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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU KÍCH THƢỚC NANO
SẮT OXIT TRÊN NỀN BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG
NƢỚC NGẦM
TRẦN QUỐC VIỆT
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. Hướng dẫn 1: PGS.TS.Đào Ngọc Nhiệm
Đơn vị công tác: Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam.
2. Hướng dẫn 2: TS. Mai Văn Tiến
Đơn vị công tác: Khoa Môi trường- Trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội.

Hà Nội - Năm 2019


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU KÍCH THƢỚC NANO
SẮT OXIT TRÊN NỀN BENTONIT ĐỂ XỬ LÝ ASEN TRONG
NƢỚC NGẦM

HUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đã trình bày trong bản báo
cáo này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Trần Quốc Việt


XÁC NHẬN QUYỂN LUẬN VĂN ĐỦ ĐIỀU KIỆN NỘP LƢU CHIẾU
CHỦ NHIỆM KHOA
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

PGS.TS. Lê Thị Trinh

PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm

TS. Mai Văn Tiến


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm,
Trưởng phòng Vật liệu Vô cơ – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của luận văn ..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................2
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. Nƣớc ngầm và tình hình ô nhiễm ..........................................................................3
1.1.1. Asen và độc tính của asen .....................................................................................3
1.1.2. Sự ô nhiễm asen trong môi trường nước ở Việt Nam và trên thế giới ..................5
1.1.3. Tác hại của Asen đối với con người ......................................................................7
1.2. Tổng quan về bentonite ..........................................................................................8
1.2.1. Thành phần của bentonite ......................................................................................8
1.2.2. Tính chất của bentonite .........................................................................................8
1.3. Hấp phụ và trao đổi ion của vật liệu ...................................................................10
1.3.1. Phương pháp trao đổi ion ....................................................................................11
1.3.2. Phương pháp hấp phụ ..........................................................................................11
1.3.3. Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm asen .................................................19
1.4. Lựa chọn giải pháp loại bỏ asen bằng phƣơng pháp hấp phụ trên nano Fe2O3
.......................................................................................................................................22
1.5. Phƣơng pháp chế tạo tổng hợp nano sắt oxit .....................................................22
1.5.1. Giới thiệu về nano oxit sắt ...................................................................................22
1.5.2. Các phương pháp tổng hợp nano oxit sắt ............................................................25
CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...30
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................30
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................30
2.1.2 Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................30
2.2. Nguyên liệu, hóa chất dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ......................................30
2.2.1. Thiết bị, dụng cụ ..................................................................................................30
2.2.2. Hóa chất ...............................................................................................................31

nhƣ nhiệt độ nung, pH tạo gel, tỉ lệ theo thể tích KL/PVA, nhiệt độ tạo gel,... .....47
3.1.1. Vật liệu oxit nano Fe2O3 ......................................................................................47
3.1.2. Vật liệu oxit nano Fe2O3/bentonit........................................................................54
3.2. Nghiên cứu khả năng tái sinh của vật liệu GB ...................................................59
3.3. Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen đối với mẫu nƣớc thực tế ...............62
3.4. So sánh với các nghiên cứu đã thực hiện ............................................................62
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................63
1. Kết luận......................................................................................................................63
2. Kiến nghị ...................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 64


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BET

Brunauer- Emmett- Teller: Phương pháp xác định diện tích bề mặt
riêng lấy theo tên riêng của 3 nhà khoa học

SEM

Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét

TEM

Transmission Electron Microscopy: Hiển vi điện tử truyền qua

XRD

X-Ray Diffraction: Nhiễm xạ Rơnghen


Dung lượng hấp phụ an toàn trên cột


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm asen ..........................................19
Bảng 1.2. Đánh giá sơ bộ khả năng xử lý của các loại vật liệu đang được nghiên cứu
và sử dụng ở Việt Nam. .................................................................................................21
Bảng 3.1. Giá trị ∆pH của dung dịch hấp thụ tại các khoảng ph khác nhau .................51
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ (H%) đối với as(V) của oxit nano
Fe2O3 ..............................................................................................................................52
Bảng 3.3. Dung lượng hấp phụ của Fe2O3 kích thước nanomet đối với as(V) .............53
Bảng 3.4. Kết quả xác định hàm lượng sắt trên bentonit .............................................54
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ as(V). ...............................55
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ As(V) đến dung lượng hấp phụ của vật liệu GB1,
GB2, GB3. .....................................................................................................................56
Bảng 3.7. Các thông số của phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As(V)
trên các vật liệu GB1, GB2 và GB3 ..............................................................................57
Bảng 3.8. Dung lượng hấp phụ asen của một số oxit sắt phủ bentonit theo phương
trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ...............................................................................58
Bảng 3.9. Nồng độ ion Asen (V) còn lại trong dung dịch sau khi đi qua cột hấp phụ..58
Bảng 3.10. Kết quả chạy cột đối với asen lần một trên vật liệu GB .............................59
Bảng 3.11. Nồng độ asen thu hồi được khi giải hấp trên vật liệu GB ...........................60
Bảng 3.12. Kết quả chạy cột đối với asen lần hai trên vật liệu GB ...............................61


