Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng cr (VI) của than hoạt tính biến tính bằng H3PO4 trên nền vỏ cà phê (2017)

Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

TRẦN THỊ PHƯƠNG MAI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
KIM LOẠI NẶNG Cr (VI) CỦA THAN
HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG H3PO4
TRÊN NỀN VỎ CÀ PHÊ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

HÀ NỘI, 2017

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------

TRẦN THỊ PHƯƠNG MAI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
KIM LOẠI NẶNG Cr (VI) CỦA THAN
HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG H3PO4
TRÊN NỀN VỎ CÀ PHÊ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học

Th.S ĐỖ THỦY TIÊN

HÀ NỘI, 2017

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới Ths. Đỗ

Thủy Tiên – trường ĐH Sư Ph m Hà N i 2 và PGS.TS. Ngô Kim Chi – Viện
Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản khóa luận tốt
nghiệp này.
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Hóa
học đã nhiệt tình giảng d y và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dưới
mái trường ĐH Sư ph m Hà N i 2.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, b n bè đã luôn t o mọi
điều kiện, đ ng viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập.
Do điều kiện thời gian và trình đ còn h n chế, nên bản thân khóa luận
này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của
thầy, cô giáo cũng như toàn thể các b n để khóa luận của em có thể hoàn
thiện hơn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Phương Mai

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu

thực sự của cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,
nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS. Đỗ
Thủy Tiên.
Các số liệu và những kết quả đo được trong khóa luận là trung thực, do
cá nhân em tiến hành thí nghiệm.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Phương Mai

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


KKhóa luận
Tên
tốt đầy
ýghiệp đủ

hi
Than ho t
ệu
tính
vi
(Activate
ết
d carbon)
tắ
t
Vật liệu
hấp phụ
A
C
V
L
H
P
S
E

Phương
pháp kính
hiển vi
điện tử
quét
(Scanning
Electron
Microsco
pe)

M

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

Trường ĐHSP Hà Nội
2


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. M t số hằng số vật lý của crom........................................................ 3
Bảng 1.2. Giá trị giới h n nồng đ của Cr VI trong nước thải công nghiệp.. 7
Bảng 1.3. M t số đường đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 13
Bảng 1.4. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng t i tỉnh ĐăkLăk
và tỉnh Điện Biên .................................................................................. 22
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm, nhiệt đ
đốt đến khả năng hấp phụ của VLHP ................................................... 30
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
VLHP .................................................................................................... 33
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ
của VLHP.............................................................................................. 35
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng
hấp phụ .................................................................................................. 36

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng đ Cr VI đến hiệu quả hấp
phụ của VLHP....................................................................................... 38
Bảng 3.6. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Cr (VI) của VLHP ................... 39

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ..................................... 15
Hình 1.2. Sự phụ thu c của Ccb/q vào Ccb............................................... 15
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng đ Cr (VI)....................... 29
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm
than, nhiệt đ đốt than đến khả năng hấp phụ của VLHP ............ 30
0

Hình 3.3. Mẫu 30%-400 C dùng làm VLHP .......................................... 31
Hình 3.4. Than chưa biến tính................................................................. 32
Hình 3.5. Than biến tính bằng H3PO4 ..................................................... 32
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
VLHP ............................................................................................ 34
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp
phụ của VLHP............................................................................... 35
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả

năng hấp phụ ................................................................................. 37
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng đ đầu Cr VI đến hiệu
suất hấp phụ của VLHP ................................................................ 38
Hình 3.10. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr
(VI)................................................................................................ 40
Hình 3.11. Sự phụ thu c của C/q vào C của VLHP đối với Cr (VI) ...... 40

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom................................................................. 3
1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom................................................. 3
1.1.2. Công dụng của crom ....................................................................... 4
1.1.3. Ảnh hưởng của crôm....................................................................... 5
1.1.4. Hiện tr ng ô nhiễm Cr (VI) do công nghiệp m điện t i Việt Nam6
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ........................................................ 7
1.2.1. Các khái niệm ................................................................................. 7
1.2.2. Cân bằng hấp phụ ......................................................................... 11
1.2.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ........................................... 13
1.3. Than ho t tính

