DẠI IIO( Ọl <)( <;i \ IIÀ NỘI
I IUIÒNCÍ dai IKK' KIỈOA IKK' I I I'NI 11Tin
Ten de tài:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KHOÁNG SÉT BIẾN TÍNH
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ MỘT s ố KIM LOẠI NẶNG TRONG N ư ớc THẢI.
Mã sô: QT 03.lơ
Chủ trì để tài: PGS,TS Lẽ Hùng
Các cán bộ tham gia:
- PG ST S Nguyễn Đình Bảng
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
- Th.s Phạm Anh Son
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
ĐAI HỌC Quốc GIA HÀ NỎI
T. ữ ĩ£ ^ ĨA ^ T-HÓMG tin Thự viện 1
/4 (Ấ
I la Nội, 2005
I. lỉáo c;ío (om l;i(:
(I. I't'11 (tê lài:
Nghiên cứu sử dụng klioánu sét biẽn lính làm vật liệu hấp phụ một sỏ
kim loại nạng Ironu nước thái.
Mã số: Q T -03 -1 0
h. Chú trì đề tài:
PGS, TS Lê Hùng - Khoa Hóa - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
ỉ là Nội
c. Các cán bộ tham gia:
- PGSTS Nguyễn Đình Bảng
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nội
- Tli.s Phạm Anh Son
Khoa hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nội
d. Nội dung và mục tiêu nghiên cứu:
Biến tính khoáng sét diatomit bằng HC1 và Na2C()3 ử các nồng độ và

+ Tổng kinh phí được cấp : 10.000.000d
+ Tổng kinh phí thực chi : 10.000.OOOđ
Xác nhân của Ban chủ nhiêm khoa
Hà Nội, ngẩy f 0 tliániỊ /i / IhĩniX cKPi
Chủ trì dề tài
Xác nhận của Trường
*KÓ HLỀU 1^ 0»
Sum m ai Y K cịXM (
;i. R esearchiiiịỊ Proịccí:
Investiualion ol' llic adsoiplion abililics ol mođiíietl clays 011 hcavy
mctals in contuminatcđ waslcwalcrs.
Codc: QT.03.I0
b. Dircctor:
- Lc Hung, Assoc. Prof. Dr
c. Members:
- Nguyen Dinh Bang, Assoc. Prof. Di
- Pham Anh Son, Ma. Studcnt
d. Researching Attitudes and contents:
The preparation of modified diatomite from natural diatomitc clays and
investigation of adsorption abiliiies oí' modiiied clays on heavy metals in
contaminateđ wastewaters. The Determination of the optimal conditions of the
adsorption of modified diatomite from DA - HCI and DA - Na2C 03.
Results:
Investigation of the adsorption abilites of heavy metals (Cr, Ni) on
modified diatomite and determination of heavy metaỉs by spectrometric
method. The results shcnvn thai:
- The contact time which hcavy mctals and sorption reaches conslant is 3 hours.
- The suitable pH range for adsorpting heavy metals is from 7 to 8.
- Using for adsorption of Cr, Ni from waste water at thc Minh Khai
1'actory. The rcsulls have shown that modillcd diatomit can hc applieđ lo

Khai Hà Nội.
5.2. Tách loại C r+ trong nước thái bế mạ Nikcn nhà máy Kliơá Minh
Khai I là Nội.
IV. KÍÍT LUẬN.
NCỈINÊN c iTu s ử d ụ n í; kiioANt; SI I 15H;N I ín ii là m vạ i
LIỆl) HẤP PHỤ MỘT s ò KIM LOẠI NẶNÍỈ TRON(ỉ n ư ớ c t h ã i
MỞ ĐẦU
Nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ có cấu trúc xốp lừ các nguồn
nguyên liệu tự nhiên và tìm hiếu kha năng hấp phụ của chúng đổ tách loại các
kim loại nặng từ các nguồn nước thai dang dược chú ý. Việc sử dụng các vật
liệu hấp phụ tự nhicn như khoáng sct, than bùn, tro bay, than hoạt tính., vào
mục đích này có nhiều ưu việt vì chúng không gây ra hiện tượng ô nhiễm thứ
cấp, các vật liệu này có khá năng tách loại tốt các kim loại nặng độc hại, làm
giảm hàm lượng kim loại nặng trong nước thải. Mặt khác các vật liệu này lại
sẩn có và rẻ tiền ở đất nước ta.
Trong số các vật liệu hấp phụ ở trên khoáng sét kiểu bentonit, diatomit
đang được chú ý nghiên cứu và sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp
khoan, chất trơ lọc, chất độn, chấp hấp phụ để tách loại các ion kim loại trong
nước thải.
Ở Việt Nam, đi đôi với quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các
chất thải công nghiệp phát tán ra môi trường nước và khí ngày càng nhiều,
hàng ngày lượng các ion kim loại nặng nhưNi2+, Cr6\ Cr3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+
đi vào môi trường ngày càng tăng, do chưa được sử lý một cách nghiêm ngặt
nên có rất nhiều khả năng gây ô nhiễm cho môi trường nước, ảnh hưởng rất
lớn và lâu dài đến sức khoe của cộng đồng. Chính vì vậy việc nghiên cứu tách
loại các kim loại nặng độc hại ra khỏi mồi trường nước sinh hoạt; nuôi trồng
rất có ý nghĩa và cấn thiêì.
I. KHOÁNG SÉT VẢ sử DỤN<; KHOẢNC. SÉT ĐỂ sử LÝ NƯỚC:
Khoáng SCI là sán pham phong hóa làn dư của các loại đá gốc chứa
trường thạch như pcmnalil; granit; ha/an; gabro; ryolil hay đá phun trào axil

2,6u/cni; (líml) I)
Nhóm monimoi illonil có CÒI11Í lliức: Aụ(),.4Si()2.11 0 + 1)11,0
Mạiiu lưới tinh ihê khoánu này gồm 3 lớp (hai lứ diện Si()4 và một hát
diện A106). So với caolinit thì klioáng này có lực liên kết yếu hơn, ỏ đây các
nhóm OM nằm bên trong, ha lớp trôn tạo thanh gỏi kicii kín. Do có sự thay thố
đổng hình, nên montmorillonit thườn? chứa các cation Fc2+, Fc3+, Ca2+, Mg2+,
với hàm lượng khá lớn. Độ phàn tán của khoáng montmorillonit cao, hạt mịn,
kích thước cỡ0,06mm có thể chiếm tới 40%.
• 60 H
õ 4AI
t I ' j \ỵ-'
\ /Vkv
' K*
'
ị\
w
-V4-7- -
-xf
^ Ị
/ \ I L 1
/ \ N / <s>4-Si
l' ì o 8 0
40+ 20H
Hình 1: Mạng lưới caolinit
Montmorilỉonit là loại khoáng silicat ba lớp nên khi có nước, các phân tử
nước có thể đi sâu vào và phân bố giữa các lớp làm cho mạng lưới của nó
trương nở lớn. Cũng do cấu trúc của montmorillonit nên khoáng này có khá
năng hấp phụ trao đổi ion lớn và đạt tới 150 mili đương lượng gam đối với
iOOg khoáng. Khối lượng ricng của montmorillonit từ 1,7 - 2,7 g/cm3, trong
gốm sứ khoáng này còn có tcn là bcnlonit (h2).

V
V

^
____________v
____________
'
Cation trao đổi Truưniĩ nứ Bát diện Tứ dicn
Vs

Sy.

___________________________
______________________

J
Lớp trung gian LópSilicat
Khoáng (lialomil là loại khoáng lự nhiên có llùmli phấn chủ ycu là Si()2,
Al,(), cùng một sô các oxil khác với hàm lượng nhó. Thành phần hóa học của
ciiatomil nhu' sau:
Si02:55,0 95%-; Al,0, : 1,0 10,5%; Fe,(.)„ FcO : 0,2 10%; CuO,
MgO: 0,2-4% .
Diatomit màu Irắng, xám sáng hay hơi vàng, nhẹ, gồm các hạt gắn kêì
yêu. Diatomit có nguồn gốc từ các hóa thạch của các dộng vật nguycn sinh
hữu cư dạng đơn hào hai nguyên tử (các loại rong biển, tảo giáp )- Lượng
chứa các mảnh xác hóa thạch trong 1 cmdiatomit dao động từ 2 đến 50 triệu
mánh. Các mảnh giáp xác táo cát (diatomê) hóa thạch là các tiểu thổ opan vô

3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, thời gian, độ
pH đến quá trình hấp phụ diatomit đối với Ni2+ và Cr3+.
4. Khảo sát khả năng hấp phụ của diatomit dã biến tính bằng Na2C 0 3
với ion Ni:+ và Cr3+ trong nước thái nhà máy z 121.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
1. Thành phần hóa học của khoáng diatoniit Phú Yên:
Mu: Mẫu nguyên khai
M,: Mẫu được hoạt hóa hằng HC1.
M2: Mẫu biến tính bàng Na2COv
STT Mẫu
Hàm lư ợ n g %
Si()2
a i 2o 3
Fc2()3
MgO
CaO
1
M0
66,79
14,75
2,35
0,61
0,55
9
M,
87,50
3,80
0,80
0,45
0,30

Lượng Ni2+
Lượng Ni2+ bị
Hiệu suất
nguyên khai
đầu (mg)
còn lại (mg)
hấp phụ (mg)
%
Mo
10
9,1
0,9
9%
Bảng 2: Khá năng hấp phụ của diatomit nguyên khai
3.2. Kha năng hấp phu của diaỉonùt (lược hoạt hóa bằng axỉt.
Cán 4 mẫu DA MCI 10%, DA MCI 15%, DA MCI 20% và DA MCI 25%,
mỏi mẫu có khối lượng I u cho vào 4 hình non chứa lOOml Ni2+ nồng độ
7
() I mg/ml. Kliuây lionu 2 giò', loc lây (hum (lịch (lem phân liclì lim được kct
qua ở báiìg 3.
Mau
Lưựnu Ni'’* ban
(lẩu (mg)
Lượim Nr '
còn lại (mg)
'
1.UÓIIL!, Ni ' bị
hấp phụ (mu)
1 liệll suất
%

này càng thể hiện rõ.
3.2.1. Ảnli hưàinỊ của nhiệt dộ lìutìíỊ lììần tiến klia năiìíỊ hấp pliụ của
D A.na 20%.
Tiến hành nung mẫu DA - ỈỈCi 20% (V các nhiệt độ khác nhau: 200,
400, 600, 800(lc trong thời gian 2 giờ.
s
Lây hôn bìnli nón cho vào mõi hình lOOml dung dịch Ni’f 0,1 nm/ml,
clu) liếp I g mau DA 11(120% dã IUII1U lương ứng ó' các Iiliiệl độ trôn, cỈLia
lên máy khuây lừ, khuấy liong 2 giờ, lọc Iây dung dịch, (lem trác lỊiiaiiií, (hu
(lược kẽt CỊUÍÍ trên háng 4.
Nhiệt độ nunu
°c
Lượng Ni2+ ban
(lâu (mu)
Lượng Ni2+ còn
lại (mu)
Lượim Ni2+ bị
hấp phụ (mu)
200
10
6,0
4,0
400 10 5,5
4,5
600 10
5,0
5,0
800 10
5,3
4,7

%
l
10
5,8
4,2
42,0
2
10
5,02
4,98
49,8
10
4,65
5,35
53,5
4
10
4,35
5,60 56,0
5 10 4,34
5,66
56,6
Bang 5: Ảnh hương cùa thời gian đến khả nâng
hấp phu của mẫu DAj
Từ những dữ kiện ở bảng 5 ta nhận thấy rằng sau 3 - 4giờ quá trình hấp
phụ của khoáng DA - HC120% nung ở 600°c (mẫu DA|) gần như đạt tới trạng
thái cân bằng, do đó có thể chọn thời gian từ 3 - 4 giờ để tiến hành các nghiên
cứu tiếp theo.
1
7 -

%
2
10
8,0
2,0
20
4 10 6,0
4,0
40
6 10 5,0
5,0
50
7 10
4,5
5,5
55
8
10
3,5 6,5
65
Bảng 6: Ánh huỏng của pH đến khả năng
hấp phụ của mẫu DA,
ơ pH từ 7 - 8 khả năng hấp phụ của mẫu DA| là lớn nhất. Ở các giá trị
pH cao hơn, Ni Ken bắt đẩu kết tủa hidroxit. Vì vậy có thể dùng giá trị pH này
để tách loại N2+ ra khỏi dung dịch nước.
Lượng Ni2+ còn lại (mg)
Hình 3: Ảnh liuóìi” cua p11 đốn khá năng hấp phụ của mãII DA,
4 . Khá mìng 11:11> phu cn;i (lialomil (lược hiõn linh bằng N:i,(
Biến tính bé mặl mẫn l)A 11(1 20% bủnu cácli cho mau này vào bình non
có dung dịch Na2CO, uổng clõ kliác nhau, dùng máy khuâì từ khu ã y Ironu, 2

DA - Na20 3 2% 10
2,90
7,30
71
DA - Na20 3 5% 10 2,40
7,60
76
DA - Na20 3 10%
10
2,15
7,85
78,5
ỉĩáiiịỊ 7: Anh hưỏìiịỊ cúa nổng (lộ Na2C()3 đốn khả Iiăng
lìíVp Ihụ Ni2', Cr3+ CI11I (liaỉoniit ỉ)iến lính.
-ưựng Ni2*", (V'* còn lại
1. Lượng Ni2+ còn lại
2. Lượng CiJ+ còn lại
2 5 10 Nồng độ Na2C 03 (%)
Hình 4: Ánh hưởng của 110111» độ NaXO, đến khả năng
hấp thụ Ni2\ Cr,+ của dỉatomit biến tính.
Từ bảng 7 và hình 4 nhận thấy rằng khi biến tính diatomit với Na2C03
nồng độ 5% và 10%, ở 150°c khả năng hấp phụ Ni2+ và Cr,+ đều tăng lên so
với khi hoạt hoá diatomit bằng HC1 ở các nồng độ khác nhau. Ớ nồng độ
Na2C03 là 5% và 10% khả năng hấp phụ của diatomit biến tính gần xấp xỉ
nhau. Vì vậy có thể sử dụng mẫu DA - Na2C03 5% để nghiên cứu tiếp.
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ của diatomit
DA - Na2C 0 3 5%.
Tiến hành nung mầu DA - Na2C03 5% ở các nhiệt độ 200, 400, 500,
600° c trong thời gian 2 giờ. Sau đó tiến hành hấp phụ Ni2+, Cr3+ như các thí
nghiệm mục 4.1. Kết quả thực nghiệm trình bày trên bảng 8 và hình 5.

10
2,41
7,59 75,9
400°c
10
2,01
7,99
79,9
500°c
10
1,85 8,15
81,5
600°c
10
1,73
8,27 82,7
Bảng 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả nàng hấp phụ
của diatomit biến tính DA - Na2C 0 35%
Lượng Ni2+, Cr3+còn lại
200 400 500
600
1. Lượng Ni2+còn lại
2. Lượng Cr3+ còn lại
Nhiệt độ nung (°C)
Mình 5: Anh liuổiiịi của nhiệt độ nung đôn khá năiiịỊ liiYp phu
củii (lialomil hiến tính I)A - N;i,C(),5%
Khi tãnu nhiệt (lộ Iiiing, klui Iiànu !i;ìp phụ của (Imtomil hiến lính lăng
lên, ó' nhiệt (lộ, ‘100, 500, ()()()"(' sự hàp phụ của nỏ với Ni2+ và (VM (lcu cao và
xấp XI nhau. Ta có llie chon một Ironu ba nhiệt dỏ này ciè nghiên cứu liếp. Sự
tãim ilung lưọìm hấp phụ của đialomii khi lăim nồnụ độ Na2CO, và nhiệt (lộ có

2,39 7,61 76,1
3 10
1,30
8,70
87,0
4 10
1,03
8,97
89,7
5
10
0,95
9,05
90,5
Hảng 9: Ảnh hương của í hòi ginn phán ứng đến kliii Iiiìiiị» hap phụ
củíi đinlomil I)A - Niầ2C(),5% ơ 500°c
I Aiựim N r\ ( CÒI) lại
Hình 6: Ảnh hương của thòi gian phan ứng đến kha nâng hấp phụ
cùa diatomit DA - Na2CO,5% Ở500°c
Khi tăng thời gian phản ứng, khá năng hấp phụ tăng lên. Ớ khoáng thòi
gian từ 3 - 5 giờ, phản ứng dẩn đạt tới trạng thái cân bằng.
4.4. Ảnh hưởng của pỉi đến khả năng hấp phụ của diatomit DA -
Na2C 0 35% ở 500°c.
Chuẩn bị 5 bình nón, cho vào mỗi bình lg DA - Na2C 0 3 5% đã nung ở
500°c, lOOml Ni2+ nồng độ 0, Img/ml, điều chỉnh pH = 2, 4, 6, 8 vào mỗi bình
tương ứng. Dung dịch CiJ+ cùng được tiến hành tương lự như trên. Tiến hành phản
ứng trong thời gian 3 giờ. Kết quả thực nghiệm trình bày trên bảng 10, hình 7
pH
Ni2+
Lượng ion KL

3,05
6,95
69,5
6
10
] ,90
8,10
81
7
10
1,05
8,95
89,5
8
_______
_
________
_
0,48
9,52
95,2
Ban" 10: Anh hưónị> của pH đốn khá niĩiìịí liâp phụ
cua (liulomil I)A - Na,c o , 5%
16
1ƯCIÌU Ni’', ( Y" còn lại
5
4
3
2
I .Lượng Ni2+ còn lại

khi phan ứng kết thúc nồng độ Cr’+ còn lại trong dung dịch còn lại <0,05mg/l.
Qua bài thí nghiệm ứ trên thấy rằng có the sử dụng diatomit biến tính DA
- Na2C 03 5% dể lách loại Ni. Crơm ra khỏi nước thải có chứa Crom, Nikcn.
Nước thái sau khi xử lý có nồng độ rất thấp <0,05mg/1, hàm lượng này
đáp ứng yêu cầu về nồng độ Crom, Nikcn của nước dùng sinh hoạt và nuôi
trổng hải sán.
IV. KẾT LUẬN.
Nghiên cứu khá năg hấp phụ các kim loại nặng trên diatomit hoạt hoá và
biến tính, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
- Diatomit nguyên khai có dung lượng hấp phụ thấp (khoảng 9%), sau
khi hoạt hoá bằng HC1 20% và biến tính bằng Na2C03 ở các nồng độ 2%, 5%
và 10% ử 500°c, khá năng hấp phụ kim loại nặng tăng lên đáng kể.
- pH thích hợp đê hấp phụ các ion kim loại nặng là 7 đối với Crom và 8
đối với Ni ken.
- Nhiệt độ nung mầu trong khoáng 400 - 500°c.
- Thời gian ihích hợp để quá trình hấp phụ đạt cân bằng là khoảng 3 giờ.
- Qua kháo sát trên mầu nước thai nhà máy Khoá Minh Khai cho thấy có
thc sử dụng phương pháp này dế lách loại các kim loại nặng ra khỏi nước thai.
18
TAI 1111 I II \M KHẢO
1. Lò I lù nu Nuhiên cứu sử (lụim Na bcnlonil làm vật liệu 11 ấp phụ
tách loại Crom, Nikon Irong nước llì;ii một số bế mạ Crom, Nikcn.
Tạp chí phân tích lioá, !ý \ à sinh học T4, 3, 1999.
2. Nguyễn Bá Trinh - Công Ìììihộ xử lý nước thai TT KHTN và CNQG.
3. P.Duvernenil, B.Pcnonillcr - Récupcration dcs mctaux lourds dans lcs
déchets et boues issucs dcs traitcments dcs ciìluents.
Tc - Doc - Paris - 1997
4. J.N Poster- Heavy mctals in wasterwater and sludge treatment process.
CRCPrcs- Inc Florida, 1987
5. T.Viaraghavan - water pollution research