Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ion photphat của bùn đỏ và ứng dụng xử lý tách khỏi nguồn nước

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

QUẢN CẨM THÚY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION
PHOTPHAT CỦA BÙN ĐỎ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ
TÁCH KHỎI NGUỒN NƯỚC

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

HÀ NỘI - 2011


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

QUẢN CẨM THÚY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION
PHOTPHAT CỦA BÙN ĐỎ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ
TÁCH KHỎI NGUỒN NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2011


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………………… 2
1.1. Vấn đề ô nhiễm nƣớc ở Việt Nam………………………………………

2

1.2. Giới thiệu chung về photphat…………………………………………… 3
1.2.1.Tính chất của photphat…………………………………………………... 3
1.2.2. Một số nguồn gây nhiễm photphat ……………………………………... 3
1.2.3. Tác hại của photphat …………………………………………………… 4
1.3. Các phƣơng pháp xác định lƣợng photphat…………………………… 5
1.3.1.Phương pháp khối lượng………………………………………………… 5
1.3.2. Phương pháp chuẩn độ axit-bazơ……………………………………….. 6
1.3.3. Phương pháp quang phổ ………………………………………………... 7
1.3.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử……………………………

7

1.3.3.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử…………………………... 7
1.3.4. Phương pháp cực phổ . …………………………………………………. 9
1.4. Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm photphat…………………………….. 10
1.4.1. Kết tủa photphat ……………………………………………………….. 10
1.4.2. Sử dụng phương pháp sinh học ………………………………………… 11
1.4.3. Hấp phụ và trao đổi ion ………………………………………………… 12
1.4.4. Một số vật liệu dùng để xử lý photphat………………………………… 15

1.4.4.1. Than hoạt tính ………………………………………………………... 15
1.4.4.2. Than hoạt tính cố định Zirconi ……………………………………….. 16
1.4.4.3. Than tro bay…………………………………………………………... 18
1.4.4.4. Một số vật liệu khác…………………………………………………... 19
1.5. Bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ…………………………………………. 19
1.5.1. Giới thiệu về bùn đỏ…………………………………………………….. 19
1.5.2. Đặc tính của bùn đỏ…………………………………………………….. 21
1.5.3. Ứng dụng bùn đỏ trong xử lý photphat…………………………………. 22


CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM……………………………………………... 24
2.1. Nội dung nghiên cứu và phƣơng pháp nghiên cứu……………………. 24
2.1.1. Nội dung nghiên cứu …………………………………………………… 24
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………….

24

2.2. Dụng cụ và máy móc ……………………………………………………

26

2.3. Hóa chất sử dụng………………………………………………………..

26

2.4. Tổng hợp vật liệu………………………………………………………...

27

CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………….. 29

3.1. Tối ƣu hóa các điều kiện xác định PO43- bằng phƣơng pháp đo quang 29
3.1.1. Xác định bước sóng cực đại hấp thụ của phức màu…………………….. 29
3.1.2. Khảo sát độ bền của phức màu giữa PO43- với thuốc thử Mo(VI)……… 29
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl và H2SO4 tới khả năng tạo
phức màu………………………………………………………………………. 31
3.1.4. Ảnh hưởng nồng độ thuốc thử Mo (VI)………………………………... 32
3.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ và loại chất khử……………………………… 33
3.1.6. Ảnh hưởng của bản chất dung môi …………………………………….. 34
3.1.7. Ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định…………………………... 35
3.1.8. Xây dựng đường chuẩn…………………………………………………. 37
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ PO43- của bùn đỏ biến tính ………….. 43
3.2.1. Xác định tính chất vật lý của vật liệu…………………………………… 43
3.2.1.1. Xác định hình dạng vật liệu…………………………………………... 43
3.2.1.2.Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) và thể tích lỗ xốp…………….. 45
3.2.1.3. Xác định thành phần của vật liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X…………… 46
3.2.1.4. Thành phần hóa học của bùn đỏ thơ ở Lâm Đồng …………………… 49
3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ photphat của các loại vật liệu……………... 50
3.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu
ở điều kiện tĩnh………………………………………………………………...

51

3.2.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu………………. 51
3.2.4.2. Ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng……………………………….. 54
3.2.4.3. Ảnh hưởng nồng độ đầu của PO43- đến khả năng hấp phụ ................... 55


3.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ PO43- bởi vật liệu ở điều kiện động………... 57
3.2.5.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu ở điều kiện động... 57
3.2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu của

PO43-…………………………………………………………………………… 58
3.2.5.2. Khảo sát nồng độ chất rửa giải………………………………………

59

3.2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải............................................... 60
3.2.5.5. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải………. 61
3.2.5.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion khác đến khả năng hấp phụ PO43-. 62
3.3. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật
liệu…………………………………………………………………………….. 64
3.4.

Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa photphat………………………… 65

KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………... 70
PHỤ LỤC


MỞ ĐẦU
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển
đáng khích lệ, cơ cấu kinh tế chuyển đổi theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội cũng làm nảy sinh
nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Môi trường ở một số thành phố lớn, khu
công nghiệp tập trung và các khu dân cư đang bị suy thối, ơ nhiễm. Tài ngun
thiên nhiên, đa dạng sinh học đang bị cạn kiệt, sự cố mơi trường có chiều hướng
gia tăng, trong đó phải kể đến thực trạng ô nhiễm môi trường nước.
Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu được
cho mọi hoạt động sống trên trái đất. Việt Nam tuy là xứ sở nhiệt đới nhưng
nguồn nước sạch đang ngày càng cạt kiệt vì nhiều lý do khác nhau, trong đó có

vấn đề nhiễm bẩn nguồn nước bởi các dòng nước thải của con người và các nhà
máy. Điều đó địi hỏi chúng ta phải nghiên cứu và đề xuất các biện pháp xử lý
nước thải có hiệu quả để đảm bảo sự phát triển bền vững của môi trường.
Các hoạt động công nghiệp như sản xuất xà phịng, kem đánh răng, bật
lửa, cơng nghiệp dệt may, xử lý nước và phân bón… đã thải vào nguồn nước
một lượng lớn các chất độc hại trong đó có photphat, ảnh hưởng không nhỏ đến
môi sinh và cuộc sống con người. Do đó việc tìm ra các quy trình xử lý nhằm
loại bỏ các chất độc hại nói chung và photphat nói riêng ra khỏi mơi trường
nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Trong thời gian gần đây, một số cơng trình nghiên cứu với những phương
pháp khác nhau đã được thực hiện nhằm đưa ra các quy trình tách loại photphat
ra khỏi nguồn nước bị ơ nhiễm. Trong đó, phương pháp sử dụng vật liệu hấp
phụ được đánh giá cao về tính hiệu quả, đơn giản, chi phí thấp cũng như quy
trình xử lý thân thiện với mơi trường.
Tiếp tục hướng nghiên cứu trên, trong bản luận văn này chúng tôi:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion photphat của bùn đỏ và ứng dụng xử lý
tách khỏi nguồn nước”.
1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vấn đề ô nhiễm nước ở Việt Nam
Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần, tính chất của nước, có hại cho
hoạt động sống bình thường của sinh vật và con người.
Sự ô nhiễm đất nước, khơng khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, khi một
thành phần bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến các thành phần khác.
Ô nhiễm là vấn đề nan giải và rộng khắp, nó có tác động trực tiếp hay
gián tiếp tới con người. Kiểm soát và hạn chế sự ô nhiễm nước là một vấn đề
cấp bách và thiết thực. Vấn đề này có liên quan đến các yếu tố chính trị, kinh tế,
xã hội, khoa học và cơng nghệ, nó khơng cịn là vấn đề của một quốc gia mà đó

là vấn đề của tồn nhân loại.
Việc đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa đã gây nên một áp lực nặng nề
đối với nguồn tài nguyên nước. Môi trường nước ở nhiều đô thị, làng nghề đang
ngày càng bị ơ nhiễm bởi chính các nguồn thải. Lượng nước thải hàng ngày quá
lớn không được xử lý để đạt tiêu chuẩn cho phép, thậm chí được đổ trực tiếp ra
kênh rạch thoát nước là những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước.
Tại các thành phố lớn, hàng trăm các cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây
ô nhiễm các nguồn nước do khơng có các cơng trình hay thiết bị xử lý triệt để là
nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Mức độ ô nhiễm ở các khu công nghiệp,
khu chế xuất, các nhà máy là rất lớn. Ở Phú Thọ, nước thải công nghiệp được
thải ra từ các nhà máy sản xuất bột giặt, sản xuất phân bón, sản xuất giấy với lưu
lượng thải hàng ngàn m3/ngày gây ơ nhiễm nguồn nước và mơi trường khu vực.
Tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và các khu vực sản xuất nông
nghiệp cũng đang trở thành vấn đề đáng quan tâm. Với khoảng 70% dân số sinh
sống ở nơng thơn là nơi cơ sở hạ tầng cịn lạc hậu, phần lớn các chất thải sinh
hoạt con người và gia súc không được xử lý thấm xuống đất, bị rửa trơi và đi
vào nguồn nước làm cho tình trạng ô nhiễm về vi sinh ngày càng cao. Bên cạnh
đó việc lạm dụng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chống nấm mốc…trong sản xuất,
2


nuôi trồng đã khiến nguồn nước ở sông hồ, kênh mương bị nhiễm bẩn gây ảnh
hưởng không nhỏ đến môi sinh và sức khỏe sinh sản của người dân.
1.2. Giới thiệu chung về photphat
1.2.1.Tính chất của photphat
Các muối photphat nói chung khơng có màu. Tất cả các dihydrophotphat
đều dễ tan trong nước, cịn trong các muối monohydrophotphat trung tính chỉ
muối của kim loại kiềm là dễ tan.
Trong số các muốiphotphat tan, muối trinatri photphat cho môi trường
kiềm.

PO43- + H2O → OH- + HPO42Muối của ion PO43- tạo nên kết tủa amoni photphomolipdat
(NH4)3[PMo12O40] màu vàng không tan trong axitnitric nhưng tan trong kiềm và
dung dịch amoniac:
3NH4+ + PO43- + 12MoO42- + 24H+ → (NH4)3[PMo12O40] + 12H2O
Ở nồng độ cho phép, muối photphat có nhiều cơng dụng trong nơng
nghiệp, cơng nghiệp và kỹ thuật. Muối photphat của canxi và amoni được dùng
với một lượng lớn để làm phân bón vơ cơ. Muối Na3PO4 dược dùng làm mềm
nước cho các nồi hơi cao áp và làm chất tẩy rửa.
Khi vượt quá giới hạn cho phép, photphat sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới
môi trường nước, đất và sức khỏe con người.
1.2.2. Một số nguồn gây nhiễm bởi các hợp chất chứa photpho [4]
Photphat tồn tại trong nước là do sự phát tán từ các nguồn nhân tạo là chủ
yếu: Phân bón vơ cơ, hợp chất hữu cơ của thuốc trừ sâu, polyphotphat từ nguồn
chất tẩy rửa (chất khử cứng). Ngồi ra nó cịn là thành phần của các chất kìm
hãm ăn mịn, phụ gia trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm. Nước thải dân
dụng (bể phốt), nước thải nông nghiệp, công nghiệp cũng là nguồn chính nhiễm

3


photphát. Một nguồn photphát khác là q trình rửa trơi photphat dư thừa của
các vùng đất canh tác và sa lắng từ khí quyển.
Theo các báo cáo về mơi trường, nguyên nhân chính làm cho nguồn nước
bị nhiễm photphat là do nguồn thải của các nhà máy sản xuất bột giặt và sản
xuất phân bón. Hầu hết bột giặt tổng hợp siêu cấp được sản xuất cho thị trường
gia dụng chứa một lượng lớn polyphotphat, đa số trong chúng chứa từ 12 ÷ 13%
photpho hoặc hơn 50% polyphotphat. Sử dụng những nguyên liệu này như là
một chất thay thế cho xà phòng đã làm gia tăng lượng photpho trong nước thải
sinh hoạt.
Muối photphat vô cơ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử
lý nước và phân bón.
1.2.3. Tác hại của photphat
Trong mơi trường nước, photphat tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-,
PO43- dạng polymetaphotphat như: (NaPO3)6 và photpho hữu cơ. Photpho là
nguyên tố rất quan trọng đối với sinh vật. Chúng có mặt trong thành phần ATP
(Adenosin triphosphat), ADP (Adenosine diphosphate), trong photpholipit, trong
axit nucleic. Chính vì thế, photpho rất cần thiết cho sinh vật.
Khi lượng photphat có trong đất quá nhiều, các ion photphat sẽ kết hợp
với các ion kim loại trong đất như nhôm (Al3+), sắt (Fe3+, Fe2+), Ca2+… dẫn đến
chai cứng đất, tiêu diệt một số sinh vật có lợi, không tốt cho cây trồng phát triển.
Trong môi trường nước, khi lượng photphat quá dư sẽ gây nên hiện tượng phú
dưỡng. Trong mơi trường tự nhiên, q trình trao đổi, hoà tan photphat từ dạng
kết tủa hoặc phức bền diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ photphat diễn ra cân bằng
tạo sự phát triển ổn định cho hệ sinh vật. Tuy nhiên khi lượng photphat quá dư
do nước thải mang đến gây hiện tượng phú dưỡng ở các lưu vực.
Phú dưỡng là hiện tượng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật
thuỷ sinh như rong, bèo, tảo… Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay
đổi hệ sinh thái và điều kiện môi trường. Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản
4


ánh sáng đi sâu vào lòng nước. Khi chết đi quá trình phân huỷ xác của chúng
cần một lượng oxi lớn, làm cạn kiệt oxi trong nước, làm tăng các chất ô nhiễm
trong nước, do các sản phẩm phân huỷ khơng hồn tồn. Các xác chết cùng sản
phẩm phân huỷ tạo nên lớp bùn dày ở đáy hồ. Cứ như vậy, sau một thời gian,
q trình phân huỷ hiếu khí chuyển thành phân huỷ yếm khí ở đáy rồi lên các
tầng trên. Q trình phân huỷ yếm khí tạo ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng
làm ơ nhiễm mơi trường nước, tạo ra các khí độc, các khí có mùi khó chịu. Hậu
quả làm sinh vật sống trong nước bị chết, ở mức độ nhẹ hơn, đối với các lưu vực

có dịng chảy, hiện tượng phú dưỡng có thể làm nghẽn dòng chảy do sự phát
triển của bèo, làm nông các lưu vực do bùn tạo thành quá dày, môi trường sống
của các sinh vật xâm hại …
Đối với con người, nhiều nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ nhiều chất phốt
phát vơ cơ có thể kích thích các khối u ác tính ở phổi, việc loại bỏ các thực
phẩm chứa phốt phát nhân tạo sẽ có thể là yếu tố then chốt trong điều trị ung thư
phổi cũng như ngăn ngừa căn bệnh này. Trong khi đó, phốt phát ngày càng được
sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm với vai trò làm tăng lượng canxi và sắt,
cũng như giữ nước, giúp thực phẩm không bị khô.
1.3. Các phương pháp định lượng photphat
1.3.1.Phương pháp khối lượng
Trong phân tích khối lượng, người ta kết tủa photphat dưới dạng hợp chất
ít tan bằng thuốc thử thích hợp. Lọc rử sạch kết tủa rồi đem sấy nung kết tủa tới
khối lượng không đổi. Từ lượng cân cuối cùng thu được. ta tính được hàm lượng
chất cần xác định.
• Ngun tắc:
Kết tủa PO43- dưới dạng hợp chất ít tan MgNH4PO4 trong mơi trường
kiềm yếu. Sau đó lọc rửa kết tủa và nung ở nhiệt độ 9000C trong thời gian 2 giờ,
dạng cân hình thành là Mg2P2O7 (magiepyrophotphat)
2MgNH4PO4 → Mg2P2O7 + 2NH3 + H2O
5


Phương pháp kết tủa photphat dưới dạng muối kép MgNH4PO4 là phương
pháp tiêu chuẩn, sai số ≤ ± 0,46%. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm
là thời gian tạo kết tủa tương đối lâu, khoảng 15 ÷ 18 giờ. Đây là phương pháp
cổ điển nhưng có độ chính xác cao khi xác định nguyên tố, ion có hàm lượng
lớn.
1.3.2. Phương pháp chuẩn độ axit-bazơ [4]
* Nguyên tắc

Hàm lượng PO43- được xác định dựa trên hiện tượng khi có mặt muối
amoni molypdat (NH4)2MoO4, ion PO43- tạo nên kết tuả màu vàng trong môi
trường axit:
H3PO4 + 12 (NH4)2MoO4 + 21 HNO3 = (NH4)3[P(Mo3O10)4] + 21NH4NO3
+ 12 H2O
Hoà tan kết tủa amoni photpho molypđat đã rửa sạch hết axit bằng một
lượng dư NaOH có nồng độ xác định.
(NH4)3[P(Mo3O10)4] + 23NaOH = NaNH4HPO4 + (NH4)2MoO4 + 11Na2MoO4
+ 11H2O
Chuẩn độ lượng NaOH dư bằng dung dịch HCl có nồng độ xác định với
chỉ thị phenolphtalein.
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Tuy nhiên khi hoà tan kết tủa amonimolypđat bằng NaOH thường mất
thêm một lượng NaOH do phản ứng:
NH4+ + OH- = NH3 + H2O
Để tránh sai số này người ta thêm anđehit focmic HCHO trước khi thêm
NaOH hồ tan kết tủa. Khi đó HCHO kết hợp NH4+ hình thành urotropin
(CH2)6N4.
4(NH4)3[P(Mo3O10)4] +104NaOH + 18HCHO = 4Na2HPO4 + 48Na2MoO4 +
3(CH2)6N4 + 74H2O
6


Phương pháp này cho kết quả khá chính xác, sai số ≤ ± 0,52%.
1.3.3. Phương pháp quang phổ
1.3.3.1.Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử
Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và
nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản nhưng khi có một chùm sáng với
năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hóa trị trong các liên kết (δ, π, n)
sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng

lượng cao hơn. Hiệu số giữa 2 mức năng lượng (cơ bản E0 và kích thích Em)
chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ
phân tử của chất.
Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của
phức màu tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ
trong mơi trường thích hợp.
Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 ÷ 10-6 M
và là một trong những phương pháp được sử dụng khá phổ biến.
1.3.3.2.Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
* Sự xuất hiện phổ AAS
Ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát năng lượng và gọi là
trạng thái cơ bản bền vững. Nhưng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta kích thích
chúng bằng một năng lượng dưới dạng chùm tia sáng có bước sóng xác định thì
các ngun tử tự do đó sẽ hấp thụ những bức xạ có bước sóng ứng đứng với tia
bức xạ mà chúng có thể phát ra trong q trình phát xạ. Khi đó ngun tử
chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Quá trình
mà các nguyên tử tự do ở trựng thái hơi hấp thụ những bức xạ đặc trưng tạo ra
phổ của nguyên tử nguyên tố đó. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS).

7


* Nguyên tắc
Phép đo dựa trên sự hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi
chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong mơi trường hấp thụ.
Để tiến hành đo phải qua các q trình sau:
Q trình hóa hơi ngun tử hóa mẫu: chọn các điều kiện và loại trang bị
phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, lỏng) thành trạng
thái hơi của nguyên tử tự do.

Chiếu chùm bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
vừa điều chế ở trên. Khi đó, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ tia bức xạ
và tạo ra phổ AAS. Thu, phân ly chùm sáng và chọn một vạch phổ hấp thụ của
ngun tố phân tích để đo cường độ thơng qua một hệ thống máy quang phổ.
Phương trình định lượng của phương pháp là:
D = K Cb
Trong đó:

D: Cường độ vạch phổ
K: Hệ số nguyên tử hóa
C: Nồng độ nguyên tố cần phân tích
b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào bản chất của chất phân tích

Cường độ vạch phổ có thể đánh giá thông qua chiều cao pic hoặc diện tích
pic. Thơng qua đó chúng ta có thể định lượng nguyên tố một cách dễ dàng.
Trong phép đo phổ AAS có hai kỹ thuật chính là: kỹ thuật ngun tử hóa
có ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật khơng ngọn lửa (ETA - AAS). Kỹ thuật ETA –
AAS cho độ nhạy rất cao, đồng thời giới hạn phát hiện của các nguyên tố khi sử
dụng phương pháp này rất nhỏ.
Khi xác định hàm lượng photphat theo phương pháp này, kết tủa PO43dưới dạng kết tủa MgNH4HPO4 bằng một lượng dư chính xác dung dịch Mg2+
đã biết nồng độ. Sau đó tiến hành đo cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử Mg2+

8


trong dung dịch nước lọc ta xác định được lượng Mg2+ dư và suy ra được hàm
lượng photphat có trong mẫu [3].
1.3.4. Phương pháp cực phổ
Ion PO43- không bị khử trên điện cực giọt thủy ngân nên người ta dùng
phương pháp chuẩn độ ampe kế để xác định gián tiếp ion PO43- theo sóng của

một ion nào đó bị khử trên điện cực giọt thủy ngân có khả năng tạo kết tủa với
PO43-.
Một số thuốc thử dùng cho phương pháp này là: muối uranuyl, chì axetat,
bismut nitrat.
* Thuốc thử UO22+ [3]
Người ta kết tủa ion PO43- dưới dạng KUO2PO4
PO43- + UO22+ + K+ → KUO2PO4
Điểm tương đương của phép chuẩn độ được xác định theo sự tăng dòng
khử ion UO22+ trên nền KCl 0,1M ở thế -0,8V. Sự khử UO22+ xảy ra trong môi
trường axit axetic.
UO22+ + 2H+ → UO2+ + H2O
Phương pháp chuẩn độ điện thế sử dụng thuốc thử UO22+ có độ chính xác
cao, người ta có thể xác định được photphat ở nồng độ 10-5 M với sai số khơng
q 1%.
* Thuốc thử chì axetat [3]
Ion PO43- được kết tủa dưới dạng Pb3P2O8 trong môi trường nước, etanol
với tỉ lệ etanol từ 10 ÷ 15%. Việc chuẩn độ Pb2+ được tiến hành trên điện cực
giọt thủy ngân bằng dòng khử Pb2+ - 1,2V.
2HPO42- +3Pb(CH3COO)2→ Pb3(PO4)2+4CH3COO- + 4CH3COO- + 2CH3COOH
Phương pháp này ít được dùng trong thực tế vì kết tủa phụ thuộc nhiều
vào pH dung dịch.

9


* Thuốc thử Bismut nitrat [3]
Ở pH = 1÷ 1,5 ion PO43- được kết tủa dưới dạng BiPO4, kết tủa này khơng
tan trong HNO3 lỗng.
PO43- +

Bi3+

→

BiPO4

Ion Bi3+ bị khử thuận nghịch trên điện cực giọt thủy ngân cho E1/2 = 0,05
÷ 1 V (so với cực Calomen bão hịa) và dòng giới hạn tỉ lệ với nồng độ Bi3+
trong khoảng 10-3 ÷ 10-5. Điểm tương đương của q trình chuẩn độ được xác
định do sự thay đổi dòng giới hạn của sự khử Bi3+ trên điện cực giọt thủy ngân ở
điện thế -0,3V.
Ưu điểm của phương pháp này là tạo thành kết tủa BiPO4 màu trắng tách
ra nhanh, ít bị ảnh hưởng của sự hấp thụ và cộng kết, kết tủa này ít tan trong
axit.
1.4. Các phương pháp xử lý ô nhiễm photphat
1.4.1. Kết tủa photphat
Kết tủa photphat với các ion nhơm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng
có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn.
• Kết tủa với Ca2+ [20, 21]
Khi đưa Ca2+ vào hệ, pH sẽ tăng làm chuyển dịch cân bằng về PO43-.
10 Ca2+ + 6PO43- + 2OH- → Ca10(PO4)6(OH)2
Tỷ lệ mol giữa Ca/P nằm trong khoảng 1,33 – 2,0. Việc loại bỏ photphat
xảy ra thuận lợi ở vùng pH > 10, khi đó sẽ xảy ra q trình kết tủa CaCO3.
Lượng vôi sử dụng chủ yếu tiêu hao vào kết tủa và giảm độ cứng, độ kiềm, tỷ lệ
giành cho kết tủa photphat không lớn, chỉ khoảng 3,6g Ca(OH)2 cho 1 g P.
• Kết tủa với Fe3+ [20]:
Sản phẩm hình thành trong q trình kết tủa của photphat với Fe3+ có
dạng xốp và thành phần hóa học khơng ổn định.

10

Fe3+ + HnPO43-n → FePO4 + nH+
Khi pH >5,5 thì cân bằng đạt được với tốc độ chậm, pH = 6-8 thì nhận
thấy có sự trao đổi giữa OH- và PO43- do ái lực của ion hydroxy với sắt lớn:
(FePO4)n + mOH- → Fe(OH)n-m/3 + m/3PO43Quá trình đẩy PO43- của OH- có thể nhận thấy do sản phẩm kết tủa chuyển
từ màu trắng sang màu vàng. Vì lý do đó nên dung dịch sắt mới pha có tác dụng
cao hơn dung dịch đã để lâu. Tại một giá trị pH ổn định, nếu sử dụng tỷ lệ mol
của Fe3+/P từ 1,4 đến 1,6 có thể loại bỏ hồn tồn photphat.
• Kết tủa với Al3+
Cũng như trong trường hợp sử dụng muối sắt, loại bỏ photphat cũng theo
cơ chế: tạo hợp chất khó tan với nhơm và hấp phụ photphat trên hydroxit nhơm
hình thành qua q trình thủy phân [8] [15] [22], vì vậy nên q trình loại bỏ
photphat cũng có thể thực hiện khi cho photphat tiếp xúc với nhôm oxit.
Al3+ + HnPO43-n → AlPO4 + nH+
pH tối ưu cho quá trình loại bỏ photphat nămg trong khoảng từ 5-7 và
dung dịch muối nhôm để lâu cũng không ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ
photphat. Tốc độ phản ứng kết tủa xảy ra rất nhanh, thường nhỏ hơn 1 giây và
cũng ít bị tác động bởi nhiệt độ.
Photphat cũng có khả năng hấp phụ trên hydroxit nhơm, tính chọn lọc hấp
phụ trên nhôm oxit của 1 số anion tuân theo dãy OH->F->PO43->Cl->NO3-. Dạng
đường hấp phụ theo kiểu đẳng nhiệt Langmuir. Không chỉ oxit nhôm mà một số
loại oxit khác như MnO2 cũng có khả năng hấp phụ photphat [33] [22].
1.4.2 Sử dụng phương pháp sinh học [3]
Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích
lũy lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí.
Thơng thường hàm lượng photpho trong tế bào chiếm 1,5 - 2,5% khối lượng tế
bào thơ, một số loại có thể hấp thu cao hơn từ 6 - 8%. Trong điều kiện yếm khí
11

chúng lại thải ra phần photpho tích lũy dư thừa, dưới dạng photphat đơn PO43-.
Quá trình loại bỏ photpho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ photpho tăng
cường. Photpho được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh
chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dưới dạng muối khơng tan sau khi xử lý yếm
khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ).
Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu - tàng trữ - thải
photpho được quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật Acinetobacter là
chủ yếu. Dưới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh vật Bio-P tích lũy photphat trùng
ngưng trong cơ thể chúng từ photphat đơn tồn tại trong nước thải.
C2H4O2 + 0,16NH4+ + 1,2O2 + 0,2PO43- → 0,16C5H7NO2 + 1,2CO2 +
0,2(HPO3)2- + 0,44OH- + 1,44H2O
1.4.3. Hấp phụ và trao đổi ion
Cơ sở lý thuyết của phương pháp:
Khi tiếp xúc với dung dịch, bề mặt chất rắn có xu hướng giữ lại các chất
tan trong dung dịch. Khả năng hấp phụ của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất,
diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản chất của chất tan.
Để đánh giá lực hấp phụ người ta dựa vào năng lượng tự do, những chất có năng
lượng tự do càng lớn thì càng có khả năng hấp phụ mạnh. Năng lượng hấp phụ
thường nhỏ hơn so với năng lượng liên kết hóa học nên ở nhiệt độ thường hấp
phụ là quá trình thuận nghịch. Ban đầu quá trình xảy ra nhanh sau đó giảm dần
và đến một lúc nào đó sẽ đạt tới trạng thái cân bằng, ở trạng thái này tốc độ hấp
phụ bằng tốc độ giải hấp, nồng độ chất tan ở trạng thái này gọi là nồng độ cân
bằng.
Dung dịch hấp phụ phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc. Diện tích bề mặt
tương ứng với 1 gam chất hấp phụ được gọi là bề mặt riêng. Các chất rắn xốp có
cấu trúc lỗ rỗng, có bề mặt riêng càng lớn, thậm chí có thể đạt hàng nghìn
m2/gam thì có dung tích hấp phụ càng cao.

12

Các cơng trình nghiên cứu lớn của Gibbs, Langmuir, Polanyi, Brunauer,
Shilov, Dubinin, Kiselev đã chỉ ra rằng có 2 loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học [5].
Hấp phụ vật lý xảy ra do lực hút giữa các phân tử - lực hút Vander Waals.
Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch. Chiều nghịch của sự hấp phụ là sự khử
hấp phụ. Hấp phụ vật lý kèm theo hiệu ứng nhiệt nhỏ (từ 4 đến 25KJ/mol). Các
chất đã bị hấp phụ sẽ dễ bị khử hấp phụ.
Trong hấp phụ hóa học, các phân tử của chất bị hấp phụ liên kết với chất
hấp phụ bởi các lực hóa học bền vững, tạo thành những hợp chất hóa học bề mặt
mới. Hấp phụ hóa học là bất thuận nghịch và kèm theo một hiệu ứng nhiệt lớn
(khoảng 40 – 400KJ/mol). Đây là tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học.
Những quy luật định tính và định lượng của những q trình hấp phụ khác
nhau đó là:
Hấp phụ bề mặt rắn – khí
Hấp phụ bề mặt dung dịch - khí
Hấp phụ bề mặt rắn – dung dịch.
Phương trình Freundlich là phương trình thực nghiệm để áp dụng cho sự
hấp phụ chất khí hoặc chất tan trên bề mặt hấp phụ rắn.

Qe = K f .Ce

1
n

Có thể đưa về hàm bậc nhất bằng cách lấy log 2 vế :

1

log Qe = log K f + log Ce
n
Phương trình trên có dạng y = ax + b
Trong đó:
Qe: độ hấp thụ riêng, là số gam chất bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ.
13


Kf, n: hệ số thực nghiệm với n>1
Phương trình hấp phụ Langmuir có dạng:

CE
C
1
=
+ E
q qmax .b qmax
Trong đó:
qe: độ hấp phụ riêng, là số mg chất bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ ở
thời điểm cân bằng. (mg/g)
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch ở thời điểm cân bằng
(mg/l)
K: hằng số Langmuir

a=
Nếu đặt:

b=

1
qmax
1
K .qmax

Thì phương trình trên có dạng y = ax + b
Từ thực nghiệm có thể tính được hằng số K và suy ra dung tích hấp phụ
phụ cực đại (qmax)
Ce/qe
tgα

O'
O
Ce

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

14


Dựng đường thẳng biểu diễn quan hệ của hai đại lượng (

Ce
− Ce ) ta được
q

đường thẳng cắt trục tung tại O’. Khoảng cách OO’ chính là giá trị của
b=

1

1
và a =
= tgα (α là góc tạo bởi đường thẳng y = ax + b và trục
qmax
K .qmax

hồnh). Tìm được 2 giá trị a và b ta suy ra hằng số thực nghiệm K và qmax.
Hấp phụ và trao đổi ion là những phương pháp xử lý photphat rất có triển
vọng, để thu hồi photphat một cách chọn lọc, thu hồi lại từ dung dịch tái sinh và
tái sử dụng.
Trao đổi ion cũng cho phép thu hồi các thành phần có ích khác như K+,
NH4+ để tạo ra MgNH4PO4 hay MgKPO4 dùng làm phân nhả chậm. Hướng
nghiên cứu trên đã được chú ý từ thấp kỷ 70 và đã hình thành được một sơ đồ
công nghệ REMNUT (sơ đồ công nghệ gồm hai cột trao đổi ion: cột cationit thu
hồi amoni, cột anionit thu hồi photphat) có ứng dụng trong thực tế. Dung dịch
sau khi tái sinh từ 2 cột chứa NH4+, PO43- được kết tủa dưới dạng MgNH4PO4
hoặc MgKPO4 [7].
Vật liệu hấp phụ để loại bỏ photphat trong nước đã được nghiên cứu
nhiều trong phịng thí nghiệm. Ưu điểm và triển vọng của phương pháp là không
phát sinh bùn thải, không làm thay đổi pH của dung dịch được xử lý [26].
1.4.4. Một số vật liệu dùng để xử lý photphat
1.4.4.1. Than hoạt tính
Ngành cơng nghiệp sản xuất cacbon hoạt tính hiện đại được thành lập từ
năm 1990-1991 để thay thế cho than-xương (bone-char) dùng trong làm trắng
đường. Than hoạt tính dạng bột (PAC) lần đầu tiên được sản xuất thương mại
(từ gỗ) ở châu Âu từ đầu thế kỷ 19 và đã được sử dụng rộng dãi trong ngành
cơngnghiệp sản xuất đường. Than hoạt tính dùng để xử lý nước được báo cáo
lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1930.

15

Than hoạt tính là dạng thơ của gra-phit với cấu trúc ngẫu nhiên và vơ định
hình với nhiều lỗ (khoảng trống) với kích thước khác nhau từ những vết nứt nhìn
thấy được đến những vết chỉ với kích thước của phân tử. Than hoạt tính được
sản xuất từ than dừa, than gỗ, chất gỗ lignhin, than cốc, than xương, than bùn,
mùn cưa, than đen, vỏ trấu, mía, hạt đào, cá, phế phẩm lốp cao su…
Than hoạt tính là một trong những chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp. Chúng có lỗ xốp bé, bề mặt riêng của than dao động trong
khoảng 300 – 1000 m2/g, còn đường kính lỗ xốp từ 30 – 90 Å.
Than được ứng dụng nhiều trong xử lý nguồn nước uống, thu hồi dung
mơi, xử lý khơng khí, hấp phụ các chất màu, các chất hữu cơ độc hại.
Hầu hết các vật liệu cacbon đều xốp, dễ thấm nước. Để mở rộng thêm cấu
trúc bề mặt người ta thực hiện quá trình hoạt hóa than với hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Cung cấp lượng nhiệt tới 6000C trong sự thiếu khơng khí gọi
là giai đoạn hoạt hóa.
Giai đoạn 2: Than hoạt tính này được hoạt hóa bởi hơi nước ở 10000C
hoặc được xử lý hóa học với axit hay muối axit.
Than hoạt tính cũng được dùng để tách lượng photphat trong nước thải .
1.4.4.2. Than hoạt tính cố định Zirconi.
Nghiên cứu sử dụng Zirconi làm vật liệu hấp phụ photphat đã được số tác
giả công bố, các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng Zr xử lý ô
nhiễm photphat rất có triển vọng.
Chun Hu cùng các cộng sự [19], đã nghiên cứu chế tạo dạng ZrO2 và khảo
sát khả năng hấp phụ photphat. Kết quả cho thấy, vật liệu hấp phụ tốt photphat,
tải trọng hấp phụ theo mơ hình Langmuir là 29,71 mg P/g. Thời gian cân bằng
hấp phụ là 5 giờ. Khả năng hấp phụ tăng khi giảm pH và ngược lại. Nghiên cứu
ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ PO43- của ZrO2 nhận thấy, khả
năng hấp phụ bị ảnh hưởng rất ít bởi lực ion. Từ đó tác giả đưa ra giả thuyết, nếu
q trình hấp phụ PO43- trên ZrO2 xảy ra trên bề mặt thông qua việc tạo các phức

16


ở phía bên ngồi khối cầu tạo bởi các nhóm OH- hoặc O bên ngồi phân tử
ZrO2, thì tỉ lệ PO43- được xử lý phải giảm khi lực ion trong dung dịch tăng lên.
Tuy nhiên với dạng mesoporous ZrO2 lượng PO43- được hấp phụ lại không giảm
khi lực ion tăng, điều đó chỉ ra rằng, PO43- hấp phụ trên ZrO2 bằng cách tạo liên
kết trên bề mặt.
Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý PO43- là do tính lưỡng tính trên bề
mặt ZrO2 và dạng tồn tại PO43- trong dung dịch ở các pH khác nhau. Trong dung
dịch, bề mặt ZrO2 bao gồm một số nguyên tử O và các nhóm OH-.. Chính các
nhóm OH- quyết định tính chất hóa học (tính axit – bazơ) và liên kết với các bề
mặt oxit (hydro) kim loại. Ở pH từ 3-9 dạng H2PO4-và HPO42- tồn tại chủ yếu,
cơ chế loại bỏ photphat hầu như theo cơ chế trao đổi ion của các dạng H2PO4và HPO42- trên bề mặt ZrO2.
Môi trường càng axit thì khả năng loại bỏ photphat càng tăng, điều đó chỉ
ra rằng q trình loại bỏ photphat bao gồm cả hấp phụ vật lý và hóa học, trong
đó lực culông chiếm ưu thế. Ở vùng pH thấp, tương tác culơng dễ dàng xẩy ra
cùng với q trình hấp phụ hóa học và phản ứng trao đổi [15]. Khi tăng pH,
vùng bề mặt được proton hóa sẽ giảm đi, khả năng loại bỏ photphat ở pH cao
giảm vì lực liên kết mạnh của nhóm OH- trên bề mặt chất hấp phụ, và sự gia
tăng lực đẩy tĩnh điện trên bề mặt tích điện âm của các dạng PO43- và bề mặt
cũng tích điện âm của chất hấp phụ [24].
Nghiên cứu sử dụng Zr(VI) làm vật liệu hấp phụ, loại bỏ photphat đã
được một số tác giả trong nước công bố. Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển
[1] đã tiến hành cố định Zr trên than hoạt tính, khảo sát khả năng hấp phụ
photphat của vật liệu, kết quả cho thấy vật liệu có tải trọng hấp phụ PO43-đạt
20,2 mg/g.
Kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước đều cho thấy triển
vọng sử dụng Zr làm vật liệu hấp phụ, xử lý photphat.

17


1.4.4.3. Than tro bay
Than tro bay là một vật liệu rắn được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện.
Điều này đã tạo ra một trữ lượng lớn tro bay của các quá trình đốt cháy này.
Tại Mỹ, năm 2000 lượng tro bay là 120 triệu tấn thải ra từ khu vực công
nghiệp. Bốn mươi nhà máy nhiệt điện lớn ở Nhật Bản thải ra hơn 40 triệu tấn
than tro bay. Khoảng 3,2 triệu tấn tro bay thải ra từ 10 nhà máy nhiệt điện năm
1997 ở Hàn Quốc và khoảng 5 triệu tấn vào năm 2000.
Ở Việt nam, trữ lượng than thải ra từ 1 số nhà máy nhiệt điện của nước ta
như sau:
Bảng 1.1: Trữ lượng tro bay của 1 số nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam
Tên nhà máy

Trữ lượng tro (triệu tấn)

ng Bí

2,0 ÷ 2,1

Phả lại

3,8 ÷ 4,8

Thái Nguyên

1,0 ÷ 1,2

Việt Trì

0,9 ÷ 0,1

Với trữ lượng rất lớn như vậy cùng với các điều kiện khí hậu nó sẽ gây rất
nhiều tác động xấu đối với mơi trường như ơ nhiễm khơng khí, đất, nước, nước
bề mặt, nước ngầm…
Ngoài một số ứng dụng than tro bay làm vật liệu xây dựng, than tro bay
còn là một trong những loại vật liệu rẻ tiền dùng để xử lý mơi trường. Vật liệu
này có thẻ hấp phụ khá tốt photphat và một số ion kim loại như: Cu2+, Ni2+ và
các chất màu hữu cơ [32].
Các tác giả Janzhong Li, Charyjun Liu và các cộng sự [34] đã nghiên cứu
sử dụng than tro bay trong việc tách loại photphat khỏi dung dịch nước. Các kết
quả chỉ ra rằng than tro bay có thể loại được 45 ÷ 52,9 % photphat trong nước.
Một số nhà khoa học khác cũng đã nghiên cứu tách photphat sử dụng than
tro bay [28]. Khi đó PO43- được kết tinh bởi Ca2+ và ion hydroxit, có mặt chất
18


đồng kết tinh, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kết tinh PO43- đã được nghiên
cứu và 90% photphat đã được loại bỏ ở pH = 11,3 sử dụng than tro bay của nhà
máy nhiệt điện Philippin. Hiệu quả tách loại photphat tăng khi nhiệt độ phản ứng
tăng .
1.4.4.4. Một số vật liệu khác
Một số nhà khoa học đã nghiên cứu khả năng tách loại photphat của hỗn
hợp Fe2+/H2O2. Kết quả chỉ ra rằng sử dụng hỗn hợp Fe2+/H2O2 đạt hiệu quả tách
loại photphat lớn hơn so với sử dụng một mình Fe2+. Nồng độ photphat ban đầu
là 0,97 – 3,75 mg/l, hiệu quả tách loại 50 – 60% khi tỉ lệ mol Fe2+/H2O2 là 1:1,
nhưng Fe2+ cần cho dư để tách loại hoàn toàn photphat [14].
Các nhà khoa học khác [16] cũng nghiên cứu khả năng tách loại photphat
khá tốt bằng hỗn hợp Fe – Mn theo tỉ lệ 6:1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng

tách loại photphat đã được nghiên cứu như: thời gian tiếp xúc, nồng độ photphat
ban đầu, pH dung dịch, loại ion ảnh hưởng: Cl-, SO42-, CO32-…. Dung lượng hấp
phụ đạt được 36mg/g ở pH = 5,6. Đây là loại chất hấp phụ photphat có dung
lượng cao và chọn lọc, có khả năng sử dụng để tách loại photphat khỏi dung
dịch nước thải.
1.5. Bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ
1.5.1. Giới thiệu về bùn đỏ
Bùn đỏ là chất thải rắn của q trình tinh luyện sản xuất nhơm theo quy
trình cơng nghệ Bayer. Trung bình sản xuất một tấn nhơm sẽ tạo ra 1 ÷ 2 tấn
chất thải bùn đỏ (quy ra khơ). Ở Australia trung bình mỗi năm thải ra 30 triệu
tấn bùn đỏ, con số này tăng lên hàng năm.
Bùn đỏ là chất thải có độ kiềm rất cao (pH = 10 – 12,5). Nó bao gồm một
hỗn hợp các tạp chất rắn và kim loại và là một trong những vấn đề về chất thải
có khối lượng lớn nhất của ngành luyện nhôm.[10] [19] [26].

19


Trong thành phần bùn đỏ có chứa oxit và hydroxit các nguyên tố: Al, Fe,
Si, Ti…với tỉ lệ khá lớn, ngồi ra cịn có các ion kim loại nặng độc hại như: Mn,
Cd, Cu, Ar, Cr…
Bản chất kiềm và thành phần phức tạp của bùn đỏ có tác động xấu đến
môi trường. Cho đến nay, việc nghiên cứu sử dụng bùn đỏ còn hạn chế, đã xuất
hiện một số nghiên cứu sử dụng bùn đỏ trong công nghệ trong xử lý môi trường,
làm vật liệu san lấp mặt bằng, đường giao thông, vật liệu xây dựng [17] [20], xi
măng, phụ gia xi măng [8], phụ gia màu cho gốm sứ [27]… và một số ứng dụng
mới về nghiên cứu thu hồi các kim loại Al, Fe, Ti. Sơ đồ dưới dạng chỉ rõ khả
năng sử dụng bùn đỏ trong một số lĩnh vực:
Công nghệ sản xuất
men và sơn

Làm chất
xúc tác

Chất động tụ

Công nghệ sản xuất
vật liệu xây dựng

Bùn đỏ

Công nghệ sản
xuất sứ

Thu hồi kim loại
Fe, Al, Ti,V, Se

Chất hấp phụ
khí, nước

Hình 1.2. Sơ đồ chỉ rõ khả năng sử dụng bùn đỏ trong một số lĩnh vực
Tuy nhiên không phải ứng dụng nào cũng có ý nghĩa kinh tế và triển khai
quy mô công nghiệp. Trong thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu sử
dụng bùn đỏ làm chất hấp thụ khí và xử lý mơi trường, làm sạch khí và chất
lỏng. Bùn đỏ cịn đang được nghiên cứu sử dụng làm chất hấp phụ các khí độc
và làm chất hấp phụ kim loại nặng độc hại.

20