Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
MAI THỊ PHƢƠNG THẢO
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC
CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MÔI TRƢỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC
THÁI NGUYÊN, NĂM 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
MAI THỊ PHƢƠNG THẢO
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC
CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CUỐNG LÁ CHUỐI
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÍ MÔI TRƢỜNG
CHUYÊN NGÀNH : HOÁ PHÂN TÍCH
MÃ SỐ: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG
THÁI NGUYÊN, NĂM 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
3
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng,
người thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình
học tập và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học
trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận
lợi cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Hóa học, các cán
bộ làm việc tại phòng Nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm Hóa lí
trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã góp ý, giúp đỡ, tạo
điều kiện cho em thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, giúp đỡ của những
người thân trong gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và
nghiên cứu.
Thái Nguyên, tháng 08
năm 2011
Tác giả luận văn
Mai Thị Phương Thảo
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
4
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim
loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống lá chuối và thử
nghiệm xử lí môi trường ” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả
trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.
Thái nguyên, tháng 08 năm 2011
Tác giả luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
5
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ……………………………………………………………
Lời cam đoan ……………………………………………………………
i
Mục lục …………………………………………………………………
ii
Danh mục các chữ viết tắt ………………………………………………
iv
Danh mục các bảng ……………………………………………………
v
Danh mục các hình ………………………………………………………
vii
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………
1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN………………………………………………
3
1.1 Giới thiệu về đối tƣợng xử lý ………………………………………
3
1.1.1 Tình trng nguồn nước bị ô nhim kim loi nng …………………
3
1.1.2 Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhim kim loi nng
tới sức khỏe con người ……………………………………………
4
1.1.3 Tiêu chuẩ n Việ t Nam (TCVN) về nướ c thả i
chứ a ion kim loi nng……………………………………………….
6
1.2 Giớ i thiệ u về phƣơng phá p hấ p phụ ………………………………
6
1.2.1 Các khái niệ m………………………………………………………
6
1.2.2 Động học hấp phụ …………………………………………………
9
1.2.3 Một số mô hì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ cơ bản…………………………
10
1.2.4 Hấp phụ trong môi trường nước …………………………………….
12
1.2.5 Quá trình hấp phụ động trên cột …………………………………….
14
1.3 Giới thiệu về phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)………
16
1.3.1 Nguyên tắc …………………………………………………………
16
1.3.2 Phương pháp đường chuẩn…………………………………………
16
1.4 Giới thiệu về cuống lá chuối ………………………………………
17
1.4.1 Năng suất và sản lượng chuối ………………………………………
17
1.4.2 Thành phn chnh của xơ cuống lá chuối……………………………
18
1.5 Mộ t số hƣớ ng nghiên cƣ́ u sƣ̉ dụ ng phụ phẩ m nông nghiệ p
lm VLHP …………………………………………………………
19
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM …………………………………………
22
2.1 Thiết bị và ha chất ………………………………………………….
22
2.1.1 Thiết bị ……………………………………………………………
22
2.1.2 Hoá chất ……………………………………………………………
22
2.2 Chế tạo VLHP từ cuống lá chuối……………………………………
22
2.2.1 Quy trình chế to VLHP từ cuống lá chuối …………………………
22
2.2.2 Khảo sát một số đc điểm bề mt của NL và VLHP ………………
23
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
6
2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm ………………………………………….
25
2.3.1 Phương pháp hấp phụ tĩnh ………………………………………….
25
2.3.2 Phương pháp hấp phụ động …………………………………………
25
2.4. Các thí nghiệm nghiên cứu …………………………………………
26
2.4.1 Dựng đường chuẩn xác định nồng độ ion kim loi
theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)……………………
26
2.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của NL và VLHP
đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………
28
2.4.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP bằng phương pháp hấp phụ tĩnh
28
2.4.4 Khảo sát khả năng tách loi và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI)
bằng phương pháp hấp phụ động trên cột…………………………
30
2.4.5 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………….
31
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……………………………
32
3.1 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của NL
v VLHP đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………
32
3.2 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ
Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP bằng phƣơng pháp hấp phụ tĩnh ……
33
3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP ………………
33
3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc …………………
34
3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ………………………………
36
3.2.4 Kết quả khảo sát cơ chế hấp phụ của VLHP
đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………………
38
3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến sự hấp phụ
Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……………………………………………
40
3.2.6 Xác định dung lượng hấp phụ cực đi của VLHP đối với Cu(II),
Ni(II), Cr(VI) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir…
43
3.2.7 Động học hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP
45
3.3 Kết quả khảo sát khả năng tách loại v thu hồi
Cu(II), Ni(II), Cr(VI) bằng phƣơng pháp hấp phụ động trên cột ….
