Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước

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

NGUYỄN NGỌC THIỆN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ
XỬ LÝ AMONI VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


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

NGUYỄN NGỌC THIỆN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ
XỬ LÝ AMONI VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC

Chun ngành: Hóa Mơi Trƣờng
Mã số:60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội -2016


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................6
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................8
1.1. Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt ....................................................................8
1.1.1. Than hoạt tính ............................................................................................8
1.1.2. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính .....................................................9
1.2. Nhóm cacbon-oxi trên bề mặt than hoạt tính .................................................10
1.3. Ảnh hƣởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ ....................13
1.4. Biến tính bề mặt than hoạt tính ......................................................................15
1.5. Tình trạng ơ nhiễm amoni,asen và xanh metylen ở nƣớc ta ..........................15
1.5.1. Tình trạng ơ nhiễm amoni ở nƣớc ta .......................................................15
1.5.2. Tình trạng ơ nhiễm asen ở nƣớc ta ..........................................................16
1.5.3. Tình trạng ơ nhiễm xanh metylen.......................................................................16

CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM ......................................................................... 19
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn ..............................................19
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................19
2.1.2. Nội dung nghiên cứu................................................................................19
2.2. Dụng cụ và hóa chất .......................................................................................19
2.2.1. Dụng cụ ....................................................................................................19
2.2.2. Hóa chất .......................................................................................................19
2.2.2.1. Chuẩn bị hóa chất để tạo vật liệu mới ..................................................19
2.2.2.2. Chuẩn bị hóa chất để phân tích amoni ..................................................20
2.2.2.3. Chuẩn bị hóa chất để phân tích asen .....................................................20
2.2.2.4. Chuẩn bị hóa chất để phân tích xanh metylen ......................................21
2.3. Các phƣơng pháp phân tích ion trong dung dịch ...........................................21

2.3.1. Phân tích amoni bằng phƣơng pháp Nessler ...........................................21
2.3.2. Phân tích asen bằng phƣơng pháp so màu thủy ngân brơmua .................24
2.3.3. Phân tích xanh metylen ............................................................................26
2.4. Phƣơng pháp tính tải trọng hấp phụ ...............................................................27
2.4.1. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................28
2.4.2.Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ...........................................29
2.5. Biến tính than hoạt tính ..................................................................................30
2.5.1. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ từ than hoạt tính nguyên khai ........................30

1


2.5.2. Biến tính than hoạt tính...........................................................................31
2.5.2.1. Than xử lý thơng thƣờng (dạng than thƣờng : AC-1) ..........................31
2.5.2.2. Than xử lý bằng NaOH (dạng muối Na : AC-2) ..................................31
2.5.2.3. Than xử lý bằng HCl (dạng axit : AC-3) ..............................................31
2.5.2.4. Than biến tính bằng HNO3 sau đó trung hịa bằng NaOH (dạng muối Na
: AC-4) ...............................................................................................................31
2.5.2.5. Than biến tính bằng HNO3 (dạng axit : AC-5) .....................................31
2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni, asen và xanh metylen của các vật liệu ...31
2.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu với amoni ...........................31
2.6.1.1. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng amoni .........................................31
2.6.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu với asen ..............................32
2.6.2.1. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng asen ........................................32
2.6.3.Khảo sát khả năng hấp phụ của than biến tính với xanh metylen ............32
2.6.3.1.Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng xanh metylen ..........................32
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 33
3.1. Cấu trúc bề mặt của than oxi hóa ...................................................................33
3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu với amoni .................................34
3.2.1. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của các vật liệu với amoni ...........34

3.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu đối với amoni .........35
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của các vật liệu...........................................39
3.3.1. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu với asen.....................39
3.3.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu đối với asen ............41
3.4. So sánh khả năng hấp phụ xanh metylen với amoni và asen........................ 45
3.4.1. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu với xanh metylen ......45
3.4.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu đối với xanh metylen
...........................................................................................................................46
KẾT LUẬN ............................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 52

2


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1. Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn để phân tích amoni ..................................23
Bảng 2.2. Mối quan hệ giữa nồng độ amoni và độ hấp phụ quang (Abs) ................23
Bảng 2.3. Chuẩn bị dãy dung dịch xây dựng đƣờng chuẩn asen ..............................25
Bảng 2.4. Mối quan hệ giữa nồng độ asen và chiều cao (h) theo phƣơng pháp thủy
ngân brômua
Bảng 2.5. Chuẩn bị dãy dung dịch để xây dựng đƣờng chuẩn xanh metylen ...........26
Bảng 2.6. Mối quan hệ giữa nồng độ xanh metylen và độ hấp phụ quang (Abs) .....27
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ amoni của các vật liệu ......34
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ amoni của các vật liệu ......................36
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ asen của các vật liệu .........40
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ asen của các vật liệu .........................41
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ xanh metylen của các vật
liệu .............................................................................................................................45
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ xanh metylen của các vật liệu ...........47

3


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Ứng dụng của than hoạt tính trong đời sống ...............................................8
Hình 1.2. Hình ảnh SEM chụp cấu trúc than cacbon hóa từ tre................................10
Hình 1.3. Hình ảnh mơ phỏng các nhóm chức trên than hoạt tính ...........................13
Hình 1.4. Ảnh hƣởng của asen tới sức khỏe con ngƣời ............................................17
Hình 2.1. Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích amoni ........................................................24
Hình 2.2. Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích asen ...........................................................26
Hình 2.3. Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích xanh metylen ............................................27
Hình 2.4. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .......................................................28
Hình 2.5. Đồ thị dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir .................................29
Hình 2.6. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich......................................................30
Hình 2.7. Đồ thị dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich ................................30
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của than oxi hóa ..............................................................33
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ amoni của các vật liệu........35
Hình 3.3. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-1 ..........................36
Hình 3.4. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-2 .........................37
Hình 3.5. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-3 ..........................37
Hình 3.6. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-4 ..........................38
Hình 3.7. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-5 ..........................39
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ asen của các vật liệu ..........40
Hình 3.9. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-1 ..........................42
Hình 3.10. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-2 ........................42
Hình 3.11. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-3 ........................43
Hình 3.12. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-4 ........................43
Hình 3.13. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-5 ........................44
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ xanh metylen của các vật liệu
...................................................................................................................................46

Hình 3.15. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-1 ........................47
Hình 3.16. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-2 .......................48

4


Hình 3.17. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-3 ........................48
Hình 3.18. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-4 ........................49
Hình 3.19. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu AC-5 ........................49

5


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
PGS.TS. Trần Hồng Cơn đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, chỉ bảo cho
em trong suất quá trình nghiên cứu.
Cảm ơn các phịng thí nghiệm trong Khoa Hóa Học – Trƣờng Đại Học Khoa
Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q trình làm thực nghiệm.
Chân thành cảm ơn các bạn học viên, sinh viên làm việc trong phịng thí
nghiệm Hóa Mơi Trƣờng. Các bạn đã giúp đỡ tơi trong q trình tìm tài liệu và hoàn
thiện luận văn.
Để hoàn thành bản luận văn này, ngồi sự nỗ lực tìm tịi, nghiên cứu của bản
thân, sự giúp đỡ của gia đình,bạn bè và những ngƣời xung quanh. Đặc biệt là những
thầy cô, đồng nghiệp đã đóng góp một phần khơng nhỏ trong nghiên cứu này.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Học viên cao học

Nguyễn Ngọc Thiện

6


MỞ ĐẦU
Hiện nay, tình hình ơ nhiễm nguồn nƣớc nói chung và nguồn nƣớc sinh hoạt
nói riêng bởi asen và amoni là vấn đề mà toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất
lƣợng cuộc sống ngày càng cao.
Theo các nghiên cứu gần đây hàm lƣợng asen cũng nhƣ amoni xác định đƣợc
trong các nguồn nƣớc vƣợt chỉ tiêu cho phép đến 6 lần hoặc cao hơn. Điều này ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến trực tiếp sức khoẻ của con ngƣời. Chúng gây ra rất nhiều
loại bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da, ung thƣ bàng quang, ung thƣ gan và các bệnh
về hô hấp... Đây là vấn đề đáng báo động đang đƣợc quan tâm đặc biệt. Vì vậy việc
loại bỏ amoni và asen ra khỏi các nguồn nƣớc ăn uống và sinh hoạt xuống dƣới
ngƣỡng cho phép đã đƣợc nghiên cứu và đạt đƣợc nhiều thành công đáng kể. Nhiều
loại vật liệu cũng đã đƣợc phát hiện để ứng dụng trong lĩnh vực này. Trong đó than
hoạt tính cũng đƣợc đề cập nhƣ một loại vật liệu tiềm năng để ứng dụng và xử lý các
loại chất độc hại này.
Than hoạt tính từ lâu đã đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc. Tuy nhiên ứng dụng
của nó trong xử lý nƣớc mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ và một
số các thành phần khơng phân cực có hàm lƣợng nhỏ trong nƣớc.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử
lý nƣớc sinh hoạt. Đặc biệt một lĩnh vực cịn rất mới đó là dùng than hoạt tính loại
bỏ các cation và anion trong nƣớc. Đồng thời trên cơ sở đó có thể so sánh đƣợc khả
năng hấp phụ với các chất hữu cơ ít phân cực đại diện là xanh metylen. Vì vậy chúng
tơi đã chọn và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật
liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nƣớc”.

7

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt
1.1.1. Than hoạt tính
Than hoạt tính là chất hấp phụ quí và linh hoạt. Chúng đƣợc sử dụng rộng rãi
cho nhiều mục đích nhƣ loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn. Chúng dùng để loại bỏ
các tạp chất vô cơ, hữu cơ trong nƣớc thải công nghiệp, sinh hoạt hoặc trong việc thu
hồi dung môi, làm sạch không khí... ngồi ra chúng đƣợc sử dụng ngày càng nhiều trong
lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc và các kim loại khác. Đôi khi sử dụng chúng
nhƣ những chất mang xúc tác. Chúng cũng đƣợc biết đến trong nhiều ứng dụng trong y
học : sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh nhất định.
Nhƣ vậy than hoạt tính có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Nó đƣợc sử
dụng rộng rãi trong sản xuất cũng nhƣ trong các lĩnh vực đời sống thƣờng ngày để
nhằm nâng cao sức khỏe cho con ngƣời cũng nhƣ nhằm phát triển nền kinh tế quốc
dân.

Hình 1.1. Ứng dụng của than hoạt tính trong đời sống
Cacbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính với hàm lƣợng khoảng 85 –
95%. Bên cạnh đó than hoạt tính cịn chứa các ngun tố khác nhƣ hiđro, nitơ, lƣu
huỳnh và oxi. Các nguyên tử khác loại này đƣợc tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu
hoặc liên kết với cacbon trong suốt q trình hoạt hóa và các quá trình khác. Thành
phần các nguyên tố trong than hoạt tính thƣờng là: 88% C; 0,5% H, 0,5% N, 1% S, 6

8


– 7% O. Tuy nhiên hàm lƣợng oxi trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1 - 20%
phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu và cách điều chế. Than hoạt tính thƣờng
có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500 m2/g và thể tích lỗ xốp từ 0,2
đến 0,6 cm3/g. Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ
hơn 2 nm tạo thành.

1.1.2. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính
Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể làm cho than
hoạt tính có một cấu trúc lỗ xốp tƣơng đối lớn. Chúng có tỷ trọng tƣơng đối thấp
(nhỏ hơn 2 g/cm3) và mức độ graphit hóa thấp. Cấu trúc bề mặt này đƣợc tạo ra trong
q trình than hóa và phát triển hơn trong q trình hoạt hóa. Q trình hoạt hóa làm
tăng thể tích và làm rộng đƣờng kính lỗ của than. Cấu trúc lỗ và sự phân bố cấu trúc
lỗ của chúng đƣợc quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban đầu và phƣơng
pháp than hóa. Sự hoạt hóa cũng loại bỏ cacbon khơng phải trong cấu trúc và làm lộ
ra các tinh thể dƣới sự hoạt động của các tác nhân hoạt hóa làm cho số lƣợng cấu
trúc vi lỗ xốp tăng lên. Trong pha sau cùng của phản ứng, sự mở rộng đƣờng kính
của các lỗ và sự tạo thành các lỗ lớn bằng sự đốt cháy các vách ngăn giữa các lỗ cạnh
nhau đƣợc diễn ra. Điều này làm cho đƣờng kính các lỗ tăng lên giúp khả năng hấp
phụ các chất đƣợc tốt hơn.
Theo Dubinin và Zaveria, 2005, [16] than hoạt tính vi lỗ xốp đƣợc tạo ra khi
mức độ đốt cháy (burn-off) nhỏ hơn 50% và than hoạt tính lỗ macro khi mức độ đốt
cháy là lớn hơn 75%. Khi mức độ đốt cháy trong khoảng 50 – 75% sản phẩm có hỗn
hợp cấu trúc lỗ xốp chứa tất cả các loại lỗ.
Nói chung than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển và thƣờng đƣợc đặc trƣng
bằng cấu trúc nhiều đƣờng mao dẫn phân tán. Chúng tạo nên từ các lỗ với kích thƣớc
và hình dạng khác nhau. Ngƣời ta khó có thể đƣa ra thơng tin chính xác về hình dạng
của lỗ xốp. Tuy nhiên có vài phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xác định hình dạng của
lỗ : phƣơng pháp BET... các phƣơng pháp này đã xác định cấu trúc của than thƣờng
thƣờng có dạng mao dẫn mở cả hai đầu hoặc có một đầu kín hoặc than có dạng rãnh,
dạng chữ V và nhiều dạng khác.

9


Than hoạt tính có đƣờng kính lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm. Theo tác giả
Dubinin, ngƣời đã đề xuất một cách phân loại lỗ xốp và đã đƣợc IUPAC chấp nhận.

Nguyên tắc phân loại của ông dựa trên chiều rộng của chúng. Thể hiện khoảng cách
giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng hình ống. Trong
đó các lỗ đƣợc chia thành 3 nhóm : lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn.
Do đó cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính có 3 loại bao gồm lỗ nhỏ, lỗ trung và
lỗ lớn. Mỗi nhóm này thể hiện một vai trị nhất định trong quá trình hấp phụ. Lỗ nhỏ
chiếm 1 diện tích bề mặt và thể tích lớn do đó đóng góp phần lớn vào khả năng hấp
phụ của than hoạt tính. Miễn là kích thƣớc phân tử của chất bị hấp phụ không quá
lớn. Lỗ nhỏ đƣợc lấp đầy ở áp suất hơi tƣơng đối thấp trƣớc khi bắt đầu ngƣng tụ
mao quản. Trong khi đó lỗ trung đƣợc lấp đầy ở áp suất hơi tƣơng đối cao với sự xảy
ra ngƣng tụ mao quản. Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới
lỗ nhỏ hơn.

Hình 1.2. Hình ảnh SEM chụp cấu trúc than cacbon hóa từ tre [15]
1.2. Nhóm cacbon-oxi trên bề mặt than hoạt tính
Nhóm cacbon–oxi bề mặt là những nhóm quan trọng nhất. Nhóm này ảnh
hƣởng đến đặc trƣng bề mặt nhƣ tính ƣa nƣớc, độ phân cực, tính axit và đặc điểm
hóa lý nhƣ : khả năng xúc tác, dẫn điện và khả năng phản ứng của các vật liệu này.
Thực tế oxi thƣờng đƣợc biết là yếu tố làm cho than trở nên hữu ích và hiệu quả

10


trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định. Ví dụ nhƣ oxi có tác động quan trọng đến
khả năng hấp phụ nƣớc, các khí... làm ảnh hƣởng đến sự hấp phụ các chất điện phân,
ảnh hƣởng lên độ nhớt của graphit cũng nhƣ lên tính chất của than. Trong trƣờng hợp
của sợi cacbon, nhóm bề mặt quyết định khả năng bám dính của nó vào chất nền là
nhựa và sau đó là đặc điểm vật liệu composite. Theo Kipling thì các nguyên tử oxi và
hiđro là những thành phần cần thiết của than hoạt tính với đặc điểm hấp phụ tốt. Bề
mặt của vật liệu này đƣợc nghiên cứu nhƣ một bề mặt hiđrocacbon biến đổi ở một số
tính chất của nguyên tử oxi.

Mặc dù việc xác định số lƣợng và bản chất của các nhóm chức hóa học trên bề
mặt của than đã bắt đầu từ hơn 50 năm trƣớc. Nhƣng bản chất chính xác của nhóm
chức vẫn còn chƣa đƣợc chứng minh đầy đủ. Tuy nhiên cũng có những chứng cứ đã
đƣợc đƣa ra từ các phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau. Vì vậy có thể thấy rằng bề
mặt cacbon là rất phức tạp và khó mơ phỏng. Các nhóm chức bề mặt khơng thể đƣợc
xử lý nhƣ các chất hữu cơ thơng thƣờng vì chúng tƣơng tác khác nhau trong môi
trƣờng khác nhau. Phổ electron cho phân tích hóa học cho thấy sự chuyển đổi bất
thuận nghịch của nhóm chức bề mặt xảy ra khi các phƣơng pháp hóa học hữu cơ cổ
điển đƣợc sử dụng để xác định và chứng minh chúng. Do đó ngƣời ta mong rằng việc
áp dụng của nhiều công nghệ tinh vi hơn nhƣ phổ FTIR, XPS, NMR và nghiên cứu
lƣợng vết phóng xạ sẽ góp phần quan trọng để hiểu biết chính xác hơn về các nhóm
hóa học bề mặt này.
Than hoạt tính có nhiều xu hƣớng mở rộng lớp oxi đã đƣợc hấp thụ hóa học
này và có nhiều các phản ứng của chúng xảy ra do xu hƣớng này. Ví dụ : than hoạt
tính có thể phân hủy các khí có tính oxi hóa nhƣ ozon và oxit của nitơ. Chúng cũng
phân hủy dung dịch muối bạc, halogen, sắt (III) clorua, KMnO4, axit nitric…Trong
mỗi trƣờng hợp, có sự hấp phụ hóa học oxi và sự tạo thành hợp chất cacbon–oxi bề
mặt. Than hoạt tính cũng có thể đƣợc oxi hóa bằng nhiệt trong khơng khí, CO2 hoặc
oxi. Bản chất và lƣợng nhóm cacbon-oxi bề mặt tạo thành từ các sự oxi hóa khác
nhau phụ thuộc vào bản chất bề mặt than và cách tạo ra nó. Ngồi ra cịn phụ thuộc
vào diện tích bề mặt của nó, bản chất của chất oxi hóa và nhiệt độ q trình oxi hóa.

11


Phản ứng của than hoạt tính với oxi ở nhiệt độ dƣới 4000C chủ yếu tạo ra sự
hấp phụ hóa học oxi và sự tạo thành hợp chất cacbon–oxi bề mặt. Khi ở nhiệt độ trên
4000C thì sự phân hủy hợp chất bề mặt và khí hóa cacbon là các phản ứng trội hơn
hẳn.
C

+

O2

C

+

O2

C(O)

(<4000C) sự tạo thành hợp chất bề mặt

C(O)

CO + CO2 (>4000C) sự khí hóa
(>4000C) sự phân hủy hợp chất bề mặt

CO + C

Trong trƣờng hợp sự oxi hóa xảy ra trong dung dịch thì phản ứng chính là sự
tạo thành hợp chất bề mặt. Mặc dù một vài q trình khí hóa cũng có thể xảy ra phụ
thuộc vào độ mạnh của chất oxi hóa và sự khắc nghiệt của điều kiện thí nghiệm. Sự
tạo thành hợp chất cacbon–oxi bề mặt sử dụng than khác nhau. Vì vậy than hoạt tính
và muội than sử dụng nhiều cách oxi hóa trong pha khí và pha lỏng đã đƣợc nghiên
cứu nhiều hơn.
Dạng nhóm cacbon–oxi bề mặt (axit, bazơ, trung hịa) đã đƣợc xác định. Các
nhóm axit bề mặt là rất đặc trƣng và đƣợc tạo thành khi than đƣợc xử lý với oxi ở

nhiệt độ trên 4000C hoặc bằng phản ứng với dung dịch oxi hóa ở nhiệt độ phịng. Các
nhóm chức này ít bền nhiệt và phân hủy khi xử lý nhiệt trong chân không hoặc trong
môi trƣờng khí trơ ở nhiệt độ từ 3500C đến 7500C và giải phóng CO2. Các nhóm
chức axit bề mặt này làm cho bề mặt than ƣa nƣớc và phân cực hơn. Các nhóm chức
bề mặt này chủ yếu là cacboxylic, lacton, phenol.
Nhóm oxi có bản chất là bazơ trên bề mặt ít đặc trƣng hơn và đƣợc tạo ra khi
bề mặt than khơng cịn bất kỳ nhóm oxi bề mặt nào khi xử lý nhiệt trong chân không
hoặc trong môi trƣờng trơ ở nhiệt độ 10000C. Sau đó chúng đƣợc làm nguội ở nhiệt
độ phịng, đƣợc tiếp xúc với khí oxi. Garten và Weiss, đề xuất cấu trúc dạng pyron
cho nhóm chức bazơ. Cấu trúc này có vịng chứa oxi với nhóm hoạt hóa - CH2 , CHR. Theo Voll và Boehm, các nguyên tử oxi trong cấu trúc kiểu pyron đƣợc định
vị trong hai vòng khác nhau của lớp graphit.
Tuy nhiên cấu trúc của các nhóm oxi có bản chất là bazơ trên bề mặt cũng
đang còn tranh cãi. Các nhóm oxi trung hịa trên bề mặt đƣợc tạo ra do quá trình hấp

12


phụ hóa học khơng thuận nghịch oxi ở các tâm khơng bão hịa dạng etylen có mặt
trên bề mặt than.
Các hợp chất bề mặt bị phân hủy thành CO2 khi xử lý nhiệt. Các nhóm trung
hịa trên bề mặt bền hơn so với các nhóm axit và bắt đầu phân hủy trong khoảng
nhiệt độ 5000 – 6000C và bị loại bỏ hoàn toàn ở 9500C. Một dạng của bề mặt than
hoạt tính đã đƣợc oxi hóa đƣợc cơng bố bởi Tarkovskya ở hình dƣới đây:

Hình 1.3. Hình ảnh mơ phỏng các nhóm chức trên than hoạt tính [11]
Đã có rất nhiều các nghiên cứu khác nhau nhằm xác định và định lƣợng số
lƣợng các nhóm chức cacbon-oxi trên bề mặt của than. Các nghiên cứu này đã sử
dụng rất nhiều các phƣơng pháp khác nhau nhƣ : vật lý, hóa học, hóa lý... Những
nghiên cứu này đã chỉ ra sự tồn tại của các nhóm chức có trên bề mặt. Trong đó quan
trọng hơn cả là các nhóm cacboxyl, lacton, phenol, quinin và hyđroquinon. Tuy

nhiên các phƣơng pháp này không đƣa ra các kết quả có thể so sánh với nhau và
nhiều khi khơng giải thích đƣợc tồn bộ lƣợng oxi đã kết hợp.
1.3. Ảnh hƣởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ
Ngƣời ta biết rằng than hoạt tính chứa một lƣợng đáng kể oxi và hiđro đƣợc
hấp phụ hóa học. Chúng tồn tại ở dạng phức bề mặt cacbon-oxi. Đã có một vài giả
thuyết về cấu trúc đƣợc đƣa ra cho những chất phức bề mặt này. Dựa vào các
phƣơng pháp vật lý, hóa học và hóa lý thì sự tồn tại của các nhóm chức nhƣ
cacbonyl, cacboxyl, lacton, quinon, hydroquinon và phenol đã đƣợc đƣa ra. Tuy
nhiên các phƣơng pháp đánh giá khác nhau không cung cấp các kết quả có thể so
sánh với nhau đƣợc. Thậm chí quan trọng hơn là tồn bộ lƣợng oxi liên kết không

13


đƣợc giải thích. Vì thế vấn đề này khơng đƣợc làm sáng tỏ một cách phù hợp và
hoàn toàn hợp lý. Tuy nhiên các nghiên cứu đã công bố từ các phịng thí nghiệm và
các nơi khác đã chỉ ra rằng hầu nhƣ các nhóm hay phức bề mặt xác định có thể tạo ra
CO2 hoặc có thể tạo ra CO trong q trình xử lý nhiệt trong chân khơng hoặc môi
trƣờng trơ.
Bất kể là các oxit bề mặt này có bản chất và cấu trúc có thể khác nhau. Nhƣng
đều có một chút nghi vấn rằng oxi hấp phụ hóa học có mặt chủ yếu tại cạnh và góc
phụ của vịng xiclo. Vì vậy những nhóm oxi này ảnh hƣởng nhiều tới các đặc trƣng
bề mặt và tính chất bề mặt của than hoạt tính.
Sự hấp phụ những hợp chất hữu cơ và vô cơ từ các dung dịch của chúng cũng
cho thấy khả năng hấp phụ của than bị ảnh hƣởng bởi việc có mặt của các nhóm
cacbon-oxi. Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu sự hấp phụ của một vài thuốc nhuộm
cation và anion trên than chì cũng nhƣ các loại muội than khác nhau. Thấy rằng sự
hấp phụ của than mặc dù đƣợc xác định bởi diện tích mặt của cacbon nhƣng vẫn bị
ảnh hƣởng mạnh bởi sự hiện diện của các oxit có tính axit trên bề mặt. Khả năng hấp
phụ những chất nhuộm cation tăng cùng với sự tăng số lƣợng của nhóm oxi bề mặt

trong q trình oxi hóa than. Khả năng hấp phụ giảm khi những oxit bề mặt này bị
loại bỏ trong q trình giải hấp bằng nhiệt trong chân khơng. Trong trƣờng hợp của
những thuốc nhuộm anion thì sự hấp phụ giảm theo mức độ oxi hóa. Độ giảm này
tùy thuộc vào sự tăng về số lƣợng của các nhóm axit bề mặt. Goyal và những cộng
sự cũng đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các nhóm cacbon-oxi tới khả năng hấp phụ
một vài ion kim loại nhƣ : Cr (III), Cr (VI), Co (II), Cu (II) và Ni (II). Trên một vài
cacbon hoạt tính có sự khác nhau về diện tích bề mặt và khác nhau về số nhóm chức
cacbon-oxi trên bề mặt. Những nhà khoa học này đã tìm ra rằng sự hấp phụ này
khơng chỉ liên quan đến diện tích bề mặt mà cịn phụ thuộc vào số lƣợng của các
nhóm oxi và có thể là một vài nhóm oxit axit khác. Sự hấp phụ cation tăng đối với
trƣờng hợp than đã thực hiện quá trình oxi hóa và giảm trong q trình loại khí. Kết
quả này đƣợc giải thích là q trình oxi hóa tạo thành các nhóm axit bề mặt. Sự ion
hóa trong nƣớc có thể tạo ra ion H+ chuyển trực tiếp vào pha lỏng. Khi đó bề mặt

14


than có các tâm tích điện và ở đó sự hấp phụ các cation có thể xảy ra. Khi các tâm
tích điện âm đƣợc loại trừ thì bề mặt than sẽ giảm xu hƣớng hấp phụ cation.
Sự hấp phụ của những hợp chất hữu cơ nhƣ phenol và p-Nitrophenol cũng bị
ảnh hƣởng bởi những nhóm cacbon-oxi này. Mặc dù sự có mặt của những nhóm axit
làm giảm đi sự hấp phụ phenol. Nhƣng sự có mặt của những nhóm quinon lại làm
tăng cƣờng khả năng hấp phụ đối với chất này.
1.4. Biến tính bề mặt than hoạt tính
Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến
tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn
trong các ứng dụng khác nhau. Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể đƣợc thực
hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau. Các nhóm chức này
bao gồm các nhóm chức cacbon-oxi đƣợc tạo thành khi oxi hóa bề mặt than với các
khí hoặc các dung dịch oxi hóa. Nhóm chức bề mặt cacbon-hiđro đƣợc tạo thành

bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hiđro ở nhiệt độ cao. Nhóm chức cacbon –
lƣu huỳnh đƣợc tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với lƣu huỳnh, CS2,
H2S, SO2. Nhóm chức cacbon–nitơ đƣợc tạo ra trong q trình xử lý than hoạt tính
với amoniac. Trong khi đó nhóm chức cacbon–halogen đƣợc tạo thành trong quá
trình xử lý than hoạt tính với halogen trong pha khí hoặc dung dịch. Vì các nhóm
chức này đƣợc liên kết và đƣợc giữ ở cạnh và góc của các vịng thơm. Vì thành phần
các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ nên ngƣời ta hi vọng khi biến tính
than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trƣng hấp phụ và tƣơng tác hấp phụ của các than hoạt
tính này. Thêm vào đó sự biến tính bề mặt than cũng đƣợc thực hiện bằng quá trình
khử và bằng việc mang kim loại lên bề mặt của than. Những ảnh hƣởng của các
nhóm chức bề mặt cacbon-oxi lên đặc trƣng và tính chất bề mặt đã đƣợc thảo luận ở
mục 1.3 ở trên.
1.5. Tình trạng ơ nhiễm amoni, asen và xanh metylen ở nƣớc ta
1.5.1. Tình trạng ơ nhiễm amoni ở nước ta
Theo khảo sát của các nhà khoa học thì phần lớn nƣớc ngầm ở vùng đồng
bằng Bắc Bộ nhƣ tại Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dƣơng... đều bị nhiễm bẩn

15


amoni (NH4+) rất nặng, vƣợt tiêu chuẩn nhiều lần. Amoni có thể chuyển hóa thành
các chất gây ung thƣ và nhiều bệnh nguy hiểm khác. Mặc dù bản thân nó không quá
độc với cơ thể của chúng ta.
Tại Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dƣơng... xác suất
các nguồn nƣớc ngầm nhiễm amoni ở nồng độ cao hơn tiêu chuẩn (3 mg/l) là khoảng
70-80%. Ngoài amoni ra thì khơng ít nguồn cịn chứa khá nhiều hợp chất hữu cơ có
độ oxi hóa có nguồn đạt tới 30-40 mg oxi/lít. Nhƣ vậy tình trạng nhiễm bẩn amoni và
hợp chất hữu cơ trong nƣớc ngầm ở Đồng bằng Bắc Bộ đã đến mức báo động. Khả
năng tác động của amoni lên cơ thể con ngƣời là chắc chắn.
Theo tiến sĩ Ngơ Ngọc Cát, Phó Viện trƣởng Viện Địa lý (Trung tâm Khoa

học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia) thì ngun nhân chính của tình trạng trên là
việc sử dụng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hóa chất thực vật, gây ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến nguồn nƣớc. Quá trình phân hủy của các hợp chất hữu cơ ngay
trong tầng chứa nƣớc cũng làm ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm.
Tác hại của amoni tới sức khỏe con ngƣời
Amoni thực ra không quá độc đối với cơ thể ngƣời (tiêu chuẩn là 3 mg/l).
Nhƣng trong quá trình khai thác, xử lý và lƣu trữ nƣớc nó chuyển hóa thành nitrit và
nitrat. Nitrit là chất độc rất có hại cho cơ thể. Khi ngƣời uống phải nó sẽ chuyển hóa
thành nitrosamin. Đây là một chất có tiềm năng gây ung thƣ cao cho con ngƣời.
Các nghiên cứu cho thấy cứ 1 g amoni khi chuyển hóa hết sẽ tạo thành 2,7 g
nitrit và 3,65 g nitrat. Trong khi đó hàm lƣợng cho phép của nitrit là 0,1 mg/l và
nitrat là 10-50 mg/l.
1.5.2. Tình trạng ơ nhiễm asen ở nước ta
Theo PGS.TS Lê Văn Cát, Trƣởng phịng Hóa - Mơi trƣờng, [5] Viện Hóa
học Việt Nam: “ tỉnh nhiều ngƣời nhiễm asen nhất chính là Hà Nội mở rộng hiện
nay. Nhiều nơi mức nhiễm vƣợt quá hàng chục lần cho phép. Ô nhiễm hầu hết là các
giếng nhỏ của gia đình và riêng đồng bằng bắc bộ có khoảng 5 triệu chiếc giếng nhƣ
vậy. Đánh giá của UNICEF còn cho thấy, khu vực phía nam Hà Nội (cũ) ơ nhiễm
asen nặng nhất, thậm chí đứng đầu danh sách các địa chỉ ơ nhiễm asen trên toàn

16


quốc, đặc biệt tại một số khu vực thuộc phƣờng Quỳnh Lơi (quận Hai Bà Trƣng),
khu vực Thanh Trì .Và khu vực Hà Nội mở rộng hiện nay bao gồm cả Hà Nội cũ và
Hà Tây cũ đều nằm trong danh sách có nguồn nƣớc bị nhiễm asen cao nhƣ xã Đơng
Lỗ (Ứng Hịa), Liên Phƣơng, Khánh Hà (Thƣờng Tín), Thọ Xuân (Đan Phƣợng),
Phƣơng Trung (Thanh Oai)…”.
Theo Unicef và Tổ chức Y tế thế giới WHO hỗ trợ Việt Nam từ năm 2001 đến
2004 “ Ở Việt Nam hiện nay cứ năm ngƣời có một ngƣời có nguy cơ nhiễm asen

trong nƣớc. Rất nhiều nơi nhiễm asen ở mức độ nhiễm cao đã đƣợc phát hiện và nơi
nhiễm nặng nhất là tỉnh Hà Nam. Trong khoảng gần 1 triệu dân Hà Nam thì khoảng
300 ngàn ngƣời bị phơi nhiễm asen’’.
Nhƣ vậy có thể thấy rằng ơ nhiễm asen là một vấn đề hết sức nghiêm trọng.
Theo Ts.Bs. Nguyễn Huy Nga : khi asen thâm nhập hàng ngày vào cơ thể kể cả ở
hàm lƣợng thấp cũng gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe nhƣ : gây hoại tử các
vết loét ở tay, chân, làm rối loạn sắc tố da, sừng hóa gan bàn tay, thậm chí liên quan
đến bệnh tiểu đƣờng, tim mạch, ung thƣ bàng quang, ung thƣ gan. Vì vậy nó đƣợc
biết đến với cái tên “kẻ giết ngƣời vơ hình”.

Hình 1.4. Ảnh hưởng của asen tới sức khỏe con người
1.5.3. Tình trạng ơ nhiễm xanh metylen ở nước ta
Nguồn gốc cơ bản gây ra ô nhiễm xanh metylen ở nƣớc ta là chất thải từ các
cơ sở sản xuất sử dụng xanh metylen để nhuộm màu xanh cho các sản phẩm. Bên
cạnh đó xanh metylen cịn đƣợc sử dụng trong quá trình sản xuất dƣợc phẩm. Vì vậy

17


khi phát thải ra mơi trƣờng nó cũng gây ra ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng
và sức khỏe con ngƣời. Khi con ngƣời tiếp xúc với xanh metylen ở nồng độ lớn có
thể thấy buồn nơn, đau bụng, chóng mặt...
Xanh metylen cũng gây tác động mạnh đối với môi trƣờng nƣớc, khi tiếp nhận
một lƣợng lớn xanh metylen vào mơi trƣờng thì nó có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn
có lợi cho sinh vật trong mơi trƣờng nƣớc do nó có tính sát khuẩn tƣơng đối cao.
Ngồi ra khi xanh metylen thải ra vào môi trƣờng nƣớc sẽ làm mất thẩm mỹ sinh thái
và làm cản trở tới việc sử dụng oxi của các sinh vật trong môi trƣờng. Vì vậy xanh
metylen gây ảnh hƣởng xấu đến mơi trƣờng nƣớc và hệ sinh thái sử dụng nguồn
nƣớc này.

18


CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Biến tính than hoạt tính từ bản chất bề mặt kị nƣớc thành bề mặt ƣa nƣớc. Khi
đó than có khả năng hấp phụ amoni và asen trong nƣớc tốt hơn.
Nghiên cứu, so sánh khả năng hấp phụ của than biến tính đối với amoni, asen
và chất hữu cơ đại diện là xanh metylen trong nƣớc.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý than hoạt tính bằng axit và bazơ khơng có tính oxi hóa.
Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng chất có khả năng oxi hóa đại diện là
dung dịch axit HNO3.
Đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu chế tạo đƣợc với amoni, asen và
xanh metylen.
Khảo sát xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các vật liệu.
Nghiên cứu xác định tải trọng hấp phụ cực đại của các vật liệu.
2.2. Dụng cụ và hóa chất
2.2.1. Dụng cụ
Máy đo pH.
Máy đo quang.
Cân phân tích.
Tủ hút.
Tủ sấy Memmert 100 - 800.
Lò nung Nabertherm Germany B180.
Máy lắc IKA KS 260 BASIC.
Máy lọc hút chân không.
Các dụng cụ khác trong phịng thí nghiệm.
2.2.2. Hóa chất

2.2.2.1. Chuẩn bị hóa chất để tạo vật liệu mới
Pha dung dịch axit nitric (HNO3) từ HNO3 đặc (theo tỉ lệ 1:1) bằng cách :

19


Lấy 500 ml nƣớc cất cho vào bình định mức 1000 ml rồi thêm 500 ml axit
HNO3 đặc và lắc nhẹ ta thu đƣợc dung dịch axit mong muốn.
Pha dung dịch HCl 0,1M từ dung dịch HCl đặc : hút 8,3 ml dung dịch HCl
đặc cho vào bình định mức 1000 ml đã chứa sẵn nƣớc cất. Lắc nhẹ dung dịch rồi
định mức đến vạch và để yên trong vòng 1 phút.
Pha dung dịch NaOH 0,1M từ NaOH rắn : Cân 4 gam NaOH rắn hòa tan
trong nƣớc. Cho vào bình định mức 1000 ml rồi định mức đến vạch và lắc nhẹ. Ta để
yên trong vòng 1 phút sẽ thu đƣợc dung dịch mong muốn.
2.2.2.2. Chuẩn bị hóa chất để phân tích amoni
Pha dung dịch chuẩn amoni từ amoni clorua dạng rắn : Hòa tan 3,142 g
NH4Cl đã sấy khơ ở 100oC trong bình định mức 1 lít với nƣớc cất. Ta thu đƣợc dung
dịch gốc có nồng độ là 1 g/l (1000 ppm). Dung dịch đƣợc bảo quản trong chai thủy
tinh kín.
Pha dung dịch thuốc thử Nessler : Hòa tan 100 g HgI2 và 70 g KI trong 100 ml
nƣớc cất không chứa amoni. Thêm chậm dung dịch kiềm (160 g NaOH hạt hoặc 224
g KOH hạt trong 700 ml nƣớc cất). Vừa thêm vừa khuấy để cho dung dịch nguội.
Sau đó định mức bằng nƣớc cất cho đến vạch 1 lít và để cho kết tủa lắng xuống trong
vài ngày. Trƣớc khi sử dụng gạt bỏ lớp váng mỏng màu vàng nhạt trên bề mặt để gạn
lấy phần dung dịch trong.
Pha dung dịch EDTA : Cân 50 g muối KNaC4H4O6..4H2O hòa tan trong 500
ml nƣớc cất. Đun cạn đi 1/3 dung dịch rồi thêm 3 ml dung dịch NaOH. Tiếp theo cho
vào bình định mức 500 ml và định mức đến vạch rồi để yên 1 phút.
2.2.2.3. Chuẩn bị hóa chất để phân tích asen
Pha dung dịch asen chuẩn : Hòa tan 1,32 g As2O3 trong 10 ml nƣớc cất đã hòa

tan 4 gam NaOH. Tiếp theo dùng dung dịch HCl 6M chuyển về môi trƣờng axit
(PH=5-6). Sau đó cho vào bình định mức 1000 ml và thêm nƣớc cất đến vạch đƣợc
dung dịch As 1 g/l (1000 ppm). Dung dịch pha xong đƣợc đựng trong chai
polyetylen.

20


Lấy 5 ml dung dịch As 1000 ppm cho vào bình định mức 1000 ml rồi định
mức đến vạch ta thu đƣợc dung dịch asen 5 ppm (5000 ppb). Dung dịch pha xong
đƣợc đựng trong chai polyetylen.
Pha dung dịch KI 10% : Cân 10 g KI rồi hòa tan trong cốc với 30 ml nƣớc cất.
Sau đó cho vào bình định mức 100 ml và định mức đến vạch định mức. Dung dịch
KI pha xong đựng trong chai màu tránh ánh sáng và có nút kín.
Dung dịch SnCl2 : Cho 20 g thiếc hạt (Sn) vào 100 ml dung dịch HCl 1:1.
Tiếp theo để trong lọ thủy tinh không đậy kín sau 48 giờ đƣợc dung dịch SnCl2. Khi
làm thí nghiệm nếu thiếc tan hết thì thêm vài hạt để luôn giữ dung dịch SnCl2 .
Giấy tẩm Pb(CH3COO)2 : Cân 10 g Pb(CH3COO)2 hoà tan trong 100 ml nƣớc
cất. Dung dịch pha xong đƣợc tẩm đều lên giấy lọc rồi để khơ tự nhiên. Giấy đƣợc
cắt với kích thƣớc 60×80 mm và bảo quản trong lọ thuỷ tinh màu, kín.
Giấy tẩm thủy ngân : Hòa tan 4 g HgBr2 (PA) trong 100 ml cồn 95%. Dung
dịch pha xong đƣợc tẩm đều trên giấy lọc thô và để khô tự nhiên. Giấy tẩm HgBr2
đƣợc cắt với kích thƣớc 3x150 mm và bảo quản trong lọ thủy tinh màu, có nút kín.
Dung dịch HCl 1:2 : Dung dịch axit HCl 1:2 đƣợc pha ra từ dung dịch HCl
đặc với tỉ lệ thể tích HCl đặc và nƣớc cất là 1:2. Dung dịch pha xong đựng trong lọ
thủy tinh có nút kín.
2.2.2.4. Chuẩn bị hóa chất để phân tích xanh metylen
Pha dung dịch xanh metylen chuẩn : Hòa tan 1 g xanh metylen trong bình
định mức 1 lít với nƣớc cất và điền đến vạch mức ta thu đƣợc dung dịch xanh
metylen 1000 mg/l. Dung dịch gốc này đậm đặc và dùng với hầu hết các mục đích.

Vì vậy khi sử dụng ta pha lỗng dung dịch ra các nồng độ thích hợp.
2.3. Các phƣơng pháp phân tích ion trong dung dịch
2.3.1. Phân tích amoni bằng phương pháp Nessler
Lần đầu tiên vào năm 1856, J.Nessler đã đề nghị sử dụng dung dịch kiềm của
HgI2 trong KI làm thuốc thử để xác định ion amoni bằng phƣơng pháp so màu. Từ đó
những cải biên khác nhau về thuốc thử đã đƣợc tiến hành. Khi thuốc thử Nessler
đƣợc thêm vào một dung dịch muối amoni lỗng thì amoni đƣợc giải phóng phản

21


ứng với thuốc thử một cách rõ rệt. Tuy nhiên khơng phải ngay tức thì thành dạng sản
phẩm màu vàng da cam. Sản phẩm tồn tại ở dung dịch keo nhƣng để lâu sẽ tạo kết
tủa bông. Đây là phƣơng pháp khá nhạy có thể xác định đƣợc lƣợng amoni (tính theo
N) từ 0,02 mg/l đến 5,00 mg/l. Các yếu tố ảnh hƣởng có thể loại trừ bằng cách kết
tủa với kẽm hiđroxit hoặc chƣng cất trƣớc khi Nessler hóa.
Phƣơng pháp so màu với thuốc thử Nessler vốn là một phƣơng pháp tiêu
chuẩn và đƣợc coi là phƣơng pháp đo chất lƣợng nƣớc kinh điển hơn một thế kỷ qua.
Nhƣng việc sử dụng thủy ngân trong phép thử này là bằng chứng để ngày nay ngƣời
ta loại bỏ nó trong các phƣơng pháp tiêu chuẩn xác định amoni.
Các phản ứng xảy ra với thuốc thử Nessler nhƣ sau :
2HgI4 2- + 2NH4+
2NH3HgI2

⇄

2NH3HgI2 + 4INH2Hg2I3

+ I- + NH4+

(1)
(2)

màu vàng da cam
Cân bằng của phƣơng trình (2) sẽ chuyển dịch về phía trái khi hàm lƣợng
amoniac và muối amoni nhỏ hơn 5,00 mg/l. Nhƣng khi để lâu cân bằng lại chuyển
dịch về vế phải của phƣơng trình.
Thuốc thử Nessler đƣợc sử dụng để xác định amoni trong dung dịch amoni rất
loãng và trong nƣớc tự nhiên (nếu có mặt các tác nhân ảnh hƣởng thì tốt nhất là tách
amoni ra bằng cách chƣng cất trong các điều kiện bền hoặc thêm ZnSO4 trong môi
trƣờng kiềm hoặc sử dụng Zn(OH)2 rồi lọc).
Phƣơng pháp cũng đƣợc ứng dụng để xác định nitrat và nitrit bằng cách khử
chúng trong môi trƣờng kiềm bằng hợp kim Devarda tới sản phẩm là amoniac. Khi
đó các nitrat và nitrit đã bị khử về dạng NH3 và đƣợc thu bằng cách chƣng cất. Quy
trình này đƣợc ứng dụng với nồng độ amoni nhỏ hơn 0,1 mg/l.
Yếu tố cản trở tới cách xác định amoni
Sắt gây cản trở cho thí nghiệm đƣợc loại bỏ bằng muối xenhet comlexon (III).
Các hợp chất hữu cơ, các ancol, anđehit, các amin béo và thơm, các cloramin phản
ứng đƣợc với thuốc thử Nessler. Khi có mặt chúng trong nƣớc phải chƣng cất để tách

22


amoniac trƣớc khi xác định. Trong trƣờng hợp nƣớc đục phải xử lý bằng dung dịch
kẽm sunfat 25%.
Cách xác định nồng độ amoni
Lấy 5 ml mẫu rồi thêm lần lƣợt vào 0,2 ml xenhet và 0,5 ml Nessler. Để yên
10 phút sau đó tiến hành đo độ hấp thụ quang ở bƣớc sóng 420 nm từ đó phân tích
đƣợc hàm lƣợng amoni.
Xây dựng đường chuẩn phân tích amoni

Từ dung dịch amoni 5 mg/l pha thành các dung dịch có nồng độ lần lƣợt là :
0,5; 1; 2; 3; 4; 5 mg/l. Tiến hành cho lần lƣợt xenhet và Nessler nhƣ đã trình bày
trong mục cách xác định ở trên. Đo mật độ quang của các dung dịch trên ở bƣớc
sóng max = 420 nm. Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của mật độ quang (D) vào nồng
độ (C) của amoni. Ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau :
Bảng 2.1. Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn để phân tích amoni
Vamoni (ml)

0,5

1

2

3

4

5

VH2O (ml)

4,5

4

3

2

1

0

Camoni (ppm)

0,5

1

2

3

4

5

Bảng 2.2. Mối quan hệ giữa nồng độ amoni và độ hấp phụ quang (Abs)
Camoni (ppm)
Độ hấp phụ quang
(Abs)

0.5

1

2

3

4

5

0,100

0,200

0,350

0,462

0,625

0,754

23