Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước từ bùn đỏ

Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
LỜI MỞ ĐẦU
Nguồn nước sạch không bị ô nhiễm là điều mong mỏi của toàn thể
nhân loại trên thế giới. Hiện nay, hơn một tỷ người trên thế giới thường
xuyên thiếu nguồn nước sạch để sử dụng. Việt Nam cũng là một quốc gia
đang đối đầu với tình trạng khan hiếm nguồn nước sạch dùng cho mục đích
sinh hoạt và sản xuất. Nhất là tại các khu vực ngoại thành hay nông thôn, nơi
mà nguồn nước cấp còn chưa đầy đủ và chưa đảm bảo các yêu cầu về chất
lượng nguồn nước cấp cho sinh hoạt.
Dư lượng kim loại nặng trong nước với một lượng lớn vượt quá tiêu
chuẩn cho phép sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ con người. Nhiễm
độc Cadimi gây ung thư, bệnh phổi và xương; Kẽm gây tác động đến hệ tiêu
hoá, Niken gây bệnh về da. Dư lượng kim loại nặng Kẽm, Cadimi, Niken
thường được tìm thấy nhiều nhất trong nước thải của ngành sản xuất xi mạ,
nước thải này được đổ ra sông gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn
nước mặt và nước ngầm.
Chính vì vậy vấn đề xử lý dư lượng kim loại nặng trong nước là một
nhu cầu cấp thiết hiện nay. Trong thời gian qua, đã có nhiều nghiên cứu được
thực hiện nhằm mục đích loại bỏ dư lượng kim loại nặng trong nguồn nước.
Trong các phương pháp được nghiên cứu thì phương pháp dùng vật liệu để
hấp phụ dư lượng kim loại trong nước cho thấy có nhiều ưu điểm.
Hướng nghiên cứu: Điều chế và khảo sát khả năng hấp phụ dư lượng
kim loại nặng Kẽm, Cadimi, Niken trong nước của vật liệu hấp phụ có nguồn
gốc từ bùn đỏ nhà máy hoá chất Tân Bình tại phòng thí nghiệm.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 1
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 2
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1.1.Lý do chọn đề tài
Bùn đỏ là chất thải của công nghiệp sản suất nhôm oxit từ quặng
bauxit, có thành phần là các oxit sắt, oxit nhôm, oxit silic, oxit titan,…Do độ
kiềm quá cao nên bùn đỏ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng
tại các bãi thải và lây lan sang các vùng lân cận.
Hiện nay tại nhà máy Hóa chất Tân Bình Thành phố Hồ Chí Minh
hằng năm thải ra hàng trăm ngàn tấn bùn thải. Để giải quyết vấn đề bùn thải
có rất nhiều hướng nghiên cứu như sản xuất vật liệu xây dựng, thu hồi các
khoáng có giá trị, …
Tận dụng nguồn oxit còn lại trong bùn đỏ, chúng tôi đưa ra hướng
nghiên cứu là chế tạo zeolit và vật liệu hấp phụ các kim loại nặng với hy
vọng là tạo ra các sản phẩm có hiệu quả cao, giá thành hạ góp phần thúc đẩy
sự phát triển kinh tế của đất nước.
1.1.2.Mục đích đề tài
 Nghiên cứu chế tạo zeolit.
 Chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng.
 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trong phòng thí nghiệm.
 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trên mẫu nước thải xi mạ.
1.1.3.Tính khả thi của đề tài
Việc sản xuất zeolite và vật liệu hấp phụ kim loại nặng từ nguồn bùn
đỏ là một hướng đi khả thi bởi lẽ :
 Tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải trong nước.
 Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do bùn đỏ gây ra.
 Quy trình đơn giản, dễ thực hiện, chi phí sử dụng năng lượng thấp.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 3
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
1.1.4.Đối tượng nghiên cứu
Bã thải nhà máy hoá chất Tân Bình.
1.1.5.Nơi thực hiện
Đề tài được thực hiện trong thời gian 3 tháng, từ tháng 9 năm 2006 đến

tháng 12 năm 2006 tại Phòng Xúc tác và Công nghệ Môi trường thuộc Viện
Khoa học Vật liệu ứng dụng.
1.2. NHÀ MÁY HOÁ CHẤT TÂN BÌNH [7][11][12]
1.2.1 Giới thiệu chung [7]
Nhà máy hoá chất Tân Bình là một trong sáu thành viên của công ty
Hoá chất cơ bản Miền Nam, thuộc tổng công ty hoá chất Việt Nam. Công Ty
Hoá Chất Cơ Bản Miền Nam là doanh nghiệp nhà nước được thành lập từ
năm 1976 chuyên sản xuất các sản phẩm hoá chất vô cơ cơ bản. Nhà máy
hoá chất Tân Bình ban đầu là cơ sở sản xuất hoá chất do tư nhân Đài Loan
xây dựng năm 1969 với sản phẩm chính là axit sulfuric và phèn đơn. Đến
năm 1973, nhà máy sản xuất thêm hydroxit nhôm Đấn năm 1976, nhà máy
được tiếp quản và thuộc Công Ty Hoá Chất Cơ Bản Miền Nam. Từ 1995
công ty thuộc Tổng công ty hoá chất Việt Nam.
Nhà máy sản xuất các sản phẩm gồm:
 Axit Sulfuric (H
2
SO
4
) : 40.000 tấn/năm
 Hydroxit nhôm (Al(OH)
3
: 30.000 tấn/năm
 Phèn đơn Sulfat nhôm : 10.000 tấn/năm
 Phèn kép gồm phèn amoni & kalisulfat của nhôm Sulfat:1tấn/ca
 Các sản phẩm phụ: Na
2
SO
3
.5H
2

