Nghiên cứu xử lý tách loại và thu hồi crôm niken từ nước thải bể mạ một số xí nghiệp mạ crôm niken

BỘn GIÁO
DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ề
•
ĐẠI
■ HỌC
■ QUỐC GIA HÀ NỘi
•
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
•

•

•

•

v ũ THỊ THUỶ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TÁCH LOẠI VÀ THU H ồ i
CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI BỂ MẠ
MỘT SỐ XÍ NGHIỆP MẠ CROM, NIKEN
•

•

•

S

LUẬN ÁN THẠC s ĩ KHOA HỌC HỐ HỌC

C H U YÊN N G ÀNH : VỎ c ơ
M Ả SỐ

: 010401

Người hướng dẫn khoa học :
T S . Lẻ H ùng

I*!:/'• r. •i;I'v 7'■
Iị iị 1)..'I*

11' •i

ỉ

1

ih W

M

H À N Ộ I - 2000


MỤC
LỤC
■
•
MỞ ĐẤU
PHÂN 1 : TỔNG QUAN

8

ỉ- Vai trị của nước và ảnh hưởng độc hại của các kim loại nặng trong nước
1. 1- Vai trị của nước

ơ

1.2- Vai trị sinh hố và độc tính của các ngun tố hố học

9

2- Đại cương về crom và niken

9

2.1- Giới ihiẻu chung về crom
2.2- Giới thiệu chuniỊ về niken

9
Ỉ2.

2.3- Độc lính của crom

lỹ

2.4- Độc tính của niken

/7

3- Giới thiệu khống sét

/7

3.1- Khống nhóm caolinit

lơ

3.2- Khống nhóm montmorilonit

IỌ

4- M ột số phương pháp xử lý và thu hổi crom , niken từ nước thải cơng nghiệp
4.1- Phương pháp trung hồ

2.0

4.2- Phương pháp diện hố

22

4.3- Phương pháp hấp phụ

23

4.3.1- Nguyên lý chung của phưưnỉỉ pháp hấp phụ

2Ỉ

4.3.2- Qui luật chung cùa phương pháp hấp phụ

25"

4.3.3- Chọn chất hấp phụ

''2 6

4.3.4- Kỹ thuật hấp phụ

Z3

4.4- Phương pháp sắc ký trao đổi ion

3^

4.4.1' Thu hổi kim loại bằng nhựa cationit

35"

4.4.2- Thu hổi kim loại bàng nhựa anionit

^
4°

5- Các phương pháp phân tích crom, niken.
5.1- Phương pháp hấp phụ nguyên tử

4o

5.2' Phương pháp phân tích thể tích

4/


5.3-

Phương pháp trắc quang

PHẦN 2 : THỰC NGHIỆM

42

47

A l)ỤN<; c ụ VÀ HOẢ CHẤT
1-

Dụng cụ

47

2-

Hoá chất

^8

Pha hoá chất

w

B NGHIÊN CỨU TÁCH VÀ THU HỔI CROM

5/

I- Phán tích crom

57

1. 1- Cách tiến hành xác định irấc quang crom bằng Ihuốc thử diphenylcacbazit
1.2 - Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu

52

1.3- Lập đường chuẩn

53

2- Tách crom bằng phương pháp hyđroxit
2.1- Nghiên cứu độ tan của hyđroxit lưỡng tính

S5
Sĩ

2.1.1- Bài tốn về độ lan của crom (ni) hyđroxit
2 .1.2- Lập trình trên máy tính và nghiên cứu pH tối ưu

59

2.2- Kháo sát dô tan của crom (III) hyđroxit

2.2.1- Kết tủa Cr3+ bằng natri hyđroxit
2.2.2- Kết lủa Cr3+ bằng canxi hyđroxit

64

2.2.3- Kết tủa Cr3+ bằng natri cacbonat

56

3- Tách crom bằng phưong pháp hấpphụ trên Na-bentonit

6g

3.1- Hoạt hoá và tinh chế Na-bentonit

60

3.1.1- Hoạt hoá bentonit bằng NaCI

66

3.1.2- Tinh chế Na-bentonit
3.2' Khảo sát khả năng hấp phụ của CrJ+ trên Na-bentonil
3.2.1- Xác định dung lượng hấp phụ

€9
6?

3.2.2- Kháo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit
3.2.3- Khái) sát ánh hường của thời gian hấp phụ

70


4- Thu hồi crom bang phương pháp sác ký trao dổi ion trẽn nhựa cationit
axit mạnh

71

4. ] - Giới thiệu phương pháp sắc ký traođối ion

71

4.1.1 - Cơ sở của phương pháp

72

4 .1.2- Chuẩn bị nhựa

72

4.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thu hổi crom
báng nhựa cationit axit mạnh

72

4.2.1 - Khảo sát ánh hưởn^ của thời gian hấp phụ

73

4.2.2- Khảo sát ảnh hưởng của thời ụian rửa giải

74

4.2.4-Khảo sát ánh hường cùa nống độ H ,( ) 2 của dung dịch rữa giải

76

4 : 2 . Khảo sát ảnh hưởng của pH tìuno dịch rỉra giải

75-

V Thu hói crom bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên nhựa cationit
axit yêu

7ồ

5.1- Giới thiệu phương pháp

7g

5.2- Chuẩn bị nhựa

78

5.3- Kháo sát các yếu lô' ảnh hưởng dến quá trình thu hồi crom bằng nhựa
calionit axil yếu

7B

5.3.1- Khảo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
5.3.2- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian rửa giái

8°

5.3.3- Khảo sát ánh hưởng của pH dung dịch rửa giải
5.3.4- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H 20 2 trong dung dịch rửa giải

82

5.3.5- Khảo sát ảnh hường của tốc độ hấp phụ
5.3.6- Kháo sát ánh hường của tốc độ rửa giải

84

5.3.7- Khảo sát lượng crom giải hấp theo các phân đoạn

86

»- Xử lý và thu hổi crom từ nước thai bè mạ quân đội Z121
6.1- Tách C rtf bằng NaOH

Qữ

4


6.2- Tách C ru bàng Na-benlonit

gg

6.3- Thu hối Cr,+ bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên cationit axit yếugg

( / N tíIỈIÊ N CỨU TÁCH VÀ THU H ồ i N1KEN

gỹ

1- Phân tích niken
1.1- Chuán hi dung dịch nghiên cứu
1.2- Phân lích niken bằng phưưnụ pháp trác quang với thuốc thử
Jim etylglioxim
1.3- Lập đường chuẩn
2-

rách niken bang phương pháp hyđroxit
2.1- N ghiên cứu lý Ihuyết

yi
ỹi

2.2.2- Kết lúa N i2+ bằng Ca(OH)2

ỹi
ỹl
ỹS
ỹi
ỌỊ

2.2.3- Kết tủa N i2+ bằng Na2COj

95

2.1.1- Xác định nồng độ nikcn trong mẫu nước thải
2 . 1.2- Bài tốn tìm pH cho Ni(OH )2 kết tủa lối ưu

2.2- N iihiên cứu thực nghiêm
2.2.1 - Kết lúa

Ni2+bằng NaOH

3- rách niken bàng phưoTig pháp hấp phụ trên Na-bentonit

98

VI - Xác định dung lượng hấp phụ

ọg

V2- Kháo sát khả năng hấp phụ cùa N i2+ trên Na-hentonit

9Ồ

v2 .1- Khải) sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit

ỷệ

3.2.2- Kháo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ

100

4- Xử lý tách loạỉ niken từ nước thải bể mạ nhà máy quân đội Z121

101

4.1- Tách niken bàng phưimu pháp hyđroxit

/01

4.2- Tách nikcn bằng phương pháp hấp phụ trơn Na-bentonit

101

5- riiu hói niken bàng phương pháp điện phân
5.1- Khảo sát sự ánh hưởng của diện thế

10/
102.


5.2- Khảo sát sự ánh hường của thời ui an diện phán

I0Ỉ

5.3- Kháo sát sự ảnh hướng của pH dung dịch diện phân

]0ÍT

5.4- Kháo sát sự ảnh hưởng của nổnu độ d llI U dịch điện phân
1

J0 6

6- Thu hoi niken bảng phương pháp điện phán

/°7

PHẤN 3 : KỂT LUẬN

Ịồọ

PHÀN 4 : TÀI LIỆU THAM KHẢO

lli

6


MỞ ĐẦU

Cùnu với sự phát triển cùa nền kinh tế và đời sống nhu cầu về nước ngày
càng nhiồu, lượng nước công nghiôp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng
lớn. gây ô nhiễm đáng kê đến nước bồ mặt và môi trường.

Nước thải dưa vào hề mật các loại hợp chất khác nhau từ dạn tỉ, tan, dạng
huyền phù, dạng nhũ tưưng đến các loại vi khuẩn. Một số chất vơ cơ và hữu cơ tan
trong nước có ánh hướng độc hại lới sự phái triển của các vi sinh vật trong nước.
Trong số các chất vô cơ phải kể đến các ion Pb2+, A s '\ C r!+, N i2+... [3|

Để giảm mức dộ gây ô nhiễm cùa nước thải cơng nghiệp tới các níỊUổn nước
n cá và tưới tiêu trong bản luận án này chúng tôi tập chung nuhiên cứu xử lý

lách loại và thu hổi crom, nikcn trong nước thái bể mạ nhà máy quân đội Z 1 2 1 .

7


PHẦN 1
TỔNG QU AN

1. VAI TRÒ CỦA NƯỚC VẢ TÁC DỤNG ĐỘC HẠI CỦA CÁC ION KIM LOẠI
TRONG NƯỚC

1.1.Vai trò của nước:( 1)

Nước là một chái hình thường vì tính phổ biến của nó nhưng lại rất khác
thường vồ tính chất và ứng dụng.

Ta đã biết nước không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt hàng ngày ,
còn trong cơng nghiệp nước cũng rất cần cho cơng nghiệp hố học và những
nghành có liên quan như dược phẩm, thực phẩm... ở đó nước là mơi trường đổ tiến

hành phản ứng hoá học, nước là chất phản ứng đổ tạo Ihành sản phẩm; nhiéu
khống chất và

ngun

tỏ hố học được tách ra từ các nguồn nước có hồ tan

chúng ... Với những lính chất dị thường vốn có, nước thực sự là ngun liệu q giá
của cơng nghiệp.
Với diện tích gần ba phần tư bề mặt Irái đất độ sâu trung bình 4km, biển và

dại Jương cỏ tác dụng diều hồ nhiệt độ trên trái dất. Trong lịng dại dương có đến
40 nghìn loại cá sinh sống , tổng lượng hàng năm hàng chục triệu tấn , rong biển
và những nghành thân mồm chứa protit có giá trị và các nguyên tố vi lượng được

sử dụng rộng rãi làm Ihức ăn cho người. Vì vậy nước khống những quan trọng đối
với dời sồng, cơng nghiệp mà cịn khơng thể thiếu dược đối với sự sống của rất
nhiiu lồi động vật có ích trong nước.
Hiện nav con người dang tìm cách sir dụnu một cách khoa học các nguồn

niró- - mội lài sản vỏ iỉiá trẽn trái đ ấ t, giữ cho chúng khỏi bị nhiễm bẩn , nhất là bị

8


nhicm lioá chất độc. Đổng thời , bằng phương pháp khoa học tác động vào nước
con ni>ườị khônu ngừnụ tạo thèm cho nước những

IÍI1Ỉ1

chất đặc hiệt khác có lợi

cho kỹ thuật và đời sống.

1.2.Vai trị sinh hố và độc tính của các ngun tơ hố học.
Các ion kim lại nặng vào cơ thổ có tác hại lớn với các enzim, dặc biệt chúng
có ái lực lớn đồi với các phối tír chứa nhóm -SH và -SCHiCỦa các en/.im làm mất
hoại tính sinh học của chúng.(11)

SH

en/im ^

s
+Hg2+

—>

Enzim

's's‘

Hg + 2H+

Các melallocnzim chứa các ion kim loại trong cấu trúc của chúng được thế

chồ bời các ion khác có cùng kích thước và điện tích thì tác dụng sinh hố của nó
bị k>m hãm , ví dụ Zn2+ trung một số meiallocn/.im dược thay thế bằng C(J2+ thì sẽ
dán đến sự nhiỗm độc Cd2+.
Từ láu người ta dã nhận thấy rằng các nguyên lố dạng vết có một chức năng

đạc ">iệi như là một loai chất hoạt hố cnzim . Chính vì vậy mà xuất hiện một khả
nàng nguy hiểm rất lớn đối với cơ thổ sống do việc một số nguyên tố như Cd, Ni,
Pb .. Có thể thay thế các nguyên tố cần thiết. Điều này gây ra hội chứng nhiễm
dộc và dẫn đến tử vong. Ngồi ra cũng có khá năng một sơ' ngun tố cần thiết có

mạt với một ỉirợng dư sẽ làm rối loạn chức năng sinh hoá binh thường của các
nụmèn lơ' khác do đó sinh ra hội chứng nhiễm độc( l5t

2 ĐAI CƯƠNG VỀ CROM VÀ N1KEN
2.1.Giới thiệu chung về crom( 14)

C rom là n g u y ê n tơ' n h ó m d , s ố thứ tự 2 4 trong b ả n g h ệ th ố n g tuần hoàn

MenJelcep. Crom ở dạng đơn chất là kim loại óng ánh, màu trắng xám. Crom

9


nmivên chất rất dẻo nhưng hợp kim crom với mội số kim loại dùng trong kỹ thuật
lại 1.1 một troni; những hợp kim cứnu nhất.
Crom dơn chấl dỗ bị thụ động hoá trong axil nitric và axit sunfurie đặc . Khi
(lun nónii và đặc biệt ờ trạng thái nghiền nhị erom bị nhiều á kim oxi hơá , ví dụ bị
cháv trong oxy
4Cr+ 3()2 = 2Cr2(),
('ác hợp chất Cr(Il) người ta mới chỉ biết dược một ÍI dần xuất như CrO mầu
đen. Cr(()H)> mầu vàng , CrS màu đen, CrClj, không màu... các muối Cr(II) là
những chất khỉr mạnh , chẳng hạn chúng dề bị oxy khơng khí oxy hố.
4|Cr(OH2) J 2f + ()2 + 4H+ = 4[Cr(OH2)6]3+ + 2H20
Nếu mơi inrờno nước khơng chứa chất oxy hố thì chúng sẽ hị phân huỷ
dấn bởi nước:
2CrCl2 + 2H,C) = 2Cr(OH)Cl2+ H2
Các hợp chất bậc hai của Cr(II) thực tế chỉ thể hiên tính bazơ , chẳng hạn
Cr<). Cr(OH)2chỉ tương tác với các axil
CrO + 2H,()+ + 3H20 = [Cr(OH2)6ị2+
Các phức aquơ [Cr(OH2)6]2+ và các hydrat tinh thổ CrS04.7H20 có màu
xamli nước biển.
Phức chất hexaaquơ ịCr(OH>)J2+ có cấu tạo bát diện ứng với cấu hình
electron
[8"T2 lK(d)]-’ |5*r
Cr(III) oxyl khó nóng chảy (Tnc = 2265°c ) khịníỉ tan trong nước, kiềm hay
axiit Bản chái lưỡng tính của nó thổ hiên khi nấu chảv với các hợp chất tương ứng

chẳng hạn nấu chảy Cr2()(với kalidisunfat tạo thành Cr(ỈII) sunfat:

10


Cr>(), + 3K,S20 7 = Cr2(S04)? + 3K2S 0 4
CÒI 1

khi nấu chay Cr,(), với kiềm và các oxit unmg ứnu thì lạo thành

xocromat(IIl):
2KOH + Cr2(), = 2KCr()2 + H2G
Khi dể yên Cr20,.xH 20 dần dần chuyển llìành Cr(()ỈI)f và mất hoạt lính
Cr(OH), này tan nhiều khi có mạt axit hoặc kiềm.
C r(O H ), + 3 H ,G + = |C r(()H ,)f, r +

Cr(OH), + 30 H = ỊCr(OH)f)]'
Có thể biổu diỗn q trình chuyển hố Cr(IỈI) trong các phức anion và
cation như sau:
OH
n|Cr<()H,)„lu

^
H,<>*

OH
\Cr(OH),(OU2) ,r u
][

.......... —

n |C r« )H U ’-

H,<>*

Cr(OH),

Trong dung dịch các hựp chất Cr(III) ít nhiều đổu bị th phân. Có thể xem
sự hình Ihành phức chất hycỉroxopenta aquơ fCr(OH)(OH,),|2+ là giai đoạn dầu của
quá trình ihuỷ phân các halogenua, sunfal, nitrat của Cr(III ):
|Cr(OH2) J u + H ,( ) ^ [ C r ( O H ) ( O H , ) v|2+ + H,Chí có oxytcrom CrC), và các haloRenua CrC)2F2, C r02CỈ2 là bền.
Anhyđrileromie dỏ lan trong nước tạo thành axit crornic
CrO, + H2() = H2C r04
Gì() axit lác dung với dung dich đăc kalicromat, thì màu ?ủa nó dầu tiên là
da cam đỏ sau dó biến thành màu sẫm hơn do các đicromal rồi tricomat được tạo
thành.
2K,Cr()4 + H2S04 = K2Cr20 7+ K2S04 + H2Q


3K,Cr,<)7 + H,S04 = 2K,Cr,O|0 + K 2SC)4 + H2()

Khi làm lạnh và axil hoá liếp tục dun tỉ dịch bằng axil sunfuric thì những
linh the anhvdriccromic dỏ sẫm sẽ tách ra:
K2Cr04 + H2S04= CrO, + K2SO, + H20
Còn nếu cho kiềm lác dụng lên polycromat thì quá trình diễn ra theo hướng
ngược lại và thu dirực cromat. Có thể biểu diễn q trình tương hơ cromat và
dicromal bàng phương trình phán ứng thuận nghịch:
2Cr()42 + 2H,()+ == C r / V + 3H20
Các chất Cr(VI) là những chất oxy hố mạnh . Trong q trình oxy hố khử

chúng chuyển thành các dần xuất . Trong đỏ ở mổi trường trung tính sẽ tao thành
Cr(lIl)hyđroxit .
K2Cr2ơ 7+ 3(NH4)2S + H2() = 2Cr(OH), + 3S + 6NH, + 2KOH
Trong mồi trường axit tạo thành các dẫn xuất phức cation.
K,C'r,()7 + 3Na,SO(+ 4H2S04 = Cr2(S04)( + 3Na2S04 + K2S04+ 4H20
Trong mơi Irirờnlí kiềm sẽ tạo thành các đản xuất phức anion [Cr(OH)6]3'
K2Cr,()7 + 3(NH4)2S + 4KOH + H20 = 2K,[Cr(OH)6j + 3S + 6NH,
Các hợp chất của crom có ímg dụng rộng rãi trong cổnu nghiệp ví dụ Cr2Oj
dược clùnu đổ diều chế strn màu và các chất xúc lác CrO, dùng đổ diều chế crom và
mạ crom các chi tiết máy và ngồi ra các hợp chất của crom cịn đưực dùng trong
phân tích hố học và tổng hc.ĩp hố học.
2.2.Giứi thiệu chung về niken[14]
Nikcn là nguyên tố có số thứ tự 28 trong bảng HTTH, có trạng thái oxi hố
2 . Trên trái đất niken nằm dưới dạng 5 đồníỉ vị bền. Lượng lớn niken tập trung
tronu quăng sunfua đổng nikcn ờ dạng đơn chất niken là kim loại trắng ánh kim ,
niken lạo thành 2 dạng thù hinb niken lục phương tồn tại dưới 250°c và nikcn có

12


mạng lâp pỉurơnu tám diộn . Niken có tính chất sắt lừ và có khối lượng riêng 8,9
o/cm' , nhiệt dộ nóng chảy 1453°c , nhiệt độ sơi 3()()0°c . Nikcn có cấu tạo
electron uronụ tự Co.Fc nhimg có hoạt tính hố học kém Co, Fe . Với 0 2 niken chí
bát đầu lác dụng ở 50()°c , khi đun nóne , nghiền nhỏcfỗ bị halogen , lưu huỳnh,
selen, pilot pho, ascn, anlimon.... oxi hoá. Niken tạo thành các hợp chấl có liên kết
kim loại với đa sơ các ngun lố kể trên NiNiB. Nikon có khả năng hấp thụ một iượng lớn hyđro lạo thành các dung dịch rắn.
Với các axil , kiềm niken có tính chất tương tự Fe, Co là rất bền về phương
diện hoá học, chỉ tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao.
Niken chủ yếu được điều chế từ quăno sunfua đổng niken, kim loại niken tự

do thườim dược diều chế bằng cách dùng cacbon khử Ni() . Người la tinh chế
ni ken bằntỉ cách điên phán dunti dịch nikensufat. Các kim loại tạp chất platin kèm
Iheo dirực tách ra dưới dạng bùn anot.
Niken chủ yếu dùng đổ sản xuất các hợp kim nikcn và thép pha luyện (thép
khơng iỊÍ, chịu nhiệt). Từ niken người ta chế tạo ra những thiết bị đặc biệt cho các
q trình sản xuất hố học. Nó cịn được dùng làm các lớp mạ bảo vệ và trang trí
trên kim loại khác.
ở dạng hợp chất niken tạo thành các dung dịch rắn liên tục với kim loại
nhóm VIII (trừ Ru và Os) mangan và đổng. Còn với Cr, Ti, Al, Be, Ru, Os và các
kim loại khác , niken cho duim dịch hạn chế . Trong số các hựp chất kim loại của
niken, quan trọng nhất là Ni,AI, NiMn , NiAl, Chúng tham gia vào Ihành phần các
hợp kim của nikcn, làm cho những hợp kim này có những lính chất cơ , lý , hố
q uiíí. Các kim loại càng nằm xa niken trong bảng HTTH, thì các hợp chất kim
loại cùng kiểu tạo thành có ỉiơn kết càng bền và tính bổn nhiột càng cao hơn. Ví dụ
độ bén liên kết và tính bồn nhiệt tăng lên trong dãy Ni,Fe, Ni,Mn, Ni3Cr, NiịV,
Ni,Ti. Các hợp chất kim loại Ni,Mn , Ni3Fe, PtNi2 có tính sắt từ.
Niken-crom là hợp kim có điện trở cao, có tính bền, chịu nhiệt nhờ màne
Cr20 , nên được dùng rộng rãi làm phần tử đốt nóng trong kỹ thuật điên. Trong số
các hợp kim sắt - niken phái kể đến inva, nó khơng bị dãn nở khi đốt nóng, platinit

13


có hệ sơ dãn nớ nhiệt giống như th tinh, được dùng làm chất thay platin để gắn
với ihuỷ tinh....
Các hợp chất Ni(II) có số phối trí 6 và 4 ứng với sự phân bố các liên kết
Iheo hình bát diện và hình vng phẳna (lai hố đsp2) . Các phức chất hát diện của
Ni(ll) ihuận từ còn phức chất vng phẳng thì nghịch từ.
Tronq số các phức chất cation của Ni(II) thì phức aquơ và amino là bền và
có cấu trúc electron như sau :

8 ' V d8‘a
Phức chất aquư có màu lục sáng:
NiF2.6H20 , Nì(N 0 j)2.6H20 , NiCC)3.6H2( ) ....
Phức chất amoniacal đổu có màu xanh đậm , tương đối dề tạo thành.
NiCI2 +6NH, = |Ni(NH3)6JQ2
Nhờ có sự tạo thành amoniacat mà Ni(()H)2 lan được khi có mặt amoniac và
muối amoni
Ni(OH)2 + 6NH, = [Ni(NH,)6](OH)2
Ni2+ có các phán ứng chính sau:
a- Phản ứng với NaOH
Ni2++ 2()H = Ni(OH)2 ị lục
Cũnụ giống như sắt , Ni2+ có thể bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh như
Br2, Cl2 tạo thành Ni’+
2Ni(OH)2 + Br2 + 20H = 2Ni(OH), + 2Br
b- Phản ứng với NH4OH
NiCl2 + NH4()H = NiOHQ + NH4C1
NiOHCl + 5 NH4OH + NH.CI = [Ni(NH?)6J2+ + 2C\ + 6H2Q

14


c- Phản ứng với (NH4)S
Tron li môi trường axil NiS khơng hình thành , nó kết tủa khi tác dụng với
amonisulua tương tự Co2+.
(NH4)2S + Ni2+ = NiS + 2NH‘1+
NiS có 3 dạng thù hình a, Ị3, Ỵ , để lâu dạng a chuyển sang dạng ị3

và y

chi tan trong nước cường thuý.

d- Phản ứng với đimetylglioxim.
OH
H .,C -C -N
2

I

Ọ....H-Ọ

_

I

V

Ị

HjC - c = N
+ Nii+ + 2NH| =

11 - (' = N
OH

ị

N = c - CH,
Ni

H, C- C = N

I

+2N If

N = C- CH,

Ò - H .. .. Ẳ

2.3- Độc tính của crom:
Kim loại nặng có trong nước thải gây độc hại cho con người , động vật, thực
vậi. Tuỳ thuộc vào từng kim loại năng và hàm lượng của chúng. Đối với crom nó
gây ảnh hưởng lớn đến con người và động thực vật.
Đối vói con ngưịi [9J:
Trong nước thải crom ờ dạng Crỉ+ và Cr6+ nhưng Cri+ Ihường găp hơn .
Dạng này bị ảnh hưởng bởi mức độ khử của ion kim loại trong nước và cả các hợp
chất hữu cơ cố tính khử.
Nguồn gốc của nó là do chất thải từ cơng nghiộp mạ và q trình đốt cháy
các nhiên liệu hoá thạch .
Hiệp hội WHO (Worrld Health Organization) tìm thấy 17 nguồn nước ngầm
và một nguồn nước bề mặt có chứa nồng độ Crom tổngcọM^ lớn hơn 50mg/l . Vào
nhĩrnu năm 1969 đến năm 1980 liên đoàn cứu trợ thế giới đã đề ra chỉ tiêu cho
nước uống với tổng nồng độ crom trung binh là lOmiỉ/l đối với nước bổ mặt và
16mu/l dối với nước ngầm.

15


Crom có dộc tính khá CHO , chỉ cần một lượng nhỏ có thể i>ây bênh cho con

người. Khi nó xâm nhập vào cơ thổ người có tác hại lớn đối với các enzim , nó thay

thố nhỏm -SH- trong en/im làm mất hoạt tính của enzim.Do vậy nó gáy bệnh cho
nmrời: Gây bệnh ean, thân , dối loạn dường hơ hấp.
Nếu bị nhiễm dộc Cr6+mãn tính có thể gây viêm da, loét da.
Niiười hay động vật tiếp xúc với Crom qua đirờnn hô hấp sẽ bị ung thư.
Đôi với động vật [13]:
Người ta khảo sát sự sống của cá chép hằng cách ngâm Irứng cá sau khi thụ
tinh vào trong nước có chứa Cr6+ ở nồng độ 3,9 - 9,6 mmol/l tại pH= 7,8 crom
không ảnh hưởng đến tý lệ nở trứng và tỷ lệ mắc bệnh tuỷ sống của cá.
Nhưng với nồng độ 9,6mmol/l và pH=6.3 làm giảm tỷ lê nở trứng, tăng tỷ lê
từ vong
Nếu ngâm trứng cá trong nước có nồni? độ 3,9mmol/l ở pH=7,8 thì làm tăng
sự kết dính của những lố bào tiết ra chất nhẩy. Nước có nổng độ 3,9 mmol/1 tại
pH=6,3 tỷ lệ mắc bênh tuỷ sống của cá tảng, mang và vây khô hưn, khả năng chịu
rét kém hon.
Nhtr vậy tại pH= 7,8 tỷ lê tử vong và tỷ lộ mắc bệnh tuỷ sống là không đáng
kể so với tại pH=6,3.
Người ta cũng ihấy crom gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển thực vật,
như gây bệnh vàng lá đới với lúa.
Do crom có ảnh hưởng xấu đến mơi trường và gây tác hại đến cuộc sống
con người, động, thực vật. Tổ chức ytế thế giới WHO đã đưa ra qui định hàm
lượnu cho phép của crom trong nước uống là 0,05mg/l
ơ Việt nam , Bộ khoa học công nghê và môi trường cũng đã đưa ra một số
chi tiêu chuẩn tạm thời về hàm lượng crom troníỉ nước như sau:
•

Nước thải

:

•

Nước bề mặt

: (),5mg/l

0 , 8

- 3mg/l

16


•

Nước ăn, sinh hoạt : 0,05mg/l

2.4.ĐỘC tính của niken 112ị:
Trong nirớc sinh hoại và nước tự nhiên thường ít gặp niken, nó chí có ở mội
số nguổn nước chảy qua các vùn li có chứa quặng niken và cỏ nhiều trong nước thải
mội số nhà máy lun kimvà hố chất có dùng niken . Trong nước niken thường
tơn lại Ni2+ dạng phức xianua.
Nước chứa Ni2+ gây ra chứng ne ứa , viêm da ở những người nhạy cảm với
niken và gây ngộ độc do cacbonyl niken , ảnh hưởng phổ biến nhái do tiếp xúc với
nikcn là “chứng ngứa nikcn” chủ yếu là nhữno người làm mạ niken.
Ngoài ra cũng xây ra hiện tượng ngộ độc nikcn do hít phái bụi niken. Đã có
một sơ' tài liệu chỉ ra rằng một số công nhân làm trong nhà máy tinh luyện niken
mắc phải bộnh ung thư phổi, họn^ và mũi. Nguyên nhân chính của vấn đỗ này vẫn
chưa giải thích được hồn tồn nhưng người ta cho rằng nó có liên quan đến niken.

Những nghiên cứu cho biết độc tính đặc biôt của cacbonyl niken dưới dạng

nhỏ, mịn láng đọng trong phổi ở điều kiện ẩm của dịch phổi gây nên kích ứng
xunu htiyếl và phù nồ ở phổi.
Do đó nuười ta cho ràng ngưỡng khơnií độc là 10 ’ ppm chính là nồng độ tối
đa của cacbonyl niken trong khịniỊ khí mà người cơng nhân tiếp xúc qua 8 giờ làm
việc mà khổng gây tổn hại sức khoẻ.
ị

GIỚI THIỆU VỂ KHOÁNG SÉT:(8)
Đất sél là một loại quăng đặc biệt , được con người biết đến và sử dụng

trìụ dời sống lừ cách đây hàng nghìn năm . Nếu dựa Iheo dặc tính dỗ nhận biết có
Ihể định nghĩa khống sét như sau:
“ Đất sét iù loại quặng dạng đất mịn , khi trộn thơm nước trở nơn dẻo có thể
tạo hình theo ý muốn, để khổ vẫn giữ nguyên hình dánu đó, khi nung lên thì chắc
đặc thành đá”.
Ngày nay người ta xác định dược rằng đất sét là hỗn hợp chứa nhiều khống
vật irons dó khống vật sét là chủ yếu (trên 70%) cịn lại là khống vật phi sét như:

17


thạch anh, mica, gippit ... ngoài ra trong đất sét cịn có các loại khống vật hữu cơ
là sán phẩm của q trình phân h xác động thực vật.
Nói chung lất cá các khống sét đều có dạng cấu tạo từ nlìữni’ tấm tứ diện
SiO_|4 và bát diện ỊAl(OH)6]’' , các tấm tứ diện và hát diên đểu có cấu tạo lớp.
Chính nhờ cấu tạo lớp và kích thước của các hạt nhó nơn đất sét có tính dẻo, có
khá nánu tạo hình kết dính. Ngồi ra, đất sét có dặc lính quan irọng nữa mà ní>ày
nay đang được các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng là sự thay thế dịch chuyển
các ealion trong cấu trúc dán đến khả năng hấp thụ và trao đổi giữa các cation của
khống với các cation bơn ngồi. Cơ chế của q trình này được giải thích như sau:

Các cation Si4+ ờ tấm tứ diện và Al3+ ở tấm bát diện có thể bị thay thế bởi
các cation có điện tích bé hơn như Cr3+, Ni2+

.V.V..

làm cho khống sét tích điện

ám. Các cation bù trừ điện tích âm đó có khá năng trao đổi với các cation nằm
tronẹ môi trường liếp xúc với khoáng sét.
Dựa vào cấu Irúc chủ yếu là cách xấp xếp giữa các tấm từ diện và bát diện
ĩiìà người ta chia chúng thành các loại khác nhau: caolinit, monlorilonit
3.1. Khống sét nhóm caolinit:

▲
.

IX


Trịn hình chi) la Ihấy mỗi lớp caolinũ uỏm 2 lá lứ diện Si04 quay đỉnh về
phía 2 lá bát diện tại nút mạng lưới chung thì OH được thay thế hằng
kính của

o2 bằng

o2 . Vì bán

1,36A° rất lớn so với bán kính của Si4+ là 0,39A° nên mạng tinh

thê caolinit íỊồm phán mạng

o2 và OH

gói gém chắc dặc cịn các cation Si4+,

Mtr+..v .V .. nằm trong vùng chống của mạnc anion đó
3 .2 . K h o á n g s é t n h ó m m o n t m o r i l o n i t :

19


Nhổm khống này cịn gọi là khống sét 2/1 vì mỗi lứp của khoáng sél này
iỉỏm 2 tám tứ diện và một tấm bát diện . Hai tấm tứ diện cùng quay đinh chung vào
tấm hát diện ở giữa.
Mạng lưới của khống này thường có sự thay thế của Ali+ bằng Crỉ+, Fe2+ ...
và vị trí của Si4+ thay thế hởi Al,+ ... sự thay ihế này làm toàn mạng lưới tích diện
âm . Các cation N a\ Ca2+ ... bù vào điện lích Ihiếu dỏ được phân bố giữa các lớp.
Công thức gần đúng là Al2|(()H)2Si4O10] . nH20 trong dó nH2() là nước hấp phụ .
Nél đặc biệt của cấu trúc khống vật nhóm này là các lớp cách nhau bởi 2
mặt anion ()’\ do đỏ khơnu có liên kết hyđro giữa các lớp làm cho khống vật có
độ phân tán cao . Cation bù Irừ cho sự thay thố đồng hình khơng đổng hố Irị được

phán hố giữa các lớp, mặt khác các cation này bị hydrat hoá theo mức độ khác
nhau nên dẻ dàng trao đối với các cation có trong dung dịch tiếp xúc với khống
SĨI. bo đó khống sét này có đặc tính trươntĩ nở mạnh. Khống sét montmorilonit
chứ a

cation trao dổi là Na+có tơn là sét bentonil .

4- MỘT SỔ PHƯƠNG PHÁP x ứ LÝ VÀ THU H ổi CROM, NIKEN TỪ NƯỚC

THẢI CÔNG NGHIỆP.
Thông thường để xử lý và thu hổi crom từ nước thải công nghiệp , người ta
dùng phương pháp : hoá học, hoá lý, sinh hoá.
Phương pháp hoá học và hoá lý là những phương pháp dùng để xử lý thu hổi
kim loại quí hoặc để khử chất độc , các chất ánh hường xấu đối với giai đoạn làm
sạch sinh hoá sau này.
Cơ sở của phương pháp hoá học là phản ứng hố học , các q Irình hố lý
diễn ra giữa chất bẩn và hoá chất cho thêm vào.
Những phán ứng diền ra có thể là: phản ứng oxi hố, khử, phản ứníỊ tạo kêì
lủa. phán ứng phân huỷ.
4.1- Phương pháp trung hoà:[6]
Nước thải sản xuất irong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp có chứa axit hoặc
kiềm, dể ngăn ngừa hiện tượng xâm thực của axit, kiềm người ta dùng phương

20


pháp iruny hoà. Phircmg pháp này người ta dùng để làm một số muối kim loại nặng
lãng xuống và tách ra khói nước thải.
Tron 2 trường hợp lượng axil tro lie nước Ihãi nhiều thì phải thêm kiềm hoặc
vơi. Ngược lại trong nước thải nhiều kiềm thì phải thêm axit để tạo mơi trường
trung tính, kèm theo một số chất kết tủa tạo thành lắng xuống.

Ta có sơ đồ sử lý crotn bằng phương pháp trung hoà như sau:

21


Nước thái cịnu nghiệp có chứa crom kèm theo , niken hoặc đồng được xứ lv
báng ba cách làm sau:

Phironu pháp trung hoà Cri+bằng NaOH, Ca(()H)j hoặc Na2CO, tạo kết tủa
hyilroxit:

Hliưomu pháp khứ Cr6+ bằng SC)2 , NaHSO, . FcS()4 tronụ mơi irườnẹ axit ,
sau dó dùng tiếp plurơnu pháp irung hoà trên.
Phương pháp kết lúa Cr6+ bằng BaCl2, BaCO, trong môi trường NaOH. Cuối
cung dùng phưưntỉ pháp gạn lọc để tách riêng chấl thải ớ dạng lỏng và rắn.
Từ bã thải rắn ihu dirực , có thể tách và thu hổi erom ờ dạng sạch bằng
phương pháp hoá lý như phương pháp sắc ký, phương pháp điện hoá...
4.2- Phương pháp điện hoá : 115 I
Phương pháp này thực chất là phán ứng oxy hoá khử thực hiện trên các điện
cực nhầm phá huỷ tạp chất dộc hại trong nước thải, thu hổi các kim loại quí rồi dưa
vào sử dụng lại trong dây chuyền sản xuất.
Đây là một trong những phương pháp quan Irọng nhờ có q trình điện phân
các ion kim loại nặng và anion dỗ phóng diện trong nước thải sẽ bị kết tủa lắniỉ
đọng lại. Phưưng pháp này cho phép giám lượng cation kim loại , do chúng chuyển
(hành trạng thái ngun tơ.
Q trình diện phân phụ Ihuộc vào điện thế. Cường độ dòng, thời gian, cấu
lạo diện cực và nồng đỏ dung dịch.
Kim loại được tạo thành trên bề mật calốt theo phản ứng:
Ma+ + ne = M°
Khi dùng phưưng pháp này để xử lý nước thái ta chú ý đến tính phức tạp của
mơi trường để giâm những phán ứng phụ , gây ảnh hướng đến q trình oxy hố
khử hoặc các phán ứng phụ này cỏ thể đầu độc điện cực khổni> sử dụng lại được.
Hiệu suất diện phán sẽ lăng nếu ta tăng diện tích hề mặt điện cực và hệ số
chuyến chất iiiữa chất lỏng và diện cực.


Plìươnu, pháp điện phân dùng để xử lý kim loại trong nước thái với hàm
lượn tỉ lớn cỡ g/l . Hàm lirợnu kim loại sau khi xử lý có thể đạt tới nm/l . Vì vậy

phươnu pháp điện phân được sử dụng rộng rãi đô tách kim loại từ oxit hoặc dung
dịch muỏi kim loại . Thông thường phán huỷ chất độc hại và thu hồi chất quý hiếm

là hai nhiệm vụ đồng thời . Nhờ q trình oxy hố khử các chất độc hại trở thành
không dộc hại và thu hồi dược chấl quí để tái sán xuất.
Dựa vào phương pháp này trước đâv ncười ta đã điện phân dung dịch CdvS04
ớ điện Ihế 3v , thời gian là 2 giờ , pH= 8 để thu hổi Cd . Qua nghiên cứu đã cho
thấy hiệu suất thu hổi Cd lớn nhất là 78% đối với diinu dịch CdSG4 đem điện phân
có Iiổng độ nhỏ nhất là 9,8. 1() 'M.
Cũng dựa vào phương pháp điện hoá người ta đã điện phân dung dịch
K2Cr,()7 0,06 N dể thu hổi C r . Qua nghiên cứu các quá trình khảo sát những yếu
lố ánh hường đến hiệu suất của khá năng thu hồi cho Ihấy: ờ điện thế 4V , Thời
gian điện phán là 2 g iờ , pH duniỉ dịch 1,5 và nồng dô Cr 6+ trong dung dịch trước
điện phân là 0,0075 N cho hiộu suất thu hồi lốt nhất.
4.3- Phương pháp hấp phụ
4.3.1- Nguyên lý chung của phương pháp hàp phụ: ị5 I
Phương pháp hấp phụ dược xử lý rộng rãi để xử lý nước thải cơng nghiệp vì
phương pháp này rất vạn năng, nổ cho phép xử lý nước Ihải chứa 1 hoặc nhiồu loại
chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước thải rất thấp . Như vậy
phương pháp hấp phụ cịn có thổ dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý
hang các phương pháp khác.
Hiện tượng lăng nồng dô chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là
hiện lượng hấp phụ . Hấp phụ có thể diễn ra ờ bẻ mặt biên giới giữa hai pha lỏng
và khí , giữa pha lỏng và rắn . Trong cơng nghệ xử lý nước thải khi nói về phương
pháp hấp phụ tức là nối vé quá trình hấp phụ chấl bẩn hồ tan ở bề mặt biơn giới
giữa pha lỏng và pha rắn.

23

Hấp phụ các chất bẩn hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những
chất đó từ nước vào hề mạt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) dưới tác dụng của trường
lực bề mặt . trường lực bé mặt có hai dạng:
• Hyđral hố các phân từ chất tan lức là lác dụng urcmt’ hỗ giữa những phán

tử chất
•

bẩn hồ tan với những phân tử nước lrong dung dịch .

Tác dụng nrơng hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyôn
tử trên bề mặt chất rắn.
Hai tác dụng lương hỗ trên dây đối kháng nhau . Tác dụng hyđrat hố càng

mạnh thì các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặi chất rắn và ngược lại . Tác
dụna hydrat hoá càng mạnh khi chứa càng nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử
chất bẩn . vì nhóm hydroxyl có nãng lượng hyđrai hố lớn do chúng có liên kết
hyđro với các phán tử nước .
Phân tử chất bẩn có diện tích làm cho phân lử nước hướng vào bao bọc xung
quanh . Phân tử chất bẩn khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bồ mặt chất rắn với
nãng lượng rất nhỏ so với phân tử của chính những chất dó khi khổng bị phân ly.
Những chất có cấu trúc phân tử với liên kết kép lức là liên kết có II điện tử
thì sẽ có lực hấp phụ mạnh nhất . Như vậy nếu trong nước thải chứa các chất mạch
Ihắng khơng có nhỏm định chức để tăng lực hấp phụ , hoặc chứa các chất hữu cơ
có điện ly mạnh thì sẽ tốn rất nhiều chất hấp phụ. Phương pháp hấp phụ không thể
dùng đổ thu hồi các chất như rượu đơn chức, glicol , nhưng sẽ cho hiệu quả cao khi
xử lý nước thải chứa các keo diện ly , vì ion của chất này sẽ cùng với muối khoáng
trong nước sẽ tạo thành mixen , tức là dẫn tới hiện lượng khử hyđrat một phần.
Để đánh giá lực hấp phụ người ta dùng chỉ tiêu giám năng lượng hấp phụ tự
do ( A F

) khi thực hiện hấp phụ một chất trong điều kiện tiêu chuẩn tức là dung

dịch cực loãngĐặc biệt đánu chú ý là khi hấp phụ các axit và kiồm hữu cơ yếu, vì ta đã
biết khi có axil mạnh hoặc kiềm mạnh thì việc phân ly các axit yếu hoặc kiềm yếu
sẽ không diễn ra. Do đó việc hấp phụ các axit yếu sẽ diỗn ra rất mạnh và hoàn toàn
khi giá trị pH của nước thấp và tương ứng với kiềm yếu khi pH cao.

24


Nói chung với da số các chất bẩn , khi hấp phụ có ihê xác định giá trị pH tơi
ưu . Nêu các loại nước thải có giá trị pH tối ưu khác nhau thì hoặc là phải thực
hiọn hấp phụ ờ những thùng hay tháp hấp phụ riêng biệl đổ lạo pH tối ưu cho từng
loại nước thái , hoặc là cho hỗn hợp các loại nước ihái nrti tiếp qua các thùnụ hấp
phụ với điều kiện lần lượt lạo khoảng pH tối ưu cho từng loại nước thải. Nếu khổng
lạo dược giá trị pH tối ưu khi hấp phụ các chất bẩn hữu cơ phân ly yếu trong nước
thì sẽ tổn hao nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà vẫn khổng đạt được hiệu quả mong
muốn . Như vậy khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại
được các phân tử của các chất khổng phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được
các chát phân ly.
Khi hấp phụ sẽ kèm theo hiện tượng giảm năng lượng tự do ở dạng nhiệt toả
ra . Do đó q trình hấp phụ sẽ diẻn ra mạnh nếu kịp thời hút nhiệt toả ra khỏi mỏi
trườnu , nghĩa là nếu thực hiộn hấp phụ ở nhiệi độ tlìấp của nước thải . Ngược lại,
nêu nhiệt độ của nước thải cao sẽ có thể diễn ra quá trình khử hấp phụ . Vì vậy
Ihựe lê người ta dùni> nhiệl đổ phục hồi khả nãng hấp phụ của các hạt rắn là dựa
vào nguyên tấc này.
4.3.2- Qui luật chung của quá trình hấp phụ:
Quá trình hấp phụ

là quá trình thuận nghịch. Nghĩa là

sau khi chất bẩn đã bị hấp phụ rồi, có thể di chuyển ngược lại từ

bềmặtchấthấp

phụ vào dung dịch . Hiôn tượng này gọi là khử hấp phụ .
Với những điều kiện như nhau , tốc độ của quá trình thuận nghịch tương
ứnu lý lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trôn bề mặt chất hấp phụ , khi
nổng độ chất bẩn trong dung dịch đạt giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn
nhất. Khi nồng độ chất bán trơn bề mặt chất hấp phụ tảng thì số phân tử đã bị hấp
phụ sẽ di chuyển trờ lại dung dịch cũn° càng nhiều him.
Trong 1 đưn vị thừi gian số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất
hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì
nỏnu độ chất bẩn hồ tan trong tiling dịch sẽ là một đại lượng không đổi . Nống độ
này gọi là nồng độ cân bằng .

25