Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị trong khoa Môi Trường.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Thầy TS. Thái Phương Vũ− Khoa Môi Trường − Trường Đại học Tài nguyên và
Môi trường TP. Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Cô Bùi Phương Linh và các thầy, cô đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn, giải đáp thắc
mắc, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian em thực hiện đồ án tốt
nghiệp tại phòng thí nghiệm.
Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Thiệp trong khoa Cấp Thoát
Nước đã hỗ trợ cho chúng em mượn phòng thí nghiệm cấp thoát nước để thực hiện thí
nghiệm trong suốt quá trình làm đồ án.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh chị và gửi lời cảm
ơn đến những người bạn đã hỗ trợ và động viên tinh thần trong suốt những năm học vừa
qua.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, do những hạn chế về kinh nghiệm nên không
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các
bạn để dồ án tốt nghiệp được hoàn thiện hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 04 năm 2017
SVTH
Nguyễn Thục Uyên Thanh

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

i

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

TÓM TẮT
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý Mn(II) nói riêng và kim loại nặng trong
nước thải nói chung. Trong số đó, phương pháp hấp phụ sinh học sử dụng sinh khối có
sẵn đang cho thấy tính ưu việt so với các phương pháp khác. Đề tài được thực hiện:
“Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước của vật liệu chế tạo từ lõi
ngô” được biến tính bằng H2SO4 98% ”, kết quả thí nghiệm cho thấy:
Hiệu suất hấp phụ Mn(II) đạt cao nhất là 94,08% tại nồng độ 1mg/L, lưu lương
qua cột lọc là 1 mL/phút và chiều cao cột lọc là 5cm.
Nghiên cứu đã cho thấy vật liệu hoạt hóa từ lõi ngô có thể ứng dụng để xử lý
nước thải chứa Mn(II) trong thực tế với nhiều ưu điểm như: Vật liệu phổ biến ở Việt
Nam, thân thiện môi trường, hiệu suất cao và thời gian xử lý ngắn.
Từ khóa : lõi ngô biến tính, Manganese(II), hấp phụ sinh học, kim loại nặng.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

ii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

ABTRACT

There are many methods to treat Mn(II) and other heavy matals in wastewater.

Among them, biosorption method uses cheap biomasses have some features that is better
than other methods. In this study, examine the adsorption capacity for Mn(II) from
aqueous solution of corncobs were modified with H2SO4 98%, the experiment results
indicated that :
The experiment results indicated that the maximum removal of Mn(II) was
found to be 94,08% with initial concentration of Mn(II) 1mg/L, flow through the filter
was 1 mL/m and column height was 5cm.
This study showthe adsorotion ability of corncobs modified with H2SO4 for the
treatment of wastewater containing Mn(II) ion.
Activated corncob waste is proved to be a potential material to remove Mn(II) from
wastewater in Viet Nam, as it has many advantages: Easily available, environmental
friendly, highly effective and quickly.
Key words: Modified corncob, Manganese(II), Biosorption, Heavy metal.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

iii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
TÓM TẮT ..................................................................................................................... ii
ABTRACT .................................................................................................................... iii
MỤC LỤC .....................................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................................x
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 4
1.1 TỔNG QUAN VỀ LÕI NGÔ ................................................................................4
1.1.1 Nguồn gốc và thành phần cấu tạo ..................................................................4
1.1.2 Hiện trạng lõi ngô tại Việt nam ......................................................................6
1.1.3 Các ứng dụng của lõi ngô ...............................................................................6
1.2 THAN HOẠT TÍNH, CÁC NGUỒN, CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN
XUẤT THAN HOẠT TÍNH ....................................................................................... 7
1.2.1 Than hoạt tính .................................................................................................7
1.2.2 Các nguồn sản xuất than hoạt tính..................................................................7
1.2.3 Công nghệ và quy trình sản xuất than hoạt tính .............................................8
1.2.4 Ứng dụng của than hoạt tính ..........................................................................9
1.3 TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG MANGANESE .....................................10
1.3.1 Sơ lược về kim loại nặng Manganese........................................................... 10
1.3.2 Vai trò của Manganese .................................................................................11
1.3.3 Vấn đề ô nhiễm Manganese trong nước ngầm .............................................12
1.3.4 Hàm lượng Manganese cho phép trong nước...............................................14
1.3.5 Các phương pháp xử lý Manganese trong nước ...........................................14
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

iv


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

1.4 Tổng quan về phương pháp hấp phụ ...................................................................15
1.4.1 Khái niệm hấp phụ (Lê Văn Cát, 2002 và Trần Văn Nhân, 1998)...............15

1.4.2 Hấp phụ trong môi trường nước ...................................................................16
1.4.3 Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .......................... 16
1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Mn BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
...................................................................................................................................20
1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................... 20
1.5.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam .............................................................. 21
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................22
2.1 THIẾT BỊ, HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ...................................22
2.1.1 Thiết bị..........................................................................................................22
2.1.2 Dụng cụ ........................................................................................................22
2.1.3 Hóa chất ........................................................................................................22
2.1.4 Pha chế hóa chất ........................................................................................... 22
2.2 QUY TRÌNH TẠO VẬT LIỆU TỪ LÕI NGÔ (PHÒNG THÍ NGHIỆM) ........23
2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu ....................................................................................23
2.2.2 Biến tính vật liệu hấp phụ .............................................................................23
2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG Mn(II) ........................................................... 23
2.4 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ..................................................................................25
2.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (PHÒNG THÍ NGHIỆM) ............................. 26
2.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU ................................................................ 28
2.7 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ...................................................................28
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................29
3.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CHUẨN Mn ......................................................... 29
3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
XỬ LÝ Mn(II) ...........................................................................................................29
3.2.1 Khảo sát chiều cao cột lọc ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Mn(II) ...............29
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

v

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

3.2.2 Khảo sát lượng nước qua cột lọc ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Mn(II) .....31
3.2.3 So sánh với vật liệu hấp phụ khác (than hoạt tính chế tạo từ bã mía) ..........33
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 35
KẾT LUẬN ...............................................................................................................35
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 36
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 38

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

vi


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần của lõi ngô tự nhiên (Vaughan et al.,2001) ............................ 5
Bảng 1.2 Giới hạn cho phép của Manganese trong nước thải .................................14
Bảng 1.3 Một số đường hấp phụ đẳng nhiệt thông dụng .........................................17
Bảng 1.4 Một số nghiên cứu trên thế giới về sự hấp phụ Mn(II) bằng sinh khối thực
vật ..................................................................................................................................20
Bảng 2.1 Các phương thức thí nghiệm ......................................................................27
Bảng PL.1 Số liệu phương trình đường chuẩn ......................................................... 38
Bảng PL.2 Số liệu nồng độ Mn(II) đầu ra với cột lọc 1cm ......................................38

Bảng PL.3 Số liệu nồng độ Mn(II) đầu ra với cột lọc 3cm ......................................38
Bảng PL.4 Số liệu nồng độ Mn(II) đầu ra với cột lọc 5cm ......................................39
Bảng PL.5 Số liệu nồng độ Mn(II) đầu ra với VLHP lõi ngô và bã mía ................39

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

vii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cây ngô và lõi ngô. ......................................................................................... 5
Hình 1.2 Hấp phụ các chất trên bề mặt than hoạt tính. ............................................7
Hình 1.3 Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc qe theo Ce. ........................................17
Hình 1.4 Đường biểu diễn Ce/qe phụ thuộc vào Ce. ..................................................18
Hình 2.1 Lõi ngô trước và sau khi than hóa.............................................................. 23
Hình 2.3 Mô hình cột so sánh. ....................................................................................25
Hình 2.2 Mô hình cột làm việc. ...................................................................................25
Hình 3.1 Đồ thị liên hệ giữa nồng độ MnO4- và độ hấp thu A. ................................ 29
Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng của chiều cao cột lên khả năng hấp phụ Mn(II) của vật
liệu với lưu lượng qua cột lọc là 1mL/phút. .............................................................. 30
Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng của chiều cao cột lên khả năng hấp phụ Mn(II) của vật
liệu với lưu lượng qua cột lọc là 2mL/phút. .............................................................. 30
Hình 3.4 Đồ thị ảnh hưởng của chiều cao cột lên khả năng hấp phụ Mn(II) của vật
liệu với lưu lượng qua cột lọc là 4mL/phút. .............................................................. 30
Hình 3.5 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng qua cột lọc t lên khả năng hấp phụ Mn(II)
của vật liệu với chiều cao cột lọc là 1 cm. ..................................................................32

Hình 3.6 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng qua cột lọc t lên khả nănghấp phụ Mn(II)
của vật liệu với chiều cao cột lọc là 3 cm. ..................................................................32
Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng qua cột lọc t lên khả năng hấp phụ Mn(II)
của vật liệu với chiều cao cột lọc là 5 cm. ..................................................................33
Hình 3.8 Đồ thị so sánh hiệu suất xử lý Mn(II) giữa VLHP lõi ngô và bã mía......34
Hình PL.1 Dựng đường chuẩn Mn nồng độ từ 0 - 10 mg/L. ...................................40
Hình PL.2 Mô hình nghiên cứu. .................................................................................40
Hình PL.3 Chiều cao các cột lọc. ................................................................................41
Hình PL.4 Cột lọc giữa vật liệu hấp phụ là bã mía và lõi ngô. ................................ 41
Hình PL.5 Mẫu đo độ hấp thu đầu ra. ......................................................................41
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

viii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Hình PL.6 Bếp phá mẫu. ............................................................................................. 42
Hình PL.7 Máy đo quang phổ UV-vis. ......................................................................42
Hình PL.8 Máy đo pH. ................................................................................................ 42
Hình PL.9 Cân phân tích. ........................................................................................... 42

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

ix

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
1/n

: Bậc mũ của biến C

BTNMT

: Bộ Tài nguyên và Môi trường

BYT

: Bộ Y tế

Co (mg/L)

: Nồng độ trong dung dịch ban đầu

Ce (mg/L)

: Nồng độ cân bằng trong pha lỏng

COD

: Nhu cầu oxy hóa học

KL

: Hằng số Langmuir

Kf

: Hằng số Freunlich

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

Qe(mg/g)

: Nồng độ cân bằng trong pha rắn

Qo (mg/g)

: Khả năng hấp phụ cực đại của vật liệu

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

VLHP

: Vật liệu hấp phụ

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

x

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việc tái chế tận dụng chất thải không những đem lại các lợi ích kinh tế, xã hội mà
còn có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường.Chiến lược bảo vệ môi trường quốc
gia của Việt Nam định hướng đến năm 2020 đã xác định mục tiêu “Hình thành và phát
triển ngành công nghiệp tái chế chất thải”.
Ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề đáng quan tâm hiện nay do những tác động
xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Các kim loại gây ô nhiễm nước như Cd, Zn,
Cu, Ni, Pb, Hg, Mn và Cr thường được phát hiện trong nước thải công nghiệp, điển hình
như nước thải ngành si mạ, hoạt động khai thác mỏ, luyện kim, sản xuất pin, thuộc da,
lọc dầu, sản xuất sơn, thuốc trừ sâu, sản xuất chất màu, in ấn… vv. Không giống như
các chất thải hữu cơ, kim loại nặng là thành phần không thể phân hủy và chúng có thể
được tích lũy trong các mô sống, gây ra các bệnh nguy hiểm cho con người, do đó cần
phải loại bỏ chúng trước khi thải ra môi trường.
Ngày nay, thế giới đang quan tâm nghiên cứu các phương pháp xử lý ô nhiễm môi
trường vừa có hiệu suất xử lý cao vừa tiết kiệm được chi phí xử lý. Các phương pháp
như kết tủa hóa học, trao đổi ion, tách màng, thẩm thấu ngược, điện ly, chiết dung môi
……vv đang thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong việc xử lý nước thải nhưng
chi phí khá cao và hiệu suấtxử lý thấp, dễ sinh ra sản phẩm phụ ảnh hưởng tới môi
trường. Phương pháp sử dụng các vật liệu hấp phụ (VLHP) sinh học là phương pháp xử
lý hóa lý có nhiều ưu việt hơn so với những phương pháp xử lý khác do có thể tách loại
được đồng thời nhiều kim loại trong dung dịch, có khả năng tái sử dụng VLHP và thu
hồi kim loại. Hơn thế, phương pháp này sử dụng nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm.
Tuy nhiên, việc sử dụng các phế phẩm nông nghiệp chưa qua xử lý làm chất hấp
phụ có thể mang lại một số vấn đề như khả năng hấp phụ thấp, nhu cầu oxy hóa cao

(COD) và nhu cầu sinh hóa (BOD) cũng như tổng carbon hữu cơ (TOC) sẽ tăng lên do
một phần chất hấp phụ tan vào trong nước. Sự gia tăng của COD, BOD và TOC có thể
gây ra sự suy giảm của hàm lượng oxy trong nước và có thể đe dọa đến đời sống thủy
sinh. Do đó, phế phẩm nông nghiệp cần phải được biến tính hoặc xử lý trước khi sử
dụng đểloại bỏ ô nhiễm kim loại nặng.
Việt Nam là một nước nông nghiệp với đặc trưng trồng cây lương thực là cây ngô. Tuy
hạt ngô có giá trị thương phẩm cao, nhưng các thành phần khác của cây như lõi ngô chỉ
có một số công dụng có giá trị thấp như làm chất đốt, giá thể trồng nấm, hay vật liệu

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

xây dựng. Một số chuyên gia trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu sử dụng lõi ngô như
vật liệu hấp phụ sinh học hấp phụ kim loại nặng trong nước thải.
Ở Việt Nam có khá nhiều nghiên cứu tạo vật liệu hấp phụ từ một số phụ phẩm nông
nghiệp khác như vỏ trấu, bã mía, bã đậu nành nhưng lại có rất ít đề tài nghiên cứu về
vật liệu là lõi ngô.
Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo
từ lõi ngô” được tiến hành với mong muốn có thêm giải pháp mới cho vấn đề ô nhiễm
Mn(II) trong nước.
2. Mục đích nghiên cứu
Biến tính lõi ngô thành vật liệu hấp phụ Mn(II).
Khoá luận được thực hiện nhằm mục đích tìm ra giải pháp mới cho vấn đề ô nhiễm
Mn(II) trong nước.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Lõi ngô đã biến tính
+ Nước thải tự tạo chứa Mn(II)
- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trong nước thải chứa
Mn(II) ở quy mô phòng thí nghiệm.
4. Nội dung nghiên cứu
- Đọc tài liệu
Thu thập tài liệu có liên quan mật thiết đến các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài
nước, tìm hiểu những vấn đề còn tồn tại, những vấn đề cần tập trung nghiên cứu, tính
toán thiết kế mô hình thí nghiệm.
-

Thiết lập mô hình thí nghiệm

Tiến hành lắp ráp và bố trí mô hình thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu.
Thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu thực tế xử lý quy mô phòng thí nghiệm.
-

Thực hiện thí nghiệm

Chạy mô hình thí nghiệm để hệ thống hoạt động ổn định và phát huy hiệu suất xử lý,
đồng thời tìm ra nguyên nhân và điều chỉnh các sai sót trong quá trình thiết lập mô hình.
+ Quá trình biến tính lõi ngô bằng H2SO4.
+ Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ Mn(II) của vật liệu bằng
phương pháp cột lọc: lưu lượng, nồng độ đầu vào, chiều cao cột lọc.
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

2

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

-

Thu mẫu phân tích

Chạy mô hình và lấy mẫu phân tích để có số liệu nhằm phân tích và đánh giá số liệu.
-

Đánh giá kết quả

Mẫu nước được phân tích và đánh giá kết quả để xác định phương pháp xử lý đạt hiệu
suất.
-

Phân tích số liệu và viết báo cáo thí nghiệm

Số liệu sau khi được tổng hợp thì bắt đầu tiến hành phân tích, biễu diễn, so sánh bằng
các phầm mềm phân tích, tính toán để người đọc có thể dễ dàng hiểu rõ đề tài nghiên
cứu, thấy rõ hiệu suất của mô hình khi được chạy tại các điều kiện khác nhau cũng như
điều kiện tối ưu khi áp dụng phương pháp vào mô hình thực tế.
5. Thời gian và địa điểm thực hiện
Thời gian nghiên cứu: từ 11/2016 đến 04/2017 tại Trường Đại học Tài Nguyên và
Môi Trường Thành phố Hồ Chí Minh.
Địa điểm: phòng thí nghiệm Môi trường và phòng thực hành Cấp thoát nước Trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường, 263/1B Lê Văn Sỹ, Phường 1, Quận Tân Bình, TP.
Hồ Chí Minh.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ LÕI NGÔ
1.1.1 Nguồn gốc và thành phần cấu tạo
Ngô (Zea Mays L.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới cùng
với lúa, lúa mì, khoai mì, khoai tây.Ngô được gieo trồng rộng khắp thế giới và nhiều
nhất ở Hoa Kì (sản lượng 270 triệu tấn mỗi năm). Thân cây ngô trông tương tự như thân
của các loài tre thông thường cao khoảng 2-3 m, các bắp ngô là các cụm hoa cái hình
bông, được bao bọc trong một số lớp lá. Trên đỉnh của thân cây là cụm hoa đuôi sóc
hình chùy chứa các hoa đực, được gọi là cờ ngô. Các hạt ngô là các dạng quả thóc với
vỏ quả hợp nhất với lớp áo nhạt, kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan và bám chặt thành các
hàng tương đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Mỗi bắp ngô dài khoảng
10-25 cm (Lewis, 1894).
Thành phần chủ yếu của lõi ngô là cellulose (khoảng 38,4%) và lignin (khoảng
9,1%) (Vaughan et al.,2001), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Lõi ngô được nghiên
cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc
nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polyme như xenlulose, hemixenlulose, pectin,
lignin và protein. Các polymer này có thể hấp phụ nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim
loại hóa trị (II). Các hợp chất polyphenol như tanin, lignin trong gỗ được cho là những
thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng (Leyva-Ramos et al.,2012). Theo

nghiên cứu của Reddad (2003), các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh
đối với kim loại nặng, các nhóm acid glacturonic trong peptin là vị trí liên kết mạnh với
các cation (Reddad et al.,2003).
Các nhóm hydroxyl trên xenlulose cũng đóng một vai trò quan trọng trong trao đổi ion
của các lignocellulose. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết O-H
ở đây phân cực chưa đủ mạnh (Tan et al.,2010). Nhiều phương pháp biến tính đã được
thực hiện như oxy hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức acid hoặc oxy hóa bằng
acid sulfuric.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Bảng 1.1 Thành phần của lõi ngô tự nhiên (Vaughan et al.,2001)
Thành phần

Khối lượng g/100g khô

Cellulose

38,4

Hemicellulose

40,7

Lignin

9,1

Protein

1,8

Tro

1,3

Lipid

<1,0

Hình 1.1 Cây ngô và lõi ngô.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

1.1.2 Hiện trạng lõi ngô tại Việt nam
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, hiện cả nước có khoảng 800.000 ha ngô.Năm 2010

nước ta có diện tích trồng ngô là 1126,9 ngàn ha. Đắk lắk hiện là một trong những tỉnh
có diện tích, sản lượng ngô lai lớn nhất nước với tổng diện tích trồng ngô hàng năm
khoảng 120 000 ha và sản lượng đạt trên 520 000 tấn ngô hạt.Quá trình chế biến nông
sản đã thải ra môi trường khoảng 1 triệu tấn lõi ngô mỗi năm.Lượng lõi ngô này mới
được người dân sử dụng một phần làm chất đốt, một phần rất nhỏ được dùng để trồng
nấm, còn lại chủ yếu thải bỏ ra ngoài vệ đường, dòng suối gây ô nhiễm môi trường. Do
đó việc tận dụng lõi ngô trong sản xuất mang ý nghĩa rất lớn cho cuộc sống vừa tăng giá
trị kinh tế đồng thời giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường.
1.1.3 Các ứng dụng của lõi ngô
Lõi ngô là loại phụ phẩm nông nghiệp có nhiều công dụng hữu ích khác nhau ngoài việc
đốt bỏ theo kiểu truyền thống như là:
- Sử dụng làm chất đốt: Nhằm tận dụng nguồn phế phẩm bị bỏ phí, đồng thời góp
phần khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường ông Đặng Văn Công giảng viên khoa
Nông-Lâm, trường Đại Học Tây Bắc đã nghiên cứu giải pháp dùng lõi ngô sản xuất than
bánh và than nhiên liệu. Đây là giải pháp mới tạo ra nguồn chất đốt có nhiệt lượng cao
thay thế cho than đá được sử dụng tại các lò sấy nông sản, lò đốt gạch và nhu cầu đun
nấu của người dân. Quá trình đóng bánh và ép lõi ngô nghiền sẽ tạo ra một lực lớn, làm
cho khối lượng riêng tăng lên, việc trộn thêm các phụ gia sẽ làm tăng độ cháy và làm
cháy hoàn toàn, không tạo ra khí thải độc hại. Ngoài khả năng cháy tốt, nhiệt lượng cao,
ít khói bụi, ít khí thải độc hại, sản xuất chất đốt từ lõi ngô còn góp phần giải quyết được
vấn đề ô nhiễm môi trường, mức đầu tư lại không lớn, nguồn nguyên liệu luôn sẵn có
với giá rẻ, máy móc và nhà xưởng đơn giản đầu tư một lần và sử dụng lâu dài (Trung
tâm công nghệ thông tin, 2011).
- Làm thức ăn cho gia súc: Lõi ngô nghiền được trộn chung với các loại bột khác
như cám gạo, cám ngô,… để sử dụng làm thức ăn cho bò, lợn, trâu…. Vừa giải quyết
được vấn đề thiếu thức ăn cho gia súc lại có thể xử lý hiệu suất phế phẩm nông nghiệp.
Tuy nhiên hàm lượng chất dinh dưỡng có trong lõi ngô không cao nên chỉ chiếm phần
nhỏ trộn trong thức ăn sẵn của gia súc….
- Làm vật liệu xây dựng: Hiện nay có một số nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm vật
liệu xây dựng.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

1.2 THAN HOẠT TÍNH, CÁC NGUỒN, CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH SẢN
XUẤT THAN HOẠT TÍNH
1.2.1 Than hoạt tính
Than hoạt tính là vật liệu cacbon có độ xốp cao, không có cấu trúc hoặc công thức hóa
học đặc trưng. Thể tích lỗ xốp thường lớn hơn 0,2 mL/g, diện tích bề mặt riêng lớn hơn
400 m2/g, kích thước lỗ xốp phân bố rộng từ 3 đến vài ngàn anstrom.
Với diện tích bề mặt lớn, than hoạt tính cung cấp bề mặt bám giữ các nguyên tử, ion,
hợp chất… Hấp phụ này chủ yếu là hấp thụ vật lí do lực Van der Waals.

Hình 1.2 Hấp phụ các chất trên bề mặt than hoạt tính.
1.2.2 Các nguồn sản xuất than hoạt tính
Than Hoạt Tính được hoạt hóa từ nhiều nguyên liệu khác nhau như “than bùn, đá,
vỏ trấu, gỗ, gáo dừa, tre… tùy thuộc vào mục đích sử dụng và được chế biến thành nhiều
dạng: thanh, ống, hạt, bột …
a. Vỏ lạc, tre, củi:
Đây đều là những thực vật có chứa một hàm lượng lớn cacbon, là nguồn nguyên
liệu tốt trong việc sản xuất than hoạt tính.
b. Vỏ trấu:
Coi vỏ trấu như một nguồn nguyên liệu trong sản xuất than hoạt tính là một hướng
đi mới hiện nay. Việt Nam là một nước nông nghiệp với sản lượng lúa gạo hàng năm rất

lớn. Lượng trấu tạo ra hàng năm có tới gần chục triệu tấn. Kết quả phân tích thành phần
của vỏ trấu cho thấy, trong vỏ trấu có chứa từ 13 - 15% SiO2, 18 - 20% là cacbon cố
định còn lại là ẩm và những chất bốc hữu cơ khác. Do đó việc sản xuất than hoạt tính từ
vỏ trấu là hoàn toàn triển vọng. Sản xuất than hoạt tính từ trấu không phải là đề tài mới
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

mẻ, nhưng làm với năng suất và hiệu suất cao đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường
mới là điều đáng nói.
c. Gáo dừa già:
Gáo đừa già là nguồn nguyên liệu rất tốt trong sản xuất than hoạt tính. Hiện nay
than hoạt tính gáo dừa đang được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong nước
và kể cả xuất khẩu ra nước ngoài.
d. Lõi ngô:
Than hoạt tính chế tạo từ lõi ngô có cấu trúc dạng sợi, hệ thống xốp bao gồm hệ
mao quản lớn có kích thước 10-50µm và hệ mao quản nhỏ. Nhưng chưa được ứng dụng
và sử dụng phổ biến.
1.2.3 Công nghệ và quy trình sản xuất than hoạt tính
a. Công nghệ sản xuất than hoạt tính
Than hoạt tính được hoạt hóa bằng công nghệ lò xoay bên trong có cánh
đảo. Lò quay có thể được thiết kế than hóa và hoạt hóa gáo dừa thành than hoạt
tính. Nhiên liệu sử dụng được đốt ngoài trời, nhiệt độ hoạt hóa là 800-9000C và
chất xúc tác hoạt hóa là hơi nước. Cánh đảo có tác dụng múc than lên và dội
xuống để tăng khả năng tiếp xúc với hơi nước và mở rộng đường đi của than

trong lò.
Lò xoay có ưu điểm là hoạt hóa nhanh chóng vì hơi nước và than đi theo
hướng ngược nhau nên hai giai đoạn tiếp xúc hai pha khí rắn tốt. Năng suất đạt
cao hơn và sản xuất liên tục.
b. Quy trình sản xuất than hoạt tính (than hoạt tính gáo dừa)
Đầu tiên, gáo dừa thô được nung nóng từ từ trong môi trường chân không,
sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính oxy hóa ở nhiệt độ cực cao. Quá
trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất.
Khi đến nhiệt độ nhất định sẽ bị cắt nguồn cung cấp oxy và gáo dừa sẽ cháy
âm ỉ trong môi trường yếm khí trong thời gian từ 8 đến 12 ngày. Quá trình này
nhiệt độ được đẩy lên rất cao (Phụ thuộc vào công nghệ, chất lượng lò đốt). Cùng
lúc đó, nước và các hợp chất hữu cơ từ gáo dừa được loại bỏ để lại thành phần
chính là carbon.
Sau đó, than gáo dừa được trải qua một bước hoạt hóa khác “kích hoạt” nhằm
làm tăng diện tích bề mặt, thành phần carbon, thành phần hoạt hóa phát huy tác
dụng. Đến đây chúng ta đã có được sản phẩm gọi là Than hoạt tính.
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Khi được qua các công đoạn chế tạo thanh lọc. Than hoạt tính không độc kể
cả ăn phải nó.
Quy trình than hoá và hoạt hoá than hoạt tính có thể được phân tích một cách cụ
thể như sau:
* Quy trình than hóa



Gáo dừa thu hái phải là loại gáo dừa già, độ ẩm không quá 15%.



Đập gáo dừa thành mảnh nhỏ khoảng 3×5 mm. Sàng thu cỡ hạt.



Chuẩn bị lò: Lò được gia nhiệt 400 – 5000C bằng cách đốt 1 bếp. Dùng xẻng cho
gáo dừa đã chọn vào lò qua đường hộp khói. Một lò mỗi giờ vào ra 50kg. Lò xoay
2-3 vòng/phút, than đi qua lò mất 50 – 60 phút. Quá trình này gọi là quá trình than
hóa.

* Quy trình hoạt hóa


Chuẩn bị lò: Đốt lò trước để đạt nhiệt độ, thấy nhiệt độ lên chậm phải tăng phun
dầu. Khi đạt 8000C có thể nạp than vào lò. Trước đó lò hơi nước đã đốt sản đảm
bảo áp suất quy định.



Sau khi kiểm tra thấy các điều kiện đạt mới cho than vào lò. Phản ứng hoạt hóa
xảy ra như sau:
Cn + H2O = Cn-1 + H2 + CO – O



Phản ứng này thu nhiệt nên phải cấp nhiệt liên tục.



Phản ứng hoạt hóa xảy ra chậm. Tăng nhiệt độ 900 – 9500C để quá hoạt hóa xảy
ra nhanh hơn.



Nếu hoạt hóa chậm, độ thiêu đốt thấp than này có lỗ bé (đường kính lỗ từ 0.1 – 15
A0) phát triển: than này hấp phụ khí tốt.



Nếu hoạt hóa nhanh, nhiệt độ cao than này có lỗ trung (đường kính lỗ từ 15 – vài
trăm A0) phát triển và có khả năng tẩy màu.



3 loại lỗ này thông với nhau như một hệ thống đường giao thông chằng chịt trong
thể tích than và tạo ra độ xốp.
1.2.4 Ứng dụng của than hoạt tính

Than hoạt tính là tác nhân hấp phụ nhờ vào diện tích bề mặt lớn, cấu trúc xốp vi
mô, khả năng hấp phụ cao và sự tương tác trên bề mặt lớn. Những ứng dụng quan trọng
của than hoạt tính có liên quan đến những ứng dụng khử màu, mùi và những tạp chất
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

9

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

phi hữu cơ khác từ vòi nước, trong công trình nước nội ô, công nghiệp nước thải, thu
hồi dung môi, lọc khí ở những nơi đông người như nhà hàng, công nghiệp chế biến thực
phẩm, hóa chất để khử màu đường ăn, trong kiểm soát khí bị ô nhiễm, lọc trong công
nghiệp hoá chất, y dược, thực phẩm và những ứng dụng lọc khí. Than hoạt tính được
tăng cường sử dụng trong lĩnh vực kim loại như thu hồi vàng, bạc và những chất phi
hữu cơ khác và làm chất xúc tác, chất mang. Những ứng dụng trong y dược chống lại vi
khuẩn gây bệnh đặc biệt cũng được biết đến.
a. Than hoạt tính dùng trong mặt nạ phòng độc:
Có hai dạng mặt nạ phòng độc, trong đó đặc tính tự nhiên của than hoạt tính
được yêu cầu khác nhau. Mặt nạ phòng độc dùng trong công nghiệp hóa chất có
chứa các chất hoá học độc tương đối thấp và thông thường có trọng lượng phân tử
cao, những hoá chất này được than hoạt tính hấp phụ rất nhanh và mạnh. Nhưng
than hoạt tính được dùng trong quân đội yêu cầu có sự bảo vệ triệt để các chất hóa
học và hơi độc mạnh. Hơn nữa, một số hoá chất có liên quan đến quá trình hấp phụ
vật lý, trong khi đó mật số chất khác được hấp phụ hóa tính (Chloropicrin,
cyanogen, chloride). Do đó đối với trường hợp sau được quan tâm dùng than hoạt
tính tẩm, với những tác nhân tẩm có tính tương tác đến những hóa chất khác nhau.
b. Than hoạt tính dùng trong y dược:
Một ứng dụng đặc biệt của than hoạt tính được dùng trong quá trình trị bệnh
khó thở, trong hệ tiêu hóa khử vi khuẩn, rất dễ được hấp phụ và hấp phụ rất nhanh
bằng than hoạt tính bởi vì trọng lượng phân tử cao.
Ngoài ra than hoạt tính còn được dùng để trị bệnh dịch vị và viêm ruột, dùng
làm thuốc giải độc trong những trường hợp ngộ độc từ nấm rơm, thực phẩm, chất
hoá học có nguồn gốc từ thực vật, dùng làm thuốc, phospho, phenol…. Than hoạt
tính dùng để lọc thuốc lá khử nicotine và khí độc khác trong khói thuốc.

1.3 TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG MANGANESE
1.3.1 Sơ lược về kim loại nặng Manganese
Manganese(Mn), là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Mn và số
nguyên tử 25. Mn là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Nó là kim loại cứng và rất giòn,
khó nóng chảy nhưng lại bị oxy hóa dễ dàng. Mn - kim loại chỉ có từ tính khi được xử
lý đặc biệt (Nguyễn Đức Vận, 2004).
Manganese được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hợp với sắt) và
trong một số loại khoáng vật. Ở dạng nguyên tố tự do, Mn là kim loại quan trọng trong
các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ (Nguyễn Đức Vận, 2004).
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Mn chiếm khoảng 1000 mg/L (0,1%) trong vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ 12 về mức
độ phổ biến của các nguyên tố ở đây. Đất chứa 7–9000 mg/L Mn với hàm lượng trung
bình 440 mg/L. Nước biển chỉ chứa 10 mg/L Mn và trong khí quyển là 0,01 µg/m3. Mn
có mặt chủ yếu trong pyrolusite (MnO2), braunite, psilomelane (Ba,H2O)2Mn5O10 và ít
hơn trong rhodochrosite (MnCO3) (Nguyễn Đức Vận, 2004).
1.3.2 Vai trò của Manganese
a. Ứng dụng của Manganese trong công nghiệp sản xuất
Manganese có vai trò quan trọng trong sản xuất sắt thép vì có tác dụng khử lưu
huỳnh, khử oxy, và mang những đặc tính của hợp kim. Luyện thép, và cả luyện sắt, sử
dụng nhiều Mn nhất (chiếm khoảng 85-90% tổng nhu cầu). Trong những mục đích khác,
Mn là thành phần chủ yếu trong việc sản xuất thép không rỉ với chi phí thấp, và có trong
hợp kim nhôm. Nó còn được thêm vào dầu hỏa để giảm tiếng nổ lọc xọc cho động cơ.

MnO2 được sử dụng trong pin khô, hoặc làm chất xúc tác. Mn được dùng để tẩy
màu thủy tinh (loại bỏ màu xanh lục do sắt tạo ra), hoặc tạo màu tím cho thủytinh. MnO
là một chất nhuộm màu nâu, dùng để chế tạo sơn và là thành phần của màu nâu đen tự
nhiên.
Postassium permanganate là chất oxy hóa mạnh, dùng làm chất tẩy uế trong hóa học
và y khoa. Phosphate hóa Manganese là phương pháp chống rỉ và ăn mòn cho thép. Nó
thường hay được dùng để sản xuất tiền xu. Hiện nay, chưa có giải pháp công nghệ thực
tế nào có thể thay thế Manganese bằng chất liệu khác.
b. Ảnh hưởng của Manganese tới sức khỏe con người
Manganese là kim loại đầu tiên được Gabriel Bertrand xem như nguyên tố vi lượng
cơ bản đối với sự sống. Mn có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như: tác động đến
hô hấp tế bào, phát triển xương, chuyển hóa gluxide, hoạt động của não ..v.v (Lê Huy
Bá, 2008).
Mn có độc tính rất thấp và không gây ung thư. Ở hàm lượng nhỏ dưới 0,1 mg/L thì
Mn có lợi cho sức khỏe. Ở hàm lượng > 0,15 mg/L có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen
ố quần áo. Nếu Mn có hàm lượng cao (từ 1-5 mg/L) sẽ ảnh hưởng đến một số cơ quan
nội tạng của cơ thể.Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng Mn
nhỏ hơn 0,5 mg/L(Lê Huy Bá, 2008).
Ngộ độc Mnđã được tìm thấy trong số người lao động trong ngành công nghiệp sản
xuất ắc quy. Triệu chứng ngộ độc tương tự như những người bệnh Parkinson (run, cơ
bắp cứng) và lượng Mn quá mức có thể gây ra cao huyết áp ở bệnh nhân trên 40 tuổi.
Nồng độ Mn tăng đáng kể được tìm thấy ở những bệnh nhân bị viêm gan và xơ gan

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

11


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

nghiêm trọng, ở những bệnh nhân chạy thận và những bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim
(Lê Huy Bá, 2008).
Nhiễm độc Mn có thể gặp ở nhiều thể.Thể phổ biến nhất là thể thần kinh.Ngoài ra
còn gặp các rối loại nội tiết, huyết học, tiêu hóa, các tổn thương gan, thận, phổi, mũi,
họng (Lê Huy Bá, 2008).
1.3.3 Vấn đề ô nhiễm Manganese trong nước ngầm
a. Ô nhiễm Manganese trong nước ngầm thế giới
Manganese có mặt trong hơn 100 loại khoáng khác nhau. Thông qua quá trình rửa
trôi, phong hoá đất đá và các hoạt động của con người, Manganese sẽ được tích tụ trong
các nguồn nước khác nhau như ao, hồ, sông, suối rồi ngấm vào mạch nước trong lòng
đất.
Nồng độ Manganese trong nước ngầm chịu ảnh hưởng của 3 yếu tố chính: địa hoá
của khoáng vật, điều kiện hoá học của nước và hoạt động của vi sinh vật.
Sự có mặt của Mn ở nồng độ thấp trong nguồn nước tự nhiên là cần thiết cho sức
khoẻ con người. Tuy nhiên ở nồng độ cao, Manganese lại gây ra nhiều tác động tiêu
cực.
Tình trạng ô nhiễm Manganesetrong nước ngầm đang xảy ra tại nhiều quốc gia
trên thế giới, trong đó đáng chú ý nhất là ở Bangladesh, Campuchia và đồng bằng sông
Mekong.
Ở Bangladesh, nồng độ Mn trong 3534 mẫu nước ngầm dao động trong khoảng từ
< 0,001 mg/L đến 9,98 mg/L. 27% số mẫu có nồng độ nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép của
Bangladesh (0,1 mg/L). 32% số mẫu có nồng độ Manganesetrong khoảng 0,1 -0,4 mg/L.
25% số mẫu có nồng độ trong khoảng 0,4 - 1,0 mg/L. 17% số mẫu có nồng độ
Manganese> 1,0 mg/L và 10 mẫu có nồng độ Manganesevượt quá 5 mg/L (Hasan
Samiul và cộng sự, 2010).
Vấn đề ô nhiễm nguồn nước hiện nay là một điểm nóng đối với đồng bằng châu
thổ sông Mekong rộng lớn (diện tích khoảng 62000km2). Asenic trong nước ngầm được
dùng làm nước uống có nồng độ dao động trong khoảng 0,1-1340 µg/L, với 37% số

giếng nghiên cứu có nồng độ asenic >10 µg/L, 50% số giếng có nồng độ Manganese
vượt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4mg/L). Do đó, Manganese được đánh giá
là chất gây ô nhiễm quan trọng thứ hai trong nước ngầm sau asenic ở đồng bằng Mekong.
Khoảng 2 triệu người dân sinh sống ở đây đang chịu sự ô nhiễm từ những nguồn nước
ngầm không qua xử lý. Điều đáng lưu ý là các giếng có nồng độ asenic thấp lại có hàm
lượng Manganese cao và ngược lại. Vì vậy, nước ngầm có thể an toàn về nguyên tố này
nhưng lại không an toàn đối với nguyên tố khác. Nồng độ Manganese cao cũng được
tìm thấy trong nước ngầm ở một số quốc gia khác như: Ghana, Thụy Điển, Newzealand,
SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

Hà Lan…Như vậy, ô nhiễm nước ngầm nói chung và ô nhiễm Manganese nói riêng
đang trở thành vấn đề mang tính thời sự, toàn cầu. Con người không thể sống thiếu nước.
Vì vậy, với việc sử dụng tài nguyên nước ngầm như hiện nay thì nguy cơ phơi nhiễm
Manganese, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người là rất lớn. Do đó, các các nhà khoa
học trên thế giới khuyến cáo cần phải tiếp tục điều tra nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm
Manganese trong nước một cách sâu rộng hơn nữa (Trần Hoàng Mai, 2011).
b. Ô nhiễm Manganese trong nước ngầm ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các tầng nước ngầm của đồng bằng sông Hồng và sông Mê-kông
đang được khai thác trên quy mô lớn để sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt. Hiện nay,
có khoảng 17 triệu người đang sống ở đồng bằng sông Mekong và khoảng 16,6 triệu
người đang sống ở đồng bằng sông Hồng đang sử dụng nước ngầm. Song nguồn nước
ngầm ở các khu vực này đang đe dọa sức khỏe hàng triệu người do ô nhiễm mangan.
Tuy nhiên, những nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm Manganese trong nước ngầm hoặc

trong nước giếng khoan tại Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế. Agusa và cộng sự (2005)
đã tìm thấy nồng độ asenic, Manganese và bari cao khi phân tích 25 mẫu nước giếng
khoan tại 2 huyện vùng ngoại ô Hà Nội là Gia Lâm và Thanh Trì. Giá trị trung vị của
nồng độ Manganese ở cả Gia Lâm và Thanh Trì đều lớn hơn 1 mg/L, 76% số mẫu nước
ngầm có nồng độ Manganesecao hơn tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L). Một
tỉnh khác ở đồng bằng sông Hồng là Hà Nam cũng đã ghi nhận thấy sự ô nhiễm
Manganese trong nước. 66 mẫu nước ngầm được thu thập ở 4 xã Vĩnh Trụ, Nhân Đạo,
Bồ Đề, Hòa Hậu. Điều đáng nói ở đây là hơn 70% số mẫu nước ngầm có nồng độ
Manganese vượt quá qui chuẩn cho phép trong nước ăn uống của Việt Nam (0,3 mg/L).
Tình trạng ô nhiễm nước ngầm ở đồng bằng sông Mê-kông, miền nam Việt Nam có
phần nặng nề hơn so với đồng bằng sông Hồng. Một nghiên cứu đã được tiến hành vào
năm 2007 - 2008 tại 4 tỉnh An Giang (n=107), Đồng Tháp (n=86), Kiên Giang (n=122)
và Long An (n=89) với tổng số mẫu thu thập được là 404 mẫu. Khoảng nồng độ
Manganesetrong nước thay đổi từ < 0,01 mg/L đến 14 mg/L. Trong đó, khi xét chung
toàn đồng bằng thì 74% số mẫu nước ngầm có nồng độ > 0,05mg/L. Tình hình ô nhiễm
ở các tỉnh cũng rất khác nhau. Hơn một nửa số mẫu ở An Giang và Đồng Tháp có nồng
độ Manganese> 0,05mg/L. Phần trăm số mẫu không an toàn về asen hay Manganeseở
An Giang và Đồng Tháp lần lượt là 93% và 76% 5. Đây là những bằng chứng ban đầu
về tình trạng ô nhiễm Manganese trong nước giếng khoan tại Việt Nam (Hoàng Thị
Hạnh, 2010).

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

1.3.4 Hàm lượng Manganese cho phép trong nước
Bảng 1.2 Giới hạn cho phép của Manganese trong nước thải
Văn bản

Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia

Giá trị giới hạn
Manganese (mg/L)

QCVN 09 : 2008 /
BTNMT

Chất lượng nước ngầm

0,5

QCVN 01 : 2009 / BYT

Chất lượng nước ăn uống

0.3

QCVN 40 : 2011 /
BTNMT

Nước thải công nghiệp

0.5 (A) và 1 (B)

Ghi chú: (A) Nguồn tiếp nhận được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
(B) Nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
1.3.5 Các phương pháp xử lý Manganese trong nước
a. Phương pháp hóa học
Sử dụng các chất oxy hóa mạnh như clo, ozone, KMnO4 để oxy hóa Mn2+ thành
Mn4+, Clo oxy hóa Mn2+ ở pH = 7 trong 60 – 90 phút; ClO2 và O3 oxy hóa Mn2+ ở pH =
6,5÷ 7 trong 10 – 15 phút.
Để xử lý 1 mg Mn2+ cần 1,35 mg ClO2 hay1,45 mg O3. KMnO4 oxy hóa Mn2+ ở
mọi dạng tồn tại thành Mn(OH)4.
b. Phương pháp sinh học
Sử dụng vật liệu đã được cấy trên bề mặt một loại vi khuẩn có khả năng hấp thụ
Manganese trong quá trình sinh trưởng. Xác vi khuẩn chết sẽ tạo ra trên bề mặt hạt vật
liệu lọc một màng Manganese oxide có tác dụng như chất xúc tác trong quá trình khử
Manganese.
c. Phương pháp oxy hóa làm thoáng
Phương pháp khử Manganese này cũng giống như khử sắt, tức là cũng bao gồm
các công đoạn làm thoáng, lắng, lọc. Do phản ứng oxy hóa Manganese xảy ra chậm nên
lớp cát Manganese phải dày hơn
Biện pháp tốt nhất để quá trình có thể đạt được hiệu suất và đảm bảo tạo ra được
lớp màng Mn(OH)4 bảo vệ bao quanh các hạt vật liệu làm màng xúc tác cho chu kỳ lọc
tiếp theo.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lõi ngô

d. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ Mn là kết quả của sự di chuyển phân tử Mn từ nước vào bề mặt chất hấp
phụ dưới tác dụng của trường lực bề mặt. Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận
nghịch. Nghĩa là sau khi những ion kim loại nặng đã được hấp phụ trên bề mặt chất hấp
phụ đến khi bão hòa rồi thì có thể di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ trong dung
dịch.
Có 2 kiểu hấp phụ: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện động.
Những chất có thể hấp phụ là than hoạt tính, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi
ion, than nâu, than bùn,…
1.4 Tổng quan về phương pháp hấp phụ
1.4.1 Khái niệm hấp phụ (Lê Văn Cát, 2002 và Trần Văn Nhân, 1998)
a. Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí
- lỏng, lỏng - lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ;
còn chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân loại hấp phụ thành
hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.
* Hấp phụ vật lý
Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các
ion...) ở bềmặt phân chia pha 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 nên dễ bị phá vỡ.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo
thành hợp chất hoá học (không hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị hấp phụ chỉ
bị ngưng tụ 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.
* Hấp phụ hoá học
Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tửchất hấp phụ tạo hợp chất hoá học với các

phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường
(liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liên kết phối trí...). Lực liên kết này mạnh nên khó bị
phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hoá học lớn, có thể đạt 800kJ/mol.

SVTH: Nguyễn Thục Uyên Thanh
GVDH: TS. Thái Phương Vũ

15