nghiên cứu khả năng hấp phụ pb2+ và cd2+ bằng vỏ xoài

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

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Pb2+ VÀ Cd2+ BẰNG VỎ XOÀI
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2010 - 76

S KC 0 0 2 8 3 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM


ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Pb2+ VÀ
Cd2+ BẰNG VỎ XOÀI

MÃ SỐ: SV2010 - 76

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ

: LÊ VĂN HẠNH

NGƯỜI THAM GIA

: NGUYỄN HOÀNG ÂN
CAO THIÊN TỰ
: KHOA CNHH & TP

ĐƠN VỊ

TP. HỒ CHÍ MINH – 03/2011

Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

MỤC LỤC
Chƣơng I: GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................4
1.1.

Đặt vấn đề .................................................................................................................... 4

1.2.

Sự cần thiết .................................................................................................................. 5

1.4.

Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 6

1.5.

Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................. 6

1.6.

Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................................. 6

Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ
KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC ..................................................7
2.1. Tổng quan về Chì .............................................................................................................. 7
2.1.1. Đặc tính của Chì ........................................................................................................ 7
2.1.2. Ứng dụng của Chì ...................................................................................................... 8
2.1.3. Các nguồn phát sinh Chì ........................................................................................... 9

2.1.4. Độc tính của chì đối với con ngƣời ...........................................................................11
2.2. Tổng quan về Cadimi .......................................................................................................12
2.2.1. Đặc tính của Cadimi .................................................................................................12
2.2.2. Ứng dụng của Cadimi ...............................................................................................12
2.2.3. Các nguồn phát sinh Cadimi ....................................................................................12
2.2.4. Độc tính của Cadimi đối với con ngƣời ....................................................................13
2.3. Tổng quan về vỏ xoài : ......................................................................................................13
2.4. Các phương pháp xử lý kim loại nặng (Pb

2+

2+
và Cd ) ....................................................15

2.4.1. Phƣơng pháp kết tủa hóa học ...................................................................................15
2.4.1.1. Phƣơng pháp keo tụ hydroxit kim loại Me(OH)n .............................................15
2.4.1.2. Phƣơng pháp kết tủa hydroxit kim loại MeS ....................................................16
2.4.1.3. Phƣơng pháp kết tủa carbonat kim loại (MeCO 3) ............................................16
2.4.2. Phƣơng pháp trao đổi ion .........................................................................................16
2.4.3. Phƣơng pháp hấp phụ ..............................................................................................18
2.4.4. Phƣơng pháp lọc màng .............................................................................................19
2.4.5. Phƣơng pháp điện phân ............................................................................................19

Chƣơng III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG VỎ
XOÀI ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG ...............................................19
3.1.

Lý thuyết hấp phụ.......................................................................................................19

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

1


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài
3.2.

Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ ..................................................................................20

3.3.

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir ..............................................................................21

3.4.

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich ............................................................................23

3.5.

Lý thuyết phƣơng pháp cực phổ ................................................................................23

3.5.1.

Phƣơng pháp cực phổ .........................................................................................23

3.5.2.

Các hiện tƣợng ngăn cản việc xác định ..............................................................24

3.5.3.

Độ chọn lọc...........................................................................................................25

3.5.4.

Độ nhạy ................................................................................................................25

3.5.5.

Độ chính xác .........................................................................................................25

Chƣơng IV. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........26
4.1.

Hóa chất, dụng cụ, thiết bị..........................................................................................26

4.1.1.

Hóa chất ..............................................................................................................26

4.1.2.

Dụng cụ ...............................................................................................................26

4.1.3.

Thiết bị ................................................................................................................27

4.2.

Chuẩn bị mẫu, hóa chất để phân tích.........................................................................27

4.3.

Các bƣớc thực hiện trƣớc khi thí nghiệm ..................................................................28

4.4.

Cách sử dụng máy cực phổ .........................................................................................28

4.5.

Tiến hành thí nghiệm ..................................................................................................28

4.5.1.

Khảo sát sự hấp phụ của vỏ xoài đối với ion kim loại Chì (Pb2+) ......................28

4.5.1.1.

Xây dựng đƣờng chuẩn ...............................................................................28

4.5.1.2.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=10mg/l ....................................................29
4.5.1.3.
Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với ion
kim loại Chì ....................................................................................................................29
4.5.1.4.
Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vỏ xoài lên khả năng hấp phụ của vỏ

xoài đối với ion kim loại Chì...........................................................................................30
4.5.1.5.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=20mg/l ....................................................30
4.5.1.6.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=30mg/l ....................................................30
4.5.1.7.
Khảo sát nồng độ Chì tối ƣu cho khả năng hấp phụ của 0.2g vỏ xoài và
thời gian tiếp xúc tối ƣu đối với ion kim loại Chì ..........................................................30
4.5.2.

Khảo sát sự hấp phụ của vỏ xoài đối với ion kim loại Cadimi (Cd2+) ................31

4.5.2.1.

Xây dựng đƣờng chuẩn ...............................................................................31

4.5.2.2.

Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

2


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài
xoài đối với ion kim loại Cadimi với nồng độ Co=10mg/l ..............................................31
4.5.2.3.

Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với ion
kim loại Cadimi ..............................................................................................................32
4.5.2.4.
Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vỏ xoài lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Cadimi ....................................................................................32
4.5.2.5.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Cadimi với nồng độ Co=20mg/l ..............................................33
4.5.2.6.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ
xoài đối với ion kim loại Cadimi với nồng độ Co=30mg/l ..............................................33
4.5.2.7.
Khảo sát nồng độ Cadimi tối ƣu cho khả năng hấp phụ của 0.2g vỏ xoài và
thời gian tiếp xúc tối ƣu đối với ion kim loại Cadimi ....................................................33

Chƣơng V. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ...........................................34
5.1.

Khảo sát sự hấp phụ của vỏ xoài đối với ion Pb2+ ......................................................34

5.1.1.

Xây dựng đƣờng chuẩn .......................................................................................34

5.1.2.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=10mg/l ................................................................35
5.1.3.
Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với ion kim
loại Chì 36

5.1.4.
Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với
ion kim loại Chì ..................................................................................................................37
5.1.5.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=20mg/l ................................................................38
5.1.6.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Chì với nồng độ Co=30mg/l ................................................................39
5.1.7.
Khảo sát nồng độ Chì tối ƣu cho khả năng hấp phụ của 0.2g vỏ xoài và thời
gian tiếp xúc 40 phút đối với ion kim loại Chì ...................................................................40
5.2.1.

Xây dựng đƣờng chuẩn: .....................................................................................42

5.2.2.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Cadmi với nồng độ Co=10mg/l ...........................................................43
5.2.3.
Khảo sát ảnh hƣởng của pH lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với ion kim
loại Cadmi ..........................................................................................................................44
5.2.4.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Cadmi với nồng độ Co=20mg/l ...........................................................45
5.2.5.
Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc lên khả năng hấp phụ của vỏ xoài
đối với ion kim loại Cadmi với nồng độ Co=30mg/l ...........................................................46
5.2.6.
Khảo sát lƣợng vỏ xoài tối ƣu cho quá trình hấp phụ của vỏ xoài đối với ion

kim loại Cadmi ...................................................................................................................47
5.2.7.

Khảo sát nồng độ Cadmi tối ƣu cho khả năng hấp phụ của 0.2g vỏ xoài và thời

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

3


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài
gian tiếp xúc 30 phút ..........................................................................................................47

Chƣơng VI. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...............................50
6.1.

Kết luận .......................................................................................................................50

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................52

Chƣơng I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.Đặt vấn đề

- Ô nhiễm nƣớc trên thế giới nói chung và ở 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, đồng thời kèm theo đó là mức độ tàn phá môi trƣờng sống của chính chúng
ta ngày càng 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.

- 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 nhiễm bẩn trầm trọng: Ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vô cơ và sinh vật, ô nhiễm

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

4


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

kim loại nặng. Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề báo động ở các khu
công nghiệp, các cơ sở sản xuất.
- Hiện nay các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc đang nỗ lực nghiên cứu các
phƣơng pháp khác nhau để loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc đến mức chấp nhận
đƣợc đồng thời cũng đảm bảo tính hiệu quả về mặt kinh tế. Ngoài các phƣơng
pháp vật lý, hóa học cũng nhƣ sinh học đã và đang dùng hoặc đang đƣợc nghiên
cứu để đƣa vào ứng dụng thì việc nghiên cứu sử dụng các vật liệu, chất liệu mới
là vấn đề cần thiết cho bất cứ một ngành nghề nào. Đặc biệt sử dụng các vật liệu
tự nhiên, tái sử dụng những phế thải thân thiện với môi trƣờng luôn đƣợc đặt lên
hàng đầu nhằm không gây tổn hại đến môi trƣờng, đảm bảo cho sự phát triển bền
vững mà vẫn đem lại hiệu của cao khi sử dụng.
- Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong đó phƣơng pháp xử lý
bằng thực vật là đƣợc các nhà khoa học quan tâm hơn hết vì tính hiệu quả cao, chi
phí thấp, thân thiện với môi trƣờng. Một trong số đó là sử dụng vỏ quả xoài.
1.2.

Sự cần thiết
- Kim loại nặng (KLN) có vai trò rất 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 thì nó lại rất độc hại với con ngƣời, thực vật, động vật nếu nó
xâm nhập vào cơ thể. Nếu 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 tối ƣu nhất để loại bỏ ion kim loại nặng
ra khỏi môi trƣờng bị ô nhiễm. Xuất phát từ những vấn đề trên, nhóm chúng em
tiến hành thực hiện đề tài “ Nghiên cứu sự hấp phụ Pb2+ và Cd2+ bằng vỏ xoài”
nhằm tìm thêm một phƣơng pháp mới có thể loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi
trƣờng bị ô nhiễm kim loại nặng. Trong phạm vi của đề tài, nhóm chúng em chỉ
nghiên cứu việc loại bỏ KLN ra khỏi môi trƣờng nƣớc.
- Vỏ xoài là nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm. Nếu nghiên cứu thành công khả năng
hấp phụ của vỏ xoài đối với ion kim loại nặng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn,
tận dụng đƣợc vỏ xoài sau khi đã tách lấy ruột để ăn, thay vì vỏ bị vứt bỏ làm ô
nhiễm môi trƣờng. Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tƣơng tự chƣa đƣợc
nghiên cứu nhiều ở nƣớc ta.
1.3.

Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu về 2 ion KLN Pb2+, Cd2+: trạng thái tồn tại trong môi trƣờng, ảnh

hƣởng của ion này lên con ngƣời, động vật, thực vật.
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

5


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

- Tìm hiểu về vỏ xoài và nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ xoài đối với 2

ion KLN trên.
- Nghiên cứu pH tối ƣu, thời gian tối ƣu, lƣợng vỏ xoài hấp phụ tối ƣu, lƣợng
chì, cadmi đƣợc hấp thụ tối ƣu.
1.4.

Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài chỉ thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm Công Nghệ Môi

Trƣờng (phòng B211) trƣờng ĐH.SPKT TP.Hồ Chí Minh.
- Nguyên liệu vỏ xoài đƣợc lấy ở vƣờn xoài - Đồng Nai.
2+
2+
- Mẫu Pb , Cd tự pha.
- Sử dụng phƣơng pháp hấp phụ.

- Sử dụng phƣơng pháp cực phổ.
1.5.

Đối tƣợng nghiên cứu
- Nguyên liệu sử dụng để nghiên cứu là vỏ xoài.
- Hai ion kim loại nặng là Pb2+ và Cd2+.

1.6.

Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, báo,

internet, truyền hình, tạp chí, báo cáo khoa học… ta tiến hành chọn lọc, phân tích và
tổng hợp các nội dung liên quan đến việc xử lý KLN bằng phƣơng pháp hấp phụ,
đặc biệt là 2 kim loại chì và cadmi để có hƣớng nghiên cứu cho phù hợp.

- Phƣơng pháp thực nghiệm: Đây là một phƣơng pháp có tính quyết định đến
kết quả đề tài. Các thí nghiệm cần tiến hành một cách khoa học, theo một logic nhất
định nhằm đem lại kết quả khách quan và giảm thiếu sai số.
- 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 đã sử lý ta sử dụng đồ thị để diễn đạt,
phƣơng pháp này đem lại cái nhìn trực quan toàn diện hơn, dễ dàng phân tích các
kết quả đạt đƣợc, giúp ngƣời đọc dễ hiểu hơn.
- Phƣơng pháp so sánh: Các kết quả đạt đƣợc phải so sánh với các tiêu chuẩn
Việt Nam, WHO, EPA để đánh giá tính phù hợp thực tế của các kết quả đó.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

6


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM
LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC
2.1. Tổng quan về Chì
2.1.1. Đặc tính của Chì
- Chì (tên La-tinh là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học nhóm
IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự nguyên tử là 82, khối
lƣợng nguyên tử bằng 207đv.C, nóng chảy ở 327,4oC, sôi ở 1.725oC, khối lƣợng
riêng bằng 11,34g/cm3.
- Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan
trong nƣớc, không cháy. Chì rất mềm, dễ gia công, có thể dùng dao cắt đƣợc và
dễ nghiền thành bột. Chì đƣợc coi là mềm và nặng nhất trong tất cả các kim loại
thông thƣờng. Tuy nhiên, chỉ cần bổ sung một lƣợng 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 trong công nghiệp chế tạo máy, Chì thƣờng đƣợc sử dụng
dƣới dạng hợp kim.
- Chì có mật độ phân tử cao, hấp thụ tia X tốt. Đồng thời, các đồng vị
của Chì là những đồng vị bền vững nhất trong các dãy phóng xạ: sự phân rã liên

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

7


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

tục của các nguyên tố này trong dãy phóng xạ cuối cùng đều tạo thành đồng vị của
Chì.
- Hơi Chì có vị ngọt ở họng nên trong quá khứ một số nơi ngƣời ta lén cho
Chì vào trong rƣợu để làm cho rƣợi ngọt. Hiện nay, một số rƣợu thuốc ở Trung
Hoa cũng nhƣ một số thuốc cổ truyền vẫn thịnh hành ở vùng Trung Đông đều có
chứa một lƣợng Chì đáng kể.
- Về mặt phản ứng với các axit, Chì khó bị tác dụng bởi HCl, H2SO4
loãng. Nhƣng H2SO4 đặc đun nóng tác dụng với Chì cho PbSO4 và tạo khí
aerosol (SO3). Chì hòa tan trong HNO3 tạo thành Chì nitrat và khí NO2.
 Định tính Chì
- Tác dụng với H2S trong môi trƣờng clohydric cho kết tủa PbS đen.
- Tác dụng với KI cho kết tủa vàng tan trong nƣớc nóng và lại kết tinh thành
tinh thể vàng óng khi để nguội.
- Tác dụng với K2 SO4 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 oxít
mỏng PbO.
- Chì khó bị ăn mòn, chỉ tan trong các axit sulfuaric và nitric đậm đặc.
- Trong các hợp chất, Chì thƣờng có số oxy hóa +2 và +4. Những hợp chất
của Chì +2 thì bền hơn.
- Chì và các hợp chất của Chì là những chất độc. Chì không bị phân hủy và
có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn.
2.1.2. Ứng dụng của Chì
- Chì là một trong những kim loại thông dụng nhất từ trƣớc tới nay. Con
ngƣời đã khai thác và sử dụng Chì từ rất xa xƣa, vào khoảng thời kỳ Đồ Đồng
hoặc Đồ Sắt. Ngày nay, Chì đƣợc sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời
sống. Nhờ những tính chất đặc biệt nhƣ dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ tái chế, dễ
tạo hợp kim, khó bị ăn mòn… nên Chì đƣợc sử dụng hầu nhƣ ở tất cả các loại
hình sản xuất công nghiệp. Đứng đầu là công nghiệp chế tạo ắc-quy, chiếm tới
60% lƣợng Chì đƣợc con ngƣời sử dụng. Tiếp theo là ngành sản xuất đạn dƣợc,
vỏ bọc dây cáp, cán ép tấm Chì, hàn tổng cộng chiếm 15%. Ngoài ra, Chì còn

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

8


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất sơn, ngành gốm sứ, sản xuất
bột màu, matít… Trong ngành chế tạo máy và ngành xây dựng, ngƣời ta dùng
Chì để chế tạo các khớp nối đƣờng ống, van, các chi tiết máy móc có tiếp xúc với
môi trƣờng ăn mòn và nhiều cơ cấu trong các công trình lộ thiên. Đặc biệt, trong
các lĩnh vực công nghiệp có sử dụng chất phóng xạ, Chì là kim loại duy nhất đƣợc

dùng để chế tạo các container chứa chất thải phóng xạ cũng nhƣ xây dựng các kết
cấu ngăn tia X.
- Trong nông nghiệp, ngƣời ta sử dụng một số hợp chất của Chì có tính
kháng sinh làm thuốc trừ sâu. Vào khoảng thời gian từ thập niên 30 đến thập niên
90 của thế kỷ 20, Chì đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong giao thông dƣới dạng
tetraalkyl; Chì là chất chống kích nổ trong xăng. Ngoài đạn dƣợc, Chì còn đƣợc
dùng để chế tạo nhiều chi tiết trong vũ khí quân sự. Trong lĩnh vực thƣơng mại
cũng nhƣ trong đời sống hằng ngày, con ngƣời cũng sử dụng Chì dƣới rất nhiều
hình thức khác nhau, chẳng hạn nhƣ: vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ phẩm,
dƣợc phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện…
2.1.3. Các nguồn phát sinh Chì
 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 khoảng 13,0µg/g (Fergusson, 1990). Chì tồn
tại trong khoảng 84 khoáng chất, điển hình nhất là galen PbS. Hàm lƣợng Chì
trong một số khoáng chất tiêu biểu đƣợc cho ở bảng dƣới đây:
Bảng 1: Hàm lượng trung bình của Chì trong một số khoáng chất
Khoáng chất

Hàm lƣợng Chì (µg/g)

Ultramafic – igneous (đá hỏa thành)
1
Basaltic – igneous
6
Granitic – igneous
18
Đá phiến sét và đất sét
20
Đá phiến sét đen

30
Đá vôi
9
Đá cát kết (sa thạch)
12
(Nguồn: GS.TSKH – Lê Huy Bá – Độc học môi trường,
2000)
 Nguồn nhân tạo
Các hoạt động nhân tạo của con ngƣời mới là những nguồn chủ yếu nhất phát

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

9


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

thải Chì ra ngoài môi trƣờng, gây tình trạng ô nhiễm và nhiễm độc Chì. Trong
tổng lƣợng Chì phát sinh ra ngoài môi trƣờng, Chì từ các hoạt động nhân tạo
chiếm tới 95%. Chì đƣợc sử dụng hầu nhƣ ở mọi lĩnh vực trong đời sống con
ngƣời, do đó nguồn gây ô nhiễm Chì cũng rất đa dạng, và cũng tồn tại ở mọi loại
hình sản xuất và sinh hoạt của xã hội. Phần tiếp theo sẽ trình bày những nguồn
chính gây ô nhiễm Chì.
 Trong công nghiệp
Các nguồn phát thải Chì trong công nghiệp bao gồ m:
 Công nghiệp khai khoáng và luyện kim: Đây là nguồn phát thải Chì lớn nhất
trong công nghiệp.
 Không chỉ riêng ngành khai thác và tinh chế Chì mà cả ngành khai thác và
tinh chế nhiều kim loại khác cũng phát sinh các chất thải chứa Chì. Những dòng
thải chứa Chì trong loại hình công nghiệp này bao gồm:

- Chất thải rắn ở khu khai thác và tuyển quặng.
- Nƣớc thải ở khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng.
- Khói thải lò luyện quặng.
 Các ngành công nghiệp khác
Chất thải, chủ yếu là nƣớc thải và chất thải rắn của các ngành công nghiệp
có sử dụng Chì nhƣ: công nghiệp chế tạo ắc quy, sản xuất sơn, đạn dƣợc, bột
màu… cũng là nguồn phát thải rất đáng kể Chì ra môi trƣờng.
 Trong nông nghiệp
Nguồn phát thải Chì trong nông nghiệp chủ yếu là từ thuốc trừ sâu và từ
khói thải của các máy nông nghiệp chạy bằng nhiên liệu xăng pha Chì. Qua quá
trình sa lắng ƣớt, Chì sẽ xâm nhập vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt…
 Trong hoạt động quân sự
Chì đƣợc sử dụng trong ngành chế tạo đạn dƣợc phục vụ cho mục đích
quân sự chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng lƣợng Chì đƣợc con ngƣời sử dụng (chỉ
đứng hàng thứ hai sau ngành sản xuất ắc-quy). Chính vì vậy, nguồn phát thải ô
nhiễm Chì từ các hoạt động quân sự là rất đáng kể. Ngoài đạn dƣợc, Chì trong
hoạt động quân sự còn đƣợc phát thải từ việc sử dụng xăng pha Chì trong các
động cơ, xe cộ nhƣ xe tăng, máy bay, tàu chiến, xe quân dụng…
 Trong hoạt động thương mại và trong cuộc sống hằng ngày
Các nguồn phát thải Chì trong lĩnh vực này thƣờng thải rác, không tập
trung, khó kiểm soát nhƣng lại gây ảnh hƣởng trực tiếp nhất tới sức khỏe con
ngƣời, đặc biệt là trẻ em. Có thể nêu tên một số nguồn điển hình nhƣ sau: vỏ đồ
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

10


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

hộp, ắc quy, sơn, khói thuốc lá, đồ gốm sứ gia dụng, đồ chơi trẻ em, sách báo, kem

đánh răng, dƣợc phẩm, mỹ phẩm…
Tất cả các vật dụng chứa Chì này sau khi hết hạn sử dụng đều đƣợc thải bỏ
tại bãi chôn lấp rác. Vì vậy, bãi rác cũng là một nguồn gây ô nhiễm và nhiễm độc
Chì rất nguy hiểm. Ngoài ra, nƣớc thải sinh hoạt cũng là nguồn phát thải Chì vào
môi trƣờng nƣớc. Chì trong nƣớc thải sinh hoạt thƣờng có xu hƣớng lắng xuống đáy
cống thải. Vì vậy, phân tích bùn cống của hệ thống thoát nƣớc thành phố cũng
thƣờng đƣợc tiến hành để xác định mức độ ô nhiễm Chì do các hoạt động sinh hoạt
và thƣơng mại tại đô thị gây ra.
2.1.4. Độc tính của chì đối với con ngƣời
Độc tính của Chì kim loại đối với ngƣời lớn là:
- 1000mg: tử vong.
- 10 – 1 lần/ngày: gây nhiễm độc nặng trong vài tuần.
- 1mg/ngày: sau nhiều ngày có thể gây nhiễm độc mãn tính.
Nguồn Chì trong môi trƣờng sống từ nƣớc uống, thức ăn, khói bụi vào cơ
thể hằng ngày có thể từ 0,1 – 0,5mg.
Các muối Chì có liều độc đối với ngƣời lớn là:
-

Chì acetat: 1g.

Chì cacbonat: 2 – 4g.
Chì tetraatyl: nhỏ giọt 1/10ml trên da chuột cống sẽ gây
chết trong vòng 18 – 24giờ.
Ta có thể tóm tắt những ảnh hƣởng của Chì lên các cơ quan của cơ thể
thông qua bảng sau:
Bảng 2: Tác động độc hại của Chì lên các cơ quan cơ thể
Cơ quan chịu ảnh hƣởng
Hệ thống tạo huyết của cơ thể

Tác hại

- Gây rối loạn tổng hợp HEM (hồng cầu).
- Ảnh hƣởng đến hình thái tế bào, giảm
tuổi thọ hồng cầu, thiếu máu.
- Bệnh não do chì: vật vã, cáu gắt, nhức

Hệ thống thần kinh

Thận

đầu, mỏi cơ, mất trí nhớ, co giật, mê sảng,
hôn mê…
- Tổn thƣơng ống thận dẫn đến bệnh thận
-mãn
Nếutính,
khỏikhó
thìphục
cũnghồi.
để lại những di chứng:
teo vỏ não, tràn dịch não, ngu đần, mất
cảm giác…

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

11


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

- Đau bụng chì do táo bón.
Hệ tiêu hóa

- Tăng copropophirin niệu.
- Tăng huyết áp (không rõ do tác hại trực

Hệ tuần hoàn

tiếp
đến
mạch
hay thiếu
do hậu
quả ảnh
- Tăng
hồng
cầu máu
hạt kiềm,
máu.
hƣởng đến thận).

