nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng cr3+, ni2+, cu2+, zn2+ bằng bã mía sau khi đã biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

®
¹
i

h
ä
c
k
h
o
a
h
ä
c
t
ù
n
h
i
ª
n
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


Phùng Thị Kim Thanh


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI
NẶNG (Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
) BẰNG BÃ MÍA SAU KHI ĐÃ
BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC





Hà Nội - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


Phùng Thị Kim Thanh


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI
NẶNG (Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
) BẰNG BÃ MÍA SAU KHI ĐÃ
BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60 44 41



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN TRỌNG UYỂN





Hà Nội – 2011

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 - TỔNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
2
1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 2
1.1.2. Tác động sinh hóa của ion Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
đối với con người 2
1.1.2.1. Crom 3
1.1.2.2. Niken 5
1.1.2.3. Đồng 5
1.1.2.4. Kẽm 6
1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 7
1.2. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 9

1.2.1. Phương pháp kết tủa 9
1.2.2. Phương pháp trao đổi ion 10
1.2.3. Phương pháp hấp phụ 10
1.3. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ 11
1.3.1. Hiện tượng hấp phụ 11
1.3.1.1. Hấp phụ vật lý 11
1.3.1.2. Hấp phụ hóa học 12
1.3.2. Hấp phụ trong môi trường nước 12
1.3.3. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 13
1.4. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 16
1.4.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử 16
1.4.2. Cơ sở của phương pháp 17
1.4.3. Nguyên tắc 17
1.4.4. Một số yêu cầu trong kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu 18
1.4.5. Ưu nhược điểm của phương pháp AAS 19
1.4.5.1. Ưu điểm 19
1.4.5.2. Nhược điểm 19
1.4.6. Ứng dụng của phương pháp AAS 19
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
1.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 19
1.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 20
1.7. Vật liệu hấp phụ bã mía 21
1.8. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP 22
Chương 2 - THỰC NGHIỆM 26
2.1. Đối tượng nghiên cứu 26
2.2. Mục tiêu nghiên cứu 26
2.3. Dụng cụ và hóa chất 26
2.3.1. Dụng cụ 26
2.3.2. Hóa chất 27

2.3.3. Chuẩn bị hóa chất 27
2.4. Phương pháp nghiên cứu 27
2.4.1. Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía 27
2.4.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu 27
2.4.1.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ 28
2.4.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
của VLHP
theo phương pháp hấp phụ tĩnh 28
2.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP 28
2.4.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu 28
2.4.2.3. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP 29
2.4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ
29
2.4.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
đến
khả năng hấp phụ của VLHP 29

2.4.3. Thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa ion Zn
2+
. 29
2.4.4. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ crom, niken, đồng, kẽm
theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 30
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34
3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP 34
3.1.1. Đặc trưng IR 34
3.1.2. Đặc trưng SEM 35
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
3.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP 36
3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu 38
3.4. Thời gian đạt cân bằng của VLHP 39
3.5. Ảnh hưởng của lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ 41
3.6. Ảnh hưởng của nồng độ đầu các ion Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
đến khả năng hấp
phụ của VLHP 43
3.6.1. Đối với Cr
3+
45
3.6.2. Đối với Ni
2+

45
3.6.3. Đối với Cu
2+
46
3.6.4. Đối với Zn
2+
46
3.7. Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước thải có chứa Zn
2+
47
KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp thụ Langmuir …………………………
16
Hình 1.2. Hình 1.2. Sự phụ thuộc của
q
C
cb
vào C
cb
………………………
16
Hình 1.3. Sơ đồ nguyen lý của kính hiển vi điện tử quét ………………….
20
Hình 2.1. Đường chuẩn xác định nồng độ crom …………………………
31
Hình 2.2. Đường chuẩn xác định nồng độ niken ………………………….

32
Hình 2.3. Đường chuẩn xác định nồng độ đồng …………………………
32
Hình 2.4. Đường chuẩn xác định nồng độ kẽm …………………………
33
Hình 3.1. Phổ IR của nguyên liệu đầu …………………………………….
34
Hình 3.2. Phổ IR của VLHP ………………………… …………………
34
Hình 3.3. Ảnh SEM của nguyên liệu………………………………………
35
Hình 3.4. ẢNh SEM của VLHP…………………………………………
36
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr
3+
………………………
36
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni
2+
………………………
37
Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu
2+
………………………
37
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Zn
2+
………………………
38
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian hấp phụ ….

40
Hình 3.10. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào lượng VLHP……
43
Hình 3.11a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr
3+
.
45
Hình 3.11b. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của
VLHP đối với Cr
3+
…………………………………………
45
Hình 3.12a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni
2+
.
45
Hình 3.12b. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của
VLHP đối với Ni
2+
…………………………………………
45
Hình 3.13a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cu
2+

46
Hình 3.13b. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của
VLHP đối với Cu
2+
…………………………………………
46

Hình 3.14a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Zn
2+
.
46
Hình 3.14b. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của
VLHP đối với Zn
2+
…………………………………………
46

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ ……………………………
14
Bảng 1.2. Thành phẩn hóa học của bã mía ……………………………
21
Bảng 2.1. Kết quả phân tích mẫu nước thải thực nghiệm …………………
30
Bảng 2.2. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định Crom ………………
31
Bảng 2.3. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định niken …………………
31
Bảng 2.4. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định đồng ………………….
32
Bảng 2.5. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định kẽm …………………
33
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cr
3+
……………………….

36
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Ni
2+
……………………….
37
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu
2+
………………………
37
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Zn
2+
………………………
38
Bảng 3.5. pH tối ưu cho quá trình hấp phụ Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
…………
38
Bảng 3.6. Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với Cr
3+
,
Ni
2+
, Cu
2+

, Zn
2+
……………………………………………………………
39
Bảng 3.7. Sự phụ thuộc của dung lượng vào thời gian hấp phụ …………
39
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ ………
42
Bảng 3.9. Ảnh hưởng nồng độ đầu của các ion Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
đến
dung lượng hấp phụ ………………………………………………………
44
Bảng 3.10. Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir …………
47
Bảng 3.11. Kết quả xử lý Zn
2+
trong nước thải của xưởng xi mạ …………
47
Bảng 3.12. Kết quả giải hấp Zn
2+
…………………………………………
48

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp là sự
gia tăng ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Vấn đề ô nhiễm môi trường không
chỉ là vấn đề của riêng một quốc gia nào mà nó đang là vấn đề chung của toàn
nhân loại.
Ở Việt Nam, môi trường đang dần bị suy thoái, xâm hại trong đó có môi
trường nước. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường nước mà
nguyên nhân chủ yếu là do hoạt động sản xuất công nhiệp. Nước thải ở hầu hết
các cơ sở sản xuất có chứa rất nhiều các chất độc hại như: chất hữu cơ, các ion
kim loại nặng (Pb
2+
, Cu
2+
, Ni
2+
, Zn
2+
, Cd
2+
, Cr

3+
, ) chỉ được xử lý sơ bộ, thậm
trí chưa qua xử lý đã thải vào môi trường. Hậu quả là môi trường nước bị ô
nhiễm nghiêm trọng bởi các hợp chất hữu cơ, các kim loại nặng. Để có thể kiểm
soát cũng như giảm thiểu ô nhiễm thì việc áp dụng các phương pháp xử lý nước
thải là việc không thể thiếu và có ý nghĩa hết sức quan trọng, đặc biệt là các
phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước.
Có rất nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để
loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nguồn nước, như: phương pháp hóa học và hóa lý
(phương pháp kết tủa, phương pháp hấp phụ, trao đổi ion ). Trong đó, phương
pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và cho kết quả rất khả thi. Một trong những
vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại nặng đang được rất nhiều người quan tâm là
các phụ phẩm nông nghiệp, như: bã mía, vỏ trấu, lõi ngô, Hướng nghiên cứu
này có nhiều ưu điểm là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản, có
tính ứng dụng cao trong thực tế và không đưa thêm vào môi trường những tác
nhân độc hại.
Mặt khác, Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào,
song việc nghiên cứu sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP)
nhằm xử lý nước thải ít được quan tâm.
Xuất phát từ những lý do trên, mà đề tài luận văn này chúng tôi tiến hành
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng (Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
,
Zn
2+
) bằng bã mía sau khi đã biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường”.

