Khảo sát khả năng hấp phụ của ion photphat trong nước ngầm trên laterit biến tính bằng nguyên tố đất hiếm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC

---------o0o---------

Đặng Thị Thúy Hạt

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ION
PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGẦM TRÊN LATERIT
BIẾN TÍNH BẰNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC

---------o0o---------

Đặng Thị Thúy Hạt

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ION
PHOTPHAT TRONG NƢỚC NGẦM TRÊN LATERIT
BIẾN TÍNH BẰNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM

Chuyên ngành: Hóa Môi trường
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐÀO NGỌC NHIỆM
PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG

\

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Đào
Ngọc Nhiệm và PGS.TS. Đỗ Quang Trung đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời
gian thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Hóa Môi Trường đã
giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Hóa học, Khoa quản lý
Tài nguyên Rừng và Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều
kiện cho em trong quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng xin cảm ơn các anh chị NCS, các bạn sinh viên phòng Hóa học Môi
trường, các bạn sinh viên K57 đã trao đổi và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực
hiện luận văn này.

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016

Đặng Thị Thúy Hạt

i

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................i
MỤC LỤC ................................................................................................................. ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................2
1.1. Vấn đề ô nhiễm nƣớc ở Việt Nam. ............................................................... 2
1.2. Một số tính chất của photphat và sự tồn tại của chúng trong môi
trƣờng .......................................................................................................................... 3
1.2.1. Tính chất của photphat .............................................................................3
1.2.2. Chu trình photphat trong đất ....................................................................4
1.2.3. Vòng tuần hoàn của photphat trong nước. ..............................................5
1.2.4. Sự ô nhiễm photphat .................................................................................6
1.2.4.1. Một số nguồn gây nhiễm bởi các hợp chất chứa photphat ................6
1.2.4.2. Tác hại của photphat. ........................................................................7
1.3. Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm photphat ................................................. 8
1.3.1. Phương pháp kết tủa .................................................................................8
1.3.2. Phương pháp sinh học ............................................................................10
1.3.3. Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion ....................................................10
1.4. Một số vật liệu dùng để hấp phụ photphat ............................................... 12
1.4.1. Than hoạt tính cố định Zirconi. .............................................................12
1.4.2. Than tro bay .............................................................................................13
1.4.3. Bùn đỏ ......................................................................................................13
1.5. Laterit và đặc tính của laterit ..................................................................... 14
1.5.1. Giới thiệu về laterit ..................................................................................14
1.5.2. Đặc tính của laterit ..................................................................................15
1.5.3. Ứng dụng laterit trong xử lý photphat ...................................................16

ii


1.6. Một số đặc điểm và tính chất của nguyên tố đất hiếm ............................ 17
1.6.1. Vị trí, cấu tạo của nguyên tố đất hiếm....................................................17
1.6.2. Một số hợp chất của nguyên tố đất hiếm................................................17
1.6.3. Đặc điểm cấu trúc, tính chất của xeri đioxit và xeri hiđroxit................19
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................21
2.1. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................... 21
2.1.1. Nội dung nghiên cứu..............................................................................21
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................21
2.1.2.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV - VIS ........................21
2.1.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ photphat của vật liệu ......................25
2.2. Dụng cụ và máy móc, thiết bị...................................................................... 25
2.3. Hóa chất và vật liệu ...................................................................................... 26
2.3.1. Chuẩn bị hóa chất phân tích photphat ...................................................26
2.3.2. Chuẩn bị hóa chất chế tạo vật liệu hấp phụ ..........................................26
2.3.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ photphat .......................................................26
2.3.3.1. Laterit thô .........................................................................................26
2.3.3.2. Tổng hợp vật liệu .............................................................................26
2.4. Cách tiến hành thí nghiệm .......................................................................... 27
2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm ................27
2.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ photphat bởi vật liệu ở điều kiện động ....27
2.5. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc của vật liệu ............. 28
2.5.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử SEM ................................................28
2.5.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................30
2.5.3. Phương pháp ICP – MS ..........................................................................31
2.5.4. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich ..........................32
2.5.4.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ...................................32
2.5..4.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich ..................................33

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................35
3.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu laterit biến tính ....... 35

iii


3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm .................35
3.1.2. Khảo sát khả năng hấp phụ photphat của các loại vật liệu biến tính ..36
3.2. Xác định tính chất vật lý của vật liệu M21 ...............................................37
3.2.1. Xác định hình dạng vật liệu ....................................................................37
3.2.2. Xác định thành phần của vật liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X..................38
3.2.3. Xác định thành phần của vật liệu bằng máy đo ICP – MS ...................39
3.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ PO43- của vật
liệu M21 ở điều kiện tĩnh...................................................................................40
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ photphat của vật liệu
M21 .................................................................................................................40
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu của PO43- đến khả năng hấp phụ
của vật liệu M21 ............................................................................................43
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng ion cạnh tranh đến khả năng hấp phụ của các
vật liệu biến tính ...........................................................................................46
3.4. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu .47
3.5. Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa photphat ............................................ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................54

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Chu trình photphat trong đất. .....................................................................4
Hình 1.2. Chu trình photphat trong nước ..................................................................5

Hình 1.3. Quá trình laterit hóa .................................................................................15
Hình 1.4. Hấp thụ tia UV trên màng mỏng CeO2/epoxi ...........................................18
Hình 1.5. Ô mạng cơ sở của CeO2 với cấu trúc kiểu fluorit ....................................19
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian tới độ bền của phức màu......23
Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion lạ tới khả năng hấp thụ của phức màu 23
Hình 2.3. Đường chuẩn của PO43- trong khoảng 1 – 100 ppm .................................24
Hình 2.4. Hấp phụ photphat bằng mô hình động......................................................28
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét ..........................................29
Hình 2.6. Nguyên lý của nhiễu xạ tia X ...................................................................30
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống ICP –MS ...........................................................................31
Hình 2.8. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ......................................................33
Hình 2.9. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir .................................33
Hình 2.10. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich .....................................................34
Hình 2.11. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Frendlich. ..............................34
Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện khả năng hấp phụ PO43- của các vật liệu M1, A – E…...35
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện khả năng hấp phụ photphat của các vật liệu M21 ÷ M27 36
Hình 3.4. Laterit trước khi biến tính ........................................................................37
Hình 3.5. Laterit sau khi biến tính ............................................................................38
Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ XRD của laterit tự nhiên ..............................................38
Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ XRD của laterit biến tính sau hấp phụ .........................39
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ photphat của
vật liệu M21 ................................................................................................................41
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến các dạng tồn tại của photphat trong dung dịch..41
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ
photphat .....................................................................................................................42

v


Hình 3.11. Sự phụ thuộc khả năng hấp phụ của mẫu M21 vào nồng độ PO43- .........44

Hình 3.12. Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu M21 đối với photphat ..............44
Hình 3.13. Đường tuyến tính Frendlich của vật liệu M21 đối với photphat ..............45
Hình 3.14. Ảnh hưởng của Fe3+ đến khả năng hấp phụ photphat của vật liệu M21 .47
Hình 3.15. Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 .............................49
Hình 3.16. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu M21 .....................................50
Hình 3.17. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ......................................................................50
Hình 3.18. Xử lí photphat trong mẫu thực tế bằng vật liệu biến tính M21 ................51

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 25oC....9
Bảng 2.1. Khảo sát độ đúng của phương pháp........................................................24
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng xeri clorua ngâm tẩm

………….................35

Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính tổng hợp vật liệu đến tải trọng hấp phụ
photphat .....................................................................................................................36
Bảng 3.3. Bảng thành phần các nguyên tố trong mẫu vật liệu M21 ..........................39
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ đến khả hấp phụ photphat ....40
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng đến khả năng hấp phụ photphat 42
Bảng 3.6. Ảnh hưởng nồng độ đầu của PO43- đến khả năng hấp phụ của vật liệu M21
...................................................................................................................................43
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Mn2+, Ca2+, NH4+ đến khả năng hấp
phụ của PO43- của vật liệu M21.................................................................................46
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của Fe3+ đến khả năng hấp phụ của PO43- của vật liệu M21 .47
Bảng 3.9. Thành phần mẫu giả .................................................................................48
Bảng 3.10. Kết quả tách loại PO43- của dung dịch mẫu giả .....................................48

Bảng 3.11. Khảo sát nồng độ NaOH dùng giải hấp vật liệu M21 .............................49
Bảng 3.12. Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu ................................49
Bảng 3.13. Khảo sát khả năng hấp phụ động của laterit biến tính M21 ...................51

vii


Luận văn thạc sĩ khoa học

MỞ ĐẦU
Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và
vùng dân cư trên thế giới. Theo Tổng cục môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi
trường thì ở nước ta, nước ngầm chiếm khoảng 35% đến 40% tổng số lượng nước
sinh hoạt của người dân. Ngoài ra, nó còn là nguồn nước quan trọng của ngành
nông nghiệp và công nghiệp. Ngày nay, tình trạng ô nhiễm và suy thoái nước
ngầm đang phổ biến ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới, ảnh
hưởng rất lớn đến chất lượng môi trường sống của con người.
Ô nhiễm nước ngầm bởi thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học tại các
vùng nông nghiệp thâm canh, một lượng đáng kể thuốc và phân không được cây
trồng tiếp nhận. Chúng sẽ lan truyền và tích lũy trong đất, nước và các sản phẩm
nông nghiệp dưới dạng dư lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật.
Photphat là chất dinh dưỡng thường có mặt trong các nguồn nước tự nhiên,
hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nồng độ các ion này
trong nước ngầm. Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước
ở nồng độ tương đối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng.
Ban đầu là sự phát triển bùng nổ của tảo, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do
xác của tảo chết. Dần dần, hồ sẽ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất
khô, cuộc sống của động vật thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ.
Trong thời gian gần đây, một số công trình nghiên cứu với những phương
pháp khác nhau đã được thực hiện nhằm đưa ra các quy trình tách loại photphat ra

khỏi nguồn nước bị ô nhiễm như phương pháp kết tủa, phương pháp sinh học,
phương pháp hấp phụ và trao đổi ion,… Trong đó, phương pháp sử dụng vật liệu
hấp phụ được đánh giá cao về tính hiệu quả, đơn giản, chi phí thấp cũng như quy
trình xử lý thân thiện với môi trường.
Tiếp tục hướng nghiên cứu trên, trong bản luận văn này chúng tôi nghiên cứu
và thực hiện đề tài:
“ Khảo sát khả năng hấp phụ của ion photphat trong nƣớc ngầm trên laterit
biến tính bằng nguyên tố đất hiếm”

Đặng Thị Thúy Hạt

1

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vấn đề ô nhiễm nƣớc ở Việt Nam.
Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần, tính chất của nước, có hại cho hoạt
động sống bình thường của sinh vật và con người. Sự ô nhiễm đất nước, không khí
có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, khi một thành phần bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến
các thành phần khác. Ô nhiễm là vấn đề nan giải và rộng khắp, nó có tác động trực
tiếp hay gián tiếp tới con người. Kiểm soát và hạn chế sự ô nhiễm nước là một vấn
đề cấp bách và thiết thực. Vấn đề này có liên quan đến các yếu tố chính trị, kinh tế,
xã hội, khoa học và công nghệ, nó không còn là vấn đề của một quốc gia mà đó là
vấn đề của toàn nhân loại.
Việc đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa đã gây nên một áp lực nặng nề đối
với nguồn tài nguyên nước. Môi trường nước ở nhiều đô thị, làng nghề đang ngày

càng bị ô nhiễm bởi chính các nguồn thải. Lượng nước thải hàng ngày quá lớn
không được xử lý để đạt tiêu chuẩn cho phép, thậm chí được đổ trực tiếp ra kênh
rạch thoát nước là những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước.
Tại các thành phố lớn, hàng trăm các cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô
nhiễm các nguồn nước do không có các công trình hay thiết bị xử lý triệt để. Mức
độ ô nhiễm ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, các nhà máy là rất lớn. Ở Phú
Thọ, nước thải công nghiệp được thải ra từ các nhà máy sản xuất bột giặt, sản xuất
phân bón, sản xuất giấy với lưu thải hàng ngàn m3/ngày gây ô nhiễm nguồn nước và
môi trường khu vực [9].
Tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và các khu vực sản xuất nông nghiệp
cũng đang trở thành vấn đề đáng quan tâm. Với khoảng 70% dân số sinh sống ở
nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải sinh hoạt con
người và gia súc không được xử lý thấm xuống đất, bị rửa trôi và đi vào nguồn
nước ngầm làm cho tình trạng ô nhiễm về vi sinh ngày càng cao. Bên cạnh đó việc
lạm dụng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chống nấm mốc…trong sản xuất, nuôi trồng
đã khiến nguồn nước ở sông hồ, kênh mương bị nhiễm bẩn gây ảnh hưởng không
nhỏ đến môi sinh và sức khỏe sinh sản của người dân.

Đặng Thị Thúy Hạt

2

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

1.2. Một số tính chất của photphat và sự tồn tại của chúng trong môi trƣờng
1.2.1. Tính chất của photphat
Photphat là muối của axit photphoric: một muối trung hòa và hai muối axit.

H3PO4 có các cân bằng [4]:
H3PO4 = H+ + H2PO4-

k1 = 7,5 . 10-3

H2PO4- = H+ + HPO42-

k2=6,2 . 10-8

HPO42- = H+ + PO43-

k3= 2.14 . 10-13

Tính chất vật lý: các muối đihiđrophotphat đều tan trong nước, các muối
hiđrophotphat và photphat trung hòa chỉ có muối K, Na, NH4+ dễ tan còn của các
kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nước.
Tính chất hóa học: muối photphat tham gia các phản ứng thủy phân, các phản
ứng trung hòa,...
Trong môi trường đất: photphat tồn tại trong các muối của Ca, Fe, Al,… trong
các mỏ quặng, muối photphat có khả năng lưu động chậm trong đất. Mặc dù
photphat được coi là cố định cao trong đất, nhưng nếu khả năng hấp thụ photphat
của đất bị vượt quá thì photphat sẽ nhanh chóng chuyển xuống lớp đất sâu hơn và
tập trung vào dòng chảy lớp dưới mặt đất. Mức độ và tốc độ di chuyển phụ thuộc
vào khả năng phát sinh tự nhiên của photphat trong đất. Trong môi trường nước, P
tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43- dạng polymetaphotphat như: (NaPO3)6 và
photpho hữu cơ. Trong môi trường không khí: photphat tồn tại trên bề mặt hạt lơ
lửng, dạng ion, trong các hạt bụi, các sol khí,…
Trong trầm tích, photphat tồn tại trong các loại khoáng quặng trong đất, trầm
tích. Ở Việt Nam, photphat tự nhiên được khai thác từ:
Canxi photphat, được chia thành hai nhóm:



Nhóm apatit: là photphat biến chất, kết tinh thành những vi tinh thể apatit,

có độ cứng cao. Hàm lượng P2O5 thay đổi trong quặng từ 15% đến 36%. Quặng loại
một chứa 34-36% có thể xuất khẩu hoặc chế biến thành supe photphat; các loại
quặng khác cần làm giầu trước khi chế biến. Quặng apatit tập trung ở mỏ apatit Lào
Cai [3].

Đặng Thị Thúy Hạt

3

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học



Nhóm photphit thường gồm những kết hạch canxi photphat vô định hình,

chứa sắt, nhôm, làm lượng thường thấp, tứ 5- 34%, dễ hòa tan trong axit yếu. Vì
vậy khi xay nhỏ có thể làm phân bón trực tiếp. Thường gặp trong các núi đá vôi ở
Vĩnh Thịnh (Lạng Sơn), Nam Phát, Yêu Sơn, Thượng Hòa (Quảng Nam), Kiên
Lương (Kiên Giang), ngoài ra còn có trong phân chim ở Hoàng Sa [3].
Từ 1968 đến nay, tất cả các loại quặng photphat thiên nhiên đều có thể sử
dụng trực tiếp và tận dụng để chế biến làm phân bón. Chỉ có loại quặng 30-35%
dùng để xuất khẩu [3].

1.2.2. Chu trình photphat trong đất
Nguyên sinh vật
vật

Vi khuẩn
Nguyên sinh động vật
Photphat vô cơ
HxPO4(3-x)Động vật ăn thịt
Lân hữu cơ hòa
tan↔keo
Photphat vô cơ không tan

Phần hữu cơ còn lại

Cặn lắng không hoạt tính

Hình 1. 1. Chu trình photphat trong đất [8].
Vòng tuần hoàn bắt đầu từ photphat vô cơ (HxPO43-x) tạo thành chất dinh dưỡng
cho vi khuẩn tồn tại và phát triển, một phần photphat vô cơ cung cấp cho nguyên
sinh vật, một phần photphat không tan lắng cặn không hoạt tính. Nguyên sinh vật
một phần quay trở lại photphat vô cơ. Một phần làm lân hữu cơ, một phần làm dinh
dưỡng cho nguyên sinh động vật. Nguyên sinh động vật làm thức ăn cho động vật
ăn thịt và một phần chết đi tạo chất hữu cơ. Động vật ăn thịt thải ra phân, hoặc chết
đi, tạo các hợp chất hòa tan, dạng keo có chứa photphat quay trở lại chu trình, phần
hữu cơ còn lại lắng cặn không hoạt tính.

Đặng Thị Thúy Hạt

4

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

Nguồn photphat trong môi trường sinh thái đất có thể từ xác, bã hữu cơ, và vật
chất không hữu cơ như phân bón, thuốc trừ sâu, muối apatit.



Một phần photphat bị giữ lại bởi Ca3(PO4)3 và AlPO4 và FePO4 trong môi

trường đất, một phần photphat phân hủy thành các ion HPO42-, H2PO4-, PO43- được
hấp thụ vào rễ thực vật và vi sinh vật. Để rồi chúng tạo ra các axit amin chứa P và
các enzyme photphat, chuyển liên kết cao năng P thành năng lượng cho cơ thể.
ATP thành ADP và giải phóng năng lượng. P tích lũy trong quả hạt rất cao, P là
nguyên tố không thể thiếu của thực vật. Khi động vật ăn thực vật, photphat biến
thành chất liệu của xương và của các liên kết enzyme [8]. Động thực vật, con người
chết photphat trong cơ thể biến thành photphat trong môi trường sinh thái đất.



Một phần photphat đi vào nước và đại dương. Ở đây chúng làm thức ăn cho

động vật phù du. Cá tôm ăn động vật phù du. Người ăn cá tôm thì photphat đi vào
cơ thể người và cuối cùng người chết thì photphat trả lại cho môi trường sinh thái
đất.



Một phần nhỏ photphat nằm trong trầm tích dưới đáy biển. Một phần nhỏ

nhờ thực vật rừng tiêu thụ rồi trả lại cho đất.
1.2.3. Vòng tuần hoàn của photphat trong nước.
Động vật

Thực
vật

Phần còn lại
của động vật

Photphat
tan

Phần còn lại
của thực vật

Các vi khuẩn
trong đất
Photphat
không tan

Hình 1. 2. Chu trình photphat trong nước [8].

Đặng Thị Thúy Hạt

5

K25 – Cao học Hóa Môi trường

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ở trong nước, chu trình photpho sinh học cũng diễn ra tương tự như ở trên cạn,
nhưng do quá trình suy giảm ánh sáng và tầng nước mà quá trình sinh học hấp thụ
dinh dưỡng và tái tạo dinh dưỡng diễn ra khác nhau theo độ sâu. Hiện tượng phân
tầng nước thay đổi theo mùa và khác nhau ở các vùng khí hậu. Sự phân tầng tạo
thành sự thay đổi nhiệt và sự thay đổi độ mặn của các vùng nước. Khi một thủy vực
bị phân tầng, quá trình xáo trộn giữa tầng mặt và tầng sâu diễn ra rất ít. Quá trình
thay đổi nhiệt như một rào cản quan trọng đối với sự lan tỏa và vận chuyển các chất
giữa 2 tầng nước, do đó các chất dinh dưỡng tầng trên có thể bị cạn kiệt làm hạn chế
năng suất tảo. Việc hình thành sự thay đổi nhiệt ở vùng nước ôn đới diễn ra theo
mùa. Từ mùa xuân đến mùa hè, khi mặt nước ấm lên, sự thay đổi nhiệt hình thành
và phát triển và quá trình này bị đứt quãng vào mùa đông do nước mặt mát và gió
làm xáo trộn nguồn nước. Về mùa đông, sự xáo trộn nước và quá trình cặn đã lắng
lơ lửng trở lại sẽ bổ sung dinh dưỡng cho nguồn nước mặt. Ở tầng sâu của các đại
dương và vùng nước nhiệt đới, sự thay đổi nhiệt mang tính ổn định hơn. Ở các vùng
nước duyên hải và các hồ sự thay đổi nhiệt kém ổn định hơn, chúng dễ bị ảnh
hưởng, đứt quãng tạm thời do thủy triều và gió to. Ở các vùng cực sự phân tầng
thường ít xảy ra.
1.2.4. Sự ô nhiễm photphat
1.2.4.1. Một số nguồn gây nhiễm bởi các hợp chất chứa photphat
Photphat tồn tại trong nước là do sự phát tán từ các nguồn nhân tạo là chủ yếu:
phân bón vô cơ, hợp chất hữu cơ của thuốc trừ sâu, polyphotphat từ nguồn chất tẩy
rửa (chất khử cứng). Ngoài ra nó còn là thành phần của các chất kìm hãm ăn mòn,
phụ gia trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm. Nước thải dân dụng (bể phốt),
nước thải nông nghiệp, công nghiệp cũng là nguồn chính nhiễm photphat. Một
nguồn photphat khác là quá trình rửa trôi photphat dư thừa của các vùng đất canh
tác và sa lắng từ khí quyển. Theo các báo cáo về môi trường, nguyên nhân chính

làm cho nguồn nước bị nhiễm photphat là do nguồn thải của các nhà máy sản xuất
bột giặt và sản xuất phân bón. Hầu hết bột giặt tổng hợp siêu cấp được sản xuất cho
thị trường gia dụng chứa một lượng lớn polyphotphat, đa số trong chúng chứa từ 12

Đặng Thị Thúy Hạt

6

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

÷ 13% photpho hoặc hơn 50% polyphotphat. Sử dụng những nguyên liệu này như là
một chất thay thế cho xà phòng đã làm gia tăng lượng photpho trong nước thải sinh
hoạt. Ngoài ra, muối photphat vô cơ còn là nguyên liệu của các ngành sản xuất sản
phẩm công nghiệp như: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp
dệt may,…Do tính ứng dụng cao của photphat nên các sản phẩm có chứa photphat
ngày càng tràn lan trên thị trường, kéo theo đó là khả năng ô nhiễm photphat ngày
càng cao. Việc này dẫn đến vấn đề ô nhiễm photphat nghiêm trọng, ảnh hưởng tới đời
sống của con người.
1.2.4.2. Tác hại của photphat.
Trong môi trường nước, photphat tồn tại ở dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng
polymetaphophat như (NaPO3)6 và photpho hữu cơ. Photpho là nguyên tố rất quan
trọng đối với sinh vật. Chúng có mặt trong thành phần ATP (Adenosin triphotphat),
ADP (adenosine diphotphat), trong photpholipit, trong axit nucleic. Chính vì thế mà
photphat rất cần thiết cho sinh vật. Khi lượng photphat có trong đất quá nhiều, các
ion photphat sẽ kết hợp với các ion kim loại trong đất như nhôm (Al3+), sắt (Fe3+,
Fe2+), Ca2+… dẫn đến chai cứng đất, tiêu diệt một số sinh vật có lợi, không tốt cho
cây trồng phát triển. Trong môi trường nước, khi lượng photphat quá dư sẽ gây nên

hiện tượng phú dưỡng. Trong môi trường tự nhiên, quá trình trao đổi, hoà tan
photphat từ dạng kết tủa hoặc phức bền diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ photphat
diễn ra cân bằng tạo sự phát triển ổn định cho hệ sinh vật. Tuy nhiên khi lượng
photphat quá dư do nước thải mang đến gây hiện tượng phú dưỡng ở các lưu vực.
Phú dưỡng là hiện tượng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật thuỷ sinh
như rong, bèo, tảo…Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay đổi hệ sinh thái
và điều kiện môi trường. Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào
lòng nước. Khi chết đi quá trình phân huỷ xác của chúng cần một lượng oxi lớn,
làm cạn kiệt oxi trong nước, làm tăng các chất ô nhiễm trong nước, do các sản phẩm
phân huỷ không hoàn toàn. Các xác chết cùng sản phẩm phân huỷ tạo nên lớp bùn
dày ở đáy hồ. Cứ như vậy, sau một thời gian, quá trình phân huỷ hiếu khí chuyển
thành phân huỷ yếm khí ở đáy rồi lên các tầng trên. Quá trình phân huỷ yếm khí tạo

Đặng Thị Thúy Hạt

7

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng làm ô nhiễm môi trường nước, tạo ra các khí
độc, các khí có mùi khó chịu. Hậu quả làm sinh vật sống trong nước bị chết, ở mức
độ nhẹ hơn, đối với các lưu vực có dòng chảy, hiện tượng phú dưỡng có thể làm
nghẽn dòng chảy do sự phát triển của bèo, làm nông các lưu vực do bùn tạo thành
quá dày, môi trường sống của các sinh vật xâm hại …
Đối với con người, nhiều nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ nhiều photphat vô cơ
có thể kích thích các khối u ác tính ở phổi, việc loại bỏ các thực phẩm chứa
photphat nhân tạo sẽ có thể là yếu tố then chốt trong điều trị ung thư phổi cũng như

ngăn ngừa căn bệnh này. Trong khi đó, photphat ngày càng được sử dụng nhiều
trong chế biến thực phẩm với vai trò làm tăng lượng canxi và sắt, cũng như giữ
nước, giúp thực phẩm không bị khô. Ngoài ra, photphat hữu cơ (organiphosphat)
tồn tại ở các chất parathion, diazinon và malathion đều là những chất gây ức chế các
cholinesteraza (đặc biệt là acetycholinesterase). Các cholinesrerase là những
enzyme chịu trách nhiệm cho sự tạo thành chất truyền dẫn thần kinh acetucholine.
Không tạo được acetycholine để đưa vào các khớp thần kinh CNS và vào các khớp
nối thần kinh cơ (myoneural junction) sẽ dẫn đến kết quả là lặp lại liên tục sự truyền
và có thể dấn đễn sự tê liệt. Ở người, sự hấp thụ xảy ra qua đường da, hệ hô hấp hay
hệ tiêu hóa. Khi phân bố, các photphat hữu cơ đi qua hàng rào máu-não (bloodbrain barire) để gây sự nhiễm độc CNS. Độc chất sẽ trải qua các chuyển hóa sinh
học pha I và pha II ở gan sau đó đào thải. Vì là những chất độc thần kinh, các
photphat hữu cơ gây ảnh hưởng đến phần lớn các cơ quan. Đó là đường ruột, dạ dày
(buồn nôn, nôn mửa), hệ hô hấp (tiết nhiều dịch ở phế nang), hệ thống tim mạch
(giảm\tăng nhịp tim hoặc huyết áp), cơ vân (yếu lả, tê liệt) và CNS (rối loạn tâm
thần, mệt mỏi).
1.3. Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm photphat
1.3.1. Phương pháp kết tủa
Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt,
canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn.
Đặc trưng quan trọng nhất của một quá trình kết tủa là tích số tan. Tích số tan của

Đặng Thị Thúy Hạt

8

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

một chất càng nhỏ thì hiệu quả của phương pháp càng cao. Giá trị tích số tan của
một số hợp chất liên quan trong quá trình xử lý photphat bằng phương pháp kết tủa
với muối, nhôm, sắt, và canxi (vôi) đã được thể hiện trong bảng 1.1:
Bảng 1. 1. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 25oC
[2]
Hệ

T (tích số tan)

FePO4.2H2O

Fe3+ + PO43- + 2H2O

10-23

AlPO4.2H2O

Al3+ + PO43- + 2H2O

10-21

CaHPO4

Ca2+ + HPO42-

10-6,6

4Ca2+ + 3PO43- + H+

Ca4H(PO4)3

10Ca2+ + 6PO43- + 2OH-

Ca10(PO4)6(OH)2

10-46,9
10-114

(hydroxylapatit)
Ca10(PO4)6F2

10Ca2+ + 6PO43- + 2F- (apatit)

10-118

Ca2+ + Al3+ + H+ + 2PO43-

10-39

CaHAl(PO4)2
CaCO3
CaF2
MgNH4PO4

Ca2+ + CO32-

10-8,3

Ca2+ + 2F-

10-10,4

Mg2+ + NH4+ + PO43- (struvit)

10-12,6

Fe(OH)3

Fe3+ + 3OH-

10-36

Al(OH)3

Al3+ + 3OH-

10-32

Cả 3 loại ion (Ca2+, Al3+, Fe3+) đều tạo ra các hợp chất photphat có độ tan rất
thấp, đặc biệt là hydroxylappatit và apatit. Phản ứng này tạo thành ở vùng pH cao
nên nhiều loại hợp chất của canxi với photphat có chứa thêm nhóm OH. [2]
Hydroxit sắt, nhôm tan trở lại vào nước dưới dạng ferrat hoặc aluminat
[(Fe(OH)4-, Al(OH)4-)] ở vùng pH cao (> 8,5), ở vùng thấp hơn chúng tồn tại ở dạng
kết tủa, keo tụ, hấp phụ có vai trò quan trọng hơn trong hệ sử dụng muối sắt, muối
nhôm khi kết tủa so với sử dụng vôi.

Đặng Thị Thúy Hạt

9

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu khả năng tách loại photphat của hỗn hợp Fe2+/H2O2 của Chanjuan
Li, JunMa, Jimin Shen, Peng Wang [16] đã chỉ ra sử dụng hỗn hợp Fe2+/H2O2 đạt
hiệu quả tách loại photphat lớn hơn so với sử dụng một mình Fe2+. Nồng độ
photphat ban đầu là 0,97 – 3,75 mg/l, hiệu quả tách loại 50 – 60% khi tỉ lệ mol
Fe2+/H2O2 là 1/1.
1.3.2. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy
lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông
thường hàm lượng photpho trong tế bào chiếm 1,5 - 2,5% khối lượng tế bào thô,
một số loại có thể hấp thu cao hơn từ 6 - 8%. Trong điều kiện yếm khí chúng lại
thải ra phần photpho tích lũy dư thừa, dưới dạng photphat đơn PO43-. Quá trình loại
bỏ photpho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cường. Photpho
được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều photpho)
hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa
kèm theo (ghép hệ thống phụ). Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu
- tàng trữ - thải photpho được quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật
Acinetobacter là chủ yếu. Dưới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh vật Bio-P tích lũy
photphat trùng ngưng trong cơ thể chúng từ photphat đơn tồn tại trong nước thải.
C2 H 4O2  0,16 NH 4  1,2O2  0,2PO43  0,16C5 H7 NO2  1,2CO2 
0,2HPO32   0,4OH   1,44H 2O

Klaas J.Appeldoorn và cộng sự đã nghiên cứu khả năng xử lí ô nhiễm photphat
của bùn hoạt tính [14], sau khi đưa bùn vào hệ thống xử lí, lượng photphat hấp phụ
trên bùn là 110 mg/g trọng lượng khô, photphat ở đầu ra của thiết bị là 0,2 ppm
(tính theo photpho)

1.3.3. Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion
Mặc dù các phương pháp kết tủa và sinh học có thể xử lí photphat một cách hiệu
quả tới giới hạn có thể chấp nhận được, nhưng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion
là những phương pháp xử lý photphat rất có triển vọng, do khả năng ứng dụng thực

Đặng Thị Thúy Hạt

10

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

tế cao và xử lí được ô nhiễm photphat ở nơi có nồng độ thấp. Bản chất của chất hấp
phụ photphat dựa trên khoáng chất, đặc biệt là các khoáng chất có chưa oxit sắt,
nhôm, silic. Về lý thuyết, hấp phụ photphat trên các hạt chất rắn gồm 3 bước:
- Khuếch tán và vận chuyển các ion photphat một cách có hiệu quả đến bề mặt
ngoài của vật liệu hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt phân cách pha xung quanh các
hạt vật liệu hấp phụ, được gọi là chuyển khối ngoài.
- Hấp phụ các ion photphat trên bề mặt hạt.
- Các ion photphat có thể trao đổi với cấu trúc bên trong hạt vật liệu hấp phụ,
phụ thuộc vào thành phần hóa học chất rắn, hoặc các ion photphat được hấp phụ
chuyển đến bề mặt các lỗ xốp (khuếch tán trong hạt).
Để đánh giá một chất hấp phụ cho mục đích ứng dụng thực tế cần phải xem xét
tải trọng hấp phụ trong dung dịch, pH, thời gian hấp phụ cân bằng, tái sinh, và tải
trọng khi có mặt các anion và cation ảnh hưởng. Nghiên cứu của Xin Huang,
Xuepin Liao [29], biến tính SSW (pigskin split wastes) bằng Fe (III) và Al (III) để
xử lí photphat đã chỉ ra rằng vật liệu SSW- Fe có tải trọng hấp phụ là 68 mg/g khi
nồng độ photphat là 93 ppm, trong 2 giờ, lớn hơn của SSW-Al là 19,5 mg/g trong

cùng điều kiện. Nghiên cứu “ Xử lý ô nhiễm phophat bằng phương pháp trao đổi
ion sử dụng nhôm và hợp kim của nhôm làm điện cực âm và thép làm điện cực
dương” của Subramanyan Vasudevan và cộng sự [27] đã chỉ ra hiệu suất xử lí tối đa
là 90% ở pH bằng 7.
Ưu điểm của phương pháp là không phát sinh bùn thải, không thay đổi pH của
dung dịch trong quá trình xử lí, vật liệu có thể sử dụng tái tạo được nhiều lần, khả
năng thu hồi photphat có chọn lọc, tính ứng dụng thực tế cao. Hàng loạt các nghiên
cứu tìm kiếm và chế tạo vật liệu đã và đang được tiến hành để tìm ra loại vật liệu có
khả năng xử lí photphat tốt nhất.

Đặng Thị Thúy Hạt

11

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

1.4. Một số vật liệu dùng để hấp phụ photphat
1.4.1. Than hoạt tính cố định Zirconi.
Nghiên cứu sử dụng Zirconi làm vật liệu hấp phụ photphat đã được số tác giả
công bố, các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng Zr xử lý. Ô nhiễm
photphat rất có triển vọng.
Chun Hu cùng các cộng sự [21], đã nghiên cứu chế tạo dạng ZrO2 và khảo
sát khả năng hấp phụ photphat. Kết quả cho thấy, vật liệu hấp phụ tốt photphat, tải
trọng hấp phụ theo mô hình Langmuir là 29,71 mg P/g. Thời gian cân bằng hấp phụ
là 5 giờ. Khả năng hấp phụ tăng khi giảm pH và ngược lại. Nghiên cứu ảnh hưởng
của lực ion đến khả năng hấp phụ PO43- của ZrO2 nhận thấy, khả năng hấp phụ bị
ảnh hưởng rất ít bởi lực ion. Từ đó tác giả đưa ra giả thuyết, nếu quá trình hấp phụ

