§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp làm gia tăng lượng các chất ô
nhiễm phát thải vào môi trường làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong đó
có thủy ngân. Hơi thủy ngân được phát thải chủ yếu từ quá trình đốt các nhiên
liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than quá trình hoạt động của núi lửa và một số
quá trình khác. Mỗi năm, hoạt động khai thác mỏ thủ công thải ra môi trường
khoảng 1000 tấn thủy ngân, chiếm 30-40% lượng ô nhiễm thủy ngân do con
người tạo ra trên Trái đất. Hơi thủy ngân dễ dàng đi vào cơ thể thông qua quá
trình hô hấp. Với khả năng tan trong mỡ, dễ kết hợp với các phân tử. Cho nên nó
có thể làm mất chức năng của các cơ quan, hủy hoại nghiêm trọng tới hệ thần
kinh trung ương. Nếu hít phải một lượng lớn thủy ngân có thể dẫn tới tử vong.
Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô
hấp, vô sinh. Do vậy, việc nghiên cứu vật liệu có khả năng hấp phụ hơi thủy
ngân cao là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách.
Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý hơi thủy ngân,
trong đó phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có
hiệu quả nhất. Quá trình lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp
phụ vật lý, độ bền liên kết yếu. Thuỷ ngân và các hợp chất của nó có khả năng
bay hơi và dễ phát tán trở lại môi trường ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy, người
ta đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng
dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa thủy ngân với than hoạt
tính. Có nhiều phương pháp xử lý bề mặt than, trong đó gắn kết với các hợp chất
halogenua được ứng dụng nhiều.
Trong khuôn khổ luận văn này, em đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên
cứu chế tạo vật liêu than hoạt tính biến tính bằng Iotđua để hấp phụ hơi thủy
ngân” sử dụng nguồn than hoạt tính có sẵn trong nước (Than hoạt tính Trà Bắc
– Trà Vinh) và tiến hành ngâm tẩm với Iot để thu được vật liệu có khả năng hấp
phụ tốt hơi thủy ngân với hi vọng vật liệu này được ứng dụng để kiểm soát thủy
ngân một cách tốt hơn giúp cuộc sống của chúng ta ngày một tươi đẹp hơn.
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047

3
, và nó có thể bay hơi cả trong môi trường lạnh.
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
2
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
Thủy ngân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ba lĩnh vực được
sử dụng nhiều nhất là: Công nghiệp sản xuất Cl
2
và NaOH bằng phương pháp
điện phân sử dụng điện cực thủy ngân (điện cực calomen), nhà máy sản xuất các
thiết bị điện, như đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, máy nắn và ngắt dòng, các
thiết bị kiểm tra công nghệ, nông nghiệp: sử dụng một lượng lớn thủy ngân
trong sản xuất chất chống nấm trong việc làm sạch hạt giống. Nhưng do các hóa
chất này gây nhiễm độc cho người dùng và tồn tại lâu dài trong môi trường tự
nhiên nên từ năm 1996 ở Việt Nam đã cấm sử dụng các chất này.
Thủy ngân còn được sử dụng trong các lĩnh vực như y tế; chế tạo các
dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp
kế…); chế tạo các hỗn hống được sử dụng trong các công việc sau: trong nha
khoa để hàn trám răng, trong ắc quy sắt–niken, các hỗn hống với vàng và bạc
trước kia dùng để mạ vàng, mạ bạc theo phương pháp hóa học ngày nay được
thay thế bằng phương pháp điện phân, tách vàng và bạc ra khỏi quặng của
chúng; chế tạo ra các hợp chất hóa học có chứa thủy ngân.
1.1.2. Độc tính và nguồn phát thải của thủy ngân
a. Độc tính của thủy ngân[1]
Thủy ngân(Hg) là một trong ba kim loại (Hg, Pb, Cd) được coi là nguy
hiểm nhất đối với con người. Thủy ngân được tìm ra và đưa vào sử dụng từ rất
lâu. Chính vì vậy,thủy ngân có mặt khắp nơi và mức độ gây hại đang ngày càng
một nghiêm trọng hơn. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học dễ dàng hấp thụ
qua da, qua các cơ quan hô hấp và tiêu hóa.Tính độc của thủy ngân phụ thuộc
vào dạng hóa học và con đường tiếp xúc của nó.

ít gây độc. Ion thủy ngân (II) thì lại rất độc, nó thường dễ dàng kết hợp với
các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein. Ion Hg
2+
cũng tạo liên kết với
hemoglobin và albumin trong huyết thanh. Ion thủy ngân có thể xâm nhập vào
cơ thể qua đường nước bọt và da.Chúng có thể tập trung chủ yếu trong gan và
thận.
Nguy hiểm là thủy ngân nguyên chất làm nhiễm bẩn không khí, chuyển
thành dạng metyl thủy ngân (CH
3
)Hg
+
bền vững và có quá trình chuyển hóa một
thời gian dài trong cơ thể. Trong các hợp chất của thủy ngân, metyl thủy ngân là
dạng độc nhất, đến mức chỉ vài microlit rõi vào da có thể gây tử vong. Chất này
hòa tan mỡ và thành phần chất béo của màng não tủy. Thủy ngân có khả năng
phản ứng với các axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin.Thủy ngân
có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân
bằng axit bazo của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần
kinh. Metyl thủy ngân có khả năng hòa tan trong chất béo, qua màng tế bào, tới
não, phá hủy hệ thần kinh trung ương. Metyl thủy ngân làm phân liệt nhiễm sắc
thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào.Metyl thủy ngân đặc biệt nguy hại tới
các phôi đang phát triển, tác động gấp 5–6 lần so với người lớn.
Như vậy, hai dạng tồn tại của thủy ngân gây độc mạnh: thủy ngân nguyên
tố dạng hơi và ion thủy ngân (II) (ở dạng ion metyl thủy ngân). Nồng độ tối đa
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
4
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
cho phép của ion thủy ngân (II) theo WHO trong nước uống là 1µg/l, với nước
nuôi thủy sản là 0,5µg/l…

1.2. Các phương pháp xử lý thủy ngân
1.2.1. Phương pháp khử
Bản chất của phương pháp khử là chuyển các chất tan trong nước thành
các chất không tan, bằng cách thêm tác chất vào và tách chúng ra dưới dạng kết
tủa.Chất phản ứng dùng là hydroxit canxi và natri, cacbonat natri, sulfit natri.
Thủy ngân trong nước có thể tồn tại ở dạng kim loại,các hợp chất vô cơ:
oxit, clorua, nitrat, xianua (Hg(CN)
2
), thioxanat (Hg(NCS)
2
), xinat (Hg(OCN)
2
).
Thủy ngân kim loại được lọc và lắng. Phần không lắng được oxy hóa
bằng clo hoặc NaOCl. Sau đó, xử lý nước bằng chất khử (NaHSO
4
hoặc
Na
2
SO
3
) để loại bỏ thủy ngân và clo dư.
Thủy ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các
chất là sulfat sắt, bisulfit natri, bột sắt, khí H
2
S, hydrazine. Đầu tiên cho vào
nước thải các chất sulfat natri, bisulfit natri hoặc khí H
2
S. Sau đó xử lý nước
bằng clorua natri, kali, magie, canxi hoặc sulfit magie với lượng 0,1g/L. Khi đó,

n RH + Me
n+
→ R
n
Me + nH
+
RCl + A
−
→ RA + Cl
−
Quá trình trao đổi ion có thể được tiến hành trong các cột anionit hoặc
cationit. Đây là phương pháp có hiệu suất cao, có thể thu hồi các sản phẩm có
giá trị kinh tế.
1.2.3. Phương pháp đông tụ và keo tụ
Cơ sở của phương pháp là dựa trên quá trình trung hòa điện tích giữa các
hạt keo và liên kết các hạt keo lại với nhau dẫn đến trạng thái keo của các hạt bị
phá vỡ tạo thành các khối bông lớn và sa lắng xuống. Trong quá trình sa lắng
chúng kéo theo các hạt lơ lửng và các tạp chất khác.
Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp hai
muối đó như: Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O, KAl(SO
4
)

phản ứng chuyển hóa của chất bị hấp phụ với chất được mạng trên chất hấp phụ.
Vật liệu hấp phụ có thể được hoàn nguyên bởi nhiệt độ, giảm áp suất hay
dùng khí trơ hoặc các hóa chất.
Ưu điểm của phương pháp hấp phụ là có thể sử dụng khi hàm lượng chất
ô nhiễm thấp, quá trình vận hành có thể tự động hóa, có thể thu hồi chất gây ô
nhiễm. Tuy nhiên, với hàm lượng chất ô nhiễm cao thì hấp phụ lại không có
hiệu quả cao do nhanh chóng đạt sự cân bằng. Bên cạnh đó, quá trình lưu giữ
các chất độc hại trên vật liệu hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết
yếu do đó chúng có khả năng phát tán trở lại môi trường. Do đó, hướng đi mới
trong vấn đề này là nghiên cứu biến tính các vật liệu hấp phụ với một số nhóm
chức hoặc axit hoặc bazơ nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng
hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa các chất độc hại với vật liệu hấp
phụ. Vì các nhóm chức này được liên kết và giữ ở cạnh/góc của lớp vòng thơm,
các cạnh/góc này chứa các tâm hấp phụ chính nên sự có mặt của các hợp chất bề
mặt hay các loại phân tử sẽ làm biến đổi đặc tính bề mặt và đặc điểm của vật
liệu hấp phụ.
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
8
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
1.3. Một số vật liệu xử lý hấp phụ hơi thủy ngân
Hơi thủy ngân là khí ô nhiễm nguy hiểm đối với con người, động vật và
các hệ sinh thái của Trái đất nói chung. Các dòng khí thải thoát ra từ các nhà
máy than nhiệt điện là một trong những nguồn chính phát thải thủy ngân.
Trong các phương pháp xử lý hơi thủy ngân, phương pháp phun vật liệu
vào dòng khí thải được ứng dụng nhiều để kiểm soát thủy ngân. Do đó, nghiên
cứu và ứng dụng các loại vật liệu trong xử lý hơi thủy ngân là một hướng phát
triển mạnh, đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc xử lý hơi thủy ngân trước
và sau khi đưa vào môi trường. Trong các nghiên cứu đó, các tác giả đã tiến
hành chế tạo các loại vật liệu khác nhau, biến tính chúng trong các điều kiện hấp
phụ sao cho đạt hiệu suất tối ưu nhất, dễ thực hiện trong điều kiện xử lý môi

Liu và cộng sự đã nghiên cứu bổ sung khí brom vào hệ chứa khí thải với
tro bay để chuyển đổi thủy ngân từ dạng nguyên tố (Hg
0
) thành dạng đã oxy hóa
(Hg
2+
) nhằm dễ dàng loại bỏ thủy ngân ra khỏi khí thải thông qua các hệ thống
xử lý hiện có. Sự có mặt của 0,4 ppm Br
2
cùng với tro bay có thể oxy hóa
khoảng 60% lượng Hg
0
trong toàn bộ khí thải của nhà máy than nhiệt điện.
Ngoài ra, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu quá trình hoạt hóa như trên với chất
hấp phụ thông qua việc tạo ra than hoạt tính brom hóa (Br-AC - bromide
activated carbon), tức là gắn kết brom lên trên bề mặt than hoạt tính[3,4].
Br-AC đã được sản xuất với quy mô thương mại để sử dụng như một chất
hấp phụ thủy ngân trong các nhà máy than nhiệt điện. Một vài nghiên cứu chỉ ra
rằng 90% thủy ngân được loại bỏ tại tốc độ phun khoảng 5lb Br-AC đối với một
triệu feet khối của khối khí. Tốc độ phun của Br-AC nhỏ hơn nhiều so với than
hoạt tính, (AC được phun với tốc độ khoảng 10-20 lb đối với một triệu feet khối
của khối khí). Tốc độ phun vật liệu giảm nhằm đạt hiệu quả loại bỏ thủy ngân
tốt hơn. Tuy nhiên, một vấn đề cần quan tâm là phương pháp xử lý thích hợp với
Br-AC đã qua sử dụng vì việc chôn lấp chúng sẽ gây nguy hại đối với môi
trường. Giải pháp tốt nhất là có một chất hấp phụ biến tính để loại bỏ thủy ngân
từ khí thải và có thể tái chế một cách hiệu quả[2,4,5].
c. Than hoạt tính biến tính bằng hợp chất clorua
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
10
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT

+ C
x
H
y
O
z
 Zn + [Cl
2
C
x
H
y
O
z
]
Hg
0
+ [Cl
-
]  [HgCl]
+
+ 2e
Hg
0
+ 2[Cl
-
]  [HgCl
2
]
+

Bảng 1.1 Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân của các vật liệu trong 4 giờ ở
80˚C
Than hoạt tính
Ngâm tẩm với dung dịch
HCl ở các nồng độ (N)
Ngâm tẩm với dung dịch
KI ở các nồng độ (%)
0,5 1 5 10 1 5 10 20
Tải trọng hấp phụ
của hơi thủy ngân
(mg/g)
0,59 0,57 0,65 0,55 0,60 0,68 0,67 0,69
Bảng 1.2 Tải trọng hấp phụ thủy ngân theo nhiệt độ trong 4 giờ
Nhiệt độ
(˚C)
Tải trọng hấp phụ của
than ngâm tẩm bằng dung
dịch HCl 5N (mg/g)
Nhiệt
độ (˚C)
Tải trọng hấp phụ của than
ngâm tẩm bằng dung dịch
KI 5% (mg/g)
80 0,65 80 0,68
120 0,58 120 0,70
160 0,54 140 0,85
Nhóm tác giả đã đưa ra các phương trình phản ứng của quá trình hấp phụ
hơi thủy ngân như sau:
Với vật liệu tẩm I:
Hg + I

HgCl + Cl  HgCl
2
Hg + Cl
2
 HgCl
2
e. Than hoạt tính biến tính với lưu huỳnh và hợp chất sunfua
Karatza và các cộng sự đã ngâm tẩm than hoạt tính bằng sunfua và thực
hiện hấp phụ hơi thủy ngân, kết quả cho thấy thủy ngân tập trung tại các vị trí có
nồng độ sunfua cao [10].
Cũng trên cơ sở đó, His và các cộng sự đã tiến hành ngâm tẩm sunfua lên
các sợi than hoạt tính; kết quả phân tích vật liệu cho thấy lưu huỳnh tồn tại ở cả
hai dạng nguyên tố và hợp chất. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình ngâm tẩm được khảo sát và nhóm tác giả khẳng định khi nhiệt độ
tăng thì hàm lượng lưu huỳnh nguyên tố giảm nhưng lượng của nó nằm trong
hợp chất lại tăng lên.
Yan và các cộng sự đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng lưu huỳnh, các
tác giả cho biết than hoạt tính có ngâm tẩm lưu huỳnh thể hiện khả năng hấp phụ
tốt hơn so với than hoạt tính không được ngâm tẩm và quá trình hấp phụ hơi
thủy ngân của vật liệu xảy ra theo 2 cơ chế hấp phụ vật lý và hóa học. Bên cạnh
đó khi tăng nhiệt độ thì quá trình hấp phụ vật lý giảm còn quá trình hấp phụ hóa
học tăng lên [6, 11].
Liu và các cộng sự khi tổng hợp vật liệu than hoạt tính tẩm lưu huỳnh
cũng cho biết, tỉ lệ lưu huỳnh trên than có thể thay đổi từ 4:1 đến 1:2 và quá
trình hấp phụ này chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng từ 140˚C đến
400˚C, có sự hình thành các phân tử HgS gây chắn các tâm hấp phụ nên quá
trình hấp phụ giảm. Còn việc tăng thời gian tiếp xúc cho thấy khả năng hấp phụ
tăng theo [6, 12].
Bảng 1.3 Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân trên vật liệu tẩm lưu huỳnh ở các
nhiệt độ ngâm tẩm khác nhau

Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
14
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
trọng hấp phụ của hơi thủy ngân trên silver-loaded ACF và ACF đạt kết quả tốt
(so sánh với than hoạt tính dạng bột và than hoạt tính dạng bột có gắn nano bạc).
Bảng 1.4 Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân trên các dạng than hoạt tính
Vật liệu
Than hoạt tính dạng bột Than hoạt tính dạng sợi
Không gắn
bạc
Gắn nano
bạc
Không gắn
bạc
Gắn nano
bạc
Tải trọng hấp phụ (mg/g) 7,0 48,0 29,4 192,3
Như vậy, khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của sợi than hoạt tính có gắn
hạt nano bạc rất tốt, gấp 6,54 lần so trước trước khi được gắn các hạt nano bạc.
Đồng thời hiệu suất đạt được của quá trình giải hấp để thu hồi vật liệu cũng rất
cao, đạt được 94,73% trong 70 phút khi nhiệt độ tăng từ 50˚C đến 650˚C.
1.3.2. Một số vật liệu xử lý thủy ngân khác
a. Vật liệu hấp phụ nền zeolit
Panagiotou và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá khả năng loại bỏ thủy ngân
trong khí thải của hai loại zeolit đã xử lý với tác nhân riêng và một loại thứ ba là
zeolit chưa xử lý.Các loại vật liệu này được phun vào dòng khí thải (ở nhiệt độ
130˚C và 230˚C) phát thải trong các quá trình đốt cháy nhiên liệu, không khí,
than đá và các khí khác, với nồng độ thủy ngân trong giới hạn 10 - 70 µg/m3.
Một trong các loại zeolit đã xử lý có thể loại bỏ thủy ngân với hiệu suất 92%
(khả năng hấp phụ là 40 µg/g) khi tỉ lệ khối lượng chất hấp phụ/thủy ngân là

sinh và giảm thiểu chi phí khi sử dụng. Vì zeolit có một cấu trúc không tinh vi
và linh hoạt, nên nó thỏa mãn là một pha nội tốt trong việc bắt giữ với các phần
tử hoạt động khác nhau. Vì vậy, zeolit có thể là một chất hỗ trợ tốt với sự hấp
phụ thủy ngân. Thông qua sự trao đổi ion, kim loại được đưa lên zeolit ở dạng
ion (chẳng hạn như các proton, tốt nhất là cation đồng và bạc) để trung hòa điện
tích trong cấu trúc. Zeolit đã xử lý thể hiện tiềm năng lớn trong việc kiểm soát
phát thải thủy ngân với khả năng tái sinh tốt và khả năng hấp phụ cao.
b. Vật liệu hấp phụ gắn nano TiO2
Trong những năm gần đây các ứng dụng khác nhau của TiO2 trong các
vật liệu xúc tác, tế bào năng lượng mặt trời, các thiết bị điện… đã được chứng
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
16
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
minh.Trên cơ sở đó Tai Gyu Lee và các cộng sự đã nghiên cứu và tổng hợp vật
liệu sợi nanotitanosilicate để hấp phụ hơi thủy ngân. Khảo sát các tỉ lệ khác nhau
của titanium tetraisopropoxide (TTIP) và tetraethyl orthosilicate (TEOS); lần
lượt là 2:1, 4:1, 10:1, 12:1 theo khối lượng), hỗn hợp sau khi trộn được khuấy
đều tại nhiệt độ phòng trong 20 phút. Sau đó chúng được đưa lên tấm kính có
kích thước 75x25 mm2, tấm kính được quay đều với tốc độ 22-23 vòng/phút,
dưới ngọn lửa 1450-1550˚C (nhiệt độ đo được tại tâm ngọn lửa), sao cho tránh
sự bay hơi và phân hủy. Để thu được 40 mg, cần khoảng thời gian 90 giờ. Quá
trình hoàn tất người ta thu được các sợi nanotitanosilicate với đường kính của
sợi khoảng 50-100 nm, những sợi dài có thể đến vài chục µm. Dựa trên dữ liệu
phổ Raman thu được, người ta thấy tại tỉ lệ 12:1 cấu trúc tinh thể hình thành và
thể hiện tính chất điện của xúc tác quang này. Trong dòng khí mang là không
khí, vật liệu này cho hiệu suất loại bỏ hơi thủy ngân cao dưới các loại nguồn
sáng khác nhau,cụ thể như với ánh sáng mặt trời đạt hiệu suất 51%, còn với ánh
sáng huỳnh quang thì vừa cho hiệu suất cao (88%) lại vừa giảm chi phí của quá
trình. Phản ứng bắt giữ thủy ngân được đề nghị theo phương trình:
Ti-OH

các vật liệu khác, góp phần làm tăng khả năng hấp phụ thủy ngân. Người ta cũng
tin rằng sự truyền khối từ pha khí đến bề mặt tiếp xúc khí – rắn nhiều hơn sự
khuếch tán nội hoặc hấp phụ tại bề mặt của chất hấp phụ, đây là bước kiểm soát
đối với sự bắt giữ thủy ngân. Các nhân tố khác thì ảnh hưởng vừa hoặc rất ít đối
với chất hấp phụ thủy ngân gồm có sự ngâm tẩm lưu huỳnh, lưu lượng không
khí cũng như kích thước hạt của chất hấp phụ.
* Vật liệu hấp phụ nền đất sét
Độ xốp, diện tích bề mặt hình học, tỉ lệ lưu huỳnh/khối lượng, và sự thêm
vào của lưu huỳnh có thể tác động đến khả năng bắt giữ thủy ngân của chất hấp
phụ.Mendioroz và cộng sự đã kiểm tra bản chất của sợi trên nền sét magiê
silicat.Đất sét ngâm tẩm với lưu huỳnh là một vật liệu tiềm năng rẻ tiền thay thế
cho than hoạt tính trong sự kiểm soát phát thải thủy ngân.Khả năng hấp phụ thủy
ngân của vật liệu tẩm lưu huỳnh được tìm thấy là 603 mg/g tại 47˚C trong môi
trường mà nồng độ thủy ngân là 90 mg/m3[4]
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
18
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
* Vật liệu nền canxi[14]
Các chất hấp phụ nền canxi như Ca(OH)2 đạt hiệu suất bắt giữ HgCl2 đến
85%, CaO hấp phụ tốt HgCl2 ở 1000C; nhưng lại hấp phụ ít Hg0; do vậy người
ta nghiên cứu để tạo liên kết mạnh hơn giữa Hg0 và vật liệu nền canxi. Do vậy,
người ta đã nghiên cứu 3 loại: CaO, Ca(OH)2, hỗn hợp gồm Ca(OH)2 và tro
bay.
Thực nghiệm với CaO ở nhiệt độ 125
0
C trong 32 phút, khí thải có tốc độ
dòng 1 lít/phút, lượng thủy ngân đầu vào 18,4 µg/m
3
, tỷ lệ chất hấp phụ và thủy
ngân 6,3 x 10

2
Dung lượng hấp phụ (µg/g)
Không có SO
2
trong dòng thải 0,54
Có SO
2
trong dòng thải 1,15
Với hỗn hợp Ca(OH)
2
và tro bay, khí thải có tốc độ dòng 1 lít/phút, lượng
thủy ngân đầu vào 21,47 µg/m
3
, tỷ lệ chất hấp phụ và thủy ngân 6,3 x 10
4
:1,
thực hiện ở nhiệt độ 125
0
C trong 42 phút, dung lượng hấp phụ của vật liệu khi
có và không có sự hiện diện của SO
2
theo Bảng 1.7.
Bảng 1.7 Dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân của hỗn hợp vật liệu Ca(OH)
2
và tro bay
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
19
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
Chất hấp phụ Ca(OH)
2

nhà máy than nhiệt điện. Họ thấy rằng sắt oxit được lưu huỳnh hóa có khả năng
loại bỏ hơi thủy ngân cao hơn sắt oxit vì có khả năng tạo ra 1 dạng rất bền là
HgS. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân là 3,9 mg/g và hiệu suất loại bỏ thủy ngân
là 95% tại nhiệt độ 120
0
C và với dòng hơi thủy ngân có tốc độ thổi khí 400
mL/phút - 60,9 µg/m
3
. Vì vậy, sắt oxit được lưu huỳnh hóa là một trong những
chất hấp phụ loại bỏ hiệu quả hơi thủy ngân.
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
20
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
1.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
Khái niệm
Khái niệm: Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha
(khí–rắn, lỏng–rắn, khí–lỏng, lỏng–lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp
phụ được gọi là chất hấp phụ, còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ
gọi là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Thông thường quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là
hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
1.4.1. Hấp phụ vật lý
Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân
tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là
tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực
định hướng. Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà

mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì
tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc
độ hấp phụ bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt
cân bằng.
Một hệ hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
q= f (T<P hoặc C)
b. Tải trọng hấp phụ
Tải trọng hấp phụ cân bằng là đại lượng biểu thị khối lượng của chất bị hấp
phụ trên một đơn vị khối lượng của chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng, ở một
nồng độ và nhiệt độ xác định.
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
22
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
m
VCC
q
fi
).(
−
=
Trong đó:
V: Thể tích dung dịch
m: khối lượng chất hấp phụ
C
i
: Nồng độ dung dịch đầu
C
f
: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ

+ Khi nồng độ C nhỏ, bC <<1 → q q
max
. bC Đường biểu diễn mối quan hệ
giữa C và q là đường thẳng tuyến tính, đi qua gốc tọa độ.
+ Khi nồng độ C lớn, bC >> 1 → q = q
max
Đường biểu diễn mối quan hệ giữa
C và q là đường thẳng ngang, song song với trục hoành, thể hiện tải trọng hấp phụ
cực đại của vật liệu.
Hình 1.4: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Để xác định các hằng số trong phương trình Langmuir, ta có thể viết
phương trình này dưới dạng:
Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047
24
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT
= + . C
Đường biểu diễn mối quan hệ giữa C/q và C là đường thẳng có độ dốc là
1/ q
max
và cắt trục tung tại 1/ b.q
max
:
Hình 1.5: Đồ thị xác định các hằng số trong phương trình Langmuir
Từ đồ thị, ta xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu:
q
max
=
 Phương trình Freundlich
Kết quả này có thể giải thích:
- Do tương tác đẩy giữa các phần tử, phần tử hấp phụ sau bị đẩy bởi các