Nghiên Cứu Sử Dụng Bùn Đỏ Làm Vật Liệu Xử Lý Florua Trong Nước Ăn Uống Và Sinh Hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




LÊ THỊ THÙY LINH




NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA
TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC







Hà Nội – 2013

ĐẠI H ỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI H ỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ THỊ THÙY LINH
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN ĐỎ LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ FLORUA
TRONG NƯỚC ĂN UỐNG VÀ SINH HOẠT
Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÁN BỘ HƯỚNG DẪ N KHOA HỌC: TS. PHƯƠNG THẢO
Hà Nội - 2013
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU . 1

CHƯƠNG 1 - T ỔNG QUAN . 2

1.1. Bùn đỏ . 2

1.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ . 2

1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ . 3

1.1.3. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ. 6

1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua . 1 0

1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua . 1 0

1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của florua . 1 1

1.2.3. Độc tính của florua . 1 4

1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay 1 5

1.2.5. Các phương pháp xử lý florua . 1 8

Chương 2- THỰC NGHIỆM . 2 6

2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 2 6

2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 2 6

2.1.2. Nội dung nghiê n c ứu . 2 6

2.2. Hóa chất và dụng cụ 2 6

2.2.1. Hóa chất . 2 6

2.2.2. Dụng cụ và thiết bị . 2 8

2.3. Phương pháp phân tích florua bằng phương pháp SPADNS . 2 8

2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ . 2 8

2.4.1. Trung hòa bùn đỏ thô . 2 8

2.4.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt . 2 9

2.4.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua 2 9

2.4.4. Biến tính bùn đỏ bằng đất hiếm xeri oxit 2 9

2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ . 3 0

2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 3 0

2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) . 3 2

2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện . 3 3

2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ florua của vật liệu . 3 5

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ T HẢO LUẬN . 4 0

3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ 4 0

3.1.1. Bùn đỏ trung hòa kiề m ( R M ) 4 0

3.1.2. Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM) . 4 2

3.1.3. Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua (Mg-RM) 4 4

3.1.4. Bùn đỏ biến tính bởi đất hiếm xeri oxit (Ce-RM) 4 6

3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của các vật liệu . 4 8

3.2.1. Đường chuẩn xác định nồng độ florua . 4 8

3.2.2. Khả năng hấp phụ florua của vật liệu RM 4 8

3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu TRM 5 4

3.2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Mg- R M . 5 8

3.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu Ce - RM . 6 4

3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trì n h h ấp p hụ florua72

3.3.1. Ảnh hưởng của clorua . 7 2

3.3.2. Ảnh hưởng của bicacbonat . 7 3

3.3.3. Ảnh hưởng của phốt p h á t . 7 5

KẾT LUẬN . 7 7

TÀI LIỆU THAM KHẢ O 7 9

1

LỜI MỞ ĐẦU

Sự có mặt của florua trong nước uống có thể có lợi hoặc có hại cho sức khỏe
phụ thuộc vào nồng độ của nó. Trong nước uống nồng độ F
-
chấp nhận được
khoảng 0,5-1,5 mg/L. Giá trị nồng độ 1,5 mg/L đã được đề xuất bởi WHO, nhưng
không phải là một giá trị cố định, nó được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện của
từng quốc gia như điều kiện khí hậu, thể tích đầu vào nước, và đầu vào của F
-
từ các
nguồn khác.
Môi trường ô nhiễm florua do hai nguồn chính là tự nhiên và con người gây
ra. Florua phát thải vào môi trường tự nhiên qua việc khai thác khoáng sản, khí thải

từ núi lửa. Các nguồn thải nghiêm trọng qua khí thải, nước thải và chất thải từ nhiều
hoạt động công nghiệp khác nhau, bao gồm sản xuất thép, sản xuất nhôm, đồng và
niken, sản xuất thủy tinh, gạch, gốm sứ, keo dán và chất kết dính và trong quá trình
sản xuất và sử dụng phân bón photphat.
Nhiều phương pháp đã được phát triển để loại bỏ hàm lượng florua dư thừa
từ nước, ví dụ phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, điện thẩm tách, thẩm thấu
ngược, và lọc nano. Trong số những phương pháp này, hấp phụ là một trong những
kỹ thuật quan trọng được sử dụng để loại bỏ florua từ nước vì dễ vận hành và chi
phí thấp, đặc biệt là đối với các hộ gia đình cá nhân và hệ cộng đồng nhỏ. Các chất
hấp phụ khác nhau đã được sử dụng để loại florua bao gồm nhôm hoạt tính, than
hoạt tính, than xương, tổng hợp ion trao đổi, vật liệu tổng hợp, và hỗn hợp oxit đất
hiếm,… Trong những năm gần đây, người ta đã đặc biệt chú ý đến việc nghiên cứu
các loại vật liệu khác nhau từ các khoáng chất tự nhiên như kaolinite, bentonite,
lignite, montmorillonite, laterite, and bùn đỏ. Bùn đỏ (chất thải từ bauxit của quá
trình sản xuất nhôm) thải ra như một sản phẩm phụ không mong muốn trong quá
trình.
Chính vì vậy, với mong muốn chế tạo được những vật liệu hấp phụ florua
trên cơ sở bùn đỏ có hiệu quả xử lý cao. Chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu
sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt”
2

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bùn đỏ
“Bùn đỏ” là chất thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxit theo công
nghệ Bayer (thủy luyện).Trung bình cứ sản xuất một tấn Al
2
O
3
thì thải ra 1-1,5 tấn
bùn đỏ tùy thuộc chất lượng quặng bauxit đầu vào. Với hàm lượng oxit sắt chiếm

đến 60% và độ kiềm cao (pH>13) được xả ra môi trường, nó đang trở thành mối đe
dọa rất lớn đến cuộc sống con người và môi trường sinh thái.
Quặng bauxit bao gồm các thành phần chính như Al
2
O
3
+ SiO
2
+ TiO
2
+
Fe
2
O
3
…Thành phần và hàm lượng các oxit trong bùn đỏ phụ thuộc vào thành phần
quặng bauxit và công nghệ sản xuất nhôm khác nhau.
Khi không được thu gom, cách ly với môi trường, nước này có thể thấm vào
đất ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn
nước. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp nhờn
làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét mủ ở vết
rách xước trên da.
Chất kiềm trong bùn đỏ có thể tiêu diệt một phần thảm thực vật, làm hư hại
đất canh tác. Đặc biệt khi chảy xuống sông, bùn đỏ sẽ làm chết rất nhiều sinh vật
như cá, tôm do nó có độ pH cao và có thể hấp phụ các kim loại nặng và các anion,
Ở Việt Nam, theo tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam, quy hoạch phát
triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015, mỗi năm sản xuất khoảng 7 triệu tấn,
tương đương với việc cho ra 10 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như thế sau 50 năm sẽ có
1,15 tỉ tấn bùn đỏ tồn đọng trên vùng đất Tây Nguyên.
Như vậy ở các nước trên thế giới và cả ở Việt Nam, công nghiệp sản xuất

nhôm vẫn đã và đang phát triển, lượng bùn đỏ thải không ngừng làm cho các nhà
khoa học cần phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc xử lý bùn đỏ, mục đích
lớn hơn là tái sử dụng nó trở thành vật liệu thân thiện với môi trường.
3

1.2. Florua
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua
Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu ở dạng ion florua hoá trị một, là thành phần
của các khoáng như floapatit [(Ca
10
F
2
)PO
4
)
6
], crriolit (Na
3
AlF
6
) và flospar (CaF
2
).
Nó là một thành phần chung của đất, trung bình 200 mg/Lkg trên toàn thế giới.
Florua cũng có ở trong nước tự nhiên, trung bình khoảng 0,2 mg/L (Châu Âu và
Bắc Mỹ), trong nước biển nồng độ florua vào khoảng 1,2 mg/L. Tính chung flo là
nguyên tố có độ giàu thứ 13 trên trái đất, chiếm 0,03% vỏ trái đất.
Flo được thải vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau. Khí florua (phần lớn
là HF) được phát ra qua hoạt động của núi lửa và bởi một số ngành công nghiệp
khác nhau. Flo ở dạng khí và dạng hạt là sản phẩm phụ của sự đốt than (than chứa

10  480 mg/L kg flo, trung bình 80 mg/kg) và được giải phóng ra trong quá trình
sản xuất thép và luyện các kim loại không chứa sắt. Sản xuất nhôm bao gồm việc sử
dụng criolit, flospar và nhôm florua thường là nguồn florua môi trường quan trọng.
Các khoáng có chứa florua thường cũng là vật liệu thô cho thuỷ tinh, gốm sứ, xi
măng phân bón. Chẳng hạn, sự sản xuất phân photphat bằng sự axit hoá quặng
apatit với H
2
SO
4
giải phóng ra hiđro florua theo phương trình sau đây là một ví dụ
minh hoạ:
Ngoài ra, sự phong hóa các đá và khoáng vật chứa flo đã giải phóng flo vào
nước ngầm, nước sông, nước suối, làm tăng dần hàm lượng florua trong nước. Ở
những vùng có khoáng hóa florit thì hàm lượng flo trong nước có thể cao hơn.
Nước ngầm khi vận động có thể mang theo sự ô nhiễm flo đi xa nguồn với
khoảng cách khá lớn [5, 8, 24]. Trên thực tế có nhiều khu vực có các nguồn nước
tự nhiên nhiễm flo khá cao như ở một số vùng của Ấn Độ, Trung Quốc,
Băngladet Ở Khánh Hoà, Phú Yên, Bình Định và nhiều nơi nước ta có những
khu vực mà hầu hết các nguồn nước chứa hàm lượng flo từ 3 - 4mg/L, thậm chí có
những giếng lên tới 9mg/L. Trong khi tiêu chuẩn đối với nước sinh hoạt, nước mặt
là nồng độ flo = 1mg/L (TCVN, 1995) [5,8, 26, 45].
4

1.2.2. Độc tính của florua
Florua có các ảnh hưởng bệnh lí học lên cả thực vật và động vật [5]
Thực vật: là chất gây nguồn bệnh, florua gây ra sự phá huỷ một diện rộng
mùa màng. Nó chủ yếu được tập trung bởi thực vật ở dạng khí (HF) qua khí khổng
của lá, hoà tan vào pha nước của các lỗ cận khí khổng và được vận chuyển ở dạng
ion theo dòng thoát hơi nước đến các đỉnh lá và các mép lá. Một số đi vào các tế
bào lá và tích tụ ở bên trong các bào quan của tế bào. Các ảnh hưởng của florua đến

thực vật rất phức tạp vì liên quan với rất nhiều phản ứng sinh hoá. Các triệu trứng
thương tổn chung là sự gây vàng đỉnh và mép lá và gây cháy lá. Nó cũng làm giảm
sự sinh trưởng phát triển của thực vật và sự nẩy mầm của hạt. Một trong số biểu
hiện sớm ảnh hưởng phá huỷ trong thực vật của florua là sự mất clorophin, điều này
liên quan đến sự phá huỷ các lục lạp, ức chế sự quang tổng hợp. Florua cũng có ảnh
hưởng trực tiếp tới các enzim liên quan đến sự glico phân, hô hấp và trao đổi chất
của lipit và tổng hợp protein (photphoglucomutaza, piruvat kinaza, sucxinic
đehiđrogenaza, pirophotphataza, và ATPaza ti thể). Tất cả những ảnh hưởng đó đã
dẫn đến sự thất thu mùa màng.
Động vật: Mặc dù florua chỉ có độc tính cấp vừa phải đối với động vật và
không được xem là mối đe doạ đối với động vật hoang dã, nó có thể đóng vai trò đe
doạ quan trọng đối với người và gia súc dưới những điều kiện nào đó. Các florua
như đã được chỉ ra đối với nguyên nhân gây phá huỷ nhiễm sắc thể và sự đột biến
trong các tế bào động và thực vật, dẫn đến ảnh hưởng gây ra ung thư mạnh, mặc dù
vậy, các vấn đề nghiêm trọng nhất liên quan với sự nhiễm florua còn đương được
tranh cãi, những nói chung là ảnh hưởng rối loạn bộ xương.
Các triệu chứng ảnh hưởng thấy rõ là: sự vôi hoá khác thường của xương và
răng, bộ dạng cứng nhắc, thân mảnh, lông xù, giảm cho sữa, giảm cân.
Con người: Do lượng florua quá mức, men răng mất đi độ bóng của răng.
Florua chủ yếu được tích lũy ở khớp cổ, đầu gối, xương chậu và xương vai, gây khó
khăn khi di chuyển hoặc đi bộ. Các triệu chứng của xương nhiễm flo tương tự như
cột sống dính khớp hoặc viêm khớp, xương sống bị dính lại với nhau và cuối cùng
5

nạn nhân có thể bị tê liệt. Nó thậm chí có thể dẫn đến ung thư và cuối cùng là cột
sống lớn, khớp lớn, cơ bắp và hệ thần kinh bị tổn hại. Bên cạnh đó, tiêu thụ quá
nhiều florua có thể dẫn đến hàng loạt các tác hại như: thoái hóa sợi cơ, nồng độ
hemoglobin thấp, dị dạng hồng cầu, nhức đầu, phát ban da, thần kinh căng thẳng,
trầm cảm, các vấn đề về tiêu hóa và đường tiết niệu, ngứa ran ở ngón tay và ngón
chân, giảm khả năng miễn dịch, xảy thai, phá hủy các enzim…

Bằng chứng về ung thư ở các cộng đồng nhiễm florua ở mức cao có sự tranh
cãi. Một số vượt quá mức bình thường bị ung thư đường hô hấp ở các mỏ flospar đã
được công bố ở Canađa và một số nơi (Colorado).
















6

CHƯƠNG 2-THỰC NGHIỆM
2.1. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ
Mẫu bùn đỏ nguyên khai được lấy từ Dak Nông, Việt Nam có độ kiềm cao
pH > 12. Trước hết cần trung hòa vật liệu về giá trị pH=7.
2.1.1. Trung hòa bùn đỏ thô
Dùng dung dịch HCl 0,1M để trung hòa bùn đỏ thô về pH=7. Sau đó rửa
sạch Cl
-
bằng nước cất (thử bằng dung dịch AgNO

3
). Sấy khô, để nguội rồi nghiền
mịn cỡ hạt 0,1-0,5mm. Để vật liệu trong lọ sạch kín để sử dụng cho các thí nghiệm.
Kí hiệu vật liệu là RM.
2.1.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt
Lấy bùn đỏ thô đã trung hòa (RM) ở trên đem nghiền mịn, cân xác định khối
lượng để vào chén nung. Đem nung ở nhiệt độ 600
o
C trong 4 giờ, để nguội, nghiền
mịn cỡ hạt 0,1-0,5 mm, để nguội cất trong lọ kín khô sạch để sử dụng cho các thí
nghiệm. Kí hiệu vật liệu là TRM.
2.1.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua
Quy trình chế tạo vật liệu Ce-RM từ RM bằng đất hiếm xeri oxit:
- Cân 10,0 g vật liệu RM cho vào cốc thủy tinh 500ml, thêm 90ml dung dịch
Ce
3+
10g/L, thêm 50ml H
2
O
2
, khuấy đều. Dùng dung dịch NH
3
2M nhỏ giọt xuống
đến khi Ce
3+
chuyển hết về dạng hidroxit (màu nâu đỏ) và thử bằng giấy chỉ thị thấy
pH ~ 7 thì dừng lại. Tiếp tục khuấy đều thêm 10 phút nữa.
- Ủ kết tủa ở nhiệt độ 60-70
o
C trong 6 giờ.

- Lọc kết tủa bằng phễu lọc với giấy lọc băng xanh. Rửa kết tủa nhiều lần
bằng nước cất đến khi dịch lọc không còn ion SO
4
2-
(thử bằng dung dịch Ba
2+
).
- Sấy khô hỗn hợp ở 70
o
C, nghiền nhỏ tới kích thước hạt 0,1-0,5 mm.
- Để nguội cất trong lọ kín sạch để sử dụng cho các thí nghiệm.
Kí hiệu vật liệu là Ce-RM.

7

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu cấu trúc và bề mặt vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ
3.1.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (RM)
Bùn đỏ sau khi trung hòa kiềm được tiến hành nghiên cứu cấu trúc, bề mặt
và xác định pH tại điểm đẳng điện với các kết quả thu được lần lượt như sau:
Hình 3.1. Giản đồ XRD của vật liệu RM



Hình 3.2. Hình ảnh bề mặt vật liệu RM
qua kính hiển vi điện tử quét
Giản đồ XRD của RM cho thấy sự có mặt của gibbsite Al(OH)
3
và goethite
FeO(OH) ở các đỉnh của góc nhiễu xạ 2θ bằng 18,4

o
; 20,3
o
; 20,5
o
và 17,8
o
; 21,3
o
;
26,3
o
; 33,2
o
; 34,6
o
; 36,6
o
; 41,1
o
; 53,2
o
; 58,9
o
.
Kết quả hình ảnh bề mặt vật liệu RM qua kính hiển vi điện tử trên hình 3.2
cho thấy vật liệu bùn đỏ RM sau khi được trung hòa bằng axit chỉ còn lại các khối
kết tụ gồm Al(OH)
3
và FeO(OH) co cụm xen lẫn vào nhau, bề mặt xuất hiện các lỗ

xốp có cấu trúc bất thường, có các hạt kích thước rất nhỏ ~10-100nm tương đối
đồng đều.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau RM truoc HP
01-0 81-04 64 (C) - Go ethite, syn - FeO(OH) - Y: 90 .91 % - d x by: 1. - WL : 1.54 06 - O rthorhombic - a 4.60480 - b 9 .95 950 - c 3. 02 300 - al pha 9 0.000 - beta 90.0 00 - gamm a 90.000 - Prim itive - Pbnm (62) - 4
01-0 76-17 82 (C) - Gibbsit e - Al( OH)3 - Y : 87.41 % - d x by: 1. - W L: 1.5 406 - Monoclin ic - a 8.64100 - b 5 .07040 - c 9.71900 - alpha 90 .000 - beta 85 .430 - ga mma 9 0.000 - P rimitiv e - P2 1/n (14) - 8 - 424.468
File: Linh K2 1 m au bun do.raw - Typ e: L ocked Cou pled - St art: 1 0.000 ° - End : 70 .000 ° - St ep: 0. 030 ° - St ep time : 1. s - Temp .: 25 °C (Room) - Tim e S tarted: 10 s - 2 -Theta : 10 .0 00 ° - Theta: 5.000 ° - C hi: 0
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220

230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
2-Theta - Scale
1 0 20 3 0 40 50 60
d=4.837
d=4.367
d=4.142
d=2.692
d=2.524
d=2.413
d=2.218
d=1.695
d=1.536
d=1.487
d=2.161
8

3.1.2. Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM)

Hình 3.4. Giản đồ XRD của vật liệu TRM

Hình 3.5. Hình ảnh bề mặt vật liệu
TRM qua kính hiển vi điện tử quét
Từ hình 3.4 cho thấy quá trình biến tính nhiệt đã làm thay đổi cấu trúc vật
liệu, dạng gibbsite Al(OH)
3
biến mất và goethite FeO(OH) chuyển thành Fe
2
O
3
,
chất hấp phụ chuyển từ dạng hidroxit sang dạng oxit.
Vật liệu TRM được chế tạo từ vật liệu RM sau khi nung ở nhiệt độ cao
600
o
C nên chỉ còn lại các thành phần oxit Al
2
O
3
và Fe
2
O
3
có nhiều hạt có kích
thước nhỏ hơn từ ~10-100nm, tương tự hình ảnh SEM của vật liệu RM nhưng còn
thấy các lỗ rỗng và khoảng trống các khối co cụm rời rã hơn có thể là do quá trình
calcite hóa ở nhiệt độ cao, làm vật liệu trở lên xốp hơn so với vật liệu RM.

3.1.3. Bùn đỏ biến tính bởi magiê clorua (Mg-RM)

Hình 3.7. Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM


Hình 3.8. Hình ảnh bề mặt vật liệu
TRM qua kính hiển vi điện tử quét
F a cu lty o f C he m is try, H US , V N U, D8 A DV A NC E -Bru k e r - M au T RM tru oc H P
00 -0 01 -1 05 3 (D ) - H em at ite - Fe 2 O 3 - Y : 9 4. 30 % - d x by : 1 . - W L : 1 .5 40 6 - R ho m b o .H .a xe s - a 5 .02 8 00 - b 5 .02 80 0 - c 13. 73 0 00 - al ph a 90. 0 00 - be ta 9 0. 00 0 - g a m ma 1 20 .0 0 0 - P rim iti v e - R -3c ( 1 67) - 2 -
Fi le : Li nh K 2 1 m a u T RM t ruo c H P .r aw - Ty pe : Loc k ed C ou p led - S ta rt : 1 0. 00 0 ° - E n d: 70 .0 00 ° - S te p: 0 .03 0 ° - S tep t ime : 1. s - Te m p. : 2 5 ° C ( Ro om ) - Ti m e S tar ted : 12 s - 2- Th et a: 10 .0 0 0 ° - Th et a : 5 .0 00 °
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0

21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2-Th eta - Sc a le
2 0 30 40 50 60
7 0
d=2.685
d=2.504
d =2.171
d=1.82 7
d=1.687
d=1.449
d=3.666
Faculty of C he m istry, H US, VN U, D8 A DV ANC E-Bruker - M au M gRM tru oc HP
00 -00 1-1 0 53 (D) - Hem at ite - F e2O 3 - Y : 6 4.6 2 % - d x b y: 1. - W L: 1.5 40 6 - R hom bo .H .axe s - a 5. 02 80 0 - b 5.02 80 0 - c 13 .73 0 00 - al ph a 9 0.0 00 - beta 90. 00 0 - ga mm a 1 20 .000 - Pr imi tiv e - R-3 c ( 16 7) - 2 -
00 -00 1-1 1 69 (D) - Br uc ite - M g(O H) 2 - Y: 58. 22 % - d x by : 1 . - W L: 1.5 40 6 - He xa go na l - a 3.1 25 00 - b 3. 12 50 0 - c 4 .75 00 0 - al ph a 90 .0 00 - b eta 9 0.00 0 - g amm a 120 .0 00 - Prim iti ve - P-3 m 1 (1 64) - 1 - 40 .1
03 -06 5-0 4 76 (C) - Ma gne si a, sy n - Mg O - Y: 9 6.8 7 % - d x by : 1 . - W L: 1.5 40 6 - Cu bic - a 4. 203 0 0 - b 4.20 30 0 - c 4. 20 30 0 - alp ha 90 .000 - be ta 90 .000 - g amm a 9 0.0 00 - Fa ce -c ent ered - Fm -3 m (225 ) - 4 - 7
F ile: Lin h K 21 m au Mg RM t ruo c HP.r aw - T yp e: L oc ke d Cou p led - St ar t: 10 .0 00 ° - End : 70. 00 0 ° - S tep : 0 .0 30 ° - St ep tim e: 1. s - Tem p .: 2 5 ° C (Ro om ) - Tim e S ta rted : 15 s - 2-T he ta : 1 0.0 00 ° - Th eta : 5.0 00
Lin (Cps)
0
10
20
30

40
50
60
70
80
90
10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2-Theta - Scal e
20 30 40 50 60
70

d=2.683
d=2.10 0
d=2.354
d=1.486
d=2 .501
d=1.689
d=1.830
d=1 .448
d=2.422
d=2.191
9

Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM trên hình 3.7 cho thấy sự có mặt của tinh
thể lập phương MgO ở các đỉnh của góc nhiễu xạ 2θ bằng 43
0
và 62,3
0
, sự có mặt
của Mg(OH)
2
ở các đỉnh 38,2
0
; 51,1
0
; 59,
0
; 68,5
0
và Fe
2

O
3
ở các đỉnh 24,2
0
; 33,2
0
;
35,7
0
; 40,9
0
; 49,5
0
; 54,1
0
; 62,5
0
; 64
0
; 70
0
.
Từ kết quả thu được có thể khẳng định bùn đỏ thô ban đầu đã được biến tính
thành công bằng cách mang thêm các tâm có khả năng tạo phức với ion florua là
MgO và Mg(OH)
2
.
Cấu trúc bề mặt vật liệu Mg-RM hoàn toàn khác hai vật liệu RM và TRM.
Xuất hiện các lỗ xốp có kích thước rất lớn cỡ 100-200nm, cấu trúc lỗ trống mở
rộng, các hạt rất mịn MgO, Mg(OH)

2
cỡ vài nm, cụm thành khối trên các lỗ trống
giống như cánh hoa, các hạt Al
2
O
3
có các kích thước khoảng 10-20nm, phân bố vào
các lỗ trống lớn.
3.1.4. Bùn đỏ biến tính bởi đất hiếm xeri oxit (Ce-RM)


Hình 3.10. Giản đồ XRD của vật liệu Ce-
RM



Hình 3.11. Hình ảnh bề mặt vật liệu
Ce-RM qua kính hiển vi điện tử quét
Từ hình 3.10, XRD của vật liệu Ce-RM có mặt của Al(OH)
3
với đỉnh pic đặc
trưng tại các góc nhiễu xạ 2θ bằng 18,2
0
; 20,3
0
; 20,6
0
và FeO(OH) với đỉnh pic đặc
trưng tại các góc nhiễu xạ 2θ bằng 18
0

; 21,5
0
; 26,7
0
; 33,7
0
; 35,1
0
; 37,1
0
; 41,7
0
;
53,8
0
; 59,8
0
; 59,9
0
, CeO
2
được đưa vào thành công với đỉnh pic đặc trưng tại các
góc nhiễu xạ 2θ bằng 28,6
0
; 33,1
0
; 47,5
0
; 56,3
0

; 59
0
.
F a culty o f C hem istry, H US , VN U, D 8 A D V A N CE - Bru ker - M a u C e RM truo c H P
00 -04 3 -10 02 (C) - Ce r ian ite -(C e ), s y n - Ce O 2 - Y: 71 .07 % - d x by : 1 . - W L : 1. 540 6 - C u b ic - a 5. 41 1 34 - b 5 .41 1 34 - c 5.4 1 13 4 - a lp ha 90 . 000 - be ta 9 0. 000 - g am m a 90 .00 0 - Fa ce -c en te re d - Fm - 3m ( 225 ) -
01 -08 1 -04 64 (C) - Go e th ite , s yn - F e O (O H) - Y : 78 .3 3 % - d x b y: 0.9 89 6 - W L : 1. 540 6 - O rt horh om bi c - a 4 .60 4 80 - b 9.9 59 5 0 - c 3. 0 230 0 - a lp ha 90 . 00 0 - b eta 9 0. 00 0 - gam ma 90 .00 0 - P r imi ti ve - P b nm (6 2
01 -07 6 -17 82 (C) - Gi bb si te - Al( O H)3 - Y: 8 0 .34 % - d x b y: 1 . - W L : 1 .54 06 - M o noc lin ic - a 8. 641 0 0 - b 5.0 7 04 0 - c 9. 7 190 0 - a lp ha 9 0 .00 0 - b eta 8 5 .43 0 - g am m a 90 .0 0 0 - P ri miti ve - P 21 /n (1 4) - 8 - 42 4 .46 8
File : Lin h K 21 m au CeR M tru oc H P. raw - Ty p e: L oc k ed C ou pl ed - S tart : 10 .00 0 ° - E nd : 7 0 .00 0 ° - S tep : 0. 030 ° - S tep t im e : 1. s - Te m p.: 25 °C (R oo m) - T im e S ta r ted : 1 2 s - 2- T het a: 1 0.0 00 ° - The t a: 5 . 00 0
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0

21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2- T heta - Sc a le
1 0 20 30 40 50 6 0
7 0
d=4.810
d=4.1 17
d=2.409
d=3.120
d=2.655
d=1.688
d=2.154
d=1.479
d=4.306
10

Bề mặt vật liệu Ce-RM có độ xốp cao, các hạt nano CeO
2
có kích thước
đồng đều, ngoài ra còn có các hạt Al
2
O

3
và Fe
2
O
3
xen lẫn vào nhau. Như vậy, quá
trình biến tính đã giúp tăng cường độ phân tán và diện tích bề mặt của bùn đỏ thô
lên đáng kể, đây là các đặc tính đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hấp phụ
của vật liệu.
3.2. Xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của các vật liệu
Khảo sát điểm đẳng điện (pH
pzc
) của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-
RM tiến hành thí nghiệm như sau: lấy 0,25g vật liệu cần nghiên cứu cho vào 25ml
dung dịch KCl 0.1M, pH của dung dịch được điều chỉnh từ 2-12 bằng dung dịch
KOH 0.1M hoặc HCl 0.1M. Sau khi đạt cân bằng, xác định lại pH của dung dịch,
gọi là pH sau (pH
f
) của dung dịch. Từ đó xác định được ∆pH = pH
f
– pH.
Vẽ đồ thị pH và ∆pH, đồ thị này cắt trụ OX tại giá trị nào thì đó chính là
pH
pzc
của vật liệu cần nghiên cứu.

Hình 3.12. Đồ thị xác định pH
pzc
của các vật liệu
Hình 3.12 cho thấy các vật liệu RM, TRM và Ce-RM có giá trị pH

pzc
không
khác nhau nhiều. Vật liệu RM có giá trị pH
pzc
=5.5 thấp hơn một chút so với vật
liệu TRM và Ce-RM (pH
pzc
=5.7), do vật liệu RM được trung hòa bằng axit nên có
bề mặt vật liệu có tính axit hơn. Vật liệu Mg-RM có giá trị pH
pzc
=12 cao hơn nhiều
so với 3 loại vật liệu còn lại, do quá trình chế tạo vật liệu hình thành Mg(OH)
2
nên
bề mặt có tính kiềm rất cao.
-4
-2
0
2
4
6
8
0 2 4 6 8 10 12 14
∆pH
pH
RM
TRM
11

Giá trị pH

pzc
cho biết trong điều kiện thí nghiệm đó bề mặt vật liệu mang
điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát các vật liệu trên ở môi
trường pH<pH
pzc
(từ 5-6) thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương (pH<pH
pzc
),
ngược lại bề mặt vật liệu mang điện tích âm.
3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của các vật liệu
3.3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ florua
Bảng 3.5. Mối quan hệ giữa nồng độ florua và độ hấp thụ quang (ABS)
theo phương pháp SPADNS
STT 1 2 3 4 5 6 7 8
Nồng độ F
-
(mg/L) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
ABS 1,151

1,104

1,067

1,029

0,988

0,957

0,923

0,891


Hình 3.13. Đồ thị đường chuẩn phân tích florua
Đường chuẩn xác định florua thu được có dạng: y = -0,184x + 1,142
Từ đồ thị đường chuẩn ta thấy rằng trong khoảng nồng độ F
-
từ 0-1,4 mg/L
thì mật độ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ F
-
tuân theo định luật Lamber-
Beer. Vì vậy khi xác định F
-
trong các mẫu phân tích ta cần đưa về khoảng nồng độ
này.
3.2.2. Khả năng hấp phụ florua của vật liệu
3.2.2.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu
y = -0.184x + 1.142
R² = 0.996
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0 0.5 1 1.5
ABS
Nồng độ (mg/L)
12

Để khảo sát thời gian quá trình hấp phụ đạt cân bằng, chúng tôi tiến hành hấp
phụ florua với nồng độ ban đầu là 10 mg/L trên 0,5 gam vật liệu. Tải trọng hấp phụ
được xác định theo thời gian khảo sát từ 30 phút đến 180 phút và trình bày trên
bảng 3.6 và hình 3.14.

Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ các vật liệu
Qua đồ thị ta thấy trong 120 phút đầu tiên, tải trọng hấp phụ tăng dần theo
thời gian và sau đó hầu như không tăng nữa, quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Do đó,
các nghiên cứu quá trình hấp phụ tiếp theo của các vật liệu được tiến hành với thời
gian là 120 phút.
3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các vật liệu
Một trong các đặc trưng quan trọng của quá trình hấp phụ là sự phụ thuộc
vào giá trị pH. Sự thay đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của
chất hấp phụ cũng như chất bị hấp phụ. Vì vậy, quá trình hấp phụ florua trên các vật
liệu được nghiên cứu với pH thay đổi từ 3,0 đến 11,0.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 30 60 90 120 150 180 210
qe (mg/g)
Thời gian (phút)
RM
TRM
Mg-RM
Ce-RM
13

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ florua
của các vật liệu
Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ florua của các vật liệu giảm khi pH tăng.
Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD (hình 3.1) đã chứng minh thành phần chính của vật
liệu RM là FeOOH và Al(OH)
3
. Các dạng hydroxit này là các chất lưỡng tính, thể
hiện đồng thời tính axit và bazơ [4]. Trong môi trường pH cao nó thể hiện tính axit,
nhường proton tạo ra FeOO
-
và Al(OH)
4
-
, còn trong môi trường pH thấp, nó thể
hiện tính bazơ, nhận proton tạo ra các dạng như FeOOH
2
+
, Fe
2+
và Al(OH)
2
+
,
Al(OH)
2+
, Al
3+
. Như vậy, rõ ràng khi hấp phụ florua, pH thấp sẽ thuận lợi cho quá

trình hấp phụ dạng anion này, cơ chế hấp phụ do đó được quyết định bởi lực tương
tác tĩnh điện giữa các cation với anion F
-
.
Giản đồ nhiễu xạ XRD cũng được chụp cho vật liệu RM sau khi hấp phụ
florua (hình 3.16). Kết quả cho thấy xuất hiện các pic tại góc nhiễu xạ 2θ =25,25
0
;
42,7
0
; 51,9
0
và 61,9
0
đặc trưng cho sự xuất hiện tinh thể AlF
3
.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
qe (mg/g)
pH
RM
TRM

Mg-RM
Ce
-
RM
14


Hình 3.16. Giản đồ XRD vật liệu RM sau hấp phụ florua

Quá trình hấp phụ florua trên các vật liệu RM theo pH cũng phù hợp với giá
trị pH
pzc
xác định được. Theo định nghĩa về pH
pzc
, tại pH > pH
pzc
, bề mặt vật liệu sẽ
mang điện tích âm không thuận lợi cho quá trình hấp phụ ion F
-
, tại pH < pH
pzc
bề
mặt vật liệu sẽ mang điện tích dương thuận lợi cho quá trình hấp phụ ion F
-
.
3.2.2.3. Xác định tải trọng hấp phụ của các vật liệu ttheo hai mô hình hấp
phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich
Khả năng hấp phụ của một chất rắn đối với một chất bị hấp phụ (chất tan)
được đặc trưng bởi thế đẳng nhiệt hấp phụ. Hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ được
sử dụng để mô tả quá trình này là hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.

Bằng cách thay đổi nồng độ florua trong dung dịch hấp phụ từ 10 đến 500 mg/L, tải
trọng hấp phụ của vật liệu RM được xác định sau thời gian cân bằng 120 phút và
biểu diễn dưới dạng các đại lượng C
e
/q
e
, lnC
e
, lnq
e
để thiết lập phương trình dạng
tuyến tính Langmuir và Freundlich. Các phương trình tuyến tính này được biểu diễn
trên hình 3.17 và hình 3.18 với kết quả thực nghiệm thu được biểu diễn trên bảng
3.8.
F a cul ty of C he m istr y, H U S , VN U, D8 A D V ANC E-Bru ke r - M au RM sau H P
01 -0 80 -1 007 (C ) - A lu m inu m Fl uo rid e - AlF3 - Y: 70.52 % - d x by : 1. - W L: 1 .5406 - Rh om b o. H .a xes - a 4.9 30 50 - b 4. 9 30 50 - c 1 2.4 46 20 - a lp ha 90 .00 0 - be ta 9 0.0 00 - g a m m a 12 0. 000 - P rim i tive - R -3c ( 16
01 -0 81 -0 464 (C ) - G o e th it e, s yn - Fe O (O H) - Y: 74 .1 9 % - d x by: 1. - W L: 1 .54 0 6 - O rth orho mb ic - a 4.60 48 0 - b 9 .95 95 0 - c 3 .023 00 - al pha 9 0 .0 00 - b et a 90 .00 0 - g am m a 90.0 00 - P rim it iv e - P bn m ( 62 ) - 4
01 -0 76 -1 782 (C ) - G i bb s ite - A l(O H)3 - Y: 7 7 .69 % - d x by : 1 . - W L: 1 .54 06 - Mono cli nic - a 8 .6 41 0 0 - b 5 .07 04 0 - c 9.7 19 00 - a lph a 90 .00 0 - b eta 85 .4 30 - g a mm a 90 .0 0 0 - P rimit ive - P 21/n (14 ) - 8 - 4 24 .468
F ile : Lin h K 2 1 m au R M sa u H P .ra w - T yp e: L oc k ed C ou pled - S ta rt: 1 0. 0 00 ° - En d : 7 0.00 0 ° - S tep : 0. 03 0 ° - S tep ti m e : 1 . s - Te m p .: 2 5 °C ( R oo m) - T im e S ta r ted: 1 2 s - 2 - T he ta: 1 0 .0 00 ° - T he ta : 5 .00 0 ° -
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90

10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
2-Thet a - S cale
1 0 20 3 0 4 0 50 60
7 0
d=4.793
d=4.123
d=1.786
d=3.666
d=7.107
d=3.487
d=2.677
d=2.404
d=2.159
d=1.533
d=1.691
d=1.757
15


Hình 3.17. Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua

của các vật liệu


Hình 3.18. Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ florua

của các vật liệu
Từ phương trình dạng tuyến tính của mô hình Langmuir, ta tính được tải
trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu đối với florua và từ các hệ số của phương
trình Freundlich đối với các vật liệu cũng xác định được là K
f
và



Với hệ số hồi quy R
2
của hai phương trình tuyến tính Langmuir và
Freundlich thu được cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich thích hợp hơn
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500
Ce/qe
Ce (mg/L)
RM TRM Mg-RM Ce-RM
-1.2
-0.8

-0.4
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
0 2 4 6 8
lnqe
lnCe
RM TRM Mg-RM Ce-RM
16

mô hình Langmuir khi mô tả quá trình hấp phụ florua. Điều này cũng phù hợp với
đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ chất bị hấp phụ
trong pha rắn (tải trọng hấp phụ) và nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng thu
được từ thực nghiệm trên hình 3.19.
17




Hình 3.19. Đường hấp phụ đẳng nhiệt của các vật liệu
Theo mô hình Freundlich thì đường biểu diễn quá trình đẳng nhiệt hấp phụ
của mô hình này là một nhánh của đường parabol. Khi đó, ở vùng nồng độ thấp
đường biểu diễn không phải là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và ở vùng nồng độ
cao đường biểu diễn không đạt cực đại mà có xu hướng đi lên mãi [1].

Hình 3.25. Giản đồ XRD của vật liệu TRM sau hấp phụ florua
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
0 200 400 600
qe(mg/g)
Ce (mg/L)
RM
TRM
Mg-RM
Ce-RM
Fa culty of C he m istry, HUS , VNU, D8 A DV A NC E-Bruke r - Mau TRM sau HP
00 -001-1 053 (D ) - Hem atit e - F e2 O3 - Y: 96. 8 1 % - d x by: 1. - W L : 1.5406 - Rho mb o.H .axe s - a 5.02 80 0 - b 5.028 00 - c 13. 73 0 00 - al pha 9 0.000 - beta 90 .00 0 - gamm a 1 20 .00 0 - Primi ti ve - R-3 c (1 67) - 2 -
File : Linh K21 m au TR M s au H P.r aw - Ty pe: Loc ked C oupled - S tart: 10.000 ° - E nd: 7 0.0 00 ° - St ep : 0. 03 0 ° - S tep ti me : 1. s - Temp .: 25 °C (Roo m ) - Tim e Star ted: 13 s - 2- The ta: 10 .0 00 ° - T heta : 5 .00 0 ° -
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0

11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2-Theta - Sc ale
2 0 30 40 50 60
70
d=2.496
d=2.685
d=3.637
d=2.159
d=1.812
d=1.682
d=1.483

d=1.445
18


Hình 3.28. Giản đồ XRD của vật liệu Mg-RM sau hấp phụ florua
Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD (hình 3.10) đã chứng minh thành phần
chính của vật liệu RM là FeOOH, Al(OH)
3
và CeO
2
.
Giản đồ nhiễu xạ XRD cũng được chụp cho vật liệu Ce-RM sau khi hấp phụ
florua (hình 3.34). Kết quả cho thấy xuất hiện các pic tại góc nhiễu xạ 2θ = 26,5
0
,
29,5
0
; 30,4
0
; 40
0
; 46,5
0
; 52,7
0
; 56
0
đặc trưng cho Ce
2
O

3
, cho thấy có sự biến đổi
CeO
2
thành Ce
2
O
3
sau khi hấp phụ F
-
.

Hình 3.34. Giản đồ XRD vật liệu Ce-RM sau hấp phụ florua

Faculty of Chemistry, H US, VN U, D8 ADVANC E-Bruker - Mau MgRM sau HP
00-0 01-12 97 (D) - Ma gn es ium Fluo ride - Mg F2 - Y: 7 2.45 % - d x by: 1. - W L: 1.5 40 6 - Tetrag on al - a 4 .66000 - b 4.66 00 0 - c 3.0 78 00 - a lph a 90.00 0 - beta 90.000 - gamm a 90.000 - Primitiv e - P42/m nm (13
00-0 01-10 53 (D) - Hem atite - Fe 2O3 - Y: 73.1 0 % - d x by: 1. - W L: 1.5 40 6 - Rhomb o .H.ax e s - a 5.02 800 - b 5 .02800 - c 13.73 0 00 - al ph a 90.0 00 - beta 90 .000 - gamma 1 20.00 0 - Pr imiti ve - R -3c (1 67) - 2 -
00-0 01-11 69 (D) - Bruci te - M g(OH) 2 - Y: 76.8 4 % - d x by: 1. - W L: 1 .5406 - H ex a go na l - a 3.1 250 0 - b 3.1 25 00 - c 4.75000 - alpha 90.0 00 - b eta 90.000 - ga mm a 1 20 .00 0 - Prim itive - P-3m 1 (164) - 1 - 4 0.1
03-0 65-04 76 (C) - Ma gn es ia, syn - MgO - Y: 97.4 6 % - d x by: 1. - WL : 1.5406 - C ub ic - a 4.20300 - b 4.2 03 00 - c 4.20300 - alpha 9 0.0 00 - beta 90 .000 - gamm a 90.0 00 - Fa ce- centered - Fm -3m (2 25 ) - 4 - 7
File: Linh K21 m au M gRM sau H P.raw - T ype: Locke d Cou pled - S tart: 10.0 00 ° - End: 70 .00 0 ° - Step: 0.0 30 ° - S tep time : 1 . s - Te mp .: 25 ° C (Room) - Tim e S tar ted: 4 s - 2-Th eta: 10.000 ° - The ta: 5.0 00 ° -
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80

90
10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2-Theta - Scale
20 30 40 50 60
70
d=2.698
d=2.103
d=1.488
d=1.677
d=1.830

d=1.782
d=2.359
d=2.508
d=3.659
d=3.331
d=2.575
d=3.889
Faculty of Che m istry, H US, VNU, D8 A DVA NCE-Bruke r - M au CeRM sau H P
01 -078 -0 484 (C) - Cerium Oxide - Ce 2O3 - Y : 6 9.75 % - d x by: 1 . - W L: 1.5 406 - He xag onal - a 3 .89 10 0 - b 3 .891 00 - c 6.0 5900 - a lp ha 90 .00 0 - be ta 9 0.0 00 - ga mma 12 0.0 00 - P rim itive - P-3m 1 (16 4) - 1 -
01 -081 -0 464 (C) - Go ethite , syn - Fe O (OH) - Y: 80 .08 % - d x b y: 1 . - W L : 1.54 06 - O rt ho rho mbic - a 4 .6048 0 - b 9.9 5950 - c 3.023 00 - alpha 9 0.0 00 - beta 90. 000 - ga mm a 90.0 00 - Prim itiv e - P bnm (62 ) - 4
01 -076 -1 782 (C) - Gi bb site - Al(OH)3 - Y : 77. 00 % - d x by: 1. - W L: 1 .54 06 - Mono clinic - a 8 .64 100 - b 5 .0704 0 - c 9.719 00 - alpha 90.000 - be ta 85.4 30 - ga mm a 9 0.0 00 - Pri mitiv e - P 21 /n (14 ) - 8 - 4 24 .46 8
File: Lin h K 2 1 m au CeR M sa u HP.raw - Type : Lock ed Cou ple d - Sta rt: 10 .00 0 ° - End: 70.0 00 ° - S te p: 0.030 ° - Step t im e: 1 . s - Tem p.: 2 5 °C (R oom) - Time S ta rte d: 1 2 s - 2 -The ta: 10 .000 ° - The ta: 5 .000 °
Lin (Cps)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
11 0
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0

17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0
29 0
30 0
2-Theta - Scale
1 0 20 30 40 50 60
70
d=4.833
d=4.135
d=4.357
d=3.332
d=2.935
d=2.688
d=2.518
d=2.413
d=2.159
d=1.695
19

So sánh khả năng hấp phụ F

-
của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-RM:
Bảng 3.18. Các thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich
cho quá trình hấp phụ florua của vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-RM.


Phương trình đẳng nhiệt
Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt
Freundlich
q
max
(mg/g) R
2
K
f
(mg/g)

1/n R
2

RM 2,82 0,903 0,2471 0,355

0,958
TRM 5,71 0,943 0,2935 0,454

0,979
Mg-RM 11,14 0,967 0,4515 0,525

0,993

Ce-RM 14,45 0,833 0,4534 0,449

0,930
Nhìn vào Bảng 3.18, các giá trị R
2
và hằng số đẳng nhiệt mô tả khả năng hấp
phụ F
-
của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-RM. Cho thấy rằng các số liệu thí
nghiệm được mô tả bằng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich phù hợp hơn mô
hình hấp phụ Langmuir, có thể là do có các tâm hấp phụ khác nhau hoặc do hỗn hợp
không đồng nhất của một số khoáng chất có trong vật liệu nghiên cứu được chế tạo
từ bùn đỏ làm chúng có ái lực khác nhau với ion F
-
. Tải trọng hấp phụ cực đại q
max

được tính từ phương trình Langmuir cho các giá trị tăng dần theo thứ tự RM < TRM
< Mg-RM<Ce-RM. Bên cạnh đó, khi so sánh giá trị K
f
cũng cho thấy khả năng hấp
phụ F
-
cũng tăng dần theo thứ tự trên.
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ
florua
Để xem xét khả năng ứng dụng vật liệu, trong thực tế nước ô nhiễm F
-

thường chứa các ion khác có thể cạnh tranh với F

-
trong quá trình hấp phụ. Chúng
tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của một số anion đến khả năng hấp phụ F
-
của
hai vật liệu Mg-RM và Ce-RM là vật liệu có dung lượng hấp phụ cao trong bốn loại
vật liệu đã chế tạo. Các anion được lựa chọn khảo sát gồm: Cl
-
, HCO
3
-
, PO
4
3-
.


Vật liệu
Các thông số
20


Từ đồ thị ta nhận thấy ainon Cl
-
hầu như ảnh hưởng không đáng kể đến khả
năng hấp phụ F
-
của hai vật liệu Mg-RM và Ce-RM. Khi nồng độ các ion là 100-
300 mg/L thì dung lượng hấp phụ của vật liệu Mg-RM vẫn đạt ~ 0,3 mg/g xấp xỉ
dung lượng hấp phụ mẫu so sánh khi không có mặt Cl

-
. Còn khi tăng nồng độ Cl
-

lên đến 400-500 mg/L (gấp 2 TCVN nước cấp sinh hoạt) thì dung lượng hấp phụ F
-

của vật liệu giảm gần 2 lần. Đối với vật liệu Ce-RM thì ion Cl
-
hầu như không ảnh
hưởng đến khả năng hấp phụ F
-
của vật liêu Ce-RM. Dung lượng hấp phụ gần như
không thay đổi so với mẫu so sánh khi không có mặt ion Cl
-
là xấp xỉ 0,49 mg/g.
Ta nhận thấy các ion HCO
3
-
có ảnh hưởng bất lợi đến khả năng hấp phụ F
-

của hai vật liệu Mg-RM và Ce-RM. Khi nồng độ HCO
3
-
tăng lên nồng độ 100-200
mg/L thì dung lượng hấp phụ F
-
của vật liệu Mg-RM giảm từ 0,3 mg/g đến 0,1
mg/g. Dung lượng hấp phụ của vật liệu Ce-RM bị ảnh hưởng lớn hơn khi có mặt

ion HCO
3
-
, cụ thể là giảm từ 0,5 mg/g chỉ còn 0,2 mg/g khi nồng độ HCO
3
-
là 100-
200 mg/L so với khi không có mặt ion HCO
3
-
. Nồng độ HCO
3
-
càng tăng thì dung
lượng hấp phụ F
-
của hai vật liệu càng giảm.
Kết quả cho thấy ion phốtphát có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến khả năng
hấp phụ F
-
của hai vật liệu Mg-RM và Ce-RM. Cụ thể với vật liệu Mg-RM, ngay cả
khi nồng độ thấp là 100-200 mg/L thì dung lượng hấp phụ khoảng 0,12 mg/g giảm
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 100 200 300 400 500

qe (mg/g)
Nồng độ anion (mg/L)
Cl HCO3 PO4 (Ce-RM)
Cl HCO3 PO4 (Mg-RM)
21

2 lần so với mẫu so sánh khi không có mặt phốtphát là 0,266 mg/g, nồng độ
phốtphát tăng lên 300-400 mg/L thì dung lượng hấp phụ giảm 10 lần chỉ còn
khoảng 0,02 mg/g, nồng độ phốtphát 500 mg/L thì vật liệu gần như không còn khả
năng hấp phụ. Còn với vật liệu Ce-RM sự ảnh hưởng tương tự, nồng độ phốtphát
tăng từ 0-100 mg/L làm dung lượng hấp phụ giảm từ 0,5 mg/g xuống còn 0,2 mg/g.
Nguyên nhân chính khiến khả năng hấp phụ của vật liệu giảm mạnh là do có
sự hấp phụ cạnh trạnh các ion phốtphát với các ion F
-
tại các tâm hoạt động trên bề
mặt vật liệu, khiến cho khả năng hấp phụ F
-
của vật liệu Mg-RM giảm.