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
2
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+

1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa thúc đẩy sự hình thành các khu
công nghiệp, khu chế xuất. Gắn liền với sự phát triển các khu công nghiệp là vấn
đề gia tăng ô nhiễm môi trường. Trong đó, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng cũng
đang là một trong những vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, sức
khỏe và sinh hoạt của người dân. Kim loại nặng độc hại phát tán vào môi trường
ngày càng tăng. Nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt của
người dân chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để vẫn đang hàng ngày thải ra
môi trường nước; Các khu công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, mạ kim
loại, khai thác mỏ hoạt động cũng gây ảnh hưởng đến môi trường; Bên cạnh đó
hàng trăm làng nghề thủ công như: đúc đồng, xử lý nhôm, chì, cũng chưa có
các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả trước khi thải ra ngoài môi trường. Theo
số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước gần các
khu công nghiệp đều xấp xỉ hoặc vượt quá giới hạn cho phép. Không giống như
các chất ô nhiễm hữu cơ, các ion kim loại nặng không phân hủy thành sản phẩm
cuối cùng vô hại [1, 3].
1.1.2. Tác động sinh hóa của ion Cr

3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
đối với con người
Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng
cần thiết cho sự phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng của chúng
vượt quá giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, gây ra những tác
động hết sức nguy hại đến sức khỏe con người và sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước là
nước thải có chứa các ion kim loại nặng của các khu công nghiệp, khu chế xuất
thải ra môi trường. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi trường bị tích
tụ và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động
của nhiều yếu tố khác nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể
phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại
nặng thường xâm nhập vào cơ thể theo chu trình thức ăn. Ngoài ra còn thông qua
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
3
con đường hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cong người và sinh
vật. Về mặt sinh hóa, các ion kim loại có ái lực lớn với nhóm -SH, -SCH
3
của
các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế khi xâm nhập vào cơ thể nó làm cho các
enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein trong cơ thể theo
phương trình phản ứng sau:

1.1.2.1. Crom
Crom (Z = 24) là nguyên tố thuộc nhóm VIB trong bảng tuần hoàn, cấu
hình electron là: [Ar] 3d
5
4s
1
. Crom là một kim loại cứng nhưng lại rất dễ rèn, có
màu xám với độ bóng và nhiệt độ nóng chảy cao. Các trạng thái ôxi hóa phổ biến
của crom là +2, +3 và +6, trong đó trạng thái +3 là ổn định nhất. Các trạng thái
+1, +4 và +5 khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái ôxi hóa +6 là
những chất có tính ôxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được ôxy thụ động
hóa, tạo thành một lớp mỏng oxit bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình oxi
hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới nên được sử dụng chủ yếu trong ngành
luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt.
Trong nước Crom nằm ở hai dạng Cr(III) và Cr(VI); Crom xâm nhập vào
nguồn nước từ nước thải của các nhà máy công nghiệp nhuộm len, công nghiệp
mạ, thuộc da, sản xuất gốm sứ, chất nổ . Nhìn chung, sự hấp thụ của Crom vào
cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó. Cr(VI) hấp thụ qua dạ
dày, ruột nhiều hơn Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng
hợp chất mà nó sẽ hấp thụ) và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ
hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi
không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là
một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhất.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp
xúc trực tiếp với da. Con đường xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể người chủ
Enzym
SH
SH

S
Enzym
S
M
+ M
2+

+2H
+

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
4
yếu qua con đường thức ăn, Cr(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên
tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với
hàm lượng cao Crom làm kết tủa các protein, các axit nuclêic và ức chế hệ thống
men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào Crom cũng
được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l; sau đó chúng chuyển vào
hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu 10 ÷ 20 lần, từ hồng cầu Crom
chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần
còn lại chuyển qua nước tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng Crom hoà tan dần vào
máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm. Các nghiên cứu cho
thấy con người hấp thụ Cr
6+
nhiều hơn Cr
3+
nhưng độc tính của Cr
6+
lại cao hơn
Cr

3+
gấp khoảng 100 lần.
Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng crom tới 0,7µg/ml (hàm lượng tối đa
cho phép là 0,5µg/ml), mà chủ yếu ở dạng Cr(VI) có độc tính với nhiều loại
động vật có vú. Cr(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con
người. Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/l gây rối loạn sức khoẻ như
nôn mửa, … Khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm –SH trong
enzym và làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh đối với con người:
+ Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Bề mặt
da là bộ phận dễ bị ảnh hưởng. Niêm mạc mũi dễ bị loét, phần sụn của vách mũi
dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị
nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể
qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên, kháng thể gây
hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu
không được cách ly và sẽ trở thành tràm hoá.
+ Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu,
viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt
hơi, chảy nước mũi). Khi ở dạng CrO
3
hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng
cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm.
+ Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da
tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
5
phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim, … Các
tác giả Langard và Vigander đã kiểm tra các công nhân NaUy làm việc trong các
nhà máy sản xuất màu Crom có nồng độ Cr(VI) là 0,05mg/m
3

phát hiện rằng khả
năng liên quan đến ung thư phổi cao hơn người bình thường 44 lần. Nghiên cứu
những người công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất chất màu New Jersey chỉ ra
rằng những người công nhân làm việc 2 năm thì khả năng mắc bệnh cao hơn 1,6
lần và nếu 10 năm thì khả năng này là 1,9 lần so với người bình thường. [2]
1.1.2.2. Niken
Niken (Z = 28) thuộc nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron
là: [Ar] 3d
8
4s
2
. Niken là kim loại có màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken
nằm trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo
sợi. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng
chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lưu huỳnh
trong quặng niken.
Ở điều kiện bình thường, nó trơ với oxi trong không khí nên thường được
dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v , cho các thiết bị hóa học,
và trong một số hợp kim như bạc Đức (German silver).
Niken là một nguyên tố cần thiết cho vi sinh vật và thực vật để thực hiện
các phản ứng quan trọng của sự sống.
Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện
kim, xi mạ, điện tử, Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải công nghiệp,
hoặc bùn thải. Niken xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra
các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu tiếp xúc nhiều với niken sẽ
ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận. Da tiếp xúc với niken sẽ
gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,
Nồng độ Niken trong nước uống tối đa cho phép là 0,02 mg/l. [2, 4]
1.1.2.3. Đồng
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học

Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
6
Đồng (Z = 29) là nguyên tố thuộc nhóm IB trong bảng tuần hoàn, cấu hình
electron là: [Ar] 3d
10
4s
1
. Đồng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn
điện và độ dẫn nhiệt cao.
Đồng được phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là nguyên tố vi lượng quan
trọng, cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao. Đồng được tìm thấy
trong một số loại enzym như: oxidaza, tirozinaza, uriaza, citocrom oxidaza và
galactoza.
Trong nước đồng kìm hãm sự sinh trưởng của tảo ngay cả nồng độ thấp.
Thực vật mẫn cảm với đồng hơn động vật. Nước có hàm lượng 1 µg/l đã gây ô
nhiễm đối với thực vật, trong khi đó với cá tới 3 µg/l mới gây độc. Đồng tồn tại
trong nước dưới dạng phức như phức đồng với axit humic, các phức đồng ít độc
đối với động thực vật thủy sinh.
Đồng xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đường ăn uống, lượng đồng đi
vào cơ thể từ thực phẩm khoảng 1-3 mg/ngày. Các muối đồng gây tổn thương
đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc. Độc nhất là muối đồng cyanua.
Đối với ngưới lớn, tỷ lệ hấp thu và lưu giữ đồng tùy thuộc lượng đưa vào cơ
thể hàng ngày. Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau
khi uống nước có nồng độ đồng trên 3 mg/l. Việc ăn uống lâu dài nước có nồng
độ đồng cao sẽ làm tăng nguy cơ bị xơ gan.
Giá trị tạm thời cho lượng đồng tiếp nhận tối đa hàng ngày có thể chịu đựng
được là 0,5 mg/kg thể trọng.[2, 4]
1.1.2.4. Kẽm
Kẽm là một nguyên tố kim loại; nó được kí hiệu là Zn (Z = 30). Nó là
nguyên tố đầu tiên trong nhóm XIIB của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học,

cấu hình electron: [Ar] 3d
10
4s
2
. Kẽm có tính chất hóa học giống với magiê,
vì ion của chúng có kích thước giống nhau và có trạng thái oxi hóa thông thường
duy nhất là +2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có
5 đồng vị bền. Quặng kẽm được khai thác nhiều nhất là là Sphalerit, một sulfua
kẽm.
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
7
Kẽm là một nguyên tố vi lượng được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm
và nước uống dưới dạng các phức chất hữu cơ. Kẽm đóng vai trò quan trọng
trong quá trình trao đổi chất, là thành phần quan trọng của nhiều loại enzym như:
ancol dehidrogenaza, glutamic dehidrogenaza, lactic dehidrogenaza, cacbonic
anhidraza,
Trong nguồn nước thiên nhiên, hàm lượng kẽm nhỏ hơn 1 mg/l, trong nước
uống hàm lượng kẽm thường dao động trong khoảng 0,995 - 1 ppm. Khi nồng độ
kẽm lớn hơn 5 mg/l nước sẽ có vị khó chịu, nhưng ở nồng độ cao hơn nhiều thì
kẽm mới gây độc cho cơ thể. Các muối kẽm hòa tan đều độc. Khi ngộ độc kẽm
sẽ cảm thấy miệng có vị kim loại, đau bụng, mạch chậm, co giật, Chế độ ăn
bình thường là nguồn cung cấp kẽm chính cho cơ thể.
Kẽm xâm nhập vào các hệ sinh thái nước thông qua hoạt động khai khoáng,
sử dụng thuốc diệt nấm, nước thải công nghiệp sản xuất tơ sợi tổng hợp, công
nghiệp mạ điện, Ở những vùng bị ô nhiễm kẽm, nồng độ kẽm trong cơ thể cá
cao gấp 860 lần so với nước ngọt và 6700 lần so với trong nước biển không bị ô
nhiễm.[2, 4]
1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực

gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô
nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao các kim loại nặng trong nước.
Trong một số trường hợp xuất hiện hiện tượng cá chết hàng loạt. Nguyên nhân
chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước
thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không được triệt
để. Ô nhiễm kim loại nặng có tác động tiêu cực đến môi trường sống của sinh
vật và con người. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ
thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm,
vào đất và các thành phần môi trường liên quan.
Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. Nước bị ô nhiễm
kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ. Do nhu cầu sử dụng của con
người ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên. Tuy nhiên,
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
8
việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm đúng mức
càng làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường nước.
Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các kim loại nặng còn ở việc chế
biến quặng và sử dụng thành phẩm. Quá trình nghiên cứu chế tạo kim loại nặng
và muối của chúng cũng làm tăng cường sự có mặt của kim loại nặng trong môi
trường.[3, 2]
Bên cạnh đó việc tái sử dụng các phế thải chứa ion kim loại nặng cũng là
một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm kim loại nặng.
Đối với ion Cr
3+
: Crom được khai thác dưới dạng quặng cromit (FeCr
2
O
4
).

Khoảng 15 triệu tấn quặng cromit được sản xuất vào năm 2000, và được chuyển
hóa thành khoảng 4 triệu tấn crom-sắt. Crom được sử dụng trong ngành luyện
kim, sản xuất gốm sứ, thuộc da,
Đối với ion Ni
2+
: Vùng Sudbury ở Ontario, Canada sản xuất khoảng 30%
sản lượng niken trên thế giới. Nhiều mỏ niken khác được tìm thấy ở Canada,
Nga, Nouvelle-Calédonie, Úc, Cuba và Indonesia. Cho tới nay, nhà sản xuất
niken lớn nhất là nước Nga, mỗi năm nước này tách 267.000 tấn niken. Úc đứng
thứ hai (207.000 tấn niken/năm) và Canada đứng thứ ba (189.300 tấn/năm).
Niken được sử dụng chủ yếu để chế tạo thép không rỉ và hợp kim chống ăn mòn.
Đối với ion Cu
2+
: Đồng có thể tìm thấy dưới dạng đồng tự nhiên hoặc trong
các khoáng sulfua (CuFeS
2
, CuS, Cu
2
S, ). Đồng được sử dụng một cách rộng
rãi trong sản xuất các sản phẩm như dây điện, que hàn, cuộn từ của nam châm
điện, chế tạo các động cơ điện,
Đối với ion Zn
2+
: Các mỏ kẽm có khắp nơi trên thế giới, các mỏ khai thác
lớn nhất nằm ở Úc, Canada, Hoa kỳ. Kẽm kim loại được sản xuất bằng công
nghiệp khai khoáng. Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, trong các hợp kim như
đồng thanh, niken trắng, các loại que hàn. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong
dập khuôn, đặc biệt là trong công nghiệp ô tô,
Đó là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng nói chung và một số ion
kim loại nặng (Cr

