Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của các vật liệu biến tính từ quặng apatit và thăm dò xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI
CỦA CÁC VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ QUẶNG APATIT
VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thái Nguyên, 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI
CỦA CÁC VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ QUẶNG APATIT
VÀ THĂM DÒ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGÔ THỊ MAI VIỆT

Thái Nguyên, 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của
các vật liệu biến tính từ quặng apatit và thăm dò xử lý môi trường” là do bản
thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật
tôi xin chịu trách nhiệm.
Thái nguyên, tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn
Nguyễn Hữu Hiệp

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên
ngành Hóa Phân tích, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái
Nguyên, em đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình.
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Ngô Thị Mai Việt,
cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em
có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo trong
Khoa Hóa học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, năng lực nghiên
cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều
thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo,
các bạn đồng nghiệp để luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Hữu Hiệp

ii


MỤC LỤC
Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan ........................................................................................................ i
Lời cảm ơn ...........................................................................................................ii
Mục lục ...............................................................................................................iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ..............................................................iv
Danh mục các bảng.............................................................................................. v
Danh mục các hình .............................................................................................vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về amoni và tác dụng sinh hóa của amoni................................... 3
1.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ........................................................................
4
1.3.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp ...........................
4
1.3.2. Quy chuẩn quốc gia về nồng độ amoni trong nước ăn uống và sinh hoạt
...... 5
1.4. Xử lí amoni ................................................................................................... 5
1.4.1. Phương pháp hóa lý................................................................................... 5
1.4.2. Phương pháp hóa học................................................................................ 6

1.4.3. Phương pháp sinh học ...............................................................................
6
1.5. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni ....................................................
6
1.6. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ............................................................. 8
1.6.1. Sự hấp phụ ................................................................................................. 8
1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung
dịch lên bề mặt chất hấp phụ............................................................................... 9
1.6.3. Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ ...............
10
1.6.4. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ............................................
11
1.7. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử ...................................................
13
iii


1.7.1. Nguyên tắc ............................................................................................... 13
1.7.2. Phương pháp đường chuẩn ..................................................................... 15
1.7.3. Phương pháp thêm chuẩn ........................................................................
16
1.8. Giới thiệu về quặng apatit........................................................................... 17
1.9. Tổng quan tình hình nghiên cứu................................................................. 17

iii


Chương 2. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....
20

2.1. Thiết bị và hóa chất .................................................................................... 20
2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................... 20
2.1.2. Hóa chất................................................................................................... 20
2.2. Biến tính quặng apatit thành các vật liệu hấp phụ (VLHP) ....................... 21
2.2.1. Biến tính quặng apatit bằng axit HCl (VLHP1)...................................... 21
2.2.2. Biến tính quặng apatit bằng oxit nano Fe3O4 (VLHP2).......................... 21
2.3. Pha thuốc thử .............................................................................................. 22
2.4. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 22
2.5. Xac đinh điêm đăng điên cua vât liêu ........................................................ 22
2.6. Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho phép xác định amoni theo phương pháp
UV-Vis ............................................................................................................... 23
2.6.1. Bước sóng ................................................................................................ 23
2.6.2. pH ............................................................................................................ 23
2.6.3. Thời gian.................................................................................................. 23
2.6.4. Chất lạ ..................................................................................................... 23
2.7. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni....................................... 24
2.8. Phương pháp hấp phụ tĩnh .......................................................................... 24
2.8.1. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và
quặng apatit biến tính ........................................................................................
24
2.8.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ........................................... 24
2.8.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 25
2.8.4. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc............................................................ 25
2.8.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................... 26
2.8.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của amoni................................... 26
2.8.7. Ảnh hưởng Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II) và hỗn hợp Fe(III), Mg(II),
Ca(II), Mn(II) đến khả năng hấp phụ amoni ..................................................... 27
2.9. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của vật liệu theo phương pháp hấp
phụ động ............................................................................................................ 28

2.9.1. Chuẩn bị cột hấp phụ............................................................................... 28
2.9.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ động amoni của vật liệu ......................... 28

iv


Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................... 29
3.1. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 29
3.1.1. Ảnh SEM của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit biến tính .............. 29
3.1.2. Ảnh TEM của vật liệu hấp phụ ................................................................ 29
3.1.3. Diện tích bề mặt riêng của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit
biến tính ............................................................................................................. 30
3.1.4. Phổ hồng ngoại của quặng apatit tự nhiên và quặng apatit biến tính.... 30
3.2. Điểm đẳng điện của vật liệu ....................................................................... 31
3.3. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho phép xác định amoni theo
phương pháp UV -Vis........................................................................................ 32
3.3.1. Bước sóng ................................................................................................ 32
3.3.2. pH ............................................................................................................ 33
3.3.3. Thời gian.................................................................................................. 34
3.4. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni....................................... 34
3.5. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ................................................................................................... 36
3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni của vật
liệu quặng apatit biến tính ................................................................................. 36
3.6.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ........................................... 36
3.6.2. Ảnh hưởng của pH ................................................................................... 38
3.6.3. Ảnh hưởng của thời gian ......................................................................... 40
3.6.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ đối với amoni
của VLHP2. ....................................................................................................... 42

3.6.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu.................................................................... 43
3.6.6. Ảnh hưởng Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II) và hỗn hợp Fe(III), Mg(II),
Ca(II), Mn(II) đến khả năng hấp phụ amoni của VLHP1 ....................................
46
3.7. Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của VLHP1 theo phương pháp
hấp phụ động ..................................................................................................... 49
3.8. Xử lí mẫu nước có chứa amoni .................................................................. 52
KẾT LUẬN....................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 58
PHỤ LỤC
v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu viết tắt

Nội dung

1

VLHP1

Vật liệu hấp phụ 1

2

VLHP2

Vật liệu hấp phụ 2

3

BET

4

IR

5

SEM

6

UV - Vis

7

XRD

8

PE

Poli Etilen

9

ppm

Part per million

Brunaur - Emmetle - Teller
Intrared Spectroscopy
Scanning Electron Microscopy
Ultraviolet Visble
X-ray Diffration

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp ..................................................................... 4
Bảng 3.1. Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu ............................................ 30
Bảng 3.2. Bước sóng tối ưu cho phép xác định amoni theo phép đo UV-Vis . 33
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào pH........ 33
Bảng 3.4. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào thời gian ...
34
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch amoni ....
35
Bảng 3.6. Khả năng hấp phụ amoni của quặng apatit tự nhiên và quặng
apatit biến tính ............................................................................... 36
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ amoni.... 37
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni ............................ 38
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni................... 40
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu đến khả năng hấp phụ amoni

của VLHP2 .................................................................................... 42
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ amoni ........... 44
Bảng 3.12. Ảnh hưởng Mn(II), Fe(III) đến khả năng hấp phụ amoni .................
47
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1........................................................................................... 48
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của hỗn hợp Fe(III), Mg(II), Ca(II), Mn(II)................ 49
Bảng 3.15. Hàm lượng amoni sau mỗi phân đoạn thể tích .............................. 50
Bảng 3.16. So sánh kết quả phân tích amoni giữa phương pháp đường
chuẩn và phương pháp thêm chuẩn............................................... 53
Bảng 3.17. Kết quả hấp phụ amoni trong nước giếng của VLHP1 .................. 53

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir............................................... 13
Hình 1.2. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb ............................................................... 13
Hình 3.1. Ảnh SEM của các vật liệu ................................................................ 29
Hình 3.2. Ảnh TEM của vật liệu M2 ................................................................ 29
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của quặng apatit tự nhiên........................................ 30
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của quặng apatit biến tính (VL M2) ....................... 31
Hình 3.5. Điểm đẳng điện của vật liệu M1....................................................... 32
Hình 3.6. Điểm đẳng điện của vật liệu M2....................................................... 32
Hình 3.7 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của dung dịch amoni vào pH ......... 33
Hình 3.8. Kết quả Sự phụ thuộc độ hấp phụ quang của dung dịch amoni
vào thời gian. .................................................................................... 34
Hình 3.9. Đường chuẩn xác định nồng độ amoni ............................................. 35
Hình 3.10. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP1 đến khả năng hấp phụ amoni ......

37
Hình 3.11. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP2 đến khả năng hấp phụ amoni ......
38
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ amoni vào pH của VLHP1 .....
39
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Amoni vào pH của VLHP2 ........
39
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni VLHP1 ... 41
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni VLHP2 ... 41
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với amoni .......
45
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP1 đối với amoni........... 45
Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với amoni .......
45
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP2 đối với amoni.......... 46
Hình 3.21. Ảnh hưởng Mn(II), Fe(III) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1 ............................................................................................. 47
Hình 3.22. Ảnh hưởng của Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni
VLHP1 ............................................................................................. 48
vi


Hình 3.24. Khả năng hấp phụ amoni trong nước giếng của VLHP1 ............... 55

vi
i


MỞ ĐẦU
Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã

góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, góp
phần hình thành các khu đô thị mới, giảm khoảng cách về kinh tế giữa các
vùng. Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế thì những hệ lụy
về môi trường cũng rất lớn. Nguồn phế thải chưa được xử lí đều thải trực tiếp
vào môi trường.
Nước ta có trên 67% dân số sống ở nông thôn, tuy nhiên tỷ lệ dân cư
nông thôn được sử dụng nước sạch còn rất thấp, mới chỉ đạt 42% theo tiêu
chuẩn của Bộ Y tế. Trong đó tình trạng ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt ở
nông thôn và miền núi đang trở nên rất nghiêm trọng. Nguồn nước ngầm
(giếng khoan) bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng (asen, sắt, mangan), chất
hữu cơ, amoni… Nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, suối, kênh rạch, giếng
khơi…) cũng bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ, hóa chất từ các khu công
nghiệp, phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật và các vi khuẩn gây
bệnh,… Nguồn nước mưa cũng không còn được coi là an toàn. Nó cũng đã
bị ô nhiễm khá nặng bởi khói bụi từ các khu công nghiệp, các phương tiện
giao thông vận tải, quá trình bốc hơi của các loại thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ
thực vật và các loại chất ô nhiễm khác. Ở Việt Nam hiện có khoảng 17,2
triệu người tương đương khoảng 21,5% dân số đang sử dụng nguồn nước
sinh hoạt chưa được kiểm nghiệm hay qua xử lý. Theo thống kê của Bộ Y tế
và Bộ Tài nguyên và Môi trường, trung bình mỗi năm có khoảng 9 nghìn
người tử vong vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém, hàng năm gần 2 trăm
nghìn người mắc bệnh ung thư mới phát hiện mà nguyên nhân chính là từ ô
nhiễm môi trường nước. Vì vậy, việc quan tâm xử lý ô nhiễm môi trường
nước nói riêng, môi trường nói chung có ý nghĩa to lớn với cuộc sống hiện
tại và tương lai.

1


Trong thời đại khoa học và công nghệ ngày càng phát triển, thúc đẩy

mạnh mẽ việc áp dụng khoa học, kỹ thuật để xử lý môi trường nước góp phần
giảm thiểu tác hại do ô nhiễm môi trường nước. Hiện nay, các phương pháp xử
lý nước bị ô nhiễm thường sử dụng là phương pháp hóa học, phương pháp hóa
lý (phương pháp keo tụ, phương pháp hấp phụ, phương pháp trung hòa…),
phương pháp sinh học (phương pháp hiếu khí và kị khí)…. Trong phương pháp
hóa lý có phương pháp hấp phụ được lựa chọn và mang lại hiệu quả cao. Ưu
điểm của phương pháp này là các vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối
phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường. Chính vì
vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của các
vật liệu biến tính từ quặng apatit và thăm dò xử lý môi trường”.

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về amoni và tác dụng sinh hóa của amoni
Ion amoni (NH4+) có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở
đỉnh và một nguyên tử N ở trung tâm. Ion amoni có bán kính là 1,43Ǻ [13].
Trong môi trường nước, amoni có thể tồn tại ở dạng phân tử (NH3) hoặc
ion (NH4+) tùy thuộc vào pH của nước.
Ở dạng phân tử, amoniac là một chất khí không màu, mùi khai và xốc,
nhẹ hơn không khí. Amoniac tan khá tốt trong nước và độ tan phụ thuộc rất
mạnh vào nhiệt độ dung dịch [10].
Amoni được sử dụng chủ yếu để làm phân đạm. Nó là dạng nitơ vô cơ có
giá trị đối với cây trồng, có tác dụng kích thích sinh trưởng của cây và giúp cây
phát triển nhanh, cho nhiều hạt, củ hoặc quả.
Trong tự nhiên amoni tồn tại một lượng nhỏ trong khí quyển do các quá
trình phân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc động thực vật. Hoạt động của
núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối amoni (như amoni clorua và amoni sunfat).

Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm amoni nặng nề cho nước. Việc sử
dụng phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý,
sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ,… thông qua quá trình rửa trôi, thấm,
lọc, lượng nitrat hóa, amoni trong nước bề mặt và nước ngầm ngày càng lớn.
Lượng amoni tự nhiên ở trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2
mg/L. Các nguồn nước hiếm khi có thể có nồng độ amoni lên đến 3mg/L.
Amoni không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng
trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý, amoni được chuyển hóa thành nitrit
(NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại cho con người. Trong
nước ngầm amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxy. Khi khai thác lên
và tiếp xúc trực tiếp với oxy, amoni chuyển thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-)
3


tích tụ trong thức ăn. Khi ăn uống nước có chứa nitrit thì cơ thể sẽ thiếu máu,
xanh da, gây bệnh ở đường hô hấp, gây ung thư. Nitrat tạo ra chứng thiếu
vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo nên những nitrisamin là nguyên
nhân ung thư [11].
1.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
1.3.1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp
Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN
40:2011/BTNMT) do Ban soạn thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất
lượng nước biên soạn thay thế QCVN 24:2009/BTNMT. Tổng cục Môi trường,
Vụ khoa học và Công nghệ, Vụ pháp chế trình duyệt và được ban hành theo
thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng bộ
Tài nguyên và Môi trường [17].
Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm khác trong nước
thải công nghiệp được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm
trong nước thải công nghiệp

TT

Thông số

Đơn vị

1

Amoni

2

Giá trị C
A

B

mg/L

5,00

10,00

Niken

mg/L

0,20

0,50

3

Chì

mg/L

0,10

0,50

4

Cadimi

mg/L

0,05

0,10

5

Crom (VI)

mg/L

0,05

0,10

6

Crom (III)

mg/L

0,20

1,00

7

Đồng

mg/L

2,00

2,00

8

Kẽm

mg/L

3,00

3,00

9

Mangan

mg/L

0,50

1,00

4


Trong đó:
- Cột A quy định giá trị nồng độ của các thông số ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng
cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị nồng độ của các thông số ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng
cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
1.3.2. Quy chuẩn quốc gia về nồng độ amoni trong nước ăn uống và sinh hoạt
Theo QCVN 02:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên
soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 05/2009/TT BYT ngày 17 tháng 06 năm 2009 quy định hàm lượng amoni trong nước sinh
hoạt ở cả mức I và mức II không vượt quá 3 mg/L [16].
1.4. Xử lí amoni
1.4.1. Phương pháp hóa lý
• Phương pháp hấp phụ
Sử dụng các chất có khả năng hấp phụ như than hoạt tính, các vật liệu có
nguồn gốc tự nhiên (quặng apatit, đá ong, cao lanh,…) hoặc các vật liệu được

chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, bẹ chuối, lõi ngô,…) để hấp phụ ion
kim loại nặng và amoni có trong nguồn nước bị ô nhiễm [19].
• Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là quá trình hóa lý sử dụng việc trao đổi ion trong nước để
loại bỏ các cation hoặc anion, đáp ứng yêu cầu của quá trình xử lý nước. Khi
loại bỏ ion kim loại nặng và amoni người ta sử dụng vật liệu trao đổi ion là vật
liệu cationit. Trong đó, zeolit tự nhiên và tổng hợp là một trong những vật liệu
cationit tốt nhất để tách loại amoni [19].

5


1.4.2. Phương pháp hóa học
• Phương pháp Clo hóa
Hiện nay, trên thế giới đã nghiên cứu rất kỹ về biện pháp clo hóa để xử
lý amoni trong nước thải.
Phương trình phản ứng tổng hợp của phương pháp:
3Cl2 + 2NH4+ → N2 + 8H+ + 6Cl4Cl2 + NH4+ + 3H2O → NO3- + 10H+ + 8ClSau khi các quá trình xảy ra thì môi trường axit của dung dịch được
trung hòa bằng cách thêm vào một lượng kiềm [19].
• Phương pháp thổi khí cưỡng bức
Để xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức cần phải điều
chỉnh pH của môi trường lên cao để chuyển NH4+ về dạng NH3, sau đó thổi
khí mạnh hoặc đưa vào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH3 ra khỏi dung
dịch [19].
1.4.3. Phương pháp sinh học
• Phương pháp Anammox
Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) là quá trình oxi hóa amoni
yếm khí, trong đó amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2
dưới điều kiện yếm khí, với amoni là chất cho điện tử còn nitrit là chất nhận
điện tử để tạo thành khí N2. Sản phẩm chính của quá trình Anammox là N2, tuy

nhiên khoảng 10% nitơ đưa vào được chuyển thành nitrat [19].
1.5. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu các tính chất vật lý, hóa học,
sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn
nước trở nên độc hại với sinh vật.
Co nhiều nguyên nhân dân đến trình trạng ô nhiễm amoni trong nươc
ngầm nhưng một trong những nguyên nhân chinh la do viêc sư dung qua mức
lượng phân bón hưu cơ, thuốc trư sâu. Ngoai ra mưc đô ô nhiêm còn phu thuôc
vao loai hình canh tac cua tưng khu vưc.

6


Khu vưc bi ô nhiêm amoni trong nươc ngầm năng nề nhất trong cả nước
là khu vực đồng bằng Bắc Bô. Theo kết qua khao sat cua Trung tâm nghiên cứu
thuộc Trung tâm Khoa hoc Tư nhiên va Công nghệ Quốc gia va Trương Đai
hoc Mỏ - Địa Chất thi phần lớn nươc ngầm khu vưc đồng bằng Bắc Bô gồm
các tỉnh như: Hà Tây ( cũ ), Hà Nam, Nam Đinh, Ninh Binh, Hai Dương, Hưng
Yên, Thái Bình và phía nam Ha Nôi đều bi ô nhiễm amoni rất năng. Xac suất
cac nguồn nước ngầm nhiêm amoni co nồng đô cao hơn tiêu chuân nươc sinh
hoat (3 mg/L) khoang 70 - 80% [6].
Ô nhiễm amoni trong các nguồn nước mặt (ao, hồ, sông ...) cũng là vấn
đề đáng quan ngại hiện nay. Kết quả công bố của Viện Nước và Công nghệ
Môi trường cho thấy: “Amoni trong nguồn nước sông Sài Gòn không hề có dấu
hiệu giảm và biến động theo từng khu vực. Có thời điểm nồng độ amoni vượt
tiêu chuẩn hơn 20 lần (tiêu chuẩn cho phép 0,05 mg/L)”. Theo nhóm nghiên
cứu, amoni tăng do nước từ sông rạch và từ các nguồn thải công nghiệp, chăn
nuôi đưa vào. Cụ thể nguồn thải từ trại heo Tân Trung (Củ Chi) với tải lượng ô
nhiễm 1,25 kg amoni/ngày đêm, từ rạch Bà Bếp cũng thải gần 16 kg
amoni/ngày đêm. Lâm Minh Triết (2006) cũng có nhận xét: “Lượng amoni

trong nước thải từ khu dân cư và từ các nhà máy hoá chất, chế biến thực phẩm,
sữa có thể lên tới 10-100 mg/L. Ngoài gây ô nhiễm không khí và ảnh hưởng
trực tiếp đến đời sống của người dân xung anh sông Sài Gòn, tình trạng ô
nhiễm amoni còn gây khó khăn cho việc xử lý nước mặt làm nguồn nguồn
nước cấp cho sinh hoạt, thậm chí có thể gây đóng cửa nhà máy Tân Hiệp, nơi
cung cấp nước sạch cho các quận huyện: 6,7,8, Tân Bình, Tân Phú, Bình Tân,
Gò Vấp, Nhà Bè, Bình Chánh ....( theo lời ông Bùi Thanh Giang, giám đốc Nhà
máy nước Tân Hiệp) [9].
Như vậy so với QCVN 01:2009/BYT và quy định số 1329/2002/BYT về
tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y Tế cho hàm lượng N-amoni là

7


3 mg/L, thì các con số trên cho thấy một thực tế chung là nhiều nguồn nước ở
Việt Nam đang bị ô nhiễm amoni một cách nghiêm trọng [16].
1.6. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.6.1. Sự hấp phụ
Sự hấp phụ là quá trình tích lũy vật chất lên bề mặt phân cách pha (khí lỏng, khí - rắn, lỏng - rắn, lỏng - lỏng).
Chất hấp phụ là những chất có bề mặt tiếp xúc lớn mà trên đó xảy ra quá
trình hấp phụ. Chất hấp phụ là chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ. Khả
năng hấp phụ của mỗi chất tùy thuộc vào bản chất, diện tích bề mặt riêng của
chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản chất của chất tan [3].
Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
mà người ta chia sự hấp phụ thành hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vandecvan giữa các phân tử chất bị hấp
phụ và bề mặt chất hấp phụ. Liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng
hóa học.
Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, người ta đưa ra một số

tiêu chuẩn như sau:
- Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hay đa lớp, còn hấp phụ hóa học chỉ là
đơn lớp.
- Nhiệt lượng hấp phụ: đối với hấp phụ vật lý lượng nhiệt tỏa ra là 2 ÷ 6
kcal/mol, đối với hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol.
- Nhiệt độ hấp phụ: hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp (gần
nhiệt độ sôi của chất bị hấp phụ), hấp phụ hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ sôi.
- Tốc độ hấp phụ: hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó
xảy ra nhanh, ngược lại hấp phụ hóa học xảy ra chậm hơn.

8


- Tính đặc thù: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt
còn hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học, do đó phải mang tính đặc
thù rõ rệt.
Tuy nhiên, trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa
học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp
tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ 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 lại với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ, đó là quá trình
giải phóng chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ [14].
1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung
dịch lên bề mặt chất hấp phụ
Ảnh hưởng của dung môi: hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh
tranh, nghĩa là chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu.Vì
chất hoạt động bề mặt là chất có sức căng bề mặt nhỏ, cho nên nếu dung môi có
sức căng bề mặt càng lớn (tức là càng khó hấp phụ) thì chất tan càng khó hấp

phụ. Vì vậy đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nước (có sức
căng bề mặt lớn) sẽ tốt hơn so với dung môi hữu cơ (có sức căng bề mặt bé).
Ảnh hưởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: thông thường các chất
phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn chất không phân cực dễ hấp
phụ trên bề mặt không phân cực.
Khi giảm kích thước của mao quản trong chất hấp phụ thì sự hấp phụ từ
dung dịch thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực kích thước mao quản
không cản trở sự đi vào của phân tử chất bị hấp phụ.
Dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của vật liệu
hấp phụ. Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ càng lớn thì phần tiếp xúc giữa
chất tan và chất hấp phụ càng lớn, chất tan lưu lại trên bề mặt chất hấp phụ

9


càng nhiều. Như vậy, độ xốp và diện tích bề mặt của chất hấp phụ là các yếu tố
vật lí quan trọng của quá trình hấp phụ.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ, sự hấp phụ trong dung dịch
giảm, nhưng thường ở mức độ ít hơn so với sự hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với
cấu tử hòa tan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ độ tan tăng lên, thì khả năng hấp
phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên.
1.6.3. Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ
1.5.3.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về
nồng độ và nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
q=

(Co − Ccb )

(1.1)

.V
m

Trong đó:
q

: là dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V

: là thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L)

m

: là khối lượng chất hấp phụ (g)

Co

: là nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

Ccb : là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
1.5.3.2. Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ của dung dịch bị hấp phụ ở thời
điểm cân bằng và nồng độ của dung dịch ban đầu.
Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức sau:
H=

(Co − Ccb )

.
100% Co

(1.2)

Trong đó:
H

: là hiệu suất hấp phụ (%)

Co

: là nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

Ccb

: là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
10


1.6.4. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung dịch hấp phụ tại
một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại
thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập
bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung
dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ.
Với các chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường
đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua các đường đẳng nhiệt như : đường đẳng
nhiệt hấp phụ Henry, đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, đường đẳng nhiệt

hấp phụ Langmuir [14].
*Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phương trình đẳng nhiệt đơn
giản mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha
rắn và nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:
a = K.P

(1.3)

Trong đó: K: là hằng số hấp phụ Henry
a: lượng chất bị hấp phụ (mol/g)
P: áp suất (mmHg)
Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến tính này nhỏ. Trong vùng
đó, sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không
đáng kể.
* Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực
nghiệm mô tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp. Phương trình này được
biểu diễn bằng một hàm số mũ:
q = k.Ccb1/n

(1.4)


Hoặc dạng phương trình đường thẳng:
lgq = lgk +

1
n

lgCcb

(1.5)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác
n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng
ban đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt, tức là ở vùng nồng độ
thấp của chất bị hấp phụ.
* Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
q = qmax .

b.Ccb

(1.6)

1+ b.Ccb

Trong đó:
q

: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

qmax : dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
b

: hằng số Langmuir.

Ccb : là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L).
Khi tích số b.Ccb<< 1 thì q = qmax.b.Ccb : mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
Khi tích số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hòa.
Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình
đường thẳng:
Ccb
.C
q

=

1
cb

qmax

+

1
qmax .b

(1.7)


b và qmax trong phương trình (hình 1.2).
Ccb/q

qmax

N

O

O

Ccb

Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng

tanα

Ccb

Hình 1.2. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb

nhiệt Langmuir
Ở đây : tan α =

1
qmax

1
; ON =
q max .b

Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL
1
RL =

(1+ b.Co )

Khi 0 < RL < 1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không
thuận lợi và RL = 1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.
1.7. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử
1.7.1. Nguyên tắc
Phương pháp quang hấp thụ phân tử dựa trên tính chất vật lí của các chất
có tính chất hấp thụ chọn lọc dòng ánh sáng đơn sắc. Đây là phương pháp phân
tích định lượng không đo trực tiếp khối lượng của chất (như phương pháp phân
tích thể tích hay phân tích khối lượng) mà đo độ hấp thụ quang của dung dịch
màu từ đó suy ra nồng độ của cấu tử cần xác định [7].
Nguyên tắc chung của phương pháp này là muốn xác định một cấu tử X
nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất màu có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo
sự hấp thụ ánh sáng của nó ở một vùng phổ nhất định ứng với một bước sóng
xác định, từ đó suy ra hàm lượng chất cần xác định X.