TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG
 BÀI BÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITRAT TRONG NƯỚC
BẰNG VẬT LIỆU HYDROXIT LỚP KÉP
(Mg-Al LDH - PVA/Alginat)
TRẦN THỊ MINH HẠNH
ĐỖ THỊ KIM LIÊN


sinh học và rẻ tiền đó là vật liệu hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH – PVA/Algninat). Kết quả thực nghiệm cho
thấy hạt Mg-Al LDH – PVA/Alginate có hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat. Các thí nghiệm hấp phụ nitrat
theo phương pháp tĩnh cho thấy khả năng loại bỏ nitrat của hạt 8% Mg-Al LDH – PVA/Alginat không bị
ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng không đáng kể khi thay đổi pH của dung dịch từ 5 – 9; thời gian hấp phụ
tối ưu là 8 giờ; nồng độ ban đầu của nitrat càng thấp thì khả năng hấp phụ cúa vật liệu càng cao; sự có
mặt của các anion cacbonat, clorua, sulphat, photphat trong dung dịch làm ảnh hưởng đáng kể đến khả
năng hấp phụ nitrat của vật liệu, trong đó ảnh hưởng nhiều nhất là anion cacbonat. Nghiên cứu xử lý
nitrat theo phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy, thời gian để nồng độ nitrat trong nước đầu ra vẫn
nằm trong giới hạn cho phép là 8 giờ và thời gian để vật liệu trong cột mất hết khả năng hấp phụ là 28
giờ.

ABSTRACT
Adsorption is the economic and effective treatment system. This research focus on looking for an
adsorbent with a high adsorption capacity, non – toxic, biodegradable and cheap, that is Layer Double
Hydroxide. (Mg-Al LDH – PVA/Algninate). Removal study of nitrate by batch experiment shows that it
was high potential for nitrate removal of Mg-Al LDH – PVA/Algninate, no significant effect of pH on the
nitrate adsorption was observed for the 8% Mg-Al LDH – PVA/Alginate beads for increase pH from 5 to
9, the nitrate removal was reached equilibrium in 480min. The presence of others anion such as
carbonate, chloride, sulfate, phosphate reduced the adsorption of nitrate appreciably, carbonate had the
highest effect on the nitrate removal by 8% Mg-Al LDH - PVA/Alginate beads. Column experiment for
nitrate removal shows that the nitrat concentration in the eefluent was within permissible limit for first 8
hours and the column was completely exhausted after 28 hours.
Key words: Adsorption, effect, Mg-Al LDH – PVA/Alginate, nitrate, research

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nitrat là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật, tuy nhiên, quá nhiều nitrat trong
nước sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng làm rong rêu phát triển quá mức, giảm hàm lượng oxy tan
trong nước, phá hủy hệ động vật thủy sinh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe môi trường và
chất lượng nước mặt. Nitrat cũng là nguyên nhân của bệnh methemoglobin, hết sức có hại cho trẻ
em và các bà mẹ đang nuôi con nhỏ. Có rất nhiều phương pháp xử lý nước ô nhiễm nitrat như

là cation hóa trị 3, x là tỷ lệ mol M
3+
/(M
2+
+M
3+
), và A là anion xen của
hóa trị m[3]. Cơ chế xử lý độc chất oxyanion trong nước bằng LDH chủ yếu là hấp phụ và trao
đổi anion. Do độ thấm thấp và lượng bùn sinh ra quá lớn, nên vật liệu LDH dạng bột không phù
hợp ứng dụng trong hệ thống lọc của các quy trình xử lý nước và nước thải. Để cải thiện hạn chế
trên, LDH dạng hạt được đề nghị sử dụng.
Ngậm “vật liệu chức năng (functional materials)” trong canxi alginat, ứng dụng xử lý chất
ô nhiễm trong nước và nước thải đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm do tính đơn
giản và hiệu quả [5,6]. Độ xốp của Ca-alginat cho phép chất ô nhiễm khuếch tán vào bên trong
các hạt và tiếp xúc với các vật liệu chức năng [7]. Thêm vào đó, alginat là chất không độc, phân
hủy sinh học và gel không tan trong nước [8]. Tuy nhiên, do độ bền cơ học và độ ổn định hóa học
của canxi alginat trong nước kém, nên nhanh chóng bị biến dạng, để cải thiện yếu điểm này canxi
alginat được phối trộn với polyvinyl alcol (PVA)[9]. Bột LDH sẽ được ngậm trong canxi alginat
pha trộn với PVA tạo thành các hạt LDH-PVA/alginat.
Nghiên cứu được thực hiện nhằm tìm kiếm loại vật liệu hấp phụ thật rẻ tiền, dễ vận hành
để ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm nitrat. Các thí nghiệm hấp phụ nitrat theo phương pháp
tĩnh và phương pháp dòng chảy liên tục cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quả xử lý nitrat của
vật liệu tìm được.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.Vật liệu hấp phụ
Vật liệu hấp phụ được chọn cho nghiên cứu này là hạt Mg-Al LDH-PVA/alginat do
phòng thí nghiệm Hóa lý Phân tích tổng hợp (XEM HÌNH)

Hình 1: Vật liệu hấp phụ (hạt Mg-Al LDH-PVA/alginat)

và phân tích hàm lượng nitrat trong dịch lọc.
2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ: Ngâm 3 gam vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat vào
50ml dung dịch nitrat có nồng độ ban đầu là 10 mg/L và 25 mg/L, pH của dung dịch 6,8. Lắc hỗn
hợp dung dịch liên tục, lấy mẫu trong 30, 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420, 480, 720 và 1440
phút, lọc và phân tích hàm lượng nitrat trong dịch lọc.
2.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu trong dung dịch: Ngâm 3 gam vật liệu 8% Mg-Al
LDH-PVA/alginat vào 50ml dung dịch nitrat có nồng độ ban đầu là 10, 20, 25, 50, 60, 80 và 100
mg/L, pH của dung dịch 6,8. Lắc hỗn hợp dung dịch trong 8 giờ, lọc và phân tích hàm lượng
nitrat trong dịch lọc.
2.2.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh: Ngâm 3 gam vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat
vào 50ml dung dịch nitrat có nồng độ ban đầu là 10 mg/L và 25 mg/L, pH của dung dịch 6,8.
Nồng độ của các anion (PO
4
3-
, Cl
-
, CO
3
2-
, SO
4
2-
) trong dung dịch lần lượt là: 50 mg/L, 80 mg/L
và 100 mg/L. Lắc hỗn hợp dung dịch trong 8 giờ, lọc và phân tích hàm lượng nitrat trong dịch
lọc.

2.3. Xử lý nitrat theo phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment)
Đánh giá hiệu quả xử lý nitrat của vật liệu theo kiểu dòng chảy liên tục bằng cách cho vật
liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat bố trí trong cột thủy tinh dài 35cm, đường kính cột 2cm, chiều
cao của lớp vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat là 15cm (khối lượng của lớp vật liệu là 22,8

trình bày trên hình 4. Hình 4. Ảnh hưởng của lượng Mg-Al LDH trong hạt PVA/alginat đến quá trình hấp phụ nitrat

Kết quả trên hình 4 cho thấy, không xảy ra quá trình hấp phụ nitrat đối với hạt 0% Mg-Al
LDH-PVA/alginat, trong khi đó, quá trình hấp phụ nitrat trên hạt 2% Mg-Al LDH-PVA/alginat
đạt 73,60 % và 61,87 % tương ứng với nồng độ nitrat ban đầu là 10mg/L và 25mg/L, điều này
cho thấy tiềm năng xử lý nitrat của Mg-Al LDH. Khi tăng lượng Mg-Al LDH trong hạt
PVA/alginat thì tăng hấp phụ nitrat, tuy nhiên, quá trình hấp phụ nitrat của các hạt Mg-Al LDH-
PVA/alginat không tăng tuyến tính và phụ thuộc vào khối lượng Mg-Al LDH chứa trong hạt. Hạt
8% Mg-Al LDH-PVA/alginat hấp phụ nitrat đạt 92,48 % và 90,57 % tương ứng với nồng độ
nitrat ban đầu là 10 mg/L và 25 mg/L. Vì vậy, hạt 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat sẽ được sử dụng
cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.2. Ảnh hưởng của pH
Quá trình hấp phụ nitrat trên hạt 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat được khảo sát tại các giá
trị pH khác nhau từ 5 đến 9. Quá trình khảo sát không thực hiện ở pH thấp hơn 5 vì LDH thường
0
20
40
60
80
100
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Phần trăm hấp phụ
Loại hạt
C = 25 mg/l
C = 10 mg/l
5

Hình 6. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật liệu 8% Mg-Al LDH-
PVA/alginat

Kết quả nghiên cứu trình bày trên hình 6 cho thấy, hấp phụ nitrat tăng nhanh trong 30
phút đầu tiên, đạt 62,15% và 55,85% tương ứng với nồng độ nitrat ban đầu là 10 mg/L và
25mg/L. Trong vòng 480 phút thí nghiệm, hấp phụ N-NO
3
-
trên hạt 8% Mg-Al LDH-
PVA/Alginat đạt khoảng 91,82% và 90,57% tương ứng với nồng độ ban đầu 10mg/L và 25mg/L.
0
20
40
60
80
100
4 5 6 7 8 9
phần trăm hấp phụ
pH
C=10mg/L
C=25mg/L
0

480 phút (8 giờ)
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu trong dung dịch
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật
liệu 8% Mg-AL LDH-PVA/alginat được trình bày trên hình 7.
Hình 7. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu đến quá trình hấp phụ trên vật liệu 8% Mg-Al
LDH-PVA/alginat
Kết quả trên hình 7 cho thấy, hấp phụ nitrat trên vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat
giảm từ 93,29 % đến 38,98 % khi tăng nồng độ nitrat từ 10 mg/L đến 100mg/L. Khi nồng độ
nitrat trong dung dịch tăng 5 lần (tăng từ 10 mg/L lên 50 mg/L) hấp phụ nitrat giảm khoảng 24,51
% và nồng độ nitrat trong dung dịch tăng 10 lần (tăng từ 10 mg/L lên 100 mg/L) hấp phụ nitrat
giảm khoảng 54,31 %. Điều này có thể giải thích như sau: khi nồng độ nitrat trong dung dịch cao,
đã xảy ra hiện tượng vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat thiếu các tâm hoạt động để trao đổi
với nitrat trong dung dịch dẫn đến hiệu suất hấp phụ giảm. Khi nồng độ nitrat trong dung dịch
thấp, vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat luôn còn nhiều các tâm hoạt động sẵn sàng trao đổi
với anion nitrat có trong dung dịch dẫn đến hiệu suất hấp phụ tăng cao [13].

Đẳng nhiệt hấp phụ
Phân tích đẳng nhiệt hấp phụ rất quan trọng để biết dung lượng và cơ chế hấp phụ của vật
liệu. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir (1) hoặc Freundlich (2) được sử dụng để tính toán dung
lượng hấp phụ nitrat tối đa của vật liệu 8 % Mg-Al LDH-PVA/alginat.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir [11] dạng tuyến tính được mô tả như sau:








 







Trong đó: q
e
là dung lượng hấp phụ cân bằng (mg.g
-1
), C
e
là nồng độ cân bằng của nitrat
(mg.L
-1
), q
max
là lượng nitrat bị hấp phụ cực đại (mg.g
-1
), K
L
là hằng số Langmuir (L.mg
-1
), K
F

là hằng số Freundlich (mg.L

e
là nồng độ N-NO
3
-

trong dung dịch tại thời cân bằng (mg.L
-1
), V là thể tích dung dịch (L) và m là khối lượng vật liệu
Mg-Al LDH-PVA/Alginat (g)
Từ phương trình (1), vẽ đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa C
e
/q
e
và C
e
theo các giá trị
thực nghiệm để tìm các tham số q
max
và K
L
. Phương trình tuyến tính hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir của vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat thu được như sau: C
e
/q
e
= 1,4563 C
e
+
3,257 với R
2

y = 0,2953x - 0,6345
R² = 0,896
-0.9
-0.6
-0.3
0.0
-0.2 0.2 0.6 1 1.4 1.8
logq
e
logC
e

Tham số
Giá trị
Phương trình
Langmuir
q
max
(mg.g
-1
)

20
40
60
80
100
0 20 40 60 80
C
e
/q
e
C
e
(a)
8

3.2.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các anion cạnh tranh trong quá trình hấp phụ nitrat
trên vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat được trình bày trên hình 3.8.

Hình 9. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ nitrat trên vật liệu 8% Mg-
Al LDH-PVA/alginat nồng độ nitrat ban đầu (a) 10 mg/L, (b) 25 mg/L
Kết quả trên hình 9 cho thấy, với sự có mặt của các anion cạnh tranh làm cho khả năng
hấp phụ nitrat của vật liệu giảm đáng kể. Các anion gây ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ nitrat
được xếp theo thứ tự như sau: cacbonat > clorua > sulphat > photphat. Anion cacbonat gây ảnh
hưởng đáng kể đến quá trình hấp phụ nitrat của vật liệu.

3.3. Nghiên cứu xử lý nitrat theo phương pháp dòng chảy liên tục
Dung dịch nitrat nồng độ 25 mg/L được bơm ngược dòng từ dưới lên trên cột với tốc độ
dòng vào cố định 1,3 ml/phút (tương đương 24,84 cm/giờ). Lấy mẫu nước liên tục sau mỗi 30
phút. Đường cong hấp phụ nitrat được trình bày trong hình 3.9. Thời gian để nồng độ nitrat trong

Phần trăm hấp phụ
Clorua
Sulphat
Photphat
Cacbonat
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Nồng độ anion cạnh tranh (mg/L)
Phần trăm hấp phụ
Clorua
Sulphat
Photphat
Cacbonat
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 10 20 30 40
C/C
0
t (giờ)
y = 0,1107x - 1,2806


Trong đó: C
0
là nồng độ ban đầu của nitrat (mg/L), C là nồng độ nitrat tại thời gian t
(mg/L), K là hằng số hấp phụ (L/mg.giờ), N là dung lượng hấp phụ (mg/L), V là vận tốc (cm/giờ),
x là chiều cao lớp vật liệu hấp phụ (cm)
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa ln[C/(C
0
-C)] và thời gian t theo các giá trị thực
nghiệm được trình bày ở hình 11
Bảng 2. Tham số hấp phụ của vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat theo phương pháp
dòng chảy liên tục.
Nồng độ ban
đầu
C
0

(mg/L)
Chiều cao lớp
vật liệu
x (cm)
Vận tốc
V
(cm/giờ)
Dung lượng
hấp phụ
N (mg/l)
Hằng số hấp
phụ
K (L/mg.giờ)

: thể tích cột hấp phụ (cm
3
)
Q: lưu lượng dòng vào (ml/phút)
- Tổng lượng nitrat được đưa vào cột (M
tổng
):









   

 
Trong đó C
0
: nồng độ đầu vào của nitrat (mgN/L)
t
tổng
: tổng thời gian hấp phụ (phút)
- Tổng lượng nitrat được hấp phụ bởi cột (q
tổng
):






  


   

10

4. KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu trên, rút ra được một số kết luận sau:
1. Đã xác định được vật liệu tối ưu cho quá trình hấp phụ nitrat là hạt 8% Mg-Al LDH-
PVA/alginat. Xử lý nitrat bằng phương pháp tĩnh cho kết quả như sau: Độ pH của dung
dịch không làm ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng hấp phụ của vật
liệu. Cho thấy có thể ứng dụng rộng rãi để xử lý nitrat trong nước có độ pH thay đổi từ 5-
9. Thời gian hấp phụ tối ưu là 8 giờ. Nồng độ NO
3
-
trong dung dịch càng cao khả năng
hấp phụ của vật liệu càng giảm. Ảnh hưởng của các anion trong dung dịch đến khả năng
hấp phụ nitrat của vật liệu theo thứ tự: cacbonat > clorua > sulphat > photphat. Phương
trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thích hợp để mô tả quá trình hấp phụ nitrat trên hạt vật
liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat hơn phương trình Freundlich.
2. Xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy, với chiều cao và đường kính
của lớp vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/alginat tương ứng là 15cm và 2cm thì thời gian để
nồng độ nitrat trong nước đầu ra vẫn nằm trong khoảng giới hạn cho phép (2 - 10mg/L) là

reexamination of hydrotalcite crystal chemistry”, J. Phys. Chem, 100 (20), 8527–8534.
11. Langmuir I, (1918), “The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and
platinum”, J. Am. Chem Soc, 40(9), 1361-1403.
12. Freundlich H M F (1906), “Over the adsorption in solution”, J. Physics and Chem, 57,
385-470.
13. Mahamudua IsLam, (07/2008), “Development Of Adsorption media for removal of lead
nitrate from water”, department of chemistry national institute of technology Rourkela –
769008.