khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng cr(vi) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
––––––––––––o0o––––––––––––




NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr
6+
) CỦA
CHITOSAN BỌC TRÊN CÁC BỀ MẶT KHÁC NHAU




Chuyên ngành: Công nghệ Sau thu hoạch
Mã số: 60.54.10.






LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ ĐĂNG NGHĨA



Nha Trang, tháng 5 năm 2010.







Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang,
Phòng Quan hệ Quốc tế & Sau Đại học, Khoa Chế biến, Ban Giám hiệu trường
Trung học Thủy sản đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và thực
hiện đề tài nghiên cứu.
Tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Ngô Đăng Nghóa - Người đã
tận tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này.
Cũng xin bày tỏ lòng cám ơn đến PGS.TS.Trang Só Trung đã giúp đỡ nhiều
về mặt tài liệu, phương pháp nghiên cứu trong quá trình thực hiện luận văn.
Cám ơn TS.Hoàng Thò Huệ An đã tận tình góp ý giúp tôi hoàn thành luận
văn.
Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo khoa Chế Biến
trường Đại học Nha Trang, Gia đình, Đồng nghiệp và Bạn bè đã luôn luôn động
viên, giúp đỡ chia sẽ với tôi rất nhiều cả về kiến thức, vật chất, lẫn tinh thần, đã
cho tôi nhiều động lực phấn đấu để hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình.

Xin trân trọng cảm ơn.


Học viên thực hiện
Nguyễn Thị Phương Thảo
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình này của riêng tôi.
Các kết quả, số liệu trong luận văn hoàn toàn trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.


Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Phương Thảo

MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT a
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU b
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ c
MỞ ĐỀ
1
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. ĐỘC TÍNH KIM LOẠI TRONG NƯỚC THẢI 3
1.1.1. Khái quát 3
1.1.2. Kim loại nặng 4
1.1.3 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng 4
1.1.4. Tổng quan về kim loại crom 6
1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI 8
1.2.1. Tổng quan về xử lý nước thải.
1.2.1.1. Các phương pháp xử lý nước thải
1
.2.1.2. Các phương pháp xử lý kim loại nặng
1.2.1.3. Một số phương pháp xử lý crom trong dung dịch
8
9
10
12
1.2.2. Hấp phụ
1.2.2.1. Định nghĩa sự hấp phụ
1.2.2.2. Động học hấp phụ

1.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu
hấp phụ.
13
13
14
17
1.3. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN 19
1.3.1. Khái quát 19
1.3.2. Một số tính chất của chitin, chitosan
1.3.2.1. Một s
ố tính chất của chitin
1.3.2.2. Một số tính chất của chitosan
20
20
21
1.3.3.
N
guyên liệu sản xuất chitin, chitosan. 23

1.4. MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ 23
1.4.1.Than hoạt tính
1.4.2. Cát
23
25
1.5. NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. 25
1.5.1. Nghiên cứu trong nước 25
1.5.2. Nghiên cứu ở nước ngoài 26
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
2
.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 31

2
.1.1. Chitosan 31
2.1.2. Than dừa 31
2
.1.3. Cát 32
2
.1.4. Hóa chất 32
2.2.4.1. Pha chế dung dịch chuẩn Cr(VI)
32
2
.2. DỤNG CỤ-THIẾT BỊ 32
2
.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - XỬ LÝ SỐ LIỆU 33
2
.3.1. Phương pháp phân tích 33
2
.3.2. Xử lý số liệu 33
2
.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
34
2
.4.1. Bọc chitosan lên vật liệu khác nhau 35
2.4.1.1. Chuẩn bị vật liệu bọc chitosan
35
2.4.1.2. Bọc chitosan lên than
36
2.4.1.3. Bọc chitosan lên cát
37
2.4.1.4. Xác định lượng chitosan bám vào vật liệu

37
2
.4.2. So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu ở pH khác nhau 38
2
.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng hấp phụ
Cr(VI) của ADS
*

40
2.4.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI)
41
2.4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến khả năng
hấp phụ Cr(VI)
42
2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ
Cr(VI) của CTS-CA
42
2.3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch
Cr(VI) đến khả năng hấp phụ của ADS
*
44
2
.2.4. Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt 45
Chương 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - THẢO LUẬN 46
3
.1. BỌC CHITOSAN LÊN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU 46
3.1.1. Bọc chitosan lên than 46
3.1.2. Bọc chitosan lên cát 48
3
.2. SO SÁNH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP

PHỤ Ở pH KHÁC NHAU
48
3
.3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG
HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CTS-CA
53
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của
CTS-CA
53
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ CTS-CA đến khả
năng hấp phụ Cr(VI)
57
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khả năng hấp phụ Cr(VI) củ
a
CTS-CA
58
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI)
đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
60
3.2.5. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ (tại pH=4.3 nhiệt độ 27±1
o
C) 64
3.2.5.1. Xây dựng đường đường đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô
hình Langmuir
65
3.2.5.2. Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình
67
Freundlich
KẾT LUẬN
70

