Nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc arsen rẻ tiền từ than trấu biến tính với mangan và sắt

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
1

PHẦN I: TÓM TẮT NỘI DUNG THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

1. Tên đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc arsen rẻ tiền từ than trấu
biến tính với mangan và sắt ”
2. Chủ nhiệm đề tài:
Họ và tên: Phạm Hữu Thiện
Ngày sinh: 12-12- 1978
Học vị: Thạc sĩ Hóa học Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Chức vụ : Nghiên cứu viên
Cơ quan đang công tác:
Phòng Vật liệu Xúc tác – Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng
Địa chỉ cơ quan: 01 Mạc Đĩnh Chi, Phường Bến Nghé, Quận 1, Tp.HCM
Điện thoại cơ quan: 38222226
Fax: 38236073
E-mail:
Danh sách các cá nhân phối hợp thực hiện đề tài:

TT Họ và tên Cơ quan công tác
A
Chủ nhiệm đề tài
Ths. Phạm Hữu Thiện

Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng
B
1

2
3
4
Cán bộ tham gia nghiên cứu
CN. Thân Quốc An Hạ
Ks. Nguyễn Cát Thịnh
CN. Nguyễn Thị Hương Giang
PGS.TS Nguyễn Đình Thành

Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng
Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng
Đại học Bình Dương
Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng


3. Cơ quan chủ trì đề tài: Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ Trẻ
Điện thoại: (08) 38.233.363 hoặc (08) 38.230.780
E-mail: Website: www.khoahoctre.com.vn
Địa chỉ: 1 Phạm Ngọc Thạch, phường Bến Nghé, quận 1, TP. Hồ Chí Minh
4.
Thời gian thực hiện: 12 tháng (2009-2010)

5.
Kinh phí được duyệt:

80.000.000 đồng (tám mươi triệu đồng)
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.

2


6.
Mục tiêu :
- Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều
chế vật liệu lọc arsen từ than trấu biến tính sắt và mangan.
- Đánh giá khả năng lọc arsen của các vật liệu trên các mẫu nước có nồng
độ arsen biến thiên xác định trước và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác
đến khả năng lọc arsen của vật liệu.
- Đưa ra quy trình sản xuất và khả năng ứng dụng của vật liệu trong việc xử
lý nước nhiễm arsen góp phần trong công tác bảo vệ môi trường.
7.
Nội dung khoa học công nghệ đăng ký thực hiện
7.1. Tổng quan về thực trạng nhiễm arsen trong nước
7.2. Chế tạo than trấu từ vỏ trấu
7.3. Biến tính than trấu với sắt và mangan
7.4. Xác định một số đặc trưng lý hóa của vật liệu
7.5. Đánh giá khả năng xử lý arsen của vật liệu lọc theo chế độ bể.
8. Sản phẩm của đề tài:
- Mẫu vật liệu lọc arsen (500g) có hoạt tính cao cho xử lý arsen và bền cơ
học
- 1 bài báo cáo khoa học trong hội nghị khoa học trong nước
- Tập báo cáo nghiệm thu và đĩa CD về nội dung của đề tài

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
3

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Hàm lượng Arsen trong nước ở các khe thuộc vùng mỏ listvenit ở Đông
Nam bản Phúng, khu vực đồng bằng sông Hồng
Bảng 4.2: Nồng độ Arsen trong nước ở một số bãi giếng thuộc khu vực HàNội
Bảng 4.3 : Thành phần hoá học của vỏ trấu Tỉnh Tiền Giang, Việt nam
Bảng 4.4:Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 120
0
C
Bảng4.5: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 300
0
C
Bảng 4.6: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 400
0
C
Bảng 4.7: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 500
0

C
Bảng 4.8: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 120
0
C
Bảng 4.9: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 300
0
C
Bảng 4.10: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 400
0
C
Bảng 4.11: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 500
0
C
Bảng 4.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ bền của các hợp chất sắt mang
trên than trấu


Bảng 4.13: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Fe/than trấu cho xử lý As
3+

Bảng 4.14: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Fe/than trấu cho xử lý As
5+
Bảng 4.15: Khảo sát thời gian của hàm lượng Fe/than trấu cho xử lý As
5+
Bảng 4.16: Khảo sát hàm lượng Mn/than trấu cho xử lý As
3+

Bảng 4.17: Khảo sát hàm lượng Mn/than trấu cho xử lý As
5+
Bảng 4.18: Ảnh hưởng của thời gian 15%Mn-4/than trấu cho xử lý As

5+

Bảng 4.19: Ảnh hưởng của hàm lượng Mn/than trấu cho xử lý As
3+
Bảng 4.20: Ảnh hưởng của hàm lượng Fe/than trấu cho xử lý As
5+

Bảng 4.21: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ của 10%Fe-4/than trấu
Bảng 4.22: Ảnh hưởng của hàm lượng Mn/than trấu cho xử lý As
3+
Bảng 4.23: Ảnh hưởng của hàm lượng Mn/than trấu cho xử lý As
5+
Bảng 4.24: Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của10%Mn-4/than trấu









BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
4

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Một số hình ảnh ngộ độc mãn tính do nhiễm arsen trên người
Hình 1.2: Trấu dư thừa tại các nhà máy xay sát ở đồng bằng Sông Cửu Long
Hình 4.1 : Than trấu được điều chế từ vỏ trấu Tỉnh Tiền Giang
Hình 4.2: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu than trấu từ vỏ trấu
Hình 4.3: Than trấu có dạng hình que chế tạo từ than trấu dạng bột
Hình 4.4: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu than trấu hình que
Hình 4.5 : Quy trình chế tạo vật liệu Fe/than trấu
Hình 4.6 : Quy trình chế tạo vật liệu Mn/than trấu
Hình 4.7: Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn
Hình 4.8: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 10% Fe-1/than trấu ở 120
0
C
Hình 4.9: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 10% Fe-4/than trấu ở 300
0
C
Hình 4.10: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 10% Fe-4/than trấu ở 400
0
C
Hình 4.12: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của 10% Mn-4/than trấu ở 120
0
C
Hình 4.13: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của 10% Mn-4/than trấu ở 300
0

