Tổng hợp vật liệu nanocomposite fe3o4chitosan trên nền graphene ứng dụng hấp thụ Pb(II)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP VẬT LIỆU
NANOCOMPOSITE Fe3O4@CHITOSAN TRÊN NỀN GRAPHENE
ỨNG DỤNG HẤP PHỤ Pb(II)

Giảng viên hướng dẫn: TS. Phan Vĩnh Thịnh
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Như Trâm

Mã số sinh viên:

56136590

Khánh Hòa - 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP VẬT LIỆU

NANOCOMPOSITE Fe3O4@CHITOSAN TRÊN NỀN GRAPHENE
ỨNG DỤNG HẤP PHỤ Pb(II)

GVHD: TS. Phan Vĩnh Thịnh
SVTH: Nguyễn Thị Như Trâm
MSSV: 56136590

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2018


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Tên đề tài: “ Tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe3O4@chitosan trên nền graphene
ứng dụng hấp phụ Pb(II)”
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Trâm

MSSV: 56136590

Lớp: 56CNHH
Nội dung nhận xét:
Hình thức: .................................................................................................................
Nội dung: ..................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế: .......................................................................................
..................................................................................................................................
Kết luận, kiến nghị và điểm: .....................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Nha Trang, ngày 05 tháng 7 năm 2018
Cán bộ phản biện

Ký tên


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... v
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 1
3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 2
5. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 3
1.1. Graphene và các dẫn xuẩt .................................................................................. 3
1.2. Chitosan ............................................................................................................ 5
1.3. Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam và thế giới ...................... 7
1.3.1. Nước bị ô nhiễm kim loại nặng.................................................................... 7
1.3.2. Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam ................................. 9
1.3.3. Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới............................... 10
1.3.4. Thực trạng ô nhiễm Pb(II) trong nước và thế giới ...................................... 11
1.4. Phương pháp của lý kim loại nặng trong nước ................................................. 12
1.5. Xử lý nước bị ô nhiễm Pb(II) bằng phương pháp hấp phụ ................................ 16
1.5.1. Độc tính của Pb(II) .................................................................................... 16
1.5.2. Tiêu chuẩn cho phép của Pb (II) trong nước .............................................. 18
1.5.3. Phương pháp hấp phụ kim loại Pb(II) ........................................................ 18
1.5.4. Vật liệu hấp phụ có từ tính nanocomposite Chitosan@Fe3O4 trên nền
graphene ............................................................................................................. 20

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 28
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 28
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị............................................................................ 28
2.2.1. Hóa chất .................................................................................................... 28


2.2.2. Dụng cụ ..................................................................................................... 28
2.2.3. Thiết bị ...................................................................................................... 29
2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực hiện các nội dung chính của đề tài ....................... 29
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 39
2.4.1. Phương pháp xác định một số đặc tính của vật liệu .................................... 39
2.4.2. Phương pháp quang phổ UV-Vis xác định nồng độ Pb(II) ......................... 40
2.4.3. Phương pháp xác định khả năng hấp phụ kim loại Pb(II) của vật liệu
rGO@CS@Fe3O4 ................................................................................................ 41
2.4.4. Phương pháp xác định mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ ........................ 41
2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................... 42
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 43
3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu rGO@CS@Fe3O4 ..... 43
3.1.1. Các đặc trưng của vật liệu rGO@CS@Fe3O4 ............................................. 43
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ............................................................. 46
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................ 47
3.1.4. Quy trình tối ưu để tổng hợp vật liệu ......................................................... 47
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ kim loại nặng Pb(II) của vật liệu
rGO@CS@Fe3O4 ................................................................................................. 49
3.2.1. Ảnh hưởng của giá trị pH môi trường ................................................... 49
3.2.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ............................................................ 51
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc .............................................................. 52
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Pb(II) và đường đẳng nhiệt hấp phụ .... 53
3.2.5. Quy trình hấp phụ ion Pb(II) tối ưu ........................................................ 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 58


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu nhà trường cùng tất cả
quý thầy cô giáo trường Đại Học Nha Trang và quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Thực
phẩm và bộ môn Công nghệ Kỹ thuật hóa học đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho
em trong suốt thời gian học tập tại và rèn luyện tại Trường.
Em xin cảm ơn Thầy Cô, cán bộ quản lý Phòng thí nghiệm khu Công nghệ cao,
các phòng thí nghiệm Hóa, các Khoa, phòng Ban chức năng đã giúp đỡ, tạo mọi điều
kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Phan Vĩnh Thịnh, người
đã luôn tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện để em có thể hoàn thành
đề tài Tốt nghiệp một cách tốt nhất.
Và cảm ơn các bạn lớp 56CNHH đã giúp đỡ, chia sẻ, đóng góp ý kiến. Cảm ơn
gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ, quan tâm, giúp đỡ trong suốt thời gian làm đề tài.
Những kiến thức em học được từ thầy cô cùng với sự giúp đỡ động viên từ tất cả
mọi người đã giúp em nỗ lực hoàn thành tốt đề tài này và sẽ là hành trang vững chắc
giúp em vững bước trong tương lai.
Tuy có những nỗ lực, cố gắng cùng với nền kiến thức còn hạn chế, bài viết không
tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được những lời góp ý của Quý thầy cô để
đề tài nghiên cứu của em được hoàn thiện hơn.
Xin kính chúc Quý thầy cô trường Đại Học Nha Trang lời chúc sức khỏe, thành
công trong sự nghiệp và cuộc sống.

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2018

Nguyễn Thị Như Trâm

i

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Cấu trúc của Graphene ................................................................................. 3
Hình 1.2. Các ảnh SEM : (a) và (b) GO; (d) và (e) rGO; (g) và (h) N-G. ..................... 4
Hình 1.3. Cấu trúc của GO theo Lerf – Klinowski [61] ................................................ 4
Hình 1.4. Quá trình chuyển hóa chitin thành chitosan .................................................. 5
Hình 1.5. Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước ........ 8
Hình 2.1. Các nguyên liệu chính được dùng để tổng hợp vật liệu nanocomposit
chitosan trên nền graphene (rGO@CS@Fe3O4) có từ tính: Graphene Oxide (a),
FeCl3.6H2O (b) và chitosan (c). ................................................................................. 29
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm các nội dung nghiên cứu của đề tài ........................ 30
Hình 2.3. Quy trình tổng hợp vật liệu rGO@CS@Fe3O4 ............................................ 31
Hình 2.4. Vật liệu nanocomposite rGO@CS@Fe3O4 được tổng hợp và được bảo quản
trong bình hút ẩm....................................................................................................... 33
Hình 2.5. Quy trình nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ........................... 34
quá trình tổng hợp vật liệu ......................................................................................... 34
Hình 2.6. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của yếu tố pH đến quá trình......................... 35
hấp phụ ion kim loại Pb(II) của vật liệu ..................................................................... 35
Hình 2.7. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ................................ 36
đến quá trình hấp phụ ion kim loại Pb(II)................................................................... 36
Hình 2.9. Quy trình khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nồng độ dung dịch Pb(II)............ 38
Hình 2.10. Quá trình tổng hợp và hấp phụ ion kim loại Pb(II) của ............................. 39
Hình 3.1. Phổ FT-IR của (a) rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở 200oC – 15h, (b)
rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở 180oC – 12h và (c) rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở ........ 43
170 oC – 15h .............................................................................................................. 43
Hình 3.2. Ảnh SEM của (a) rGO@CS@Fe3O4 điều kiện tối ưu 180 oC – 15h; (b)
rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở điều kiện 180 oC – 12h; (c) rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp
ở điều kiện 170 oC – 15h ............................................................................................ 45

Hình 3.3. Ảnh TEM của rGO@CS@Fe3O4 ở điều kiện tối ưu 180oC – 15h (a),
rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở 180oC – 12h (b), rGO@CS@Fe3O4 tổng hợp ở
170oC – 15h (c) ........................................................................................................ 46
Hình 3.4. Vật liệu được tổng hợp ở 150oC – 15h (a) và 170oC – 15h (b) .................... 47
ii


Hình 3.5. Vật liệu được tổng hợp ở 180 oC – 12h (a) và 180 oC – 18h ........................ 47
Hình 3.6. Quy trình tối ưu để tổng hợp vật liệu nanocomposite rGO@ 49
Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH dung dịch Pb(II) lên khả năng hấp phụ của vật liệu ...... 50
Hình 3.8. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu sử dụng hấp phụ .................................. 52
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của vật liệu ......... 53
Hình 3.10. Ảnh hưởng của của nồng độ dung dịch Pb(II) .......................................... 54
Hình 3.11. Quy trình hấp phụ ion Pb(II) tối ưu sử dụng vật liệu nanocomposite
rGO@CS@Fe3O4 ...................................................................................................... 55

iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH dung dịch Pb(II) .............................. 50
Bảng 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu sử dụng hấp phụ ................ 51
Bảng 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ............................................. 52
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Pb(II) ................................. 54
Bảng 3.5 So sánh khả năng hấp phụ cực đại (qe max) của vật liệu nanocomposite
rGO@CS@Fe3O4 so với các vật liệu khác ............................................................. 55

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GO:

Graphene Oxide

rGO

reduced Graphene Oxide

N-G:

Nitrogen-doped Graphene

TCCP:

Tiêu chuẩn cho phép

SMGI:

Sodium Modified reduced Graphene oxide magnetic Iron oxide CS:
Chitosan

EG:

Ethylene Glycol

MNP:

Magnetic nanoparticles

DMF

Dimethylformamide

EDC

(1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride)

NHS

N-hydroxyl succinimide

MB:

Methylene blue

NR:

Neutral Red

DI:

De-ionized

EDTA

Ethylenediaminetetraacetic acid MCS/GO: Magnetic Chitosan
Graphene Oxide

ICP-OES

Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy TEUS
Tetraethyl orthosilicate

MV:

Methyl Violet

AY:

Alizarin Yellow R

APTES

3-aminopropyl triethoxysilane

EDC.HCl

1- ethyl-3-(3-dimetylaminopropyl) carbodiimit

EDC

1-ethyl-3-(3-dimethylaminoprophy)-5-carbondiimide
hydrochloride GiO Graphite Oxide

v


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong cuộc sống hiện đại ngày nay với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và sự
phát triển của kinh tế, rất nhiều khu công nghiệp được xây dựng, bên cạnh đó nước thải
của hoạt động khai thác mỏ, mạ kim loại, nhà máy điện, chế tạo thiết bị điện và đặc biệt
là hoạt động của các tổ hợp nhiên liệu hạt nhân, các cơ sở quốc phòng, v.v... có chứa
các kim loại có độc tính cao như crôm, chì, cađimi, thủy ngân, niken, đồng và có khả
năng đi vào nước ngầm trong lòng đất. Nước ngầm là một trong những nguồn nước
chính sử dụng trong chế biến thủy sản, thực phẩm, và cũng là nguồn nước được sử dụng
cho đời sống sinh hoạt và ăn uống của con người. Trong các kim loại nặng của nước bị
ô nhiễm, chì (Pb) là nguyên tố được chú ý nhiều nhất về phương diện ô nhiễm môi trường
và đặc biệt vì tính độc hại đến sức khỏe con người của nó: chì gây độc cho hệ thần kinh
trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa
hyđro. Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo
mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não,
nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, chì
ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc. Do đó các nguồn nước thải và
nước ăn uống nhiễm kim loại nặng, như Pb nói trên cần được xử lý trước khi sử dụng.
Bên cạnh các phương pháp xử lý nước nhiễm kim loại nặng, như kết tủa hóa học,
oxy hóa - khử, lọc cơ học, trao đổi ion, tách màng, hấp phụ trên vật liệu thông thường
như than hoạt tính, v.v… thì hấp phụ trên vật liệu tiên tiến là một hướng nghiên cứu
mới, đang dành được sự quan tâm.
Trên cơ sở tham khảo các tài liệu, tôi chọn đề tài nghiên cứu: Tổng hợp vật liệu
nanocomposite chitosan@Fe3O4 trên nền Graphene (rGO@CS@Fe3O4) ứng dụng hấp
phụ Pb(II) có trong nước ăn uống.
2. Mục tiêu của đề tài
- Tổng hợp được vật liệu nanocomposite chitosan@Fe3O4 trên nền graphene có từ
tính rGO@CS@Fe3O4.
- Ứng dụng vật liệu nanocomposite trong hấp phụ kim loại nặng Pb(II) có trong
nước ăn uống

1


3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite chitosan@Fe3O4
trên nền graphene có từ tính bằng phương pháp phối trộn huyền phù.
- Đánh giá khả năng hấp phụ kim loại nặng Pb(II) của vật liệu tổng hợp được.
- Bố trí thí nghiệm: đối với mỗi vật liệu với tỷ lệ như trên đo đạc qe (khả năng hấp
phụ), 3 lần trên một mẫu, xử lý thống kê, chọn ra mẫu có khả năng hấp phụ lớn nhất cho
các thí nghiệm tiếp theo.
- Xác định mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ của Pb(II) trên bề mặt vật liệu nano.
So sánh khả năng hấp phụ kim loại nặng Pb(II) của vật liệu tổng hợp được so với các vật
liệu hấp phụ nano khác từ chitosan, graphene và các dẫn xuất của graphene.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Dùng phương pháp phối trộn huyền phù để tổng hợp vật liệu nanocomposite
chitosan@Fe3O4 trên nền graphene có từ tính.
- Sử dụng các phương pháp SEM, TEM và phương pháp quang phổ FT-IR để đo
đạc các tính chất của vật liệu: tính xốp, kích thước, sự phân bố của hạt nano, sự có mặt
của các liên kết.
- Sử dụng phương pháp Quang phổ hấp phụ UV-Vis (Method APHA 3500 B) để
xác định khả năng hấp phụ của vật liệu thu được đối với kim loại nặng Pb(II).
- Xử lý số liệu và vẽ đồ thị bằng các phương pháp thống kê và phần mềm bảng tính
Excel.
5. Đối tượng nghiên cứu
Vật liệu nanocomposite chitosan trên nền graphene rGO@CS@Fe3O4 có từ tính.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp quy trình và các điều kiện tổng hợp vật
liệu nanocomposite GO@Fe3O4@CS; mô hình hấp phụ ion kim loại Pb(II) có trong
nước trên bề mặt vật liệu. Ứng dụng vật liệu để loại bỏ các ion kim loại Pb(II) có trong

nước ăn uống.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1.

Graphene và các dẫn xuẩt
Graphene (GE) là graphite (than chì) đơn lớp được tạo thành từ các nguyên tử

carbon sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng hay còn gọi là cấu trúc tổ
ong. Chiều dài liên kết C-C trong GE khoảng 0,142 nm. GE được hai nhà khoa học Geim
và Konstatin Sergeevich Novoselov tìm ra bằng phương pháp bóc tách (scotch tape) và
đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 2010 [29]. Theo đó, các lớp graphite được tách ra
bằng băng dính và được ổn định trên một chất nền SiO2 [62]. Trong đó, mỗi nguyên tử
cacbon liên kết với ba nguyên tử carbon gần nhất bằng liên kết tạo thành bởi các orbital
lai hóa sp2. Tất cả các độ dài liên kết trong GE là bằng 1,42Å. [18].

Hình 1.1. Cấu trúc của Graphene
Graphene có tính dẫn điện tốt do các liên kết n có electron rất linh động nên dịch
chuyển rất nhanh, có độ bền tốt với các tác nhân môi trường và không gây độc.
Ứng dụng của siêu vật liệu này trong tương lai là rất rộng rãi, hứa hẹn làm thay
đổi các ngành khoa học điện tử, công nghiệp và y học; một số lĩnh vực nghiên cứu ngày
nay đã sử dụng graphene: chế tạo pin, sản xuất vi mạch máy tính, linh kiện smartphone,
các tế bào năng lượng, các tế bào mô sống...[58].
3

Hình 1.2. Các ảnh SEM : (a) và (b) GO; (d) và (e) rGO; (g) và (h) N-G.
Các ảnh TEM: (c) GO; (f) rGO; (i) N-G [43]
Graphene oxide (GO) là GE có gắn thêm các nhóm chức chứa oxy-ưa nước như
hydroxyl (– OH), epoxy (–O–), carbonyl (–C=O), carboxyl (– COOH),… trên bề mặt cơ
bản và cạnh của chúng như hình 1.3:

Hình 1.3. Cấu trúc của GO theo Lerf – Klinowski [61]
GO thu được bằng cách xử lý than chì với chất oxy hóa mạnh theo các phương pháp:
Brodie (KClO3 trong HNO3), Staudenmaier (KClO3, NaClO3 trong H2SO4 và HNO3) và
Hummers (KMnO4 và NaNO3 trong H2SO4) [19].
Nhờ có thêm các nhóm chức chứa oxygen trên đã làm tăng lên rất nhiều khả năng
phản ứng của GO, đồng thời làm tăng khoảng cách giữa các lớp GO và tăng tính ưa nước
của GO. Do đó, GO được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghệ vật
liệu, công nghệ màng để sản xuất nhiên liệu sinh học, lĩnh vực y tế, công nghệ sinh học
4


và trong xử lý môi trường [25] [59] [64].
GO sở hữu những ưu điểm nổi bật như: diện tích bề mặt riêng lớn, tính ái nước cao
và có tính tương thích sinh học nên GO là vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong xử lý
nước thải với vai trò như là chất hấp phụ [27] [52] [63].
1.2.

Chitosan
Chitin, chitosan là những polysaccarit tồn tại trong tự nhiên. Chitin có công thức

phân tử (C8H13O5N)n, là một polymer mạch dài của N – acetylglucosamine, là một dẫn
xuất của glucose; danh pháp IUPAC: poly (N – acetyl – 2 – amino – 2 – deoxi – β – D
– glucopyranose).
Chitin là thành phần chính của thành tế bào trong nấm, bộ xương của động vật

thân mềm, như động vật giáp xác (cua, tôm hùm và tôm) và côn trùng, các radulae của
nhuyễn thể, cephephopod beaks và các mô và một số bộ phận của cá và
lissamphibians. Nguồn nguyên chính chính để thu chitin hiện nay là phế thải của quá
trình chế biến thủy sản: vỏ tôm, cua, ghẹ. Chitin thường được deacetyl để sản xuất
chitosan [22].
Chitosan có cấu trúc (C6H12O4N)n; danh pháp IUPAC: β (1 – 4) – D –glucosamine.
chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, gồm một polysacarit mạch thẳng được cấu
tạo từ các D-glucosamine (đơn vị đã deaxetyl hóa) và N – acetyl – D – Glucosamine
(đơn vị chứa nhóm acetyl) liên kết tại vị trí β – (1 – 4). Được sản xuất từ quá trình xử lý
vỏ các loài giáp xác (ví dụ vỏ tôm, cua) với lượng dư dung dịch kiềm NaOH. Phương
pháp này cho phép thu được sản phẩm có độ deacetyl hóa (%DD) cao đến khoảng 98%.

Hình 1.4. Quá trình chuyển hóa chitin thành chitosan
5


Chitosan có nhiều ứng dụng trong thương mại và y sinh. Nó có thể được dùng
trong nông nghiệp với vai trò xử lý hạt giống và thuốc trừ dịch hại sinh học, giúp cây
trồng chống lại các loại bệnh do nấm. Trong sản xuất rượu vang, nó có thể được sử dụng
như là tác nhân lọc cặn và bảo quản. Trong công nghiệp, nó có thể được sử dụng trong
sơn tự làm liền vết trầy xước polyurethane. Trong y học, nó có thể được ứng dụng trong
băng gạc y tế để làm giảm chảy máu và chống nhiễm khuẩn; truyền tải thuốc qua da.
Một ứng dụng khác còn gây tranh cãi là chitosan được xác nhận là có tác dụng hạn chế
việc hấp thu chất béo, tạo tiềm năng lớn cho các sản phẩm giảm béo tuy nhiên cũng có
những bằng chứng phủ nhận điều này. Nhiều công dụng khác của chitosan vẫn còn đang
được nghiên cứu trong đó có sử dụng như là chất xơ trong thực phẩm [51].
Tính chất của chitosan
Chitosan có màu trắng ngà hoặc vàng nhạt, tồn tại ở dạng bột hoặc dạng vảy,
không mùi, không vị, khi tan trong acid acetic chitosan tạo thành dung dịch đặc nhớt
[22].

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức –OH, –NHCOCH3 trong
các mắt xích N – axetyl – D – glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt
xích D – glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng
hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O–, dẫn xuất thế N–, hoặc
dẫn xuất thế O–, N.
Mặt khác chitin/chitosan là những polyme mà các monome được nối với nhau
bởi các liên kết β – (1 – 4) – glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá
học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.
Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm
chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử
dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các
kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+ , Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+.... Tuỳ nhóm chức trên mạch
polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau. Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin
có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phức Ni(II) với Chitosan có cấu trúc tứ
diện với số phối trí bằng 4 [29].
Chitosan có tác dụng sinh học: tính kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại
khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, cầm máu, chống sưng u. Chitosan
có khả năng làm giảm cholesterol và lipid trong máu, hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính.
6


Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit – insulin, kích thích việc tiết ra insulin
ở tuyến tụy nó được dùng trị bệnh tiểu đường [53].
Ứng dụng của chitosan và các dẫn xuất
Chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu như: có hoạt tính
kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng,
không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển
tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II)... Do vậy chitosan và một số dẫn xuất của chúng được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải và bảo vê môi trường [44],
dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học [33]…

Chitosan với đặc điểm cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân
tử có khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II)
trong môi trường nước. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học,
khả năng hấp phụ kim loại đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm và từng bước
được áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trên Trái Đất. [44].
Ngoài ra chitin và chitosan khi mang trên các vật liệu mao quản có khả năng ứng
dụng lớn trong lĩnh vực xúc tác dị thể [21].
1.3.

Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam và thế giới

1.3.1. Nước bị ô nhiễm kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3, là một
trong những chất gây ô nhiễm dai dẳng nhất trong nước. Không giống như các chất gây
ô nhiễm khác, chúng rất khó phân hủy và có thể tích tụ trong suốt chuỗi thức ăn, gây ra
nguy cơ sức khoẻ cho con người và các rối loạn sinh thái [57].
Các kim loại quan trọng nhất trong việc xử lý nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni,
Cr, As,... Một vài các kim loại trong số này có thể cần thiết cho cơ thể sống (bao gồm
động vật, thực vật, các vi sinh vật) khi chúng ở một hàm lượng nhất định như Zn, Cu,
Fe,... Tuy nhiên, khi ở một lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn nó sẽ trở nên độc hại. Những
nguyên tố như Pb, Cd, Ni không có lợi ích nào cho cơ thể sống. Những kim loại này khi
đi vào cơ thể động vật hoặc thực vật ngay cả ở dạng vết cũng có thể gây độc hại [57].
Trong môi trường nước thì kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất,...
Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại
nặng đi xa nhất và rộng nhất. Trong những điều kiện thích hợp kim loại nặng trong môi
trường nước có thể phát tán vào môi trường đất hoặc khí. Kim loại nặng trong nước làm
7


ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại

nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó. Do
đó, kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con
đường ăn hoặc uống [54].
Các quá trình sản xuất công nghiệp, quá trình khai khoáng, quá trình tinh chế
quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm,... là các nguồn chính gây ô nhiễm kim
loại nặng trong môi trường nước. Thêm vào đó, các hợp chất của kim loại nặng được sử
dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp khác như quá trình tạo màu và nhuộm, ở các
sản phẩm của thuộc da, cao su, dệt, giấy, luyện kim, mạ điện và nhiều ngành khác,... cũng
là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng. Khác biệt so với nước thải nghành công
nghiệp, nước thải sinh hoạt thường có chứa trong nó một lượng kim loại nhất định bởi
quá trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn, hoặc Pb của đường ống, bể chứa hoặc từ quá trình
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 [16].

Hình 1.5. Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước
Tính độc hại của kim loại nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự
do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các
chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [40]. Đối với
con người, có khoảng 123 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm,
arsenic, cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu
cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese,
8


molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển
hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống
của sinh vật. Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể
gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi
vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium,

nhôm, platinum và đồng ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường
hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và
tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc
sẽ xuất hiện [20]. Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim
loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây
độc. Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua: Một số kim loại nặng có thể
bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ
thủy ngân; sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn có
thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức
khỏe của con người và tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp
khoảng 0,1 – 10 mg.l-1 [32].
1.3.2. Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam
Việt Nam là một nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa diễn
ra mạnh mẽ đã góp phần đáng kể trong việc phát triển nền kinh tế của đất nước nhưng
cùng với sự phát triển đó các vấn đề về môi trường chưa được quan tâm nên tình trạng ô
nhiễm kim loại nặng diễn ra ngày một tăng cao. Ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam chủ
yếu diễn ra ở khu công nghiệp, khu đô thị, khu khai thác khoáng sản. Theo báo cáo môi
trường quốc gia 2011 có tới 90% số doanh nghiệp không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất
lượng dòng xả nước thải xả ra môi trường, 73% số doanh nghiệp xả nước thải không đạt
tiêu chuẩn, do không có các công trình và thiết bị xử lý nước thải. Có 60% số công trình
xử lý nước thải hoạt động vận hành không đạt yêu cầu. Thành phần nước thải chứa hàm
lượng lớn các kim loại nặng như Cd, Cu, Fe, Zn, Cr,… Nước thải hiện thời vẫn chưa
được phân loại dẫn đến khó khăn khi xử lý đồng thời hiệu quả xử lý không cao [1].
Tại TP. Đà Nẵng theo đánh giá hiện trạng môi trường năm 2005 cho thấy tại vùng
cửa sông, ven biển đang có tình trạng ô nhiễm một số kim loại nặng. Tại khu vực cửa
sông Cu Đê, cửa sông Phú Lộc hàm lượng Hg trong nước vượt TCCP 0,08 – 0,56 lần,
hàm lượng Pb vượt 0,06 – 0,27 lần TCCP, tại khu vực cửa Mũi Vịnh hàm lượng As, Fe,
9

Zn vượt tiêu chuẩn từ 2,17 – 11,4 lần TCCP [4] [12].
Theo nghiên cứu của Phạm Thị Nga và cộng sự (Trung tâm Địa chất và Khoáng
sản Biển, 125 Trung Kính, Cầu Giấy, Hà Nội) về hiện trạng kim loại nặng trong trầm
tích Vịnh Đà Nẵng cho thấy: hàm lượng As trung bình là 5 ppm cao hơn nhiều so với
hàm lượng trung bình của As trong trầm tích biển nông thế giới, và đã xuất hiện những
khu vực ô nhiễm Hg ở mức trung bình 0,2 ppm. Hàm lượng Pb là 40 ppm cao hơn nhiều
so với mức tiêu chuẩn Canada (32 ppm). Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Đà
Nẵng công bố kết quả kiểm tra nguồn nước tại vịnh Mân Quang và Âu thuyền Thọ
Quang bị ô nhiễm với hàm lượng kim loại nặng vượt từ 1 đến 33 lần [12].
1.3.3. Tình hình nước bị ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới
Trên thế giới tình hình ô nhiễm kim loại nặng không chỉ diễn ra ở các nước phát
triển mà cả ở những nước đang phát triển và ngày càng diễn biến theo chiều hướng xấu.
Các sự cố nhiễm độc kim loại nặng đã được ghi nhận ở nhiều nơi trên thế giới.
Thành phố Tianying thuộc tỉnh An Huy, Trung Quốc cũng là nơi có hàm lượng
Pb trong nguồn nước rất cao, ngay cả trong lúa mì ở Tianying cũng chứa Pb với nồng
độ gấp 24 lần mức cho phép. Kim loại nặng này đã đi vào trong cơ thể trẻ em ở đây gây
ra một số bệnh và làm cho chỉ số thông minh của trẻ em bị giảm đi rất nhiều. Theo đánh
giá của tổ chức Bình Minh Xanh (2004), nồng độ Hg đã tăng gấp 280 lần TCCP và lượng
Cr trong nước uống tại Hồng Kông đã ở mức ung thư. Có tới 12 triệu tấn trong tổng số
484 triệu tấn ngũ cốc của Trung Quốc bị nhiễm độc kim loại nặng do tình trạng ô nhiễm
đất trồng trọt [10].
Ở khu vực Nam Mỹ, ô nhiễm Hg chủ yếu từ hoạt động khai thác vàng. Hg được
dùng để tách vàng ra từ quặng sa khoáng. Theo các báo cáo nghiên cứu của Elmer Diaz
(Mỹ), mức độ nhiễm Hg có trong các loài cá sống ở đây rất cao, từ 10,2 - 35,9 ppm. Hàm
lượng Hg có trong mẫu tóc và máu xét nghiệm của người dân sống xung quanh lưu vực
các con sông như Tapajos, Madeira và Negro những nơi mà hoạt động khai thác vàng
diễn ra mạnh mẽ được xác định lần lượt là 0,74 - 71,3 µg/g trong tóc và 90 - 149 µg/l
trong máu [5].
Tại Glasgow (1979 - 1980) có khoảng 42% các mẫu nước sinh hoạt có hàm lượng
Pb vượt quá 100 mg/l. Ngoài ra theo thống kê của các nhà nghiên cứu khi phân tích 42

mẫu bùn từ các thành phố công nghiệp ở Anh và Wales thì hàm lượng Pb dao động trong
khoảng 120 - 3.000 mg/l (trung bình 820 mg/l khối lượng khô) [5].
10


Tại Thái Lan, theo báo cáo của Viện Quốc tế quản lý nước (IWMI) năm 2004 thì
hầu hết các ruộng lúa tại tỉnh Tak đã bị nhiễm Cd cao gấp 94 lần TCCP, có đến 5,756
người dân chịu ảnh hưởng và có nguy cơ nhiễm độc Cd dễ mắc chứng bệnh Itai Itai (làm
mềm hóa và méo mó xương, gây tổn hại thận). Loại bệnh này đã từng xảy ra ở tỉnh
Toyama (Nhật Bản) vào những năm 1940. Do hoạt động khai khoáng, làm ô nhiễm Cd
trên sông JinZu đã làm cho hàng trăm người dân sống ở đây bị tổn thương thận, loãng
xương và nhiều người bị tử vong [8].
1.3.4. Thực trạng ô nhiễm Pb(II) trong nước và thế giới
Nghiên cứu ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền
bắc: Nước thải của 2 khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình
sản xuất, với hàm lượng vượt quá QCVN8-2:2011/BYT đối với nước mặt loại B (Pin
Văn Điển Hg: vượt quá 9,04 lần, Orionel-Hanel: PB vượt 1,12 lần). Xác định hàm lượng
kim loại nặng trong trầm tích tại các sông, mương gần khu vực 2 công ty trên thấy hàm
lượng các kim loại trong trầm tích cao hơn hẳn hàm lượng nền, cụ thể là 13,88 - 20,5
lần (Pb); 1,7 – 4,02 lần (Cd) và 3,9 – 18 lần (Hg) đối với trầm tích sông Tô Lịch; Pb (3,3
– 10,25 lần); Hg (1,56 – 2,24 lần) đối với trầm tích mương Hanel. Nước ở các kênh rạch
Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần,
Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần. Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm
tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu Ông Tá: Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn
(2200 ppm)… Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l,
gấp 40- 60 lần TCCP; Pb từ 0,7 – 2,7 mg/l, gấp 7 – 27 lần TCCP; tại huyện Tân Trụ, hàm
lượng kim loại nặng trong nước đã ở mức gây độc đối với vật nuôi. Cụ thể: Hàm lượng
Cadmium từ 2-8mg/l, gấp 40-60 lần tiêu chuẩn cho phép. chì: 0,7 – 2,7mg/l, gấp 7 – 27
lần; kẽm: 32 – 197 mg/l, gấp 1,3 – 8,2 lần; đồng: 11,24 – 97,5 mg/l, gấp 23 - 195 lần…
[2].

Ô nhiễm Pb và Zn là một trong những điều đáng quan tâm do ảnh hưởng độc hại
của chúng lên hệ sinh thái tại các cửa sông ở Úc, với hàm lượng rất cao 1000µg.g-1 Pb,
2000 µg.g-1. Zn có thể tìm thấy trong các trầm tích bị ô nhiễm [31]. Bryan và các cộng
sự đã xác định hàm lượng chì vô cơ trong trầm tích cửa sông ở Anh biến động từ 25
µg.g-1 trong khu vực không bị ô nhiễm đến hơn 2700 µg.g-1 trong cửa sông Gannel nơi
nhận chất thải từ việc khai thác mỏ chì. Hàm lượng của các hợp chất chì này có lẽ có
nguồn gốc do sử dụng xăng dầu pha chì [24]. Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích
11


tại vùng cửa sông, vùng ven biển trên thế giới nơi có rừng ngập mặn cũng đã được xác
định từ ít bị ô nhiễm cho đến ô nhiễm nặng. Tam & Wong (1995) đã xác định hàm Pb
trong trầm tích rừng ngập mặn Sai Keng, Hong Kong với hàm lượng 58,2 µg.g-1 [45].
Zheng & Lin (1996) đã xác định hàm lượng Pb và Cd trong trầm tích rừng ngập mặn
Avicennia marina, vịnh Shenzhen với hàm lượng tương ứng 28,7 µg.g-1 và 0,136 µg.g-1
tương ứng [66].
1.4.

Phương pháp của lý kim loại nặng trong nước
Do ảnh hưởng tới sức khỏe và môi trường sống của con người, việc xử lý kim

loại nặng trong nước ăn uống, sinh hoạt là rất cần thiết. Các phương pháp xử lý kim loại
nặng đều mong muốn đáp ứng các yếu tố như: Đơn giản, rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ
kiếm, có thời gian xử lý ngắn, hiệu quả xử lý cao (với nước ăn uống, nước thải chứa kim
loại nặng), chất thải (kim loại nặng) trong nước thải đầu ra phải nhỏ hơn so với tiêu
chuẩn cho phép, tuổi thọ của vật liệu xử lý cao, phương pháp đòi hỏi không gian xử lý
nhỏ, không gây ra chất ô nhiễm thứ cấp, có thể hoàn nguyên lại chất quý hiếm (kim loại
quý).
Mục đích của các phương pháp tách các kim loại nặng ra khỏi nước ăn uống, sinh
hoạt hay nước thải đều là đưa các kim loại nặng về dạng tập trung để dễ sử dụng các biện

pháp đơn giản khác xử lý triệt để chúng [11].
Sau đây là một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước:
a. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học đang được quan tâm bởi vì những ưu điểm nổi trội của nó
so với các phương pháp khác như: ít tạo ra ô nhiễm thứ cấp đặc biệt là rẻ tiền có thể tận
dụng các loài sinh vật trong tự nhiên và là một giải pháp phù hợp để làm sạch môi trường
đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Công nghệ này tương đối phù hợp với các
nước đang phát triển như Việt Nam vì đơn giản, giá thành thấp và không đòi hỏi trang
thiết bị và quy trình phức tạp như các công nghệ khác [7]. Một số phương pháp sinh học
được sử dụng: Hấp thu sinh học, Chuyển hóa sinh học, Phương pháp bãi lau sậy, Các
quá trình sử dụng enzyme, vi tảo, vi sinh vật khác.
Trong phương pháp hấp thu sinh học người ta sử dụng các loài sinh vật trong tự
nhiên hoặc các sinh vật có nguồn gốc sinh học có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu
nhận bên trong các tế bào của chúng các kim loại nặng khi đưa chúng vào môi trường
nước chứa kim loại nặng. Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loài sinh vật có khả năng
12


hấp thu kim loại nặng đặc biệt là các loài thực vật thủy sinh như bèo lục bình, bèo tấm,
bèo ong, rong xương cá và cá loài tảo, vi tảo, nấm,… Nhiều công trình khoa học đã
nghiên cứu và chứng minh hiệu quả của các loài thực vật trên trong xử lý nước thải. Ví
dụ như : Bèo lục bình có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn, Fe trong nước thải chứa kim
loại mạ. Nói chung, phương pháp xử lý các kim loại nặng bằng phương pháp hấp thu
sinh học là phương pháp còn khá mới mẻ và nhiều tiềm năng, mặc dù chỉ tham gia được
vào giai đoạn xử lý cấp II và cấp III [9].
b. Phương pháp kết tủa hóa học
Đây là một công nghệ được sử dụng rộng rãi để loại bỏ kim loại nặng trong nước.
Với ưu điểm là rẻ tiền, khả năng xử lý nhiều kim loại trong dòng thải cùng một lúc và
hiệu quả xử lý kim loại nặng ở mức chấp nhận được nó từ lâu đã là phương pháp chính
xử lý nước thải công nghiệp có chứa kim loại [13]. Các quá trình liên quan đến việc

chuyển đổi chất gây ô nhiễm hòa tan thành chất rắn không tan, do đó cho phép loại bỏ
chất gây ô nhiễm từ pha lỏng bằng phương pháp vật lý, chẳng hạn như lọc. Bên cạnh đó
kết tủa hóa học cũng có một số nhược điểm như: Với nồng độ kim loại cao thì phương
pháp này xử lý không triệt để, tạo ra bùn thải kim loại, tốn kinh phí như vận chuyển,
chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý, khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH thì khó điều
chỉnh pH đối với nước thải có chứa kim loại nặng lưỡng tính Zn [49]. Nhưng nhìn chung
phương pháp này đang là lựa chọn số một cho các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam.
Một số quá trình được sử dụng trong phương pháp kết tủa: quá trình oxi hóa khử, quá
trình kết tủa hiđroxit, quá trình kết tủa sunphit, quá trình photphat hóa.
Cơ chế của phương pháp:
Mn+ + Am- = MmAn (kết tủa)
[M]m .[A]n ≥ T (MmAn)
Trong đó: Mn+ : ion kim loại
Am- : tác nhân gây kết tủa
T: tích số tan
Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng nhiều gốc kết tủa với kim loại như:
S2-, PO43-, SO42-, Cl-, OH- …nhưng trong đó S2-, OH- được sử dụng nhiều nhất vì có thể
tạo kết tủa dễ dàng với hầu hết các kim loại, còn các ion PO43-, SO42-, Cl-… chỉ tạo kết
tủa với một số các ion kim loại nhất định do vậy chúng chỉ được dùng khi dòng thải
chứa đơn kim loại hoặc một vài kim loại nhất định. Đối với mỗi kim loại khác nhau có
13


pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùy thuộc vào khả năng tạo kết tủa của M(OH)n và
tùy thuộc vào nồng độ các kim loại có trong nước thải cần xử lý [13].
c. Phương pháp điện hóa
Nguyên tắc chung của phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải nói chung và
nước thải chứa kim loại nặng nói riêng là sử dụng các quá trình oxy hóa ở anot và khử ở
catot, đông tụ điện, kết tủa,… khi cho dòng điện một chiều đi qua 2 cực anot và catot.
Một số ưu điểm của phương pháp như: đơn giản, dễ sử dụng, dễ cơ giới và tự động hóa,

không sử dụng hóa chất; bên cạnh đó cũng có một số nhược điểm: chỉ xử lý được những
nước thải đưa vào có nồng độ kim loại cao, mặc dù hiệu suất đạt được 90% hoặc hơn
nhưng nồng độ kim loại vẫn còn cao, tiêu hao năng lượng (điện năng) lớn và chi phí cao
[11].
Cơ chế chung của quá trình điện hóa như ta đã biết là sử dụng dòng điện một chiều,
quá trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra ở anot và catot. Ở đây kim loại sẽ được xử lý tại hai
cực bằng các phản ứng oxy hóa và khử hóa ở hai cực:
+ Ở catot: Khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H+ sẽ tiến về bề mặt
catot. Nếu thế phóng điện của cation lớn hơn của H+ thì cation sẽ thu electron của catot
chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực:
Mn+ + ne = Mo
Ví dụ: Cu2+ + 2e = Cuo
+ Ở anot: Xảy ra các quá trình oxy hóa các anion. Do đó ngoài việc xử lý các kim
loại nặng trong nước thải phương pháp này còn có thể xử lý các chất ô nhiễm khác trong
nước thải [13].
d. Phương pháp thẩm thấu ngược
Là một quá trình màng hoạt động như một bộ lọc phân tử để loại bỏ hơn 99% của tất
cả các khoáng chất hòa tan. Trong quá trình này, nước đi qua màng trong khi chất hòa
tan và hạt bị giữ lại. Quá trình này rất hiệu quả để loại bỏ các loại ion từ dung dịch. Mặc
dù hiệu quả, giá thành màng tương đối cao để mua và vận hành. Việc sử dụng áp suất
cao làm cho điều kiện hoạt động của kỹ thuật này tốn kém và khó thực hiện. Một lợi thế
đáng kể của phương pháp thẩm thấu ngược so với công nghệ xử lý nước truyền thống
khác là khả năng giảm nồng độ ion các chất gây ô nhiễm, cũng như các hợp chất hữu cơ
hòa tan khác. Thẩm thấu ngược đã được áp dụng trong quá trình loại bỏ kim loại nặng
cả trong quy mô nhỏ và lớn [65].
14


e. Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion
Hấp phụ là sự tích lũy trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng,

lỏng – lỏng). Chất hấp phụ là chất mà phân 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 quá trình tỏa nhiệt
[14].
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: Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals
giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Chính vì liên kết này yếu mà quá trình giải hấp phụ để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và
thu hồi các kim loại diễn ra thuận lợi. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học
giữa bề mặt chất hấp phụ và phân tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền khó bị phá vỡ. Do
vậy rất khó cho quá trình giải hấp phụ.
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Giải hấp
dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Giải hấp 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.
Một số ưu điểm của phương pháp hấp phụ: Xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp; đơn
giản, dễ sử dụng; có thể tận dụng một số vật liệu là chất thải của các ngành khác như
Fe2O3; có thể giải hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ. Và cũng có một số nhược điểm
như: Thường chỉ áp dụng cho xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp, chi phí xử lý vẫn còn
cao.
Phương pháp trao đổi ion là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý các ion
kim loại nặng trong nước thải như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn…các hợp chất của
Asen, Photpho, Xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các
chất có giá trị với độ làm sạch cao. Quá trình trao đổi ion diễn ra giữa hai pha lỏng rắn,
giữa các ion có trong dung dịch và các ion có trong pha rắn [14].
Cơ chế của phương pháp: Trao đổi ion là một phản ứng hóa học có thể đảo ngược
trong đó một ion từ nước hoặc nước thải được trao đổi cho một ion tích điện tương tự
gắn liền với một hạt chất rắn bất động. Những hạt trao đổi ion rắn này là các zeolit vô
cơ xuất hiện tự nhiên hoặc tổng hợp từ nhựa hữu cơ. Đây là một quá trình tương tự như
phương pháp hấp phụ, nhờ đó mà sau này được biết đến với sự hoạt động chủ yếu trên

15