TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HOÁ HỌC

----------NGUYỄN NGỌC HƢƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CÁC ION Hg2+ VÀ Cd2+ CỦA TRO BAY

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hoá Công nghệ - Môi trƣờng

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
GS.TS THÁI HOÀNG

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài "Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion
Hg2+ và Cd2+ của tro bay" đã đƣợc hoàn thành tại Phòng Hoá lý vật liệu phi kim
loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến GS. TS. Thái
Hoàng, ngƣời Thầy đã hƣớng dẫn tận tình và quý báu trong suốt quá trình xây dựng
và hoàn thiện luận khóa luận tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới ThS.
Nguyễn Thúy Chinh cùng các cô, chú, anh chị ở Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại,
Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý khoa học, Ban
chủ nhiệm khoa Hóa học, Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2, nơi em đã đƣợc đào tạo và hoàn
thành khóa luân tốt nghiệp này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện
giúp đỡ và động viên em trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.

Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Tác giả khóa luận
Nguyễn Ngọc Hƣơng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 6
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1. Tro bay ...................................................................................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu về tro bay ........................................................................................... 3
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay trên thế giới và Việt Nam ...................... 3
1.1.3. Thành phần, đặc điểm và cấu trúc của tro bay .................................................... 7
1.1.4. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay ............................................................ 10
1.2. Thủy ngân ................................................................................................................ 12
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố thủy ngân ..................................................................... 12
1.2.2. Ứng dụng của thủy ngân ................................................................................... 13
1.2.3. Ảnh hƣởng của thủy ngân tới sức khỏe con ngƣời ........................................... 14
1.3. Cadimi ..................................................................................................................... 15
1.3.1. Nguồn gốc và phân bố của cadimi .................................................................... 15
1.3.2. Ứng dụng của cadimi ........................................................................................ 16
1.3.3. Ảnh hƣởng của cadimi tới sức khỏe con ngƣời ................................................ 16
1.4. Nghiên cứu hấp phụ thủy ngân và cadimi ở Việt Nam và trên thế giới… ............ 17
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 18
2.1. Nguyên liệu và hóa chất .......................................................................................... 18
2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ ............................................................................... 18
2.3. Xử lý tro bay bằng dung dịch NaOH và H2SO4 ...................................................... 18
2.3.1. Xử lý tro bay bằng dung dịch NaOH ................................................................ 18
2.3.2. Xử lý tro bay bằng dung dịch H2SO4 ................................................................ 18
2.4. Các phƣơng pháp xác định đặc trƣng của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý .............. 19

2.4.1. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) .................................. 19
2.4.2. Phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện quét (SEM) ............................................ 19
2.4.3. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ............................................................................ 20
2.4.4. Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ UV-VIS: ........................................................... 20
2.4.5. Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) ..................................... 21


2.5. Xác định khả năng hấp phụ Hg2+ và Cd2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý ....... 22
2.5.1. Xác định khả năng hấp phụ Hg2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý .............. 22
2.5.1.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Hg2+ ........................................ 22
2.5.1.2. Quy trình hấp phụ Hg2+ của tro bay chƣa xử lý. ....................................... 22
2.5.1.3. Quy trình hấp phụ Hg2+ của tro bay xử lý bằng H2SO4. ............................ 23
2.5.1.4. Quy trình hấp phụ Hg2+ của tro bay xử lý bằng NaOH............................. 23
2.5.2. Xác định khả năng hấp phụ Cd2+ của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý .............. 23
2.5.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+ ........................................ 23
2.5.2.2. Quy trình hấp phụ Cd2+ của tro bay chƣa xử lý ........................................ 23
2.5.2.3. Quy trình hấp phụ Cd2+ của tro bay xử lý bằng H2SO4. ............................ 24
2.5.2.4. Quy trình hấp phụ Cd2+ của tro bay xử lý bằng NaOH ............................. 24
2.5.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion Hg2+, Cd2+ của tro bay ......................... 24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 25
3.1. Một số đặc trƣng của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý.............................................. 25
3.1.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý .. 25
3.1.2. Hình thái cấu trúc của của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý ............................... 26
3.1.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý ........................ 28
3.1.4. Diện tích bề mặt riêng (BET) của tro bay chƣa xử lý và đã xử lý.................... 29
3.2.Khảo sát sự hấp phụ ion Hg2+, Cd2+ của tro bay ...................................................... 32
3.2.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Hg2+ ............................................... 32
3.2.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Cd2+ ............................................... 33
3.2.3. Khảo sát sự hấp phụ ion Hg2+ và Cd2+ của tro bay chƣa xử lý ......................... 34
3.2.4. Khảo sát sự hấp phụ ion Hg2+ và Cd2+ của tro bay xử lý bằng H2SO4 ............. 34

3.2.5. Khảo sát sự hấp phụ ion Hg2+ và Cd2+ của tro bay xử lý bằng NaOH ............. 35
3.3. Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu của ion đến hiệu suất hấp phụ Hg2+ và Cd2+ của
tro bay đã xử lý bằng NaOH pH= 13 ............................................................................. 36
3.3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu của ion Hg2+ đến dung lƣợng và hiệu suất
hấp phụ Hg2+ của tro bay đã xử lý bằng NaOH pH= 13............................................. 36