PO43- trên ZrO2 xảy ra trên bề mặt thông qua việc tạo các phức ở phía bên ngoài
khối cầu tạo bởi các nhóm OH- hoặc O bên ngoài phân tử ZrO2, thì tỉ lệ PO43- được
xử lý phải giảm khi lực ion trong dung dịch tăng lên. Tuy nhiên với dạng
mesoporous ZrO2 hấp phụ trên ZrO2 bằng cách tạo liên kết trên bề mặt.
Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý PO43- là do tính lưỡng tính trên bề
mặt ZrO2 và dạng tồn tại PO43- trong dung dịch ở các pH khác nhau. Trong dung
dịch, bề mặt ZrO2 bao gồm một số nguyên tử O và các nhóm OH-. Chính các nhóm
OH- quyết định tính chất hóa học (tính axit – bazơ) và liên kết với các bề mặt oxit
(hydro) kim loại. Ở pH từ 3 ÷ 9 dạng H2PO4- và HPO42- tồn tại chủ yếu, cơ chế loại
bỏ photphat hầu như theo cơ chế trao đổi ion của các dạng H2PO4- và HPO42- trên
bề mặt ZrO2.
Môi trường càng axit thì khả năng loại bỏ photphat càng tăng, điều đó chỉ ra
rằng quá trình loại bỏ photphat bao gồm cả hấp phụ vật lý và hóa học, trong đó lực
culông chiếm ưu thế. Ở vùng pH thấp, tương tác culông dễ dàng xẩy ra cùng với quá
trình hấp phụ hóa học và phản ứng trao đổi [2]. Khi tăng pH, vùng bề mặt được
proton hóa sẽ giảm đi, khả năng loại bỏ photphat ở pH cao giảm vì lực liên kết mạnh
của nhóm OH- trên bề mặt chất hấp phụ, và sự gia tăng lực đẩy tĩnh điện trên bề mặt
tích điện âm của các dạng PO43- và bề mặt cũng tích điện âm của chất hấp phụ [2].

Đặng Thị Thúy Hạt

12

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu sử dụng Zr(VI) làm vật liệu hấp phụ, loại bỏ photphat đã được
một số tác giả trong nước công bố. Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển [11] đã

tiến hành cố định Zr trên than hoạt tính, khảo sát khả năng hấp phụ photphat của vật
liệu, kết quả cho thấy vật liệu có tải trọng hấp phụ PO43- đạt 20,2 mg/g.
Kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước đều cho thấy triển
vọng sử dụng Zr làm vật liệu hấp phụ, xử lý photphat
1.4.2. Than tro bay
Than tro bay là một vật liệu rắn được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện. Sự
phát triển của công nghiệp nhiệt điện đã tạo ra một trữ lượng lớn tro bay của các
quá trình đốt cháy này. Với trữ lượng rất lớn như vậy cùng với các điều kiện khí
hậu nó sẽ gây rất nhiều tác động xấu đối với môi trường như ô nhiễm không khí,
đất, nước, nước bề mặt, nước ngầm…
Ngoài một số ứng dụng than tro bay làm vật liệu xây dựng, than tro bay còn
là một trong những loại vật liệu rẻ tiền dùng để xử lý môi trường. Vật liệu này có
thể hấp phụ khá tốt photphat và một số ion kim loại như: Cu2+, Ni2+ và các chất màu
hữu cơ
Các tác giả Yanzhong Li, Charyjun Liu và các cộng sự [30] đã nghiên cứu sử
dụng than tro bay trong việc tách loại photphat khỏi dung dịch nước. Các kết quả
chỉ ra rằng than tro bay có thể loại được 45 ÷ 52,9 % photphat trong nước.
Một số nhà khoa học khác cũng đã nghiên cứu tách photphat sử dụng than
tro bay. Khi đó PO43- được kết tinh bởi Ca2+ và ion hydroxit, có mặt chất đồng kết
tinh, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kết tinh PO43- đã được nghiên cứu và 90%
photphat đã được loại bỏ ở pH = 11,3 sử dụng than tro bay của nhà máy nhiệt điện
Philippin. Hiệu quả tách loại photphat tăng khi nhiệt độ phản ứng tăng.
1.4.3. Bùn đỏ
Bùn đỏ là chất thải rắn của quá trình tinh luyện sản xuất nhôm theo quy trình
công nghệ Bayer. Bùn đỏ là chất có độ kiềm cao (pH = 10 ÷ 12.5). Nó bao gồm một
hỗn hợp các tạp chất rắn và kim loại và một số vấn đề chất thải có khối lượng lớn
nhất của ngành công nghệ luyện nhôm. Trong thành phần bùn đỏ có chứa các oxit

Đặng Thị Thúy Hạt

13

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

và hidroxit kim loại các nguyên tố: Al, Fe, Si, Ti,…với tỉ lệ khá lớn, ngoài ra còn có
ion các kim loại nặng độc như: Mn, Cd, Cu, Ar, Cr,… Trong đề tài “ Nghiên cứu
khả năng hấp phụ ion photphat của bùn đỏ” của thạc sĩ Quản Cẩm Thúy [9] năm
2011 đã chỉ ra rằng: bùn đỏ biến tính bằng bentonit cho khả năng hấp phụ tốt nhất ở
điều kiện pH = 1,5÷ 2, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là từ 70 tới 130 phút, tải
trọng hấp phụ cực đại là 17,3 mg/g.
1.5. Laterit và đặc tính của laterit
1.5.1. Giới thiệu về laterit
Laterit là loại đất giàu chất sắt và nhôm, hình thành ở vùng nhiệt đới nóng và
ẩm ướt. Laterit có màu đỏ của ion sắt. Laterit được hình thành trong quá trình rửa
trôi các nguyên tố đá mẹ đặc biệt là các nguyên tố dễ bị ion hòa tan như Si, Na, K
Ca, Mg,... sau đó có sự tích tụ tuyệt đối các ion Fe, Al, Mn trong các tầng đất, dưới
tác động của các điều kiện môi trường như sự phong hóa, dòng chảy, mạch nước
ngầm thay đổi, mất thảm phủ, xói mòn,... Các cation này có sẵn trong môi trường
đất nhiệt đới do mưa và tác động dòng nước thấm, nước ngầm, chúng có cơ hội tập
trung lại một chỗ trong đất với mật độ cao. Các cation này hấp thụ vào một nhóm
mang điện tích âm (keo sét hoặc oxit sắt) hoặc một tác nhân khác kết dính giữa các
cation đó để tạo nên những liên kết tương đối bền vững. Khi nhiệt độ môi trường
lên cao, độ ẩm giảm thấp, các liên kết này mất nước, sẽ tạo nên những oxit kim loại
cứng chắc, do đó độ cứng cao và rất cao. Các ion này tập trung quanh những phần
tử nhỏ là những cation nhóm mang điện tích âm hay tác nhân có khả năng kết dính
xi măng. Chúng tạo liên kết với nhau. Mạch nước ngầm bị tụt xuống khiến lớp trên
mất nước, khả năng liên kết giữa chúng tăng và càng rắn chắc khi mất nước [3].