Ý KIẾN ĐỀ XUẤT
72
TÀI LIỆU THAM KHẢO
73
PHỤ LỤC
i
Phụ lục 1.Phương pháp xác định Cr(VI) i
Phụ lục 2. Số liệu thực nghiệm. vii
Phụ lục 3. Tiêu chuẩn nước thải. xvi

28/12/2010a
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT







ADS,ads Vật liệu hấp phụ
CA Than dừa đã qua xử lý axit H
2
SO
4
, rửa sạch, sấy khô-gọi là than.
C

opt
Nồng độ tôí ưu (mg/L)
CTS Chitosan
CTS-CA
1
Than dừa đã qua xử lý axit H
2
SO
4
, bọc chitosan lần 1.
CTS-CA
2
Than dừa đã qua xử lý axit H
2
SO
4
, bọc chitosan lần 2.
CTS-CA
3

CTS-CA
Than dừa đã qua xử lý axit H
2
SO
4
, bọc chitosan lần 3.
CTS-S Cát sạch bọc chitosan.
DD,dd Dung dịch
HP Hấp phụ
M Khối lượng (gam)

M
opt
Khối lượng tối ưu (gam)
pH
opt
pH tối ưu
S Cát được làm sạch qua HCl, rửa sạch, sấy khô.
T Thời gian hấp phụ (phút)
TT Thứ tự
V Thể tích dung dịch hấp phụ (ml)
τ Nhiệt độ hấp phụ (
o
C)
28/12/2010b
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng Trang
Bảng 1.1
: Nguồn phát thải một số kim loại nặng 3
Bảng 3.1
: Bọc chitosan lên than đã xử lý axit 46
Bảng 3.2
: Bọc chitosan lên cát 48
Bảng 3.3
. Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
vào nồng độ cân bằng của dung dịch sau hấp phụ
65

28/12/2010c
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình vẽ Trang
Hình 1.1
: Cấu tạo của chitin, chitosan 20
Hình 2.1
: Sơ đồ thí nghiệm tổng quát 34
Hình 2.2
: Sơ đồ thí nghiệm bọc chitosan lên các vật liệu khác nhau 35
Hình 2.3
: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI)ở pH khác
nhau

38
Hình 2.4
: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng
hấp phụ Cr(VI)
41
Hình 2.5
: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA
đến quá trình hấp phụ
42
Hình 2.6
: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng
hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
43
Hình 2.7
: Sơ đồ thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ dung dịch Cr(VI) ban
đầu đến khả năng hấp phụ CTS-CA
44
Hình 3.1
:Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ của các vật liệu ở pH
khác nhau.
49
Hình 3.2
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ
Cr(IV) trong DD của CTS-CA
53
Hình 3.3
: Liên kết giữa chitosan và Cr(VI) 54
Hình 3.4
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH (2÷6) đến hiệu suất hấp
phụ Cr(VI) trong dung dịch của CTS-CA

56
Hình 3.5
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA

đến hiệu
suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
57
Hình 3.6
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến
hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
59
Hình 3.7
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu (20÷600mg/L)
60
28/12/2010d
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006
của dung dịch Cr(VI ) đến hiệu suất hấp phụ của CTS-CA
Hình 3.8
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch
Cr(VI) (20÷600mg/L) đến tải trọng hấp phụ của CTS-CA
Hình 3.9
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch
Cr(VI) (5÷50mg/L) đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA
61

63
Hình 3.10
: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch
Cr(VI) (5÷50mg/L) ) đến tải trọng hấp phụ của CTS-CA
64

Hình 3.11
: Đồ thị biểu diễn dạng tuyến tính của phương trình Langmuir
cho khả năng hấp phụ Cr(VI) trên CTS-CA

66
Hình 3.12
: Đồ thị biểu diễn dạng tuyến tính của phương trình Freundlich
cho khả năng hấp phụ Cr(VI) trên CTS-CA
68

1
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

MỞ ĐẦU
Nước thải của các nhà máy công nghiệp thường chứa các ion kim loại nặng -
đây là yếu tố gây ô nhiễm môi trường cần được loại bỏ trong quá trình xử lý
nước thải.
Có nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng ra khỏi nước thải như phương
pháp kết tủa, điện hóa, hấp phụ, trao đổi ion, trích ly… Mỗi phương pháp có ưu
nhược điểm riêng, tùy thuộc vào đặc tính củ
a nước thải, yêu cầu xử lý và điều
kiện cụ thể mà lựa chọn từng phương pháp hay kết hợp nhiều phương pháp với
nhau [3,43]. Tuy nhiên, nhìn chung các phương pháp nêu trên thường phải qua
nhiều công đoạn nên tốn kém, cho hiệu quả không cao khi xử lý một lượng xả
thải lớn [46,50,54]. Do vậy việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp xử lý
mới khác với phương pháp truyền thống và đơn giản hơn
đang được nhiều nhà
khoa học quan tâm. Một trong những hướng giải quyết đó là nghiên cứu sử
dụng các polyme sinh học (trong đó có chitosan) để hấp phụ kim loại nặng ra
khỏi nước.
Do đó, đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) bởi
chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau” là một hướng nghiên cứu cần thiết.
Nếu thành công, đề tài sẽ là tiền đề cho việc nghiên cứ
u sử dụng chitosan để