50
3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng ………………………
50
3.3.2 Kết quả giải hấp thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …………………
52
3.4 Tái sử dụng VLHP…………………………………………………
56
3.5 Kết quả xử lí thử mẫu nƣớc thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …….
59
KẾT LUẬN ………………………………………………………………
62
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A
Mật độ quang
AAS
Phổ hấp thụ nguyên tử
BV
Bed-Volume
FAO
Tổ chức lương thực thế giới
F-AAS
Phổ hấp phụ nguyên tử ngọn lửa
IARC
Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế
IR
Phổ hồng ngoi
JECFA
Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm
Nd
Notdecter
NL
Nguyên liệu
PA
Tinh khiết phân tch
SEM
Ảnh chụp knh hiển vi điện tử quét
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
VLHP
Vật liệu hấp phụ
WHO
Tổ chức y tế thế giới
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Giá trị giới hn nồng độ một số chất ô nhim
trong nước thải công nghiệp………………… ……………….
6
Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối
và phương pháp hn chế chúng………………………………
15
Bảng 1.3: Din biến sản xuất chuối ở Việt Nam…………………………
18
Bảng 1.4: Thành phn chnh của xơ cuống lá chuối ……………………
18
Bảng 2.1: Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
của các nguyên tố Cu, Ni, Cr ………………………………….
26
Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu(II) …………
27
Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni(II) …………
27
Bảng 2.4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cr(VI) ………….
27
Bảng 3.1: Các thông số hấp phụ của NL, VLHP
đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………….
32
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến sự hấp phụ Cu(II),
Ni(II), Cr(VI) …………………………………………
33
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến sự hấp phụ
Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………………….
34
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) …….
36
Bảng 3.5: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Cu(II)
trước và sau khi hấp phụ ………………………………………
38
Bảng 3.6: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Ni(II)
trước và sau khi hấp phụ ………………………………………
38
Bảng 3.7: pH và độ dẫn điện riêng của dung dịch Cr(IV)
trước và sau khi hấp phụ ………………………………………
38
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của Na
+
, Ca
2+
tới sự hấp phụ Cu(II), Ni(II) ……….
40
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của NO
3
-
,
SO
4
2-
tới sự hấp phụ Cr(VI) ………
41
Bảng 3.10: Các thông số hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP ……
43
Bảng 3.11: Dung lượng cực đi và hằng số Langmuir ……………………
45
Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Cu(II) ……………………………
45
Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ của Ni(II) ……………………………
46
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Bảng 3.14: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) …………………………….
47
Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1
đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………….
48
Bảng 3.16: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2
đối với Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ………………………………….
49
Bảng 3.17: Nồng độ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ
ứng với các tốc độ dòng khác nhau ……………………………
50
Bảng 3.18: Kết quả giải hấp Cu(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl
khác nhau……………………………………………………
52
Bảng 3.19: Hiệu suất giải hấp Cu(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit
HCl khác nhau………………………………………………
53
Bảng 3.20: Kết quả giải hấp Ni(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl
khác nhau……………………………………………………
53
Bảng 3.21: Hiệu suất giải hấp Ni(II) trên VLHP ứng với nồng độ axit
HCl khác nhau………………………………………………
53
Bảng 3.22: Kết quả giải hấp Cr(VI) trên VLHP ứng với nồng độ axit HCl
khác nhau……………………………………………………
54
Bảng 3.23: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) trên VLHP ứng với nồng độ axit
HCl khác nhau………………………………………………
54
Bảng 3.24: Khả năng hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI)
của VLHP mới và VLHP tái sinh ……………………………
56
Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) ứng với
VLHP mới, VLHP tái sinh ln 1 và VLHP tái sinh ln 2 ……
57
Bảng 3.26: Kết quả tách loi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải
theo phương pháp hấp phụ tĩnh ………………………………
59
Bảng 3.27: Kết quả tách loi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải
theo phương pháp hấp phụ động ………………………………
60
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
10
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ …………………………………………
14
Hình 1.2: Dng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ ti
điểm cuối của cột hấp phụ theo thời gian …………………….
