nghiên cứu điều chế chất hấp phụ ion kim loại bằng phế thải của nhà máy sứ

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

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN
2009-2010

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ
ION KIM LOẠI BẰNG PHẾ THẢI CỦA NHÀ MÁY SỨ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: Sv2009 - 102

S KC 0 0 2 8 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC –THỰC PHẨM
NGHÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA KHỌC CẤP SINH VIÊN
2009 – 2010

NGHÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ ION KIM
LOẠI BẰNG PHẾ THẢI CỦA NHÀ
MÁY SỨ THIÊN THANH
MÃ SỐ : SV2009 - 102

GVHD
NGƯỜI CHỦ TRÌ
NGƯỜI THAM GIA

: PGS.TS.NGUYỄN VĂN SỨC
: BÙI THỊ THU HIỀN
- 07115017
: ĐÀO THỊ LÀI
- 07115031
TRƯƠNG THỊ THÙY
- 07115064

T.P HỒ CHÍ MINH / 8-2010

TP. HỒ CHÍ MINH – 8/2010


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

LỜI CẢM ƠN.

Sau thời gian dài miệt mài làm việc và học tập nghiên cứu,
nay nhóm chúng em đã hoàn thành xong đề tài của mình. Bên cạnh sự
làm việc của nhóm, chúng em đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ tận
tình của các thầy, các cô trong khoa, cũng nhƣ sự cổ vũ của các bạn
trong tập thể lớp Công nghệ môi trƣờng 07.
Để hoàn thành đề tài thành công, sau chúng em luôn có thầy cô dẫn
dắt và động viên.Vì vậy lời đầu tiên, nhóm em xin gửi lời cảm ơn
chân thành nhất đến thầy Nguyễn Văn Sức - ngƣời đã định hƣớng cho
chúng em chọn lựa đề tài và tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em;
cảm ơn cô Yêu Ly đã luôn nhiệt tình chỉ dẫn, cho em những ý kiến
thật giá trị để chúng em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Bạch Huệ cùng các giáo
viên bộ môn Công nghệ Môi trƣờng tạo điều kiện thuận lợi cho
em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết bị trong quá trình thực
hiện đề tài.
TPHCM, ngày 10 tháng 8 năm 2010

Nhóm nghiên cứu.

Trang 1

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………
TP.HCM, ngày tháng 8 năm 2010

Trang 2


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN.
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
.......................................................................................................... ………….
..........................................................................................................................
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
……................
………………………………………………………………………………
……
………………………………………………………………………………
……
………………………………………………………………………………
……
TP.HCM, ngày…..tháng 8 năm 2010

Trang 3

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4-1
Lập đƣờng chuẩn đo
2+
Pb ………………………………………………34
Bảng 5-1
Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH, Co= 29 ±
0,2oC………………….43
Bảng 5-2

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH, Co= 29 ±

0,2oC………………….44
Bảng 5-3

Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp phụ Pb2+ Co = 50 mg/l,
pH = 5-5,5 ; liều PTGS = 0,2 g/l,

to=29±0,20C………………………47
Bảng 5-4

Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt Co = 20(mg/l )
pH = 5-5,5 ; to= 29±0,2oC, t = 20

phút………………………………..49
Bảng 5-5

Các hằng số đẳng nhiệt hấp phụ Pb+2 lên PTGS, Co=20mg/l;
pH = 5-5,5; to = (29 ±

1)oC……………………………………………51
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 2-1
Hình bánh cao lanh nguyên
khai………………………………………..18
HÌNH 2-2
Hình bánh cao lanh
lọc………………………………………………….19
HÌNH 5.1.1 Ảnh SEM bột PTGS, độ phóng đại
x220……………………………….37
HÌNH 5.1.2 Ảnh SEM bột PTGS, độ phóng đại
x400……………………………….38
HÌNH 5.1.3 Ảnh SEM bột PTGS, độ phóng đại
…………………………………….39
HÌNH 5.1.4 Ảnh SEM bột PTGS, độ phóng đại
x3000……………………………...40
HÌNH 5.1.5 Phổ FT-IR của bột PTGS
……………………………………………....41
HÌNH 5.1.6 Kết quả
BET…………………………………………………………..42
HÌNH 5.2.1 Đồ thị mô tả đƣờng chuẩn
chì………………………………………….43