0 Natrithiosulfat, Natrisulfit
Na
2
SO
3
.7H
2
O, natripyrosulfit Na
2
S
2
O
5
.
Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu là thị trường trong nước, đặc biệt là
các nhà máy cấp nước ở thành phố Hồ Chí Minh và ở phía nam. Nhà máy
còn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy và công ty trong khu công nghiệp
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 4
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
và khu chế xuất ở các tỉnh phía nam. Năm 2001 nhà máy cũng đã thăm dò thị
trường nước ngoài và đã xuất khẩu 1.500 tấn nhôm hydroxit sang Nhật Bản.
1.2.2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất [11]
Bauxit là một trong những quặng có chứa hàm lượng nhôm cao, các
khoáng vật của nhôm có trong quặng là gibbsit, diaspor, boehmit, ngoài ra
bauxit còn có các khoáng vật của sắt như hemetite, geothite đôi khi có cả
pirit, opal, của silic như thạch anh, của titan như anatase, rutin, có hàm
lượng đáng kể, cùng một số các nguyên tố Ca, Mg, V, Co, Ni, Pb với hàm
lượng rất nhỏ. Tuỳ theo hàm lượng oxit sắt mà quặng bauxite có nhiều màu
sắc khác nhau. Thành phần hoá học chính của quặng bauxite dao động trong
khoảng rộng sau:

Bảng 1 : Thành phần hoá học của quặng Bauxit
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
TiO
2
H
2
O
30% - 75% 2% - 37% 1% - 27% 0% - 11% 8% - 25%
Người ta đánh giá quặng bauxit thông qua modul silic: tỷ số giữa hàm
lượng Al
2
O
3
và SiO
2
, quặng bauxit nào có hàm lượng Al
2
O
3
>= 50% và
modul silic >= 10 thì chất lượng quặng thuộc loại tốt.

Ở Việt Nam, quặng bauxit đã được phát hiện ở Hà Tuyên, Cao Bằng,
Lạng Sơn, Đắc Lắc, Lâm Đồng, Gia Lai - Kom Tum, Sông Bé, Phú Khánh
Đặc biệt các mỏ bauxit laterit ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ có trữ lượng
hàng tỷ tấn. Nhìn chung quặng bauxit ở Việt Nam có hàm lượng nhôm oxit
khá cao ~ 50% và có modul silic > 10 có nhiều nơi đạt đến 20 - 26.
Nhà máy hoá chất Tân Bình sử dụng quặng bauxit Lâm Đồng có thành
phần hoá học chủ yếu như sau:
Bảng 2 : Thành phần hoá học của quặng Bauxit Lâm Đồng
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
TiO
2
CaO MgO Na
2
O K
2
O CO
2
49,45 17,58 2,08 2,99 0,26 0,05 0,05 0,32
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 5
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Quặng Bauxite laterit Lâm Đồng nói riêng và của Miền Nam Việt Nam

thích hợp với phương pháp Bayer.
1.2.3 Giới thiệu quy trình Bayer [12]
Hình 1 : Sơ đồ quy trình Bayer
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 6
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
1.2.4 Thuyết minh quy trình công nghệ Bayer [12]
Quặng Bauxit từ bãi chứa được chuyển vào phễu định lượng, sau khi
quặng ra khỏi phễu (được hoà trộn với một lượng vôi thích hợp) sẽ được hệ
thống vít tải xoán đưa vào máy nghiền bi để thực hiện quá trình nghiền ướt.
Tại máy nghiền, quặng được nghiền đến kích thước khoảng 60 - 70 µm
với dung dịch xút, sau khi cô đặc, được lấy từ bồn chứa xút.
Quặng sau khi nghiền có dạng huyền phù, phần quặng có kích thước
đạt yêu cầu sẽ chảy vào bồn trung gian được khuấy liên tục với tốc độ cánh
khuấy 15 vòng/phút để tránh lắng đọng. Phần không đạt yêu cầu sẽ theo hệ
thống vít tải xoán trở lại máy nghiền.
Từ bồn trung gian, huyền phù được bơm lên bồn pha liệu để ủ và khử
silíc.
Sau khi pha liệu xong, huyền phù được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt
để gia nhiệt lên khoảng 130 - 140
0
C, rồi được bơm vào thiết bị phản ứng. Ở
nhiệt độ này, Al
2
O
3
tách ra khỏi quặng bauxite tạo thành dung dịch
Aluminate theo phản ứng:
40
2 2 3
2 ( )

T h
NaAlO H O Al OH NaOH
=
+ = +
Trong thiết bị phản ứng hệ thống cánh khuấy sẽ khuấy trộn liên tục với
tốc độ khuấy khoảng 25 vòng/phút nhằm đảo trộn đồng đều nguyên liệu và
xút tránh tình trạng phản ứng xảy ra cục bộ và đóng cặn dưới đáy thiết bị.
Sau quá trình phản ứng, huyền phù được ép sang bồn pha loãng, ở đây
nó được pha loãng với nước từ quá trình rửa bã và kết hợp với việc khuấy
trộn ở tốc độ khoảng 25 vòng/phút để đảm bảo sự đồng nhất của dung dịch.
Dung dịch này được bơm vào bồn trung gian, tại đây chất trơ lắng (bột
mì và các chất phụ gia) được cho vào để phối trộn đều với dung dịch vừa pha
loãng để tăng cường sự lắng trong suốt quá trình lắng. Sau đó hỗn hợp này
được bơm qua thiết bị lắng để thực hiện quá trình tách cặn (bùn đỏ).
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 7
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Sau quá trình lắng, nước trong bên trên sẽ được đưa qua thiết bị lọc kết
hợp nước vôi để tăng cường hiệu quả lọc. Còn phần cặn lắng (bùn đỏ) được
đưa qua hệ thống rửa bã dùng nước nóng được bơm từ bồn chứa nước ngưng
sau quá trình cô đặc xút.
Dung dịch sau khi lọc xong sẽ đưa vào bồn chứa trung gian có dàn thu
hồi nhiệt để hạ nhiệt độ của dung dịch xuống trước khi đưa đi kết tủa.
Tại bồn kết tinh, dung dịch sẽ được bổ sung mầm kết tinh Al(OH)
3
từ
bồn phân ly để tăng hiệu quả kết tinh.
40
2 2 3
2 ( )
T h

