nghiên cứu khả năng hấp phụ chì của chitin dithyzone

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHÌ
CỦA CHITIN - DITHYZONE
S

K

C

0

0

3
2

9
6
7

5
2
7

9
3

5

MÃ SỐ: SV2010 – 77

S KC 0 0 2 7 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP SINH VIÊN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHÌ
CỦA CHITIN-DITHYZONE

MÃ SỐ: SV2010-77

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƢỜI CHỦ TRÌ
: HỒ THỊ THÙY TRINH
NGƢỜI THAM GIA
: MAI XUÂN KHANG
ĐƠN VỊ
: 081150A

TP. HỒ CHÍ MINH – 02/2011

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

MỤC LỤC
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 3
CHƢƠNG 1:

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................. 4

1. Tình hình ô nhiễm chì (Pb) ............................................................................... 4
2. Tác hại của chì (Pb) ........................................................................................ 4
CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ......................... 6
1. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Pb ............................................................ 6
1.1.

Phƣơng pháp phân tích hoá học ............................................................... 6

1.2.

Phƣơng pháp phân tích công cụ ............................................................... 7

2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÁCH VÀ LÀM GIÀU CHÌ ................................. 10
2.1.

Phƣơng pháp kết tủa : ........................................................................... 10

2.2.

Phƣơng pháp tách, làm giàu bằng điện hóa: ........................................... 11

2.3.

Phƣơng pháp chiết lỏng – lỏng: .............................................................. 11

2.4.

Phƣơng pháp chiết pha rắn:(SPE) .......................................................... 12

2.5.

Phƣơng pháp hấp phụ: ......................................................................... 12

2.5.1.

Khái niệm: ........................................................................................ 12

3. TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHÌ Pb BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ...................... 16
PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ............................................................................ 18
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ...................................................................................... 19
1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị: ......................................................................... 19
1.1.

HÓA CHẤT: ......................................................................................... 19

1.2

DỤNG CỤ ............................................................................................ 19

1.3.

THIẾT BỊ ............................................................................................. 19

2. Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ: ............................................................. 20
3. Vật liệu hấp phụ : ........................................................................................ 20
3.1.

Nguyên liệu sản xuất chitin:................................................................... 20

3.2.

Giới thiệu về chitin: .............................................................................. 20

3.3.

Ứng dụng của chitin trong việc hấp phụ kim loại nặng ............................ 21

3.4.

Một vài tính chất quan trọng của chitin thƣơng phẩm: ............................ 22
1


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

3.5.

Công nghệ sản xuất chitin: .................................................................... 22

3.6.

Điều chế vật liệu hấp phụ chitin – dithyzone: .......................................... 23

CHƢƠNG 2: TIẾN HÀNH KHẢO SÁT ................................................................... 23
1. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN ..................................................................... 23
1.1.

Cách tiến hành:...................................................................................... 23

1.2.

Kết quả: ................................................................................................ 23

1.3.

Nhận xét: .............................................................................................. 24

2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ................... 24
2.1.

Cách tiến hành:...................................................................................... 24

2.2.

Kết quả: ................................................................................................ 24

2.3.

Nhận xét: .............................................................................................. 25

3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN LẮC ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ 25
3.1.

Cách tiến hành:...................................................................................... 25

3.2.

Kết quả : ............................................................................................... 26

3.3.

Nhận xét: .............................................................................................. 26

4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG CHẤT HẤP PHỤ ĐẾN KHẢ
NĂNG HẤP PHỤ ............................................................................................... 26
4.1.

Cách tiến hành:...................................................................................... 26

4.2.

Kết quả : ............................................................................................... 27

4.3.

Nhận xét: .............................................................................................. 28

5. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Pb ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ... 28
5.1.

Cách tiến hành:...................................................................................... 28

5.2.

Kết quả : ............................................................................................... 29

6. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA ION PB ĐẾN SỰ HẤP PHỤ .......................... 30
6.1.

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: .................................................. 30

6.2.

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .................................................. 31

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 33
1.

KẾT LUẬN:.................................................................................................. 34

2.

KIẾN NGHỊ: ................................................................................................. 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

PHẦN
I

ĐẶT VẤN ĐỀ

3


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

CHƢƠNG I:

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

1. Tình hình ô nhiễm chì (Pb)
Chì là một trong những kim loại nặng độc hại. Chì là kim loại nhóm IVA, có màu xám
thẫm, mềm, dễ dát mỏng và dẫn điện tốt. Chiếm 10−4 % tổng số nguyên tử của vỏ trái đất.
Đây cũng là một trong những kim loại đƣợc biết từ thời thƣợng cổ, khi đó nó đƣợc dùng để
đúc tiền, đúc tƣợng hay các đồ dùng sinh hoạt. Ngày nay, Pb đƣợc dùng làm các tấm điện cực
trong acquy, làm dây cáp điện hay đầu đạn…Đặc biệt Pb hấp phụ rất tốt các tia phóng xạ và
Rownghen nên nó còn đƣợc dùng làm các tấm bảo vệ. Tuy nhiên Pb và hợp chất của chúng
độc nên cần thận trọng khi tiếp xúc và sử dụng. Trong tự nhiên, chì có mặt trong khá nhiều

khoáng vật. Chủ yếu vẫn là galen (PbS), ngoài ra còn có cernsute PbCO3, cunglesite
PbSO4…Trong nƣớc, Pb hầu nhƣ không tồn tại ở dạng tự do mà thƣờng tồn tại ở dạng hợp
chất kết tủa hoặc tạo phức của ion vô cơ và hữu cơ. Trong công nghiệp, Pb đƣợc điều chế
bằng cách đốt cháy galen để chuyển galen thành oxit. Sau đó khử oxit thành kim loại:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
PbO + C

= Pb

+ CO

2. Tác hại của chì (Pb)
Sự phát triển không bền vững, trong đó có hoạt động sản xuất của con ngƣời làm gia tăng
sự di chuyển của kim loại nặng trong môi trƣờng. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng
nói chung và chì nói riêng là do nƣớc thải từ các nhà máy xi mạ, nhà máy cơ khí, nhà máy
sản xuất pin, ắc quy chƣa qua xử lý hoặc xử lý không triệt để đƣợc thải ra môi trƣờng. Việc sử
dụng nguồn nƣớc có hàm lƣợng chì (Pb) lớn trong thời gian dài không chỉ ảnh hƣởng đến sức
khỏe mà còn sinh ra một số bệnh nguy hiểm. Chì (Pb) làm kìm hãm sự phát triển của xƣơng.
Ngƣời phơi nhiễm lâu với chì có thể bị ảnh hƣởng đến trí nhớ, giảm khả ngăng phản ứng với
các hiện tƣợng, ảnh hƣởng đến khả năng linh hoạt. Độc tính của chì (Pb) còn do Pb còn có
khả năng ức chế một số emzym quan trọng làm rối loạn quá trình tạo huyết ở tủy, phá vỡ quá
trình tạo hồng cầu, gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ thần kinh của trẻ sơ sinh và trẻ em…
Khi hàm lƣợng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi
hoá glucoza tạo ra năng lƣợng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. ở nồng độ
cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lƣợng chì trong máu
nằm trong khoảng (>0,5 – 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não.
Xƣơng là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tƣơng tác với photphat trong xƣơng rồi
truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó.
4

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Tuy nhiên việc đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại nặng trong môi trƣờng nói chung và
trong cơ thể con ngƣời nói riêng còn đang là vấn đề mới, đặc biệt là đối với Việt Nam.
Chính vì độ độc hại của Pb nên đã có nhiều tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng. Dƣới
đây là một vài số liệu đƣợc đƣa ra từ tiêu chuẩn Việt Nam về Pb:


Giới hạn cho phép của khí thải công nghiệp: (1)
Giá trị giới hạn
3

Pb (mg/m )



A

B

30

10

Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc uống:
Tiêu chuẩn WHO 1971

Pb (mg/l)



< 0.1

Mức yêu cầu

Mức cho phép

-

0.1

Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt:
Giới hạn tối đa cho phép
Pb (mg/l)





Đô thị

Trạm lẻ và nông thôn

0.05

0.05

Tiêu chuẩn cho phép với nƣớc mặt:
Giá trị giới hạn
Pb (mg/l)

A

B

0.05

0.1






Tiêu chuẩn nƣớc ngầm:

Giá trị giới hạn
Pb (mg/m3)
0.05



5


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp:

Giá trị giới hạn
Pb (mg/l)

A

B

C

0.1

0.5

1.0

Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm bằng hoặc
nhỏ hơn giá trị qui đ ịnh trong cột A có thể đổ vào các vực nƣớc thƣờng đƣợc dùng làm nguồn
nƣớc cho mục đích sinh hoạt.
Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá
trị qui định trong cột A nhƣng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị qui định trong cột B thì đƣợc đổ vào
các vực nƣớc nhận thải khác , nhƣ:các vực nƣớc dùng giao thông, thủy lợi tƣới tiêu cho trồng
trọt, nuôi trồng thủy hải sản,…trừ các thủy vực qui định ở cột A.
Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá
trị quy định trong cột B nhƣng không vƣợt quá giá trị qui định trong cột C chỉ đƣợc phép thải
vào các nơi đƣợc qui định (nhƣ hồ chứa nƣớc thải đƣợc xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử

lý nƣớc thải tập trung,…)

CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
1. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Pb (2)
1.1.

Phƣơng pháp phân tích hoá học

Nhóm các phƣơng pháp này dùng để xác định hàm lƣợng lớn (đa lƣợng) của các chất,
thông thƣờng lớn hơn 0,05%, tức là mức độ miligram. Các trang thiết bị và dụng cụ cho các
phƣơng pháp này là đơn giản và không đắt tiền.
1.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng
* Nguyên tắc: Dựa trên kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp. Lọc, rửa, sấy hoặc
nung rồi cân và từ đó xác định đƣợc hàm lƣợng chất phân tích.
* Cách tiến hành: Kết tủa chì dƣới dạng PbSO4, PbCrO4 hay PbMoO4.
=> Tuy nhiên phƣơng pháp này chỉ có độ chính xác cao khi phân tích nguyên tố với khối
lƣợng lớn nên thƣờng áp dụng với những mẫu có hàm lƣợng lớn, không áp dụng đối với
những mẫu có hàm lƣợng nhỏ.
1.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
* Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (dung
dịch chuẩn) đƣợc thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lƣợng chất định
6


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

phân đó. Thời điểm thêm lƣợng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm
tƣơng đƣơng. Để nhận biết điểm tƣơng đƣơng, ngƣời ta dùng các chất gây ra hiện tƣợng có

thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị.
Phƣơng pháp phân tích công cụ

1.2.

1.2.1. Phƣơng pháp quang phổ
- Phương pháp trắc quang
Phƣơng pháp này chính là phƣơng pháp phổ hấp thụ của phân tử trong vùng UV-VIS.
Ở điều kiện thƣờng, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lƣợng, đây
là trạng thái cơ bản, nhƣng khi có một chùm sáng với nặng lƣợng thích hợp chiếu vào các điện
tử hóa trị trong các liên kết (π, 𝛿, n) sẽ hấp thụ năng lƣợng chùm sáng, chuyển lên trạng thái
kích thích với năng lƣợng cao hơn (cơ bản Eo và kích thích Em) chính là năng lƣợng mà phân
tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất.
* Nguyên tắc: Phƣơng pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch
phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trƣờng
thích hợp khi đƣợc chiếu bởi chùm sáng. Phƣơng pháp định lƣợng phép đo:
A = K.C
Trong đó: A: độ hấp thụ quang
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ nguyên tố phân tích
Phƣơng pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 ÷10-7 và là một trong
các phƣơng pháp đƣợc sử dụng khá phổ biến.

-

Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử(AES):

Ở điều kiện thƣờng, nguyên tử không thu và phát năng lƣợng nhƣng nếu bị kích thích
thì các điện tử hóa trị sẽ nhận năng lƣợng và chuyển lên trạng thái có năng lƣợng cao hơn
(trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hƣớng giải phóng năng lƣợng

để trở về trạng thái ban đầu bền vững dƣới dạng các bức xạ. Chính các bức xạ này đƣợc gọi là
phổ phát xạ của nguyên tử.
Phƣơng pháp phổ AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của
nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tƣơng tác với một nguồn năng lƣợng phù hợp.
Hiện nay ngƣời ta dùng một số nguồn năng lƣợng để kích thích phổ AES: ngọn lửa đèn khí,
hồ quang điện, tia lửa điện, tia laze, plasma cao tần cảm ứng (ICP), tia X…trong đó ngọn lửa
đèn khí, hồ quang, tia lửa điện đã đƣợc dùng từ lâu nhƣng độ nhạy không cao. Còn ICP, tia
laze là những nguồn mới đƣợc đƣa vào sử dụng khoảng hơn chục năm trở lại đây và chúng có
độ nhạy cao nên là nguồn đƣợc ứng dụng phổ biến, có nhiều ƣu việt.
Nhìn chung phƣơng pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thƣờng 10-3÷10-4%), lại tốn ít
mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy đây là phƣơng
pháp dùng để kiểm tra, đánh giá hóa chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lƣợng vết ion kim
loại độc trong lƣơng thực, thực phẩm. Tuy nhiên, phƣơng pháp này lại chỉ cho biết thành phần
nguyên tố trong mẫu nhƣng lại không chỉ ra đƣợc trạng thái liên kết của nó trong mẫu và hơn
nữa, độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ chính xác của dãy mẫu
chuẩn nên sai số không nhỏ.

7


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

- Phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS
* Sự xuất hiện phổ AAS:
Ở điều kiện thƣờng, nguyên tử không thu hay phát năng lƣợng và gọi là trạng thái cơ
bản( nghèo năng lƣợng, bền vững). Nhƣng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta kích thích chúng
bằng một năng lƣợng dƣới dạng chùm tia sáng có bƣớc sóng xác định thì các nguyên tử tự do
sẽ hấp thụ những bức xạ có bƣớc sóng ứng đúng với tia bức xạ mà chúng có thể phát ra trong

quá trình phát xạ. Khi đó, nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lƣợng cao( trạng thái kích
thích). Quá trình mà các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi hấp thụ những bức xạ đặc trƣng tạo
ra phổ của nguyên tử nguyên tố đó. Và phổ này đƣợc goị là phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
 Nguyên tắc: Phép đo dựa trên sự hấp thụ năng lƣợng của nguyên tử tự do ở trạng thái
hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trƣờng hấp thụ. Để
tiến hành đo thì phải qua các quá trình sau:
- Quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu: chọn các điều kiện và loại trang bị phù hợp để
chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu ( rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi của
nguyên tử tự do.
- Chiếu chùm sáng bức xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi vừa điều chế
ở trên. Khi đó, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ tia bức xạ và tạo ra phổ AAS.
- Thu phân ly chùm sáng và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích để đo
cƣờng độ thông qua một hệ thống máy quang phổ.
 Phƣơng trình định lƣợng của phƣơng pháp là:
D = K Cb
Trong đó: D: cƣờng độ vạch phổ
K: hệ số nguyên tử hóa mẫu
C: nồng độ nguyên tố cần phân tích
b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào bản chất phân tích.
Cƣờng độ vạch phổ có thể đƣợc đánh giá thông qua chiều cao pic hoặc diện tích pic.
Thông qua đó chúng ta có thể định lƣợng nguyên tố một cách dễ dàng.
Với những ứng dụng rộng rãi của phép đo AAS (cụ thể là FAAS) dựa trên những ƣu
điểm nổi bật của nó.
1.2.2. Phƣơng pháp điện hóa:
-

Phương pháp cực phổ:
Năm 1922, J.Heyrovsky (Tiệp Khắc) đã công bố một công trình mô tả một phƣơng pháp

phân tích một phƣơng pháp điện hóa mới gọi là phƣơng pháp phân tích cực phổ. Chính nhờ

công trình này mà 1959 ông đƣợc nhận giải Nobel.
Trong phƣơng pháp này, cƣờng độ dòng điện phụ thuộc vào nồng độ chất bị điện ly (bị
điện phân) trong dung dịch và vào thế điện cực. Trong những điều kiện xác định, tiến hành
điện phân và đo cƣờng độ dòng một dãy dung dịch chất điện phân đã biết trƣớc nồng độ. Dựa
vào đồ thị biểu diễn cƣờng độ dòng điện theo nồng độ, ta có thể xác định nồng độ của dung

8


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

dịch ấy trong những điều kiện đã điện phân các dung dịch chuẩn. Phƣơng pháp này dduuowcj
gọi là phƣơng pháp cực phổ.
Theo J.Heyrovsky thì ƣu điểm của phƣơng pháp cực phổ chính là khả năng phân tích các
dung dich pha loãng đến 10-5 M, khi dùng các điện cực thủy ngân phân tích các mẫu mà thể
tích của chúng nhỏ đến 0.005 ml và khả năng xác định hầu nhƣ từng nguyên tố ở dạng này hy
dạng khác và xác định hàng trăm hợp chất hữu cơ.
 Phương pháp cực phổ có 2 đặc tính sau:
Vị trí của cực phổ ( là đƣờng cong Von – Ampe, trên đó chứa thông tin về thành phần
định tính cũng nhƣ định lƣợng của dung dịch phân tích) trên trục thế có thể chỉ ra chất nào đã
tham gia quá trình chuyển electron.
Trong các điều kiện thực nghiệm dễ dàng thực hiện, trên giản đồ xuất hiện dòng khuếch
tán giới hạn mà giá trị của nó phụ thuộc vào nồng độ của chất hoạt động điện.
Trong phƣơng pháp cực phổ, ngƣời ta oxy hóa hay khử các chất trên một điện cực gọi là
điện cực chỉ thị và dùng một điện cực loại hai có thể không đổi làm điện cực so sánh.
Ngƣời ta dùng điện cực giọt thủy ngân làm điện cực vì :
 Dùng cực thủy ngân thì điều kiện đạt đƣợc dòng khuếch tán luôn luôn đƣợc lặp lại.
 Bề mặt của điện cực luôn luôn đƣợc đổi mới khi giọt này đƣợc thay thế giọt khác.



Quá trình hydro trên thủy ngân rất lớn do đó, có thể tiến hành khử nhiều chất, đặc biệt

là các cation bị khử xuống kim loại tạo hỗn hống với thủy ngân. Các cực có thể biết trƣớc
đƣợc gọi là cực so sánh. Trên bề mặt cực so sánh xảy ra phản ứng điện háo nhanh không bị
giới hạn bởi hiện tƣợng khuếch tán. Điều quan trọng là bề mặt cực so sánh phải lớn hơn bề
mặt chỉ thị rất nhiều.

-

Phương phápVon-Ampe hòa tan:
Phƣơng pháp phân tích Von – Ampe là một phƣơng pháp cho độ nhạy, độ chính xác,

độ chọn lọc cao. Nguyên tắc của phƣơng pháp gồm hai bƣớc:
-

Điện phân làm giàu ion kim loại cần phân tích lên bề mặt điện cực dƣới dạng một kết tủa.
Quá trình này cần thế thích hợp và phải giữ không đổi trong suốt quá trình điện phân,
khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình điện phân.

-

Tiến hành hòa tan kết tủa bằng phân cực ngƣợc và ghi đƣờng Von-Ampe hòa tan. Dựa vào
chiều cao pic của các chất dễ dàng xác định đƣợc chất cần phân tích.
Với phƣơng pháp Von-Ampe hòa tan anot xung vi phân, một số tác giả đã nghiên cứu đƣợc
dạng liên kết khác nhau của Cu trong nƣớc biển và cho kết quả: khoảng 30% Cu trong
nƣớc biển tồn tại dạng phức tan còn 70% là dạng phức không tan.
9

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Các tác giả Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi, Đặng Minh Ngọc, Ngô Thị Bích Hà …dùng
phƣơng pháp Von-Ampe hòa tan trên diện cực màng Hg, giọt Hg treo đã xác định hàm
lƣợng Pb trong tóc, trong nƣớc tiểu của ngƣời để phục vụ cho chẩn đoán lâm sàng. Khi
nồng độ Pb trong tóc ≥ 30𝜇g/g thì đƣợc coi là dấu hiệu tiếp xúc quá mức Pb. Kết quả phân
tích nhƣ sau:
+ Với mẫu tóc của của 61 ngƣời bình thƣờng thì hàm lƣợng Pb trung bình là 15.15± 2𝜇g/g
+ Với ngƣời tiếp xúc thƣờng xuyên với xăng dầu (90 ngƣời) thì hàm lƣợng trung bình
49.8± 71.9𝜇g/g.
+ Mẫu của những ngƣời bệnh nhân nhiễm Pb thì hàm lƣợng trung bình của 32 mẫu là
86.04±12.7𝜇g/g.
2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TÁCH VÀ LÀM GIÀU CHÌ (3)
Trong thực tế phân tích, hàm lƣợng các chất trong mẫu đặc biệt là hàm lƣợng ion kim loại
nặng trong nƣớc thƣờng rất nhỏ, nằm dƣới giới hạn phát hiện của các công cụ phân tích. Vì
vậy, trƣớc khi xác định chúng thì cần thông qua quá trình tách và làm giàu.
Để tách , làm giàu kim loại nặng trong nƣớc thƣơng dùng một số phƣơng pháp thông dụng
nhƣ: hóa học, lý học, sinh học. Cơ sở của phƣơng pháp hóa học là dùng phản ứng giữa chất
cần xử lý với hóa chất đƣợc thêm vào. Những phản ứng đó có thể là phản ứng oix hóa- khử,
phản ứng kết tủa…Dƣới đây là một số biện pháp chính để xử lý, thu hồi Cu, Pb, Cd trong
nƣớc đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng.
2.1. Phương pháp kết tủa :
Đây là phƣơng pháp dùng từ rất lâu trong tách và làm giàu các ion kim loại. Các hóa
chất dùng để kết tủa rất đa dạng:


Kết tủa hydroxit:

Pb2+ + 2OH- = Pb(OH)2


Kết tủa bằng Cacbonat:

Pb kết tủa ít tan với CO32- theo phản ứng sau:
Pb2+ + CO32- = PbCO3
Kết tủa này không bền trong môi trƣờng axit, nên chú ý pH để quá trình kết tủa đạt hiệu quả.
Sau đó lọc, rửa và thu lấy kết tủa.


Kết tủa bằng S2-:
10


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Dựa vào phản ứng tạo sunfua khó tan trong nƣớc của Pb mà có thể tách dễ dàng chúng ra khỏi
nƣớc:
Pb2+ + S2- = PbS
Tuy nhiên S2- là chất độc nên ngƣời ta không đƣa trực tiếp S2- vào nguồn nƣớc mà thƣờng
dùng các sunfua hữu cơ, khi đó:
2RS- + Pb2+ = RS-Pb-RS

2.2.

Phương pháp tách, làm giàu bằng điện hóa:

Nguyên tắc của phƣơng pháp này là dựa vào việc tách chất cần xác định trên các điện
cực trơ dƣới dạng nguyên tố hoặc kết tủa không tan khi cho dòng điện một chiều đi qua. Quá
trình này phụ thuộc rất nhiều vào điện thế, cƣờng độ dòng, cấu tạo điện cực cũng nhƣ nồng độ
dung dịch…
Ngày nay các phƣơng pháp điện hóa đƣợc dùng để tách hợp chất của đa số các nguyên
tố hóa học và là phƣơng pháp hữu hiệu vì chúng không đòi hỏi phải đƣa chất lạ vào đối tƣợng
phân tích. Hơn nữa khi dùng các phƣơng pháp kết tủa điện hóa khác nhau với sử dụng các
điện cực có thể tách đƣợc các hỗn hợp phức tạp gồm nhiều ion.

2.3.

Phương pháp chiết lỏng – lỏng:

Nguyên tắc: phƣơng pháp này dựa trên sự rút chất bằng các dung môi hữu cơ. Điều kiện
chủ yếu để tách đƣợc chất cần phân tích chính là độ tan của chất đƣợc chiết rút trong dung
môi hữu cơ. Thực tế thì chất đƣợc chiết thƣờng tạo thành do phản ứng xảy ra trong môi
trƣờng nƣớc, trong đó các ion cần xác định tƣơng tác với thuốc thử mà phần lớn là thuốc thử
hữu cơ. Trong trƣờng hợp này dung môi hữu cơ phải không đƣợc trộn lẫn nƣớc.
Sự tách làm giàu chất bằng phƣơng pháp chiết lỏng lỏng có nhiều ƣu điểm sô với một
số phƣơng pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phƣơng pháp chiết với các phƣơng pháp
xác định tiếp theo ( trắc quang, cực phổ…) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích.
Một số hệ chiết dùng trong tách, làm giàu Pb:
+ Hệ chiết Pb – dithizonat trong CCl4 hoặc CH3Cl, sau đó xác định chúng bằng phƣơng pháp
trắc quang.
+ Tạo phức chelat với NaDDC ( natri dietyl dithiocacbanat) từ dung dịch đệm amoni xitrat ở
pH = 9.5, dung môi chiết là MIBK.
Cuối cùng thu phần chiết để phân tích các kim loại theo phƣơng pháp ETA –AAS.

11

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2.4. Phương pháp chiết pha rắn:(SPE)
Chiết pha rắn chính là quá trình phân bố chất tan giữa hai pha lỏng ( pha động) và rắn(
pha tĩnh ). Pha rắn có thể là các polyme hữu cơ, các loại nhựa trao đổi ion hay than hoạt tính.
Khi cho pha động tiếp xúc với pha tĩnh thì chất phân tích có thể giữu lại trên pha tĩnh hoặc
cũng có thể ở lại trong pha động khi có tạp chất ở pha tĩnh. Sau đó, dùng một chất thích hợp
để rửa giải chất phân tích với thể tích nhất định. Nhƣ vậy, từ nồng độ rất nhỏ trong pha động,
sau khi rửa giải thì nồng độ chất phân tích tăng lên rất nhiều, thuận lợi cho phân tích.
Có 3 cơ chế chính cho quá trình tách theo chiết pha rắn: cơ chế hấp thụ pha thƣờng, hấp thụ
pha đảo, và cơ chế trao đổi ion. Với 2 kỹ thuật chính là SPE ở điều kiện tĩnh và kỹ thuật SPE
ở điều kiện động. Trong đó, kỹ thuật ở điều kiện động sử dụng các cột nhồi các vật liệu pha
rắn có ƣu điểm hơn so với nhiều phƣơng pháp khác. Về cơ bản, chiết pha rắn tiến hành nhanh,
thao tác cũng nhƣ yêu cầu tách đơn giản, đặc biệt hệ số làm giàu cao.
Theo lý thuyết này, tác giả Tokalioglu, Kartal, Latif Elci đã dùng nhựa ambenlit XAD – 16 để
tách, xác định các ion kim loại nặng trong nƣớc hồ, trong đó có cả Cu, Pb, Cd. XAD là sản
phẩm đồng trùng hợp polyatyren divinylbenzen có khả năng chịu mài mòn tốt, độ bền, độ xốp
cao, độ phân cực thấp và quan trọng là nó có diện tích bề mặt riêng rất lớn: 825 m2/g. Với
những đặc tính trên chứng tỏ XAD là một vật liệu SPE hiệu quả.
Trong những năm gần đây, chiết pha rắn đang là kỹ thuật đƣợc ứng dụng phổ biến ở nhiều
phòng thí nghiệm. Mặt khác, nhờ công nghệ hiện đại trong việc biến tính các vật liệu hấp thu
cổ điển đã tổng hợp đƣợc nhiều pha rắn có các tính năng ƣu việt lại làm cho phƣơng pháp
chiết pha rắn càng trở nên thông dụng.

2.5.

Phương pháp hấp phụ: [5]
2.5.1. Khái niệm:

Hiện tƣợng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện tƣợng
hấp phụ. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt ranh giwois giữa hai pha: lỏng-khí, lỏng – rắn,
hay rắn – khí.
Hấp phụ là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc thải có chứa một
hoặc nhiều chất bẩn khác nhau ngay cả khi nồng độ chất bẩn thấp. Đây là quá trình thuận
nghịch, sau khi hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ thì các chất bẩn cũng có thể giải hấp từ bề
mặt đó để vào dùng dịch và ngƣợc lại. Vì vậy chúng tôi lựa chọn phƣơng pháp hấp phụ.


Chất hấp phụ: chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các
phần tử của pha khác khi tiếp xúc với nó.

12


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất
hấp phụ.

Thông thƣờng quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, ngƣời ta phân
biệt hấp phụ làm hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
-

Hấp phụ vật lý:
Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và phần tử
chất hấp phụ, liên kết này yếu và dễ bị phá vỡ.

-

Hấp phụ hóa học:

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị
hấp phụ, liên kết này bền và khó bị phá vỡ.
Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối vì
ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trƣờng hợp tồn tại cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa
học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ
vật lý giảm, và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.
2.5.2. Giải hấp phụ:
Giải hấp phụ là qúa trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt của chất hấp phụ. Giải hấp
phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Giải hấp phụ là
quá trình tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng nên nó mang đặc trƣng về hiệu
quả kinh tế.
Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
-

Phƣơng pháp nhiệt:
Đƣợc sử dụng cho các trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt
của chúng có khả năng bay hơi.

-

Phƣơng pháp hóa lý:

Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên tiết kiệm thời gian, công tháo dỡ, vận

chuyển, không vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
Phƣơng pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxy
hóa khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ.

-

Phƣơng pháp vi sinh:
13


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Là phƣơng pháp tái tạo khả năng hấp phụ của chất hấp phụ nhờ vi sinh vật.
2.5.3. Cân bằng hấp phụ:
Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ lên
bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại. Theo thời gian, lƣợng chất bị hấp phụ
tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ cảng nhiều thì tốc độ di chuyển ngƣợc trở lại càng lớn. Đến
một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giảm hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng.
2.5.4. Dung lƣợng hấp phụ cân bằng
Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối
lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nhiệt độ và nồng độ.
Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức:

q =
Trong đó:

𝐶0 −𝐶𝑐𝑏 𝑉
𝑚

q: dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m : khối lƣợng chất hấp phụ
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

2.5.5. Hiệu suất:
Hiều suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch
ban đầu.

H=

( 𝐶𝑜 − 𝐶𝑐𝑏 )
𝐶𝑜

.100%

2.5.6. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ:
-

Mô hình động học hấp phụ:
Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính
sau:

-

Khuếch tán các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ.

-

Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ.

-

Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ.

14


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định toàn bộ
quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc, quá trình khuếch tán
thƣờng chậm nhất và đóng vai trò quyết định.
Tốc độ hấp phụ V là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

v=
-

𝑑𝑥
𝑑𝑡

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ:
Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đƣờng đẳng nhiệt hấp

phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng
của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở nhiệt độ xác định. Đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ đƣợc thiết lập bằng cách cho một lƣợng xác định chất hấp phụ vào một lƣợng cho
trƣớc dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ.
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ
đƣợc mô tả thông qua phƣơng trình đẳng nhiệt: phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry ,
phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir…


Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry :

Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phƣơng trình đẳng nhiệt đơn giản mô tả sự
tƣơng quan tuyến tính giữa lƣợng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ (áp suất) của
chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:
a = K.P
Trong đó:

K: hằng số hấp phụ Henry
a : lƣợng chất bị hấp phụ (mol/g)
P: áp suất (mmHg)

Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến tính này nhỏ. Trong vùng đó, sự tƣơng tác
giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không đáng kể.


Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phƣơng trình thực nghiệm mô tả sự hấp
phụ xảy ra trong phạm vi một lớp.

Phƣơng trình này đƣợc biểu diễn bằng một hàm số mũ:
1

q = k. 𝐶𝑐𝑏 𝑛

hoặc dạng phƣơng trình đƣờng thẳng:
1
lgq = lgk + 𝑛 lgCcb
Trong đó:

k : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.
n : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1
15


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Phƣơng trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và
vùng giữa của đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bị hấp phụ.

-

-

 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
Giả thiết của Langmuir (1918):
Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất về năng lƣợng.
Trên bề mặt chất rắn chia ra từng vùng nhỏ, các tâm hoạt động mỗi vùng chỉ tiếp nhận một

phần tử chất hấp phụ. Trong trạng thái bị hấp phụ, các phân tử trên bề mặt chất rắn không
tƣơng tác với nhau.
Quá trình hấp phụ là động, tức là quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ có tốc độ bằng nhau
khi đạt trạng thái cân bằng. Tốc độ hấp phụ tỉ lệ với các vùng chƣa bị chiếm chỗ (tâm hấp
phụ), tốc độ nhả hấp phụ tỉ lệ thuận với các tâm đã bị hấp phụ chiếm chỗ.
Phƣơng trình hấp phụ đảng nhiệt Langmuir có dạng:

q = qmax

𝑘.𝐶𝑐𝑏
1+𝑘𝐶𝑐𝑏

Trong đó: q : dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
qmax : dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/l)
k : hằng số Langmuir
Khi tích số k.Ccb << 1 thì q = qmax. k .Ccb : mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
Khi tích số k.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hòa.
Phƣơng trình Langmuir có thể biểu diễn dƣới dạng đƣờng thẳng:
𝐶𝑐𝑏
𝑞

=

1
𝑞 𝑚𝑎𝑥

𝐶𝑐𝑏 +

1

(*)

𝑞 𝑚𝑎𝑥 .𝑘

Biểu thức (*) có dạng phƣơng trình y = ax +b
Trong đó:
x, y : là các số liệu thực nghiệm.
a: hệ số góc.
k: hằng số
Ta suy ra:

1
𝑞 𝑚𝑎𝑥

= a => qmax =

1
𝑞 𝑚𝑎𝑥 .𝑘

= b => k =

1
𝑎
1
𝑞 𝑚𝑎𝑥 .𝑏

=

1
𝑞 𝑚𝑎𝑥 .𝑏

=

1
1
𝑏.
𝑎

=

𝑎
𝑏

3. TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHÌ Pb BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ.
Ngày nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm môi trƣờng toàn
cầu.
Vì thế đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu và áp dụng để tách kim loại nặng ra khỏi
môi trƣờng nƣớc, nhƣ phƣơng pháp hóa lý ( phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi
16


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

ion,…), phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học…trong đó phƣơng pháp hấp phụ đƣợc
áp dụng rộng rãi và cho kết quả khả thi. Một trong những vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại
đang đƣợc nhiều ngƣời quan tâm là các vật liệu tự nhiên nhƣ: vỏ trấu, bã mía, lõi
ngô…Hƣớng nghiên cứu này có nhiều ƣu điểm là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không
làm nguồn nƣớc bị ô nhiễm thêm.

Đã có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng vật liệu tự nhiên làm vật liệu hấp phụ kim loại
nặng nhƣ:
Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học khoa công nghệ môi trƣờng, trƣờng đại
học Mersin, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy, vỏ củ lạc, một trong những phế phẩm lớn nhất, rẻ mạt của
ngành công nghiệp thực phẩm, có thể sử dụng để cải tạo ruộng, lọc các nguồn nƣớc bị nhiễm
kim loại độc do các nhà máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất, nguồn nƣớc bị nhiễm ion kim
loại và vỏ của củ lạc có thể loại bỏ 95% ion đồng khỏi nƣớc thải công nghiệp trong khi mùn
cƣa của cây thông chỉ loại bỏ đƣợc 44%. Có thể đạt đƣợc hiệu quả cao nhất nếu nƣớc có tính
axit yếu trong khi nhiệt độ lại ít có tác động đến hiệu suất tách loại ion kim loại .
Bã mía: đƣợc đánh giá nhƣ phƣơng tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nƣớc và đƣợc ví nhƣ
than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng nhƣ: Cr(III), Ni(II), Cu(II), Pb
(II)…Bên cạnh khả năng tách kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối
với dầu.
Lõi ngô: nhóm nghiên cứu ở trƣờng đại học North Carolin (Hoa Kỳ) đã tiến hành
nghiên cứu và đề xuất quy trình xử l‎lõi ngô bằng dung dich NaOH và H3PO4 để chế tạo vật
liệu hấp phụ kim loại nặng. Hiệu quả xử ‎lý của vật liệu hấp phụ tƣơng đối cao.
-

Vỏ đậu:

Quá trình hoạt hóa:
Nguyên liệu vỏ lạc ban đầu đƣợc xử lý bằng NaOH để loại bỏ màu, các hợp chất hữu
cơ dễ hòa tan, tiếp tục đƣợc este hóa bằng axit citric.
Và đạt kết quả nhƣ sau:
Trong khoảng pH khảo sát (1.00 ÷ 10.00), khoảng pH để sự hấp phụ các ion kim loại
của VLHP xảy ra tốt nhất đối với Pb là pH (2.00 ÷ 6.00)
Trong các khoảng thời gian khảo sát (từ 5 phút đến 120 phút), khoảng thời gian đạt cân
bằng hấp phụ của VLHP đối Pb(II): thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 40 phút đến 80 phút
Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác định đƣợc
dung lƣợng hấp phụ cực đại của VLHP đối với các ion kim loại chì là 32.36 mg/g

“Theo luận văn thạc sĩ hóa học của Nguyễn Thùy Dƣơng”
- Vỏ trứng: vỏ trứng cũng là một vật liệu hấp phụ tốt kim loại nặng đặc biệt là Pb.
-

Ngoài ra còn nhiều nghiên cứu khác trong việc sử dụng vật liệu cả tự nhiên và nhân tạo
trong việc hấp phụ kim loại nặng.

17


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

PHẦN
II

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

18


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

-

-

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

 Mục đích đề tài:
Thử nghiệm khả năng hấp phụ của chitin – dithyzone với chì (Pb)
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp phụ đó (pH, thời gian, nồng độ, và khối
lƣợng.
 Nhiệm vụ nghiên cứu:
Khảo sát đặc điểm bề mặt của chitin – dithyzone (bằng phổ IR và ảnh chụp SEM)
Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố pH, nồng độ của ion kim loại, thời gian, khối lƣợng
chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ.
Xử lý nguồn nƣớc thải từ các khu công nghiệp, khu chế xuất có nhiễm chì (Pb)

 Phương pháp nghiên cứu:
Kết hợp kỹ thuật phòng thí nghiệm và các phƣơng pháp hóa lý để khảo sát bề mặt chitin –
dithyzone.
Định lƣợng ion kim loại bằng phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử.
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.

Hóa chất, dụng cụ và thiết bị:

-

1.1. HÓA CHẤT:
Dung dịch chuẩn chì (Pb2+)
Pb(CHCOO)2.3H2O (dạng tinh thể), C2H5OH sản xuất tại Trung Quốc.
Giấy lọc kích cỡ ∅ = 100mm , sản xuất tại Trung Quốc.
Nƣớc cất
Chitin, dithyzone, axit HNO3
Dung dịch chì thí nghiệm
Dung dịch đệm axetat PH = 4.6

-

1.2 . DỤNG CỤ
Cốc thủy tinh loại 50 ml của Trung Quốc
Bình định mức 50ml, 250ml, 500ml
ống đong 50ml
pipet 2,5
Micropipet 50, 100ml
Bóp cao su, đũa thủy tinh

-

1.3.THIẾT BỊ
Cân phân tích có độ nhạy 4 chữ số
Cân kỹ thuật
Máy lắc
Máy đo pH
Tủ sấy
Máy cực phổ
19


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2. Cách thực hiện đo bằng máy cực phổ:
Máy cực phổ có rất nhiều cách đo khác nhau ứng với từng chất. Ở đây, chúng tôi dùng
phƣơng pháp AN V83 – Determination of Cd, Cu, Pb in drinking water để đo.

Đầu tiên lấy 0.1 ml mẫu, định mức đến 10ml sau đó thêm 0.5ml dung dịch đệm có pH = 4.6
và cho vào máy cực phổ. Tiến hành sục khí trong vòng 300s và ghi nhận kết quả cƣờng độ
dòng điện trên cực phổ đồ.
3. VẬT LIỆU HẤP PHỤ : (4)
3.1. Nguyên liệu sản xuất chitin:
Nghề nuôi tôm Việt Nam đang ngày càng phát triển, nuôi tôm đƣợc coi là một ngành
siêu lợi nhuận nhƣng cũng có rất nhiều rủi ro. Nƣớc ta nuôi tôm chủ yếu để xuất khẩu, do đó
hầu hết các tỉnh ven biển đều có nhà máy sản xuất tôm đông lạnh. Trong chế biến tôm đông
lạnh, ngƣời ta chỉ lấy phần thịt tôm, còn đầu và vỏ đều bỏ. Đầu và vỏ tôm chứa rất nhiều hợp
chất hữu cơ dễ phân hủy, do đó chúng gây ô nhiễm môi trƣờng rất nghiêm trọng.
Ngoài việc chế biến tôm, một số nhà máy thủy sản còn chế biến cua, nghêu… Những
phế liệu từ các nhà máy thủy sản này có chứa nhiều chitin, do đó việc xử lý phế liệu từ các
nhà máy thủy sản để sản xuất chitin vừa có thể giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và còn
tạo ra các sản phẩm cho xã hội.
Thành phần

Stt

Phế liệu

1

Vỏ hến

0.48

2

Vỏ ốc

1.24

3

Vỏ cua đồng

23.8

chitin (%)

Thành phần

Stt

Phế liệu

4

Vỏ tôm đồng

30.0

5

Vỏ tôm biển

33.1

chitin (%)

3.2. Giới thiệu về chitin:
Năm 1811, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu về chitin. Ngƣời đầu tiên tách đƣợc
chitin từ cách bọ dừa là GS ngƣời Pháp Braconnot. Năm 1878, Ledderhose tìm ra đƣợc cơ chế
tạo thành chitin từ phản ứng giữa glucosamine và axit axetic.

20


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Chitin là vật liệu hữu cơ khá phổ biến trong tự nhiên, chỉ đứng thứ hai sau xenlulozơ.
Chitin đƣợc tìm thấy trong một số loài động vật nhƣng chủ yếu nhất vẫn là trong các loài giáp
xác, động vật thân mềm có vỏ cứng nhƣ tôm, cua. Nó có cấu trúc của polysacarit không phân
nhánh, với nhóm _OH trong xelulozơ đƣợc thay thế bởi nhóm axetylamin _NHCOCH3

Trong phòng thí nghiệm, nguồn nguyên liệu chính để điều chế chitin là vỏ cứng của các
loài giáp xác nhƣ tôm, cua…Tuy nhiên, muốn tinh chế chitin thì phải thực hiện qua một số
bƣớc nhằm loại tạp chất nhƣ: quá trình loại khoáng dùng HCl, quá trình loại protein dùng
NaOH hoặc loại chất màu, carotenoid dùng cách chiết bằng etanol, acetol…Các quá trình này
phải thực hiện dƣới những điều kiện phù hợp thì sản phẩm thu đƣợc mới có độ tinh khiết cao.
Chitin là một polymer không tan trong nƣớc, axit loãng, nhƣng lại tan trong axit vô cơ
đậm đặc nhƣ HCl, H2SO4, H3PO4.
3.3.Ứng dụng của chitin trong việc hấp phụ kim loại nặng
Nhƣ đã nói trên, trong phân tử chitosan chứa các nguyên tố N, O; có đôi điện tử tụ do không
phân chia. Do vậy mà chúng có khả năng tạo phức với nhiều kim loại nhƣ Cu, Cd, Pb,
Fe…Tuy nhiên, tùy thuộc vào thành phần cấu trúc của kim loại làm cho khả năng tạo phức
với chitosan cũng khác nhau, vì thế mà khả năng hấp phụ của từng kim loại lên chitosan khác
nhau.

Cơ chế chung của sự tạo phức giữa kim loại với chitosan đã đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
A2+ + 2HL = AL2 + 2H+

21


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Về mặt lý thuyết thì những cơ chế hấp phụ kim loại lên chitin đến nay vẫn còn đang là vấn đề
xem xét ở nhiều phòng hí nghiệm. Nhƣng về thực tieenc thì chitin vẫn đang đƣợc sử dụng
ngày càng nhiều ở nhiều nƣớc trên thế giới, chính vì thế nghiên cứu sự hấp phụ kim loại nặng
lên chitin là công việc rất có ý nghĩa.
3.4. Một vài tính chất quan trọng của chitin thƣơng phẩm:
STT

Các chỉ tiêu kỹ thuật

Chitin

1

Kích thƣớc

2 – 5 mm

2

Độ ẩm

< 10%

3

Tro

< 2%

4

Protein

< 3%

5

Mùi

Không mùi

6

Màu

Màu trắng

7

Không hòa tan

-

8

Độ nhớt

-

3.5.Công nghệ sản xuất chitin:
Theo phƣơng pháp của P. Meyers và Keuns, Lee, các tác giả trên đƣa ra quy trình sản xuất sản
xuất chtin đơn giản nhƣ sau: vỏ tôm đƣợc tách protein bằng cách khuấy liên tục vỏ tôm khô
trong dung dịch NaOH loãng 3.5% ở nhiệt độ 65º C trong vòng 2 giờ, rồi đêm rửa sạch. LẠi
tiếp tục loại bỏ các chất vô cơ bằng cách khuấy liên tục vỏ tôm trong dung dịch HCl 1N trong
thời gian 30 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó rửa nhiều lần bằng nƣớc sạch cho đến khi vỏ tôm
có pH trung tính.
Ngƣời ta tẩy màu bằng axeton nguyên chất, và làm khô ở 60ºC trong 6 giờ. Cuối cùng
ngƣời ta nghiền thành bột chitin.

22


BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

3.6. Điều chế vật liệu hấp phụ chitin – dithyzone:
Dùng 4ml toluen hòa tan hoàn toàn 0.1g dithyzone. Sau đó, định mức dung dịch có
đƣợc bằng dung dịch CH3CH2OH đến 100ml ta đƣợc dung dịch dithyzone 0.1%. Cho 10g
chitin vào dung dịch dithyzone 0.1% vừa có ở trên, khuấy đều và cho bay hơi toàn bộ dung

dịch.Sấy ở nhiệt độ 600C trong 24h rồi dùng máy xay nhỏ, dùng ray chọn cỡ hạt 0.2 µm thu
đƣợc vật liệu hấp phụ chitin-dithyzone.

CHƢƠNG 2: TIẾN HÀNH KHẢO SÁT
1. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN
1.1.Cách tiến hành:
Lấy 0.5 ml dung dịch Pb chuẩn nồng độ 1000 ppm định mức bằng nƣớc cất trong bình
định mức 50ml để đƣợc 50 ml dung dịch Pb nồng độ 10ppm.
Tiến hành đo bằng máy cực phổ:
- Lấy 0.025ml dung dịch ở trên cho vào ống đong 10ml và định mức bằng nƣớc cất đến
10ml, cho thêm 0.5ml dung dịch đệm. Tiến hành sục khí trong 300s và ghi kết quả.
- Làm lần lƣợt với các nồng độ 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 .
1.2.Kết quả:

c
i

0
0

0.025
79.095

0.05
134.935

0.1
236.02

0.2

422.18

0.4
749.13

Đồ thị:
y = 1666.9x + 20.1
R² = 0.993

900
800
700
600
i

500
400
300
200
100
0
0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Nồng độ mg/l

23

0.3

0.35

0.4

0.45