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

NGUYỄN THỊ THANH HOA

NGHIÊN CứU KHả NĂNG HấP PHụ SUNFUA CủA
VậT LIệU BÙN THảI SắT (III) HYDROXIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2018


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

NGUYỄN THỊ THANH HOA

NGHIÊN CứU KHả NĂNG HấP PHụ SUNFUA CủA
VậT LIệU BÙN THảI SắT (III) HYDROXIT

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Mai

Hà Nội - 2018

1.3. Phƣơng pháp xử lý ô nhiễm sunfua................................................................................. 9
1.3.1. Phương pháp oxi hóa............................................................................................................. 9
1.3.2. Phương pháp sinh học........................................................................................................ 11
1.3.3. Phương pháp hấp phụ......................................................................................................... 12
1.4. Tổng quan về Sắt (III) hydroxit: [Fe(OH)3].............................................................. 15
1.4.1. Tính chất và các dạng thù hình của Fe(OH)3............................................................ 15
1.4.2. Cơ chế hấp phụ của Fe(OH)3.......................................................................................... 16
1.5. Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ........................................................................ 18
1.6. Hấp phụ động học................................................................................................................... 19
1.6.1. Phương trình giả bậc 1...................................................................................................... 19
1.6.2. Phương trình giả bậc hai................................................................................................... 20
1.6.3. Phương trình khuếch tán trong hạt................................................................................ 20
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM............................................................................................... 21
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.................................................................................... 21
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................................. 21
2.1.2. Nội dung nghiên cứu............................................................................................................ 21
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................................... 21
2.2.1. Khảo sát các đặc trưng của vật liệu............................................................................... 21


2.2.2. Nguyên tắc xác định hydro sunfua bằng phương pháp UV-VIS sử dụng Fe

2+

và o-phenantroline. ...................................................................................................
2.2.3. Nghiên cứu hấp phụ động học của sunfua ......................................................
2.3. Thiết bị và dụng cụ ...........................................................................................
2.3.1. Thiết bị ...........................................................................................................
2.3.2. Dụng cụ ..........................................................................................................
2.4. Hóa chất sử dụng ..............................................................................................

3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ sunfua ban đầu ........................................
3.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ. .....................................................................


3.3.7. Điều kiện tối ưu hấp phụ sunfua của vật liệu Fe(OH)3......................................... 54
3.4. Xác định và xử lý hàm lƣợng sunfua trong một số mẫu nƣớc thực tế........54
3.4.1. Xác định hàm lượng sunfua trong mẫu nước.............................................................. 54
2-

3.4.2. Xử lý loại bỏ S trong mẫu bằng hấp phụ tĩnh.......................................................... 55
KẾT LUẬN......................................................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................... 58


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phương trình, đồ thị, hệ số góc và tung độ gốc của mô hình động học....19
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến xác định S
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến xác định S

2-

.......................................................... 32

2...................................................................... 33

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thể tích o-phenantrolin đến xác định S
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thể tích Fe

3+


Bảng 3.17. Ảnh hưởng của các ion lạ đến khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu.....53
Bảng 3.18. Kết quả hàm lượng sunfua tại 2 sông Kim Ngưu và sông Sét...................54
Bảng 3.19. Kết quả hấp phụ sunfua tại 2 sông Kim Ngưu và sông Sét.........................56


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Quá trình oxi hóa H2S thành H2SO4 trong đường ống....................................... 5
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quan...................32
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang............................33
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thể tích o-phenantrolin đến độ hấp thụ
quang....................................................................................................................................................... 34
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thể tích Fe

3+

đến độ hấp thụ quang.........35

Hình 3.5. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của S

2-

............................... 36

2-

Hình 3.6. Đồ thị đường chuẩn xác định S bằng phép đo độ hấp thụ quang..............37
o

Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu sấy ở 105 C............................................... 38
Hình 3.8. Ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử (SEM) của chất thải rắn Sắt(III) hydroxit

đến hô hấp và phát triển của thủy sản, dễ phát sinh mầm bệnh và lây lan nhanh dẫn
đến thủy sản chậm phát triển hay chết hàng loạt. Do có tính axit nên H 2S là nguyên
nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn
đường ống trong hệ thống cấp thoát nước. Do tính chất độc hại của sunfua trong
nước, hàm lượng sunfua trong nước đã được quy định nghiêm ngặt bởi các tiêu
chuẩn QCVN 40:2011 cho nước thải công nghiệp và QCVN 14: 2008 cho nước thải
sinh hoạt và không được phép vượt quá 4 mg/L đối với nước thải sinh hoạt khi thải
vào dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu xử lý sunfua bằng các phương pháp
khác nhau như phương pháp hấp phụ, oxi hóa, sinh học, phương pháp hấp phụ, ...
trong đó, phương pháp hấp phụ đã và đang được quan tâm nghiên cứu vì hiệu năng
xử lý cao và được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển.
Sắt (III) hydroxit là một trong những vật liệu hấp phụ đa năng đã được dùng
để xử lý các chất gây ô nhiễm nguồn nước. Mặt khác, sắt (III) hyđrôxít phát thải
trong quá trình xử lý nước thải của ngành mạ kim loại ở Việt Nam với khối lượng
rất lớn, có thể lên đến hàng trăm ngàn tấn mỗi năm, nhưng hầu hết nguồn nguyên
liệu quan trọng này không được tái chế và tái sử dụng. Quy trình xử lý đang áp
dụng vẫn là chôn lấp gây lãng phí nguyên liệu và tiêu tốn quỹ đất. Do vậy, sử dụng

1


sắt (III) hyđrôxit phế thải để tái chế và sản xuất nguyên liệu hấp phụ sunfua, giải
quyết vấn đề hiện tượng ô nhiễm nguồn nước do gốc sunfua gây nên đã trở thành
bước tiến quan trọng về bảo vệ môi trường tại Việt Nam. Xuất phát từ thực tế và
hướng nghiên cứu trên, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ
sunfua của vật liệu bùn thải sắt (III) hydroxit” làm nội dung nghiên cứu cho luận
văn của mình.

2


Ở nồng độ cho phép, sunfua có nhiều công dụng trong công nghiệp và kỹ
thuật đặc biệt là muối Na2S có ứng dụng quan trọng như dùng để xử lý nước loại bỏ
tạp chất của oxi, trong công nghiệp giấy, sản xuất hóa chất cao su, tách quặng, chế
thuốc nhuộm…Khi vượt quá giới hạn cho phép, sunfua sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới
môi trường nước, đất và sức khỏe con người.
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm sunfua
Sunfua tồn tại trong nước chủ yếu do phát tán từ các nguồn thải nhân tạo chủ
yếu như: nước thải sinh hoạt, công nghiệp…cũng như hoạt động của con người và
thương mại và đây cũng là nguồn chủ yếu gây ra ô nhiễm sunfua.
Hydro sunfua được sản xuất tự nhiên và do hoạt động của con người. Hydro
sunfua sinh ra do quá trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh ví dụ như từ các
mỏ khai thác quặng. Nguồn tự nhiên chiếm khoảng 90% tổng số hydro sunfua trong
khí quyển. Nó được thải ra chủ yếu bằng khí và được tìm thấy tự nhiên trong dầu
thô, khí tự nhiên, khí núi lửa, và suối nước nóng. Hydro sunfua cũng được tìm thấy
trong nước ngầm.
Hydro sunfua được thải ra từ các vùng nước đọng hoặc ô nhiễm và các hố
khai thác hoặc hầm than có hàm lượng oxy thấp. Hydro sunfua được phát ra bởi một
số loài thực vật như một sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa sunfit. Ước tính

