ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM


HOÀNG THỊ THU DUNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Cr(VI), Ni(II), Mn(II) CỦA QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH
Mã số: 60440118 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. VŨ THỊ HẬU

và Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ii
LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Thị Hậu, cô giáo trực
tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô
Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại
học Thái Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trFUình học tập, nghiên cứu
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,
ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành
quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu
của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất
mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp
và những ngƣời đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn
đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014
VLHP
Vật liệu hấp phụ
5
BET
Brunauer-Emmet-Teller (Diện tích bề mặt riêng)
6
XRD
X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN 3
1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 3
1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 3
ạ 3
1.1.2.1. Giới thiệu về kim loại nặng 3

1.4.3.1. Định lƣợng Cr(VI) 16
1.4.3.2. Định lƣợng Ni(II) 16
1.4.3.3. Định lƣợng Mn(II) 16
1.5. Tiềm năng quặng sắt của Việt Nam 16
1.6. Tình hình nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng bằng các vật
liệu hấp phụ khác nhau. 17
1.7. Một số phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng vật liệu. 19
1.7.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 19
1.7.2. Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 19
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM 21
2.1. Thiết bị 21
2.1.1. Thiết bị 21
21
2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ 21
2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 21
2.2.2. Phƣơng pháp chế tạo 21
2.3. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của NL và các mẫu VLHP chế tạo đƣợc 23
2.4. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP tốt nhất chế tạo đƣợc 23
2.5. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo đƣợc 23
2.6. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II), Mn(II),

theo phƣơng pháp trắc
quang 23
2.6.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Cr(VI) 23
2.6.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Ni(II) 24
2.6.3. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Mn(II) 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/


3.5.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M
1
40
3.5.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 43
3.6. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II), Mn(II) theo mô hình đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir 44
3.6.Ảnh hƣởng của ion lạ tới khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II), Mn(II) của VLHP M
1
48
3.7. Kết quả xử lí mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 50
KẾT LUẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU nghiệp 5
Bảng 2.1: Kí hiệu các VLHP chế tạo đƣợc 22
Bảng 3.1: Số liệu đánh giá khả năng hấp phụ của NL và các VLHP đối với
Cr(VI), Ni(II), Mn(II) 27
Bảng 3.2: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Ni(II) 31
Bảng 3.3: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Cr(VI) 32
Bảng 3.4: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Mn(II) 32
Bảng 3.5: Số liệu xây dựng đƣờng đẳng điện 33
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP 34
Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP 37

1
33
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Cr(VI)
của VLHP M
1
35
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến 35
quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP M
1
35
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến 36
quá trình hấp phụ Mn(II) của VLHP M
1
36
Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của
VLHP M
1
38
Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP
M
1
38
Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Mn(II) của
VLHP M
1
39
Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến quá trình hấp phụ
Cr(VI) 41
Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP M
1

vào C
cb
của VLHP M
1
đối với Ni(II) 45
Hình 3.21: Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir của VLHP M
1
đối với Mn(II) 46
Hình 3.22: Sự phụ thuộc C
cb
/q

vào C
cb
của VLHP M
1
đối với Mn(II) 46
Hình 3.23: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Cr(VI) 49
Hình 3.24: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Ni(II) 49
Hình 3.25: Ảnh hƣởng của ion lạ tới quá trình hấp phụ Mn(II) 50

1
MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các
chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến môi trƣờng, đặc biệt là sự ảnh
hƣởng nghiêm trọng của môi trƣờng nƣớc. Các hoạt động khai thác mỏ, công
nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt
nhuộm tạo ra các nguồn ô nhiễm môi trƣờng nƣớc chính chứa các kim loại nặng
nhƣ Cu, Zn, Pb, Ni, As và những hợp chất hữu cơ độc hại. Những chất này có liên

- Chƣơng 1: Tổng quan.
- Chƣơng 2: Thực nghiệm.
- Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận.

3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 1

4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.1.2.2. Tác dụ
Mangan là kim loại màu trắng bạc, cứng khó nóng chảy. Trong tự nhiên
mangan là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, đứng hàng thứ 3 trong các kim loại
chuyển tiếp. Gần 95% mangan đƣợc dùng để chế tạo thép trong ngành luyện kim.
Mangan là nguyên tố vi lƣợng trong cơ thể sống, ion mangan là chất hoạt
hoá một số Enzym xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục, tạo mầu và sản xuất
khoáng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Tuy nhiên trong quá trình sinh hoạt
sử dụng nguồn nƣớc nhiễm mangan hoặc tiếp xúc với nhiều bụi mangan sẽ làm suy
nhƣợc đến hệ thần kinh và tuyến giáp trạng [22]. Những ngƣời dễ nhiễm độc
mangan là trẻ em, ngƣời già và phụ nữ có thai và những ngƣời hay măc bệnh về
gan, mật.
1.1.2.3. Tác dụ
Niken đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản
xuất thuỷ tinh, gốm, sứ…
Niken xâm nhập vào cơ thể ngƣờ
ủ
kinh niên… Ngoài ra, niken có thể gây các bệnh về
[1], [22].
1.1.2.4. Tác dụ
Cr(VI). Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Với hàm lƣợng nhỏ Cr(III) rất cần
cho cơ thể, trong khi Cr(VI) lại rất độc và nguy hiểm.
ọng trong việ

5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/



Trong đó:
- Cột A quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công
nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích
cấp nƣớc sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công
nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc không dùng cho mục đích
cấp nƣớc sinh hoạt [19], [23].
1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Nƣớc bị ô nhiễm
kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ, là quá trình đổ vào môi trƣờng nƣớc
thải công nghiệp và nƣớc thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Ô
nhiễm nƣớc bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trƣờng sống của sinh vật
và con ngƣời. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn xâm nhập và cơ thể ngƣời.

6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Nƣớc mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nƣớc ngầm, vào đất và các
thành phần môi trƣờng liên quan khác.
Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng chƣa
đƣợc chú ý và quan tâm đúng mức.
1.2. Giới thiệu một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng
1.2.1. Phƣơng pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một trong những phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng để tách kim
loại nặng từ nƣớc thải. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợp
chất hữu cơ có gắn các nhóm nhƣ : (-SO
3
H), ( -COO
-

. Ở
[2], [4], [16].
1.3.1
ớ .
Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông
qua các yếu tố sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
- Tăng nhiệt độ.
- Thay đổi bản chất tƣơng tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trƣờng.
- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt
chất rắn.
- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số
ợc sử dụ
[2].
1.3.1
[16].
Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức:

m
).VC(C
q
cbo


(1.1)

- .
- .
- ự
.

9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

[1].
:

dt
dx
v 
(1.3)
:

0 cb max
dx
V (C C ) k(q q)
dt

    
(1.4)
:
x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l).
t: thời gian (giây).
 .
C
o

2
)(
te
t
qqk
dt
dq

(1.7)
Dạng tích phân của phƣơng trình này là:
t
q
qk
q
t
e
e
t
1
.
1
2
2

(1.8)

10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Trong đó:


11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Phƣơng
[16].
ố :
n
cb
Ckq
1
.
(1.10)
Hoặc dạng phƣơng trình đƣờng thẳng:
cb
C
n
kq lg
1
lglg 
(1.11)
:
.
1.
[16].
:
ạng:
cb
cb
max

cb
.
11
maxmax

(1.13)
Phƣơng trình Langmuir đƣợc đặc trƣng bằng tham số R
L
R
L
= 1/(1+b.C
0
) (1.14)

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

0< R
L
<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, R
L
>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi,
và R
L
=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.
1.3.3. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
1.3.3.1. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước
Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc thƣờng diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có
ít nhất ba thành phần gây tƣơng tác là: nƣớc - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự
có mặt của nƣớc nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc

Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các

13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nhóm chức và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trƣờng, đồng thời
trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất [2].
Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thƣớc mao
quản,… cũng ảnh hƣởng tới sự hấp phụ
[2],
[3].
1.3.3.2. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước
Để tồn tại đƣợc ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trƣờng nƣớc bị
hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nƣớc, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo ra các
cặp ion hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo đƣợc tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân.
Sự thuỷ phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi pH
của dung dịch. Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố các dạng
thuỷ phân, làm cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thƣớc ion kim loại có thể tạo
phức, sự hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hƣởng đến cả
dung lƣợng và cơ chế hấp phụ [2].
1.4. Phƣơng pháp phân tích xác định hàm lƣợng kim loại nặng
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc dùng để định lƣợng các kim loại.
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp trắc quang để định lƣợng crom,
niken, mangan.
1.4.1. Phƣơng pháp trắc quang
Nguyên tắc: Phƣơng pháp trắc quang là phƣơng pháp phân tích đƣợc sử dụng
phổ biến nhất trong các phƣơng pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của
phƣơng pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển
nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó
và suy ra hàm lƣợng chất cần xác định X [10], [20].


Do đó, nếu đo A tại một bƣớc sóng λ nhất định với cuvet có bề dày l xác
định thì đƣờng biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đƣờng thẳng. Tuy
nhiên, do những yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bƣớc
sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H
+
, sự có mặt của các ion
lạ) nên đồ thị trên không có dạng đƣờng thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu
thức 1.16 có dạng:

A
λ
= k.ε.L.
(
C
x
)
b
(1.17)
Trong đó:
- C
x
: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
- k: hằng số thực nghiệm.
- b: hằng số bản chất có giá trị 0 < b ≤ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ C
x
.
Giá trị b = 1 khi nồng độ C
x
nhỏ, khi C

giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ C
x
là không tuyến tính.

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

x
Phƣơng trình (1.18) là cơ sở để định lƣợng các chất theo phép đo phổ hấp thụ
quang phân tử UV-Vis (phƣơng pháp trắc quang). Trong phân tích ngƣời ta chỉ sử
dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ
thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các
chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy, tức giá trị
ε
của chất đó càng lớn thì giá trị
nồng độ giới hạn C
0
càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp [10].
1.4.2. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng bằng trắc quang
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để định lƣợng một chất bằng phƣơng pháp
trắc quang. Từ các phƣơng pháp đơn giản không cần máy móc nhƣ: phƣơng pháp
dãy chuẩn nhìn màu, phƣơng pháp chuẩn độ so sánh màu, phƣơng pháp cân bằng
màu bằng mắt… Các phƣơng pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ
nhƣng chỉ xác định đƣợc nồng độ gần đúng của chất cần định lƣợng, nó thích hợp
cho việc kiểm tra ngƣỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không. Các
phƣơng pháp phải sử dụng máy quang phổ nhƣ: phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng
pháp dãy tiêu chuẩn, phƣơng pháp chuẩn độ trắc quang, phƣơng pháp cân
bằng, phƣơng pháp thêm, phƣơng pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối
tƣợng phân tích cụ thể mà ta chọn phƣơng pháp thích hợp. Trong đề tài này chúng
tôi sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để định lƣợng các cation kim loại.