Trang 4

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

HÌNH 5.3.1 Đồ thị biểu thị ảnh hƣởng của
Ph………………………………………45
HÌNH 5.4.1 Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến % hấp
phụ……………………..47
HÌNH 5.5.1 Phƣơng trình đƣờng thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo
Langmuir………...49
HÌNH 5.5.2 Phƣơng trình đƣờng thẳng hấp phụ đẳng nhiệt theo
Freundlich……….49

Trang 5


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

MỤC LỤC
CHƢƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………5

1.1 Đặt vấn đề…………………………………………………5
1.2 Sự cần thiết………………………………………………...5
1.3 Mục đích của đề tài………………………………………...6

1. 4 Phạm vi……………………………………………………6
1.5 Đối tƣợng và tình hình xử lí kim loại nặng………………..7
1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………..8
CHƢƠNG II

TỔNG QUAN…………………………………………..8

2.1 Tổng quan về chì:………………………………………….14
2.2 Tổng quan về gốm sứ và nguyên liệu …………………...19
CHƢƠNG III

CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………...19

3.1 Cơ sở của quá trình hấp phụ ………………………………19
3.2. Kỹ thuật hấp phụ…………………………………………..23
3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ………………………………………..25
3.4. Lý thuyết phƣơng pháp cực phổ..........................................27
3.5. Các hiện tƣợng ngăn cản việc xác định…………………….29

CHƢƠNG IV VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………30
4.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị………………………………..30
4.2 Tiến hành thí nghiệm……………………………………....34
CHƢƠNG V

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT……………………………..34

CHƢƠNG VI

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………..50

CHÚ THÍCH VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………….54

Trang 6


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Đặt vấn đề

Ô nhiễm nƣớc trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, đang là một vấn
đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chất lƣợng môi
trƣờng và sức khỏe con ngƣời trên toàn thế giới. Đặc biệt từ khi cuộc cách mạng
khoa học công nghệ ra đời một mặt năng suất lao động nâng cao một cách đáng
kể, nhƣng đồng thời kèm theo đó là mức độ tàn phá môi trƣờng sống của chính
chúng ta ngày càng đáng sợ và nghiêm trọng hơn. Nƣớc thải công nghiệp kèm
theo các chất độc hại nhƣ kim loại nặng đang là mối nguy hiểm đối với môi
trƣờng cũng nhƣ chất lƣợng cuộc sống của ngƣời dân. Ở Việt Nam, ô nhiễm môi
trƣờng nƣớc cũng đang ở mức báo động.TP.Hồ Chí Minh (HCM), Đà Nẵng,
Vinh, Hà Nội, Hải Phòng và các thành phố lớn là những nơi dẫn đầu về mức độ ô
nhiễm. Ở TP.HCM, hầu hết các kênh rạch bị ô nhiễm trầm trọng: nhiễm hữu cơ,
ô nhiễm vô cơ và sinh vật, ô nhiễm kim loại nặng. Đặc biệt ô nhiễm kim loại
nặng đang là ấn đề báo động ở các khu công nghiệp, các cơ sở sản xuất.
1 .2 .Sự cần thiết

Kim loại nặng (KLN) có vai trò thật sự to lớn trong quá trình phát triển của loài

ngƣời, đặc biệt trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên chất thải có chứa kim
loại nặng ở trạng thái ion (KLN tồn tại trong nƣớc, đất…) thì nó lại rất độc hại
với con ngƣời, thực vật, động vật nếu nó xâm nhập vào cơ thể. Tích lũy với nồng
độ cao KLN có thể gây ung thƣ cho con ngƣời, động vật còn thực vật không phát
triển đƣợc… Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra phƣơng pháp

Trang 7


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

tối ƣu nhất để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng bị ô nhiễm. Trong
phạm vi của đề tài, chúng em chỉ nghiên cứu việc loại bỏ KLN ra khỏi môi
trƣờng nƣớc. Đề tài nghiên cứu sự hấp phụ của phế liệu gốm sứ nhằm tìm thêm
một phƣơng pháp mới có thể loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng bị ô nhiễm
kim loại nặng.
Hiện nay nguyên liệu gốm sứ có rất nhiều. Phế thải gốm sứ là chất thải sau quá
trình đúc gốm từ các làng nghề, xƣởng xí nghiệp. Nếu nghiên cứu thành công khả
năng hấp phụ của phế thải gốm sứ đối với ion kim loại nặng sẽ mang lại hiệu quả
kinh tế rất lớn, tận dụng đƣợc nguồn phế thải trong các làng nghề và các nhà
máy. Chính những nguyên liệu này là một lƣợng không nhỏ của chất thải ra môi
trƣờng mà các nơi sản xuất đang suy nghĩ phải đƣa ra môi trƣờng nhƣ thế nào.
Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tƣơng tự chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều
ở nƣớc ta.

1.3.Mục đích của đề tài:
Tìm hiểu về ion KLN điển hình là Pb2+ trạng thái tồn tại trong môi trƣờng, ảnh
hƣởng của ion này lên con ngƣời, thực vật, động vật.

- Tìm hiểu về chất thải gốm sứ và nghiên cứu khả năng hấp phụ của nguyên
liệu đối với loại ion KLN trên.
- Nghiên cứu pH tối ƣu, thời gian tối ƣu, lƣợng Chì đƣợc hấp phụ tối ƣu và ảnh
hƣởng của liều lƣợng cũng nhƣ khả năng hấp phụ Chì với nguyên liệu gốm sứ
khác nhau.
- Từ đó đƣa những kết luận và kiến nghị.
1. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tƣợng nghiên cứu:
+ Ion Pb2+
+ Phế thải gốm sứ.
Phạm vi nghiên cứu:

Trang 8


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

- Đề tài chỉ thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm Công Nghệ Môi Trƣờng
(phòng B211) trƣờ ng ĐH.SPKT TP.Hồ Chí Minh.
- Mẫu nƣớc chứa Pb tự pha.
- Tìm hiểu phƣơng pháp cực phổ.
- Tìm hiểu phƣơng pháp hấp phụ.
1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý kim loại nặng:
Ở nƣớc ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý KLN trong nƣớc thải.
Dƣới đây là vài công trình tiêu biểu:
- Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lƣợng Pb trong nƣớc thải khu công
nghiệp Hòa Khánh – Liên Chiểu Đà Nẵng bằng phƣơng pháp Von – Ampe hòa
tan. Tác giả Lê Thị Mùi – Đại Học Sƣ Phạm thuộc Đại Học Đà Nẵng

- Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng Đồng, Kẽm, Niken, Chì bằng
thiết bị phản ứng tạo hạt. Luận văn Thạc sĩ của Hồ Thị Xuân Tình.
- Nghiên cứu bƣớc đầu quá trình xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng việc
sử dụng vật liệu chất thải rắn từ ngành chế biến Thủy sản. Luận văn Thạc sĩ của
Dƣơng Thanh Sang.
- Bƣớc đầu nghiên cứu khả năng hút thu và tích lũy Chì ở bèo tây và rau muống
trong nền đất bị ô nhiễm. Tác giả Lê Đức, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Xuân
Huân
- ĐH Khoa Học Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
- Tiến sĩ Nguyễn Trung Minh và cộng sự đã sử dụng thành phần có ích của
bùn đỏ để tạo ra một loại vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại
nặng trong nƣớc thải, thân thiện với môi
trƣờng .[1.1]
1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Phƣơng 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 nƣớc, phƣơng tiện

Trang 9


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

truyền thông, tiến hành chọn lọc, tổng hợp tìm hiểu về quá trình phát sinh, ảnh
hƣởng đến sức khỏe và môi trƣờng của crom VI, tình hình nghiên cứu, xử lý
crom; các nội dung liên quan đến xử lý kim loại nặng bằng phƣơng pháp hấp phụ
để có hƣớng nghiên cứu phù hợp.
Phƣơng pháp thực nghiệm: Đây là phƣơng 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 lƣợng 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.
Phƣơng pháp toán học: Xử lý các số liệu thực nghiệm, tính toán các
thông số cho quá trình hấp phụ.
Phƣơng pháp đồ thị: Từ các số liệu toán học, dữ liệu thực nghiệm,
phƣơng pháp đồ thị đem lại cái nhìn trực quan, toàn diện, dễ dàng phân tích nhận
định về các kết quả đạt đƣợc, xác định hƣớng nghiên cứu hợp lý nhất.
Phƣơng pháp so sánh: Các kết quả đạt đƣợc 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.[1.2]

