Điều chế zeolit 4a từ cao lanh a lưới và ứng dụng tách loại ion chì, cadimi trong nước

1

B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

NGUY N TH L C UY N

ĐI U CH ZEOLIT 4A T
VÀ

CAO LANH A LƯ I

NG D NG TÁCH LO I ION CHÌ, C
ADIMI TRONG NƯ C

Chuyên ngành : HỐ H U CƠ
Mã s
: 60 44 27

TĨM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Đà N ng - 2011


2

Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Tr n Thư ng Qu ng

Ph n bi n 1: PGS.TS. Tr n Th Xô

Ph n bi n 2: PGS. TS. T Ng c Đôn

Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c
sĩ khoa h c h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 27 tháng 07 năm
2011.

* Có th tìm hi u lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng.


3

Đ U

M
1. LÍ DO CH N Đ TÀI

Trong chi n lư c qu c gia v tài nguyên nư c ñ n năm 2020
v a ñư c công b , các nhà qu n lí mơi trư ng
đ nh tình tr ng ơ nhi m nư c

nư c ta đã kh ng

các sông x y ra r t nghiêm tr ng, làm

nh hư ng ñ n ch t lư ng cu c s ng.
Trư c tình hình ơ nhi m kim lo i chì, cadimi ngày càng n ng
Vi t Nam cũng như trên th gi i, yêu c u x lý lo i b 2 ion này
ra kh i ngu n nư c ngày càng c p thi t. Cho đ n nay, ngư i ta đã
bi t có r t nhi u phương pháp đ x lí ion chì và cadimi, đáng chú ý
là phương pháp h p ph ion chì, cadimi lên các v t li u như than
ho t tính, oxit s t, oxit nhơm, các khoáng sét như bentonit, diatomit
và v t li u zeolit. M i lo i v t li u có nh ng đ c tính và chi phí khác
nhau, hi u su t x lý cũng khác nhau. Trong đó, đáng chú ý là v t
li u zeolit r t ñư c ưa chu ng ñ x lý kim lo i n ng do có c u trúc
đ c bi t.
Đ t ng h p zeolit nói chung và zeolit NaA nói riêng có th đi
t các ngun li u khác nhau, trong đó có cao lanh là lo i khống sét
ch a c nhôm và silic trong m ng lư i.
Lu n văn này trình bày quá trình nghiên c u t ng h p zeolit
NaA t cao lanh A Lư i và s d ng zeolit t ng h p ñư c ñ tách lo i
các ion kim lo i n ng đi n hình là Pb2+ và Cd2+ ra kh i dung d ch.
2. M C TIÊU NGHIÊN C U
-Nghiên c u chuy n hóa cao lanh l y t i th tr n A Lư i- t nh
Th a Thiên Hu thành zeolit 4A.


4
-So sánh c u t o và tính ch t c a zeolit 4A t ng h p so v i
m u chu n.
- ng d ng s n ph m thu đư c đ tách lo i ion chì, cadimi
trong nư c và kh o sát các y u t

nh hư ng đ n q trình h p ph .

3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U
-Nguyên li u cao lanh ñư c l y t th tr n A Lư i – T nh
Th a Thiên Hu .
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U
4.1. Nghiên c u lý thuy t:
Tìm hi u thơng tin, tư li u v khoáng sét t nhiên, cao lanh,
zeolit, zeolit A, các phương pháp ñánh giá c u trúc và tính ch t c a
zeolit, tình hình ơ nhi m chì và cadimi thơng qua tài li u tham kh o.
4.2. Nghiên c u th c nghi m:
- X lí cao lanh b i nhi t

600oC đ chuy n hóa c u trúc cao

lanh v d ng c u trúc khuy t t t, metacaolanh
- T ng h p zeolit NaA t metacaolanh, m t s hóa ch t vơ cơ,
ch t t o ph c h u cơ.
- Nghiên c u s

nh hư ng c a ch t t o ph c, nh hư ng c a

th i gian k t tinh, hàm lư ng ki m ñ n q trình hình thành zeolit và
rút ra đi u ki n t i ưu.
- Dùng các phương pháp ñ c trưng tính ch t đ xác đ nh dung
lư ng trao ñ i cation, kh năng h p ph nư c c a s n ph m.
- Dùng phương pháp ph nhi u x Rơnghen nh m nh n di n,
đ nh lư ng pha tinh th và kích thư c h t zeolit NaA