3


tốc độ phát thải hydro sunfua trên mặt đất dao động từ 53 đến 100 triệu tấn lưu
huỳnh / năm. Ước tính tốc độ phát thải từ các đại dương dao động từ 27 đến 150
triệu tấn lưu huỳnh / năm.
Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ cũng như vô cơ có chứa lưu huỳnh dưới tác
-

dụng của vi khuẩn tạo ra các hợp chất bay hơi, mùi khó chịu như: HS , CH3SH…[34]

dịch hydro sunfua, đôi khi chỉ sau một hoặc hai lần thở. Nhiều nghiên cứu tình
huống liên quan giả định các vụ ngộ độc ngẫu nhiên mà nồng độ và thời gian phơi
nhiễm chưa được biết. Tử vong xảy ra sau khi phơi nhiễm với nồng độ hydro sufua
cao xuất hiện với hầu hết các trường hợp ban đầu có suy hô hấp, phù phổi, hôn mê
và da tím tái [17].

4


 Đối với thực vật và thủy sản
-

Thực vật: làm thương tổn lá cây, rụng lá, giảm sinh trưởng…

-

Thủy sản: Trong nước khí H2S tồn tại cân bằng với dạng ion HS . Khi hàm

-

lượng sunfua tồn tại trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến hô hấp và phát triển của
thủy sản, dễ gây ngạt và làm thủy sản bị stress, dễ phát sinh mầm bệnh và lây lan
nhanh dẫn đến thủy sản chậm phát triển hay chết hàng loạt [34].
 Tác hại đối với vật liệu

Do có tính axit nên H2S là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại
máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn đường ống trong hệ thống cấp thoát nước.
Ăn mòn đường ống được cho là H2S và H2SO4 trong quá trình khử lưu
huỳnh thành H2S và H2SO4. Trong đường ống dẫn cấp thoát nước không được
thông thoáng, thành ống và đỉnh ống bị ẩm ướt H2S sẽ hòa tan vào lớp nước trên

cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
1.2. Các phƣơng pháp phân tích sunfua
1.2.1. Phương pháp hóa học
1.2.1.1. Phương pháp iot (chuẩn độ ngược)
Phương pháp này cho kết quả khá chính xác và cho phép xác định các dung
2-

dịch mẫu có nồng độ S > 1mg/L. Nguyên tắc của phương pháp là cho dung dịch
sunfua tác dụng với một lượng I2 dư xác định, sau đó chuẩn độ lượng I2 còn thừa
bằng dung dịch Na2S2O3.
I2 + S

2-

-

→ S + 2I hoặc I2 + ZnS → S + ZnI2

Dung dịch cũng cần đuổi oxi bằng khí trơ để hạn chế quá trình oxi hóa
2-

2-

sunfua. Để hạn chế S chuyển sang dạng khác ta đưa S chuyển sang dạng kết tủa
ZnS có thể lưu trữ trong một thời gian. Dùng chỉ thị hồ tinh bột để xác định điểm
cuối của chuẩn độ [5].
1.2.1.2. Phương pháp khối lượng
Khi nồng độ H2S cao, chuyển H2S thành H2SO4, sau đó xác định lượng
2-


metylen xanh trong nước hoặc trong dung dịch chiết bằng chloroform hoặc metylen
xanh chiết bằng nitrobenzen. Metylen xanh hình thành cho độ hấp thụ cực đại ở λ=
670 nm đồng thời có độ hấp thụ ở 740 nm do sự hình thành liên kết ion giữa
metylen xanh và FeCl3. Trong thực tế độ hấp thụ của metylen xanh trong nước ở
bước sóng 665. Lượng metylen xanh tạo thành còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt
độ cao, phản ứng tổng hợp màu xảy ra nhanh chóng nhưng đi kèm sự mất mát H 2S,
khi nhiệt độ thấp sự mất mát H 2S không đáng kể nhưng phản ứng xảy ra chậm. [3]
Phương pháp này xác định được hàm lượng sunfua hòa tan ở nồng độ 0,04 ppm đến
1,5 ppm [4].
Mahadevaia và cộng sự đã phát triển một phương pháp quang phổ đơn giản có
độ nhạy cao để xác định H 2S [22]. Phương pháp này dựa trên phản ứng oxi hóa khử
trong đó Mn(III) oxi hóa một lượng hydro sufua và chất oxi hóa không phản ứng sẽ oxi
hóa thêm o-tolidine để tạo ra chất có màu da cam hấp thụ ở bước sóng λ max =
455nm). Do đó về nguyên tắc sự giảm màu trong quá trình hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng
độ của hydro sunfua. Phương pháp trên tuân theo định luật Lambert-Beer với nồng độ
hydro sunfua trong khoảng 0,2-1,4 mg/L. Phương pháp đã được sử

