Chế Tạo Vật Liệu Hấng Xử Lý Ion Pb2+ Trong Các Nguồn Nước Bị Ô Nhiễm

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
------------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤNG XỬ LÝ ION Pb2+ TRONG
CÁC NGUỒN NƯỚC BỊ Ô NHIỄM

Người thực hiện

: PHẠM THU GIANG

Lớp

: MTC

Khóa

: 57

Chuyên ngành

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH
Địa điểm thực tập

: BỘ MÔN HÓA

Hà Nội - 2016

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ của giáo
viên hướng dẫn là TS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh. Các nội dung nghiên cứu và kết
quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trông bất cứ
công trình nghiên cứu nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ
cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá do chính tôi thu thập từ các nguồn khác
nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số
nhận xét, đánh giá cũng như số liệu một số tác giả, cơ quan, tổ chức khác và
cũng được thể hiện trong tài liệu tham khảo.
Nếu có phát hiện bất kì gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước
Hội đồng cũng như kết quả khóa luận của mình.
Hà Nội, Ngày

tháng năm 2016

Sinh viên
Phạm Thu Giang

i


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập tại khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt
Nam, cũng như trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp của mình, ngoài
sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của
các thầy cô, gia đình, bạn bè trong và ngoài trường.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám đốc, Ban chủ nhiệm

khoa và các thầy giáo, cô giáo trong khoa môi trường đã truyền đạt những kiến
thức quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn
TS.Nguyễn Thị Hồng Hạnh là người đã tận tình chỉ bảo tôi trong quá trình thực
tập và viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp của mình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các giảng viên, cán bộ bộ môn Hóa học
đã giúp đỡ tôi trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ,
khích lệ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề tài
tốt nghiệp này.
Do điều kiện thời gian có hạn và bản thân tôi chưa có nhiều kinh nghiệm, khóa
luận tốt nghiệp của tôi không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự
giúp đỡ, đóng góp ý kiến của thầy cô giáo cũng như bạn bè để bài khóa luận của
tôi hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, Ngày

Tháng năm 2016

Sinh viên
Phạm Thu Giang

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................v
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1

Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................1
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.........................................................................2
1.1 Khái quát về kim loại chì.............................................................................3
1.1.1 Giới thiệu về kim loại chì.....................................................................3
1.1.2 Tính chất ,đặc trưng của kim loại chì...................................................3
1.1.3 Ảnh hưởng của chì tới con người và môi trường.................................4
1.1.4 Thực trạng ô nhiễm chì.........................................................................5
1.2 Tổng quan về vỏ trấu...................................................................................7
1.2.1 Nguồn gốc, cấu tạo và đặc tính lý hóa..................................................7
1.2.3. Ứng dụng của vỏ trấu........................................................................13
1.3. Cơ sở lý thuyết của hấp phụ.....................................................................17
1.3.1 Sự hấp phụ..........................................................................................17
1.3.2. Cân bằng hấp phụ..............................................................................18
1.3.4. Động học hấp phụ..............................................................................18
1.3.5. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ......................................................19
1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ.....................................21
1.4. Phương pháp xác định hàm lượng chì trong nước...................................22
1.4.1. Phương pháp chuẩn độ complexon...................................................22
1.4.2. Phương pháp phép đo cromat............................................................24
1.4.3. Phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang.........................25
1.4.4. Phương pháp phổ nguyên tử (AAS)..................................................27
2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................29
2.1.1.Đối tượng nghiên cứu của đề tài.........................................................29
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu...........................................................................29
2.2 Nội dung nghiên cứu.................................................................................29
iii


2.3. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất................................................................29
2.3.1. Nguyên liệu.......................................................................................29

2.3.2. Dụng cụ và hóa chất..........................................................................29
2.4. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................30
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu............................................................30
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm.................................................................30
2.4.3. Phương pháp so sánh.........................................................................32
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu bằng Excel, phương trình Langmuir......32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................33
3.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ...........................................................................33
3.1.1. Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ...........................................................33
3.1.2. Hình ảnh các vật liệu hấp phụ...........................................................33
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP...........35
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian cân bằng hấp phụ......................................35
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hấp phụ................................38
Kết luận..........................................................................................................45
Kiến nghị........................................................................................................45

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải

VLHP

:

Vật liệu hấp phụ

TCVN

:

Tiêu chuẩn Việt Nam

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.2: Thành phần của tro trấu :....................................................10
Bảng 1.3 : Đặc điểm của tro trấu.........................................................10
Bảng 1.4: Diện tích và sản lượng lúa gạo của Việt Nam từ năm 20002013 (Nguồn: thantrau, 2015).............................................................12
Bảng 3.1: Hình ảnh của các vật liệu hấp phụ......................................35
Bảng 3.2 ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của các
VLHP...................................................................................................36
Bảng 3.4: Dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP.............................42

vi


DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Cây lúa..............................................................................8
Hình 1.2: Vỏ trấu...............................................................................8
Hình 1.3: Sản lượng và diện tích trồng lúa gạo thế giới..................11
Hình 1.4: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.............................20
Hình 1.5: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb...........................................20
Sơ đồ 3.1: sơ đồ chế tạo Vật liệu hấp phụ.......................................33

Hình 3.1: Đồ thị hiệu suất phụ thuộc vào thời gian của các VLHP 37
Hình 3.2: đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc nồng độ sau hấp phụ vào
thời gian...........................................................................................37
Hình 3.3: Đồ thị sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân
bằng.................................................................................................40
Hình 3.4: Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến
tính của VLHP1 đối với Pb2+.........................................................41
Hình 3.5: Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến
tính của VLHP2 đối với Pb2+.........................................................41
Hình 3.6: Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến
tính của VLHP3 đối với Pb2+.........................................................41
Hình 3.7: Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến
tính của VLHP4 đối với Pb2+.........................................................41

vii


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, là yếu tố không thể
thiếu được cho mọi hoạt động sống, sản xuất của con người và sinh vật.
Nhưng hiện nay, nguồn nước ở một số nơi đã bị suy giảm về chất lượng, thậm
chí có nơi còn bị ô nhiễm do sự phát triển của các hoạt động công nghiệp đã
tác động tiêu cực đến môi trường nước. Các hoạt động khai thác mỏ, công
nghiệp điện tử, mạ, sản xuất thép…đã thải ra nguồn nước chứa các kim loại
nặng như: Cu, Zn, Pb, Fe…và những hợp chất hữu cơ độc hại .Một số kim
loại cần thiết cho cơ thể sống nhưng nếu nồng độ vượt mức cho phép sẽ ảnh
hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.
Do đó nghiên cứu tách các ion kim loại nặng từ các nguồn nước bị ô
nhiễm là một vấn đề quan trọng nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con

người. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phương pháp xử lý các
nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng như phương pháp kết tủa, trao đổi ion,
thẩm thấu ngược, điện thẩm tách v.v…các phương pháp này thường khá tốn
kém hoặc gây ra lượng bùn thải lớn. Trong khi đó phương pháp hấp phụ có
ưu điểm là xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị và đặc biệt có thể sử dụng lại vật
liệu hấp phụ
Từ năm 2005 trở lại đây, sản lượng gạo của Việt Nam có xu thế tăng dần,
cứ mỗi tấn lúa tạo ra khoảng 200 kg vỏ trấu. Do đó nếu không có biện pháp
xử lý hiệu quả sẽ gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng
Việc nghiên cứu vỏ trấu để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại
nặng và một số hợp chất hữu cơ trong nước sẽ có ý nghĩa thực tiễn trong việc
sử dụng một cách có hiệu quả nguồn vỏ trấu khổng lồ, giảm thiểu khả năng
gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra một loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền từ
nguồn nguyên liệu phế thải của cây lúa. Nhằm tận dụng nguồn phế phẩm dồi
dào này, tôi chọn đề tài: “Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu- Ứng dụng xử lý
ion Pb2+ trong các nguồn nước bị ô nhiễm”.
1


Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Điều chế vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu.
- Khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ của vật liệu hấp phụ điều chế được, các
ảnh hưởng của các yếu tố (thời gian, nồng độ) tới khả năng hấp phụ .
- So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ với than hoạt tính.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Khái quát về kim loại chì

1.1.1 Giới thiệu về kim loại chì.
Lê Huy Bá (2008), chì là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn hóa
học viết tắt là Pb (latin:plumbum) và có số nguyên tử là 82. Chì có hóa trị phổ
biến là II, có khi là IV. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo
hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám
khi tiếp xúc với không khí. Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn và là
một phần của nhiều hợp kim. Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, chì là chất
độc đối với động vật cũng như con người. Nó gây tổn thương cho hệ thần
kinh và gây ra rối loạn não
1.1.2 Tính chất ,đặc trưng của kim loại chì.
1.1.2.1 Tính chất vật lý
Nguyễn Đức Vận (2010), chì có màu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn
tươi của nó xỉn nhanh trong không khí tạo ra màu tối. Nó là kim loại màu
trắng xanh, rất mềm, dễ uốn và nặng và có tính dẫn điện kém hơn so với các
kim loại khác. Chì có tính chống ăn mòn cao và do thuộc tính này nó được sử
dụng để chứa các chất ăn mòn (như axit sunfuric). Do tính dễ dát mỏng và
chống ăn mòn, nó được sử dụng trong các công trình xây dựng
Chì dạng bột cháy cho ngọn lửa màu trắng xanh. Giống như nhiều kim loại
bột chì rất mịn và có khả năng cháy trong không khí. Khói độc thoát ra khi
chì cháy
1.1.2.2. Tính chất hóa học của chì
Nguyễn Đức Vận (2010), khi đun nóng chì trong không khí, chì bị oxi hóa
dần tạo ra PbO
2Pb + O2

to 2PbO

Khi đun nóng chì với lưu huỳnh tạo ra PbS
Pb +

S

to

PbS

Chì phản ứng chậm với H2O khi có mặt của oxi tạo ra hidroxit
3


2Pb

+

O2

+

H2 O

2Pb(OH)2

Lượng khí CO2 hòa tan trong nước cũng ảnh hưởng mạnh tới tính bền của
chì đối với nước. Người ta thấy rằng, với nồng độ thấp, CO 2 đã làm cho các
ống nước bằng chì bền hơn do tạo ra lớp PbCO 3 thực tế không tan (tích số tan
của PbCO3 bằng 1.10-3), nhưng khi nồng độ CO2 trong nước lớn hơn sẽ tạo ra
Pb(HCO3)2 dễ tan hơn
PbCO3

+

CO2

+

H2O

Pb(HCO3)2

Chì không tác dụng với HCl, H2SO4 loãng do có lớp muối phủ bên ngoài.
Tuy nhiên khi cho chì vào HCl đặc chì dễ tan hơn
PbCl2 + 2HCl đặc

H2[PbCl4]

Chì chỉ tác dụng trên bề mặt với dung dịch H 2SO4 có nồng độ thấp hơn
80% tạo ra lớp muối khó tan. Người ta lợi dụng tính chất này để chế tạo ắc
quy chì
Chì tác dụng với H2SO4 đặc
Pb + 2H2SO4(đặc)

PbSO4 + SO2 + 2H2O

PbSO4 + H2SO4

Pb(HSO4)2

Chì tác dụng với HNO3 loãng
3Pb + 8HNO3

3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

1.1.3 Ảnh hưởng của chì tới con người và môi trường.
Lê Huy Bá (2008), chì và nhiều hợp chất của chì được ngành độc học xếp
vào nhóm độc bản chất. Trong cơ thể, chì không bị chuyển hóa, chỉ được vận
chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác, bị đào thải qua đường bài tiết và
tích tụ lại trong một số cơ quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp
xúc. Chính vì vậy ảnh hưởng gây độc của chì rất nghiêm trọng và lâu dài.
Cục bảo vệ môi trường Mĩ (EPA, 1986), chì có khả năng làm thay đổi quá
trình vận chuyển ion trong cơ thể, dẫn tới cản trở sự phát triển và chức năng
của nhiều cơ quan, đặc biệt là hệ thần kinh trung ương, từ đó gây ra nhiều loại
bệnh như: bệnh thiếu máu, bệnh về tiêu hóa, hệ thần kinh (bao gồm thần kinh
trung ương và thần kinh ngoại biên), bệnh tim mạch và ảnh hưởng đến quá
trình sinh sản
4


Phan Trung Quý (2008), tác dụng hóa sinh chủ yếu của chì là gây ức chế
một số enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo được
hồng cầu. Một pha quan trọng của quá trình tổng hợp máu là sự chuyển hóa
axit delta- aminolevunilic thành porphibilinogen.
O
HOOC– (CH2)2 –C –CH –COOH

HOOC- CH 2- CH2 –C –C –CH2-

CH2COOH
NH2

H2N – H2C – C- C - H

N- H

Delta – aminolevunilic

porphibilinogen.

Chì ức chế ALA- dehidraza enzim, do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành
porphibilinogen không thể xảy ra được. Tổng quát chung, chì phá hủy quá
trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố hô hấp khác trong máu như xitocrom.
Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì nó ngăn cản quá trình sử
dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống. Ở nồng độ
cao hơn (> 0,8ppm ) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Nếu hàm
lượng chì trong máu khoảng (>0,5 – 0,8) gây ra sự rối loạn chức năng của
thận và phá hủy não.
1.1.4 Thực trạng ô nhiễm chì.
1.1.4.1 Ô nhiễm chì trên thế giới
Trần Thị Dung (2014), Viện Blacksmith- Hoa Kì, một tổ chức nghiên cứu
môi trường quốc tế có trụ sở tại New York (Mỹ), đã công bố danh sách 10
thành phố thuộc 8 nước được coi là ô nhiễm nhất thế giới năm 2006, trong đó
có thành phố Haina, ở cộng hòa Dominica (Châu Phi), nơi chuyên tái chế ắc
quy chì. Năm 2000 Bộ trưởng Tài nguyên và Môi trường Dominica đã xác
định Haina là một điểm nóng quốc gia về ô nhiễm chì với hàm lượng chì
trong đất lớn hơn 1000 lần so với tiêu chuẩn cho phép của Mỹ. Hơn 90% dân
5


số của Haina có hàm lượng chì trong máu cao, nồng độ trung bình của chì
trong máu của cư dân ở đây là 60 µg/dL (tiêu chuẩn nồng độ chì cho phép
trong máu của Mỹ là 10 µg/dL). Ước tính có khoảng 300.000 người bị ảnh
hưởng trực tiếp từ khu vực bị ô nhiễm chì. Theo liên hợp quốc, dân số của

