Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
MAI QUANG KHUÊ
NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI)
CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ
VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI MẠ ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
THÁI NGUYÊN - 2015
THÁI NGUYÊN - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu chế tạo từ
bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện” là do bản thân tôi thực hiện. Các số
liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.
Thái nguyên, tháng 4 năm 2015
Tác giả luận văn
Mai Quang Khuê
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC CÁC HÌNH vi
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Giới thiệu về Crom 3
1. 1.1. Vai trò của Crom 3
1.1.2. Độc tính của Crom 3
1.1.3. Quá trình trao đổi chất 3
1.1.4. Độ độc hại 4
1.1.5. Ảnh hƣởng của Crom đối với động thực vật 4
1.1.6. Ảnh hƣởng của Crom đối với con ngƣời 4
ệp 5
1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 6
1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 8
1.3.1. Công nghệ mạ điện, khai thác khoáng sản và luyện kim 8
1.3.2. Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ 9
1.3.3. Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm 9
1.4. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chứa Crom(VI) 9
1.4.1. Phƣơng pháp hóa học 9
1.4.2. Phƣơng pháp trao đổi ion 10
1.4.3. Phƣơng pháp điện hóa 11
2.1.1. Thiết bị 31
31
2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH (VLHP) 31
2.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của VLHP 31
2.4. So sánh hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của bã chè chƣa biến tính và VLHP 32
2.5. Xác định điểm đẳng điện của bã chè chƣa biến tính và VLHP 32
2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của
VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh 32
2.6.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH 32
2.6.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian 32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
v
2.6.3. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP 33
2.6.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ 33
2.6.5. Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc vật liệu 33
2.6.6. Khảo sát ảnh hƣởng của ion lạ 33
2.6.7. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu 35
2.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của
VLHP theo phƣơng pháp hấp phụ động 35
2.7.1. Chuẩn bị cột hấp phụ 35
2.7.2. Giải hấp vật liệu sau khi hấp phụ Cr(VI) 36
2.7.3. Tái sử dụng vật liệu 37
2.8. Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Cr(VI) 37
2.8.1. Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phƣơng pháp tĩnh 37
2.8.2. Xử lý nƣớc thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phƣơng pháp động 37
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38
3.1. Lập đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 38
3.2. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của VLHP 38
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
PHỤ LỤC 77
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TT
Từ viết tắt
Từ nguyên gốc
1
BET
Brunauer – Emmet - Teller (Diện tích bề mặt riêng)
2
BTNMT
Bộ tài nguyên môi trƣờng
3
IR
Infrared (IR) spectroscopy (Phổ hồng ngoại)
4
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ (VI) trong nƣớc thải công nghiệp 6
Bảng 2.1: Các thông số của cột hấp phụ 36
Bảng 2.2: Một số thông số của nƣớc thải nhà máy Việt Tiệp – Hà Nội 36
Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn Cr(VI) 38
Bảng 3.2. Diện tích bề mặt riêng của bã chè chƣa biến tính và VLHP 39
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào VLHP 43
Bảng 3.4: Kết quả xác định điểm đẳng điện của bã chè chƣa biến tính và VLHP 44
Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của pH đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 46
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ của VLHP 48
Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 49
Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 50
Bảng 3.9: Ảnh hƣởng của kích thƣớc vật liệu đến dung lƣợng, hiệu suất hấp phụ 51
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của ion
Cl
,
2
4
SO
,
3
NO
tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
của VLHP 52
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của ion
2
3
có nồng độ khác nhau 66
Bảng 3.24: Khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP mới và VLHP tái sinh 67
Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần
1 và VLHP tái sinh lần 2 68
Bảng 3.26: Kết quả tách loại Cr(VI) khỏi nƣớc thải 68
Bảng 3.27: So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán và theo thực nghiệm trên
mẫu nƣớc thải mạ Cr(VI) 70
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 8
Hình 1.2. Mô hình cột hấp phụ 16
Hình 1.3. Dạng đƣờng cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp
phụ theo thời gian 17
Hình 1.4: Cấu trúc của cellulose 24
Hình 1.5: Một cấu trúc giả thuyết của lignin 24
Hình 1.6: Hình ảnh về cây chè 25
Hình 3.1: Đồ thị đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 38
Hình 3.2: Hình thái học bề mặt của bã chè chƣa biến tính 39
Hình 3.3: Hình thái học bề mặt của VLHP 39
Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của bã chè chƣa biến tính 41
Hình 3.5: Phổ hồng ngoại của VLHP 42
Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất hấp phụ của bã chè chƣa biến tính và VLHP 43
Hình 3.7: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 45
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến dung lƣợng hấp phụ của VLHP 46
Hình 3.9 : Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ
của VLHP 48
của Cr(VI) 55
Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lqC
cb
57
Hình 3.17: Đồ thị phƣơng trình động học bậc 1 đối với Cr(VI) 58
Hình 3.18: Đồ thị phƣơng trình động học bậc 2 đối với Cr(VI) 59
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnK
D
vào 1/T của Cr(VI) 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vii
Hình 3.20: Đƣờng cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 44 mm, C
0
=
52,25mg/L, pH = 1,0; F = 1,0616 m
3
/m
2
/h, thể tích VLHP = 5 mL 62
Hình 3.21: Đƣờng cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 70,5 mm, C
0
=
52,25mg/L, pH = 1,0; F = 1,0616 m
3
/m
2
/h, thể tích VLHP = 8 mL 63
Hình 3.22: Đƣờng cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 105 mm, C
MỞ ĐẦU
Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…)
nên thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất pin, mạ điện, sản xuất dệt
nhuộm. Do đặc thù sản xuất, các ngành công nghiệp này tiêu thụ một lƣợng rất lớn
nƣớc và cũng tạo ra một lƣợng nƣớc thải công nghiệp chứa các ion kim loại nặng đều
cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Đây là nguyên nhân gây ô nhiễm các
nguồn tiếp cận: nƣớc mặt, nƣớc ngầm, hệ thống xử lý nƣớc thải dẫn đến tích tụ sinh
học, ảnh hƣởng tới sức khỏe cộng đồng. Do pH trong nƣớc thải có khoảng dao động
rất rộng nên ảnh hƣởng đến khả năng hòa tan kim loại và luôn có sự biến động về
nồng độ kim loại nặng dẫn đến những khó khăn cho quá trình xử lý. Nƣớc thải phát
sinh trong quá trình mạ điện kim loại chứa hàm lƣợng các kim loại nặng rất cao, là
độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con ngƣời. Nhiều công trình
nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái hóa. Với
nồng độ nhỏ, chúng có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hƣởng
đến sự sống của chúng về lâu về dài. Do đó, nƣớc thải từ các quá trình mạ điện kim
loại không đƣợc xử lý, qua thời gian tích tụ trực tiếp hay gián tiếp, sẽ tồn đọng trong
cơ thể con ngƣời gây ra các bệnh nghiêm trọng, nhƣ viêm loét da, viêm đƣờng hô
hấp, eczima, ung thƣ… Vì vậy, xử lý nƣớc thải có chứa Cr(VI) từ các quá trình sản
xuất trƣớc khi thải chúng ra môi trƣờng là vấn đề cấp thiết không chỉ trong nghiên cứu
khoa học mà cả trong sản xuất công nghiệp. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải có chứa
các loại kim loại nặng nói chung (crom, đồng, chì, thiếc, niken…) đƣợc sử dụng ngày
nay là: Phƣơng pháp kết tủa hóa học, Phƣơng pháp màng, Phƣơng pháp hấp phụ,
Phƣơng pháp điện hóa, Phƣơng pháp trao đổi ion, Phƣơng pháp sinh học. Các phƣơng
pháp xử lý trên thông thƣờng mắc phải một số nhƣợc điểm chung là sinh ra một số
lƣợng bùn thải lớn do sử dụng khá nhiều hóa chất để khử Cr(VI), trung hòa và kết tủa;
công nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phƣơng pháp (sử dụng cả nhựa cation và anion
mới có thể loại bỏ đƣợc anion Cr(VI) và cation Cr(III); tính không ổn định của hạt
nhựa và màng do tính oxy hóa cao của Cr(VI); giá đầu tƣ và chi phí vận hành quá cao
và đòi hỏi tay nghề vận hành. Do đó, việc ứng dụng với quy mô công nghiệp các
phƣơng pháp trên đây vẫn còn nhiều khác biệt ở các nƣớc. Công nghệ xử lý bằng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về Crom
1. 1.1. Vai trò của Crom
Crom là một nguyên tố vi lƣợng. Qua nghiên cứu, ngƣời ta thấy ở nồng độ
thấp Crom đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất nhƣ chuyển hoá
glucozơ trong máu [1], [4].
