Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò lám chất hấp phụ ion kim loại nặng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------o0o---------------

TRẦN THỊ THANH THÚY

NGHIÊN CỨU HOẠT HĨA VỎ SỊ
LÀM CHẤT HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG
Chun ngành: Cơng nghệ Hóa học
Mã số: 605275

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2011


 

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. MAI THANH PHONG
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGÔ THANH AN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. Hồ Chí Minh ngày 04 tháng 8 năm 2011

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. NGÔ MẠNH THẮNG.......... CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
2. TS. MAI THANH PHONG.................. ỦY VIÊN

3. TS. HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ ......... ỦY VIÊN
4. TS. NGÔ THANH AN......................... ỦY VIÊN
5. TS. NGUYỄN QUANG LONG........... ỦY VIÊN – THƯ KÝ

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KTHH


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
 

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

        

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
 

Họ và tên học viên: Trần Thị Thanh Thúy

MSHV: 09050124

Ngày, tháng, năm sinh : 18/12/1981

Nơi sinh : Tp. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành : Cơng nghệ hóa học

Mã số : 605275

 
I.

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HOẠT HĨA VỎ SỊ LÀM CHẤT HẤP PHỤ
ION KIM LOẠI NẶNG

II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-

Tổng quan: Nguồn gốc, thành phần vỏ sị, tác hại và một số phương pháp xử
lí ion kim loại nặng.

-

Khảo sát q trình hoạt hóa vỏ sò: Các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ, nồng độ
acid, tỷ lệ acid/vỏ sò ), đánh giá khả năng hấp phụ của sản phẩm.

-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ: pH, thời gian, nồng độ

ion ban đầu, khối lượng vỏ sị sử dụng.

-

Một số tính chất hóa lý của sản phẩm: Diện tích bề mặt riêng, cấu trúc
khoáng của sản phẩm.


-

Ứng dụng hấp phụ lên mẫu dung dịch chứa các ion kim loại pha sẵn trong
phịng thí nghiệm và trên mẫu nước thải của nhà máy sản xuất acquy.

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : tháng 7/2010

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 7/2011

V.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được HĐ Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

 
 
 
 

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)


 
Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

ABSTRACT
 

Heavy metals pollution was a serious problem to be solved not only Vietnam but
around the world. Many research methods to remove heavy metals such as
neutralization, flocculation, electrochemical, ion exchange, membrane technology
and biological methods were applied to solve this problem. However, the
disadvantages of those methods are high cost and release large amount of sludge
that is difficult to treat. Thus, there are great demands about low –cost, efficient,
friendly environment absorbents for the treatment of industrial wastewater. Bivalve
mollusk shells, such as crab, shrimp, scallop, oyster shells, can be considered as a
new biosorbent satisfying these conditions.
In this study, after scallop shells were washed to remove unclean portion, they
were pulverized and sieved through 250µm. Activated with acid during 90 minutes

to increase adsorption of heavy metal ions , then scallop shells has been used to
adsorb ion Pb2+, Zn2+ , Cu2+ and Cd2+ in solutions prepared in the laboratory and
samples of

the company’s wastewater. Results of the study show that the

adsorption efficiency for heavy metal ions at pH = 6 is: 99.93% (Pb2+); 99,76%
(Zn2+); 99,48% (Cu2+), 99,92% (Cd2+) and treatment result of samples from battery
factory was satisfy the TCVN 5945 – 2005 quality standard (type A).

 

Trang  1 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

TĨM TẮT
 

Ơ nhiễm kim loại nặng là một vấn đề nghiêm trọng được đặt ra giải quyết
không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới. Nhiều phương pháp được nghiên cứu
loại bỏ kim loại nặng như: phương pháp trung hịa, keo tụ, điện hóa, trao đổi ion, kỹ
thuật màng và phương pháp sinh học. Tuy nhiên, nhược điểm của các phương pháp
trên là giá thành cao nhưng xử lý kim loại nặng sẽ không hiệu quả với một lượng
chất thải lớn cũng như phải xử lý một lượng lớn bùn thải chứa kim loại sau khi
dùng các phương pháp trên. Xu hướng tìm phương pháp, vật liệu xử lý có giá thành
thấp, hiệu quả, dễ điều khiển và thân thiện với môi trường được quan tâm. Một
trong những vật liệu hấp phụ đáp ứng được những yêu cầu trên là vỏ các loài thủy
hải sản như: tơm, cua, nghêu, sị, hàu …

Trong nghiên cứu này, chúng tơi dùng vỏ sị đã được hoạt hóa bằng axit ở
điều kiện nồng độ axit hoạt hóa, thời gian hoạt hóa, tỷ lệ lỏng rắn của axit hoạt hóa.
Cho vỏ sị đã hoạt hóa ở điều kiện tốt nhất vào dung dịch Pb2+ 100 mg/l để khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bằng cách đánh giá hiệu suất hấp phụ
của vỏ sò đối với dun dịch Pb2+ 100 ppm. Áp dụng điều kiện hấp phụ tốt nhất trên
với dung dịch chứa ion Pb2+, Zn2+, Cu2+ và Cd2+ trong dung dịch giả lập ở PTN và
trên mẫu thải của nhà máy sản xuất acquy. Kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu
suất hấp phụ của vỏ sò với các ion tương ứng tại pH = 6 là: 99.93% (Pb2+); 99.76%
(Zn2+ ); 99.48% (Cu2+), 99.92% (Cd2+) và đối với mẫu nước thải thực <0.05mg/l
(Pb2+); đạt tiêu chuẩn nước thải loại A theo TCVN 5945 – 2005.

 
 

Trang  2 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

LỜI CẢM ƠN
 

Để có được kiến thức, tài liệu và điều kiện cho việc hoàn thành nhiệm vụ
Luận văn, đó là những đóng góp quý báu của những người Thầy, người Cô, các
đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Vì vậy, tơi xin gửi những lời cảm ơn chân thành
nhất đến những người đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn:
− Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ngô Văn Cờ, thầy Huỳnh Kỳ Phương Hạ người đã giúp đỡ, hướng dẫn và cung cấp cho em kiến thức để có thể hồn
thành Luận văn.
−

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cơ trong Bộ mơn Hóa vơ cơ và
các Thầy Cơ đang cơng tác tại Khoa Kỹ thuật Hóa học đã dạy dỗ, giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi cho em trong khi thực hiện Luận văn cũng như những
năm tháng theo học tại Trường.

− Con cảm ơn ba mẹ, mình cảm ơn các bạn đã bên cạnh và ln ủng hộ trong
thời gian qua.
Xin gửi đến những người đã giúp đỡ tôi trong cuốn luận văn này lời chúc sức khỏe,
thành công, hạnh phúc.
Xin chân thành cảm ơn./.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 7 năm 2011
Học viên
Trần Thị Thanh Thúy

 
 

Trang  3 


 
Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

MỤC LỤC 
ABSTRACT............................................................................................................... 1 
TÓM TẮT .................................................................................................................. 2 
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 3 
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................. 8 
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 9 

LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 11 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................... 14 
1.1.  TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC......................... 14 
1.1.1  Tình hình nghiên cứu ở nước ngồi ................................................. 14 
1.1.2  Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................... 15 
1.2.  TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY HẢI SẢN & SƠ LUỢC VỀ VỎ SỊ .... 16 
1.2.1.  Tình hình phát triển thủy hải sản...................................................... 16 
1.2.2.  Sơ lược về vỏ sò ............................................................................... 17 
1.2.2.1 Nguồn gốc............................................................................................ 17 
1.2.2.2 Thành phần .......................................................................................... 18 
1.3.  HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI & TÁC HẠI.... 19 
1.3.1.  Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải các KCN, KCX............. 19 
1.3.2.  Tác hại của kim loại nặng................................................................. 23 
1.3.2.1 Tác hại của Arsen trong nước thải ....................................................... 23 
1.3.2.2 Tác hại của Chì trong nước thải ........................................................... 24 
1.3.2.3 Tác hại của Đồng trong nước thải........................................................ 25 
1.3.2.4 Tác hại của Kẽm trong nước thải ......................................................... 25 
1.3.2.5 Tác hại của Thủy ngân trong nước thải................................................ 26 
1.3.2.6 Tác hại của Sắt trong nước thải............................................................ 26 
1.3.2.7 Tác hại của Mangan trong nước thải.................................................... 27 
 
 

Trang  4 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
1.4.  MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI KIM LOẠI NẶNG........ 27 
1.4.1.  Phương pháp kết tủa hóa học: .......................................................... 27 
1.4.1.1  Nguyên tắc: ........................................................................................ 27 

1.4.1.2  Ưu và nhược điểm của phương pháp:................................................. 27 
1.4.2.  Phương pháp lọc thẩm thấu ngược (RO) và siêu lọc: ...................... 28 
1.4.2.1  Nguyên tắc: ........................................................................................ 28 
1.4.2.2  Ưu và nhược điểm của phương pháp:................................................. 28 
1.4.3.  Phương pháp trao đổi ion: ................................................................ 28 
1.4.3.1  Nguyên tắc: ........................................................................................ 29 
1.4.3.2  Ưu và nhược điểm của phương pháp.................................................. 30 
1.4.4.  Phương pháp sinh học: ..................................................................... 30 
1.4.4.1  Nguyên tắc: ........................................................................................ 30 
1.4.4.2  Ưu và nhược điểm:............................................................................. 30 
1.4.5.  Phương pháp hấp phụ:...................................................................... 31 
1.4.5.1  Nguyên tắc: ........................................................................................ 31 
1.4.5.2  Ưu và nhược điểm:............................................................................. 31 
1.5.  LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ........................................................ 31 
1.5.1.  Khái niệm ......................................................................................... 31 
1.5.1.1  Hấp phụ vật lý: ................................................................................... 32 
1.5.1.2  Hấp phụ hóa học................................................................................. 33 
1.5.2.  Phân loại hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ................................... 34 
1.5.3.  Chất hấp phụ..................................................................................... 36 
1.5.3.1  Các chất hấp phụ cần đạt các yêu cầu cơ bản: .................................... 36 
1.5.3.2  Cân bằng hấp phụ và cơ chế hấp phụ ................................................. 37 
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU & THIẾT BỊ DỤNG CỤ SỬ DỤNG .................... 40 
2.1 

NGUYÊN LIỆU............................................................................................. 40 
2.1.1 
2.1.2 
2.1.3 
2.1.4 
2.1.5 

2.1.6 

 
 

Vỏ sò................................................................................................. 40 
Axit Sulfuric ..................................................................................... 40 
Axit Clohydric.................................................................................. 41 
Axit Citric......................................................................................... 41 
Sắt sunfat: ......................................................................................... 41 
Chì Nitrat:......................................................................................... 41 
Trang  5 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
2.2 

AN TỒN HĨA CHẤT - MSDS ( Material Safety Data Sheet )................ 42 
2.2.1 
2.2.2 
2.2.3 
2.2.4 

2.3 

Axit sulfuric H2SO4 .......................................................................... 42 
Chì nitrat Pb(NO3)2 .......................................................................... 42 
Axit clohydric HCl ........................................................................... 42 
Biện pháp phòng tránh và sơ cứu ..................................................... 43 

THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ............................................................................. 43 
2.3.1  Thiết bị ............................................................................................. 43 
2.3.2  Dụng cụ ............................................................................................ 44 
2.3.3  Hình ảnh thiết bị chính: .................................................................... 44 

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 47 
3.1 

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.......................................................................... 48 

3.2 

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: ................................................................ 48 

3.3 

KẾT QUẢ MONG ĐỢI:................................................................................ 49 

3.4 

QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ......................................................................... 50 

3.5 

THUYẾT MINH QUY TRÌNH ..................................................................... 51 

3.6 

MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CHO Q TRÌNH HOẠT HĨA ....................... 51 
3.6.1  Phương pháp quang phổ hấp thu UV – Vis...................................... 54 

3.6.2  Phương pháp Phương pháp xác định bề mặt riêng BET .................. 55 

3.7 

MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CHO Q TRÌNH HẤP PHỤ........................... 56 

3.8 

PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ (AAS) ..................... 59 

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM............................................................ 63 
4.1 

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HOẠT HĨA....................................................... 63 
4.1.1 
4.1.2 
4.1.3 
4.1.4 
4.1.5 

 
 

Lập dãy nồng độ sắt chuẩn ............................................................... 63 
Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân axit, nồng độ............................... 64 
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến hiệu suất: .............. 68 
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn............................................. 70 
So sánh vỏ sị chưa hoạt hóa và đã hoạt hóa bằng axit .................... 72 
Trang  6 

Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
4.1.5.1 
4.1.5.2 
4.1.5.3 
4.1.5.4 
4.2 

KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ........................................ 76 
4.2.1 
4.2.2 
4.2.3 
4.2.4 

4.3 

Kết quả đo bề mặt riêng và độ xốp của vỏ sò ..................................... 72 
Kết quả đo SEM ................................................................................. 73 
Kết quả đo XRD................................................................................. 74 
Kết quả hấp phụ trên dung dịch chứa ion Pb2+ ................................... 75 

Khảo sát lượng chất hấp phụ ............................................................ 76 
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ......................... 78 
Khảo sát thời gian hấp phụ............................................................... 81 
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion ban đầu ................................. 82 

ÁP DỤNG ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ ĐÃ KHẢO SÁT VÀO DUNG DỊCH

CHỨA ION KIM LOẠI KHÁC NHAU TRÊN MẪU PHA SẴN TẠI PTN &
TRÊN NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT ACQUY........................................ 84 

4.3.1  Mẫu pha sẵn trong phịng thí nghiệm............................................... 84 
4.3.2  Mẫu nước thải của nhà máy sản xuất acquy..................................... 85 
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ.............................................................. 87 
5.1 

KẾT LUẬN:................................................................................................... 87 

5.2 

KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 88 

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 89 
PHỤ LỤC................................................................................................................. 92 

 
 

Trang  7 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần thuộc tính và tỉ lệ % CaCO3 các loại sị
Bảng 1.2: Đặc tính nước thải của KCN ở Tp.HCM, 2007
Bảng 1.3: Đặc tính nước thải của KCN ở Tp.HCM, 2008
Bảng 1.4: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Bảng 4.1: Bảng số liệu xây dựng đường chuẩn Fe3+
Bảng 4.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của axit HCl
Bảng 4.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của axit H2SO4

Bảng 4.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của axit citric
Bảng 4.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian  
Bảng 4.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn
Bảng 4.7: Kết quả so sánh diện tích bề mặt riêng và độ xốp
Bảng 4.8: Kết quả so sánh hiệu suất hấp phụ giữa vỏ sị hoạt hóa & vỏ sị chưa hoạt hóa
Bảng 4.9: Kết quả khảo sát lượng chất hấp phụ
Bảng 4.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình hấp phụ
Bảng 4.11: Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ
Bảng 4.12: Kết quả khảo sát nồng độ ion Pb2+ ban đầu
Bảng 4.13: Kết quả tính tốn cho mơ hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và
Feundlich
Bảng 4.14: Kết quả hấp phụ trên các ion kim loại khác nhau
Bảng 4.15: Kết quả hấp phụ trên dung dịch nước thải nhà máy sản xuất acquy

 
 

Trang  8 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vỏ các lồi “hai mảnh vỏ”
Hình 1.2 : Cơ chế quá trình trao đổi ion
Hình 2.1: Hình ảnh vỏ sị trước và sau khi xử lý sơ bộ.      
Hình 2.2: Máy đo UV – Vis
Hình 2.3: Máy khuấy từ gia nhiệt dùng để hoạt hóa vỏ sị
Hình 2.4: Tủ sấy dùng trong q trình hoạt hóa
Hình 2.5: Thiết bị lọc ly tâm dùng trong quá trình hấp phụ

Hình 2.6: Thiết bị đo AAS dùng trong q trình hấp phụ
Hình 3.1: Quy trình thí nghiệm
Hình 3.2: Sơ đồ thí nghiệm q trình hoạt hóa
Hình 3.3: Sơ đồ thí nghiệm q trình hấp phụ
Hình 3.4: Khối mơ tả thiết bị đo phổ
Hình 3.5: Sơ đồ ngun tắc cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
Hình 4.1: Dãy chuẩn của nồng độ Fe (III)
Hình 4.2 : Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Fe (III) theo nồng độ của axit HCl
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Fe (III) theo nồng độ axit H2SO4
Hình 4.4 : Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Fe (III) theo nồng độ của axit citric.
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Fe (III) theo thời gian.
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ Fe (III) theo thể tích axit
Hình 4.7: Kết quả đo SEM của vỏ sò chưa hoạt hóa bằng axit HCl
 
 
 

Trang  9 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
Hình 4.8: Kết quả đo SEM của vỏ sị hoạt hóa bằng axit HCl
Hình 4.9 : Kết quả đo XRD của vỏ sị trước khi hoạt hóa axit HCl
Hình .4.10 : Kết quả đo XRD của vỏ sị trước khi hoạt hóa axit HCl
Hình 4.11: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ theo khối lượng vỏ sò đã hoạt hóa
Hình 4.12: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ theo pH
Hình 4.13: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ của vỏ sị hoạt hóa theo thời gian
Hình 4.14: Đồ thị biểu diễn Phương trình Langmuir khi dùng vỏ sị đã hoạt hóa hấp
phụ ion Pb2+
Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn Phương trình Reundlich khi dùng vỏ sị đã hoạt hóa

hấp phụ ion Pb2+

 
 

Trang  10 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đồng nghĩa với việc
tiếp tục phát triển các khu đô thị, khu công nghiệp, khu kinh tế, khu chế xuất, khu
công nghệ cao, các cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ …. Điều này làm cho nguồn
gây ô nhiễm môi trường gia tăng mạnh trong thời gian tới. Trong khi kế hoạch xử lý
triệt để các cơ sở gây ô nhiễm chưa đạt được kết quả mong muốn, số lượng các cơ
sở hiện đang gây ô nhiễm môi trường không giảm được nhiều thì việc xuất hiện tiếp
các nguồn gây ơ nhiễm mơi trường mới sẽ tạo nên sức ép rất lớn lên khả năng chịu
tải ơ nhiễm của mơi trường. Ngồi ra, việc thiếu vắng công nghệ xử lý và năng lực
quản lý đang là thách thức lớn đối với công tác bảo vệ môi trường hiện nay và trong
tương lai.
Hàng năm ước tính có khoảng 2 tỷ mét khối nước thải ra mơi trường, trong
đó nước thải sinh hoạt chiếm hơn 60%, nước thải công nghiệp chiếm hơn 30%. Dự
báo đến năm 2020, lượng nước thải ra môi trường lên đến gần chục tỷ mét
khối/năm. Tỷ lệ nước thải sản xuất được xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường cũng rất
thấp, không quá con số 20%. Lượng nước thải công nghiệp từ các ngành y tế, điện
tử, công nghiệp mạ và các ngành công nghiệp thuộc da … đang gia tăng mạnh về
khối lượng và mức độ nguy hại.
Trong đó, ơ nhiễm kim loại nặng là một vấn đề nghiêm trọng được đặt ra
giải quyết không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới. Nhiều phương pháp được

nghiên cứu để thu hồi và loại bỏ kim loại nặng đã được phát triển như: phương
pháp trung hịa, keo tụ, điện hóa, trao đổi ion, siêu lọc và phương pháp sinh học….
Tuy nhiên, nhược điểm của các phương pháp trên là giá thành cao, nhiều yếu tố tác
động làm cho việc xử lý kim loại nặng không hiệu quả với một lượng chất thải lớn
cũng như phải xử lý một lượng lớn bùn thải chứa kim loại sau khi dùng. Xu hướng
tìm ra phương pháp, vật liệu xử lý có giá thành thấp, hiệu quả, dễ điều khiển và
thân thiện với môi trường được quan tâm nhiều. Một trong những vật liệu hấp phụ
 
 

Trang  11 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
đáp ứng được yêu cầu trên là vỏ các lồi thủy hải sản như: tơm, cua, nghêu, sị,
hàu .... Từ đó, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị
để làm chất hấp phụ ion kim loại nặng ” với những mục tiêu sau:
™

Về mặt lý luận:
Góp phần nghiên cứu để khẳng định vỏ sị có khả năng được sử dụng (sau khi xử

lý và hoạt hóa) làm chất hấp phụ để loại bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải
công nghiệp (và cả nước ngầm) phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Mặt
khác, bã thải sau khi hấp phụ không cần tái sinh hay xử lý thải bỏ mà có thể sử
dụng làm các sản phẩm khác như bê tông nhẹ nhằm tận dụng tối đa nguồn vỏ sị
cũng như giảm thiểu chi phí xử lý.
™

Về mặt thực tiễn:

Áp dụng các điều kiện đã khảo sát của vật liệu hấp phụ để hấp phụ kim loại

nặng. Giảm thiểu tối đa hàm lượng kim loại nặng thải ra môi trường cũng như
không để lại nhiều bùn thải chứa kim loại nặng sau khi hấp phụ.
-

Mục tiêu tổng qt: hoạt hóa vỏ sị để hấp phụ kim loại nặng.

-

Mục tiêu cụ thể:
9

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hoạt hóa như tác
nhân hoạt hóa (chọn tác nhân hoạt hóa là axit), thời gian, nhiệt độ,
tỉ lệ lỏng rắn… và tối ưu các thông số này.

9

Thử tính hấp phụ của vỏ sị đã hoạt hóa với kim loại chì, (các yếu
tố ảnh ưởng như: pH, nồng độ kim loại, thời gian hấp phụ, tỷ lệ
của nồng độ ion kim loại và khối lượng vỏ sò dùng.

9

Hấp phụ trên mẫu chứa dung ion khác nhau pha sẵn trong phịng
thí nghiệm và mẫu nước thải sản xuất acquy của vỏ sị hoạt hóa.

 
 

Trang  12 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

 
 

Trang  13 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
− Năm 2008, Sung Ho Yeon và các cộng sự đã sử dụng vỏ sò để làm chất hấp
phụ loại bỏ phosphate và đã chứng minh được rằng vỏ sò sau khi hoạt hóa bằng
HCl, NaOH, NH4HCO3 có khả năng hấp phụ cao. [8]
− Năm 2009, Yao Xing Liu và các cộng sự cho rằng vỏ hàu có khả năng hấp phụ
phosphat có hiệu suất cao là do sự kết tủa của Ca3(PO4)2 (thành phần của vỏ hàu
có khoảng 96% là CaCO3).[9]
− Năm 2009, Yang Liu và các cộng sự sử dụng các vỏ của loài hai mảnh vỏ được
hoạt hóa bằng axit để hấp phụ kim loại Cu, Fe, Zn, Cd. Khi chưa được hoạt hóa
thì khả năng hấp phụ kim loại đồng của nó chỉ đạt 38.93mg/g, sau khi hoạt hóa
tăng lên 138.95mg/g, hiệu suất đạt được 95.51%, đối với sắt (99,98%), kẽm

(99.43%) và cadimi (92.13%). Ngoài ra, khi chưa hoạt hóa thì tại pH = 5 thì
khả năng hấp phụ cao, sau khi hoạt hóa pH có thể khơng ảnh hưởng đáng kể có
thể tiến hành thí nghiệm từ pH = 1 – 5. Theo tác giả, cơ chế hấp phụ theo
phương pháp trao đổi ion với Ca2+, đặc biệt sau khi đo phổ hồng ngoại thấy xuất
hiện các nhóm (OH, NH, C=O và S=O) tích điện âm, cũng như làm cho cấu
trúc của vỏ xốp nên có khả năng hấp phụ kim loại tốt hơn. [19]
− Năm 2007, Kedar Nath Ghimire và các cộng sự dùng vỏ sị để hấp phụ kim loại
nặng.[10]
− Theo tạp chí SJWP của Mỹ, cho rằng vỏ nghêu có khả năng hấp phụ được 70%
Arsen.[18]
− Ngoài ra, nhiều báo cáo cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa là
tác nhân hoạt hóa nhưng chưa có nhiều khảo sát về những điều kiện ảnh hưởng
đến quá trình hoạt hóa.
 
 

Trang  14 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
− Đối với quá trình hấp phụ thì các yếu tố cần khảo sát là pH (1-5), nồng độ ion
kim loại (100mg/l đến 1400mg/l), thời gian (15phút đến 90 phút), tỉ lệ giữa chất
bị hấp phụ và chất hấp phụ (0.1g/100ml đến 1g/100ml). Tuy nhiên, cũng có báo
cáo xét đến việc ảnh hưởng qua lại của các kim loại trong dung dịch khi cho hấp
phụ cùng lúc.[11], [12], [14], [17]
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
− Trong nước, năm 2007 nhóm các nhà khoa học : Lê Thanh Hưng; Phạm Thành
Quân; Lê Minh Tâm; Nguyễn Xuân Thơm của Trường Đại học bách khoa –
ĐHQG Tp.HCM và Viện cơng nghệ hóa học Tp.HCM đã tiến hành cơng trình
“Nghiên cứu khả năng xử lý Ni2+ và Cd2+ bằng phương pháp hấp phụ và trao đổi

ion của xơ dừa và vỏ trấu” trên cơ sở áp dụng phương pháp ester hóa cellulose
bằng acid citric. Kết quả khảo sát cho thấy hai loại phụ phẩm nông nghiệp là xơ
dừa và trấu có khả năng hấp phụ và trao đổi ion Ni2+ và Cd2+ với hiệu suất khá
cao (50-60% đối với sơ dừa và 40-45% đối với trấu). Việc hoạt hóa xơ dừa và
trấu bằng acid citric có tác dụng nâng cao rõ rệt hiệu suất xử lý ion Ni2+ và Cd2+
(80-90% đối với sơ dừa biến tính và 70-75% đối với trấu biến tính). Hiệu suất
này khơng thay đổi nhiều khi thay đổi nồng độ ion kim loại trong dung dịch.
[21]
− Năm 2009 nhóm của thầy Phạm Thành Quân đã biến tính mùn cưa cây tràm
bơng vàng bằng acid citric để xử lý nước thải ngành xi mạ. Kết quả cho thấy
khả năng xử lý của vật liệu (không được hoạt hóa) với các ion Ni2+, Cr3+ và Cu2+
cho hiệu suất vào khoảng 9-24%. Tuy nhiên sau khi được hoạt hóa, hiệu suất
này được cải thiện đáng kể vào khoảng 39,0-49,2%.[22]
− Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Lê Đức, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị
Thanh Thúy, dùng zeolite và vỏ cua, tôm để xử lý kim loại nặng.[20]

 
 

Trang  15 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
− Huỳnh Kỳ Phương Hạ và nhóm cộng sự Khoa Hóa, ĐH Bách Khoa TP. HCM
đang tiến hành xử lý hoạt hóa bùn đỏ từ quy trình Bayer của quặng bauxite và
mỏ bentonite Bình Thuận và Lâm Đồng để hấp phụ Arsen.
− Hệ thống tách kim loại nặng ra khỏi nước bằng đá ong của tác giả Đặng Đức
Truyền, ĐH Quốc gia Hà Nội, vừa được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế.
− Bùi Quang Cư và cộng sự tại Viện Cơng nghệ Hóa học, Viện Khoa học tự nhiên
và Công nghệ Việt Nam, đã hoàn thành bước đầu trong nghiên cứu ứng dụng

quặng pyrolusite để loại bỏ arsen trong nước.
− Nguyễn Trung Minh và cộng sự đã sử dụng thành phần có ích của bùn đỏ để tạo
ra một loại vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước
thải, thân thiện với mơi trường.
1.2.

TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY HẢI SẢN & SƠ LUỢC VỀ VỎ SỊ

1.2.1. Tình hình phát triển thủy hải sản
Tổ chức Lương thực thế giới (FAO) dự báo tiêu thụ thuỷ sản tính theo đầu
người trên tồn cầu sẽ tăng bình qn 0,8% trong giai đoạn từ nay đến
năm 2015. Năm 2010, trung bình mỗi người sẽ tiêu thụ 18,4 kg thủy sản mỗi năm
và 19,1 kg vào năm 2015, so với 16,1 kg năm 1999/2000. Vì vậy, dự báo của FAO,
tổng sản lượng thuỷ sản của thế giới trong năm 2010 là 159 triệu tấn và 172 triệu
tấn vào năm 2015 với tốc độ tăng trưởng bình quân 1,6%/năm giai đoạn 2010 2015, chủ yếu nhờ tăng sản lượng thuỷ sản nuôi. Trong 43 triệu tấn sản lượng dự
kiến sẽ tăng từ năm 1999/2000 đến 2015, ước tính 73% sản lượng gia tăng sẽ là
thuỷ sản nuôi.
Thực trạng ngành thủy sản Việt Nam khởi đầu từ một nền sản xuất phụ thuộc
nông nghiệp, chủ yếu là tự cung tự cấp phục vụ nhu cầu trong nước, mãi cho đến
những năm 1990 thị trường xuất khẩu thủy sản Việt nam vẫn chỉ quanh quẩn trong
khu vực Đông Âu. Nhưng giờ đây, ngành thủy sản vươn mình đứng dậy và trở
thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, tốc độ tăng trưởng
 
 

Trang  16 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
cao với tổng sản phẩm hiện chiếm 21% trong nơng lâm – ngư nghiệp. Có tỷ trọng

trong GDP ngày càng lớn và chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân
với hơn 4% GDP. Hàng thủy sản Việt Nam ngày càng chiếm vị trí cao trên thị
trường quốc tế và được coi là một trong những nước có tốc độ tăng trưởng thủy sản
nhanh nhất. Hiện cả nước có trên 700 nhà máy chế biến thủy sản quy mô công
nghiệp. Mặt hàng thủy sản của Việt Nam cũng đã và đang có mặt ở nhiều quốc gia
và nhiều vùng lãnh thổ trên thế giới, với tốc độ tăng trưởng trung bình trong giai
đoạn1998-2008 đạt 18%/năm. Trong năm 2010, theo ước tính của Bộ Nơng nghiệp
và Phát triển nông thôn, kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam sẽ tăng
khoảng 7,1% so với năm 2009 và đạt khoảng 4,5 tỷ USD.
Tuy nhiên cùng với việc phát triển các sản phẩm cung cấp cho thị trường thì
quá trình sản xuất và chế biến cũng làm ảnh hưởng đến môi trường. Ngành chế
biến thủy hải sản luôn sản xuất ra một lượng chất thải rắn rất lớn từ vỏ tơm, cua, sị
và các phần thải của vi, mang cá…Các chất thải rắn trong quá trình sản xuất tồn tại
dưới dạng các vụn thừa, đuôi, xương, vảy, đầu, vi và mang cá, vỏ cua tôm, ghẹ …
được tận dụng để chế biến các loại thức ăn gia súc. Nhưng thực tế vẫn cịn sót lại và
trơi theo dòng thải, đặc biệt là vỏ nghêu, sò thải ra một lượng rất lớn mà chưa có kế
hoạch hay cách xử lý lượng chất thải rắn này hiệu quả và hợp lý. Nếu tận dụng
được nguồn nguyên liệu này làm chất hấp phụ thì ngồi việc giải quyết về vấn đề
mơi trường nó cịn là nguồn ngun liệu ổn định, rẻ tiền và thân thiện với môi
trường.
1.2.2. Sơ lược về vỏ sò
1.2.2.1 Nguồn gốc
Vỏ sò được lấy từ các phế phẩm dư thừa trong quá trình chế biến thủy hải sản,
ngồi ra chúng cịn được tìm thấy ở các bờ biển, hay trong lịng đại dương, các lồi
thủy sinh trong cả mơi trường nước ngọt hoặc nước mặn. Vì vậy, vỏ sị nếu khơng
tái sử dụng thì là nguồn thải rắn rất lớn có thể gây ơ nhiễm đến mơi trường.
 
 

Trang  17 

Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
1.2.2.2 Thành phần
Nhiều nghiên cứu cho rằng:
− Ở trạng thái tự nhiên vỏ sò chứa nhiều vật liệu hữu cơ tương tự xương và
răng của động vật như protein, glycoprotein, polysaccharides, lipids…với
hàm lượng vi lượng hợp thành bề mặt của vỏ sị. Những thành phần này có
tính hòa tan tốt và chiếm 50% thành phần hữu cơ được cấu thành.
− Vật liệu hữu cơ hòa tan và can xi đóng vai trị quan trọng trong việc tạo
thành lớp bề mặt. Canxi cacbonat là thành phần cơ bản của vỏ sị, được thể
hiện ở dạng khóang chất canxi và aragonite.
−

 
 

 

Hình 1.1: Vỏ các lồi “hai mảnh vỏ” [10]

Bảng 1.1: Thành phần thuộc tính và tỉ lệ % CaCO3 các loại sị [10]

Vật liệu

 
 

Diện tích

Tỷ trọng

Diện tích bề mặt

bề mặt

rắn

riêng phần

(m2/g)

(g/cm3)

(m2/cm3)

Độ xốp

CaCO3

%

%

Trang  18 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

Sị

2.575

2.84

7.312

5.84

92.43

3.326

2.62

8.714

4.73

92.78

9.581

2.00

19.162

26.3

57.34

0.408

2.83

1.153

~0

NA

0.292

2.71

0.792

~0

NA

0.56

2.68-2.76

1.501-1.546

~0

94.75

1.41

1.42

2.003

-

-

(shell)
Hào
(oyster)
Tơm
(lobster)
Khống
Aragonite
Canxi
(calcite)
á vơi
(limestone)
Chitosan

1.3.

HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI & TÁC HẠI

1.3.1. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải các KCN, KCX
Trong năm 2007, Chi cục Bảo vệ Môi trường đã đánh giá mức độ ô nhiễm

của 32 cống xả trước khi thải vào nguồn nước và khu vực xung quanh các KCN.
Chi cục đã thực hiện lấy mẫu với tần xuất hai tháng một lần từ tháng 01/2007 đến
tháng 11/2007, lấy trực tiếp tại các ống xả và tại các kênh rạch là nơi tiếp nhận
nước thải từ các KCN và KCX. Năm 2008, các số liệu được tổng hợp từ các báo
cáo giám sát chất lượng môi trường của các KCN, KCX trong năm 2008. Kết quả
 
 

Trang  19 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng
phân tích chất lượng nước thải của 13 KCN, KCX tại Tp. HCM trong năm 2007 và
2008 được thể hiện trong bảng 1.2 và bảng 1.3 như sau:

Bảng 1.2: Đặc tính nước thải của KCN ở Tp.HCM, 2007 [Nguồn: HEPA, 2007[X]
TT
1

KCN/KCX
Tây Bắc Củ Chi

pH

Fe(mg/L)

Pb(µg/L)

Cd(µg/L)

Hg(mg/L)

6,62-7,40

1,62-3,60

0-2,46

0,0158-1

<0,0002<0,002

2

Tân Thới Hiệp

6,21-7,36

1,23-1,55

0,004-2,93

0,0002-

<0,0002-0,001

0,12
3

Lê Minh Xuân

5,13-7,40

1,09

4,83

0,069-0,4

<0,0002-0,001

4

Tân Tạo

6,61-7,45

1,49-4,05

0,64-3

0,006-0,03

<0,0002-0,001

5

Vĩnh Lộc

6,42-8,13

1,78-43,13

1,00-8,22

0,092-0,7

<0,0002-0,002

6

Tân Bình

6,65-7,68

0,34-4,14

0,26-4

0,006-

<0,0002-0,001

0,123

 
 

7

Tân Phú Trung

3,95-6,80

0,22-4,82

0,61-4,31

0,006-0,3

<0,0002-0,001

8

Tân Thuận

6,20-11,35

0,58-9,99

0,3-11,52

0,04-0,8

0,0006-0,01

9

Linh Trung 1

6,45-6,98

0,48-1,52

0,2-4,2

0,018-0,8

0,0011-0,001

Trang  20 


Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sị làm chất hấp phụ ion kim loại nặng

10

Linh Trung 2

6,27-7,10

0,15-8

0,3-3,79

0,052-0,3

0,0013-0,001

11

Hiệp Phước

6,90-7,07

0,64-6,16

0,33-6,43

0,049-

0,0004-0,0013

0,616
12

Cát Lái

5,77-6,39

0,57-5,41

0-3,07

0,04-0,3

<0,001-<0,0015

13

Bình Chiểu

6,22-7,96

2,86-10,12

0-5,01

0,059-0,2

<0,001-0,0013

TCVN 5945-2005/Loại A

6,0-9,0

1

0,1

0,005

0,005

TCVN 5945-2005/Loại B

5,5-9,0

5

0,5

0,01

0,01

Ghi chú: Số liệu là giá trị nồng độ lớn nhất và nhỏ nhất được ghi nhận qua thời
gian lấy mẫu trong năm 2007 với tần suất 2 tháng/lần.
Bảng 1.3: Đặc tính nước thải của KCN ở Tp.HCM, 2008
[Nguồn: Tổng hợp báo cáo giám sát chất lượng môi trường các KCN, KCX năm 2008].

TT

 
 

KCN/KCX

pH

Fe(mg/L)

Pb(µg/L)

Cd(µg/L)

Hg(mg/L)

1

Tây Bắc Củ Chi

6,4

0,18

0,146

KPH

-

2

Tân Thới Hiệp

6,82

-

-

-

-

3

Lê Minh Xuân

7,42

2,63

-

-

-

4

Tân Tạo

7,38

2,32

KPH

KPH

KPH

5

Vĩnh Lộc(*)

7,16

-

0,08

-

-

6

Tân Bình

7,1

0,01

0,09

<0,001

0,02

7

Tân Phú Trung(*)

7,25

-

<0,001

<0,001

-

8

Tân Thuận

6,8

1,82

KPH

KPH

KPH

9

Linh Trung 1

6,0

KPH

-

-

Trang  21