Hiana được coi là có mức nhiễm chì cao nhất thế giới.
Tại Thiên Anh, Trung Quốc là một thành phố công nghiệp, Thiên Anh
chiếm khoảng hơn một nửa sản lượng chì của Trung Quốc. Thứ kim loại độc
hại này đã ngấm vào nước và đất trồng lúa của thành phố và ngấm vào máu
của trẻ em sinh ra tại đây. Đó có thể là nguyên nhân dẫn tới việc các em nhỏ ở
Thiên Anh có chỉ số IQ thấp. Qua kiểm tra, lúa mì trồng ở Thiên Anh có hàm
lượng chì cao gấp 24 lần chuẩn của Trung Quốc
1.1.4.2. Ô nhiễm chì tại Việt Nam
Những năm 90 trở lại đây, quá trình công nghiệp hóa và cơ giới hóa được
đẩy mạnh, nền kinh tế của Việt Nam đã có bước nhảy vọt đáng kể. Đi cùng
với sự phát triển là vấn đề ô nhiễm, đặc biệt tại các thành phố lớn và các làng
nghề tái chế kim loại. Ô nhiễm kim loại đang được sự quan tâm của nhà quản
lý, nhà khoa học và toàn cộng đồng. Ảnh hưởng của các làng nghề tái chế đã
làm tăng đáng kể lượng chì trong đất, nước, thậm chí có một số nơi đã bị ô
nhiễm.
Cao Việt Hà (2012), đất nông nghiệp của vực huyện Văn Lâm có hàm
lượng chì trong đất khá rộng, từ 24,24 – 948,77mg/kg đất. Đất nông nghiệp
xung quanh khu công nghiệp và làng nghề của huyện Văn Lâm đã biểu hiện ô
nhiễm chì cụ thể như sau: 10/41 mẫu đất bị ô nhiễm chì với hàm lượng Pb
tổng số vượt QCVN 03.2008 BTNMT từ 2,14 đến 13,55 lần. Đất tại khu vực
làng nghề của xã Chỉ Đạo bị ô nhiễm chì rất nặng, hàm lượng chì trong đất ở
đây vượt 10,03 – 13,55 lần so với QCVN 03.2008 BTNMT
Tại thôn Đông Mai thuộc xã Chỉ Đạo huyện Văn Lâm Hưng Yên là một
làng nghề chuyên tái chế chì từ ắc quy. Năm 2012 Viện Y học lao động và Vệ
sinh môi trường (Bộ Y tế) kết hợp cùng trường ĐH Washington tiến hành
chọn ngẫu nhiên 109 trẻ em dưới 10 tuổi ở Đông Mai để tiến hành xét nghiệm
6


sàng lọc lượng chì trong máu. Kết quả đáng chú ý là 109/109 trẻ được chọn

đều có hàm lượng chì trong máu vượt quá giới hạn cho phép (>10 µg/dl),
thậm chí hàng chục bé có độ phơi nhiễm cao gấp 7 - 8 lần. Theo kết quả
nghiên cứu này tại những điểm gần lò nấu, hàm lượng chì ngấm trong đất dao
động trong khoảng 659,83 mg/kg đến 96,456 mg/kg đất, đặc biệt mẫu trầm
tích lên đến 196,362 mg/kg. Sự ô nhiễm của thứ kim loại nặng này tồn dư
trong môi trường sẽ dẫn đến sự tích tụ hàm lượng ngày một nhiều, ảnh hưởng
trực tiếp lên các thực vật sống lân cận, gây nguy cơ khuếch đại sinh học theo
các mắt xích của chuỗi dinh dưỡng, làm tổn hại sức khoẻ con người.
Trần Thị Dung(2014), khu vực khai thác và chế biến kẽm – chì làng HíchTân Long Thái Nguyên có hàm lượng Pb trong bãi thải cao nhất (5,3.10 3 –
9,2.103 ppm), tiếp đến là bãi liền kề (164 – 904 ppm), đất vườn nhà dân (27,9
– 35.8 ppm), bãi thải cũ (1,1.103 – 13.103 ppm), đất ruộng lúa gần bãi thải cũ
(1271 – 3953 ppm), vườn nhà dân gần bãi thải cũ (203- 360 ppm). Như vậy,
theo TCVN 7209:2002 (70 ppm) thì hầu hết các điểm đã bị ô nhiễm Pb, riêng
khu vực vườn nhà dân gần bãi thải mới chưa bị ô nhiễm
1.2 Tổng quan về vỏ trấu
1.2.1 Nguồn gốc, cấu tạo và đặc tính lý hóa.
1.2.1.1. Nguồn gốc của vỏ trấu
Theo Vũ thị Bách (2013), lúa (Orya spp) là một trong năm loại cây lương
thực chính của thế giới, cùng với ngô (Zea Mays L), lúa mì (Triticum sp, tên
khác: tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta Crantz, tên khác: khoai mì) và khoai
tây (Solanum tuberosum L.). Lúa cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu
thụ bởi con người. Nó là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1- 1,8
m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50- 100 cm.
Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay
rủ xuống, dài 30- 50 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây
ngũ cốc) dài 5- 12 mm và dày 2-3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sản
phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản
phẩm chính là gạo cùng với các sản phẩm phụ là cám và trấu. Gạo là nguồn
7

lương thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở Châu Á và
Châu Mĩ La Tinh), điều này làm cho nó trở thành loại lương thực được con
người tiêu thụ nhiều nhất. Không những hạt lúa được sử dụng làm thực phẩm
chính, mà các phần còn lại sau khi đã thu hoạch lúa cũng được người dân tận
dụng trở thành những vật liệu có ích trong đời sống hằng ngày.

Hình 1.1: Cây lúa
Khi nhắc đến vỏ trấu thì từ những người nông dân cho đến những nhà
nghiên cứu đều có thể nêu được những công dụng của chúng. Trấu được sử
dụng làm chất đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng…

Hình 1.2: Vỏ trấu

8


Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay
xát. Trong vỏ trấu có chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong
quá trình đốt và khoảng 25% còn lại sẽ chuyển thành tro (theo Energy
Efficiency Guide for Industry in Asia).
1.2.1.2. Cấu tạo của vỏ trấu
Vỏ trấu do vảy lá và mày hoa tạo thành. Cả hai thành phần này được ghép
liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Phần trên của hai
mảnh của vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc
thành một cái râu.
Bảng 1.1:Thành phần hóa học của vỏ trấu
Thành phần chính của trấu

Hàm lượng

(% khối lượng)
SiO2
18,8 ÷ 22,8
Lignin
9,0 ÷ 20,0
Xenlulo
28,0 ÷ 38,0
Protein
1,9 ÷ 3,0
Chất béo
0,3 ÷ 0,8
Chất dinh dưỡng
9,3 ÷ 9,5
(Nguồn: Đặng Thị Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Bích,

2007)
Thành phần chủ yếu của tro trấu là xenlulo, silic dioxit, cả hai chất này đều
có khả năng hấp phụ kim loại
1.2.1.3. Các đặc trưng và tính chất hóa lý của vỏ trấu
Tùy theo từng loại trấu mà trấu có chiều dài từ (5 – 10)mm, chiều ngang
bằng (1/2 – 1/3) chiều dà Góc nghỉ của trấu từ (35 – 50) 0 tùy theo độ ẩm và
điều kiện môi trường. Vỏ trấu không cháy dễ dàng với ngọn lửa trừ khi có
không khí thổi qua. Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên nó là vật
liệu cách nhiệt tốt
Tro trấu chứa nhiều SiO2 gây nên hiện tượng ăn mòn các loại lò sử dụng vỏ
trấu làm chất đốt.

9

Bảng 1.2: Thành phần của tro trấu :
Thành phần chính của tro trấu

Hàm lượng
(% khối lượng )
SiO2
96,34
K2O
2,39
MgO
0,45
Fe2O3
0.2
Al2O3
0,41
CaO
0,41
(Nguồn: Đặng Thị Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Bích 2007)
Trong tro trấu có chứa một lượng lớn silic dioxit nên có khả năng hấp phụ
kim loại. Đã có nhiều nghiên cứu tách silic dioxit từ trấu để xử lý nước và đã
được ứng dụng tại một số nơi, phát triển khả năng ứng dụng của tro trấu trong
việc xử lý nước giúp làm giảm ô nhiễm môi trường do vỏ trấu và tận dụng
được nguồn nguyên liệu dồi dào.
Bảng 1.3 : Đặc điểm của tro trấu
Diện tích bề mặt (m2/g)
57,5
3
Mật độ (g/cm )
0,96
pH

8,5
Đường kính (m)
3,02.10-4
(Nguồn: Tarun Kumar Naiyaa ,2009)
Diện tích bề mặt của tro trấu khá lớn nên tro trấu có khả năng hấp phụ các
chất như kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ…
Vỏ trấu khó xử lý vì cồng kềnh và bụi bặm. Khối lượng riêng của vỏ trấu
thấp, khoảng (70 – 110)kg/m 3 do đó đòi hỏi không gian lớn để lưu trữ và vận
chuyển. Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng (17 – 26)% cao hơn
rất nhiều so với gỗ (0,2 – 2)% và than đá (12,2%). Dẫn đến có một khối lượng
lớn tro trấu cần phải được xử lý. Trấu có giá trị nhiệt lượng trung bình cao
(khoảng 3410kcal/kg). Do đó, nó là một nguồn năng lượng tái tạo tốt.

10


1.2.2 Tình hình phát triển của lúa gạo trên thế giới và Việt Nam
1.2.2.1. Tình hình phát triển của lúa gạo trên thế giới
Thantrau (2015), Lúa gạo là một loại lương thực quan trọng đối với 3,5 tỷ
người, chiếm 50% dân số thế giới. Theo thống kê của tổ chức lương thực thế
giới FAO năm 2015 sản lượng lúa gạo đạt 749,1 triệu tấn tăng 1% so với năm
2014 (741,8 triệu tấn) và có xu thế tăng trong những năm tiếp theo.
Sản lượng lúa gạo tại châu Á chiếm tới 90,4% toàn thế giới, tức là 677,7
triệu tấn. Tỷ lệ này vẫn đang liên tục tăng vì vấn đề dân số gia tăng ở khu vực
này. Theo thống kê, sản lượng lúa gạo cao chủ yếu nhờ sản lượng tăng mạnh
tại Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Việt Nam. Trong đó, sản lượng
lúa gạo của Việt Nam năm 2015 đạt tới 44,7 triệu tấn.
Sản lượng lúa gạo tại Châu Phi đạt 28,7 triệu tấn, tăng 0,8% so với sản
lượng năm 2014. Sản lượng tăng tại các nước Tây Phi đã bù đắp những thiếu
hụt do sự suy giảm tại một nước ở Đông và Nam Phi.

Tại vùng trung Mỹ và Caribe sản lượng lúa gạo duy trì ở mức ổn định 3
triệu tấn. Vùng nam Mỹ sản lượng lúa gạo đạt 25,4 triệu tấn năm 2015 tăng
2,7% so với cùng kỳ năm 2014. Sản lượng lúa gạo tại châu Âu giữ ở mức ổn
định đạt 4.1 triệu tấn năm 2015.

Hình 1.3: Sản lượng và diện tích trồng lúa gạo thế giới
11


1.2.2.2. Tình hình sản xuất lúa gạo tại Việt Nam.
Theo ThanTrau (2015), Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa có chiều
dài bờ biển lên tới 3000km, địa hình phức tạp nhiều sông núi, do đó hình
thành nhiều vùng canh tác lúa khác nhau. Căn cứ vào điệu kiện tự nhiên, tập
quán canh tác, sự hình thành mùa vụ và phương pháp gieo trồng, nghề trồng
lúa nước được hình thành và chia ra là 3 vùng chính: đồng bằng sông Hồng,
đồng bằng ven biển miền Trung và đồng bằng Nam Bộ
Bảng 1.4: Diện tích và sản lượng lúa gạo của Việt Nam từ năm 2000-2013

(Nguồn: thantrau, 2015)
12


Theo bảng thống kê diện tích và sản lượng lúa của cả nước, nhận thấy
rằng bắt đầu từ năm 2000 đến năm 2007 diện tích trồng lúa giảm từ 7.666
nghìn ha xuống 7.207 nghìn ha và từ năm 2007 trở đi diện tích trồng lúa có xu
hướng tăng trở lại và đạt 7.899 nghìn ha vào năm 2013. Diện tích của vụ lúa
mùa có xu hướng giảm dần, còn diện tích của vụ đông xuân thì tăng dần theo
từng năm. Diện tích vụ hè thu giữ ở mức ổn định và bắt đầu có xu hướng tăng
từ năm 2010.
Từ năm 2005 trở lại đây sản lượng lúa gạo có xu thế tăng dần. Ngoài việc

tăng diện tích trồng lúa thì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp
bằng việc tạo ra những giống lúa mới có năng suất cao, chống chọi được với
nhiều loại sâu bệnh cũng góp phần nâng cao sản lượng lúa gạo của cả nước.
Theo số liệu thống kê cứ mỗi tấn lúa tạo ra khoảng 200 kg vỏ trấu (vỏ trấu
chiếm khoảng 20% khối lượng thóc). Như vậy, trung bình hàng năm thế giới
tạo ra khoảng 150 triệu tấn vỏ trấu, lượng trấu của Việt Nam khoảng 8,94
triệu tấn chiếm khoảng 5,96% lượng trấu thế giới. Hiện nay, lượng trấu này
vẫn chưa được tận dụng một cách hợp lý nhất là ở những nước đang phát
triển, trong đó có Việt Nam. Phần lớn vỏ trấu được đốt hoặc đổ thẳng ra hệ
thống kênh mương gây ô nhiễm môi trường.
Sản lượng lúa gạo của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang có
xu hướng gia tăng, điều đó đồng nghĩa với việc lượng vỏ trấu thải ra ngày
càng nhiều. Do đó, tìm một giải pháp xử lý hiệu quả vỏ trấu là một bài toán
hết sức cấp bách.
1.2.3. Ứng dụng của vỏ trấu
1.2.3.1. Xử lý nước thải bằng vỏ trấu
Trung bình hàng năm thế giới tạo ra khoảng 150 triệu tấn vỏ trấu, lượng
trấu của Việt Nam khoảng 8,94 triệu tấn, đây là nguồn nguyên liệu khổng lồ
cho việc nghiên cứu xử lý nước bằng vỏ trấu.
Lê Văn Cát, Trần Thị Kim Thoa ( 2003), đã chế tạo than từ vỏ trấu hấp
phụ P-nitrophenol. Than trấu được chế tạo theo phương pháp nhiệt phân yếm
khí trong khoảng nhệt độ từ 500 – 900 oC với thời gian từ 1 – 3 giờ, tác nhân
13


hoạt hóa là sô đa được tẩm vào trấu với hàm lượng từ 0 – 30 %. Than sản
phẩm được rửa sạch. Kết quả hấp phụ tuân theo phương trình đẳng nhiệt
Freundlich có gia trị n cao nhất là 2,735.
Trần Văn Đức (2012), Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu 2+ và Zn2+
trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu. Quy trình biến tính: vỏ trấu rửa

sạch, nung ở 800oC được tro trấu, thêm dung dịch NaOH 5M đun nóng, lọc ,
rửa sach. Thêm dung dịch HCl 4M được dung dịch dạng gel. Đem hỗn hợp
này sấy ở 100oC thu được SiO2.nH2O. Cuối cùng đem SiO2.nH2O nung tạo
thành SiO2

Kết quả hấp phụ được miêu tả bằng mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt langmuir có dung lượng hấp phụ cực đại q max của Cu2+ và Zn2+ là 1,787
và 1,826
Nguyễn Văn Hội (2005), Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ vỏ trấu để tách
kim loại chì trong nước. Quy trình biến tính: Lấy một lượng vỏ trấu đã được
làm sạch, cho vào dung dịch NaOH 0,1M, tiến hành khuấy trộn trong 1 giờ ở
nhiệt độ phòng, sau đó lấy phần vỏ trấu cho vào nước cất, khuấy trộn trong 45
phút ở nhiệt độ phòng, quá trình được lặp lại đến khi hết kiềm. Lấy vỏ trấu ở
trên cho vào axit xitric 0,6M để phản ứng trong 12 giờ ở 70 oC. Sau đó lọc lấy
phần vỏ trấu đem sấy khô ở nhiệt độ 110 oC . Phần vỏ trấu được rửa sạch trên
phễu lọc để loại bỏ hết axit và đêm sấy khô ở 80 oC trong vòng 3 giờ.Kết quả
hấp phụ được miêu tả bằng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir có q max =
30,8 mg/g
Theo Lương Văn Để, làm thiết bị lọc nước từ chất liệu vỏ trấu theo cách
tách ôxit silic (SiO2) từ trấu để tạo ra sứ xốp chất lượng cao, làm sản phẩm lọc
nước. Thiết bị này có thể lọc nước sông, hồ thành nước sạch với tốc độ lọc
tinh 0,7 lít/phút, áp lực bơm nước máy đạt 3 lít/phút. Nước sạch này không có
tác hại phụ do dùng hoá chất, bảo đảm khả năng diệt khuẩn (trong thời hạn
bảo hành 12 tháng), giữ được các yếu tố vi lượng có lợi cho cơ thể trong
nguồn nước tự nhiên. Thiết bị còn có khả năng khử được mùi ở nguồn nước ô
nhiễm, khử chất dioxin khi mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than
hoạt tính.
14

1.2.3.2. Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt
Nguyễn Văn Nghị (2012),Từ lâu, vỏ trâu đã là một loại chất đốt rất quen
thuộc với bà con nông dân, đặc biệt là bà con nông dân ở vùng đồng bằng
sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt
(nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa) nhờ những ưu
điểm sau:
Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ:
Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: Sản lượng lúa năm
2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè
thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ Nông Nghiệp và phát triển
Nông Thôn). Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4
triệu tấn. Sản lượng trấu có thể thu gom được ở đồng bằng sông Cửu Long lên
tới 1,4 – 1,6 triệu tấn (lang, 2006).
Nguyên liệu trấu có các ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu
sau khi xay xát luôn ở dạng rất khô, có hình dạng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận
chuyển dễ dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử
dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư ít. Chính vì các lý
do trên mà trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến.
1.2.3.3. Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu
Củi trấu là một dạng năng lượng tái sinh, chi phí thấp, thay thế được than
đá, dầu DO, FO... , giảm chi phí xử lý môi trường, tăng tuổi thọ của thiết bị và
thu nhập cho nông dân..
Nguyễn Văn Nghị, với việc sản xuất thành công củi trấu có thể sử dụng
nhiệt lượng của nó để sản xuất điện năng, làm vật liệu xây dựng, sản xuất ôxit
silic, nhờ khả năng đốt cháy mạnh và rẻ có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi
đốt nóng không khí bằng củi trấu để làm quay tua bin phát điện. Theo tính
toán mỗi kg củi trấu có thể tạo ra 0,125kWh điện và 4kW giờ nhiệt tùy theo
công nghệ.
Sản xuất củi từ vỏ trấu là một hướng đi khả thi nhất hiện nay để giải quyết

lượng trấu dư thừa. Cứ 1,05 kg trấu sẽ cho ra 1 kg củi trấu thành phẩm dạng
15


ống với giá thành giảm được khoảng 20%-25% so với than đá, than cám, dầu
FO.
1.2.3.4. Sử dụng vỏ trấu trong việc tạo sản phẩm công nghệ cao
Ứng dụng sơn nano
So với sơn thông thường, sơn nano có các tính năng ưu việt như không
độc, hàm lượng các chất hữu cơ bay hơi (VOC) thấp, khả năng siêu chịu nhiệt
chống chịu thời tiết, chống ăn mòn, tự làm sạch, chịu mài mòn cao...; đồng
thời rất thân thiện môi trường nhờ giảm hơn 50% nguyên liệu từ dầu mỏ,
giảm phát thải CO2...
Nguyễn Thị Hòe cùng các cộng sự đã mở ra một bước tiến mới trong sản
xuất sơn nano, đó là sử dụng nguyên liệu từ vỏ trấu. Các hạt silicat SiO2,
thành phần quan trọng trong sản xuất sơn nano, cũng là thành phần hóa học
chủ yếu của vỏ trấu, chiếm tới 9,5 - 10% khối lượng vỏ trấu, đã được nhóm
nghiên cứu tách thành công. Đặc biệt, nano silicat từ vỏ trấu không độc hại,
với hàm lượng VOC = 0, rất thân thiện môi trường, đặc thù sản phẩm có chất
lượng cao hơn so với các nguyên liệu khác, có thể được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực như sơn, chống thấm, mỹ phẩm, dược phẩm, vi tính...
Các sản phẩm nano từ vỏ trấu do đó có chất lượng thậm chí còn cao hơn
so với từ các vật liệu khác, chẳng hạn có thể giúp giảm nhiệt độ mái tôn từ 8 10%. Mặt khác, việc sản xuất sơn từ vỏ trấu còn mang một ý nghĩa vô cùng to
lớn trong việc bảo vệ môi trường, làm giảm sự ấm lên toàn cầu do ít sử dụng
nguyên liệu từ chất hữu cơ, đặc biệt là dầu mỏ.
1.2.3.5. Các ứng dụng khác của vỏ trấu
Một số ứng dụng khác của vỏ trấu: Không dừng ở các ứng dụng trên, vỏ
trấu còn có thể dùng làm thiết bị cách nhiệt, làm các sản phẩm mĩ nghệ làm
chất độn, giá thể trong sản xuất nấm, dùng đánh bóng các vật thể bằng kim
loại, tro trấu có thể dùng làm phân bón.

Việt Nam là một nước nông nghiệp nên hằng năm có một lượng trấu rất
lớn được tạo ra nên việc nghiên cứu sử dụng trấu vào sản xuất luôn mang lại
hiệu quả kinh tế cao và tiết kiệm chi phí. Thực tế hiện nay một số tỉnh nhất là
16


ở đồng bằng sông Cửu Long lượng trấu vẫn còn rất dồi dào nên cần tăng
cường việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu này nhằm mở rộng khả
năng sử dụng trấu vừa tiết kiệm chi phí sản xuất, vừa có lợi cho môi trường
1.3. Cơ sở lý thuyết của hấp phụ
1.3.1 Sự hấp phụ
Theo Phan Xuân Vận, Nguyễn Tiến Quý (2006) đã đưa ra: Sự hấp phụ là
hiện tượng bề mặt nhằm thu hút các chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ,
làm giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ .
Trần Văn Nhân, Hồ thị Nga (2005) cho rằng: Hấp phụ là quá trình tụ tập
(chất chứa, chất hút) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của các chất
tan lên bề mặt chia pha, có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng hay khí – rắn. Chất mà
trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ (adsorbate), còn
chất tụ tập trên bề mặt phân chia được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbent).
Thông thường quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt
Tùy theo bản chất lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý gây ra
bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ,
liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa
học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền,
khó bị phá vỡ. trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa
học chỉ là tương đối vì ranh giới của chúng không rõ rệt. Một số trường hợp
tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra
quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và
khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.

Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Giải hấp phụ là sự
ra đi của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá trình này dựa trên
nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là
phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả
17