nghiên cứu khả năng hấp thụ CR6+ bằng xơ dừa nước ứng dụng vào xử lý nước thải xi mạ

iii
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG viii
DANH MỤC HÌNH x

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu của đề tài 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 3
1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

CHƯƠNG II TỔNG QUAN 7
2.1. Crom và các hợp chất của Crom 7
2.1.1. Crom [1] 7
2.1.2. Trạng thái tự nhiên 8
2.1.3. Ứng dụng của một số hợp chất chứa Crom trong công nghiệp 9
2.1.4. Dược động học và độc tính của Crom VI 10
2.1.4.1. Dược động học của Crom 10
2.1.4.2. Độc tính 11
2.2. Ô nhiễm kim loại nặng từ công nghiệp xi mạ 13
2.3. Các quy định về nồng độ giới hạn của Crom (VI) 17

iv
2.3.1. Các tiêu chuẩn, qui định trên thế giới 17
2.3.2. Các tiêu chuẩn củaViệt Nam 17
2.4. Các phương pháp xử lý nước thải chứa crom VI 18

2.4.1. Phương pháp hóa học 18
2.4.2. Phương pháp trao đổi ion 19
2.4.3. Phương pháp điện hóa 21
2.4.4. Phương pháp hấp phụ 21
2.4.5. Phương pháp sinh học 22
2.5. Đặc tính vật liệu có nguồn gốc cellulose 22

CHƯƠNG III QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 26
3.1. Cơ sở quá trình hấp phụ 26
3.1.1. Những nguyên lý chung 26
3.1.2. Các quá trình chuyển khối 27
3.1.2.1. Hệ phản ứng rắn - lỏng 27
3.1.2.2. Quá trình chuyển khối qua màng 28
3.1.2.3. Quá trình chuyển khối trong hạt xốp 29
3.2. Kỹ thuật hấp phụ 30
3.2.1. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 30
3.2.2. Hấp phụ trong điều kiện động 31
3.2.2.1. Quá trình chuyển khối trong cột 32
3.2.2.2. Phương trình tính toán cột hấp phụ 33
3.3. Phương trình động học hấp phụ 35
3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ 37
3.4.1. Phương trình Langmuir 37

v
3.4.2. Phương trình Freundlich 38
3.4.3. Phương trình Temkin – Pijov 39
3.5. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT – IR 39

CHƯƠNG IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41
4.1. Vật liệu hấp phụ 41

4.2. Ảnh SEM và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT – IR 41
4.3. Phương pháp định lượng Crom (VI) 42
4.3.1. Phương pháp trắc quang 42
4.3.2. Phương pháp lập đường chuẩn 43
4.3.2.1. Nguyên tắc 43
4.3.2.2. Các yếu tố cản trở 44
4.3.3. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 44
4.3.4. Dựng đường chuẩn định lượng Crom (VI) 45
4.4. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 46
4.4.1. Ảnh hưởng của pH 46
4.4.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 47
4.4.3. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 47
4.4.4. Cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt 48
4.4.5. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 48
4.4.6. Ảnh hưởng của các cation đến quá trình hấp phụ 49
4.5. Hấp phụ trong điều kiện động 50

CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52
5.1. Đặc điểm của bột xơ dừa nước 52

vi
5.2. Đường chuẩn Crom (VI) 54
5.3. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh 55
5.3.1. Ảnh hưởng của pH 55
5.3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 57
5.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 59
5.3.4. Động học hấp phụ 61
5.3.5. Đẳng nhiệt hấp phụ 64
5.3.6. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 68
5.3.7. Ảnh hưởng của các cation đến quá trình hấp phụ 70

5.3.8. Phổ FT – IR sau khi XDN hấp phụ Cr
6+
71
5.4. Hấp phụ trong điều kiện động 71
5.4.1. Thí nghiệm với dung dịch Cr
6+
tự pha 71
5.4.2. Áp dụng xử lý nước thải mạ crom từ KCN Việt - Singapore 75

CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77
6.1. Kết luận 77
6.2. Kiến nghị 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO I

PHỤ LỤC IV


vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ACGIH American Conference of Industrial Hygienists
Tổ chức về Vệ sinh công nghiệp Hoa Kỳ
EPA Environmental Protection Agency, US
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ
FDA Food and Drug Administration, US
Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ
IDLH Immediately Dangerous to Life and Health
Mức gây nguy hiểm tức thời đến tính mạng và sức khỏe
NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health

Viện Sức khỏe và An toàn nghề nghiệp toàn quốc Hoa Kỳ
OSHA Occupational Safety and Health Administration, US
Tổ chức theo dõi về Sức khỏe và An toàn nghề nghiệp Hoa Kỳ
PEL Permissible Exposure Limit
Mức nguy hiểm tối đa có thể chấp nhận được
TLV Threshold Limit Value
Trị số giới hạn ngưỡng
TWA 8-hours Time Weighted Average
Nồng độ trung bình theo thời gian
XDN Xơ dừa nước

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Độc cấp qua hô hấp LC50 của Cr
6+
đối với chuột trong 4h 12
Bảng 2-2 Độc cấp đường miệng LD50 của Cr
6+
đối với chuột đực và chuột cái 12
Bảng 2-3 Các ngành công nghiệp phát sinh kim loại nặng 13
Bảng 2-4 Lượng cặn tạo thành khi khử và trung hòa 1 kg acid cromic 19
Bảng 2-5 Thành phần hóa học trong xơ dừa 25
Bảng 4-1 Lập đường chuẩn đo Cr
6+
46
Bảng 4-2 Các thông số của cột hấp phụ 50
Bảng 4-3 Chỉ tiêu pH và Cr
6+
trong nước thải xưởng mạ thép

KCN Việt-Singapore 51
Bảng 5-1 Kết quả dựng đường chuẩn Cr(VI) 54
Bảng 5-2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH, C
o
= 29±0,2
o
C 55
Bảng 5-3 Sự thay đổi pH của dung dịch sau khi hấp phụ Cr
6+
56
Bảng 5-4 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr
6+
, C
o
= 50 mg/l,
pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t
o
=29±0,2
o
C 57
Bảng 5-5 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr
6+
, C
o
= 100 mg/l,
pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t
o
=29±0,2
o
C 58

Bảng 5-6 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr
6+
, C
o
= 100 mg/l,
pH = 2; liều XDN = 2 g/l, t
o
=29±0,2
o
C 58

ix
Bảng 5-7 Ảnh hưởng của liều lượng XDN đến % hấp phụ Cr
6+
; C
o
=100 mg/l;
pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C 59
Bảng 5-8 Tính toán phương trình giả định bậc một 61
Bảng 5-9 Tính toán phương trình giả định bậc hai 62
Bảng 5-10 Các tham số phương trình phản ứng giả định bậc một 63
Bảng 5-11 Các tham số phương trình phản ứng giả định bậc hai 63
Bảng 5-12 Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt C
o
= 50÷500 mg/l; pH = 2; liều
XDN = 2g/l; t

o
= 29±0,2
o
C, t = 60 phút. 64
Bảng 5-13 Các hằng số đẳng nhiệt hấp phụ Cr
6+
lên XDN,
C
o
=50 ÷ 500mg/l; pH = 2; t
o
= (29 ± 1)
o
C 67
Bảng 5-14 Dung lượng hấp phụ q
e
dựa trên tính toán lý thuyết và thực nghiệm 67
Bảng 5-15 So sánh q
max
của XDN với một số vật liệu hấp phụ Cr
6+
khác 68
Bảng 5-16 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 68
Bảng 5-17 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các cation Cu
2+
, Zn
2+
70
Bảng 5-18 Kết quả thực nghiệm 73
Bảng 5-19 Các hằng số hấp phụ động khi Co = 50mg/l, F=1,0608 m

3
/m
2
/h,
pH=2; t
o
= 29÷0,2
o
C 74
Bảng 5-20 So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán và theo thực nghiệm trên mẫu
nước thải mạ crom 76


x

DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1 Quy trình công nghệ xi mạ trong công nghiệp 15
Hình 5-1 Đường chuẩn Cr
6+
54
Hình 5-2 Ảnh hưởng của pH đến % hấp phụ Cr
6+
,C
o
=20, 50, 75 và 100 mg/l;
t
o
= 29±0,2
o
C; liều XDN = 2 g/l 55

Hình 5-3 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Cr
6+
;
C
o
= 50, 75 và 100 mg/l; pH = 2; liều XDN = 2 g/l; t
o
=29±0,2
o
C 59
Hình 5-4 Ảnh hưởng của liều lượng XDN đến % hấp phụ Cr
6+
;
C
o
=100 mg/l; pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C 60
Hình 5-5 Động học hấp phụ Cr
6+
của XDN theo phương trình phản ứng giả định bậc
một; C
o
= 50, 75, 100 mg/l; pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C; liều lượng XDN 2g/l 61

Hình 5-6 Động học hấp phụ Cr
6+
của XDN theo phương trình phản ứng giả định
bậc hai; C
o
= 50, 75, 100 mg/l; pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C; liều XDN 2g/l 62
Hình 5-7 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir,
C
o
= 50÷500mg/l, pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 65
Hình 5-8 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Freundlich,
C
o
= 50÷500mg/l, pH = 2; t
o
=29±0,2
o
C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 65
Hình 5-9 Phương trình đường thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo Temkin,
C
o
= 50÷500mg/l, pH = 2; t

o
=29±0,2
o
C; liều XDN 2g/l, t = 60 phút 66
Hình 5-10 Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt, C
o
=50÷500 mg/l ; pH =2;
t
o
=29±0,2
o
C, liều XDN 2g/l. 67
Hình 5-11 Ảnh hưởng của Cl
-
, SO
4
2-
, NO
3
-
đến % hấp phụ Cr
6+
69

xi
Hình 5-12 Ảnh hưởng của Cu
2+
, Zn
2+
đến % hấp phụ Cr

6+
70
Hình 5-13 Ảnh phổ FT-IR của XDN trước và sau khi hấp phụ Cr
6+
71
Hình 5-14 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 32 mm, C
o
=50mg/l,
pH =2, F = 1,0608 m
3
/m
2
/h, thể tích XDN V = 8 ml 72
Hình 5-15 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 53 mm, C
o
=50mg/l,
pH =2, F = 1,0608 m
3
/m
2
/h, thể tích XDN V =13 ml 72
Hình 5-16 Đường cong thoát với chiều cao cột XDN Z = 65 mm, C
o
=50mg/l,
pH =2, F = 1,0608 m
3
/m
2
/h, thể tích XDN V =16 ml 73
Hình 5-17 Đồ thị t = f(Z) tại C/C

o
= 0,001 và 0,05; C
o
= 50 mg/l,
F= 1,0608 m
3
/m
2
/h, pH=2, t
o
= 29÷0,2
o
C 74
Hình 5-18 Kết quả xử lý nước thải mạ crom, C
o
= 64 mg/l; pH = 1,7; Z=0,03m;
lượng bột XDN = 1g; thể tích bột XDN = 8ml. 76
Hình 6-1 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải xi mạ chứa crom 80

xii

Chương I - Mở đầu
1
1. CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Crom hóa trị VI là một kim loại nặng được các tổ chức sức khỏe trên thế giới
xếp vào nhóm độc loại I, có khả năng gây ung thư và các tác động xấu đến các mô, da,
gan, thận, hệ thần kinh và hệ gene của con người, động vật. Crom có rất ít trong tự
nhiên. Ở liều lượng nhỏ, crom còn là một nguyên tố cần thiết cho cơ thể. Tuy nhiên,

quá trình phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, đặc biệt là ngành gia công mạ kim
loại đã và đang làm gia tăng đáng kể hàm lượng Cr
6+
cùng với các kim loại nặng khác
như niken, đồng, chì… trong nguồn nước, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường và
tác động khó kiểm soát đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các kim loại nặng này
nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp,
tích lũy vào trong cơ thể người gây ngộ độc cấp tính, mãn tính, các loại bệnh viêm
loét, eczima, ung thư… Nhu cầu gia công mạ kim loại ngày càng lớn thì việc xử lý
chất thải trong gia công mạ - một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường, càng
hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để.
Nhiều phương pháp xử lý đã được ứng dụng. Được biết đến nhiều nhất là các
phương pháp hóa lý với khả năng có thể xử lý triệt để kim loại nặng, tuy nhiên giá
thành cao và vận hành phức tạp. Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay, việc tận dụng
các phụ phẩm nông nghiệp có nguồn gốc từ cellulose vào xử lý kim loại nặng đang là
một hướng nghiên cứu khá thành công trong việc đem lại hiệu quả về môi trường và
kinh tế, có thể thu hồi kim loại quý và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân
độc hại khác. Đồng thời, hướng đi này cũng rất phù hợp với quy mô công nghiệp, cơ
sở sản xuất ở Việt Nam đang chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, hạn chế trong việc đầu tư xử
lý nước thải.
Dừa nước có tên khoa học là Nypa fruticans, còn được gọi là Nypa Palm, là loài
duy nhất trong họ Cau dừa Arecaceae sinh sống trong đầm lầy, chủ yếu tại các vùng
Chương I - Mở đầu
2
bờ biển miền nam châu Á và châu Phi. Ở Việt Nam, dừa nước là loài cây quen thuộc ở
các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, mọc thành lùm ven sông, kinh rạch. Lá dừa là vật
liệu truyền thống trong những ngôi nhà vùng sông nước đồng bằng sông Cửu Long.
Trái dừa nước ra thành từng buồng hình cầu, màu nâu. Dừa nước là một loại thức ăn
giải nhiệt được yêu thích. Vì thế, lượng xơ dừa sinh ra khá lớn và mới chỉ được người
dân dùng làm củi đốt hoặc thải bỏ ra môi trường.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả
năng hấp phụ ion Cr
6+
bằng xơ dừa nước và ứng dụng vào xử lý nước thải xi mạ”
với mong muốn tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp mới có thể xử lý hiệu quả
crom trong nước thải, áp dụng vào thực tiễn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm
kim loại nặng hiện nay.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá năng lực hấp phụ ion Cr
6+
của bột xơ dừa nước (XDN) thô qua phương
pháp hấp phụ gián đoạn theo mẻ.
- Thực nghiệm và tính toán được mô hình hấp phụ qua cột vật liệu cố định.
- Áp dụng kết quả mô hình xử lý thử nghiệm nước thải xi mạ chứa Cr
6+
.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
- Bột xơ dừa nước không qua xử lý hóa chất, cỡ hạt ≤450μm.
- Dung dịch Cr
6+
.
b. Phạm vi nghiên cứu
- Tổng quan về Crom, các ảnh hưởng của Cr
6+
và các phương pháp xử lý dựa trên
các nguồn tài liệu.
- Tổng quan về quá trình hấp phụ.
Chương I - Mở đầu
3

- Các thí nghiệm hấp phụ dòng gián đoạn thực hiện với dung dịch Cr
6+
pha trong
phòng thí nghiệm.
- Các thí nghiệm hấp phụ qua cột thực hiện với dung dịch Cr
6+
pha trong phòng thí
nghiệm và kết quả được áp dụng thử nghiệm trên mẫu nước thải chứa Cr
6+
.
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
a. Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa nước.
- Nghiên cứu tiến hành theo chế độ hấp phụ theo mẻ có lắc nhằm xác định các
thông số nhiệt động học tối ưu: thời gian tiếp xúc, pH, liều lượng tối ưu, cân
bằng hấp phụ trong điều kiện đẳng nhiệt, ảnh hưởng của một số anion và cation
đến quá trình hấp phụ, động học hấp phụ. Hàm lượng Cr
6+
được định lượng bằng
phương pháp quang phổ so màu sử dụng máy đo phổ electron UV-Vis
(Ultraviolet and visible Spectra) Libra S32 với khoảng hấp thu 0 ÷ 2,999 tại
bước sóng 540nnm.
- Khảo sát hình thái bề mặt của xơ dừa bằng phương pháp chụp SEM/EDX
(Scanning Electron Microscope with Electron Dispersive X-ray Spectrocopy).
- Khảo sát thành phần cấu trúc của xơ dừa bằng phương pháp quang phổ hồng
ngoại FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer).
- Nghiên cứu và xác định các thông số cho mô hình hấp phụ qua cột vật liệu cố
định làm cơ sở cho việc thiết kế tháp hấp phụ. Quá trình được thực hiện tại
Phòng thí nghiệm trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
- Áp dụng mô hình cột xử lý thử nghiệm mẫu nước thải lấy từ xưởng mạ thép

KCN Việt - Singapore.
b. Phương pháp nghiên cứu
Chương I - Mở đầu
4
§ Phương pháp khảo cứu tài liệu: Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, các nghiên
cứu khoa học, tạp chí, bài báo khoa học trong và ngoài nước, phương tiện truyền
thông, tiến hành chọn lọc, tổng hợp tìm hiểu về quá trình phát sinh, ảnh hưởng
đến sức khỏe và môi trường của crom VI, tình hình nghiên cứu, xử lý crom; các
nội dung liên quan đến xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hấp phụ để có
hướng nghiên cứu phù hợp.
§ Phương pháp thực nghiệm: Đây là phương pháp có tính quyết định đến toàn bộ
kết quả thực hiện đề tài. Các thí nghiệm cần tiến hành theo một logic nhất định
và tuân theo các yêu cầu trong phân tích định lượng nhằm đảm bảo kết quả phải
mang tính đại diện, khách quan và giảm thiếu sai số. Quá trình thực nghiệm sử
dụng cả hai kỹ thuật hấp phụ: gián đoạn theo mẻ và qua cột để có cái nhìn tổng
quan nhất, thiết thực nhất.
§ Phương pháp toán học: Xử lý các số liệu thực nghiệm, tính toán các thông số
cho quá trình hấp phụ.
§ Phương pháp đồ thị: Từ các số liệu toán học, dữ liệu thực nghiệm, phương
pháp đồ thị đem lại cái nhìn trực quan, toàn diện, dễ dàng phân tích nhận định về
các kết quả đạt được, xác định hướng nghiên cứu hợp lý nhất.
§ Phương pháp so sánh: Các kết quả đạt được phải so sánh với các tiêu chuẩn
Việt Nam, tiêu chuẩn của WHO, EPA và để đánh giá tính hiệu quả của vật liệu
nghiên cứu.
1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Trong tình hình hiện nay, việc mở rộng thêm số lượng các loại vật liệu hấp phụ
có tính thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí quản lý, xử lý chất thải có ý
nghĩa rất quan trọng, là một biện pháp nhiều triển vọng và được áp dụng ở nhiều quốc
gia trên thế giới để xử lý ô nhiễm môi trường.
Tuy chưa có số liệu cụ thể, nhưng ước một lượng lớn quả dừa nước được sử dụng

làm thực phẩm sẽ phát sinh không ít vỏ, xơ dừa. Chỉ một phần xơ dừa thải bỏ đó được
Chương I - Mở đầu
5
sử dụng làm củi đốt. Nếu không có biện pháp quản lý chất thải rắn hữu hiệu sẽ gây ảnh
hưởng môi trường. Đề tài góp phần giải quyết vấn đề chất thải rắn đã đặt ra, đồng thời
còn tận dụng được nguồn phụ phẩm nông nghiệp khá lớn, tiết kiệm chi phí.
Riêng đối với vấn đề xử lý và thu hổi kim loại nặng, kết quả của đề tài có thể áp
dụng vào thực tế bởi tính thực tiễn, hiệu quả kinh tế của nó phù hợp với chính sách
phát triển công-nông nghiệp bền vững, giải quyết những vấn đề quan tâm hiện nay của
toàn xã hội về ô nhiễm môi trường.
Kết quả của đề tài còn là cơ sở khoa học để tiếp tục các nghiên cứu về tính chất
hấp phụ của xơ dừa nước đối với các kim loại nặng.


Chương I - Mở đầu
6

Chương II - Tổng quan
7
2. CHƯƠNG II
TỔNG QUAN
2.1. Crom và các hợp chất của Crom
2.1.1. Crom [1]
Tên gọi và vị trí: Crom ký hiệu hóa học là Cr, nguyên tử lượng là 51,996 đvC, là
kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm VI, chu kỳ 4, phân lớp d với số thứ tự trong bảng hệ
thống tuần hoàn là 24, cấu hình electron là [Ar]3d
5
4s
1
.

Tính chất lý học: Crom là kim loại cứng, màu trắng bạc với độ bóng cao, là chất
không mùi, không vị và dễ rèn. Crom có khối lượng riêng rất lớn (7.150 kg/m
3
), khó
nóng chảy và khó bay hơi, dẫn điện kém (chỉ bằng 10% vàng và 6,8% bạc).
Tính chất hóa học: Các trạng thái oxy hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6,
với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của
crom với trạng thái oxy hóa +6 là những chất có tính oxy hóa mạnh. Trong không khí,
crom được oxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng oxide bảo vệ trên bề mặt, ngăn
chặn quá trình oxy hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới.
Crom có tính khử mạnh hơn sắt, tác dụng với phi kim, với acid và không tác
dụng với nước. Các hợp chất của crom đều độc, đặc biệt là các hợp chất có bậc oxy
hóa cao như cromate, dicromate.
Muối cromate và dicromate là những hợp chất bền. Trong đó, các muối cromate
tan quan trọng là kali cromate K
2
CrO
4
, natri cromate Na
2
CrO
4
.10H
2
O. Những cromate
không tan quan trọng là chì cromate PbCrO
4
, bạc cromate AgCrO
4
và bari cromate

BaCrO
4
. Các muối dicromate quan trọng là kali dicromate K
2
Cr
2
O
7
và natri dicromate
Na
2
Cr
2
O
7
. Các muối cromate có màu vàng của ion CrO
4
2-
, muối dicromate có màu da
cam của ion Cr
2
O
7
2-
. Acid cromic và acid dicromic chỉ tồn tại ở dạng dung dịch. Trong
nước, giữa ion CrO
4
2-

và ion Cr

2
O
7
2-
có sự chuyển hóa lẫn nhau theo cân bằng:
Chương II - Tổng quan
8
H
2
CrO
4
⇄ H
+
+ HCrO
4
-
⇄ H
+
+ CrO
4
2-

2HCrO
4
-
⇄ Cr
2
O
7
2-

+ H
2
O
Như vậy trong dung dịch tồn tại cả hai dạng ion CrO
4
2-
và Cr
2
O
7
2-
:
Cr
2
O
7
2-
+ H
2
O

⇋ 2CrO
4
2-
+ 2H
+

Cr
2
O

7
2-
+ OH
-

⇋ 2CrO
4
2-
+ 2H
+

Cân bằng trên dịch chuyển phụ thuộc pH của dung dịch: pH > 6, trong dung dịch
tồn tại ion CrO
4
2-
; 2 ≤ pH ≤ 6 ion HCrO
4
-
và ion Cr
2
O
7
2-
nằm cân bằng với nhau; pH <
1 chủ yếu tồn tại các phân tử H
2
CrO
4
.
2.1.2. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, Crom trong có trong đất, đá, thực vật, động vật và trong tro bụi
núi lửa. Crom thường ở dạng hợp chất với các nguyên tố khác tạo thành muối Crom,
hoặc tan trong nước, crom nguyên chất rất hiếm trong tự nhiên. Crom không bay hơi,
nhưng có thể hiện diện trong không khí thành những hạt bụi crom.
Crom được biết đến chủ yếu ở ba dạng: quặng kim loại, crom hóa trị III và crom
hóa trị VI. Cr (III) tồn tại tự nhiên trong các loại thực vật và trái cây tươi, thịt, các loại
hạt, là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể Cr (III) ít tan và có nhiều trong đất bề
mặt do quá trình oxy hóa Cr
+6
thành Cr
+3
. Cr (VI) dễ tan trong nước, dễ dàng thấm qua
đất vào nước ngầm gây ô nhiễm.
Crom có rất ít trong nước và không khí. Thông thường, trong không khí, lượng
crom có từ 0,01 – 0,03μg/m
3
, trong nước uống ít hơn 2ppb. Theo một số nghiên cứu
thì lượng Crom (VI) có trong đất bề mặt chiếm 10 – 17% tổng lượng Crom. Crom (VI)
được sinh ra chủ yếu do các quá trình công nghiệp. Hàm lượng Crom có trong nước
ngọt khoảng 0,1-6 µg/mlvà trong nước biển là 0,2-50µg/l. Trong cơ thể sống, chủ yếu
là thực vật có chứa khoảng 10
-4
% crom (theo khối lượng). Trong các loại thức ăn, hàm
lượng Crom khoảng từ 20-600mg/kg. Trong nước Crom chỉ tồn tại ở hai dạng Cr
3+
,
Cr
6+
nhưng dạng Cr
3+

thường gặp hơn.
Chương II - Tổng quan
9
Trong vỏ quả đất, khoáng vật chủ yếu của crom là quặng sắt cromit FeCr
2
O
4
hay
FeO.Cr
2
O
3
, Fe(CrO
2
)
2
và quặng crosit hay chì cromate PbCrO
4
. Ngày nay, những mỏ
quặng cromit lớn nhất trên thế giới đều nằm ở Nam Phi, Zimbabwe và Kazactan. Ba
nước này cung cấp trên 50% sản lượng quặng cromit của thế giới. Hàng năm, các nước
trên thế giới tiêu thụ khoảng 13 triệu tấn quặng cromit. Trong số đó, 80% được sử
dụng để sản xuất thép không gỉ, 20% dùng trong công nghiệp vật liệu chịu lửa và các
hóa chất chứa Crom.
2.1.3. Ứng dụng của một số hợp chất chứa Crom trong công nghiệp
Crom có nhiệt độ nóng chảy cao, độ cứng lớn, khả năng dễ liên kết với nhiều
nguyên tố khác nhau để tạo thành hợp kim, đặc biệt là với sắt. Vì thế, cho đến ngày
nay, ngành luyện kim vẫn là ngành tiêu thụ Crom nhiều nhất. Thép crom được chế tạo
bằng cách cho hợp kim ferocrom vào thép, loại thép này cứng và dẻo hơn thép thường,
dùng chế tạo các dụng cụ quay nhanh; thép không gỉ chứa 12% crom và 0,7% niken.

Thép crom-niken chứa 6% niken, 25% sắt và 15% crom có nhiệt độ nóng chảy cao,
dẫn điện cao, không bị oxy hóa bởi không khí, được dùng trong công nghiệp điện [1].
Hợp kim comocrom (gồm coban, molipđen và crom): không độc hại đối với cơ
thể người, vì vậy được sử dụng trong khoa phẫu thuật phục hồi, làm răng giả, do có độ
dẫn nhiệt nhỏ nên không gây khó chịu cho người sử dụng
Crom sulfate: được sử dụng chủ yếu để thuộc da, giữ cho da không bị thối và
chịu được các nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Hiện nay, hơn 80% sản phẩm da trên
thế giới được thuộc bằng Crom sulfate.
Crom dioxide (CrO
2
): được sử dụng làm chất pha với chất bôi trơn động cơ
máy kéo, giúp rút ngắn rất nhiều thời gian khởi động máy, dùng trong sản xuất băng từ
(do có độ kháng từ cao hơn so với oxit sắt nên cho hiệu suất tốt hơn), vật liệu làm ảnh
và dược phẩm, các chất xúc tác dùng cho các quá trình hóa học.
Crom oxide (Cr
2
O
3
): do các tính chất tạo màu rất tốt, bền với ánh sáng, acid và
nhiệt độ cao, crom oxide được sử dụng rộng rãi làm bột màu. Bột màu xanh crom là
một trong những chất bột màu bền nhất và được sử dụng cho cả những lĩnh vực
Chương II - Tổng quan
10
chuyên dụng như sơn tàu chở dầu, giàn khoan dầu, tạo màu cho gốm sứ Ngoài ra
crom oxide còn được sử dụng để sản xuất kim loại và từ đó sản xuất ra các hợp kim
đặc biệt, vật liệu mài và vật liệu chịu lửa.
Kali dicromate (K
2
Cr
2

O
7
) và natri dicromate (Na
2
Cr
2
O
7
): là chất oxy hóa
mạnh và là hợp chất ưa thích để làm vệ sinh các đồ bằng thủy tinh trong phòng thí
nghiệm khỏi dấu vết của các chất hữu cơ, được sử dụng dưới dạng dung dịch bão hòa
trong acid sulfuric đậm đặc để rửa các thiết bị đó.
Acid cromic: có cấu trúc giả thuyết là H
2
CrO
4
. Cả acid cromic lẫn acid dicromic
(H
2
Cr
2
O
4
)

đều không có trong tự nhiên, nhưng các anion của chúng được tìm thấy
trong nhiều loại hợp chất chứa crom. Các ứng dụng chính của acid cromic là mạ crom,
xử lý gỗ và làm nguyên liệu sản xuất crom dioxide (CrO
2
) cho các loại băng từ,

video Riêng với lĩnh vực mạ kim loại, acid cromic được dùng làm chất điện phân có
thể tạo ra lớp mạ có độ cứng cao, chống oxy hóa và không tương tác với các acid. Bề
dày của các lớp mạ có thể đạt đến 1 – 0,0005 milimet.
2.1.4. Dược động học và độc tính của Crom VI
2.1.4.1. Dược động học của Crom
Trong nước, Crom tồn tại chủ yếu ở hai dạng Cr
3+
và Cr
6+
, hai trạng thái oxy hóa
này có các tính chất hóa học và môi trường rất khác nhau. Cr
6+
rất linh động và độc hại
đối với sức khỏe con người qua hít thở, tiếp xúc với da và hấp thụ qua đường miệng.
Ngược lại, Cr
3+
thường tồn tại ở dạng kết tủa trong môi trường tự nhiên, ít độc và ít
linh động hơn.
Sự hấp thụ của Crom vào cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của
nó. Cr
6+
hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr
3+
(mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ
thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thu) và còn có thể thấm qua màng tế bào. 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 yếu qua con đường thức
ăn. Cr
3+
là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể để chuyển hóa đường, protein

và chất béo. Mỗi ngày, cơ thể cần một lượng 50 – 200 μg Cr
3+
. Thiếu Cr
3+
, cơ thể mất
Chương II - Tổng quan
11
khả năng chuyến hóa đường, protein và chất béo, gây sút cân, dễ mắc bệnh, sai lệch
các chức năng của hệ thần kinh và gây ra bệnh tiểu đường. Tuy nhiên khi phơi nhiễm
với Cr
3+
ở nồng độ lớn có thể gây các bệnh dị ứng ở một số người mẫn cảm với crom.
Cr
6+
độc hơn Cr
3+
100 lần. Hít thở Cr
6+
ở nồng độ hơn 2 μg/m
3
gây các bệnh dị
ứng ở mũi như chảy nước, hắt hơi, ngứa ngáy, chảy máu cam, lở loét vách mũi. Các
triệu chứng này thường thấy ở các công nhân làm việc trong nhà máy tiếp xúc nhiều
với crom từ vài tháng đến vài năm. Phơi nhiễm Cr
6+
ở nồng độ gấp 100 – 1000 lần
nồng độ nền trong thời gian dài gây ung thư phổi. Nếu Cr
3+
chỉ hấp thu 1% thì lượng
hấp thu của Cr

6+
lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi chưa 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, gây các triệu chứng ho, khó thở và nôn mửa.
Khi vào dạ dày, Cr
6+
sẽ được chuyển hóa thành Cr
3+
. Khoảng 0,5% Cr
3+
và 10%
Cr
6+
sẽ thấm qua thành ruột vào máu và đi đến khắp cơ thể. Cr
6+
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 acid nucleic 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 0,001 mg/l; sau đó chúng chuyển vào
hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu nhanh gấp 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. Crom gây lở loét, viêm tấy da, ung thư biểu bì,
thủng vách ngăn mũi, thanh quản, viêm cuống phổi, làm lở loét, rối loạn và đau dạ
dày, tác động xấu đến gan và thận, thậm chí gây chết.
2.1.4.2. Độc tính
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (USEPA) đã xếp Cr (VI) vào danh sách 17 loại
hóa chất độc hại nhất đối với con người, thuộc độc nhóm 1.
Các thí nghiệm trên chuột cho thấy, nồng độ 3 mgCr

6+
/m
3
đã bắt đầu gây ức chế
các men cơ bản, trong khi đó phơi nhiễm 9 mgCr
6+
/m
3
dạng natri dicromat trong 24h
Chương II - Tổng quan
12
gây sưng, phù phổi và hoại tử biểu bì khí quản. Hiện tượng chết xuất hiện khi cho tiếp
xúc kali dicromate nồng độ >13 mgCr
6+
/m
3
trong 6h.
Bảng 2-1 Độc cấp qua hô hấp LC50 của Cr
6+
đối với chuột trong 4h [22]
Loại hợp chất crom VI Giống LC50 (mgCr
6+
/m
3
)
Sodium chromate
Sodium dichromate
Potassium dichromate
Ammonium dichromate
Đực 33 – 82

Cái 29 – 45
Chromium trioxide
Đực 87
Cái 137
Bảng 2-2 Độc cấp đường miệng LD50 của Cr
6+
đối với chuột đực và chuột cái
[22]
Loại hợp chất crom VI Giống LD50 (mgCr
6+
/kg)
Sodium chromate
Sodium dichromate
Potassium dichromate
Ammonium dichromate
Đực 21 – 28
Cái 13 – 19
Chromium trioxide
Đực 29
Cái 25
Calcium chromate
Đực 249
Cái 108

Phơi nhiễm qua da hoặc mắt: phơi nhiễm qua da với dung dịch các hợp chất
crom (VI) gây nhiễm độc cấp tính. Từ các thí nghiệm trên thỏ, giá trị LD
50
đối với thỏ
cái là 36 – 553 mgCr
6+

/kg và 336 – 763 mgCr
6+
/kg đối với chuột đực tương ứng với
phơi nhiễm qua da với hợp chất sodium cromate, sodium dicromate, potassium
dicromate và ammonium dicromate. Các dấu hiệu ngộ độc gồm: da bị hoại tử, xuất
Chương II - Tổng quan
13
hiện vảy trên da, phù nề và nổi ban, tiêu chảy cấp. Độc cấp qua da LD50 của CrO
3
là
30 mgCr
6+
/kg.
2.2. Ô nhiễm kim loại nặng từ công nghiệp xi mạ
Công nghiệp là nguồn phát sinh chất thải nguy hại lớn nhất với thành phần các
chất đa dạng và rất khó xử lý. Bảng 2-3 minh họa các ngành công nghiệp phát sinh
kim loại nặng chủ yếu hiện nay:
Bảng 2-3 Các ngành công nghiệp phát sinh kim loại nặng [25]
Ngành công nghiệp Ag

As

Cd

Cr

Cu

Fe

Hg

Mn

Ni

Pb

Ti

Zn

Gia công mạ x x x x x x
Các sản phẩm sơn x x x
Phân bón x x x x x x x x x
Thuốc trừ sâu/ thuốc diệt cỏ

x x x
Thuộc da x x
Các sản phẩm giấy x x x x x x x
Phim ảnh x x
Sợi x x
In, nhuộm x x
Điện tử x
Bảng 2-3 cho thấy ngành gia công mạ phát sinh các kim loại nặng như cadmi,
crom, đồng, chì, kẽm. Trong đó, quá trình mạ crom chủ yếu phát sinh crom hóa trị VI,
là dạng rất độc hại đối với môi trường sinh thái và động vật.
Nước thải trong ngành xi mạ bao gồm nước rửa trước và sau mạ, trong đó các
chất gây ô nhiễm trong nước rửa trước mạ chủ yếu là nước thải có pH quá cao (≥10)
hoặc quá thấp (≤3), sắt và dầu mỡ (sinh ra từ khâu tẩy dầu), SO

4
2-
, Trong khi đó, các
kim loại nặng phát sinh chủ yếu trong phần nước rửa sau mạ, và tùy thuộc vào loại
hình mạ mà nước thải có thể chứa các kim loại nặng khác nhau như: crom, niken, kẽm,
Chương II - Tổng quan
14
đồng, cadmi, chì và cũng tùy thuộc vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước
thải có chứa các độc tố như xianua, sunfat, amoni, cromate…
Quá trình gia công bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn:
- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao và
không có khuyết tật. Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảo quản
trên bề mặt bằng cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc với dung dịch kiềm
nóng. Dung môi thường sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoá như
tricloetylen, percloetylen. Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda,
trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ).
- Hoạt hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch axit
loãng (H
2
SO
4
, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thì chúng được
nhúng vào dung dịch natri xianua.
- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loại còn chứa
axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua.
Sơ đồ dây chuyền công nghệ chung của công nghệ xi mạ như sau:
Chương II - Tổng quan
15

Hình 2-1 Quy trình công nghệ xi mạ trong công nghiệp

Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước. Nguồn chất thải nguy
hại phát sinh từ quá trình làm mát, lau rửa và đốt cháy dầu. Xử lý kim loại đòi hỏi một
số hoá chất như axit sunfuric, HCl, xút, …để làm sạch bề mặt kim loại trước khi mạ.
Thể tích nước thải được hình thành từ công đoạn rửa bề mặt, làm mát hay làm trơn các
bề mặt kim loại là khá lớn, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng
đồng.
Mài nhẵn, đánh bóng
Tẩy dầu, mỡ
L
àm s
ạ
ch b
ằ
ng hoá
học và điện hoá
Làm sạch cơ học
Mạ crôm Mạ Niken Mạ kẽm Mạ vàng Mạ đồng
Ch
ấ
t làm
bóng
NiSO
4,
H
3
BO
3

Zn(CN)
2

ZnCl
2

ZnO
NaCN

NaOH
H
3
BO
3

H
2
SO
4

NaCN
CuSO
4

Cu(CN)
2

Cr
6+
Ni
2+
, axit CN

-
, Zn
2+
,
axit
Cu
2+
, axit CN
-
, axit
Vật cần mạ
Dung môi
NaOH,HCl, H
2
SO
4

Nước thải chứa dầu
Hơi dung môi
Bụi kim loại
Bụi, gỉ
Hơi, axit
Axit, kiềm