16
Hình 2.1: Phản ứng este hóa xenlulozơ bằng axit xitric …………………
23
Hình 2.2: Phổ IR của NL … ……………………………………
24
Hình 2.3: Phổ IR của VLHP ……………………………………………
24
Hình 2.4: Ảnh chụp SEM của NL ……………………………………
25
Hình 2.5: Ảnh chụp SEM của VLHP ……………………………………
25
Hình 2.6: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cu(II) …………………
27
Hình 2.7: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) …………………
27
Hình 2.8: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ………………
27
Hình 3.1: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến sự hấp phụ Cu(II),
Ni(II), Cr(VI)… ……………………………………
33
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới sự hấp phụ Cu(II),
Ni(II), Cr(VI) …………………………………… …………
35
Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu(II), Ni(II), Cr(VI) ……
36
Hình 3.4: Ảnh hưởng của Na
+
, Ca
2+
tới sự hấp phụ Cu(II) ……….
40
Hình 3.5: Ảnh hưởng của Na
+
, Ca
2+
tới sự hấp phụ Ni(II)…… ….
41
Hình 3.6: Ảnh hưởng của NO
3
-
, SO
4
2-
tới sự hấp phụ Cr(VI) …………
42
Hình 3.7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cu(II)
44
Hình 3.8: Sự phụ thuộc của C
cb
/q vào C
cb
của Cu(II) ………………
44
Hình 3.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II)
44
Hình 3.10: Sự phụ thuộc của C
cb
/q vào C
cb
của Ni(II) …………………
44
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Hình 3.11: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr(VI)
44
Hình 3.12: Sự phụ thuộc của C
cb
/q vào C
cb
của Cr(VI) ………………….
44
Hình 3.13: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b)
đối với Cu(II) ………………………………………………
46
Hình 3.14: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b)
đối với Ni(II) ………………………………………………
47
Hình 3.15: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b)
đối với Cr(VI) ……………………………………………….
48
Hình 3.16: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cu(II) ….
51
Hình 3.17: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Ni(II) …
51
Hình 3.18: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) …
51
Hình 3.19: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Cu(II)
trên VLHP ………………………………………
55
Hình 3.20: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Ni(II)
trên VLHP ………………………………………
55
Hình 3.21: Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến sự giải hấp Cr(VI) trên
VLHP ………………………………………
55
Hình 3.22: Đường cong thoát của Cu(II) ứng với VLHP mới và VLHP
tái sinh ……………………………………………………….
57
Hình 3.23: Đường cong thoát của Ni(II) ứng với VLHP mới và VLHP
tái sinh ……………………………………………………….
58
Hình 3.24: Đường cong thoát của Cr(VI) ứng với VLHP mới và VLHP
tái sinh ……………………………………………………….
58
Hình 3.25: Đường cong thoát của nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI)
61
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
12
MỞ ĐẦU
Trong những năm gn đây, nền công nghiệp thế giới nói chung và nước ta
nói riêng phát triển ngày càng nhanh chóng và đt được nhiều thành tựu rực
rỡ. Tuy nhiên sự phát triển đó đã dẫn đến việc tăng cường xả thải các chất độc
hi vào môi trường, nhất là môi trường nước. Các hot động khai thác mỏ, m
điện, thuộc da, lọc hóa du, luyện kim, dệt nhuộm,…đã to ra nguồn ô nhim
chứa các kim loi nng như Cu(II), Ni(II), Pb(II), Fe(II), As(III), Cr(VI),…
Những kim loi này có ảnh hưởng trực tiếp tới sự biến đổi gen, gây ung thư,
gây rối lon hot động của gan, thận, não, hệ thn kinh trung ương của con
người,…cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và hệ sinh thái
[16], [22]. Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam, qui mô công
nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, nên phn lớn các nhà máy, x nghiệp có hệ
thống xử l nước thải lc hậu hoc không có. Vì vậy, ngoài việc yêu cu các
nhà máy, xí nghiệp nâng cấp hệ thống xử l nước thải, thì việc tìm ra các qui
trình xử l nguồn nước bị ô nhim nói chung và nguồn nước bị ô nhim bởi
kim loi nng nói riêng đang là vấn đề cấp thiết được toàn xã hội quan tâm.
Hiện nay, có nhiều phương pháp tách các kim loi nng trong môi trường
nước như: phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp kết
tủa hóa học, thẩm thấu ngược,…Trong các phương pháp này, phương pháp
kết tủa là kinh tế nhất nhưng li không hiệu quả đối với các dung dịch loãng.