3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
) nói riêng trong môi trường nước.
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
9
1.2. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay, môi trường gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn có nguy
cơ bị ô nhiễm kim loại nặng khá lớn, nó đe dọa đến sức khỏe của con người và
môi trường sống. Để đáp ứng nhu cầu về nước sinh hoạt thì việc xử lý môi
trường đòi hỏi phải có những biện pháp xử lý phù hợp đạt hiệu quả cao. Các
phương pháp xử lý nước thải có chứa các kim loại nặng nói chung được sử dụng
ngày nay là: (1) Phương pháp kết tủa; (2) Phương pháp trao đổi ion; (3) Phương
pháp hấp phụ.
1.2.1. Phương pháp kết tủa
Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa
vào dung dịch nước, điều chỉnh pH của môi trường để chuyển ion cần tách về
dạng hợp chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa.
Một dạng hợp chất ít tan thường được sử dụng để tách các kim loai nặng ra
khỏi dung dịch là hydroxyt kim loại nặng.
Đại lượng quan trọng quyết định đến độ tan của hydroxyt kim loại nặng là
tích số tan của hydroxyt kim loại nặng (T). Đa số tích số tan của hydroxyt kim
loại nặng nằm trong khoảng từ 10
-14
÷ 10

-30
.
Với quá trình kết tủa hydroxyt kim loại nặng pH của dung dịch nước ảnh
hưởng rất mạnh. Bằng việc tính toán lý thuyết kết hợp với làm thực nghiệm
chúng ta có thể biết được giá trị pH cần thiết để xử lý kim loại nặng trong nước
thải bằng phương pháp kết tủa hydroxyt kim loại nặng.
Xuất phát từ phương trình sau:
M
n+
+ nOH
-


M(OH)
n
↓
Ở đây n là hóa trị của các cation kim loại (n = 2, 3).
[M
n+
][OH
-
]
n
= T
M(OH)n

Từ đó người ta có thể tính được nồng độ ion kim loại còn lại trong dung
dịch tại các pH khác nhau.
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh

10
 
10
)14(
)(



pHn
nOHM
n
T
M
hoặc: lg [M
n+
] = lg T
M(OH)n
- n(pH - 14)
Trong nước thải ngoài ion kim loại nặng cần tách còn có các ion kim loại
khác cũng có thể tạo kết tủa hydroxyt hoặc các anion có khả năng phản ứng với
các ion kim loại làm sai lệch so với tính toán lý thuyết vì vậy chúng ta cần kiểm
chứng bằng thực nghiệm để điều chỉnh pH cho phù hợp.
Ngoài ra có một số ion kim loại có thể tạo thành các hydroxyt kim loại
lưỡng tính ví dụ Cr
3+
, Al
3+
, các hydroxyt này có thể tan cả trong môi trường
axit và môi trường kiềm. Vì vậy việc chọn khoảng pH thích hợp cho các kim loại
này là hết sức qua trọng, nó đảm bảo cho việc tách các kim loại dưới dạng

hydroxyt được triệt để.
Một điều cần quan tâm nữa là các kết tủa hydroxyt kim loại nặng thường
hay ở trạng thái keo khó lắng, lọc, do đó chúng ta có thể kết hợp với quá trình
đông keo tụ bằng các chất trợ keo tụ như phèn nhôm, Poly alumin clorua (PAC).
1.2.2. Phương pháp trao đổi ion
Đây là phương pháp khá phổ biến sử dụng các chất có khả năng trao đổi ion
(ionit hay còn gọi là nhựa trao đổi ion) với các cation kim loại nặng để giữ, tách
các ion kim loại ra khỏi nước.
Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợp chất hữu cơ có
gắn các nhóm như: (-SO
3
H), (-COO
-
), amin, Các cation và anion được hấp
phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion:


Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta tái sinh lại cationit và anionit
bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ loãng. Về mặt kỹ thuật thì hầu
hết các kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp trao đổi ion, nhưng
phương pháp này thường tốn kém.
1.2.3. Phương pháp hấp phụ
nRH + M
n+
→ R
n
M + nH
+

RCl + A

-
→ RA + Cl
-

Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
11
Trong phương pháp này người ta sử dụng các vật liệu hấp phụ (VLHP) có
diện tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động, có khả năng lưu
giữ các ion kim loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim loại nặng
có thể do lực tương tác giữa các phân tử (lực Van de Van - hấp phụ vật lý), cũng
có thể do sự tạo thành các liên kết hóa học, tạo phức chất giữa các ion kim loại
với các nhóm chức (trung tâm hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa
học), cũng có thể theo cơ chế trao đổi ion,
Các vật liệu hấp phụ có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ. Chúng có thể
được chế tạo từ các nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên hoặc có thể được tổng hợp
từ các chất khác nhau. Phương pháp hấp phụ có tác dụng xử lý tốt các kim loại
nặng khi nồng độ kim loại nặng không lớn. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng
VLHP có nguồn gốc tự nhiên là bã mía: rẻ tiền, dễ kiếm, không gây ô nhiễm thứ
cấp. [5, 6]
1.3. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ
1.3.1. Hiện tượng hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (rắn - lỏng, khí -
lỏng, lỏng - lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất
hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân
biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
1.3.1.1. Hấp phụ vật lý
Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân

tử, ion, ) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van de Van. Đó là tổng hợp
của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng.
Lực liên kết này yếu và dễ bị phá vỡ.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
12
phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp
phụ không lớn.
1.3.1.2. Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học
với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa
học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, ). Lực
liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ, nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới
giá trị 800 kJ/mol.
1.3.2. Hấp phụ trong môi trường nước
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp
hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất 03 thành phần gây tương tác là nước, chất
hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra
quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp
phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc
của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố như: độ tan của chất bị hấp phụ trong
nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất
hấp phụ trong môi trường nước.
So với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường nước thường có
tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi
nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử bị
chậm lại.
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi

trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp
phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các
pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp
phụ.
Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nước:
Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị
hydrat hóa tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, các phức chất hidroxo, các cặp ion
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
13
hay phức chất khác. Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi
trường, các thành phần khác cùng có mặt mà hình thành các dạng tồn tại khác
nhau.[1, 7]
1.3.3. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã
hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha thể tích
(pha mang). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn
càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm
nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, dung lượng hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích. [1,
5, 3]
q = f (T, P hoặc C)
(1.1)
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức sau:

 
V
m
q

CC
cb



0

(1.2)
Trong đó: q - dung lượng hấp phụ (mg/g).
m - khối lượng vật liệu hấp phụ (g).
V - thể tích của dung dịch chất bị hấp phụ.
C
o
, C
cb
- nồng độ ban đầu, nồng độ tại thời điểm cân bằng của
dung dịch (mg/l).
Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức sau:
 
%100.
0
0
C
CC
H
cb



Đối với hệ rắn - lỏng, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

+ Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ
chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ.
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
14
+ Giai đoạn khuếch tán màng: Phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề
mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản.
+ Giai đoạn khếch tán trong mao quản: Các phần tử chất bị hấp phụ khuếch
tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.
+ Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn chặt
vào bề mặt chất hấp phụ.
Quá trình hấp phụ có thể coi là một chuỗi phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi
phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm
nhất đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình. Trong các quá trình
động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán trong và ngoài có
tốc độ chậm nhất. Do đó, các giai đoạn này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ
quá trình động học hấp phụ. Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn
này và sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng.
Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của dung
lượng hấp phụ vào P hoặc C (q = f
T
(P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt
hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh
nghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh
nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm.
Một số đường hấp phụ đẳng nhiệt được nêu trong bảng sau:
Bảng 1.1. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ
TT
Tên đường đẳng nhiệt
hấp phụ

Phương trình
Bản chất sự hấp phụ
1
Langmuir
pb
pb
v
v
.1
.
0



Vật lý và Hóa học
2
Henry

pkv .

Vật lý và Hóa học
3
Freundlich

)1(.
/1
 npkv
n

Vật lý và Hóa học

4
Shlygin-Frumkin-
Temkin
pC
av
v
m
.ln
1
0


Hóa học
5
Brunauer-Emmett-Teller
(BET)c
 
00
.
11
).( p
p
Cv
C
Cvppv
p
mm




Vật lý, nhiều lớp
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
15

Trong các phương trình trên,
v
là thể tích chất bị hấp phụ,
0
v
là thể tích hấp
phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, p
0
là áp suất hơi bão hòa của
chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết trong cùng nhiệt độ. Các ký hiệu a, b,
k, n là các hằng số.
Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của các VLHP
với ion kim loại nặng (Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
) trong môi trường nước theo mô
hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các giả
thuyết:

+ Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
+ Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
+ Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các
tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp
phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở bảng 1.1 được xây dựng
cho hệ hấp phụ rắn - khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho
hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir được biểu diễn
như sau:

(1.3)
Trong đó:
q, q
max
- dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)


- độ che phủ
b - hằng số Langmuir
C
cb
- nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
+ Trong vùng nồng độ nhỏ: b.C
cb
<< 1 thì q = q
max
. b. C
cb
mô tả vùng hấp

phụ tuyến tính.
cb
cb
Cb
Cb
q
q
.1
.
max



Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
16
+ Trong vùng nồng độ cao: b.C
cb
>> 1 thì q = q
max
mô tả vùng hấp phụ bão
hòa.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình
đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, đưa phương trình (1.3) về dạng phương trình
đường thẳng:

(1.4)
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của vào C
cb

sẽ xác định được các hằng
số b, q
max
trong phương trình. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng như
hình 1.1 và hình 1.2.


Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của
q
C
cb
vào C
cb


tg
q
q
tg
11
max
max


bq
ON
.
1

max



1.4. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Trên thực tế có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng
như phân tích thể tích, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp phổ
hấp thụ phân tử, phương pháp cực phổ, Trong đề tài này chúng tôi sử dụng
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) để xác định hàm lượng
các kim loại nặng (Cr
3+
, Ni
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
).
1.4.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử
cb
cb
C
qqbq
C
.
1
.
1
maxmax


q
C
cb
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
17
Khi chiếu chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các
nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với
những tia bức xạ nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ và sinh ra phổ hấp thụ
nguyên tử.
1.4.2. Cơ sở của phương pháp
Dựa trên phương trình định luật Lambert-Beer biểu diễn mối quan hệ giữa
sự hấp thụ ánh sáng và nồng độ chất.
A = logI/I
0
= K
a
.N.d

Trong đó: K
a
: hệ số hấp thụ nguyên tử; N: số nguyên tử tự do; d: bề dày của
lớp hấp thụ
Như vậy, sự hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ nguyên tử biểu hiện qua số
nguyên tử N và bề dày của lớp hấp thụ.
Phương pháp phân tích định lượng AAS được thực hiện theo cách lập
đường chuẩn. Pha một loạt mẫu với nồng độ khác nhau của chất cần xác định
(chất X) ở dạng tinh khiết rồi đo giá trị A của chúng, sau đó vẽ đồ thị biểu diễn
sự phụ thuộc A vào C. Từ đó có thể tìm nồng độ của X bằng cách đo A
x

của X
rồi chiếu lên đường chuẩn và tìm C.
1.4.3. Nguyên tắc
Để thực hiện phép đo phổ AAS cần thực hiện các quá trình sau đây:
+ Hóa hơi mẫu phân tích, đưa mẫu về trạng thái khí
+ Quá trình nguyên tử hóa mẫu: Nguyên tử hóa đám mây đó (phân ly các
phân tử tạo ra đám mây các nguyên tử tự do, có khả năng hấp thụ bức xạ đơn
sắc). Đây là quá trình quan trọng và quyết định kết quả của phép đo.
+ Chọn nguồn phát tia sáng có bước sóng phù hợp để xuất hiện phổ hấp thụ.
+ Thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân ly thành
phổ, chọn vạch phổ, đo cường độ vạch.
+ Thu, ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ.
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa học
Luận văn tốt nghiệp Phùng Thị Kim Thanh K20Chh
18
- Nguồn đơn sắc: nguồn cung cấp chùm tia phát xạ đặc trưng của nguyên tố
phân tích: đèn catot rỗng (HCL); đèn phóng điện không điện cực (EDL).
- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích: Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng
ngọn lửa F-AAS (phương pháp ngọn lửa) và không ngọn lửa ETA-AAS (phương
pháp không ngọn lửa).
- Hệ thống Detector: Thu, phân ly, ghi lại phổ của nguyên tố phân tích gồm
thân máy quang phổ AAS và detector (phần quang và phần điện).
1.4.4. Một số yêu cầu trong kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu
- Quan trọng nhất là giai đoạn tạo ra các nguyên tử tự do và hai kỹ thuật
nguyên tử hóa mẫu:
+ Nguyên tử hóa mẫu được với hiệu suất cao cho phép đo có độ nhạy cao;
+ Có độ ổn định, độ lặp tốt để đảm bảo cho phép đo có độ chính xác cao;
+ Không đưa vào các yêu tố ảnh hưởng gây nhiễu đến quá trình đo: phổ
phụ, phổ nền, ;
+ Tiêu hao ít mẫu;

+ Trang bị không đắt tiền;
+ Quá trình vận hành không phức tạp, khó khăn.
* Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu:
a. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa
+ Nhiệt độ ngọn lửa phụ thuộc vào:
- Bản chất các chất khí đốt để tạo ra ngọn lửa 1900 - 3300
0
C (dung môi bay
hơi);
- Thành phần của chúng;
- Tốc độ dẫn khí vào để đốt ngọn lửa.
b. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa
- Có độ nhạy cao, nhạy hơn ngọn lửa 100-1000 lần.