nghiên cứu một số tính chất hóa lý về khả năng hấp phụ kim loại nặng và asen của vật liệu chế tạo từ đá ong việt nam

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nghị quyết đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ IX về đường lối
kinh tế và chiến lược phát triển kinh tế – xã hội. Đại hội nêu rõ:
“ Đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng nền
kinh tế độc lập tự chủ, đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp Tạo
nền tảng đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp
theo hướng hiện đại ” [25].
Cùng với việc đẩy mạnh công nghiệp hóa để phát triển đất nước (và
ngành khai thác khoáng sản phục vụ công nghiệp luyện kim) thì lượng
chất thải công nghiệp thải ra môi trường cũng tăng nhanh, đặc biệt là chất
thải có chứa các ion kim loại nặng như Cu
2+
, Cd
2+
, Zn
2+
, Pb
2+
, As
3+
cũng
tăng lên trong môi trường đất và nước. Chúng là nguyên nhân gây ra các
độc tố trong nguồn nước, khi vào cơ thể các ion kim loại nặng tích tụ và có
thể gây nên các bệnh như rối loạn thần kinh, thiếu máu, ung thư…
Vấn đề xử lý kim loại nặng trong chất thải công nghiệp, nước sinh
hoạt cho hiệu quả cao với chi phí thấp nhất đã được nghiên cứu, tìm
kiếm nguồn nguyên liệu giá rẻ có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi
trường như đá ong, đá granit, cao lanh, than bùn, đất sét… đang được
quan tâm hiện nay.
Thực tế là nguồn nước ở vùng có địa tầng đá ong có nồng độ ion kim

loại nặng rất thấp, so với những vùng nước xung quanh đó không có địa
tầng đá ong. Một số đề tài nghiên cứu gần đây cũng đã cho biết đá ong có
thể hấp phụ ion kim loại nặng và Asen. Liệu rằng, vật liệu được chế tạo từ
đá ong có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, có thể ứng dụng cho việc
xử lý ô nhiễm kim loại nặng và Asen được không? Trả lời cho câu hỏi trên
là lý do để chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu một số tính chất hóa lý về
khả năng hấp phụ kim loại nặng và Asen của vật liệu chế tạo từ đá ong
Việt Nam”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu một số tính chất hóa lý cơ bản của đá ong nguyên khai.
- Nghiên cứu một số tính chất hóa lý và khả năng hấp phụ ion kim
loại nặng, Asen của vật liệu chế tạo từ đá ong nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý
môi trường hiện nay.
1
3. Đối tượng nghiên cứu
- Chất hấp phụ:
+ Đá ong Việt Nam (Laterit)
+ Vật liệu chế tạo từ đá ong
- Chất bị hấp phụ: dung dịch có chứa các ion kim loại nặng
4. Giả thiết khoa học
Một số đề tài nghiên cứu gần đây, đã cho kết quả đá ong Việt Nam
có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước thải, nhưng việc sử dụng đá
ong trong xử lý môi trường còn hạn chế do khối lượng riêng của đá ong
lớn, dung lượng hấp phụ còn hạn chế. Vì vậy chúng tôi đi sâu nghiên cứu
một số tính chất hóa lý và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu
chế tạo từ đá ong.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1. Đối với đá ong.
- Xác định cơ chế hấp phụ của đá ong với các ion kim loại nặng.
- Xác định PZC, diện tích bề mặt của mẫu đá ong thí nghiệm.

- Nghiên cứu thành phần mẫu đá ong thí nghiệm.
5.2. Đối với vật liệu chế tạo từ đá ong
- Nghiên cứu vật liệu phối trộn, khả năng kết dính, độ cứng.
- Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu chế tạo từ đá ong
với ion kim loại nặng.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với
các ion kim loại nặng theo thời gian, theo khối lượng và theo nhiệt độ.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với
ion kim loại nặng trên theo nhiệt độ khác nhau. Tính ∆G, ∆H theo các
nhiệt độ đó.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong đối với
các ion kim loại phụ thuộc vào pH của dung dịch.
6. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
- Vật liệu nghiên cứu.
+ Đá ong Việt Nam.
+ Vật liệu chế tạo từ đá ong.
2
7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu về cấu trúc và đặc tính của đá ong tự nhiên.
- Nghiên cứu lý thuyết hấp phụ.
- Nghiên cứu lý thuyết về điểm đẳng nhiệt.
- Nghiên cứu phương pháp xử lý và phân tích kết quả thí nghiệm
tổng hợp kiến thức để đưa ra hệ thống lý thuyết nghiên cứu.
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Thu thập, xử lý mẫu, tiến hành phân tích cấu trúc các mẫu bằng
phương pháp AAS, XRF.
- Chuẩn bị các dung dịch chứa các ion kim loại với nồng độ khác nhau.
- Tiến hành thí nghiệm theo dõi sự hấp phụ ion kim loại bằng các

mẫu theo nhiệt độ, theo độ pH, theo thời gian, theo khối lượng.
- Đo điểm đẳng điện của các mẫu thí nghiệm.
8. Tính mới của đề tài
- Nghiên cứu nhiệt vi sai và nhiệt hoạt hóa của đá ong.
- Tính ∆G, ∆H của vật liệu chế tạo từ đá ong.
- Xác định dung lượng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ đá ong với các
ion kim loại nặng ở các độ pH khác nhau.
- Xác định hấp phụ phụ thuộc theo pH, thời gian, khối lượng vật liệu.
PHẦN I: TỔNG QUAN
I.1. Tổng quan về Laterit
Laterit là các sản phẩm của quá trình phong hoá các đá xảy ra mãnh
liệt và kéo dài ở vùng nhiệt đới và được tăng cường bởi lượng mưa lớn và
nhiệt độ cao. Quá trình chuyển hoá từ đá thành laterit xảy ra tương đối từ
từ bởi vì tăng cao hàm lượng sắt và giảm hàm lượng silic trong các mặt cắt
laterit trên đá mẹ cũng theo từng bước một.
I.1.1. Laterit đá ong
Laterit đá ong phổ biến ở nước ta. Thành phần hóa học và khoáng vật
của vỏ phong hóa laterit phụ thuộc vào thành phần đá mẹ, địa hình và động
thái nước ngầm. Kết quả phân tích silicat toàn phần của các mẫu phong
3
hóa cho thấy có sự phụ thuộc rõ rệt giữa hàm lượng Al
2
O
3
với thành phần
đá gốc. Đá ong hình thành trên các đá mafic có hàm lượng Al
2
O
3
cao nhất

(20-30%), thấp nhất là trên đá lục nguyên (12-15%), trên đá phiến kết tinh
(12-14%). Hàm lượng Fe
2
O
3
khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa hình và
dao động trong khoảng 25-50%. SiO
2
chiếm tỷ lệ thấp trong vỏ phong hóa
các đá mafic (4-7%), trong đá phiến và trong các trầm tích lục nguyên,
hàm lượng SiO
2
dao động trong khoảng rộng từ 16-55%.
I.1.2. Laterit kết vón
Laterit kết vón ít phổ biến hơn laterit đá ong, laterit kết vón cũng
được hình thành trên các trầm tích lục nguyên. Thành phần hóa học của sét
kết vón dao động trong khoảng rộng, tùy thuộc vào tỷ lệ giữa lượng kết
vón và sét nền bao quanh. Nhìn chung, hàm lượng Fe
2
O
3
trong đới này
thấp hơn trong đá ong (8-25%), có lẽ đây là điểm khác biệt rõ ràng giữa
hai kiểu laterit đá ong và laterit kết vón.
I.2. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam
I.2.1. Tình trạng ô nhiễm chung
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất.
Nước luôn luôn tuần hoàn trong thế giới tự nhiên, dưới hình thức của
những chu trình nước. Nước sạch không chứa các chất nhiễm bẩn, vi
khuẩn gây bệnh và các chất hóa học ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Ngoài ra, nước sạch còn được quy định về thành phần giới hạn của một số
ion kim loại nặng, một số chất thải dưới mức cho phép của Tổ chức y tế
Thế giới.
Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước dưới đất ngày càng trở nên nghiêm
trọng, có những nơi đến mức báo động. Nguyên nhân là do: rác tồn đọng
nhiều trong khu dân cư và chưa được xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường
khu vực dân cư vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát
nước và nước thải thường xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các
xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết không được xử lý hay làm sạch trước khi
thải vào hệ thống thoát nước chung; nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô
nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và nguy hiểm. Nhiều nơi chất
lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu như BOD
5
, COD cao hơn tiêu
chuẩn cho phép nhiều lần.
4
I.2.2. Ô nhiễm kim loại nặng
Nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rỉ từ các bãi chôn
lấp rác thải ngấm xuống đất và xâm nhập gây ô nhiễm các tầng nước dưới
đất. Đây là nguy cơ chính gây ô nhiễm kim loại nặng, nitơ và asen trong
nước ngầm.
Ở Việt Nam hiện nay, quy mô và mức độ ô nhiễm kim loại nặng
đang gia tăng với mức độ đáng lo ngại. Nguồn gốc phát thải của các kim
loại nặng có thể là tự nhiên (như Asen) hoặc từ các hoạt động của con
người.
I.3. Hấp phụ
I.3.1. Bản chất quá trình hấp phụ
I.3.2. Đẳng nhiệt hấp phụ
I.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
I.4. Điểm điện tích không (Point of zero charge - PZC)