NaAlO H O Al OH NaOH
=
+ = +
Sau khi kết tinh hỗn hợp này được đưa qua hệ thống phân ly bằng
cyclon sẽ chia hỗn hợp thành hai phần: phần nước phía trên được tuần hoàn
về bồn chứa xút để cô đặc, phần phía dưới đem đi lọc thành phẩm.
1.2.5 Cách xử lý bã thải của nhà máy hoá chất Tân Bình [11][12]
Thành phần bao gồm:
+ Phần dung dịch có 1 - 3g/l Na
2
O; 1 - 3g/l Al
2
O
3
.
+ Phần rắn có 18 - 22% Al
2
O
3
; 40 - 50% Fe
2
O
3
; 3% SiO
2

Bã thải rắn có màu đỏ do trong đó còn chứa 1 lượng sắt khá lớn, có
tính kiềm do lượng kiềm trong khi xử lý còn dư được rửa bằng nước thải từ
phân xưởng axít (được rửa nhiều lần). Bã đã xử lý đổ xuống mương chứa rồi
theo đường mương này đến sân phơi.

1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÙN ĐỎ VÀ ZEOLIT [1]
[2][4][5][6][12][14][15][16][17][18]
1.3.1.Giới thiệu bùn đỏ[12]
Bùn đỏ là bã thải thu được sau quy trình sản xuất nhôm hydroxit.
Nhôm là một kim loại đang được sử dụng rộng rãi, nó được sản xuất
bằng cách điện phân Al
2
O
3
. Ước tính cứ khoảng 1 tấn nhôm được sản xuất ra
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 8
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
thì có khoảng 0,3 - 2,5 tấn bùn đỏ (lượng bùn đỏ thải ra tuỳ thuộc vào chất
lượng của quặng Bauxit và một phần vào quy trình sản xuất).
Trên thế giới có đến 90% nhôm oxit được sản xuất từ quặng Bauxit và
dựa vào quy trình Bayer. Chất thải rắn không tan trong dung dịch hoàn lưu
gọi là bùn thải. Bùn thải từ quy trình Bayer có màu đỏ của khoáng sắt gọi là
bùn đỏ: là một hỗn hợp rất mịn chứa các khoáng của sắt, nhôm, silic, titan…
Sản lượng nhôm trên thế giới tính đến năm 1983 là 30 triệu tấn/năm
nên lượng bùn đỏ thải ra môi trường là rất lớn. Nhu cầu sử dụng nhôm ngày
càng tăng đồng nghĩa với lượng bùn đỏ thải ra môi trường ngày càng nhiều
hơn. Vì thế việc nghiên cứu tận dụng bùn thải là một vấn đề hết sức cấp bách
và cực kỳ quan trọng.
1.3.2. Thành phần – tính chất của bùn đỏ [12]
Thành phần hoá học của bùn thải thay đổi tuỳ từng loại quặng bauxit và
tuỳ vào phương pháp thu hồi nhôm oxit có trong quặng. Bùn thải là một hỗn
hợp các oxit của nhôm, sắt, silic, titan, kiềm và một số nguyên tố khác:
gali, vanadi, niken, magiê, crôm với hàm lượng vết.
Bùn đỏ của nhà máy hoá chất Tân Bình được thải ra mương dưới dạng
vữa loãng; tỉ lệ phần trăm pha rắn khoảng 20%, cấp hạt của bùn đỏ rất mịn,

khi phơi khô bùn có độ ẩm 4,17%, tỉ trọng 3,37g/cm
3
, diện tích bề mặt
28.36g/cm
2
. Thành phần khoáng vật chính của bùn đỏ là gibbsit, goethit,
hematit và một phần nhỏ ilmenit. Hàm lượng oxit nhôm và sắt còn lại khá
cao Al
2
O
3tb
~ 21,285% và Fe
2
O
3tb
~ 47,4717%
Thành phần hoá học và thành phần khoáng một số mẫu bùn đỏ của nhà
máy hoá chất Tân Bình.
Bảng 3 : Thành phần hoá học một số mẫu bùn đỏ của nhà máy
HCTB :
Mẫu Thành phần %
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO

2
TiO
2
CaO Na
2
O K
2
O
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 9
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
BĐ1 19,37 47,76 4,3 7,25 0,79 2,38 0,15
BĐ2 16,77 52,8 5,2 6,63 0,86 1,77 0,15
BĐ3 23,59 46,43 4,76 6,06 0,46 1.52 0,1
BĐ4 21,39 48,29 4,66 6,08 0,24 1,87 0,97
BĐ5 23,39 45,73 - - - - -
BĐ6 23,8 43,82 4,16 5,99 0,46 1,79 0,13
Bảng 4 : Thành phần khoáng vật của một số mẫu bùn đỏ
Mẫu bùn
Thành phần %
Gibbsit Goethit Hematit Ilmenit
BĐ1 10,18 57,15 18,47 9,28
BĐ2 4,41 57,16 29,04 6,70
BĐ3 13,34 49,56 23,08 9,02
BĐ4 24,9 46,34 20,53 3,27
Bảng 5: Tỷ lệ cấp hạt của bùn đỏ
% cấp hạt µm
>80 50 – 80 20 - 50 2 - 20 <2
6,51 - 14,2 2,82 - 6,46 12,33 - 15,17 27,33 - 39,09 37,12 - 42,09
Bảng 6: Tính chất vật lý của bùn đỏ
Màu sắc Đỏ cam, đỏ, đỏ nâu, nâu