C và cấu trúc bề m t của C .................................. 15

1.3.1. Giới thiệu về C ........................................................................... 15
1.3.2. Điều chế C.................................................................................. 16
1.3.3. Cấu trúc xốp của bề m t than ho t tính ........................................ 19
1.4. Tổng quan về vật liệu vỏ cà phê ........................................................... 22
1.4.1. Giới thiệu về vỏ cà phê ................................................................. 22
1.4.2. Thành phần chính của vỏ cà phê................................................... 22
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu: .......................................................................... 24
2.2. Hóa chất và dụng cụ.............................................................................. 24
2.2.1. Hóa chất ........................................................................................ 24
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ..................................................... 24
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 25
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu ....................................................... 25
Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

2.3.2. Phương pháp phân tích.................................................................. 25
2.4. Phương pháp thực nghiệm .................................................................... 25
2.4.1. Xây dựng đường chuẩn Cr (VI) .................................................... 25
2.4.2. Thực nghiệm chế t o vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê ........... 26

2.4.3. Thực nghiệm nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI).............. 27
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 29
3.1. Lập đường chuẩn Cr (VI)...................................................................... 29
3.2. Kết quả chế t o vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê ............................ 29
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng đ H3PO4 ngâm tẩm, nhiệt đ đốt đến khả
năng hấp phụ của VLHP ............................................................... 29
3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề m t của VLHP................................ 32
3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr VI ............................... 33
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP.................. 33
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP ........ 34
3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của
VLHP ............................................................................................ 36
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng đ Cr VI đến hiệu quả hấp phụ của VLHP
....................................................................................................... 37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 434

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài
Trong m t vài thập kỷ gần đây, sự phát triển m nh của kinh tế cũng như

bùng nổ dân số đã t o ra nhiều sức ép lên môi trường sống, m t trong số đó là
vấn đề ô nhiễm kim lo i n ng trong nước. Các ho t đ ng công nghiệp hay
sinh ho t của con người đã phát thải m t số lượng lớn kim lo i n ng đ c h i
vào môi trường đất và nước, tích lũy trong chuỗi thức ăn và cuối cùng tác
đ ng tới con người [20]. Trong số các kim lo i n ng thì Cr (VI) có đ c tính
cao, có thể gây ra các bệnh ngoài da, thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm
thận, ung thư phổi

Việc lo i trừ các thành phần chứa kim lo i n ng đ c h i,

đ c biệt là Cr (VI) ra khỏi nguồn nước ngầm hay nước thải công nghiệp là
m t trong những mục tiêu môi trường quan trọng cần phải giải quyết hiện
nay. Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách lo i các ion kim lo i
n ng khỏi môi trường nước, như: phương pháp hóa lý phương pháp hấp phụ,
phương pháp trao đổi ion
học,

, phương pháp sinh học, phương pháp hóa

Trong đó, phương pháp hấp phụ được áp dụng r ng rãi và cho kết quả

rất khả thi [12].
Than ho t tính (AC) với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết
cho ứng dụng để thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong
xử lý nước thải [17]. Nhu cầu về AC đang gia tăng nhanh chóng với nhận
thức cao về bảo vệ môi trường. Tuy nhiên giá của các lo i AC là rất đắt tiền
do thực tế rằng hầu hết các sản phẩm

C thương m i có nguồn gốc từ các

nguyên liệu tự nhiên tốn kém như gỗ ho c than. Do đó việc tận dụng phụ
phẩm nông nghiệp bao gồm vỏ cà phê, lõi ngô, bã trà, bã mía, vỏ trấu, mùn
cưa, vỏ dừa

để xử lý kim lo i n ng trong nước là m t trong những hướng

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

1


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

nghiên cứu đang được quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả mà nó
mang l i.
Từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ
kim loại nặng Cr (VI) của than hoạt tính biến tính bằng H3PO4 trên nền vỏ
cà phê”.
 Mục đích nghiên cứu
- Chế t o than ho t tính với chất ho t hóa là H3PO4 từ vỏ cà phê với các
điều kiện nhiệt đ và nồng đ chất ho t hóa khác nhau.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim lo i n ng Cr (VI) trong nước của
VLHP chế t o được.
 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế t o vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê.