hấp phụ ion kim loại nặng trong nước thải nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm
môi trường do kim loại nặng gây ra.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu
Tạo ra vật liệu mới có khả năng hấp phụ tốt ion Cr(VI), thân thiện với môi
trường, có thể giải hấp để tái sử dụng nhiều lần.
Nội dung nghiên cứ
u
Do điều kiện kinh tế, thời gian có hạn, đề tài này chỉ thực hiện các nội dung sau:
- Bọc chitosan bọc trên một số bề mặt khác nhau (than sọ dừa, cát)
2
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

- So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của chitosan dạng tự nhiên, than dừa,
chitosan bọc than dừa và chitosan bọc cát ở các pH khác nhau, từ đó chọn ra vật
liệu có hiệu quả hấp phụ tốt nhất.
- Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố (pH, nồng độ chất hấp phụ, nồng
độ ban đầu chất bị hấp phụ, thời gian hấp phụ) đến khả nă
ng hấp phụ của vật
liệu đã lựa chọn.
- Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt để đánh giá dung lượng hấp phụ
cực đại của vật liệu hấp phụ được điều chế.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Bằng cách nghiên cứu bọc chitosan lên các bề mặt khác nhau đã tạo ra được
một vật liệu hấp phụ
mới có hiệu quả hấp phụ ion kim loại nặng cao hơn
chitosan tự nhiên và có khả năng thu hồi tái sử dụng.
Ý nghĩa thực tiễn
Cho phép tận dụng nguồn phế liệu vô cùng phong phú từ các nhà máy chế
biến thủy sản (vỏ tôm, cua) và phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) ở trong nước để

sản xuất ra vật liệu hấp phụ mới có khả năng ứng dụng trong xử
lý nước thải.
Nhờ đó, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho các nguồn phế liệu này và bảo vệ
môi trường.










3
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

Chương 1.
TỔNG QUAN
1.1. ĐỘC TÍNH KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI
1.1.1. Khái quát [5,8]
Các ngành công nghiệp của Việt Nam hiện đang ở giai đoạn đầu của sự phát
triển và chưa đủ các phương tiện cần thiết cũng như điều kiện kinh tế, tính ràng
buộc pháp lý để giảm thiểu và loại trừ các tác động xấu đến môi trường do các
hoạt động của con người gây ra. Nhiều ngành công nghiệp ở Việ
t Nam đang xả
trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường. Thực vậy, theo số liệu khảo
sát năm 2002, có tới 90% số doanh nghiệp ở Việt Nam không đạt yêu cầu về
tiêu chuẩn chất lượng nước thải xả ra môi trường. Trong số các thành phần độc
hại của nước thải công nghiệp, kim loại nặng là mối nguy được quan tâm nhiều

nhất do có khả năng đ
e doạ trực tiếp và nghiêm trọng đến hệ sinh thái và chất
lượng cuộc sống của con người [32] (Bảng 1.1).
Bảng 1.1
:Nguồn phát thải một số kim loại nặng [35, 66]
TT Nguồn phát thải Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn As
1 Công nghiệp giấy + + + + + +
2 Công nghiệp hóa dầu + + + + + +
3 Công nghiệp tẩy nhuộm + + + + + +
4 SX và sử dụng phân bón + + + + + + +
5 Công nghiệp chế biến dầu mỏ + + + + + +
6 Công nghiệp sản xuất thép + + + + + + + +
7 Công nghiệp kim loại màu + + + + + +
8 Công nghiệp SX ôtô, máy bay + + + + + + +
9
Công nghiệp SX vật liệu xây dựng
+
10 Công nghiệp dệt +
11 Công nghiệp len, da +
12 Nhà máy điện + +
13 Nham thạch trong các tầng đất +
4
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

1.1.2. Kim loi nng
Kim loi nng cú ngun gc t cỏc ngun nc thi trong cụng nghip, nụng
nghip cng nh trong t nhiờn. Kim loi nng thng liờn quan n vn ụ
nhim mụi trng. Chỳng cú th tn ti trong khớ quyn (dng hi); thy quyn
(cỏc mui hũa tan); a quyn (dng rn khụng tan, khoỏng, qung) v sinh
quyn (trong c th ngi, ng vt, cõy trng) [4,46]

Cú mt s hp ch
t kim loi nng b th ng v ng li trong t, song cú
mt s hp cht cú th hũa tan di tỏc ng ca nhiu yu t khỏc nhau, nht
l do chua ca t, ca nc ma.
Khỏc vi cỏc cht thi hu c cú th t phõn hy trong a s trng hp, cỏc
kim loi nng mt khi ó phúng thớch vo mụi trng thỡ s tn ti lõu di.
Chỳng tớch t vo cỏc mụ s
ng qua chui thc n m ú con ngi l mt
xớch cui cựng. Quỏ trỡnh ny bt u vi nhng nng rt thp ca cỏc kim
loi nng tn ti trong nc hoc cn lng, ri sau ú c tớch t nhanh trong
cỏc ng vt v thc vt sng trong nc. Tip n l cỏc ng vt khỏc s
dng cỏc thc vt v ng vt ny lm thc n, d
n n nng cỏc kim loi
nng c tớch ly trong c th sinh vt tr nờn cao hn. Cui cựng, con
ngi - sinh vt cao nht trong chui thc n- nng kim loi s ln gõy
ra c hi. Nh vy, con ngi va l th phm va l nn nhõn ca ụ nhim
kim loi nng [4].

