Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường: ĐHQG HÀ NỘI
Trường ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA: HÓA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu khả năng sử dụng than bùn xử lí
Ni
2+
trong nước thải của công ty khoá Việt Tiệp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Hoá Học
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Đình Bảng
Sinh Viên: Phạm Thị Hường
Hà nội tháng 05 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đình Bảng đã
giao đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khoá luận.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện tốt nhất
trong quá trình em học tập và làm khoá luận
Em xin chân thành cảm ơn tới các anh, các chị trong phòng hoá môi trường cũng
tất cả các bạn sinh viên đã giúp đỡ và đồng hành với em trong suốt quá trình học tập tại
khoa Hoá - Trường ĐHKT Tự Nhiên
Hà nội ngày 02 tháng 05 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
CHƯƠNG I - MỞ ĐẦU
Chưa bao giờ vấn đề môi trường lại được nhắc đến nhiều như hiện nay sự ô

, lượng than đến hiệu suất hấp thụ Cu
2+
của
than bùn. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ với mẫu nước thải chứa đồng
cùa nhà máy khoá Việt Tiệp Hà Nội
Phần III: Thực nghiệm: Từ các kết quả thí nghiệm em rút ra kết luận và những nhận xét
thích hợp
Do trong quá trình tiến hành nghiên cứu còn nhiều hạn chế về thời gian, điều kiện nghiên
cứu cũng như kiến thức nên có thể có những sai sót không trành khỏi, em mong thầy cô
và cácn bạn thông cảm đồng thời xem xét giúp đỡ em hoàn thiện hơn nữa việc nghiên
cứu này để mong có thể góp một phần nhỏ bé của chúng em vào công cuộc bảo vệ môi
trường.
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời mở đầu
mục lục
Chương I – Tổng quan
I. Tầm quan trọng của nước và tình hình nước hiện nay
II. Nước ô nhiễm
III. Nước và các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường nước
Phân loại nước bị ô nhiễm và nước thải
Một số chỉ tiêu chất lượng nước
ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường
một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
Khai thác mỏ
Các ngành công nghiệp khác
Một số phương pháp xử lí kim loại nặng
Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp kết tủa
Phương pháp thẩm thấu ngược

Chọn điều kiện đo
Lập đường chuẩn đo đồng theo phương pháp AAS
Thực nghiệm
Sơ chế vật liệu hấp phụ, khảo sát và so sánh với vật liệu hoạt hoá
Sơ chế vật liệu hấp phụ
Quy trình tạo viên từ vật liệu hấp phụ và quá trình chạy cột
Chạy cột và thông số liên quan đến cột
Phân tích xác định nồng độ Cu
2+
có trong nước thải mạ điện và quy trình xử lý
Chương I - Tổng quan
1.1.a. Tầm quan trọng của nước và tình hình nước hiện nay
Tất cả chúng ta đều biết rằng, nước có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống. Tất cả
mọi hoạt động từ sinh hoạt đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp… đều không thể tồn
tại nếu thiếu nước. Mặt khác nước còn là một trong các chỉ tiêu xác định mức độ phát
triển của nền kinh tế xã hội.
Ví Dụ: Để có được một tấn sản phẩm, lượng nước cần tiêu thụ như sau: Than cần 3÷ 5
tấn nước, dầu mỏ từ 30 ÷50 tấn nước, giấy từ 200 ÷300 tấn, gạo từ 5000 ÷ 10.000 tấn
nước…. Bên cạnh đó, nước còn tham gia vào nhiều quá trình hoá học quan trọng trong cơ
thể người và sinh vật….
Nhìn chung, khối lượng nước tiêu thụ trên thế giới được phân phối như sau:
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
+ 3 ÷ 9% cho nhu cầu sinh hoạt
+ 15% ÷17% để sản xuất công nghiệp
+ 80% cho sản xuất nông nghiệp
Lượng nước trên thế giới rất lớn (chiếm 71% diện tích bề mặt trái đất) nhưng theo các
nhà nghiên cứu thì 97,3% là nước mặn. Như vậy tức là lượng nước ngọt còn lại rất ít.
Ngày nay vấn đề khan hiếm nước ngọt đã thực sự trở thành mối lo ngại của toàn thế giói,
ngay cả ở những vùng có điều kiện thuận lợi nhất về sông ngòi. Bên cạnh đó nước ngọt

1.1.2. Phân loại nước bị ô nhiễm và nước thải
Để đảm bảo cho biện pháp công nghệ cụ thể được thực thi và lựa chọn giải pháp ta phân
chia thành các loại nước thải sau đây:
- Nước thải sinh hoạt
- Nước thải công nghiệp (hay còn gọi là nước thải sản xuất)
- Nước thải tự nhiên
- Nước thải đô thị (nước thải đô thị là thuật ngữ chung để chỉ chất lỏng trong hệ thống
thoát nước của một thành phố, một khu đô thị; đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể
trên )
1.1.3. Một số chỉ tiêu chất lượng nước
Như đã biết, nước thải là một hệ dị thể phức tạp, nên việc nghiên cứu về nước và nước
thải, nước bị ô nhiễm cần được xem xét toàn diện cả về thành phần lẫn tính chất cũng
như sự biến đổi đặc điểm lý – hoá – sinh học của nước, do các loại tạp chât có trong nước
gây ra. Tuy nhiên, trong những điều kiện cho phép, ta có thể sử dụng một số chỉ tiêu
chính để đánh giá chất lượng của nước và nước thải, nước bị ô nhiễm, từ đó có thể đưa ra
các phương pháp thích hợp.
Một số chỉ tiêu.
* Hàm lượng hợp chất hữu cơ trong nước được xét thông qua các chỉ số
- Tổng lượng các bon hữu cơ TOC
- Chỉ số COD – Nhu cầu ô xi hoá học
* Chỉ tiêu vi sinh vật của nước, được xét thông qua các chỉ số.
- Chỉ số E.coli và độ chuẩn coli (E.coli; Đ.C.coli)
- Tổng số vi khuẩn hiếu khí trong nước (VKHK)
* Độ pH của nước
* Độ cứng của nước, hàm lượng các ion Canxi (Ca), Magie (Mg)
* Độ dẫn điện của nước, EC
* Hàm lượng một số kim loại trong nước như Fe, Pb, Cu, Zn, Cd…
* Độ trong Sneller
Trong bản luận văn này, chúng tôi chọn mẫu nước thải công nghiệp mạ điện nhằm mục
đích nghiên cứu xử lí kim loại nặng của nhà máy mạ điện

xem là nguyên nhân chính [2]. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công
nghiệp bao gồm:
1.3.1. Khai thác mỏ
Hoạt động khai thác mỏ là một nguồn quan trọng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường
đặc biệt với các nước đang phát triển.
1.3.2. Các ngành công nghiệp khác
Kim loại nặng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, điều
này đã làm tăng sự có mặt của chúng trong môi trường.
+ Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ
Các kim loại nặng được thải ra ở hầu hết các quá trình sản xuất hoá chất vô cơ như quá
trình sản xuất xút – clo, HF, thuốc nhuộm, NiSO
4
, CuSO
4
…. Trước đây, thuỷ ngân được
thải ra với lượng lớn trong quá trình sản xuất xút – clo vì công nghệ sản xuất xút – clo sử
dụng điện cực thuỷ ngân. Dòng nước thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thuỷ ngân
lên tới 35mg/ lít nồng độ Niken cao tới 390mg/lít được phát hiện trong nước thải từ một
nhà máy sản xuất NiSO
4
. Khi hàm lượng kim loại nặng thải ra cao như vậy, nếu không có
biện pháp xử lí thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn nước là hậu quả tất yếu. Vì vậy vấn
đề xử lí tách loại chúng được đặt ra hết sức cấp bách.
+ Mạ điện
Nước thải của quá trình mạ điện có chứa một hàm lượng kim loại khá cao. Môt nghiên
cứu tại một nhà máy mạ Crôm ở Mỹ chỉ ra rằng trong nước thải rửa nồng độ Crôm là
1,84mg/lít và Ni là 4,1mg/lít. Nước rửa từ quá trình mạ đồng có hàm lượng Crôm lên tới
0,84mg/lít và đồng là 0,44mg/lít. Số lượng các cơ sở mạ điện là rất lớn, do vậy ô nhiễm
kim loại nặng do mạ điện là một nguồn đáng kể.
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa

SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
+ Quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm
Qua phân tích nước thải của các quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm, người ta phát
hiện thấy nồng độ một số kim loại nặng rất cao. Ví dụ như Al là 100mg/lít, Pt là
0,8mg/lít, Zn là 10mg/lít….
Qua các số liệu thống kê, có thể thấy tình trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam khá
phổ biến và đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế xã
hội. Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước cũng như hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa
chiến lược quốc gia. Vì vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính
sách bảo vệ môi trường của nhà nước, nghiên cứu các phương pháp xử li ô nhiễm nước
hiệu quả, kinh tế là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa.
1.4. Một số phương pháp xử lí kim loại nặng
1.4.1. Phương pháp trao đổi ion [5]
Cơ sở của phương pháp dựa trên qúa trình trao đổi ion của bề mặt chất rắn với các ion có
cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các chất iônít
(chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng trao đổi
ion dương từ dung dịch điện li gọi là các cationít, những chất này mang tính axít. Các
chất có khả năng trao đổi ion âm gọi là các aniônít và chúng mang tình kiềm. Các ion có
khả năng trao đổi cả anion và cation thì được gọi là iônít lưỡng tính. Chất trao đổi ion có
thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay được tổng hợp:
* Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolít, đất sét, fespat….
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
* Các chất trao đổi ion có nguồn gốc vô cơ tổng hợp: sillicagen, các ôxít và hidrôxít khó
tan của một số kim loại: Al, Zn, Cr….
* Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên: Axít humíc của đất (chất mùn)
* Các chất trao đổi ion tổng hợp gồm các khung pôlime hữu cơ được gắn với các nhóm
có khả năng trao đổi anion, cation như RSO

hyđroxit. Hiện tượng quá bão hoà và tạo phức cũng làm giảm mạnh hiệu quả xử lí. Để
khắc phục người ta làm tăng số mầm kết tủa bằng cách đưa cát mịm hoặc CaCO
3
dạng
huyền phù vào trong dòng thải cần xử lý. Nhờ vậy kết tủa thu được dễ dàng hơn.
Kỹ thuật kết tủa dưới dạng sunfua cũng thường được sử dụng bởi kết tủa sunfua kim loại
có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thể sử dụng khi dòng thải chứa phức chất, thậm chí ngay
khi dòng thải chứa các axit có tính ôxi hoá. Muối sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá
lớn nên kỹ thuật kết tủa sunfua cho phép thu hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhược điểm
của phương pháp này là khó thu hồi toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng
huyền phù keo, giá thành của tác nhân kết tủa (Na
2
S, H
2
S) cao.
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
Ngoài các kỹ thuật kể trên, người ta cũng sử dụng một số cách khác nhằm làm giảm nồng
độ còn lại của kim loại. Đó là các kỹ thuật đồng kết tủa với các tác nhân trợ kết tủa hay
tạo phức vòng càng, kết tủa dưới dạng sunfua hữu cơ…. những kỹ thuật này thường dẫn
đến việc sử dụng nhiều hoá chất, giá thành cao và cần có bước xử lý thứ cấp.
1.4.3 Phương pháp thẩm thấu ngược [6]
Phương pháp thẩm thấu được dùng để tách dung môi khỏi chất tan. Nguyên tắc của
phương pháp là: Nếu có một dung dịch và một dung môi nguyên chất hoặc hai dung dịch
có nồng độ khác nhau ngăn cách nhau bởi một màng bán thấm thì dùng môi sẽ khuếch
tán từ dung dịch có nồng độ thấp sang phía dung dịch có nồng độ cao hơn. Hiện tượng
này xảy ra cho tới khi màng bán thấm phía dung dịch chịu một áp suất thuỷ tĩnh bằng với
áp suất thẩm thấu của dung dịch. p = ∆C.R.T
∆C: Nồng độ (mol/lít), p: áp suất thẩm thấu , R hằng số khí , T nhiệt độ tuyệt đối
Nếu đặt dung dịch dưới một áp suất thuỷ tĩnh lớn hơn áp suất thẩm thấu thì dung môi sẽ