5
- Dùng phương pháp ph h p th h ng ngo i ñ nghiên c u

c u trúc c a pha tinh th
- Dùng phương pháp hi n th ñi n t quét (SEM) ñ nghiên
c u b m t, hình d ng và kích thư c c a h t
- Kh o sát kh năng h p ph ion chì và cadimi trong nư c c a
s n ph m
5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI
- T ng h p ñư c zeolit NaA t ngu n cao lanh phong phú
A Lư i v i giá thành th p.
-Đưa ra m t hư ng m i trong vi c x lí ion kim lo i n ng
trong nư c v i qui trình đơn gi n, giá thành h p lí
-Góp ph n thúc ñ y vi c khai thác và s d ng có hi u qu
ngu n cao lanh
6. C U TRÚC C A LU N VĂN
Ngoài ph n m ñ u, k t lu n và tài li u tham kh o, lu n văn
g m có 3 chương
Chương 1: T ng quan tài li u
N i dung tóm t t c a chương 1 bao g m
- Gi i thi u v khoáng sét t nhiên và cao lanh
- Gi i thi u chung v zeolit và zeolit A
- Gi i thi u v
ion chì, cadimi

vịng sinh ñ a hóa và hi u ng hóa sinh c a


6
Chương 2: Các phương pháp th c nghi m
N i dung tóm t t c a chương 2 bao g m
- Nguyên li u và hóa ch t t ng h p zeolit NaA
- T ng h p zeolit NaA t cao lanh A Lư i

- Các phương pháp ñ c trưng tính ch t và c u trúc zeolit
NaA
-

ng d ng s n ph m ñ tách lo i chì, cadimi trong nư c

Chương 3: K t qu và th o lu n
N i dung tóm t t c a chương 3 bao g m
- T ng h p và ñ c trưng zeolit NaA
- Các y u t
-

nh hư ng đ n q trình t ng h p zeolit NaA

ng d ng zeolit NaA đ x lí nư c có nhi m chì, cadimi

K t lu n và ki n ngh
Tài li u tham kh o và ph n ph l c


7

CHƯƠNG 1: T NG QUAN LÝ THUY T
1.1. GI I THI U V KHOÁNG SÉT T

NHIÊN

1.1.1. Gi i thi u chung v khoáng sét t nhiên
1.1.1.1. Thành ph n khoáng sét
1.1.1.2. C u trúc khoáng sét

1.1.2. Sơ lư c v cao lanh
1.1.2.1. Thành ph n hóa h c
1.1.2.2. C u trúc tinh th
1.1.2.3. Các tính ch t cơ b n c a cao lanh
1.2. GI I THI U V ZEOLIT VÀ ZEOLIT 4A
1.2.1. Khái ni m, phân lo i và c u trúc c a zeolit
1.2.1.1. Khái ni m và phân lo i
1.2.1.2. C u trúc tinh th zeolit
1.2.2. Gi i thi u v zeolit 4A
1.3. TÍNH CH T CƠ B N C A ZEOLIT VÀ ZEOLIT 4A
1.3.1. Tính ch t trao đ i cation
1.3.2. Tính ch t h p ph
1.3.3. Tính ch t xúc tác
1.3.4. Tính ch t ch n l c hình d ng
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ C U TRÚC VÀ TÍNH
CH T C A ZEOLIT
1.4.1.

Phương pháp ph nhi u x tia X (XRD)
Phương pháp XRD là phương pháp ñư c s d ng r t ph

bi n ñ nghiên c u v t li u có c u trúc tinh th . Nh phương pháp
này, ngư i ta có th nh n di n nhanh chóng và chính xác pha tinh
th , đ ng th i có th s d ng đ đ nh lư ng pha tinh th v i ñ tin
c y cao.


8

1.4.2.

Phương pháp ph h p th h ng ngo i (IR)
Cùng v i phương pháp XRD, phương pháp IR có th đư c

s d ng đ phân tích c u trúc pha tinh th c a v t li u. Ngồi ra,
phương pháp IR có th cịn giúp nh n bi t các tính ch t b m t, s
tương tác gi a các ch t h p ph và các ch t b h p ph
1.4.3.