Trang 10


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG II
TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ CHÌ:
2.1.1.Giới thiệu chì:
Tên gọi và vị trí : Chì ( tên Latinh la Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa
học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn, số thứ tự nguyên tử là 82, khối
lƣợng nguyên tử bằng 297,19 nóng chảy ở 327,40C, khối lƣợng riêng bằng 11,34
g/cm3.
Tính chất vật lý :Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị,
khônghòa tan trong nƣớc, không cháy, chì rất mềm dễ gia công. Tuy nhiên chỉ

cần bổ sung một lƣơng nhỏ các nguyên tố nhƣ antimon, bismuth, arsen, đồng hay
kim loại kiềm thổ là có thể tăng độ cứng của chì lên đáng kể. Vì vậy, chì thƣờng
sử dụng dƣới dạng hợp kim trong công nghệ chế tạo máy
Tính chất hóa học :
 Tác dụng với H2S trong môi trƣờng clohydric cho kết tủa PbS đen.
 Tác dụng với K2SO4 cho kết tủa màu vàng của PbCrO4 tan trong dung
dịch KOH, không tan trong axit axetic.
 Tác dụng với HCl và H2SO4 đều cho kết tủa clorua và sulfat.
 Chì có ái lực mạnh với lƣu huỳnh, trong tự nhiên thƣờng tồn tại dƣới
dạng sulfit.
 Chì nguyên chất ở trong không khí thƣờng đƣợc phủ nhanh bởi một
lớp oxit mỏng PbO
 Chì khó bị ăn mòn, chỉ tan trong các axit sulfuric và nitric đậm đặc
 Trong các hợp chất, chì thƣờng có số oxi hóa +2 và +4. Những hợp
chất chì +2 bền hơn .
Chì và các hợp chất của chì là rất độc. Chì không bị phân hủy và có khả năng
tích tụ trong cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn

Trang 11


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2 .1.2 Độc tính của chì:
Chì và nhiều hợp chất của chì đƣợc nghành độc học xếp vào nhóm độc bản
chất. Trong cơ thể, chi không bị chuyển hóa, chỉ đƣợc vận chuyển từ bộ phận này
sang bộ phận khác, bị đào thải qua bộ đƣờng bài tiết và tích tụ lại trong một số cơ
quan với hàm lƣợng tăng dần theo thời gian tiếp xúc. Chính vì vậy, ảnh hƣởng gây

độc của chì là rất nghiêm trọng và lâu dài.
Từ khi độc học về chì đƣợc con ngƣời nghiên cứu cho tới thập niên 1960,
hàm lƣợng chì trong máu 60 µg/d L đƣợc coi là bắt đầu gây nguy hại đối với cả trẻ
em và ngƣời lớn. Sau đó, con số nàygiảm xuống còn 30 µg/d L (năm 1975 ) và 25
µg/d L (năm 1985 ). Ngày nay, hàm lƣợng chì trong máu đƣợc coi là bắt đầu gây
nguy hại đối với trẻ em la 10 µg/d L và đối với ngƣời lớn là 25 µg/d L ( Theo trung
tâm kểm soát bệnh tật và Viện nghiên cứu quốc gia về an toàn lao động và sức khỏe
Liên bang Mỹ . µg/d L =100 g/ L )
Theo ƣớc tính hàng ngày một ngƣời đƣa vào cơ thể từ 20 – 400mg Pb.
Khoảng 5 – 15% Pb đƣợc cơ thể hấp thu và chủ yếu tập trung ở xƣơng .
Độc chì gây hại đến các chức năng trí óc, gây vô sinh, sẩy thai và tăng
huyết áp đặc biệt gây rối loạn thần kinh trí não ở trẻ em làm giảm chỉ số thông minh
(IQ) của trẻ.
Chì tồn tại và tích lũy trong cơ thể đến một lƣợng nhất định thì có thể gây
ảnh hƣởng tới sức khỏe. Nhiễm độc chì có thể cấp tính và mãn tính. Nhiễm độc chì
thƣờng gây rối loạn trí óc, co giật, đo khớp, hôn mê và dẫn đến tử vong .
Ngoài ra chì còn gây độc đối với hệ sinh thái trên cạn : làm giảm hoạt tính
của đất , ảnh hƣởng tới sự tăng trƣởng của thực vật …..[2.1]
2.1.3. Nguồn gốc phát sinh chì ra môi trƣờng:

Trang 12


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Nguồn tự nhiên :
Trong tự nhiên, chì là nguyên tố vi lƣợng có trong thành phần của vỏ trái đất. Hàm
lƣợng chì trong vỏ trái đất vào khoảng 13 µg/g . Chì tồn tại trong khoảng 84 khoáng

chất, điển hình nhất là galen PbS.
Chì trong vỏ trái đất xâm nhập vào các thành phần khác của môi trƣờng ( khí quyển,
thủy quyển ) nhờ các quá trình tự nhiên sau :phong hóa trái đất ,đông đất núi lửa, xói
mòn
Nguồn nhân tạo :
Ngày nay chì đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống và tất cả
loại hình công nghiệp. Nhờ những tính chất đặc biệt nhƣ dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ
tái chế, dễ tạo hợp kim, khó bị ăn mòn.
 Công nghiệp chế tạo acquy chiếm 60% lƣợng chì con ngƣời sử dụng
 Ngành sản xuất đạn dƣợc, vỏ bọc dây cáp, cán ép tấm chì chiếm 15 %
 Ngoài ra còn sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất sơn, gốm sứ, sản
xuất bột màu
 Trong nghành chế tạo máy và xây dựng chì dùng để chế tạo các khớp nối,
đƣờng ống, van, các chi tiết máy móc có tiếp xúc với môi trƣờng ăn mòn và lộ
thiên.
 Trong nông nghiệp, ngƣời ta sử dụng một số hợp chất của chì có tính kháng
sinh làm thuốc trừ sâu.
 Chì đƣợc sử dụng rộng rãi trong giao thông dƣới dạng tetrâlkyl(chất chống nổ
trong xăng)
 Trong đời sống hằng ngày, chì đƣợc sử dụng dƣới nhiều hình thức khác nhau :
vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện…..
Trong tổng lƣợng chì phát sinh ra ngoài môi trƣờng, chì từ các hoạt động nhân
tạo chiếm 95 %.
2.1.4.Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng Pb2+
Hiện có nhiều quy trình công nghệ để khử KLN ra khỏi nƣớc thải:
Keo tụ (kết tủa), lắng, lọc thông thƣờng với hóa chất keo tụ là các hydroxit
kim loại, sulfit, cacbonat và đồng keo tụ với hydroxit Nhôm và Sắt. Ngoài ra còn có

Trang 13

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

các phƣơng pháp khác nhƣ :trao đổi ion, hấp phụ, lọc qua màng, điện phân, phƣơng
pháp sinh học, kết tủa hóa học.
Kết tủa hóa học là kỹ thuật thông dụng nhất để loại bỏ KLN hào tan trong
nƣớc thải. Phƣơng pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đƣa vào nƣớc thải
với KLN cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và đƣợc tách ra khỏi
nƣớc thải bằng phƣơng pháp lắng. Hiệu quả của quá trình kết tủa hóa học phụ thuộc
vào các yếu tố nhƣ: các ion KLN, nồng độ của chúng trong nƣớc thải, tác nhân gây
kết tủa, điều kiện phản ứng và các tác nhân cản trở.
- Ƣu điểm của phƣơng pháp kết tủa hóa học:
+ Quá trình vận hành đơn giả
+ Chi phí đầu tƣ thấp
- Nhƣợc điểm của phƣơng pháp kết tủa hóa học:
+ Thời gian xử lý chậm
+ Chiếm diện tích xử lý lớn
+ Thể tích bùn cao
+ Phải xử lý bùn chứa KLN
+ Yêu cầu giám sát hệ thống liên tục
Kết tủa hydroxit kim loại Me(OH)n:
Phƣơng pháp truyền thống xử lý KLN là kết tủa hóa học của những hydroxit
kim loại bằng

việc keo tụ chúng thành những bông cặn lớn hơn, nặng hơn để có thể

lắng đƣợc và sau đó tách ra khỏi nƣớc. KLN hòa tan trong môi trƣờng axit và kết tủa
ở môi trƣờng kiềm. Cho nên khi tăng

pH của dung dịch chứa KLN sang môi trƣờng kiềm sẽ làm chúng kết tủa.
Kết tủa hudroxit kim loại MeS: Ngoài kết tủa KLN dƣới dạng hydroxit còn kết
tủa KLN dƣới dạng sulfit. Một trong những thuận lợi chính của của vệc sử dụng chất
kết tủa này so với hydroxit kim loại là khả năng hòa tan của dạng hợp chất kim loại
này thấp hơn so với hydroxit kim loại.
Me2+ + S2- → MeS↓
Tuy nhiên sử dụng sulfit trong kết tủa KLN yêu cầu thận trọng hơn trong việc sử

