Nghiên cứu khả năng hấp phụ fe iii cr vi của các vật liệu đá ong biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường

..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Fe(III), Cr(VI) CỦA CÁC VẬT LIỆU ĐÁ ONG
BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ HỐ HỌC

THÁI NGUN - NĂM 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Fe(III), Cr(VI) CỦA CÁC VẬT LIỆU ĐÁ ONG
BIẾN TÍNH VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MƠI TRƢỜNG
Chun ngành: HỐ PHÂN TÍCH
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SỸ HỐ HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Mai Việt

THÁI NGUYÊN - NĂM 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận của luận văn chưa cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hoa
Xác nhận của
Giáo viên hƣớng dẫn

Xác nhận của
Khoa Hố học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Xác nhận của Chủ tịch
Hội đồng chấm luận văn




LỜI CẢM ƠN
Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Ngô Thị
Mai Việt. Cơ đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn tơi trong q trình tơi làm thực
nghiệm cũng như khi tơi hồn thiện luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cơ giáo trong Khoa Hố học, Khoa Sau
đại học, các anh chị, các bạn và các em trong Phịng Thí nghiệm Hóa Phân tích
trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tơi
trong q trình làm thực nghiệm.
Tơi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại Học Sư Phạm, Ban Giám hiệu
Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, các anh chị và các bạn đồng
nghiệp đã ủng hộ và tạo điều kiện cho tơi có thời gian học tập, nghiên cứu trong suốt
thời gian qua.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của gia đình, bạn
bè và những người thân yêu của tôi.
Thái Nguyên, ngày 14 tháng 03 năm 2013
Học viên

Nguyễn Thị Hoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

i
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục ........................................................................................................................................... i
Các ký hiệu viết tắt .......................................................................................................................ii
Danh mục bảng ...........................................................................................................................iii
Danh mục hình............................................................................................................................. iv
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 2
1.1. Tổng quan tài liệu về kim loại nặng ...................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu về kim loại nặng ............................................................................... 2
1.1.2. Giới thiệu về sắt và tác dụng sinh hóa của sắt .................................................... 2
1.1.3. Giới thiệu về crom và tác dụng sinh hóa của crom ............................................ 2
1.1.4. Tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng ...................................................................... 3
1.1.5. Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp ................................................. 3
1.2. Giới thiệu về đá ong, quặng apatit và một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc
tự nhiên ......................................................................................................................... 4
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu đá ong .............................................................................. 4
1.2.2. Giới thiệu về quặng apatit .................................................................................. 5
1.2.3. Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên .................................................. 6
1.3. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng ....................... 7
1.3.1. Phương pháp trao đổi ion ................................................................................... 7
1.3.2. Phương pháp kết tủa .......................................................................................... 7
1.3.3. Phương pháp hấp phụ ......................................................................................... 7
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ...................................................................... 7
1.4.1. Các khái niệm ..................................................................................................... 7
1.4.2. Các mơ hình cơ bản của quá trì nh hấp phụ ......................................................... 9

1.4.3. Hấp phụ trong môi trường nước ....................................................................... 14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




i
1.5. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng ................................ 16
1.5.1. Phương pháp trắc quang ................................................................................... 16
1.5.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ................................... 17
1.5.3. Định lượng Fe(III), Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang ............................... 18
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................... 19
2.1. Thiết bị và hóa chất .............................................................................................. 19
2.1.1. Thiết bị .............................................................................................................. 19
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................ 19
2.2. Chế tạo VLHP từ đá ong...................................................................................... 20
2.2.1. Chuẩn bị đá ong và quặng apatit....................................................................... 20
2.2.2. Thành phần hóa học của đá ong ....................................................................... 20
2.2.3. Thành phần hóa học của quặng apatit............................................................... 20
2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Fe(III), Cr(VI) theo phương pháp trắc quang........ 22
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Fe(III) .......................................................... 22
2.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) .......................................................... 23
2.4. Phương pháp hấp phụ tĩnh ................................................................................... 23
2.4.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ Fe(III) và Cr(VI) của đá ong tự nhiên
và quặng apatit ............................................................................................................ 23
2.4.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI)
của vật liệu hấp phụ .................................................................................................... 24
2.5. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Cr(VI) theo phương pháp
hấp phụ động đối với vật liệu M3 ............................................................................... 26
2.5.1. Chuẩn bị cột hấp phụ ........................................................................................ 26

2.5.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ động của vật liệu M3 đối với dung dịch ion
Fe(III), Cr(VI) và dung dịch hỗn hợp gồm 2 ion Fe(III) và Cr(VI) ........................... 27
2.5.3. Khảo sát khả năng giải hấp ............................................................................... 27
2.6. Xử lý thử mẫu nước thải chứa Fe(III), Cr(VI)..................................................... 27
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 28
3.1. Nghiên cứu cấu trúc của đá ong tự nhiên, quặng apatit và đá ong biến tính ....... 28
3.1.1. Chụp ảnh bề mặt của vật liệu trên kính hiển vi điện tử quét ............................ 28
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




i
3.1.2. Phân tích đặc tính nhiệt của vật liệu ................................................................. 29
3.1.3. Phân tích cấu trúc vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen
(nhiễu xạ tia X) .......................................................................................................... 30
3.1.4. Phân tích nhóm chức hoạt động dựa vào phổ hồng ngoại ................................ 30
3.1.5. Xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu .................................................... 31
3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Fe(III) và Cr(III) ........................................ 32
3.2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Fe(III) ...................................................... 32
3.2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cr(VI)...................................................... 33
3.3. Điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ M1, M3 .................................................... 33
3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe(III) và Cr(VI) của đá ong tự nhiên
và quặng apatit ............................................................................................................ 35
3.5. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Fe(III)
và Cr(VI) của vật liệu hấp phụ M1 và M3................................................................. 35
3.5.1. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu ................................................................... 35
3.5.2. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP .................................................................... 36
3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ..................................................................... 37
3.5.4. Ảnh hưởng của pH ............................................................................................ 39

3.5.5. Ảnh hưởng của ion lạ ........................................................................................ 41
3.5.6. Ảnh hưởng của nồng đầu của dung dịch nghiên cứu .............................. 45
3.6. Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Cr(VI) theo phương
pháp hấp phụ động đối với vật liệu hấp phụ M3 ........................................................ 52
3.7. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp ..................................................................... 54
3.8. Kết quả xử lý mẫu nước thải chứa Fe(III) và Cr(VI) .......................................... 56
KẾT LUẬN .................................................................................................... 58
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ii

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
BET

: Brunaur – Emmetle – Teller

EDTA

: Ethylene Diamine Tetra Aceticacid

IR

: Intrared Spectroscopy

SEM

: Scanning Electron Microscopy

UV – Vis

: Ultraviolet Visble

XRD

: X-ray Diffration

ppm

: Part per million

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




iii
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Giá trị giới hạn nồng độ của sắt và crôm trong nước thải công nghiệp ........4
Bảng 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp
hạn chế chúng ..............................................................................................................13
Bảng 3.1. Kết quả diện tích bề mặt một số vật liệu .....................................................31
Bảng 3.2. Số liệu xây dựng đường chuẩn Fe(III) ........................................................32

Bảng 3.3. Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) ........................................................33
Bảng 3.4. Kết quả xác định điểm đẳng điện của vật liệu M1 và M3........................... 33
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe(III) và Cr(VI) của đá ong tự nhiên
và quặng apatit .............................................................................................................35
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu ............................. 35
Bảng 3.7. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ Fe(III), Cr(VI)
vào khối lượng vật liệu hấp phụ ..................................................................................36
Bảng 3.8. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ Fe(III), Cr(VI)
vào thời gian ................................................................................................................38
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Fe(III) Cr(VI) của vật liệu .......39
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của ion Ca(II), Al(III) tới khả năng hấp phụ Fe(III) của vật liệu..... 42
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của ion NO3- và Cl- tới khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu.........44
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M1 ............................................................................................... 46
Bảng 3.13. Các thông số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M1 ............................ 46
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M2 ............................................................................................... 46
Bảng 3.15. Các thơng số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M2 ............................ 47
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M3 ............................................................................................... 47
Bảng 3.17. Các thông số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M3 ............................ 48
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M4 ............................................................................................... 48
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




iii
Bảng 3.19. Các thơng số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M4 ............................ 49

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M5 ............................................................................................... 49
Bảng 3.21. Các thông số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M5 ............................ 50
Bảng 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe(III), Cr(VI) đến dung lượng
hấp phụ của vật liệu M6............................................................................................... 50
Bảng 3.23. Các thơng số hấp phụ theo mơ hình Langmuir của M6 ............................ 51
Bảng 3.24. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir của các vật liệu đá ong
biến tính .......................................................................................................................51
Bảng 3.25. Hàm lượng ion Fe(III), Cr(VI) sau mỗi lần xác định ................................ 52
Bảng 3.26. Dung lượng hấp phụ động của Fe(III) và Cr(VI) ......................................53
Bảng 3.27. Khả năng giải hấp của EDTA 0,01M ........................................................54
Bảng 3.28. Hiệu suất giải hấp theo phân đoạn ............................................................ 54
Bảng 3.29. Dung lượng hấp phụ động thực của Fe(III), Cr(VI) ..................................56
Bảng 3.30. Nồng độ nước thải Fe(III) và Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ............56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Mơ hình cột hấp phụ ....................................................................................13
Hình 1.2. Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột
hấp phụ theo thời gian..................................................................................................14
Hình 2.1. Quy trình biến tính đá ong ...........................................................................21
Hình 3.1. Bề mặt đá ong tự nhiên ................................................................................28
Hình 3. 2. Bề mặt quặng apatit ....................................................................................28
Hình 3. 3. Bề mặt vật liệu M1 ....................................................................................28

Hình 3.4. Bề mặt vật liệu M3 .....................................................................................28
Hình 3.5. Bề mặt vật liệu M6 .....................................................................................28
Hình 3.6. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) .............................................33
Hình 3.7. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ............................................33
Hình 3.8. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của vật liệu M1và M3 .............................. 34
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ Fe(III) vào khối lượng vật liệu ......37
Hình 3.10. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ Cr(VI) vào khối lượng vật liệu ....37
Hình 3.11. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ Fe(III) vào thời gian ....................38
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ Cr(VI) vào thời gian ....................39
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Fe(III) của vật liệu M1, M3 ...40
Hình 3.14. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của vật liệu M1, M3 ...41
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Ca(II) và Al(III) đến sự hấp phụ
Fe(III) của vật liệu M1 .................................................................................................43
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Ca(II) và Al(III) đến sự hấp phụ
Fe(III) của vật liệu M3 .................................................................................................43
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion NO3- và Cl- đến sự hấp phụ Cr(VI)
của vật liệu M1 ............................................................................................................45
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion NO3- và Cl- đến sự hấp phụ Cr(VI)
của vật liệu M3 ............................................................................................................45
Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M1 ............................................................................................................46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




iv
Hình 3.20. Phương trình tuyến tính của vật liệu M1 ...................................................46
Hình 3.21. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M2 ............................................................................................................46

Hình 3.22. Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu M2 ..................................46
Hình 3.23. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M3 ............................................................................................................47
Hình 3.24. Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu M3 ..................................47
Hình 3.25. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M4 ............................................................................................................48
Hình 3.26. Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu M4 .................................48
Hình 3.27. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M5 ............................................................................................................49
Hình 3.28. Phương trình tuyến tính tính Langmuir của vật liệu M5 .......................... 49
Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Fe(III) và Cr(VI)
của vật liệu M6 ............................................................................................................50
Hình 3.30. Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu M6 .................................50
Hình 3.31. Khả năng hấp phụ động đối với Fe(III) của vật liệu M3 ........................... 53
Hình 3.32. Khả năng hấp phụ động đối với Cr(VI) của vật liệu M3 ........................... 53
Hình 3.33. Đồ thị giải hấp Fe(III), Cr(VI) riêng lẻ ......................................................55
Hình 3.34. Đồ thị giải hấp Fe(III), Cr(VI) trong hỗn hợp ..........................................55
Hình 3.35. Sự hấp phụ động của mẫu nước thải chứa Fe(III) và Cr(VI) ....................57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ở Việt Nam cũng như trên thế giới tốc độ cơng nghiệp hố và đơ thị
hố khá nhanh và sự ra tăng dân số không ngừng đã gây ảnh hưởng khơng ít đến mơi
trường. Mơi trường đã và đang bị ô nhiễm, đặc biệt là sự ô nhiễm nguồn nước bởi các