7


dụng để xác định hydro sunfua trong mẫu nước. Các kết quả thu được có độ lặp lại tốt
với độ lệch chuẩn là 0,01-0,068 và độ lệch tiêu chuẩn tương đối, dưới 3,21% [22].

M. F. Mousavi và N.Sarlack đã giới thiệu một phương pháp động học xúc tác
đơn giản, nhanh và nhạy dùng để xác định lượng vết của sunfua dựa trên sự giảm
cường độ màu của Methylene xanh khi có mặt của Te (IV). Phản ứng được theo dõi
bằng cách đo sự thay đổi độ hấp thụ quang của hỗn hợp phản ứng ở bước sóng 663
2-

nm. Trong các điều kiện tối ưu, khi nồng độ S từ 0,05-2 µg/ ml, thu được phương

được Yuki Ogasawara và cộng sự phát triển để xác định lượng vết của sunfua. Sau khi
sunfua đã được chuyển đổi thành dẫn xuất huỳnh quang thionine, thông qua phản ứng
3+

với p-phenylenediamine và Fe , sẽ được tách trên cột pha đảo và phát hiện bằng
detector huỳnh quang( bước sóng kích thích: 600 nm, bước sóng phát quang: 623 nm).
3

Ion sunfua có thể được xác định trong khoảng nồng độ từ 0,01 đến 3,0 μmol /dm với
3

3

độ lệch chuẩn tương đối (n = 5) là 2,54% ở 0,02 μmol /dm và 1,74% ở 1,0 μmol/dm .
Phương pháp đã được áp dụng để xác định sunfua trong tế bào hồng cầu của người
-3

nồng độ tìm thấy dao động từ 0,123 đến 0,189 μmol dm [42].
Tang và cộng sự đã phát triển một phương pháp xác định hydro sunfua với độ
nhạy cao bao gồm chiết pha rắn và phương pháp HPLC để đo nồng độ của sunfua hòa
tan trong nước bề mặt Oxic. Quy trình bao gồm các bước sau: 1) bước khởi đầu, xanh
methylen được tạo thành từ phản ứng của sunfua với n, n-dimetyl-p-phenylenediamine
trong môi trường axit với sự có mặt của ion sắt được hấp thụ vào hộp Waters tC18; 2)
bước quyết định, xanh methylene được phân tách bằng phương pháp HPLC nhờ quá
trình rửa giải gradient để giảm thiểu ảnh hưởng của chất hữu cơ tự nhiên. Nồng độ
sunfua hòa tan, được định lượng bằng cách thêm chuẩn, dao động trong khoảng 2,1-4,7
nM trong nước bề mặt Oxic từ Vịnh Galveston, Texas [15] .

1.3. Phƣơng pháp xử lý ô nhiễm sunfua
Dựa vào nồng độ của hydro sunfua trong nước, có nhiều phương pháp khác

Loại bỏ hydro sunfua trong môi trường nước bằng phương pháp oxi hóa. Một
số chất oxi hóa thường dùng là H 2O2, Cl2, KMnO4 [9] và gần đây hơn ferrate(VI)
[33]. Các phương pháp này thường yêu cầu kiểm tra các giai đoạn tách ra để xác
định các mức độ tách ra không mong muốn của sunfua. Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật
hóa học tiêu chuẩn thường xuyên sẽ mất nhiều thời gian và chỉ mang tính tạm thời,
trong khi hiệu quả lâu dài của các phương pháp điện hóa trong chế độ luồng liên
tục, vẫn còn được nghiên cứu và phát triển. Rõ ràng, phạm vi tồn tại cho sự phát
triển một hệ thống bảo trì hiệu quả thấp, có khả năng cả hai đều được phát hiện và
dùng để loại bỏ sunfua hòa tan.
Sharma VK và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng Ferrate(VI) để oxi hóa
sunfua thành sunfat nhằm loại bỏ sunfua trong nước ngầm. Kết quả nghiên cứu cho
thấy Fe(VI) rất hiệu quả trong việc loại bỏ sunfua từ nước ngầm hay các mẫu nước
thải ở các nồng độ khác nhau. Tùy vào tỷ lệ [Fe(VI)]/[H 2S] mà có thể loại bỏ được
95-99% sunfua [33].
Cadena F và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng các chất oxi hóa mạnh như
Cl2, KMnO4 và H2O2 để oxi hóa sunfua thành lưu huỳnh nguyên tố nhằm loại bỏ
sunfua ra khỏi nước thải. Kết quả cho thấy thời gian oxy hóa sunfua của Cl 2,
KMnO4 diễn ra rất nhanh, trong 5 phút đã đạt cân bằng hóa học. Còn khi sử dụng
H2O2 cân bằng (phương pháp Fentan) diễn ra tương đối chậm. Lượng chất oxi hóa

10


cần thiết để loại bỏ 1,0 gam sunfua lần lượt là: 2,4; 4,2 và 11,8 gam đối với Cl 2,
KMnO4 và H2O2. Điều này cho thấy hiệu quả loại sunfua của Cl 2 và KMnO4 là tốt
hơn so với H2O2 [9].
1.3.2. Phương pháp sinh học
Các vi sinh vật được sử dụng để loại bỏ H 2S là các vi sinh vật lý tưởng có khả
năng biến đổi H2S thành lưu huỳnh nguyên tố, có thể sử dụng CO 2 làm nguồn cacbon
( loại bỏ nhu cầu dinh dưỡng đầu vào), có thể tạo ra lưu huỳnh nguyên tố và dễ dàng

Xử lý H2S bằng phương pháp sinh học được thiết kế trong máy lọc vi sinh và
tháp lọc khí sinh học. Ví dụ như hệ xử lý H 2S sinh học thương mại Thiopaq, hệ này
sử dụng vi khuẩn hóa dưỡng trong môi trường kiềm để oxi hóa sunfua thành lưu
huỳnh nguyên tố. Hệ này cũng có thể đồng thời tái tạo hydroxit, giúp H 2S phân li
3

3

tốt. Lưu lượng xử lý có thể từ 200 Nm /h đến 2500 Nm /h và loại bỏ lên tới 100 %
H2S, với nồng độ đầu ra dưới 4 ppm [6].

11


Một hệ thống khác là hệ H2SPLUS, dùng cả phương pháp hóa học và sinh
học để loại bỏ H2S. Hệ xử lý này sử dụng một bộ lọc có chứa bọt biển sắt được gây
mầm với vi khuẩn thiobacteria. Có khoảng 30 hệ thống được sử dụng ở Mỹ, chủ yếu
ở các nhà máy xử lý nước thải trong ngành thực phẩm nông nghiệp. Có thể xử lý
3

với lưu lượng khí từ 17 đến 4200 m /h có thể được sử dụng và loại bỏ được tới
225 kg H2S/ngày [6].

