Nghiên cứu điều chế keo hydroxyt sắt (iii) từ dung dịch clorua sắt (ii) và khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (iii) đối với một số hợp chất khó phân hủy bằng vi sinh vật

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THỦY TRÚC

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ KEO HYDROXYT SẮT (III)
TỪ DUNG DỊCH CLORUA SẮT (II) VÀ KHẢO SÁT
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA KEO SẮT (III)
ĐỐI VỚI MỘT SỐ HP CHẤT KHÓ PHÂN HỦY
BẰNG VI SINH VẬT

Chuyên nghành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 naêm 2007


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

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 05 tháng 11 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Huỳnh Thủy Trúc

Giới tính : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 12-07-1980

Nơi sinh : Tây Ninh

Chun ngành : Công nghệ hóa vô cơ
Khố (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu khả năng điều chế keo hydroxyt sắt (III) từ dung dịch clorua sắt (II) và
khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với một số hợp chất khó phân hủy
bằng vi sinh vật.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Nghiên cứu điều chế keo hydroxyt sắt (III) từ dung dịch clorua sắt (II) và từ muối
sắt (III) clorua có kích thước hạt nhỏ ( cỡ µm và nm )
- Khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với một số hợp chất khó phân hủy
bằng vi sinh vật như amoniac, phenol, metylen xanh và dimetylamin
- Thử nghiệm xử lý trên nước thải rỉ rác giai đoạn cuối
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05-02-2007
4- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ : 05-11-2007
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. HOÀNG ĐÔNG NAM
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH

Ngày

tháng

năm 2008

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG ĐÔNG NAM

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS MAI HỮU KHIÊM

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN THIẾT DŨNG

Chữ ký:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 21 tháng 01 naêm 2008

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS Hoàng Đông Nam,
thầy đã tận tình chỉ dẫn và truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu
trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Những kinh nghiệm thầy truyền đạt sẽ giúp
ích cho em rất nhiều trong quá trình làm việc sau này.
Em xin gởi lời cám ơn đến các thầy cô thuộc Bộ Môn Công Nghệ Hóa Vô Cơ đã tạo
điều kiện cho em về mọi mặt để em có thể hoàn thành luận văn.
Xin gởi lời cám ơn đến Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia, Phòng Thí Nghiệm
Công Nghệ Nano, Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ về thiết bị và
tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Sở Khoa Học Và Công Nghệ Tây Ninh, Trung Tâm
ng Dụng Tiến Bộ Khoa Học Và Công Nghệ Tây Ninh và các bạn đồng nghiệp đã
luôn động viên và tạo mọi điều kiện để giúp tôi hoàn thành khóa học của mình.
Xin gởi lời cám ơn đến các bạn bè của tôi, những người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong
suốt quá trình làm luận văn.
Cuối cùng, xin gởi lời cám ơn đến gia đình và những người thân, đã luôn bên cạnh và
động viên tôi giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn tất chương trình học của mình.


TÓM TẮT
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nhà máy tẩy rửa thép, lượng chất thải thải ra
môi trường ngày càng nhiều. Nhận thấy, lượng sắt (II) clorua còn lại trong nước thải
tẩy rửa thép là rất lớn. Do đó tận dụng nguồn nguyên liệu sắt (II) clorua và xử lý nó
là rất cần thiết. Vì thế chúng tôi đã sử dụng nguồn nguyên liệu này để điều chế keo
Fe(OH)3. Sau đó khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với một số hợp chất
khó phân hủy bằng vi sinh vật ví dụ dimetylamin, metylen xanh, phenol và amoniac.
Đề tài đã thu được một số kết quả sau:
+ Hướng 1:
Keo hydroxyt sắt (III) được điều chế bằng cách cho kiềm vào dung dịch nước thải có
chứa FeCl2 sau đó oxy hóa bằng H2O2.

Phương pháp tổng hợp này cho keo hydroxyt sắt có kích thước hạt vào khoảng từ
1,28 µm đến 11,80 µm.
Hiệu suất hấp phụ trung bình của keo hydroxyt sắt (III) đối với amoniac là 35%,
phenol là 30%, kế đến là metylen xanh và dimetylamin.
+ Hướng 2:
Keo hydroxyt sắt (III) được điều chế bằng cách cho kiềm vào dung dịch muối sắt
(III) clorua (đi từ FeCl3.6H2O).
Phương pháp tổng hợp này cho keo hydroxyt sắt có kích thước hạt vào khoảng 123,5
nm đến 294,5 nm.
Hiệu suất hấp phụ cao nhất của keo hydroxyt sắt đối với amoniac là 49%, đối với
phenol là 85%.
Quá trình hấp phụ tuân theo đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.