3.3.2. Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu của ion Cd2+ đến dung lƣợng và hiệu suất hấp
phụ Cd2+ của tro bay đã xử lý bằng NaOH pH=13 ..................................................... 37
3.4. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ Hg và Cd của tro bay
đã xử lý bằng NaOH pH= 13 ......................................................................................... 38
3.4.1. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ Hg2+ của tro bay
đã xử lý bằng NaOH pH= 13 ...................................................................................... 38
3.4.2 . Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ Cd2+ của tro bay
đã xử lý bằng NaOH pH= 13 ...................................................................................... 39
3.5. Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Hg2+ và Cd2+ của tro bay đã xử lý bằng
NaOH pH=13 ................................................................................................................. 40
3.5.1. Đƣờng động học hấp phụ của Hg2+ theo các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir và Freundlich ............................................................................................. 40
3.5.2. Đƣờng động học hấp phụ của Cd2+ theo các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir và Freundlich ............................................................................................. 42
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 46


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Bảng 1: Ứng dụng của tro bay phế thải (năm 2001) .................................................. 4
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tro bay Phả Lại. ................................................... 6
Hình 2: (A) và (B) là dạng hình cầu và dạng bất thường của hạt tro bay.................. 7
Bảng 2: Hàm lượng (%) các hợp chất chủ yếu trong tro bay loại C và loại F .......... 8

Bảng 3: Hàm lượng và tính chất của tro bay loại C và loại F...................................8
Bảng 4: Thành phần hoá học và các tính chất vật lý của một số tro bay..................9
Hình 3: Thi công bê tông đầm lăn trên công trình thủy điện Sơn La. ...................... 10
Hình 4: Sử dụng tro bay trong thi công nhà Quốc hội. ............................................ 11
Hình 5: Quặng thủy ngân. ......................................................................................... 12
Hình 6: Nhiệt kế..................................... ................................................................... 13
Hình 7: Máy đo huyết áp thủy ngân.................. ............................................................ .......13
Hình 8: Cadimi. ......................................................................................................... 15
Hình 9: Máy ghi phổ hồng ngoại NEXUS 670 (Mỹ). ................................................ 19
Hình 10: Máy hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) S-4800. .............................. 19
Hình 11: Thiết bị nhiễu xạ tia X. ............................................................................... 20
Hình 12: Máy đo phổ hấp thụ UV – VIS. .................................................................. 21
Hình 13: Phổ hồng ngoại của tro bay chưa xử lý và đã xử lý. ................................. 25
Bảng 5:Một số dao động của các nhóm nguyên tử đặc trưng trong tro bay ........... 25
Hình 14: Ảnh hiển vi điện tử quét ( SEM) của tro bay chưa xử lý(độ khuếch đại
10000 lần). ................................................................................................................ 27
Hình 15: Ảnh hiển vi điện tử quét ( SEM) của tro bay xử lý H2SO4(độ khuếch đại
10000 lần). ................................................................................................................ 27
Hình 17: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tro bay xử lý bằng NaOH ................. 28
Hình 18: Giản đồ XRD của tro bay chưa xử lý (a), tro bay đã xử lý bằng H2SO4 (b)29
Hình 19: Đồ thị đường hấp phụ đẳng nhiệt BET của tro bay chưa xử lý (A) .......... 30
Hình 20: Sự phân bố kích thước lỗ xốp của các mẫu tro bay. .................................. 31
Bảng 6: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của các mẫu tro bay . 31
Bảng 7: Độ hấp thụ quang của dung dịch chứa ion Hg2+ theo nồng độ................... 32


Hình 21: Đường chuẩn xác định nồng độ Hg2+. ....................................................... 33
Bảng 8: Độ hấp thụ quang của dung dịch chứa ion Cd2+ theo nồng độ .................. 33
Bảng 9:Ảnh hưởng nồng đầu của Hg2+bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)đến
dung lượng và hiệu suất hấp phụ Hg2+................ .................................... .................36

Hình 22: Đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+. ...................................................... 34
Hình 23: Ảnh hưởng nồng đầu của Hg2+ bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)đến
dung lượng và hiệu suất hấp phụ Hg2+. .................................................................... 36
Bảng 10: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ
Cd2+bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13) ............................................................ 37
Hình 24: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ
Cd2+bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13). ........................................................... 38
Bảng 11: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay
xử lý bằng NaOH (pH= 13) ...................................................................................... 38
Hình 25: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Hg2+bởi tro bay
xử lý bằng NaOH (pH= 13). ..................................................................................... 39
Bảng 12: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay
xử lý bằng NaOH (pH= 13) ...................................................................................... 39
Hình 26: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd2+bởi tro bay
xử lý bằng NaOH (pH= 13). ..................................................................................... 40
Bảng 13: Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Hg2+bởi tro bay xử lý
bằng NaOH (pH= 13) ............................................................................................... 40
Hình 27: Đường động học hấp phụ Hg2+ bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)
theo mô hình langmuir. ............................................................................................. 41
Hình 28: Đường động học hấp phụ Hg2+ bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)
theo mô hình Freundlich......................... .............................................. ....................41
Bảng 14: Các thông số của mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich cho quá
trình hấp phụ của Hg2+ ............................................................................................. 42
Bảng 15: Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý
bằng NaOH (pH= 13) ............................................................................................... 42


