Nghiên cứu tính chất vμ cơ chế hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI

Style Definition: Cấp độ 1: Line spacing:
single
Formatted: Indent: First line: 0 cm

PHM XUN CNG

NGHIÊN CứU TíNH CHấT Và CƠ CHế HấP PHụ
MộT Số ION KIM LOạI NặNG TRÊN VậT LIệU CHế TạO Từ BùN Đỏ
Chuyờn ngnh: Húa lý thuyt và Hóa lý
Mã số: 62.44.01.19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Trung Minh
PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà

Formatted: Line spacing: Multiple 1,3 li


Formatted: Font: 18 pt

HÀ NỘI - 20165

2


Lời cảm ơn

Vi tỡnh cm chõn thnh, lũng kớnh trng, tôi xin chân trọng cảm
ơn các thầy giáo, cô giáo đã tận tình giảng dạy cho tơi trong thời gian
học tập nghiên cứu tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư phạm Hà
Nội. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trung
Minh, PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà và PGS.TS Nguyễn Đức Chuy đã
trực tiếp hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong q trình nghiên
cứu hồn thiện luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cơ giáo Khoa Hóa Học Trường Đại học sư phạm Hà Nội, tập thể lãnh đạo, cán bộ Viện địa
chất - Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam…đã tạo điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong q trình thực hiện luận án này.
Tơi vơ cùng biết ơn những người thân trong gia đình và bạn bè,
đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ tôi trong suốt q trình học
tập, cơng tác, nghiên cứu khoa học và hoàn thiện luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày tháng năm ...
Tác Giả

Phạm Xuân Cƣờng
Formatted: Centered


Formatted
Formatted

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................... 1

Formatted
Formatted

Formatted
Formatted

2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 2

Formatted

3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .............................................................. 2

Formatted

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu .................................. 3
5. Những đóng góp mới của luận án ....................................................... 4
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................... 6
1.1.Tổng quan về bùn đỏ ....................................................................... 6
1.1.1. Bùn đỏ ..................................................................................... 6

Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted
Formatted

1.1.2. Tình hình khái thác và chế biến bauxite ở Việt Nam và Thế giới.......... 7

Field Code Changed

1.1.3. Các nghiên cứu xử lý bùn đỏ [8] ............................................... 9

Formatted

1.2. Tổng quan về kim loại nặng ...................................................... 1110

Formatted

1.2.1. Ô nhiễm kim loại nặng ....................................................... 1110
1.2.2. Hậu quả của ô nhiễm kim loại nặng đến sức khỏe con người 1211
1.3. Tổng quan về hiện tượng hấp phụ .............................................. 1413
1.3.1. Hấp phụ ............................................................................. 1413
1.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ...................................... 1514
1.3.3. Nhiệt hấp phụ, năng lượng hoạt hóa của q trình hấp phụ ... 1816

Formatted

Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted

1.3.4. Sự chọn lọc hấp phụ ........................................................... 1817

Formatted

1.3.5. Sự phụ thuộc của nhiệt độ ................................................... 1817

Formatted

1.3.6. Tính chất của các điểm hấp phụ .......................................... 1817

Formatted
Formatted

1.3.7. Năng lượng hoạt hóa hấp phụ ............................................. 1917

Formatted

1.3.8. Trạng thái của chất bị hấp phụ ............................................ 1918

Formatted

1.3.9. Cân bằng hấp phụ [14]........................................................ 2018

Formatted

1.4. Tổng quan về các phần mềm hỗ trợ tính tốn ............................. 2422
1.4.1. Ngơn ngữ lập trình Python .................................................. 2523
1.4.2. Siesta ................................................................................. 2624
1.4.3. GaussView......................................................................... 2624

Formatted

Formatted

Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted


Formatted
Formatted

1.4.4. Chemcraft .......................................................................... 2625
Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM.2826
2.1. Các phương pháp nghiên cứu .................................................... 2826
2.1.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [21] ........ 2826
2.1.2. Phương pháp hiển vi electron [16] ....................................... 3129
2.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................... 3230
2.1.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory: DFT)3230
2.2. Thực nghiệm ............................................................................ 3937
2.2.1. Hóa chất và thiết bị [21] ..................................................... 3937
2.2.2. Tổng hợp vật liệu ............................................................... 3937
2.2.3. Hấp phụ kim loại nặng [18, 21, 37, 43]................................ 4240
2.2.4. Xây dựng mô hình, các tính tốn hóa học lượng tử trên máy
vi tính ......................................................................................... 4240
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............. 4341
3.1. Thành phần, cấu trúc và tính chất hóa lý của hạt vật liệu hấp phụ 4341
3.1.1. Thành phần hóa học ........................................................... 4341
3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc ........................................................... 4441
3.1.3. Quy trình hoạt hóa vật liệu [21] .......................................... 4745
3.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng và

Asen của hạt vật liệu BVNQ, BOS ................................................... 5048
3.2.1. Kết quả thực nghiệm hấp phụ ion Cd2+ trong dung dịch nước
của hạt BVNQ, BOS .................................................................... 5048
3.2.2. Kết quả thực nghiệm hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nước
của hạt BVNQ, BOS .................................................................... 6460
3.2.3. Kết quả thí nghiệm hấp phụ ion Zn 2+ trong dung dịch nước
của hạt BVNQ, BOS ..................................................................... 7671
3.2.4. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Asen(V) trong dung dịch nước
của hạt BVNQ, BOS ..................................................................... 8780
3.2.5. Tổng hợp và thảo luận các kết quả nghiên cứu thực nghiệm . 9688
3.3. Xây dựng mơ hình Geothite để tính lí thuyết .............................. 9990

Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted

Formatted
Formatted
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted


3.4 Các kết quả nghiên cứu lý thuyết hấp phụ ion kim loại nặng và
Asen của hạt vật liệu BVNQ, BOS ................................................. 10394

3.4.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Cd2+ trong
dung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS ............................. 10394
3.4.2. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Cu2+ trong
dung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS ............................. 10596
3.4.3. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Zn2+ trong
dung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS ............................. 10899
3.4.4. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Ase(V)trong
dung dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS ........................... 111101
3.4.5. Tổng hợp và thảo luận các kết quả nghiên cứu lý thuyết ... 112102
CÁC KẾT LUẬN CHÍNH VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN ÁN .... 113104
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO VÀ CƠNG TRÌNH KHOA HỌC . 116106
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 119109
MỞ ĐẦU 31

Formatted
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Justified, Indent: Left: 0,5 cm,
First line: 0 cm
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Line spacing: Multiple 1,3 li
Formatted
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: Justified, Indent: Left: 0 cm, Fir
line: 0 cm

Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: Check spelling and grammar, No
Expanded by / Condensed by

1. Lí do chọn đề tài

31

Formatted: Font: Not Italic, Swedish (Swede
Check spelling and grammar, Not Expanded b
Condensed by

2. Mục tiêu nghiên cứu

32

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

32

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
5. Những đóng góp mới của luận án

1.1.1. Bùn đỏ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

34

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Tổng quan về bùn đỏ

33

36

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

36

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

36

1.1.2. Tình hình khái thác và chế biến bauxite ở Việt Nam và Thế giới 37

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.1.3. Các nghiên cứu xử lý bùn đỏ

39

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.2. Tổng quan về kim loại nặng

310

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.2.1. Ô nhiễm kim loại nặng

310

1.2.2. Hậu quả của ô nhiễm kim loại nặng đến sức khỏe con người
311

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0

pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt


1.3. Tổng quan về hiện tƣợng hấp phụ
1.3.1. Hấp phụ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

313

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

313

1.3.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

314

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.3.3. Nhiệt hấp phụ, năng lượng hoạt hóa của q trình hấp phụ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

316
1.3.4. Sự chọn lọc hấp phụ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

317

1.3.5. Sự phụ thuộc của nhiệt độ

317

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.3.6. Tính chất của các điểm hấp phụ 317
1.3.7. Năng lượng hoạt hóa hấp phụ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

318

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.3.8. Trạng thái của chất bị hấp phụ 318

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.3.9. Cân bằng hấp phụ 318

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.4. Tổng quan về các phần mềm hỗ trợ tính tốn
1.4.1. Ngơn ngữ lập trình Python

323

323

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.4.2. Siesta 324

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.4.3. GaussView 325

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

1.4.4. Chemcraft 325
Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

327
2.1. Các phƣơng pháp nghiên cứu

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

327

2.1.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 327

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

2.1.2. Phương pháp hiển vi electron[16]

330

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0

pt

2.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

331

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

2.1.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory DFT)

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

332

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

2.2. Thực nghiệm 338
2.2.1. Hóa chất và thiết bị
2.2.2. Tổng hợp vật liệu 338

338

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

2.2.3. Hấp phụ kim loại nặng

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

341

2.2.4. Xây dựng mơ hình, các tính tốn lượng tử trên máy vi tính

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

341
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

342

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.1. Thành phần, cấu trúc và tính chất hóa lý của hạt vật liệu hấp phụ

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

342
3.1.1. Thành phần hóa học

342

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc

343

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.1.3. Quy trình hoạt hóa vật liệu

346

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.2 Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ ion kim loại nặng
và Asen của hạt vật liệu BVNQ, BOS

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

349

3.2.1. Kết quả thực nghiệm hấp phụ ion Cd2+ trong dung dịch nước của

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0

pt

hạt BVNQ, BOS 349
3.2.2. Kết quả thực nghiệm hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nước của

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

hạt BVNQ, BOS 362
3.2.3. Kết quả thí nghiệm hấp phụ ion Zn2+ trong dung dịch nước của hạt
BVNQ, BOS

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

373

3.2.4. Kết quả thí nghiệm hấp phụ Asen(V) trong dung dịch nước của hạt
BVNQ, BOS

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

384

3.2.5. Tổng hợp và thảo luận các kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

394
3.3. Xây dựng mô hình Geothite để tính lí thuyết

396

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.4 Các kết quả nghiên cứu lý thuyết hấp phụ ion kim loại nặng và

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Asen của hạt vật liệu BVNQ, BOS 3100
3.4.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Cd2+ trong dung
dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS

3100

3.4.2. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Cu2+ trong dung

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt


dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS

3102

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0

pt

3.4.3. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Zn2+ trong dung
dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS

3105

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3.4.4. Kết quả nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ ion Ase(V)trong dung
dịch nước trên hạt vật liệu BVNQ, BOS

3108

3.4.5. Tổng hợp và thảo luận các kết quả nghiên cứu lý thuyết 3109

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

CÁC KẾT LUẬN CHÍNH VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN ÁN

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3111
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO VÀ CƠNG TRÌNH KHOA HỌC

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

3113112
TÀI LIỆU THAM KHẢO

3116

Formatted: Font: Not Italic, Expanded by 0
pt

Formatted: Centered


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
AAS

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

ADS

Auto Diagnostics System

BET

Brunauer Emmett Teller

BOS

Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp 45% đá ong Bình Yên, Hà Nội +
45% bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng với 10% thủy tinh lỏng và nung ở
nhiệt độ 350C, thời gian nung 3 giờ.

BVNQ Hạt hấp phụ chế tạo từ hỗn hợp bazan phong hóa bùn đỏ Bảo Lộc,
Lâm Đồng với 15% thủy tinh lỏng và nung ở nhiệt độ 350C, thời
gian nung 3 giờ.
BBL2

Bùn đỏ Bảo Lộc

C

Nồng độ chất tham gia phản ứng ở thời điểm t

C0

Nồng độ chất tham gia phản ứng tại thời điểm ban đầu

DFT

Phương pháp phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory)

q

Dung lượng hấp phụ

ΔH

Entanpy

E

Năng lượng hoạt hóa

EDS

Phổ tán sắc năng lượng tia X

GGA

Sự gần đúng gradien suy rộng (Generalized Gradient Approximation
Đá ong Bình Yên

OBY

Sự gần đúng mật độ địa phương (Local Density Approximation

LDA

Hiển vi electron quét ( Scanning Electron Microscopy)

SEM

Hiển vi electron truyền qua( Transmission Electron Microscopy)

TEM

Phương pháp nhiễu xạ tia X

XRD


DANH MỤC BẢNG

Formatted: Justified, Indent: Left: 0 cm,
Hanging: 2,5 cm, Line spacing: Multiple 1,35

Bảng 1.1: Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục ................................... 7

Field Code Changed

Bảng 1.2: Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit ..................... 7

Formatted: Font: 14 pt

Bảng 1.3: So sánh hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học ...................... 1715

Formatted: Font: 14 pt

Bảng 3.1: Thành phần các oxit của Bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng và đá

Formatted

ong Bình Yên Hà Nội trước khi tạo hạt vật liệu hấp phụ .. 4341
Bảng 3.2: Kết quả phân tích Rơngen (XRD) ................................... 4442
Bảng 3.3: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng BET của hạt vật liệu ... 4543
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Cd2+
của hạt BVNQ, BOS....................................................... 5048
Bảng 3.5.

Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau
khi hấp phụ Cd2+ ........................................................... 5149

Bảng 3.6.

Kết quả hấp phụ Cd

2+

theo khối lượng vật liệu BVNQ và

BOS ............................................................................. 5351
2+

Bảng 3.7.

Kết quả hấp phụ Cd theo pH môi trường ....................... 5553

Bảng 3.8

Kết quả hấp phụ Cd2+ theo nồng độ ban đầu của dung dịch
Cd2+ ở nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g) ........................ 5654

Bảng 3.9.

2+

Kết quả hấp phụ Cd theo thời gian hấp phụ ................... 6157

Formatted

Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt

Bảng 3.10. Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35 C (308 K)
và 45 C (318 K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS ............... 6360
Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Cu2+
của hạt BVNQ, BOS....................................................... 6461
Bảng 3.12. Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau
2+

khi hấp phụ Cu ........................................................... 6562
Bảng 3.13. Kết quả hấp phụ Cu

2+

Formatted: Font: 14 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt
Formatted: Font: 14 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt
Formatted: Font: 14 pt

theo khối lượng vật liệu BVNQ và

BOS ............................................................................. 6763

Formatted: Font: 14 pt

Bảng 3.14. Kết quả hấp phụ Cu2+ theo pH môi trường ...................... 6864

Formatted: Font: 14 pt


Bảng 3.15 Đẳng nhiệt hấp phụ Cu từ các loại hạt BVNQ và BOS ở
nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g)................................... 7065
Bảng 3.16. Kết quả hấp phụ Cu

2+

theo thời gian hấp phụ .................. 7469

Bảng 3.17. Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308K)
và 45C (318K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS ................. 7570
Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Zn2+
của hạt BVNQ, BOS....................................................... 7671
Bảng 3.19. Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau
khi hấp phụ Zn2+ ........................................................... 7772
Bảng 3.20. Kết quả hấp phụ Zn2+ theo khối lượng vật liệu BVNQ và
BOS ............................................................................. 7973
Bảng 3.21 Kết quả hấp phụ Zn2+ theo pH môi trường ...................... 8074
Bảng 3.22: Đẳng nhiệt hấp phụ Zn từ các loại hạt BVNQ và BOS ở
nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g)................................... 8175
Bảng 3.23: Kết quả hấp phụ Zn2+ theo thời gian hấp phụ .................. 8578
Bảng 3.24. Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308K)
và 45C (318K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS ................. 8679
Bảng 3.25 Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion As(V)
của hạt BVNQ, BOS....................................................... 8780
Bảng 3.26. Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau
khi hấp phụ As(V) ......................................................... 8881
Bảng 3.27. Kết quả hấp phụ As(V)theo khối lượng vật liệu BVNQ và BOS 9082
Bảng 3.28. Kết quả hấp phụ As(V)theo pH môi trường..................... 9183
Bảng 3.29: Đẳng nhiệt hấp phụ As(V) từ các loại hạt BVNQ và BOS
ở nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g) ................................ 9284
Bảng 3.30. Kết quả hấp phụ As(V) theo thời gian hấp phụ ................ 9586
Bảng 3.31. Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308K)
và 45C (318K) của hạt vật liệu BVNQ, BOS ................. 9687
Bảng 3.32: Các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ các kim loại

nặng và As của vật liệu BVNQ, BOS ............................. 9788

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Font: Not Bold, Portuguese (Bra
Expanded by 0,3 pt
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted

Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Formatted: Font: 14 pt


Bảng 3.33: Tổng hợp kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ các ion
Cd2+, Cu2+, Zn2+ và As(V) trên BVNQ, BOS. .................. 9789
Bảng 3.34: Giá trị Năng lượng tương ứng với các Ecut ................... 10192

Formatted: Font: 14 pt
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted
Field Code Changed

Bảng 1.1:
Bảng 1.2:
Bảng 1.3:
Hình 2.1:
Hình 2.2:
Bảng 3.1:
Bảng 3.2:
Bảng 3.3:
Bảng 3.4:
Bảng 3.5.
Bảng 3.6.
Bảng 3.7.
Bảng 3.8
Bảng 3.9.
Bảng 3.10.
Bảng 3.11.
Bảng 3.12.
Bảng 3.13.
Bảng 3.14.

Phân bố các trữ lượng ở các Châu lục. .................................... 37
Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit. ...................... 37

So sánh hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học............................ 316
Quan hệ giữa D và C ............................................................ 329
Sơ đồ tương tác chùm electron sơ cấp với mẫu nghiên cứu... 330
Thành phần các oxit của Bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng và đá ong
Bình Yên Hà Nội trước khi tạo hạt vật liệu hấp phụ ............. 342
Kết quả phân tích Rơngen(XRD) .......................................... 343
Kết quả đo diện tích bề mặt riêng BET của hạt vật liệu ........ 344
Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Cd2+ của hạt
BVNQ, BOS ......................................................................... 349
Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cd2+ ............................................................................... 350
Kết quả hấp phụ Cd2+ theo khối lượng vật liệu BVNQ, BOS ..... 352
Kết quả hấp phụ Cd2+theo pH môi trường ............................. 354
Kết quả hấp phụ Cd2+ theo nồng độ ban đầu của dung dịch Cd2+
ở nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g) ...................................... 355
Kết quả hấp phụ Cd2+theo thời gian hấp phụ......................... 359

Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted

Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted

Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308KK) và

Field Code Changed

45C (318KK) của hạt vật liệu BVNQ, BOS....................... 361

Field Code Changed

2+

Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Cu của hạt
BVNQ, BOS ......................................................................... 362
Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cu2+ ............................................................................... 364
Kết quả hấp phụ Cu2+ theo khối lượng vật liệu BVNQ, BOS ..... 365
Kết quả hấp phụ Cu2+ theo pH môi trường ............................ 367

Formatted

Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted


Bảng 3.15
Bảng 3.16.
Bảng 3.17.

Đẳng nhiệt hấp phụ Cu từ các loại hạt BVNQ và BOS ở nhiệt
độ dung dịch 300C, m =1(g).................................................. 368
Kết quả hấp phụ Cu2+ theo thời gian hấp phụ........................ 371
Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308KK) và
45C (318KK) của hạt vật liệu BVNQ, BOS....................... 373
2+

Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Zn của hạt
BVNQ, BOS ......................................................................... 374
Bảng 3.19. Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Zn2+ ............................................................................... 375
Bảng 3.20. Kết quả hấp phụ Zn2+ theo khối lượng vật liệu BVNQ, BOS ..... 376
Bảng 3.21 Kết quả hấp phụ Zn2+ theo pH môi trường ............................ 377

Bảng 3.22: Đẳng nhiệt hấp phụ Zn từ các loại hạt BVNQ và BOS ở nhiệt
độ dung dịch 300C, m =1(g).................................................. 378
Bảng 3.23 Kết quả hấp phụ Zn2+ theo thời gian hấp phụ ........................ 382
Bảng 3.18:

Bảng 3.24.

Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308KK) và
45C (318KK) của hạt vật liệu BVNQ, BOS....................... 383

Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion As(V) của
hạt BVNQ, BOS ................................................................... 384
Bảng 3.26. Phần trăm các nguyên tố trong vật liệu BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ As(V) ............................................................................. 385
Bảng 3.27. Kết quả hấp phụ As(V) theo khối lượng BVNQ, BOS ............. 387
Bảng 3.28. Kết quả hấp phụ As(V)theo pH môi trường .......................... 388
Bảng 3.29: Đẳng nhiệt hấp phụ As(V) từ các loại hạt BVNQ và BOS ở
nhiệt độ dung dịch 300C, m =1(g) ......................................... 389
Bảng 3.30. Kết quả hấp phụ As(V) theo thời gian hấp phụ ..................... 392
Bảng 3.25

Bảng 3.31.

Kết quả tính tốn nhiệt phản ứng ở nhiệt độ 35C (308KK) và

Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed

Formatted: Font: Not Bold, Not Expanded by
Condensed by
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed

Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted

45C (318KK) của hạt vật liệu BVNQ, BOS....................... 393

Field Code Changed

Các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ các kim loại nặng và
As của vật liệu BVNQ, BOS................................................. 394
Bảng 3.33: Tổng hợp kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ các ion Cd2+,
Cu2+, Zn2+ và As(V) trên BVNQ, BOS. ................................ 394

Field Code Changed

Bảng 3.32:

Formatted
Field Code Changed
Formatted
Field Code Changed

Formatted


Bảng 3.34:

Giá trị Năng lượng tương ứng với các Ecut ......................... 399

Formatted: English (U.S.), Check spelling an
grammar, Not Expanded by / Condensed by

Formatted: Font: Not Bold, English (U.S.),
Check spelling and grammar, Not Expanded b
Condensed by


DANH MỤC HÌNH

Formatted
Formatted

Hồ chứa bùn đỏ của nhà máy bauxite Bảo Lộc, Lâm đồng
[21] .................................................................................... 8
Hình 2.1: Quan hệ giữa D và C ..................................................... 3028
Hình 2.2: Sơ đồ tương tác chùm electron sơ cấp với mẫu nghiên cứu3129
Hình 2.3 Quy trình tạo hạt BVNQ ................................................ 4139
Hình 2.4 Quy trình tạo hạt BVNQ ................................................ 4139
Hình 3.1 Ảnh chụp TEM và SEM của hạt BVNQ .......................... 4744
Hình 3.2 Ảnh chụp TEM và SEM của hạt BOS ............................. 4745
Hình 3.3 Mơ hình q trình hoạt hóa ............................................ 4846
Hình 3.4. Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Cd2+.... 1

Hình 3.5.
Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cd2+ ....................................................................... 5149
Hình 3.6. Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi
hấp phụ Cd2+ ................................................................. 5250
Hình 3.7 Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cd2+ và tỷ lệ khối lượng vật liệu .................................... 5552
Hình 3.8. Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cd2+ và pH mơi trường .................................................. 5653
Hình 3.9: Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cd2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 5754
Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cd2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 5855
Hình 3.11: Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Cd2+ và thời gian hấp phụ. ............................................. 6258
Hình 3.12 Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Cu2+6561
Hình 3.13. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cu2+ ....................................................................... 6561
Hình 3.14: Ảnh chụp element mapping hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cu2+ ....................................................................... 6662
Hình 3.15: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cu2+ và khối lượng vật liệu ........................................... 6864
Hình 1.1:

Field Code Changed
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted

Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Field Code Changed
Formatted
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted
Field Code Changed
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,2 pt
Formatted: Expanded by 0,3 pt
Formatted

Formatted
Formatted
Formatted
Formatted
Formatted


Hình 3.16: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cu2+ và pH mơi trường ................................................. 6965
Hình 3.17 : Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cu2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 7066
Hình 3.18 : Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cu2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 7167
Hình 3.19: Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Cu2+ và thời gian hấp phụ. ............................................. 7569
Hình 3.20. Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Zn2+7671
Hình 3.21. Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Zn2+ ....................................................................... 7771
Hình 3.22. Ảnh chụp element mapping hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Zn2+ ....................................................................... 7872
Hình 3.23 Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Zn 2+ và khối lượng vật liệu ........................................... 8073
Hình 3.24 Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Zn 2+ và pH môi trường ................................................. 8174
Hình 3.25: Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 8275
Hình 3.26 : Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn2+ của hạt BVNQ
và BOS ......................................................................... 8376
Hình 3.27: Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Zn 2+ và thời gian hấp phụ .............................................. 8578

Hình 3.28: Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ
Asen(V) ........................................................................ 8780
Hình 3.29: Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Asen(V) ................................................................. 8881
Hình 3.30: Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi
hấp phụ As(V) ............................................................... 8981
Hình 3.31: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
As(V) và khối lượng vật liệu ......................................... 9182

Formatted: Font: Italic, No underline,
Portuguese (Brazil), Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt
Formatted: Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt


Hình 3.32a: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
As(V) và pH mơi trường ............................................... 9283
Hình 3.32b: Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ As(V) của hạt
BVNQ và BOS .............................................................. 9384
Hình 3.33: Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ As(V) của hạt
BVNQ và BOS .............................................................. 9385
Hình 3.34. Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
As(V) và thời gian hấp phụ. ........................................... 9587
Hình 3.35: Tinh thể α-FeOOH ........................................................ 9990
Hình 3.36. Mơ hình Goethite ........................................................ 10091
Hình 3.37. Nhiễu xạ XRD của goethite ......................................... 10091
Hình 3.38. Thiết lập Ecut ở 75Ry, 125Ry xác định số lượng sóng phẳng .....10192
Hình 3.39: Tối ưu cấu trúc Goethite bằng Command Prompt .......... 10192
Hình 3.40: Kết quả chạy tối ưu Goethite trong file opt.out ............. 10192
Hình 3.41. FeOOH(101)-(1×1×3) .................................................. 10293
Hình 3.42. Hydrated-FeOOH(101)-(1×1×3) .................................. 10393
Hình 3.43. Phức [Cd(H 2O)6 ]2+ Phức [Cd(H 2O)6 ]2+ tương tác với bề
mặt Hydrated-FeOOH(101) qua liên kết hiđro. ............. 10494
Hình 3.44 Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-[Cd(H2O)6]2+
sau hấp phụ ................................................................. 10495
Hình 3.45: Phức [Cu(H2O)6]2+ và [Cu(H2O)4]2+ .............................. 10696
Hình 3.46. Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1×1×3)Cu(H2O)6]2+ sau hấp phụ.............................................. 10696
Hình 3.47: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-[Cu(H2O)2]2+ 10898
Hình 3.48. Hình ảnh cấu trúc [Zn(H 2O)6]2+ , [Zn(H2O)5]2+ ............... 10999
Hình 3.49: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1×1×3)[Zn(H2O)6]2+ sau hấp phụ............................................. 10999

Hình 3.50: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)(1×1×3)[Zn(H2O)5]2+ sau hấp phụ........................................... 110100
Hình 3.51: Hình ảnh cấu trúc HAsO42- ........................................ 111101
Hình 3.52: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-HAsO42- sau hấp phụ112102

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Expanded by 0,3 pt

Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Field Code Changed
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)

Formatted: No underline, Portuguese (Brazil
Field Code Changed
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Formatted: Portuguese (Brazil)
Field Code Changed
Formatted: Condensed by 0,4 pt

Formatted: English (U.S.), Check spelling an
grammar, Not Expanded by / Condensed by

Hình 1.1:
Hình 2.1:
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4.
Hình 3.5.
Hình 3.6.
Hình 3.7
Hình 3.8.
Hình 3.9:
Hình 3.10:
Hình 3.11:
Bảng 3.11.
Hình 3.12
Hình 3.13.
Hình 3.14:
Hình 3.15:
Hình 3.16:
Hình 3.17 :

Hồ chứa bùn đỏ của nhà máy bauxite Bảo Lộc, Lâm đồng ..... 888
Quan hệ giữa D và C ........................................................ 302829
Ảnh chụp TEM và SEM của hạt BVNQ ........................... 474445
Ảnh chụp TEM và SEM của hạt BOS............................... 474546
Mơ hình q trình hoạt hóa ............................................... 484647
Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau hấp phụ Cd2+ ....... 1150
Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau hấp phụ Cd2+ . 514950
Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi hấp

phụ Cd2+ ........................................................................... 525051
Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cd2+ và tỷ lệ khối lượng vật liệu ....................................... 555253
Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cd2+ và pH môi trường ..................................................... 565354
Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cd2+ của hạt BVNQ
và BOS ............................................................................. 575455
Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cd2+ của hạt BVNQ và
BOS .................................................................................. 585556
Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Cd2+ và thời gian hấp phụ. ................................................ 625860
Kết quả thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ ion Cu2+ của
hạt BVNQ, BOS ............................................................... 646162
Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau hấp phụ Cu2+ .... 656163
Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ Cu2+ ........................................................................... 656163
Ảnh chụp element mapping BVNQ, BOS sau hấp phụ Cu2+666264
Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cu2+ và khối lượng vật liệu .............................................. 686466
Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Cu2+ và pH môi trường .................................................... 696567
Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cu2+ của hạt BVNQ
và BOS ............................................................................. 706668


Hình 3.18 : Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cu2+ của hạt BVNQ và
BOS .................................................................................. 716769
Hình 3.19: Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Cu2+ và thời gian hấp phụ. ................................................ 756972
Hình 3.20. Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau hấp phụ Zn2+ .... 767174

Hình 3.21. Ảnh phổ EDS-FeSEM của BVNQ, BOS sau hấp phụ Zn2+ 777174
Hình 3.22. Ảnh chụp element mapping hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ
Zn2+ .................................................................................. 787275
Hình 3.23 Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Zn2+ và khối lượng vật liệu .............................................. 807377
Hình 3.24 Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
Zn2+ và pH mơi trường .................................................... 817478
Hình 3.25 : Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn2+của hạt BVNQ và
BOS .................................................................................. 827579
Hình 3.26 : Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Zn2+của hạt BVNQ và
BOS .................................................................................. 837680
Hình 3.27 Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
Zn2+ và thời gian hấp phụ ................................................. 857882
Hình 3.28: Ảnh chụp SEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ Asen(V)878084
Hình 3.29: Ảnh phổ EDS-FeSEM của hạt BVNQ, BOS sau khi hấp phụ
Asen(V) ............................................................................ 888185
Hình 3.30: Ảnh chụp element mapping cho hạt BVNQ, BOS sau khi hấp
phụ As(V) ......................................................................... 898186
Hình 3.31: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
As(V) và khối lượng vật liệu ........................................... 918287
Hình 3.32a: Mối liên hệ giữa dung lượng hấp phụ, phần trăm hấp phụ
As(V) và pH mơi trường .................................................. 928388
Hình 3.32b: Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ As(V) của hạt BVNQ
và BOS ............................................................................. 938489
Hình 3.33 : Đường đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ As(V) của hạt BVNQ
và BOS ............................................................................. 938590


Hình 3.34. Mối liên hệ giữa phần trăm hấp phụ, dung lượng hấp phụ
As(V) và thời gian hấp phụ. .............................................. 958792

Hình 3.35: Tinh thể α-FeOOH............................................................ 999096
Hình 3.36. Mơ hình Goethite.............................................................1009197
Hình 3.37. Nhiễu xạ XRD của goethite .............................................1009197
Hình 3.38 Thiết lập Ecut ở 75Ry, 125Ry xác định năng lượng cắt sóng
phẳng ...............................................................................1019298
Hình 3.39: Tối ưu cấu trúc Goethite bằng Command Prompt ............1019298
Hình 3.40: Kết quả chạy tối ưu Goethite trong file opt.out ................1019298
Hình 3.41. FeOOH(101)-(1x1x31×1×3) ............................................1029399
Hình 3.42. Hydrated-FeOOH(101)-(1x1x31×1×3) ..........................10393100
Hình 3.43. Phức [Cd(H2O)6]2+Phức [Cd(H2O)6]2+ tương tác với bề mặt
Hydrated-FeOOH(101) qua liên kết hiđro. ....................10494101
Hình 3.44 Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-[Cd(H2O)6]2+sau
hấp phụ ..........................................................................10495101
Hình 3.45: Phức [Cu(H2O)6]2+ và [Cu(H2O)4]2+ ...............................10696103
Hình 3.46. Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1x1x31×1×3)Cu(H2O)6]2+ sau hấp phụ .................................................10696103
Hình 3.47: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-[Cu(H2O)2]2+10898105
Hình 3.48. Hình ảnh cấu trúc [Zn(H2O)6]2+ , [Zn(H2O)5]2+ ..............10999106
Hình 3.49: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)-(1x1x31×1×3)[Zn(H2O)6]2+ sau hấp phụ ................................................10999106
Hình 3.50: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH(101)(1x1x31×1×3)[Zn(H2O)5]2+ sau hấp phụ ............................................ 110100107
Hình 3.51: Hình ảnh cấu trúc HAsO42- .......................................... 111101108
Hình 3.52: Hình ảnh cấu trúc Hydrated-FeOOH-HAsO42- sau hấp phụ
.112102109


1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ơ nhiễm nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang là
một vấn đề nhức nhối hiện nay bởi những tác hại to lớn của chúng đến chất
lượng môi trường và sức khỏe con người trên toàn thế giới. Nước thải công

nghiệp kèm theo các chất độc hại như kim loại nặng đang là mối nguy hiểm
đối với môi trường cũng như chất lượng cuộc sống của người dân.
Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường, nguồn
gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên không phải là kim loại, hoặc từ
hoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp, nông nghiệp, hàng hải...
Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se,
Mo... tồn tại trong nước ở dạng ion. Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng
thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn
và khu vực khai thác khoáng sản.
Hiện nay các nhà khoa học trong và ngoài nước đang nỗ lực nghiên cứu
các phương pháp khác nhau để loại bỏ kim loại nặng trong nước đến mức
chấp nhận được đồng thời cũng đảm bảo tính hiệu quả về mặt kinh tế. Ngồi
các phương pháp vật lý, hóa học cũng như sinh học đã và đang dùng hoặc
đang được nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thì việc nghiên cứu sử dụng các
vật liệu, chất liệu là vấn đề cần thiết cho bất cứ một ngành nghề nào. Đặc biệt
sử dụng các vật liệu tự nhiên, tái sử dụng các phế thải thân thiện với môi
trường luôn được đặt lên hàng đầu nhằm không gây tổn hại tới môi trường,
đảm bảo cho sự phát triển bền vững mà vẫn đem lại hiệu quả cao khi sử dụng.
Hóa học lượng tử là một ngành khoa học ứng dụng cơ học lượng tử vào
giải quyết các vấn đề của hóa học. Cụ thể nó cho phép tiến hành các nghiên
cứu lí thuyết về cấu trúc phân tử và khả năng phản ứng, giúp tiên đốn nhiều
thơng số của phản ứng trước khi tiến hành thí nghiệm. Hơn thế nữa, cùng với


2
sự tiến bộ của công nghệ số trong thời đại ngày nay, máy tính và nhiều phần
mềm hỗ trợ tính tốn hóa học lượng tử ra đời như Gaussian, SIESTA, ….có
thể tính tốn một cách nhanh chóng những phép tính phức tạp, giúp cho việc
phát triển các phương pháp và phần mềm tính tốn hóa học lượng tử cho phép
nghiên cứu cấu trúc hệ nghiên cứu và khả năng phản ứng, từ đó dự đốn được

hướng phản ứng, điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu lí
thuyết bằng cách sử dụng các phần mềm tính tốn hóa học lượng tử hiện đại.
Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ trong nghiên cứu hạt vật liệu hấp phụ kim loại
nặng từ bùn đỏ và có thể tính tốn một cách nhanh chóng những phép tính phức
tạp các tham số về cấu trúc, về các loại năng lượng, bề mặt thế năng, cơ chế
phản ứng.
Trong luận án này, chúng tơi nghiên cứu tính chất và cơ chế hấp phụ một
số ion kim loại nặng trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ. Các kết quả nghiên cứu này
sẽ là cơ sở khoa học cho việc ứng dụng xử lý nước thải bị ơ nhiêm kim loại nặng
và góp phần vào quá trình nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm có khả năng hấp
phụ ion kim loại nặng từ những nguyên liệu phế thải, độc hại trong công nghiệp
khai thác và chế biến bauxite.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu hấp phụ mới từ phế thải bùn đỏ, trong công nghiệp
khai thác và chế biến bauxite. Nghiên cứu các tính chất và cơ chế hấp phụ ion
kim loại nặng Cd2+, Cu2+, Zn2+ và As(V) dạng HAsO42- trong nước thải bằng
các thí nghiệm thực tế kết hợp với lý thuyết tính tốn hiện đại.
3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Các ion kim loại nặng Cd2+, Cu2+, Zn2+ và As(V) trong môi trường nước.
- Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ bùn đỏ Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng, đá
ong Bình Yên, Hà Nội và phụ gia thủy tinh lỏng.


3
- Các phần mềm hỗ trợ tính tốn hóa học lượng tử hiện đại như
GaussView, SIESTA…
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng Cd2+, Cu2+, Zn2+
và As(V) trong môi trường nước trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc tỉnh

Lâm Đồng, đá ong Bình Yên, Hà Nội và phụ gia thủy tinh lỏng trong phạm vi
phịng thí nghiệm.
- Các nghiên cứu lý thuyết cơ chế hấp phụ các ion kim loại nặng nêu
trên và As(V) bằng phương pháp phiếm hàm mật độ.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Hạt vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế thải bùn đỏ trong công nghiệp khai
thác và chế biến bauxite hấp phụ khá tốt nhiều ion kim loại nặng như Cd2+,
Cu2+, Zn2+ và As(V) trong mơi trường nước.
- Nghiên cứu các tính chất hấp phụ, xác định các thông số đẳng nhiệt
hấp phụ của hạt vật liệu chế tạo từ hỗn hợp bùn đỏ làm rõ hơn các ảnh hưởng
của khối lượng hạt vật liệu hấp phụ, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của kim
loại nặng, ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ các kim loại nặng
và asen.
- Bước đầu xây dựng được mơ hình tâm hấp phụ Goethite, sử dụng các
chương trình tính tốn hóa học lượng tử hiện đại để nghiên cứu lý thuyết cơ
chế hấp phụ ion kim loại nặng trong dung dịch nước trên hạt vật liệu hấp phụ,
từ đó có thể dự đốn và lựa chọn chất hấp phụ hiệu quả.
- Các kết quả thu được của luận án là cơ sở khoa học cho việc tính
tốn, lựa chọn vật liệu chế tạo từ bùn đỏ vào việc xử lý các kim loại nặng
trong nước ở một số ngành công nghiệp.


4
4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Formatted: Font: Not Italic, Check spelling a
grammar, Not Expanded by / Condensed by

- Chế tạo ra được loại vật liệu hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng

Formatted: Check spelling and grammar, No
Expanded by / Condensed by

Cd2+, Cu2+, Zn2+ và As(V) trong môi trường nước, xử lý được một phần

Formatted: Font: Not Italic, Check spelling a
grammar, Not Expanded by / Condensed by

nguồn phế thải bùn đỏ trong công nghiệp khai thác và chế biến bauxite, đây là

Formatted: Check spelling and grammar, No
Expanded by / Condensed by

một bài toán cấp thiết trong hiện tại và tương lai khi Việt Nam đang là một
trung tâm sản xuất nhôm lớn trên thế giới.
- Hạt vật liệu hấp phụ khá tốt các ion kim loại nặng và có tính khả thi
cao khi áp dụng vào trong thực tế đối với các nguồn nước thải công nghiệp,
tạo ra một vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu xử lí mơi trường ngày càng
tăng, góp phần tích cực giảm thiểu ơ nhiễm kim loại nặng trong nước.
- Giải thích được cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng Cd2+, Cu2+, Zn2+ và
As(V) trong môi trường nước trên tâm geothite.
- Nội dung của luận án cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, hỗ trợ cho nhau
giữa lý thuyết tính tốn và thực nghiệm trong nghiên cứu cơ chế hấp phụ ion
kim loại nặng trong dung dịch nước trên hạt vật liệu hấp phụ.
5. Những đóng góp mới của luận án
- Nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ mới: Chuyển từ chất thải nguy
hiểm, gây hại cho môi trường (bùn đỏ) thành dạng vật liệu có ích (hấp phụ
kim loại nặng).
- Từ các kết quả nghiên cứu nhận được, loại vật liệu chế tạo từ bùn đỏ

là vật liệu đa tâm hấp phụ, có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng Cd2+,
Cu2+, Zn2+ và As(V) trong môi trường nước. Sự hấp phụ các ion kim loại nặng
trên vật liệu chế tạo từ bùn đỏ vừa tuân theo đẳng nhiệt Freundlich vừa tn theo
đẳng nhiệt Langmuir. Các giá trị tính tốn thực nghiệm Go< 0 và -H0= 5289 kJ/mol nên quá trình hấp phụ của vật liệu là hấp phụ hóa học.
- Xây dựng mơ hình Geothite bằng các phần mềm tính tốn hỗ trợ,
chọn mặt cắt FeOOH (101)-(1x1x31×1×3) để tính toán, các cấu trúc bền nhất

Formatted: Font: Not Italic, Check spelling a
grammar, Not Expanded by / Condensed by

Formatted: Check spelling and grammar, No
Expanded by / Condensed by

Formatted: Font: Not Italic, Check spelling a
grammar, Not Expanded by / Condensed by
Formatted: Font: Not Italic