- Đánh giá cấu trúc bề m t của VLHP.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI) của VLHP chế t o được.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.
- Xác định dung lượng hấp phụ của VLHP.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều chế được VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các
ion kim lo i n ng, những ion kim lo i gây ô nhiễm môi trường.
Về m t kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở
Việt Nam, là m t d ng vật liệu hấp phụ đ c biệt và giá thành hợp lý, phù hợp
với điều kiện kinh tế của Việt Nam.

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

2


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom
1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom
Crom là m t nguyên tố tương đối phổ biến trong thiên nhiên. Trong vỏ
-3

trái đất, crom chiếm 6.10 % tổng số nguyên tử. Khoáng vật chính của crom
là sắt cromit [Fe(CrO2)2]. Crom là nguyên tố thu c nhóm (VIB) trong bảng hệ
thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có số thứ tự là 24, cấu hình electron
5

1

lớp ngoài cùng là [Ar]3d 4s . Crom là m t kim lo i cứng, m t bóng, màu xám
thép với đ bóng cao và nhiệt đ nóng chảy cao. Crom nguyên chất là kim
lo i óng ánh, màu trắng xám. Các tr ng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2,
+3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các tr ng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các
hợp chất của crom với tr ng thái oxi hóa +6 là những chất có tính oxi hóa
m nh.
Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý của crom
5

Cấu hình electron

[Ar]3d 4s

1

Năng lượng ion hóa, ev
I1

6.76

I2

16.49

I3

30.95
o

Nhiệt đ nóng chảy, C
o

1875

Nhiệt đ sôi, C

2197

Nhiệt thăng hoa, KJ/mol

368.2

o

Bán kính nguyên tử, A

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

1.27

3

Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

1.1.2. Công dụng của crom
Crom nguyên chất rất dẻo, nhưng hợp kim của nó với m t số kim lo i
khác dùng trong kỹ thuật l i là những hợp kim rất cứng, vì vậy người ta
thường đưa vào thép để tăng đ cứng, đ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các
lo i thép hợp kim đ c biệt [11]. Crom được sử dụng trong ngành luyện kim để
tăng khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề m t. Nó có thể là m t thành
phần của hợp kim, chẳng h n như thép không gỉ để làm dao, kéo, dùng trong
m crom, trong quá trình anot hóa dương cực hóa nhôm , theo nghĩa đen là
chuyển bề m t nhôm thành ruby.
Làm thuốc nhu m và sơn: Oxit crom Cr2O3) là chất đánh bóng kim lo i
với tên gọi phấn lục. Các muối crom nhu m màu cho thủy tinh thành màu
xanh lục. Crom là thành phần t o ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử
dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. Nó t o ra màu vàng rực rõ của thuốc
nhu m và sơn.
Là m t xúc tác cromit được sử dụng làm khuôn để nung g ch ngói, các
muối crom được sử dụng trong quá trình thu c da, kali dicromat (K2Cr2O7) là
m t thuốc thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị
làm bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò m t tác
nhân chuẩn đ . Nó cũng được sử dung làm chất ổn định màu cho các thuốc
nhu m vải.
Oxit crom (CrO2 được sử dụng sản xuất băng từ, t o hiệu suất tốt hơn.
Trong y học, crom như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thường
duới d ng clorua crom (CrCl3). Ngoài ra nó còn được dùng làm phụ gia cho

vào xăng, làm dây dẫn điện chịu nhiệt đ cao

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

4


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

1.1.3. Ảnh hưởng của crôm
M c dù Crôm tồn t i ở nhiều tr ng thái khác nhau, chỉ có Cr (III) và
Cr (VI) gây ảnh hưởng lớn đến sinh vật và con người.
- Đường xâm nhập và đào thải:
Crôm xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, tiêu hóa và qua da.
Cr VI được cơ thể hấp thu dễ dàng hơn Cr III nhưng khi vào cơ thể Cr
(VI) sẽ chuyển thành d ng Cr (III). Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ
đường nào, Crôm cũng được hòa tan trong máu ở nồng đ 0.001mg/ml, sau
đó được chuyển vào hồng cầu và sự hòa tan ở hồng cầu nhanh hơn 10-20 lần.
Từ hồng cầu, Crôm được chuyển vào các tổ chức và phủ t ng. Crôm gắn với
Sidero filing albumin và được giữ l i ở phổi, xương, thận, gan, phần còn l i
thì qua phân và nước tiểu. Từ các cơ quan phủ t ng, Crôm l i được hòa tan
dần vào máu, rồi được đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm. Do đó
nồng đ Crôm trong máu và nước tiểu biến đổi nhiều và kéo dài.
- Tác đ ng đến sức khoẻ:
Qua ngiên cứu người ta thấy Crôm có vai trò sinh học như chuyển hóa

glucose, protein, chất béo ở đ ng vật hữu nhũ. Dấu hiệu của thiếu hụt Crôm ở
người gồm có giảm cân, cơ thể không thể lo i đường ra khỏi máu, thần kinh
không ổn định. Tuy nhiên với hàm lượng cao Crôm làm giảm protein, axit
nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản.
Cr VI đ c hơn Cr III . I RC đã xếp Cr (VI) vào nhóm 1, Cr (III) vào
nhóm 3 đối với các chất gây ung thư. Hít thở không khí có nồng đ Crôm (ví
3

dụ axit crômic hay Cr (III) trioxit) cao ( > 2μg/m ) gây kích thích mũi làm
chảy nước mũi, hen suyễn dị ứng, ung thư khi tiếp xúc với Crôm có nồng đ
cao hơn 100 1000 lần nồng đ trong môi trường tự nhiên). Ngoài ra Cr (VI)
còn có tính ăn mòn, gây dị ứng, lở loét khi tiếp xúc với da. Crom chủ yếu gây
Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

5


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

nên các bệnh ngoài da như loét da, viêm da tiếp xúc, loét thủng màng ngăn
mũi, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi... [6].
1.1.4. Hiện trạng ô nhiễm Cr (VI) do công nghiệp mạ điện tại Việt Nam
- Theo các số liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi m
có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung ở các thành phố lớn như Hà N i, Hải
Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa Trong quá trình sản xuất, nước

thải của các nhà máy xí nghiệp này đều bị ô nhiễm bởi các kim lo i n ng,
nhưng vấn đề xử lý nước thải còn chưa được quan tâm, xem xét đầy đủ ho c
việc xử lý chỉ mang tính hình thức vì đầu tư cho m t quy trình xử lý nước thải
khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm
minh, chỉ còn mang tính đối phó [2].
- Đ c trưng của nước thải ngành m điện là chứa hàm lượng cao các
muối vô cơ và kim lo i n ng như đồng, kẽm, crôm, niken