Hình 29: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)
theo mô hình Langmuir. ............................................................................................ 43
Hình 30: Đường động học hấp phụ Cd2+bởi tro bay xử lý bằng NaOH (pH= 13)

theo mô hình Freundlich. .......................................................................................... 43
Bảng 16: Các thông số động học theo cá mô hình đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich cho quá trình hấp phụ của Cd2+ ............................................................. 44


MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Hàng năm, ngành công nghiệp năng lƣợng ở các nƣớc trên thế giới thải ra
hơn 400 triệu tấn tro bay, phần lớn từ các nhà máy nhiệt điện than. Cho đến nay,
ngay ở các nƣớc phát triển, lƣợng chất thải rắn này mới đƣợc tái sử dụng rất ít, chủ
yếu thải ra môi trƣờng [22].
Ở nƣớc ta, năm 2015 dự kiến các nhà máy nhiệt điện thải ra khối lƣợng tro xỉ
khoảng 12,8 triệu tấn, đến năm 2020 khoảng 25,4 triệu tấn và đến năm 2030 khoảng
38,3 triệu tấn. Phần lớn lƣợng tro bay thải ra hiện vẫn còn nằm ở bãi chứa làm mất
diện tích và gây ô nhiễm môi trƣờng. Sử dụng tro bay mới chỉ bắt đầu trong lĩnh
vực sản xuất chất kết dính và bê tông xây dựng với khối lƣợng rất hạn chế.
Việc nghiên cứu phát triển các hƣớng ứng dụng khác nhau của tro bay đang
đƣợc các nhà khoa học hết sức quan tâm, đặc biệt là hƣớng ứng dụng làm vật liệu
hấp phụ kim loại nặng trong nƣớc thải[19].
Kim loại nặng là những chất ô nhiễm nƣớc đặc biệt nguy hiểm đối với sức
khỏe con ngƣời do khả năng tích tụ sinh học. Trong số đó, các ion Hg (II) và Cd (II)
có độc tính thuộc hàng cao nhất. Thuỷ ngân có khả năng phản ứng với axit amin
chứa lƣu huỳnh, các hemoglobin, abumin; có khả năng liên kết màng tế bào, làm
thay đổi hàm lƣợng kali, thay đổi cân bằng axit bazơ của các mô, làm thiếu hụt năng
lƣợng cung cấp cho tế bào thần kinh.Cađimi xâm nhập vào cơ thể đƣợc tích tụ ở
thận và xƣơng; gây nhiễu hoạt động của một số enzim, gây tăng huyết áp, ung thƣ
phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng thận, phá huỷ tuỷ xƣơng, gây
ảnh hƣởng đến nội tiết, máu, tim mạch.
Từ các yếu tố trên cho thấy việc nghiên cứu hấp phụ xử lý ion kim loại nặng

Hg2+ và Cd2+ trong nƣớc là rất cần thiết.Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
khả năng hấp phụ các ion Hg2+ và Cd2+ của tro bay”.

1


2. Mục đích nghiên cứu
Tro bay sau xử lý bằng dung dịch axit hoặc kiềm có khả năng hấp phụ đƣợc
các ion kim loại Hg2+ và Cd2+.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xử lý tro bay bằng dung dịch NaOH hoặc H2SO4.
- Nghiên cứu các đặc trƣng của tro bay sau xử lý.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion Hg2+ và Cd2+ của tro bay đã xử lý.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).
- Phƣơng pháp đo phổ hấp thụ UV-VIS.
- Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X.
- Phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện quét (SEM).
- Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET).

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tro bay
1.1.1. Giới thiệu về tro bay
Tro bay (tên tiếng Anh là Fly ash) là một trong những sản phẩm từ quá trình
cháy của than, là khoáng chất mịn còn lại từ việc đốt than trong lò nhà máy sản xuất
điện. Tro bay cấu tạo từ các chất vô cơ không cháy đƣợc có sẵn trong than, sau quá
trình đốt biến thành vật chất cấu trúc dạng thủy tinh và vô định hình.

Nó đƣợc thu hồi tại bộ phận khí thải bằng các phƣơng pháp kết lắng, tuyển nổi,
lọc tĩnh điện và lọc thu tay áo ở các nhà máy nhiệt điện. Gọi là tro bay vì ngƣời ta dùng
các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống
trƣớc và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Hạt tro tròn đều, kích thƣớc nhỏ (cỡ μm) [29, 2, 7].
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay trên thế giới và Việt Nam
 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay trên thế giới
Ở nhiều nƣớc trên thế giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện đƣợc sử dụng
rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng, là phụ gia rất hữu dụng
trong bê tông và xi măng. Việc sử dụng rác thải công nghiệp nhƣ tro xỉ than trong xây
dựng đƣờng xá luôn luôn đƣợc khuyến khích và đôi khi là một điều kiện bắt buộc. Tại
Pháp, 99% tro xỉ than đƣợc tái sử dụng, tại Nhật Bản con số này là 80% và tại Hàn
Quốc là 85%. Trong công nghiệp xi măng, tro đƣợc dùng để thay thế đất sét, một trong
những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng, vì tro có thành phần hóa học gần nhƣ
tƣơng tự đất sét.Chính vì vậy mà ở các nƣớc tiên tiến bên cạnh nhà máy nhiệt điện luôn
luôn có các nhà máy xi măng để sử dụng tro xỉ than tại chỗ.Tro còn đƣợc trộn với các
vật liệu kết dính nhƣ xi măng để làm vật liệu nền đƣờng. Ngoài ra, nó còn đƣợc dùng
để làm phân bón cải tạo đất, nhiên liệu để nung vôi, gạch… [7].
Theo ƣớc tính của Viện Nghiên cứu than thế giới ở Luân Đôn, Vƣơng quốc
Anh, năm 2001, lƣợng tro bay thải ra của toàn thế giới là 61,84 triệu tấn, tuy nhiên
lƣợng tro bay đƣợc tái sử dụng chiếm khoảng 19,98 triệu tấn (32,3 %), cụ thể đƣợc chỉ
ra ở bảng 1 [24].

