Nghiên cứu biến tính laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion photphat trong môi trường nước

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

Mai Thị Thúy

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH LATERIT
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION
PHOTPHAT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


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

Mai Thị Thúy

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH LATERIT
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION
PHOTPHAT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC
Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHƢƠNG THẢO

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn của mình
với đề tài: “Nghiên cƣ́u bi ến tính laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion photphat
trong môi trƣờng nƣớc”. Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi,
nghiên cứu của bản thân, phần lớn em nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô
trong khoa Hóa Học - Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự nhiên - Đa ̣i Ho ̣c Quố c Gia Hà
Nô ̣i.
Với lòng biế t ơn sâu sắ c , em xin gƣ̉i lời cảm ơn chân thành tới cô giáo TS
Phƣơng Thảo đã giao đề tài và nhiê ̣t tin
̀ h giúp đỡ

.

, cho em nhƣ̃ng kiế n thƣ́c quý báu

trong quá trình thƣ̣c hiê ̣n luâ ̣n văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầ y

, cô trong phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi

Trƣờng đã tâ ̣n tiǹ h chỉ bảo và hƣớng d ẫn em trong suốt thời gian làm việc tại phòng thí
nghiê ̣m.
Em xin cảm ơn các phòng thí nghiê ̣m trong Khoa Hóa Ho ̣c

- Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c

Khoa Ho ̣c Tƣ̣ Nhiên đã ta ̣o điề u kiê ̣n giúp đỡ em trong quá trình làm thƣ̣c nghiê ̣m .
Xin chân thành cảm ơn các b ạn ho ̣c viên , sinh viên làm viê ̣c trong phòng thí
nghiê ̣m Hóa Môi Trƣờng đã giúp đỡ tôi trong quá trin
̀ h tim

̀ tài liê ̣u và làm thƣ̣c
nghiê ̣m.

Hà Nội, ngày tháng

năm 2016

Học viên

Mai Thị Thúy


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................ 2
1.1. Ô nhiễm Photphat và các phƣơng pháp xử lý Photphat ............................2
1.1.1. Hóa học môi trƣờng của Photphat ...........................................................2
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm photphat .......................................................5
1.1.3. Tác hại của photphat ................................................................................6
1.1.4. Xử lý ô nhiễm photphat ...........................................................................7
1.2. Laterit ............................................................................................................10
1.2.1. Giới thiệu về laterit ................................................................................10
1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của laterit ........................................12
1.3. Vật liệu hấp phụ biến tính bằng hỗn hợp kim loại ...................................14
CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM ....................................................................... 17
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn ........................................17
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................17
2.1.2. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................17

2.2. Hóa chất và dụng cụ ....................................................................................17
2.2.1. Dụng cụ .................................................................................................17
2.2.2. Hóa chất và vật liệu ...............................................................................17
2.3. Phƣơng pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm ................................20
2.3.1. Phƣơng pháp xác định PO43- ...................................................................20
2.4. Xác định giá trị pH trung hòa điện của vật liệu ........................................21
2.5. Xác định thành phần của vật liệu bằng phƣơng pháp tán xạ năng lƣợng
EDX ......................................................................................................................22
2.6. Phƣơng pháp khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ............................24
2.6.1. Phƣơng pháp xác định thời gian cân bằng hấp phụ ................................24
2.6.2. Xây dựng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich ............25


Luận văn thạc sĩ

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 29
3.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Photphat của Laterit thô ...............29
3.1.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ Photphat .....................................29
3.1.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ Photphat cực đại của Laterit thô ................30
3.2. Kết quả nghiên cứu điều kiện biến tính nhằm nâng cao tải trọng hấp phụ
Photphat của Laterit thô ....................................................................................32
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng Al-Mg ngâm tẩm .........................32
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung .................................................33
3.3. Xác định pH trung hòa điện của vật liệu Laterit biến tính ......................35
3.4. Kết quả xác định thành phần theo phƣơng pháp EDX ............................36
3.5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ PO43-của vật liệu biến tính .............37
3.5.1. Khảo sát ảnh hƣởng pH của vật liệu biến tính ........................................37
3.5.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu biến tính..............38
3.5.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ PO43- cực đại của vật liệu biến tính .............40
3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ

Photphat ...............................................................................................................42
3.6.1. Ảnh hƣởng của ion HCO3-.....................................................................42
3.6.2. Ảnh hƣởng của ion SO42-.......................................................................43
3.6.3. Ảnh hƣởng của ion F- ............................................................................45
3.6.4. Ảnh hƣởng của ion Cl-...........................................................................46
3.6.5. Ảnh hƣởng của ion AsO43- ......................................................................47
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 50


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 25oC[9] .... 8
Bảng 2.1. Mối quan hệ giữa nồng độ photphat và độ hấp thụ quang Abs.....................21
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ PO43- ....................................29
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ Photphat cực đại của Laterit thô .......... 30
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Al- Mg ngâm tẩm tới khả năng
hấp phụ PO43- ................................................................................................................ 32
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới khả năng hấp phụ của vật
liệu với PO43- .................................................................................................................. 34
Bảng 3.5. Kết quả xác định pHpzc của vật liệu ............................................................... 35
Bảng 3.6. Kết quả thành phần nguyên tố của laterit sau biến tính................................ 37
Bảng 3. 7. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ PO43- .................... 37
Bảng 3. 8. Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ PO43- đạt cân bằng của vật liệu sau biến
tính. ................................................................................................................................. 39
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với PO43- .............. 40
Bảng 3.10. Kết quả ảnh hưởng của ion HCO3- .............................................................. 42
Bảng 3.11. Kết quả ảnh hưởng của ion SO42- ................................................................ 44
Bảng 3.12. Kết quả ảnh hưởng của ion F- ..................................................................... 45