1.1.3. Tỏc hi ca ụ nhim kim loi nng [1,29,36,59]
Nc thi cha nhiu ion kim loi nng l nguyờn nhõn gõy nhim c mụi
trng sinh thỏi (t, nc, khụng khớ) v do ú nh hng n sc kho con ngi.
- i vi sc kho con ngi
Khi hm lng kim loi nng trong nc ung v nc sinh hot trờn mc
cho phộp chỳng s gõy nhng tỏc hi n sc kho con ngi.
5
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

Kim loại nặng có thể gây ảnh hưởng cấp tính hay mãn tính đối với sức khỏe
con người.
Cấp tính

: Nhiễm độc kim loại nặng có thể gây ra những hậu quả khôn
lường cho sức khỏe như ngộ độc cấp tính hay thậm chí có thể gây tử vong.
Mãn tính
: Đây là tình trạng nguy hiểm và thường gặp hơn do con
người ăn sử dụng thực phẩm hay nước uống có hàm lượng kim loại nặng cao.
Khi đó, kim loại nặng sẽ lũy dần dần trong các mô tế bào (gan, thận, não) mặc
dù có thể bị đào thải một phần qua hệ bài tiết. Việc tích lũy một lượng đáng kể
kim loại nặng ở cơ thể người dẫn
đến các biểu hiện nhiễm độc như hơi thở hôi,
sưng lợi với viền đen ở lợi, da vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau khớp xương,
bại liệt chi trên (tay bị biến dạng), mạch yếu, nước tiểu ít, thường gây sẩy thai ở
phụ nữ có thai, tóc rụng, viêm dạ dày và ruột, đau mắt, đau tai, cảm giác về sự
di động bị rối loạ
i, gầy yếu dần và kiệt sức.
- Đối với môi trường
Nước bị ô nhiễm kim loại nặng không chỉ gây tác hại đến động-thực vật sống
trong môi trường nước (cá và các sinh vật thủy sinh khác), ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sức khoẻ con người mà còn tác động xấu đến môi trường sinh thái.
- Tác động xấu tới chất lượng hệ thống cống rãnh.
- Ảnh hưởng xấu tớ
i quá trình xử lý sinh học.
- Làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.
Cho đến nay, độc tính của nhiều kim loại nặng đối với môi trường và con
người đã được biết khá chi tiết. Các tác động và cơ chế gây độc của nhiều kim
loại nặng đối với cơ thể người và động vật cũng đã được tìm ra, tuy nhiên nhân
loại đã phải trả một giá khá đắt để có được nhậ
n thức này.
Từ việc phân tích các con đường ô nhiễm, tác hại của các nguyên tố kim loại
nặng có thể thấy vấn đề phòng ô nhiễm và ngộ độc kim loại nặng cần phải gắn
liền với các giải pháp xử lý chất thải, bảo vệ môi trường đất, nước và không khí

khỏi nguy cơ ô nhiễm [36,58]
6
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

1.1.4. Tng quan v kim loi crom [1, 4, 6, 36, 57 ,59]
Hm lng crom trong v trỏi t vo khong 0,02%. Trong thiờn nhiờn
crom ch yu tn ti dng st crommic (FeO.Cr
2
O
3
). Crom l kim loi rn, úng
ỏnh, núng chy 1890
o
C. Crom to thnh 3 oxyt: CrO cú tớnh baz, Cr
2
O
3
th
hin tớnh lng tớnh, CrO
3
th hin tớnh axit.
Cỏc hp cht quan trng ca Cr(VI) l anhydrit cromic (CrO
3
) v mui ca
cỏc axit tng ng ca nú l: mui cromat (CrO
4
2-
) ng vi axit cromic
(H
2

CrO
4
) v mui dicromat (Cr
2
O
7
2-
) ng vi axit dicromic (H
2
Cr
2
O
7
).

