Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM





BÙI THỊ HIỀN






TỔNG HỢP OXIT HỖN HỢP Fe
2
O
3
- Mn
2
O
3
KÍCH THƯỚC
NANOMET HẤP PHỤ AMONI, ASEN, SẮT VÀ MANGAN
TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC














Thái nguyên – Năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN


Trƣớc tiên, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Lƣu Minh Đại
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành
luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Khoa Học Vật liệu, các anh
chị , em trong phòng Vật liệu Vô cơ - Viện Khoa học Vật liệu - Viện Khoa học và
Công nghệ Việt Nam, các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên

đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực
hiện đề tài.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các phòng có liên quan tại Viện Hoá học,
Viện khoa học Vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi
trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, ngƣời thân trong gia đình đã luôn
luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.


Tác giả Luận văn


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dƣới
sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Lƣu Minh Đại. Các số liệu và kết quả nêu trong luận
văn là hoàn toàn trung thực.



TÁC GIẢ LUẬN VĂN



Bùi Thị Hiền










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

i
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC HÌNH iv
DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi
MỞ ĐẦU 1
Phần 1: TỔNG QUAN 2
1.1.Tài nguyên nƣớc và sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 2
1.1.1.Tài nguyên nƣớc 2
1.1.2. Nguồn nƣớc ngầm 2
1.1.3. Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 3
1.1.4. Tác hại của amoni, asen, mangan, sắt đối với con ngƣời. 6
1.1.4.1. Amoni 6
1.1.4.2. Asen 6
1.1.4.3. Sắt 8
1.1.4.4. Mangan 8
1.2. Các giải pháp xử lí asen, sắt, mangan và amoni. 9
1.2.1. Phƣơng pháp trao đối ion 9
1.2.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa 10
1.2.3. Phƣơng pháp oxi hóa 11

1.2.4. Phƣơng pháp hấp phụ 12
1.2.4.1. Khái niệm chung 12
1.2.4.2. Hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học 12
1.2.4.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ 13
1.2.4.4. Phƣơng trình động học hấp phụ 14
1.2.5. Một số công nghệ xử lí nƣớc nhiễm asen, amoni, sắt, mangan. 15
1.3. Lựa chọn phƣơng pháp loại bỏ Asen, sắt, mangan và amoni 18
1.4. Công nghệ nano 20
1.4.1.Vật liệu nano 20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ii
1.4.1.1 Giới thiệu về vật liệu nano 20
1.4.1.2. Một số ứng dụng của vật liệu nano 20
1.4.2. Một số phƣơng pháp tổng hợp oxit nano. 21
1.4.2.1. Phƣơng pháp đồng kết tủa 21
1.4.2.2.Phƣơng pháp gốm truyền thống 22
1.4.2.3. Phƣơng pháp đồng tạo phức 22
1.4.2.4. Phƣơng pháp sol – gel 23
1.4.2.5. Phƣơng pháp đốt cháy gel polime 24
Phần 2: KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.1. Hóa chất và thiết bị 26
2.1.1. Thiết bị 26
2.1.2. Hóa chất 26
2.2. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu 26
2.2.1. Tổng hợp oxit hệ mangan - sắt kích thƣớc nanomet 26
2.2.2. Tổng hợp vật liệu chứa oxit nano hệ Fe – Mn trên cát thạch anh. 27
2.3 Nghiên cứu hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 27
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu vật liệu 29

2.4.1. Các phƣơng pháp phân tích 29
2.4.1.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt 29
2.4.1.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ rơnghen 30
2.4.1.3. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua
(TEM) 30
2.4.1.4. Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt (BET) 31
2.3.1.5. phƣơng pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu 31
2.4.2.Các phƣơng pháp xác định hàm lƣợng kim loại trong nƣớc 32
2.4.2.1. Phƣơng pháp xác định Asen 32
2.4.2.2. Phƣơng pháp xác định sắt 32
2.4.2.3. Phƣơng pháp xác định Mangan 32
2.4.2.4. Phƣơng pháp xác định amoni 33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iii
Phần 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34
Chƣơng 1: VẬT LIỆU OXIT HỖN HỢP HỆ Fe - Mn 34
1.1. Tổng hợp vật liệu oxit hỗn hợp hệ Mn –Fe kích thƣớc nanomet 34
1.1.1 kết quả phân tích nhiệt 34
1.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung . 35
1.1.3.Lựa chọn tỉ lệ mol kim loại 36
1.1.4.Khảo sát ảnh hƣởng của pH tạo gel 37
1.1.5.Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ tạo gel 38
1.1.6. Điện tích điểm không của vật liệu 39
1.2. Đánh giá khả năng hấp phụ asen trên oxit hệ Fe – Mn 40
1.2.1. Khảo sát sự hấp phụ của As trên vật liệu oxit hỗn hợp Fe – Mn 41
1.2.2. Đánh giá khả năng hấp phụ Amoni trên vật liệu hệ Fe – Mn 45
1.2.3. Đánh giá khả năng hấp phụ sắt trên oxit hệ Mn – Fe 47
1.2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ mangan trên oxit hệ Mn – Fe. 49

1.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu. 51
1.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH 51
1.3.2.Khảo sát ảnh hƣởng của sự có mặt cation NH
4
+
, Mn
2+
và Fe
3+
52
1.3.3.Khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ 52
Chƣơng 2: VẬT LIỆU OXIT HỖN HỢP HỆ Fe – Mn TRÊN CÁT THẠCH ANH
54
2.1. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu 54
2.2.Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu oxit hệ Fe - Mn /CTA. 55
2.2.1.Khảo sát sự hấp phụ As theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir 55
2.2.2.khả năng hấp phụ amoni trên oxit hệ Fe – Mn / CTA 57
2.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ sắt trên oxit hệ Fe – Mn/CTA 58
2.2.4.Khảo sát khả năng hấp phụ mangan trên oxit hệ Fe – Mn /CTA 59
KẾT LUẬN 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iv
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đƣờng cong động học biểu thị sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào
thời gian và nồng độ chất bị hấp phụ ( C
1

> C
2
) 14
Hình 2.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt langmuir và Sự phụ thuộc C
f/q
vào C
f
29
Hình 3.1.Giản đồ phân tích nhiệt DTA và DGA của mẫu gel Fe – Mn 35
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau 36
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu chế tạo ở tỉ lệ Fe/ Mn khác nhau. 37
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu đƣợc tổng hợp ở pH khác nhau 38
Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của mẫu ở các nhiệt độ tạo gel khác nhau 38
Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu nung ở 450
0
C 39
Hình 3.7. Đồ thi biểu diễn sự phụ thuộc của ΔpH vào pH
i
40
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Asen 42
Hình 3.9. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên vật liệu oxit hệ Mn – Fe. 43
Hình 3.10. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(V) trên vật liệu oxit hệ Mn - Fe 44
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ amoni 46
Hình 3.12. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ amoni trên oxit hỗn hợp hệ Fe – Mn 47
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ đối với sắt 48
Hình 3.14. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) trên vật liệu oxit hệ Mn – Fe 49
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ mangan 50
Hình 3.16. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) trên oxit hệ Fe - Mn 51
Hình 3.17. Biểu đồ sự phụ thuộc của lnkđ vào
3

10.
1

T
53
Hình 3.18. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu oxit hỗn hợp 55
Hình 3.19. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên oxit hệ Fe - Mn /CTA. 56
Hình 3.20. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ As(V) trên ôxit hệ Fe - Mn /C TA. 57
Hình 3.21. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ amoni trên oxit hệ Fe – Mn/CTA 58
Hình 3.22. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Fe(III) trên hệ Fe -Mn /C T.A. 59
Hình 3.23. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Mn(II) trên oxit hệ Fe – Mn /CTA 60


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số công nghệ xử lí nƣớc nhiễm asen, sắt, mangan, amoni [20,21] 15
Bảng 3.1. Bảng kết quả xác định các giá trị pH 40
Bảng 3.2.Dung lƣợng hấp phụ As của các mẫu với tỉ lệ Fe/Mn khác nhau 41
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ As(III) trên oxit hệ Mn –
Fe 41
Bảng 3.4. Dung lƣợng hấp phụ As(III) trên oxit hỗn hợp hệ Fe - Mn 42
Bảng 3.5:Dung lƣợng hấp phụ As(V) trên oxit hệ Mn - Fe 43
Bảng 3.6. Dung lƣợng hấp phụ của một số oxit nano 45
Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ amoni 45
Bảng 3.8. Dung lƣợng hấp phụ amoni trên oxit hỗn hợp hệ Fe – Miền Nam 46
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ sắt 47
Bảng 3.10. Dung lƣợng hấp phụ Fe(III) trên vật liệu oxit hệ Mn - Fe. 48
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Mn(II) trên oxit 49

hệ Fe - Mn 49
Bảng 3.12: Dung lƣợng hấp phụ Mn(II) trên vật liệu oxit hệ Mn - Fe 50
Bảng 3.13: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ asen tr ên oxit hệ Fe- Mn 51
Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của cation đến hiệu suất hấp phụ (H%) đối với As (V). 52
Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của oxit hệ Fe- Mn 52
Bảng 3.16: Kết quả xác định hàm lƣợng sắt, mangan trên cát thạch anh. 54
Bảng 3.17: Dung lƣợng hấp phụ As(III) trên vật liệu oxit hệ Mn - Fe/ CTA. 55
Bảng 3.18:Dung lƣợng hấp phụ As(V) trên oxit hệ Fe - Mn / T.A. 56
Bảng 3.19. Dung lƣợng hấp phụ amoni trên oxit hệ Fe – Mn /TA 57
Bảng 3.20. Dung lƣợng hấp phụ Fe(III) trên hệ Fe - Mn / CT.A. 58
Bảng 3.21 . Dung lƣợng hấp phụ Mn(II) trên oxit hệ Fe – Mn/CTA 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vi
CÁC CHỮ VÀ KÍ HIỆU VIẾT TẮT

XRD Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X
SEM Kính hiên vi điện tử quét
CS Tổng hợp đốt cháy
SHS Quá trình lan truyên nhiệt độ cao phát sinh trong phản ứng
PVA poly vinyl alcohol
BET Phƣơng pháp đẳng nhiệt hấp phụ
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
KL/PVA Tỉ lệ kim loại lấy theo tỉ lƣợng trên poly vinyl alcohol theo mol
CTA Cát thạch anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1

MỞ ĐẦU

Nƣớc là một tài nguyên đóng vai trò quan trọng trong sinh hoạt và sản xuất,
nó tồn tại song song với sự phát triển của con ngƣời, ở đâu có nƣớc thì ở đó có sự
sống. Ngày nay, với tốc độ Công nghiệp hoá, Đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng
dân số đã gây áp lực nặng nề đối với môi trƣờng nƣớc, theo thông báo của Bộ tài
nguyên môi trƣờng nƣớc đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các chất vô cơ và hữu cơ,
trong đó thì amoni và một số kim loại nặng gây ra nhiều tác hại nguy hiểm đối với
con ngƣời và môi trƣờng sống, nó tiềm ẩn nguy cơ gây bệnh nhƣ ung thƣ, mẩn
ngứa, biến đổi gel…Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu nƣớc cho ngƣời dân cùng với việc
tìm ra những nguồn nƣớc sạch thì vấn đề xử lí loại bỏ amoni, và một số kim loại
nhƣ asen, sắt, mangan trong nƣớc là cần thiết. Có rất nhiều phƣơng pháp để loại bỏ
amoni, sắt, asen và mangan ra khỏi nƣớc nhƣ: Phƣơng pháp oxi hoá, phƣơng pháp
trao đổi ion phƣơng pháp vi sinh, phƣơng pháp hấp phụ… và đã có nhiều loại vật
liệu để xử lí asen, amoni, sắt và mangan nhƣ đá ong, bentonit, diatonit …
Hiện nay, vật liệu hấp phụ chứa oxit kim loại có kích thƣớc nanomet đã và
đang thu hút đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học vì khả năng vƣợt trội của nó
so với các vật liệu thông thƣờng.
Việt Nam là một quốc gia giầu tài nguyên sắt và mangan, đây là nguồn
nguyên liệu đầu vào ổn định, giá thành hợp lí để chế tạo vật liệu hấp phụ hệ Fe –
Mn kích thƣớc nanomet để xử lí sắt, mangan, asen và amoni. Dựa trên cơ sở đó,
nhằm đẩy mạnh hƣớng công nghệ chế tạo vật liệu kích thƣớc nanomet và ứng dụng
loại sản phẩm này vào cuộc sống và sản xuất cũng nhƣ sử dụng tài nguyên có sẵn ở
trong nƣớc. Vì vây, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu chế tạo
vật liệu kích thước nanomet hệ Fe – Mn để hấp phụ sắt, mangan, asen và amoni
trong nước”.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

Phần 1
TỔNG QUAN
1.1.Tài nguyên nƣớc và sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
1.1.1.Tài nguyên nước
Nƣớc là thành phần của sinh quyển và đóng vai trò điều hòa các yếu tố của khí
hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó. Nƣớc còn chứa đựng
những tiềm năng khác, đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con ngƣời, trong sinh
hoạt hàng ngày của con ngƣời, trong nông nghiệp, trong sản xuất công nghiệp, tạo
ra điện năng và nhiều thắng cảnh thiên nhiên hùng vĩ.
Trên thế giới, các đại dƣơng chiếm diện tích khoảng 361 triệu km
2
( 71%
diện tích bề mặt trái đất). Trữ luợng của tài nguyên nƣớc có khoảng 1,5 tỉ km
3
,
trong đó gần 97% là nƣớc Đại dƣơng, khoảng 3,34% ( khoảng 28,25 triệu km
3

nhƣng phần lớn là ở dạng đóng băng. Trên thực tế lƣợng nƣớc có thể sử dụng đƣợc
chỉ khoảng 4,2 triệu km
3
(0,28% thủy quyển).
Nƣớc ao, hồ, sông và đại dƣơng nhờ năng lƣợng mặt trời bốc hơi vào khí
quyển, hơi nƣớc ngƣng tụ rồi lại mƣa rơi xuống bề mặt trái đất, nƣớc chu chuyển
trong phạm vi toàn cầu tạo nên các cán cân bằng nƣớc và tham gia vào quá trình
điều hòa khí hậu trái đất, hơi nƣớc thoát ra từ các loài thực vật làm tăng độ ẩm của
không khí, một phần nƣớc mƣa thấm qua thành nƣớc ngầm, nƣớc ngầm và nƣớc
mặt đều hƣớng ra biển để tuần hoàn trở lại, đó là một chu trình nƣớc. Tuy nhiên
lƣợng nƣớc ngọt, nƣớc mƣa trên hành tinh phân bố không đều, nƣớc tự nhiên tập
trung phân bố ở biển và đại dƣơng, sau đó đến khối băng ở các cực rồi nƣớc ngầm.

Nƣớc ngọt tầng mặt chỉ chiếm tỉ lệ không đáng kể.
1.1.2. Nguồn nước ngầm
Nhu cầu nƣớc trong sinh hoạt và công nghiệp tồn tại song song với sự phát
triển của con ngƣời, ở đâu có nƣớc thì ở đó có sự sống. Thực tế lƣợng nƣớc dự trữ
trên trái đất không nhiều mà nhu cầu sử dụng lại rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu dùng
nƣớc con ngƣời không ngừng tìm các nguồn nƣớc mới và các xử lí nguồn nƣớc.
Nƣớc khai thác gồm hai loại có nguồn gốc khác nhau là nƣớc nƣớc mặt và nƣớc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
ngầm. Nƣớc mặt là nƣớc trong sông, hồ, ao, suối. Nƣớc sông chảy qua nhiều vùng
đất khác nhau vì thế lẫn nhiều tạp chất hàm lƣợng cặn cao (nhất là vào mùa lũ) có
nhiều chất hữu cơ. Rong tảo, vi trùng, dễ bị ô nhiễm. Nƣớc ao, hồ tuy có hàm lƣợng
cặn thấp hơn nƣớc sông nhƣng độ mầu và phù du rong tảo nhiều hơn. Nguồn nƣớc
ngầm có đƣợc là do sự thẩm thấu của nƣớc mặt, nƣớc mƣa, nƣớc trong không khí,
qua các tầng vỉ đất đá tạo nên những túi nƣớc trong lòng đất. Trong quá trình thẩm
thấu một phần nƣớc bị giữ lại ở các khe núi hay các lỗ xốp của các tầng đất đá tạo
nên các tầng ngậm nƣớc. Thông thƣờng nƣớc ngầm di chuyển qua một số lớp nhƣ:
sỏi, cát thô, cát trung, cát mịn và đá vôi cho đến tầng không ngấm nƣớc ( đất sét và
hoàng thổ). Nƣớc ngầm ở Việt Nam nói chung là có hàm lƣợng muối cao, hàm
lƣợng sắt, mangan, magie cũng cao hơn so với trên thế giới. nƣớc ngầm có ƣu điểm
là có tính ổn định hơn nƣớc mặt, nƣớc ngầm có hàm lƣợng chất hữu cơ thấp, vi
trùng gần nhƣ không có, các thành phần tƣơng đối ổn định và ít bị ô nhiễm nhƣ
nƣớc mặt, khi khai thác nƣớc ngầm ngoài chất lƣợng nƣớc những thông số khác
nhƣ mực nƣớc tĩnh, mực nƣớc động ( thay đổi do bơm lên với một lƣu lƣợng xác
định) và quá trình giảm mực nƣớc trong giếng theo thời gian cần đƣợc quan tâm.
1.1.3. Sự ô nhiễm môi trường nước
Nƣớc trong tự nhiên đƣợc hình thành ảnh hƣởng của các quá trình tự nhiên,
không có sự tác động của nhân sinh, việc chuyển từ nƣớc mặt sang nƣớc ngầm tạo

ra sự cải thiện quan trong về vệ sinh dịch tễ song chƣa lƣờng trƣớc đƣợc sự ô nhiễm
asen, các kim loại nặng và các hợp chất độc hại chủ yếu do nguồn gốc tự nhiên. Do
tác động của nhân sinh nƣớc tự nhiên bị nhiểm bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh
hƣởng xấu đến chất lƣợng của nƣớc do các hoạt động kinh tế của con ngƣời là:
- Giảm độ pH của nƣớc ngọt do ô nhiễm bởi H
2
SO
4
, HNO
3
từ khí quyển, làm
tăng lƣợng SO
4
2-
và NO
3
-
trong nƣớc.
- Tăng hàm lƣợng của các ion Ca, Mg, Si trong nƣớc ngầm và nƣớc sông do
mƣa hòa tan, phong hóa cacbonat.
- Tăng hàm lƣợng của các ion kim loại nặng trong nƣớc tự nhiên nhƣ: Pb, Cd,
Hg, As, Mn, Fe và Zn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
- Tăng hàm lƣợng các muối trong nƣớc bề mặt và nƣớc ngầm do chúng đi từ
khí quyển và từ các chất thải rắn cùng nƣớc thải vào môi trƣờng nƣớc.
- Tăng hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy bằng con đƣờng sinh
học ( các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa…).

- Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nƣớc tự nhiên do các quá trình oxi hóa có
liên quan đến quá trình sống của các vi sinh vật, các nguồn chứa nƣớc và khoáng
hóa các hợp chất hữu cơ.
Nhu cầu về nƣớc sạch ngày càng tăng về số lƣợng và chất lƣợng, trong một
vài năm tới chúng ta phải đảm bảo cho 80% dân số đƣợc sử dụng nƣớc sạch, nguồn
nƣớc chủ yếu đƣợc khai thác là nƣớc ngầm, nƣớc ngầm thƣờng chứa các chất có hại
cho sức khỏe con ngƣời nhƣ: kim loại, hợp chất của S, hợp chất của N, halogen và
một số hợp chất khác. Theo thống kê chƣa đầy đủ, cả nƣớc hiện nay có hơn 1 triệu
giếng khoan, trong đó có nhiều giếng có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần nồng độ
cho phép.
* Ô nhiễm Asen
Các dạng Asen trong nƣớc ngầm phụ thuộc nhiều trạng thái và tính chất của
nƣớc. Dạng asen tồn tại chủ yếu trong nƣớc là H
2
AsO
4
-
( pH đều gần trung tính),
HAsO
4
2-
( môi trƣờng kiềm), H
3
AsO
3
( môi trƣờng oxi hóa – khử yếu). Hợp chất
của asen hữu cơ có độ hòa tan kém hơn, đặc biệt phức của asen – axit fulvic trong
môi trƣờng có pH trung tính và nghèo canxi tại những vùng trầm tích núi lửa, một
số khu vực quặng phong hóa , mỏ dầu khí, mỏ than thƣơng giầu asen.
Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng trên cả nƣớc có nhiều vùng

nhiễm asen đặc biệt là các tỉnh ở đồng bằng Bắc bộ nhƣ Hà Nội, Hà Nam, Hƣng
Yên, Vĩnh Phúc đều bị nhiễm asen với mức độ cao.
Theo thống kê của UNICEF (Quỹ nhi đồng Liên Hợp quốc), tại Việt Nam có
khoảng 10 triệu ngƣời có nguy cơ bị bệnh do tiếp xúc với asen. Qua những số liệu
thu thập đƣợc cho thấy sự ô nhiễm asen ở miền Bắc cao hơn miền Nam. Đáng chú ý
là cả vùng đồng bằng Bắc Bộ đều nằm trong tình trạng đáng lo ngại về mức độ ô
nhiễm asen.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
*Ô nhiễm Amoni
Do thực trạng hệ thống cấp – thoát - nƣớc , xử lí nƣớc cấp và nƣớc thải, chất
thải rắn chƣa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển của các nghành công – nông
nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chƣa kể đến các quá trình diễn ra
trong tự nhiên, ở điều kiện địa chất - thủy văn phức tạp ở vùng châu thổ sông Hồng,
đã gây cho nguồn cấp nƣớc duy nhất hiện nay - nguồn nƣớc ngầm, nguy cơ ô nhiễm
ngày một cao, trong đó có ô nhiễm các hợp chất nitơ. Ở đô thị, hệ thống sông, kênh
rạch có nơi bị ô nhiễm bởi rác thải, nƣớc thải sinh hoạt từ các khu dân cƣ xả ra mà
chƣa qua xử lí. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra amoni ( NH
4
+
). Ngoài ra,
việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho lƣợng nitrat trong nƣớc tự
nhiên tăng cao. Khi khai thác lên, vi sinh vật trong nƣớc nhờ oxi trong không khí
chuyển amoni thành nitrat (NO
2
-
, nitrit (NO
3

-
) tích tụ trong nƣớc ăn.
* Ô nhiễm sắt và mangan
Sự có mặt của sắt là một kết quả trực tiếp của sự tồn tại của nó trong sự hình
thành đá ngầm (kể từ khi hình thành đá ngầm của trái đất thành phần cấu tạo đã có
chứa khoảng 5% sắt, nó thƣờng đƣợc tìm thấy trong hầu hết các mẫu đá trên toàn
cầu) và nƣớc mƣa xâm nhập, khi nƣớc di chuyển qua những tảng đá sắt hoà tan và
tích lũy trong các tầng nƣớc ngầm. Sắt trong nƣớc thƣờng đƣợc tìm thấy trong ba
hình thức chủ yếu: ion Fe
2+
dƣới dạng sắt hoà tan không mầu đƣợc tìm thấy trong
nƣớc mà không phải tiếp xúc với oxi, chẳng hạn nhƣ trong các giếng; vi sinh hoà
tan sắt góp phần rất lớn vào sự phát triển của vi khuẩn sắt. Những vi khuẩn này hình
thành lớp chất nhờn mầu tối trên các bức tƣờng bên trong của đƣờng ống hệ thống ;
nƣớc mặt thƣờng chứa sắt(III), tồn tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù.
Trong nƣớc ngầm, sắt thƣờng tồn tại dƣới dạng ion Fe
2+
, kết hợp với các gốc
bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dƣới keo của axit humic hoặc keo silic.
Khi tiếp xúc với oxi hoặc các tác nhân oxi hoá, ion Fe
2+
bị oxi hoá thành ion Fe
3+
và
kết hợp tủa thành các bông cặn Fe(OH)
3
mầu nâu đỏ.
Sự xuất hiện của mangan cũng là do lịch sử hình thành nƣớc ngầm đã hoà tan
một số khoáng vật, đá có chứa mangan, hiếm khi tìm thấy trong nguồn cung cấp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
nƣớc, thƣờng đuợc tìm thấy trong vùng nƣớc chứa sắt nhƣng hiếm hơn so với sắt.
Về hoá học nó có thể đƣợc coi là một họ gần sắt, mangan thƣờng tồn tại ở dạng ion
Mn
2+
là muối bicacbonat trong dung dịch không mầu ở vùng nƣớc sâu khi tiếp xúc
với không khí sớm chuyển đổi thành chất mangan đioxit không tan, mầu đen.
1.1.4. Tác hại của amoni, asen, mangan, sắt đối với con người.
1.1.4.1. Amoni
Amoni là hợp chất có hại cho sức khỏe con ngƣời nhƣ là nguyên nhân gây ra
bệnh ung thƣ … Amoni thực ra không quá độc đối với cơ thể con ngƣời khi ở nồng
độ thấp (tiêu chuẩn 1,5mg/l). Nhƣng trong quá trình khai thác, xử lí và lƣu trữ nƣớc,
amoni chuyển thành nitrit và nitrat. Nitrit là chất độc rất có hại cho sức khỏe con
ngƣời, Khi con ngƣời uống phải nƣớc chứa amoni sẽ chuyển hóa thành nitrosamine
một chất có tiềm năng gây ung thƣ. Các nghiên cứu cho thấy 1g amoni khi chuyển
hóa sẽ tạo thành 2,7g nitrit và 3,65g nitrat, trong khi hàm lƣợng cho phép của nitrit
là 0,1mg/l và nitrat là 10-15 mg/l, trẻ em uống nƣớc chứa nhiều nitrat có thể bị mắc
hội chứng methemoglobin.
1.1.4.2. Asen
Asen là một nguyên tố phân tán trên trái đất, hầu nhƣ có thể phát hiện đƣợc
sự xuất hiện của nó trong tất cả các mẫu đất đá, khoáng vật, các mẫu động thực vật.
Asen đơn chất là một chất rắn mầu trắng, rất độc nằm ở vị trí số 33 trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học, khối lƣợng phân tử là 74,92, không hòa tan trong nƣớc,
tồn tại trong tự nhiên thƣờng ở dạng As(III) và As(V) trong đó trạng thái As(III)
thƣờng độc hơn trạng thái As(V).
Các dạng As trong nƣớc ngầm phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái và tính chất
của nƣớc, dạng As tồn tại chủ yếu trong nƣớc ngầm là H
2

AsO
4
-
( môi trƣờng pH
đến gần trung tính), HAsO
4
2-
(môi trƣờng kiềm). Hợp chất H
3
AsO
3
đƣợc hình thành
chủ yếu trong môi trƣờng oxi hóa – khử yếu. Các hợp chất As hữu cơ có độ hòa tan
kém hơn, đặc biệt là phức As-acid fulvic trong môi trƣờng có pH trung tính và
nghèo Canxi. Từ lâu con ngƣời đã biết đến ô nhiễm asen qua đƣờng hô hấp và qua
đƣờng tiêu hóa. Về mặt sinh học, Asen ảnh hƣởng đến thực vật nhƣ một chất ngăn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
cản quá trình trao đổi chất, làm giảm năng suất cây trồng, đặc biệt trong môi trƣờng
thiếu photpho. Đối với con ngƣời As tích tụ trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin
và đặc biệt tụ tập trong não, xƣơng, da, phổi và tóc.
Vấn đề ô nhiễm asen xuất hiện nhƣ một thảm họa môi trƣờng đối với sức
khỏe con ngƣời, các biểu hiện đầu tiên của bệnh nhiễm độc asen là chứng sạm da,
dầy biểu bì, sừng hóa từ đó dẫn đến hoại thƣ hay ung thƣ da.
Ngày nay, khoa học đã chứng minh đƣợc asen là nguyên nhân của rất nhiều
căn bệnh nguy hiểm khác nhƣ ung thƣ 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
nƣớc và không mầu, không vị do đó không thể phát hiện bằng trực giác, chính vì

thế mà các nhà khoa học gọi chúng là “ sát thủ vô hình “, đáng tiếc mặc dù đã tốn
rất nhiều đầu tƣ trong y học nhằm tìm kiếm thuốc và phác đồ điều trị các bệnh liên
quan đến nhiễm độc asen nhƣng cho đến nay cộng đồng y học thế giới vẫn chƣa tìm
ra một giải pháp hữu hiệu nào. Asen thƣờng có mặt trong thuốc trừ sâu, các loại
thuốc diệt nấm, diệt cỏ.
As(III) thể hiện độc tính vì nó tấn công vào các nhóm hoạt động –SH của enzim,
làm cản trở hoạt động của enzim:
SH S
[Enzym] + AsO
3
2-

[Enzym] As-O
-
+ 2OH
-

SH S
AsO
4
3-
có tính chất tƣơng tự PO
4
3-
sẽ thay thế ion PO
4
3-
gây ức chế enzim, ngăn cản
tạo ra ATP là chất sản sinh ra năng lƣợng:
CH

2
-SH CH
2
-S
CH
2
CH
2
AsO
-
+ 2OH
-
CH
2
-SH + AsO
3
3-
CH
2
-S
(CH
2
)
5
(CH
2
)
5

C = O C = O

Protein Protein
(dihidrolipoic-Protein) (phức bị thụ động hóa)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
CH
2
-OPO
3
2-
CH
2
-OPO
3
2-

CH –OH + PO
4
3-
CH –OH
C = O C = O (Adenozin triphotphat).
H OPO
3
2-

Glyxeraldehit, 3-photphat. 1, 3-diphotphat, glyxerat.
Nếu có mặt của AsO
4
3-

thì quá trình phụ xẩy ra, tạo thành 1- arseno, 3-
photphat, glyxerat nên 1,3-diphotphat glyxerat không xẩy ra do đó không hình
thành và phát triển ATP.
CH2-OPO
3
2-
CH
2
-OPO
3
2-

CH –OH + AsO
4
3-
CH –OH
C = O C = O (ngăn cản việc tạo ra ATP)
H OAsO
3
2-
asenat
Glyxeraldehit, 3-photphat 1-arseno, 3-diphotphat, glyxerat
Asen (III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein có lẽ do Asen(III) tấn công
vào các liên kết có nhóm sunfua.
Tóm lại, tác dụng hóa sinh chính của Asen là làm động tụ protein, tạo phức
với enzim và phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP.
1.1.4.3. Sắt
Sắt là một trong những chất dinh dƣỡng trong cơ thể, sắt có trong tế bào là
chất cần thiết để duy trì hoạt động của hệ miễn dịch, duy trì các cơ bắp và điều
khiển sự phát triển của tế bào, vì vậy hấp phụ đủ lƣợng sắt trong bữa ăn hằng ngày

là rất quan trọng. Thiếu sắt gây mệt mỏi, rụng tóc, kém tập trung, đau đầu…Cơ thể
chúng ta có thể hấp thụ hai loại sắt: sắt có trong thịt động vật nhƣ thịt bò, thịt gà,
cá…và sắt có nguồn gốc thực vật nhƣ giá đỗ và các gia vị, trong quá trình sử dụng
nguồn nƣớc bị nhiễm sắt gây mùi tanh, suy giảm chức năng gan, ngộ độc enzim và
gây rối loạn tiêu hóa.
1.1.4.4. Mangan
Mangan là chất rất cần cho mọi sinh vật để tồn tại và phát triển. trong cơ thể
ngƣời mangan duy trì sự hoạt động của một số men quan trọng và tăng cƣờng quá
Enzym ATP

3-photphat,
Glyxerat,
arsenat

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
trình tạo xƣơng. Hằng ngày mỗi ngƣời trƣởng thành cần 2- 5mg mangan. Mangan
có nhiều trong ngũ cốc còn nguyên vỏ cám ( gạo, bột mì), trong các loại rau quả
mangan cũng có một lƣợng đáng kể. Do nguồn cung cấp mangan khá phong phú và
nhu cầu không cao nên hầu nhƣ không ai thiếu mangan. Tuy nhiên, trong quá trình
sinh hoạt sử dụng nguồn nƣớc nhiễm mangan cao có thể gây ngộ độc mangan, gây
rối loạn hoạt động thần kinh, những ngƣời dễ nhiễm độc mangan thƣờng là trẻ em,
ngƣời già, và phụ nữ có thai và những ngƣời mắc bệnh về gan, mật.
1.2. Các giải pháp xử lí asen, sắt, mangan và amoni.
Loại bỏ amoni, sắt, mangan đặc biệt là asen để nƣớc đạt tiêu chuẩn an toàn
sức khỏe là cần thiết. Trên thế giới có 4 loại hình công nghệ đƣợc áp dụng là: Trao
đổi ion, oxi hóa, hấp phụ và phƣơng pháp vi sinh, trong đó phƣơng pháp oxi hóa là
phƣơng pháp thông dụng hơn cả, để tăng hiệu quả của quá trình xử lí có thể kết hợp
các phƣơng pháp nói trên.

1.2.1. Phương pháp trao đối ion [2,34]
Cơ sở của phƣơng 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 nƣớc. Các chất
có khả năng trao đổi ion dƣơng từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, những chất
này mang tính axit. Các chất có khả năng trao đổi ion âm goi là các anionit và
chúng mang tính kiềm. Các ion có khả năng trao đổi cả anion và cation thì đƣợc gọi
là ionit lƣỡng tính, chất trao đổi ion có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc
tự nhiên hay đƣợc 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
hiđroxit khó tan của một 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 polime hữu cơ đƣợc gắn các nhóm có
khả năng trao đổi ion nhƣ : RSO
3
H, RCOOH, ROH, RPO
3
H…Phƣơng pháp này có
Ƣu điểm :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
+ Cho phép thu hồi chất có giá trị với mức độ làm sạch cao.
+ Thiết bị vận hành đơn giản
+ Vật liệu có thể tái sinh đƣợc 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 phƣơng pháp này phù hợp cho quy trình sản
xuất nhỏ, còn với quy mô sản xuất lớn bị hạn chế và quá trình xử lí cao.

1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa [18,30,39,40]
Kỹ thuật đồng kết tủa của kim loại dƣới dạng hiđroxit hoặc các hợp chất của
chúng đƣợc sử dụng phổ biến nhất để thu hồi kim loại từ dung dịch.
Các tác nhân đồng kết tủa thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên, kết tủa
hidroxit khó phân tán nên khó thu hồi bằng cách lọc hay xa lắng. Để tách lọc thuận
lợi ngƣời ta thêm vào các tác nhân keo tụ, tuyển nổi dƣới dạng polime điện li.
Nhƣợc điểm của kĩ thuật này là quá trình kết tủa hidroxit chỉ là khâu xử lí sơ bộ vì
không xử lí triệt để, lƣợng bùn thải sinh ra lớn và khó quay vòng, giai đoạn làm khô
lâu và khá đắt.
So với kĩ thuật đông kết tủa hidroxit, kết tủa dƣới dạng muối cacbonat thu
đƣợc kết tủa đồng nhất hơn khi tiến hành ở pH = 8-9, do đó dễ thu hồi kết tủa bằng
cách lọc hay gạn. Phƣơng pháp này đƣợc hạn chế bởi một số muối cacbonat kim
loại có tích số tan lớn nên hiệu quả tách loại thấp, vì vậy kỹ thuật kết tủa cacbonat ít
thông dụng hơn kĩ thuật dạng hidroxit. Hiện tƣợng bão hòa và tạo phức cũng làm
giảm hiệu quả xử lí. Để khắc phục ngƣời ta làm tăng số mầm kết tủa bằng cách đƣa
cát mịn hoặc CaCO
3
dạng huyền phù vào trong dòng thải cần xử lí, nhờ vậy kết tủa
thu đƣợc dễ dàng hơn.
Kỹ thuật đồng kết tủa dƣới dạng sunfua cũng thƣờng đƣợc sử dụng bởi kết
tủa sunfua kim loại có độ tan nhỏ. Kỹ thuật này có thể đƣợc sử dụng khi dòng thải
chứa phức chất, thậm chí ngay khi dòng thải chứa các axit có tính oxi hóa. Muối
sunfua kim loại kiềm thổ có độ tan khá lớn nên kỹ thuật kết tủa sunfua cho phép thu
hồi chọn lọc các kim loại nặng. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là khó thu hồi
toàn bộ kết tủa sunfua vì đôi khi chúng tồn tại ở dạng huyền phù keo, giá thành của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
tác nhân kết tủa ( NaS, H

2
S) cao.
Ngoài các kỹ thuật trên, ngƣời ta sử dụng một số cách khác nhằm làm giảm
nồng độ còn lại của kim loại. đó là các kỹ thuật đồng kết tủa với tác nhân trợ kết tủa
hay tạo phức vòng càng, kết tủa dƣới dạng sunfua hữu cơ, những kĩ thuật này
thƣờng dẫn đến việc sử dụng nhiều hóa chất, giá thành cao và cần có bƣớc xử lí thứ cấp.
1.2.3. Phương pháp oxi hóa [18,30,39,40]
Trong phƣơng pháp oxi hóa thƣờng sử dụng các chất oxi hóa mạnh nhƣ: Cl
2
,
KMnO
4
, và H
2
O
2
hiện đƣợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nhƣợc điểm của phƣơng
pháp này là cần bổ xung thêm các tác nhân oxi hóa.
1.Phƣơng pháp oxi hóa bằng oxi không khí:
Bản chất của phƣơng pháp là sự oxi hóa ion Me
2+
( Me
n+
là các ion kim loại
cần loại bỏ) thành Me
3+
và tách chúng ra khỏi nƣớc dƣới dạng Me(OH)
3
. Khi có
mặt oxi không khí các muối Me

2+
có trong nƣớc ngầm sẽ bị oxi hóa thành Me(OH)
3

nhanh chóng hơn nếu chúng tiếp xúc với MnO
2
, Me(OH)
3
có trên vật liệu lọc. Nƣớc
ngầm thƣờng không chứa oxi hòa tan hoặc có nhƣng với nồng độ rất thấp. Để tăng
hàm lƣợng oxi trong nƣớc ngầm thì biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng.
2.Phƣơng pháp oxi hóa bằng clo
Quá trình oxi hóa khử:
Cl
2
+ 2e ═ 2Cl
-
E
o
= 1,36 v
Khi cho clo vào trong nƣớc, clo sẽ oxi hóa Me
2+
thành Me
3+

2Me
2+
+ Cl
2
+ 6 H

2
O = 2Me(OH)
3
+ 6H
+
.
3. Oxi hóa Me
2+
bằng KMnO
4
:
Me
2+
+ KMnO
4
+ 7H
2
O = 3Me(OH)
3
+MnO
2
+ K
+
+ 5H
+
.
Trên thực tế, lƣợng KMnO
4
tiêu tốn để oxi hóa Me
2+

nhìn chung ít hơn so với
lƣợng tính toán theo hệ số tỉ lƣợng. Ngƣời ta giải thích hiện tƣợng này là do sự tạo
thành MnO
2
nhƣ chất xúc tác của phản ứng. Phản ứng xảy ra ở pH = 6 – 9, tốc độ
phản ứng nhanh hơn so với việc oxi hóa bởi clo.
4. Oxi hóa Me
2+
bằng dioxit clo (ClO
2
):
Me
2+
+ ClO
2
+ 3H
2
O = Me(OH)
3
+ ClO
2
+ 3H
+
.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
Phƣơng pháp oxi hóa Me bằng ClO
2

xẩy ra rất nhanh, nhất là khi pH > 7.
5.Oxi hóa Me bằng ozon:
Ozon là chất oxi hóa mạnh mà ngƣời ta có thể sử dụng để oxi hóa Me
2+
,
Nhƣng cũng cần phải tính đến hiệu ứng phụ. Kết quả đƣợc hình thành trong quá
trình oxi hóa có thể kết hợp với bọt khí ozon và nổi lên mặt nƣớc gây khó khăn cho
việc lắng lọc.
1.2.4. Phương pháp hấp phụ
1.2.4.1. Khái niệm chung
Hấp phụ là phƣơng pháp tách chất, trong đó có các cấu tử từ hỗn hợp lỏng
hoặc khí hấp phụ trên bề mặt chất rắn , xốp.
Chất hấp phụ: Chất có bề mặt trên đó xẩy ra sự hấp phụ.
Chất bị hấp phụ: Chất đƣợc tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ.
Quá trình giải hấp là quá trình đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp
phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ bằng tốc độ
giải hấp.
1.2.4.2. Hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học
Hấp phụ vật lí gây nên bởi lực vandervalls, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học đƣợc tạo thành từ lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp
phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này tƣơng đối bền và khó bị phá vỡ.
Thông thƣờng, trong quá trình hấp phụ sẽ xẩy ra đồng thời cả hai quá trình
trên. trong đó, hấp phụ hóa học đƣợc coi là trung gian giữa hấp phụ vật lí và phản
ứng hóa học, để phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lí , ngƣời ta đƣa ra một
số chỉ tiêu so sánh sau:
- Hấp phụ vật lí có thể là đơn lớp hoặc đa lớp, hấp phụ hóa học là đơn lớp
- Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lí không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xẩy
ra nhanh, hấp phụ hóa học nói chung đòi hỏi sự hoạt hóa do đó xảy ra chậm hơn.
- Nhiệt độ hấp phụ : Hấp phụ vật lí thƣờng xảy ra ở nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa
học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn

- Nhiệt hấp phụ: Lƣợng nhiệt tỏa ra ở hấp phụ vật lí nằm trong khoảng 2 - 8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
Kcal/mol, còn hấp phụ hóa học lớn hơn 22Kcal/mol
- Tính đặc thù : Hấp phụ vật lí ít phụ thuộc vào bản chất hóa học do đó ít mang
tính đặc thù rõ rệt. hấp phụ hóa học mang tính đặc thù cao, nó phụ thuộc khả năng
tạo thành liên kết hóa học giữa các chất hấp phụ và các chất bị hấp phụ.
1.2.4.3. Cân bằng hấp phụ và tải trọng hấp phụ
Cân bằng hấp phụ: Quá trình chất khí hoặc chất lỏng hấp phụ trên bề mặt
chất hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp
phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại pha mang. Theo thời
gian, lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di
chuyển ngƣợc lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ
bằng tốc độ di chuyển ngƣợc lại pha mang ( giải hấp) thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Tải trọng hấp phụ cân bằng: Biểu thị khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dƣới các điều kiện nồng độ
và nhiệt độ cho trƣớc .
Tải trọng hấp phụ là tải trọng nằm ở trạng thái cân bằng của hỗn hợp khí, hơi
bão hòa.
q =
( ).
if
C C V
m

(1.1)
V: thể tích dung dịch (l)


i
C
: Nồng độ dung dịch băn đầu (mg/l)

f
C
: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
m: Khối lƣợng chất hấp phụ.
Cũng có thể biểu diễn đại lƣợng hấp phụ theo khối lƣợng chất hấp phụ trên
một đơn vị diện tích bề mặt chất hấp phụ .
q =
( ).
.
if
C C V
ms

(1.2)
s: diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
1.2.4.4. Phương trình động học hấp phụ
Hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian do sự tích tụ trên bề mặt chất rắn gồm hai
quá trình khuếch tán, trong đó quá trình các phân tử các chất bị hấp phụ từ pha
mang đến bề mặt chất rắn ( khuếch tán ngoài). Nhƣ vậy, lƣợng chất bị hấp phụ trên
bề mặt chất rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Tải trọng hấp phụ tới khi
quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Gọi tốc độ hấp phụ biến thiên theo thời gian, ta có:

q =
dx
dt
(1.3)
Khi tốc độ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì:
r =
ax
= .(C ) .( )
i f m
dx
C K Q q
dt

  
(1.4)
δ: Hệ số chuyển khối

i
C
: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm băn đầu

f
C
: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t
k: Hằng số tốc độ hấp phụ
q: Tải trọng hấp phụ tại thời điểm t
Q
max
: Tải trọng hấp phụ cực đại









Hình 1.1. Đƣờng cong động học biểu thị sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào
thời gian và nồng độ chất bị hấp phụ ( C
1
> C
2
)
Khi xem xét các công trình xử lí nƣớc, ngƣời ta chú ý đến nhiều phƣơng
pháp hóa lí. Phƣơng pháp hấp phụ là một phƣơng pháp hóa lí thông dụng , đƣợc biết
từ xa xƣa, nhƣ việc lọc bằng than, cát, đá, sỏi…mà trƣớc đây con ngƣời đã xây
C
1
C
2
q
O
t

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
dựng thành nền kĩ thuật lọc nƣớc sạch phục vụ đời sống.
Nƣớc bị ô nhiễm thƣờng chứa nhiều loại chất tan khác nhau, khó tách lọc
bằng những phƣơng pháp thông thƣờng, nhƣng dùng phƣơng pháp hóa lí hấp phụ

thì có thể đạt đƣợc hiệu quả xử lí cao hơn, trong nhiều giai đoạn của các qui trình
công nghệ xử lí nƣớc, ta có thể thấy không thể thiếu đƣợc vai trò của chất hấp phụ.
Ngƣời ta thƣờng sử dụng các loại chất hấp phụ nhƣ: than hoạt tính, than củi, … để
xử lí ;Còn đối với các chất tan phân cực nhƣ các ion kim loại, cation kim loại kiềm
thổ, anion gốc axit thì dùng các chất hấp phụ có khả năng hấp phụ hóa học các chất
phân cực nhƣ các chất hấp phụ vô cơ, chất hấp phụ vật liệu tổng hợp nhƣ
polyurethane, sợi polistiren,…v.v.
Trong những năm gần đây, một số công bố về công nghệ chế tạo vật liệu hấp
phụ và ứng dụng các vật liệu này để tách Asen trong nƣớc. đó là hấp phụ asen bằng
một số vật liệu tự nhiên đƣợc biến tính bằng phƣơng pháp oxi hóa kết tủa, bằng vật
liệu oxit hỗn hợp, bằng vật liệu Fe
3
O
4
. Điều này cho thấy tính ƣu việt của phƣơng
pháp hấp phụ và vai trò của các chất hấp phụ là rất quan trọng, cần thiết trong các
quá trình làm sạch nƣớc, xử lí nƣớc từ đó tìm kiếm và nghiên cứu chế tạo các chất
hấp phụ thích hợp dùng trong phƣơng pháp xử lí[36,37,38,39]
1.2.5. Một số công nghệ xử lí nước nhiễm asen, amoni, sắt, mangan.
Bảng 1.1. Một số công nghệ xử lí nƣớc nhiễm asen, sắt, mangan, amoni [3,15]
STT
Công nghệ
Đánh giá
Ghi chú
1
Keo tụ với
muối nhôm
Đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm, cần
có hệ thống để oxi hóa As(III) lên
As(V), đƣợc sử dụng ở qui mô nhà máy,

cần có hệ thống quản lí, giám sát quá
trình hoạt động.

Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng
sản xuất, giá thành
tƣơng đối rẻ.
2
Keo tụ
muối sắt
Đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm, cần
có hệ thống để oxi hóa As(III) lên
As(V), đƣợc sử dụng ở qui mô nhà máy,
Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng
sản xuất, giá thành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
cần có hệ thống quản lí, giám sát quá
trình hoạt động, hiệu quả xử lý không
cao, không triệt để
tƣơng đối rẻ.
3
Kết tủa với
sữa vôi
Đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm,
đƣợc sử dụng ở qui mô nhà máy, cần có
hệ thống quản lí, giám sát quá trình hoạt

động, khó điều chỉnh pH, hiệu quả xử lí
không cao và không triệt để
Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng
sản xuất, giá thành
tƣơng đối rẻ.

4

Trao đổi
ion

Đã nghiên cứu chế tạo và trở thành
thƣơng phẩm, dễ sử dụng và hiệu quả
xử lí cao. Tuy nhiên công nghệ đòi hỏi
nguồn nƣớc đầu vào tƣơng đối sạch và
giá thành rất cao.

Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng,
hộ gia đình, giá thành
cao
5
Nhôm hoạt
tính
Đã đƣợc thử nghiệm ở quy mô lớn,
thích hợp ở qui mô nhà máy. Tuy nhiên
hiệu quả xử lí không cao và không triệt
để , đòi hỏi nguồn nƣớc phải xử lí trƣớc
và đặc biệt hiệu quả xử lí As(III) thấp.

Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng,
giá thành cao
6
Phƣơng
pháp màng
Hiệu quả xử lí tốt, đã trở thành thƣơng
phẩm. Tuy nhiên nƣớc đầu vào đòi hỏi
phải khá sạch
Triển khai tại các nhà
các xƣởng, bệnh viện,
hộ gia đình, giá thành
rất cao
7
Oxi hóa
Mn- Fe trên
nền quặng
hoặc quặng
hoạt hóa
hoặc hạt cát
Đã và đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng
trong và ngoài nƣớc , hiệu quả xử lí khá
cao, thời gian hoạt động dài. Xử lí chƣa
triệt để, hoạt tính chƣa cao.
Triển khai tại các nhà
máy nƣớc, các xƣởng
sản xuất, vật liệu khá
phổ biến, có nhiều loại
với giá thành khác
nhau từ trung bình đến