Trong nước thải

xi m thường có sự thay đổi pH rất r ng từ rất axit (pH = 2 3 đến rất kiềm
(pH = 10 11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi m , phần
đóng góp chính là các chất t o bóng, chất ho t đ ng bề m t

nên chỉ số

COD, BOD5 của nước thải m điện thường nhỏ và không thu c đối tượng cần
xử lý. Đối tượng cần xử lý chính trong nước thải là các muối kim lo i n ng
như crôm, đồng, kẽm, sắt, photpho [8].
- Lượng nước thải của m điện không phải là lớn so với các ngành công
nghiệp khác như nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt

song thành

phần và các chất đ c h i trong đó khá lớn. Hơn nữa, các chất đ c h i này l i
có những biến thiên hết sức phức t p và phụ thu c vào quy trình công nghệ
cũng như từng công đo n trong quy trình đó. Vì vậy, muốn xử lý đ t hiệu quả
cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo từng công đo n, từng
trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp.
Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa

học

6


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chứa Cr (VI) [1]. QCVN
40:2011/BTNMT quy định nồng độ của Cr (VI) trong nước thải công nghiệp
như sau:
Bảng 1.2. Giá trị giới hạn nồng độ của Cr (VI) trong nước thải công
nghiệp
Nguyên tố
Cr(VI)

Đơn vị
mg/l

Giá trị C
A

B

0.05

0.1

Trong đó:
C t A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh ho t;
C t B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh ho t;
Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định t i khu
vực tiếp nhận nước thải.
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.2.1. Các khái niệm
 Hấp phụ: là quá trình tích lũy chất trên bề m t phân cách các pha (rắnkhí, rắn-lỏng, khí-lỏng, lỏng-lỏng).
Trong đó:
- Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề m t có khả năng hút các
phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
- Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
m t chất hấp phụ.

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

7


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

- Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.

Hấp phụ là m t quá trình tỏa nhiệt. Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi
ra khỏi bề m t chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực
tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân
biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [3].
Hấp phụ vật lý
Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander
Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề m t chất hấp phụ (bao gồm cả ba
lo i lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì
vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao.
Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là m t
quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng đ ng giữa chất hấp phụ và bị hấp
phụ. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ
vật lý ít phụ thu c vào bản chất hóa học của bề m t, không có sự biến đổi cấu
trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [3].
Hấp phụ hóa học
Định nghĩa: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học (liên
kết c ng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí). Trong hấp phụ hóa học có sự
trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân
tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình
thành liên kết hóa học. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn
hơn 22kcal/mol.
Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là
tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. M t số trường hợp tồn t i cả
quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt đ thấp xảy ra quá
trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt đ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả
năng hấp phụ hóa học tăng lên [9] [13].
Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

8

Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

 Giải hấp phụ:
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề m t chất hấp phụ.
Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình
hấp phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đ c trưng
về hiệu quả kinh tế.
M t số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
- Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện t i chỗ, ngay trên c t hấp phụ
nên tiết kiệm được thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi
chất hấp phụ ở tr ng 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 đ t các

điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ.
- Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay
hơi ho c sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
- Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái t o khả năng hấp phụ của vật
liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [3].
 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước [3]
Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít
nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ.
Do sự có m t của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ c nh tranh và

có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước t o ra các c p hấp phụ là: chất bị
hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, c p nào có tương tác m nh hơn
thì hấp phụ xảy ra với c p đó.
Tính chọn lọc của các c p hấp phụ phụ thu c vào các yếu tố: đ tan của
chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước ho c kị nước của chất hấp phụ, mức đ
kị nước của chất bị hấp phụ trong nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp
phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thu c vào tính tương đồng về đ
phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt
Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

9


Khóa luận tốt
ghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2

trên chất hấp phụ không phân cực và ngược l i. Đối với các chất có đ phân
2-

cực cao, ví dụ các ion kim lo i hay m t số d ng phức oxy anion như SO4 ,
2-

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

10

3-

PO4 , CrO4

thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua

Khóa luận tốt
lớp
ghiệpđiện kép. Các ion ho c các phân tử có đ

Trường ĐHSP Hà Nội

phân cực2cao trong nước bị bao

bọc bởi m t lớp vỏ là các phân tử nước, do đó bán kính đ lớn) của các ion,
các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ
do tương tác tĩnh điện. Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn
sẽ được hấp phụ tốt hơn do đ phân cực cao hơn và lớp vỏ hyđrat nhỏ hơn.
Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của
dung dịch. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ
và chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu,
bazơ yếu ho c lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương ho c trung hoà
tùy thu c giá trị pH. T i giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề m t
chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề m t chất hấp phụ tích điện âm và
dưới giá trị đó bề m t chất hấp phụ tích điện dương. Đối với các chất trao đổi
ion diễn biến của hệ cũng phức t p do sự phân li của các nhóm chức và các
cấu tử trao đổi cũng phụ thu c vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ
cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và t o phức chất.