Phương pháp trao đổi ion, thẩm thấu ngược cũng cho hiệu quả cao nhưng li
khó bảo trì và chi ph vận hành cao. Phương pháp hấp phụ là phương pháp sử
dụng sinh khối để tách các kim loi có trong nước thải, phương pháp này
đang được đánh giá là giải pháp đy tiềm năng, mà trong đó phương pháp hấp
phụ bằng vật liệu chế to từ các phụ phẩm nông nghiệp đang được mở rộng
nghiên cứu và phát triển, bởi: quy trình đơn giản, chi ph thấp, hiệu quả cao,
tận dụng được nguồn phụ phẩm nông nghiệp, không đưa thêm các chất độc
hi vào môi trường, d dàng giải hấp thu hồi ion kim loi và tái sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
13
vật liệu [17]. Việt Nam là một nước nông nghiệp nên nguồn phụ phẩm nông
nghiệp rất dồi dào, phong phú. Theo thống kê thì nước ta là một trong bốn nước
có diện tch cây ăn quả lớn nhất Đông Nam Á. Trong đó, cây chuối có diện tch
và sản lượng lớn nhất, vì vậy lượng cuống lá chuối thải ra là rất lớn [20]. Mt
khác, một số kết quả phân tch đã chỉ ra rằng thành phn chnh của cuống lá
chuối gồm có các polyme như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin,…[27]. Các
polyme này chứa các nhóm như hydroxyl, cacbonyl, cacboxyl,…là những
thành phn có khả năng hấp phụ, trao đổi ion [16], [22], [25]. Xuất phát từ
thực tế đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ
một số kim loại nặng trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cuống
lá chuối và thử nghiệm xử lí môi trường ”.
Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế to vật liệu hấp phụ (VLHP) từ cuống lá chuối.
- Khảo sát một số đc điểm bề mt của cuống lá chuối trước và sau
khi biến tnh bằng phổ hồng ngoi (IR) và ảnh chụp knh hiển vi điện tử
quét (SEM).
- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp
phụ của VLHP chế to được theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Cụ thể là các
yếu tố: Khối lượng VLHP, pH, thời gian đt cân bằng hấp phụ, sự có mt của
một số ion, nồng độ đu.
- Khảo sát khả năng tách loi và thu hồi Cu(II), Ni(II), Cr(VI) của VLHP
chế to được theo phương pháp hấp phụ động trên cột.
- Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP.
- Sử dụng VLHP chế to được thử xử lý mẫu nước thải chứa Cu(II),
Ni(II), Cr(VI).
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
14
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.2 Giới thiệu về đối tƣợng xử lý
1.1.1 Tnh trạng nguồn nước bị ô nhiễ m kim loạ i nặ ng
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng, nó cn thiết cho sự tồn ti
của mọi sinh vật. Tuy nhiên, hiện nay, tài nguyên nước nói chung và nguồn
nước sch nói riêng đang ngày càng cn kiệt bởi tác động của con người.
Trong những năm gn đây, tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa ở nước ta din
ra khá nhanh chóng nhưng vấn đề về môi trường li chưa được quan tâm và
đu tư đúng mức. Nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất, khai thác
mỏ,…không có hệ thống xử l rác thải hoc có nhưng lc hậu, xử l kém hiệu
quả. Do đó lượng các chất thải độc hi, đc biệt là các kim loi nng vẫn đổ ra
môi trường ngày càng tăng. Khi thải ra môi trường, một số hợp chất kim loi
nng tch tụ li trong đất, một số có thể bị hòa tan dưới tác động của nhiều
yếu tố như độ chua của đất, nước mưa. Điều này càng to điều kiện để các
kim loi nng phát tán vào môi trường nước nhanh và rộng. Theo số liệu phân
tch thống kê cho thấy, hàm lượng các kim loi nng trong môi trường nước
gn các khu công nghiệp hu hết đều xấp xỉ hoc vượt quá giới hn cho phép
[2], [4], [5]. Ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Ch Minh phn
lớn nước thải sinh hot, thậm ch cả rác thải rắn từ các khu dân cư, các cơ sở y
tế, cơ quan, trường học,…không qua hệ thống xử l mà xả trực tiếp ra kênh,
mương, sông, hồ,… khiến cho nhiều con sông như sông Tô Lịch, sông Kim
Ngưu, sông Lừ, sông Sài Gòn,…đã trở thành những con sông chết [5].
Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhim nước là vấn đề
đáng lo ngi hơn so với ô nhim đất. Do đó, sự ô nhim nguồn nước, đc biệt
là nguồn nước ô nhim các kim loi nng đã và đang là vấn đề được cả thế
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
15
giới quan tâm và tìm biện pháp khắc phục, giảm thiểu bởi ảnh hưởng độc hi
lâu dài của nó tới hệ sinh thái và sức khỏe con người.
1.1.2 Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người
Một số kim loạ i nặ ng ở nồ ng độ vi lượ ng là cá c nguyên tố dinh dưỡ ng cầ n
thiế t cho sự phá t triể n bì nh thườ ng của con người. Tuy nhiên, phn lớn các kim
loi nng có tá c độ ng tiêu cực tớ i sứ c khỏ e con ngườ i và môi trường sinh thái.