Độ pH 11,7 - 12,5
Kích thước hạt
70% hạt <100µm và 30% hạt >= 100µm
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 10
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Diện tích bề mặt riêng 7,3 - 36,4 m
2
/g
Tỷ trọng 1,08 - 1,33
Nếu bùn thải có diện tích bề mặt riêng (độ xốp) lớn và kích thước hạt
nhỏ sẽ gây khó khăn trong quá trình lắng.
1.3.3. Vấn đề sử dụng bùn đỏ hiện nay [6][16][17]
1.3.3.1. Sử dụng trong lĩnh vực luyện kim
Việc sử dụng bùn đỏ để thu hồi các kim loại rõ nét nhất là việc tách
sắt, thu hồi Ti và Al. Ngoài ra cũng tách được các kim loại quý khác như: V,
Ga, Sc… (tính kinh tế không cao vì hàm lượng các nguyên tố này rất thấp).
a. Thu hồi khoáng sắt
Có một số quy trình đã triển khai để thu hồi khoáng sắt từ bùn đỏ như
sau:
 Phương pháp xỉ cacbon: trộn bùn với sôđa và đá vôi đem nung
chảy, sắt bị khử về dạng có từ tính và thu hồi bằng phương pháp
tuyển từ.
 Nung chảy trong lò điện: trong quá trình này có 98% sắt chứa trong
Bauxit được thu hồi.
 Nung chảy trong lò cao: trộn bùn với than đá trong lò cao để khử
sắt rồi sau đó thêm vôi vào khử hoàn toàn.
b. Thu hồi nhôm
Khi nung chảy bùn đỏ để thu hồi sắt phần xỉ từ quá trình nung chảy đó
được rửa bằng dung dịch Na
2

CO
3
để thu hồi nhôm.
c. Thu hồi Titan
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 11
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Titan được thu hồi từ phần bã còn lại sau khi rửa tách nhôm. Việc tách
Titan từ bùn đỏ là một quy trình không khả thi về tính kinh tế (chi phí cao
gấp 2 lần so với việc thu hồi Titan từ các khoáng trong tự nhiên).
d. Thu hồi các kim loại khác
Các kim loại quý hiếm như V, Ga, Sc… cũng có thể được thu hồi từ
bùn đỏ hoặc các giai đoạn khác nhau của quá trình Bayer.
 Galium thu hồi từ dung dịch Caustic Aluminat là kinh tế nhất.
 Vanadium được tách ra từ khoáng sắt hoặc các phương pháp chiết
bằng Amine.
1.3.3.2. Dùng làm nguyên vật liệu
a. Dùng để sản xuất xi măng Portland
Xi măng Portland chứa thành phần chủ yếu là các Silicat và các
Aluminat của Canxi và Nhôm và Silic. Oxit của các kim loại này có trong
bùn vì thế nó cũng được xem như là một nguyên liệu để sản xuất xi măng.
Tuy nhiên lượng bùn đỏ sử dụng cũng có giới hạn do hàm lượng oxít sắt
chứa trong đó khá cao. Thêm vào khoảng 5-8% bùn đỏ đã được xử lý trước
sẽ làm tăng cường lực và giảm thời gian đóng rắn của xi măng (nếu thêm vào
lương lớn hơn sẽ có tác dụng ngược lại).
b. Dùng làm gạch
Trộn bùn với đất sét với tỷ lệ thích hợp (25 - 50%) để sản xuất gạch
xây dựng sẽ cải thiện một số tính chất so với gạch sản xuất từ đất sét như:
 Tăng cường lực cho việc gia công trước khi nung.
 Hạ nhiệt độ nung vì vậy sẽ tiết kiệm được năng lượng.
 Điều chỉnh màu sắc thích hợp bằng cách thay đổi lượng bùn đỏ

trong khoảng giới hạn (25 - 50%).
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 12
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Đây là một hướng quan trong trong xử lý bùn đỏ. Ở Mỹ vào năm 1973
có 350 nhà máy sản xuất ra 18 triệu tấn gạch mỗi năm, ước tính lượng bùn đỏ
sử dụng cho mục đích này khoảng 4,5 - 9 triệu tấn/năm.
c. Sản xuất chất độn nhẹ
Một số khoáng sét hay phiến nham khi gia nhiệt bị phồng lên tạo thành
chất độn nhẹ. Bùn đỏ cũng có tính chất trương nở này nên người ta tiến hành
nghiên cứu và đã thu được kết quả: khi trộn bùn đỏ với sét theo tỷ lệ Bùn:Sét
= 50:50 - 90:10 tốt nhất là 75:25 rồi sau đó nung lên tạo thành chất độn nhẹ.
Đây cũng là một hướng giải quyết được một lượng lớn bùn đỏ. Vì chỉ
tính riêng ở Mỹ (1973) sản lượng chất độn nhẹ sản xuất ra hàng năm khoảng
2,5 triệu tấn, vậy lượng bùn sử dụng tương đương 1,3-2 triệu tấn/năm.
d. Sản xuất tấm lợp cách âm
Trộn bùn đỏ với thuỷ tinh và một số loại chất thải rắn khác để sản xuất
tấm lợp chống cháy, cách âm và chịu sự thay đổi của điều kiện khí hậu môi
trường tốt hơn tấm lợp bằng nhựa hay xenlulo.
e. Sản xuất chất keo tụ
Ở nước Anh trước chiến tranh thế giới lần thứ 2 người ta đã xử lý bùn
đỏ với acid HCl hoặc H
2
SO
4
đậm đậc để chiết sắt và nhôm oxit thành các
sunfat hoặc các clorua có tác dụng keo tụ. Sau đó phơi khô và nghiền mịn để
xử lý nước thải.
f. Xử lý khí thải
Bùn đỏ hấp thụ được 90% khí thải H
2

S và SO
2
trong công nghiệp. Nếu
trộn bùn với than chì thì hỗn hợp này có thể hấp thụ được các khí SO
2
trong
lò hơi công nghiệp.
g. Dùng làm chất tạo màu
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 13
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Bùn đỏ được ứng dụng để làm chất tạo màu cho bê tông, thuỷ tinh và
sơn. Độ đậm của màu sắc phụ thuộc vào hàm lượng oxit sắt có trong bùn và
lượng bùn được đưa vào.
1.3.4. Zeolit [1][2][4][5][18]
1.3.4.1. Khái niệm, phân loại và cấu trúc
Zeolit là các aluminosilicat có cấu trúc tinh thể với hệ thống mao quản
rất đồng đều.
Thành phần của zeolit có thể được biểu diễn bằng công thức tổng quát:
M
2/n
O.Al
2
O
3
.xSiO
2
.yH
2
O
Trong đó : x: tỷ số SiO

2
/Al
2
O
3
(x >= 2)
y: số phân tử nước.
n : hoá trị của cation M
n+
Công thức hoá học của zeolit được biểu diễn dưới dạng:
M
x/n
.[(AlO
2
)
x
.(SiO
2
)
y
].zH
2
O
Trong đó : M: kim loại hoá trị n.
y/x: tỷ số nguyên tử Si/Al; tỷ số này thay đổi tuỳ theo
từng loại zeolit.
z: số phân tử H
2
O kết tinh trong zeolit.
Ký hiệu trong móc vuông là thành phần của một ô mạng cơ sở tinh thể.