1.3.3. Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị
hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề
mặt chất khác. Vật liệu hấp phụ là vật liệu có thể hút các phân tử trong một dòng
khí hoặc trong chất lỏng lên bề mặt của nó, giúp loại bỏ các phần tử đó ra khỏi dòng
khí đó. Một số vật liệu hấp phụ thường được sử dụng rộng rãi như: than hoạt tính,
zeolit, polime, các oxit kim loại hay bùn thải,…

độ xốp cao được dùng phổ biến để bắt giữ các phân tử. Kích thước lỗ có thể được
điều chỉnh bằng trao đổi ion và có thể được sử dụng làm xúc tác cho các phản ứng
chọn lọc [25]. Zeolit đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất phân cực như
nước và H2S từ các dòng khí không phân cực như metan [26]. Các nghiên cứu gần
đây tập trung vào việc làm thế nào để bổ sung zeolit trong công nghệ “ than sạch”,
hoặc trong các nhà máy điện tích hợp khí hóa. Một số nghiên cứu về việc sử dụng
zeolit-NaX và zeolit-KX để làm xúc tác loại bỏ H 2S từ dòng khí thải của IGCC đã
được thực hiện tại Đại học Yeungnam Hàn Quốc với hiệu suất loại bỏ lên tới 86%
trong khoảng thời gian là 40 giờ [20]. Gần đây, rây phân tử còn được sử dụng với
vai trò chất mang cho các loại chất hấp phụ khác [38].
 Các oxit kim loại

Trong số các oxit kim loại, sắt oxit thường được sử dụng để loại bỏ H 2S bằng
cách hình thành sắt sunfua không tan. Các phản ứng hóa học liên quan đến quá trình
này được thể hiện ở phương trình dưới đây:
Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O
2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3

+ 6S

Sắt oxit được sử dụng cho quá trình hấp phụ thường ở dạng gọi là “sắt bọt
biển/xốp sắt”. Sắt bọt biển là sắt oxit được ngâm tẩm trên gỗ vụ/ gỗ bào. Sắt oxit
trong xốp sắt có dạng Fe2O3 và Fe3O4. Vật liệu này có thể được hoạt hóa lại sau khi
bão hòa nhưng hoạt tính hấp phụ giảm khoảng một phần ba sau mỗi chu trình tái
hoạt hóa [6]. Xốp sắt có thể được sử dụng trong hệ xử lý theo mẻ hoặc hệ xử lý liên

13


tiếp. Trong một hệ xử lý liên tiếp, không khí được bổ sung liên tục vào dòng khí để

bỏ bởi chất hấp phụ Co-Ni/ γAl2O3 [13].
 Bùn thải

Do các vật liệu hấp phụ H 2S thương mại đắt tiền hoặc có các vấn đề liên
quan khác, các vật liệu có nguồn gốc từ bùn thải đã được nghiên cứu sử dụng với
vai trò chất hấp phụ. Khi nhiệt phân bùn thải, thu được vật liệu có cấu trúc mao
quản trung bình (mesoporous) và có diện tích bề mặt hoạt động có thể thúc đẩy quá

14


trình oxi hóa của H2S thành lưu huỳnh nguyên tố [41]. Bùn thải có tính chất hóa học
phức tạp, nhưng có đủ các nhóm hoạt động để sử dụng thay thế than hoạt tính
không ngâm tẩm. Hiệu quả loại bỏ H 2S của bùn thải tương tự với các chất hấp phụ
dựa trên sắt, nhưng ít hiệu quả hơn than hoạt tính đã ngâm tẩm [6]. Vấn đề cần quan
tâm khi sử dụng bùn thải là nó có thể chứa các hợp chất gây cản trở việc loại bỏ
H2S. Yuanand Bandosz và các cộng sự đã trộn lẫn các khối lượng khác nhau của
bùn thải và bùn kim loại có nguồn gốc từ quá trình mạ kẽm được sử dụng trong
công nghiệp, nhiệt phân và kiểm tra khả năng hấp phụ H 2S của chúng. Các tác giả
thấy rằng khả năng hấp phụ H 2S của vật liệu này là tương đương với khả năng hấp
phụ của than hoạt tính đã ngâm tẩm, và khả năng hấp phụ phụ thuộc vào thành phần
bùn cũng như nhiệt độ nhiệt phân. Các mẫu có hàm lượng bùn thải cao và nhiệt
o

o

phân ở nhiệt độ cao hơn (800 C và 950 C) cho khả năng hấp phụ tốt nhất. Dung
lượng hấp phụ cao nhất thu được là khoảng 21mgH2S/g chât hấp phụ, thấp hơn
dung lượng hấp phụ của than hoạt tính không ngâm tẩm [40].
Trên thực tế, sắt (III) hyđrôxít có thể phát thải trong quá trình xử lý nước thải

