Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ion Florua trên khoáng sét Yên Bái Và ứng dụng xử lý tách Florua khỏi nguồn nước : Luận văn ThS. Hóa học: 60 44 29

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------o0o--------------------------

BÙI THỊ PHƢƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION FLORUA
TRÊN KHOÁNG SÉT YÊN BÁI VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH
FLORUA KHỎI NGUỒN NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------------o0o--------------------------

BÙI THỊ PHƢƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION FLORUA
TRÊN KHOÁNG SÉT YÊN BÁI VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH
FLORUA KHỎI NGUỒN NƢỚC

Chuyên ngành: Hoá Phân Tích
Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung

HÀ NỘI – 2011


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………..1
CHƢƠNG1 : TỔNG QUAN………………………………………………… 2
1.1. Giới thiệu chung về flo………………...……………………………… 2
1.1.1. Trạng thái tự nhiên …………………………..............................................2
1.1.2. Ứng dụng của flo………………………………………………………. 3
1.2 Tính chất độc hại của florua……………………………………………… 4
1.3 Các phƣơng pháp loại bỏ Florua khỏi nguồn nƣớc………………………5
1.3.1. Kết tủa với tricanxi photphat…………………………………………… 5
1.3.2 Hấp phụ flo lên Mg(OH)2…………………………………………………5
1.3.3 Hấp phụ flo lên oxit nhôm…………………………………………………6
1.4 Các phƣơng pháp xác định florua……………………………………… 8
1.4.1. Phương pháp phân tích khối lượng………………………………………8
1.4.2. Phương pháp phân tích điện hoá……………………………………… 8
1.4.2.1. Phương pháp chuẩn độ điện hoá……………………………………… 8
1.4.2.2. phương pháp điện thế dùng cực chọn lọc với ion Florua.......................8
1.4.3 . Các phương pháp quang phổ………………………………………… 10
1.4.3.1. Phương pháp Alizarin xanh………………………………………… 10
1.4.3.2. Phương pháp Zirconium- Eriochrom zanine R……………………… 11
1.4.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)………………..................... 11
1.4.5 Phương pháp phân tích sắc ký………………………………………… 12
1.5 Giới thệu về thuốc thử xylenol da cam(XO)…………………………… 13
1.6 Giới thiệu về bentonit…………………………………………………… 14
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM………………………………………………17
2.1. Nội dung nghiên cứu ................................................................................17

2.2. Dụng cụ và máy móc………………………………………….................17
2.3. Hoá chất sử dụng……………………………………………………… 18
2.4. Tổng hợp vật liệu hấp phụ Flo………………………………………….18
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ florua
của vật liệu..........................................................................................................19
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ.................................19
2.5.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ.................................................19


2.5.3. Xác định dung lượng hấp phụ theo phương trình Langmuir.....................20
2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của các ion lạ và các ion.........................................21
2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ theo phƣơng pháp động……………… 22
2.6.1. Cách tiến hành………………………………………………………… 22
2.6.2. Tính toán…………………………………………………………………22
2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH……………………………………………23
2.7. Phƣơng pháp xác định Florua………………………………………… 23
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………… 25
3.1. Tối ƣu hoá điều kiện xác định Florua bằng phƣơng pháp đo quang…25
3.1.1. Tối ưu hoá điều kiện hình thành phức Al3+ với xylenol da cam……… 25
3.1.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang phức mầu Al3+ với xylenol da cam…… 25
3.1.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới sự hình thành phức màu của Al3+
với xylenol da cam.……………………………………………………….........26
3.1.1.3. Ảnh hưởng của thời gian tới độ bền của phức màu. ………………… 27
3.1.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử. ………………………………… 29
3.1.2. Ứng dụng xác định florua……………………………………………… 31
3.1.2.1. Khoảng tuyến tính của phép đo……………………………………… 31
3.1.2.2 . Lập phương trình đường chuẩn của florua………………………… 33
3.1.2.3. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng cuả phương pháp………… 34
3.1.2.4. Sai số và độ lặp lại của phép đo quang……………………………… 36
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua………………………………… 38

3.2.1. Xác định một số tính chất vật lý của vật liệu hấp phụ florua ………… .38
3.2.1.1. Xác định phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu…………………………… 38
3.2.1.2. Xác định hình dạng vật liệu ………………………………………… 43
3.2.1.3. Xác định diện tích bề mặt riêng và đường kính lỗ xốp……………… 45
3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ florua của vật liệu theo phương
pháp tĩnh……………………………………………………………………… 45
3.2.2.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu………………45
3.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng……………………………… 47
3.2.2.3. Khảo sát nồng độ ban đầu florua đến khả năng hấp phụ..………….. 49
3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng cạnh tranh của các ion………………………… 51
3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ở điều kiện động………………55


3.2.3.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu………………… 55
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của bản chất, nồng độ dung dịch rửa giải………55
3.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu của
florua lên VL2………………………………………………………………… 56
3.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải. ……………………………57
3.2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải …….. 58
3.2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion cản trở đến khả năng hấp thu florua
trên VL2……………………………………………………………………….. 60
3.3. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu 62
3.4. Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa florua……………………………… 64
KẾT LUẬN……………………………………………………………………66
Tài liệu tham khảo………………………………………………………… . . 68

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

LOD(Limit of detection): Giới hạn phát hiện
LOQ(Limit of quantity): Giới hạn định lượng

VL1: Khoáng sét Bentonit
VL2: Bentonit biến tính
MMT: Montmorillonit
XO: Xylenol da cam
TISAB: Total Ionic Strength Adjustment Buffer
CDTA: 1,2 cyclohexylen dinitrinotetraaxetic axit


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Một số đặc điểm của nguyên tử flo………………………………… 2
Bảng 1.2: Thành phần cấu tạo bentonit……………………………………… 14
Bảng 3.1 : Khảo sát phổ hấp thụ quang phức mầu Al3+ với xylenol da cam… 25
Bảng 3.2: Ảnh hưởng cuả pH đến độ hấp thụ quang A……………………… 27
Bảng 3.3 : Ảnh hưởng của thời gian tới độ bền của phức màu……………… 28
Bảng 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử…………… 30
Bảng 3.5: Khoảng tuyến tính của florua ……………………………………… 32
Bảng 3.6: Số liệu thống kê lập đường chuẩn của nguyên tố khảo sát………… 33
Bảng 3.7: Phân tích mẫu trắng…………………………………………………35
Bảng 3.8: Một số giá trị liên quan…………………………………………… 36
Bảng 3.9: Sai số cuả phép đo quang xác định florua………………………… 37
Bảng 3.10: Độ lặp lại của phép đo quang………………………………………38
Bảng 3.11: Dung lượng hấp phụ của vật liệu phụ thuộc vào pH của dung dịch
florua………………………………………………………………………… 46
Bảng 3.12: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu
………………………………………………………………………………… 48
Bảng 3.13:Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ florua ban đầu……49
Bảng 3.14 : Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion SiO32- đến dung lượng hấp
phụ.......................................................................................................................52
Bảng 3.15: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion PO43- đến dung lượng hấp

phụ.......................................................................................................................52
Bảng 3.16: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion Fe3+ đến dung lượng hấp
phụ…………………………………………………………………………… 53
Bảng 3.17: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion AsO42- đến dung lượng hấp
phụ…………………………………………………………………………… 53


Bảng 3.18: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion AsO42-, SiO32-, PO43- ,Fe3+ đến dung
lượng hấp phụ của VL2……………………………………………………… 54
Bảng 3.19: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ rửa giải NaOH đến khả năng
rửa giải…………………………………………………………………………55
Bảng 3.20 : Kết quả khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp
thu………………………………………………………………………………57
Bảng 3.21: Kết quả khảo sát thể tích rửa giải………………………………… 58
Bảng 3.22 : Kết quả khảo sát tốc độ rửa giải………………………………… 59
Bảng 3.23: Ảnh hưởng của các ion kim loại nặng đến hiệu suất thu hồi …… 60
Bảng 3.24: Ảnh hưởng của các anion đến hiệu suất thu hồi………………… 61
Bảng 3.25: Thành phần mẫu giả……………………………………………… 62
Bảng 3.26: Kết quả hấp phụ tách loại florua của dung dịch mẫu giả…………..63
Bảng 3.27: Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu………… 63
Bảng 3.28: Kết quả phân tích mẫu thật……………………………………… 64


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Các mẫu khoáng vật florit…………………………………………… 3
Hình 1.2: Cấu trúc của xylenol da cam……………………………………… 13
Hình1.3: Cấu trúc của Montmorilonit…………………………………………15
Hình 2.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir……………………………… 21
Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang của phức Al3+ với xylenol da cam………………26

Hình 3.2 : Ảnh hưởng cuả pH đến độ hấp thụ quang A………………………27
Hình 3.3 : Ảnh hưởng của thời gian tới độ bền của phức màu…………………29
Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử…………… 30
Hình 3.5: Khoảng tuyến tính của florua……………………………………… 32
Hình 3.6: Đồ thị sự phụ thuộc nồng độ Florua vào độ hấp thụ quang phức mầu
Al3+ với xylenol da cam……………………………………………………… 34
Hình 3.7a: Phổ nhiễu xạ tia X của VL1trước khi hấp phụ florua…………… 39
Hình 3.7b: Phổ nhiễu xạ tia X của VL1 sau khi hấp phụ florua………………. 40
Hình 3.7c: Phổ nhiễu xạ tia X của VL2 trước khi hấp phụ florua…………… 41
Hình 3.7d: Phổ nhiễu xạ tia X của VL2 sau khi hấp phụ florua……………… 42
Hình 3.8a : Bề mặt của VL1……………………………………………………43
Hình 3.8b: Bề mặt của VL2 trước khi hấp phụ florua ……………………… 44
Hình 3.8c: Bề mặt của VL2 sau khi hấp phụ florua ………………………… 44
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ của vật liệu vào pH
dung dịch……………………………………………………………………… 47
Hình 3.10 : Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu…… 48
Hình 3.11: Sự phụ thuộc khả năng hấp phụ của mẫu vào nồng độ florua.......... 50
Hình 3.12: Đồ thị phụ thuộc CE/Q vào CE...........................................................51


Hình 3.13: Dung lượng hấp phụ của florua khi có mặt của SiO32-…………… 52
Hình 3.14: Dung lượng hấp phụ của florua khi có mặt của PO43-…………… 52
Hình 3.15: Dung lượng hấp phụ của florua khi có mặt của Fe3+ …………… 53
Hình 3.16: Dung lượng hấp phụ của florua khi có mặt của AsO42- ………… 53
Hình 3.17: Dung lượng hấp phụ florua của VL2 khi có mặt AsO42-, SiO32-, PO43, Fe3+ ………………………………………………………………………… 54
Hình 3.18: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào nồng độ NaOH……… 56
Hình 3.19: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào tốc độ nạp mẫu……… 57
Hình 3.20: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào thể tích rửa giải……… 58
Hình 3.21: thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào tốc độ rửa giải…………… 59

Mở đầu
Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan
tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu
cuộc sống của con người.
Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên
nghiêm trọng đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà
không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống cộng
đồng.
Việt Nam chúng ta đã và đang coi trọng đến vấn đề xử lý môi trường, ngăn
chặn tình trạng ô nhiễm. Khu vực Lâm Thao – Phú Thọ thuộc vùng trung du có
địa hình đồi núi xen kẽ đồng bằng tương đối bằng phẳng, có cao độ khác nhau từ
5 đến 10m, và có độ dốc khác nhau. Đây là khu vực tập chung nhiều nhà máy xí
nghiệp hoá chất, giấy, ắc qui, phân bón trên địa bàn tỉnh Phú Thọ. Môi trường
nước ở đây dễ bị ảnh hưởng bởi nền sản xuất công nghiệp. Flo trong nước thải
ra môi trường là chất độc gây hại trực tiếp đến các các loài thủy sinh và gây ô
nhiễm nguồn nước. Đối với cơ thể con người flo cần thiết cho chống loãng
xương và sâu răng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép của flo trong
nước uống là 0,5-1,5 mg/l. Nhưng nếu thường xuyên phải nhận lượng flo trên 6
mg/ ngày qua thức ăn và nước uống có thể gây nên nhiễm độc flo với các biểu
hiện cứng khớp, giảm cân, giòn xương, thiếu máu và suy nhược...
Việc xử lý các nguồn nước thải chứa flo đã được đặt ra và thực hiện từ lâu
nhưng trên thực tế chưa được thực hiện triệt để đối với một số cơ sở sản xuất có
nguồn thải flo cao. Mặt khác việc phân tích xác định hàm lượng flo trong nước
thải là một vấn đề không dễ thực hiện đối với các cơ sở sản xuất. Vì vậy rất khó
để theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý cũng như kiểm soát được chất lượng nước
thải trước khi thải ra môi trường. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành
nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Florua của khoáng sét và ứng dụng tách loại
Florua khỏi nguồn nước thải.

1


CHƯƠNG1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về flo[5]
Flo ở trạng thái tự do được nhà bác học Pháp A.Muaxan tìm thấy lần đầu
tiên năm 1886

Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học flo có ký hiệu là F và số nguyên
tử là 9. Flo là halogen hoá trị -1 ở dạng khí có mầu vàng lục và là chất độc cực
mạnh. Nó là chất oxi hoá và hoạt động hoá học mạnh nhất trong tất cả các
nguyên tố. Ở dạng nguyên chất flo cực kỳ nguy hiểm gây ra các vết bỏng hoá
học trên da.
Bảng 1.1: Một số đặc điểm của nguyên tử flo
Cấu hình
electron
[He]2s22p5

Năng lượng ion hoá
Ái lực
electron
Thứ 1 Thứ 2 Thứ 3 Thứ 4
kcal/ntg
401,8

806,7

1445

2012

79,5

Độ
âm
điện
4

Bán
kính
nguyên
tử (Ao)
0,64

1.1.1. Trạng thái tự nhiên [2]
Người ta cũng tìm thấy flo trong quặng , quặng apatit, đá alkali, granit, nước
tự nhiên, nước thải, trong vật liệu hữu cơ, trong thực phẩm, trong cơ thể con
người … Nhưng nồng độ flo tìm thấy không lớn thường có nồng độ khoảng
1ppm. Nếu nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn đều gây ảnh hưởng nghiêm trọng
đến sức khoẻ con người và động vật…
2


Hình 1.1: Các mẫu khoáng vật florit
Flo có một vài ứng dụng thực dụng, thực tế như flo được dùng để điều chế
khí freon dùng trong các máy lạnh, điều chế các polymer chứa flo rất bền đối
với hoá chất; trong kem đánh răng flo là một chất không thể thiếu, nó có vai trò
bảo vệ răng; flo lỏng và một số hợp chất của flo dùng làm chất oxi hoá nhiên
liệu tên lửa.
1.1.2. Ứng dụng của flo [5]

Flo được sử dụng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp như: teflon,
freon.
Flo đơn nguyên tử được sử dụng để khử tro thạch anh trong sản xuất các
chất bán dẫn.
Axit flohidric được sử dụng để khắc kính.
Cùng với các hợp chất của nó flo được sử dụng trong uran và trong hơn
100 các hoá chất flo thương mại khác bao gồm các chất dẻo chịu nhiệt cao.

3


Các floroclorocacbon được sử dụng trong các máy điều hoà không khí và
các thiết bị đông lạnh, nhưng hiện giờ đẵ được loại bỏ vì chúng tạo ra các lỗ
thủng ozon.
Hexafloroaluminat kali còn gọi là cryolit được sử dụng trong điện phân
nhôm.
Floro natri được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, đặc biệt để chống
gián.
Một số các florua khác thông thường được thêm vào thuốc đánh răng và
hệ thống cung cấp nước sạch để ngăn các bệnh nha khoa.
1.2.

Tính chất độc hại của Florua
Mặc dù flo nguyên chất ở dạng khí nhưng trong môi trường flo thường kết

hợp với các nguyên tố khác tạo thành các hợp chất muối florua. Flo thường bị
mủn răng do flo lấy caxi của răng. Flo có thể lấy canxi của xương làm cho
xương bị xốp, làm xương giòn và dễ gãy. Flo lấy canxi trong máu gây hội chứng
co cơ, suy tim mạch[5].
Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lượng cho phép của flo trong nước uống là

0,5-1,5 mg/l. Nhưng nếu thường xuyên phải nhận lượng flo trên 6 mg/ ngày qua
thức ăn và nước uống có thể gây nên nhiễm độc flo với các biểu hiện cứng khớp,
giảm cân, giòn xương, thiếu máu và suy nhược...
Hợp chất HF ở dạng khí có thể bị hít vào phổi. Người bị nhiễm HF có thể
bị đau xương ức, ho ra đờm và có máu.
Florua có mặt trong các loại quặng photphat ở hàm lượng 10 – 14%(tính
theo P2O5). Khi bị axit hoá nó tạo thành axit HF.
Nếu có đủ silic oxit hoạt tính trong quặng HF sẽ phản ứng với nó tạo
thành hợp chất H2SiF6 là hợp chất không có tính ăn mòn cao. Ở mức thấp hơn
nhôm cũng có tác dụng với flo vào dạng nhôm silicat.
Nhìn chung tỉ lệ F2/SiO2 dưới 1,8 thì tốc độ ăn mòn vẫn nằm trong giới
hạn có thể chấp nhận được. Nếu tỉ lệ này cao hơn, trong hỗn hợp sẽ còn dư HF
4


gây ra ăn mòn mạnh. Sự có mặt của Ca, Mg, Na tuy dẫn đến sự tạo thành cặn
nhưng không góp phần tăng thêm sự ăn mòn. Các ion sắt hỗ trợ cho sự hình
thành màng thụ động ức chế ăn mòn. Tóm lại cả flo và HF cần phải được sử
dụng với một yêu cầu hết sức nghiêm ngặt, phải tránh mọi sự tiếp xúc với da và
mắt.
1.3. Các phương pháp loại bỏ florua khỏi nguồn nước
1.3.1. Kết tủa với tricanxi photphat [3]
Khả năng kết hợp giữa nguyên tố flo với tricanxi photphat tạo hợp chất ít
tan, bền. Trong quặng apatit photphoit trong tự nhiên luôn chứa một lượng flo từ
2 – 5%
3Ca3 ( PO4 )2 + NaF + Ca ( HCO3 )2 ⇔ Ca9 ( PO 4 )6 Ca  F2 + 2 NaHCO3

Canxi bicabonat là thành phần luôn có trong nước, nhất là nước ngầm,
trong quá trình loại bỏ flo, độ cứng (Ca2+) của nước có giảm một chút nhưng
không đáng kể. nguyên liệu tricanxi photphat có thể có nguồn gốc tự nhiên:

xương gia xúc, than xương, apatit tổng hợp hoặc chế tạo từ axit photphoric và
vôi.
1.3.2. Hấp phụ flo lên Mg(OH)2 [3]
Magie hydroxit có thể hình thành ngay trong nước khi pH của môi trường
đủ lớn (pH > 10,5) trong quá trình khử cứng với vôi – soda. Khả năng hấp phụ
của Mg(OH)2 đối với F- là 50- 60mg/mg Mg hay 100-150mg/mg Mg(OH)2/mgF. Dựa trên tính chất đó người ta có thể phối hợp phương pháp khử Mg2+ (cứng)
với khử flo bằng phương pháp vôi – soda. Tại trạm xử lý Algel (USA) trong khi
khử cứng với vôi hàm lượng flo giảm từ 1,5 mg/l xuống 0,7 mg/l đồng thời hàm
lượng Mg2+ cũng giảm từ 46,75

10

93,54

100

65,33

0

97,42

10

94,36

100

67,31

0

96,88

10

92,35

100

59,54

0

97,12

10

92,25

100

64,26

0

96,58

10

93,21

100

62,12

60


Từ kết quả thu được chúng tôi thấy các ion kim loại đều ảnh hưởng đến
hiệu suất thu hồi.
*Ảnh hưởng của các anion
Bảng 3.24: Ảnh hưởng của các anion đến hiệu suất thu hồi
Các anion
Cl-

NO3-

SO42-

AsO42-

SiO32-

PO43-

Nồng độ anion(mg/l)

Hiệu suất thu hồi(%)

0

96,85

10

96,76

100

97,02

0

96,76

10

97,14

100

96,43

0

97,23

10

96,58

100

96,84

0

96,75

10

72,57

100

54,23

0

97,25

10

71,53

100

50,13

0

96,88

10

60,47

100

48,97

Từ kết quả thu được chúng tôi thấy các anion Cl-, NO3-, SO42- không ảnh
hưởng đến hiệu suất thu hồi ngay cả khi nồng độ cuả các chất này lớn. Các
anion AsO42-, SiO32- , PO43- ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi.

61


3.3. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
Để đánh giá khả năng hấp phụ của florua lên VL2, chúng tôi tiến hành thử
nghiệm xử lý mẫu giả. Các mẫu giả có thành phần tương tự như mẫu thật có thể
tích là 1,0 lít, pH = 5 và có thành phần cho ở bảng dưới đây:
Bảng 3.25: Thành phần mẫu giả
Ion

Nồng độ (mg/l)

F-

6,00

Fe3+

2,00

As

0,01

Ca2+

5,00

Mg2+

5,00

SiO32-

1,00

Al3+

0,50

Mn2+

0,2

SO42-

0,1

P

3,0

Sau đó cho chảy qua cột hấp phụ (cao 5cm, đường kính trong 1cm) chứa 2
gam vật liệu. Cuối cùng giải hấp bằng 30 ml dung dịch NaOH 0,05M, rồi xác
định bằng phương pháp đo UV-VIS (mỗi mẫu làm lặp lại 5 lần). Kết quả cho ở
bảng sau:

62


Bảng 3.26: Kết quả hấp phụ tách loại florua của dung dịch mẫu giả

Nguyên

Khối lượng

tố

đầu (mg)

F

6000

Lượng

Lượng Flo

Hiệu suất

Flo còn

đã hấp phụ

hấp phụ

lại

(mg/l)

(%)

(mg/l)

5875

125

97,91

5880

120

98,00

5904

96

98,40

5788

212

96,47

5884

116

98,07

Từ kết quả bảng 3.26 chúng tôi có thể kết luận việc sử dụng VL2 làm vật
liệu hấp phụ florua trong nước thải đạt hiệu suất hấp phụ cao, có khả năng ứng
dụng vật liệu này để tách florua ra khỏi nguồn nước thải.
*Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
Chuẩn bị cột hấp phụ chứa 2 gam VL2. Cho 1,0 lit dung dịch mẫu giả có
thành phần tương tự như mẫu thật như trên, cho chảy qua cột hấp phụ với tốc độ
1ml/phút. Rửa cột bằng nước cất, sau đó rửa bằng 30ml dung dịch NaOH
0,05M. Sau khi rửa giải hoàn toàn có thể sử dụng lần 2 với các điều kiện qui
trình như lần đầu. Tiến hành khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu và kết
quả thu được ghi trong bảng 3.27.

Bảng 3.27: Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu
Số lần sử dụng vật liệu

1

2

3

4

5

Hiệu suất hấp phụ(%)

100

93,16

80,57

68,88

45,16

Từ kết quả bảng 3.27 chúng tôi thấy VL2 có khả năng tái sử dụng cho
những lần sau, tuy nhiên hiệu suất hấp phụ giảm dần. Vì vậy cần nghiên cứu các

63

biện pháp xử lý thích hợp để tái sử dụng vật liệu khi xử lý nguồn nước thải chứa
florua.
3.4. Thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa florua
* Lấy mẫu: Tiến hành lấy mẫu theo đúng TCVN
* Xử lý mẫu: Mẫu nước thải được axit hóa bằng HNO3 65% (Mecrk) sao cho
pH = 2.Sau khi để lắng, tiến hành lọc sơ bộ để loại bỏ phần lơ lửng, thu lấy phần
nước trong. Điều chỉnh mẫu đến pH = 5 (bằng NaOH và HNO3) rồi cho chạy
qua các cột hấp phụ (cao 5cm, đường kính trong 1cm) chứa 2 gam vật liệu, tốc
độ 1ml/ phút. Rửa giải cột bằng 20 ml NaOH 0,1M, tốc độ 1ml /phút và xác
định bằng phép đo UV-VIS (thí nghiệm được làm lại 3 lần lấy kết quả trung
bình).
Trong nghiên cứu này, chúng tôi lấy mẫu nước thải ở khu vực Supe –
Lâm Thao – Phú Thọ.
Ngoài phương pháp xác định hàm lượng F sau khi đã làm giàu như trên,
chúng tôi cũng đã đo hàm lượng F- bằng phép đo UV-VIS tại phòng máy Khoa
hoá học – Trường Đại học khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nôi để so
sánh. Kết quả thu được ghi trong bảng 3.28.
Bảng 3.28: Kết quả phân tích mẫu thật
Mẫu

Lượng

Lượng

Lượng

Lượng

florua trước

florua đã

florua còn

florua được

khi hấp thụ

hấp phụ

lại sau hấp

loại bỏ(%)

(mg/l)

(mg/l)

phụ (mg/l)

1

6,46

6,34

0,12

98,14

2

6,28

6,17

0,11

98,24

3

6,15

6,07

0,08

98,70

4

6,32

6,17

0,15

97,62

5

6,38

6,29

0,09

98,58

64


Từ kết quả nghiên cứu xử lý một số mẫu nước chứa florua cho thấy hiệu
suất tách loại florua của bentonit biến tính khá cao (trên 98%). Từ đó chúng tôi
có thể kết luận về triển vọng ứng dụng vật liệu bentonit biến tính tách loại florua
khỏi nguồn nước thải.

65


KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sỹ với nội dung đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion florua trên khoáng sét Yên Bái và ứng dụng
sử lý tách florua khỏi nguồn nước”. Chúng tôi đã thực hiện được một số công
việc sau:
1. Đã nghiên cứu tối ưu hoá các điều kiện xác định florua bằng phương pháp
trắc quang với phức mầu Al3+ với xylenol da cam.
Các điều kiện tối ưu xác định florua bằng phương pháp trắc quang với phức

mầu Al3+ với xylenol da cam như sau:
- Phổ hấp thụ ánh sáng của phức mầu đạt cực đại ở bước sóng 452nm, pH =
5, tỷ lệ Al3+ và xylenol da cam là 1:1…
- Tìm được khoảng tuyến tính của phép đo: 20 – 180 mg/l.
- Xây dựng đường chuẩn xác định florua:
y = ( 0, 002 ± 3,86.10−5 ) .x + ( 0, 064 ± 0, 0044 )

- Tìm được: Giới hạn pháp hiện là 0,839 mg/l
Giới hạn định lượng là 2,8 mg/l
2.

Đã điều chế vật liệu bentonit biến tính

3. Xác định tính chất vật lý của vật liệu
Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu kích thước nhỏ(cỡ
nanomét). Bằng phương pháp chụp SEM, BET cho thấy VL2 có bề mặt rỗng
xốp và đo diện tích bề mặt đối với VL1: 21,143(m2/g); VL2: 44,7261( m2/g).
4. Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ florua trên
VL1 và VL2:
- pH = 3 – 10, thời gian hấp phụ là 10 giờ.
- Đã khảo sát đước ảnh hưởng của nồng độ đầu và tìm được dung lượng
hấp phụ cực đại đối với florua là: 29,078 (mg/g).
66


- Khảo sát được ảnh hưởng của các ion kim loại đến khả năng hấp phụ của
vật liệu.
5. Đã khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu ở điều kiện động:
- Dung lượng hấp phụ cực đại đối với florua là: 37,6 mg/g.
- Tốc độ hấp phụ là 1,0 ml/phút, tốc độ rửa giải là 1,0 ml/phút.

- Thể tích dung dịch rửa giải là 30 ml NaOH với nồng độ 0,05M.
- Khảo sát ảnh hưởng của một số ion cản trở đến khả năng hấp phụ.
6. Áp dụng thử nghiệm xử lý một vài mẫu nước thải chứa florua.
Với những gì đã làm được trong bản luận văn này, chúng tôi hy vọng đây
là một đề tài hữu ích cho việc áp dụng sử lý mẫu nước thải chứa florua. Qua
nghiên cứu chúng tôi kết luận rằng có thể sử dụng vật liệu bentonit biến tính
để hấp thụ xử lý tách florua khỏi nguồn nước bị ô nhiễm.

67


Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Đặng Văn Giáp(1997), Phân tích giữ liệu khoa học bằng chương trình
MS – Excel, Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Hoàng Nhâm (1998), Hoá vô vơ, tập 2, nhà xuất bản giáo dục.
3. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hoá học và Kỹ thuật xử lý nước, Nhà xuất
bản Thanh Niên.
4. Lê Mậu Quyền (1999), Hoá học vô cơ, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật Hà Nội.
5. Nguyễn Viết Huyến (1999), Cơ sở các phương pháp phân tích điện hoá.
6. Nguyễn Văn Bình, Hoạt tính xúc tác của bentonit Thuận Hải đã được
biến tính trong phản ứng chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ, Luận án
tiến sĩ Hóa học, ĐHKHTN, 1999.
7. Ngô Sỹ Lương, Nguyễn Trọng Nghĩa, Thân Văn Liên, Điều chế sét hữu
cơ từ bentonit Bình Thuận và cetyl trimetyl amoni bromua, Tạp chí hoá
học T46, số 2A, 2008.
8. Nguyễn Viết Lược, Lê ái Thụ (1999), Bentonit Thuận Hải, NXB Hà
Nội.
9. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano công nghệ nền và vật liệu

nguồn, Nhà xuất bản Khoa Học Tự nhiên và Công Nghệ Hà Nội.
10. Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ
phát xạ và hấp thụ nguyên tử phần I,II. ĐHKHTN.
11. PPKoroxtelex (1974), chuẩn bị dung dịch cho phân tích hoá học, nhà
xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
12. SacLo.G(1974), các phương pháp hoá phân tích, nhà xuất bản đại học
và trung học chuyên nghiệp.
68


13. Thân Văn Liên, Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit Việt Nam
để sản xuất bentonit xốp, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài hợp tác theo
nghị định thư với Hàn Quốc, Hà Nội, tháng 5, 2005.
14. Thân Văn Liên và cộng sự, Làm giàu, làm sạch và hoạt hoá bentonit Di
Linh - Lâm Đồng và bentonit Tuy Phong, Bình Thuận, Hội nghị Khoa
học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Đà Lạt tháng 10 năm
2005.
15. Tiêu chuẩn Việt Nam, Nước thải phương pháp phân tích lý hoá học.
TCVN 4556-1998.
16. Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thụ (1990), Phân tích định tính, nhà xuất bản
Đại học và trung học chuyên nghiệp.
17. Trần Tứ Hiếu (2003),Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-VIS, nhà
xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội.
18. Từ Vọng Nghi, Trần Chương Huyến, Phạm Luận (1990), Một số
phương pháp phân tích điện hoá hiện đại, Hà Nội.
19. Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung
(1999), Hoá học Phân tích, Hà Nội.
Tiếng Anh
20. A.K.Chaturvedi, K.C.Pathak, V.N. Singh, (1988),” Fluoride removal
from water by adsorption on China clay”, Appl. Clay Sci.3. p337-346.

21. A.Tor, (2006) “ Removal of fluoride from an aqueous solution by using
montmorillonite”, Desalination 201. P 267-276.
22. Dilip Thakre, Sadhana Rayalu, Raju Kawade, Siddharth Meshram, j.
Subrt, Nitin Labhsetwar, (2010),” Magnesium incorporated bentonite
clay for defluoridation of drinking water” .j. Hazard. Mater. 180. p 122130.

69


23. Nichoson and Duff (1981)“Fluoride Determination in Water: An
Optimum Buffer System for Use With the Flouride-Selective
Electrode”,p 887-912.
24. Masamoto TAFU, Shigehiro KAGAYA and Tetsuji CHOHJI” A
Separation Method for Simplified Determination of Fluoride
by Using Calcium Phosphate ”, Analytical sciences 2001,vol. 17
Supplement 2001© the Japan society for Analytical chemistry.
25. ML Wen, Q C Li and C Y Wang (1996), “DEVELOPMENTS IN THE
ANALYSIS OF FLUORIDE 1993-1995” Kunming, China. Fluoride
Vol.29 No.2 82-88.
26. Pitman Medical,(1976), “Fluoride Teeth and Health The Royal College
of Physicians of London”, p 123-136.
27. Foster Dee Snell and Leslie S.Ettre (1970), “Encyclopedia of
inditrustrial hemmical analysis”, Vol 9, p.633-641.
28. F. Scholz Electro- analytical Methods, Guide to Experimentsts and
Application Spinger- Verlag Berli Heodelberg, 2002.
29. G.Nikoladze, D. Mints, A. Kastalsky(1989). “Water treatment for
lublic and inductrial supply”. Mir Publ. Moscow.
30. M. G. Sujana, R. S. Thakur, S. B. Rao,(1998), “Removal of fluoride
from aqueous solution by using alum sludge”, j. Colloid Interface Sci.
206. p 94-101.

31. Mohammed Hashim Matloob , 2011. “Fluoride Concentration of
Drinking Water in Babil-Iraq”. Journal of Applied Sciences, 11: 33153321.
32. Paul

MS

Monk.

Manchester

Metripolitan

University,(2001),

“Fundamentals of Electroanalytical chemistry”, John Wiley and Sons
Ltd and page 62 – 63.

70


33. Schumuckler, Gjerde, Fritz (1986) “ Preparation of chromatographic
supports of variable ligand density” p 1607-1611.
34. S. Meenakshi, C. Sairam Sundaram, R. Sukumar, (2008), “Enhanced
fluoride sorption by mechanochemically activated kaolinites”, j.
Hazard. Mater. 153. P 164-172.
35. Sehoemam Vi H. Macleod(1987)”Water rebearch “vol 13 N4 p 229
36. Valderi L. DresslerI; Dirce PozebonII; Éder L. M. FloresI; José N. G.
PanizI; Érico M. M. FloresI “Determination of fluoride in coal using
Pyrohydrolysis for analyte separation”
37. X. Feng Shen, P. G. Chen, C. Guohua, (2003), “Electrochemical

removal of fluoride ions from industrial wastewater”, Chem. Eng. Sci.
58
38. W Franklin Smyth University of Ulster, (1996), “Analytical Chemistry
of Complex Matrices”, A partnership between John Wiley and Sons
Ltd and B>G Teubner, page 135-136-137.

71