Cấu trúc không gian ba chiều của zeolit được hình thành từ các đơn vị
sơ cấp là các tứ diện TO
4
(T = Al hoặc Si). Khác với tứ diện SiO
4
trung hoà
điện, mỗi một nguyên tử Al phối trí tứ diện trong AlO
4
, còn thừa một điện
tích âm. Vì thế, khung mạng zeolit tạo ra mang điện tích âm và được bù trừ
bởi các cation M
n+
nằm ngoài mạng. Các tứ diện TO
4
kết hợp với nhau tạo ra
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 14
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU, Secondary Builiding Unit). Hình 2 trình bày
một số SBU thường gặp trong các cấu trúc zeolit. Mỗi cạnh trong SBU biểu
thị một liên kết cầu T-O-T.
Hình 2 : Một số đơn vị cấu trúc thứ cấp của zeolit
Các SBU lại kết hợp với nhau tạo nên các họ zeolit có cấu trúc tinh thể
và hệ thống mao quản khác nhau. Sự kết hợp giữa các tứ diện TO
4
hoặc các
SBU phải tuân theo quy tắc Lowenstein, sao cho trong cấu trúc của zeolit
không có chứa liên kết cầu Al-O-Al.
Người ta phân loại zeolit dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau:
- Theo nguồn gốc: gồm zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp.
- Theo chiều hướng không gian của các kênh hình thành cấu trúc

mao quản: gồm nhiều zeolit có hệ thống mao quản một chiều, hai chiều và ba
chiều.
- Theo đường kính mao quản (thường được xác định từ vòng cửa
sổ mao quản tạo nên bởi các nguyên tử oxy): gồm zeolit mao quản nhỏ (vòng
6÷8 oxy, đường kính mao quản Φ= 3÷4A
0
, ví dụ: ZSM-5, ZSM-11, ZSM-
22); zeolit mao quản rộng (vòng 12÷20 oxy, Φ= 7÷ trên 15A
0
, ví dụ: faujasit,
mordenit, VPI-5, offretit).
- Theo tỷ số Si/Al: gồm Zeolit có hàm lượng silic thấp (Si/Al=
1÷1.5,ví dụ: A,X); hàm lượng silic trung bình (Si/Al= 2÷5, ví dụ: mordenit,
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 15
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
chabazit, erionit, Y); hàm lượng silic cao (Si/Al > 10, ví dụ: ZSM-5,
silicalit).
Tuy có rất nhiều zeolit đã được biết, bao gồm các zeolit tự nhiên và
hơn 150 cấu trúc zeolit tổng hợp, nhưng chỉ có số ít trong chúng là có ứng
dụng thương mại. Đó là một vài zeolit tự nhiên (mordenit, chabarit, erinoit,
clinoptiolit) và một số lượng lớn các zeolit tổng hợp (A,X,Y,L, omega,
mordenit tổng hợp, ZSM-5).
1.3.4.2. Tính chất hấp phụ của Zeolit [4][5]
Zeolit có khả năng hấp phụ rất cao nhờ cấu trúc tinh thể rỗng, các
khoang trống chiếm khoảng 50% thể tích và diện tích bề mặt bên trong các
khoang có thể đến 1000 m
2
/g.
Zeolit có khả năng hấp phụ lớn ngay cả ở nhiệt độ cao, do nhiệt độ cao
cơ cấu tinh thể vẫn bền. Nhờ vậy, có thể dùng làm chất xúc tác cho những

phản ứng ở nhiệt độ cao.
Zeolit chỉ hấp phụ những chất mà kích thước phân tử của chúng nhỏ
hơn kích thước cửa sổ đi vào tinh thể zeolit. Đây là tính hấp phụ chọn lọc của
zeolit, còn được gọi là rây phân tử, do các cửa sổ đi vào tinh thể có kích
thước rất đồng đều. Áp dụng tính chất này, sự trao đổi cation được thực hiện
để có được kích thước cửa sổ tinh thể thích hợp cho sự hấp phụ một loại phân
tử mong muốn, được sử dụng để tách các phân tử có kích thước khác nhau ra
khỏi hỗn hợp của chúng.
Zeolit có khả năng hấp phụ cao ngay cả khi nồng độ chất hấp phụ rất
thấp. Do đó, zeolit hầu như hấp phụ hoàn toàn một tạp chất nào đó trong quá
trình phản ứng. Zeolit có khả năng hấp phụ mạnh các chất phân cực, đặc biệt
là nước và hidrocarbon chưa bão hoà, do độ phân cực ở các thành ngăn của
bộ khung tạo thành một thế hấp phụ tương đối lớn.
Tính hấp phụ và hiệu ứng rây phân tử của zeolit được áp dụng vào
phương pháp phân tích và tinh luyện hỗn hợp khí, loại tạp chất trong nguyên
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 16
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
liệu trước khi đưa vào sản xuất để giảm kích thước và bảo vệ thiết bị cũng
như tránh ngộ độc xúc tác, tăng chất lượng sản phẩm.
1.3.5. Ứng dụng của zeolit [4][5]
Việc tìm ra zeolit và tổng hợp được chúng đã tạo nên bước ngoặc lớn
trong công nghệ hoá học, ứng dụng zeolit không những làm tăng về cả số
lượng, chất lượng của các quá trình mà còn góp phần nâng cao hiệu suất.
1.3.5.1. Trong xử lý môi trường
- Zeolit được dùng làm chất hấp phụ các khí thải trong nhà máy, động cơ.
- Zeolit được dùng làm chất hấp phụ các kim loại nặng, độc tố hữu cơ…
trong nước thải nhà máy, xí nghiệp.
1.3.5.2. Trong nông nghiệp
- Cải tạo đất, chống chua, khô cằn.
- Nâng cao hiệu quả phân bón, thuốc trừ sâu, diệt cỏ tăng năng suất và chất

