Điều chế hydroxyapatite từ vỏ sò và khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của hydroxyapatite điều chế từ vỏ sò

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------------

NGUYỄN XUÂN SANG

ĐIỀU CHẾ HYDROXYAPATITE TỪ VỎ SÒ VÀ KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
HYDROXYAPATITE ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ SỊ

Chun ngành: Cơng Nghệ Hóa Học
Mã số: 605275

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------------

NGUYỄN XUÂN SANG

ĐIỀU CHẾ HYDROXYAPATITE TỪ VỎ SÒ VÀ KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
HYDROXYAPATITE ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ SÒ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: TS. LÊ MINH VIỄN

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Minh Viễn

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS-TS. Nguyễn Đình Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Quang Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-Tp. Hồ Chí
Minh ngày 12 tháng 01 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.

PGS-TS. Mai Thanh Phong
PGS-TS. Nguyễn Đình Thành
TS. Nguyễn Quang Long
TS. Nguyễn Khánh Sơn
TS. Nguyễn Quốc Thiết

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS-TS. Mai Thanh Phong

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

Nguyễn Xuân Sang

MSHV:

12144413

Ngày, tháng, năm sinh:

11/01/1981

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Chun ngành:

Cơng Nghệ Hóa Học

Mã số:

605275

I. TÊN ĐỀ TÀI: “Điều chế Hydroxyapatite từ vỏ sò và khảo sát khả năng hấp phụ
ion kim loại nặng của Hydroxyapatite điều chế từ vỏ sò”.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Điều chế Hydroxyapatite từ vỏ sò.
2. Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của Hydroxyapatite điều chế từ
vỏ sò, xây dựng mơ hình hấp phụ.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

20/01/2014

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

12/01/2015

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. Lê Minh Viễn.

Tp. HCM, ngày....... tháng 01 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Lê Minh Viễn

PGS. TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ

TRƯỞNG KHOA


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại Bộ mơn Kỹ thuật Hóa Vơ cơ, Khoa Kỹ
thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, được sự giúp đỡ quý
báu của các thầy, cơ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình, tơi đã hoàn thành Luận văn tốt
nghiệp cao học. Đạt được kết quả đó, tơi xin gửi những lời biết ơn chân thành và sâu
sắc nhất đến những người đã hết lịng giúp đỡ tơi trong thời gian vừa qua.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình tơi, những người ln ở
bên cạnh tơi, hết lịng u thương, tạo mọi điều kiện cho tơi học tập tốt.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Minh Viễn, người thầy ln hết lịng quan tâm
giúp đỡ các học viên, sinh viên đang tham gia học tập nghiên cứu tại trường, người đã
luôn giúp đỡ và hướng dẫn tận tình tơi trong q trình học tập, nghiên cứu.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị, em đang công tác, học tập, nghiên cứu
tại Bộ môn Kỹ thuật Hóa Vơ cơ đã tận tình giúp đỡ cũng như chia sẽ những kiến thức,
kinh nghiệm quý báu để tơi có thể hồn thành luận văn này.
Tơi cũng xin cảm ơn các ban bè và đồng nghiệp đã chia sẽ với tơi những khó
khăn trong cơng tác, hỗ trợ tơi hồn thành nhiệm vụ học tập được tổ chức đơn vị giao.
Và sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô trong Khoa Kỹ
thuật Hóa học cũng như trong Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã truyền đạt
những kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi để tơi học tập tốt.
Kính chúc mọi người sức khỏe, thành công và hạnh phúc trong cuộc sống.

Tp. HCM, tháng 12 năm 2014.

Người viết

Nguyễn Xuân Sang

i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TĨM TẮT
Vỏ sị ngun liệu được xử lý làm sạch, nghiền rồi cho qua rây có kích thước
63μm. Bột vỏ sò sau nghiền được sử dụng để điều chế Hydroxyapatite theo phương
pháp kết tủa hóa học.
Bột vỏ sò (chứa 97,425% CaCO3) được khuấy đều trong nước cất rồi gia nhiệt
đến 80ºC và cho phản ứng với dung dịch H3PO4 1M theo các tỷ lệ mol Ca/P là 1,65;
1,67 và 1,69 trong 3 giờ ở 80ºC. Làm nguội về nhiệt độ phòng, dùng dung dịch
ammoniac điều chỉnh về pH 11, và tiếp tục khuấy 2 giờ, sau đó để lắng qua đêm rồi
lọc chân không thu lấy kết tủa. Sấy kết tủa ở 100ºC trong 2 giờ rồi đưa vào nung ở các
nhiệt độ và thời gian cần khảo sát. Các phương pháp phân tích, đánh giá vật liệu HA
được sử dụng bao gồm: phân tích pha tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
(XRD), phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp hiển vi điện tử
quét (SEM), phương pháp xác định bề mặt riêng BET và phân tích nhiệt (TG-DSC).
Kết quả phân tích cho thấy HA được điều chế với tỷ lệ mol Ca/P 1,67, nung ở 900ºC
trong thời gian 30 phút là đơn pha tinh thể, được sử dụng để khảo sát khả năng hấp
phụ Ni2+ và Zn2+ trong nước.
Khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Zn2+ trong dung dịch của HA dạng bột được khảo
sát dưới ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau bao gồm thời gian hấp phụ, nồng độ
ban đầu, tỷ lệ rắn/lỏng, pH hấp phụ. Kết quả cho thấy cả trong trường hợp hấp phụ
riêng lẻ và đồng thời, quá trình hấp phụ Ni2+ và Zn2+phù hợp phương trình động học
giả bậc 2. Sử dụng 4 mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich, Temkin và

Dubinin Radushkevich để mô tả q trình hấp phụ, mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt
Freundlich thích hợp để mơ tả q trình hấp phụ riêng lẻ và đồng thời các ion.
Nghiên cứu cho thấy rằng HA điều chế từ vỏ sị có tiềm năng ứng dụng trong xử
lý các ion kim loại nặng từ nước thải.

ii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ABSTRACT
Oyster shell material was washed with ultrasound equipment, dried và brought a
ball mill for 2 hours with solvent ethanol. Suspension obtained after ball milling is
filtered through 63μm sieve size and dried, powdered seashells collected.
Oyster shell powder (CaCO3) was stirred in distilled water and then heated to
o

80 C and the reaction with 1M H3PO4 with molar ratio Ca/P is 1,65; 1,67 and 1,69 for
3 hours at 80oC. Then adjust the reaction temperature to room temperature và adjust
the pH = 11 by the ammonia solution. After having stirred for 2 hours, let stand
overnight and then vacuum filtered to obtain a precipitate and dried (100oC).
Precipitate after drying was brought baked at the temperature and time required
survey. The prepared HA were characterized using XRD, FT-IR, TG–DSC và BET-N2
adsorption measurements.
Thepotential of the synthesized HA to remove Ni2+ and Zn2+ from aqueous
solutions was investigated in batch reactor under different experimental conditions.
The Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich (D-R) isotherms and
the pseudo-second-order kinetic were applied for sorption studies showed that the
amount of metal sorbed on HA. The Freundlich isotherm and pseudo-second-order
kinetic model showed the acceptable accuracy in prediction of adsorption data.

According to the equilibrium studies, the selectivity sequence can be given as
Zn2+>Ni2+. The results show that HA holds great potential to remove cationic heavy
metal species from industrial wastewater

iii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong luận văn
này là do tôi thực hiện. Các ý tưởng tham khảo và những kết quả trích dẫn từ các cơng
trình khác đều được nêu rõ trong luận văn.

TP. HCM, tháng 12 năm 2014
Người viết

Nguyễn Xuân Sang

iv


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Ơ nhiễm mơi trường nước, trong đó có ơ nhiễm do kim loại nặng ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng cuộc sống và sự phát triển bền vững. Ở Việt Nam, kèm theo
sự phát triển của các ngành công nghiệp, nồng độ ion kim loại nặng trong môi trường
nước tăng nhanh do nước thải của các quá trình xi mạ, rèn đúc, các quá trình rửa trôi
trong các nhà máy, các khu công nghiệp và dân cư. Hậu quả là ô nhiễm kim loại nặng

của môi trường nước ngày càng nghiêm trọng, kể cả nước mặt lẫn nước ngầm. Để giải
quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nước, một biện pháp quan trọng và hiệu quả là xử lý,
loại bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải ngay tại nhà máy.
Để loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi nước thải, nhiều loại vật liệu khác nhau
được nghiên cứu và ứng dụng trong hấp phụ, trao đổi ion,... Trong đó, Hydroxyapatite
(HA) là một loại vật liệu được nghiên cứu rộng rãi, với ưu thế có thể được tổng hợp từ
các nguồn nguyên liệu rẻ tiền như đá vơi hoặc các loại phế phẩm có nguồn gốc tự
nhiên như vỏ các loại sò, ốc, xương cá hoặc san hô,… Nhiều nghiên cứu được thực
hiện đã chỉ ra rằng HA có hiệu quả cao trong việc loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi
nước, thân thiện với môi trường, là một loại vật liệu tiềm năng xử lý nước thải có chứa
kim loại nặng.
Nguồn nguyên liệu tổng hợp HA ở Việt Nam rất phong phú và đa dạng, đặc
biệt các loại vỏ sò, ốc. Việc tận dụng vỏ của các lồi nghêu, sị để tổng hợp HA dùng
trong xử lý các ion kim loại nặng trong nước thải góp phần giảm thiểu các ảnh hưởng
bất lợi của các loại vỏ sò, vỏ ốc phế thải đến môi trường đồng thời giúp tạo ra nguồn
vật liệu xử lý ô nhiễm nước thải với giá thành thấp. Vỏ sò tự nhiên chứa đến 98%-99%
CaCO3, tồn tại dưới dạng aragonite kém bền nhất trong các dạng thù hình của CaCO3,
do vậy việc chuyển hóa CaCO3 trong vỏ sị thành hợp chất HA có nhiều thuận lợi.
Từ các phân tích trên, chúng tơi chọn vỏ sị là nguồn ngun liệu để tổng hợp
HA và khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng trong nước thải của HA trong
đề tài: “Điều chế Hydroxyapatite từ vỏ sò và khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại
nặng của Hydroxyapatite điều chế từ vỏ sò”.

v


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
XRD

: X-ray Diffraction – Phổ nhiễu xạ tia X

SEM

: Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét.

FT-IR

: Fourier Transform Infra-Red – Phổ hồng ngoại

UV-VIS

: Ultraviolet/Visible Spectroscopy - Quang phổ tử ngoại và khả kiến

TGA

: Thermogravimetry Analysis – Phân tích nhiệt trọng lượng.

DSC

:

HA

: Hydroxyapatite

α-TCP

: Alpha Tri-Calcium Phosphate

β-TCP

: Beta Tri-Calcium Phosphate

CaO

: Canxi oxit

CaCO3

: Canxi cacbonat

H3PO4

: Axit phosphoric

DMG

: Dimethylglyoxime

VLHP

: Vật liệu hấp phụ

Differential Scanning Calorimetry – Phân tích nhiệt lượng vi sai.

vi

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Cơng thức cấu tạo của HA [19] .................................................................. 14
Hình 1. 2 Sơ đồ hình chiếu cấu trúc HA (a) hexagonal, (b) monoclinic (Ca2+: màu
xanh, P: màu xanh lá cây, O: màu đỏ và H: màu vàng) [21] ....................................... 15
Hình 1. 3 Sơ đồ khối mơ tả phương pháp kết tủa hóa học tổng hợp HA [26]. ............. 18
Hình 1. 4 Sơ đồ khối các con đường có thể chuyển đổi [26]....................................... 19
Hình 1. 5 Sơ đồ khối phương pháp tổng hợp HA kích thước nano [26]. ..................... 20
Hình 1. 6 Cơ chế tổng hợp HA bằng phương pháp Sonochemical [26] ...................... 21
Hình 1. 7 Tổng hợp HA bằng phương pháp đốt cháy dung dịch [26]. ........................ 22
Hình 2. 1 Sơ đồ khối quy trình xử lý vỏ sị ngun liệu ............................................. 32
Hình 2. 2 Sơ đồ quy trình tổng hợp HA theo phương pháp kết tủa ............................. 33
Hình 3. 1 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Ca/P đến độ tinh khiết của HA được điều chế ở các
tỷ lệ mol Ca/p = 1,65 (a); 1,67 (b) và 1,69 (c). ........................................................... 46
Hình 3. 2 Ảnh hưởng của thời gian đến sự hình thành tinh thể HA trong các mẫu nung
ở 900ºC trong 30 phút (a), 1h (b), 2h (c), 3h (d), và 4h (e). ........................................ 47
Hình 3. 3 Đồ thị XRD thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự hình thành pha
tinh thể HA: (a) sấy 100ºC, (b) nung 500ºC, (c) HA nung 700ºC và (d) nung 900ºC .. 48
Hình 3. 4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước tinh thể tính
theo cơng thức Sherrer ............................................................................................... 49
Hình 3. 5 Ảnh chụp SEM mẫu HA được nung 500ºC trong 30 phút. .......................... 51
Hình 3. 6 Ảnh chụp SEM mẫu HA được nung 900ºC trong 30 phút. .......................... 51
Hình 3. 7 Giản đồ phổ hồng ngoại mẫu HA điều chế với tỷ lệ mol Ca/P=1,67, nung
900ºC trong 30 phút ................................................................................................... 53
Hình 3. 8 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu HA nung ở 900ºC trong thời gian 30 phút ..... 54
Hình 3. 9 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔpH theo pHi trong dd KCl 0,1M ................ 55
Hình 3. 10 Đường chuẩn độ hấp thu theo nồng độ Ni2+ .............................................. 57
Hình 3. 11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng và hiệu suất hấp
phụ Ni2+ ..................................................................................................................... 59

Hình 3. 12 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ Ni2+ lên t/qt (mơ hình động học giả bậc 2)
.................................................................................................................................. 60
Hình 3. 13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ ban đầu đến dung lượng và
hiệu suất hấp phụ. ...................................................................................................... 61
Hình 3. 14 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+ với mơ hình hấp phụ Langmuir ............. 62
Hình 3. 15 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+ với các mô hình hấp phụ Freundlich ..... 62
Hình 3. 16 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+với mơ hình hấp phụ Tempkin ............... 63
Hình 3. 17 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+với mơ hình hấp phụ D-R....................... 63
Hình 3. 18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng lên dung lượng và hiệu suất
hấp phụ Ni2+ .............................................................................................................. 66

vii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 3. 19 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ.70
Hình 3. 20 Đường chuẩn sự phụ thuộc độ hấp thu của phức Zn-Dithizone theo nồng độ
Zn2+ tại bước sóng 535nm.......................................................................................... 71
Hình 3. 21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng và hiệu suất hấp
phụ Zn2+ .................................................................................................................... 72
Hình 3. 22 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ Zn2+ lên t/qt (mơ hình động học giả bậc
2) ............................................................................................................................... 73
Hình 3. 23 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Zn2+ ban đầu đến dung lượng và
hiệu suất hấp phụ ....................................................................................................... 74
Hình 3. 24 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+ với mơ hình hấp phụ Langmuir............. 75
Hình 3. 25 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+với mơ hình hấp phụ Freundlich. ........... 75
Hình 3. 26 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+ với mơ hình hấp phụ Tempkin .............. 76
Hình 3. 27 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+ với mơ hình hấp phụ D-R ..................... 76
Hình 3. 28 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng đến dung lượng và hiệu suất
hấp phụ Zn2+ .............................................................................................................. 78

Hình 3. 29 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ
Zn2+ ........................................................................................................................... 79
Hình 3. 30 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ đồng
thời Ni2+ và Zn2+ ........................................................................................................ 83
Hình 3. 31 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ đồng thời
Ni2+ và Zn2+ ............................................................................................................... 83
Hình 3. 32 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đồng thời Ni2+ và Zn2+ lên t/qt trong hấp
phụ đồng thời (mơ hình động học giả bậc 2) .............................................................. 84
Hình 3. 33 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ..................................... 86
Hình 3. 34 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
đồng thời Ni2+ và Zn2+ ............................................................................................... 87
Hình 3. 35 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình
hấp phụ Langmuir ...................................................................................................... 88
Hình 3. 36 Đồ thị biểu diễn hấp phụ Ni2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo các mô hình
hấp phụ Freundlich. ................................................................................................... 88
Hình 3. 37 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình
hấp phụ Tempkin ....................................................................................................... 88
Hình 3. 38 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Ni2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình
hấp phụ D-R .............................................................................................................. 88
Hình 3. 39 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình
hấp phụ Langmuir ...................................................................................................... 90
Hình 3. 40 Đồ thị biểu sự hấp phụ Zn2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo các mơ hình hấp
phụ Freundlich. .......................................................................................................... 91

viii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 3. 41 Đồ thị biểu diễn sự hấp phụ Zn2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình
hấp phụ Tempkin ....................................................................................................... 91

Hình 3. 42 Đồ thị biểu diễn hấp phụ Zn2+ trong hấp phụ cạnh tranh theo mơ hình hấp
phụ D-R ..................................................................................................................... 91

ix


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Hóa chất và nguyên liệu thí nghiệm ........................................................... 31
Bảng 2. 2 Nồng độ Ni2+ và Zn2+ sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lên quá
trình hấp phụ đồng thời .............................................................................................. 38
Bảng 2. 3 Cơng thức tính các sai số theo các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt [17, 58]. ... 44
Bảng 3. 1 Thành phần nguyên tố trong bột vỏ sị ....................................................... 45
Bảng 3. 2 Kích thước tinh thể tính theo cơng thức Sherrer ......................................... 49
Bảng 3. 3 Diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp đo bằng phương pháp BET, BJH
của vật liệu HA nung ở 900ºC trong 30 phút .............................................................. 50
Bảng 3. 4 Các thí nghiệm xác định điểm đẳng điện (pHpzc) ........................................ 54
Bảng 3. 5 Kết quả dựng đường chuẩn độ hấp thu theo nồng độ Ni2+ .......................... 57
Bảng 3. 6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ. .............. 59
Bảng 3. 7 Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni2+đến quá trình hấp phụ.
.................................................................................................................................. 61
Bảng 3. 8 Số liệu xây dựng mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt theo .................................... 62
Bảng 3. 9 Dạng tuyến tính và hệ số hồi quy tuyến tính của các mơ hình hấp phụ thu
được từ các số liệu thực nghiệm................................................................................. 63
Bảng 3. 10 Các sai số tính theo các mơ hình hấp phụ trong trường hợp hấp phụ riêng lẻ
Ni2+............................................................................................................................ 63
Bảng 3. 11 Các hằng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................... 64
Bảng 3. 12 Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến q trình hấp
phụ. ........................................................................................................................... 65

Bảng 3. 13 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni2+
lên HA ....................................................................................................................... 69
Bảng 3. 14 Kết quả dựng đường chuẩn độ hấp thu theo nồng độ Zn2+ ........................ 70
Bảng 3. 15 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
Zn2+ ........................................................................................................................... 72
Bảng 3. 16 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Zn2+ đến quá trình hấp
phụ Zn2+. ................................................................................................................... 74
Bảng 3. 17 Số liệu xây dựng mô hình hấp phụ Zn2+ theo Langmuir, Freundlich,
Tempkin và D-R ........................................................................................................ 75
Bảng 3. 18 Dạng tuyến tính và hệ số hồi quy tuyến tính của các mơ hình hấp phụ ..... 76
Bảng 3. 19 Các sai số từ các mơ hình hấp phụ trong trường hợp hấp phụ Zn2+ ........... 77
Bảng 3. 20 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .............................. 77
Bảng 3. 21 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng đến quá trình hấp
phụ riêng lẻ Zn2+. ....................................................................................................... 78
Bảng 3. 22 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ riêng
lẻ Zn2+. ...................................................................................................................... 79

x


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bảng 3. 23 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
đồng thời Ni2+ và Zn2+ ............................................................................................... 82
Bảng 3. 24 Hằng số tốc độ phản ứng và dung lượng hấp phụ cân bằng tính từ phương
trình động học giả bậc 2 đối với Ni2+ và Zn2+. ............................................................ 84
Bảng 3. 25 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ và Zn2+đến quá
trình hấp phụ.............................................................................................................. 86
Bảng 3. 26 Số liệu xây dựng mơ hình hấp phụ Ni2+ trong hấp phụ đồng thời theo
Langmuir, Freundlich, Tempkin và D-R .................................................................... 87
Bảng 3. 27 Dạng tuyến tính và hệ số hồi quy tuyến tính của các mơ hình hấp phụ đồng

thời Ni2+ thu được từ các số liệu thực nghiệm ............................................................ 89
Bảng 3. 28 Các sai số tính theo các mơ hình hấp phụ trong trường hợp hấp phụ Ni2+. 89
Bảng 3. 29 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .............................. 89
Bảng 3. 30 Số liệu xây dựng mơ hình hấp phụ Zn2+ trong hấp phụ đồng thời theo
Langmuir, Freundlich, Tempkin và D-R ................................................................... 90
Bảng 3. 31 Dạng tuyến tính và hệ số hồi quy tuyến tính của các mơ hình hấp phụ đồng
thời Zn2+ thu được từ các số liệu thực nghiệm ............................................................ 92
Bảng 3. 32 Các sai số tính theo các mơ hình hấp phụ trong hấp phụ đồng thời Zn2+... 92
Bảng 3. 33 Các thông số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .............................. 92
Bảng 3. 34 Kết quả giải hấp trong dung dịch EDTA 0,01M ....................................... 93

xi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................ 1
1.1. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG ........................................................................... 1
1.1.1.Khái quát về ô nhiễm kim loại nặng. ............................................................ 1
1.1.2. Một số phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng ....................................... 3
1.1.3. Các loại vật liệu hấp phụ ............................................................................. 6
1.2. LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ ............................................................................. 8
1.2.1. Khái niệm hấp phụ. ..................................................................................... 8
1.2.2. Hấp phụ ion trong môi trường nước. ............................................................ 8
1.2.3. Động học quá trình hấp phụ:........................................................................ 9
1.2.4. Cân bằng hấp phụ. ..................................................................................... 10
1.2.5. Các mơ hình hấp phụ cơ bản................................................................. 10
1.2.6. Giải hấp phụ .............................................................................................. 13
1.3. TỔNG QUAN VỀ HYDROXYAPATITE (HA).............................................. 14

1.3.1. Tính chất vật lý, hóa, sinh của HA ............................................................. 15
1.3.2. Các phương pháp tổng hợp HA ................................................................. 16
1.3.2.1. Nhóm các phương pháp khơ .............................................................. 16
1.3.2.2 Nhóm các phương pháp ướt................................................................ 17
1.3.2.3. Các quá trình nhiệt độ cao ................................................................. 21
1.3.2.4. Các quá trình kết hợp......................................................................... 23
1.3.3. Ứng dụng của Hydroxyapatite ................................................................... 24
1.3.3.1. Ứng dụng HA làm vật liệu y sinh ...................................................... 24
1.3.3.2. Ứng dụng của HA trong xử lý nước và nước thải............................... 24
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ................ 30
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: ........................................................................... 30
2.2. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ......................................................... 30
2.2.1. Dụng cụ, thiết bị ........................................................................................ 30
2.2.2. Hóa chất và nguyên liệu ............................................................................ 31
2.3. THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 31
2.3.1 Tổng hợp Hydroxyapatite ........................................................................... 31

xii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của Hydroxyapatite......................................... 33
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN. ................................. 38
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ........................................................... 38
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................... 39
2.4.3. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR) ............................................. 40
2.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt (TG/DSC) .................................................... 40
2.4.5. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) .................................. 41
2.4.6. Phương pháp quang phổ hấp thu tử ngoại và khả kiến (UV-VIS)............... 42
2.4.7. Các phương pháp tính tốn ........................................................................ 42

2.4.7.1. Nồng độ cân bằng (Ce)....................................................................... 42
2.4.7.2. Dung lượng hấp phụ (q)..................................................................... 43
2.4.7.3. Dung lượng hấp phụ cân bằng (qe)..................................................... 43
2.4.7.4. Hiệu suất hấp phụ .............................................................................. 43
2.4.8. Các phương pháp tính sai số ...................................................................... 44
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................ 45
3.1. TỔNG HỢP HYDROXYAPATITE. ............................................................... 45
3.1.1. Xử lý vỏ sò. ............................................................................................... 45
3.1.2. Tổng hợp Hydroxyapatite .......................................................................... 45
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni2+ VÀ Zn2+ ........................................ 54
3.2.1. Xác định điểm điện tích khơng (pHpzc) ...................................................... 54
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ riêng lẻ Ni2+ .................................................... 56
3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Zn2+ .......................................................... 70
3.2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ đồng thời ion Ni2+ và Zn2+ .............................. 82
3.2.5. Giải hấp phụ .............................................................................................. 93
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 94
4.1. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 94
4.1.1. Tổng hợp được bột HA làm vật liệu hấp phụ. ............................................ 94
4.1.2. Xác định một số tính chất của HA điều chế làm vật liệu hấp phụ. .............. 94
4.1.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP HA. ............................................... 94
4.2. KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 95

xiii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 97
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 102

xiv

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
1.1.1.Khái quát về ô nhiễm kim loại nặng.
Kim loại nặng thường được định nghĩa là các kim loại có khối lượng riêng cao
hơn 5g/cm3 [1] bao gồm các kim loại như: As, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Zn,… Hầu hết các
kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát
triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép chúng thường
có độc tính cao, gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khỏe con người và
sinh vật. Khi xâm nhập vào cơ thể với hàm lượng cao, các kim loại nặng gây mất hoạt
tính của các enzyme, cản trở q trình tổng hợp protein trong cơ thể [2].
Mặc dù ảnh hưởng có hại của kim loại nặng đã được biết đến từ rất lâu, nhưng
việc tiếp xúc của con người với kim loại nặng vẫn tiếp tục xảy ra hàng ngày thậm chí
ngày càng tăng trong nhiều lĩnh vực, như việc sử dụng thủy ngân trong khai thác vàng,
Arsen trong bảo quản gỗ, Niken trong xi mạ,… Phát thải kim loại nặng vào môi
trường từ nhiều con đường khác nhau bao gồm: thải vào khơng khí (đốt, khai thác, chế
biến sản phẩm), thải vào trong nước (thông qua nước rửa, qua quá trình vận chuyển,
lưu trữ), thải vào trong đất, sau đó đi vào trong nước ngầm, gây nhiễm độc cây trồng.
Đặc biệt và nghiêm trọng hơn là các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp mạ điện,
luyện kim, điện tử,… đã tạo ra nguồn ơ nhiễm chính chứa kim loại nặng, có thể gây
bệnh ung thư, biến đổi gen trên con người cũng như ảnh hưởng đến môi trường [2-4].
Trong số các kim loại nặng kể trên, Niken (Ni) và Kẽm (Zn) là hai kim loại nặng
thường hay gặp trong nước thải ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là nước thải nhà máy
xi mạ. Các đặc điểm của Niken và Kẽm được trình bày sau đây.
1.1.1.1. Niken (Ni) và tác hại.
Niken là một nguyên tố tồn tại tự nhiên trong vỏ trái đất. Niken có thể xuất hiện
trong một số trạng thái oxi hóa nhưng chỉ có Niken(II) bền vững trên dãy pH rộng [2].

Do các tính chất vật lý và hóa học, kim loại Niken và các hợp chất có nhiều ứng dụng
hữu ích trong cuộc sống như dùng trong nhà máy thép, trong sản xuất một số loại hợp
kim, công nghiệp pin và sử dụng trong công nghiệp xi mạ,… Nước thải trong các

1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ngành cơng nghiệp trên và khói thải động cơ diesel, khói thải than đá,… là các nguồn
phát thải chính của Ni(II) [2-4].
Ni(II) rất có hại nếu thải ra nguồn nước tự nhiên. Ni(II) xâm nhập vào cơ thể chủ
yếu qua đường hơ hấp, ngộ độc cấp tính của Ni(II) gây ra đau đầu, chóng mặt, buồn
nơn và ói mửa, đau ngực, tức ngực, ho khan và khó thở, hơ hấp nhanh, tím tái và yếu
ớt. Nếu tiếp xúc nhiều với Niken sẽ ảnh hưởng xấu đến phổi, hệ thần kinh trung ương,
gan, thận, ở mức độ nghiêm trọng có thể gây ung thư phổi, mũi và xương [3, 4]. Da
tiếp xúc với Ni sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,… Ước tính với nồng độ
Niken carbonyl [Ni(CO)4] khoảng 30mg/L trong khí quyển có thể gây tử vong cho
người tiếp xúc [3]. Sở dĩ Ni(II) gây ra các độc tính là do nó có thể thay thế các kim
loại thiết yếu trong các enzyme và gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất trong cơ
thể sinh vật và người. Ngồi ra, Ni(II) kìm hãm sự phát triển của cây và ảnh hưởng
môi trường, đất, khơng khí, nước ... [2].
1.1.1.2. Kẽm (Zn) và tác hại.
Trạng thái oxi hóa duy nhất của kẽm ở điều kiện thường là Zn(II) [2]. Kẽm được
sử dụng rất phổ biến chỉ sau sắt, nhôm, đồng trong công nghiệp và đời sống. Kẽm
thường được sử dụng trong pin, làm chất chống ăn mịn trong cơng nghiệp xi mạ, rất
nhiều hợp kim của kẽm được sử dụng rộng rãi, kẽm oxit được sử dụng làm chất tạo
màu trắng trong sơn,…[2].
Ngoài các lợi ích trong ngành hóa chất, kẽm cịn đóng góp một phần không nhỏ
trong sự tồn tại của con người. Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật
và sức khỏe con người, là yếu tố cần thiết cho sự tồn tại của con người, động vật và

thực vật bậc cao, thiếu kẽm sẽ làm cho các chức năng giảm sút. Kẽm đóng một vai trị
là chất cấu tạo và xúc tác trong nhiều enzyme liên quan đến q trình đồng hóa năng
lượng, trong việc chuyển đổi các chất. Đối với con người, thiếu kẽm gây giảm trí tuệ
và khả năng miễn dịch, khả năng nhận biết vị giác. Động vật bậc cao cần hấp thụ kẽm
chủ yếu dưới dạng Zn2+ vì Zn2+ đóng một vai trị là thành phần kim loại của enzyme
[2, 5].
Tuy nhiên, hàm lượng kẽm cao gây hại cho sức khỏe. Các nghiên cứu cho thấy
Zn2+ rất độc hại khi vượt mức cho phép, các triệu chứng của ngộ độc kẽm bao gồm

2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
khó chịu, cứng cơ, chán ăn và buồn nơn. Ngồi ra, kẽm và các kim loại nặng khác tích
lũy sinh học vào hệ động thực vật tạo ra các vấn đề về sinh thái [2, 5].
Nguồn gốc chủ yếu phát thải kẽm vào môi trường là từ các quá trình khai thác
mỏ, tinh chế quặng kẽm, chì và cadmium, cơng nghiệp sản xuất thép, q trình đốt
than và các chất thải, nước thải từ các quá trình xi mạ, sản xuất dược phẩm, sơn, bột
màu, thuốc trừ sâu, mỹ phẩm . . . [2, 5].
Vấn đề đặt ra là phải xử lý loại bỏ Zn(II) và Ni(II) ra khỏi nguồn nước thải trước
khi thải ra môi trường. Các phương pháp xử lý như kết tủa hóa học, điện phân, trao đổi
ion, lọc, kết tủa điện, quá trình lọc và hấp phụ trên than hoạt tính,… [3, 6]. Trong các
phương pháp xử lý, hấp phụ là một phương pháp có hiệu quả cao, giá rẻ và dễ áp dụng
[5].
1.1.2. Một số phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng
1.1.2.1. Phương pháp kết tủa hóa học
Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp kết tủa [7] là phương pháp hiệu quả và
được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp. Trong q trình kết tủa, hóa chất
phản ứng với các kim loại nặng để tạo thành kết tủa khơng tan, kết tủa hình thành có
thể được tách ra khỏi dung dịch bằng cách lắng hoặc lọc. Phương pháp kết tủa hóa học

thơng thường gồm: kết tủa hydroxide và kết tủa sulfide. Kỹ thuật kết tủa hóa học được
sử dụng rộng rãi nhất [7] là kết tủa hydroxide do tương đối đơn giản, chi phí thấp và
dễ dàng kiểm soát độ pH. Các hydroxide kim loại tan kém nhất ở khoảng pH từ 8 đến
11, tại pH này các hydroxide kim loại được loại bỏ bằng kết tủa và lắng xuống. Nhiều
hydroxide được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước thải, trong đó vơi bột
thường được sử dụng do chi phí thấp. Dù được sử dụng rộng rãi và có nhiều thuận lợi,
phương pháp kết tủa hydroxide cũng có một số hạn chế như tạo ra bùn thải lớn khó xử
lý, khó tìm ra pH kết tủa thích hợp cho hydroxide kim loại lưỡng tính và hỗn hợp các
hydroxide kim loại nặng, một hạn chế khác là các tác nhân tạo phức hiện diện trong
nước thải sẽ ức chế sự kết tủa kim loại [7].
Phương pháp kết tủa hóa học khi kết hợp với phương pháp khác có thể đạt hiệu
quả cao hơn. Kết tủa hóa học là phương pháp truyền thống xử lý kim loại nặng trong
nước thải, có ưu điểm là chi phí thấp và q trình đơn giản. Kết tủa hóa học thường
3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ ion kim loại cao và khơng có hiệu quả khi
nồng độ ion kim loại trong nước thải thấp. Ngoài ra, một hạn chế khác của phương
pháp này là không mang lại hiệu quả kinh tế và tạo ra lượng bùn thải lớn khó xử lý [7].
1.1.2.2. Phương pháp trao đổi ion.
Quá trình trao đổi ion đã được sử dụng rộng rãi để loại bỏ kim loại nặng từ nước
thải do nhiều lợi thế như khả năng và hiệu quả xử lý cao và động học nhanh [7]. Nhựa
trao đổi ion bao gồm nhựa tổng hợp hoặc nhựa cứng tự nhiên, có khả năng trao đổi
cation của nó với các kim loại trong nước thải. Trong các vật liệu trao đổi ion, nhựa
tổng hợp thường được sử dụng vì chúng có hiệu quả loại bỏ gần như hoàn toàn các
kim loại nặng từ dung dịch. Khi dung dịch chứa ion kim loại nặng đi qua lớp nhựa trao
đổi ion, các ion kim loại trao đổi với các ion hydro trên nhựa theo phương trình:
nR – SO3H + Mn+ (R – SO3-)nMn+ +nH+

(1.1)

nR – COOH + Mn+ (R – COO-)nMn+ +nH+

(1.2)

Khả năng hấp thu của các ion kim loại nặng bằng nhựa trao đổi ion bị ảnh hưởng
bởi các yếu tố như pH, nhiệt độ, nồng độ kim loại ban đầu, thời gian tiếp xúc và điện
tích ion [7]. Nhiều loại vật liệu trao đổi ion như nhựa tổng hợp, zeolit tự nhiên, khoáng
chất silicat tự nhiên đã được nghiên cứu sử dụng để loại bỏ ion kim loại nặng trong
nước. Quá trình trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong xử lý các kim loại nặng trong
nước thải. Tuy nhiên các hóa chất thải ra trong q trình tái sinh nhựa trao đổi ion có
thể là nguồn ô nhiễm thứ cấp nghiêm trọng. Phương pháp này cịn có một hạn chế là
chi phí cao, đặc biệt là khi xử lý nước thải với nồng độ ion kim loại thấp, làm cho q
trình trao đổi ion khơng thể được sử dụng ở quy mô lớn [7].
1.1.2.3. Phương pháp lọc màng
Công nghệ lọc màng cho thấy nhiều hứa hẹn để loại bỏ kim loại nặng từ trong
nước với hiệu quả cao, dễ thực hiện và không chiếm không gian [7]. Các quá trình lọc
màng thường được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải là siêu lọc, thẩm
thấu ngược, lọc nano và lọc điện.
- Siêu lọc [7] là kỹ thuật màng làm việc với áp suất qua màng thấp, áp dụng cho
các chất hòa tan và chất dạng keo. Do kích thước lỗ trống trên màng lớn hơn các ion

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
kim loại hòa tan trong dạng ngậm nước hoặc phức có phân tử lượng thấp, các ion này
sẽ vượt qua màng siêu lọc dễ dàng [7].
- Quá trình thẩm thấu ngược [7] sử dụng một màng bán thấm cho phép các chất

lỏng tinh khiết đi qua, ngăn chăn các chất gây ơ nhiễm. Phương pháp này có thể loại
bỏ hàng loạt các chất hòa tan trong nước.
- Quá trình lọc nano [7] là quá trình trung gian giữa siêu lọc và lọc thẩm thấu
ngược. Lọc nano là một công nghệ hứa hẹn cho việc xử lý kim loại nặng từ nước thải.
- Lọc điện (ED) [7] là một quá trình tách các ion qua màng từ một dung dịch để
sang một dung dịch khác. ED đã được chứng minh là một phương pháp hiêu quả trong
xử lý kim loại nặng.
1.1.2.4. Phương pháp hấp phụ.
Hấp phụ được công nhận là một phương pháp hiệu quả cao và kinh tế cho xử lý
nước thải kim loại nặng [7]. Quá trình hấp phụ tạo ra sự linh hoạt trong thiết kế và
hoạt động, thông thường nước thải sau khi được xử lý có chất lượng cao. Trong nhiều
trường hợp chất hấp phụ có thể được tái sinh bởi q trình giải hấp phù hợp.
Trong phương pháp này người ta sử dụng các vật liệu hấp phụ (VLHP) có diện
tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động có khả năng lưu giữ các ion
kim loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực
tương tác giữa các phân tử (lực Van de Vaals - hấp phụ vật lý), cũng có thể do sự tạo
thành các liên kết hóa học, tạo phức chất giữa các ion kim loại với các nhóm chức
(trung tâm hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa học), cũng có thể theo cơ
chế trao đổi ion, ...[7]
Các loại VLHP có thể được sử dụng như than hoạt tính, ống nano cacbon, vật liệu
hấp phụ sinh học và các loại VLHP chi phí thấp như VLHP có nguồn gốc từ phế phẩm
nơng nghiệp, zeolit tự nhiên, vỏ các loại sò ốc, đất sét,... [7]
Than hoạt tính là chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong việc loại bỏ ion kim
loại nặng [7]. Sự hữu dụng của than hoạt tính xuất phát từ thể tích lỗ xốp lớn dẫn đến
diện tích bề mặt riêng lớn. Tuy nhiên, chi phí cao của than hoạt tính dẫn đến hạn chế
việc ứng dụng nó làm chất hấp phụ. Do vậy, việc tìm kiếm chất hấp phụ có giá rẻ và
dễ dàng sử dụng để xử lý kim loại nặng đã trở thành mục tiêu trọng điểm. Cho đến nay

5

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
đã có hàng trăm nghiên cứu về vật liệu hấp phụ giả rẻ được thực hiện, nhiều loại vật
liệu hấp phụ giá rẻ có nguồn gốc từ phụ phế phẩm nông nghiệp, công nghiệp, các hợp
chất tự nhiên,... đã được nghiên cứu và phát triển để xử lý kim loại nặng [7].
1.1.3. Các loại vật liệu hấp phụ
Như đã đề cập ở mục 1.1.2.4, hấp phụ là một trong những phương pháp được sử
dụng rộng rãi trong làm sạch nước thải do tính kinh tế và hiệu quả cao. Nhiều loại vật
liệu hấp phụ đã được nghiên cứu và sử dụng, bao gồm một số loại sau [8].
 Đất sét khống sản:
Đất sét khống sản có khả năng hấp phụ, trao đổi ion và sử dụng rộng rãi để hấp
phụ phần lớn các loại chất gây ô nhiễm từ lượng nước thải lớn [8]. Rất nhiều nghiên
cứu đã được thực hiện, tập trung vào khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của đất sét,
cả đất sét tự nhiên và đất sét đã biến tính.
 Than hoạt tính:
Than hoạt tính có độ xốp và diện tích bề mặt cao, được sử dụng rộng rãi trong xử
lý nước thải. Than hoạt tính sở hữu đặc tính trao đổi ion có tính axit yếu, do đó có khả
năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm kim loại. Than hoạt tính là vật liệu thích hợp để xử
lý kim loại nặng trong nước thải do khả năng hấp phụ ion kim loại cao [8].
 Ống nano cacbon:
Ống nano cacbon (CNTs) với hình thái đặc biệt, có nhiều ứng dụng tiềm năng.
Ống nano cacbon tăng cường tính chất hấp phụ bề mặt và được xem là một vật liệu có
tiềm năng hấp phụ các ion kim loại nặng khác nhau từ trong dung dịch nước. Hơn nữa,
ống nano cacbon là chất hấp phụ tốt cho quá trình hấp phụ đồng thời nhiều ion kim
loại nặng. [8].
 Chất hấp phụ sinh học:
Hấp phụ sinh học là một quá trình tương đối mới, có khả năng loại bỏ các chất
gây ơ nhiễm trong nước thải sử dụng các vật chất hấp phụ có nguồn gốc từ vật liệu
nông nghiệp. Thuận lợi lớn nhất của quá trình hấp phụ sinh học so với hấp phụ thông
thường là giá rẻ, hiệu quả cao, giảm thiểu được bùn thải hóa chất và bùn thải sinh học,

hấp phụ sinh học có thể tái sinh, khơng cần bổ sung dưỡng chất và có khả năng thu hồi
kim loại [8]. Một số nghiên cứu đã đánh giá dung lượng hấp phụ của một số chất hấp
6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
phụ sinh học đối với các ion kim loại nặng, kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ là
40mg Cr(III)/g Halimeda opuntia; 156mg Co(II)/g Ascophyllum nodosum; 70 mg
Ni(II)/g Ascophyllum nodosum; 270 mg Cu(II)/g Zoogloea ramigera; 138 mg Zn(II)/g
bùn hoạt tính;... [9].
 Oxit kim loại:
Các oxit Mn, Fe, TiO2, -AlOOH và -Al2O3, ... có thể được sử dụng như chất
hấp phụ. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xem xét khả năng hấp phụ của các
oxit kim loại trong hấp phụ kim loại nặng từ trong nước: Hydrous titanium oxide
(NHTO) hấp phụ Ni(II) trong nước thải công nghiệp, TiO2(anatase) hấp phụ Se(IV),
TiO2, -AlOOH và -Al2O3 hấp phụ Fe(II),…[8].
 Zeolit:
Zeolit là nhơm silicat có độ xốp cao với cấu trúc khoang khác nhau bao gồm một
bộ khung 3 chiều và mạng tinh thể mang điện tích âm [8]. Do khả năng trao đổi ion và
diện tích bề mặt riêng tương đối cao cùng với giá thành tương đối thấp, zeolit trở thành
vật liệu hấp dẫn trong xử lý các ion kim loại nặng trong nước. Nhiều nghiên cứu đã
được thực hiện để xem xét khả năng hấp phụ của zeolit đối với các ion kim loại như
Th(IV), Eu(III), Fe(III), Cr(VI),… Độ xốp và số lượng các lỗ xốp cao khiến zeolit có
khả năng trao đổi và tạo phức tốt trong quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng khác
nhau. Khả năng xúc tác quang phản ứng khử làm cho zeolit khử các kim loại có hóa trị
cao bị hấp phụ xuống hóa trị thấp hơn, do đó giảm sự di động và mức độ độc hai của
các kim loại trong mơi trường tự nhiên, như q trình khử Cr(VI) thành Cr(III) [8].
 Các loại vật liệu hấp phụ khác:
Ngồi các vật liệu hấp phụ trên, cịn rất nhiều loại vật liệu được sử dụng hấp phụ
kim loại nặng trong dung dịch nước. Trong tương lai, vật liệu hấp phụ với bề mặt riêng

lớn, đầy đủ các nhóm chức năng, khả năng hấp phụ cao, dễ dàng tách khỏi dung dịch
nước, giá thấp và thân thiện với môi trường sẽ càng được chú trọng nghiên cứu và sử
dụng trong xử lý các ion kim loại nặng trong nước [8].

7