 δ-FeO(OH) (Feroxyhyte): Kết tinh trong hệ lục giác, là các khối nhỏ màu

nâu hình tròn và kết lại thành khối. Có từ tính, đục và các vân màu vàng. Nó tồn tại
trong các hợp kim mangan-sắt ở đáy Đại Tây Dương và Thái Bình Dương. Nó cũng
được tìm thấy ở vùng biển Bantic, biển Trắng. Dưới áp suất cao và các điều kiện bề
mặt, dạng δ chuyển về dạng α [12].
1.4.2. Cơ chế hấp phụ của Fe(OH)3
Sắt oxit/hydroxit (goethite, feroxyhyte…) là một trong các chất hấp phụ hiệu
2-

-

quả cho việc loại bỏ các ion trong nước như S , F …
Rất nhiều nghiên cứu cho thấy vật liệu hấp phụ oxit, đặc biệt là sắt và nhôm
oxit, đóng một vai trò quan trọng cho việc loại bỏ các anion khỏi dung dịch. Sự hấp
phụ anion trên bề mặt oxit liên quan đến sự tạo phức trong quá trình hấp phụ. Tùy
thuộc vào liên kết giữa các anion và các trung tâm hoạt động trên bề mặt, phức hình
thành trên bề mặt được chia thành 2 loại: phức cầu nội và phức cầu ngoại. Trong trường
hợp của lớp vỏ ngoài phức tạp, có các phân tử H 2O ở giữa trí hoạt động của chất hấp
phụ và anion. Sự hình thành của các phức bề mặt chủ yếu phụ thuộc vào mức độ của
proton bề mặt và sự phân ly. Các phản ứng bề mặt có thể là mô tả như sau:

≡XOH(S) + H



+





thuộc vào số ion H . Trong môi trường có pH thấp, nồng độ H cao, ≡FeOH và
≡FeOH hấp phụ anion thông qua phản ứng tạo phức với các anion,tạo thành phức
≡FeOH-anion và ≡ FeO-anion. Ngược lại, ở pH ≥ 6 xảy ra sự tách proton của
≡FeOH

2+

-

và ≡FeOH tạo thành các phức mang điện tích âm ≡ FeO dẫn đến số
-

lượng anion hấp phụ bị giảm bởi lực đẩy giữa ≡ FeO trên bề mặt với các anion
2+

trong dung dich. Trong trường hợp này, sự xuất hiện của các cation nhị phân (Ca ,
2+

Pb ) có thể khắc phục được hiện tượng này nhờ sự tương tác giữa các cation với cả
-

≡ FeO và các anion khác. Với hệ liên hợp (FeO-cation-anion) như vậy quá trình
hấp phụ có thể xảy ra ở pH > 6,0-7,0 [41].
Nếu số lượng các nhóm proton nhiều hơn các nhóm phân ly, khi đó bề mặt
tích điện dương và trở nên thích hợp với các anion hấp phụ. Các phản ứng của
sunfua với sắt(III) hydroxit xảy ra trình tự theo cơ chế [16,29]
Sự hình thành bề mặt phức tạp:
Đố với phức cầu ngoại:
+


≡ XA(S)

(S)

+ H2O

là các anion bị hấp phụ.

Sunfua được hấp phụ trên bề mặt Fe(OH)3 thông qua sự trao đổi giữa chúng
-

và các ion OH , quá trình hấp phụ được mô tả bằng các phản ứng:
-

-

>Fe-OH + HS → FeS + H2O
Sự chuyển dời điện tử
III -

II

∙

 Fe S
∙Các gốc tự do S được giải phóng dưới tác dụng của dung dịch

> Fe S
2+