lượng sản phẩm.
- Bảo quản một số nông sản sau thu hoạch, làm chất vi lượng trong thức ăn
gia súc, tẩy uế chuồng trại trong chăn nuôi.
1.3.5.3. Trong công nghiệp
- Công nghệ thực phẩm: zeolit đã được dùng làm chất lọc, sấy khô bảo
quản thực phẩm.
- Công nghệ hoá dầu: làm chất tách, xúc tác cho các phản ứng trong hóa
dầu.
- Công nghệ hoá chất: sản xuất chất tẩy rửa, xà phòng.
1.3.5.4. Một vài ứng dụng khác
Gần đây, zeolit được ứng dụng làm xúc tác bazơ cho phản ứng điều
chế nhiên liệu diesel sinh học, vật liệu từ tính…
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 17
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
1.4. GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ VÀ
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZEOLIT [1][2][3][4][5][9]
[10][15]
1.4.1. Hấp phụ [2]
Hấp phụ là một hiện tượng hoá lý thường gặp trong tự nhiên, đó là quá
trình đặc trưng xảy ra sự cô đọng các chất hay dung dịch trên bề mặt phân
chia pha. Quá trình hấp phụ chủ yếu xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa chất hấp
phụ và môi trường liên tục chứa chất hấp phụ. Thông thường, chất bị hấp phụ
là các khí hay các dung dịch chất tan; chất hấp phụ thường là các chất có
nhiều lỗ xốp (chất rắn), các chất có độ phân tán cao với bề mặt riêng lớn
(chất lỏng).
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là do lực tương tác giữa chất bị hấp
phụ và chất hấp phụ - lực tương tác giữa các chất gây ra hấp phụ vật lý, trao
đổi ion, lực nội phân tử gây ra hấp phụ hoá học - tạo ra các liên kết hoá học.
1.4.1.1. Hấp phụ vật lý
Lực hấp phụ có bản chất như lực tương tác phân tử (lực cảm ứng, lực

định hướng, lực phân tán,…) hay lực tĩnh điện.
Hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch, là hấp phụ không định vị, các phần
tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển trên bề mặt chất hấp phụ. Quá trình
hấp phụ vật lý tự diễn ra, có thể tạo đơn lớp hoặc đa lớp.
1.4.1.2. Hấp phụ hoá học
Hấp phụ hoá học là quá trình hấp phụ được thực hiện nhờ lực hoá học,
với tương tác xảy ra mạnh hơn nhiều lần so với hấp phụ vật lý. Cấu trúc điện
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 18
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
tử của phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ hoá học có sự biến đổi sâu
sắc và có thể dẫn đến liên kết hoá học.
Sự khác biệt căn bản giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học là ở lực
gây ra liên kết hấp phụ. Trong hấp phụ hoá học chất bị hấp phụ kết hợp với
bề mặt bởi lực gây ra từ sự trao đổi hay chia sẻ electron hoá trị. Lực tạo ra
trong hấp phụ vật lý là đồng nhất với lực vật lý cấu kết đa phân tử, lực Van
Der Waals, xảy ra trong pha rắn, lỏng và hơi. Khác biết tự nhiên của các lực
gây ra hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học tạo nên sự khác biệt của chúng như
sau:
• Nhiệt hấp phụ vật lý khoảng vài kcal/mol, còn đối với hấp phụ hoá
học thì nó cao hơn và rất đáng kể so với năng lương liên kết, có thể
đạt đến 10
4
- 10
5
cal/mol
• Khoảng nhiệt độ xảy ra sự hấp phụ của 2 loại cũng khác nhau, hấp
phụ vật lý không xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của pha
lỏng, hơi trong khi hấp phụ hoá học xảy ra ở mọi nhiệt độ.
• Năng lượng hoạt hoá khác biệt, hấp phụ vật lý không yêu cầu năng
lượng hoạt hoá trong khi hấp phụ hoá học thì ngược lại.

• Tính đặc trưng của quá trình cũng khác biệt, hấp phụ hoá học xảy ra
đặc trưng tuỳ điều kiện còn hấp phụ vật lý thì không.
• Số lớp hấp phụ cũng là đặc điểm khác biệt, hấp phụ hoá học là đơn
lớp còn hấp phụ vật lý là đa lớp.
1.4.2. Động học quá trình hấp phụ [2]
Quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt trong của chất hấp phụ,
vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai đoạn kế tiếp
nhau: khuếch tán của chất bị hấp phụ tới bề mặt ngoài, khuyếch tán bến trong
hạt hấp phụ và giai đoạn hấp phụ thực sự. Trong tất cả các giai đoạn đó, giai
đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ
quá trình động học hấp phụ.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 19
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Các quá trình động học hấp phụ là: quá trình chuyển khối, khuếch tán
phân tử, chuyển khối trong hệ hấp phụ. Quá trình hấp phụ kim loại nặng
bằng các vật liệu hấp phụ nghiên cứu trong luận văn có thể mô tả qua các giai
đoạn sau:
- Đầu tiên các phân tử chất bị hấp phụ (các kim loại nặng) tiến đến bề
mặt của các hạt vật kiệu hấp phụ, đây là giai đoạn khuếch tán trong
dung dịch.
- Sau đó chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của vật liệu
hấp phụ, đây là giai đoạn khuếch tán màng.
- Tiếp đó các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp
phụ, đây là giai đoạn hấp phụ thật sự.
Trong nội dung nghiên cứu, cơ sở để mô tả quá trình động học hấp phụ
dựa trên các giả thuyết sau:
- Quá trình hấp phụ xảy ra dưới điều kiện đẳng nhiệt và là một quá
trình thuận nghịch.
- Cơ chế chuyển khối của chất bị hấp phụ được diễn tả qua quá trình
khuếch tán.

- Dung dịch gần hạt hấp phụ là đồng nhất.
1.4.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [2][4]
Trong một hệ hấp phụ, quá trình hấp phụ xảy ra đến lúc nồng độ của
chất bị hấp phụ trong môi trường xung quanh và trên bề mặt chất hấp phụ
xác lập thành một cân bằng động. Đường đẳng nhiệt hấp phụ diễn biến sự
phụ thuộc lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn vào nồng độ cân bằng
của nó ở môi trường xung quanh tại một nhiệt độ xác định theo quan hệ q =
f
T
(p hoặc C).
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đặc trưng được áp dụng bao quát nhất
của các trạng thái cân bằng của một hệ hấp phụ và những thông tin hữu ích
có thể thu nhận được từ nó trong quá trình hấp phụ, chất bị hấp phụ và chất
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 20
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
hấp phụ. Nó giúp ta xác định diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp và phân bố kích
thước, tầm quan trọng của nhiệt hấp phụ,…
1.4.3.1. Phương trình Freundlich
Phương trình Freundlich biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp phụ vào áp
suất hay nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong một khoảng áp suất hay
nồng độ giới hạn nào đó :
Q

= K
F
.C
e
1/n
LgQ = LgK
F

+ 1/nLgC
e

Với: K
F
: hằng số phụ thuộc nhiệt độ, diện tích bề mặt riêng của chất hấp
phụ và các yếu tố khác.
1/n với n>1 và n: hằng số phụ thuộc nhiệt độ.
Q : độ hấp phụ tại nồng độ cân bằng (mg/g)
C
e
: nồng độ dung dịch ở cân bằng (mg/L)
Từ phương trình trên ta vẽ đồ thị LgQ = f(Ce), thu được hệ số góc 1/n
và tung độ góc lgK
F
; bên cạnh đó xác định thêm sự phù hợp của lý thuyết và
thực nghiệm thông qua hệ số tương quan R
2
của đường thẳng.
1.4.3.2. Phương trình Langmuir
Thuyết hấp phụ đơn phân tử của khí trên chất hấp phụ rắn được
Langmuir đưa ra năm 1915. Trên bề mặt chất hấp phụ có trường lực hoá trị
chưa bão hoà, vì vậy có khả năng hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ ở
những vị trí này (trung tâm hấp phụ). Lực hấp phụ có bán kính tác dụng nhỏ,
là lực có bản chất gần với lực hoá học, nên mỗi trung tâm chỉ giữ được một
phân tử chất bị hấp phụ. Các phân tử chất bị hấp phụ này chỉ tương tác với bề
mặt chất bị hấp phụ và không tương tác hay ảnh hưởng đến các phân tử khác.
Các giả định sau được đưa ra để thiết lập phương trình hấp phụ:
• Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp phân tử.
• Năng lượng hấp phụ các phân tử là đồng nhất (bề mặt đồng nhất).

SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 21
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
• Sự hấp phụ diễn ra thuận nghịch.
• Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau có thể bỏ qua.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir :
1
1
L
L
L
K Ce
Q Qm
K Ce
Ce Ce
hay
Q Qm QmK
= ×
+
= +
Với: K
L
: hằng số Langmuir.
C
e
: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/L)
Q
m
: lượng hấp phụ tối đa để tạo đơn lớp trên bề mặt vật liệu (mg/L)
Dựng đồ thị (C
e

/Q) = f(C
e
) ta sẽ xác định được các giá trị Q
m
và K
L
;
bên cạnh đó có thể xác định thêm sự phù hợp của thực nghiệm so với lý
thuyết thông qua hệ số tương quan R
2
.
1.4.3.3. Hấp phụ trong môi trường nước
Trong môi trường nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và bị hấp phụ
thì rất phức tạp vì trong hệ có ít nhất 3 thành phần gây tương tác: nước - chất
hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra
quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt
chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó.
Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị
hấp phụ trong nước, tính ưa hay kỵ nước của chất hấp phụ, mức độ kỵ nước
của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước.
Nước là một dung môi phân cực, trong trạng thái lỏng các phân tử
không tồn tại ở dạng biệt lập mà chúng tương tác, gắn kết với nhau thông qua
cầu liên kết hydro. Năng lượng liên kết cầu hydro trong nước đá và nước
lỏng khoảng 23kJ/mol, tuy nhỏ hơn nhiều so với liên kết OH (khoảng 450
kJ/mol) nhưng lớn hơn nhiều so với lực tương tác Van Der Waals (khoảng 4
-5 kJ/mol). Nước trong trạng thái lỏng có cấu trúc trung gian giữa nước đá và
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 22
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
hơi nước và thay đổi theo nhiệt độ. Cấu trúc của nước ở trạng thái lỏng được
coi là dễ chấp nhận là mô hình tập hợp mỏng của Frank và Went. Theo mô

hình này một tập hợp các phân tử nước (vài chục phân tử) cụm lại với nhau
do cầu liên kết hydro trong thời gian tồn tại khoảng 10
-10
giây, chúng được
hình thành và phá huỷ liên tục do chuyển động nhiệt của các phân tử, tuy vậy
thời gian sống của tập hợp mỏng này còn cao hơn ngàn lần so với thời gian
giao động phân tử (10
-13
giây). Vì vậy có thể cho rằng sự tồn tại của tập hợp
mỏng này là có thực mặc dù chỉ trong thời gian rất ngắn. Theo quy tắc
"những chất có bản chất hóa học giống nhau thì hoà tan lẫn nhau" thì những
chất phân cực dễ hoà tan trong dung môi phân cực và ngược lại và độ hoà tan
giảm khi phân tử lượng cao.
Tương tự như vậy các chất hấp phụ tương tác với chất tan và dung môi
cũng theo đặc thù trên, thể hiện qua tính thấm ướt bề mặt. Trong nước, bề
mặt chất rắn có độ phân cực cao thì tương tác tốt với nước và có góc thấm
nước nhỏ hơn 90
0
(không tạo thành giọt trên bề mặt chất rắn), ngược lại thì
gọi là kỵ nước.
Khả năng hấp phụ của chất tan ( chất bị hấp phụ) lên chất hấp phụ vì
thế trước hết phụ thuộc vào tính tương đồng của chất bị hấp phụ và chất hấp
phụ về độ phân cực: chất phân cực hấp phụ tốt trên chất phân cực và ngược
lại. Một chất bị hấp phụ có độ phân cực cao hơn nước thì có thể hấp phụ tốt
trên chất hấp phụ phân cực (quy tắc Traupen). Khi cùng bản chất hoá học mà
có phân tử lượng khác nhau thì chất có phân tử lượng lớn hơn sẽ bị hấp phụ
tốt hơn các chất còn lại.
Hấp phụ của các phân tử trung hoà vì vậy không chỉ phụ thuộc vào
tương tác giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ mà còn phụ thuộc vào tương tác
của dung môi với chất hấp phụ, khi cặp tương tác mạnh hơn thì cặp khác sẽ ít

