BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ ION
KIM LOẠI NẶNG: Cu2+, Pb2+ VÀ Cd2+ BẰNG HẠT HẤP
PHỤ HYDROXYAPATIT
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

CAO THÙY LINH

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ ION
KIM LOẠI NẶNG: Cu2+, Pb2+ VÀ Cd2+ BẰNG HẠT HẤP
PHỤ HYDROXYAPATIT

CAO THÙY LINH
CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ

: 8440301

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. ĐINH THỊ MAI THANH
2. TS. LÊ NGỌC THUẤN


Cao Thùy Linh


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hạt hấp phụ hydroxyapatit (hạt HAp) đƣợc chế tạo từ bột hydroxyapatit tổng
hợp và phụ gia polyvinyl ancol bằng phƣơng pháp thiêu ở điều kiện: mPVA/mHAp =
3/20, nhiệt độ nung 600 oC, thời gian nung 4 h. Đặc trƣng hóa lý của vật liệu hạt
HAp đã đƣợc nghiên cứu bởi màu sắc, độ bền trong nƣớc, nhiễu xạ tia X (XRD),
tán xạ năng lƣợng tia X (EDX), SEM và BET. Hạt HAp thu đƣợc có màu trắng, đơn
pha của HAp với diện tích bề mặt riê ng 73 m2/g, kích thƣớc hạt trung bình (2x10)
mm. Hạt đƣợc sử dụng để xử lý ion Cu2+, Pb2+ và Cd2+ trong nƣớc. Ảnh hƣởng của
một số yếu tố đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ Cu 2+, Pb2+ và Cd2+ đã đƣợc
nghiên cứu. Dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ dạng mẻ đạt : Q = 2,96 mg/g, H =
88% (đối với Cu2+); Q = 4,95 mg/g, H = 98,93% (đối với Pb 2+); Q = 4,2 mg/g, H =
84,4 % (đối với Cd2+). Hiệu suất hấp phụ dạng cột lần lƣợt đạt khoảng; 99,97; 99,99
và 99,9 % và dung lƣợng hấp phụ lần lƣợt là 3,3; 5 và 4,99 mg/g (đối với 2 lít dung
dịch chạy cột). Các dữ liệu thực nghiệm hấp phụ đƣợc mô tả bằng hai mô hình đẳng
nhiệt Langmuir và Freundlic và tuân theo phƣơng trình động học giả định bậc2. Từ
đó thiết lập đƣợc quy trình xử lý từng ion kim loại nặng: Cu 2+, Pb2+ và Cd2+ và Ứng
dụng quy trình để xử lý mẫu nƣớc ô nhiễm chì tại huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn.
Từ khóa: Hạt hydroxyapait, hấp phụ, loại bỏ Cu 2+, Pb2+ và Cd2+


iii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong khoa Môi Trƣờng Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội đã tận tình dạy bảo, truyền đạt


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN .......................................................................................vii
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................xi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................4
1.1. Giới thiệu chung về hydroxyapatit .......................................................................4
1.2. Giới thiệu về poly vinylancol (PVA) ................................................................12
1.3. Tình hình nghiên cứu về hydroxyapatit trong nƣớc ...........................................15
1.4. Tình hình nghiên cứu về HAp trên thế giới .......................................................17
1.5. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc và một số phƣơng pháp
xử lý ....................................................................................................................23
1.6. Hấp phụ ..............................................................................................................26
1.6.1. Hiện tượng hấp phụ ..................................................................................26
1.6.2. Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ................................................28


v

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................30
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ...........................................................30
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................30
2.1.2. Dụng cụ.....................................................................................................30
2.1.3. Thiết bị ......................................................................................................30
2.2. Chế tạo hạt hấp phụ hydroxyapatit ....................................................................31

3.2.2. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện hấp phụ Cu2+...................................44
3.2.3. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện hấp phụ Pb2+ ...................................49
3.2.4. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện hấp phụ Cd2+...................................53
3.3. Nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện hấp phụ động (hấp phụ dạng cột) một số
ion kim loại nặng: Cu2+, Pb2+ và Cd2+ bằng hạt hấp phụ hydroxyapatit ............57
3.3.1. Ảnh hưởng của chiều cao vật liệu hấp phụ ..............................................57
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu đến quá trình hấp phụ ...............................58
3.4. Nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ .....................................................59
3.4.1. Động học của quá trình hấp phụ Cu2+ .....................................................59
3.4.2. Động học của quá trình hấp phụ Pb2+ giả định bậc hai ..........................62
3.4.3. Động học của quá trình hấp phụ Cd2+ .....................................................62
3.5. Quy trình xử lý các ion kim loại nặng: Cu 2+, Pb2+ và Cd2+ bằng cột hấp phụ và
áp dụng để xử lý mẫu nƣớc sinh hoạt bị ô nhiễm Cu 2+, Pb2+ và Cd2+ ................63
3.5.1. Quy trình xử lý riêng từng ion kim loại nặng ...........................................63

3.5.2. Ứng dụng quy trình xử lý mẫu nước ô nhiễm kim loại nặng ....................66
KẾT LUẬN ...............................................................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................70
PHỤ LỤC ..................................................................................................................79


vii

THÔNG TIN LUẬN VĂN

+ Họ và tên học viên: Cao Thùy Linh
+ Lớp:

CH2B.MT


HAp

Hydroxyapatit

PVA

Poly vinylancol

M-HAp

Hydroxyapatit pha tạp một số nguyên tố

FHAp

Floapatit

n-HAp

Nano hydroxyapatit

FTIR

Phƣơng pháp phổ hồng ngoại

SEM

Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét

XRD

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của phân tử HAp [10] ...................................................6
Hình 1.4. Quá trình tạo và vỡ bọt dƣới tác dụng của sóng siêu âm ............................8
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp siêu âm ................................................8
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp phun sấy ..............................................9
Hình 1.7. Các hình ảnh SEM của vật liệu theo các tỷ lệ trộn khác nhau ..................18
Hình 1.8. Các hình ảnh SEM của vật liệu trong môi trƣờng tổng hợp không có axit
citric (a) trƣớc và sau khi ngâm trong 7 ngày (b), 28 ngày trong SBF (c), và
phổ EDX phân tích của mẫu (d). .................................................................19
Hình 1.9. Các hình ảnh SEM của vật liệu trong môi trƣờng tổng hợp có axit citric
(a) trƣớc và (b) sau khi ngâm trong 7 ngày, (c) 28 ngày trong SBF, và (d)
phân tích EDX của mẫu. ..............................................................................19
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo hạt HAp ..............................................................................32
Hình 2.2. Sơ đồ cột hấp phụ ......................................................................................35
Hình 2.3. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t...................................................37
Hình 2.4. Quy trình hấp phụ dạng cột xử lý đồng thời Cu 2+, Pb2+ và Cd2+ bằng vật
liệu hạt HAp .................................................................................................38

Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu hạt HAp ...............................................................42
Hình 3.2. Phổ EDX của mẫu hạt HAp ......................................................................42
Hình 3.3. Ảnh SEM mẫu hạt HAp ............................................................................43
Hình 3.4. Sự biến đổi rpH theo pHo .......................................................................44
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ

ion Cu2+của hạt HAp, m hạt HAp = 6 g/L; Co = 20 mg/L; pHo 5,3; T = 30 oC 45
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự biển đổi của H và Q của quá trình hấp phụ ion

Cu2+phụ thuộc vào khối lƣợng vật liệu hấp phụ, pH = 5,3; Co = 20 mg/L; T
= 30 oC; tlắc = 50 phút ...................................................................................46