Gia ion CrO
4
2-
v Cr
2
O
7
2-
tn ti cõn bng:
2CrO
4
2-
+ 2H
+
Cr

2
O
7
2-
+ H
2
O
Vỡ vy, dung dch mui dicromat cú tớnh axớt. Trong mụi trng kim dung
dch Cr
2
O
7
2-
(cú mu da cam) s chuyn thnh dung dch CrO
4
2-

(cú mu vng)
v ngc li khi axit húa thỡ ion CrO
4
2-
chuyn thnh ion Cr
2
O
7
2-
.
Crom c s dng trong nhiu ngnh cụng nghip khỏc nhau. Trong ngnh
luyn kim, crom giỳp tng cng kh nng chng n mũn v ỏnh búng b mt
kim loi, sn xut

thộp khụng g. Trong cụng nghip m, crom c dựng trong
quỏ trỡnh dng cc húa
nhụm. Cỏc mui crom nhum mu cho thy tinh thnh
mu xanh lc ca
ngc lc bo. Crom l thnh phn to ra mu ca hng
ngc, vỡ th nú c s dng trong sn xut hng ngc tng hp. Crom cũn
dựng to ra mu vng rc r ca thuc nhum v sn.
Crom c s dng
lm khuụn chu nhit nung
gch, ngúi, ỳc thy tinh, ng Cỏc mui
cromat c s dng trong quỏ trỡnh thuc da. Dicromat kali (K
2
Cr
2
O
7
) c s
dng lm cht n nh mu cho cỏc thuc nhum vi.
Oxyt crom(IV) (CrO
2
)
c s dng trong sn xut
bng t. Hexacacbonyl crom (Cr(CO)
6
) c s
dng lm ph gia cho
xng. Borua crom (CrB) c s dng lm dõy dn in
chu nhit cao.
Trong mụi trng nc crom tn ti hai dng Cr(III) v Cr(VI). S hp th
ca crom vo c th con ngi tựy thuc vo trng thỏi oxy hoỏ ca nú. Crom

7
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

xõm nhp vo c th theo ng hụ hp, qua da v ch yu qua ng tiờu húa.
Cr(VI) hp th qua d dy, rut nhiu hn Cr(III) v cũn cú th thm qua mng t
bo. Nu crom (III) ch hp thu 1% thỡ lng hp thu ca Cr(VI) lờn ti 50%. T l
hp th qua phi khụng xỏc nh c mc dự mt lng ỏng k ng li trong
phi (phi l mt trong nhng b phn ca c th ngi ch
a nhiu crom nht).
Cr(VI) i vo c th d gõy bin chng, tỏc ng lờn t bo, lờn mụ to ra s
phỏt trin t bo khụng nhõn, gõy ung th. Vi hm lng cao crom lm kt ta
cỏc protein, cỏc axit nucleic v c ch h thng men c bn. Dự xõm nhp vo
c th theo bt k con ng no crom cng c ho tan vo trong mỏu
nng 0,001mg/l, sau ú chỳng chuyn vo hng cu. Crom hũa tan trong
hng cu nhanh gp 10 ữ 20 ln trong nc. T h
ng cu crom chuyn vo cỏc
t chc ph tng, c gi li phi, xng, thn, gan, phn cũn li chuyn
qua nc tiu. T cỏc c quan ph tng crom hũa tan dn vo mỏu ri o thi
qua nc tiu sau vi thỏng n vi nm.
Cỏc nghiờn cu cho thy con ngi hp th Cr(VI) nhiu hn Cr(III). Hn
na, c tớnh ca Cr(VI) li cao hn Cr(III) gp khong 100 ln. Nc th
i sinh
hot cú th cha hm lng crom lờn ti 0,7àg/ml (ch yu dng Cr(VI) tc
l dng cú c tớnh vi nhiu loi ng vt cú vỳ). Cr(VI) dự ch mt lng nh
cng cú th gõy c i vi con ngi do khi thõm nhp vo c th nú liờn kt
vi cỏc nhúm SH trong enzym v lm mt hot tớnh ca enzym, gõy ra rt
nhiu loi bnh khỏc nhau:
- Crom v cỏc hp cht ca crom ch yu gõy cỏc bnh ngoi da. Khi tip
xỳc v
i crom, niờm mc mi d b loột. Phn sn ca vỏch mi d b thng. Khi

da tip xỳc trc tip vo dung dch Cr(VI), ch tip xỳc d b ni phng v loột
sõu, cú th b loột n xng.
- Khi Cr(VI) xõm nhp vo c th qua da, nú kt hp vi protein to
thnh phn ng khỏng nguyờn. Khỏng th gõy hin tng d ng, bnh tỏi phỏt.
8
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

Khi tip xỳc vi Cr(VI) tr li, bnh s tin trin nu khụng c cỏch ly v s
tr thnh chm hoỏ.
- Khi crom xõm nhp theo ng hụ hp d dn ti bnh viờm yt hu,
viờm ph qun, viờm thanh qun do niờm mc b kớch thớch (sinh nga mi, ht
hi, chy nc mi). Khi dng CrO
3
hi hoỏ cht ny gõy bng nghiờm trng
cho h thng hụ hp ca ngi b thm nhim.
- Ngi b nhim c crom cú th b ung th phi, ung th gan, loột da,
viờm da tip xỳc, xut hin mn cm, viờm gan, ung th phi, viờm thn, au
rng, tiờu hoỏ kộm, gõy c cho h thn kinh v tim
- Mui cromat v dicromat rt c. Thng xy ra ng c trng din
i vi nhng cụng nhõn lm vic ti
p xỳc vi chỳng (liu c 0,25ữ0,30g kali
dichromat). Nghiờn cu nhng ngi cụng nhõn lm vic nh mỏy sn xut
cht mu crom New Jersey ch ra rng nhng ngi cụng nhõn lm vic 2
nm thỡ kh nng mc bnh cao hn 1,6 ln v nu 10 nm thỡ kh nng ny l
1,9 ln so vi ngi bỡnh thng.
Do nhng c tớnh ca Cr(VI) nờn nm 1975 t chc NIOSH (National
Institute for Occupational Safety and Health) ó a ra ti liu v cỏc nh
hng ca Cr(VI) n s
c khe con ngi, c bit l nguy c b ung th i
vi ngi lao ng tip xỳc vi Cr(VI). Cng chớnh vỡ vy, trong cỏc quy nh

tiờu chun v x lý ngun nc thi, tiờu chun ti hn ca Cr(VI) ó c a
ra [61,62,63, ph lc 3]

1.2. X Lí NC THI [2,3]
1.2.1 Tng quan v x lý nc thi
Quỏ trỡnh x lý nc thi l quỏ trỡnh loi bt cỏc cht ụ nhi
m cú trong
nc thi n mc chp nhn c theo tiờu chun quy nh. Ti Vit Nam,
thỏng 6 nm 1995, Chớnh ph ó ban hnh cỏc tiờu chun quy nh mụi trng
9
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

thng nht chung trong ton quc, trong ú cú tiờu chun TCVN 5945-1995 quy
nh tiờu chun x thi cho phộp i vi cỏc ngun khỏc nhau [ph lc 3]

1.2.1.1. Cỏc phng phỏp x lý nc thi
Nc thi núi chung cú cha nhiu cht ụ nhim khỏc nhau, cỏc tp cht gõy
ụ nhim t ngun nc thi cú th phõn chia theo dng: tan, khụng tan, cht hu
c, cht vụ c, cht cú tớnh c c thự cao. Nc thi ũi hi phi x lý b
ng
nhng phng phỏp thớch hp khỏc nhau. Mt cỏch tng quỏt cỏc phng phỏp
x lý nc thi c chia thnh cỏc nhúm sau:
- Phng phỏp lý hc
- Phng phỏp húa hc v húa-lý
- Phng phỏp sinh hc
Tt c cỏc phng phỏp x lý nc thi u da trờn nguyờn tc: Tỏch cỏc
tp cht c hi ra khi nc, chuyn húa cỏc c t thnh dng khụng c
hoc ớt c hn hoc bn trong mụi trng tip nhn x thi [3]
a)Phng phỏp lý hc: Trong phng phỏp ny, cỏc lc vt lý nh trng
lc, lc ly tõm c ỏp dng tỏch cỏc cht khụng hũa tan ra khi nc thi.

Phng phỏp ny thng n gin, r tin, cú hiu qu x lý cht l lng cao.
b)Phng phỏp húa hc v húa-lý: s dng cỏc phn ng húa hc nh
trung hũa, oxy húa-kh, keo t bụng, hp ph, trao i ion x lý nc thi.
Cỏc cụng trỡnh x lý húa h
c thng kt hp vi cỏc cụng trỡnh x lý lý hc.
Mc dự cú hiu qu cao nhng phng phỏp ny thng t tin, c bit to
thnh cỏc sn phm ph c hi.
c)Phng phỏp sinh hc: Hu ht cỏc loi nc thi u cú th x lý
bng phng phỏp sinh hc. Thc cht ca phng phỏp ny l s dng kh
nng sng v hot ng c
a vi sinh vt, thc vt phõn hy cỏc cht bn
hu c trong nc thi. Sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh x lý thng l cỏc
cht khớ (CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
S), cỏc cht vụ c (NH
4
+
, PO
4
3-
) v cỏc t bo mi.
10
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

Phng phỏp sinh hc cú u im l r tin v cú kh nng tn dng cỏc sn phm
ph lm phõn bún (bựn hot tớnh) hoc tỏi sinh nng lng (khớ metan) [17,64].
Trong lnh vc x lý nc thi, vic loi tr cỏc thnh phn cha kim loi
nng c hi ra khi cỏc ngun nc, c bit l nc thi cụng nghip l mc
tiờu mụi trng quan trng bc nht phi gii quy
t hin nay.

1.2.1.2. Cỏc phng phỏp x lý kim loi nng
a) Phng phỏp hoỏ hc
Bn cht ca phng phỏp l chuyn cỏc cht tan trong nc thnh khụng
tan bng cỏch thờm tỏc nhõn v tỏch di dng kt ta. Cỏc ion kim loi nng
nh Hg ,Cd, Zn, Pb, As, Cu, Ni cú th c loi ra khi nc bng phng
phỏp hoỏ hc. Cỏc cht to ta vi kim loi nng thng dựng l Ca(OH)
2
,
NaOH, CaCO
3
, Na
2
SO
4
.
b) Phng phỏp húa-lý
Bng con ng x lý húa hc ngi ta cú th loi tr kim loi nng ra
khi nc thi. Tuy nhiờn, vi cỏc ngun nc thi cụng nghip cú nng kim
loi nng cao v pH cc oan thỡ vic x lý chỳng bng cỏc phng phỏp húa-lý
cú nhiu u th hn.
Cỏc phng phỏp húa-lý thng c s dng x lý ụ nhim kim loi
nng l phng phỏp bay hi, phng phỏp trao
i ion, phng phỏp hp ph,