có khả năng hấp phụ. Đặc điểm này không chỉ xảy ra giữa dung môi với chất
bị hấp phụ mà còn đối với giữa các chất bị hấp phụ với nhau nhất là đối với
nước tự nhiên luôn tồn tại nhiều chất bị hấp phụ.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 23
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
Đối với một số chất hấp phụ có độ phân cực cao, như là các ion kim
loại hay các dạng phức oxy anion thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác
tĩnh điện thông qua lớp điện tích kép thì hình ảnh tương tác có khác hơn.
Trên bề mặt chất hấp phụ hình thành các lớp điện tích kép hay lớp khuếch tán
chứa điện tích sắp xếp lần lượt các loại trái dấu nhau. Các ion hoặc các phân
tử có độ phân cực lớn bị bao bọc bởi một lớp vỏ của các phân tử nước, kích
thước của các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp
phụ của hệ do tương tác tĩnh điện. Với các ion cùng hoá trị thì loại có kích
thước lớn sẽ bị hấp phụ tốt hơn do có độ phân cực cao và lớp vỏ hydrat nhỏ
hơn. Ngoài ra khả năng hấp phụ các ion có hoá trị cao sẽ tốt hơn nhiều các
ion hoá trị thấp.
Bản thân chất hấp phụ trong môi trường nước cũng mang điện tích,
điện tích thay đổi dấu khi thay đổi pH của môi trường. Tai pH bằng điểm
đẳng điện thì diện tích bề mặt chất rắn bằng không. Mật độ tích điện càng lớn
khi điểm pH của hệ càng xa điểm đẳng điện. Với các chất hấp phụ có tính
axit hay bazơ yếu phụ thộc vào giá trị pH thì nó có thể mang điện tích hay
trung hoà. Với các axit yếu thì khi pH>pK thì nó tích điện âm và khi pH<pK
thì nó trung hoà.
So với quá trình hấp phụ trong pha khí thì tốc độ hấp phụ trong nước
xảy ra chậm hơn nhiều chủ yếu là do quá trình chuyển khối, khuếch tán
chậm. Do đó trong thực tiễn công nghiệp, dung lượng hấp phụ của một hệ rất
ít khi được sử dụng triệt để, nhất là đối với chất hấp phụ có dung lượng cao
(diện tích bề mặt lớn, độ lớn của mao quản nhỏ). Kết quả sử dụng ngoài thực
tiễn vì vậy đôi lúc có điều trái ngược: chất hấp phụ có dung lượng cao có kết
quả sử dụng kém hơn chất có độ chọn lọc thấp. Đó là kết quả của sự tương

tác giữa yếu tố động học và cân bằng hấp phụ trong môi trường nước.
Như vậy khác với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường
nước có cơ chế phức tạp hơn do yếu tố hấp phụ hỗn hợp và do biến động
mạnh về bản chất hoá học của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, do quá trình
động học chậm và các quá trình tồn tại song song khác.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 24
Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS.Nguyễn Đình Thành
1.4.4. Phương pháp điều chế Zeolit[1][4][5][14][15]
1.4.4.1. Các phương pháp điều chế Zeolit
Zeolit có thể được chế tạo theo các phương pháp sau :
- Từ zeolit tự nhiên người ta loại bỏ các tạp chất trong mao quản bằng
cách chiết với nước hoặc các dung môi khác, trong trường hợp này cấu trúc
mạng tinh thể được giữ nguyên.
- Phương pháp tổng hợp thuỷ nhiệt : tổng hợp zeolit từ các hoá chất cơ
bản như aluminat, silicat kiềm hoặc kiềm thổ.
- Tổng hợp zeolit theo phương pháp tổng hợp thuỷ nhiệt từ các nguồn
khoáng sét tự nhiên như bentonite, kaolinite.
1.4.4.2. Phương pháp tổng hợp thuỷ nhiệt -Vấn đề kết tinh Zeolit
Zeolit là những aluminosilicat ngậm nước được hình thành trong điều
kiện thuỷ nghiệt. Ở đây danh từ thuỷ nhiệt được sử dụng với một ý nghĩa
rộng, bao hàm sự kết tinh của zeolit từ môi trường nước có chứa các cấu tử
tham gia phản ứng với thành phần hoá học xác định. Công trình đầu tiên về
tổng hợp silicat trong điều kiện thuỷ nhiệt đã được Saphote thực hiện vào
năm 1845. Sau đó ông đã tiến hành tổng hợp "Levinit" bằng cách nung nóng
dung dịch nước K
2
SiO
3
và NaAlO
2

trong ống thuỷ tinh ở nhiệt độ 170
0
C.
Thông thường quá trình tổng hợp thuỷ nhiệt được tiến hành ở nhiệt độ
và áp suất cao. Hỗn hợp phản ứng được hình thành từ các cấu tử, mà thành
phần của chúng tương ứng với thành phần của sản phẩm mong muốn. Hỗn
hợp này được giữ trong một thời gian xác định, ở nhiệt độ và áp xuất xác
định với sự có mặt của một lượng lớn nước.
SVTH : Nguyễn Thị Hương Thảo Trang 25