Ngoài ra, đ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề m t, kích thước mao
quản cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ.
Đối với các hợp chất hữu cơ, trong môi trường nước chúng có đ tan
khác nhau do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau. Phần lớn
các chất hữu cơ tồn t i trong nước d ng phân tử trung hòa, ít bị phân cực nên
quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ
vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thu c vào: pH của
môi trường, lượng chất hấp phụ, nồng đ chất bị hấp phụ

Trần Thị Phương Mai – K39D – Khoa hóa
học

11


Đ c tính của ion kim lo i n ng trong môi trường nước: để tồn t i được ở
tr ng thái bền, các ion kim lo i trong môi trường nước bị hydrat hóa t o ra lớp
vỏ là các phân tử nước, các phức chất hidroxo, các c p ion hay phức chất
khác. Tùy thu c vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trường, các
thành phần khác cùng có m t mà hình thành các d ng tồn t i khác nhau.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Khối lượng phân tử
- Cấu trúc phân tử
- Lo i và số lượng các nhóm chức
- Hàm lượng tro và các hợp chất dễ bay hơi
- Diện tích bề m t riêng
- Số lượng vi lỗ có trong vật liệu
- pH của môi trường hấp phụ và pH của vật liệu
- Liều lượng vật liệu hấp phụ

- Thời gian hấp phụ
- Nồng đ chất hấp phụ
1.2.2. Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là m t quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp
phụ khi đã hấp phụ trên bề m t chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha
mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian lượng chất bị hấp
phụ tích tụ trên bề m t chất hấp phụ càng nhiều thì tốc đ di chuyển ngược trở
l i pha mang càng lớn. Đến m t thời điểm nào đó, tốc đ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc đ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đ t
tr ng thái cân bằng [9] [13].
- Dung lượng hấp phụ cân bằng:


Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên m t
đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở tr ng thái cân bằng trong điều kiện xác định
về nồng đ và nhiệt đ [13].
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
q=

(
)

(1.1)


Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
V: thể tích dung dịch (l)
m: khối lượng chất hấp phụ (g )
Co: nồng đ dung dịch ban đầu (mg/l)

Ccb: nồng đ dung dịch khi đ t cân bằng hấp phụ (mg/l)
Trong quá trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng
thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề
m t ngoài chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong h t của chất
hấp phụ [6].
- Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng ở tr ng thái cân bằng
- Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng đ dung dịch bị hấp phụ và nồng đ
dung dịch ban đầu.
H=

(
)

100%

(1.2)

Trong đó:
H: Hiệu suất hấp phụ (%)
Co: nồng đ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng đ dung dịch khi đ t cân bằng hấp phụ (mg/l).


1.2.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
M t số đường hấp phụ đẳng nhiệt được nêu trong bảng sau:
Bảng 1.3. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ
STT

Tên đƣờng đẳng

nhiệt hấp phụ

1

Langmuir

2

Henry

Phƣơng trình

v

 b. p
v
1
b.p
0

Bản chất sự hấp
phụ
Vật lý và Hóa học

Vật lý và Hóa học

v
3

4

Freundlich
Shlygin-FrumkinTemkin
Brunauer-

5

Emmett-Teller
(BET)

v  k.p

1/ n

(n  1)

1
v
 ln C 0 .p
vm a
p
v.( p0 
p)



1
vm
C



C

Vật lý và Hóa học

Hóa học

p
.
1
vmC p0 Vật lý, nhiều lớp