Các cơ quan khác

- Sinh sản, nội tiết, nhiễm sắc thể…
(Nguồn: GS.TSKH – Lê Huy Bá – Độc học môi trường, 2000)

2.2. Tổng quan về Cadimi
2.2.1. Đặc tính của Cadimi
- Cadimi thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5, số hiệu nguyên tử là 48 trong bảng hệ
thống tuần hoàn, có khối lƣợng nguyên tử trung bình là 112,411 (đv.C). Cadimi là
một kim loại quý hiếm, đƣợc xếp thứ 67 trong thứ tự của tài nguyên giàu. Nó
không có chức năng về sinh học thiết yếu nhƣng lại có tính độc hại cao đối với

động vật và thực vật. Dạng tồn lƣu của Cadimi thƣờng bắt gặp trong môi trƣờng
không gây độc cấp tính.
- Chu kỳ bán hủy của Cadimi trong đất từ 15 đến 1.100 năm tùy loại đất.
2.2.2. Ứng dụng của Cadimi
Khác với các kim loại nhƣ Pb, Hg, Cu đã đƣợc con ngƣời sử dụng qua
nhiều thế kỷ nay thì Cadimi mới đƣợc sử dụng rộng rãi từ thế kỷ XX. Theo
Aylett (1979), Cadimi đƣợc tồn tại nhƣ một sản phẩm nấu chảy của Zn và các kim
loại cơ bản khác và không có quặng nào đƣợc sử dụng chính làm nguồn Cadimi.
Theo Nriagu (1988), việc sản xuất Cadimi trên thế giới tăng từ 11.000 tấn năm
1960 lên đến 19.000 tấn vào năm 1985 và Aylett (1979) đã xác định đƣợc việc sử
dụng Cadimi vào các việc nhƣ:
-

Làm lớp xi mạ bảo vệ cho thép
Trong những hợp kim khác nhau
Trong chất màu (cho các chất nhựa, lớp men, đồ gốm)
Tạo chất làm chắc cho chất dẻo PVC
Trong tế bào pin khô Ni-Cd

- Trong vũ khí quân dụng
- Trong những hợp chất khác nhau nhƣ: chất bán dẫn, bộ phận kiểm soát lò
phản ứng hạt nhân.
2.2.3. Các nguồn phát sinh Cadimi
- Về mặt ô nhiễm môi trƣờng, theo Hulton (1882), những nguồn ô nhiễm

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

12

Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

KLN Cd chính gây ra do:
 Sự khai thác mỏ và tinh luyện Cd và Zn.
 Sự ô nhiễm khí quyển từ những khu công nghiệp và luyện kim.
 Việc xả thải các chất thải có chứa Cd (thiêu hủy những vật nhựa và
pin).
 Bùn thải (nƣớc bùn cống rãnh).
 Các tro bụi hóa thạch.
 Trong phân lân.
- Ngay trƣớc khi Cadimi đƣợc sử dụng vào lĩnh vực thƣơng mại, thì sự
nhiễm bẩn Cadimi đã đƣợc phát hiện rộng rãi trong các vật liệu và nó đƣợc coi
nhƣ một tạp chất. Phân lân là một ví dụ cơ bản, hàm lƣợng Cadimi chứa trong
phân lân biến động khác nhau. Việc sử dụng phân lân liên tục nhiều năm dẫn
đến việc gia tăng đáng kể lƣợng Cadimi tích tụ trong đất nông nghiệp. Sự lắng
đọng các hạt bụi do ô nhiễm không khí của các khu công nghiệp, đô thị cũng ảnh
hƣởng tới đất, nhất là với các nƣớc công nghiệp, Cadimi từ những nguồn này đƣợc
cây hấp thụ trực tiếp vào cây qua bộ lá.
2.2.4. Độc tính của Cadimi đối với con ngƣời
- Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể
con ngƣời. Nguyên tố này và những dung dịch các hợp chất của nó là những chất
cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể
cũng nhƣ trong các hệ sinh thái. Cadimi có khả năng can thiệp vào các phản
ứng của các enzime chứa kẽm. Đồng thởi nó cũng có thể can thiệp vào các quá
trình sinh học có chứa Magie và Canxi theo cách tƣơng tự.
- Hít thở phải bụi có chứa Cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề về hệ hô
hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong. Nuốt phải một lƣợng nhỏ Cadimi có thể phát
sinh ngộ độc tức thì và tổn thƣơng gan, thận. Các hợp chất chứa Cadimi cũng là
các chất gây ung thƣ. Ngộ độc Cadimi là nguyên nhân gây bệnh Itai – Itai. Nếu
không may bị ngộ độc Cadimi, ngƣời bệnh ngoài tổn thƣơng thận còn bị loãng

xƣơng và nhuyễn xƣơng.
2.3. Tổng quan về vỏ xoài :
- Xoài (tên khoa học mangifera) thuộc họ Đào lộn hột (Anacadiaceae), là
những loài cây ăn quả vùng nhiệt đới. Ngƣời ta không biết chính xác nguồn gốc
của xoài, nhƣng nhiều ngƣời tin là chúng có nguồn gốc ở Nam và Đông Nam Á,
bao gồm miền đông Ấn Độ, Myanma, Bangladesh theo các mẫu hóa thạch đƣợc
tìm thấy ở khu vực này có niên đại khoảng 25 tới 30 triệu năm trƣớc. Trong kinh

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

13


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

Vệ Đà có chỉ dẫn tới xoài nhƣ là "thức ăn của các vị thần".
- Tên gọi khoa học của chi này (mangifera) có nguồn gốc từ manga trong
tiếng Malayalam, và đƣợc những ngƣời Bồ Đào Nha phổ biến sau khi họ thám
hiểm Ấn Độ, vì thế mà có từ manga trong tiếng Bồ Đào Nha.
- Các loài xoài có thể chia làm hai loại, một loại có nguồn gốc từ Ấn Độ còn
loại kia có nguồn gốc từ Philippines và Đông Nam Á. Chủng loại Ấn Độ không
chịu đƣợc điều kiện quá ẩm ƣớt, có chồi non màu đỏ, dễ bị nấm mốc sƣơng, quả
đơn phôi có màu sáng và hình dạng bình thƣờng. Chủng loại Đông Nam Á chịu
đƣợc điều kiện quá ẩm ƣớt, có chồi màu lục nhạt hay đỏ và kháng nấm mốc sƣơng.
Quả của chúng là đa phôi có màu lục nhạt và dài hình quả thận.
- Ở Việt Nam, Xoài đƣợc trồng nhiều ở Yên Châu (Sơn La), Bến Tre , Hòa
Lộc, Cam Ranh. Năm 2007, sản lƣợng xoài trên cả nƣớc đạt 409.300 tấn, trong đó:
Tiền Giang 79.000 tấn, Vĩnh Long 46.200 tấn, Đồng Nai 43.400 tấn, Khánh Hòa
28.400 tấn, Trà Vinh 21.400 tấn, Hậu Giang 20.500 tấn, Bến Tre 15.400 tấn, Tây
Ninh 15.000 tấn, Kiên Giang 14.700 tấn, Bình Thuận 13.400 tấn, Thành phố Hồ

Chí Minh 13.300 tấn, Sơn La 11.200 tấn.
- Theo y học hiện đại, xoài có thành phần hóa học nhƣ sau: 100g xoài chín cho
65 calo, 17g hydrat cacbon, 3.894 UI.vitamin A (78% nhu cầu hằng ngày), 28mg
vitamin C (46% nhu cầu), 1mg E (10%)... Đƣờng của xoài là loại cấp năng lƣợng
nhanh. Quả xanh ít vitamin A và nhiều vitamin C.
- Xoài có những tác dụng sau: Chất glucozit chống viêm, ung thƣ, diệt khuẩn.
Xoài làm giảm cholesterol, hạ huyết áp phòng chống bệnh tim mạch, tăng nhu
động ruột thải nhanh chất cặn bã trong ruột nên phòng chống đƣợc bệnh ung thƣ
ruột kết.
- Xoài là một thức ăn bổ não, rất tốt cho những ngƣời làm việc nhiều bằng trí
óc, thi cử. Tuy nhiên không nên ăn xoài lúc đói qúa và sau bữa ăn no, đang có các
bệnh nhiệt sốt vì bản chất xoài nóng nhƣ hành, tỏi, ớt. Không nên ăn nhiều đối với
cả hai loại xoài xanh và chín.
- Nhân xoài: đƣợc ngƣời Malaysia, Ấn Độ và Brazil dùng làm thuốc trị giun
sán (liều 1,5 đến 2g sấy khô, tán bột); chữa chảy máu tử cung, trĩ; kiết lị.
- Vỏ thân xoài (dùng tƣơi hoặc khô): Tƣơi thì giã vắt lấy nƣớc, đƣợc dùng nhƣ
vỏ quả, vỏ khô dƣới dạng thuốc sắc đƣợc dùng chữa thấp khớp (đắp nóng bên
ngoài), hoặc rửa khí hƣ bạch đới của phụ nữ. Tại miền Bắc Việt Nam, vỏ đƣợc
dùng sắc uống chữa sốt hay chữa đau răng.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

14


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

- Nhựa vỏ cây xoài: có màu đen không mùi, vị đắng hắc, ra không khí đặc lại,
hoà vào nƣớc chanh dùng bôi trị ghẻ lở.
- Lá xoài: đƣợc dùng tại một số vùng ở Ấn Độ để nuôi trâu bò nhƣng lá già

chứa một lƣợng nhỏ chất độc cho nên nếu trâu bò ăn lâu ngày có thể gây ngộ độc
chết trâu bò.
2.4. Các phƣơng pháp xử lý kim loại nặng (Pb2+ và Cd2+)
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 các
phƣơng pháp khác nhƣ: trao đổi ion, hấp phụ, lọc qua màng, điện phân, phƣơng
pháp sinh học.
2.4.1. Phƣơng pháp kết tủa hóa học
- Kết tủa hóa học là kỹ thuật thông dụng nhất để loại bỏ KLN hòa 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.
 Ưu điểm của phương pháp kết tủa hóa học
- Quá trình vận hành đơn giản.
- Chi phí đầu tƣ thấp.
 Nhược điểm của phương 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.
2.4.1.1. Phương pháp keo tụ 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.
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

15


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

Bảng 3: Kết quả khử ion Cd2+ bằng keo tụ hydroxit Cadimi
Phƣơng pháp

pH

Đầu vào ion Cd2+ (mg/l)

Đầu ra ion Cd2+ (mg/l)

8

_

1

9

_

0,54

10
10

_
0,34

0,1
0,054

10

0,35

0,033

11

_

0,0008

11

_

0,0007

Keo tụ với Fe(OH)3

11,5
6

_
_

0,0014
0,05

Keo tụ với phèn nhôm

6.4

0,7

0,39

Keo tụ hydroxit

Keo tụ hydroxit + lọc

(Nguồn:GS.TS Trần Hiếu Nhuệ - Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp
– NXB.Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001)
2.4.1.2. Phương pháp kết tủa hydroxit 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 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.
2.4.1.3. Phương pháp kết tủa carbonat kim loại (MeCO3)
- Na2CO3 là 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.
2.4.2. Phƣơng pháp 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

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

16


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

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)

Ni2+

+

(R-SO3)2Ni

Trong đó R- là gốc hữu cơ của nhựa trao đổi ion, SO3

+

H+

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…
 Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion
+ Thu hồi có chọn lọc KLN
+ Thể tích chất thải ít
+ Thể tích chất tái sinh ít
+ Thiết bị gọn nhẹ
 Nhược điểm của phươn pháp trao đổi ion
+ Chi phí đầu tƣ cao
+ Vận hành phức tạp

Bảng 4: Tổng hợp các phương án khử Chì trong nước thải

Quy trình xử lý
Trao đổi ion

Pha vôi + lắng

pH
5,0 – 5,2

Hiệu quả xử lý
Nồng độ Pb2+ (mg/l)
(%)
Đầu vào
Đầu ra
0,1

0,01

90

8,3

11,7

0,27

97,7

7,1

0,91

0,19

79,1

8,2

1,2

0,15

87,5

8,2

30

1

9

_

6,5

0,1

6

9
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

7 17

Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

Pha vôi + lắng 6 giờ

7,7

98

39

40

Pha vôi + lắng 30 giờ

6,8

_

0,48

_

Xút + lắng 24 giờ

7

_

0,04

_

Vôi + Fe2(SO4)3 + lắng +

10

5

0,25

95

lọc
Vôi +lắng + lọc

11,5

5

0,2 – 0,019

96 – 99,6

Xút + Na2CO3

9 – 9,5

5

0,01 – 0,03

99

Na2CO3 + lọc

6,4 – 8,7

10,2 – 70

0,2 – 3,6

82 – 99

Na2PO4 + lọc

7,2 – 7,5

3.0 – 5

0,2 – 3,6

83 – 93

5

0,25

95

45

1,7

96,2

Fe2(SO4)3 + lắng + lọc
FeSO4 + lắng + lọc

6
10,4 – 10,8

(Nguồn:GS.TS Trần Hiếu Nhuệ - Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp –
NXB.Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001)

2.4.3. Phƣơng pháp hấp phụ
- Hấp phụ là một qúa trình truyền khối mà trong đó các phần tử chất ô nhiễm
(KLN…) trong pha lỏng chuyển dịch đến bề mặt pha rắn và đƣợc liên kết vào pha
rắn. Chất ô nhiễm (KLN…) thâm nhập vào các mao quản của chất rắn (chất
hấp phụ). Nhƣng không thâm nhập vào cấu trúc mạng tinh thể chất rắn.
-Sự liên kết giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ có thể là liên kết vật lý hay
hoá học.
 Hấp phụ hóa học: là sự hấp phụ kèm theo hiện tƣợng tạo
thành các hợp chất hóa học trên bề mặt chất hấp phụ. Các phần tử bị thu hút có
thể là các phân tử hay các ion.
 Hấp phụ vật lý: thực chất hấp phụ vật lý là hấp phụ phân tử,
nghĩa là vật hấp phụ thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt của nó dƣới dạng các phân
tử, mà không phải là ion.
 Ưu điểm của phương pháp hấp phụ


Thu hồi chọn lọc kim loại

 Hiệu quả xử lý cao
 Nhược điểm của phương pháp hấp phụ
 Chi phí đầu tƣ cao
 Quá trình tái sinh chất hấp phụ thì phức tạp
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

18


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

2.4.4. Phƣơng pháp lọc màng
Kỹ thuật lọc màng đƣợc áp dụng nhằm thu hồi tái sử dụng trực tiếp lƣợng
KLN trong dòng thải của quá trình sản xuất.
 Ưu điểm của phương pháp lọc màng
 Chiếm diện tích nhỏ
 Có thể tái sinh
 Nhược điểm của phương pháp lọc màng
 Chi phí vận hành và đầu tƣ rất cao
 Yêu cầu trình độ công nhân vận hành phải có chuyên môn sâu
 Một vài kiểu lọc điển hình:
 Lọc tinh (MF)
 Thẩm thấu ngƣợc (RO)
2.4.5. Phƣơng pháp điện phân
Là quá trình dựa trên cơ sở oxy hóa khử để tách kim loại trên các điện cực
nhúng trong nƣớc thải có chứa KLN khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Với
phƣơng pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nƣớc, không bổ sung

hóa chất, mà lại thích hợp với loại nƣớc thải có nồng độ KLN cao. Tuy nhiên
yêu cầu về năng lƣợng điện khá lớn.

Chƣơng III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG VỎ XOÀI
ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG
3.1. Lý thuyết hấp phụ
- Bên trong một vật rắn thƣờng bao gồm các nguyên tử (ion hay phân tử), giữa
chúng có các liên kết cân bằng để tạo ra các mạng liên kết cứng (chất vô định hình)
hoặc các mạng tinh thể có quy luật (chất tinh thể). Trong khi đó, các nguyên tử
nằm ở bề mặt ngoài không đƣợc cân bằng liên kết, do đó khi tiếp xúc với một chất
khí, vật rắn luôn có khuynh hƣớng thu hút các phân tử khí lên bề mặt của nó để cân
bằng liên kết. kết quả là nồng độ của chất khí ở trên pha bề mặt lớn hơn trong pha
thể tích. Ngƣời ta gọi đó là hiện tƣợng hấp phụ. Vậy, hấp phụ là sự tăng nồng độ
của khí (hơi) trên bề mặt phân cách pha (rắn - khí).
- Sự hấp phụ là quá trình tập trung chất lên bề mặt phân chia pha và gọi là sự
hấp phụ bề mặt.
- Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
 Hấp phụ vật lí: là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có
bản chất vật lí và không hình thành liên kết hóa học, đƣợc thể hiện bởi các lực liên

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

19


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

kết yếu nhƣ liên kết Van Đơ Van, lực tƣơng tác tĩnh điện hoặc lực phân tán
London. Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thƣờng nhỏ hơn so
với hấp phụ hóa học, khoảng dƣới 20 kJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc trƣng nhất là

hấp phụ hơi nƣớc trên bề mặt silicagen.
 Hấp phụ hóa học: là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản
chất hoá học. Hấp phụ hóa học thƣờng xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ
chậm. Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tƣơng đƣơng với lực liên kết
hoá học. Hấp phụ hóa học thƣờng kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn
đƣợc gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc
tác dị thể. Hấp phụ hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.
- Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến
hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề
mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt
độ, áp suất... )
- Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lƣợng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề
mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng
lớn.

Các kiểu lực hấp phụ:
- Lực Vander Waals: là các lực tƣơng tác lƣỡng cực - lƣỡng cực giữa các phân
tử (hoặc các nhóm phân tử). sự hấp phụ do các lực tƣơng tác Vander Waals đƣợc
gọi là hấp phụ vật lý.
- Lực liên kết hóa học: các phân tử (nguyên tử) của các chất khí tác dụng với
các “hóa trị tự do” của các tiểu phân bề mặt vật rắn để hình thành các liên kết có
bản chất hóa học. sự hấp phụ xảy ra do lực liên kết hóa học đƣợc gọi là hấp phụ
hóa học.
3.2. Cân bằng và đẳng nhiệt hấp phụ
Trong hấp phụ cần chú ý:
- Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ cho biết khối lƣợng chất hấp phụ
cần thiết phải sử dụng hay thời gian hoạt động của sản phẩm thu đƣợc cho một chu
kỳ hoạt động.
- Tốc độ hấp phụ cho phép định lƣợng quy mô, độ lớn của thiết bị để đạt tới
chất lƣợng của sản phẩm nhƣ mong muốn.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ:
- Bản chất của chất hấp phụ
- Nhiệt độ môi trƣờng

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

20


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

- Áp suất
- Nồng độ chất hấp phụ, chất bị hấp phụ
- Thời gian tiếp xúc của các pha
Trong quá trình hấp phụ, khả năng hấp phụ của 1 chất rắn tăng lên khi nồng
độ chất hấp phụ
Gọi q là khả năng hấp phụ của một chất, C là nồng độ chất hấp phụ. Ta xét
hệ cấu tử :
q = f(C)

(3.1)

Thí nghiệm ở trạng thái tĩnh, ta có thể xác định:
q=

(𝑪𝒐 −𝑪𝒆)
𝒎

v

(3.2)

Trong đó: Co là nồng độ chất hấp phụ ban đầu (mg/l)
Ce là nồng độ chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l)
V là thể tích dung dịch (l)
m là khối lƣợng chất hấp phụ (g)
Phƣơng trình động học hấp phụ bậc hai
Ta có phƣơng trình giả định động học bậc hai sau:

dq t
2
 k 2 q e  q t 
dt

(3.3)

Lấy tích phân (3.3) từ t = 0→t và qt =0→qt , ta đƣợc phƣơng trình:

1
1

 k2t
qe  qt qe

(3.4)

Trong đó: k2 là hằng số của phƣơng trình, g/(mg.phút) và k2qe2 = h là tốc độ
hấp phụ nội tại tại thời điểm t = 0, mg/(g.phút), qe là dung lƣợng hấp phụ cân bằng
(mg/g) và qt là dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g). Chuyển sang dạng
đƣờng thẳng, phƣơng trình có dạng:

t
1
t


2
q t k 2q e q e

(3.5)

Phƣơng trình có dạng đƣờng thẳng y = ax + b. Nếu quá trình tuân theo động
học bậc hai, từ dữ liệu thực nghiệm dựng đƣợc đồ thị t/qt tuyến tính với t, từ đó xác
định đƣợc các tham số qe, k2 và h của phƣơng trình. Phƣơng trình này mô tả tính
chất của hầu hết các hệ hấp phụ lỏng - rắn với các chất tan là ion kim loại, thuốc
nhuộm, thuốc diệt cỏ, dầu, thuốc trừ sâu và các chất hữu cơ trong pha lỏng.
3.3. Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

21


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài

 Khi thiết kế phƣơng trình này, ngƣời ta xuất phát từ các giả thiết sau:
- Những tiểu phân bị hấp phụ liên kết với những trung tâm hấp phụ xác định
trên bề mặt chất hấp phụ.
- Một tâm hấp phụ có thể liên kết với một và chỉ một tiểu phân bị hấp phụ.
- Các tiểu phân bị hấp phụ không tƣơng tác lẫn nhau.

- Bề mặt hấp phụ là đồng nhất, tức năng lƣợng hấp phụ trên tất cả các tâm là
nhƣ nhau.
 Bề mặt rắn hấp phụ đƣợc giả thuyết là đồng nhất và có những đặc điểm sau:
- Bề mặt chất hấp phụ rắn có những vết nứt, các góc, các cạnh, những đỉnh
nhọn, các tạp chất… thƣờng tạo nên những trung tâm hấp phụ. Tại những trung
tâm hấp phụ tồn tại lực hấp phụ, chúng là những lực hóa trị chƣa bão hòa tạo ra
trên bề mặt chất hấp phụ rắn một trƣờng hấp phụ.
- Do các phần tử bị hấp phụ vào bề mặt rắn không tƣơng tác nhau nên các
trung tâm đã bị hấp phụ và chƣa bị hấp phụ không ảnh hƣởng lẫn nhau.
 Tốc độ hấp phụ r1 và tốc độ nhả hấp phụ r2 đƣợc tính nhƣ sau:
r1 = (n - ni)×k1×Ce (3.6)
r2 = ni × k2
(3.7)
Trong đó: n là tổng số tâm
ni là số tâm đã bị chiếm chỗ
k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ, nhả hấp phụ
 Khi đạt cân bằng r1= r2. Đặt

k1
k2

= KL => ni = n ×

𝐊𝐋 ×𝐂𝐞
𝟏+𝐊𝐋 ×𝐂𝐞

(3.8)

Vì mỗi tâm chỉ chứa 1 phân tử bị hấp phụ nên n đƣợc coi là chất hấp phụ tối đa
và ni là nồng độ chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng với Ce của chất hấp phụ.

Phƣơng trình Langmuir đƣợc xây dựng cho hệ hấp phụ khí – rắn, mô tả mối quan
hệ giữa qe và Ce nhƣ sau:
qe = qm ×

𝐊𝐋 ×𝐂𝐞
𝟏+𝐊𝐋 ×𝐂𝐞

(3.9)

Trong đó:
qe là dung lƣợng hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg chất bị hấp phụ/g
chất hấp phụ).
qm là dung lƣợng hấp phụ tối đa (mg/g).
KL là hằng số hấp phụ.
Ce là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g).
Phƣơng trình (3.9) có thể đƣợc viết thành:

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

22


Hấp phụ chì, cadimi bằng vỏ xoài
𝐂𝐞
𝐪𝐞

=

𝟏
𝑲𝑳 ×𝒒𝒎

+

𝟏
𝐪𝐦

× 𝐂𝐞 (3.10)

Phƣơng trình (3.10) có dạng phƣơng trình đƣờng thẳng: y = ax + b (3.11)
Với : xi, yi là các số liệu thực nghiệm
a : hệ số góc
b : hằng số
Từ (3.10) và (3.11) suy ra: a =

b=
3.4.

𝟏
𝑲𝑳 ×𝒒𝒎

𝟏
𝒒𝒎

=>

=> KL =

qm =
𝟏

𝒃×𝒒𝒎

=

𝐚
𝐛

𝟏
𝒂

(3.12)
(3.13)

Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich
Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt theo phƣơng trình Freundlich là một đƣờng cong

hấp phụ đẳng nhiệt dựa trên giả thuyết bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất.
nhiệt hấp phụ vi phân không thay đổi khi độ che phủ thay đổi và có sự tƣơng tác
lẫn nhau giữa các phân tử bị hấp phụ. Biểu thức của phƣơng trình:
qe =

𝐗
𝐦

𝟏

= KF 𝐂𝐞

𝐧

(3.14)

Logarit 2 vế ta có phƣơng trình thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa và logq
và logC:
𝟏

logqe= logKF + logCe (3.15)
𝒏

Trong đó:
X: khối lƣợng chất bị hấp phụ (mg)
m: khối lƣợng chất hấp phụ (g)
Ce: nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch sau khi quá
trình hấp phụ xảy ra hoàn toàn (mg/l)
KF: hệ số dung tích
1/n: thông số cƣờng độ Freundlich
3.5. Lý thuyết phƣơng pháp cực phổ
3.5.1. Phƣơng pháp cực phổ
- Vào năm 1922 J. Heyrovsky ngƣời Tiệp Khắc đã công bố một công trình mô
tả một phƣơng pháp phân tích điện hóa mới đƣợc gọi là phƣơng pháp phân tích cực
phổ. Chính nhờ công trình này mà vào năm 1959 ông đã đƣợc nhận giải thƣởng
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

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức

23