Các kim loi nng như Pb, As, Cd, Hg, Cu, Ni, Cr, Fe, thường không
tham gia hoc t tham gia vào quá trình sinh hóa của sinh vật mà tch lũy
trong cơ thể chúng và theo chuỗi thức ăn thâm nhậ p và o cơ thể người. Khi đó ,
các kim loi nng s tác động đến các quá trình sinh hó a của cơ thể, bởi chúng
có ái lự c lớ n vớ i cá c nhó m -SH, -SCH
3
của các nhóm enzym, làm các enzym
bị mất hot tnh , cản trở quá trình tổ ng hợ p protein [3]. Dưới đây là ảnh
hưởng cụ thể của một số kim loi nng:
Tác dụng sinh hoá củ a đồng
Đồng là một nguyên tố có tnh dẫn điện dẫn nhiệt tốt nên nó là một trong
những kim loi chủ yếu của kỹ thuật điện. Đồng được sử dụng nhiều để sản
xuất mô tơ điện, động cơ điện, máy thu thanh, vô tuyến truyền hình, các thiết
bị điện tử phức tp,…Ngoài ra đồng còn là nguyên tố vi lượng cn thiết đối
với động vật và thực vật. Với thực vật, nếu thiếu đồng, hàm lượng diệp lục tố
t đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra quả và có thể bị chết. Ở cơ thể người và động
vật khi thiếu đồng, hot tnh của hệ men giảm đi, quá trình trao đổi protein bị
chậm li, do đó làm các mô xương chậm phát triển, thiếu máu, suy
nhược,…Tuy nhiên, ở cơ thể người, thừa đồng cũng rất nguy hiểm vì nó là
một trong những yếu tố gây các bệnh về gan, thận, nội tiết, thn kinh,…
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
16
Năm 1982, JECFA (Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực
phẩm) đã đề nghị giá trị tm thời cho lượng đồng đưa vào cơ thể người có thể
chịu đựng được là 0,5 mg/kg thể trọng/ngày [2], [12], [15].
Tác dụng sinh hoá củ a niken
Niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, điện tử, luyện
kim, m điện, sản xuất thuỷ tinh, gốm, sứ,… Niken được tìm thấy trong cá c
chấ t sa lắ ng, trầ m tí ch, trong thuỷ hả i sả n và một số thự c vậ t.
Với cơ thể người, khi bị nhiễ m độc niken s xuất hiện triệ u chứ ng khó
chịu, buồ n nôn, đau đầ u, khi tiế p xú c nhiề u sẽ ả nh hưở ng đế n phổ i , hệ thầ n
kinh trung ương, gan, thậ n, tăng khả năng mắc ưng thư đường hô hấp,…Nế u
da tiế p xú c lâu dà i vớ i niken sẽ gây hiệ n tượ ng viêm da, dị ứng [4].
Tác dụng sinh hoá củ a crom
Crom là nguyên tố tương đối phổ biến trong tự nhiên. Trong công nghiệp,
crom chủ yếu được dùng để sản xuất các loi thép đc biệt như thép không gỉ,
thép chịu nhiệt,…Ngoài ra, vì có màu sắc đẹp nên crom và nhiều hợp chất của
crom được dùng trong công nghiệp sản xuất thủy tinh, đồ gốm, dệt, hội họa,
thuộc da,…
Crom còn là nguyên tố vi lượng cn thiết cho một số quá trình sinh học
của cơ thể như: chuyển hoá glucozơ, vitamin,…Tuy nhiên, phn lớn các hợp
chất của crom li độc đối với con người, đc biệt là Cr(VI). Các hợp chất
Cr(VI) có thể gây viêm loét da, mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách
ngăn lá ma, ung thư phổi,…Theo IARC (Cơ quan nghiên cứu ung thư
Quốc tế) đã xếp Cr(VI) vào nhóm 1- nhóm tác nhân chắc chắn gây ung
thư ở người [2], [12], [15].
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
17
1.1.3 Tiêu chuẩ n Việ t Nam (TCVN) về nướ c thả i chứ a ion kim loại nặng
TCVN 5945 : 2005 quy đị nh nồ ng độ củ a ion kim loi trong nướ c thải
công nghiệp như sau:
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm
trong nƣớc thải công nghiệp
Nguyên tố
Đơn vị
Giá trị giới hạn
A
B
C
Đồng
mg/l
2,000
2,000
5,000
Niken
mg/l
0,200
0,500
2,000
Crom (VI)
mg/l
0,050
0,100
0,500
Trong đó :
Nước thải công nghiệp có giá trị nồng độ các chất ô nhim bằng hoc
nhỏ hơn giá trị trong cột A có thể đổ vào các vực nước thường được dùng làm
nguồn nước cho mục đch sinh hot.
Nước thải công nghiệp có giá trị nồng độ các chất ô nhim lớn hơn giá
trị trong cột A nhưng nhỏ hơn hoc bằng giá trị trong cột B thì được đổ vào
các vực nước nhận thải khác, như: các vực nước dùng cho giao thông, thủy
lợi, trồng trọt, nuôi trồng thủy hải sản,…trừ các thủy vực qui định ở cột A.
Nước thải công nghiệp có giá trị nồng độ các chất ô nhim lớn hơn giá
trị trong cột B nhưng không vượt quá giá trị trong cột C chỉ được phép thải
vào các nơi được qui định (như hồ chứa nước thải được xây riêng, cống dẫn
đến nhà máy xử lý nước thải tập trung,…) [13].
1.2 Giớ i thiệ u về phƣơng phá p hấ p phụ
1.2.1 Các khái niệm
Sự hấ p phụ
Hấ p phụ là sự tí ch lũ y chấ t trên bề mặ t phân cá ch cá c pha (kh - rắ n, lỏng-
rắ n, kh-lỏng, lỏng-lỏng).
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
18
Chấ t hấ p phụ là chấ t mà phầ n tử ở lớ p bề mặ t có khả năng hú t cá c phầ n t ử
của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
Chấ t bị hấ p phụ là chấ t bị hú t ra khỏ i pha thể tí ch đế n tậ p trung trên bề
mặ t chấ t hấ p phụ .
Thông thườ ng quá trì nh hấ p phụ là quá trì nh toả nhiệ t.
Tu theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ,
ngườ i ta phân biệ t hấ p phụ vậ t lý và hấ p phụ hoá họ c . Hấ p phụ vậ t lý gây ra
bở i lự c Vander Waals (bao gồm các loi lực: cảm ứng, định hướng, khuếch
tán), lực liên kết hiđro,…đây là những lực yếu, nên liên kết hình thành không
bền, d bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tnh thuận nghịch cao. Hấ p phụ
hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học (lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa
trị, lực liên kết phối tr, ) gắn kết những phn tử chất bị hấp phụ với những
phn tử của chất hấp phụ thành những hợp chất bề mt, liên kế t nà y bề n, khó
bị phá vỡ. Trong thự c tế , sự phân biệ t giữ a hấ p phụ vậ t lý và hấ p phụ hoá họ c
chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không r rệt. Mộ t số trườ ng hợ p tồ n
ti cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học . Ở vù ng nhiệ t độ thấ p xả y
ra quá trì nh hấ p phụ vậ t lý , khi tăng nhiệ t độ khả năng hấ p phụ vậ t lý giả m và
khả năng hấ p phụ hoá học tăng lên [6], [8].
Giải hp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mt chất hấp phụ .
Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình
hấ p phụ . Giải hấp phụ là phư ơng phá p tá i sinh vậ t liệ u hấ p phụ để có thể tiế p
tục sử dụng li nên nó mang đc trưng về hiệ u quả kinh tế .
Mộ t số phương phá p tái sinh vật liệu hấp phụ:
Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện ti chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên
tiết kiệm được thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất
hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trng thái nguyên vẹn. Phương pháp
hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxi
hóa - khử, áp đt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho
quá trình hấp phụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
19
Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái to khả năng hấp phụ của vật liệu
hấp phụ nhờ vi sinh vật [1].
Cân bằ ng hấ p phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá
trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ
đt trng thái cân bằng [6], [8].
Dung lượ ng hp phụ cân bng
Dung lượ ng hấ p phụ cân bằ ng là khố i lượ ng chấ t bị hấ p phụ trên mộ t đơn
vị khối lượng chất hấp phụ ở trng thái cân bằng ở điều kiện xác định v ề nồ ng
độ và nhiệ t độ [8].
Dung lượng hấp phụ cân bằng được tnh theo công thức:
m
VCC
q
cbo
).(
(1.1)
Trong đó :
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V : Thể tch dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m : Khối lượng chất bị hấp phụ (g)
C
o
: Nồng độ của chất bị hấp phụ ti thời điểm ban đu (mg/l)
C
cb
: Nồng độ của chất bị hấp phụ ti thời điểm cân bằng (mg/l)
Hiệu sut hp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
dung dịch ban đu.
