Nghiên cứu sử dụng khoáng sét biến tính làm vật liệu hấp phụ một số kim loại nặng trong nước thải

DẠI IIO( Ọl <)( <;i \ IIÀ NỘI
I IUIÒNCÍ dai IKK' KIỈOA IKK' I I I'NI 11Tin
Ten de tài:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KHOÁNG SÉT BIẾN TÍNH
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ MỘT s ố KIM LOẠI NẶNG TRONG N ư ớc THẢI.
Mã sô: QT 03.lơ
Chủ trì để tài: PGS,TS Lẽ Hùng
Các cán bộ tham gia:
- PG ST S Nguyễn Đình Bảng
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
- Th.s Phạm Anh Son
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
ĐAI HỌC Quốc GIA HÀ NỎI
T. ữ ĩ£ ^ ĨA ^ T-HÓMG tin Thự viện 1
/4 (Ấ
I la Nội, 2005
I. lỉáo c;ío (om l;i(:
(I. I't'11 (tê lài:
Nghiên cứu sử dụng klioánu sét biẽn lính làm vật liệu hấp phụ một sỏ
kim loại nạng Ironu nước thái.
Mã số: Q T -03 -1 0
h. Chú trì đề tài:
PGS, TS Lê Hùng - Khoa Hóa - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
ỉ là Nội
c. Các cán bộ tham gia:
- PGSTS Nguyễn Đình Bảng
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nội
- Tli.s Phạm Anh Son
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nội
d. Nội dung và mục tiêu nghiên cứu:
Biến tính khoáng sét diatomit bằng HC1 và Na2C()3 ử các nồng độ và

nhiệt độ khác nhau: Khảo sát các yếu tố nồng độ, nhiệt độ nung mẫu, thời
gian cân bằng phản ứng và pH môi trường đến khá năng hấp phụ các kim loại
nặng của khoáng sét. sử dụng các kết quả nghiên cứu ứng dụng tách loại
Crom, NiKen trong nước thải một số bể mạ Crom, NiKcn.
Nội dung nghiên cứu:
1.1. Tinh chế và biến tính khoáng sét bằng HC1 và Na2C 03 ở các nhiệt độ
khác nhau.
1.2. Khả năng hấp phụ của khoáng sét tự nhicn chưa được biến tính đối
với kim loại nặng.
1.3. Nghiên cứu ánh hưởng của nồng độ HC1 và Na2CO, đcn khả năng
hấp phụ của khoáng sét (lã được biến tính.
1.4. Anh hưởng của nhiệt độ nung mẫu (lốn kha năng liâp phụ.
1.5. Anh hương của pl 1 dung dịch (lốn kha nănu hấp phụ.
1.6. Ánh hương của thời gian đôn khá n;lng hấp phụ.
2. Tách loại Ni, ( I lron<» I1ƯÓV thái 1)0 111:1 ( '| .
2 . 1. N u h iẽ n d ìu (ác lì lo ại ( V ir o im n ư ớ c lliá i hộ m ạ c v.
2.2. Nuliiên cứu lách loại Ni ironu IHIÓC thái bệ mạ NiKen.
e. Các kết <
1
II(I dạt (lược.
- Sán phànì khoa học:
Đã cổng hố một bài báo liên lạp chí phân lích I lóa, Lý và Sinh học rIx), 2 - 2(X)4.
Khá năng ứng dụng:
Có kha năng ứng dụng lách loại các kim loại nặng từ nước thải nhằm sử
lý môi trường nước.
-
Dào tạo:
Đã góp phần đào tạo 2 cử nhân hóa học.
f. Tình hình kinh phí của đề tài.
Đã thanh toán đầy đủ về mặt kinh phí

+ Tổng kinh phí được cấp : 10.000.000d
+ Tổng kinh phí thực chi : 10.000.OOOđ
Xác nhân của Ban chủ nhiêm khoa
Hà Nội, ngẩy f 0 tliániỊ /i / IhĩniX cKPi
Chủ trì dề tài
Xác nhận của Trường
*KÓ HLỀU 1^ 0»
Sum m ai Y K cịXM (
;i. R esearchiiiịỊ Proịccí:
Investiualion ol' llic adsoiplion abililics ol mođiíietl clays 011 hcavy
mctals in contuminatcđ waslcwalcrs.
Codc: QT.03.I0
b. Dircctor:
- Lc Hung, Assoc. Prof. Dr
c. Members:
- Nguyen Dinh Bang, Assoc. Prof. Di
- Pham Anh Son, Ma. Studcnt
d. Researching Attitudes and contents:
The preparation of modified diatomite from natural diatomitc clays and
investigation of adsorption abiliiies oí' modiiied clays on heavy metals in
contaminateđ wastewaters. The Determination of the optimal conditions of the
adsorption of modified diatomite from DA - HCI and DA - Na2C 03.
Results:
Investigation of the adsorption abilites of heavy metals (Cr, Ni) on
modified diatomite and determination of heavy metaỉs by spectrometric
method. The results shcnvn thai:
- The contact time which hcavy mctals and sorption reaches conslant is 3 hours.
- The suitable pH range for adsorpting heavy metals is from 7 to 8.
- Using for adsorption of Cr, Ni from waste water at thc Minh Khai
1'actory. The rcsulls have shown that modillcd diatomit can hc applieđ lo