Hình 4.14: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của 10% Mn-4/than trấu ở 400
0
C
Hình 4.15: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của 10% Mn-4/than trấu ở 500
0
C

Hình 4.16: Phổ IR của mẫu 10%Mn-4/than trấu ở 400
0
C



















BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.
5

PHN II: BO CO TNG KT TI

CHNG I. T VN , Lí DO THC HIN TI
Sự nhiễm độc mãn tính do các dạng vô cơ của arsen chứa trong nớc là một
trong những tai hoạ lớn nhất cho sức khoẻ con ngời hiện nay. Hàng năm nó gây ra
từ 200.000 đến 270.000 ca tử vong do ung th ở Bangladesh [1]. Năm 1990, ngời
ta mới thực sự nhận biết về ô nhiễm của arsen trong nớc ngầm, đặc biệt là sự tác
động của arsen đến các vùng bình nguyên rộng lớn do phù sa (đất bồi) [2].
Sự ngộ độc mãn tính của arsen lâu ngày thông qua đờng ăn uống khác rất
nhiều so với ngộ độc cấp tính. Các triệu chứng điển hình tức thời của ngộ độc cấp
tính là nôn mửa, đau ở thực quản và phần bụng, đi ngoài ra máu. Trong ngộ độc
cấp tính, arsen ngăn cản một số phản ứng enzym và thay thế cho photphat. Sự điều
trị bằng tác nhân selat có hiệu quả đối với ngộ độc arsen cấp tính, nhng không
thể áp dụng cho ngộ độc mãn tính. Trong thời gian đầu sự tiếp xúc lâu dài với
arsen do nớc uống gây ra sự biến đổi sắc tố của da kèm theo sự dầy da và yếu da
(tạo ra vảy nến), trong thời gian dài hơn (10-12 năm), nó gây ra ung th da và phổi,
bàng quang, tiểu não và ung th gan. Sự gia tăng nguy cơ của ung th liên quan tới
arsen trong nớc uống đợc thể hiện ngay khi nồng độ vừa mới vợt qua ngỡng
50 àg/l, đó là nồng độ đợc phép của tổ chức OMS khuyến nghị cho nớc sinh
hoạt. Các ảnh hởng khác đối với sức khoẻ nh các rối loạn tim mạch, huyết áp,
một số dạng bệnh đái tháo đờng, suy giảm khả năng sinh sản có thể xảy ra do
hiệu ứng giao thoa với nhiều nguyên nhân khác [3].


BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.
6


Hỡnh 1.1: Mt s hỡnh nh ng c món tớnh do nhim arsen trờn ngi

Do đó, việc ngăn ngừa lắng động các arsen, ngay cả với liều lợng nhỏ là
mối quan tâm đối với sức khoẻ cộng đồng của các nhà chức trách của tất cả các
nớc, đặc biệt đối với những nơi phát hiện thấy hàm lợng arsen vợt quá 50 àg/l
trong nớc khai thác để phục vụ mục đích ăn uống nh: Argentina, Bangladesh,
Campuchia, Chilê, Gana, Hungary, Mexico, Nepan, Newzeland , Philippin, Đài
Loan, Trung Quốc và Việt Nam [2].
Chính vì sự nguy hiểm của arsen đối với sức khoẻ con ngời cho nên vào năm
1993, các nớc phát triển nh Mỹ và Châu Âu đã quy định lại nồng độ cho phép
của arsen trong nớc uống từ 50 àg/l xuống còn 10 àg/l.
Arsen tồn tại chủ yếu trong nớc cả ở dạng hợp chất vô cơ lẫn hợp chất hữu
cơ. Tuy nhiên, chỉ có arsen hoá trị III và arsen hoá trị V trong hợp chất vô cơ mới
có nồng độ đáng quan tâm. Cả Arsen(V) và arsen(III) đều thâm nhập vào cơ thể
qua đờng tiêu hoá và đờng hô hấp. Trong cơ thể Arsen(V) bị khử về As(III) độc
hơn.
ở nớc ta những nghiên cứu về tình trạng ô nhiễm arsen trong các mạch nớc
ngầm tại vùng châu thổ sông Hồng và vùng đồng bằng sông Cửu long rất đáng báo
động, hàm lợng arsen đã vợt tiêu chuẩn cho phép (dao động từ 100 àg/l đến 500
àg/l).
Mặt khác, hằng năm nớc ta sản xuất khoảng 40 triệu tấn thóc thu đợc
khoảng 30 triệu tấn gạo và tấm, đồng thời thải ra khoảng 8 triệu tấn vỏ trấu (20%).
BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.
7

Lợng trấu này chỉ đợc sử dụng một phần để làm chất đốt trong các lò sấy nông
sản, lò đờng thủ công hoặc đốt thành than để dùng trong các nhà vờn phối trộn
với đất làm chất trồng cây. Hiện nay trấu cũng đợc ép thành dạng thanh làm chất
đốt xuất đi nớc ngoài. Tuy nhiên, một lợng lớn trấu d thừa không dùng hết,

nhất là tại cỏc nh mỏy xay xát lớn tại đồng bằng Sông Cửu Long nhiều khi bị thải
bỏ xuống sông hay đồng ruộng gây ô nhiễm môi trờng.