(%)100.
)(
o
cbo
C
CC
H
(1.2)
Trong đó:
H: Hiệu suất của quá trình hấp phụ (%)
C
o
: Nồng độ của chất bị hấp phụ ti thời điểm ban đu (mg/l)
C
cb
: Nồng độ của chất bị hấp phụ ti thời điểm cân bằng (mg/l)
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
20
1.2.2 Động học hấp phụ
1.2.2.1 Mô hì nh độ ng họ c hấ p phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắ n, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các
giai đoạ n chính sau:
- Khuế ch tá n củ a cá c chấ t bị hấ p phụ từ pha lỏ ng tớ i bề mặ t chấ t hấ p phụ .
- Khuế ch tá n bên trong hạ t hấ p phụ .
- Giai đoạ n hấ p phụ thực sự : các phn tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung
tâm hấ p phụ .
Trong tấ t cả cá c giai đoạ n đó , giai đoạ n nà o có tố c độ chậ m nhấ t sẽ quyế t
đị nh toà n bộ quá trì nh độ ng họ c hấ p phụ . Vớ i hệ hấ p phụ trong môi trườ ng
nướ c, quá trình khuếch tán thường chậm và đó ng vai trò quyế t đị nh [1].
1.2.2.2 Phương trình động học
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất của Lagergren có dng:
)(
1 te
t
qqk
dt
dq
(1.3)
Dng tch phân của phương trình trên là:
t
k
qqq
ete
303,2
log)log(
1
(1.4)
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dng:
2
2
)(
te
t
qqk
dt
dq
(1.5)
Dng tch phân của phương trình này là:
t
q
qk
q
t
e
e
t
1
.
1
2
2
(1.6)
Trong đó:
q
e
, q
t
là dung lượng hấp phụ ti thời điểm cân bằng và ti thời điểm t
(mg/g)
k
1
,
k
2
là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian
-1
) và bậc hai
(g.mg
-1
. thời gian
-1
)
biểu kiến [19], [29].
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
21
1.2.3 Một số mô hì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ cơ bản
Có thể mô tả quá trì nh hấ p phụ dự a và o đườ ng đẳ ng nhiệ t hấ p phụ . Đường
đẳ ng nhiệ t hấ p phụ biể u diễ n sự phụ thuộ c củ a dung lượ ng hấ p phụ tạ i mộ t
thờ i điể m và o nồ ng độ cân bằ ng củ a chấ t bị hấ p phụ tạ i thờ i điể m đó ở mộ t
nhiệ t độ xá c đị nh.
Vớ i chấ t hấ p phụ là chấ t rắ n , chấ t bị hấ p phụ là chấ t lỏ ng thì đườ ng đẳ ng
nhiệ t hấ p phụ đượ c mô tả qua cá c phương trì nh đẳ ng nhiệ t : phương trì nh
đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Henry , phương trình đẳ ng n hiệ t hấ p phụ Freundlich ,
phương trì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Langmuir,…[6], [8].
Mô hình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Henry
Phương trình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Henry là phương trình đẳng nhiệt đơn
giản mô tả sự tương quan tuyến tnh giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mt
pha rắ n và nồ ng độ (áp suất) của chất bị hấ p phụ ở trng thái cân bằng . Đối
với hệ lỏng - rắn, phương trình có dng:
q = K.C (1.7)
Trong đó:
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
K: Hằng số hấp phụ Henry
C: Nồng độ chất bị hấp phụ ở trng thái cân bằng (mg/l)
Phương trình này được áp dụng cho vùng nồng độ thấp [8].
Mô hình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Freundlich
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich được xây dựng trên cơ sở
kinh nghiệm, có xét đến tnh không đồng nhất của bề mt chất bị hấp phụ và sự
phân bố của các tâm hot động và năng lượng của chúng theo quy luật hàm số
mũ. Đối với hệ lỏng - rắn, phương trình có dng:
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
22
1/
.
n
f
q K C
(1.8)
Trong đó:
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
K
f
và n là các hằng số đc trưng cho hệ hấp phụ (còn gọi là các hằng số
Freundlich).
C: Nồng độ chất bị hấp phụ ở trng thái cân bằng (mg/l)
Phương trình Freundlich thường áp dụng trong khoảng nồng độ trung bình
của chất bị hấp phụ [8].
Mô hình hấ p phụ đẳ ng nhiệ t Langmuir
Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng trên các giả thuyết:
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mt ti những trung tâm xác định.
- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
- Bề mt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mt của các tiểu
phân hấp phụ trên các trung tâm bên cnh.
Đối với hệ lỏng - rắn, phương trình có dng:
cb
cb
Cb
Cb
qq
.1
.
max
(1.9)
Trong đó :
q: Dung lượ ng hấ p phụ tạ i thờ i điể m cân bằ ng (mg/g)
q
max
: Dung lượ ng hấ p phụ cự c đạ i (mg/g)
b: Hằng số Langmuir
C
cb
: Nồng độ chất bị hấp phụ ở trng thái cân bằng (mg/l)
Khi tí ch số b.C
cb
<< 1 thì q = q
max
.b.C
cb
: mô tả vù ng hấ p phụ tuyế n tí nh.
Khi tí ch số b.C
cb
>> 1 thì q = q
max
: mô tả vù ng hấ p phụ bã o hoà .
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
23
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hn trên thì đường đẳng nhiệt
là một đon cong.
Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt Langmuir, ta
đưa phương trình (1.9) về dng phương trình đường thẳng:
bq
C
qq
C
cb
cb
.
11
maxmax
(1.10)
Xây dựng đồ thị biểu din sự phụ của C
cb
/q vào C
cb
s xác định được các
hằng số b và q
max
trong phương trình.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thường áp dụng cho hấp phụ
đơn lớp và trong khoảng nồng độ lớn và nhỏ [8].
1.2.4 Hấp phụ trong môi trường nước
1.2.4.1 Đặc điểm chung của hp phụ trong môi trường nước
Hấp phụ trong môi trường nước thường din ra khá phức tp, vì trong hệ
có t nhất ba thành phn gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp
phụ. Do sự có mt của nước nên trong hệ s xảy ra quá trình hấp phụ cnh
tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước to ra các cp hấp phụ là:
chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cp nào có tương tác
mnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cp đó. Tnh chọn lọc của các cp hấp phụ
phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tnh ưa nước
hoc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong
nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ
trước tiên phụ thuộc vào tnh tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị
hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực
và ngược li. Đối với các chất có độ phân cực cao, v dụ các ion kim loi hay
một số dng phức oxy anion như SO
4
2-
, PO
4
3-
, CrO
4
2-
… thì quá trình hấp phụ
xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép. Các ion hoc các phân
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
24
tử có độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử
nước, do đó bán knh (độ lớn) của các ion, 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 hóa trị, ion nào có bán knh lớn hơn s được hấp phụ tốt hơn do độ phân
cực cao hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn.
Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung
dịch. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất
hấp phụ. Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tnh axit yếu, bazơ yếu
hoc lưỡng tnh s bị phân li, tch điện âm, dương hoc trung hoà tùy thuộc
giá trị pH. Ti giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tch bề mt chất hấp
phụ bằng không, trên giá trị đó bề mt chất hấp phụ tch điện âm và dưới giá
trị đó bề mt hấp phụ tch điện dương. Đối với các chất trao đổi ion din biến
của hệ cũng phức tp do sự phân li của các nhóm chức và các cấu tử trao đổi
cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá
trình hấp phụ và to phức chất [1].
Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tch bề mt, kch thước mao
quản,… cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [1], [8].
1.2.4.2 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước
Để tồn ti được ở trng thái bền, các ion kim loi trong môi trường nước
bị hiđrat hoá to ra lớp vỏ là các phân tử nước, to ra các phức chất hiđroxo,
to ra các cp ion hay phức chất khác. Dng phức hiđrxo được to ra nhờ
phản ứng thuỷ phân. Sự thuỷ phân của ion kim loi trong dung dịch có thể
chịu ảnh hưởng rất lớn bởi pH của dung dịch. Khi pH của dung dịch thay đổi
dẫn đến thay đổi phân bố các dng thuỷ phân, làm cho thay đổi bản chất, điện
tch, kch thước ion kim loi có thể to phức, sự hấp phụ và tch tụ trên bề mt
chất hấp phụ, điều này ảnh hưởng đến cả dung lượng và cơ chế hấp phụ [1].
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
25
1.2.5 Quá trnh hấp phụ động trên cột
Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau:
Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ
Cho một dòng kh hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ.
Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
Vùng 1 (Đu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đt trng thái
cân bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị
nồng độ ban đu tới không.
Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa
xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch
chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ s xuất hiện ở lối ra khi
vùng chuyển khối chm tới đáy cột. Để nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra
không vượt quá giới hn cho phép ta cn dừng quá trình hấp phụ ti thời điểm
này. Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.
Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu sự
hấp phụ động trên cột. Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng
1 1.Vùng hấp phụ bão hoà
2 2.Vùng chuyển khối
3 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ
Lối vào
Lối ra