3


Bảng 1: Ứng dụng của tro bay phế thải (năm 2001)
Lĩnh vực

Triệu tấn


Phần trăm (%)

Xi măng/bê tông

12,16

60,9

Phụ gia chảy

0,73

3,7

Chất độn kết cấu

2,91

14,6

Nền đƣờng, tầng ngầm

0,93

4,7

Cải tạo đất

0,67


3,4

Nạp quặng

0,10

0,5

Ứng dụng trong khai khoáng

0,74

3,7

Gia cố/ổn định rác thải (đất hoang)

1,31

6,3

Nông nghiệp

0,02

0,1

Các loại khác

0,41


2,1

Tổng

19,98

100

Ở Trung Quốc, năm 2002, các nhà máy nhiệt điện ở Hebei, Shaanxi… thải ra
lƣợng tro bay lớn nhất thế giới (160 triệu tấn), chiếm 12 % tổng sản lƣợng tro bay trên
thế giới. Trong đó, trên 50 % lƣợng tro bay đƣợc sử dụng, phần còn lại chất chứa trong
các ao hồ [25].

4


Ngƣời ta sử dụng tro bay để thay thế đất sét , cát, đá vôi và sỏi… Mỗi tấn tro bay
có thể sử dụng để thay thế cho một tấn xi măng. Nhƣ ở Anh, gần một triệu tấn tro mịn
đƣợc sử dụng làm bê tông mỗi năm. Nó thay thế 25- 30 % xi măng trong bê tông [10].
Ở Ấn Độ, năng lƣợng nhiệt đƣợc sử dụng là chủ yếu (73 %), lƣợng tro bay thải ra
rất lớn so với các nƣớc phát triển.Năm 2000, ở Ấn Độ, 150 triệu tấn tro bay thải ra chủ
yếu bởi các nhà máy nhiệt điện quy mô lớn [9]. Tuy nhiên, việc tái sử dụng tro bay còn
rất hạn chế. Nó chỉ đƣợc sử dụng một phần để thay thế cho xi măng trong xây dựng và
bê tông. Tổ chức hợp tác năng lƣợng nhiệt tự nhiên (NTPC) đang xây dựng hai nhà máy
chế tạo tro bay ở Badarpur và Dadri gần Delhi. Ở Teri, các nhà nghiên cứu đã tái tạo các
bãi rác tro bay bằng việc đƣa thêm các chất hữu cơ phù hợp, làm cho cây cối có thể sinh
sôi. Ngƣời ta đã tái tạo một phần tro bay ở nhà máy nhiệt Badarpur bằng cách bón phân
vi sinh hữu cơ. Nhiều loài cây nhƣ cúc vạn thọ, lay ơn, cẩm chƣớng, hƣớng dƣơng…
đang sinh trƣởng đã chứng minh cho điều này.
Tro bay đƣợc xử lí vừa phục vụ mục đích kĩ thuật và vừa đáp ứng mục đích lợi

nhuận. Tro bay là một loại phế thải nhƣng khi đƣợc xử lí , nó trở thành một nguyên liệu
có ích. Chính vì thế , việc nghiên cứu , xử lí, biế n tính và ứng dụng tro bay đang đƣợc
các nhà khoa học quan tâm và ngày càng thu đƣợc kết quả tốt.
 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay ở Việt Nam
Ở nƣớc ta hiê ̣n nay, lƣợng tro bay đƣợc thải ra chủ yếu là từ Nhà máy nhiệt điện
Phả Lại, Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình và một số nhà máy nhiệt điện khác.
Tro bay của nƣớc ta có hàm lƣợng than chƣa cháy cao, hoạt tính thủy lực thấp
nên trong thực tế nó chƣa đƣợc sử dụng nhiều.
Các nhà máy nhiệt điện ƣớc tính hằng năm thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay
[3].Riêng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 (Hải Dƣơng) trung bình mỗi ngày thải ra
khoảng 3000 tấn tro xỉ, trong đó 30% là than chƣa cháy hết, còn lại là tro bay rất mịn.
Do hàm lƣợng than dƣ này không cao nên khó tận thu làm nhiên liệu đốt mà thƣờng
đƣợc thải thẳng ra hồ chứa. Cùng với lƣợng tro xỉ tƣơng đƣơng của nhà máy nhiệt điện