Trang 14


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

dụng dƣới dạng hydroxit. Sử dụng quá nhiều sulfit trong dung dịch có tính kiềm sẽ
hình
thành H2S, khí độc có mùi khó chịu.
Kết tủa carbonat kim loại (MeCO3):
Na2CO3là chất đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp này.
Na2CO3 + Me2+ → MeCO3↓ + Na+
Nó có ƣu điểm là các muối carbonat không hòa tan trở lại trong môi trƣờng có
tính kiềm. Ngoài ra nó còn có khả năng trung hòa.
Trao đổi ion: Dựa trên nguyên tắc của phƣơng pháp trao đổi ion dùng ionit là
nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức
trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion đƣợc tiến hành trong các cột cationit và anionit.
Đây là phƣơng pháp có hiệu suất cao, có thể thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế.
Ví dụ nhƣ quá trình trao đổi ion Ni2+:
2(R-SO3H) + Ni- = (R-SO3)2Ni + H+
Trong đó R- là gốc hữu cơ của nhựa trao đổi ion, SO3 là gốc nhóm cố định của

nhóm ion hoạt động –SO3H+.
Khả năng trao đổi sẽ giảm khi hoặc cạn kiệt khi toàn bộ các nhóm hoạt tính của
nhựa trao đổi ion bị thay thế bằng các ion kim loại.
Để khôi phục khả năng trao đổi ion ngừơi ta có thể rửa vật liệu bằng các dung dịch
có nồng độ cao của ion trao đổi của ion H+, hay Na+ … tùy theo lớp lọc là H- cationit
hay
Na-cationit…
Ƣu điểm của phƣơng pháp ion:
+ Thu hồi có chọn lọc KLN
+ Thể tích chất thải ít
+ Thể tích chất tái sinh ít
+ thiết bị gọn nhẹ
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp ion
+ Chi phí đầu tƣ cao
+ Vận hành phức tạp [2.2]

Trang 15


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2.2 .TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ:
2.2.1. Gốm sứ: sứ là vật liệu gốm mịn không thấm nƣớc và khí (< 0,5%) thƣờng
có màu trắng. Sứ có độ bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt. Sứ
đƣợc dùng để sảnxuất đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng. Nhƣ vậy sứ
là một loại gốm đặc trƣng mà ai cũng biết.
Nguyên liệu sản xuất gốm sứ :
Theo truyền thống ngƣời ta chia ngu yên liệu để sản xuất gốm sứ làm 3

lo ại chí nh :


Nguyên liệu dẻo: các loại cao lanh và đất sét . Tính dẻo ở đây là

do các khoáng sét mà ra.
 Nguyên liệu không dẻo, loại đƣợc gọi là nguyên liệu đầy: điển hình nhƣ
thạch anh, corundon, đất sét nung (samốt) (nguyên liệu đầy có các hạt thô hơn
hạt thƣờng không xốp và biến tính khi nung ).


Nguyên liệu không dẻo, loại đƣợc gọi là chất trợ dung : là tràng thạch

alkali hay các nguyên liệu chứa các oxyt kiềm thổ chẳng hạn. ( chức năng chính
của nó là tạo pha lỏng khi nung. Điều này sẽ tạo điều kiện và thúc đẩy nhanh quá
trình kết khối)
Đứng về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm 1(nguyên liệu dẻo) là
quan trọng nhất vì khoáng caolinit trong đất sét sau quá trình nung hình thành
pha tinh thể mullit, là khoáng đóng vai trò quyết định hình thành nên những tính
chất của gốm.
Lƣợng phế thải do công nghiệp làm gốm sứ thải ra môi trƣờng là rất lớn trong
đó lƣợng cao lanh đƣợc xem là chủ yếu.
2.2.1.1 Cấu trú c hóa học của cao lanh: có cấu t rúc 2 lớp 1 :1
(t ƣơng t ự nhƣ dickit , nacr it , hallo ys it )...với công t hức chung là
Al 2 S i 2 O 5 (OH) 4 . nH 2 O ( n = 0, 2), t hành phần gồ m S iO 2 , Al 2 O 3 ,

Trang 16


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

H 2 O, ngoài ra còn có một lƣợng nhỏ t ạp chấ t Fe, T i, K và Mg. Có
3 nhóm chính:

Nhóm caolinit : Đặc trƣng của nhóm caolinit là khoáng caolinit
(tên khoáng này đƣợc lấy làm tên cho cả nhóm), là khoáng chủ yếu trong
các mỏ cao lanh và đất sét, có công thức hoá
học là Al O .2SiO .2H O. Thành phần hóa của khoáng này là SiO :
2

3

2

2

2

46.54%;
Al O : 39.5%; H O: 13.96%.
2

3

2

Nhóm Môntmôrilônit là loại silicat 3 lớp nên khi có nƣớc các phân tử
H2O có thể đi sâu vào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lƣới của nó

trƣơng nở rất lớn, cũng chính do cấu trúc của bản thân nó nên khoáng này có
khả năng hấp phụ trao đổi ion lớn. Khối lƣợng riêng môntmôrilônit từ 1.7 ÷ 2.7
3

g/cm . Trong sản xuất gốm khoáng này có tên là bentônit. Đối với gốm mịn khi
phối liệu có độ dẻo kém ngƣời ta thƣờng thêm một lƣợng 2 ÷ 5% bentônit để

Trang 17


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

tăng độ dẻo.

Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica):
Illit hay mica ngậm nƣớc là những khoáng chính trong nhiều loại đất sét.
Các dạng mica ngậm nƣớc thƣờng gặp là:
Muscôvit: K O.3Al O .6SiO . 2H O
2

Biôtit:

2

3

2

2

K O.4MgO.2Al O .6SiO . H O
2

2

3

2

2

2.1.1.2 Tính chất vật lý:
Cao lanh có màu t rắng, t rắng xám, dạng đặc sít hoặc là những
khố i dạng đất sáng màu, t ập vảy nhỏ, t inh t hể đơn vị dạng hì nh lục

Trang 18


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

lăng liên kết t hành các t ấm nhỏ, mỏ ng, đƣờng kí nh kh oảng 0,2- 12
µ m, khố i lƣợng r iêng khoảng 2,1 -2,6 g/cm3, độ cứng 1 -2,5, có khả
năng t rao đổi cat io n khoảng 2 –15 meq/100g và phụ t huộc nhiều vào
kích t hƣớc của hạt , nhƣng các phản ứng t hay t hế cat io n xảy ra với
tốc độ rất lớn Nhiệt độ nóng chảy của kaolin: 1.750-1.787oC.[2.3]

HÌNH 2-1 CAO LANH ( KAOLIN ) NGUYÊN KHAI

Trang 19


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

HÌNH 2-2 BÁNH CAO LANH LỌC

2.2.2.Ứng dụng của cao lanh:
Cao lanh dùng để tổng hợp vật liệu zeolit. Thành phần trong cao lanh chủ yếu là
Zeolite, chất này có rất nhiều ứng dụng. Ngoài việc sử dụng tách ion kim loại
nặng, amoni, hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải và nƣớc sinh hoạt.Trong
nông nghiệp thì Zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dƣỡng trong phân bón vào đất,
giúp tiết kiệm lƣợng phân bón, tăng độ phì nhiêu (do là vật liệu xốp nên làm xốp
đất), giữ độ ẩm và điều hoà độ pH cho đất (ở VN đất hơi chua trong khi zeolite
lại có tính kiềm).Trong lĩnh vực chăn nuôi chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn
cho lợn và gà. Khi đƣợc trộn vào thức ăn, chế phẩm sẽ hấp phụ các chất độc
trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hoá và tăng
trƣởng. Đƣợc biết zeolite không độc đối với ngƣời cũng nhƣ vật nuôi.

Trang 20


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

( Nguồn tài liệu từ: Đề tài nghiên cứu của TS.Tạ Ngọc Đôn, trƣởng khoa hóa học
trƣờng ĐHBK-HN ).[2.4]

CHƢƠNG III
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU

3.1.Cơ sở quá trình hấp phụ:
3.1.1.

Những nguyên lý chung

Hiện nay phƣơng pháp hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc thải công
nghiệp. Phƣơng pháp này cho phép xử lý nƣớc thải chứa một hoặc nhiều loại chất
bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nƣớc rất thấp, trong khi đó dùng
các phƣơng pháp khác để xử lý thì không đƣợc hoặc cho hiệu suất rất thấp.
Thông thƣờng, phƣơng pháp hấp phụ dùng để xử lý triệt để nƣớc thải sau khi đã
xử lý bằng phƣơng pháp khác.
Hấp phụ là hiện tƣợng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai
pha. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng và khí, giữa pha
lỏng và rắn. Có hai loại hấp phụ:
- Hấp phụ lý học: là quá trình hút (hay tập trung) của một hoặc hỗn hợp các
chất bẩn hòa tan thể khí hoặc thể lỏng trên bề mặt chất rắn. Các nguyên tử bị hấp
phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân
chia pha. Trong hấp phụ vật lý không hình thành các liên kết hóa học mà chỉ bị
ngƣng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết
phân tử yếu (lực Vander Walls) và liên kết Hydro. Quá trình hấp phụ vật lý luôn
thuận nghịch, tức là luôn ở trạng thái cân bằng động giữa hấp phụ và nhả hấp,
nhiệt hấp phụ không lớn. Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp).
- Hấp phụ hóa học: hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ liên
kết với các phân tử bị hấp phụ và hình thành các hợp chất hóa học trên bề mặt

Trang 21


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

phân chia pha. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thƣờng:
liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí… Sự hấp phụ hóa học thƣờng
bất thuận nghịch, tùy theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận
nghịch ở quá trình hấp phụ khác nhau. Thông thƣờng, hấp phụ hóa học tạo ra các
mối nối khá bền vững. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn. Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít,
không hơn một lớp trên bề mặt chất hấp phụ (đơn lớp).
Trong xử lý nƣớc thải, quá trình hấp phụ thƣờng là sự kết hợp của cả hấp phụ vật
lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ các chất bẩn hòa tan là kết quả của sự di chuyển
phân tử của những chất đó từ nƣớc vào bề mặt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) dƣới
tác dụng của trƣờng lực bề mặt. Trƣờng lực bề mặt gồm hai dạng:
- Hydrat hóa các phân tử chất tan, tức là tác dụng tƣơng hỗ giữa những phân tử
chất bẩn hòa tan với những phân tử nƣớc trong dung dịch.
- Tác dụng tƣơng hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyên tử
trên bề mặt chất rắn.
Hai dạng tác dụng này đối kháng với nhau. Tác dụng hydrat hóa càng mạnh thì
các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặt chất rắn và ngƣợc lại. Tác dụng hydrat
hóa càng mạnh khi chứa càng nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử chất bẩn, vì
nhóm hydroxyl có năng lƣợng hydrat hóa lớn do chúng có liên kết hydro với các
phân tử nƣớc.
Phân tử chất bẩn có điện tích làm cho phân tử nƣớc hƣớng vào bao bọc xung
quanh. Kết quả phân tử chất bẩn khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bề mặt
chất rắn với năng lƣợng rất nhỏ so với những phân tử chính của những chất đó

khi không bị phân ly.

3.1.2.

Các quá trình chuyển khối

Trang 22


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

3.1.2.1.

GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Hệ phản ứng rắn - lỏng

Các hệ hấp phụ đƣợc xem là hệ phản ứng giả định, mà trong đó quá trình
không tạo thành sản phẩm hóa học rõ ràng. Phản ứng hóa học dị thể là hệ phản
ứng mà tất cả các chất tham gia tổn tại ít nhất trong hai pha. Vì hệ phản ứng thực
hiện trong các pha khác nhau nên phƣơng trình động học bao gồm động hóa học
và động học chuyển khối. Dạng chuyển khối cũng sẽ khác nhau trong các hệ
khác nhau (đối lƣu, khuếch tán trong pha khí, lỏng, chất rắn xốp, qua màng…)
nên không có một phƣơng trình tổng quát nào cho hệ phản ứng giả định.
Vận tốc quá trình hấp phụ phụ thuộc nồng độ, cấu trúc của chất hòa tan, nhiệt
độ nƣớc, hình dạng và tính chất hấp phụ. Bởi vì thông thƣờng quá trình hấp phụ
diễn ra rất nhanh nên giai đoạn xác định vận tốc hấp phụ chỉ là quá trình khuếch
tán ngoài và khuếch tán trong. Tổng quát, động học hấp phụ gồm ba giai đoạn:
- Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch
tán trong dung dịch.

- Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa
các hệ mao quản – Giai đoạn khuếch tán màng. Giữa hạt chất rắn và pha lỏng
luôn tồn tại một lớp chất lỏng gọi là màng. Màng đƣợc hình thành do tính chất
tƣơng tác giữa lớp phân cách pha, do tính thủy động của hệ.
- Chất hấp phụ bị khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ
- Giai đoạn khuếch tán trong. Đối với các chất rắn đặc, khi các chất tham gia
phản ứng tiếp xúc với bề mặt ngoài của hạt, phản ứng bắt đầu xảy ra mà không
có giai đoạn khuếch tán trong. Đối với chất rắn xốp, diện tích bề mặt ngoài
thƣờng là nhỏ so với diện tích trong các mao quản nên phản ứng hóa học chủ yếu
xảy ra ở diện tích mao quản tạo nên độ xốp của hạt. Dòng khuếch tán này lớn hay
nhỏ tùy thuộc sự chênh lệch nồng độ dọc theo chiều khuếch tán và tƣơng tác của
chất khuếch tán với chất lỏng trong mao quản và với chất rắn.

Trang 23