I.4.1. Lý thuyết chung
I.4.2. Các khái niệm cơ bản
I.4.3. Các phương pháp đo
I.5. Các phương pháp nghiên cứu laterit
I.5.1. Phương pháp phân tích nhiễu xạ Rơnghen (XRF)
I.5.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
PHẦN II. THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
CHƯƠNG I. ĐÁ ONG (LATERIT)
I.1. Xác định điểm điện tích không của đá ong OTT
I.1.1. Xác định sơ bộ của điện tích không của OTT
Kết quả và xử lý kết quả: Vẽ đồ thị sự phụ thuộc
∆
pH vào pH
i.
∆
pH = pH
i
– pH
f
(pH
i
và pH
f
là giá trị pH của dung dịch trước và sau
hấp phụ). Điểm giao giữa đường cong với trục hoành là điểm có
∆
pH = 0,
đây là điểm điện tích không của vật liệu hấp phụ (pH
PZC
).

5
y = -0.0388x
3
+ 0.802x
2
- 4.4665x + 5.7986
R
2
= 0.9866
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 2 4 6 8 10 12 14
Hình 1.1: Xác định sơ bộ điểm điện tích không của OTT với NaCl
0,1M.
y = -0.046x
3
+ 0.9413x
2
- 5.1938x + 6.8255
R
2
= 0.9841
-3
-2
-1

0
1
2
3
4
0 5 10 15
Hình 1.2: Xác định sơ bộ điểm điện tích không của đá ong OTT với NaCl
0,01M
Nhận xét: Dựa vào hình 1.1; 1.2, ta có kết quả sơ bộ có thể dự đoán
điểm điện tích không của đá ong OTT trong khoảng 6,00 – 6,50.
I.1.2. Xác định chính xác điểm điện tích không của đá ong OTT
y = 0.5647x - 3.5357
R
2
= 0.9839
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
6 6.2 6.4 6.6 6.8 7
Hình 1.3: Xác định chính xác điểm điện tích không của OTT với NaCl
0,1M
6
pH
i
∆
p
H

pH
i
∆
p
H
pH
i
∆
p
H
y = 0.6044x - 3.7949
R
2
= 0.9913
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
6 6.2 6.4 6.6 6.8 7
Hình 1.4: Xác định chính xác điểm điện tích không của OTT với NaCl
0,01M.
Nhận xét: Điểm điện tích không của đá ong OTT với NaCl 0,1M là
6,26; với NaCl 0,01M là 6,28. Vậy đá ong OTT có pH
PZC
= 6,27 (
±
0,02).

I.2. Xác định diện tích bề mặt của đá ong OTT
Kết quả đo diện tích bề mặt của đá ong OTT
- Diện tích bề mặt: 113,82m
2
/g.
- Đường kính lỗ xốp: 69,82A
0
I.3. Phân tích nhiệt vi sai của đá ong OTT
I.4. Phân tích thành phần của đá ong OTT
Thành phần Al
2
O
3
Fe
2
O
3
SiO
2
CaO MgO TiO
2
MnO K
2
O
% khối
lượng
17,64 42,53 24,71 0,106 0,0918 2,067 0,0524 0,246
Thành phần P
2
O

5
Cr
2
O
3
CuO ZnO ZrO
2
SO
3
MKN
% khối
lượng
0,275 0,0697 0,0179 0,009 0,0321 0,112 11,26

pH
i
∆
p
H
7
CHƯƠNG II: HẠT VẬT LIỆU TẠO TỪ ĐÁ ONG (LATERIT)
II.1. Tạo hạt vật liệu từ đá ong OTT
Bảng 2.1: Các hạt đã ép và tỷ lệ phối trộn với vật liệu khác.
TT Đá ong
OTT
(gam)
Vật liệu phối trộn Nước
(ml)
Kí hiệu hạt
Kaolanh

(gam)
Dầu
cốc
(ml)
1 m x y V
1
OTT– NM
2 m a 0 V
2
OTT-KAL1
3 m b 0 V
3
OTT-KAL2
4 m c 0 V
4
OTT-KAL3
5 m 0 d V
5
OTT-DC1
6 m 0 e V
6
OTT-DC2
7 m 0 f V
7
OTT-DC3
II.2. Thí nghiệm nung hạt vật liệu
Sau khi chia các mẫu và nung ở nhiệt độ từ 400 – 900
0
C, thu được 42
mẫu hạt vật liệu, kí hiệu từ A1 đến A42.

II.3. Thời gian phân rã của các hạt vật liệu trong nước
Kết quả thí nghiệm
- Nhiệt độ nung hạt càng cao thì hạt vật liệu càng bền trong nước.
- Tỷ lệ phối trộn với các vật liệu như kaolanh, dầu cốc càng cao thì
hạt càng nhanh phân rã.
- 10 loại hạt bền trong nước gồm: A9, A13, A17, A18, A21, A22,
A23, A37, A40, A41. Chúng tôi đem 10 loại mẫu hạt này để xác định dung
lượng hấp phụ của các hạt đối với ion Pb
2+
.
II.4. Xác định dung lượng hấp phụ ion Pb
2+
của hạt vật liệu
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, chúng tôi
chọn 2 mẫu hạt A9 và A18 có dung lượng hấp phụ Pb
2+
cao hơn các hạt
còn lại để làm các thí nghiệm về xác định dung lượng hấp phụ của các hạt
vật liệu đó với ion kim loại nặng và Asen.
8
II.5. Xác định diện tích bề mặt của các hạt vật liệu A9 và A18
TT Hạt vật liệu Diện tích bề
mặt
Đường kính trung bình lỗ
xốp
1 A9 43,61m
2
/g 142,02A
0
2 A18 42,66m

2
/g 143,38A
0
II.6. Điểm điện tích không của hạt vật liệu A9 và A18
II.6.1. Hạt vật liệu A9
Xác định sơ bộ điểm điện tích không của hạt vật liệu A9
y = -0.0468x
3
+ 0.8884x
2
- 4.6172x + 5.3045
R
2
= 0.9938
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10 12
Hình 2.1: Xác định sơ bộ điểm điện tích không của hạt vật liệu A9
bằng dung dịch NaCl 0,1M.

y = -0.0183x
3

+ 0.2654x
2
- 0.328x - 3.8574
R
2
= 0.9998
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10 12
Hình 2.2: Xác định sơ bộ pH
PZC
của hạt vật liệu A9 với NaCl 0,01M.
Nhận xét: Kết quả sơ bộ có thể dự đoán điểm điện tích không của hạt
vật liệu A9 trong khoảng 6,00 – 6,50. Kết quả tính toán hạt vật liệu A9 có
pH
PZC
≈ 6,38 (± 0,02).
II.6.2. Hạt vật liệu A18
Xác định sơ bộ điểm điện tích không của hạt vật liệu A18
∆
p
H

pH
i
∆
p
H
pH
i
9
y = -0.0473x
3
+ 0.8938x
2
- 4.6251x + 5.268
R
2
= 0.9947
-3
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12
Hình 2.3: Xác định sơ bộ pH
PZC
của hạt vật liệu A18 bằng NaCl 0,1M.
y = -0.0197x
3
+ 0.2984x
2

- 0.5525x - 3.4126
R
2
= 1
-3
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12
Hình 2.4: Xác định sơ bộ pH
PZC
của hạt vật liệu A18 bằng NaCl 0,01M.
Nhận xét: Kết quả sơ bộ có thể dự đoán điểm điện tích không của
hạt vật liệu A18 trong khoảng 6,00 – 6,50. Kết quả tính toán hạt vật
liệu A18 có pH
PZC
≈ 6,39 (± 0,02).
II.7. Dung lượng hấp phụ kim loại nặng của các hạt vật liệu A9 và A18
II.7.1. Thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ ion Pb
2+

II.7.1.1. Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ ion Pb
2+
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự phụ
thuộc % hấp phụ vào môi trường pH của dung dịch Pb
2+
trước hấp phụ.
- Hạt vật liệu A9

