Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion đến quá trình xử lý phenol bằng bùn đỏ.

z
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion đến quá trình
xử lý phenol bằng bùn đỏ.
Họ và tên: Phạm Văn Khính
Lớp: Lọc Hóa Dầu B K53
Hà Nội, 6 - 2013
z
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion đến quá trình
xử lý phenol bằng bùn đỏ.
Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện
Chữ ký Chữ ký
Tên giáo viên Tên giáo viên
Hà Nôi, 6 - 2013
LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy tại Bộ môn Lọc
Hóa Dầu trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những
kiến thức quý báu, bổ ích trong suốt khóa học vừa qua. Đó là những kiến thức vô
cùng quan trọng giúp em có cơ sở vững vàng trong suốt quá trình nghiên cứu cũng
như hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Tống Thị Thanh
Hương – giảng viên Bộ môn Lọc Hóa Dầu – trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã tận
tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, các anh chị phòng
Hóa Phân tích – Viện Hóa Học và thầy Đức phòng Hóa Phân tích – trường Đại học
Sư Phạm Hà Nội đã hỗ trợ và giúp đỡ em rất nhiều để thực hiện đề tài này.

Sinh viên
Phạm Văn Khính
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1 Hình 1.1 Sơ đồ quy trình Bayer 17
2 Hình 1.2 Độ tan của hematite và goethite theo pH 19
3 Hình 1.3 Các nhóm hydroxyl bề mặt trên các oxit sắt 20
4 Hình 1.4
Đường cong chuẩn độ của vữa bùn đỏ và dung dịch
kiềm
22
5 Hình 2.1 Sơ đồ xử lý thô bùn đỏ 27
6 Hình 2.2 Sơ đồ ổn định pH của bùn đỏ 29
7 Hình 2.3 Sơ đồ hoạt hóa bùn đỏ bằng axit 29
8 Hình 2.4 Quá trình hấp phụ chung 30
9 Hình 2.5 Sơ đồ pha các tia X phản xạ trên tinh thể 33
10 Hình 2.6 Nguyên lý chung của phương pháp hiển vi điện tử 34
11 Hình 2.7 Mô hình cơ bản của HPLC 36
12 Hình 2.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 39
13 Hình 2.9 Sự phụ thuộc của C
e
/q vào C
e
39
14 Hình 2.10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 40
15 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của BĐT
16 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của BĐHH
17 Hình 3.3 Hình ảnh SEM của bề mặt mẫu BĐT
18 Hình 3.4 Phương trình đường chuẩn của phenol
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT Số hiệu bảng Tên bảng Trang
1 1.1
Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol
và dẫn xuất
8
2 1.2
So sánh các hằng số hấp phụ đường đẳng nhiệt của
phenol bằng các chất hấp phụ khác nhau
11
3 1.3 Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục 12
4 1.4 Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 12
5 1.5 Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 13
6 1.6
Thành phần của bùn đỏ sinh ra từ các nhà máy sản
xuất nhôm ở các nước trên thế giới
21
7 1.7 Thành phần hóa học của quạng bauxit Lâm Đồng 25
8 2.1 Cách pha nồng độ phenol từ dung dịch chuẩn 29
9 3.1 Cấu trúc pha của các hợp phần trong bùn đỏ thường 42
10 3.2 Cấu trúc pha của các hợp phần trong BĐHH
11 3.3 Kết quả phân tích thành phần chính của bùn đỏ
12 3.4 Sự phụ thuộc nồng độ của phenol vào diện tích pic
13 3.5
Hiệu suất hấp phụ phenol của mẫu bùn đỏ thường
và bùn đỏ hoạt hóa bằng axit.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
COD: (Chemical Oxygen Demand) nhu cầu oxy hóa học
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
BVTV: Bảo vệ thực vật
DDT:

IUPAC:
LC
50
: Nồng độ gây chết 50% số cơ thể
EC
50
: Nồng độ gây hại 50% quần thể trong điều kiện thực nghiệm quan sát rõ ràng
EPA: Cục bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ
BĐT: Bùn đỏ thường
BĐHH: Bùn đỏ hoạt hóa

MỤC LỤC
1 CHƯƠNG 1. PHẦN TỔNG QUAN 2
1.1 Nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ 2
1.1.1 Hóa chất dệt nhuộm [3] 2
1.1.2 Hóa chất bảo vệ thực vật 3
1.1.3 Hợp chất cơ clo [3] 4
1.1.4 Sự độc hại của các hợp chất hữu cơ tồn dư trong môi trường nước [10] 4
1.1.5 Một số phương pháp xử lý nước thải có chứa phenol bằng hấp phụ 8
1.2 Bùn đỏ 10
1.2.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới 10
1.2.2 Quy trình Bayer – Nguồn gốc sinh ra bùn đỏ [1] 14
1.2.3 Thành phần của bùn đỏ 17
1.2.4 Hóa học bề mặt của bùn đỏ 20
1.2.5 Các phương pháp sử lý bùn đỏ 22
1.2.6 Ứng dụng của bùn đỏ [21] 22
1.2.7 Bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình 23
2 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 24
2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 24
2.1.1 Mục tiêu 24

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 25
2.2 Hóa chất và thiết bị dụng cụ 25
2.2.1 Hóa chất 25
2.2.2 Thiết bị 25
2.3 Vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ 26
2.3.1 Xử lý thô 26
2.3.2 Ổn định pH của bùn đỏ 26
2.3.3 Hoạt hóa bùn đỏ bằng axit 27
2.4 Thực nghiệm nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn đỏ 28
2.4.1 Chuẩn bị dung dịch phenol 28
2.4.2 Quy trình thực nghiệm chung 28
2.4.3 So sánh khả năng hấp phụ phenol của bùn đỏ thường và bùn đỏ hoạt hóa
bằng axit 29
2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của các anion đến khả năng hấp phụ của bùn đỏ đối
với phenol 30
2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ bùn đỏ
đối với pheno 30
2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đến khả năng hấp phụ của bùn
đỏ đối với phenol 30
2.5 Xử lí số liệu thực nghiệm 31
2.5.1 Hiệu suất hấp phụ phenol 31
2.5.2 Tải trọng hấp phụ của bùn đỏ đối với phenol 31
2.6 Các phương pháp phân tích và đánh giá thực nghiệm 32
2.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) phân tích cấu trúc vật liệu [4,6,8,9]32
2.6.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)[7,8] 33
2.6.3 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) [4,6,8] 33
2.6.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [8] 35
2.6.5 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 37
3 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40
3.1 Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) 40

3.1.1 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ thường 40
3.1.2 Kết quả xác định cấu trúc pha của bùn đỏ sau khi hoạt hóa bằng axit 41
3.2 Kết quả phân tích ASS 42
3.3 Kết quả đo SEM 43
3.4 Xây dựng đường chuẩn 43
3.5 Khảo sát khả năng hấp phụ phenol của các loại bùn đỏ 45
3.6 Kết quả hấp phụ phenol với bùn đỏ 48
3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của các anion đến khả năng hấp phụ Phenol của bùn
đỏ 48
3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 51
3.6.3 Ảnh hưởng của nồng độ phenol ban đầu 52
3.6.4 Xác đinh phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ 53
4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57


MỞ ĐẦU
Đồng hành với sự phát triển của kinh tế, khoa học kĩ thuật, đời sống của con
người ngày càng được nâng cao thì mức độ tàn phá thiên nhiên ngày càng nghiêm
trọng, một trong những ảnh hưởng của con người đến tự nhiên chính là hiện tượng ô
nhiễm môi trường. Vì vậy, nhiệm vụ phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm nước và
xử lý các chất gây ô nhiễm trong nước, đặc biệt là chất thải hữu cơ độc hại luôn
được đặt lên hàng đầu đối với ngành hóa học hiện nay. Ngoài các tác nhân gây ô
nhiễm nước thường được biết đến như Thủy ngân, Asen, Chì,…phải kể đến sự có
mặt của các hợp chất phenol.
Các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày của con người đã, đang thải
vào nguồn nước một lượng lớn các chất độc hại trong đó có phenol, ảnh hưởng
không nhỏ đến môi sinh và cuộc sống chúng ta. Do đó việc tìm ra các quy trình xử
lý nhằm loại bỏ các chất độc hại nói chung, phenol nói riêng ra khỏi môi trường
nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của các loại vật liệu tự nhiên và tái

sử dụng chất thải trong lĩnh vực xử lý nước, đồ án đã chọn và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion đến quá trình xử lý phenol bằng bùn đỏ”
Đồ án được thực hiện với nội dung chính sau:
- Nghiên cứu biến tính bùn đỏ để tìm ra vật liệu có khả năng hấp phụ phenol
tốt nhất.
- Xây dựng đường chuẩn phenol với độ chính xác và tin cậy cao để xác định
và theo dõi hàm lượng phenol trong quá trình hấp phụ.
- Khảo sát các yếu tố (ảnh hưởng của anion, thời gian hấp phụ, nồng độ phenol
ban đầu) ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của bùn đỏ thô đối với phenol trong
nước.
- Thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ của bùn đỏ đối với phenol.
1
1 CHƯƠNG 1. PHẦN TỔNG QUAN
1.1 Nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ
1.1.1 Hóa chất dệt nhuộm [3]
Sự phát triển mạnh mẽ của ngành dệt may tại Việt Nam đã đóng góp rất lớn
cho xã hội. Đi cùng với nó là việc chất lượng vải, màu sắc, kiểu dáng rất đa
dạng. Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng cao về màu sắc và độ bền của thuốc
nhuộm, dưới góc độ môi trường thì đây lại là nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm
môi trường với mức độ ngày càng trầm trọng hơn và càng khó khăn hơn trong
nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm.
Hàng năm, ngành công nghiệp dệt may sử dụng hàng nghìn tấn thuốc
nhuộm. Hiệu suất sử dụng của các loại thuốc nhuộm vào khoảng 70-80% và tối
đa là 95%. Như vậy, một phần các loại hoá chất, thuốc nhuộm sử dụng sẽ bị
thải ra môi trường. Theo số liệu thống kê ngành dệt may thải ra môi trường
khoảng 24-30 triệu m
3
nước thải/ năm. Trong đó chỉ khoảng 10% tổng lượng
nước thải đã được xử lý, còn lại đều thải trực tiếp ra môi trường tiếp nhận (cống
thoát hoặc mương tiêu thoát của thành phố).

Ở một số nước, tiêu chuẩn cho phép đối với các thông số ô nhiễm của công
nghiệp dệt nhuộm đã ngày càng giảm xuống, điều đó cho thấy sự tiến bộ trong
công nghệ sản xuất của các nước để có thể tuân thủ theo được tiêu chuẩn này.
Các cơ sở sản xuất buộc phải thay đổi quy trình công nghệ, thay đổi những hoá
chất sử dụng trong đó và các hệ thống xử lý phù hợp cũng phải thay đổi theo.
Ví dụ, các thông số tiêu chuẩn đối với nước thải dệt ở Đức hiện nay đã giảm
xuống đối với COD chỉ còn là 160 mg/l (vì đây là loại chất hữu cơ khó phân
huỷ nên ở nước Đức có quy định riêng. Đối với Việt Nam mặc dù COD cho
phép xả thải là 100mg/l đối với nước thải công nghiệp (TCVN 5945-1995 loại
B) nhưng là quy định chung cho tất cả các loại nước thải sản xuất, không phân
biệt các ngành khác nhau. Tiêu chuẩn ngày càng cao cũng đồng nghĩa với việc
cần các phương pháp công nghệ xử lý tiên tiến hơn, hiệu quả hơn.
Ngoài ra, vấn đề chất thải rắn, vấn đề rác thải, khí thải của ngành dệt
nhuộm ở Việt Nam cũng là những vấn đề cần quan tâm. Chất thải rắn của
ngành dệt nhuộm bao gồm các loại xỉ than, phế liệu, vải vụn, bụi bông, bao bì,
các loại thuốc nhuộm bị hỏng, phế liệu ngành cơ khí Mỗi năm lượng chất thải
2
rắn khoảng trên 700 ngàn tấn. Hiện nay, lượng chất thải rắn này được các doanh
nghiệp chú trọng thu gom xử lý và một phần đưa vào tái sử dụng.
Theo con số thống kê thì lượng chất thải rắn của ngành dệt nhuộm ngày càng
tăng song song với sự gia tăng của lượng hoá chất sử dụng. Theo dự báo, lượng
chất thải phát sinh của ngành công nghiệp dệt nhuộm tại Hà Nội đến năm 2010
vào khoảng 140000 tấn, gấp 20 lần năm 1997, và gấp 15 lần năm so với năm
2000. Theo con số thống kê, tổng lượng chất thải rắn năm 1997 là 675 tấn,
trong đó có 302,1 tấn chất thải nguy hại, tương đương với 44,6%, bao gồm:
19,5% là chất thải dễ phân huỷ sinh học, 23,8% mang tính ăn mòn, 1,1% mang
tính dễ cháy, 0,2% là loại chất thải sinh học. Phần còn lại 55,4% chất thải rắn
gồm 24,9% có thể đốt cháy, và 30,5 % là chất thải rắn có thể chôn lấp.
Ngoài ra còn có thể kể đến một số các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân
hủy bằng phương pháp sinh học như :

- Các hợp chất cơ Phôtpho: độc tính cao, gây tổn hại nghiêm trọng đến hệ
thần kinh.
- Các hợp chất cacbamat, hợp chất chứa gốc phenol thường có trong nước
thải của nhà máy luyện kim, công nghiệp dệt, luyện cốc, chế biến gỗ,…, các
hợp chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ,…
- Các hóa chất tổng hợp như nitrobezen, các chất thải từ công nghiệp dược
phẩm, các chất thải từ bệnh viện,…
1.1.2 Hóa chất bảo vệ thực vật
Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được chia thành hai loại chính là thuốc trừ
sâu và thuốc diệt cỏ dại. Các loại hóa chất BVTV đều có độc tính cao không chỉ
đối với côn trùng mà còn đối với sức khỏe của con người. Bên cạnh đó, các hợp
chất này còn rất khó bị phân hủy và có thời gian tồn tại lâu dài, ví dụ DDT có
thể tồn tại trong nước 150 năm. Hóa chất BVTV được con người sử dụng rộng
rãi phổ biến trên thế giới với số lượng ngày càng tăng, lượng hóa chất tồn dư có
thể xâm nhập vào đất, các nguồn nước mặt, sông, ao hồ, … rồi lan truyền vào
các mạch nước ngầm.
Những hoá chất này rất nguy hại đối với sức khoẻ của con người và động
vật, gây ung thư, tổn hại đến thần kinh, gây rối loạn sinh sản, gây dị tật, quái
thai, phá huỷ hệ miễn dịch, dẫn đến tử vong.
Những nước chủ yếu sản xuất nông nghiệp lúa nước như Việt Nam,
lượng hoá chất bảo vệ thực vật dược sử dụng ngày càng tăng. Lượng hoá chất
3
bảo vệ thực vật tồn dư sẽ tan trong nước, ngấm xuống đất, xâm nhập vào nguồn
nước mặt, sông ngòi, ao hồ và lan truyền vào các mạch nước ngầm, trầm tích,
tích luỹ ngày càng nhiều. Cách tiêu huỷ phổ biến nhất hiện nay là thiêu và chôn
lấp. Nhưng cả hai cách này đều chưa đảm bảo an toàn cho môi trường và con
người.
1.1.3 Hợp chất cơ clo [3]
Trong nước thiên nhiên, ngoài việc có mặt các chất hữu cơ khó phân huỷ
và có độc tính kể trên thì luôn có mặt các chất hữu cơ thiên nhiên như axit

humic, protein, lipit…. Những chất hữu cơ này có phản ứng với Clo sử dụng
khi xử lý nguồn nước mặt hoặc nước ngầm để sản xuất nước sạch cung cấp cho
sinh hoạt và các nhu cầu khác của đời sống. Nhưng bên cạnh việc thu được
những hợp chất sạch đáp ứng yêu cầu chất lượng nước cho sinh hoạt thì phương
pháp này còn tạo thêm trong nước sau xử lý những sản phẩm phụ khác, chủ yếu
là các chất cơ clo rất nguy hiểm như trihalogenmetan. Những hợp chất này khi
vào cơ thể người gây tổn hại gan, thận và đã được chứng minh là có liên quan
tới nguyên nhân gây bệnh ung thư. Hiện nay, nghiên cứu vệ sinh dịch tễ đang
tập trung vào ảnh hưởng của các sản phẩm phụ đó tới việc sinh sản và phát
triển, bao gồm : trẻ sơ sinh nhẹ cân, khiếm khuyết thần kinh, thai già tháng, sẩy
thai….Điều này dẫn đến việc buộc phải hạn chế sử dụng Clo trong việc xử lý
nước thiên nhiên, hoặc nếu sử dụng clo như công nghệ truyền thống thì phải
đưa thêm giai đoạn phân huỷ các hợp chất hữu cơ thiên nhiên trước khi thêm
Clo để khử trùng.
1.1.4 Sự độc hại của các hợp chất hữu cơ tồn dư trong môi trường nước [10]
1.1.4.1Phenol và các hợp chất của phenol

Công thức phân tử : C
6
H
5
OH ( M = 94 đvc).
Tên hoá học ( theo IUPAC) : Benzenol.
Tên thường dùng : Phenol.
Phenol là một chất rắn ở điều kiện thường, nóng chảy ở 43
0
C và sôi ở
182
o
C. Để lâu trong không khí, phenol tự chảy rữa ( vì hút ẩm tạo thành hiđrat,

4
OH
nóng chảy ở 18
o
C ) và nhuốm màu hồng ( vì bị oxi hoá một phần bởi oxi không
khí). Tuy có khả năng tạo liên kết hiđro với nước nhưng phenol ít tan trong nước
lạnh ( 9,5g/100g nước ở 25
o
C ) vì phân tử có gốc thơm -C
6
H
5
. Khi đun nóng, độ
tan tăng lên và ở trên 70
o
C phenol tan vô hạn trong nước.
Phenol có nhiều dẫn xuất phụ thuộc vào nhóm thế gắn lên vòng thơm của
Phenol. Các dẫn xuất họ Phenol vừa do các phản ứng phân hủy của thực vật, các
hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên, vừa do hoạt động sản xuất của nhà máy tạo ra.
Theo Tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ - (EPA) hiện có 11 hợp chất Phenol
gây ô nhiễm môi trường chủ yếu hiện nay là: 4-Cloro-3-Metylphenol; 2-
Clorophenol; 2,4-Diclorophenol; 2,4-Dimethylphenol; 2,4-Dinitrophenol; 2-
Methyl-4,6-Dinitrophenol; 2-Nitrophenol; 4-Nitrophenol; Pentaclorophenol; 2,4,6-
Triclorophenol và Phenol.
Ngoài ra, còn nhiều dẫn xuất họ Phenol khác như: Pyrocatechol, Resorcinol, 3-
NitroPhenol, 1,3-Diclorophenol, 2,3,4,6-Tetraclorophenol… Các dẫn xuất họ
Phenol đều rất độc, chỉ một lượng rất nhỏ trong nước (>1 ppb) cũng đã ảnh hưởng
rất lớn đến sức khỏe của con người cũng như các loài sinh vật sống trong môi
trường nước. Khi nồng độ của Phenol và các dẫn xuất nhỏ hơn 1ppb tuy có độc tính
thấp cũng ảnh hưởng nhiều đến mùi vị, màu sắc của nước và đời sống của các loài