Bảng 3.13. Kết quả ảnh hưởng của ion Cl- .................................................................... 46
Bảng 3.14. Kết quả ảnh hưởng của ion AsO43- .............................................................. 48


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Chu trình photphat trong đất. ......................................................................... 3
Hình 1. 2. Chu trình photphat trong nước. ...................................................................... 5
Hình 1. 3. Sơ đồ quá trình laterit hóa ............................................................................ 11
Hình 2. 1. Sơ đồ mang đồng thời Mg và Al lên laterit [8].............................................19
Hình 2. 2. Đồ thị đường chuẩn phân tích photphat. ...................................................... 21
Hình 2. 3. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu ................................................................. 22
Hình 2. 4. Nguyên lý của phép phân tích EDX .............................................................. 24
Hình 2. 5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ........................................................... 26
Hình 2. 6. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ..................................... 26
Hình 2. 7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ......................................................... 27
Hình 2. 8. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich ................................... 28
Hình 3. 1. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ PO43- ....................................29
Hình 3. 2. Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ PO43- của vật
liệu Laterit thô. ............................................................................................................... 31
Hình 3. 3. Phương trình tuyến tính Freundlich mô tả quá trình hấp phụ PO43- của vật
liệu Laterit thô. ............................................................................................................... 31
Hình 3. 4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Al-Mg ngâm tẩm ................................. 33
Hình 3. 5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ PO43- .......... 34
Hình 3. 6. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu biến tính .................................................. 36
Hình 3. 7. Phổ EDX của laterit sau biến tính ................................................................ 36
Hình 3. 8. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ PO43- .................... 38
Hình 3. 9. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ PO43- .............................. 39
Hình 3. 10. Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu biến tính đối với PO43- ............... 41

Hình 3. 11. Đường tuyến tính Freundlich của vật liệu biến tính đối với PO43- ............. 41
Hình 3. 12.Kết quả ảnh hưởng của ion HCO3- .............................................................. 43
Hình 3. 13. Kết quả ảnh hưởng của ion SO42-................................................................ 44
Hình 3. 14. Kết quả ảnh hưởng của ion F- ..................................................................... 45


Luận văn thạc sĩ

Hình 3. 15. Kết quả ảnh hưởng của ion Cl- ................................................................... 47
Hình 3. 16. Kết quả ảnh hưởng của ion AsO43-.............................................................. 48


Luận văn thạc sĩ

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc đang là một vấn đề đƣợc toàn xã hội
quan tâm. Vấn đề này ngày càng trầm trọng đe dọa sự phát triển kinh tế xã hội bền
vững, sự tồn tại và phát triển của các thế hệ hiện tại và tƣơng lai. Việt Nam chúng ta đã
và đang coi trọng đến vấn đề xử lý môi trƣờng, giảm thiểu tác hại của ô nhiễm môi
trƣờng nói chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng.
Ở nƣớc ta, hàng năm sản xuất hàng triệu tấn phân lân từ các nhà máy lớn nhƣ
Supephotphat Lâm Thao, Long Thành, Đồng Nai, Văn Điển….Trong nguyên liệu sản
xuất phân lân có chứa hàm lƣợng lớn Photphat, khi bón nhiều phân lân cho đất hàm
lƣợng này sẽ tồn tại trong đất khoảng 50-60%, làm ô nhiễm đất, theo nƣớc mƣa, tiếp
tục làm ô nhiễm nguồn nƣớc. Trong các chất thải của các nhà máy sản xuất phân lân
cũng chứa hàm lƣợng lớn Photphat. Lƣợng nƣớc thải này ít hoặc không đƣợc xử lý
trƣớc khi thải ra ngoài môi trƣờng, gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Hàm lƣợng Photphat
trong nƣớc thải ra môi trƣờng vƣợt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép ảnh hƣởng đến sức
khỏe của con ngƣời, môi trƣờng sống của các loài thủy sinh cũng nhƣ động thực vật.
Việc xử lý các nguồn nƣớc thải có chứa Photphat đã đặt ra và thực hiện từ lâu

nhƣng trên thực tế chƣa đƣợc thực hiện triệt để đối với các cơ sở sản xuất có nguồn
nƣớc thải Photphat cao.
Laterit từ lâu đã đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc. Tuy nhiên, tải trọng hấp phụ
của laterit thô hấp phụ Photphat thấp. Vì vậy chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu biến tính Laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion Photphat trong môi
trƣờng nƣớc.” với mong muốn tìm hiểu và tìm kiếm đƣợc vật liệu mới để hấp phụ,
loại bỏ tốt Photphat, làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trƣờng đang đe dọa lên cuộc
sống của con ngƣời

Mai Thị Thúy

1

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Ô nhiễm Photphat và các phƣơng pháp xử lý Photphat

1.1.1. Hóa học môi trường của Photphat
Photphat là muối của axit photphoric (H3PO4): Có một muối trung hòa và hai
muối axit.



H3PO4 = H+ + H2PO4-

k = 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 nƣớc, các muối

hidrophotphat và photphat trung hòa chỉ có muối K, Na, NH4 là dễ tan còn của các kim
loại khác không tan hoặc ít tan trong nƣớc.


Tính chất hóa học: muối photphat tham gia các phản ứng thủy phân, các phản

ứng trung hòa,...


Trong môi trƣờng đất photphat tồn tại trong các muối của Ca, Fe, Al,…

Trong các mỏ quặng muối photphat có khả năng lƣu động chậm trong đất. Mặc dù
photphat đƣợc coi là cố định cao trong đất nhƣng nếu khả năng hấp thụ photphat của
đất bị vƣợt quá thì photphat sẽ nhanh chóng chuyển xuống lớp đất sâu hơn và tập trung
vào dòng chảy lớp dƣới mặt đất. Mức độ và tốc độ di chuyển phụ thuộc vào khả năng
phát sinh tự nhiên của photphat trong đất. Trong môi trƣờng nƣớc photphat tồn tại ở
các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polymetaphotphat nhƣ: (NaPO3)6 và photpho

hữu cơ. Trong môi trƣờng không khí photphat tồn tại trên bề mặt hạt lơ lửng, dạng ion,
trong các hạt bụi, các son khí,…


Trong trầm tích, photphat tồn tại trong các loại khoáng quặng trong đất, trầm

tích. Ở Việt Nam photphat tự nhiên đƣợc khai thác từ canxi photphat, đƣợc chia thành
hai nhóm:



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

cứng cao. Hàm lƣợng P2O5 thay đổi trong quặng từ 15% đến 36%. Quặng loại một
Mai Thị Thúy

2

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

chứa 34-36% có thể xuất khẩu hoặc chế biến thành supephotphat, các loại quặng khác
cần làm giầu trƣớc khi chế biến. Quặng apatit tập trung ở mỏ apatit Lào Cai.



Nhóm photphorit thƣờng gồm những kết hạch canxi photphat vô định hình,

chứa sắt, nhôm với hàm lƣợng thƣờng thấp từ 5- 34%, dễ hòa tan trong axit yếu. Vì
vậy khi xay nhỏ có thể làm phân bón trực tiếp. Thƣờng gặp trong các núi đá vôi ở Vĩnh
Thịnh (Lạng Sơn), Nam Phát, Yên Sơn, Thƣợng Hòa (Quảng Nam), Kiên Lƣơng (Kiên
Giang). Ngoài ra còn gặp dƣới dạng phân chim ở Hoàng Sa.
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.
Chu trình photphat trong đất.

Hình 1. 1. Chu trình photphat trong đất.
Vòng tuần hoàn bắt đầu từ photphat vô cơ (HxPO43-x) tạo thành chất dinh dƣỡng
cho vi khuẩn tồn tại và phát triển, một phần photphat vô cơ cung cấp cho nguyên sinh
Mai Thị Thúy

3

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

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 và một phần làm dinh dƣỡng 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.


Nguồn photphat trong môi trƣờng sinh thái đất có thể từ xác, bã hữu cơ và vật

chất không hữu cơ nhƣ phân bón, thuốc trừ sâu, muối apatit.


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

đất. Một phần photphat phân hủy thành các ion HPO42-, H2PO4-, PO43- đƣợc hấp thụ
vào rễ thực vật và vi sinh vật. Để rồi chúng tạo ra các axit amin chứa photphat và các
enzyme photphat, chuyển liên kết cao năng thành năng lƣợng cho cơ thể. ATP thành
ADP và giải phóng năng lƣợng. Photpho tích lũy trong quả hạt rất cao và là nguyên tố
không thể thiếu của thực vật. Khi động vật ăn thực vật, photphat biến thành chất liệu
của xƣơng và của các liên kết enzyme. Động vật, thực vật và con ngƣời chết đi thì
photphat trong cơ thể biến thành photphat trong môi trƣờng sinh thái đất.


Một phần photphat đi vào nƣớc và đại dƣơng. Ở đây chúng làm thức ăn cho

động vật phù du. Cá tôm ăn động vật phù du, ngƣời ăn cá tôm thì photphat đi vào cơ
thể ngƣời và cuối cùng ngƣời chết thì photphat trả lại cho môi trƣờng sinh thái đất.


Một phần nhỏ photphat nằm trong trầm tích dƣới đáy biển và một phần nhỏ

nhờ thực vật rừng tiêu thụ rồi trả lại cho đất.


Vòng tuần hoàn của photphat trong nước.

Mai Thị Thúy

4

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

Hình 1. 2. Chu trình photphat trong nước.
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm photphat
Photphat tồn tại trong nƣớc là do sự phát tán từ các nguồn nhân tạo là chủ yếu
nhƣ: 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. Nƣớc thải dân dụng (bể phốt), nƣớc
thải nông nghiệp, công nghiệp cũng là nguồn chính nhiễm photphat. Một nguồn
photphat khác là quá trình rửa trôi photphat dƣ thừa của các vùng đất canh tác và sa
lắng từ khí quyển.
+ Các nguồn thải từ hệ thống cống rãnh trong các khu thị trấn, thành phố, các khu công
nghiệp. Nguồn thải này phụ thuộc rất nhiều vào mức sống của dân số và tiêu chuẩn vệ
sinh trong khu vực;
+ Nƣớc thải từ các vùng canh tác, chăn nuôi, phân súc vật thối rữa…;
+ Nƣớc thải từ các khu vực sản xuất công nghiệp, chế biến các sản phẩm nông nghiệp
và khu vực sản xuất nông nghiệp…

Mai Thị Thúy

5

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng

Luận văn thạc sĩ

Muối photphat vô cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao
gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nƣớc và
phân bón [5].
1.1.3. Tác hại của photphat
Trong môi trƣờng nƣớc, P tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng
polymetaphotphat nhƣ: Na(PO3)6 và photphat hữu cơ. Muối photphat vô cơ đƣợc sử
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh
răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nƣớc và phân bón.
Khi lƣợng photphat có trong đất quá nhiều, các ion photphat sẽ kết hợp với các
kim loại trong đất nhƣ nhôm (Al3+), sắt (Fe3+, Fe2+)…dẫn đến chai cứng đất, tiêu diệt
một số sinh vật có lợi, không tốt cho cây trồng phát triển.
Trong môi trƣờng nƣớc, khi lƣợng photphat quá dƣ sẽ gây nên hiện tƣợng phú
dƣỡng. Trong môi trƣờng tự nhiên, quá trình trao đổi, hòa tan photphat từ dạng kết tủa
hoặc phức bền diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ photphat diễn ra cân bằng tạo ra sự phát
triển ổn định cho hệ sinh vật. Tuy nhiên khi lƣợng photphat quá dƣ do nƣớc thải mang
đến gây hiện tƣợng phú dƣỡng ở các lƣu vực.
Phú dƣỡng là hiện tƣợng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật thủy
sinh nhƣ rong, bèo, tảo…Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay đổi hệ sinh thái
và điều kiện môi trƣờng. Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào lòng
nƣớc. Khi chết đi quá trình phân hủy xác của chúng cần một lƣợng oxi lớn, làm cạn
kiệt oxi trong nƣớc, làm tăng các chất ô nhiễm trong nƣớc, do các sản phẩm phân hủy
không hoàn toàn. Các xác chết cùng sản phẩm phân hủy tạo nên lớp bùn dày ở đáy hồ.
Cứ nhƣ vậy, sau một thời gian, quá trình phân hủy hiếu khí chuyển thành phân hủy
yếm khí tạo ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, tạo ra
các khí độc, các khí có mùi khó chịu. Hậu quả làm sinh vật sống trong nƣớc bị chết, ở
mức độ nhẹ hơn, đối với các lƣu vực có dòng chảy, hiện tƣợng phú dƣỡng có thể làm

Mai Thị Thúy

6

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

nghẽn dòng chảy do sự phát triển của bèo, làm nông các lƣu vực do bùn tạo thành quá
dày và là môi trƣờng sống của các vi sinh vật có hại…
Đối với con ngƣời, nhiều nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ nhiều chất photphat vô cơ có
thể kích thích các khối u ác tính ở phổi, việc loại bỏ các thực phẩm chứa phốt photphat
nhân tạo sẽ có thể là yếu tố then chốt trong điều trị ung thƣ phổi cũng nhƣ ngăn ngừa
căn bệnh này. Trong khi đó, photphat ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong chế biến
thực phẩm với vai trò làm tăng lƣợng canxi và sắt, cũng nhƣ giữ nƣớc, 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 đƣợc acetycholine để đƣa vào
các khớp thần kinh CNS và vào các khớp nối thần khinh cơ (myoneural junction) sẽ
dẫn đến kết quả là lặp lại liên tục sự truyền và có thể dấn đễn sự tê liệt. Ở ngƣời, sự hấp
thụ xảy ra qua đƣờng da, hệ hô hấp hay hệ tiêu hóa. Khi phân bố, các photphat hữu cơ
đi qua hàng rào máu-não (blood-brain 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 hƣởng đến phần lớn các cơ quan. Đó là
đƣờng 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) [9].
1.1.4. Xử lý ô nhiễm photphat
Biện pháp hiệu quả nhất hiện nay để loại bỏ photphat là tạo ra muối photphat ít

tan với sắt, nhôm, canxi và phƣơng pháp sinh học. Trong một số trƣờng hợp có thể sử
dụng phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion.
1.1.4.1.

Kết tủa photphat

Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngƣng) với các ion nhôm, sắt,
canxi tạo ra các muối tƣơng ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dƣới dạng chất rắn.
Mai Thị Thúy

7

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

Đặc trƣng quan trọng nhất của một quá trình kết tủa là tích số tan. Tích số tan
của một chất càng nhỏ thì hiệu quả của phƣơng pháp càng cao. Trong bảng 1.1 ghi giá
trị tích số tan của một số hợp chất liên quan trong quá trình xử lý photphat bằng
phƣơng pháp kết tủa với muối, nhôm, sắt và canxi (vôi).
Bảng 1.1. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 25oC[9]
T (tích số tan)

Hệ
Fe.PO4.2H2O

Fe3+ + PO43- + 2H2O

10-23

AlPO4.2H2O

Al3+ + PO43- + 2H2O

10-21

Ca2+ + HPO42-

CaHPO4

10-6,6

4Ca2+ + 3PO43- + H+

Ca4H(PO4)3

10-46,9

10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- (hydroxylapatit) 10-114

Ca10(PO4)6(OH)2
Ca10(PO4)6F2

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

10-118

CaHAl(PO4)2

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

10-39

Ca2+ + CO32-

CaCO3

10-8,3

Ca2+ + 2F-

CaF2

10-10,4

Mg2+ + NH4+ + PO43- (struvit)

MgNH4PO4

10-12,6

Fe(OH)3

Fe3+ + 3OH-

10-36

Al(OH)3

Al3+ + 3OH-

10-32

Từ bảng 1.1 có một số nhận xét sau:


Cả 3 loại ion (Ca2+, Al3+, Fe3+) đều tạo ra các hợp chất photphat có độ tan

rất thấp, đặc biệt là hydroxylapatit 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.


Hydroxit sắt, nhôm tan trở lại vào nƣớc dƣới dạng ferrat hoặc aluminat

[(Fe(OH)4-, Al(OH)4-)] ở vùng pH cao ( trên 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.

Mai Thị Thúy

8

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

1.1.4.2.

Sử dụng phương pháp sinh học
Phƣơng pháp sinh học dựa trên hiện tƣợng là một số loại vi sinh vật tích lũy

lƣợng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông
thƣờng hàm lƣợng photpho trong tế bào chiếm 1,5-2,5% khối lƣợng 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 dƣ thừa, dƣới dạng photphat đơn PO43-. Quá trình loại bỏ photpho dựa
trên hiện tƣợng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cƣờng. Photpho đƣợc tách ra khỏi nƣớc
trực tiếp thông qua thải bùn dƣ (vi sinh chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dƣới dạng
muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ)
[1, 3].
Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu và thải loại photpho đƣợc
quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật Acinetobacter là chủ yếu. Dƣới điều
kiện hiếu khí vi sinh vật bio-P tích lũy photphat trùng ngƣng trong cơ thể chúng từ
photphat đơn tồn tại trong nƣớc thải.
C2H4O2 + 0,16NH4+ + 1,2O2 + 0,2PO43-

0,16C5H7NO2 + 1,2CO2 + 0,2(HCO3) +

0,44OH- + 1,44H2O
Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật trên hấp thu chất hữu cơ, phân hủy
photphat trùng ngƣng trong tế bào và thải ra môi trƣờng dƣới dạng photphat đơn.
2C2H4O2 + (HPO3) + H2O

(C2H4O2)2 + PO43- + 3H+

Trong đó (C2H4O2)2 là chất hữu cơ tích lũy trong cơ thể sinh vật đƣợc hấp thu
từ ngoài vào.
1.1.4.3.

Hấp phụ và trao đổi ion

Hấp phụ và trao đổi ion là những phƣơng pháp xử lý photphat rất có triển vọng,
để thu hồi photphat một cách chọn lọc, thu hồi lại từ dung dịch tái sinh và tái sử dụng.
Trao đổi ion cũng cho phép thu hồi các thành phần có ích khác nhƣ K+, NH4+ để
tạo ra MgNH4PO4 hay MgKPO4 dùng làm phân nhả chậm. Hƣớng nghiên cứu trên đã
đƣợc chú ý từ thập kỷ 70 và đã hình thành đƣợc một sơ đồ công nghệ REMNUT có
ứng dụng trong thực tế. Sơ đồ công nghệ gồm hai cột trao đổi ion: cột clinoptiolit thu
Mai Thị Thúy

9

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

hồi amoni, cột anionit thu hồi photphat. Dung dịch sau khi tái sinh từ 2 cột chứa NH4+,
PO43- đƣợc kết tủa dƣới dạng struvite [3].
Vật liệu hấp phụ để loại bỏ photphat trong nƣớc đã đƣợc nghiên cứu nhiều
trong phòng thí nghiệm. Ƣu điểm và triển vọng của phƣơng pháp là không phát sinh
sinh bùn thải, không làm thay đổi pH của dung dịch đƣợc xử lý. Rất nhiều vật liệu đã
đƣợc nghiên cứu hấp phụ photphat nhƣ: tro bay, than hoạt tính, laterit, bùn đỏ (bùn thải
của quá trình khai thác quặng bauxit), nhôm hoạt tính, sắt oxit, nhƣng khả năng hấp
phụ ion photphat chƣa đƣợc tốt. Vì vậy mà việc nghiên cứu biến tính một số vật liệu có
sẵn trong tự nhiên nhƣ: than hoạt tính, laterit, dolomit….làm chất hấp phụ photphat
cũng là một trong những lĩnh vực mới đƣợc nghiên cứu, và rất có triển vọng [9, 18, 19,
20].
1.2.

Laterit

1.2.1. Giới thiệu về laterit
Laterit là loại đất giàu chất sắt và nhôm, hình thành ở vùng nhiệt đới nóng và
ẩm ƣớt. Laterit có màu đỏ là màu của ion sắt. Laterit đƣợc hình thành trong quá trình
rửa trôi các nguyên tố đá mẹ đặc biệt là các nguyên tố dễ bị hòa tan nhƣ Si, Na, K, Ca,
Mg,... sau đó có sự tích tụ tuyệt đối các ion Fe, Al, Mn trong các tầng đất, dƣới tác
động của các điều kiện môi trƣờng nhƣ sự phong hóa, dòng chảy, mạch nƣớc ngầm
thay đổi, mất thảm phủ, xói mòn,... Các cation này có sẵn trong môi trƣờng đất nhiệt
đới do mƣa và tác động dòng nƣớc thấm, nƣớc 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 tƣơng đối bền vững. Khi nhiệt độ môi trƣờng lên cao, độ ẩm giảm thấp,
các liên kết này mất nƣớc, 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

Mai Thị Thúy

10

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

nhau. Mạch nƣớc ngầm bị tụt xuống khiến lớp trên mất nƣớc khả năng liên kết giữa
chúng tăng và càng rắn chắc khi mất nƣớc [5].
Các điều kiện hình thành đá ong
 Nơi có độ dốc không cao lắm, có điều kiện tích tụ Fe, Al, Mn. Nhất là các

vùng đồi núi trung du các tỉnh: Hà Bắc, Vĩnh Phú, Sơn Tây, Đồng Nai, Sông
Bé, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu…
 Nơi mà môi trƣờng sinh thái đã và đang bị phá hủy mạnh mẽ, khả năng bốc
hơi lớn, mạch nƣớc ngầm lên xuống rất cao trong mùa mƣa và mùa khô.
 Đá ong thƣờng xuất hiện ở chân đồi nơi mực nƣớc ngầm không quá sâu.
 Đá mẹ: đá mẹ, phù sa cổ, thạch sét và một ít bazan tầng mỏng hay xuất hiện
đá ong (miền Đông Nam Bộ và 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. Sơ đồ quá trình laterit hóa

Mai Thị Thúy

11

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

Thành phần và đặc điểm của laterit
Trong đá ong thành phần chủ yếu là hydroxit oxit sắt ngậm nƣớc hay không
ngậm nƣớc hoặc mangan và một phần oxit nhôm. Sự hình thành đá ong chỉ khác với
quá trình laterit là ion Fe2+ thƣờng tập trung ở các vùng tƣơng đối thấp có khả năng
từng là một dòng nƣớc thổ nhƣỡng hoặc dòng nƣớc mặn trong mùa mƣa. Trong tầng
nƣớc thổ nhƣỡng gần mặt đất chứa nhiều ion Fe2+. Các ion Fe2+ dễ dàng bị oxi hóa
thành ion Fe3+ khi có điều kiện tiếp xúc với oxy, chúng sẽ bị oxy hóa. Các oxit của
chúng liên kết với các nhân là hạt keo sắt kaolinit để tạo thành mạng lƣới dày đặc, khi
mất nƣớc chúng liên kết ngày càng chặt hơn.
Tùy loại đá ong ngƣời ta chia ra:

-

Đá ong tản kiểu buhanran.

