ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHÙNG ĐỨC HÕA

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỬ LÝ NHÓM NITƠ
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH
QUẶNG PYROLUSIT TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHÙNG ĐỨC HÕA

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỬ LÝ NHÓM NITƠ
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH
QUẶNG PYROLUSIT TỰ NHIÊN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HUỆ



Bookmark not defined.
1.2. Các phƣơng pháp xử lý nitơ trong môi trƣờng nƣớc ....... Error! Bookmark not
defined.
1.2.1. Phương pháp Clo hoá ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Phương pháp đuổi khí ..................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Phương pháp Ozon hoá................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Phương pháp sinh học..................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5. Phương pháp trao đổi ion ............................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Tổng quan về một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu từ quặng (Laterit, bentonit,
diatomit, pyrolusit) trên Thế giới và Việt Nam........ Error! Bookmark not defined.
1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nhóm amoni
(Laterit, bentonit, diatomit, pyrolusit…) trong môi trƣờng nƣớc. . Error! Bookmark
not defined.
1.5. Đặc tính quặng Pyrolusit tự nhiên ..................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2 .......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.


ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ ERROR! BOOKMARK
NOT DEFINED.
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu......................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Biến tính quặng Pyrolusit................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Nước chứa amoni và nitrit (mẫu giả và mẫu nước thải công ty phân đạm Hà
Bắc) ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu...................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Điều tra thực địa, lấy mẫu .............................. Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm ................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Phương pháp phân tích, so sánh đánh giá kết quả ....... Error! Bookmark not
defined.
CHƢƠNG 3 .......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

Khuyến nghị .............................................................. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................14
PHỤ LỤC 2 ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.


DANH MỤC BẢNG

Bảng 3. 1. Kết quả xử lý của vật liệu chƣa biến tính trong các khoảng thời gianError! Bookma

Bảng 3. 2. Diện tích bề mặt riêng của quặng trƣớc và sau biến tínhError! Bookmark not defin
Bảng 3. 3.Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu
biến tính nhiệt ............................................................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 4. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu
biến tính axit HCl ...................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 6. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu
biến tính bazơ NaOH................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 7. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến
tính nhiệt .................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 8. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến
tính axit HCl .............................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 9. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến
tính axit HNO3 ........................................................... Error! Bookmark not defined.


Bảng 3. 10. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu
biến tính bazơ NaOH................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 11. Kết quả khảo sát dung lƣợng hấp phụ của quặng biến tính bazơ với
amoni ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 12. Kết quả khảo sát dung lƣợng hấp phụ của quặng biến tính axit với
nitrit ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3. 8 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 9 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 10 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH bằng vật liệu biến tính
axit ............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 11 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH bằng vật liệu biến tính
bazơ NaOH ................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 12 Đồ thị dạng tuyến tính biểu diễn mối quan hệ Ce/qe và Ce theo hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir và mối quan hệ lgqe và lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt
Freundlich.................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 13 Đồ thị dạng tuyến tính biểu diễn mối quan hệ Ce/qe và Ce theo hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir và mối quan hệ lgqe và lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt
Freundlich.................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với amoni bằng mẫu giả Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 15 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với nitrit bằng mẫu giả Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.16 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với amoni bằng nƣớc thải
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17. Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với nitrit bằng nƣớc thải
................................................................................... Error! Bookmark not defined.


MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

AOPs: Quá trình oxi hóa cấp tiến
BET: Brunauer Emmett Teller (Xác định diện tích bề mặt, kích thƣớc lỗ mao
quản)
BTNMT: Bộ Tài nguyên môi trƣờng

biệt, đối với các cơ sở sản xuất có nguồn thải nitrat, nitrit, amoni cao cần thiết có hệ
thống xử lý kết hợp với hệ thống phân loại và tái sử dụng nƣớc thải.
Pyrolusit là loa ̣i khoáng c hất có nhiều ở phía bắc Việt Nam , đă ̣c biê ̣t vùng Cao
Bằ ng. Việc nghiên cƣ́u , sử dụng pyrolusit trong lĩnh vực xúc tác, quá trình oxi hóa cấp
tiến (AOPs) và trong xử lý môi trƣờng đã ch ỉ đƣợc thực hiện tuy nhiên các ứng dụng còn


hạn chế. Pyrolusit chứa chủ y ếu MnO2 và Fe2O3 là một hỗn hợp lai giữa hóa trị 3 và 4,
viê ̣c đồng kết tủa hai oxit này để chúng nằm xen kẽ với nhau, tạo ra các tâm hoạt động
mạnh. Khi hoạt hóa bề mặt pyrolusit và pha tạp (dopping) các nguyên tố khác vào cùng
sắ t oxit và mangan oxit cũng là hƣ ớng đi rất mở và có nhiều triển vọng. MnO2 hoạt động
không những là ch ất hấp thụ tốt mà còn có thể đóng vai trò nhƣ một chất oxi hóa mạnh
để oxi hóa NH4+ thành nitơ và MnO 2 có khả năng oxi hóa rất mạnh ở môi trƣờng kiềm,
đặc biệt khi ở dạng nano, MnO2 và Fe2O3 còn có các tính chất ƣu việt khác trong xử lý
các đối tƣợng khác nhƣ F-, As,....
Pyrolusit sau biến tính có khả năng xử lý các thành phần nhƣ asen, flo, trong môi
trƣờng nƣớc rất hiệu quả, đặc biệt nitrit, amoni. Đây là hƣớng chế tạo vật liệu mới. Chính
vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu biến tính xử lý nhóm nitơ trong môi trường
nước trên cơ sở biến tính quặng pyrolusit tự nhiên” đƣợc thực hiện. Với mục tiêu nhằm
góp phần đƣa ra một giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu ô nhiễm cho môi trƣờng nƣớc nói
chung và nƣớc thải chứa thành phần amoni và nitrit do sản xuất hóa chất phân bón, gốm
sứ nói riêng.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu biến tính trên cơ sở nhiệt hóa và hóa học quặng
pyrolusit để xử lý amoni và nitrit


Ứng dụng vật liệu đã nghiên cứu trong xử lý nƣớc ô nhiễm amoni và nitrit

mẫu tự chế trong phòng thí nghiệm.

11. L.T.Hải, P.C.Uyên (2008), “Nghiên cứu quá trình biến tính bentonit Thuận Hải và
ứng dụng hấp phụ ion Mn2+ trong nƣớc”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà
Nẵng, 3(26), 112 - 117.
12. Nguyễn Thị Ngọc (2011), Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng
nano MnO2 - FeOOH mang trên Laterit (đá ong biến tính), Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội.


13. Ngô Kế Thế (2010), Chuyên đề Hóa học vật liệu, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà
Nội.
14. Nguyễn Quốc Thắng (2009), Biến tính đá ong để tách loại asen trong nước ở một
số khư vực phía bắc tỉnh Hà Tĩnh, Đại học Hà Tĩnh.
15. Phạm Thị Hạnh, Phạm Văn Tình, Đinh Khắc Tùng (2010). "Điện phân MnO2 từ
quặng tự nhiên pyroluzit cho xử lý asen trong nƣớc giếng khoan". Tạp chí Hóa học, tập
48, số 4C, tr 290-294.
16. Tạp chí khoa học và công nghệ tỉnh Bình Định (2014), “Báo động tình trạng nƣớc
sinh hoạt nông thôn bị ô nhiễm”.
17. Thân Văn Liên và cộng sự (2006), Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit
Việt Nam để sản xuất bentonit xốp dùng cho xử lý nước thải có chứa kim loại nặng, Viện
Cộng nghệ xạ - hiếm, Hà Nội.
18. Trần Hồng Côn (2005), Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý asen trong
nước cho quy mô hộ gia đình và cụm dân cư, Đề tài Sở KHCN Hà Nội, Mã số 01C09/11-2005-1.
Tài liệu tiếng Anh
19. A. Arslan et al. (2012), Zeolite 13X for adsorption of ammonium ions from
aqueous solutions and hen slaughterhouse wastewaters, J,Taiwan Institute of Chemical
Engineers, 43 (3) 393-398.
20. Abhijit Maiti, Jayanta Kumar and Shirshendu De. Chemical treated laterite as
promisingfluoride adsorbent for aqueous system and kinetic modeling. Volume 265,
Issues 1–3, 15 January 2011, Pages 28–36.
21. A. Farkaš et al. (2005), Ammonium exchange in leakage waters of waste dumps

34. Nature, 2/2013, “Ô nhiễm nitơ tăng vọt ở Trung Quốc- năm 2013.
35. Pálinkó I et al. (1993). “Thermal behaviour of montmorillonite pillared with
different metal oxides”. J.Thermal Analysis 39, 197–205.


36. Pyrolusite, 2001-2005, Mineral Data Publishing, version 1 (8)
37. R.A.D.Tilaki et al, (2012), Removal of Ammonium Ions from Water by Raw and
Alkali Activated Bentonite, Advances in Environment, Biotechnology and Biomedicine
169-174.
38. S. Chakravarty, V. Dureja, G. Bhattacharyya, S. Maity, S. Bhattacharjee*.
Removal of arsenic from groundwater using low cost ferruginous manganese ore.
Analytical Chemistry Division, National Metallurgical Laboratory, Jamshedpur-831007,
India. May, 2001.
39. Shabtai J et al. (1984), Cross-linked smectites. III. Synthesis and properties of
hydroxyl-aluminum hectorites and fluorhectorites, Clays and Clay minerals, 32(2) 99 –
107.
40. Sterte J (1991), Preparation and properties of large-pore La-Al-pillared
montmoriilonite, Clays and Clay minerals, 39(2) 167 – 173.
41. Ting Liu, Kun Wuc, Lihua Zeng. “Removal of phosphorus by a composite
metal oxide adsorbent derived from manganese ore tailings”. Journal of Hazardous
Materials 217– 218 (2012) 29– 35.
42. Tokarz M et al. (1985), Cross-linked smectites. IV. Preparation and properties of
hydroxylaluminum-pillared Ce- and La-montmorillonites and fluorinated NH4+montmorillonites, Clays and Clay minerals, 33(2), 89–98.
43. Tokunaga S, et al. (1997), Removal of arsenic(V) ion from aqueous solutions by
lanthanum compounds, Water Science and Technology, 35(7) 71 – 78.
44. Tomul F and Balci S (2009), Characterization of Al, Cr-pillared clays and CO
oxidation, Applied Clay Science 43, 13 – 20.
45. Venkataraman Sivasankar, Thiyagarajan Ramachandramoorthy, André Darchen.
Manganese dioxide improves the efficiency of earthenware in fluoride removal from
drinking water. Desalination, Volume 272, Issues 1–3, 3 May 2011, Pages 179-186.