Với đặc tính lý hoá của Crom (bền ở nhịêt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo
màu tốt…) nên nó ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi. Trong luyện kim Crom đƣợc
dùng để sản xuất các hợp kim với Niken và Molipden (Mo), để sản xuất thép chống
mòn và sử dụng trong công nghệ chế tạo máy. Crom đƣợc mạ lên bề mặt kim loại tạo
nên lớp mạ có độ bền hoá học cao, chịu đƣợc mài mòn, bề mặt sáng đẹp, phản xạ ánh
sáng tốt. Trong công nghiệp da Crom đƣợc dùng làm chất tẩy và chất làm bền da,
Cr(III) sunfat đƣợc sử dụng với tƣ cách là một hoá chất chính, tƣơng tác giữa Cr(III)
và chất Collagen làm cho da bền có khả năng chống co ngót ngay cả ở nhiệt độ cao).
Ngoài ra Crom còn đƣợc dùng làm sắc tố để pha sơn và mực, làm cao su và gốm…
1.1.2. Độc tính của Crom
Các kết quả nghiên cứu cho thấy Crom dù chỉ với một liều lƣợng nhỏ cũng là
nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghịêp. Cơ quan nghiên cứu ung thƣ quốc tế
(IARC) đã phân các chất hoá học theo 4 nhóm có khả năng gây ung thƣ [1], [4]:
- Nhóm 1: Tác nhân là chất gây ung thƣ ở ngƣời
- Nhóm 2A: Tác nhân có thể gây ung thƣ ở ngƣời
- Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thƣ ở ngƣời
- Nhóm3: Tác nhân không thể phân loại dựa trên tính gây ung thƣ ở ngƣời
- Nhóm 4: Tác nhân có lẽ không gây ung thƣ ở ngƣời
IARC đã xếp Cr(VI) vào nhóm 1 (Tác nhân là chất gây ung thƣ ở ngƣời) và
nhƣng khi nồng độ Crom đạt đến 9,6 mmol/L và ở pH = 6,3 tỉ lệ cá mắc bệnh khác
nhau về da và tử vong tăng. Nếu ngâm trứng vào dung dịch Cr(VI) có nồng độ 3,9
mmol/L và ở pH = 6,3 thì tỉ lệ cá mắc bệnh tủy sống tăng lên, mang và vây khô hơn,
khả năng chịu lạnh kém hơn. Ngƣời ta cũng thấy crom có gây ảnh hƣởng đến quá
trình phát triển của thực vật: gây bệnh vàng lá cho lúa [1], [4].
1.1.6. Ảnh hưởng của Crom đối với con người
Nƣớc thải sinh hoạt có thể chứa lƣợng Crom tới 0,7µg/mL mà chủ yếu ở dạng
Cr(VI) có độc tính với nhiều loại động vật có vú. Cr(VI) dù chỉ một lƣợng nhỏ cũng có
thể gây độc đối với con ngƣời. Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/L gây rối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
loạn sức khỏe nhƣ nôn mửa…Khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm -SH
trong enzim và làm mất hoạt tính của enzim gây ra rất nhiều bệnh đối với con ngƣời:
Crom và các hợp chất của Crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Bề mặt da là
bộ phận dễ bi ảnh hƣởng. Niêm mạc mũi dễ bị loét. Phần sụn của vách mũi dễ bị
thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng
và loét sâu, có thể bị loét đến xƣơng. Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết
hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tƣợng dị ứng,
bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không đƣợc cách ly và sẽ trở
thành tràm hoá [1], [4].
Khi Crom xâm nhập theo đƣờng hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm
phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy
nƣớc mũi. Khi ở dạng CrO
3
hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô
hấp của ngƣời bị thấm nhiễm.
Nhiễm độc Crom có thể bị ung thƣ phổi, ung thƣ gan, loét da,viêm da tiếp xúc,
xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thƣ phổi, viêm
thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim…
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.
1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong
việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trƣờng, nhƣng tình trạng ô
nhiễm nƣớc là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá
nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nƣớc
trong vùng lãnh thổ. Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết. Môi
trƣờng nƣớc ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề càng ngày càng bị ô nhiễm
bởi nƣớc thải, khí thải và chất thải rắn. Hằng năm các cơ sở sản xuất công nghiệp
đang gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do không có công trình và thiết bị xử lí chất thải.
Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp rất nặng. Ví dụ: Công nghiệp dệt may, công nghiệp
giấy và bột giấy nƣớc thải thƣờng có độ pH trung bình từ 9-10, chỉ số nhu cầu oxi
sinh hóa (BOD), nhu cầu oxi hóa học (COD) có thể lên đến 700 mg/L và 2500 mg/L,
hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép đã gây ô nhiễm nặng
nề các nguồn nƣớc trong vùng dân cƣ [32].
Nghiên cứu ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền
bắc: Nƣớc thải của 2 khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy
trình sản xuất, với hàm lƣợng vƣợt quá TCVN 5945/1995 đối với nƣớc mặt loại B
(Pin Văn Điển Hg: vƣợt quá 9,04 lần, Orionel-Hanel: Pb vƣợt 1,12 lần). Xác định
hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích tại các sông, mƣơng gần khu vực 2 công ty
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
trên thấy hàm lƣợng các kim loại trong trầm tích cao hơn hẳn hàm lƣợng nền, cụ thể
là 13,88 - 20,5 lần (Pb); 1,7 - 4,02 lần (Cd) và 3,9 - 18 lần (Hg) đối với trầm tích sông
Tô Lịch; Pb (3,3 - 10,25 lần); Hg (1,56 - 2,24 lần) đối với trầm tích mƣơng Hanel. Ví
Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm môi trường nước
1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
Có rất nhiều nguồn nƣớc thải các kim loại nặng độc hại cho môi trƣờng, đó là
các nguồn thải có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo. Trong đó các hoạt động
của con ngƣời là nguồn thải chủ yếu, đặc biệt là nguồn sản xuất công nghiệp.
Một số ngành công nghiệp phát thải chính nhƣ sau:
1.3.1. Công nghệ mạ điện, khai thác khoáng sản và luyện kim
Nƣớc thải mạ điện có chứa một lƣợng lớn các kim loại nặng chủ yếu là Cr, Ni,
Pb, Cu,…Nồng độ các kim loại trong nƣớc thải dao động đáng kể và tùy thuộc vào
điều kiện công nghệ. Trong các nhà máy này, hàm lƣợng các kim loại nặng hiếm khi
thấp hơn 10mg/L và có khi đạt tới 1000mg/L. Phần lớn nƣớc thải từ các nhà máy này
đổ trực tiếp vào cống thoát nƣớc chung mà không qua xử lý đã gây ô nhiễm cục bộ
trầm trọng nguồn nƣớc.
Các kim loại nặng đƣợc phát thải vào môi trƣờng trong suốt quá trình từ khai
thác đến sản xuất. Hiện nay trong cả nƣớc có gần 100.000 cơ sở khai thác, chế biến và
sản xuất các sản phẩm khoáng sản. Trong đó, có khoảng 200 điểm khai thác có đăng kí
hợp pháp, còn lại hàng nghìn điểm khai thác tự do tại nhiều vùng trên cả nƣớc. Đây là
nguồn ô nhiễm kim loại nặng đối với nƣớc trên diện rộng và rất nghiêm trọng [12].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.3.2. Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ
Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ nhƣ sản xuất bột màu, ắc quy, gốm sứ
thủy tinh, thuộc da, sản xuất xút, clo, K
2
Cr
2
O
7
, natri sunfit Na
2
SO
3
, polisunfit, natri sunfua Na
2
S, các muối sắt Fe
2+
. Các
phản ứng khử Cr(VI) thành Cr(III) diễn ra nhƣ sau:
Với natri sunfua:
-2
72
OCr
+ 3S
2-
+ 14H
+
→ 2Cr
3+
+ 3S + 7H
2
O (1. 1)
Với natri bisunfua:
O4H3SO2Cr5H3HSOOCr
2
2
4
dùng natri bisunfit. Lƣợng axit cho vào hệ thống phản ứng để đảm bảo pH = 2,4 phụ
thuộc vào loại axit và pH của nƣớc thải trƣớc xử lý.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp là các hóa chất đƣợc sử dụng khá đắt tiền, phải
kết hợp nhiều công đoạn, nhiều phƣơng pháp (lắng, lọc), lƣợng bùn thải lớn và khó
xử lý, gây ô nhiễm thứ cấp.
1.4.2. Phương pháp trao đổi ion
Dựa trên sự tƣơng tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn, là
một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong
pha lỏng và ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi ion). Sự ƣu tiên hấp thu của nhựa trao
đổi dành cho các ion trong pha lỏng, nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ
các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi (ionit). Những hợp chất có khả năng
trao đổi cation gọi là cationit, những hợp chất có khả năng trao đổi anion gọi là
anionit [13].
Cationit axit mạnh thƣờng đƣợc sử dụng để tách sắt, crom, nhôm từ các dòng
nƣớc thải crom trong quá trình mạ điện cũng nhƣ để thu hồi axit photphoric trong
đó. Nhóm cationit axit yếu thƣờng đƣợc sử dụng ở khâu cuối cùng của quá trình
trao đổi ion, để tách các nhóm bề mặt không ion và thu hồi kim loại màu trong
nƣớc thải mạ điện.
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc ứng dụng cho xử lý nƣớc thải xi mạ để thu hồi
crom. Để thu hồi axit cromic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit cromic qua
cột trao đổi ion resin cation (RH mạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr(III), Al, ).
Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ. Do
hàm lƣợng Crom qua bể xi mạ khá cao (105-120kg CrO
3
/m
3
), vì vậy để có thể trao
đổi hiệu quả, nên pha loãng nƣớc thải axit cromic và sau đó bổ sung axit cromic cho
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Khử catot đƣợc ứng dụng để khử các ion kim loại nhƣ Pb
2+
, Sn
2+
, Hg
2+
, Cu
2
+,
As
3+
, Cr(VI). Kim loại sẽ đƣợc lắng và thu hồi trên catot. Điện phân nƣớc thải chứa
H
2
Cr
2
O
7
ở điều kiện tối ƣu pH = 2, mật độ dòng điện 0,2 - 2A/dm
2
, nồng độ giảm từ
1000 mg/L đến 1 mg/L, phản ứng khử diễn ra nhƣ sau:
-2
72
OCr
+ 14H
+
+ 6e → 2Cr
3+
+ 7H
tĩnh điện và bị khử xuống Cr(III) theo phƣơng trình:
-
4
HCrO
+ 7H
+
+ 3e-
3
Cr
+ 4H
2
O (1.5)
Chế độ hấp phụ nội tại: Hấp phụ nội tại là quá trình tƣơng tác bề mặt. Quá
trình hấp phụ các ion kim loại lên bề mặt đều chịu tác động của các tính chất bề mặt
của vật liệu hấp phụ nhƣ bề mặt riêng, độ rỗng, phân bố lỗ xốp… và sự phân cực. Các
chất hấp phụ có nguồn gốc biomass thƣờng chứa cellulose tạo ra bởi các phần tử lặp
β-D glucose là thành phần chính của thành tế bào. Nhóm hydroxyl phân cực trên
cellulose có khả năng liên kết với ion Crom trong dung dịch. Ngoài ra, trong thành
phần của một số thực vật còn có chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ khác nhƣ
hemicellulose, pectins, lignin, chlorophenyl, carotene, anthocyanyn và tanin cũng có
khả năng hấp thụ ion kim loại [13].
1.4.5. Phương pháp sinh học
Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nƣớc sử dụng kim
loại nhƣ chất vi lƣợng trong quá trình phát triển sinh khối nhƣ bèo tây, bèo tổ ong,
Copyright: Tài liệu đại học ©