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
pH
% hấp
Hình 2.5: Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của hạt vật liệu A9.
∆
p
H
pH
i
pH
i
∆
p
H
10
- Hạt vật liệu A18
0
20

40
60
80
100
0 2 4 6 8 10
pH
% hấp
Hình 2.6: Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của hạt vật liệu A18.
Nhận xét: pH tối ưu để xử lý ô nhiễm Pb
2+
của hạt vật liệu A9 và A18
khoảng 7-8.
II.7.1.2. Ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ ion Pb
2+
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự
phụ thuộc % hấp phụ vào thời gian hấp phụ ion Pb
2+
của hạt vật liệu.

- Hạt vật liệu A9
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
Thời gian (phút}

% hấp
Hình 2.7: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của
hạt vật liệu A9.
11
- Hạt vật liệu A18
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
Thời gian (phút)
% hấp
Hình 2.8: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của
hạt vật liệu A18.
Nhận xét: Khi thời gian hấp phụ ≥ 120 phút thì hấp phụ ion Pb
2+
của
2 loại hạt A9 và A18 không tăng nữa. Hạt vật liệu đạt trạng thái bão hòa
hấp phụ.
II.7.1.3. Ảnh hưởng khối lượng hạt vật liệu đến khả năng hấp phụ ion Pb
2+
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự phụ
thuộc % hấp phụ Pb
2+

vào khối lượng hạt vật liệu hấp phụ.
- Hạt vật liệu A9
\
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120 140
khối lượng (g/l)
% hấp
Hình 2.9: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu A9 đến khả năng
hấp phụ Pb
2+
.
12
- Hạt vật liệu A18
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Khối lương (g/l)
% hấp

Hình 2.10: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu A18 đến khả năng hấp phụ Pb
2+
.
Nhận xét: Khối lượng hạt vật liệu A9 và A18 dùng hấp phụ 1lít dung dịch
Pb
2+
nồng độ 50mg/l khoảng 120 - 140g, thì đạt hiệu quả cao.
II.7.1.4. Ảnh hưởng nồng độ Pb
2+
đến khả năng hấp phụ của hạt vật liệu.
Hằng số theo Freundlich và Langmuir của hạt vật liệu hấp phụ ion Pb
2+
1. Kết quả và xử lí kết quả thí nghiệm
a. Hạt vật liệu A9: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự phụ thuộc
dung lượng hấp phụ - q
e
vào nồng độ ion Pb
2+
.
0
2
4
6
8
0 500 1000 1500
Nồng độ Pb(II) (mg/l)
qe (mg/g)
Hình 2.11: Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của hạt vật liệu A9.

* Hằng số theo Freundlich của hạt vật liệu A9 hấp phụ ion Pb
2+

13
y = 0.5321x - 0.7822
R
2
= 0.9941
-2
-1
0
1
-2 0 2 4
Lo g Ce
Lo g qe
Hình 2.12: Freundlich – Hạt vật liệu A9 hấp phụ Pb
2+
.
- Dựa vào đồ thị hình 2.12, ta tính được các thông số theo Freundlich
của hạt vật liệu A9 hấp phụ ion Pb
2+
.
Chất hấp phụ Ion kim loại R
2
1/n K
f
(x 10
2
)
A9 Pb

2+
0,9941 0,53 16,51
* Hằng số theo Langmuir của hạt vật liệu A9 hấp phụ ion Pb
2+

y = 0.1089x + 12.078
R
2
= 0.9755
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 200 400 600 800 1000 1200
Ce
Ce/qe
Hình 2.13: Langmuir 1 – Hạt vật liệu A9 hấp phụ Pb
2+
.
- Dựa vào đồ thị hình 2.13, ta tính được các thông số theo Langmuir
của hạt vật liệu A9 hấp phụ ion Pb
2+
.
Phương trình
tính

R
2
K
a
(l/mg) q
m
(mg/l)
Langmuir 1 0,9755 0,09 9,18
b. Hạt vật liệu A18
14
0
1
2
3
4
5
6
0 500 1000 1500
Nồng độ Pb(II) (mg/l)
qe (mg/g)
Hình 2.14: Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ Pb
2+
của
hạt vật liệu A18.
* Hằng số theo Freundlich của hạt vật liệu A18 hấp phụ ion Pb
2+

y = 0.4505x - 0.6864
R
2

= 0.989
-2
-1
0
1
-4 -2 0 2 4
Lo g Ce
Lo g qe
Hình 2.15: Freundlich – Hạt vật liệu A18 hấp phụ Pb
2+
.
- Dựa vào đồ thị hình 2.15, ta tính được các thông số theo Freundlich
của hạt vật liệu A18 hấp phụ ion Pb
2+
.
Chất hấp phụ Ion kim loại R
2
1/n K
f
(x 10
2
)
A18 Pb
2+
0,9890 0,45 20,58
* Hằng số theo Langmuir của hạt vật liệu A18 hấp phụ ion Pb
2+

y = 0.1015x + 12.53
R

2
= 0.9668
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Ce
Ce/qe
Hình 2.16: Langmuir 1 – Hạt vật liệu A18 hấp phụ Pb
2+
.
- Dựa vào đồ thị hình 2.16, ta tính được các thông số theo Langmuir
của hạt vật liệu A18 hấp phụ ion Pb
2+
.
15
Phương trình tính R
2
K
a
(l/mg) q
m
(mg/l)
Langmuir 1 0,9668 0,08 9,85
c. Nhận xét: Theo TCVN, giới hạn nồng độ các chất gây ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp (bảng I.6, trang 20), nhận thấy:
+ Nồng độ ion Pb

2+
trong dung dịch gấp 1,12/0,5 = 2,24 lần giới hạn
nước thải công nghiệp tiêu chuẩn B, sau khi xử lý bằng cả 2 loại hạt vật
liệu A9 và A18, thì dung dịch sau khi xử lý đều đạt nước thải công nghiệp
tiêu chuẩn A.
+ Khi nồng độ ion Pb
2+
trong dung dịch gấp 5,29/0,5 = 10,58 lần giới
hạn nước thải công nghiệp tiêu chuẩn B, sau khi xử lý bằng cả 2 loại hạt
vật liệu A9 và A18. Chỉ có dung dịch sau xử lý bằng hạt vật liệu A18 đạt
nước thải công nghiệp tiêu chuẩn A.
+ Khi nồng độ ion Pb
2+
gấp 2 đến 100 lần giới hạn nước thải công
nghiệp tiêu chuẩn B thì hạt vật liệu A18 xử lý loại nước thải đó tốt hơn hạt
vật liệu A9.
II.7.2. Thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ As(V)
II.7.2.1. Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ As(V)
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự
phụ thuộc % hấp phụ vào môi trường pH của dung dịch As(V) trước hấp
phụ.
- Hạt vật liệu A9
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10
pH
% h

ấ
p
Hình 2.17: Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ
As(V) của hạt vật liệu A9.
- Hạt vật liệu A18
16
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10
pH
% h
ấ
p
Hình 2.18: Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ As(V)
của hạt vật liệu A18.
- Nhận xét: pH tối ưu để xử lý As(V) của hạt vật liệu A9 và A18 trong
khoảng 5-6.
II.7.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ As(V)
Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự
phụ thuộc % hấp phụ vào thời gian hấp phụ của hạt vật liệu.
- Hạt vật liệu A9
0
10
20
30
40
50

60
70
80
0 50 100 150 200
Thời gian (phút)
% hấp
Hình 2.19: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ As(V)

của hạt vật liệu A9.
- Hạt vật liệu A18
17
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200
Thời gian (phút)
% hấp
Hình 2.20: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ As(V)

của hạt vật liệu A18.
- Nhận xét: Khi thời gian hấp phụ ≥ 120 phút thì hấp phụ As(V) của cả 2
loại hạt A9 và A18 không tăng nữa. Hạt vật liệu đạt trạng thái bão hòa hấp
phụ.
II.7.2.3. Ảnh hưởng khối lượng hạt vật liệu đến khả năng hấp phụ As(V)

Kết quả và xử lý kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự
phụ thuộc % hấp phụ vào khối lượng của hạt vật liệu hấp phụ ion Pb
2+
.
- Hạt vật liệu A9
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
khối lượng (g/l)
% hấp
Hình 2.21: Ảnh hưởng của khối lượng hạt vật liệu A9 đến khả năng
hấp phụ As(V).
- Hạt vật liệu A18
18
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100 120
Khối lượng (g/l)
% hấp

Hình 2.22: Ảnh hưởng của khối lượng hạt vật liệu A18 đến khả năng
hấp phụ As(V).
- Nhận xét: Khối lượng hạt vật liệu A9 và A18 thích hợp để xử lý As(V)
50mg/l khoảng 90-100g/l dung dịch.
II.7.2.4. Ảnh hưởng nồng độ As(V) đến khả năng hấp phụ của hạt vật liệu.
Hằng số theo Freundlich và Langmuir của hạt vật liệu hấp phụ As(V)
Kết quả và xử lí kết quả: Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta vẽ đồ thị sự
phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ dung dịch As(V).
a. Hạt vật liệu A9
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 20 40 60
C(0) của As(V) (mg/l)
qe (mg/g)
Hình 2.23: Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ As(V)

của
hạt vật liệu A9.
* Hằng số theo Freundlich của hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V)
19
y = 0.393x - 1.0794
R
2
= 0.9953
-3
-2
-1

0
-4 -2 0 2
LogCe
Lo g qe
Hình 2.24: Freundlich – Hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V).
- Dựa vào đồ thị hình 2.24, ta tính được các thông số theo Freundlich
của hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V).
Chất hấp phụ Ion kim
loại
R
2
1/n K
f
(x 10
2
)
A9 As(V) 0,9953 0,39 8,32
* Hằng số theo Langmuir của hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V)
y = 2.1661x + 7.3188
R
2
= 0.9757
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40

Ce
Ce/qe
Hình 2.25: Langmuir 1 – Hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V).
- Dựa vào đồ thị hình 2.25, ta tính được các thông số theo Langmuir
của hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V).
Phương trình tính R
2
K
a
(l/mg) q
m
(mg/l)
Langmuir 1 0,9757 0,296 0,462
- Hạt vật liệu A18
20
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 10 20 30 40 50 60
C(o) As(V) (mg/l)
qe (mg/g)
Hình 2.26: Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ As(V)

của
hạt vật liệu A18.
* Hằng số theo Freundlich của hạt vật liệu A18 hấp phụ As(V)

- Dựa vào kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung
dịch As(V)

đến khả năng hấp phụ của hạt vật liệu A18, ta vẽ đồ thị sự phụ
thuộc của Logq
e
vào LogC
e
.
y = 0.4258x - 1.0392
R
2
= 0.9785
-3
-2
-1
0
-3 -2 -1 0 1 2
LogCe
Logqe
Hình 2.27: Freundlich – Hạt vật liệu A18 hấp phụ As(V).
- Dựa vào đồ thị hình 2.27, ta tính được các thông số theo Freundlich
của hạt vật liệu A18 hấp phụ As(V).
Chất hấp phụ Ion kim loại R
2
1/n K
f
(x 10
2
)

A18 As(V) 0,9785 0,426 9,14
* Hằng số theo Langmuir của hạt vật liệu A18 hấp phụ As(V)
- Dựa vào kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung
dịch As(V)

đến khả năng hấp phụ của hạt vật liệu A18, ta vẽ đồ thị sự phụ
thuộc của C
e
/q
e
vào C
e
theo phương trình Langmuir 1.
21
y = 2.0854x + 6.3
R
2
= 0.9654
-20
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35
Ce
Ce/qe
Hình 2.28: Langmuir 1 – Hạt vật liệu A9 hấp phụ As(V).
- Dựa vào đồ thị hình 2.28, ta tính được các thông số theo Langmuir

của hạt vật liệu A18 hấp phụ ion Pb
2+
.
Phương trình tính R
2
K
a
(l/mg) q
m
(mg/l)
Langmuir 1 0,9654 0,331 0,48
c. Nhận xét: Theo TCVN, giới hạn nồng độ các chất gây ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp (bảng I.6 trang 20), nhận thấy:
+ Nồng độ As(V) trong dung dịch gấp 0,5/0,1= 5 lần và 0,98/0,1=
9,8 lần giới hạn nước thải công nghiệp tiêu chuẩn B, sau khi xử lý bằng cả
2 loại hạt vật liệu A9 và A18, dung dịch sau khi xử lý đạt nước thải công
nghiệp tiêu chuẩn A.
+ Cả hai loại hạt vật liệu A9 và A18 đều có thể xử lý tốt ô nhiễm Asen.
II.8. Xác định ∆G, ∆H của các hạt vật liệu A9 và A18
- Hạt vật liệu A9
∆H
0
= -22303,85 (j/mol) = -22,30 (kj/mol)
∆S
0
= -1,61 (j/mol) = -0,0016 (kj/mol)
Ở 308K: ∆G
0
= -22,30– 308.(-0,0016) = - 21,81 (kj/mol).
Ở 318K: ∆G

0
= -22,30 – 318.(-0,0016) = - 21,79 (kj/mol).
Giá trị ∆H
o
< 0, ∆G
o
< 0, nên quá trình hấp phụ của hạt vật liệu A9
tỏa nhiệt và tự xảy ra.
- Hạt vật liệu A18
∆H
0
= -264975,53 (j/mol) = -26,50 (kj/mol).
∆S
0
= -0,6357 (j/mol) = -0,0006 (kj/mol)
Ở 308K: ∆G
0
= -26,50– 308.(-0,0006) = - 26,32 (kj/mol).
Ở 318K: ∆G
0
= -26,50 – 318.(-0,0006) = - 26,31 (kj/mol).
Giá trị ∆H
o
< 0, ∆G
o
< 0, nên quá trình hấp phụ của hạt vật liệu A18
tỏa nhiệt và tự xảy ra.
22
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, tiến hành các thí nghiệm

thực nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm, chúng tôi đã xác định được
những kết quả:
1. Nghiên cứu vật liệu phối trộn với đá ong OTT để chế tạo thành
công được 42 loại hạt vật liệu, kí hiệu từ A1 đến A42. Đã thí nghiệm và
tìm được 10 loại hạt không bị phân rã trong nước gồm: A9, A13, A17,
A18, A21, A22, A23, A37, A40, A41.
2. Từ 10 loại hạt vật liệu chế tạo từ đá ong OTT không phân rã trong
nước, đã tìm ra 2 loại hạt vật liệu A9 và A18 có khả năng hấp phụ tốt ion
kim loại nặng, có thể ứng dụng cho việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng và
Asen hiện nay.
3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu A9 và A18 đối với các
ion kim loại nặng phụ thuộc vào pH của dung dịch, thời gian hấp phụ, khối
lượng hạt vật liệu hấp phụ và nồng độ ion kim loại nặng bị hấp phụ.
Đã xác định được pH tối ưu của 2 loại hạt A9, A18 để xử lý ô nhiễm
Pb
2+
từ 7 – 8, xử lý ô nhiễm As(V) từ 5 - 6.
Thời gian tối ưu để hấp phụ Pb
2+
, As(V) của 2 loại hạt vật liệu A9 và
A18 đều ≥ 120 phút, thì vật liệu bão hòa hấp phụ.
Xác định được dung lượng hấp phụ cực đại với ion Pb
2+
của hạt vật
liệu A9 là 9,18mg/g, của hạt vật liệu A18 là 9,85mg/g và hấp phụ tối đa
với As(V) của hạt A9 là 0,46mg/g và hạt A18 là 0,48mg/g.
4. Tính được ∆G, ∆H của vật liệu A9 và A18.
- Hạt vật liệu A9
∆H = -22,30 (kj/mol).
∆G (35

0
C) = - 21,81 (kj/mol).
∆G (45
0
C) = - 21,79 (kj/mol).
- Hạt vật liệu A18
∆H = = - 26,50 (kj/mol).
∆G (35
0
C) = - 26,32 (kj/mol).
∆G (45
0
C) = - 26,31 (kj/mol).
Xác định được quá trình hấp phụ kim loại nặng của 2 loại hạt trên
tự xảy ra và các quá trình đó tỏa nhiệt.
23
5. Trong 2 loại hạt vật liệu thì A18 (hạt tạo bởi đá ong OTT với vật
liệu phối trộn caolanh) xử lý ô nhiễm Pb
2+
và As(v) tốt hơn A9 (hạt tạo từ
đá ong OTT không có vật liệu phối trộn).
Từ các kết quả thu được, chúng tôi khẳng định rằng: Có thể sử dụng
hạt vật liệu A9 và A18 có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trường,
vào xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải công nghiệp, nước sinh
hoạt cho hiệu quả cao với chi phí thấp.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, và toàn bộ kết quả của luận văn
này thuộc đề tài KC.02.25/06-10 (do TS Nguyễn Trung Minh làm chủ
nhiệm) chưa kết thúc nên chúng tôi chưa thể nghiên cứu hết các vấn đề
có liên quan đến quá trính hấp phụ các kim loại nặng và Asen của hai
loại hạt vật liệu trên.

24