rcmovc hcavy mclals írom inciustrial waslcwalcr.
M U C I I K
[. KIIOÁNC SÉT VÀ SỨnU M Ỉ KIIOÁNỈỈ SI; I níi s ứ LÝ NƯỚC.
II. NíilIIKN c ú li Tllực N<;mí:\l.
m. Ki; I QUÁ VẢ THẢO LUẬN.
1. Tliànli pliíin lioá học của khoáng diatomit Phú Yên.
2. Hoạt lioá và hiến tính be mặt diatomit hằng Na?COv
2.1. Hoạt hoá dialomit bằng HC1.
2.2. Biến tính bề mặt điatomit bầng Na2C03.
3. Nghiên cứII khả năng hấp phụ kim loại nặng của các mẫu
diatoniit.
3.1. Khả năng hấp phụ của điatomit nguycn khai.
3.2. Khả năng hấp phụ của diatomit được hoạt hoá bằng axit.
3.2.1. Ánh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đến khả năng hấp phụ của
DA - MCI 20%.
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khá năng hấp phụ của DAI (DA -
HC1 20% nung ở 600°C).
3.2.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của DA ỉ.
4. Khá năng hấp phụ của diatomit được biến tính bằng Na2C()3.
4.1. Ảnh hưởng của nồng độ Na2C03đến khả năng hấp phụ Ni2+ và
Cr3+ của diatomit biến tính.
4.2. Ánh hưởng của nhiệt độ nung dể khả năng hấp phụ của diatomit
biến tính DA - Na2C03 5%.
4.3. Ánh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ của
diatomit biến tính DA - Na2C 0 3 5% ở 500°c.
4.4. Ánh hưởng của pH đến khá năng hấp phụ của diatomit hiến tính
DA - Na2CƠ3 5% ở 500°c.
5. Nghiên cứu sứ dụng (liatomit DA - Na2C( > 3 5% hâp phụ Ni2+,
Cr3+ trong nước thái.
5.1. Tách loại Ni2+ trong lì ước thải bổ mạ Niken nhà máy Khoá Minh

Khai Hà Nội.
5.2. Tách loại C r+ trong nước thái bế mạ Nikcn nhà máy Kliơá Minh
Khai I là Nội.
IV. KÍÍT LUẬN.
NCỈINÊN c iTu s ử d ụ n í; kiioANt; SI I 15H;N I ín ii là m vạ i
LIỆl) HẤP PHỤ MỘT s ò KIM LOẠI NẶNÍỈ TRON(ỉ n ư ớ c t h ã i
MỞ ĐẦU
Nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ có cấu trúc xốp lừ các nguồn
nguyên liệu tự nhiên và tìm hiếu kha năng hấp phụ của chúng đổ tách loại các
kim loại nặng từ các nguồn nước thai dang dược chú ý. Việc sử dụng các vật
liệu hấp phụ tự nhicn như khoáng sct, than bùn, tro bay, than hoạt tính., vào
mục đích này có nhiều ưu việt vì chúng không gây ra hiện tượng ô nhiễm thứ
cấp, các vật liệu này có khá năng tách loại tốt các kim loại nặng độc hại, làm
giảm hàm lượng kim loại nặng trong nước thải. Mặt khác các vật liệu này lại
sẩn có và rẻ tiền ở đất nước ta.
Trong số các vật liệu hấp phụ ở trên khoáng sét kiểu bentonit, diatomit
đang được chú ý nghiên cứu và sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp
khoan, chất trơ lọc, chất độn, chấp hấp phụ để tách loại các ion kim loại trong
nước thải.
Ở Việt Nam, đi đôi với quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các
chất thải công nghiệp phát tán ra môi trường nước và khí ngày càng nhiều,
hàng ngày lượng các ion kim loại nặng nhưNi2+, Cr6\ Cr3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+
đi vào môi trường ngày càng tăng, do chưa được sử lý một cách nghiêm ngặt
nên có rất nhiều khả năng gây ô nhiễm cho môi trường nước, ảnh hưởng rất
lớn và lâu dài đến sức khoe của cộng đồng. Chính vì vậy việc nghiên cứu tách
loại các kim loại nặng độc hại ra khỏi mồi trường nước sinh hoạt; nuôi trồng
rất có ý nghĩa và cấn thiêì.
I. KHOÁNG SÉT VẢ sử DỤN<; KHOẢNC. SÉT ĐỂ sử LÝ NƯỚC:
Khoáng SCI là sán pham phong hóa làn dư của các loại đá gốc chứa
trường thạch như pcmnalil; granit; ha/an; gabro; ryolil hay đá phun trào axil

