SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT NGUYỄN GIA THIỀU
Quận Long Biên, Hà Nội
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH
PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015)
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MỘT SỐ HÓA CHẤT VÔ CƠ TỒN DƯ
TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA VÀ TRUNG HÒA.
Lĩnh vực: Khoa học môi trường
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TÁC GIẢ:
ThS. Phạm Thanh Hương 1. Trần Trung Hiếu, Lớp 11B1,
Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Gia Thiều.
Trường THPT Nguyễn Gia Thiều. 2. Nguyễn Đăng Duy, Lớp 11B1,
Trường THPT Nguyễn Gia Thiều.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
2
MỤC LỤC
Phần I. LÍ DO CHỌN ĐÈ TÀI 3
Phần II. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 4
2.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4
2.1.1. Cơ sở lí thuyết 4
2.1.2. Cơ sở thực tiễn 4
2.2. Điểm mới của đề tài 4
2.3. Tính sáng tạo của đề tài 4
Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 5
Chương 1: THỰC NGHIỆM 5
3.1.1. Hóa chất 5
3.1.2. Dụng cụ 5
3.1.3. Khảo sát sự kết tủa của các ion kim loại

chất thải (gồm bã thải rắn, nước thải và khí thải…) là một việc làm rất cần thiết
trong nhiệm vụ bảo vệ môi trường.
Trong các phòng thí nghiệm ở các trường học nói chung và trung học phổ
thông nói riêng hiện nay có nhiều hóa chất tồn dư có từ lâu đời đã bị biến chất
hoặc mất nhãn không còn sử dụng được nữa, chưa được tiêu hủy hoặc tiêu hủy
không đúng cách đã ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, do đó chúng phải
được tiêu hủy.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tiêu hủy hóa chất được đưa ra như:
Phương pháp vật lý, phương pháp hóa học,… mỗi phương pháp đều có những
ưu, nhược đểm nhất định. Với đa số hóa chất vô cơ tồn dư thì tiêu hủy bằng
phương pháp hóa học được cho là thích hợp nhất.
Xuất phát từ thực tế trên, trong đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu
chúng em tiến hành “Nghiên cứu xử lý một số hóa chất vô cơ tồn dư trong
phòng thí nghiệm bằng phương pháp kết tủa và trung hòa” để có thể loại bỏ
các hóa chất độc hại tồn dư trong phòng thí làm cho môi trường trong sạch hơn.
4
Phần II. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.1.1. Cơ sở lý thuyết
Để xử lý các hóa chất vô cơ tồn dư trong phòng thí nghiệm, phương pháp
thường dùng là phương pháp hóa học. Đối với các hóa chất vô cơ là ion kim loại
thì trong các phương pháp hóa học thì sự kết hợp giữa phương pháp kết tủa và
trung hòa mang lại hiệu quả cao nhất.
Phương pháp hóa học là phương pháp chuyển hóa các chất độc hại thành
các chất khí, chất ít tan hoặc chất không độc hại bằng cách thêm hóa chất.
Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng trung hòa, tạo phức, kết
tủa, các phản ứng ôxi hóa khử hóa học và điện hóa.
Nguyên tắc của phương pháp dựa vào các phản ứng hóa học chuyển chất
thải nguy hại về dạng không nguy hại, bao gồm các phương pháp chủ yếu như:

- Hóa chất dùng làm thí nghiệm: CuSO
4
; ZnSO
4
; FeCl
3
; CrCl
3
; AlCl
3
;
MgCl
2
; FeCl
2
; …
3.1.2. Dụng cụ
- Cốc thuỷ tinh - Đũa thuỷ tinh.
- Pipet các loại. - Phễu lọc các loại.
- Giấy lọc. - Giấy chỉ thị vạn năng.
3.1.3. Khảo sát sự kết tủa của các ion kim loại ở các giá trị pH khác nhau
Trong phương pháp kết tủa, dạng kết tủa thường được sử dụng để tách các
kim loại nặng ra khỏi dung dịch là hydroxit. Với quá trình kết tủa hydroxit kim
loại thì pH của dung dịch có ảnh hưởng rất lớn đến việc hình thành hay hòa tan.
Bằng việc tính toán lý thuyết kết hợp với làm thực nghiệm chúng ta có thể biết
được khoảng pH cần thiết để kết tủa cho từng ion kim loại.
Ngoài ra có một số ion kim loại có thể tạo thành các hydroxit kim loại
lưỡng tính như Cr
3+
, Al

2+
8 10
Căn cứ vào khoảng kết tủa của các ion kim loại ở bảng trên, nhóm nghiên
cứu đã tiến hành làm thí nghiệm kiểm tra đánh giá kết quả ở 2 khoảng giá trị pH
từ 5 - 6 và từ từ 9 - 10 như sau:
3.1.3.1. Thực nghiệm về sự kết tủa của các ion kim loại ở pH khoảng từ 5 - 6
6
Hòa tan các muối: CuSO
4
; ZnSO
4
; FeCl
3
; CrCl
3
; AlCl
3
; MgCl
2
; FeCl
2
mỗi
muối có khối lượng 1 gam vào cốc thủy tinh có dung tích 1000ml. Sau đó tiến
hành kiểm tra pH và dùng Ca(OH)
2
và HCl để điều chỉnh pH về khoảng từ 5 - 6.
Với mục đích kết tủa một số ion kim loại như: Fe
3+
;


Cr
3+
328 0,04 0,2
Cu
2+
400 39,1 2
Zn
2+
403 41,0 3
Mg
2+
252 154,2 -
ở pH khoảng từ 5 - 6
Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.2 và hình 3.1 ta thấy:
- Ở khoảng pH này Các ion Fe
3+
, Al
3+
và Cr
3+
đã kết tủa được gần hết (đạt
tiêu chẩn A về nước thải công nghiệp: QCVN 40:2011 BTNMT)
- Một phần các ion Cu
2+
, Zn
2+
và Mg
2+
cũng được kết tủa theo, tuy nhiên
hàm lượng các ion này còn rất lớn (lớn hơn rất nhiều so với quy chuẩn A về

Fe
3+
0,5 <0,05 1
Al
3+
0,14 0,06
Cr
3+
0,04 0,03 0,2
Cu
2+
39,1 0,05 2
Zn
2+
41,0 0,04 3
Mg
2+
154,2 1,32
Pb
2+
710 <0,002 0,1
Từ kết quả trên, có thể vẽ được biểu đồ so sánh hàm lượng các ion trước
và sau khi làm thí nghiệm như sau.
8
Hình 3.2. Biểu đồ so sánh hàm lượng các ion trước và sau thực nghiệm
ở pH khoảng từ 9 - 10
Nhận xét: Nhìn vào bảng 2.3 và hình 2.4 ta thấy:
- Đã kết tủa được hầu hết phần còn lại các ion Cu
2+
, Zn

. Tuy nhiên ở pH từ
5 - 6 này hàm lượng các ion Cu
2+
, Zn
2+
, Mg
2+
và Pb
2+

còn rất cao, do đó cần được
xử lý tiếp.
- Ở khoảng pH từ 9 - 10, đã kết tủa gần được hết các ion Cu
2+
, Zn
2+
Zn
2+
,
Mg
2+
và Pb
2+
. Ở khoảng pH này các ion có mặt trong nước thải đều thấp hơn so
với quy chuẩn A (QCVN 40:2011/BTNMT) và được phép thải ra môi trường.
9
Chương 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Xuất phát từ thực tế, lượng hóa chất vô cơ tồn dư trong phòng thí nghiệm
của các nhà trường hiện nay rất lớn và cần được xử lý. Nhóm nghiên cứu chúng
em đã tiến hành nghiên cứu và xử lý một số hóa chất vô cơ tồn dư theo phương

6
Chú thích
1- Bể thu gom và kết tủa ở pH khoảng từ 5 - 6 (bể 1) .
2 - Bể kết tủa ở pH khoảng từ 9 - 10.(bể 2)
3 - Bể trung hòa (bể 3)
4 - Đường hóa chất vào
5 - Máy khuấy
6 - Đường nước thải sau khi đã xử lý
3.2.2. Mô hình thiết bị xử lý một số hóa chất vô cơ tồn dư bằng phương
pháp kết tủa và trung hòa
Từ sơ đồ thiết bị xử lý hóa chất vô cơ tồn dư bằng phương pháp kết tủa và
trung hòa và qua quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu
chúng em đã triển khai thiết kế mô hình công nghệ xử lý một số hóa chất vô cơ
tồn dư bằng phương pháp kết tủa và trung hòa như sau:
Hình 3.4. Mô hình thiết bị xử lý một số hóa chất vô cơ tồn dư
bằng phương pháp kết tủa và trung hòa
11
3.2.3. Quy trình xử lý
Thu gom tất cả hóa chất tồn dư cần được xử lý hoặc nước thải phòng thí
nghiệm vào bể thu gom (bể số 1) sau đó dùng axit hoặc bazơ để điều chỉnh pH
về khoảng từ 5 - 6. Khi đó trong bể có thể xảy ra phản ứng trung hòa giữa axit
và bazơ tồn dư cần xử lí và phản ứng kết tủa một số hidroxit ở pH thấp như
Fe(OH)
3
; Cr(OH)
3
; Al(OH)
3
; Sau một thời gian, các kết tủa này lắng xuống
đáy bể, cho phần dung dịch chảy sang bể kết tủa số 2.

Fe
3+
0,8 1
Al
3+
0,158
Cr
3+
0,09 0,2
Cu
2+
0,15 2
Zn
2+
0,1 3
Mg
2+
1,58
Pb
2+
0,051 0,1
Từ kết quả ở bảng trên, ta có thể so sánh được hàm lượng các ion kim loại
sau xử lý với quy chuẩn về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011 BTNMT) ở
biểu đồ sau:

12
Hình 3.5. Biểu đồ so sánh hàm lượng các ion sau xử lý
ở pH khoảng
≈
7 và quy chuẩn A

cần được tiêu hủy.
- Đã tiến hành làm thực nghiệm kết tủa các ion kim loại ở pH khoảng từ
5 - 6. Trong khoảng pH này, hầu hết các ion Fe
3+
, Al
3+
và Cr
3+
đã kết tủa và kết
tủa được một phần các ion Cu
2+
, Zn
2+
, Fe
2+
và Mg
2+
dưới dạng hidroxit.
- Đã tiến hành làm thực nghiệm kết tủa các ion kim loại ở pH khoảng từ
9 - 10. Trong khoảng pH này các ion Cu
2+
, Zn
2+
, Fe
2+
và Mg
2+
còn lại gần như
được kết tủa hết. Kết quả hàm lượng các ion Fe
3+

1. PGS.TS. Nguyễn Đình Bảng, Các phương pháp xử lý nước, nước thải,
ĐHKHTN, 2004.
2. Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Lê Chí Kiên, Lê mậu Quyền, Hóa học 11 nâng
cao, Nxb Giáo dục, 2012.
3. PGS.TS. Trịnh Lê Hùng, kỹ thuật xử lý nước thải, Nxb GD, 2006.
4. Quy chuẩn về nước thải công nghiệp 40:2011/BTNMT.
15
PHỤ LỤC
16
17