ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HOÁ

ĐẶNG THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ Cu2+ TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BÃ CHÈ BIẾN TÍNH NaOH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng – 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HOÁ

NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ Cu2+ TRONG MÔI TRƯỜNG

NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ BÃ CHÈ BIẾN TÍNH NaOH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

SVTH

:ĐẶNG THỊ PHƯỢNG

LỚP

:13CHP

GVHD

:TS. ĐINH VĂN TẠC

Đà Nẵng – 2017


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 1
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 2
Chương 1
1.1.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4

Giới thiệu về đồng ........................................................................................... 4

1.1.1.

Vai trò của đồng ....................................................................................... 4

1.1.2.

Ảnh hưởng của đồng đến đời sống thực vật .......................................... 5

1.1.3.

Ảnh hưởng của đồng đến đời sống con người ....................................... 5


1.2.

Tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước ......................... 6

1.3.

Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước ...................................................... 7

1.4.

Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng ................................. 9

1.4.1.

Phương pháp kết tủa hóa học ................................................................. 9

1.4.2.

Phương pháp trao đổi ion ...................................................................... 10

1.4.3.

Phương pháp điện hóa ........................................................................... 11

1.4.4.

Phương pháp hấp phụ............................................................................ 11

1.4.5.


Phương pháp sinh học............................................................................ 12

1.5.

Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ........................................................... 13

1.5.1.

Các khái niệm ......................................................................................... 13

1.5.2.

Cân bằng hấp phụ .................................................................................. 15

1.5.3.

Dung lượng hấp phụ .............................................................................. 16

1.5.4.

Hiệu suất hấp phụ .................................................................................. 16

1.5.5.

Động học hấp phụ................................................................................... 16

1.6.

Giới thiệu về cây chè .................................................................................... 19


1.7.

Thành phần hóa học của bã chè .................................................................. 24


1.7.1.

Cellulose .................................................................................................. 24

1.7.2.

Lignin....................................................................................................... 25

1.8.

Tình hình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ bã chè ...................................... 27

1.8.1.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen ...................................... 27

1.8.2.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ 2,4-D của TRA ................................... 27

1.8.3.

Nghiên cứu khả nâng hấp phụ Cu2+ ..................................................... 28

1.8.4.


Nghiên cứu khả năng hấp phụ của Cu2+ .............................................. 28

1.9.

Định lượng Cu2+ bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử AAS ................ 28

1.9.1.

Giới thiệu phương pháp hấp phụ nguyên tử ....................................... 28

1.9.2.

Nguyên tắc phương pháp phổ hấp thu nguyên tử............................... 29

1.9.3.

Các bộ phận chính của máy AAS ......................................................... 29

1.9.4.

Ưu, nhượcđiểm của máy AAS ............................................................... 34

1.9.5.

Định lượng Cu2+ trong dung dịch ......................................................... 34

1.10.

Phương pháp hiển vi điện tử quét qua (SEM) ........................................ 35


Chương 2
2.1.

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 36

Thiết bị, dụng cụ, hóa chất ........................................................................... 36

2.1.1.

Thiết bị, dụng cụ ..................................................................................... 36

2.1.2.

Hóa chất .................................................................................................. 36

2.2.

Chế tạo vật liệu biến tính NaOH (VLHP)................................................... 36

2.3.

Khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP ......................................................... 37

2.4.

So sánh hiệu suất hấp phụ giữa vật liệu chưa biến tính và biến tính....... 37

2.5.


Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion Cu2+ ...... 37

2.5.1.

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ................................................... 37

2.5.2.

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH ............................................................. 37

2.5.3.

Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng VLHP ................................... 38


2.5.4.

Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................... 38

2.5.5.

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu........................................... 38

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 39

3.1.

Lập đường chuẩn Cu2+ ................................................................................. 39


3.2.

Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP ........................................... 39

3.3.

So sánh hiệu quả hấp phụ giữa vật liệu bã chè chưa biến tính và VLHP41

3.4.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion Cu2+ ...... 41

3.4.1.

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ................................................... 41

3.4.2.

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH ............................................................. 42

3.4.3.

Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng VLHP ................................... 45

3.4.4.

Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................... 46

3.4.5.


Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ..................................... 47

3.4.6.
Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cu2+ theo mơ hình hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir ........................................................................................................ 48
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 51


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Từ nguyên gốc

1

VLHP

Vật liệu hấp phụ

2

BET

3

SEM


4

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

5

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

6

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

7

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

Brunauer – Emmet - Teller (Diện tích bề mặt
riêng)
Seaning Electron Microscopy (Kính hiển vi
điện tử quét)



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn cho phép của đồng có mặt trong nước. ............................. 7
Bảng 1.2: Đường đẳng nhiệt hấp phụ ..................................................................... 17
Bảng 3.1: Bảng kết quả giá trị mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn ................... 39
Bảng 3.2: Diện tích bề mặt của VLHP và bã chè chưa biến tính.............................. 40
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cu2+ vào vật liệu ............................. 41
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ .............. 41
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của giá trị pH đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ ............. 43
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của khối lượngVLHP đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ 45
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ ............... 46
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ .......................... 48
Bảng 3.9: Giá trị dung lượng cực đại và hằng số Langmuir ..................................... 49


DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Đồng kim loại.............................................................................................. 4
Hình 1.2: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ....................................................... 20
Hình 1.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb ........................................ 20
Hình 1.4: Lá chè và đồi chè Tân Cương-Thái Nguyên ............................................. 21
Hình 1.5: Hoa chè và quả chè ................................................................................... 21
Hình 1.6: Cấu trúc của cenllulose ............................................................................. 25
Hình 1.7: Các dạng cấu trúc điển hình của phenyl propen ....................................... 25
Hình 1.8: Một cấu trúc giả thuyết của lignin ............................................................ 26
Hình 1.9: Máy hấp phụ nguyên tử AAS ................................................................... 28
Hình 1.10: Các bộ phận của máy AAS ..................................................................... 30
Hình 1.11: Đền catot rỗng (HCL) ............................................................................ 30
Hình 1.12: Nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa, lị Graphite, kỹ thuật Hydride ........ 33
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của dung dịch Cu2+ ............. 39
Hình 3.2: Ảnh chụp bề mặt vật liệu bã chè chưa biến tính ....................................... 40

Hình 3.3: Ảnh chụp bề mặt VLHP ............................................................................ 40
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào thời gian ......... 42
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào giá trị pH ........ 44
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng
VLHP ........................................................................................................................ 45
Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ .......... 47
Hình 3.8: Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với Cu2+ .............................. 48
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb ........................................ 49



GVHD: Đinh Văn Tạc

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn TS Đinh Văn Tạc, thầy giáo trực tiếp
hướng dẫn em làm khóa luận này. Cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo Khoa Hóa học
Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi
và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hồn thành khóa luận tốt
nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phịng thí
nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐHĐN đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi để em hồn thành khóa luận.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của
bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể cịn nhiều thiếu xót. Em rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và những người quan
tâm đến vấn đề đã trình bày trong khóa luận, để khóa luận được hồn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Phượng

SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 1


GVHD: Đinh Văn Tạc

LỜI MỞ ĐẦU
Trên Trái Đất, 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ
0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng
làm nước uống. Trong cơ thể con người, nước chiếm 60-70% trọng lượng cơ thể,
nước là thành phần cấu tạo nên các bộ phận quan trọng như não, xương, máu…Vì
vậy nước là nhu cầu thiết yếu của sự sống. Ơ nhiễm mơi trường nước, đặc biệt là
sự ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước như As, Hg, Pb, Cu…không chỉ
gây ảnh hưởng đến động thực vật mà còn gây ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống
của con người. Nguyên nhân chủ yếu là do hoạt động sản xuất của con người gây
ra từ các hoạt động trong công nghiệp như khai thác các mỏ quặng, luyện thép, xi
mạ… Nước thải các quá trình này chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng. Có rất
nhiều phương pháp xử lí kim loại nặng như: phương pháp trao đổi ion, phương
pháp điện hóa, phương pháp trung hịa, phương pháp kết tủa…Mỗi phương pháp
đều có ưu nhược điểm riêng, những phương pháp trên, lượng hóa chất sử dụng
trong các q trình cũng khá lớn, địi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao. Hiện nay,
phương pháp hấp phụ cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng với các vật liệu
đơn giản, có nhiều trong cuộc sống. Các vật liệu lignincenllulose như than bã mía,
vỏ lạc, vỏ trấu, xơ dừa, bã chè…đã được nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ
ion kim loại nặng (đặc biệt hóa trị II) trong nước nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và
thành phần gồm các polime như axit cacboxylic, phenolic, cenllulose,
hemicenllulose, lignin, protein. Bản thân các chất này có tính hấp phụ nhưng chưa

cao. Những biện pháp biến tính nhằm giúp tăng khả năng hấp phụ của các vật liệu
trên.
Chè là thức uống phổ biến của nhiều quốc gia trên thế giới như: Trung
Quốc, Ấn Độ, Srilanca, Indonexia, Ai Cập, Achentina, Braxin, Cộng hoà Liên
Bang Nga... Ở Việt Nam, chè được trồng trong khoảng 30 tỉnh, trung du 14 tỉnh
trong đó vùng trung du và miền núi phía Bắc chiếm khoảng trên 60%, Tây Nguyên
khoảng 14%, còn lại là các vùng khác... Hiện nay cả nước có khoảng 130 nghìn ha
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 2


GVHD: Đinh Văn Tạc

chè các loại, năng suất bình quân đạt hơn 77 tạ/ha, sản lượng chè của cả nước đạt gần
824 nghìn tấn búp tươi. Việt Nam hiện đứng thứ 5 trên thế giới về sản lượng và xuất
khẩu chè.
Trong quá trình sử dụng, một lượng lớn bã chè thường bị vứt đi mà không
qua xử lý.Tận dụng nguồn rác thải này vào xu hướng tái sử dụng, giảm chất thải,
giảm sự ô nhiễm môi trường. Giải pháp này làm cho môi trường ngày càng thân
thiện hơn và tiết kiệm chi phí xử lý chất thải hơn.
Vì vậy, em quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+
trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã chè biến tính NaOH”.
Trong đề tài này tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè biến tính bằng NaOH (VLHP).
- Khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phương hiển vi điện tử quét
(SEM), phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET).
- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp
phụ của VLHP.


SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 3


GVHD: Đinh Văn Tạc

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về đồng
Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hồn ngun tố hóa họccó ký
hiệu Cu và số ngun tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn
nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ.
Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần
của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau.

Hình 1.1: Đồng kim loại

1.1.1. Vai trị của đồng
Đồng là một chất ơxy hóa. Đồng là một thành phần trong enzyme chống ơxy
hóa superoxide dismutase. Enzyme này bảo vệ tế bào khỏi bị hư hại do các gốc tự
do và sự peroxide.
Đồng cũng là một thành phần của protein, ceruloplasmin trong huyết tương.
Ceruloplasmin kiểm soát nồng độ một số hormone trong máu và cần thiết cho sự tạo
thành tế bào hồng cầu.
Đồng thúc đẩy sự hấp thu và sử dụng sắt để tạo thành hemoglobin của hồng
cầu. Nếu thiếu đồng trao đổi sắt cũng sẽ bị ảnh hưởng, nên sẽ bị thiếu máu và sinh
trưởng chậm…

Ngoài ra, đồng còn tham gia vào việc sản xuất năng lượng, tạo melanin (sắc tố màu
đen ở da), ơxy hóa acid béo…
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 4


GVHD: Đinh Văn Tạc

Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các lồi động thực vật bậc cao,
nó được tìm thấy trong 1 số loại enzyme. Có 1 loại cua gọi là cua móng ngựa (hay
cua vua) sử dụng đồng thay sắt để chuyên chở oxy trong máu.
Đồng hấp thu vào máu tại dạ dày và phần trên của ruột non. Khoảng 90%
đồng trong máu kết hợp với chất đạm Ceruloplasmin và được vận chuyển vào trong
tế bào dưới hình thức thẩm thấu và một phần nhỏ dưới hình thức vận chuyển mang
theo chất đạm. Phần lớn đồng được bài tiết theo mật qua đường phân cùng với
lượng đồng không thẩm thấu được vào máu. Số nhỏ bài tiết qua nước tiểu, bài tiết
theo mồ hơi, tóc và móng tay dài bị cắt đi.
Đồng cần thiết cho chuyển hóa sắt và lipid, có tác dụng bảo trì cơ tim, cần
cho hoạt động của hệ thần kinh và hệ miễn dịch, góp phần bảo trì màng tế bào hồng
cầu, góp phần tạo xương và biến Cholesterol thành vơ hại. Trong cơ thể người có
khoảng từ 80mg đến 99,4 mg đồng. Hiện diện trong bắp thịt, da, tủy xương, xương,
gan và não bộ. Trẻ em mới sinh có khoảng 15-17 mg đồng.
1.1.2. Ảnh hưởng của đồng đến đời sống thực vật
Đồng là một kim loại cần thiết trong quá trình sinh trưởng và phát triển của
cây. Trong cây đồng chủ yếu tham gia với các chất hữu cơ có trong nguyên sinh.
Hàm lượng đồng trong cây khoảng 5-20ppm. Đồng có vai trò trao đổi nitơ, hơn
70% đồng trong cây là ở trong các phân tử diệp lục tố, nó có vai trị quan trọng
trong q trình đồng hóa cây. Đồng xúc tiến cho quá trình hình thành vitamin A,
protein và trao đổi hydrat trong cây.

Thiếu đồng, cây thường có tỉ lệ quang hợp bất thường, q trình oxit hóa axit
ascorbic sẽ bị chậm lại. Thừa đồng cây sẽ bị chết.
1.1.3. Ảnh hưởng của đồng đến đời sống con người
Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trị sinh
lí, nó tham gia vào q trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều
enzym. