NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb (II) HÒA TAN TRONG DUNG DỊCH BẰNG XƠ DỪA, MÙN CƯA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb (II) HÒA TAN
TRONG DUNG DỊCH BẰNG XƠ DỪA, MÙN CƯA

gành học:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện:

LÊ QUỐC PHONG

Niên khóa :

2008-2012

Tháng 07/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb (II) HÒA TAN
TRONG DUNG DỊCH BẰNG XƠ DỪA, MÙN CƯA

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. HUỲNH VĨNH KHANG

LÊ QUỐC PHONG

KS. NGUYỄN MINH QUANG

Tháng 07/2012


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Huỳnh Vĩnh Khang, KS. Nguyễn Minh Quang,
người đã tận tình chu đáo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Bộ môn Công nghệ sinh học Trường Đại học Nông
Lâm, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trường, Trường Đại
học Nông Lâm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm hóa Viện Nghiên cứu
Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trường, Trường Đại học Nông Lâm và các bạn bè đã giúp
đỡ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm.
TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012
Sinh viên
Lê Quốc Phong

i


TÓM TẮT

Đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion chì (Pb2+) hòa tan trong dung dịch bằng xơ dừa,
mùn cưa’’ được thực hiện để khảo sát, thử nghiệm khả năng xử lý nguồn nước ô nhiễm
chì.
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian hấp phụ, hàm lượng vật
liệu hấp phụ, pH dung dịch, nồng độ Pb (II) ban đầu…đến quá trình hấp phụ trong điều
kiện nhiệt độ hấp phụ 300C, tốc độ lắc 200 vòng/ phút, thí nghiệm sử dụng máy lắc ổn
nhiệt khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố cũng như thử nghiệm khả năng hấp phụ trong các
điều kiện ngoài phòng thí nghiệm.
Kết quả nghiên cứu xác định được các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ như: thời
gian hấp phụ 60 phút, pH dung dịch từ 5 đến 7, lượng vật liệu hấp phụ 8 g/L đối với vật
liệu là xơ dừa và 16 g/L với vật liệu là mùn cưa. Số liệu thí nghiệm phù hợp với mô hình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Năng lực hấp phụ chì tối đa của xơ dừa là 45,45 mg/g và
mùn cưa là 18,18 mg/g; thử nghiệm trong điều kiện ngoài phòng thí nghiệm cho thấy có
thể sử dụng hai loại vật liệu này để xử lý các nguồn nước thải ô nhiễm chì.

ii


SUMMARY

The thesis entitled "Biosorption of lead (Pb2+) from aqueous solutions by coir and
sawdust" was conducted to the survey, test the ability to handle lead-polluted water.
In this study the effects of contact time, adsorbent dosage, solution pH, and
Pb2+concentration on the biosorption the adsorption temperature 300C, shaking speed 200
rpm were studied. The experiments was conducted in thermostat shaker to examine the

influence of factors test as well as the absorption capacity of the conditions outside the
laboratory.
The results revealed the optimal parameters for the adsorption process such as equilibrium
time at 60 min, solution pH 5 to 7, the amount of adsorbent 8 g/L for coir and 16 g/L for
sawdust. Langmuir model fitted the equilibrium data better than the Freudlich isotherm.
The monolayer biosorption capacity of the biomass was found to be 45.45 mg/g and 18.18
mg/g for coir and sawdust, respectively. These materials have potential for use in the
removal of lead in contaminated water.
Keyword: removal of lead, coir, sawdust.

iii


MỤC LỤC
Lời cám ơn .................................................................................................................... i
Tóm tắt .......................................................................................................................... ii
Summary ....................................................................................................................... iii
Mục lục ......................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt ............................................................................................ vii
Danh sách các bảng ...................................................................................................... viii
Danh sách các hình ....................................................................................................... ix
Chương 1 Mở đầu ......................................................................................................... 1
1.1.Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
1.2. Mục đích đề tài ...................................................................................................... 2
1.3. Nội dung đề tài ...................................................................................................... 2
Chương 2 Tổng quan tài liệu ........................................................................................ 3
2.1. Sơ lược về ô nhiễm kim loại nặng ......................................................................... 3
2.1.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng .............................................. 3
2.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường ............ 4
2.1.3. Tính chất độc hại của chì .................................................................................... 4

2.2. Giới thiệu phương pháp hấp phụ ........................................................................... 7
2.2.1. Các khái niệm ..................................................................................................... 7
2.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước ......................................................................... 10

iv


2.2.3. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ ........................................................................ 10
2.3. Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử ..................................................................... 12
2.4. Sơ lược xơ dừa, mùn cưa ....................................................................................... 13
2.4.1. Sản lượng dừa, xơ dừa và một số ứng dụng ....................................................... 13
2.4.2. Mùn cưa và một số ứng dụng ............................................................................. 14
2.4.3. Một số nghiên cứu sử dụng mùn cưa, xơ dừa xử lý nước thải ........................... 14
2.4.3.1. Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 14
2.4.3.2. Nghiên cứu ngoài nước ................................................................................... 15
Chương 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 16
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện ............................................................................ 16
3.2. Thiết bị ................................................................................................................... 16
3.3. Hóa chất, vật liệu ................................................................................................... 16
3.4. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất thí nghiệm......................................................... 16
3.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 17
3.5.1. Xử lý vật liệu thí nghiệm .................................................................................... 17
3.5.2.Khảo sát pH vật liệu xơ dừa, mùn cưa ................................................................ 18
3.5.3.Ảnh hưởng thời gian hấp phụ .............................................................................. 18
3.5.3.1. Thí nghiệm 1 .................................................................................................... 18
3.5.3.2 Thí nghiệm 2..................................................................................................... 19
3.5.4. Ảnh hưởng khối lượng VLHP ............................................................................ 20

v

3.5.4.1. Thí nghiệm 3 .................................................................................................... 20
3.5.4.2. Thí nghiệm 4.................................................................................................... 20
3.5.5. Thí nghiệm 5....................................................................................................... 21
3.5.6. Thí nghiệm 6....................................................................................................... 21
3.5.7. Khảo sát hấp phụ ngoài phòng thí nghiệm ......................................................... 22
3.5.7. 1. Xây dựng mô hình thử nghiệm ....................................................................... 22
3.5.7.2. Thử nghiệm trên mô hình đã thiết kế .............................................................. 25
Chương 4 Kết quả và thảo luận .................................................................................... 26
4.1. Giá trị pH vật liệu .................................................................................................. 26
4.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu hấp phụ.......... 26
4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng VLHP đến khả năng hấp phụ .................................... 29
4.4. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng hấp phụ ........................................... 31
4.5. Ảnh hưởng của nồng độ Pb2+ ban đầu trong dung dịch đến khả năng hấp phụ .... 36
4.6. Kết quả thực nghiệm.............................................................................................. 43
Chương 5 Kết luận và đề nghị ...................................................................................... 44
5.1. Kết luận.................................................................................................................. 44
5.2. Đề nghị .................................................................................................................. 44
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 45
Tài liệu tiếng việt .......................................................................................................... 45
Tài liệu tiếng nước ngoài .............................................................................................. 46
Phụ lục .......................................................................................................................... 47

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CTHH

Công thức hóa học.

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam.

VLHP

Vật liệu hấp phụ.
AAS

Atomic Absorption Spectrometry.

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp ...... 7
Bảng 2.2. Sản lượng dừa ở các quốc gia quy ra trái ..................................................... 13
Bảng 4.1. Giá trị pH vật liệu thí nghiệm ........................................................................ 26
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của xơ dừa ........................ 26
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của mun cưa...................... 28
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng VLHP đến khả năng hấp phụ của xơ dừa .......... 29
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng VLHP đến khả năng hấp phụ của mùn cưa ....... 30
Bảng 4.6. Giá trị pH dung dịch trước và sau khi hấp phụ.............................................. 32
Bảng 4.7. Ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ của xơ dừa ........................................ 32
Bảng 4.8. Giá trị pH dung dịch trước và sau khi hấp phụ.............................................. 34
Bảng 4.9. Ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ của mùn cưa...................................... 34
Bảng 4.10. Ảnh hưởng nồng độ Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP ........ 36
Bảng 4.11. Bảng tóm tắt các thông số của hai mô hình ................................................. 42

Bảng 4.12. Kết quả thử nghiệm ở điều kiện ngoài phòng thí nghiệm ........................... 43

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước ......... 3
Hình 2.2. Sơ đồ chu chuyển trong môi trường và thâm nhập của Pb vào cơ thể người ... 6
Hình 3.1. Vật liệu hấp phụ ................................................................................................ 18
Hình 3.2. Hình minh họa hệ thống thử nghiệm ở điều kiện ngoài phòng thí nghiệm ...... 23
Hình 3.3. Các lớp cơ chất trong hệ thống thử nghiệm. ..................................................... 24
Hình 3.4. Hệ thống lấy mẫu nước đầu ra. ......................................................................... 24
Hình 3.5. Hệ thống dẫn nước vào hệ thống thử nghiệm. .................................................. 25
Hình 4.1. Đồ thị thể hiện hiệu suất xơ dừa hấp phụ chì theo thời gian hấp phụ .............. 27
Hình 4.2. Đồ thị thể hiện hiệu suất mùn cưa hấp phụ chì theo thời gian hấp phụ............ 28
Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa hiệu suất hấp phụ và hàm
lượng xơ dừa .................................................................................................... 30
Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa hiệu suất hấp phụ và hàm
lượng mùn cưa .................................................................................................. 31
Hình 4.5. Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu suất hấp phụ và pH dung dịch với
VLHP xơ dừa .................................................................................................... 33
Hình 4.6. Đồ thị thể hiện tương quan giữa lượng chì lưu giữ trên VLHP và pH
dung dịch với VLHP xơ dừa. ............................................................................ 33
Hình 4.7. Đồ thị thể hiện tương quan giữa hiệu suất hấp phụ và pH dung dịch
với VLHP mùn cưa ........................................................................................... 35
Hình 4.8. Đồ thị thể hiện tương quan giữa lượng chì lưu giữ trên VLHP và
pH dung dịch với VLHP mùn cưa. ................................................................... 35
ix

Hình 4.9. Mô hình Langmuir với VLHP xơ dừa .............................................................. 37
Hình 4.10. Mô hình Langmuir với VLHP mùn cưa ......................................................... 38
Hình 4.11. Mô hình Freudlich với VLHP xơ dừa ............................................................. 39
Hình 4.12. Mô hình Freudlich với VLHP mùn cưa .......................................................... 40

x


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Do sự phát triển không bền vững mà hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước đã và
đang trở thành vấn đề của nhiều quốc gia. 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… Trong một vài thập kỉ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất
nước, ngành công nghiệp Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các
nhà máy cũng như chủng loại các sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện.
Ngành công nghiệp phát triển đã đem lại cho nhân dân những hàng hóa rẻ hơn mà chất
lượng cũng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Ngoài ra, ngành công
nghiệp cũng đóng một vai trò đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, bên cạnh sự
chuyển biến tích cực về kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các
khu công nghiệp gây ra. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các
ngành công nghiêp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức
khỏe của người dân. Môi trường sống của người dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công
nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nước. Hầu hết các ao, hồ, sông
ngòi đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các ao hồ
trong các đô thị lớn như Hà Nội và TP. HCM. Một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm
nghiêm trọng nguồn nước ở Việt Nam là nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng như
thủy ngân (Hg), chì (Pb), kẽm (Zn), đồng (Cu), crom (Cr), niken (Ni) …Các kim loại này
có độc tính cao và khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể sống.

Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy luyện
kim, nhà máy mạ và các nhà máy hóa chất…Tác động của kim loại nặng tới môi trường
sống là rất lớn. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim
loại nặng từ các nhà máy vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức.

1


Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách loại các ion kim loại nặng khỏi
môi trường nước như : phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi
ion…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học…Trong đó việc tận dụng các phụ
phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp thu kim loại nặng là một trong các
phương pháp được nhiều người quan tâm hiện nay. Phương pháp này có ưu điểm là sử
dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân
độc hại khác. Một trong những phụ phẩm có khối lượng tương đối lớn ở nước ta là xơ dừa,
mùn cưa. Thành phần chính của các phụ phẩm này chủ yếu là các xenlulozo và
hemixenlulozo, rất thích hợp cho việc nghiên cứu tách loại các ion kim loại nặng.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ
ion Pb2+ hòa tan trong dung dịch bằng xơ dừa, mùn cưa’’.
1.2. Yêu cầu
Đề tài này nhằm khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ hòa tan trong nước của xơ dừa,
mùn cưa và các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ như pH dung dịch, thời gian,
lượng cơ chất sử dụng, nồng độ Pb2+ ban đầu và thử nghiệm khả năng xử lý nước ô nhiễm
chì tự tạo.
1.3. Nội dung thực hiện
• Xử lý sơ bộ cơ chất xơ dừa và mùn cưa,
• Xác định ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian hấp thu, pH của dung dịch, hàm
lượng cơ chất trong phản ứng, nồng độ Pb2+ ban đầu trong dung dịch đến khả năng
hấp phụ ion Pb2+ của cơ chất.
• Xây dựng mô hình và đánh giá khả năng xử lý của các cơ chất ở điều kiện ngoài

phòng thí nghiệm.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Sơ lược về ô nhiễm kim loại nặng
2.1.1. Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của
chúng thường tăng cao do tác động của con người, là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước. Các kim loại do hoạt động của con
người như As, Cd, Cu, Ni và Zn thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có
trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì 17 lần (Kabata-Pendias và Adriano, 1995). Nguồn
kim loại nặng đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu
như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai
khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí (Hình 2.1).

Phân bón
và các chất
cải tạo đất

Nước
tưới

Chất thải
và bãi
bùn cống

Thuốc
bảo vệ

thực vật

Đất

Kỹ nghệ
khai
khoáng và
giao thông

Lắng
đọng từ
khí
quyển

Xói mòn
đất

Nước
mặt

Nước
ngầm

Hình 2.1. Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước
(Singh và Steinnes, 1994).

3


Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, khu chế xuất đã dẫn tới

sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải. Tại các thành phố lớn
như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các cơ sở sản xuất công nghiệp đã và
đang gây ô nhiễm các nguồn nước do không có công trình hay thiết bị xử lý nước thải phù
hợp. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất,
cụm công nghiệp tập trung là rất lớn. Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải từ các cơ sở sản
xuất giấy, luyện gang thép, kim loại màu chưa được xử lý thải trực tiếp ra sông Cầu. Hàng
trăm làng nghề đúc đồng, nhôm, chì thuộc các tỉnh lưu vực sông Cầu với lưu lượng hàng
ngàn m3/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và môi trường khu
vực. Theo các số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các kim loại nặng trong nguồn nước
nơi tiếp nhận nước thải đều xấp xỉ hoặc vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
2.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường
Một số kim loại ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự
phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu vượt qua hàm lượng cho phép,
chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới sức khỏe con người.
Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó,
chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp dẫn đến những
hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm
sulphydryl (– SH), –SH3 của các nhóm enzyme trong cơ thể. Vì thế, các enzyme bị mất
hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể.
2.1.3. Tính chất độc hại của chì
Chì là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn 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 khí tiếp xúc với không khí. Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì,
đạn, và là một phần của nhiều hợp kim. Chì có số nguyên tố cao nhất trong các nguyên tố
bền. Chì có màu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉ nhanh trong không khí

4

tạo ra màu tối. Nó là kim loại màu trắng xanh, rất mềm, dễ uốn và nặng, và có tính dẫn
điện kém 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 sulfuric). Do tính dễ dát mỏng và chống
ăn mòn, nó được sử dụng trong các công trình xây dựng như trong các tấm phủ bên ngoài
các khới lợp. Chì kim loại có thể làm cứng bằng cách thêm vào một lượng nhỏ antimony,
hoặc một lượng nhỏ các kim loại khác như canxi.
Trong điều kiện bình thường của môi trường tự nhiên Pb thường ở trạng thái bền
vững nên trong nước, thực vật, sinh vật thường có hàm lượng Pb rất thấp. Chỉ trong môi
trường nhất định hoặc do tác nhân nhân tạo thì Pb mới ở dạng linh động. Ngoài ra phải kể
đến tác nhân của con người (Khai thác quặng có chứa chì như: mỏ sunfil (PbS), chì
cacbonat (PbCO3) và chì sunfat (PbSO4)..., tinh luyện chì, sản xuất pin, acquy sử dụng
điện cực chì, sử dụng xăng có pha chì, quá trình sản xuất thép,sản xuất chất tạo màu, thuốc
trừ sâu có sử dụng chì) làm cho Pb phân tán mạnh mẽ hơn trong môi trường, có khi di
chuyển liên quốc gia. Hàng năm hoạt động nhân sinh cung cấp cho khí quyển khoảng
440.000 tấn Pb (Nguyễn Văn Niệm, 2008).
Chì và các hợp chất của chì đều rất độc. Chì xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu là
theo con đường tiêu hóa, hô hấp. Khi bị nhiễm độc chì sẽ gây ra nhiều bệnh như: giảm trí
thông minh, bệnh về máu, thận, tiêu hóa, bệnh ung thư,… và sự nhiễm chì có thể gây tử
vong. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô
cơ. Chì vào cơ thể cùng thức ăn, đi vào máu, rồi đi đến các mô thay thế canxi và tích lũy ở
xương. Đặc biệt đối với phụ nữ mang thai, chì vận chuyển vào bào thai dễ dàng trong suốt
thời kỳ mang thai (Nguyễn Văn Niệm, 2008).

5


Hình 2.2. Sơ đồ chu chuyển trong môi trường và thâm nhập của
Pb vào cơ thể người (Nguyễn Văn Niệm, 2008).

6

TCVN 5945:2005 quy định nồng độ của ion kim loại nặng trong nước thải công
nghiệp như sau:
Bảng 2.1. Giá trị giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp
Giá trị giới hạn (mg/L)

Nguyên tố

STT

A

B

C

1

Chì

0,1

0,5

1,0

2

Cadimi

0,005

0,010

0,500

3

Crom (VI)

0,05

0,10

0,50

4

Đồng

2,0

2,0

5,0

5

Niken

0,2

0,5

2,0

6

Mangan

0,5

1,0

5,0

A, B, C: Các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 5945: 2005.
2.2. Giới thiệu phương pháp hấp phụ
2.2.1. Các khái niệm
Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn, lỏng-rắn, khílỏng, lỏng-lỏng).Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần
tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích
đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. Thông thường quá trình hấp phụ là qua trình tỏa
nhiệt. Tùy theo bản chất của 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 (Nguyễn Thùy Dương, 2008).
Hấp phụ vật lý
Các phần tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các
ion…) ở bề mặt phân chia bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều

loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu

7


nên dễ bị phá vỡ.Trong hấp phụ vật lý, các phần tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp
phụ chỉ bị ngưng kết trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Ở
hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn (Nguyễn Thùy Dương, 2008).
Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các
phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường
(liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí,…). Lực liên kết này mạnh hơn nên khó
bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800 kJ/mol. 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 (Nguyễn Thùy Dương, 2008).
Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải hấp phụ
dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Giải hấp phụ là
phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại nên nó mang đặc trưng
về hiệu quả kinh tế (Nguyễn Thùy Dương, 2008).
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ
Phương pháp nhiệt là phương pháp được sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp
phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi. Phương pháp
hóa lý là phương pháp có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên tiết kiệm được
thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, không vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất bị
hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn. Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với
dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng

không có lợi cho quá trình hấp phụ. Ngoài hai phương pháp trên còn có phương pháp vi
sinh là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của chất hấp phụ nhờ vi sinh vật.
8


Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghich. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã
hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang (hỗn hợp tiếp
xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp
phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm
nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng
(Nguyễn Thùy Dương, 2008).
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:

Trong đó:

𝑞𝑞 =

(𝐶𝐶0 − 𝐶𝐶𝑒𝑒 ). V
m

(2.1)

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: Thể tích dung lượng chất bị hấp phụ (L)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
C0: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L

Ce: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch
ban đầu.

9


𝐻𝐻 =

(𝐶𝐶0 − 𝐶𝐶𝑒𝑒 )
. 100
𝐶𝐶0

2.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước

(2.2)

Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất
nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa
chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp
phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan
của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị
nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước.
So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ
chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt
chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của phân tử chất tan chậm. Sự hấp phụ trong
môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường. Sự thay đổi pH không chỉ
dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay

trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các
nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ (Nguyễn Thị Thanh Tú, 2010).
2.2.3. Các mô hình đẳng nhiệt 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 lượng 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 nhệt 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 chất hấp
phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua
các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, phương trình
đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Dubinin-Radushkevich…
Mô hình Freundlich (Vũ Quang Tùng, 2009)

10


Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:
q = k. 𝐶𝐶𝑒𝑒 1/𝑛𝑛

Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

Trong đó:

𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = lgk +

1
lg𝐶𝐶
n 𝑒𝑒

(2.6)

(2.7)

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.
Phương trình Freundlich là phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 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 Langmuir (Vũ Quang Tùng, 2009)
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

Trong đó:

𝑞𝑞 = 𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

b. 𝐶𝐶𝑒𝑒
1 + b. 𝐶𝐶𝑒𝑒

(2.8)

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
qmax: dung lượng hấp phụ cực (mg/g)
b: hằng số Langmuir
• Khi tích số b.Ce << 1 thì q = qmax.b.Ce: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
• Khi tích số b.Ce >> 1 thì q = qmax: mô tả vùng hấp phụ bão hòa.
Phương trình Langmuir có thể biễu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:

11


1

1
𝐶𝐶𝑒𝑒
=
. 𝐶𝐶𝑒𝑒 +
𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 . b
q

(2.9)

2.3. Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử
Ở điều kiện thường, nguyên tử không hấp phụ và không phát ra năng lượng dưới
các dạng bức xạ. Lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản, là trạng thái bền vững và nghèo
năng lượng nhất của nguyên tử. Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một
chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên tử tự do đó sẽ
hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó phát ra
trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ
chiếu vào và chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản.
Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi
và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó.
Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố
được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS). Cơ sở lý thuyết của phép đo
này là sự hấp thu năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí)
khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Vì thế
muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện các quá
trình sau:
Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng
thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đó là quá
trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, có hai kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu đó là nguyên tử
hóa mẫu bằng ngọn lửa (lúc này ta có phép đo F-AAS) và nguyên tử hóa không ngọn lửa

(lúc này ta có phép đo GF-AAS).
Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi.
Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đá, hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất
định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta sẽ thu được

12


toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu
để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch hấp thụ nguyên tử.
Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính
vào nồng độ C của nguyên tố (Phạm Luận, 2006).

2.4. Sơ lược xơ dừa, mùn cưa
2.4.1. Sản lượng dừa, xơ dừa và một số ứng dụng
Cây dừa là một trong các cây lấy dầu quan trọng nhất thế giới phân bố rộng rải từ vĩ
độ 20 Bắc xuống tận vĩ độ 20 Nam của đường xích đạo với tổng diện tích 12,47 triệu ha
được trồng tại 93 quốc gia, trong đó các quốc gia thuộc Hiệp hội dừa Châu Á-Thái Bình
Dương (APCC) chiếm tới 10.762 ha. Cây dừa cung cấp nguồn thực phẩm (chủ yếu là chất
béo), nguyên liệu cho công nghiệp chế biến hàng tiêu dùng và xuất khẩu với sản lượng
hằng năm đạt 12,22 triệu tấn cơm dừa khô. Từ quả dừa cho đến tất cả các bộ phận của cây
dừa đều có thể cho ra nhiều lọai sản phẩm khác nhau, trong đó có nhiều sản phẩm có giá
trị như dầu dừa, cơm dừa nạo sấy, sữa dừa, than gáo dừa, than họat tính, chỉ xơ dừa, các
loại thảm, lưới... phục vụ sinh hoạt trong gia đình và cho mục đích công nghiệp, nông
nghiệp. Một đặc tính quan trọng là có thể nuôi, trồng xen nhiều lọai cây trồng trong vườn
dừa: chuối, cam, quít, chanh, hồ tiêu, ca cao, rau cải, nuôi tôm cá, ong mật... góp phần
tăng thu nhập, tạo một hệ sinh thái nông nghiệp bền vững, tận dụng được tài nguyên đất
đai và thiên nhiên nhiệt đới (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, nước) một cách hợp lý, tham gia
hiệu quả vào chương trình quốc gia xóa đói giảm nghèo (Minh Thư, 2009).
Cây dừa tiếp tục giữ vị trí quan trọng trong các quốc gia trồng dừa, đặc biệt là khu

vực Châu Á-Thái Bình Dương. Diện tích và sản lượng dừa tiếp tục gia tăng cùng với giá
cả hấp dẫn hơn của những sản phẩm như là sữa dừa, cơm dừa nạo sấy... giúp các nước
trồng dừa tăng thêm nguồn thu ngoại tệ từ việc xuất khẩu các sản phẩm chế biến từ dừa.
Sản lượng dừa ở các quốc gia quy ra trái (đơn vị 1.000 trái) giai đoạn 2000-2004:
Bảng 2.2. Sản lượng dừa ở các quốc gia quy ra trái
Quốc gia
Indonesia

2000
15.237.000

2001
15.815.000

2002
15.492.000

13

2003
16.146.000

2004
16.657.000