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của α-Fe2o3 (a) và γ-Fe2o3 (b) .............................................23
Hình 1.2. Cơ chế hình thành oxit sắt trong mạng PVA .................................................25
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp oxit bằng phương pháp đốt cháy gel PVA ...........................32
Hình 2.2. Sơ đồ chế tạo vật liệu Fe2O3/bentonit ............................................................33

nhân khác nữa.
Nguồn nước chủ yếu được khai thác là nước ngầm. Nước ngầm thường chứa các
chất có hại cho sức khỏe của con người như kim loại, hợp chất lưu huỳnh, hợp chất
nito, halogel và một số các hợp chất khác. Đặc biệt Asen (còn gọi là thạch tín) là một
nguyên tố có hại cho sức khỏe con người như mẩn ngứa, ung thư.
Các phương pháp hóa học, hóa- lý được lựa chọn để xử lý nước như kết tủa, hấp
thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa khử, tạo phức, keo tụ, sa lắng, lọc màng và thẩm
thấu ngược. Tùy trong yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp xử lý đơn lẻ hay tổ hợp.
Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng cả về chất lượng và số lượng. Trong một vài
năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số được sử dụng nước sạch. Để đáp ứng
nhu cầu nước sinh hoạt cho người dân, nhất là những hộ dân đang sử dụng nước từ các
giếng khoan ở những vùng nước ngầm ô nhiễm asen, vấn đề loại bỏ asen là cần thiết
và cấp bách.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của vật liệu mới vào xử lý môi
trường đặc biệt là môi trường nước ngầm, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật
liệu kích thƣớc nano sắt oxit trên nền bentonit để xử lý asen trong nƣớc ngầm” để
nghiên cứu.
Dựa trên các kết quả thực hiện đề tài, hướng ứng dụng công nghệ chế tạo vật
liệu có kích thước nanomet trong lĩnh vực môi trường nước đáp ứng một phần nhu cầu
về nước sạch hiện nay được đề xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp được vật liệu kích thước nano sắt oxit trên nền bentonit.

1


- Đánh giá được khả năng hấp phụ xử lý asen trong nước ngầm của vật liệu có
kích thước nano sắt oxit, sắt oxit / bentonit.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu sắt oxit trên nền bentonit có kích thước nano bằng

Asen là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất.
Nó nằm ở vị trí 33 trong bảng tuần hoàn, được xem là một dạng á kim có độc tính
tương tự các kim loại nặng như chì, thủy ngân. Vỏ trái đất chỉ chứa một hàm lượng rất
nhỏ asen (~0,0001%); tuy nhiên, nó lại phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Trong tự
nhiên, nguyên tố asen tồn tại ở dạng nguyên chất với ba dạng hình thù (dạng α có màu
vàng, dạng β có màu đen, dạng γ có màu xám). Nguyên tố asen cũng tồn tại ở một số
dạng ion khác [30].
Asen thường tồn tại dưới dạng hợp chất. Chính các hợp chất của asen mới là
những chất độc cực mạnh. Các dạng hợp chất As (III) có độc tính cao hơn dạng As(V).
Trong nước, asen tồn tại ở các dạng khác nhau phụ thuộc vào pH dung dịch.
Dạng oxianion của As(V) có 4 dạng gồm H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42- và AsO43- tương
ứng với khoảng pH < 2; 2-7; 7-12 và > 12 [30,32] với các giá trị pKa như sau:
-H+
pKa = 2,1

H3AsO4

H2AsO4-

-H+
2HAsO
4
pKa = 6,7
3

-H+
AsO43pKa = 11,2


Dạng oxianion của As(III) có 4 dạng gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- và


trở giai đoạn này. Sự photpho hóa được thay bằng sự asen hóa, quá trình này kèm theo
sự thủy phân tự nhiên tạo thành 3-photphoglixerat và asenit.
As(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein là do sự tấn công liên kết của
nhóm sunfua bảo toàn các cấu trúc bậc 2 và bậc 3.
Như vậy, asen có 3 tác dụng hóa sinh là: làm đông tụ protein, tạo phức với
enzim và phá hủy quá trình photpho hóa.

Các chất chống tính độc của asen là chất có chứa nhóm –SH như 2,3đimecaptopropanol (HS-CH2-CH(SH)-CH2OH) có khả năng tạo liên kết với As(III).
Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng cả về chất lượng và số lượng. Trong một
vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số được sử dụng nước sạch. Nguồn
nước chủ yếu được khai thai thác là nước ngầm. Theo thống kê chưa đầy đủ cả nước
hiện nay có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ asen cao
hơn nhiều lần nồng độ cho phép.
Các dạng asen trong nước ngầm phụ thuộc vào trạng thái và tính chất của nước.
Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước ngầm là H2AsO4- (trong môi trường pH đến gần
trung tính), HAsO4- (trong môi trường kiềm). Hợp chất H3AsO+ được hình thành chủ
yếu trong môi trường oxi-hóa khử yếu. Các hợp chất As hữu cơ có độ hòa tan kém
hơn, đặc biệt là phức Asen-acid fulvic trong môi trường có pH trung tính và nghèo Ca.
Tại những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng phong hóa nguồn gốc nhiệt
dịch, mỏ dầu – khí, mỏ than thường giàu asen.
1.1.2. Sự ô nhiễm asen trong môi trường nước ở Việt Nam và trên thế giới
Tốc độ công nghiệp hoá, đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực
ngày càng nặng nề đối với môi trường nước. Môi trường nước bị ô nhiễm bởi các chất
5


vô cơ và hữu cơ. Trong số các chất ô nhiễm vô cơ, kim loại nặng gây ra nhiều tác hại
nguy hiểm đối với con người và môi trường sống của động thực vật trong nước ô
nhiễm. Một trong các kim loại nặng đặc biệt nguy hiểm là asen vì nó làm ảnh hưởng


Theo đánh giá của WHO, nước ta có trên mười triệu người có thể phải đối mặt
với nguy cơ tiềm tàng về nhiễm độc asen.
1.1.3. Tác hại của asen đối với con người
Asen (còn gọi là thạch tín) là 1 nguyên tố phân tán trên trái đất, hầu như có mặt
trong tất cả các mẫu đất đá, khoáng vật và trong các mẫu động thực vật. Asen tồn tại
trong tự nhiên thường ở dạng As(III) và As(V) trong đó trạng thái As(III) thường độc
hơn trạng thái As(V).
Từ lâu con người biết đến ô nhiễm asen qua đường hô hấp và đường tiêu hóa.
Đối với con người asen tích lũy trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin và đặc biệt tụ
tập trong não, xương, da, phổi và tóc.
Sự ô nhiễm asen xuất hiện như một thảm họa môi trường đối với sức khỏe con
người. Các biểu hiện đầu tiên của bệnh nhiễm độc asen là chứng sạm da, dầy biểu bì,
sừng hóa từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da. Các điều tra tại Đài Loan đã tìm thấy
một loạt sự liên quan giữa việc nhiễm asen với các bệnh tắc nghẽn mạch máu ngoại
biên (bệnh chân đen vì các chi bị chuyển thành mầu đen do bị hoại thư). Ngày nay
khoa học đã chứng minh được asen còn là nguyên nhân của rất nhiều căn bệnh nguy
hiểm khác như ung thư thận, phổi, bàng quang, ruột kết, mũi. Điểm đặc biệt nguy hiểm
là cả hai dạng As(III) và As(V) đều là các chất dễ hòa tan trong nước và không mầu,
không vị do đó không thể phát hiện bằng trực giác. Sự phát hiện người nhiễm asen rất
khó do những triệu chứng của bệnh phải từ 5-15 năm sau mới xuất hiện. Chính vì thế
mà các nhà khoa học gọi chúng là “sát thủ vô hình”. Và điều đáng lưu ý là asen độc
gấp bốn lần so với thủy ngân. Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi asen sẽ có biểu hiện: khát
nước dữ dội, đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím,
bí tiểu và tử vong nhanh. Nếu bị nhiễm độc asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một lượng
dù nhỏ nhưng trong một thời gian dài sẽ gây mệt mỏi, buồn nôn và nôn, hồng cầu và
bạch cầu giảm, da sạm, rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, rối
loạn nhịp tim...
Đáng tiếc là mặc dù đã tốn rất nhiều đầu tư trong y học nhằm tìm kiếm thuốc và
phác đồ điều trị các bệnh liên quan đến nhiễm độc asen nhưng cho đến nay cộng đồng

nhớt và dẻo. Do những tính chất này mà bentonite được ứng dụng từ xa xưa như làm
đồ gia dụng: bát, đĩa, chum, vại... vầ ngày nay được sử dụng làm chất xúc tác, chất tạo
huyền phù trong sơn, thuốc nhuộm, khử giấy...
- Tính dẻo: Do có cấu trúc lớp, có độ xốp cao, có khả năng trương nở mạnh trong
nước nên bentonit có tính nhớt và dẻo.
- Tính kết dính: khi kết hợp với nước, bentonite có tính kết dính mạnh, ứng dụng
nhiều trong đời sống hang ngày.
8


- Tính co: khi đem bentonite nung với nhiệt, nước trong bentonite sẽ bị bay hơi, dẫn
đến sự giảm thể tích.
- Tính keo tụ lƣu biến: vì bentonit có tính nhớt, kết hợp với kích thước hạt bé, lại
phức tạp nên khi hấp thụ một lượng nước nhất định, bentonit có tính lưu biến.
- Tính trơ: bentonit trơ và bền hóa học nên không độc, có thể ăn được. Người ta dùng
bentonit làm chất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc, mỹ phẩm, làm chất lọc sạch
và tẩy màu cho bia, rượu vang và mật ong.
- Tính hấp phụ: Tính chất hấp phụ của bentonit đƣợc quyết định bởi đặc tính bề mặt
và cấu trúc mao quản của nó. Với kích thước hạt nhỏ hơn 2 μm và do đặc điểm của
cấu trúc mạng lưới tinh thể, bentonit có diện tích bề mặt riêng lớn. Diện tích bề mặt
của bentonit gồm diện tích bề mặt ngoài và bề mặt trong. Diện tích bề mặt trong được
xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Do
khoảng cách cơ bản giữa các lớp bị thay đổi phụ thuộc vào loại cation trao đổi giữa
các lớp, phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của chất bị hấp phụ, nên bề mặt trong của
bentonit cũng bị thay đổi trong quá trình hấp phụ. Diện tích bề mặt ngoài được xác
định bởi bề mặt của các mao quản hình thành giữa các hạt bentonit. Diện tích bề mặt
ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt bentonit. Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài
càng lớn [3]. Khả năng hấp phụ của bentonit còn phụ thuộc vào tính chất, kích thước,
hình dạng của các chất bị hấp phụ. Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối
lượng phân tử nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm

vào lượng điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi. Nếu số lượng điện tích âm
càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn.
1.3. Hấp phụ và trao đổi ion của vật liệu
1.3.1. Phương pháp trao đổi ion
Cơ sở của phương pháp dựa trên quá trình trao đổi ion bề mặt chất rắn với các
ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các
chất ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả
năng trao đổi ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, những chất này mang
tính axit. Các chất có khả năng trao đổi ion âm gọi là các anionit, chúng mang tính
kiềm. Các ion có khả năng trao đổi cả cation và anion gọi là ionit lưỡng tính. Chất trao
đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay được tổng hợp:
- Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolit, đất sét, fespat...
- Các chất trao đổi ion có nguồn gốc vô cơ tổng hợp: silicagen, các oxit và hidroxit
khó tan của 1 số kim loại: Al, Cr, Zn...
- Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên: axit humic của đất (chất mùn).
- Các chất trao đổi ion tổng hợp gồm các khung polumer hữu cơ được gắn các nhóm
có khả năng trao đổi với các anion, cation như: RSO3.RCOOH,ROH...Phương pháp
này có lợi thế về nhiều mặt:
- Cho phép thu hồi chất có giá trị với mức độ làm sạch cao.
10


- Thiết bị vận hành đơn giản.
- Vật liệu có thể tái sinh được nhiều lần.
Trong thực tế, nhựa trao đổi ion cần đến 60% thể tích bình chứa và 40% còn lại
là thể tích dung dịch đi vào. Do vậy, phương pháp này phù hợp cho quy trình sản xuất
nhỏ, còn với quy trình sản xuất lớn bị hạn chế.
1.3.2. Phương pháp hấp phụ
Khi xem xét các quy trình công nghệ xử lý nước, người ta chú ý nhiều đến
phương pháp hóa lý. Phương pháp hấp phụ là một phương pháp được biết từ xa xưa,

rắn được gọi là chất hấp phụ, chất bị thu hút lên bề mặt chất rắn được gọi là chất bị
hấp phụ. Quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt tiếp xúc giữa chất rắn (chất hấp
phụ) và môi trường liên tục. Hiện tượng xảy ra ngược lại với hấp phụ là khử hấp phụ.
Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử hoặc ion) của chất bị hấp phụ liên kết
với bề mặt chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau. Tùy thuộc vào kiểu lực hấp
phụ, người ta chia thành hai dạng hấp phụ: hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.
1.3.2.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
 Hấp phụ vật lý
Hấp phụ vật lí (HPVL) gây ra do lực tương tác Van der Valls giữa các phân tử
(hoặc các nhóm phân tử), lực này yếu dần và giảm nhanh theo khoảng cách giữa các
phân tử. Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không
tạo thành hợp chất hoá học (không tạo thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ
chỉ ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Do vậy,
trong quá trình hấp phụ vật lý không có sự biến đổi đáng kể cấu trúc diện tử của cả
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Hấp phụ vật lý có thể dễ dàng tái sinh vật liệu sau quá
trình hấp phụ mà bản chất vật liệu không thay đổi, tốc độ hấp phụ diễn ra nhanh. Tuy
nhiên quá trình diễn ra chậm hơn hấp phụ hóa học, không có tính chọn lọc cao và tốn
chi phí cho việc hoàn nguyên vật liệu, thường được ứng dụng thực tế để hấp phụ hơi
nước bằng silicagen, than hoạt tính hấp phụ SO2.
 Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học (HPHH) được thực hiện bởi lực liên kết hóa học giữa chất hấp
phụ và bị hấp phụ, liên kết này tương đối bền và khó bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hóa học
tương đương với nhiệt phản ứng hóa học và có thể đạt tới giá trị 100 kcal/mol. Cấu
trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ dều có sự biến dổi sâu sắc, tạo
thành liên kết hóa học. Hấp phụ hóa học có tốc độ hấp phụ nhanh và có tính chọn lọc
với chất bị hấp phụ, tuy nhiên chi phí vật liệu hấp phụ hóa học cao và không có khả
năng hoàn nguyên, được ứng dụng thực tế để hấp phụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
bằng Al2O3-zeolit.

12

đặc trưng bằng đại lượng bề mặt riêng (m2/g). Bề mặt riêng càng lớn hấp phụ càng tốt.
Còn với chất bị hấp phụ chính là việc sự tương thích với chất hấp phụ.

13


1.3.2.4. Cân bằng hấp phụ, một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Trong một hệ hấp phụ, quá trình hấp phụ xảy ra đến lúc nào đó nồng độ chất bị
hấp phụ ở pha liên tục và trên bề mặt chất hấp phụ có một cân bằng động được xác
định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường biểu diễn sự phụ thuộc lượng chất bị hấp
phụ trên bề mặt chất rắn vào nồng độ cân bằng của nó ở pha liên tục tại một nhiệt độ
xác định. Trong thực tế, thường sử dụng một số phương trình đẳng nhiệt như:
Langmuir, Freundlich, Brunauer- Emmett- Teller (BET)…[16].
a. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc giữa dung lượng hấp
phụ tại thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất hấp phụ trong dung dịch (hay áp suất
riêng phần trong pha khí) tại thời điểm đó. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây
dựng tại một nhiệt độ nào đó bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào
dung dịch chất bị hấp phụ có nồng độ đã biết. Sau một thời gian xác định nồng độ cân
bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Tuỳ theo bản chất của quá trình hấp phụ mà
người ta đưa ra các dạng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau để mô tả quá
trình hấp phụ đó. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được áp dụng rộng rãi
cho quá trình hấp phụ đơn lớp với các giả thiết sau:
- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ.
- Một tâm hấp phụ chỉ hấp phụ một phân tử (nguyên tử) chất bị hấp phụ. Sự hấp phụ là
chọn lọc.
- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau.
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng, nghĩa là sự hấp phụ xảy ra trên bất kì
chỗ nào với cùng một giá trị nhiệt hấp phụ. Nói cách khác, trên bề mặt chất hấp phụ
không có những trung tâm hoạt động.