Sau cùng, ứng dụng khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III) để xử lý amoniac
và các hợp chất hữu cơ có trong nước thải rỉ rác giai đoạn cuối. Kết quả hiệu suất
hấp phụ trung bình đối với amoniac là 43%, đối với COD là 45% và hàm lượng các
chất hữu cơ giảm đáng kể.
Điều này có ý nghóa quan trọng trong việc sử dụng keo hydroxyt sắt (III) như là một
chất hấp phụ để xử lý nước thaûi.


ABSTRACT
Nowadays, the more steel washing factories development are, the more amounts of
waste matter eliminates to environment. Realizing that, amounts of iron (II) clorua
remains abundant in steel washing wastewater. Taking full advantage of iron (II)
clorua source and treating it are very essential.
So we used this material source to prepare ferric trihydroxide. Then we survey
ability adsorption of ferric trihydroxide to numbers of compounds which are hard
broke up by microorganism, for example dimethylamine, methylene blue, phenol

and ammonia.
The essay has got results, such as:
+ The first method :
Preparing ferric trihydroxide by addition of alkali to the iron (II) clorua solution
which remains in wastewater and then oxidation with H2O2.
This synthesis way produces ferric trihydroxide with sizes ranging from 1.28 to
11.80 µm.
The average of the adsorption productivity of Fe(OH)3 towards ammonia is 35%,
phenol is 30%, next methylene blue and dimethylamine.
+ The second method :
Preparing ferric trihydroxide by addition of akali to the FeIII salts solution
(FeCl3.6H2O)
This synthesis way produces ferric trihydroxide with sizes ranging from 123.5 to
294.8 nm.


The average of the adsorption productivity towards ammonia is 49% and phenol is
85%.
The adsorption processes obey the Freundlich-type adsorption isotherms.
The applications of Fe(OH)3 adsorptive ability eliminate of ammonia, organic
compounds from the final leaking rubbish wastewater stages. They get results such
as the average adsorption productivity towards ammonia is 43%, chemical oxygen
demand decreases and organic compounds content decreases.
The results bring important meaning within using ferric trihydroxide as an adsorbent
to treat wastewater.


MỤC LỤC CHỮ VIẾT TẮT
C ....................................... Nồng độ mol/l
Ccb ..................................... Nồng độ cân bằng chất bị hấp phụ trong môi trường

Chp ..................................... Nồng độ chất bị hấp phụ trong lớp hấp phụ
D ....................................... Hệ số khuếch tán
E........................................ Năng lượng hoạt hóa
g ........................................ Gia tốc trọng trường
p ........................................ p suất khí cân bằng trên chất hấp phụ
pH ..................................... Độ pH của dung dịch
q ........................................ Nhiệt hấp phụ
r......................................... Bán kính của hạt
S........................................ Diện tích bề mặt chất hấp phụ
T........................................ Nhiệt độ
t......................................... Thời gian
x ........................................ Độ hấp phụ
v ........................................ Thể tích của hạt
vsl ...................................... Vận tốc sa lắng
vkt ...................................... Vận tốc khuếch tán
∆Fhp ................................... Độ giảm năng lượng hấp phụ tự do
ρ........................................ Khối lượng riêng pha phân tán
ρ0....................................... Khối lượng riêng của môi trường
η........................................ Độ nhớt của chất lỏng
ε ........................................ Hằng số điện môi
π........................................ p suất thẩm thấu
µm,nm............................... Đơn vị đo độ dài
λ........................................ Bước sóng


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Dây chuyền tẩy rửa thép ................................................................................ 1
Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ tẩy rửa thép ......................................................................... 2
Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mixen keo Fe(OH)3 ................................................................. 10
Hình 3.2 Biểu đồ lực tương tác giữa hai hạt keo .......................................................... 12

Hình 4.1 Chuyển động Brown của hạt keo................................................................... 15
Hình 5: Arsenate adsorption density q(As) on AdsorpAs® (gran) and on
freshly prepared ferric hydroxide (ff) .......................................................................... 26
Hình 6: Sự định hướng của chất hoạt động bề mặt trên ranh giới rắn – dung dịch ...... 41
Hình 7.1 Sơ đồ tổng hợp keo hydroxyt sắt (III) theo hướng (1) ................................... 44
Hình 7.2 Sơ đồ tổng hợp keo hydroxyt sắt (III) theo hướng (2) ................................... 45
Hình 7.3 Dung dịch nước thải chứa FeCl2 .................................................................... 50
Hình 7.4 Mô hình thí nghiệm điều chế keo Fe(OH)3 ................................................... 50
Hình 7.5 Mẫu được chuẩn bị đem đo kích thước hạt .................................................... 51
Hình 7.6 Mô hình thí nghiệm hấp phụ .......................................................................... 53
Hình 7.7 Giàn cất Kendan 6 chỗ .................................................................................. 59
Hình 9.1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ dimetylamin theo thời gian............ 66
Hình 9.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ dimetylamin theo nồng độ ............. 67
Hình 9.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của dimetylamin............................... 68
Hình 9.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp thu của metylen xanh vào bước sóng ... 69
Hình 9.5 Đường chuẩn metylen xanh ........................................................................... 70
Hình 9.6 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ metylen xanh theo thời gian ......... 71
Hình 9.7 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ metylen xanh theo nồng độ .......... 72
Hình 9.8 Đường hấp đẳng nhiệt Freundlich của metylen xanh ................................... 73
Hình 9.9 Đường chuẩn phenol ...................................................................................... 74
Hình 9.10 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ của phenol theo thời gian ............ 75
Hình 9.11 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ của phenol theo nồng độ .............. 76
Hình 9.12 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của phenol ...................................... 76
Hình 9.13 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ của amoniac theo thời gian.......... 77
Hình 9.14 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ của amoniac theo nồng độ ........... 78
Hình 9.15: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của amoniac .................................. 79
Hình 10.1: Bề mặt đáp ứng của phương trình hồi quy (9.1) ............................................. 84
Hình 10.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ của amoniac nồng độ thấp theo
nồng độ ......................................................................................................................... 86