ion kim loại nặng. Các kim loại nặng như Cu, Cr, Pb, Hg… khi xâm nhập vào cơ thể
đều gây hại cho sức khoẻ con người cũng như sinh vật [9]. Bởi vậy, trên thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề
xử lý ion kim loại nặng trong môi trường [8], [12], [13], [19÷27].
Trong thực tế có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ các ion kim loại nặng
ra khỏi môi trường nước như phương pháp trao đổi ion, thẩm thấu ngược, lọc nano, kết
tủa hoặc hấp phụ... Trong các phương pháp đó thì phương pháp hấp phụ với việc sử dụng
các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên như đá ong [4], [5], [16], [23]… than bùn [8],
vỏ lạc [13], bã mía [12]… đang thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học.
Cũng theo hướng nghiên cứu đó chúng tôi chọn đá ong làm nguyên liệu đầu để
nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng. Đá tổ ong (hay đá ong, tên
tiếng Anh là Laterite) là nguồn khoáng liệu phổ biến ở Việt Nam, có đặc tính hấp phụ
vì đá ong có độ xốp tương đối cao, bề mặt riêng lớn. Mặt khác, việc nghiên cứu một
loại quặng tự nhiên như apatit để biến tính đá ong thành vật liệu hấp phụ thì hầu như
chưa có cơng trình nghiên cứu nào. Xuất phát từ những lý do đó chúng tơi đã thực
hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI) của các vật liệu đá ong biến
tính và thử nghiệm xử lý môi trường”.
Trong đề tài này chúng tôi thực hiện các nội dung nghiên cứu cụ thể sau:
1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI) của đá ong tự nhiên.
2. Biến tính đá ong tự nhiên thành các vật liệu hấp phụ ion kim loại Fe(III), Cr(VI).
3. Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của đá ong tự nhiên và các vật liệu đá
ong biến tính bằng các phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp
hấp phụ đa phân tử (BET), phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR), phương pháp
phân tích nhiệt (TGA), phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD).
4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI) của các vật liệu đá ong biến tính.
5. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI) của
các vật liệu đá ong biến tính (pH, thời gian, kích thước vật liệu...).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
6. Sử dụng vật liệu đá ong biến tính xử lý thử nghiệm một số nguồn nước chứa
các ion kim loại nặng Fe(III), Cr(VI).

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tài liệu về kim loại nặng
1.1.1. Giới thiệu về kim loại nặng [10]
Kim loaị nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3. Kim loại nặng
được chia làm 3 loại:
Các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, Co, Sn,…).
Những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…).
Các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra,…).
Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được xem là các
nguyên tố vi lượng. Một số không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có
thể khơng gây độc hại gì. Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh
vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
1.1.2. Giới thiệu về sắt và tác dụng sinh hóa của sắt
Trong tự nhiên, sắt ở trạng thái tự do trong các mảnh thiên thạch. Những hợp
chất của sắt tồn tại dưới dạng quặng sắt rất phong phú. Sắt chiếm tới 5% khối lượng
vỏ trái đất.
Sắt thường được phát hiện trong nước thải sinh hoạt đặc biệt là ở các khu cơng
nghiệp sản xuất thép... Sắt cịn có mặt trong hồng cầu của máu làm nhiệm vụ chuyển
tải oxi đến các tế bào cơ thể để duy trì sự sống của người và động vật [9]. Tuy nhiên
với hàm lượng cao trong cơ thể nó có độc tính gây các triệu chứng như chán ăn, tiểu
ít, tiêu chảy, tắc nghẽn mạch máu...
1.1.3. Giới thiệu về crom và tác dụng sinh hóa của crom
Crom có màu trắng ánh bạc, rất cứng, khó nóng chảy. Trong tự nhiên khơng có

crom ở dạng nguyên chất mà chỉ có crom ở dạng hợp chất (chiếm 0,03% khối lượng
của vỏ trái đất).
Nước thải từ các ngành công nghiệp như khai thác mỏ

, sản xuất gang , thép,

nung đốt các nhiên liệu hoá thạch ,... là nguồn gốc gây ô nhiễm cr om. Crom có thể có
mặt trong nước mặt và nước ngầm. Crom trong nước thải thường gặp ở dạng Cr(III) và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3
Cr(VI). Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con
đường: hô hấp , tiêu hoá và da . Crom có vai tr ò quan trọng trong việc chuyển hoá
glucozơ [9]. Tuy nhiên với hàm lượng cao crom có thể làm kết tủa protein , các axit
nucleic và ức chế hệ thống enzym cơ bản . Crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da như
loét da, viêm da tiếp xúc , loét thủng màng ngăn mũi , viêm gan , viêm thận , ung thư
phởi,... [3].
1.1.4. Tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng [2]
Cơng cuộc cơng nghiệp hố được gắn với tình trạng ô nhiễm gia tăng. Ô
nhiễm do kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là một mối đe doạ nghiêm
trọng đối với sức khoẻ nhân dân và sự an tồn của hệ sinh thái.
Việt Nam là nước có nền kinh tế nông nghiệp nhưng hoạt động công nghiệp
nhiều năm trở lại đây với sự phát triển nhanh chóng của các nhà máy, các khu công
nghiệp đã khiến cho môi trường bị ô nhiễm nặng. Hiện nay, hầu hết các ngành công
nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường. Kim loại nặng và
độc tố là các thành phần đặc trưng của các chất thải cơng nghiệp. Kim loại nặng là
những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồm một số loại như As, Cd, Cr,

Cu, Pb, Hg, Se, Zn, Fe,… chúng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải trong công
nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên.
Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước ở dạng ion. Chúng phát sinh từ
nhiều nguồn khác nhau, trong đó chủ yếu là từ các hoạt động công nghiệp. Khác với
các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi
đã phóng thích vào mơi trường thì sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mơ sống
qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng. Kim loại nặng là các
nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người nhưng khi chúng tồn tại ở dạng ion và
với nồng độ lớn, khi đi vào cơ thể người thì chúng lại có độc tính cao.
1.1.5. Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là dung dịch thải ra từ các cơ sở sản xuất, chế biến kinh
doanh dịch vụ, công nghiệp ra môi trường.
QCVN 24:2009/BTNMT quy định nồng độ của ion sắt và crom trong nước
thải cơng nghiệp như sau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

Bảng 1.1. Giá trị giới hạn nồng độ của sắt và crom
trong nước thải công nghiệp
STT

Nguyên tố

Đơn vị

1

Sắt (III)

2

Crom (VI)

Giá trị giới hạn
A

B

mg/L

1,0

5,0

mg/L

0,05

0,10

Trong đó:
- Cột A quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng cho mục đích
cấp nước sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích

cấp nước sinh hoạt [12].
1.2. Giới thiệu về đá ong, quặng apatit và một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc
tự nhiên
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu đá ong [17]
Đá ong (Laterite) là một khoáng liệu phổ biến và có trữ lượng lớn ở nước ta,
đặc biệt là ở vùng giáp ranh giữa đồi núi và đồng bằng – những nơi có sự phong hóa
quặng chứa sắt và các dịng nước ngầm có oxi hịa tan. Ở nước ta đá ong có nhiều ở
vùng đồng bằng Bắc bộ như ở Hà Tây (nay thuộc Hà Nội), Vĩnh Phúc, Bắc Giang,
Bắc Ninh,... Ngồi ra, các tỉnh như Thanh Hóa, Nghệ An, Ninh Bình… sự tồn tại của
đá ong cũng đáng kể.
Đá ong được hiểu là những tầng phong hóa của những miền nhiệt đới có chứa
nhiều kim loại như Fe, Al, Si, các kim loại kiềm và kiềm thổ, ngoài ra cịn có các
lượng nhỏ khác như Mn, Ti, Cr,V… Các tầng phong hóa này có thể chặt cứng như đá
tảng, nhưng khi ở trạng thái phân bố tự nhiên chúng lại rất mềm, có thể cắt được bằng
dao, kéo. Tuy nhiên khi trồi lên trên bề mặt thì các tầng đá ong mềm sẽ trở nên đông
cứng lại.
Chúng ta thường sử dụng đá ong để làm vật liệu xây dựng, tại các vùng khai
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




5
thác đá ong, có tới 90% các cơng trình xây dựng trong gia đình sử dụng đá ong làm
vật liệu. Thực tế nước ta nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa, vì vậy nguồn đá ong rất
phong phú. Đá ong trở thành một nguyên liệu dễ khai thác và rẻ tiền nên được sử
dụng rộng rãi.
Có nhiều ý kiến cho rằng, nguồn gốc hình thành đá ong là do các oxit sắt di
chuyển từ các tầng đất trên xuống. Do sự thay đổi mực nước ngầm trong đất, kết hợp
với q trình oxi hóa và đất bị khơ lại, kết tủa tạo thành đá ong.

Do có chứa các oxit nhơm, sắt và silic và có nhiều đặc tinh hấp phụ tốt như: độ
xốp tương đối cao, bề mặt riêng lớn… nên đá ong đã được nghiên cứu và sử dụng
làm vật liệu hấp phụ asen. Tác giả Frederick Partey và cộng sự đã nghiên cứu thành
công ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ asen trên đá ong do đông kết cùng
với sắt. Khi nhiệt độ tăng, dung lượng hấp phụ asen cũng tăng, ở cùng nhiệt độ, dung
lượng hấp thu asenit luôn cao hơn asenat [23]. Tác giả Trần Hồng Côn (Trường Đại
học KHTN-ĐHQG Hà Nội) đã biến tính đá ong thành vật liệu hấp phụ asen tương đối
tốt (khoảng 60mg asen bị hấp phụ trên 1g đá ong biến tính).Và từ những cơng trình
nghiên cứu khoa học này ông và cộng sự đã chế tạo thành công thiết bị xử lý asen
trong nước sinh hoạt. Tác giả Vũ Thị Minh Châu cũng nghiên cứu và sử dụng đá ong
biến tính làm vật liệu hấp thụ xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề đúc Văn
Môn – Bắc Ninh [4]. Tác giả Ngô Thị Mai Việt đã nghiên cứu ứng dụng phương
pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để nghiên cứu tính chất hấp thu các ion kim loại
nặng của đá ong và khả năng ứng dụng trong phân tích [16].
Từ những ưu điểm trên của đá ong, đồng thời qua tham khảo một số tài liệu
cho thấy đá ong có nhiều đặc tính hấp phụ tốt như: độ xốp tương đối cao, bề mặt
riêng lớn… nên chúng tơi nhận thấy có thể sử dụng đá ong làm nguyên liệu đầu để
hấp phụ một số ion kim loại như sắt và crom [5], [16].
1.2.2. Giới thiệu về quặng apatit [18]
Quặng apatit là một loại quặng phosphat có nguồn gốc trầm tích biển, thành hệ
tiền Cambri chịu các tác dụng biến chất và phong hoá. Các khống vật phosphat trong
đá trầm tích khơng nằm ở dạng vô định mà nằm ở dạng ẩn tinh, phần lớn chúng biến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6
đổi giữa floroapatit Ca5(PO4)6F2 và cacbonat-floroapatit Ca5([PO4],[CO3])3F. Hầu hết
các phosphat trầm tích dưới dạng cacbonat-floroapatit gọi là francolit. Dưới tác dụng

của biến chất các đá phi quặng biến thành đá phiến, dolomit và quaczit, còn đá chứa
phosphat chuyển thành quặng apatit-dolomit.
Quặng apatit Lào Cai là loại quặng thuộc thành hệ metan phosphorit (apatitdolomit), là thành hệ chủ yếu được sử dụng cho ngành cơng nghiệp sản xuất phân
bón chứa lân ở nước ta. Về trữ lượng thuộc thành hệ apatit-dolomit có trữ lượng lớn
nhất phân bố dọc theo bờ phải sông Hồng thuộc địa phận Lào Cai. Mỏ apatit Lào Cai
chạy dài từ Bảo Hà ở phía Đơng Nam đến Bát Xát ở phía Bắc, giáp biên giới Trung
Quốc. Thành phần hóa học chính của quặng apatit gồm P2O5, F, CaO, tùy thuộc vào
sự phân loại loại quặng mà tỷ lệ thành phần của chúng khác nhau, như
Quặng loại I: Là loại quặng aptatit hầu như đơn khoáng thuộc hàm lượng P2O5
chiếm khoảng từ 28-40%.
Quặng loại II: Là quặng apatit-dolomit hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18-25%.
Quặng loại III: Là quặng apatit-thạch anh hàm lượng P2O5 chiếm khoảng từ
12-20%, trung bình khoảng 15%.
Quặng loại IV: Là quặng apatit-thạch anh-dolomit hàm lượng P2O5 khoảng 8-10%.
Với hàm lượng P2O5 lớn, ngoài ứng dụng làm phân bón cho cây trồng thời kì
sinh trưởng do thúc đẩy các q trình sinh hóa, trao đổi chất và năng lượng cho thực
vật thì quặng apatit cịn có thể được ứng dụng để chế tạo vật liệu hấp phụ do hàm
lượng P2O5 có trong quặng sẽ được chuyển hóa thành ion PO43- là tâm hấp phụ các
ion kim loại nặng.
1.2.3. Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều nhà khoa học cơng bố các cơng trình
nghiên cứu về các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên và sản phẩm thải từ các
ngành kinh tế. Các sản phẩm này có thể là sản phẩm thải từ ngành nông nghiệp như
lõi ngô [26], vỏ lạc [13], bã mía [14], vỏ trấu, lõi cây ơliu, vỏ cây đậu, vỏ cây cọ...
Các sản phẩm thải công nghiệp như than tro bay hoặc các sản phẩm tự nhiên như các
khoáng sét khác nhau [19], [20], [27] hay các sản phẩm phụ trong q trình chế biến
hải sản như vỏ tơm [24].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
Các vật liệu này ít khi được sử dụng trực tiếp làm vật liệu hấp phụ mà phải trải
qua một q trình biến đổi hóa lí nào đó nhằm tạo bề mặt hấp phụ tốt các kim loại.
1.3. Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng
1.3.1. Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng để tách kim
loại nặng từ nước thải. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợp
chất hữu cơ có gắn các nhóm như : (-SO3H), (-COO-), amin. Các cation và anion
được hấp phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion. Khi nhựa trao đổi ion đã bão hịa, người
ta khơi phục lại cationit và anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ
loãng. Về mặt kĩ thuật thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp
trao đổi ion, nhưng phương pháp này thường tốn kém.
1.3.2. Phương pháp kết tủa
Phương pháp này thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dưới dạng
hiđroxit kim loại rất ít tan. Ngồi ra, cịn có thể sử dụng các chất tạo kết tủa như xút,
vôi, cacbonat, sunfua... Tuy nhiên phương pháp này chỉ là q trình xử lý sơ bộ, địi
hỏi những q trình xử lý tiếp theo.
1.3.3. Phương pháp hấp phụ
So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có các đặc
tính ưu việt hơn hẳn. Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và
các phế thải nơng nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý
khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền
khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao. Trong đề tài này,
chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ với chất hấp phụ là các vật liệu đá ong biến tính
để hấp phụ các ion Fe(III) và Cr(VI).
1.4. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ
1.4.1. Các khái niệm
1.4.1.1. Sự hấp phụ

Hấp phụ là sự tí ch lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng-rắn,
khí-lỏng, lỏng-lỏng). Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

khả năng hút




8
các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó . Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi
pha thể tí ch đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ .
Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ ,

người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học . Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực
Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ , liên kết này yếu ,
dễ bị phá vỡ . Hấp phụ hoá học g ây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp
phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
Trong thực tế , sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là
tương đối vì ranh giớ i giữa chúng không rõ rệt . Một số trường hợp tờn tại cả quá
trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hố học

. Ở vùng nhiệt đợ thấp xảy ra quá trì nh

hấp phụ vật lý , khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng

hấp

phụ hoá học tăng lên [1].
1.4.1.2. Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ . Giải
hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trì nh hấp phu
. ̣
Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thơng
qua các yếu tố sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
- Tăng nhiệt độ.
- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trường.
- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt
chất rắn.
- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.
Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên
vật liệu hấp phụ đã được sử dụng

, một số phương pháp tái sinh

: phương phá p nhiệt , phương pháp hoá lý ,

phương pháp vi sinh [1].
1.4.1.3. Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiệ

n xác đị nh về nồng đợ và

nhiệt đợ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức:
q

(C o  C cb ).V
m

(1.1)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).
V: thể tí ch dung dị ch chất bị hấp phụ (L).
m: Khối lượng chất hấp phụ (g).
Co: nồng độ dung dị ch ban đầu (mg/L).
Ccb: nồng độ dung dị ch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
1.4.1.4. Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung
dịch ban đầu.
H

(C o  C cb )
.100 %
Co

(1.2)

1.4.2. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ

1.4.2.1. Mơ hì nh động học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai
đoạn chí nh sau:
- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phu
. ̣
- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ .
- Giai đoạn hấp phụ thực sự : các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm
hấp phụ.
Trong tất cả các giai đoạn đó , giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết đị nh
tồn bộ q trình động học hấp phụ . Với hệ hấp phụ trong mơi trường nước, q trình
kh́ch tán thường chậm và đóng vai trò quyết đị nh
[1].
Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian :
v

dx
dt

(1.3)

Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian :
V

dx
  (C0  Ccb )  k(q max  q)
dt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(1.4)


10
Trong đó:
x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/L)
t: thời gian (giây)
: hệ số chuyển khối
Co: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang
tại thời điểm ban đầu(mg/L).
Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ trong hpa mang tại thời điểm t (mg/L)
k: hằng số tốc độ hấp phụ .
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g).
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren

dqt
 k1 (qe  qt )
dt

(1.5)

Dạng tích phân của phương trình trên là:

lg(qe  qt )  lg qe 

k1
t
2,303

(1.6)

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

dqt
 k 2 (qe  qt ) 2
dt

(1.7)

Dạng tích phân của phương trình này là:
t
1
1

 t
2
qt k 2 .qe qe

(1.8)

Trong đó:
qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t (mg/g)
k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1. thời gian-1)
biểu kiến.
1.4.2.2. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Có thể mơ tả quá trì nh hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng
nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng
độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dungdịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định

.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




11
vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp .phụ
Với chất hấp phụ là chất rắn , chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt
hấp phụ được mơ tả qua các phương trì nh đẳng nhiệt : phương trì nh đẳng nhiệt hấp
phụ Henry, phương trì nh đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phương tr ình đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir,…[1].
Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry : là phương trình đẳng nhiệt đơn giản
mơ tả sự tương quan tuyến tí nh giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn v

à

nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:
a = K. P

(1.9)

Trong đó:
K: hằng số hấp phụ Henry
a: lượng chất bị hấp phụ (mol/g)
P: áp suất (mmHg)
Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùnguyê
t ́ n tí nh này nho.̉ Trong vùng đo,́ sự tương

tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt
chất rắn là không đáng kê[16].
̉
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Phương trì nh đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trì nh th ực nghiệm mô
tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp [16].
Phương trì nh này được biểu diễn bằng một hàm số mũ :
1

q  k . C cbn

(1.10)

Hoặc dạng phương trình đường thẳng:
1
lg q  lg k  lg Ccb
n

(1.11)

Trong đó:
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt đô
, diê
̣ ̣ n tí ch bề mặt và các yếu tố khác
n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1
Phương trì nh Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban
đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nờng đợ thấp của chất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
bị hấp phụ
Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Phương trì nh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
q  q max

b.C cb
1  b.C cb

(1.12)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
b: hằng số Langmuir
Khi tí ch số b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb: mơ tả vùng hấp phụ tuyến tí nh
.
Khi tí ch số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mơ tả vùng hấp phụ bão hoà .
Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:
C cb
1
1

C cb 
q
q max
q max .b

(1.13)

Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL
RL = 1/(1+b.C0)

(1.14)

0< RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là khơng thuận lợi, và
RL=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.
1.4.2.3. Q trình hấp phụ động trên cột
Quá trình hấp phụ động trên cột được mơ tả như sau:
Cho một dịng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ. Sau
một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân
bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng
độ ban đầu tới không.
Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra,
nồng độ chất bị hấp phụ bằng khơng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên