Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích
quang học để đánh giá khả năng hấp phụ Cr(VI)
và Cr(III) của vỏ trấu biến tính Nguyễn Bá Tuấn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS chuyên ngành: Ha phân tích; Mã số: 60 44 29
Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Xuân Trung
Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Giới thiệu về Crom; Các phương pháp tách loại crom khỏi nước thải; Một số
vật liệu hấp phụ làm từ phụ phẩm của nông nghiệp. Tiến hành thực nghiệm: Khảo sát các
yếu tố pH, thời gian và dung lượng hấp phụ; Nghiên cứu khả năng hấp phụ theo phương
pháp động. Kết quả: xác định được Các điều kiện tối ưu xác định Crom bằng phép đo F-
AAS; Đã khảo sát khả năng hấp phụ Cr của vật liệu ở điều kiện tĩnh đối với vỏ trấu biến
tính; Đã khảo sát khả năng hấp phụ Cr của vật liệu ở điều kiện động đối với vỏ trấu biến
tính, Áp dụng thử nghiệm xử lý một vài mẫu nước thải của nhà máy Yamaha motor –
Đông Anh-Hà Nội.

Keywords: Phân tích quang học; Khả năng hấp phụ; Hóa phân tích; Vỏ trấu biến tính Content
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người
được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước càng
xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Các nguồn gây ô nhiễm của nước là do chính các hoạt động

còn c ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia
đã xác định mục tiêu đến năm 2020 là “ Hình thành và phát triển nghành công nghiệp tái chế
chất thải” . Nghiên cứu xử lý các kim loại nặng bằng các vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân
thiện với môi trường được chế tạo từ các chất thải nông nghiệp là vấn đề được nhiều tác giả
trong nước và trên thế giới nghiên cứu.
Phương pháp cổ điển để xử lý kim loại nặng là kết tủa chúng dưới ở pH thích hợp .
Nhưng phương pháp này tạo ra một lượng lớn các chất bùn thải gây lắng đọng, ách tắc các hệ
thống thoát nước cần phải xử lý tiếp theo. Vì vậy, đây không phải là phương pháp lâu dài để xử
lý các kim loại nặng. Các phương pháp hiện xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng như phương
pháp thẩm thấu ngược, điện thẩm tách…là các phương pháp c giá thành cao bất lợi về kinh tế.
Ngày nay, các vật liệu hấp phụ làm từ phụ phẩm nông nghiệp có nhiều ưu điểm so với
các chất hấp thụ khác và các phương pháp khác:
- Giá thành rẻ tiền, dễ kiếm như: mùn cưa, vỏ tôm, cua, bã mía, xơ dừa, vỏ trấu, vỏ lạc…
- Khả năng hấp phụ các kim loại nặng cao, có khả năng tái sử dụng. Không để lại sản
phẩm phụ có hại cho môi trường.
- Có thể ứng dụng vào thực tiễn. Bởi vì trong công nghệ tính đơn giản, ổn định, giá thành
và hiệu quả là quan trọng hơn cả.
Cùng với những ưu điểm trên, cho tới nay rất nhiều tác giả đã công bố các công trình
nghiên cứu của mình về các vật liệu hấp phụ làm từ phụ phẩm nông nghiệp .
1.2. Chitin và Chitosan
Chitin là một polisacarit có có sẵn trong tự nhiên, đứng hàng thứ hai sau Cellulose chúng
có trong hầu hết vỏ động vật giáp xác như tôm, mai cua, mai mực, màng tế bào hệ nấm
Eumgceter, các sinh khối nấm mốc, tảo …vv. Chitin cũng là sản phẩm phế thải của nghành công
nghiệp chế biến thuỷ sản.
Chitosan là sản phẩm deaxetyl hoá của chitin trong môi trường kiềm. Chitin, chitosan và
các dẫn xuất của chúng c các tính chất như kháng nấm, kháng khuẩn, không độc, không gây dị
ứng, c thể tự phân huỷ sinh học và chúng c khả năng hấp phụ kim loại nặng.
C rất nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng Chitosan cho quá trình xử lý nước thải của
nghành công nghiệp dệt nhuộm, mạ điện, thuộc da vv
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(III) và Cr(VI) trên vật liệu chitosan biến tính của tác

2+
,Zn
2+
lần lượt 70,922 mg/g, 48,544mg/g, 49,505
mg/g và 64,935 mg/g.
1.4. Lõi ngô.
Nhm nghiên cứu ở trường Đại học North Carolina (Hoa Kì) đã tiến hành nghiên cứu và
đề suất xử lý lõi ngô bằng dung dịch NaOH và H
3
PO
4
để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng.
Hiệu quả xử lý của vật liệu hấp phụ tương đối cao, dung lượng hấp phụ cực đại của kim loại Cu
và Cd lần lượt là 0,39mmol/g và 0,62 mmol/g.
Lõi ngô khi được oxi ha bằng axit nitric cũng được Abdel-Nasser. A. El-hendawy chứng
minh là một vật liệu c khả năng hấp phụ các kim loại nặng. Các phương pháp nghiên cứu như phổ
hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét đã cho thấy rằng trên bề mặt vật liệu sau khi xử lý bằng
phương pháp này c chứa những nhm chức như: Cacboxyl, phenyl, hidroxyl nên c khả năng hấp
phụ các kim loại tốt.
1.5. Vỏ lạc.
Lạc là cây công nghiệp ngắn ngày, được phát hiện và gieo trồng từ khoảng 500 năm
nay.Vỏ lạc là phụ phẩm của cây lạc, từ xưa thì vỏ lạc là một phụ phẩm nông nghiệp dùng để làm
chất đốt . Hiện nay một số hướng nghiên cứu có thể dùng vỏ lạc để tách các kim loại nặng ra
khỏi nước thải.
Vỏ lạc có thể được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách loại ion Cd
2+
rất
cao. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính (dạng viên) có trên thị trường thì khả năng hấp phụ
của nó cao gấp 31 lần .
Tác giả Nguyễn Thùy Dương đã điều chế vật liệu hấp phụ vỏ lạc biến tính bằng cách

và Cd
2+
ở nồng độ 100ppm và 50 ppm tương ứng là 68,41% và
61,35%).Hiệu suất này không thay đổi nhiều khi thay đổi nồng độ ion trong dung dịch.
Vật liệu hấp phụ (VLHP) thu được từ vỏ trấu được xử lý bằng kiềm và axit xitric đã được
tác giả Nguyễn văn Nội chứng minh c khả năng tách loại và thu hồi tốt Pb(II) trong dung dịch.
Tải trọng hấp phụ cực đại q
max
tính theo mô hình Langmuir của VLHP đối với chì là 30,8mg/g,
VLHP chế tạo cũng c khả năng tách loại rất tốt chì trong dung dịch bằng phương pháp hấp phụ
động trên cột. Bên cạnh đ VLHP cũng được rửa giải dễ dàng bằng dung dịch HNO
3
1M, hệ số
làm giàu đạt đến 83 lần.
Tác giả Lê thị Tình đã tách Crom khỏi ngồn nước thải bằng kỹ thuật chiết pha rắn(cột
nhồi chứa vỏ trấu biến tính với andehit fomic tỉ lệ 200g/l ), nước thải được hiệu chỉnh về pH=1,5
sau đ đem oxi ha Cr
3+
lên Cr
2
O
7
2-
bằng amonpersunphat có mặt Ag
+
làm

xác tác rồi cho chảy
qua cột chứa vật liệu hấp phụ. Cuối cùng rửa giải bằng 30ml dung dịch HCl 2M/H
2

- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu ha xác định Crom bằng phương pháp F-AAS
- Chế tạo vật liệu hấp phụ vỏ trấu biến tính.
- Nghiên cứu ảnh hưởng các điều kiện pH, nồng độ của chất bị hấp phụ, thời gian và ảnh
hưởng của các ion kim loại đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Cr(VI), Cr(III) trong điều
kiện tĩnh.
- Nghiên cứu tốc độ hấp phụ, axit rửa giải, tốc độ rửa giải, thể tích dung dịch rửa giải, dung
lượng hấp phụ cực đại đối với Cr(VI) và Cr(III) đối với vỏ trấu biến tính trong điều kiện động.
- Thử khă năng tái sử dụng vật liệu, chạy mẫu giả.
- Áp dụng xử lý mẫu thực tế đo mẫu nước thải từ nhà máy trước khi qua bể xử lý.
2.2. Chuẩn bị nguyên vật liệu
2.2.1. Chuẩn bị vỏ trấu
Vỏ trấu được sấy khô ở 100
o
C trong khoảng 24 giờ, sau đ nghiền nhỏ với kích thước
hạt nhỏ hơn 0,9 mm. Vỏ trấu nghiền nhỏ này được rửa sạch bằng nước cất nóng (có khuấy)
khoảng 65
0
C trong hời gian 1 giờ, rồi sấy khô ở 100
0
C. Cuối cùng n được rửa sạch lại bằng hỗn
hợp n-hexan/etanol (tỉ lệ 1:1) trong hệ chiết soxhlet trong 4 giờ, sau đ phơi khô.
2.2.2. Làm sạch vỏ trấu
Cân 10 gam vỏ trấu vừa chuẩn bị ở (2.3.1), thêm 270 ml dung dịch NaOH 5M, điều chỉnh
nhiệt độ ở 25
0
C (có khuấy) ngâm trong 24 giờ. Sau đ lọc, rửa sạch với nước cất đến pH = 7,
rửa tiếp bằng etanol và sau đ rửa tiếp bằng aceton, sau đ vỏ trấu được sấy khô ở 105
0
C trong
thời gian 1 giờ và để nguội trong bình hút ẩm.

Vạch đo (nm)
357,9
Khe đo (nm)
0,20
Cường độ dòng đèn HCL(mA)
Imax = 20 mA
14,00
Chiều cao Burner (mm)
8,00
2. Nồng độ axit của mẫu đo HNO
3
(%)
2,00
3. Nồng độ của chất nền NH
4
Ac (%)
2,00

3.2. Khoảng tuyến tính của phép đo F-AAS của Cr
Trong phép đo F-AAS, việc định lượng một nguyên tố dựa vào phương trình cơ bản:
A
λ
= k. C
b

Trong đ: A
λ
: Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử
k: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ

0,0404
3,485
3
4
0,1607
1,106
4
6
0,2419
0,685
5
8
0,3228
0,613
6
10
0,4023
0,465
7
11
0,6652
0,602
8
12
0,6746
0,670

Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cr.
Từ kết quả hình trên cho ta thấy khoảng nồng độ tuyến tính của Cr là 1÷10 ppm. Do đ,
trong quá trình xử lý mẫu phải làm sao để nồng độ của Cr trong khoảng tuyến tính. Nếu nằm ngoài

3
6
0,2419
0,685
4
8
0,3228
0,613
5
10
0,4023
0,465

Đồ thị đường chuẩn của Cr.
3.4.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ trấu biến tính trong điều kiện tĩnh.
VL1 : Vỏ trấu không biến tính
VL2 : Vỏ trấu biến tính
3.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu.

0 2 4 6 8 10
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45

3.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .

Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu.
Nhận xét: Qua thực nghiệm chúng tôi thấy khả năng hấp phụ của VL2 tốt hơn nhiều so
với VL1. Do vậy với các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi chỉ nghiên cứu với vật liệu VL2. Kết
quả thực nghiệm cũng chỉ ra được thời gian cân bằng hấp phụ đối với Cr(VI) và Cr(III) là 7h và
0 100 200 300 400 500 600
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
q ( m g / g)
t ( phút)
Cr(VI)/Vl2
Cr(VI)/Vl1
Cr(III)/VL2
8h. Do vậy các quá trình khảo sát tiếp theo chúng tôi chọn thời gian hấp phụ là 8 giờ, với tốc độ
lắc 150 vòng/phút
3.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của Crom (VI) và Cr(III) đến khả năng hấp
phụ của vỏ trấu biến tính.
Đường Langmuir của Crom (VI) / VL2.

động.

0 20 40 60 80 100 120
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Y = A + B * X
Parameter Value Error

A 1.54679 0.77888
B 0.35904 0.01139

Ce /q
ce (ppm)
Cr(III)/Vl2
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
20
30
40
50
60
70
80

35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
H %
C (M)
HNO3 /Cr(VI)
H2SO4 /Cr(VI)
HCl / Cr(VI)

Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào tốc độ nạp mẫu.
Nhận xét: Nhìn vào kết quả ta thấy nếu duy trì tốc độ từ 0,5 – 1 ml/phút là thích hợp. Tuy
nhiên tốc độ quá chậm thì tốn nhiều thời gian, do vậy chúng tôi chọn tốc độ nạp mẫu là 1,0
ml/phút cho các nghiên cứu về sau.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
50
60
70
80
90

V (ml)
Cr(VI)/VL2
Cr(III)/VL2

Đồ thị hấp phụ theo từng phân đoạn thể tích của Cr(VI) và Cr(III)/VL2 .
Như vậy ta c dung lượng hấp phụ cực đại của Cr(VI) là 16,96 mg/g và của Cr(III) là 3,27
mg/g.
3.5.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
0
20
40
60
80
100
H %
V ( m l )
Cr(VI)/VL2
Đường cong rửa giải theo từng phân đoạn thể tích của Cr(VI)/VL2.
Như vậy ta có thể kết luận thể tích HNO
3
3M rửa giải tốt là 25ml lúc này hiệu suất đạt
97,9%.Từ đây ta chọn thể tích này dùng cho những nghiên cứu về sau.
3.6. Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
Để đánh giá khả năng hấp phụ của Cr(VI) và Cr(III) lên VL2, chúng tôi tiến hành thử
nghiệm xử lý mẫu giả. Các mẫu giả có thành phần tương tự như mẫu thật có thể tích là 1,0 lít, pH
= 1, hàm lượng các ion ghi trong bảng 3.35. Đem oxi ha Cr
3+
lên Cr

2+

3000
Co
2+

800
Zn
2+

100
Ni
2+

5000
Cu
2+

30
Fe
3+
3500
Al
3+

3000
Cd
2+
40
Pb

hấp phụ
(%)
Cr(VI)
90
100
97,62
2,38
97,62
98,15
1,85
98,15
Cr(III)
10
96,85
3,15
96,85
97,38
2,62
97.38
98,75
1,25
98,75

Nhận xét: Từ kết quả bảng có thể kết luận việc sử dụng vỏ trấu biến tính làm vật liệu hấp
phụ crom trong nước thải đạt hiệu suất hấp phụ cao, có khả năng ứng dụng vật liệu này để tách
crom khỏi nguồn nước thải.
* Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu.
Chuẩn bị cột hấp phụ chứa 1,00g VL2. Cho 1,0 lít dung dịch mẫu giả có thành phần
tương tự như mẫu thật và đã oxi ha Cr
3+

* Xử lý mẫu: Mẫu nước được axit hóa bằng HNO
3
65% (Mecrk) sao cho pH =1. Sau khi
để lắng, lọc bỏ phần lơ lửng, thu lấy phần nước trong (1,0lít). Đem oxi ha hoàn toàn Cr
3+
lên
Cr
2
O
7
2-
bằng amonpersunphat trong môi trường axit có mặt Ag
+
làm xúc tác, rồi cho chạy qua
các cột hấp phụ chứa 1,00gam VL2 ở các điều kiện như trên. Để có kết quả chính xác về hàm
lượng Crom trước và sau khi xử lý. Chúng tôi gửi mẫu phân tích bằng phương pháp ICP-MS,
xác định tổng lượng crom tại phòng phân tích môi trường- Viện công nghệ môi trường – Viện
khoa học công nghệ Việt Nam. Kết quả thu được ghi trong bảng sau.

Bảng kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Crom
Tên mẫu nước
Ký
hiệu
Lượng Crôm
trước khi hấp
phụ
(

g/l)
Lượng

YM3
82,42
80,50
1,92
97,67
Từ kết quả nghiên cứu xử lý một số mẫu nước chứa Crom cho thấy, hiệu suất tách loại
Crom của vỏ trấu khá cao (trên 90%). Từ đ ta c thể kết luận về triển vọng ứng dụng vật liệu vỏ
trấu biến tính tách loại Crom khỏi nguồn nước thải.
KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sĩ với nội dung đề tài: “Nghiên cứu
ứng dụng phương pháp phân tích quang học để đánh giá khả năng hấp phụ Cr(VI) và Cr(III)
của vỏ trấu biến tính”. Chúng tôi đã thực hiện được một số công việc sau:
1. Đã nghiên cứu tối ưu ha các điều kiện xác định Crom bằng phương pháp đo phổ hấp
thụ nguyên tử ngọn lửa. Các điều kiện tối ưu xác định Crom như sau:
- Bước sóng tối ưu 357,9 nm, khe đo 0,2 nm, cường độ dòng đèn 14 mA, chiều cao
burner 8 mm, tốc độ dòng khí 2,8 l/phút .
- Nồng độ axit của mẫu đo: HNO
3
2%
- Nồng độ của chất nền : NH
4
OOCCH
3
2%.
-Chứng minh sự ảnh hưởng không đáng kể của một số ion đến phép đo crom.
- Xây dựng đường chuẩn xác định Crom
2. Đã khảo sát khả năng hấp phụ Cr của vật liệu ở điều kiện tĩnh đối với vỏ trấu biến tính:
- Giá trị pH = 1 là tối ưu cho sự hấp phụ Cr(III) và Cr(VI) lên vật liệu
- Thời gian đạt cân bằng với Cr(VI) là : 7 giờ và Cr(III) là: 8 giờ.
- Đã khảo sát được ảnh hưởng của nồng độ đầu và tìm được dung lượng hấp phụ cực đại

8. Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu
khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính, Tạp chí phát triển
KH&CN, Tập 11 Số 08 Tr. 5 – 11.
9. Lê Văn Khoa (1995), Môi trường và ô nhiễm, NXB Giáo dục.
10. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
11. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ, tập 3, NXB-GD.
12.Nguyễn Văn Nội(2005), "Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu và ứng dụng
để tách loại chì từ dung dịch nước",Tạp chí phân tích Hóa Lý sinh, tập 10, số đặc
biệt- 2005.
13.Lê Mậu Quyền(2001), Cơ sở lí thuyết hóa học, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
14. Phùng thị Kim Thanh(2011), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng
(Cr
3+
,Ni
2+
,Cu
2+
,Zn
2+
) bằng bã mía sau khi đã biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường,
Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐH KHTN - ĐHQG Hà Nội.
15. Lê Hữu Thiềng, Phạm Thị Sang (2010), ”Nghiên cứu khả năng hấp phụ Pb
2+
trong dung dịch
nước của bã mía qua xử lý bằng axit xitric”, Tạp chí Hóa học,T.48(4C), Tr.415-
419.
16. Nguyễn Thị Thu (2002), Hóa keo, NXB Đại học sư phạm Hà Nội.
17.” Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước thải công nghiệp TCVN 5945- 1995B, TCVN
1942-1995”.

Anal.Sci, 21(6); 673-8.
29.Manjeet Bansal, Umesh Garg, Diwan Siggh, V.K.Garg(2009), ” Removal of Cr(VI) from
aqueous solution using Preconsumer processing agricultural Waste: A Case study of rice
husk”,journal of Hazardous Materials 162(2009) 312-320.
30. M. Patel, A. Kasera (1987), “Effect of thermal and chemical treatment on carbon and
sibica contens in rice husk”, J. Mater. Sci. 22, p. 2257- 2464
31. M.terese Siles Cordero, Elisa I.Vereda, Amporo Gercía de Torres and José M.Cano Pavón
(2004), “ Development of a new system for the speciation of chromium in natural waters and
human urine samples by combining ion exchange and ETA-AAS”, Journal of Analytical
Atomic spectrometry, 19(3), p. 398-403.
32. Osvaldo Karnitz Jr.,Leancho Vinicius Alves Gurgel, Ju’lio Ce’sar Perin de Melo, Vagner
roberto Botaro, Tania Marcia Sacramento Melo, Rossimiriam pereira de Freitas Gil,
Laurent Frideric(2007), ”Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal
solution by chemically modified sugarcane bagasse”, bioresource Technology 99,pp.
1291 -1297.
33. Pourreza N., Rastegadeh S., (2001), “Catalytic Spectrophotometric determination of Bromide
based on the diphenylcacbazide-Chromium(VI)-Iodate reaction”, Journal of Analytical
Chemistry, 56(8), 727-725.