Hỡnh 1.2: Tru d tha ti cỏc nh mỏy xay sỏt ng bng Sụng Cu Long
Trong giai đoạn hiện nay tiêu chuẩn về hàm lợng các độc tố trong hàng hoá
xuất nhập khẩu và trong nớc ăn uống ngày càng khắt khe hơn, do đó việc nghiên
cứu các biện pháp làm gia tăng tính hiệu quả sử dụng các quặng có trong nớc và
nghiên cứu chế tạo thử nghiệm vật liệu mới trong việc xử lý arsen là điều cần thiết.











BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.
8

CHNG II. TNG QUAN
II.1 TèNH HèNH NGHIấN CU TRONG V NGOI NC
Ngoi nc:
Nh chúng ta đã biết, hàm lợng arsen trong vỏ trái đất là 1,8 ppm. Sự xuất
hiện của các dòng nớc nóng hoặc do phun trào núi lửa đã phát tán vào bầu khí

quyển một lợng arsen đáng kể là 0,3 g/m
2
trong một ngày đêm trên diện tích 0,5
hecta [4]. Arsen có xu hớng dịch chuyển tự nhiên và đợc lan truyền bởi nớc
hoặc một số dạng đặc biệt khác. Arsen củng có mối liên kết đặc biệt với các
khoáng sunfua kim loại. Sự khai thác các mỏ quặng sunfua, chế biến chúng trong
công nghiệp luyện kim tạo ra các xỉ quặng giàu arsen, do tác động của thời tiết và
khí hậu đã chuyển chúng thành các hợp chất không bền. Ngoài ra, vấn đề khai
thác mỏ kim loại nặng hiện nay cũng để lại những vùng ô nhiễm arsen và các kim
loại khác, hơn nữa từ lâu con ngời cũng đã sử dụng arsen để bảo quản gổ, bảo vệ
thực vật.
Theo Wilson [2] đã có đến 400.000 tấn arsen đợc sử dụng trong nông
nghiệp ở Mỹ tính đến năm 1990. Việc sử dụng arsen trong lĩnh vực diệt côn
trùng, thuỷ tinh, gốm sứ, hộp kim sắt, khí thải của các lò đúc, lò cao đều là nguồn
gốc gây độc arsen mãn tính đối với con ngời hiện nay.
Chính vì sự tác hại arsen đối với con ngời lâu dài và nguy hiểm, cho nên
thế giới đã quy định có tính chất quốc tế việc giảm đến mức thấp nhất số lợng
các hợp chất chứa arsen đợc sử dụng.
Tuỳ theo từng vùng địa lý của mỗi nớc mà hàm lợng arsen có trong nớc
mặt hoặc nớc ngầm có sự khác nhau. Tuỳ tình hình của mỗi nớc mà việc áp
dụng các biện pháp xử lý là khác nhau, thích hợp cho điều kiện của mỗi quốc gia
sao cho đạt đến mục đích hiệu quả xử lý tốt nhất.
Theo khuyến cáo của tổ chức bảo vệ môi trờng Mỹ USEPA thì các biện
pháp mang tính khả thi cho việc xử lý arsen trong nớc có thể kể đến nh sau:
trao đổi ion, thẩm thấu ngợc, địên di, lọc keo tụ biến tính, hấp phụ trên các vật
liệu hấp phụ [5].
BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.

9

Đối với việc khai thác các nguồn nớc mặt cho mục đích ăn uống có nhiễm
arsen, ngời ta thớng áp dụng biện pháp kết tủa-keo tụ bằng việc phát triển các
hệ chất keo tụ mới. Chẳng hạn, ở Hàn quốc, việc đa hợp chất Fe (VI) kết hợp
với chất keo tụ phèn nhôm và Fe(III) đã rất có hiệu quả cho việc loại bỏ arsen
xuống dới 10 àg/l trong nớc ăn uống[6].
Hiện nay việc thực hiện xử lý ô nhiễm arsen trong các nguồn nớc ngầm thì
phơng pháp hấp phụ trên cơ sở các oxít kim loại vô cơ vẫn là phơng pháp phổ
biến và thông dụng hơn cả. Ngời ta cố gắng chế tạo ra các oxít kim loại trên cơ
sở nhôm, sắt và mangan có khả năng hấp phụ cả As(III) và As(V).
Oxít sắt hoặc oxít mangan từ các loại khoáng limonith, khoáng manganith,
khoáng goethite là nguồn vật liệu cho xử lý Arsen. Các kết quả nghiên cứu cho
thấy dung lợng hấp phụ của các khoáng này khoảng 1mg/g chất hấp phụ [7].
Các nhà khoa học ở Mỹ và Tây Âu cũng đã phát triển hớng nghiên cứu sử
dụng vật liệu mạt sắt (Fe(0) có thành phần Fe 95%, C 0,17%, Mn 1,4 %, Si 0,3%,
P 0,0045%, N 0,009%, S 0,045% ) để loại bỏ As(III) trong nớc với sự có mặt
của oxi hoà tan (DO). Các kết quả cho thấy dung lợng hấp phụ của các vật liệu
này khoảng 7 mgAs(III)/g.[8, 9]
Ngoài ra hớng nghiên cứu trên cơ sở oxit sắt và mangan tẩm trên vật liệu
là carbon hoạt tính hay cacbon xốp, cát, polimer phát triển mạnh. Các kết quả
nghiên cứu cho thấy hớng đi này cho kết quả khả quan [13,14,15,
16,17,18,19,20]. Tuy nhiên giá thành chất mang còn cao, một số trờng hợp cấu
hình chất mang không phù hợp khi triển khai trong thực tế.
Trong nc:
ở nớc ta trong vài năm gần đây ngời ta bắt đầu quan tâm đến hàm lợng
arsen có trong các nguồn nớc và tác hại của chúng đối với sức khỏe con ngời.
Một số phòng thí nghiệm đã đẩy mạnh nghiên cứu vật liệu làm sạch arsen. Các
nghiên cứu nhìn chung tập trung vào nghiên cứu trên cơ sở các hợp chất của sắt
và mangan nh: sử dụng quặng limonith (đá ong) làm vật liệu hấp phụ arsen[10],