Laterit hình thành ở vùng có độ dốc không cao lắm, có điều kiện tích tụ Fe,
Al, Mn. Nhất là các tỉnh đồi núi trung du các tỉnh: Vĩnh Phú, Đồng Nai, Sông Bé,
Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu, Tây Nguyên,…Nơi mà môi trường sinh thái đang bị
phá hủy mạnh mẽ, khả năng bốc hơi lớn, mạch nước ngầm lên xuống rất cao trong
mùa mưa và mùa khô. Mực nước ngầm không quá sâu. Đá ong thường xuất hiện ở
chân đồi vì nước ngầm nông hơn. Đá mẹ, phù sa cổ, thạch sét, một ít bazan tầng

Đặng Thị Thúy Hạt

14

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

mỏng hay xuất hiện đá ong (miền Đông Nam bộ, Tây Nguyên). Trên đá vôi hình
thành nên đá ong hạt đậu, kết quả của sự tích tụ tuyệt đối Mn6+, Mn4+, Fe3+, Al3+.

Hình 1.3. Quá trình laterit hóa [3]
1.5.2. Đặc tính của laterit
Trong đá ong thành phần chủ yếu là hydroxit sắt ngậm nước hay không ngậm
nước, mangan và phần rất ít oxit nhôm. Trong tầng nước thổ nhưỡng gần mặt đất có
chứa nhiều Fe2+, các Fe2+ dễ dàng bị oxi hóa thành Fe3+ khi có điều kiện tiếp xúc
với oxy. Các oxit của chúng liên kết với các nhân là hạt keo là sắt kailinit để tạo
thành mạng lưới dày đặc. Khi mất nước chúng càng liên kết chặt hơn tạo nên một
khối vững chắc. Kết quả nghiên cứu thành phần mẫu quặng Laterit ở Tây Nguyên
cho kết quả [3]: Hàm lượng sắt trung bình là 29,91%, Al2O3 1,86%, SiO2 20,71%.
Người ta phân loại Laterit thành:

Đặng Thị Thúy Hạt

15

K25 – Cao học Hóa Môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

-

Đá ong tảng kiểu buhanran

-

Đá ong tảng tổ ong, có nhiều lỗ, lỗ nhỏ như tổ ong

-

Đá ong hạt đậu

1.5.3. Ứng dụng laterit trong xử lý photphat
Trong lịch sử, đá ong - laterit được cắt thành hình dạng như viên gạch và được
sử dụng trong xây dựng tượng đài, đền thờ. Kể từ những năm 1970 người ta đã sử
dụng đá ong thay cho đá. Laterit được tìm thấy ở rất nhiều vùng như Xuân Mai,
Hòa Lạc, làng cổ Đường Lâm, nhiều nhất ở Tây Nguyên.... và các vùng trung du
trên mọi miền tổ quốc. Nước giếng đá ong được biết đến là có vị ngọt, trong, mát.
Lớp đá ong được hình thành trong tự nhiên dày, xốp và hơi thấm, vì vậy các lớp này
có chức năng dẫn mạch nước ngầm ở các khu vực nông thôn. Ở một số địa phương,
người ta còn sử dụng đá ong có sẵn để loại bỏ photphat và kim loại nặng. Laterit là

nguồn quặng nhôm: quặng chủ yếu tồn tại dạng khoáng vật và hidroxit gibbsite,
diaspor giống như thành phần của boxit [2]. Ở Bắc Ireland, người ta sử dụng laterit
như nguồn cung cấp chính quặng sắt, nhôm và niken [2].
Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy
laterit có nhiều đặc tính tốt như: diện tích bề mặt riêng lớn, định hình ổn định, rỗng,
xốp, có nhiều lỗ trống, thoát nước tốt. Chính vì vậy laterit được sử dụng làm vật liệu
xử lí ion độc hại cho môi trường. Laterit đã được ứng dụng trong xử lí ô nhiễm Flo,
Asen,…Trong đề tài “ Nghiên cứu biến tính laterit xử lí ô nhiễm flo trong nước”
của thạc sĩ Đặng Thị Thu Hương [3] đã chỉ ra tải trọng hấp phụ cực đại của laterit tự
nhiên là 3,00 mg/g, và của Laterit biến tính bằng lantan 2% là 5,30 mg/g. Chúng ta
cũng nghiên cứu và phát triển để phát huy được hết các đặc tính quý của laterit
trong xử lí môi trường. Để nâng cao khả năng hấp phụ của laterit, các nhà khoa học
đã nghiên cứu và biến tính laterit bằng các vật liệu khác nhau. Vì asen, nitơ và
photpho cùng nằm trong nhóm VA nên chúng có các tính chất hóa học tương tự
nhau. Vì vậy laterit có thể xử lí được ô nhiễm photphat.

Đặng Thị Thúy Hạt

16

K25 – Cao học Hóa Môi trường