5


Phả Lại 1, mỗi ngày hai nhà máy này đang xả lƣợng chất thải khổng lồ vào môi trƣờng,
lấp đầy hai hồ chứa sâu mấy chục mét. Theo dự báo, đến năm 2020 sẽ có them 28 nhà
máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động, lúc đó lƣợng tro xỉ thải ra hàng năm sẽ vào
khoảng 12 triệu tấn, đó là chƣa kể lƣợng tro bay khá lớn thải từ hàng loạt các lò cao ở
các khu công nghiệp gang thép sử dụng nhiên liệu than.
Hiện nay, một số nhà máy đang tìm các biện pháp để xử lí nguồn tro bay này.
Công ty cổ phần công nghiệp và dịch vụ Cao Cƣờng (Phả Lại) và Viện Khoa học vật
liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã và đang thực hiện dự án xây
dựng nhà máy chế biến tro bay nhiệt điện với công suất thiết kế là 80.000 tấn sản phẩm
tro bay/năm. Trong dự án này, công nghệ chế biến tro bay đƣợc thực hiện với 2 công
đoạn chính: tuyển nổi và sấy thu sản phẩm. Nguyên liệu là tro bay của Nhà máy nhiệt
điện Phả Lại. Hình 1mô tả các công đoạn nói trên:


Hình 1: Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tro bay Phả Lại.
Hệ thống sấy và thu sản phẩm: Tro bay có độ ẩm < 20 % đƣợc đƣa vào Bunke
cấp liệu bằng máy xúc lật. Nguyên liệu đƣợc chuyển tiếp lên lò sấy và đƣợc quay đốt

6


trực tiếp bằng than. Qua hệ thống lọc bụi sơ bộ, lọc bụi cấp 2, hệ thống lọc bụi túi vải,
sản phẩm tro bay thu đƣợc có các chỉ tiêu kĩ thuật đáp ứng yêu cầu đề ra, cụ thể là: SiO2
+ Fe2O3 + Al2O3 ≥ 86 %, SO3 0,3 %, MKN < 5 %, hàm lƣợng trên sàng 0,045 mm 16
%, độ đồng nhất 2 %, độ ẩm 0,3 %.
Ngoài một số công trình thủy điện đã ứng dụng tro bay, tro bay còn đƣợc ứng dụng
làm vật liệu kết dính trong xây dựng [5] và vật liệu xử lý môi trƣờng (hấp thụ các kim loại
nặng và xử lý chất thải rắn) rất có triển vọng [4,15].
1.1.3. Thành phần, đặc điểm và cấu trúc của tro bay
Thành phần hoá học của tro bay chủ yếu là hỗn hợp của các oxit vô cơ nhƣ
SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, K2O. Hàm lƣợng cacbon trong tro bay nhỏ
hơn 4 %. Ngoài ra, trong tro bay còn có vết của một số kim loại nặng nhƣ Cd, Ba, Pb,
Cu, Zn, một lƣợng nhỏ nhóm OH ở bề mặt và amonia... [28, 18]. Tro bay có dạng hình
cầu (hình 2) và có các màu ghi, ghi sáng hoặc trắng mờ. Kích thƣớc hạt trong khoảng
10-350 m Trong đó, ba phần tƣ tro bay có kích thƣớc hạt nhỏ hơn 45 m [23].

A

B

Hình 2: (A) và (B) là dạng hình cầu và dạng bất thường của hạt tro bay.
Có 2 loại tro bay là tro bay loại C (hàm lƣợng CaO và MgO cao, tới hơn 20 %)
và tro bay loại F (hàm lƣợng CaO và MgO nhỏ hơn nhiều so với tro bay loại C) bảng 2
và bảng 3 [11, 19].


7


Bảng 2: Hàm lượng (%) các hợp chất chủ yếu trong tro bay loại C và loại F
Hợp chất

Tro bay loại F

Tro bay loại C

SiO2

55

40

Al203

26

17

Fe2O3

7

6

CaO (Lime)


9

24

MgO

2

5

SO3

1

3

Bảng 3: Hàm lượng và tính chất của tro bay loại C và loại F
(Thành phần hóa học

Loại F

Loại C

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

min%

70


50

SO3

max%

5

5

Độ ẩm

max%

3

3

Sự hao hụt khi cháy (LOI)

max%

5

5

Loại F

Loại C


1,5

1,5

Loại F

Loại C

Độ bền hóa học
Khả năng chịu kiềm

max%

Tính chất vật lý
Độ mịn (+ 325 Mắt sàng)

max%

34

34

Độ hoạt động của xi măng puzolan (7 ngày)

min%

75

75


Độ hoạt động của xi măng puzolan (28 ngày)

min%

75

75

8


Nhu cầu nƣớc

max%

105

105

Độ dãn do hơi

max%

0,8

0,8

Yêu cầu tính đồng nhất: tỉ trọng

max%


5

5

Yêu cầu tính đồng nhất: độ mịn

max%

5

5

Loại F

Loại C

255

--

Yêu cầu tính chất vật lý
LOI x độ mịn
Gia tăng sự co ngót khô

max%

0,03

0,03


Yêu cầu tính đồng nhất: chất tạo bọt

max%

20

20

Xi măng/phản ứng kiềm: Giãn nở vữa xây dựng

max%

0,020

--

Thành phần hoá học và các tính chất vật lý của tro bay sản xuất ở một số nƣớc
đƣợc trình bày trong bảng 4 [16, 8].
Bảng 4: Thành phần hoá học và các tính chất vật lý của một số tro bay
Tro bay sản xuất tại
Đặc trƣng
Ấn Độ

Trung Quốc

Cadacstan

SiO2


55 - 65

>55

54 – 65

Al2O3

25 - 35

>31

21 – 39

Fe2O3

1-5

<3

1,6 - 3,8

TiO2

0,5 - 1,5

>1

-


phần hoá

MgO

-

>1

0,7 - 2,3

học (%)

CaO

-

>2

-

K2 O

-

>1

-

Thành


9


Na2O
Kích thƣớc hạt (m)

-

0,3 - 1,3

10 - 350

20 - 200

50 - 500

-

1 (max)

<0,5

0,6 - 0,8

-

0,45 - 0,75

-


-

1500

6-8

-

-

Ghi sáng,

Ghi sáng,

Ghi sáng,

trắng mờ

trắng mờ

ghi sẫm

Độ ẩm (%)
Tính

Khối lƣợng riêng

chất vật Nhiệt độ nóng chảy (oC)
lí
pH trong nƣớc

Màu sắc

Các ƣu điểm nổi bật của tro bay là nhẹ, tính chất cơ học cao, đặc biệt là độ cứng,
mô đun và độ bền nén lớn. Tro bay kích thƣớc nhỏ (20 m) có độ cứng 250-270 kg.mm,
tro bay kích thƣớc 150-250 m có mô đun 126 GPa. Nó rất bền nhiệt, chống đƣợc co ngót
kích thƣớc, bền với các loại hoá chất, giá thành rẻ... [27].
1.1.4. Tình hình nghiên cứu tái sử dụng tro bay
 Ứng dụng tro bay làm phụ gia trong sản xuất bê tông đầm lăn (RCC)

Hình 3: Thi công bê tông đầm lăn trên công trình thủy điện Sơn La.

10


 Ứng dụng trong ngành sản xuất xi măng
Với thành phần gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 . . . và đƣợc cấu tạo bởi những tinh cầu
tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 – 50 nanomet, tỉ diện 300 – 600m2/kg, tro bay Phả Lại
đƣợc xem là một loại “puzzolan” nhân tạo chất lƣợng cao.
Với tính chất Pozzolanic có khả năng khử CaO tự do trong xi măng ở môi
trƣờng nƣớc, giá thành sản xuất tƣơng đối rẻ, bảo vệ môi trƣờng trong quá trình sử
dụng, Tro bay Phả Lại rất ƣu việt trong nghành công nghiệp sản xuất xi măng.
+ Làm nguyên liệu thay thế thạch cao tự nhiên trong quá trình sản xuất xi măng
với tỷ lệ từ 15% tới 30% theo khối lƣợng xi măng.
+ Làm nguyên liệu để sản xuất xi măng bền sulfat sử dụng trong mô trƣờng
chua,mặn.
+ Sử dụng kết hợp với các phụ gia để sản xuất xi măng sợi không amiăng
Hiện tại, Tro bay Phả Lại đã đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tại Nhà máy xi
măng Hoàng Thạch với tỷ lệ trộn 14 %, tại nhà máy xi măng Sông Gianh với tỷ lệ trộn
18 %.
 Ứng dụng trong xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp

+ Làm phụ gia khoáng để sản xuất bê tông đầm lăn ( hình 3).
+ Làm vật liệu trong xây dựng dân dụng và công nghiệp nhƣ: công trình giao
thông,công trình cầu cảng; công trình thủy lợi, các hội trƣờng. . .
+ Làm phụ gia khác: Xây trát, chống thấm . . .

Hình 4: Sử dụng tro bay trong thi công nhà Quốc hội.

11


 Nguyên liệu trong sản xuất vật liệu xây dựng
Với thành phần gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3. . . chiếm tỷ trọng tới trên 84%, Tro bay
Phả Lại rất ƣu việt để sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt
là những sản phẩm vật liệu xây dựng mới nhƣ: gạch bê tông bọt, gạch bê tông khí
chƣng áp [6].
 Ứng dụng tro bay làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm nƣớc
Tro bay ngoài các ứng dụng kể trên còn đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực
xử lý các chất ô nhiễm môi trƣờng. Có rất nhiều tài liệu về nghiên cứu xử lý các chất ô
nhiễm nƣớc bằng phƣơng pháp hấp phụsử dụng tro bay. Các chất ô nhiễm có thể là hữu
cơ, nhƣ dẫn xuất của phenol [13], các chất màu [20] hay hợp chất vô cơ nhƣ các ion
kim loại nặng.
1.2. Thủy ngân
1.2.1. Nguồn gốc và phân bố thủy ngân
Là một nguyên tố hiếm trong vỏ Trái Đất, thủy ngân đƣợc tìm thấy hoặc nhƣ là
kim loại tự nhiên (hiếm thấy) hay trong chu sa, corderoit,livingstonit và các khoáng
chất khác với chu sa (HgS) là quặng phổ biến nhất. Kim loại thu đƣợc bằng cách đốt
nóng chu sa trong luồng không khí và làm lạnh hơi thoát ra [21].

Hình 5: Quặng thủy ngân.
Có tới 99,98% thủy ngân tồn tại ở dạng phân tán, chỉ có 0,02% thủy ngân tồn tại

dƣới dạng khoáng vật.Tổng trữ lƣợng thủy ngân ở trong vỏ trái đất là 161012 tấn.Thủy

12


ngân phân bố khá đều trong các đá magma nhƣ siêu bazơ (1,10–6%), bazơ ( 9,10–6%),
trung tính (6,10–6%) và acid (8,10–6%). Vì sét hấp thụ nhiều thủy ngân nên hàm lƣợng
thủy ngân trong đá trầm tích sét khá cao (9,10–5%) nhƣng trầm tích bùn biển lại nghèo
thủy ngân.Hàm lƣợng thủy ngân trong nƣớc bề mặt khoảng 1,10–7%. Thủy ngân dễ
bay hơi nên luôn có mặt trong không khí. Các đồng vị nhẹ của thủy ngân thƣờng tập
trung nhiều hơn trong khí quyển vùng núi lửa và suối nƣớc nóng với nồng độ đến 0,02
mg/m3.
1.2.2. Ứng dụng của thủy ngân
Trong nông nghiệp: Các hợp chất thủy ngân đƣợc sử dụng làm thuốc trừ nấm
(thí dụ dùng để trừ nấm cho các loại hạt giống). Thủy ngân còn dùng trong sản xuất
phân bón, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu…
Trong đời sống: Chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong
phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế...) (các hình 6,7).

Hình 6:Nhiệt kế.

Hình 7: Máy đo huyết áp thủy ngân.

Trong kỹ nghệ điện thủy ngân là hóa chất rất quan trọng để chế tạo các đèn hơi
thủy ngân, các máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ.
Chế tạo các hỗn hống sử dụng trong các công việc nhƣ sau:
+Trong nha khoa để làm trám răng. Hợp chất trám răng chứa thủy ngân.
+ Trong chế tạo ắc quy Fe –Ni
+ Làm các biển báo phát sáng. ™


13


Chế tạo các hợp chất hóa học có chứa thủy ngân.Các loại hợp chất thủy ngân
hữu cơ dƣới dạng dƣợc phẩm đƣợc dùng trong y tế nhƣ:
+ Neptal: thuốc lợi niệu.
+ Mercurochrome: thuốc sát trùng, dùng ngoài da, nếu dùng bên trong vết
thƣơng có thể bị nhiễm độc.
1.2.3. Ảnh hƣởng của thủy ngân tới sức khỏe con ngƣời
Thủy ngân nguyên tố lỏng ít độc, nhƣng hơi, các hợp chất và muối của nó rất
độc và là nguyên nhân gây ra các tổn thƣơng não và gan khi con ngƣời tiếp xúc, hít thở
hay ăn phải. Nguy hiểm chính liên quan đến thủy ngân nguyên tố là ở STP, thủy ngân
có xu hƣớng bị ôxi hóa tạo ra oxit thủy ngân - khi bị rơi xuống hay bị làm nhiễu loạn,
thủy ngân sẽ tạo thành các hạt rất nhỏ, làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt một cách
khủng khiếp.
Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ qua da, các cơ quan
hô hấp và tiêu hóa. Các hợp chất vô cơ ít độc hơn so với hợp chất hữu cơ của thủy
ngân nhƣng nó vẫn gây ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trƣờng vì tạo ra các hợp
chất hữu cơ trong các cơ thể sinh vật.Một trong những hợp chất độc nhất của thủy ngân
là đimêtyl thủy ngân, độc đến đến mức chỉ vài micrôlit rơi vào da có thể gây tử vong.
Một trong những mục tiêu chính của các chất độc này là enzym pyruvat
dehiđrôgenat (PDH). Enzym bị ức chế hoàn toàn bởi một vài hợp chất của thủy ngân,
thành phần gốc axít lipoic của phức hợp đa enzym liên kết với các hợp chất đó rất bền
và vì thế PDH bị ức chế.
Chứng bệnh Minamata là một dạng ngộ độc thủy ngân. Thủy ngân tấn công hệ
thần kinh trung ƣơng và hệ nội tiết và ảnh hƣởng tới miệng, các cơ quai hàm và răng.
Sự phơi nhiễm kéo dài gây ra các tổn thƣơng não và gây tử vong. Nó có thể gây ra các
rủi ro hay khuyết tật đối với các thai nhi. Không khí ở nhiệt độ phòng có thể bão hòa
hơi thủy ngân cao hơn nhiều lần so với mức cho phép, cho dù nhiệt độ sôi của thủy
ngân là không thấp.


14


Các nguồn nƣớc tích lũy thủy ngân thông qua quá trình xói mòn của các khoáng
chất hay trầm tích từ khí quyển. Thực vật hấp thụ thủy ngân khi ẩm ƣớt nhƣng có thể
thải ra trong không khí khô [26]. Thực vật và các trầm tích trong than có các nồng độ
thủy ngân dao động mạnh.
1.3. Cadimi
1.3.1. Nguồn gốc và phân bố của cadimi
Cadimi đƣợc phát hiện bởi Friedrich Strohmeyer tại Đức năm 1817. Strohmeyer
đã tìm thấy nguyên tố mới trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin) và trong khoảng
100 năm sau đó thì Đức là nƣớc sản xuất lớn duy nhất của kim loại này. Kim loại này
đƣợc đặt tên theo từ Latinh để chỉ calamin do nó đƣợc tìm thấy trong quặng chứa hợp
chất này của kẽm. Strohmeyer thông báo rằng một số mẫu quặng chứa tạp chất của
calamin bị đổi màu khi nung nóng nhƣng calamin tinh chất thì không [12].

Hình 8: Cadimi.
Các quặng chứa cadimi rất hiếm và khi phát hiện thấy thì chúng chỉ có một
lƣợng rất nhỏ. Greenockit (CdS), là khoáng chất duy nhất của cadimi có tầm quan
trọng, gần nhƣ thƣờng xuyên liên kết với sphalerit (ZnS). Do vậy, cadimi đƣợc sản
xuất chủ yếu nhƣ là phụ phẩm từ việc khai thác, nấu chảy và tinh luyện các quặng
sulfua kẽm, và ở mức độ thấp hơn là từ quặng chì và đồng. Một lƣợng nhỏ cadimi,
khoảng 10% mức tiêu thụ, đƣợc sản xuất từ các nguồn thứ cấp, chủ yếu từ bụi sinh ra
khi tái chế phế thải sắt và thép.

15


1.3.2. Ứng dụng của cadimi

Trong đất, cát, đá, than đá, các loại phân phosphate đều chứa cadimi. Nhờ tính
chất ít bị rỉ sét nên đƣợc sử dụng trong việc sản xuất pin, acquy, mạ kềm, hợp kim
alliage, que đũa hàn và trong kỹ nghệ sản xuất chất nhựa polyvinyl clorua (PVC) trong
đó cadimi đƣợc sử dụng nhƣ chất làm ổn định. Bởi lý do này, đồ chơi trẻ em và các lon
hộp làm bằng chất dẻo PVC đều có chứa cadimi. Cadimi cũng đƣợc dung trong những
loại nƣớc men, sơn đặc biệt trong kỹ nghệ làm đồ gốm sứ, chén, đĩa…Cụ thể một số
ứng dụng của cadimi nhƣ sau:
Mạ điện: Cadimi đƣợc mạ lên bề mặt chất điện phân hoặc máy móc để tạo ra bề
mặt sáng bóng và chống ăn mòn.
Các chất màu: Cadimi sunfua (CdS) cho màu từ vàng tới cam và
cadimisunfoselnenit cho màu hồng tới màu nâu sẫm. Tất cả các chất màu này đều đƣợc
dung trong công nghiệp nhựa, gốm sứ, sơn và các chất phủ ngoài.
Các chất phụ gia ổn định nhựa: Cadimi stearate đƣợc sử dụng nhƣ chất ổn định
trong quá trình sản xuất nhựa polyvinyl clorua (PVC).
Sản xuất pin: Cadimi đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin, có tác dụng đảo
ngƣợc hoàn toàn các phản ứng điện hóa trong một khoảng nhiệt độ, tốc độ thải hồi
thấp, dễ thu hồi từ các pin chết.
1.3.3. Ảnh hƣởng của cadimi tới sức khỏe con ngƣời
Cadimi đƣợc biết gây tổn hại đối thận và xƣơng ở liều cao. Cadimi xâm nhập
vào cơ thể con ngƣời chủ yếu qua thức ăn từ thực vật đƣợc trồng trên đất giàu cadimi
hoặc tƣới bằng nƣớc có chứa nhiều cadimi, hít thở bụi cadimi thƣờng xuyên có thể làm
hại phổi, vào trong phổi cadimi sẽ thấm vào máu và đƣợc phân phối đi khắp nơi. Phần
lớn cadimi xâm nhập vào cơ thể con ngƣời đƣợc giữ lại ở thận và đƣợc đào thải, còn
một phần ít (khoảng 1%) vẫn giữ lại ở thận, do cadimi liên kết với protein tạo thành
metallotionein có ở thận. Phần còn lại giữ lại trong cơ thể và dần tích lũy theo tuổi tác.
Khi lƣợng cadimi đƣợc tích trữ lớn hơn, nó có thể thay thế Zn2+ trong các enzim quan

16



trọng và gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu,
tăng huyết áp, phá hủy tủy sống và gây ung thƣ [14].
1.4. Nghiên cứu hấp phụ thủy ngân và cadimi ở Việt Nam và trên thế giới
Trên thế giới, đã có những nghiên cứu về vật liệu hấp phụ chế tạo từ các phụ
phẩm nông nghiệp nhƣ lõi ngô, bã mía, vỏ lạc, vỏ đỗ,… để hấp phụ các kim loại nặng
trong môi trƣờng nƣớc [18]. Việc chế tạo vật liệu compozit từ các polyme dẫn mặc dù
đã đƣợc giới khoa học trên thế giới quan tâm nhƣng chƣa nhiều. Các chất mang đƣợc
sử dụng trong những nghiên cứu này chủ yếu là mùn cƣa và các oxit kim loại.
R.K.Gupta và cộng sự (Ấn Độ) đã nghiên cứu hấp phụ ion thủy ngân trong nƣớc
thải của vật liệu compozit chế tạo từpolyaniline và polystyrene [17].
Các nghiên cứu này đã đƣa ra đƣợc những kết luận về khả năng hấp phụ các
kim loại nặng: crom, asen, thủy ngân và sự phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ: pH của dung
dịch, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, khối lƣợng chất hấp phụ, thời gian hấp phụ…
Ở Việt Nam cũng có nhiều đề tài nghiên cứu hấp phụ các ion kim loại nặng nhƣ
Viện Hóa Học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã sử dụng hydrogel
poly (axit acrylic) đã đƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp trùng hợp huyền
phù ngƣợc để hấp phụ Cadimi trong dung dịch nƣớc[9]. Trong luận văn thạc sĩ ngành
Hóa môi trƣờng, Phạm Văn Cử cũng đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng cách
ngâm tẩm dung dịch brom ở các điều kiện khác nhau làm vật liệu hấp phụ hơi thủy
ngân[1].

17