sinh vật trong nước.
Các hợp chất hữu cơ độc hại nói chung, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc
hại có vòng thơm đã gây ra nhiều tác hại to lớn vì chúng khó bị phân huỷ, tồn
tại trong môi trường trong thời gian dài và có thể tồn tại ở pha hơi, hấp phụ vào
các hạt rắn lơ lửng, tan vào trong nước.
• Nguồn gốc, độc tính và ảnh hưởng của các hợp chất Phenol và dẫn xuất.
Phenol và dẫn xuất có trong các ngành công nghiệp như dệt, nhuộm, nhựa,
thuốc, thuốc trừ sâu, chất chống oxi hóa, giấy, công nghệ dầu hỏa… Ngoài ra, hợp
chất phenol cũng được sinh ra tự nhiên như sự phân hủy của thực vật, các hợp chất
hữu cơ… Hầu hết các hợp chất phenol khi đươc thải rửa từ các nhà máy đều đi vào
môi trường nước. Chúng không những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn
gây hại đến con người và các loại sinh vật sống trong nước. Con người nếu tiếp xúc
trong thời gian dài với các hợp chất phenol có thể bị bệnh ung thư.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy phenol và các dẫn xuất có độc tính cao. Giá trị
LC
50
(nồng độ gây chết 50% số cơ thể người hay động vật khi cơ thể đó được đưa
5
vào một lượng nhất định chất độc) và EC
50
(nồng độ gây hại 50% quần thể trong
điều kiện thực nghiệm quan sát rõ ràng) đối với giáp xác và cá vào khoảng 3 – 7
mg/l. Những ảnh hưởng chính đến cơ thể con người gồm tác động đến tim, gây đau
hệ hô hấp, gây nhiễm axit trong quá trình trao đổi chất, hỏng thận, sự tuần hoàn
máu, ảnh hưởng hệ thần kinh… Liều lượng thấp nhất có thể gây tử vong bằng
đường tiêu hóa là khoảng 4,8g và trong thời gian không quá 19 phút. Phenol có thể
thâm nhập vào cơ thể con người thông qua việc hô hấp và tiếp xúc với da, mắt,
màng nhầy của người. Phenol được xem là chất cực độc với con người nếu đi vào
cơ thể người thông qua đường miệng. Khi ăn phải những chất có hàm lượng phenol
cao sẽ dẫn đến hiện tượng chết người với những triệu chứng như co giật, không có

khả năng kiểm soát, hôn mê dẫn tới rối loạn hô hấp, máu trong cơ thể thay đổi dẫn
đến hiện tượng tụt huyết áp. Phenol còn làm ảnh hưởng tới gan, thận và tim của
người nhiễm độc. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra sự liên quan về sự đau bắp thịt, sưng
gan của con người khi tiếp xúc với phenol lâu ngày. Phenol còn gây bỏng cho da,
làm rối loạn nhịp tim. Giới hạn tối đa cho phép phenol trong cơ thể là 0,6 mg/kg
trọng lượng cơ thể. Hiện nay chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của phenol ở
nồng độ
Các hợp chất Phenol rất dễ bị phân hủy khi để ở nhiệt độ phòng, trong môi
trường tự nhiên (từ vài ngày đến 1 tuần) và phân hủy rất nhanh dưới tác dụng của
ánh sang mặt trời. Do vậy, trong quá trình xác đinh hay cất trữ, các hợp chất phenol
cần được bảo quản trong bình chứa xẫm màu, để trong môi trường kín vào có nhiệt
độ nhỏ hơn 4
0
C.
• Hàm lượng cho phép của phenol và dẫn xuất trong nước
Bảng 1.2: Giá trị giới hạn cho phép của tổng nồng độ phenol và dẫn xuất
Đối tượng
Hàm lượng
Phenol tổng (mg/l)
Nước bề mặt Nước sinh hoạt 0.001
Nước dung cho nông
nghiệp và nuôi trồng thủy
sản
0.002
Nước ngầm 0.001
Đổ vào các khu vực dung
làm nguồn nước cấp cho
sinh hoạt
Nước thải Dùng làm nguồn nước
tưới tiêu, bơi lội, nuôi

6
trồng thủy sản
Không được phép đổ ra
môi trường
Theo điều luật 80/778/EC do cộng đồng Châu Âu ban hành thì hàm lượng
phenol tổng cộng được phép có trong nước uống là 0.5 µg/l và 0.1 µg/l cho mỗi
chất.
1.1.4.2Đioxin
Đioxin được tạo thành khi đốt cháy các hợp chất Clo hóa ở nhiệt độ thấp
( dưới 1000
0
C). Đioxin là tên gọi chung của hai nhóm hợp chất tạp chất sinh ra
trong quá trình sản xuất các hợp chất hữu cơ Clo hoá. Hai nhóm hợp chất này là
polychlorinated dibenzo-p-đioxins (PCDDs) và polychlorinated dibenzofurans
(PCDFs).
Nhóm PCDD có 75 chất, trong đó có một hợp chất phổ biến, rất độc, được
gọi là đioxin – đó là hợp chất 2,3,7,8-tetrachloro dibenzo-p-đioxins (2,3,7,8-
TCDD).
Nhóm PCDF có 135 chất, trong đó có 2,3,7,8-tetrachloro dibenzofuran
(2,3,7,8-TCDF) cũng là một chất hay gặp. Tiêu biểu là đioxin, một trong những
hoá chất độc nhất được biết hiện nay trong khoa học. Trong bản báo cáo của
cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) năm 1994 đã miêu tả dioxin như là một
mối tác nhân đe doạ nguy hiểm đối với sức khoẻ cộng đồng, là một chất gây
ung thư cho con người và gây ra sự phân chia tế bào một cách bất thường trong
cơ thể, xảy ra ở phổi, da, dạ dày, ruột, gan, tuỷ sống Không những vậy, dioxin
còn làm tăng nguy cơ tiểu đường, sinh con quái thai, hở hàm ếch, dị tật bẩm
sinh, thiểu năng trí tuệ
1.1.4.3 Nhóm các polyclobiphenyl (PCBs)
Hay như các hợp chất của PCBs cũng ảnh hưởng đến sức khoẻ của con
người và động vật như phá huỷ gan,da và thị giác, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch,

đến khả năng sinh sản, gây ung thư Ngoài ra, PCBs còn là nguyên nhân làm
tăng huyết áp, tăng hàm lượng triglyxerit và cholesteron trong máu.
7
1.1.5 Một số phương pháp xử lý nước thải có chứa phenol bằng hấp phụ
1.1.5.1Phương pháp hấp phụ phenol trong pha lỏng trên vật liệu Si-MCM-41 tổng
hợp từ vỏ trấu [11]
MCM-41 là vật liệu mao quản trong bình có cấu trúc mao quản trật tự dạng oxit
silic nên không có hoạt tính xúc tác trong nhiều hệ phản ứng. Tuy nhiên, MCM-41
là chất mang lý tưởng do cấu trúc mao quản đông đều, bề mặt riêng lớn và do đó có
tiềm năng ứng dụng cao trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ.
ở phương pháp này, nguồn silic để tổng hợp MCM-41 được lấy từ vỏ trấu (kí
hiệu là: RH-MCM-41). RH-MCM-41 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
với việc sử dụng cetyltrimetylammoniumbromide (CTAB) làm chất tạo cấu trúc.
Thành phần gel (mol) như sau: 1SiO
2
:0,106CTAB:0,03NaOH:150H
2
O. Nguồn
silica từ vỏ trấu được dùng để thay thế cho TEOS. Quá trình tổng hợp: hòa tan
CTAB hoàn toàn trong dung dịch NaOH, nguồn silica được cho vào hỗn hợp trên
trong điều kiện khuấy mạnh. Chất rắn thu được sau khi kết tinh ở 100
0
C trong 24
giờ được lọc, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô và nung ở 550
0
C để loại bỏ chất tạo
cấu trúc.
Dung lượng hấp phụ phenol lên vật liệu RH-MCM-41 vào khoảng 91,9mg/g
cho phép chúng ta có thể dùng vật liệu RH-MCM-41 trong xử lý môi trường.
1.1.5.2Phương pháp hấp phụ phenol trong nước bị ô nhiễm trên sét hữu cơ [12]

Sét hữu cơ hay còn gọi là sét ưa dầu (organophilic clay) là sản phẩm của phản
ứng trao đổi ion giữa sét montmorillonit hoặc hectorit có các cation trao đổi Na
+
,
Ca
+
nằm ở giữa các lớp sét với các cation hữu cơ chủ yếu là hợp chất amin. Phương
pháp trao đổi các cation giữa các lớp của Bentonite với cation amin bậc 4 có dạng
[(CH
3
)
3
NR]
+
trong đó R thường là nhóm alkyl mạch dài tạo nên một dạng Bentonite
biến tính gọi là Organoclay, còn được gọi là Sét hữu cơ hay sét ưa dầu.
Ben-Na + [(CH
3
)
3
NR]
+
= Bent-NR(CH
3
)
3
+ Na
+
Sự có mặt của các cation bậc 4 trong không gian giữa hai phiến sét không chỉ
làm cho khoảng cách giữa các lớp phiến sét (d

001
) tăng lên mà còn làm cho sét có
tính chất ưa dầu. Khi đó, sét sẽ có khả năng trương nở và phân tán được trong các
dung môi hữu cơ khác nhau. Do có mạch hidrocacbon chèn giữa các lớp của
bentonit làm tăng tính kỵ nước của bentonite, nên làm tăng ái lực của vật liệu với
8
các chất hữu cơ, đặc biệt là chất hữu cơ mạch vòng, chất có phân tử lượng lớn. Nhờ
đặc điểm đó, sét hữu cơ được ứng dụng để làm vật liệu xử lý nước nhiễm phenol.
1.1.5.3Phương pháp hấp phụ phenol trong nước bị ô nhiễm bằng than hoạt tính
[13]
Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định
hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit. Ngoài carbon thì phần còn lại
thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có
diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên được ứng dụng như một chất lý tưởng để lọc
hút nhiều loại hóa chất. Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính ra đơn vị khối
lượng thì là từ 500 đến 2500 m
2
/g (lấy một ví dụ cụ thể để so sánh thì một sân quần
vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m
2
). Bề mặt riêng rất lớn này là hệ quả
của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ,
qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí. Trong một số
tài liệu nghiên cứu, than hoạt tính đã được thử nghiệm khả năng hấp phụ đối với
phenol. Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ phenol của than hoạt tính tương đối
cao (11,2 mg/g) .
Ngoài ra còn một số vật liệu khác dùng để hấp phụ phenol như: than cốc dầu
mỏ, than, bụi cốc, bùn đỏ trung hòa
Bảng 1.2: So sánh các hằng số hấp phụ đường đẳng nhiệt của phenol bằng
các chất hấp phụ khác nhau

Các chất hấp phụ
đường đẳng nhiệt
Freundlich
Đường đẳng nhiệt Langmuir
k (mg/g) n b(L/mg) Q
0
(mg/g)
Các tài liệu
tham khảo
Than cốc dầu mỏ
được biến tính bằng
KOH
73.9 5.49 0.391 158.0 [14]
Sét Bentonite Al-
pillared
1.81 1.652 - - [15]
Sét Bentonite nhiệt 1.30 1.533 - - [15]
Than 1.442 3.148 0.008 13.23 [16]
Than dư 6.357 3.665 0.013 45.45 [16]
9
Than được biến tính
với H3PO4
7.278 2.557 0.002 142.8 [16]
Trấu 0.117 2.149 0.001 4.508 [16]
Bụi cốc
0.917 0.350 0.001 0.172 [16]
Bùn đỏ trung hòa - - - -
hiện nay
đang
nghiên cứu

1.2 Bùn đỏ
Bùn đỏ là chất thải rắn được hình thành từ quá trình sản xuất nhôm oxit từ
quạng bauxit theo qui trình Bayer. Quặng bauxit là hỗn hợp các khoáng giàu nhôm
oxit, ngoài ra còn chứa các khoáng sắt, silic, titan… Theo qui trình Bayer, quặng
được rửa, nghiền và hòa tan trong dung dịch natri hidroxit dưới nhiệt độ và áp suất.
Sản phẩm sinh ra gồm dung dịch natri hidroxit dưới nhiệt độ và áp suất. Sản phẩm
sinh ra gồm dung dịch natri aluminat và một lượng lớn chất thải rắn không tan. Bã
thải này có màu đỏ của khoáng sắt gọi là bùn đỏ. Lượng bùn đỏ và thành phần bùn
đỏ thải ra tùy thuộc vào loại quạng, chất lượng quạng và một phần vào quy trình sản
xuất. Tính trung bình, sản xuất 1 tấn nhôm đi kèm với việc phát sinh khoảng 0.3-2.5
tấn bùn đỏ.
1.2.1 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam và Thế giới
1.2.1.1Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên Thế giới
Theo công bố của cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì tiềm
năng bauxit toàn thế giới khoảng 55 – 75 tỷ tấn, phân bố trên các Châu lục như
bảng 1.3.
Bảng 1.3: Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục
STT Châu lục Tỷ lệ phân bố (%)
10
1 Châu Phi 33
2 Châu Đại Dương 24
3 Châu Mỹ và Carribe 22
4 Châu Á 15
5 Các nơi khác 6
Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm năng
lớn hàng đầu được trình bày ở bảng 1.4.
Bảng 1.4: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit
STT Quốc gia
Trữ lượng bauxit
(10

9
tấn)
1 Guinea 8,6
2 Australia 7,8
3 Việt Nam 5,5
4 Brazil 2,5
5 Jamaica 2,5
6 Trung Quốc 2,3
7 Ấn Độ 1,4
Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong nước
hoặc xuất khẩu. Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác bauxit, 33 nước
sản xuất alumin và 44 nước điện phân nhôm [2].
Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của
thế giới. Từ những năm 1990, tốc độ sản xuất nhôm cao hơn sản xuất bauxit-
alumin. Năm 1999 sản lượng alumin của thế giới là 45,784 triệu tấn, năm 2005 là
60,833 và đến năm 2006 đã là 72,200 triệu tấn. Bauxit chủ yếu dùng cho ngành
luyện kim, trong khi bauxit được dùng cho các ngành công nghiệp khác như: vật
liệu chịu lửa, vật liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ giao động trong khoảng 7 triệu
11
tấn/năm. Hiện nay trên thế giới có khoảng 94 công ty sản xuất alumin, trong đó một
số công ty lớn được trình bày ở bảng 1.5.
Bảng 1.5: Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới [20]
STT Công ty Công suất thiết kế (tấn) Sản xuất thực tế (tấn)
1 Alcoa 13.497.000 13.409.000
2 Chalco 6.915.000 6.915.000
3 Alcn 6.183.000 6.173.000
4 BHP Billiton 4.289.000 4.217.000
5 Glencore 4.005.000 3.957.000
6 Comalco 3.381.000 3.381.000
7 Rusal 3.359.000 2.944.00

8 Sual 2.071.000 2.071.000
9 Nalco 1.580.000 1.580.000
10 Hydro 1.389.000 1.363.000
11 Khác 17.673.000 15.668.000
Tổng 64.342.000 61.678.000
Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ Bayer vẫn chiếm ưu thế chủ đạo
trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới. Hiện nay và dự đoán trong tương
lai, khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ
này.
Hiện nay, trên thế giới vẫn tồn tại 2 công nghệ Bayer sản xuất alumin từ bauxit:
Công nghệ Bayer Châu Âu và công nghệ Bayer Châu Mỹ. Bauxit dạng gipxit
(hydratgilit) dễ dàng tách thì chỉ cần áp dụng công nghệ Bayer của Châu Mỹ, bauxit
khó hòa tách như bơmit hay diaspor thường phải áp dụng công nghệ Bayer của
Châu Âu hoặc kết hợp công nghệ Bayer với thiêu kết đối với bauxit diaspor chứa
nhiều silic.
12
1.2.1.2 Tình hình khai thác và chế biến bauxit ở Việt Nam [5]
Việt Nam được xác định là một trong những nước có nguồn tài nguyên bauxit
và loại lớn trên thế giới, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ tấn,
trong đó khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn, còn lại tập trung chủ yếu ở khu
gồm Đăk Nông khoảng 3,42 tỷ tấn(chiếm 62% tổng trữ lượng); Lâm Đồng khoảng
975 triệu tấn (chiếm 18%); Gia Lai – Kon Tum khoảng 806 triệu tấn (chiếm 15%)
và Bình Phước khoảng 217 triệu tấn (chiếm 4%) và một số khu vực ven biển Quảng
Ngãi và Phú Yên [1,2,5]. Đây là yếu tố quan trọng và quyết định việc phát triển
ngành công nghiệp khai thác bauxit, sản xuất alumin và nhôm kim loại của Việt
Nam.
Theo báo cáo “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng quy phạm
phân cấp trữ lượng tài nguyên các mỏ bauxit Việt Nam-Văn phòng Hội đồng đánh
giá trữ lượng khoáng sản – Bộ Tài nguyên và Môi trường. Hà Nội, 2005”:
Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành, quặng bauxit được phân thành 2 loại: quạng

trầm tích (trong đó một số mỏ, điểm quạng bị biến chất) và quạng phong hóa laterit.
Các mỏ bauxit trầm tích phân bố chủ yếu ở miền Bắc, có thành phần khoáng vật
chính mono-hydrat (oxyt nhôm ngậm 1 nước: bơmit γ-Al
2
O
3
.H
2
O, diaspor α-
Al
2
O
3
.H
2
O); Các mỏ phong hóa laterit phát triển chủ yếu ở miền Nam và thành phần
chính là tri-hydrat (oxyt nhôm ngậm 3 nước: gipxit γ-Al
2
O
3
.3H
2
O).
Căn cứ điều kiện tạo thành và thành phần vật chất, quặng bauxit trầm tích được
phân làm 2 loại quạng gốc và sa khoáng.
Các thân quạng gốc thường nằm trong tầng bauxit gồm có bauxit, alit, đá
phiến sét, phiến sét than và phiến silic (Mỏ Táp Ná – Cao Bằng, Tam Lung – Lạng
Sơn), quặng gồm diaspor, bơmit, hydrohematit, kaolinit Chất lượng quặng tùy
thuộc vào từng mỏ: Al
2

O
3
41 – 47%; SiO
2
5,5 – 14% (mỏ Táp Ná); Al
2
O
3
49,51%;
SiO
2
12,68%; Fe
2
O
3
22,19%; TiO
2
2,67% (mỏ Tam Lung); Al
2
O
3
49,1 – 56,9%;
SiO
2
11,6 – 12,21%; Fe
2
O
3
9,76 – 25,24%; TiO
2

2,50 – 6,76% (mỏ Mèo Vạc).
Quặng sa khoáng là sản phẩm của quá trình phong hóa, phá hủy quạng gốc tại
chỗ (sa khoáng eluvi) ở sườn đồi hoặc sườn núi (deluvi) hoặc lắng đọng tại các
thung lũng (aluvi). Quặng sa khoáng nguyên khai có chất lượng thấp vì có lẫn nhiều
tạp chất – chủ yếu là sét kaolinit. Để nâng cao chất lượng người ta phải qua tuyển
đãi bằng phương pháp thông thường – tuyển rửa. Quạng gồm diaspor và bơmit. Các
mỏ bauxit nguồn gốc phong hóa laterit chiếm ưu thế tuyệt đối về quy mô trữ lượng.
13