-

Đá ong tản tổ ong, có nhiều lỗ, lỗ nhỏ nhƣ tổ ong

-

Đá ong hạt đậu.

1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của laterit
Ở Việt Nam, Laterit là một chất khoáng chất rất phổ biến ở nƣớc ta, nó phân bố
hầu nhƣ từ bắc vào nam . Có lẽ trừ tỉnh Hƣng Yên và Thái Bình là chƣa thấy đá ong lộ
ra trên mặt đất. Đá ong có thể phân bố ngay trên mặt đất của vùng đồi, có độ cao tƣơng
đối so với mực sâm thực cơ sở địa phƣơng khoảng 10-15m. Ví dụ nhƣ ở Đá Chuông,
Ba Vì, Hà Bắc, hoặc ở sƣờn đồi nơi có độ chênh lệch so với mức sâm thực cơ sở chỉ
vài mét( chân núi Thằn Lằn, dốc Dây Diều) hoặc cũng có thể gặp ngay dƣới chân
ruộng đang canh tác(Đồng Mô, xóm Son..) dƣới mƣơng nƣớc (Thạch Thất, Đồng Mô).
Trên Cao nguyên đá Đồng Văn, có thể quan sát rõ hiện tƣợng này trên vách phía Bắc
đƣờng gần đến UBND xã Lũng Phìn, nhiều thôn của xã Lũng Táo, thị trấn Phố
Bảng,…Phân bổ chủ yếu ở các dãy núi thuộc huyện Kiên Lƣơng, thị xã Hà Tiên,
huyện đảo Phú Quốc, huyện đảo Kiên Hải của tỉnh Kiên Giang và ở các đảo nhỏ nhƣ
Hòn Khoai, Hòn Chuối, Hòn Bƣơng, Hòn Seo, Hòn Go và Hòn Đá Bạc ở tỉnh Cà Mau.
Bao gồm :
+ Đất feralite trên đá macma axít : 4.495 ha
Mai Thị Thúy

12

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

+ Đất feralite trên đá cát : 11.361 ha
Nhóm đất này hình thành từ sự phong hoá đá cát và đá macma axít, sự phá huỷ
kèm theo rửa trôi các cation kiềm bởi nhiệt độ, lƣợng mƣa và các axít hữu cơ, sự di
động theo mùa của sắt, nhôm... theo chiều từ trên xuống và từ dƣới lên phụ thuộc nhiều
vào quá trình ôxy hoá khử, độ pH. Trong quá trình phát triển của thực vật, tầng mặt
2+

2+

3+

3+

chứa một lƣợng axít hữu cơ mặt đáng kể làm hoà tan Ca , Mg , Fe , Al và trôi
xuống sâu. Fe, Al đã đƣợc tích luỹ tại tầng B, ở đó điều kiện ôxy hoá và pH thuận lợi
cho chúng kết tủa, bởi thế đất có màu vàng đỏ của Fe.
Trong lịch sử, đá ong đƣợc cắt thành hình dạng nhƣ viên gạch và đƣợc sử dụng
trong xây dựng tƣợng đài, đền thờ. Kể từ những năm 1970 ngƣời ta đã sử dụng đá ong
thay cho đá. Lớp đá ong đƣợc hình thành trong tự nhiên dày, xốp và hơi thấm, vì vậy
các lớp này có chức năng dẫn mạch nƣớc ngầm ở các khu vực nông thôn. Ở một số địa
phƣơng ngƣời ta sử dụng laterit có sẵn để loại bỏ photpho và kim loại nặng để xử lí
nƣớc thải.
Laterit là một nguồn quặng: Quặng tồn tại chủ yếu trong các khoáng vật và
hidroxit, gibbsite, boehmite và diaspore, giống nhƣ các thành phần của bauxite. Ở Bắc

Ireland ngƣời ta từng coi laterit nhƣ một nguồn cung cấp chính quặng sắt và nhôm.
Quặng đá ong cũng là nguồn quan trọng đầu tiên cung cấp niken.
Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy
laterit có nhiều đặc tính tốt nhƣ: diện tích bề mặt riêng lớn, định hình ổn định, rỗng,
xốp, có nhiều lỗ trống, thoát nƣớc tốt. Chính vì vậy mà laterit đƣợc sử dụng làm vật
liệu xử lí các ion độc, có hại cho môi trƣờng. Laterit đã đƣợc ứng dụng trong xử lí ô
nhiễm Flo, Asen, Photphat…Trong đề tài “Nghiên cứu biến tính laterit xử lí ô nhiễm
flo trong nƣớc” của thạc sĩ Đặng Thị Hƣơng [4] đã chỉ ra tải trọng hấp phụ cực đại của
laterit tự nhiên là 1,05 mg/g, và của Laterit biến tính bằng lantan 2% là 3,18 mg/g.
Trong đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lí Asen trong nƣớc ô nhiễm bằng sản phẩm đá
phong hóa nhiệt đới” năm 2014, Nguyễn Thị Nga [6] đã chỉ ra rằng laterit có khả năng
Mai Thị Thúy

13

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

hấp phụ asen (III) khá cao (trên 90%) ở môi trƣờng nƣớc có pH dƣới 6 và khoảng 80%
ở pH từ 6 tới 10. Nghiên cứu khả năng xử lí amoni trong nƣớc bằng nano MnO2 –
FeOOH mang trên laterit của Nguyễn Thị Ngọc (2011)[7] đã cho thấy khả năng hấp
phụ amoni của vật liệu biến tính là 21,4 mg/g sau 4 h.Trong đề tài “Nghiên cứu biến
tính quặng Laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion Florua và Photphat trong nƣớc thải”
năm 2014 của thạc sĩ Đặng Thị Thu Hƣơng [5] đã chỉ ra rằng laterit biến tính có khả
năng hấp phụ photphat khá tốt. Vì vậy hƣớng nghiên cứu biến tính laterit để hấp phụ
các ion độc hại trong nƣớc cần đƣợc quan tâm.
1.3.

Vật liệu hấp phụ biến tính bằng hỗn hợp kim loại
Trong nghiên cứu khả năng hấp phụ Florua của hỗn hợp hydroxit vô định hình

Fe/Al từ dung dịch nƣớc Sujana[21] và các cộng sự cũng đã tổng hợp đƣợc hàng loạt
các mẫu ở nhiệt độ phòng bằng phƣơng pháp đồng kết tủa hỗn hợp dung dịch muối
của Fe và Al ở pH = 7,5. Các vật liệu tổng hợp đƣợc với tỉ lệ mol Fe:Al khác nhau nhƣ
1:0, 3:1, 2:1, 1:1 và 0:1 đƣợc đặc trƣng bởi XRD, diện tích bề mặt BET và pHpzc.
Nghiên cứu XRD cho thấy bản chất vô định hình của các mẫu Al(III) hydroxit bám
trên Fe(III) hydroxit. Mẫu với tỉ lệ mol 1:1 cho thấy diện tích bề mặt lớn nhất 268
m2/g. Quá trình hấp phụ nhanh và đạt cân bằng trong 2 giờ. Khả năng hấp phụ bị ảnh
hƣởng bởi pH cụ thể là: Đối với các mẫu 1: 0, 3: 1 và 2: 1 khoảng pH tối ƣu để loại bỏ
florua đã đƣợc tìm thấy vào khoảng 4-5, trong khi đó, đối với các mẫu 1: 1 và 0: 1
khoảng pH tối ƣu để loại bỏ florua đã đƣợc tìm thấy rộng hơn trong khoảng ( 4-7,5).
Ảnh hƣởng của nhiệt độ xét trong khoảng từ 30- 60 0C thì khả năng loại bỏ Florua là
tăng trong khoảng (30-40 0C) nhƣng giảm trong khoảng (40 – 60 0C). Ngoài ra khả
năng hấp phụ còn bị ảnh hƣởng bởi hàm lƣợng Florua. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt phù
hợp với cả hai mô hình Freundlich và Langmuir. Các mẫu với tỉ lệ mol 1:1 cho thấy
khả năng hấp phụ tối ƣu nhất.
Ruiping Liu và cộng sự [23] đã nghiên cứu đề xuất sử dụng oxit kép sắt và
nhôm (FeAlOxHy) để loại bỏ cùng lúc asen và flo, và sự hấp phụ cạnh tranh giữa As
Mai Thị Thúy

14

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

(V) và F. FeAlOxHy đã đƣợc tạo ra bởi phản ứng giữa dung dịch NaOH và dung dịch

hỗn hợp của sắt clorua (FeCl3) và clorua nhôm (AlCl3). Nghiên cứu chỉ ra rằng
FeOxHy thể hiện khả năng loại bỏ As tốt nhƣng lại không hiệu quả với Flo trong hỗn
hợp mà khi tồn tại cả As và F cũng nhƣ là một mình Flo. Sự đƣa thêm AlOxHy vào với
FeOxHy trong FeAlOxHy cho phép loại bỏ F cũng nhƣ As. AlOxHy có thể loại bỏ
cùng lúc As và F trong khoảng pH từ 4-11. Tuy nhiên, khả năng loại bỏ As và F phụ
thuộc rất lớn vào pH và khả năng loại bỏ cực đại ở pH=6. Lực tĩnh điện ở những pH
khác nhau đóng một vai trò trong việc loại bỏ, nhƣng sự hòa tan AlOxHy chiếm ƣu thế
ở việc loại bỏ As(V) và F đặc biệt là ở pH thấp. Hơn thế nữa, khả năng loại bỏ As và F
bằng AlOxHy trong hỗn hợp cùng tồn tại thấp hơn so với việc loại bỏ từng chất riêng
biệt do ảnh hƣởng của hấp phụ cạnh tranh. Sự đƣa thêm FeOxHy đồng thời với
AlOxHy làm giảm bớt ảnh hƣởng của pH tới sự loại bỏ As và F bằng AlOxHy. Hơn
thế nữa, ảnh hƣởng ngƣợc lại của hấp phụ cạnh tranh giữa As và F đƣợc cản trở trên
phạm vi rộng. So sánh giữa FeOxHy và AlOxHy, FeAlOxHy cho thấy khả năng rất tốt
trong việc loại bỏ đồng thời thời As (V) và F, và có thể đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc
chứa đồng thời As và F.
Với chất thải tổng hợp, đặc tính hấp phụ cạnh tranh của florua và photphat trên
hidroxit 2 lớp Mg-Al-CO3 nung (CLDH) cũng đƣợc Peng Cai [22] nghiên cứu. Một hệ
thống thí nghiệm hàng loạt đã đƣợc thực hiện để nghiên cứu ảnh hƣởng của những yếu
tố thí nghiệm (ví dụ pH, thời gian cân bằng, và thứ tự của việc thêm các anion vào hấp
phụ florua và photphat trên CLDH). Kết quả cho thấy pH tối ƣu là 6 và thời gian cân
bằng là 24 tiếng khi florua và photphat đƣợc cho vào cùng lúc. Thứ tự cho vào anion
ảnh hƣởng đến sự hấp phụ florua và photphat trên CLDH. Số liệu động học đƣợc phân
tích và áp dụng vào mô hình động học giả bậc 1 và bậc 2 và chúng phù hợp với động
học bậc hai. Số liệu của thí nghiệm cân bằng phù hợp với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir và khả năng hấp phụ đơn lớp của florua và photphat đƣợc xác định là thấp
hơn với từng anion đơn ở 25oC. Kết quả của nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét

Mai Thị Thúy

15

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

với phân tích tán sắc năng lƣợng tia X và ATR-FTIR miêu tả rằng cơ chế hấp phụ bao
gồm bù nƣớc của oxit kim loại và sự đan xen đồng thời của florua và photphat trong đa
lớp để xây dựng lại cấu trúc LDHs ban đầu.
Trong nghiên cứu của Tian [28], tác giả quan sát thấy rằng LaAl-PILC có đặc
tính quan trọng là tính chất hấp phụ loại bỏ photphat trong nƣớc. LaAl-PILC đã chứng
tỏ đƣợc khả năng loại bỏ photphat trong nƣớc cao hơn so với Al-PILC. Tác giả áp
dụng mô hình mô tả hấp phụ phù hợp cho đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc sắp xếp theo
thứ tự sau: Freundlich > Langmuir > Temkin. Từ đó, có thể thấy LaAl-PILCs có khả
năng hấp phụ photphat gấp 1,3 lần giá trị tƣơng đƣơng của Al-PILCs. Các kết quả phân
tích nhiệt động lực học chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là đồng nhất và tỏa nhiệt trong tự
nhiên. Phƣơng trình động học giả bậc một phù hợp với số liệu động học. Hằng số động
học giả bậc 1(k1) của LaAl-PILCs là 1,0086h-1, lớn hơn rất nhiều so với Al-PILCs,
0,4369h-1. Khả năng hấp phụ photphat trên PICLs có xu hƣớng tăng với sự giảm pH,
sự hấp phụ tốt nhất đƣợc ghi nhận tại pH <5 cho LaAl-PILC và pH <4 cho Al-PILC.
Các anion xuất hiện đồng thời có ảnh hƣởng lớn hơn đến quá trình hấp phụ photphat
của LaAl-PILC so với Al-PILC và sự ảnh hƣởng có thứ tự nhƣ sau: HCO3->Cl->SO42=NO3-. Nồng độ La ra từ LaAl-PILC giảm với sự tăng của pH và không thể nhận ra ở
pH lớn hơn 4,5. LaAl-PILC đã đƣợc khảo sát là 1 chất hấp phụ tốt photphat và đƣợc
giải hấp bằng NaOH. Nghiên cứu khẳng định rằng LaAl-PILC là 1 trong những ứng
viên cho chất hấp phụ photphat.
Dipti và cộng sự [12] cũng đã tổng hợp thành công hidrotalcit Zn/Al(HTLc)
bằng phƣơng pháp đồng kết tủa tại pH không đổi. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng HTLc
hấp phụ tối đa trong vòng 4 giờ ở pH =6. Khả năng hấp phụ tăng khi tăng lƣợng hấp
phụ và giảm khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ. Nhiệt độ cũng ảnh hƣởng tới khả năng
hấp phụ khi nhiệt độ tăng khả năng hấp phụ giảm. Phƣơng trình động học tuân theo

phƣơng trình tuyến tính Langmuir. Sunphat và photphat đƣợc nghiên cứu là có ảnh
hƣởng trong việc loại bỏ Florua.
Mai Thị Thúy

16

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng


Luận văn thạc sĩ

CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, chế tạo vật liệu có khả năng hấp phụ tốt photphat, trên cơ sở laterit
biến tính bằng hỗn hợp muối nhôm và magie.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu


Khảo sát các điều kiện thích hợp để xây dựng quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ

photphat trên cơ sở sử dụng quặng laterit mang thêm hỗn hợp Al - Mg.


Đánh giá khả năng hấp phụ photphat của vật liệu.

2.2. Hóa chất và dụng cụ
2.2.1. Dụng cụ
-

Máy đo pH

-

Máy đo quang Spectroquant Nova 30.

-

Cân phân tích 4 số, tủ hút, tủ sấy, lò nung, máy lắc, máy ly tâm

-

Các dụng cụ thí nghiệm dùng để phân tích và hấp phụ photphat.

-

Và các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm.

2.2.2. Hóa chất và vật liệu
2.2.2.1. Chuẩn bị hóa chất phân tích photphat
 Pha dung dịch chuẩn photphat:
Hòa tan 3,76842 gam Na2HPO4.12H2O bằng nƣớc cất rồi định mức đến 1000
ml. Đựng trong chai thủy tinh, dùng để pha ra các dung dịch có nồng độ thấp trong các
thí nghiệm.
 Pha dung dịch phân tích: dung dịch Vanadat – Molipdat
+ Dung dịch 1: Hòa tan 12,5 gam amoni molipdat (NH4)6Mo7O24. 4H2O bằng
nƣớc cất rồi định mức đến 150 ml.

Mai Thị Thúy

17

Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng