Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
---------------------

VŨ QUANG TÙNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI VÀ THU HỒI MỘT
SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT
LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Thái Nguyên, năm 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
2


tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học, các anh chị
và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
thực hiện đề tài. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi
công tác đã tạo điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận
văn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân yêu trong gia đình, đã
luôn động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2009
Học viên

Vũ Quang Tùng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
4
MỤC LỤC

Mở đầu ......................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ......................................................................... 3
1.1 Giới thiệu chung về một số ion kim loại nặng ..................... 3
1.1.1. Các kim loại nặng .......................................................... 3
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................. 5
1.1.3 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng đối với con người và
môi trường…………………………………………………………………..5
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ................................... 6
1.2.1. Các khái niệm ................................................................ 6
1.2.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................... 9
1.3. Giới thiệu về nguyên liệu vỏ lạc .......................................... 15
1.3.1.Thành phần và tính chất của vỏ lạc ................................. 15

3
đến sự thu hồi
các ion kim loại Cu
2+
và Pb
2+
.......................................................................48
2.6 Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc ............52
2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 52
2.7 Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP..................................61
2.8 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Ni
2+
trong nước thải
nhà máy Z159 bằng phương pháp hấp phụ trên VLHP chế tạo từ vỏ lạc
.................................................................................................................... 64
2.8.1 Khảo sát khả năng tách loại của ion Ni
2+
............................. 64
2.8.2 Khảo sát khả năng giải hấp của ion Ni
2+
............................. 65

KẾT LUẬN ................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự nóng
bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng

2+
, Ni
2+
của VLHP bằng
phương pháp hấp phụ động.
 Giải hấp thu hồi các kim loại nặng Cu
2+
, Pb
2+
, Cd
2+
, Mn
2+
, Ni
2+
.
 Tái sử dụng VLHP.
 Xử lý thăm dò khả năng hấp phụ của Ni
2+
trong nước thải bằng VLHP.


1.1.1 Các kim loại nặng
 Đồng
Đồng là một nguyên tố vi lượng cần thiết đối với động vật và thực vật. Với
thực vật, nếu thiếu đồng, hàm lượng diệp lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra
quả và có thể bị chết. Ở cơ thể người và động vật khi thiếu đồng, hoạt tính của hệ
men giảm đi, quá trình trao đổi protein bị chậm lại, do đó làm các mô xương
chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược…Tuy nhiên, ở cơ thể người, thừa đồng
cũng rất nguy hiểm vì nó là một trong những nguyên nhân gây các bệnh về gan,
thận, nội tiết…[4, 7, 15].
Năm 1982, JECFA (Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm)
đã đề nghị giá trị tạm thời cho lượng đồng đưa vào cơ thể người có thể chịu đựng
được là 0,5 mg/kg thể trọng/ngày [16].
 Chì
Các hợp chất của chì được sử dụng nhiều trong công nghiệp nhiên liệu (như
tetra metyl và tetra etyl chì), sản xuất thủy tinh, đồ gốm, hội họa, y học…
Tuy nhiên, chì là một nguyên tố điển hình cho tính độc. Tất cả các hợp chất có
hòa tan nguyên tố này đều độc. Chì xâm nhập vào cơ thể động vật chủ yếu qua
đường tiêu hóa, hô hấp và cả do sự hấp thụ của da. Nếu đi vào cơ thể, dù là với
lượng rất nhỏ nhưng chì cũng bị giữ lại và tập trung ở xương, dần dần thay thế
canxi dẫn tới sự thoái hóa xương. Khi bị nhiễm độc chì, tùy thuộc vào mức độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
4
nhiễm độc, cơ thể người có thể mắc các bệnh như: đau khớp, viêm thận, cao huyết
áp vĩnh viễn, tai biến não, rối loạn bộ phận tạo huyết…
JECFA đã thiết lập giá trị tạm thời cho lượng chì đưa vào cơ thể trẻ sơ sinh và
thiếu nhi có thể chịu đựng được là 0,005 mg/kg thể trọng/ngày[3, 7, 16].
 Mangan
Mangan là nguyên tố vi lượng trong cơ thể sống. Ion mangan là chất hoạt
hoá một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục, tạo máu và sản
xuất kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Sự tiếp xúc nhiều với bụi

kim loại màu chưa được xử lý thải trực tiếp ra sông Cầu. Hàng trăm làng nghề
đúc đồng , nhôm, chì thuộc các tỉnh lưu lượng hàng ngàn m
3
/ngày không qua xử
lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và môi trường khu vực. Theo các số
liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các kim loại nặng trong nguồn nước nơi tiếp
nhận nước thải đều xấp xỉ hoặc vượt quá tiêu chuẩn cho phép [1, 3, 4, 22].
1.1.3. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường

Các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết
cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu như vượt quá hàm
lượng cho phép, chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới sức khỏe con
người.
Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn.
Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
6
đẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái
lực lớn với các nhóm -SH. -SCH
3
của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế, các
enzim bị mất hoạt tính , cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [3,4,10].

1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.2.1 Các khái niệm
- Sự hấp phụ
 Sự hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí -
rắn, lỏng - rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng).
 Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử
của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả

- Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá
trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp
phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về
hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên
tiết kiệm được thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp
phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng
phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có
lợi cho quá trình hấp phụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
8
Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu
hấp phụ nhờ vi sinh vật [1].
- Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng.
Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và
áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích [1,5,8].
q = f(T, P hoặc C) (1.1)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: Nhiệt độ
P: Áp suất
C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)

0
.100
cb
CC
H
C


(1.3)

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
- Mô hình động học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai
đoạn kế tiếp nhau:
- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
- Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ
chứa các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.
- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.
Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
- Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là
giai đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay
khống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi
trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định [1,8].
- Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản
Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = f
T
( P hoặc C) được gọi là
đường hấp phụ đẳng nhiệt.

q
max
: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

: Độ che phủ
C
cb
: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
b : Hằng số Langmuir
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ :
+ Trong vùng nồng độ nhỏ b.C
cb
<< 1 thì q = q
max
.b.C
cb
mô tả vùng hấp
phụ tuyến tính.
+ Trong vùng nồng độ lớn b.C
cb
>> 1 thì q = q
max
.b.C
cb
mô tả vùng hấp phụ
bão hòa.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt
biểu diễn là một đoạn cong.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
11
Hình 1.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của C
cb
/ q vào C
cb

tg

0

C
cb
(mg/l)

N
C
cb
/q
(g/l)

q
(mg/g)
0
C

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry là phương trình đơn giản mô tả sự
tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng
độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng:

a = K.P (1.8)
hay q = K.C
cb
(1.9)
Trong đó:
a : Lượng chất bị hấp phụ (mol/g)
K : Hằng số hấp phụ Henry
P : Áp suất (mmHg)
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
C
cb
: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)[5,8].
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thực nghiệm mô
tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:
q = k.C
n
cb
/1
(1.10)
Trong đó:
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
k : Hằng số hấp phụ Freundlich

3 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ
Lối vào
Lối ra
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
14
Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị
nồng độ ban đầu tới không.
Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy
ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển
theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển
khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của
chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Tiếp theo cột hấp phụ
được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.
Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu sự
hấp phụ động trên cột. Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng
chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó
lượng chất hấp phụ cần thiết tăng lên.
Vùng chuyển khối đặc biệt dài hơn trong trường hợp hấp phụ chất lỏng so
với trường hợp hấp phụ chất khí vì độ nhớt của chất lỏng cao hơn. Độ nhớt làm
chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt chất rắn cũng như sự khuếch tán bên
trong hạt chất rắn.
Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hạn
chế chúng được trình bày ở bảng 1.1
Bảng 1.1: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối
và phương pháp hạn chế chúng
Yếu tố ảnh hưởng Phương pháp hạn chế
Tốc độ khuếch tán hạn chế bên
trong phần tử hấp phụ.
- Giảm khuếch tán bên trong hạt bằng cách


C

C
o O

t
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
16
Sự kết hợp giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ được gọi là holoxenlulozơ có chứa
nhiều nhóm - OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hiđro.
Xenlulozơ là polisaccarit cao phân tử do có các mắt xích β-glucozơ
[C
6
H
7
O
2
(OH)
3
]
n
nối với nhau bằng liên kết 1,4-glycozit. Phân tử khối của
xenlulozơ rất lớn khoảng từ 250000-1000000 đ.v.C. Trong mỗi phân tử

cao, chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7 g/l có thể hấp phụ rất tốt dung dịch
chứa Cd
2+
nồng độ 20 mg/l. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính thông thường
thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần.[4]
Vỏ đậu tương: Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng
như Cd
2+
, Zn
2+
… và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt hấp phụ rất tốt Cu
2+
. Vỏ
đậu tương sau khi xử lý với natri hiđroxit và axit xitric thì dung lượng hấp phụ
cực đại lên tới 108 mg/g.[18, 20]
- Bã mía: Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước và
được ví như than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng như Cr
3+
,
Ni
2+
, Cu
2+
… Bên cạnh khả năng tách các kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả
năng hấp phụ tốt đối với dầu. [4,17]
- Lõi ngô: Sau khi được xử lý bằng natri hiđroxit và axit photphoric thì hiệu
quả hấp phụ tương đối cao, dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cd
2+
và Cu
2+

A

= k.C.L (1.12)
Trong đó:
A

: Cường độ vạch phổ hấp thụ,
k : Hằng số thực nghiệm,
L : chiều dài môi trường hấp thụ,
C : Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.
5. Thu và ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ. [6, 9]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
19
1.4.2 Điều kiện nguyên tử hóa mẫu
Nguyên tử hóa mẫu là công việc quan trọng nhất của phép đo phổ hấp thụ
nguyên tử, Mục đích của quá trình này là tạo ra đám hơi nguyên tử tự do từ mẫu
phân tích với hiệu suất cao và ổn định, để phép đo đạt kết quả chính xác với độ
lặp lại cao. Ở phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F - AAS), tức là chỉ sử dụng
năng lượng nhiệt của ngọn lửa đền khí để tạo hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu
phân tích, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định đến hiệu suất nguyên tử hóa
mẫu phân tích và mọi yếu tố khác ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đều có
thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích. [6, 9]
- Thành phần hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa
- Chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu
- Tốc độ dẫn mẫu
1.4.3 Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử
Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng, trong vùng nồng độ nhỏ của
nguyên tố phân tích, mối quan hệ giữa cường độ một vạch phổ hấp thụ của
nguyên tố đó và nồng độ của nó trong đám hơi nguyên tử tự do cũng tuân theo
định luật Lambe Bear. Nghĩa là nếu chiếu một chùm sáng đơn sắc có cường độ

sau khi qua môi trường hấp thụ. A
λ
được tính bởi công thức:
A
λ
= log
I
I
o
= 2,303.K

.N.L (1.14)
Nếu các phép đo được thực hiện trên cùng một máy đo phổ hấp thụ
nguyên tử thì L = const, nên có thể viết:
A
λ
= K.N (1.15)
Trong đó:
K: Hằng số thực nghiệm phụ thuộc K

, L, và nhiệt độ môi trường hấp thụ.
Gọi nồng độ nguyên tố ở mẫu phân tích là C. Từ nhiều kết quả thực
nghiệm chỉ ra rằng, trong một giới hạn nhất định của C, mối quan hệ giữa N và C
được xác định theo công thức:
N = k.C
b
(1.16)
Trong đó:
k: Hằng số thực nghiệm phụ thuộc điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu
b: Hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của nguyên tố. 0 < b