Phương pháp kính hi n vi ñi n t quét (SEM)

1.4.4. Phương pháp quang ph h p th ngun t (AAS)
1.5. TÌNH HÌNH Ơ NHI M KIM LO I N NG (Pb2+,Cd2+)
TRONG NƯ C
1.5.1. Ngu n g c c a kim lo i n ng[
1.5.1.1. L ng đ ng t khí quy n
1.5.1.2. S d ng phân bón hố h c khơng tinh khi t và thu c tr sâu
1.5.1.3. Dùng bùn th i trong nơng nghi p
1.5.1.4. Tr m tích sơng, h
1.5.1.5. S d ng nư c th i
1.5.1.6. Ho t ñ ng khai thác m
1.5.2. Vịng tu n hồn sinh đ a hóa và hi u ng hóa sinh c a chì
1.5.2.1. Vịng tu n hồn sinh đ a hóa c a chì
1.5.2.2. Hi u ng hóa sinh c a Chì
1.5.3. Vịng tu n hồn sinh đ a hóa và hi u ng hóa sinh c a
Cadimi
1.5.3.1. Vịng tu n hồn sinh ñ a hóa c a Cadimi.
1.5.3.2 Hi u ng hóa sinh c a Cadimi

9
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TH C NGHI M
2.1. NGUYÊN LI U, D NG C VÀ HÓA CH T
2.1.1. Nguyên li u và hóa ch t s d ng
- Nguyên li u: Cao lanh tr ng

A lư i – Th a Thiên Hu

- Hóa ch t: NaOH, H2SO4, HNO3, BaCl2, AgNO3,
Phenolphtalein.
- Ph c DA1, DA2, DA3 tương ng là các ch t t o ph c h u
cơ t p ch c có ch a nhóm andehit và axit; ancol và axit; amin và
axit.
- Nư c c t và m t s hóa ch t khác.
2.1.2. Thi t b và d ng c
2.2. T NG H P ZEOLIT NaA VÀ NGHIÊN C U CÁC Y U
T

NH HƯ NG Đ N QUÁ TRÌNH T NG H P

2.2.1. Chu n b nguyên li u
2.2.2. Kh o sát nh hư ng c a ch t t o ph c
T o l p 3 m u có thành ph n h n h p gel v i t l mol như
sau:
A12-DA1:

1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA1.

A12-DA2:

1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA2.

A12-DA3:

1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3.

Sau khi ph i li u theo các t l như trên, c 3 m u ñ u ñư c
làm già
nhi t

nhi t ñ phịng trong 96h, có khu y và đư c k t tinh th y
90oC trong 12h. S n ph m sau k t tinh ñư c l c r a ñ n

pH=9, s y khô

105oC r i ñư c nghi n,rây ñ n c h t ≤ 0,15mm.

Các m u tương ng v i ch t ta ph c DA1,DA2,DA3 ñư c kí hi u
là A12-DA1, A12-DA2, A12-DA3.


10
2.2.3. Kh o sát nh hư ng c a hàm lư ng ki m
T o l p 3 m u thí nghi m có thành ph n h n h p gel v i t l
mol sau:
A12-DA3:

1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3.

A12-DA3(0,9):

0,9Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3.

A12-DA3(1,1):

1,1Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3.

Sau khi ph i li u theo các t l như trên, thì c 3 m u đ u đư c
nhi t đ phịng trong 96h, có khu y và đư c k t tinh th y

làm già
nhi t

nhi t ñ 90oC trong 12h. S n ph m sau k t tinh ñư c l c r a

đ n pH=9, s y khơ

105oC r i ñư c nghi n, rây ñ n c h t ≤0,15

mm. Các m u tương

ng v i các t

l

mol Na2O/Al2O3 b ng

1,0;0,9;1,1 đư c khí hi u là A12-DA3,A12-DA3(0,9), A12DA3(1,1).
2.2.4. Kh o sát nh hư ng c a th i gian k t tinh
T o l p 3 m u thí nghi m có thành ph n h n h p gel v i t l

mol như nhau là 1,0Na2O.Al2O3.2,14SiO2.120H2O.1,0DA3. Trong
đó, t t c các m u đ u ñư c làm già
96h, có khu y r i ñư c k t tinh

nhi t đ phịng trong th i gian

90 C v i th i gian thay ñ i tương
o

ng là 9h,12h, 15h. S n ph m sau k t tinh ñư c l c r a ñ n pH=9,
s y khơ

105oC r i đư c nghi n, rây ñ n c h t 0,15 mm. Các m u

tương ng kí hi u là A9-DA3,A12-DA3, A15-DA3.
2.3. PHƯƠNG PHÁP Đ C TRƯNG C U TRÚC
2.3.1. Phương pháp ph XRD
Các m u XRD trong lu n văn này ñư c ghi trên máy Siemens
D5005 Brucker – Đ c t i trư ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i,
2.3.2. Phương pháp ph IR
Các m u t ng h p ñư c phân tích ph IR trên máy FTIR 410
(Đ c) theo k thu t ép viên v i KBr dư i áp l c 8000Kg/cm3, nhi t


