Việt Nam của Tập đoàn
Công nghiệp than - Khoáng sản năm 1985 thì tài nguyên than bùn của Việt Nam
được ước tính là 7100 triệu mét khối, trong đó: Nam Bộ là 5000 triệu mét khối,
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
10
đồng bằng ven Miền Trung là 450 triệu mét khối và đồng bằng Bắc Bộ là 1650 triệu
mét khối [21].
Bảng 1.1. Trữ lượng than bùn các vùng ở nước ta năm 2006 [1], [20]
Vùng

Tỉnh, thành
Trữ lượng
(ĐV: 10000 tấn)
Bắc Bộ
- Hà Nam
- Hà Tây
- Vĩnh Phúc
7531,00
3966,75
69,36
Bắc Trung Bộ
- Quảng Trị
- Thừa Thiên Huế
3000,00
3200,00
Nam Trung Bộ
- TP. Đà Nẵng
- Quảng Nam
- Quảng Ngãi
- Bình Định
- Phú Yên
- Khánh Hòa
- Bình Thuận
2518,80
4937,10
311,00
620,30
515,00
850,00
150,50

Đông Nam Bộ
- Bà Rịa Vũng Tàu
- TP. Hồ Chí Minh
2500,00
1037,00
ĐB Sông Cửu Long
- Tiền Giang
- An Giang
- Sóc Trăng
- Kiên Giang
- Cà Mau
2700,00
15505,00
405,00
193662,00
163200,00

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
11
Than bùn nằm rải rác khắp mọi nơi và nằm cách mặt đất không sâu, vì thế việc
phát hiện than bùn tương đối đơn giản. Về chi tiết, than bùn Việt Nam đã được điều
tra tại 176 điểm khoáng và mỏ. Việc thăm dò than bùn mới được tiến hành từ năm
1963 nhưng chưa làm được bao nhiêu so với những điểm than bùn đã biết.
1.1.3.1. Đặc điểm chung
Do điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc điểm thực vật của từng vùng,
các mỏ than bùn ở nước ta cũng có những đặc điểm khác nhau.
- Loại mỏ than bùn ngập nước theo mùa như mỏ Ba Sao (Hà Nam) hàng năm
vào vụ hanh thì khô, vụ mưa thì ngập nước. Mùa hanh khô các thực vật sống trên

lớp mặt phát triển, nhưng đến vụ mưa lại bị ngập nước và vữa nát, ở đó cây cỏ bị
phân giải trong một môi trường yếm khí và tạo thành một lớp than bùn mới. Sang
vụ hanh khô sau, một phần hữu cơ ở lớp này lại phân giải theo hướng tạo mùn. Do
đó, tính chất chung của những mỏ than kiểu này là than bùn có mức phân giải cao.
- Loại mỏ than bùn ngập nước quanh năm như ở Đông Giao (Ninh Bình) Sao
Vàng (Thanh Hoá ) hoặc nằm sâu ở dưới lớp đất của vùng trũng ngập nước (Liên
Hà, Đông Anh), xác hữu cơ bị phân giải thường xuyên ở trong môi trường yếm khí,
do đó mức độ phân giải thấp. Ngoài ra, ta còn gặp các loại mỏ than bùn khác như
Bãi Bềnh, Phân Chất, Bãi Chè
Do điều kiện hình thành khác nhau nên tính chất của các mỏ than bùn ở nước
ta cũng khác nhau. Ngay trong cùng một mỏ than bùn, tính chất của chúng cũng
thay đổi theo lớp, theo vị trí khai thác [21].
1.1.3.2. Tính chất vật lý
Nói chung, nguồn gốc các mỏ than ở nước ta hình thành từ rừng cây thổ mộc
hoặc từ cây cỏ, rong rêu đều có đặc điểm ngoại hình giống nhau, màu sắc của nó
thường từ màu nâu đến màu đen.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
12
Các mỏ than bùn có nguồn gốc cây thụ mộc là Liên Hà (Đông Anh) - loại than
bùn có cành cây to thường chiếm khoảng vào 5 - 10%, loại này lúc mới khai thác
thường có màu tubi, để tiếp xúc với không khí sẽ chuyển sang màu xám đen, khi
ướt thì mềm, nhưng lúc khô thì khá rắn và dai. Loại than bùn ở dạng mùn lá (than
bùn rêu, cây cỏ bị vụn nát) chiếm 90 - 95%, thường lẫn cả đất, màu sắc lúc mới khai
thác và sau khi khô gần giống loại trên, nhưng lúc mới lấy thường mủn và nhão, khi
khô ít có cấu tạo rắn. Thể trọng của than bùn thay đổi theo thời gian hình thành và
tính chất riêng của từng mỏ.
Than bùn ở nước ta có độ phân giải khá cao (từ 30 - 80%). Khả năng giữ nước
là 75 - 275%, sức hút giữ đạm amôn (NH

4
+
) từ 150-250 mlđlg/100 gam than bùn
khô (tức là vào khoảng 2,7 – 4,5%).
Bề dày các mỏ than bùn nước ta khoảng 0,5-3,6m, thường ở lớp đất mặt (0,2-
3,5m), có khi nằm lộ thiên. Các nhà khoa học đã xác nhận rằng cứ sau 1 năm, trên
mặt bằng mọc lên một lớp than bùn có bề dày 1mm. Như vậy, các mỏ than nước ta
ít ra cũng có một thời kỳ lịch sử của sự phân giải và hình thành từ 500 - 3600 năm,
chưa kể thời gian xuất hiện lớp đất phủ trên mặt mỏ hiện nay [2], [10].
1.1.3.3. Đặc tính của của một số nguồn than bùn của việt Nam
Bảng 1.2. Đặc tính các mẫu than bùn ở Miền Bắc [2]
Mỏ than bùn
% hữu cơ
% N
2

% P
2
O
5

% K
2
O
Nam Định (Ý Yên)
Hưng Yên (Khoái Châu)
Hà Bắc (Tiên Sơn)
Ninh Bình (Đồng Giao)
Vĩnh Phúc (Lập Trạch)
Sơn Tây (Ba Vì)

Hà Nội (Đông Anh)
Hà Đông (Xuân Mai)
47,0
29,7
65,9
59,7
52,0
54,5
48,0
51,5
0,42
0,98
0,42
0,98
1,47
0,93
0,96
1,54
0,032
0,043
0,064
0,180
0,110
0,603
0,073
0,105
1,17
2,01
0,89
0,76

0,96
0,12
1,25
1,48
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
13
Bảng 1.3. Đặc tính các mẫu than bùn Hoà Khánh- Liên Chiểu-Đà Nẵng[11]
Mẫu
%Tro
%Mùn
%N
2

% P
2
O
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
9,6
18,8
20,1
7,9
24,7
29,8
25,8
24,3
40,8
45,9
37,1
19,9
52,9
47,2
59,0
58,6
17,9
36,6
50,2
46,1
31,0
28,0
37,2
47,1
0,79
1,62
0,82
0,80
1,12

1,03
2,15
2,30
0,65
0,87
0,87
1,39
0,076
0,100
0,81
0,100
0,083
0,115
0,130
0,110
0,062
0,100
0,179
0,074
Bảng 1.4. Đặc tính các mẫu than bùn miền Đông Nam Bộ [21]
Mỏ than bùn
% N
% P
2
O
5

% K
2
O

Tây Ninh
Củ Chi
Mộc Hoá
Duyên Hải
0,38
0,09
0,16 – 0,91
0,64
0,03
0,1 – 0,3
0,16
0,11
0,37
0,1 – 0,5
0,31
0,42
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
14
Than bùn của ta thường chiếm từ 48 – 65,9% chất hữu cơ và nhiều chất axit
humic. Các mỏ than bùn Liên Hà, Lộc Hà, Dân Chủ (Hà Nội), Vân Tương (Hà
Bắc), Xuân Mai (Hà Tây), Văn Quán (Vĩnh Phú) có lượng chất hữu cơ và axit
humic không kém các mỏ than bùn ở vùng ôn đới. Những mỏ than bùn như vậy
chẳng những có thể làm phân bón rất tốt mà còn làm nguyên liệu cải tạo đất, sản
xuất kích thích tố, mà còn có thể sử dụng nó vào mục đích công nghiệp khác nữa.
Riêng mùn, phạm vi biến động vào khoảng từ 14,23 - 45%, như vậy so với
cách phân loại của Liên Xô thì than bùn ở nước ta có thể có các loại mỏ có mức độ
phân giải thấp, trung bình và cao.
Sức hút ẩm của than bùn nước ta khá lớn, thường biến thiên trong phạm vi từ

500-3000% (1kg than bùn có thể hút giữ từ 5-30kg nước và hơn nữa). Sợi thực vật
là thành phần không bị phân hủy trong xác thực vật, có sức hút nước lớn nhất nên ở
những mỏ than bùn có trình độ phân giải thấp dùng làm nguyên liệu độn chuồng là
thấp nhất [2].
1.1.3.4. Sử dụng than bùn sản xuất than hoạt tính để xử lý nước sinh hoạt
Sử dụng than bùn sản xuất than hoạt tính để xử lý nước sinh hoạt mang lại
hiệu quả cao, đáp ứng được yêu cầu cấp bách cho nhiều vùng trong cả nước. Vùng
nguyên liệu than bùn ở U Minh, Đồng bằng sông Cửu Long có chất lượng cao và dễ
khai thác, chế biến. Viện nghiên cứu địa chất và khoáng sản phối hợp nghiên cứu
với các đơn vị nghiên cứu quân đội cho kết quả khả quan. Dự án mà Viện đề suất,
được Bộ công nghiệp chấp thuận, nếu được triển khai sẽ mở ra khả năng lớn trong
việc sử dụng nước sạch cho một vùng rộng lớn trong cả nước. Vừa qua Viện nghiên
cứu địa chất và khoáng sản (Bộ công nghiệp) cùng Phân viện phòng hóa vũ khí
NBC và Trung tâm công nghệ xử lý môi trường (Bộ quốc phòng) đã phối hợp
nghiên cứu thành lập Dự án: "Sử dụng than bùn làm than hoạt tính để xử lý nước
sinh hoạt nông thôn thí điểm ở xã Bình tân (huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang)
và mở rộng khả năng ứng dụng ở các tỉnh Trà Vinh, Khánh Hòa và Quảng Ninh".
Dự án đã được thẩm định và xét duyệt, và đã được Bộ công nghiệp đề nghị Chương
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
15
trình mục tiêu Quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn (do Bộ nông
nghiệp và phát triển nông thôn chủ quản) xem xét, triển khai vào kế hoạch năm
2001 và những năm tiếp theo. Chúng ta cần lưu ý rằng, về công nghệ thì sử dụng
than hoạt tính để xử lý nước sinh hoạt là giải pháp đã được áp dụng rộng rãi trên thế
giới. Công nghệ này đã được áp dụng thành công ở tỉnh Sơn La. Hiện tại, trung tâm
công nghệ xử lý môi trường (Bộ tư lệnh hóa học) đã có xưởng sản xuất qui mô nhỏ
và sẵn sàng chuyển giao cho các địa phương có nhu cầu, và có khả năng thiết kế -
chế tạo thiết bị lọc nước đi kèm, là tiền đề để áp dụng và mở rộng qui mô nếu được

người sử dụng chấp nhận.
Về nguyên liệu thì việc sử dụng than bùn làm nguyên liệu sản xuất than hoạt
tính để xử lý nước sinh hoạt nông thôn có khả năng mở rộng ở nhiều địa phương
trong nước. Các địa phương nơi dự án chọn làm thí điểm không những có nguồn
nguyên liệu dồi dào, mà còn được các cấp các ngành cam kết cùng góp vốn để triển
khai. Nếu dự án được triển khai và thực hiện tốt sẽ là một đóng góp quan trọng cho
mục tiêu cung cấp nước sạch cho nông thôn và miền núi của Chính phủ [21], [22].
1.1.4. Quá trình tích tụ trao đổi các kim loại trong than bùn
Khả năng hấp phụ, trao đổi cation của các chất mùn (trong than bùn, than nâu)
được phát hiện bởi Beczelius. Nhờ đặc tính quý báu này đã giải thích được nhiều
hiện tượng không bình thường trong tự nhiên, cũng như làm cho than bùn ngày
càng được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và nông nghiệp.
Bắt đầu từ những hiện tượng diễn ra trong tự nhiên như bào mòn, phong hóa,
rửa trôi… Hầu hết những hiện tượng này đều kéo theo sự pha loãng, phân tán các
kim loại nặng thành nhiều dạng, nồng độ thấp làm cho việc khai thác chúng trở
thành không kinh tế. Tuy vậy cũng có trường hợp ngoại lệ và với những điều kiện
đặc biệt của môi trường, ở nhiều nơi lại xảy ra các quá trình tập trung các kim loại
đó. Vậy nguyên nhân ở đây là gì? Những nghiên cứu của các tác giả từ năm 1951 đã
đưa ra những hiểu biết sơ bộ về nguyên nhân của sự tích tụ các kim loại nặng – đặc
biệt là uran trong các hóa thạch thực vật bị chết. Điều đó cũng có nghĩa rằng có sự
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
16
đi cùng của các nguyên tố vi lượng với vật chất hóa thạch thực vật. (Những nguyên
tố gọi là vi lượng khi hàm lượng của chúng trung bình trong vỏ trái đất chỉ có vài
phần nghìn). Có rất nhiều những nghiên cứu về sự đi cùng này và bước đầu đã đưa
ra kết luận rằng, khả năng kéo theo các nguyên tố vi lượng của vật chất hóa thạch là
khác nhau, không phụ thuộc vào nhau, chúng có quan hệ với nhiều dạng đá, đất,
tuổi thọ địa chất và các nguyên tố vi lượng khác nhau [13].

Lúc đầu có nhiều nhà bác học đã đưa ra những giải thích đơn giản về sự làm
giàu của các nguyên tố vi lượng trong than. Như V.M. Goldschimid đặc biệt coi
trọng vai trò mao dẫn của các nguyên tố dinh dưỡng và nguyên tố bao bì trong cuộc
sống của thực vật. Ông cho rằng thực vật lấy các cation trong nước thổ nhưỡng rồi
sau đó tích tụ trong cành lá của cây. Từ đó ông xác định rằng các nguyên tố vi
lượng và một số nguyên tố khác bằng con đường cơ học được vận chuyển vào bề
mặt trái đất mà ở đó đã có sẵn các nguyên tố vi lượng. Có thể quan sát thấy các
nguyên tố đó cuối cùng được kết tủa luân chuyển của thực vật. Ngoài ra còn có thể
có những khả năng về những nguyên nhân của sự tích tụ đó, như sự hấp thu lên bề
mặt các hydroxit Fe, Mn…đang kết tủa hoặc sự lắng đọng ở những vùng đặc biệt
của môi trường sinh sống. Ví dụ sự thối rửa của thực vật trong nước mưa do các vi
khuẩn yếm khí kéo theo sự kết tủa do quá trình bay hơi của H
2
S…
Tuy nhiên, khi chú ý đến sự tích tụ của Uran trong vật chất hữu cơ hóa thạch –
đây là sư tích tụ khá rõ nét, thì các nhà khoa học đã đặt ra một câu hỏi khác. Uran
không liên quan trực tiếp đến sự sống và sự hủy hoại của thực vật. Uran được mang
đến và có trong thực vật là do quá trình vận lưu của nước tự nhiên. Nồng độ của
Uran trong nước tự nhiên thường là vài mg/tấn, ngoại trừ một vài trường hợp đạt
100mg/tấn. Trong khi đó những nghiên cứu về hàm lượng Uran trong các đá thực
vật, trong than bùn chứa Uran đạt tới nồng độ 50 – 200 g/tấn, nghĩa là quá trình làm
giàu của Uran ở đây rất mạnh. Giữa 2 quá trình làm giàu này khác biệt nhau tới hơn
10000 lần. Như vậy, nếu như coi trọng vai trò mao dẫn của thực vật thì quả là khó
khăn trong việc giải thích điều này. Phải chăng có sự liên quan về nguồn gốc chung
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
17
cho sự tích tụ các cation, chứ không phải chỉ đơn thuần là do nhu cầu của quá trình
sống trong thực vật?

Lúc đầu, A.Szalay giả thiết rằng có sự tích tụ xảy ra trên bề mặt của vật chất
thực vật tàn lụi, thối rửa trong nước. Và thực nghiệm đã chứng minh điều đó. Năm
1951, ông đã làm thí nghiệm giữa dung dịch chứa UO
2
2+
với một lượng than non,
than bùn…Và kết quả rất ngạc nhiên rằng, một mẫu than non hay than bùn “hút”
UO
2
2+
trong dung dịch loãng một cách nhanh chóng (với nồng độ rất loãng có thể
chỉ sau 1 phút đã không còn Uran trong dung dịch nữa).
Sự kết hợp này xảy ra rất mạnh và cũng có thể giải phóng một phần Uran
bằng axitaxetic1%, hay hoàn toàn bằng axit clohidric 1%.
Nhiều thí nghiệm sau đó cho thấy rằng, trong than bùn chứa rất nhiều axit
humic. Than bùn sau khi đã chiết tách axit humic thì gần như mất hẳn khả năng trao
đổi cation. Ngược lại axit humic sau khi được hoà tan ra dưới dạng muối humat
natri, kết tủa trở lại bằng dung dịch axit vẫn thể hiện tính trao đổi cation mạnh.
Như vậy axit humic chỉ có thể trao đổi - hấp thụ những nguyên tố tồn tại
dưới dạng cation. Điều đó cũng có nghĩa rằng, những nguyên tố vận chuyển ở dạng
anion không bị hấp phụ. Tuy nhiên khi quan sát một số nguyên tố trong nước tự
nhiên tồn tại dưới dạng anion như VO
-
3
,

MnO
4
2-
… người ta cũng thấy có sự đi cùng

với vật chất hữu cơ hóa thạch. Qua nghiên cứu cho thấy, 2 nguyên tố này có tính
chất hóa học chung: dễ dàng bị khử từ dạng anion VO
-
3
,

MnO
4
2-
thành dạng cation
VO
2+
, Mo
5+
… Những thí nghiệm sau đó đã cho thấy rằng khi nước tự nhiên có chứa
nhiều ion Valadat, Molipdat tiếp xúc với than bùn, thì than bùn khử chúng thành
các cation và kết hợp rất mạnh với các cation vừa được tạo thành bằng quá trình
trao đổi như trên. Quá trình này xảy ra ngay ở điều kiện thoáng khí. Như vậy bằng
phương thức này, ngay cả những nguyên tố lưỡng tính vận chuyển ở dạng anion
cũng có thể tích tụ trong than bùn sau khi bị than bùn khử về cation [20].
Những thí nghiệm sau đó được tiếp tục với việc đi sâu vào nghiên cứu về khả
năng trao đổi cation của axit humic trong than bùn không hòa tan. Quá trình làm
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
18
sạch than bùn được tiến hành cẩn thận sao cho không làm giảm tính chất kết hợp
uran của chúng trong phạm vi lớn. Lấy 1g mẫu than bùn khô khuấy đều với dung
dịch nitrat uran rất loãng ở pH = 4 – 6 thì thấy cation uran mất đi một cách nhanh
chóng (trong khoảng 1 phút) và đạt tới trạng thái cân bằng. Tiếp tục khuấy 1g mẫu

than bùn khô trong bình 50ml với 20ml nước có nồng độ uran khác nhau, sau đó
tách than bùn ra khỏi nước bằng phễu lọc chân không và xác định thành phần của
uran trong cả nước lọc và than. Kết quả cho thấy tính qui luật trong những thí
nghiệm đó là rất phù hợp với lý thuyết của Lăngmua về sự hấp phụ. Đường đẳng
nhiệt có độ dốc rất lớn phát triển từ nồng độ uran thấp, nhưng sau đó nhanh chóng
đạt đến mức độ bão hòa. Quá trình hấp phụ là thuận nghịch [23].
Khi nghiên cứu sử dụng than bùn trong mục đích bảo vệ môi trường, các nhà
khoa học ở Minxcơ đã cho thấy: ở qui mô công nghiệp, than bùn có thể được sử
dụng có hiệu quả để tái sinh nước thải khỏi các ion thuỷ ngân (Hg
2+
), chì (Pb
2+
) và
các chất phóng xạ. Họ cũng chỉ ra rằng than bùn sau khi xử lý, không những là chất
hút tốt với nước thải mà còn là chất hấp thụ chọn lọc các sản phẩm dầu mỏ…[24]
1.1.5. Vai trò của axit humic trong khả năng hấp phụ của than bùn.
1.1.5.1. Thành phần, cấu tạo và khả năng hấp phụ của axit humic
Về sự hình thành và thành phần, cấu tạo của các phân tử axit Humic vẫn có
hàng chục giả thiết của các trường phái khoa học khác nhau đang tiếp tục thảo luận
về vấn đề này.
Trên đại thể, có thể cho rằng quá trình hình thành các phân tử axit Humic là
quá trình chuyển hóa sinh vật học trong đất xảy ra một cách liên tục. Vì vậy axit
Humic thuộc dạng các axit tự nhiên có thành phần nguyên tố không ổn định. Tính
chất đa dạng của quá trình hình thành, điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu từng vùng
cũng như sự tác động tương hỗ giữa axit Humic với các sản phẩm hòa tan làm cho
cấu tạo và thành phần của các axit Humic ở các nơi khác nhau là rất khác nhau.
Ngoài ra, thành phần đó còn phụ thuộc vào cả phương pháp tách.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH

19
Phân tử lượng của phân tử axit humic thay đổi nhiều (tùy thuộc vào nguồn
gốc của axit humic và phương pháp xác định), có thể thay đổi từ 400 - 100000
đ.v.C. Một số tác giả đã đưa ra công thức thực nghiệm của axit Humic như sau:
Sver Aden A.A Smith với C
60
H
52
O
24
(COOH)
4
, Dragunov với C
60
H
52
O
24
(COOH)
4

và C
59
H
41
O
17
(COOH)
4
(OH)

3
CH
2
CO của G.Mundero. [2].
Cấu tạo phân tử axit humic hiện này chưa rõ ràng, song theo kết luận thu
được nhờ phương pháp hoá học, quang phổ, Rơnghen đều xác nhận rằng: đây là
những hợp chất polyme tự nhiên phức tạp bao gồm hàng loạt vòng kín và vòng
thơm như những vòng kín 5 hoặc 6 cạnh như benzen, furan, pirol, piridin và những
vòng đa tụ loại napthalen, antraxen, indol, quinolin chúng liên kết với nhau bằng
các cầu nối có thể là từng nguyên tố riêng biệt (-O-, -N-) hoặc từng nhóm nguyên tố
(-NH-, -CH
2
-, -CH=CH-) tạo nên một mạng lưới phức tạp, không theo một trình tự
nhất định nào [2].
Bằng những phương pháp nghiên cứu điện đồ, phân tích cấu trúc bằng tia
Rơnghen đã cho thấy axit humic không có cấu trúc tinh thể mà được đặc trưng bằng
cấu trúc mạng. Độ chặt của mạng được tăng lên theo mức độ của quá trình mùn hoá.
Theo Flaig và Bectenspakhet thì phân tử axit humic có dạng hình cầu với đường
kính tối thiểu 30 - 80 A
0
[2].
Qua các thí nghiệm nghiên cứu của F. Fischer và H.Schrader cũng như
nghiên cứu của W.Fuch thì sơ đồ hóa học một đơn vị cấu trúc của axit Humic có thể
biểu diễn ở một số dạng như sau: [2], [6], [23]





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
20






KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
21
O
O
O
H
H
HO
HO
HO
H
H
H
H
H
OH
H
COOH
H

OH
H
H
H
H
COOH
H
COOH
H
H
COOH
OH
3
C
HO







Hình 1.1. Sơ đồ một số đơn vị cấu trúc của axit humic
Theo Szalay, axit humic phát sinh trong chất gỗ của thực vật và đạt khung
thơm, sau đó polyme hóa và ngưng tụ vào một phân tử rất lớn trong thời gian hóa
mùn. Do đó chúng có khả năng bền vững lớn. Khung này không bị các vi khuẩn phá
vỡ - ít nhất là trong môi trường hoàn toàn không yếm khí như nước. Một số nhóm
phân cực đơn giản được gắn với khung đó, trong số này có nhóm axit hydroxyl và
cacboxyl. Nhóm cacboxyl phân ly ở pH = 3 – 5. Độ pH này thường có trong đầm
than bùn. Axit humic tự nhiên trong đó thường có sự hấp thụ các cation kim loại