như Keratophyl, lclsit. Nuoài sự tạo thành kiêu phong hóa làn dư, còn có sự
hìn h thành d o q u á liìnlì bién chũi Ir.to (loi c á c (lá g ố c CỌI1U sin h Iiliiệl clịcli
quai pliopliia, chính là (|Liar/it lluí' sinh nhu mó cao lanh 1 an Mài Ọuúnu Ninh.
Sự hình thành khoáng SÓI ngoài yêu lô co' bán là có đá gốc chứa lrường
thạch phái kẽ tới yêu ló (lịa mạo, câu lạo nên vùng chứa đá gốc và yêu tô môi
trường (độ ám và nhiệt độ).
Về mặt hóa học, han chất của khoáng sét khá phức tạp, đổ đơn gián người
ta coi đá gốc trực liếp phong hóa thành cao lanh là trường thạch. Lây trường
thạch Kali làm thí dụ thì cơ chế phan ứng Iiliư sau:
Nếu môi trường có độ pH = 3 -4 :
2KalSi A + 8H20 => 2KOH + 2A1(0H)3 + 2H4Si A =>
A l2(0 H )4Si20 5 + H ,0 + 4S i02 + 6H20
Khi môi trường có độ pH = 8 - 9 thì khoáng chính hình thành không phải
là caolinit mà là montmorillonit:
Alị,67Mg() 33[(OH)2Si4O |0]q 33Na0 33(H20 ) 4
Ở đây H2C 03 ; H20 và một số axit hữu cơ khác đóng vai trò rất quan
trọng trong quá trình phong hóa đá gốc thành cao lanh.
Quá trình tạo thành cao lanh có thể còn qua mức độ trung gian. Thí dụ
trường thạch bị cerusit hóa chuyển thành mica ngậm nước, mà dạng phổ biến
là muscovit K20.3Al20 v6Si02.2H-,0 rồi mới chuyển thành caolinit.
Về thành phần hóa học caolinit có công thức:
Al20 3.2Si02.2H20 trong đó Si02: 46,54%; A120 3: 39,5%; H20: 13,96%.
Về mặt cấu trúc mạng linh thể caolinit gồm 2 lớp: lớp tứ diện chứa cation
Si4+ ở tâm, lớp hát diện chứa calion Alu ở lâm ứng với SÌO4 và A10ỏ. Hai lớp
này tạo thành gói hỏ cỏ chiều dày 7,21 - 7,25A" trong đó các nhóm OM phân
bố vổ một phía.
Dưới kính hiên vi cìiộn lử, linh thê’ caolinil có dạng niiống hay dạng vay
sáu cạnh, góc giữa các cạiìh 106 104°, đường kính caolinit lừ 0,1 -0,3ụm.
Caolinit cỏ khá năng liiip phu Irao (loi ion yêu Ihườnụ lù' 5 15 iniỉi
clươim lượng gam (tôi với lOOíi cuolinil khô, khỏi 1LIỌI1Ì2, liêng khoáng 2,41

2,6u/cni; (líml) I)
Nhóm monimoi illonil có CÒI11Í lliức: Aụ(),.4Si()2.11 0 + 1)11,0
Mạiiu lưới tinh ihê khoánu này gồm 3 lớp (hai lứ diện Si()4 và một hát
diện A106). So với caolinit thì klioáng này có lực liên kết yếu hơn, ỏ đây các
nhóm OM nằm bên trong, ha lớp trôn tạo thanh gỏi kicii kín. Do có sự thay thố
đổng hình, nên montmorillonit thườn? chứa các cation Fc2+, Fc3+, Ca2+, Mg2+,
với hàm lượng khá lớn. Độ phàn tán của khoáng montmorillonit cao, hạt mịn,
kích thước cỡ0,06mm có thể chiếm tới 40%.
• 60 H
õ 4AI
t I ' j \ỵ-'
\ /Vkv
' K*
'
ị\
w
-V4-7- -
-xf
^ Ị
/ \ I L 1
/ \ N / <s>4-Si
l' ì o 8 0
40+ 20H
Hình 1: Mạng lưới caolinit
Montmorilỉonit là loại khoáng silicat ba lớp nên khi có nước, các phân tử
nước có thể đi sâu vào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lưới của nó
trương nở lớn. Cũng do cấu trúc của montmorillonit nên khoáng này có khá
năng hấp phụ trao đổi ion lớn và đạt tới 150 mili đương lượng gam đối với
iOOg khoáng. Khối lượng ricng của montmorillonit từ 1,7 - 2,7 g/cm3, trong
gốm sứ khoáng này còn có tcn là bcnlonit (h2).

Trong nhỏm này còn có khoáng baydclil AI20 v3Si02.H20. Khoáng này
có câu irúc và tinh chãi urơim lự như montmorillonit nhưng chứa nhiều sál oxit
(có thê đạt tới 32(y<) nên íl công (.lụng.
(Yic Silicul ha UVp có (lại lượng liâp phu Irao (loi và khá nãiiii Irươnu I1Ó'
thè lích lon. Điều này clươc giái lliíclì là do sự lliay lliố (lổng hình xây ra (.lổng
ll lòi cá í rong lớp lứ điện và há l diện gây nôn diện lích khác nhau giữa các lớp
(do có sự phân bố các calion hóa trị khác nhau tron” cùng một lóp hoặc ụiữa
các lớp). Mặt khác ớ các Silical hai lớp, sự hấp phụ Irao dổi irước hết và chủ
yêu xay ra ớ các mặt cơ sớ Ihì nmrợc lại ứ các silical ba lớp, quá trình trao dổi
lại cỏ ihổ xây ra ironii loàn mạng, do đỏ đuim lưựim trao đối loại silicat ba lớp
là rát lớn.
80
© 4Si
4 0 + 20H
©4AI
40+20H
© 4Si
80H
Hình 2. Mạng lưới montmorillonit
Có thể mô tả công thức tổng quát của mixen đất sét họ montmorillonit
như sau:
ỈÌÌ+ 2+ 3+ (6 v)^" (.v+v)
Mex-y (H 20 )n [{Me M e ) (0 H )2 (Si4 AI )0
] •
v

V

*

V



V

^
____________v
____________
'
Cation trao đổi Truưniĩ nứ Bát diện Tứ dicn
Vs

Sy.

___________________________
______________________

J
Lớp trung gian LópSilicat
Khoáng (lialomil là loại khoáng lự nhiên có llùmli phấn chủ ycu là Si()2,
Al,(), cùng một sô các oxil khác với hàm lượng nhó. Thành phần hóa học của
ciiatomil nhu' sau:
Si02:55,0 95%-; Al,0, : 1,0 10,5%; Fe,(.)„ FcO : 0,2 10%; CuO,
MgO: 0,2-4% .
Diatomit màu Irắng, xám sáng hay hơi vàng, nhẹ, gồm các hạt gắn kêì
yêu. Diatomit có nguồn gốc từ các hóa thạch của các dộng vật nguycn sinh
hữu cư dạng đơn hào hai nguyên tử (các loại rong biển, tảo giáp )- Lượng
chứa các mảnh xác hóa thạch trong 1 cmdiatomit dao động từ 2 đến 50 triệu
mánh. Các mảnh giáp xác táo cát (diatomê) hóa thạch là các tiểu thổ opan vô

cùng nhỏ bé (0,03 - 0,15/um) làm cho khoáng điatomit rất nhẹ và xốp. Những
kết quá phân tích hóa học, nhiệt động, phổ hổng ngoại và phổ rơnghen chí ra
rằng diatomit là loại siỉicat vô định hình đã hidrat hóa, có lẫn một ít tạp chất kim loại.
Khoáng này được đặc trưng bằng sự có mặt một số lượng lớn các lỗ xốp
nhỏ, thể tích tổng cộng các lỗ xốp của điatomit v x = 0,7 - 2,4cm3/g, với bán
kính hiệu dụng trung bình của lồ xốp Th = 0,3 - 1,6/um. Khối lượng riêng thực d,của
khoáng này thay đổi từ 1,0 - 2,2g/cm3. Khối lượng riêng xốp đx là 0,425 - 1,25g/cm3.
Do có độ xốp lớn, diatomit được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ, dung dịch khoan
Đã có nhiều công trình nghiên cứu chế hóa diatomit làm chất hấp phụ như làm
chất trơ lọc, dùng cho các quá trình lọc trong, làm sạch huyền phù các loại
nước đục, các dung dịch huyền phù trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm
Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu chế hóa diatomit ihành chất hấp phụ
dùng cho xử lý nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các tạp chất hữu cơ, cúc vi
sinh vật độc hại còn chưa nhiều. Chính vì vậy việc nghiên cứu chuyến hóa
khoáng diatomil lự nhiên ihành chất hấp phụ có khả năng hấp phụ cao dùng
trong xử lý các chát ỏ nhiễm [rong nước là ván đề cần thiết. Đây cũng chính là
nhiệm vụ clặl ra cho đề tài nghiên cứu này.
5
II. N<;IIIKN cứu TIHÍC N(;ilỉKM.
1. I I;Ì111 lượng Nr, ( V (lược xác dinh banu phương pháp Irác quang.
Ni'’' được xác (lịnh ở A = 5 ỉOnni vói ilniỏc llúr (limclylglyoxim. Ni2+ Irong
mẫu vần còn có tlìé oxi hóa lẽn Niu và xác dịnli bằng thuốc thử
đimctyklvoxim ớ A = 460nm. Cr6f được xác dịnh hằng thuốc ihử
cliphcnylcabax.il ở A = 540nm.
2. Khoáng sét diatomit Phú Yên nguyên khai đã được làm giàu, được
nglìiổn đến cấp hạt 50/um, sau đó tuyên lấy phần khoáng lơ lửng trong nước.
Phấn đất, cát, các tạp chất cơ học lắnc dưới đáy được loại bỏ. Phần bột mịn
thu được từ huyền phù đem sây khỏ ứ 150°c trong 2 giờ, nghiền mịn, đem hoạt
hóa với MCI và biến tính bằng Na2CO, ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau.

3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, thời gian, độ
pH đến quá trình hấp phụ diatomit đối với Ni2+ và Cr3+.
4. Khảo sát khả năng hấp phụ của diatomit dã biến tính bằng Na2C 0 3
với ion Ni:+ và Cr3+ trong nước thái nhà máy z 121.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
1. Thành phần hóa học của khoáng diatoniit Phú Yên:
Mu: Mẫu nguyên khai
M,: Mẫu được hoạt hóa hằng HC1.
M2: Mẫu biến tính bàng Na2COv
STT Mẫu
Hàm lư ợ n g %
Si()2
a i 2o 3
Fc2()3
MgO
CaO
1
M0
66,79
14,75
2,35
0,61
0,55
9
M,
87,50
3,80
0,80
0,45
0,30

3
m 2
87,30
3,20
0,70
0,20
0,10
lĩáiìịĩ I. I hànlì phan hóa học khoáng (lialomil
6
2. Iloạí hó;i VỈ1 hiẽn I111I1 kho;ín” (liaíom il.
2.1. ỉ loạt hóa (liatomit bằiiíỊ 11(1.
Phẩn bột mịn (liulomil dược dua vào dung dịch IK'1 Iiồim (lộ 10, 15, 20,
25% ironu 48 giờ, lọc lây phan khôiiii lan, rửa sạch tiến pl I kíiônlí, đổi, sây khô
ờ 150°c irong 2 giờ, lliu dược mầu DA.HCI 10%. DA.HCI 15%. DA.MCI 20%
và DA.HC1 25%.
2.2. Biến tính bé mặt (liatomit bằng Na2C 0 3.
Mẫu DA.HCI 20% được dưa vào dung dịch Na2c o , có nồng độ tương
ứng 2; 5 và 10% trong 4 giờ, khuấy dung dịch liên tục, lọc lấy phần rắn, sấy
khô Ư 150°c trong 2 giờ. Thu được mẫu diatomit biến tính bề mặt
DA.Na2C 032%, DA.Na2COj 5%, DA.Na2CO.,IO%, các mẫu được bảo quản
trong bình phòng ẩm.
3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của các mẫu
khoáng diatomit.
3.1. Khả năng hấp phụ của diatomit chứa hoạt hóa và biến tính
(diatomit nguyên khai).
Lấy lg diatomit nguyên khai cho vào bình nón chứa lOOmỉ dung dịch
Ni2+ nồng độ 0, lmg/ml, khuấy liên tục trong 2 giờ, lọc lấy dung dịch đem
phân tích. Thu được kết quả ở bang 2.
Mẫu
Lượng Ni2+ ban

Lượng Ni2+
Lượng Ni2+ bị
Hiệu suất
nguyên khai
đầu (mg)
còn lại (mg)
hấp phụ (mg)
%
Mo
10
9,1
0,9
9%
Bảng 2: Khá năng hấp phụ của diatomit nguyên khai
3.2. Kha năng hấp phu của diaỉonùt (lược hoạt hóa bằng axỉt.
Cán 4 mẫu DA MCI 10%, DA MCI 15%, DA MCI 20% và DA MCI 25%,
mỏi mẫu có khối lượng I u cho vào 4 hình non chứa lOOml Ni2+ nồng độ
7
() I mg/ml. Kliuây lionu 2 giò', loc lây (hum (lịch (lem phân liclì lim được kct
qua ở báiìg 3.
Mau
Lưựnu Ni'’* ban
(lẩu (mg)
Lượim Nr '
còn lại (mg)
'
1.UÓIIL!, Ni ' bị
hấp phụ (mu)
1 liệll suất
%

DA MCI 10%
10
8,4
1,6
16
DA MCI 15%
10 7,0 3,0
30
DA HC1 20%
10
6.1 3,9
39
DA HC1 25%
10
5,9 4,1
41
Bảng 3: Ảnh lurởng của nồng độ IICI đến khá năng
hấp phụ củ 11 diatomit
Diatomit sau khi hoạt hóa với axit có kha năng hấp phụ lớn hơn so với
diatomit nguyên khai (chưa hoạt hoá trong cùng một điều kiện), mặt khác khi
nồng độ axit càng lớn khá năng hấp phụ của điatomit càng cao: DA - HC1
20% có dung lượng hấp phụ lớn gấp đôi DA.HC1 1,0%.
Khoáng diatomit có thành phần chủ yếu là Si02, A120 3 và một số oxit
kim loại khác như Fe20 3, FcO, CaO, MgO với hàm lượng nhỏ. Diatomit có
cấu trúc xốp với bộ khung Si02. Khi chế hoá bằng a xít, một số oxit kim loại
bị hoà tan và bị loại khỏi phần khung xương của diatomit. Khi sử dụng axit
nồng đô càng cao thì tạp chất và một số oxit kim loại dễ tan sẽ tan vào dung
dịch càng nhiều. Kết quả các hạt diatomit có thành phần Si02 và độ xốp tăng
lên dẫn đến khả năng hấp phụ tăng lén. Khi chú ý đến các yếu tố tính hưởng
khác như nhiệt độ nung, lliời gian nung mẫu, pH của môi trường thì vấn đề

này càng thể hiện rõ.
3.2.1. Ảnli hưàinỊ của nhiệt dộ lìutìíỊ lììần tiến klia năiìíỊ hấp pliụ của
D A.na 20%.
Tiến hành nung mẫu DA - ỈỈCi 20% (V các nhiệt độ khác nhau: 200,
400, 600, 800(lc trong thời gian 2 giờ.
s
Lây hôn bìnli nón cho vào mõi hình lOOml dung dịch Ni’f 0,1 nm/ml,
clu) liếp I g mau DA 11(120% dã IUII1U lương ứng ó' các Iiliiệl độ trôn, cỈLia
lên máy khuây lừ, khuấy liong 2 giờ, lọc Iây dung dịch, (lem trác lỊiiaiiií, (hu
(lược kẽt CỊUÍÍ trên háng 4.
Nhiệt độ nunu
°c
Lượng Ni2+ ban
(lâu (mu)
Lượng Ni2+ còn
lại (mu)
Lượim Ni2+ bị
hấp phụ (mu)
200
10
6,0
4,0
400 10 5,5
4,5
600 10
5,0
5,0
800 10
5,3
4,7

Bảng 4: Ánh hưởng của nhiệt độ nung tói khả năng
hấp phụ của Iiiầu DA - HC1 20%
Từ kết quả ở bảng trên, ta nhận thấy mẫu DA - HC1 20% được nung ớ
nhiệt độ 600°c (kí hiệu là DA,) đạt khá năng hấp phụ tốt. Mẫu này sẽ được
nghiên cứu tiếp.
Lượng Ni2+ còn lại (mg)
200
400
600 800
1000
Mhiệt độ nung (°C)
Hình ĩ: Anlì hưởng cua nhiệt dỏ nung tới khả nủn<í
hấp phụ cùa mẫu DA - H C I 2 0 %
.ì.2.2.
Anh lin'0'niỊ CÍKI llìừ i lỊÌdii
(/('/;
khù IIIÌIIIỊ lui)) phụ cùa mần D A/

(Mần l)Á //( 7 20% nmiiỊ ớ ()()()"C).
I iôn hành kháo sái Iiliư trên mục 3.2.1. với mầu DA|, nlinìiíi, vói íIlí vi uiait
hấp phụ khác nhau 1, 2, 3, 4, 5 giò'. Kết quá lliu (lược Irèn háng 5 và hình 2.
Thời uian liấp
phụ (iỉiừ)
Lượng Ni2+
ban dầu (mg)
Lượníĩ Ni:+
còn lại (lim)
Lưựng Ni2+ bị
hấp phụ (mg)
1 liệll suất

%
l
10
5,8
4,2
42,0
2
10
5,02
4,98
49,8
10
4,65
5,35
53,5
4
10
4,35
5,60 56,0
5 10 4,34
5,66
56,6
Bang 5: Ảnh hương cùa thời gian đến khả nâng
hấp phu của mẫu DAj
Từ những dữ kiện ở bảng 5 ta nhận thấy rằng sau 3 - 4giờ quá trình hấp
phụ của khoáng DA - HC120% nung ở 600°c (mẫu DA|) gần như đạt tới trạng
thái cân bằng, do đó có thể chọn thời gian từ 3 - 4 giờ để tiến hành các nghiên
cứu tiếp theo.
1
7 -

6 -
5 -
4 -
3 -
2 -
1 -
0 -
1 2 3 4 5 Iliời gian (h)
Hình 2 : Anh ỉiuổnịỊ củii thòi ịỊÌiin đốn kh;ì n;ìnỵ
hâp phu của m:iII DAị
|()
A nli

/IIÍÓHIỊ ( lìa p ll (len klià nàn
i,'
Iní/Ì phụ (
11(1
HKIII DA/.
( 1)0 vào 5 hình nón, mỏi bình lOOml tlunu dịch Ni:,(), I Iim/ml (lã có sán
lu mầu DA,. Điểu chính |)l I ironu hình llieo lliứ lự plỉ = 2, 4, 6, 7, 8. Khuây 3
mờ trôn máy khuấy lừ, lọc lấy clunu (.lịch, phân tích mẫu bằng phươniĩ pháp
irắc C|uang, llu i (Hrực kêt quá sau:
pl 1 dung dịch
Lượng Ni2+
ban dầu (lim)
Lưựim Ni2+
còn lại (mẹ)
Lượng Ni2+ bị
hấp phụ (mg)
Hiệu suất

%
2
10
8,0
2,0
20
4 10 6,0
4,0
40
6 10 5,0
5,0
50
7 10
4,5
5,5
55
8
10
3,5 6,5
65
Bảng 6: Ánh huỏng của pH đến khả năng
hấp phụ của mẫu DA,
ơ pH từ 7 - 8 khả năng hấp phụ của mẫu DA| là lớn nhất. Ở các giá trị
pH cao hơn, Ni Ken bắt đẩu kết tủa hidroxit. Vì vậy có thể dùng giá trị pH này
để tách loại N2+ ra khỏi dung dịch nước.
Lượng Ni2+ còn lại (mg)
Hình 3: Ảnh liuóìi” cua p11 đốn khá năng hấp phụ của mãII DA,
4 . Khá mìng 11:11> phu cn;i (lialomil (lược hiõn linh bằng N:i,(
Biến tính bé mặl mẫn l)A 11(1 20% bủnu cácli cho mau này vào bình non
có dung dịch Na2CO, uổng clõ kliác nhau, dùng máy khuâì từ khu ã y Ironu, 2

giò'ớ nhiệt cỉộ phòng, lắng lọc lách ilialomil, sây khô ở nhiệt độ I20°c trong 2 giờ, li 111
được các mau dialomit mới: DA NaXX); \cVi nồng độ khác nhau của Na,C()
4.1. ảnh luíòiiíỊ cưa nồMỊ (lõ i\fì,C()ị đến kh(i nâng lìấp phụ Ni2+ và
C ru của diaíomit biến tính.
Lây vào 3 binh non, cho vào bình 1: lg mẫu DA- Na2C 0 3 2%; bình 2:
DA - Na2C 03 5% và bình 3: lg mầu DA - Na2C 03 10%, cho tiếp vào các
bình lOOml dung dịch Ni2+ 0,lmg/ml. Dung dịch Cr3+ cũng được chuẩn bị
tương tự như dung dịch Ni2+ ở trên. Khuấy 2 giờ trên máy khuấy từ. Lọc
dung dịch, đem phân tích trác quang. Kết quả thu được trình bày trên bán 7
và hình 4.
Mẫu
Ni2+
Lượng ion KL
ban đầu (mg)
Lượng ion KL
còn lại (mg)
Lượng ion KL
hấp phụ (mg)
Hiệu suất
%
DA - Na20 3 2%
10
3,10
6,90 69,0
DA - Na20 3 5%
10 2,50 7,50
75,0
DA - Na20 3 10% 10 2,35 7,65 76,5
Mẫu
Cr3+

DA - Na20 3 2% 10
2,90
7,30
71
DA - Na20 3 5% 10 2,40
7,60
76
DA - Na20 3 10%
10
2,15
7,85
78,5
ỉĩáiiịỊ 7: Anh hưỏìiịỊ cúa nổng (lộ Na2C()3 đốn khả Iiăng
lìíVp Ihụ Ni2', Cr3+ CI11I (liaỉoniit ỉ)iến lính.
-ưựng Ni2*", (V'* còn lại
1. Lượng Ni2+ còn lại
2. Lượng CiJ+ còn lại
2 5 10 Nồng độ Na2C 03 (%)
Hình 4: Ánh hưởng của 110111» độ NaXO, đến khả năng
hấp thụ Ni2\ Cr,+ của dỉatomit biến tính.
Từ bảng 7 và hình 4 nhận thấy rằng khi biến tính diatomit với Na2C03
nồng độ 5% và 10%, ở 150°c khả năng hấp phụ Ni2+ và Cr,+ đều tăng lên so
với khi hoạt hoá diatomit bằng HC1 ở các nồng độ khác nhau. Ớ nồng độ
Na2C03 là 5% và 10% khả năng hấp phụ của diatomit biến tính gần xấp xỉ
nhau. Vì vậy có thể sử dụng mẫu DA - Na2C03 5% để nghiên cứu tiếp.
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ của diatomit
DA - Na2C 0 3 5%.
Tiến hành nung mầu DA - Na2C03 5% ở các nhiệt độ 200, 400, 500,
600° c trong thời gian 2 giờ. Sau đó tiến hành hấp phụ Ni2+, Cr3+ như các thí
nghiệm mục 4.1. Kết quả thực nghiệm trình bày trên bảng 8 và hình 5.

13
Nhiộl (lộ Iiuiig (Í!G)
Nì2+
1.ƯÓI1U ÍOII KI,
ban (lầu (um)
1 ,ượnu ioii K1<
còn lại (lim)
1 ,ượng ion KI,
hấp phu (lim)
1 liệu
suáì %
20
()"c
10
2,75
7,25
752,5
400IIC
10
2,51 7,49 74,9
500°c
10
2,20 7,80 78,0
600°c
10
1,95
8,05 80,5
Nhiệt độ nung (,!G)
Cr2+
200°c

10
2,41
7,59 75,9
400°c
10
2,01
7,99
79,9
500°c
10
1,85 8,15
81,5
600°c
10
1,73
8,27 82,7
Bảng 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả nàng hấp phụ
của diatomit biến tính DA - Na2C 0 35%
Lượng Ni2+, Cr3+còn lại
200 400 500
600
1. Lượng Ni2+còn lại
2. Lượng Cr3+ còn lại
Nhiệt độ nung (°C)
Mình 5: Anh liuổiiịi của nhiệt độ nung đôn khá năiiịỊ liiYp phu
củii (lialomil hiến tính I)A - N;i,C(),5%
Khi tãnu nhiệt (lộ Iiiing, klui Iiànu !i;ìp phụ của (Imtomil hiến lính lăng
lên, ó' nhiệt (lộ, ‘100, 500, ()()()"(' sự hàp phụ của nỏ với Ni2+ và (VM (lcu cao và
xấp XI nhau. Ta có llie chon một Ironu ba nhiệt dỏ này ciè nghiên cứu liếp. Sự
tãim ilung lưọìm hấp phụ của đialomii khi lăim nồnụ độ Na2CO, và nhiệt (lộ có

the làm thay đổi lính chát hề mặt, thành phần lioá học, cấu trúc của điatomil
và lạo ra các khiêm khuyết trên bề mặt đialomit, làm xuâì hiện các iriinu tâm
hấp phụ mới trên bề mặt. Mật khác, khi nung ớ nhiệt độ cao có tác dụng dẩy
các khí chiếm chỗ irong các lớp xốp và giữa các hạt làm xuất hiện thêm các lỗ
xốp rỗng mới đồng thời làm biến dạng bổ mặt các mẫu. Kết quả là dung lượng
hấp phụ của diatomit biến tính tăng lẽn.
4.3. ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ của
íỉiatomit biến tính DA - N a7C()3 5% ở nhiệt độ 500°c.
Tiến hành quá trình hấp phụ Ni2+ và Cr’+ tương tự các thí nghiệm ở trên với
thời gian hấp phụ là 2, 3, 4, 5 giờ, ta thu được kết quả trên bảng 9 và hình 6.
Thời gian ( g iờ )/'^
. Ni2+
Lượng ion KL
ban đầu (mg)
Lượng ion KL
còn lại (mg)
Lượng ion KL
hấp phụ (mg)
Hiệu suất
%
2
10 2,25 7,75 77,5
3 10 1,45 8,55
85,5
4 10 1,15 8,85 88,5
5
10 1,05 8,95 89,5
Thời gian (GiờX—-
Cr2+
2 10

2,39 7,61 76,1
3 10
1,30
8,70
87,0
4 10
1,03
8,97
89,7
5
10
0,95
9,05
90,5
Hảng 9: Ảnh hương của í hòi ginn phán ứng đến kliii Iiiìiiị» hap phụ
củíi đinlomil I)A - Niầ2C(),5% ơ 500°c
I Aiựim N r\ ( CÒI) lại
Hình 6: Ảnh hương của thòi gian phan ứng đến kha nâng hấp phụ
cùa diatomit DA - Na2CO,5% Ở500°c
Khi tăng thời gian phản ứng, khá năng hấp phụ tăng lên. Ớ khoáng thòi
gian từ 3 - 5 giờ, phản ứng dẩn đạt tới trạng thái cân bằng.
4.4. Ảnh hưởng của pỉi đến khả năng hấp phụ của diatomit DA -
Na2C 0 35% ở 500°c.
Chuẩn bị 5 bình nón, cho vào mỗi bình lg DA - Na2C 0 3 5% đã nung ở
500°c, lOOml Ni2+ nồng độ 0, Img/ml, điều chỉnh pH = 2, 4, 6, 8 vào mỗi bình
tương ứng. Dung dịch CiJ+ cùng được tiến hành tương lự như trên. Tiến hành phản
ứng trong thời gian 3 giờ. Kết quả thực nghiệm trình bày trên bảng 10, hình 7
pH
Ni2+
Lượng ion KL

ban đầu (mg)
Lượng ion KL
còn lại (mg)
Lượng ion KL
hấp phụ (mg)
Hiệu suất
%
2 10 4,5
5,5
55
4
10
3,5
6,5 65
6
10
2,1
7,9 79
7
1,55 8,45 84,5
8 10 0,95
9,05 90,5
pH
Cr2+
2
10
4,2
5,8
58
4 10

3,05
6,95
69,5
6
10
] ,90
8,10
81
7
10
1,05
8,95
89,5
8
_______
_
________
_
0,48
9,52
95,2
Ban" 10: Anh hưónị> của pH đốn khá niĩiìịí liâp phụ
cua (liulomil I)A - Na,c o , 5%
16
1ƯCIÌU Ni’', ( Y" còn lại
5
4
3
2
I .Lượng Ni2+ còn lại

2. Lượng Cr3+ còn lại
0
2 4 6 7 8 p ll
Hình 7: Ánh luióìig cùa pH đèn khá năng hấp phụ
của diatomỉt DA - Na,C()35%
Từ bảng 10 và hình 7 nhận thấy rằng khi tăng dần pH dung dịch, khá
năng hấp phụ của DA - Na2C03 5% tăng dần ở pH 8 Ni2+ được hấp phụ lớn
nhất. Do Ni2+ kết tủa hidroxit ở pH — 9 nên có thể sử dụng giá trị pH này để
tách loại Ni2+ trong nước thải. Với Cr’+, do có pH kết tủa hidroxit thấp nên ở
pH = 8 đã có hiện tượng kết tủa sinh ra vì vậy Cr3+ nên tách ở pH = 7.
Nói chung ở cá hai giá trị pH này đều thuận lợi cho quá trình tách loại
Ni2+ và Cr3+ trong nước thai.
5. Nghiên cứu sử (lụng diatomit biến tính DA - N a ,co, 5% hâp phụ
Ni2+, Cru trong nước thải.
5.1. Tách loại Ni2+ trong nước thải bê mạ Niken nhà máy khoá Minh
Khai Hà Nội.
Mầu nước thái được lấy ở cống thái bể mạ Niken, nhà máy Khoá Minh
Khai Hà Nội. Nước thái có nồng độ Ni2+ là 25mg/l.
Đã liến hành tách loại Ni2+ ở quy mô 11 nước thải bằng đialomit biến lính
DA - Na,CO, dã được 111111 u ư 5()()°c, với khối lượng 5g diatomil. Thời gian
phan ứng là 3 giờ, pl I của dung dịch (lược cliéu chính hằng 8 .
Khi phán ứng kốt thúc, hàm lượng Ni2+ còn lại trong dung dịch là
0,04mg/l.
17
5.2. rácli loại ('/•" ínmiỊ IIIIOC thai bẽ ma ( 'rom nha máy Khoa Minh Kliai.
Nước lliái lv mạ ( 'rom nhà máy khoá Minh Khai có long nồng độ 2811112/1.
C r2()72 có Ironư, nước thái (lược khử về C ru băngFcS04.
Cr20 72 + 6Fc2+ + 1-11 r = 2CYU + 6Feu + 711,0
DÌ1I1ÍỊ 5g diatomit biên tính DA Na2CO, 5% dã nung ở 500°c dc hấp
phụ 1000 ml nước thai, ihời gian phán ứng là 3 giờ, pH dung dịch bằng 7. Sau

khi phan ứng kết thúc nồng độ Cr’+ còn lại trong dung dịch còn lại <0,05mg/l.
Qua bài thí nghiệm ứ trên thấy rằng có the sử dụng diatomit biến tính DA
- Na2C 03 5% dể lách loại Ni. Crơm ra khỏi nước thải có chứa Crom, Nikcn.
Nước thái sau khi xử lý có nồng độ rất thấp <0,05mg/1, hàm lượng này
đáp ứng yêu cầu về nồng độ Crom, Nikcn của nước dùng sinh hoạt và nuôi
trổng hải sán.
IV. KẾT LUẬN.
Nghiên cứu khá năg hấp phụ các kim loại nặng trên diatomit hoạt hoá và
biến tính, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
- Diatomit nguyên khai có dung lượng hấp phụ thấp (khoảng 9%), sau
khi hoạt hoá bằng HC1 20% và biến tính bằng Na2C03 ở các nồng độ 2%, 5%
và 10% ử 500°c, khá năng hấp phụ kim loại nặng tăng lên đáng kể.
- pH thích hợp đê hấp phụ các ion kim loại nặng là 7 đối với Crom và 8
đối với Ni ken.
- Nhiệt độ nung mầu trong khoáng 400 - 500°c.
- Thời gian ihích hợp để quá trình hấp phụ đạt cân bằng là khoảng 3 giờ.
- Qua kháo sát trên mầu nước thai nhà máy Khoá Minh Khai cho thấy có
thc sử dụng phương pháp này dế lách loại các kim loại nặng ra khỏi nước thai.
18
TAI 1111 I II \M KHẢO
1. Lò I lù nu Nuhiên cứu sử (lụim Na bcnlonil làm vật liệu 11 ấp phụ
tách loại Crom, Nikon Irong nước llì;ii một số bế mạ Crom, Nikcn.
Tạp chí phân tích lioá, !ý \ à sinh học T4, 3, 1999.
2. Nguyễn Bá Trinh - Công Ìììihộ xử lý nước thai TT KHTN và CNQG.
3. P.Duvernenil, B.Pcnonillcr - Récupcration dcs mctaux lourds dans lcs
déchets et boues issucs dcs traitcments dcs ciìluents.
Tc - Doc - Paris - 1997
4. J.N Poster- Heavy mctals in wasterwater and sludge treatment process.
CRCPrcs- Inc Florida, 1987
5. T.Viaraghavan - water pollution research

J. of Canada, 128 (2), 368 - 384, 1993
HỘI KHOA HỌC KỸ THUẠT PHAN TICH HÓA, LÝ VÀ SÍNH HỌC VIỆT NAM
VIETNAM ANALYT1CAL SC IEN CES SOCIETY
ISSN - 08(j8 - H224
T-9
2
2004
li \ NOI