ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
–––––––––––––––––––––––––

LÊ THỊ THU THỦY

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHỐT PHÁT TRONG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ SỬ DỤNG VẬT
LIỆU ZnO CẤU TRÚC NANO

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên, Năm 2019


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
–––––––––––––––––––––––––

LÊ THỊ THU THỦY

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHỐT PHÁT TRONG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ SỬ DỤNG VẬT
LIỆU ZnO CẤU TRÚC NANO
Ngành: Khoa học môi trường
Mã số ngành: 8 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ XUÂN LINH

vật liệu. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đặng Văn Thành,
cử nhân Nguyễn Thanh Hải đã nhiệt tình trong việc xây dựng hệ thiết bị chế
tạo mẫu và hỗ trợ đo đạc các mẫu cho luận văn.
Luận văn này được thực hiện dưới sự hỗ trợ từ nguồn kinh phí của đề tài
nghiên cứu cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo mã số 60/B2018-TNA-60 do TS Đặng
Thị Hồng Phương chủ trì. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ to lớn này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình,
tất cả bạn bè thân thiết đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học
tập cũng như trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tác giả

Lê Thị Thu Thủy


3


4

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài là:.............................................................................................2

2.4.2. Hiệu suất hấp phụ.............................................................................................. 34
2.4.3. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................ 34
2.5. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..............................................................36
2.5.1. Chế tạo các vật liệu hấp phụ nano ZnO ............................................................ 36
2.5.2. Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc của UEZ ......................... 37
2.5.3. Khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu ............................................................... 38
2.5.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ PO43-của UEZ theo
phương pháp hấp phụ tĩnh .......................................................................................... 38
2.5.5. Xử lý mẫu nước thải lấy từ Công ty Cổ phần Supe phốt phát và hóa chất Lâm
Thao ............................................................................................................................ 40
và Hóa chất Lâm Thao ..............................................................................................57
CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................42
3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của UEZ ............................42
3.2. Xây dựng đường chuẩn phốt phát......................................................................44
3.3. Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu....................................................46
3.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43-theo phương
pháp hấp phụ tĩnh của UEZ ......................................................................................47
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH .............................................................................. 47
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian..................................................................... 49
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ...................................... 51
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ........................................................ 52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




3.4.5. Khảo sát dung lượng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir..... 54
3.4.6. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu UEZ với các vật liệu khác .................. 55
3.5. Xử lý nước thải Công ty cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm
Thao...............56


QCVN

4

SEM

5

TCVN

6

TEM

Từ nguyên gốc

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
Scanning Electron Microscopy: Phương pháp
chụp ảnh hiển vi điện tử quét
Tiêu chuẩn Việt Nam
Transnission Electron Microscopy: Phương
pháp hiển vi điện tử truyền qua
Ultraviolet Visble:Phương pháp phổ hấp thụ

7

UV-Vis

8


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tóm tắt công nghệ loại bỏ và thu hồi phốt phát...................................14
Bảng 3.1. Số liệu xây dựng đường chuẩn PO43- ...................................................45
Bảng 3.2. Kết quả xác định điểm đẳng điện .........................................................46
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng,hiệu suất hấp phụ của UEZ.........48
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng,hiệu suất hấp phụ của
UEZ .....................................................................................................50
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến dung lượng,hiệu suất hấp phụ
của UEZ...............................................................................................51
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ban đầu đến dung lượng,hiệu suất
hấp phụ của UEZ .................................................................................53
Bảng 3.7. Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số b ...........................................55
Bảng 3.8. So sánh khả năng hấp phụ của phốt pháttrên các chất hấp phụ khác nhau
.............................................................................................................56
Bảng 3.9. Phương pháp quan trắc, phân tích các thông số ô nhiễm .....................56
Bảng 3.10. Đặc trưng nước thải của Công ty Cổ phần Supe phốt phát ................57
Bảng 3.11. Hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm trong nước thảiCông ty Cổ phần
Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao ...............................................58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã
góp phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, góp
phần hình thành các khu đô thị mới, giảm khoảng cách về kinh tế giữa các vùng.
Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về kinh tế thì những hệ lụy về môi
trường cũng rất lớn. Nguồn phế thải chưa được xử lý đều thải trực tiếp vào môi
trường.
Chất thải sinh ra từ các hoạt động công, nông nghiệp chủ yếu ở dạng rắn
và lỏng chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các ion kim loại
độc hại như phenol, crôm, asen, mangan, sắt, amoni, phốt phát... Các thành
phần ô nhiễm chính trong nước thải là kim loại nặng, BOD5, COD, nitơ, phốt
pho, … Trong đó, hàm lượng nitơ và phốt pho thường rất lớn, nếu không được
loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng, tạo điều kiện
cho các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho
nguồn nước trở nên ô nhiễm. Vì vậy, cần phải quản lý và xử lý tốt amoni, phốt
phát trước khi đưa ra môi trường để tránh làm ảnh hưởng đến sức khỏe cộng
đồng nói riêng và môi trường nói chung.
Phú Thọ là tỉnh trung du miền núi với điều kiện tự nhiên khá đa dạng của
ba vùng sinh thái: đồng bằng, trung du, vùng núi nằm ở cuối dãy Hoàng Liên
Sơn, là cửa ngõ nối liền đồng bằng với các tỉnh phía bắc Tây Bắc. Là tỉnh có
nền công nghiệp phát triển khá sớm, trong quá trình phát triển kinh tế – xã hội
từ thế kỷ trước đã hình thành ba khu công nghiệp chính là: Việt Trì; Bãi Bằng Lâm Thao; Thanh Ba - Hạ Hoà. Phần lớn các cơ sở công nghiệp của tỉnh đều
sử dụng hệ thống công nghệ cũ từ những thập niên 60 của thế kỷ trước, qua
thời gian sử dụng thiết bị máy móc đã xuống cấp, lạc hậu, tiêu tốn nhiều năng
lượng, nhiên liệu và thải ra nhiều chất thải như nước thải, khí thải, chất thải rắn


nước bằng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu ZnO cấu trúc nano”
2.Mục tiêu của đề tài là:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu ZnO bằng phương pháp điện hoá và ứng
dụng xử lý phốt phát trong môi trường nước trên quy mô phòng thí nghiệm và
nước thải của công ty cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao.
3.Ý nghĩa của đề tài
 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




4

- Áp dụng kiến thức đã học của nhà trường vào thực tế.
- Nâng cao kiến thức thực tế.
- Làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu sau về chế tạo vật liệu hấp
phụ sử dụng nano ZnO.
- Ứng dụng xử lý PO43-trong nước thải.
 Ý nghĩa trong thực tiễn
- Đề tài nghiên cứu khả năng hấp phụ PO43- trong môi trường nước, sử
dụng vật liệu hấp phụ nano ZnO ứng dụng xử lý nước thải:
- Các số liệu thu thập, tổng hợp, phân tích được chính xác có thể sử dụng
làm căn cứ để đề xuất các giải pháp phù hợp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




6

thuận nghịch ở quá trình hấp phụ khác nhau. Thông thường, hấp phụ hóa học
tạo ra các mối nối khá bền vững. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn. Hấp phụ hóa học
xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt chất hấp phụ (đơn lớp)(Lê Văn
Cát,2002).
Trong xử lý nước thải, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ các chất tan hòa tan là kết quả của sự
di chuyển phân tử của những chất đó từ nước vào bề mặt chất rắn (gọi là chất
hấp phụ) dưới tác dụng của trường lực bề mặt. Trường lực bề mặt gồm hai
dạng:
- Hydrat hóa các phân tử chất tan, tức là tác dụng tương hỗ giữa những
phân tử chất tan hòa tan với những phân tử nước trong dung dịch.
- Tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất tan bị hấp phụ với các
nguyên tử trên bề mặt chất rắn.
Hai dạng tác dụng này đối kháng với nhau. Tác dụng hydrat hóa càng
mạnh thì các chất tan càng khó hấp phụ vào bề mặt chất rắn và ngược lại. Tác
dụng hydrat hóa càng mạnh khi chứa càng nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử
chất tan, vì nhóm hydroxyl có năng lượng hydrat hóa lớn do chúng có liên
kết hydro với các phân tử nước.
Phân tử chất tan có điện tích làm cho phân tử nước hướng vào bao bọc
xung quanh. Kết quả phân tử khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bề mặt chất
rắn với năng lượng rất nhỏ so với những phân tử chính của những chất đó khi
không bị phân ly.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung

hấp phụ. Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ càng lớn thì phần tiếp xúc giữa
chấttanvàchấthấpphụcànglớn,chấttanlưulạitrênbềmặtchấthấpphụ
càng nhiều. Như vậy, độ xốp và diện tích bề mặt của chất hấp phụ là các yếu tố
vật lí quan trọng của quá trình hấp phụ.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ, sự hấp phụ trong dung dịch
giảm, nhưng thường ở mức độ ít hơn so với sự hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với
cấu tử hòa tan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ độ tan tăng lên, thì khả năng hấp
phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên.
1.1.2. Khái quát về công nghệ nano và vật liệu nano
Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến
việc phân tích, thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống
bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nano mét (nm, 1nm
=10-9m). Vật liệu nano là vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo
nên phải có ít nhất mộtchiều có kích thước nano mét. Vật liệu nano tồn tại ở 3
trạng thái: rắn, lỏng, khí.Trong đó vật liệu nano rắn đang được quan tâm nghiên
cứu nhiều nhất, sau đó đếnvật liệu lỏng và khí. Có thể phân chia vật liệu nano
thành 3 loại (dạng) sau:
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu chỉ có một chiều duy nhất có kích
thước nano mét, hai chiều còn lại tự do. Ví dụ như dây nano, ống nano…
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó có hai chiều có kích thước
nano mét. Ví dụ như màng nano…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




9

- Vật liệu nano ba chiều (còn gọi là vật liệu nano không chiều) là vật liệu
có cả 3 chiều đều có kích thước nano mét. Ví dụ như đám nano, keo nano, hạt

pháp này cho hiệu suất thấp, tốn nhiều năng lượng và giá thành cao. Do
khuôn khổ của đề tài chúng tôi không đề cập đến nhóm phương pháp này.
Nhóm phương pháp thứ 2 dựa trên phương pháp hoá ướt (wet chemistry
processses)

bao

gồm

phương

pháp

thuỷ

nhiệt/dung

nhiệt

(hydrothermal/solvothermal processes), phương pháp vi nhũ tương, phương
pháp sử dụng siêu âm, phương pháp điện hóa v.v…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




12

1.1.4. Giới thiệu về phốt phát