…) thì dúng
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
các chất hấp phụ có khả năng hấp phị hoá học các chất phân cực như các hợp chất phụ vô
cơ, chất hấp phụ vật liệu tổng hợp như polyurethane, sợi polistiren…
Trong nhiều giai đoạn của qui trìnớccong nghê xử lí nước, ta có thể thấy, không thể thiếu
được vai trò của hấp phụ, bởi vì, muốn xử lí triệt để các chất ô nhiễm trong nước thì việc
dùng các chất hấp phụ thường cho hiệu quả cao; đồng thời, có nhiều kiểu loại chất hấp
phụ (CHP) cho phép tách loại các chất tan gây ô nhiễm ở hai dạng: các chất vô cơ và các
chất hữu cơ ( hay là chất phân cực và không phân cực)
Điều này cho thấy tính ưu việt của phương pháp hấp phụ và vai trò của các CHP là rất
quan trọng, rất cần thiết trong các quá trình làm sạch nước, xử lí nước; từ đó, tìm kiếm và
nghiên cứu chế tạo các chất hấp phụ thích hợp dùng trong phương pháp xử lí.
1. 4. 5. Kĩ thuật hấp phụ dùng các vật liệu tự nhiên
Phương pháp hấp phụ được sử dụnh rộng rãi trong xử lí nược thải công nhiệp vì nó cho
phép tách loại đồng thời nhiều chất bẩn( bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ) từ một nguồn
nước ô nhiễm và tách loại tốt ngay khi chúng ở nồng độ thấp. Bên cạnh đó, sử dụng
phương pháp hấp phụ còn tỏ ra có ưu thế hơn các phương pháp khác và giá thành xử lí
thấp. Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, theo những
phương pháp khác nhau, đặc biệt nó co thể chế tạo bằng cách biến tính các chất thải gây
ô nhiễm môi trường như: tro bay, than bùn hay các phế thải nông nghiệp như: vỏ trấu, vỏ
đậu, bã mía, lõi ngô, vỏ dừa…Điều này rất có ý nghĩa khi đem chất có khả năng gây ô
nhiễm môi truờng để xử lí ô nhiễm môi trường. Các loại vật liệu hấp phụ thường sử dụng
có thể kể đến một số nhóm chất như sau:
1.4.5.1. Nhóm vật liệu có nguồn gốc tự nhiên [12, 13, 14]
Trên thế giới, việc nghiên cứu các kĩ thuật chế tạo và sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên
để tách loại kim loại nặng từ nguồn nước bị ô nhiễm đã phát triển trong những năm gần
đây. Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn tự nhiên: vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, bã xhè, vỏ đậu,
cám gạo, rau câu, rơm rạ…hầu hết đều có khả năng tách loại, thu hồi tốt các kim loại
nặng, giá thành thấp lại không đòi hỏi những khâu xử lí vật liệu phức tạp, Vì vạy, loại vật

3+
, Cr
3+
, Cd
2+
bằng bã chè, bã café , Orhan và Buyukgungor
chỉ ra rằng khả năng hấp phụ của Al
3+
là rất tốt. Khi tiến hành thí nghiệm gián đoạn: sử
dụng 0,3g vật liệu khuấy vưói 100ml nước thải chứa 3 ion kim loại trên thì Al
3+
bị tách
loại tới 98% bởi bã chè và 96% bởi bã café [12]
1.4.5.2. Nhóm vật liệu có nguồn gốc vô cơ [1]
+ Diatomit:
Là một loại khoảng vật tự nhiên có thành phần chủ yếu là SiO
2
ngoài ra còn có Al
2
O
3

cùng một số oxit khác với hàm lượng nhỏ hơn. Diatomit là một loại khoáng có cấu trúc
xốp thường ở trạng thái phân tán cao. Do có độ xốp lớn nên diatomit có thể được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ , dung
dịch khoan. Khi diatomit chứa không ít hơn 90% SiO
2
, không quá 2%Fe
2
O

môi trường đang được quan tâm rộng rãi. Hiện tại, nó được sử dụng như phụ gia trong
sản xuất xi măng, bê tông nhẹ, vật liệu làm đường. Và đặc biệt, trong lĩnh vực xử lý môi
trường, việc chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro bay ra ứng dụng để xử lý các ion kim loại
nặng (Cu
2+
, Pb
2+
, Ni
2+
….) trong các nguồn nước bị ô nhiễm đang là hướng nghiên cứu rất
được quan tâm.
1.4.6. Kĩ thuật hấp phụ dùng vật liệu chế tạo từ than bùn
1.4.6.1. Giới thiệu về than bùn
Than bùn là loại than trẻ nhất trong các loại than mỏ. Nó được xem là dạng đầu tiên của
hình thành than đá. Quá trình này được bắt đầu bằng sự phân huỷ của cây cối và loại thực
vật khác trong môi trường ngập nước của các đầm lầy và các bãi nước thải. Sau đó chúng
bị oxi hoá chậm bởi các vi sinh vật để tạo thành than bùn ở độ sâu từ 2 – 5m, và phải mất
đến 10.000năm mới hoàn thành được quá trình này
Thành phần của than bùn được hình thành phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Loại cây,
điều kiện tự nhiên, khí hậu vùng , thành phần của nước
Than bùn thường có mầu hung, xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn (>200m
2
/g) và khỉa
năng thấm nước cao. Thành phần nguyên tố nó rất giống với thành phần nguyên tố của
gỗ, bao gồm: 75 – 78% là nước, 55 – 60% C, 0,5% tro, 6%H, 35 – 40% O
Nói cách khác than bùn là một loại vật liệu phức tạp, trong đó than non và xenlulo là
thành phần chủ yếu. Những thành phần này, đặc biệt là than non và axit humic chứa
những nhóm chức phân cực như: ancol, andehit, xeton, ete, axit caboxylic và phenol. Đây
là những nhóm chức dễ tham gia vào liên kết hoá học
Do cấu trúc xốp và tính phân cực mà than bùn có khả năng hấp phụ đặc trưng với các

cùng các cộng tác đã lưu ý rằng khi nồng độ ban đầu của Ni
2+
tăng thì giá trị pH tại trạng
thái cân bằng hấp phụ sẽ giả. Điều này rất hợp nguyên lý của các quá trình trao đổi ion,
bởi vì càng có nhiều ion Ni
2+
được hấp phụ lên bề mặt than bùn thì số ion H
+
được giải
phóng tăng lên, do vậy pH sẽ giảm.
Một số nhà nghiên cứu khác lại tìm ra bằng chứng chứng tỏ rằng, than bùn lưu giữ các
kim loại bởi quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Gosset cùng các cộng tác năm
1996 đã nghiên cứu và thấy rằng, đối với một số kim loại thì số prôton được giải phóng
khi cation liên kết với bề mặt than bùn luôn thấp hơn 0,25. Họ đã đi đến kết luận là, ở đây
quá trình hấp phụ và tạo phức có ý nghĩa tốt hơn quá trình trao đổi ion. Năm 1996 Ho
cùng các cộng sự cùng nghiên cứu về Ni đã rút ra kết luận cả sự tạo phức và trao đổi ion
đều giữ vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ. Tuy nhiên, chưa có sự thống nhất với
nhau giữa các quan điểm về sự tạo phức giữa các axit Humic và các ion kim loại. Nó xảy
ra như thế nào?
Một số quan điểm cho rằng có sự tạo phức cầu nội (phức vòng càng) nhưng một số khác
lại cho đó là phức cầu ngoại.
Một số quan điểm chung đã được đưa ra qua một vài nghiên cứu cho rằng phản ứng của
các ion kim loại như Cu, Fe với axit Humic sẽ tạo lên phức vòng. Trong khi đó, năm
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
1976 bằng việc nghiên cứu cộng hưởng từ, Gembe cùng các cộng tác đã tìm ra những
bằng chứng rằng Mn
2+
tạo phức cầu ngoại với axit fulvic, chúng liên kết với nhau bằng
lực liên kết tĩnh điện. Điều này sau đó, năm 1979 đã được Bloon và McBride làm rõ

chế chính là hấp phụ hoá học, một dạng hấp phụ khá mạnh trong đó các ion không bị thay
đổi nhưng lại có sự thay đổi về cấu truc electron. Liên kết trong hấp phụ hoá học có thể
bao gồm các liên kết giữa kim loại và các nhóm chức có trên than bùn.
Năm 1993, Shanma và Foster tiến hành nghiên cứu đối với Cr(VI) và đã nhận thấy rằng:
Quá trình hấp phụ đạt hiệu quả cao ở pH thấp và ở đó liên kết Cr(VI) – than bùn mạnh tới
mức mà dùng dung dịch NOH 1M cũng không thể giải phóng ra quá 50% số kim loại
được hấp phụ, và họ cũng đi đến một kết luận tương tự là ở đay có sự tạo thành liên kết
hoá học.
Trước đó, năm 1966, Ong và Swanson đã nghiên cứu để thực hiện những điều mà họ còn
nghi ngờ về lý thuyết. Đó là: axit Humic chủ yếu tạo ra liên kết kim loại với than bùn và
than non. Những khảo nghiệm của họ tập trung vào sự hấp phụ của Cu
2+
trên than bùn và
than non. Họ phát hiện ra rằng, axit Humic có thể tạo phức với Cu
2+
trong dung dịch, và
bằng nghiên cứu phổ hồng ngoại IR, họ đã chỉ ra rằng, đó có thể được coi là phức vòng
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
càng của Cu
2+
với nhóm COO của axit Cacboxylic. Bởi vậy, người ta đã đồng ý với quan
điểm: axit Humic đã gây ra sự hấp phụ của Cu
2+
.
Dựa trên rất nhiều những nghiên cứu xác thực từ trước tới nay, người ta rút ra rằng: sự
lưu giữ của Cu
2+
trên than bùn không phải là kết quả của một cơ chế, mà làcủa rất nhiều
cơ chế khác nhau trong đó, các cơ chế đều phụ thuộc vào bản chất vật liệu và phương

4
, Viavaghavan cùng cộng sự lại
dùng nước thải thô.
Vì vậy để xác định chính xác thời gian đạt cân bằng là rất khó khăn vì nó còn phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như là: Kim loại, loại than bùn, phương pháp chuẩn bị than, điều kiện tự
nhiên của nguồn nước được xử lý.
1.4.6.4. Ái lực của kim loại đối với than bùn.
Nhiều thí nghiệm khác nhau đã chỉ ra rằng: Khả năng lưu giữ của các ion kim loại của
than bùn không giống nhau. Gosset cùng các cộng tác năm 1996 đã nghiên cứu liên kết
của Ni(II), Cu(II), Zn(II) và Cd(II) với bề mặt than bùn và phát hiện ra: Khả năng hấp
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
phụ của kim loại là tương đương nhau (180 – 200mmol/kg). Tuy nhiên ở những giá trị
pH khác nhau thì phần trăm của các kim loại được loại bỏ cũng khác nhau. Ở pH = 4 thì
90% Cu
2+
được loại bỏ, còn với Ni
2+
thì pH> 4 trong khi Zn
2+
thì pH = 6,7.
Năm 1995 Ho cùng các cộng tác đã nghiên cứu sự hấp phụ của Ni
2+
và tìm thấy được sự
khác nhau giữa khả năng hấp phụ của kim loại khi dùng những lượng than khác nhau.
Đối với Cr(VI), than bùn có khả năng hấp phụ lớn nhất là 119mg/g than (= 2,28mmol/g)
với Cu là 16,4mg/g (0,26mmol/g), với Ni
2+
là 9,18mg/g (0,16mmol/g). Đối với ba kim
loại này, giá trị pH tối ưu có giá trị thấp nhất đối với Cr và cao nhất đối với Ni

Việc quan sát dưới kính hiển vi ta có thể thấy được than bùn có một cấu trúc lỗ rỗng. Do
tính phân cực của than bùn nên có khả năng hấp phụ đặc trưng đối với các chất rắn hoà
tan, ví dụ như đối với các kim loại và các phân tử hữu cơ có tính phân cực cao. Những
tính chất trên cho phép chúng ta kết luận rằng: Khả năng hấp phụ của than bùn được cho
là tác nhân cho quá trình làm sạch kim loại hoà tan. Đã có nhiều nghiên cứu chứng tỏ khả
năng lưu giữ vốn có của than bùn với kim loại nặng. Việc xử lí nước thải bằng than bùn
đã được nghiên cứu ở Hungary.
Ở đây chúng tôi sử dụng than bùn ở Đông Anh và than bùn này được lấy từ mỏ than Lỗ
Khê để sử dụng cho quá trình hấp phụ Ni
2+
trong nước thải.
Bảng@@@@@
1.4.6.7. Kết luận chung về than bùn.
Phương pháp làm than bùn để xử lý các nguồn nước thải đã được chú ý bởi những ưu
điểm của nó: Phương pháp dễ làm; đơn giản có hiệu quả và ý nghĩa kinh tế.
Cơ chế của phương pháp xử lý tới nay vẫn chưa rõ ràng, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu
tố như: Loại than bùn; loại kim loại nặng: Phương pháp xử lý….
Nếu tái sinh được vật liệu hấp phụ sẽ làm tăng tính ưu việt của than bùn
1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ [6,7]
1.5.1.1. Khái niệm chung.
Hấp phụ là phương pháp tách chất, trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí hấp phụ
trên bề mặt chất rắn xốp.
Chất hấp phụ: Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ
Chất bị hấp phụ: Chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ
Pha mang: Hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ
Quá trình giải hấp: là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Khi quá
trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp.
1.5.1.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Hấp phụ vật lý gây nên bởi lực Vander Walls, liên kết này yếu dễ bị phá vỡ.

q
fi
).( −
=
V: Thể tích dung dịch
m: khối lượng chất hấp phụ
C
i
: nồng độ dung dịch ban đầu
C
f

: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ
Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ trên một đơn vị
diện tích bề mặt chất hấp phụ
sm
VCC
q
fi
.
).( −
=
s: diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ
1.5.2. Phương trình cơ bản của quá trình hấp phụ
1.5.2.1. Phương trình động học hấp phụ
Sự tích tụ chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn gồm hai quá trình: Khuếch tán các phân tử
chất bị hấp phụ từ pha mang đến bề mặt vật rắn (khuếch tán ngoài) và khuếch tán vào
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
trong lỗ xốp (khuếch tán trong). Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ

1
> C
2
).
1.5.2.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một
thời điểm và nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch (hay áp suất riêng phần
trong pha khí ) tại thời điểm đó. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng lại một
nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước
dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Sau một thời gian xác định nồng độ
cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Lượng chất bị hấp phụ tính theo công thức
C
1
C
2
0
t
q
Luận Văn Tốt Nghiệp - Đại học chính Quy - Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN - Khoa Hóa
SV thực hiện: Phạm Thị Hường - Hà Nội - Tháng 5 năm 2008
VCCm
fi
).( −=
m: khối lượng chất bị hấp phụ
C
i
: nồng độ đầu của chất bị hấp phụ
C
f


Khi b.C
f
<<1 thì q = q
max
.b.C
f
mô tả vùng hấp phụ tuyến tính
Khi b.C
f
>>1 thì q = q
max
mô tả vùng hấp phụ bão hoà
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là
một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình trên về phương
trình đường thẳng
bq
C
qq
C
f
f
.
1
.
1
maxmax
+=
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc C
f

tgα = 1/q
max
ON = 1/b.q
max
1.5.2.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hoá học
hay vật lý. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ.
n
Ckq
/1
.=
Trong đó:
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác
n: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn luôn lớn hơn 1
Phương trình Freundlich phản ánh khá sát thực số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và
vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt
Để xác định hằng số, đưa phương trình trên về dạng đường thẳng
f
C
n
kA lg
1
lglg +=
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc lgq voà lgC
f
sẽ xác định được các giá trị k, n.
C
f
(mg/l)
q(mg/l)