Hình 10.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của amoniac nồng độ thấp.............. 87
Hình 10.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ phenol nồng độ thấp theo
thời gian........................................................................................................................ 88
Hình 10.5 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ hấp phụ phenol nồng độ thấp theo
nồng độ ......................................................................................................................... 89
Hình 10.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của phenol nồng độ thấp ................ 90


MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng 6 : Các thành phần của lực liên kết Van Der Waals (đơn vị quy ước) đối với
amoniac và nước ........................................................................................................... 42
Bảng 7.1 Danh mục hóa chất sử dụng .......................................................................... 48
Bảng 7.2 Danh mục thiết bị sử dụng ............................................................................ 49
Bảng 7.3 Thành phần hóa học một số kim loại nặng có trong dung dịch nước thải
tẩy rửa thép ................................................................................................................... 50
Bảng 9.1 nh hưởng của tỷ lệ n H O / n Fe đến hiệu suất chuyển hóa............................ 62
2

2

2+

Bảng 9.2 nh hưởng của nồng độ FeCl2 có trong nước thải đến kích thước hạt keo ... 63
Bảng 9.3 nh hưởng của thời gian tạo keo đến kích thước hạt keo ............................. 64
Bảng 9.4 nh hưởng của pH dung dịch đến kích thước hạt keo................................... 65
Bảng 9.5 nh hưởng của tốc độ khuấy đến kích thước hạt .......................................... 65
Bảng 9.6 nh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của dimetylamin.......................... 66
Bảng 9.7 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của dimetylamin ........................... 67
Bảng 9.8 Sự phụ thuộc của độ hấp thu metylen xanh vào bước sóng .......................... 69

Bảng 9.9 Sự phụ thuộc của độ hấp thu metylen xanh theo nồng độ............................. 70
Bảng 9.10 nh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của metylen xanh ...................... 71
Bảng 9.11 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của metylen xanh ....................... 72
Bảng 9.12 Sự phụ thuộc của độ hấp thu phenol theo nồng độ...................................... 73
Bảng 9.13 nh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của phenol ................................. 74
Bảng 9.14 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của phenol .................................. 75
Bảng 9.15 nh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của amoniac ............................. 77
Bảng 9.16 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của amoniac................................ 78
Bảng 10.1 Các yếu tố ảnh hưởng.................................................................................. 82
Bảng 10.2 Ma trận quy hoạch thực nghiệm 23 ............................................................. 83
Bảng 10.3 Ma trận quy hoạch với biến ảo TYT 23 ....................................................... 84
Bảng 10.4 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của amoniac nồng độ thấp .......... 86
Bảng 10.5 nh hưởng của thời gian đến độ hấp phụ của phenol nồng độ thấp ........... 88
Bảng 10.6 nh hưởng của nồng độ đến độ hấp phụ của phenol nồng độ thấp ............ 89
Bảng 11.1 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ban đầu .................................................. 92
Bảng 11.2 Hiệu suất xử lý amoniac.............................................................................. 93
Bảng 11.3 Hiệu suất hấp phụ COD bằng keo Fe(OH)3 ................................................ 93
Bảng 11.4: Hiệu suất hấp phụ các chất hữu cơ bằng keo hydroxyt sắt (III) đối với
mẫu nước thải I (hồ 5.5) ............................................................................................... 94


Bảng 11.5: Hiệu suất hấp phụ chất hữu cơ bằng keo hydroxyt sắt (III) đối với mẫu
nước thải II (hồ 6.2) ...................................................................................................... 94


MỤC LỤC
Trang
PHẦN I : TỔNG QUAN
Chương 1 : Tổng quan về nguồn nước thải từ dây chuyền tẩy rửa thép
của nhà máy thép tấm lá Phú Mỹ........................................................................1

1.1 Giới thiệu :......................................................................................................1
1.2 Sơ đồ công nghệ tẩy rửa thép : .......................................................................1
1.3 Các chỉ tiêu của dây chuyền tẩy rửa thép :.....................................................3
Chương 2 : Hệ keo................................................................................................4
2.1 Khái niệm :......................................................................................................4
2.2 Phân loại hệ keo : ...........................................................................................4
2.3 Tương tác giữa những hạt keo : ......................................................................5
2.4 Độ bền hệ keo : ..............................................................................................6
Chương 3: Giới thiệu về keo hydroxyt sắt ...........................................................7
3.1 Giới thiệu về keo hydroxyt sắt (II) .................................................................7
3.2 Giới thiệu về keo hydroxyt sắt (III)................................................................7
3.2.1 Đặc điểm : ...................................................................................................7
3.2.2 Cấu trúc: ......................................................................................................7
3.2.3 Cấu tạo mixen keo :.....................................................................................9
3.2.4 Tính chất của hệ keo kỵ nước:...................................................................11
3.2.5 Các đặc tính quan trọng của keo hydroxyt sắt (III): ..................................12
3. 2.5.1 Kích thước hạt keo:...............................................................................12
3.2.5.2 Diện tích bề mặt: ....................................................................................13
3.2.5.3 Tốc độ sa lắng của hạt keo: ...................................................................13
3.2.5.4 Năng lượng bề mặt hạt keo: .................................................................14
Chương 4: Hệ phân tán .......................................................................................15
4.1 Chuyển động Brown:....................................................................................15
4.2 Sự khuếch tán trong dung dịch keo: .............................................................16
4.2.1 Định luật khuếch tán thứ nhất của Fick: ....................................................16
4.2.2 Định luật khuếch tán thứ hai của Fick: ......................................................18
4.3 Sự sa lắng trong các hệ keo: .........................................................................19
Chương 5: Một Số Phương Pháp Tổng Hợp Keo Hydroxyt Sắt (III) ..................22
5.1 Sự thủy phân của muối sắt (III) trong dung dịch có tính axit: ......................22

5.2 Sự biến đổi của ferrihydrite:.........................................................................23
5.3 Quá trình oxy hóa muối sắt (II) có kèm quá trình thủy phân: ......................23
5.4 Phương pháp sol-gel: ....................................................................................24
5.5 Sự kết tủa thủy nhiệt:....................................................................................24
5.6 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về quá trình tạo keo hydroxyt
sắt (III):...............................................................................................................24
Chương 6: Lý thuyết về vấn đề hấp phụ ............................................................27
6.1 Khái niệm hiện tượng hấp phụ: ....................................................................27
6.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ: ......................................................................28
6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III):...31
6.3.1 nh hưởng của pH môi trường: .................................................................31
6.3.2 nh hưởng của dung môi:... ......................................................................32
6.3.3 nh hưởng tính chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: .......................33
6.3.4 nh hưởng của cấu trúc xốp với các mao quản của chất hấp phụ: ............33
6.4 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt:..........................................................36
6.4.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:............................................36
6.4.2 Phương trình Langmuir J: ... ......................................................................37
6.5 ng dụng các quá trình hấp phụ: ..................................................................39
6.6 Nguyên tắc lựa chọn một số chất để khảo sát khả năng hấp phụ: ................39
6.7 Quy luật cơ bản của sự hấp phụ: ...................................................................40
6.7.1 Quy tắc phân tử lượng đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch:..............40
6.7.2 Quy tắc về sự phân cực:...... ......................................................................40
6.8 Các tương tác giữa keo hydroxyt sắt (III) và các hợp chất khó phân hủy
bằng vi sinh vật: ................................................................................................41
6.8.1 Liên kết Van Der Waals:...........................................................................41
6.8.2. Liên kết hydro: .........................................................................................43
Phần II: THỰC NGHIỆM
Chương 7: Nội Dung - Phương Pháp Nghiên Cứu ..............................................44
7.1 Nội dung- phương pháp nghiên cứu:.............................................................44
7.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ: ........................................................................44

7.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: .............................................................46
7.1.3 Các phương pháp phân tích ......................................................................47
7.2 Dụng cụ - thiết bị, hóa chất: .........................................................................48
7.2.1 Hóa chất:....................................................................................................48
7.2.2 Dụng cụ – Thiết bị:....................................................................................49


7.3 Quy trình thực nghiệm: .................................................................................49
7.3.1 Chuẩn bị dung dịch FeCl2 để tạo keo Fe(OH)3: ........................................50
7.3.2 Giai đoạn oxy hóa Fe(OH)2 thành Fe(OH)3 ..............................................52
7.3.3 Giai đoạn hấp phụ: ....................................................................................52
7.3.3.1 Giai đoạn hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III) tạo thành theo
hướng (1) đối với amoniac có nồng độ cao:........................................................52
7.3.3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III) tạo thành theo
hướng (2) đối với amoniac:...............................................................................52
7.3.4 Giai đoạn xác định hàm lượng còn lại của chất bị hấp phụ .......................53
7.3.4.1 Xác định nồng độ amoniac .....................................................................53
7.3.4.2 Xác định nồng độ phenol: ......................................................................55
7.3.4.3 Xác định nồng độ dimetylamin...............................................................57
7.4 Thử nghiệm xử lý trên nước thải rỉ rác giai đoạn cuối: ................................59
Chương 8: Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình nghiên cứu...............................60
8.1 Quá trình tạo keo Fe(OH)3: ..........................................................................60
8.1.1 nh hưởng của thời gian phản ứng: ...........................................................60
8.1.2 nh hưởng của nồng độ, tỉ lệ tác chất: ......................................................60
8.1.3 Giá trị pH:..................................................................................................60
8.1.4 nh hưởng của nhiệt độ phản ứng:............................................................60
8.1.5 nh hưởng của tốc độ khuấy: ...................................................................61
8.2 Quá trình hấp phụ của keo Fe(OH)3 đối với một số hợp chất khó phân hủy
bằng vi sinh vật: ......................... ......................................................................61
8.2.1 nh hưởng của thời gian hấp phụ: .............................................................61

8.2.2 nh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ: ..................................................61
8.2.3 nh hưởng của nhiệt độ hấp phụ: ..............................................................61
PHẦN III: KẾT QUẢ – BÀN LUẬN
Chương 9: Nghiên cứu quá trình tạo keo hydroxyt sắt (III) từ dung dịch nước thải
chứa FeCl2 và khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với amoniac,
phenol, metylen xanh và dimetylamin: ..............................................................62
9.1 Quá trình oxy hóa Fe(OH)2 thành Fe(OH)3:.................................................62
9.2 Khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình tạo keo sắt (III) theo
hướng 1: ..............................................................................................................62
9.2.1 Khảo sát nồng độ FeCl2:............................................................................62
9.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng:.............................................63
9.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH:......................................................................64


9.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn: ..............................................65
9.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III) đối với
dimetylamin, metylen xanh, phenol và amoniac: ..............................................66
9.3.1 Đối với dimetylamin:.................................................................................66
9.3.1.1 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo thời gian:.....................................66
9.3.1.2 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo nồng độ: ......................................67
9.3.1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: ..................................................68
9.3.2 Đối với metylen xanh: ...............................................................................69
9.3.2.1 Tìm bước sóng thích hợp:........................................................................69
9.3.2.2 Lập đường chuẩn: ..................................................................................70
9.3.2.3 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo thời gian:.....................................70
9.3.2.4 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo nồng độ metylen xanh:..............71
9.3.2.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: ..................................................72
9.3.3 Đối với phenol: ..........................................................................................73
9.3.3.1 Dựng đường chuẩn:.................................................................................73
9.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của độ hấp phụ theo thời gian:...............................74

9.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ hấp phụ theo nồng độ phenol: ....................75
9.3.3.4 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: ..................................................76
9.3.4 Đối với amoniac: .......................................................................................77
9.3.4.1 Khảo sát thời gian hấp phụ: ....................................................................77
9.3.4.2 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo nồng độ amoniac ban đầu: .........78
9.3.4.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich: ..................................................79
9.3.5 Nhận xét, so sánh, đánh giá khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III)
đối với dimetylamin, metylen xanh, phenol và amoniac: ..................................80
Chương 10: Nghiên cứu quá trình tạo keo hydroxyt sắt (III) từ muối FeCl3 và
khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với phenol và amoniac: ..........82
10.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo keo hydroxyt sắt (III)
theo hướng thứ hai (đi từ FeCl3 tinh khiết và NaOH):........................................82
10.1.1 Phương án quy hoạch thực nghiệm:.........................................................82
10.1.2 Tối ưu hóa hàm đáp ứng: ........................................................................85
10.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của keo hydroxyt sắt (III) đối với
amoniac và phenol có nồng độ thấp: ..................................................................86
10.2.1 Đối với amoniac: .....................................................................................86
10.2.1.1 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo nồng độ: ....................................86
10.2.1.2 Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:...........................87


10.2.2 Đối với phenol: ........................................................................................88
10.2.2.1 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo thời gian:...................................88
10.2.2.2 Khảo sát sự thay đổi độ hấp phụ theo nồng độ: ....................................89
10.2.2.3 Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:............................90
10.2.3 Nhận xét, đánh giá giữa hai quá trình tạo keo và khả năng hấp phụ
của keo đối với amoniac và phenol:...................................................................91
Chương 11: Thử nghiệm xử lý trên nước thải rỉ rác giai đoạn cuối ...................92
11.1 Giới thiệu mẫu nước thải rỉ rác:..................................................................92
11.2 Kết quả xử lý bằng keo hydroxyt sắt:.........................................................92

PHẦN IV: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
Chương 12: Kết Luận – Kiến nghị .....................................................................96
12.1 Kết luận ......................................................................................................96
12.2 Kiến nghị ....................................................................................................97
PHẦN V: PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Các phương pháp phân tích ...............................................................98
Phụ lục 2: Các kết quả đo kích thước hạt .........................................................111
Phụ lục 3: Công thức tính toán..........................................................................143
Phụ lục 4: Các bảng số liệu ..............................................................................153
Phụ lục 5: Một số hình ảnh về thiết bị..............................................................161
Phụ lục 6: Các kết quả phân tích ......................................................................163
TÀI LIỆU THAM KHẢO


LỜI MỞ ĐẦU
Theo kết quả tham quan nhà máy thép tấm lá Phú Mỹ, cho thấy hàm lượng sắt (II)
clorua còn lại sau dây chuyền tẩy rửa thép là khá lớn, khoảng 123,7 g/l. Hàng năm,
lượng sắt (II) clorua thải ra là rất lớn, khoảng 4000 tấn/năm. Cho đến nay, nhà máy
vẫn chưa có biện pháp xử lý thích hợp. Nhận thấy, có thể sử dụng nguồn nguyên liệu
này để điều chế keo hydroxyt sắt (III).
Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề sử dụng dung dịch muối sắt
clorua để điều chế keo hydroxyt sắt, dùng để hấp phụ arsenate, arsenite và
phosphate có trong nước ngầm, nước tự nhiên và nước thải. Phương pháp này có ưu
điểm là: hiệu quả xử lý cao, an toàn để đảm bảo xử lý chất ô nhiễm với mức độ lớn,
vận hành dễ dàng, lượng chất thải thải ra nhỏ.
Dựa trên cơ sở này, chúng tôi đã nghiên cứu điều chế keo hydroxyt sắt (III) từ dung
dịch nước thải có chứa FeCl2 của nhà máy tẩy rửa thép và từ muối FeCl3.6H2O. Từ
đó khảo sát khả năng hấp phụ của keo sắt (III) đối với một số hợp chất khó phân hủy
bằng vi sinh vật như là amoniac, phenol, metylen xanh và dimetylamin.
Sau đó thử nghiệm xử lý trên nước thải rỉ rác giai đoạn cuối, có chứa các chất hữu cơ

và vô cơ khó phân hủy sinh học có BOD thấp.
Với kết quả thu được từ đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ có thể mở rộng khả năng xử
lý nước thải của keo hydroxyt sắt (III) đối với các nguồn nước thải đang gây ô nhiễm
môi trường.


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: HUỲNH THỦY TRÚC
Ngày, tháng, năm sinh: 12 – 07 – 1980
Nơi sinh: Tây Ninh
Địa chỉ liên lạc: B56 Long Đại, Long Thành Bắc, Hòa Thành, Tây Ninh
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Từ 1998 đến 2003: Học đại học tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố
Hồ Chí Minh
Từ 2005 đến 2007: Học cao học tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố
Hồ Chí Minh
QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:
Từ 2003 đến 2007: Công tác tại Sở Khoa Học Công Nghệ Tây Ninh


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

9.

10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.

Bùi Trung, Thiều Minh Triết, Nguyễn Xuân Thơm, Nguyễn Đức Quý – Nghiên
cứu điều chế chất keo tụ sắt (III) sunfat – Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa
học và công nghệ năm 2004
Hoàng Nhâm – Hóa học các nguyên tố – tập 1,2- Nhà xuất bản Đại Học Quốc
Gia Hà Nội.
Lê Văn Cát – Hấp phụ và trao đổi ion trong xử lý nước và nước thải- Nhà Xuất
Bản Khoa Học Kỹ Thuật
Mai Hữu Khiêm – Hóa keo – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ
Chí Minh - 2004
Nguyễn Bạch Tuyết, Lê Xuân Mai – Thí nghiệm hóa phân tích – Nhà Xuất
Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh – 2003
Nguyễn Danh Nhi, Nguyễn Hữu Hùng – Cân Bằng Pha và Hóa Keo- Nhà Xuất
Bản Đại Học Sư Phạm
Nguyễn Cảnh – Quy Hoạch Thực Nghiệm – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia
Thành Phố Hồ Chí Minh – 2004
Nguyễn Đình Soa – Hóa Đại Cương – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành
Phố Hồ Chí Minh
Nguyễn Trọng Tuyển, Trần Hồng Côn, Phạm Hùng Việt, Hoàng Văn Hà –
Nghiên cứu sử dụng quặng sắt (limonit) làm tác nhân hấp phụ loại bỏ an toàn
arsen ra khỏi nước sinh hoạt – Tạp chí hóa học, T 38, số 4, trang 72-76, 2000,

Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội
P.P Koroxtelev – Chuẩn Bị Dung Dịch Cho Phân Tích Hóa Học- Nhà Xuất Bản
Khoa Học Liên Xô, xuất bản lần thứ 2
PGS.TS Trần Đức Hạ, KS. Đỗ Văn Hải – Cơ Sở Hóa Học Quá Trình Xử Lý
Nước Cấp và Nước Thải- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 2002
Trần Văn Thạnh – Các Phương Pháp Phân Tích Hữu Cơ- Trường Đại Học Bách
Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 1998
TS.Nguyễn Thị Thu- Hóa keo. Nhà Xuất Bản Đại Học Sư Phạm, 1998
TCVN 6216:1996 – Chất Lượng Nước, Xác Định Chỉ Số Phenol- Phương Pháp
Trắc Phổ Dùng 4-Aminoantipyrine sau khi chưng cất – Hà Nội 1996
TCVN 5945:2005 – Nước thải công nghiệp, tiêu chuẩn thải – Hà Nội 2006
TCVN 4565-88: Xác định nhu cầu oxy hóa học COD – Hà Nội 1988


17. TCVN 4563-1988: Xác định hàm lượng amoniac trong nước chưa xử lý, nước
uống, các loại nước thải.
18. Trần Hồng Côn, Lê Hải Thanh, Nguyễn Thị Kim Dung – Nghiên cứu cố định
sắt (III) hydroxit vô định hình kích thước nanomet trên polyme chitosan làm vật
liệu hấp thụ asen hiệu năng cao – Tóm tắt các báo cáo khoa học tại Hội Nghị
Khoa Học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội, 2006 (p 125-126)
19. X.l.Akhnadarova, V.V.Kakharop - Tối ưu hóa thực nghiệm trong hóa học và kỹ
thuật hóa học – Nguyễn Cảnh, Nguyễn Đình Soa dịch – Trường Đại Học Kỹ
Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, 1994
20. Au-yeung, George Denes, J.E.Greedan, Donald R. Eaton, Thomas Birchall. A
novel synthetic route to ‘iron trihydroxide, Fe(OH)3’: Characterization and
magnetic properties, inorganic chemistry, 23, 1513-1517, 1984
21. Au-yeung, S.C.F, Eaton, D.R.Birchall, T, Denes, G, Greedan, J.E, Hallet, C and
Reuben Baurr K (1985) The preparation and charaterization of iron
trihydroxide, Fe(OH)3. Canadian Journal of chemistry, 63, 3378-3385
22. B.N. Pal Granular ferric hydroxide for elimination of arsenic from drinking

water . M/S Pol. Trocknor [P] Ltd.
23. Basmadjian, D.(1997) The little adsorption book. CRC Press, Boca Raton, FL.
24. Clair N. Sawyer, Perry L. Maccarty, Gene F Parkin Chemistry for
environmental Engineering and Science. 5th edition, New York, McGraw Hill,
(2003)
25. Crittenden, B and Thomas, W.J (1998) Asorption technology and design
Butterworth. Heineman Oxford, UK
26. Chou, K.T, Bum, H.T, Kim, D.S And Cho, S.H (2000) Adsorption science and
technology (D.D.Do, ed). World Scientific Publishers, River Bridge, NJ, p159
27. Do, DD (1998) Adsorption Analysis: Equiplibrium and Kinetics. Imperial
College Press, London
28. David B. Vance (2007) The 4 technology solution iron oxide metal adsorption
29. Driechaus, W.Jekel, M and Hildebrandt, U. Granular ferric hydroxide-a new
adsorbent for the removal of arsenic from natural water, 1998. Blackwell
science Ltd J.water SRT-aqua 47, 30-35.
30. F.Rengifo, B.Garbo, A.quach, W.P.Ela and A.E Saez. Stabilization of arsenicbearing iron hydroxide solid waste in polymeric matrices . Deparment of
chemical and environmental Engineering University of Arizona.


31. Fraust, S.D And Aly, O.M (1987) Adsorption processes for water treament .
Butter-Worths, Boston, MA
32. Golden, C.M.A.,Rao, M.B., and Sircar, S (1998) In fundamentals of adsorption
(F. Meunier, ed) Elsevier, Amsterdam, the Netherland, p 1083
33. Gritti F, Guiochon .G . Adsorption, desorption isotherm hysteresis of phenol on
a C18-bonded surface -2003, Aug 29.
34. Horiba Jonbin Yvon LB550 Dynamic Light Scattering nano-particle size
analyzer . Instrument, Inc, 2007.
35. Horiba LA920 Dynamic scatterring particle size distribution analyzer,
Instrument, Inc, 2006
36. Hach company, 1996 DR/2010 Spectrophotometer Handbook, Nitrogen,

Amonia/ Nessler Method, p483-488
37. Hach company, 1996 DR/2010 Spectrophotometer Handbook - Phenol/ 4amoniantipyrine Method, p601-606
38. Hach company, 1996 DR/2010 Spectrophotometer Handbook - Iron, Ferous /
1,10-phenanthroline Method, p330-336
39. Hach company, 1996 DR/2010 Spectrophotometer Handbook- Oxygen demand,
Chemical, p557-576
40. Ishizaki, C. and Cookson., J.T (1974) Chemistry of water supply treament and
distribution (A.J.Rubin, ed) Ann Arbor Science, Ann Arbr, Mi, Chapter 10
41. Kahn, Jennifer (2006) Nanotechnology National Geographic.
42. Kaneko, K. Miyawaki,. Wanatabe, A., and Suzuki, T. (1998) Fundamental of
adsorption (F Meunier, ed) Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, p51
43. Kaneko, K.,Yang, C.m, Ohkubo, T., Kimura, T, Iiyama, T., and Touhara, H
(2000) Adsorption science and technology (D.D.Do, ed) World Scientific
Publishers, Singapore
44. Libra S6 user Manual. Biochrom, Ltd
45. Motoyuki Suzuki. Adsorption Engineering. Kodansha, Ltd, Tokyo and Elsevier
Science Publisher B.V, Amsterdam,1990.
46. Michael J. Taras, Chairman, Arnold E.Greenberg, Richard D. Hoak, M.C Rand,
13th edition. Standard methods for the examination of water and wastewater.
Published jointly by The American Public Health Association (APHA), The
American Water Works Association (AWWA), and The Water Environment
Federation (WEF)


47. Ms. G.K. Montizaan. Environmental Health Criteria 161/Phenol. World Health
Organization Geneva, 1994, p18-24
48. Notaro, F.,Mulhaupt, J.T, Leavitt, F.W, and Ackley, M.W. Adsorption process
and system using multilayer adsorbent beds- U.S Patent 5,810,909 (1998) to
Praxair.
49. Plos medicine. Nanotechnology and the Developing World .Volume 2, Issul 4,

US, April 2005.
50. Ralph T.Yang. Adsorbents fundamentals and applications. Wiley Interscience,
A John Wiley & Sons, Inc, Publication , 2003.
51. Radovie, L.R., Ume, J.I., and Scaroni, A.W(1996) Fundamentals of Adsorption
(M.D. Le Van, ed) Kluwer, Boston, p749
52. Ruthven, D.M (1984) Principles of adsorption and adsorption processes, Wiley,
New York, N.Y, Ch 12
53. Suzuki, M (1990) Adsorption Engineering. Copublished by Kodansha LTD,
Tokyo and Elsevier Science Publishers B.V, Amsterdam.
54. U.S Schewertmann, R.M. Cornell. Iron Oxides In The Laboratory. Wiley,
VCH, April 2000
55. Valenzuela, D.P and Myers, A.L (1989) Adsorption Equilibrium Data
Handbook. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ
56. Yoshida, M.,Kodama, A.,Goto, M and Hirose, T(1998). Fundamentals of
Adsorption ( F. Meunier,ed) Elsevier, Amsterdam, p817


Luận văn thạc só

1

GVHD: TS.Hoàng Đông Nam

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC THẢI TỪ DÂY CHUYỀN
TẨY RỬA THÉP CỦA NHÀ MÁY THÉP TẤM LÁ PHÚ MỸ
1.1 Giới thiệu :
Hệ thống sản xuất của công ty thép tấm lá Phú Mỹ theo công nghệ cán 4 trục (4high) tiên tiến của Ý, Mỹ, o với quy trình vận hành qua 5 dây chuyền : tẩy rửa,
cán nguội đảo chiều, lò ủ, cán nguội là nắn, cuộn lại đóng gói.
Công suất của nhà máy 405.000 tấn / năm, gồm các sản phẩm : thép lá cán nguội
(mềm và cứng), cuộn thép P.O theo tiêu chuẩn JIS của Nhật, DIN của Châu u

và ASTM của Mỹ.
1.2 Sơ đồ công nghệ tẩy rửa thép :
Dây chuyền tẩy rửa thực hiện việc tẩy rửa cuộn thép cán nóng. Cuộn thép được
xử lý bởi các bồn tẩy rửa đặc biệt loại HCL TURBOFLOTM đảm bảo tẩy sạch các
lớp oxit trên bề mặt bằng cách sử dụng axit clohydric trước khi đưa tới công đoạn
cán nguội.
Ngoài ra, dây chuyền còn có khu vực rửa được thiết kế theo kiểu tầng đảm bảo
rửa sạch clorua còn bám trên bề mặt băng thép sau khi tẩy.

Hình 1.1: Dây chuyền tẩy rửa thép

HVTH: Huỳnh Thủy Trúc