11
ñ 250C, vùng dao ñ ng 400 – 1300cm -1. M u ch p t i trư ng Đ i
h c Bách Khoa Hà N i.
2.3.3. Phương pháp SEM
nh SEM ñư c ch p trên máy JEOL 5410 – LV (Nh t) t i
trư ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i. Trư c khi ch p các m u ñư c

r a b ng etanol, phân tách m u và s y khô.
2.4. PHƯƠNG PHÁP Đ C TRƯNG TÍNH CH T
2.4.1. Xác đ nh t ng dung lư ng trao ñ i cation (CEC)
2.4.2. Xác ñ nh kh năng h p ph nư c
2.5.

NG D NG S N PH M Đ TÁCH Pb2+ VÀ Cd2+ TRONG

NƯ C
2.5.1. D ng c và hóa ch t
2.5.2. Kh o sát nh hư ng c a hàm lư ng zeolit s d ng ñ n kh
năng h p ph Pb2+ và Cd2+
2.5.3. Kh o sát nh hư ng c a th i gian ñ n kh năng h p ph
Pb2+ và Cd2+ c a zeolit
2.5.4. Kh o sát nh hư ng c a pH mơi trư ng đ n kh năng h p
ph Pb2+ và Cd2+ c a zeolit


12

CHƯƠNG 3: K T QU VÀ TH O LU N
3.1. T NG H P VÀ Đ C TRƯNG ZEOLIT NaA T

CAO

LANH A LƯ I
- Trong ñ tài nghiên c u này, ñã ti n hành t ng h p zeolit
NaA (kí hi u A12-DA3) trên cơ s th a k các k t qu đã có, đ ng
th i có ñi u ch nh các ñi u ki n v th i gian và nhi t ñ k t tinh,
thay ñ i ch t t o ph c nh m t o nên lo i zeolit t i ưu nh t , ñáp ng

ñư c ng d ng h p ph c a th c ti n
- Đã s d ng các phương pháp xác ñ nh c u trúc và đ c trưng
tính ch t XRD, IR, SEM, CEC, AH2O cho m u A12-DA3 và m u
NaA chu n c a Hà Lan (ñư c t ng h p t ngu n Si, Al tinh khi t).
K t qu ñư c th hi n t i b ng 3.1.
B ng 3.1: CEC, AH2O, ñ tinh th c a m u zeolit t ng h p và m u
chu n

STT

M u

CEC
(meq/100g)

AH2O, %

Đ tinh th

tr ng

theo XRD,

lư ng

(%)

1

A12-DA3

356

21,8

96

2

NaA chu n

350

20,2

100

- T k t qu thu ñư c t i b ng 3.1 cho th y CEC và AH2O c a
m u t ng h p cao hơn m u chu n nên ch ng t m u t ng h p x p
hơn và ch a nhi u cation trao ñ i hơn.
- T k t qu phân tích ph XRD trên hình 3.1 cho th y m u
cao lanh nguyên li u khác bi t hoàn toàn v i m u t ng h p và m u
chu n. N u m u nguyên li u ch có pic c a kaolinit, phlogopit và
quartz, thì m u t ng h p ch ch a pha zeolit NaA, có mã s tinh th


13
qu c t trong d li u c u trúc ph XRD c a máy nhi u x k là PDF
39-0222, cơng th c Na96Al96Si96O384.216H2O v i pic đ c trưng

góc

6,2 có cư ng đ nhi u x r t m nh và pic ñ c trưng c a pha l (L)
o

t i giá tr góc 13,9o, vì v y ñ tinh th c a m u t ng h p ch đ t 96%.
Trong khi đó, m u NaA chu n ch ch a m t pha duy nh t là c a
zeolit NaA.
Tuy ñ tinh th c a m u t ng h p th p hơn m u chu n, nhưng
giá tr CEC và AH2O l i cao hơn, ch ng t ngu n nguyên li u ban
đ u và qui trình t ng h p có nh hư ng r t l n đ n tính ch t c a s n
ph m thu ñư c và m t l n n a cho th y vi c t ng h p zeolit NaA t
cao lanh ñã qua x lí nhi t v i m c ñích làm ch t h p ph thư ng
cho k t qu t t hơn so v i t ng h p t hóa ch t s ch.

(a)

(b)

662
468
664

554
465

997
553
998
1300

1200

1000

800

600

Hình 3.2: Ph IR c a m u A12-DA3 (a) và m u NaA chu n (b)

-1
400 cm


14
- Các k t qu phân tích ph IR đ i v i 2 m u trên cũng ñư c ti n
hành trong cùng ñi u ki n. T k t qu c a ph IR, ta nh n th y: ña
s các ñám ph c a 2 m u này tương t nhau v hình d ng và cư ng
đ .

a)

b)

c)

Hình 3.3. nh SEM c a m u cao lanh A Lư i (a), A12-DA3 (b),
m u chu n (c)
Trên hình 3.3, quan sát nh SEM cho th y các tinh th zeolit

NaA t o thành trong m u t ng h p và m u chu n ñ u có d ng hình
l p phương, kích thư c ñ u nhau kho ng 2,3µm. Trong m u t ng
h p, ngồi tinh th zeolit NaA cịn xu t hi n m t lư ng r t nh pha
l L. Bên c nh 2 m u zeolit 4A, quan sát nh SEM c a m u cao lanh
th y rõ c u trúc l p ñ c trưng, khác h n c u trúc l p phương c a
zeolit NaA.
T k t qu phân tích trên hình ta có th rút ra k t lu n m u
t ng h p có ch t lư ng g n tương ñương v i m u chu n. Các t p
ch t trong m u t ng h p khơng đáng k . Vì v y, zeolit NaA t ng h p
t ngu n cao lanh A lư i hoàn toàn có th đư c ng d ng đ h p ph
ion kim lo i n ng v i ch t lư ng khơng thua kém so v i zeolit NaA
đư c t ng h p t ngu n nguyên li u s ch.
Các k t qu trên cũng cho th y, vi c s d ng ch t t o ph c
DA3 và kéo dài th i gian làm già thêm 24 gi ñã làm tăng ñ tinh


15
th zeolit NaA t 92% lên 96%, gi m nhi t ñ k t tinh t 95 oC
xu ng 90oC so v i [1]. Đ ng th i cũng cho th y rõ, cao lanh A Lư i
là nguyên li u r t t t cho t ng h p zeolit NaA.
3.2 M T S

Y UT

H P ZEOLIT NaA T

NH HƯ NG Đ N QUÁ TRÌNH T NG
CAO LANH A LƯ I

3.2.1. nh hư ng c a ch t t o ph c

Trong n i dung lu n văn này ta có 3 m u A12 – DA1, A12DA2, A12-DA3 ng v i các ch t t o ph c là các amino axit có kích
thư c t l n ñ n nh . Các ñi u ki n khác ñư c gi tương t . K t qu
xác ñ nh CEC, AH2O, ph XRD tương ng đư c trình bày

b ng 3.2.

B ng 3.2: S li u t ng h p zeolit NaA v i các ch t t o ph c khác
nhau
AH2O,

% Đ

tinh

tr ng

th

theo

lư ng

M u

CEC,
meq/100g

STT

XRD, %

1

A12-DA1

340

19,9

90

2

A12-DA2

345

21,0

92

3

A12-DA3

356

21,8

96

Ph XRD c a 3 m u nghiên c u cho th y m u A12-DA3 có
đư ng n n ph ng nh t và ít t p ch t L nên có đ tinh th cao nh t. S
sai khác v ph gi a 3 m u không l n v cư ng đ và di n tích pic.
Đi u đó ch ng t quy trình t ng h p khá n đ nh và cho k t qu có
đ tin c y cao.
3.2.2. nh hư ng c a hàm lư ng ki m
Ph n nghiên c u ñã ti n hành xác ñ nh CEC, AH2O và ph
XRD c a 3 m u t ng h p v i hàm lư ng ki m thay ñ i tương ng
theo t l Na2O/ Al2O3 b ng 0,9;1,0;1,1.


16
B ng 3.3: S li u t ng h p zeolit NaA v i hàm lư ng ki m
khác nhau.
CEC,

AH2O,

% Đ

tinh

meq/100g

tr ng

th

theo

lư ng

M u

STT

XRD, %

1

A12-DA3(0,9)

320

19,2

88

2

A12-DA3(1,0)

356

21,8

96

3

A12- DA3(1,1)

312

19,0

84

T b ng 3.3 cho th y khi tăng hàm lư ng ki m thì t l ki m
t i ưu là
Na2O/ Al2O3 = 1.0. Như v y, rõ ràng s k t tinh zeolit NaA ch di n
ra thu n l i trong môi trư ng ki m có n ng đ thích h p. Hàm lư ng
ki m cao hay th p ñ u không thu n l i.
3.2.3 nh hư ng c a th i gian k t tinh
- Th c hi n t ng h p 3 m u v i kí hi u A9- DA3, A12- DA3,
A15- DA3 tương ng v i th i gian k t tinh là 9, 12 và 15 gi . Đo
ph XRD và s li u t ng h p c a 3 m u trên ta có k t qu như sau:
B ng 3.4: S li u t ng h p zeolit NaA v i th i gian k t tinh
khác nhau
AH2O,

% Đ

tinh

tr ng

th

theo

lư ng

M u

CEC,
meq/100g

STT

XRD

1

A9-DA3

282

17,3

75

2

A12-DA3

356

21,8

96

3

A15-DA3

298

18,7

82

Trong b ng 3.4 ta th y khi th i gian k t tinh tăng thì các s
li u t ng h p v CEC, AH2O và ñ tinh th cũng tăng và ñ t giá tr
c c ñ i sau 12 gi k t tinh.


17
3.3. KH

NĂNG X

LÍ ION CHÌ VÀ ION CADIMI TRONG

NƯ C C A ZEOLIT NaA
3.3.1.

nh hư ng c a hàm lư ng zeolit s d ng ñ n kh năng

h p ph ion Kim lo i
- Trong ph n th c nghi m này, ti n hành 10 m u thí nghi m
ng v i n ng đ ion chì và cadimi b ng 2mg/ l.
- Môi trư ng pH=6.
- Th i gian x lí 15 phút trên máy l c cơ khí.
- Hàm lư ng zeolit tăng d n t 0,01 đ n 0,3 cho m i lít dung
d ch.
B ng 3.5: K t qu kh o sát nh hư ng c a hàm lư ng zeolit
đ n q trình h p ph Pb2+.

STT

Zeolit

C0

C

NaA, g

(mg/l)

(mg/l)

Dung
lư ng h p
ph (mg/g)

%Pb2+b h p
ph

1

0,01

2,0

1,066

93,40

46,70

2

0,05

2,0

0,634

27,32

68,30

3

0,10

2,0

0,325

16,75

83,75

4

0,15

2,0

0,005

13,30

99,75

5

0,30

2,0

0,001

6,66

99,95

18
B ng 3.6: K t qu kh o sát nh hư ng c a hàm lư ng zeolit
ñ n quá trình h p ph ion Cd2+.

STT

Zeolit

C0

NaA, g

(mg/l)

Dung lư ng
C(mg/l)

h p
ph (mg/g)

%Cd2+b
h p ph

1

0,01

2,0

1,245

75,50

37,35

2

0,05

2,0

0,672

26,56

66,40

3

0,10

2,0

0,005

19,95

99,75

4

0,15

2,0

0,004

13,31

99,80

5

0,30

2,0

0,001

6,66

99,95

Ghi chú: C0 là n ng ñ ion kim lo i trư c h p ph ,C là n ng
ñ ion sau h p ph .
Trong b ng 3.5 và 3.6 cho th y khi hàm lư ng zeolit tăng thì
kh năng h p ph Cd2+ cũng tăng m nh tương t như khi h p ph
Pb2+. Tuy nhiên, khi hàm lư ng zeolit tăng t 0,01g ñ n 0,10g thì

quá trình h p ph ion Cd2+ tăng r t nhanh và nhanh hơn so v i khi
h p ph Pb2+, đi u này có liên quan đ n kích thư c ion Pb2+ l n hơn
so v i kích thư c Cd2+ (1,20 Ao so v i 0,97Ao).
T i giá tr hàm lư ng zeolit b ng 0,10g, dung d ch sau h p
ph còn l i n ng ñ 0,005 mg/l. V i hàm lư ng này thì đã đáp ng
t t giá tr quy đ nh an tồn c a Cd2+ đ i v i nư c sinh ho t là 0,005
mg/l theo TCVN 5945-2005. khi hàm lư ng zeolit

ngư ng 0,15 g

cho m t lít m u ch a chì thì q trình h p ph b t ñ u ñ t ñ n tr ng
thái cân b ng và v i hàm lư ng ion Pb2+cịn l i r t nh (đã b h p
ph 99,75%): ch còn 0,005 mg/l. V i hàm lư ng này đã hồn tồn
th a mãn u c u ñ i v i nư c sinh ho t theo tiêu chu n ISI, 1982,


19
n ng đ ion chì ≤ 0,05 mg/l và TCVN 5945-2005 giá tr quy đ nh an
tồn c a Pb2+ ñ i v i nư c sinh ho t là 0,1 mg/l.
3.3.2.

nh hư ng c a th i gian h p ph ñ n kh năng h p ph

ion kim lo i c a zeolit NaA.
B ng 3.7: K t qu kh o sát nh hư ng c a th i gian h p ph
đ n q trình h p ph ion Pb2+
STT

T (phút)

C0

C

(mg/l)

(mg/l)

Dung
lư ng h p
ph (mg/g)

% Pb2+ b
h p ph

1

5

2,0

0,820

7,87

59,00

2

10

2,0

0,220

11,87

89,00

3

15

2,0

0,005

13,30

99,75

4

20

2,0

0,002

13,32

99,90

5

30

2,0

0,001

13,33

99,99

B ng 3.8: K t qu kh o sát nh hư ng c a th i gian ti p xúc
đ n q trình h p ph ion Cd2+
STT

T (phút)

C0

C

(mg/l)

(mg/l)

Dung

lư ng h p
ph (mg/g)

% Cd2+ b
h p ph

1

5

2,0

0,750

12,50

62,50

2

10

2,0

0,234

17,66

88,30

3

15

2,0

0,005

19,95

99,75

4

20

2,0

0,003

19,97

99,85

5

30

2,0

0,001

19,99

99,95


20
Vì v y, th i gian h p ph thích h p trong c hai trư ng h p
ñ u là 15 phút. C n ph i th o lu n thêm r ng ion chì và cadimi có
kích thư c nh hơn nhi u so v i kích thư c mao qu n c a zeolit
NaA, vì v y q trình h p ph di n ra nhanh chóng trong nh ng phút
ñ u tiên. M t khác, zeolit NaA có dung lư ng trao đ i cation l n
nh t trong các lo i zeolit nên cũng có th d n ñ n vi c tách ion kim
lo i trong dung d ch x y ra ñ ng th i theo cơ ch h p ph và trao ñ i
ion.
3.3.3.

nh hư ng c a pH môi trư ng ñ n kh năng h p ph ion

kim lo i c a zeolit NaA.
B ng 3.9: K t qu kh o sát nh hư ng c a pH ñ n quá trình h p
ph Pb2+
STT

pH

Co

C

(mg/l)

(mg/l)

Dung
lư ng

%Pb2+b h p
ph

h p ph

1

3

2.0

0,946

7,03

52,70

2

4

2,0

0,612

9,25

69,40

3

5

2,0

0,094

12,71

95,30

4

6

2,0

0,005

13,30

99,75

5

7

2,0

0,004

13,31

99,80

6

8

2,0

0,002

13,32

99,90


21
B ng 3.10: K t qu kh o sát nh hư ng c a pH đ n q trình h p
ph Cd2+

STT

pH

Co
(mg/l)

Dung
C (mg/l)

lư ng h p
ph

% Cd2+ b h p
ph

1

3

2.0

0,872

11,28

56,24

2

4

2,0

0,567

14,33

71,56

3

5

2,0

0,122

18,78

93,90

4

6

2,0

0,005

19,95

99,75

5

7

2,0

0,003

19,97

99,85

6

8

2,0

0,002

19,98

99,90

Tóm l i, giá tr pH t i ưu ñ quá trình h p ph ion kim lo i
Pb và Cd2+ ñ t hi u su t cao nh t khi pH ≥ 6.

2+

3.4. ĐÁNH GIÁ SƠ B

GIÁ THÀNH X

LÍ NƯ C Ô NHI M

ION KIM LO I N NG
- D a vào quá trình kh o sát nh hư ng c a các y u t : hàm
lư ng zeolit, th i gian h p ph và pH c a mơi trư ng đ n q trình
h p ph ta có th nh n th y vi c dùng s n ph m zeolit NaA t ng h p
t ngu n cao lanh A Lư i cho x lí nư c sinh ho t thu ñư c hi u qu
cao, th i gian x lí nhanh.
- N u s d ng quy trình s n xu t như trên thì giá thành c a
m t kilogram zeolit NaA ư c tính kho ng 20.000 VND, như v y đ
x lí m t m3 nư c ô nhi m Pb2+ và Cd2+ v i n ng ñ 2,0 mg/l tương
ng c n 150g zeolit NaA và 100g zeolit. Chi phí x lý m t m3 nư c


22
tăng thêm kho ng 3.000 ñ ng ñ i v i x lý Pb2+ và 2.000 ñ ng khi
x lý Cd2+. Khi áp d ng quy mô s n xu t l n, giá thành zeolit NaA
gi m s làm gi m chi phí x lý nư c ơ nhi m.


23

K T LU N VÀ KI N NGH
K T LU N:

1. Đã t ng h p ñư c zeolit NaA t cao lanh A lư i v i ñ tinh
th 96% trong th i gian làm già 96 gi , th i gian k t tinh 12 gi , t i
nhi t ñ 90oC, áp su t thư ng trong s có m t c a ch t t o ph c h u
cơ DA3.
2. Đã nghiên c u các y u t

nh hư ng đ n q trình t ng h p

zeolit NaA t cao lanh A Lư i như ch t t o ph c h u cơ khác nhau,
hàm lư ng ki m và th i gian k t tinh thay ñ i. B ng các phương
pháp XRD, IR, SEM đã tìm đư c các đi u ki n thích h p cho t ng
h p zeolit NaA t cao lanh A Lư i là: Ch t t o ph c ch a nhóm
amin và axit, hàm lư ng ki m Na2O/Al2O3 = 1,0 và th i gian k t tinh
12 gi .
3. Đã s d ng zeolit NaA t ng h p ñư c ñ x lí Pb2+ trong
dung d ch có n ng đ Pb2+ ban ñ u là 2,0mg/l và rút ra ñư c ñi u
ki n thích h p là: Lư ng zeolit NaA = 0,15g/l; th i gian h p ph 15
phút, pH = 6. T i đó, hàm lư ng Pb2+ còn l i trong dung d ch sau
h p ph b ng 0,005mg/l, tương đương 99,75% lư ng chì b h p ph .
4. Đã s d ng zeolit NaA t ng h p đư c đ x lí Cd2+ trong
dung d ch có n ng đ Cd2+ ban đ u là 2,0mg/l và rút ra ñư c ñi u
ki n thích h p là: Lư ng zeolit NaA = 0,10g/l; th i gian h p ph 15
phút, pH = 6. T i đây, hàm lư ng Cd2+ cịn l i trong dung d ch sau
h p ph b ng 0,005mg/l, tương ñương 99,75% lư ng Cadimi b h p
ph .
5. Tính tốn sơ b

giá thành t ng h p zeolit NaA là

20.000ñ/kg, giá thành x lý m t m3 nư c ch a Pb2+ và Cd2+ tương

ng là 3.000 ñ ng và 2.000 ñ ng ñ t tiêu chu n nư c sinh ho t theo
TCVN 5945 : 2005.


24
KI N NGH :
Vi c nghiên c u t ng h p zeolit nói chung và zeolit NaA nói
riêng t cao lanh A Lư i cịn r t ít đư c nghiên c u

Vi t Nam.

Cao lanh A Lư i khá thích h p cho t ng h p zeolit NaA và lo i
zeolit này có th s d ng làm ch t h p ph và trao ñ i ion ñ tách
kim lo i n ng trong nư c r t t t. Do đó, c n có nh ng nghiên c u
ng d ng ti p theo ñ t ng bư c ñưa v t li u zeolit NaA vào th c
ti n x lý ô nhi m ngu n nư c th i và nư c sinh ho t hi n nay.