k thut mng v phng phỏp in húa.
Khi nng kim loi trong nc thi cao, khi lng nc thi khụng quỏ
ln thỡ cỏc phng phỏp húa-lý t ra rt hiu qu. Tuy nhiờn, nc thi sau khi
c x lý vn cũn mt lng kim loi nng nht nh. iu ny khụng phi l
khụng nguy him i vi mụi trng. Khi nng kim loi nng trong nc
thi ch
khong 10-100 mg/L thỡ phng thc x lý húa-lý cú th khụng hiu
qu hoc quỏ t. Trong trng hp ny cỏc bin phỏp x lý sinh hc cú c hi
thay th mt cỏch thnh cụng.
11
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

c)Phng phỏp sinh hc
Hin nay, bờn cnh cỏc phng phỏp húa - lý vi nhng u th khụng th
ph nhn c ngi ta ó bt u nghiờn cu s dng cỏc vt liu polymer
sinh hc x lý kim loi nng. c trng in hỡnh ca cỏc vt liu polymer
sinh hc l cú phõn t lng cao, di phõn b phõn t lng rng v cú mt
nhúm chc cao. Cỏc nhúm chc ny cú th
trng thỏi trung hũa, tớch in õm
hay dng.
Hin tn ti hai lý thuyt v dung dch polyme: cu trỳc tp hp micell v
tan trng thỏi phõn t. Theo lý thuyt cu trỳc tp hp thỡ cỏc phõn t polyme
l nhng n v ng hc, chỳng tp hp vi nhau theo tng cm, mi cm t
50-60 phõn t, khụng bn v mt nhit ng. Trong tng tp hp cỏc phõn t
polyme nh hng ki
u tp hp micell. Lý thuyt dung dch cho rng cỏc phõn
t polyme trong dung dch tn ti c lp dng chui hay co vũng tựy thuc vo
lc tng tỏc ni ti phõn t. Nu cỏc nhúm chc trong mch phõn t dy, tớch
in thỡ chỳng y nhau, cỏc phõn t cú xu hng dui thng, cỏc nhúm chc
khụng mang in tớch mt khụng cao thỡ cú dng co cun, vũng.

i vi dung dch polyme loóng, lý thuyt dung dch phõn t c chp
nhn rng rói. Nhỡn chung, lng ch
t c polyme hp ph cao hn nhiu ln
so vi hp ph monome ca nú, tớnh theo din tớch b mt thỡ tng ng vi c
ch hp ph a lp phõn t. Trong trng hp ú, ngi ta d liờn tng ti
hỡnh nh m neo, tc l phõn t polyme di mch ch gn vo b mt cht b
hp ph ti vi im, cũn phn l
n thõn ca nú nm trong dung dch. Rừ rng
cỏc kiu tn ti ca polyme ph thuc vo bn cht ( di, loi nhúm chc,
mt nhúm chc), nng ca nú trong dung dch[17]
Trong s cỏc vt liu hp ph sinh hc thỡ chitosan c c bit chỳ ý do
phõn t chitosan cha cỏc nhúm chc hydroxyl (-OH) v amin (-NH
2
) cú kh
nng to phc cng cua (chelate) vi ion kim loi nng, nh ú giỳp loi b
12
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

hiệu quả các ion này. Rất nhiều nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước thải
hiện đang triển khai theo hướng này [64].

1.2.1.3. Một số phương pháp xử lý crom trong dung dịch
a) Xử lý crom trong nước thải nhà máy thuộc da [19]
Trong công đoạn thuộc da, nước thải chứa nhiều crom(III) có pH từ 4÷5.
Tuy mức độ độc hại của Cr(III) không lớn lắm nhưng nếu nó bị oxy hóa thành
crom(VI) thì mức độ độc hại cao hơn nhi
ều.
Phản ứng oxy - hóa khử của Cr
+3
/ Cr

+6
:
2 Cr
+3
+ 7H
2
O Cr
2
O
7
-2
+ 14H
+
+6e


Người ta thường kết tủa Cr
3+
bằng Na
2
CO
3
hay MgO sau đó người ta thu
kết tủa crom dạng Cr(OH)
3
. Quá trình này xảy ra ở pH 8,5÷9.
Cr
+3
+ 3OH
-

Cr(OH)
3
↓

Ở một số nơi, người ta kết tủa Cr
3+
bằng sữa vôi. Kết tủa Cr(OH)
3
được tách
ra và người ta nhanh chóng điều chỉnh pH = 1 để thu hồi HCrO
2
[19]. Tuy
nhiên, phương pháp này cần nhiều vôi và sản phẩm kết tủa chứa cả cặn vôi.
b) Phục hồi dung dịch mạ crom [7,65]
Nước thải từ các bể mạ chứa một lượng lớn các ion kim loại như Cr, Ni ,Fe,
Cu, Al, Zn… với nồng độ tới vài trăm g/L. Dung dịch mạ thường chứa lượng axit
khá lớn nhưng cũng có thể sử dụng cationit mạnh để thu hồi các ion kim loại.
Dung dịch sau khi chả
y qua cột cationit chỉ còn chứa axit cromic H
2
CrO
4
vì các
cation kim loại như Fe
3+
,Cu
2+
,Al
3+
,Cr

3+
đã được trao đổi và giữ lại trên cột.
Cũng có thể sử dụng phương pháp kết tủa, trung hòa bằng cách khử Cr(VI)
về Cr(III) sau đó kết tủa Cr(III) bằng Ca(OH)
2
. Kết tủa Cr(OH)
3
tạo ra được
lắng xuống, lọc tách ra rồi xử lý tiếp để trở thành Cr
2
O
3
và sử dụng làm bột màu
crom hoặc dùng tái sử dụng để mạ crom.


13
Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006

c)Xử lý crom bằng cao lanh [66]
Cao lanh là một vật liệu thô quan trọng để sản xuất gốm, gạch chịu lửa và
gạch xây dựng, đồng thời lại có khả năng ổn định các kim loại nặng. Có thể sử
dụng cao lanh để xử lý Cr(VI) theo hai cách sau:
- Sử dụng cao lanh để hấp phụ Cr(VI) có trong nước thải từ các xưởng mạ
điện, sau đó khử độc bằng cách nung cao lanh đã hấp phụ
Cr(VI) ở nhiệt độ cao.
- Trộn cao lanh với bùn công nghiệp chứa Cr(VI) rồi nung để khử độc và
làm ổn định crom.
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy, Cr(VI) được xử lý theo những
cách trên sẽ chuyển hóa thành Cr(III) ở dạng Cr

2
O
3
tồn tại ở các dạng thù hình
khác nhau, gắn chặt vào vật liệu hấp phụ và rất khó bị rửa trôi.

1.2.2. Hấp phụ
1.2.2.1. Định nghĩa sự hấp phụ [2,3,19]
Hấp phụ là quá trình thu hút các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của
chất tan lên bề mặt phân chia pha. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ
xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên b
ề mặt phân chia pha
được gọi là chất bị hấp phụ. Bề mặt tính đối với một gam vật hấp phụ gọi là bề
mặt riêng của nó.
a)Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân
(nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết yếu (lực
Van der Waals, liên kết hydro) do đó cấu trúc điện tử của ch
ất bị hấp phụ ít bị
thay đổi.
Trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch.
Nhiệt hấp phụ vật lý không lớn.
b)Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh (liên kết ion, liên kết
cộng hóa trị, liên kết phối trí ) liên kết nh
ững phân tử hấp phụ và những phân
14
Coõng ngheọ sau thu hoaùch 2006

t b hp ph to thnh nhng hp cht húa hc trờn b mt phõn chia pha.
Tng tỏc gia cht hp ph v cht b hp ph mnh do ú cú th lm bin i

cu trỳc in t ca cỏc ion hay phõn t, dn n hỡnh thnh liờn kt húa hc.
Nhit hp ph húa hc ta ra ln, tng ng vi hiu ng nhit ca ph
n ng
húa hc (cú th t ti giỏ tr 800kJ/mol).

1.2.2.2. ng hc hp ph [3]
Quỏ trỡnh hp ph xy ra ch yu trờn b mt bờn trong ca cht hp ph. Vỡ
vy, quỏ trỡnh ng hc hp ph xy ra theo mt lot cỏc giai on k tip nhau:
- Khuch tỏn cỏc phõn t/ion cht b hp ph ti b mt ngoi ca cht
hp ph
.
- Khuch tỏn cht b hp ph vo bờn trong cht hp ph (nu cht hp
ph cú kt cu xp).
- Tng tỏc gia cht b hp ph v cht b hp ph (giai on hp ph
tht s).
Trong tt c cỏc giai on ú, giai on no cú tc chm nht s quyt nh
hay khng ch
tc ca ton b quỏ trỡnh hp ph. Vi h hp ph trong mụi
trng nc thỡ quỏ trỡnh khuch tỏn thng l chm v úng vai trũ quyt nh.
Trong quỏ trỡnh hp ph nhng phõn t b hp ph s li trờn b mt cht
hp ph trong mt thi gian nht nh tip nhn nng lng v thc hin quỏ
trỡnh nh hp ph. Quỏ trỡnh hp ph
v quỏ trỡnh nh hp ph xy ra ng thi
cho n khi ht phn ng t c trng thỏi cõn bng.
- Phng trỡnh ng nhit Langmuir
Mt trong nhng phng trỡnh ng nhit u tiờn xõy dng trờn c s lý
thuyt l ca Langmuir (1918). Tin xõy dng lý thuyt ny l cỏc gi
thuyt sau:
- B mt cht hp ph ng nht v nng lng.