nặng [23].
Theo nghiên cứu của nhiều nhà khoa học khác, trong phân tử của nhiều axit
humic chứa một số nhóm định chức của cacboxyl, hidroxyl. Tuy nhiên về số lượng
của hai nhóm định chức này trong phân tử axit humic thì đến nay các ý kiến không
thống nhất với nhau. Chẳng hạn đối với axit humic có trọng lượng phân tử là 1200
thì W. Fuch cho rằng có 4 nhóm cacboxyl. Nói chung những tài liệu thu được về
vấn đề này bằng phương pháp khác nhau và đối với những dung dịch khác nhau của
axit humic là không đồng nhất. Theo những nghiên cứu của Alêcsanđrôpva cho
thấy: số lượng nhóm cacboxyl và phenol hyđroxyl trong phân tử axit humic không
cố định mà phụ thuộc vào thời kỳ mùn hoá, điều kiện của quá trình mùn hoá, thành
phần của chất hữu cơ ban đầu [2].
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
22
1.1.5.2. Khả năng hấp phụ của axit humic trong than bùn.
Với đặc điểm chứa nhiều nhóm chức có khả năng phản ứng cao, axit humic
có khả năng hấp phụ - trao đổi với cation kim loại. Những tính chất trao đổi cation
của axit humic có thể so sánh với nhựa trao đổi ion nhân tạo dạng cacboxyl hóa đa
thơm. Những thí nghiệm chứng minh đã thực hiện về sự trao đổi cation của những
cột độn than bùn điều chế giàu axit humic. Những nghiên cứu về sự rửa giải với
nhiều loại phóng xạ của nhiều cation khác nhau chứng minh bản chất rất tương tự
đó của sự trao đổi cation nhân tạo.
Phần lớn các sản phẩm phân rã hạt nhân đều bị axit humic hấp phụ. Điều này
đã làm cho axit humic trở thành vật chất rất đáng được chú ý trong những vấn đề
còn bỏ ngỏ – cùng với sự phát triển của công nghiệp năng lượng nguyên tử, những
nghiên cứu của chúng ta về vấn đề này là rất lạc quan, mặc dù công việc này chưa
được ứng dụng trong phạm vi rộng rãi [23].
Gần đây, hàng loạt các công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ - trao đổi
cation của axit humic, cho thấy chúng có thể ứng dụng để tách sau đó sử dụng lại

các kim loại nặng, hiếm từ dung dịch nước thải, hay từ dung dịch loãng. Nhằm mục
đích làm sạch nước thải, bảo vệ môi trường hay mục đích làm giàu các kim loại từ
dung dịch có nồng độ thấp… [1], [22]
1.2. HẤP PHỤ ION KIM LOẠI TRONG DUNG DỊCH VÀ CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƢỞNG
1.2.1. Cơ chế hấp phụ
- Hấp phụ trong môi trường nước là quá trình hấp phụ hỗn hợp tức là trong hệ
chứa nhiều chất bị hấp phụ, hay ngay cả khi trong môi trường đó chỉ chứa duy nhất
một chất tan, do sự có mặt của nước. Khi đó, xảy ra ít nhất ba cặp tương tác là chất
hấp phụ - chất bị hấp phụ, chất hấp phụ - dung môi nước, chất bị hấp phụ - dung
môi nước. Có thể coi đây là một sự cạnh tranh tương tác của lực các phân tử, lực
nào tương tác mạnh hơn sẽ đóng vai trò quyết định. Nước là chất phân cực mạnh.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
23
Nếu chất hấp phụ và chất bị hấp phụ không phân cực thì hệ có lực tương tác cao do
chúng trái dấu nên đẩy nhau và lượng chất bị hấp phụ ít nên bị chèn ép.
- Hấp phụ trong môi trường nước tuân theo cơ chế hấp phụ cạnh tranh và chọn
lọc: cặp chất hấp phụ - bị hấp phụ có tương tác lớn, độ bền cao (năng lượng thấp)
chiếm ưu thế về thành phần so với cặp có tương tác yếu. Do ưu thế về số lượng, khi
vừa tiếp xúc với chất hấp phụ, các phân tử nước lập tức chiếm chỗ hầu như toàn bộ
diện tích bề mặt chất rắn, các chất bị hấp phụ chỉ có thể tìm được chỗ cho nó, khi
tương tác giữa nó với chất hấp phụ đủ mạnh để đẩy các phân tử nước ra khỏi vị trí
mà nó cần.
- Trong trường hợp tổng quát quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
+ Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt chất hấp phụ (khuếch
tán ngoài).
+ Thực hiện quá trình hấp phụ.
+ Di chuyển chất tan bên trong hay hấp phụ.

Quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh, giai đoạn quyết định tốc độ quá trình có
thể là khuếch tán ngoài hoặc khuếch tán trong. Trong vùng khuếch tán ngoài tốc độ
hấp phụ phụ thuộc vào vận tốc dòng chất lỏng. Trong khi vùng khuyếch tán trong,
cường độ chuyển khối phụ thuộc vào loại, kích thước mao quản của chất hấp phụ,
hình dạng và kích thước hạt của phân tử chất bị hấp phụ, kích thước phân tử của
chất bị hấp phụ, hệ số dẫn khối…[3]
1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ
1.2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong quá trình hấp phụ, năng lượng tự do bề mặt hệ giảm, nghĩa là ∆G < 0.
Đồng thời độ hỗn độn của hệ giảm (do các tiểu phân của chất bị hấp phụ lên trên bề
mặt chất hấp phụ được sắp xếp một cách có trật tự), nghĩa là ∆S < 0. Từ đó suy ra:
∆G = ∆H – T.∆S < 0, do đó ∆H < 0.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
24
Vậy quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt. Điều này phù hợp với thực
nghiệm: hấp phụ vật lý hay hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt.
Vì sự hấp phụ tỏa nhiệt nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lượng chất
hấp phụ phải giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy vậy, ở vùng nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa
học thường diễn ra chậm, và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ có thể tăng theo.
Tốc độ quá trình hấp phụ của các chất khác nhau trên những chất hấp phụ khác
nhau thay đổi trong khoảng khá rộng. Sự hấp phụ khí và hơi có thể xảy ra với tốc độ
nhanh có thể đo được.
Thông thường, đối với cùng một vật chất nhưng ở khoảng nhiệt độ khác nhau
có thể quan sát được cả hai kiểu hấp phụ: ở những nhiệt độ thấp quan sát thấy sự
hấp phụ vật lý, ở nhiệt độ cao quan sát sự hấp phụ hóa học. Cả hai quá trình này
thường được gắn với một quá trình trung gian, nét đặc trưng của vùng trung gian là
lượng chất bị hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng.
1.2.2.2. Ảnh hưởng của tính tương đồng

Những chất có bản chất giống nhau tương tác mạnh hơn so với tương tác giữa
các chất có bản chất khác nhau. Các chất có tính phân cực cao tương tác với nhau
tốt hơn so với tương tác giữa các chất phân cực và các chất không phân cực. Các
chất cùng không phân cực tương tác mạnh hơn so với các cặp chất khác. Tương tác
giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ có tính cộng hợp, tức là lực tương tác chung
bằng tổng các lực thành phần. Hệ hấp phụ ở trong nước bị chi phối bởi tính ưa nước
và kị nước, là hệ quả của tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nước.
1.2.2.3. Ảnh hưởng của pH
Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pH của môi trường. Sự thay
đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị hấp phụ, các
nhóm chức bề mặt, thế oxi hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó (đặc biệt đối với
hợp chất có độ phân cực cao, các chất có tính lưỡng tính, chất có tính axit yếu, bazơ
yếu).
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

SVTH: LÊ THỊ THÙY LINH
25
Đối với chất hấp phụ rắn: hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa
các nguyên tử trên bề mặt chất rắn với các chất tan, trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực
định hướng và lực tán xạ. Trong trường hợp lực tương tác đủ mạnh có thể gây ra
liên kết hóa học hoặc tạo phức trao đổi ion. Lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất
bị hấp phụ càng mạnh thì khả năng hấp phụ càng lớn, khả năng giữ các chất bị hấp
phụ trên bề mặt vật rắn càng cao.
1.2.2.4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất rắn
Diện tích bề mặt chất rắn đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hấp phụ
của một hệ: diện tích càng lớn, khả năng hấp phụ càng cao. Diện tích bề mặt của
một chất rắn được định nghĩa là tổng toàn bộ diện tích của chất rắn đó trên một đơn
vị khối lượng chất hấp phụ (m
2
/g). Đối với các chất rắn có nguồn gốc khác nhau thì

diện tích bề mặt đó là khác nhau. Ví dụ: chất rắn trong môi trường tự nhiên (đất
sét, ) có diện tích riêng thay đổi với trạng thái hóa lý của môi trường nước. Chất
hấp phụ công nghiệp (chủ yếu là than hoạt tính) có thể có bề mặt riêng rất lớn
khoảng 600-1200 m
2
/g, các chất hấp phụ khác như hydroxyt kim loại tạo ra trong
quá trình đông tụ - kết bông phát triển thành một diện tích rất lớn mà có sự phụ
thuộc chặt chẽ vào độ pH.
* Ảnh hưởng của bản chất của mối liên kết chất bị hấp phụ - chất hấp phụ,
nghĩa là từ năng lượng tự do tương tác giữa vị trí hấp phụ và phần phân tử tiếp xúc
với bề mặt. Thời gian tiếp xúc giữa chất rắn và chất hòa tan. Khi cân bằng có sự
trao đổi dộng lực giữa các phân tử của pha hấp phụ và các phân tử ở lại trong dung
dịch.
Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ
trong điều kiện động.
- Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự chuyển động tương đối của phân
tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với
nhau. Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trộn trong một