sử dụng oxit sắt và mangan mang trên cát [11]. Ngoài ra còn sử dụng vật liệu lọc
BO CO NGHIM THU TI CHNG TRèNH
VN M SNG TO KHOA HC V CễNG NGH TR
NGHIấN CU CH TO VT LIU LC ARSEN R TIN T THAN TRU
BIN TNH VI MANGAN V ST.
10

nano từ acetat xenlulo để loại arsen trong nớc. Tuy nhiên cho đến nay vẫn cha
có công trình nào công bố có thể triển khai đại trà.
Trên thị trờng hiện nay đã xuất hiện một vài bộ lọc arsen theo công nghệ
nớc ngoài nh Watts
TM
, Arsenwat
TM
,
Các bộ lọc này có giá thành cao và khả
năng lọc arsen cha đợc kiểm chứng nên vẫn cha đợc triển khai rộng rãi. Do
đó nghiên cứu chế tạo vật liệu làm sạch arsen rẻ tiền từ nguồn phế phẩm nông
nghiệp biến tính (than trấu) nhằm nâng cao giá trị kinh tế của than trấu cũng nh
triển khai công nghệ làm sạch với giá thành rẻ, phù hợp với bà con nông dân là
việc làm cần thiết.
II.2 í NGHA KHOA HC V CC TC NG CA KT QU
NGHIấN CU
+ í NGHA KHOA HC:
Nghiờn cu ch to vt liu lm sch arsen trờn c s ngun nguyờn liu d
tỡm t ngun ph phm trong nụng nghip (v tru) nhm gúp phn gii quyt
vn ụ nhim arsen trong nc ngm, hn ch s thi b ụ nhim mụi trng
nhm nõng cao giỏ tr ca v tru, nõng cao sc khe cho cng ng gúp phn
thỳc y kinh t trong giai on hin nay.
+ CC TC NG CA KT QU NGHIấN CU

-
i vi vic xõy dng ng li, phỏp lut, chớnh sỏch

Tham gia cụng tỏc bo v mụi trng trong lnh vc x lý nc nhm hn
ch ụ nhim arsen trong nc, gúp phn vo vic qun lý v kim soỏt ngun
thi arsen.

-
i vi phỏt trin kinh t - xó hi

Ch to vt liu lc arsen trờn c s nhng vt liu r, d tỡm cú tớnh kh thi
cao nhm gii quyt vn ụ nhim arsen trong nc, hn ch s thi b tru v
nõng cao giỏ tr kinh t ca v tru, mt ph phm trong nụng nghip gúp phn
thỳc y phỏt trin kinh t trong giai on hin nay.

-
i vi ni ng dng kt qu nghiờn cu

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
11

Cung cấp cho công ty tiếp nhận kết quả nghiên cứu một vật liệu lọc arsen
hiệu quả, có tính cạnh tranh cao, có thể ứng dụng để xử lý ở quy mô lớn .Trên cơ
sở đó, phát triển sản xuất và cung cấp cho các cơ sở, các khu dân cư, các trạm xử
lý nước công suất lớn.

-

Đối với phát triển lĩnh vực khoa học có liên quan

Phát triển một loại vật liệu làm sạch arsen rẻ tiền từ phụ phẩm nông nghiệp
và các nguyên liệu rẻ tiền, dể tìm, thân thiện với môi trường

-Đối với công tác đào tạo cán bộ khoa học:
Góp phần nâng cao kỹ năng nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo vật liệu hấp
phụ cho bảo vệ môi trường trong lĩnh vực nước ngầm nhiễm arsen.




















BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
12

CHƯƠNG III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
III.1. Tổng quan về thực trạng nhiễm arsen trong nước
- Tình hình ô nhiễm arsen ở nước mặt và nước ngầm trong nước.

III.2. Chế tạo than trấu từ vỏ trấu
- Chế tạo than trấu từ vỏ trấu.
- Khảo sát một số tính chất lý hóa của than trấu.
- Ép than trấu thành hình có dạng hình trụ.

III.3. Biến tính than trấu với sắt và mangan
- Chế tạo vật liệu than trấu tẩm sắt.
- Chế tạo vật liệu than trấu tẩm mangan.

III.4. Xác định một số đặc trưng lý hóa của vật liệu
- Vật liệu được xác định các đặc trưng của cấu trúc như: giãn đồ nhiễu xạ tia X,
quang phổ hồng ngoại IR…

III.5. Đánh giá khả năng xử lý arsen của vật liệu lọc theo chế độ bể.
- Đánh giá khả năng lọc arsen của vật liệu được thực hiện trên mô hình thí nghiệm
ở chế độ bể, phân tích và đánh giá hiệu quả cho xử lý arsen (III) và arsen (V) pha
trong nước. Kết quả mẫu nước trước và sau xử lý được phân tích kiểm tra bằng
quang phổ hấp phụ (AAS).
- Kết luận về dung lượng hấp phụ và khả năng xử lý của vật liệu, từ đó đề ra quy
trình điều chế và ứng dụng của vật liệu.

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
13

CHƯƠNG IV. MÔ TẢ CHI TIẾT CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. TỔNG QUAN THỰC TRẠNG NHIỄM ARSEN TRONG NƯỚC
► Tình hình ô nhiễm Arsen trong nước
Theo điều tra của UNICEF, Arsen có trong đất, đá, trầm tích được hình
thành từ hàng nghìn năm trước tại Việt Nam, với nồng độ khác nhau. Thạch tín từ
đá tan vào các mạch nước ngầm. Vì vậy, mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam đều có
nguy cơ nhiễm Arsen. Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nước ta nước ngầm bị
nhiễm Arsen. Khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10 - 15 triệu người) đang sử dụng
nước ăn từ nước giếng khoan, rất dễ bị nhiễm Arsen.
Từ 1995 đến 2000, nhiều công trình nghiên cứu điều tra về nguồn gốc
Arsen có trong nước ngầm, mức độ ô nhiễm, chu trình vận chuyển đã tìm thấy
nồng độ Arsen trong các mẫu nước khảo sát ở khu vực thượng lưu sông Mã, Sơn
La, Phú Thọ, Bắc Giang, Hưng Yên, Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Thanh Hóa
đều vượt Tiêu chuẩn cho phép đối với nước sinh hoạt của Quốc tế và Việt Nam.
Trước tình hình đó, trong hơn 2 năm (2003-2005), Chính phủ Việt Nam và
UNICEF đã khảo sát về nồng độ Arsen trong nước của 71.000 giếng khoan thuộc
17 tỉnh đồng bằng miền Bắc, Trung, Nam. Kết quả phân tích cho thấy, nguồn nước
giếng khoan của các tỉnh vùng lưu vực sông Hồng: Hà Nam, Nam Định, Hà Tây,
Hưng Yên, Hải Dương và các tỉnh An Giang, Đồng Tháp thuộc lưu vực sông Mê
Kông đều bị nhiễm Arsen rất cao. Tỷ lệ các giếng có nồng độ Arsen từ 0,1mg/l
đến > 0,5mg/l (cao hơn Tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam và Tổ chức Y tế thế
giới 10-50 lần) của các xã dao động từ 59,6 - 80%.

►Tình hình nhiễm Arsen khu vực thượng nguồn Sông Mã - tỉnh Sơn La [21]
Một số nghiên cứu nước ở các khu mỏ cho thấy hàm lượng Arsen cao dị
thường. Các kết quả khảo sát phân tích nước bề mặt và các nguồn lộ ở 11 khe suối
đổ ra sông Mã dọc vùng Đông Nam bản Phúng (khu mỏ listvenit) cho thấy các khe
suối ở đây đều là các khe nhỏ. Nhưng đáng lưu ý là hàm lượng Arsen của nước ở
các khe trong khu vực nói trên đều cao (0,43mg/l - 0,86mg/l) (Bảng 4.1), so với
chỉ tiêu hàm lượng Arsen trong nước sinh hoạt (< 0,01mg/l) thì ở đây hàm lượng
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
14

Arsen trong nước ở các khe đều vượt quá chỉ tiêu cho phép. Điều này chứng tỏ
Arsen trong đới quặng được di chuyển vào nước.
TT

Tên mẫu Hàm lượng
(mg/l)
TT Tên mẫu Hàm lượng
(mg/l)
1
DN0-1 0,86
10
DN8-2 0,86

2
DN1-1 0,57
11
DN9-1 0,43

3
DN1-2 0,56
12
DN9-2 0,43

4
DN3-1 0,43
13
TB1-1 0,86

5
DN3-2 0,72
14
TB1-2 0,86

6
DN7-1a 0,57
15
TB2-1
0,86

7
DN7-1b 0,72
16
TB2-2 0,72

8
DN-7-2 0,86
17

TB3-1 0,72

9
DN8-1 1,15



Bảng 4.1: Hàm lượng Arsen trong nước ở các khe thuộc vùng mỏ listvenit ở
Đông Nam bản Phúng (xã Bó Xinh, huyện Sông Mã, Sơn La), khu vực đồng
bằng sông Hồng [22]
Hàm lượng Arsen trong nước Sông Hồng ở Hà Nội khoảng 0,011-
0,022mg/l. Hiện nay toàn bộ nước sinh hoạt của Hà Nội lấy từ nước ngầm, song
người dân chưa được dùng nước sạch từ các nhà máy nước sạch vẫn còn nhiều.
Điều đáng lo ngại nhất là những hộ gia đình sử dụng giếng khoan qua các hệ thống
xử lý đởn giản hoặc không qua xử lý có nguy cơ nhiễm độc Arsen rất cao (qua
nghiên cứu 500 giếng khoan vào mùa khô tại một số khu vực như Quỳnh Lôi,
Viện KHCNMT Liên bang Thụy Sỹ và Liên đoàn địa chất thủy văn – công trình
miền Bắc cho thấy 34% số điểm mẫu vượt quá hàm lượng cho phép).
Theo kết quả phân tích của Trung Tâm Hóa Môi Trường và Viện Hóa Công
Nghiệp thì nồng độ Arsen trong nước ngầm tại một số bãi giếng khu vực Hà Nội
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
15

vượt quá tiêu chuẩn cho phép 10ppb. Bảng dưới đây là kết quả phân tích nồng độ
Arsen một số bãi giếng khu vực Hà Nội.
Bãi giếng Nồng độ Arsen (ppb)
Nhà máy nước Tháng 5 Tháng 6

Ngô Sĩ Liên
52,78 20,32
Pháp Vân
348,29 303,79
Mai dịch
48,24 12,17
Hạ Đình
208,72 218,70
Thanh Mai
78,06 31,07
Lương yên
67,37 55,03
Yên Phụ
404,33 412,32
Ngọc Hà
42,40 44,48
Bảng 4.2: Nồng độ Arsen trong nước ở một số bãi giếng thuộc khu vực HàNội
►Tình hình nhiễm Arsen ở khu vực cửa biển Sông Hậu [24]

Đây là khu vực hàng năm tiếp nhận một lượng lớn vật chất từ lục địa đổ ra
biển qua các cửa sông có rừng ngập mặn tự nhiên và có môi trường thuận lợi cho
tích tụ vật chất hữu cơ, thức ăn phong phú cho sinh vật. Đây còn là chịu ảnh
hưởng mạnh của thủy triều, sóng, dòng chảy… Trong nước biển khu vực này, một
phần Arsen bị hấp phụ bởi vật liệu lơ lửng từ sông mang ra, phần Arsen còn lại
tích tụ trong trầm tích theo cơ chế lắng đọng, hấp phụ bởi vật liệu hữu cơ và trao
đổi ion với các hợp chất khác. Hai bên bờ sông Hậu không có các nhà máy sử
dụng nhiên liệu hóa thạch lớn nên nguồn Arsen từ các hoạt động nhân tạo chỉ có
thể từ hóa chất nông nghiệp: Phân bón, thuốc trừ sâu
►Tình hình nhiễm Arsen ở khu vực đồng bằng Sông Cửu Long [23,25]

Theo kết quả khảo sát bước đầu tình hình ô nhiễm Arsen trong nước ngầm của
Viện Vệ Sinh -Y Tế Công Cộng năm 2005, trên địa bàn tỉnh An Giang: Số mẫu
nước nhiễm Arsen có hàm lượng cao hơn 10 ppb là 545/2699 (chiếm 20,18%).
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
16

Trong đó, huyện An Phú có tỷ lệ mẫu nhiễm cao nhất: 253/260 lớn hơn 100ppb
(mức ô nhiễm nặng và nguy hiểm), kế đó là Phú Tân (210/235) và Tân Châu
(37/189).
Theo kết quả quan trắc của Liên đoàn Địa chất Thủy văn trong năm 2006, hàm
lượng As trong nước ngầm tại các lỗ khoan quan trắc như sau: An Giang
(20,18%), Đồng Tháp (12,47%), Long An (8,61%) và Kiên Giang (3,79%). An
Giang là địa phương có tỷ lệ ô nhiễm Arsen cao nhất trong 04 tỉnh.
►Các biện pháp của chính phủ Việt Nam trong xử lý Arsen
Hiện nay, Chính phủ Việt Nam đã có kế hoạch hành động quốc gia về giảm
thiểu ô nhiễm Arsen ở Việt Nam với các nội dung [12]:
- Tiến hành khảo sát toàn quốc để xác định mức độ ô nhiễm Arsen ở nguồn
nước ngầm các khu vực khác nhau.
- Xây dựng bản đồ ô nhiễm Arsen ở Việt Nam.
- Đánh giá thực trạng ảnh hưởng của ô nhiễm Arsen trong nguồn nước sinh
hoạt tới sức khỏe của cộng đồng và xây dựng các biện pháp phòng chống.
- Nghiên cứu và áp dụng các giải pháp làm giảm thiểu ô nhiễm Arsen trong
nguồn nước.
- Tăng cường thông tin tuyên truyền nâng cao nhận thức của cộng đồng về vệ
sinh nguồn nước, phòng chống bệnh tật do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm nói
chung và ô nhiễm Arsen nói riêng.
Chính vì vậy mà thời gian gần đây các nhà khoa học đang nghiên cứu các biện

pháp để giảm thiểu nồng độ Arsen trong nước xuống mức thấp nhất. Tùy từng khu
vực mà áp dụng những biện pháp khác nhau.






BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
17

2. CHẾ TẠO THAN TRẤU TỪ VỎ TRẤU
2.1 Chế tạo than trấu từ vỏ trấu
Than trấu được lấy từ nhà máy xay xát Tỉnh Tiền Giang, thành phần cơ bản
của vỏ trấu là:

Bảng 4.3 : Thành phần hoá học của vỏ trấu Tỉnh Tiền Giang, Việt nam
Từ nguồn vỏ trấu này, chúng tôi tiến hành than hoá vỏ trấu trong môi
trường khí nitơ tinh khiết để hình thành than trấu.
2.1.1 Cách thực hiện
Vỏ trấu được cho vào lò phản ứng làm bằng thạch anh hình trụ tròn có đầu
vào và đầu ra, đầu vào của lò phản ứng được gắn vào bình khí nitơ 99,99, đầu ra
cho đi qua các bình hấp phụ để khí ra toàn với môi trường. Điều kiện thực hiện
như sau:
+ Tốc độ dòng khí N
2
là 3lít/giờ

+ Nhiệt độ nung mẫu: từ nhiệt độ phòng lên đến 500
0
C và giữ trong 60 phút
với tốc độ gia nhiệt là 5
0
C/phút.
Mẫu sau đó được làm nguội trong dòng khí trơ cho tới nhiệt độ phòng. Bảo
quản mẫu trong bao nylon kín để tránh hút ẩm.
Mẫu sau khi điều chế được xác định cảm quan và xác định cấu trúc bằng
giãn đồ nhiễu xạ tia X.
2.1.2 Kết quả nghiên cứu
Than trấu điều chế từ vỏ trấu có dạng bột, màu đen, xốp. Hiệu suất thu
được của quá trình là 40%.

Tên chất
Nguồn
Cacbon

Hydro Oxy Nito
Lưu
huỳnh
SiO
2
Ẩm
Tiền Giang 37,13%

4,12% 31,6% 0,36% 0,05% 17,75% 9,0%
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU

BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
18



Hình 4.1 : Than trấu được điều chế từ vỏ trấu Tỉnh Tiền Giang

Hình 4.2: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu than trấu từ vỏ trấu
Kết quả phân tích trên giãn đồ nhiễu xạ tia X cho thấy, thành phần than trấu
chủ yếu là SiO
2
và cacbon dạng vô định hình.
2.2 Chế tạo than trấu với dạng hình que
Để có thế áp dụng trong thực tế xử lý nước ở quy mô lớn cũng như cung
cấp cho các nhà máy, xí nghiệp xử lý nước và hộ gia đình…chúng tôi chế tạo than
trấu có dạng hình que.
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
19

2.3.1 Cách thực hiện
Than trấu được làm sạch tạp chất và rây cho đồng đều, sau đó trộn với
polymer PVA 127 với tỷ lệ 1% và nước. Mẫu được ép tạo hình dạng que, sau đó
làm khô ở nhiệt độ phòng. Kế tiếp mẫu được nung ở 500
0
C trong 60 phút với
dòng nitơ. Tốc độ gia nhiệt: 2
0

C/phút. Mẫu sau khi điều chế được thử độ bền cơ
trong nước và xác định cấu trúc trên giãn đồ nhiễu xạ tia X.

Hình 4.3: Than trấu có dạng hình que chế tạo từ than trấu dạng bột
2.3.2 Kết quả nghiên cứu
Mẫu than trấu hình que được phân tích cấu trúc trên giãn đồ nhiễu xạ tia X.

Hình 4.4: Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu than trấu hình que
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
20

Từ giãn đồ nhiễu xạ tia X cho thấy, than trấu hình que chế tạo từ than trấu
có cấu hình tương tự mẫu than trấu. Thành phần chủ yếu vẫn là SiO
2
và cacbon
dạng vô định hình. Từ kết quả này cho thấy, quá trình tạo hình than trấu bằng cách
bổ sung polimer, nước đã không ảnh hưởng đến cấu trúc mẫu than ban đầu.
3. BIẾN TÍNH THAN TRẤU VỚI SẮT VÀ MANGAN
3.1 Phương pháp nghiên cứu
- Than trấu tẩm sắt và than trấu tẩm mangan được thực hiện bằng phương
pháp tẩm ướt. Phương pháp này thực hiện bằng cách tạo hydroxid mangan
hoặc hydroxid sắt ( từ muối mangan hoặc muối sắt trong môi trường kiềm)
bám trên bề mặt than trấu. Mẫu sau đó được xử lý ở các nhiệt độ khác nhau
để hình thành pha hoạt động trên bề mặt các vật liệu than trấu.
- Các mẫu vật liệu được xác định sơ bộ bằng cảm quan (màu sắc, độ hòa tan
trong nước) và xác định cấu trúc của vật liệu bằng các phương pháp hóa lý
hiện đại như: giãn đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại IR.

3.2 Thực nghiệm
3.2.1 Điều chế vật liệu than trấu tẩm sắt
- Khảo sát sự thay đổi của hàm lượng Fe/than trấu
Để xác định hàm lượng Fe/than trấu bao nhiêu là thích hợp cho hiệu quả xử
lý, chúng tôi tiến hành thay đổi hàm lượng sắt tẩm trên than trấu với hàm lượng
thay đổi như sau: 1%, 5%, 10%, 15%, 20%.
- Cách thực hiện:
Hòa tan x (g) muối sắt Fe(SO
4
).7H
2
O với lượng nước định trước, sau đó
cho dung dịch vào 10 (g) than trấu. Sau đó hòa tan y (g) NaOH với nước cất vừa
đủ, cho vào hỗn hợp Fe/than trấu. Các mẫu than trấu tẩm sắt được để khô tự nhiên
ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Sau đó, đem mẫu sấy khô ở 100
0
C trong 7 giờ. Kế
tiếp nung mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau trong thời gian 5 giờ. Các mẫu vật
liệu ở các nhiệt độ nung khác nhau được thực hiện theo các bảng và quy trình sau:

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
21

Ký hiệu
Than trấu
(g)
Nước cất

(ml)
Fe(SO
4
)
3
.7H
2
O
(g)
NaOH
(g)
1% Fe-1/than trấu 10 45 0,496 0,143
5% Fe-1/than trấu 10 45 2,482 0,715
10% Fe-1/than trấu

10 45 4,965 1,430
15% Fe-1/than trấu

10 45 7,446 2,142
20% Fe-1/than trấu

10 45 9,930 2,860
Bảng 4.4: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 120
0
C

Ký hiệu
Than trấu
(g)
Nước cất

(ml)
Fe(SO
4
)
3
.7H
2
O
(g)
NaOH
(g)
1% Fe-3/than trấu 10 45 0,496 0,143
5% Fe-3/than trấu 10 45 2,482 0,715
10% Fe-3/than trấu

10 45 4,965 1,430
15% Fe-3/than trấu

10 45 7,446 2,142
20% Fe-3/than trấu

10 45 9,930 2,860
Bảng4.5: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 300
0
C

Ký hiệu
Than trấu
(g)
Nước cất

(ml)
Fe(SO
4
)
3
.7H
2
O
(g)
NaOH
(g)
1% Fe-4/than trấu 10 45 0,496 0,143
5% Fe-4/than trấu 10 45 2,482 0,715
10% Fe-4/than trấu

10 45 4,965 1,430
15% Fe-4/than trấu

10 45 7,446 2,142
20% Fe-4/than trấu

10 45 9,930 2,860
Bảng 4.6: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 400
0
C


BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU

BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
22

Ký hiệu
Than trấu
(g)
Nước cất
(ml)
Fe(SO
4
)
3
.7H
2
O
(g)
NaOH
(g)
1% Fe-5/than trấu 10 45 0,496 0,143
5% Fe-5/than trấu 10 45 2,482 0,715
10% Fe-5/than trấu

10 45 4,965 1,430
15% Fe-5/than trấu

10 45 7,446 2,142
20% Fe-5/than trấu

10 45 9,930 2,860
Bảng 4.7: Tỷ lệ nguyên vật liệu với hàm lượng Fe/than trấu khác nhau ở 500

0
C

Quy trình được tiến hành như sau:
















Hình 4.5 : Quy trình chế tạo vật liệu Fe/than trấu


Nung ở nhiệt độ khác nhau trong 5giờ

Mẫu có dạng ướt
Mẫu có dạng bột

x (g) muối sắt

+ H
2
O vừa đủ
+ 10 (g) than trấu

Mẫu vật liệu
Than trấu tẩm sắt

- Để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng.
- Sấy khô ở 100
0
C trong 7giờ
y (g) NaOH
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
23

3.2.2 Chế tạo vật liệu than trấu tẩm mangan
- Khảo sát sự thay đổi của hàm lượng Mn/than trấu
Để xác định hàm lượng Mn/than trấu bao nhiêu là thích hợp cho hiệu quả
xử lý, chúng tôi tiến hành thay đổi hàm lượng mangan tẩm trên than trấu với hàm
lượng thay đổi như sau: 1%, 5%, 10%, 15%, 20%.
- Cách thực hiện:
Hòa tan x (g) muối mangan Mn(NO
3
)
2
với lượng nước định trước, cho dung

dịch vào 10 (g) than trấu. Sau đó hòa tan y (g) NaOH với nước cất vừa đủ, cho vào
hỗn hợp mangan-than trấu Để mẫu khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.
Sau đó sấy khô mẫu ở 100
0
C trong 7 giờ. Nung mẫu ở nhiệt độ nung khác nhau
trong thời gian 4 giờ. Các mẫu Mn/than trấu ở các nhiệt độ nung khác nhau được
cho theo các bảng và quy trình sau :
Tỷ lệ
Than trấu
(g)
Nước cất
(ml)
Mn(NO
3
)
2

50% (g)
NaOH (g)
1% Mn-1/than trấu 10 45 0,650 0,581
5% Mn-1/than trấu 10 45 3,254 2,905
10% Mn-1/than trấu 10 45 6,509 5,810
15% Mn-1/than trấu 10 45 9,763 8.715
20% Mn-1/than trấu 10 45 13,018 11,620
Bảng 4.8: Tỷ lệ nguyên liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 120
0
C
Tỷ lệ
Than trấu
(g)

Nước cất
(ml)
Mn(NO
3
)
2

50% (g)
NaOH (g)
1% Mn-3/than trấu 10 45 0,650 0,581
5% Mn-3/than trấu 10 45 3,254 2,905
10% Mn-3/than trấu 10 45 6,509 5,810
15% Mn-3/than trấu 10 45 9,763 8.715
20% Mn-3/than trấu 10 45 13,018 11,620
Bảng 4.9: Tỷ lệ nguyên liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 300
0
C
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
24

Tỷ lệ
Than trấu
(g)
Nước cất
(ml)
Mn(NO
3

)
2

50% (g)
NaOH (g)
1% Mn-4/than trấu 10 45 0,650 0,581
5% Mn-4/than trấu 10 45 3,254 2,905
10% Mn-4/than trấu 10 45 6,509 5,810
15% Mn-4/than trấu 10 45 9,763 8.715
20% Mn-4/than trấu 10 45 13,018 11,620

Bảng 4.10: Tỷ lệ nguyên liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 400
0
C
Quy trình tẩm man gan lên than trấu được minh hoạ bằng sơ đồ sau:

Hình 4.6 : Quy trình chế tạo vật liệu Mn/than trấu


Mẫu có dạng ướt
Mẫu có dạng bột

x (g) muối mangan
+ y (g) than trấu

+ H
2
O vừa đủ
Mẫu vật liệu
Than trấu tẩm mangan

- Để khô tự nhiên, ở nhiệt độ phòng

- Sấy mẫu 100
0
C trong 7giờ

- Nung ở các nhiệt độ khác nhau
trong 5 giờ

y (g) NaOH
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH
VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
NGHIÊN CÚU CHẾ TẠO VẬT LIỆU LỌC ARSEN RẺ TIỀN TỪ THAN TRẤU
BIẾN TÍNH VỚI MANGAN VÀ SẮT.
25

Tỷ lệ
Than trấu
(g)
Nước cất
(ml)
Mn(NO
3
)
2

50% (g)
NaOH (g)
1% Mn-5/than trấu 10 45 0,650 0,581
5% Mn-5/than trấu 10 45 3,254 2,905
10% Mn-5/than trấu 10 45 6,509 5,810
15% Mn-5/than trấu 10 45 9,763 8.715
20% Mn-5/than trấu 10 45 13,018 11,620
Bảng4.11: Tỷ lệ nguyên liệu với hàm lượng Mn/than trấu khác nhau ở 500
0
C
3.3 Xác định cấu trúc của vật liệu
Các vật liệu được xác định cấu trúc bằng các phương pháp hóa lý như: Giãn
đồ nhiễu xạ tia X (XRD: X-ray Diffraction), quang phổ hồng ngoại IR (Infrared).
a. Giãn đồ nhiễu xạ tia X
Nguyên tắc của phương pháp: Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X
nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể
tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ.

Hình 4.7: Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn
Đặc trưng cho tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể là hằng số mạng d. Nếu
độ dài song bức xạ và hằng số mạng có giá trị xấp xỉ nhau thì khi chiếu bức xạ qua
tinh thể sẽ xuất hiện nhiễu xạ và giao thoa theo định luật Bragg.
2.d.sinθ = nλ
Trong đó: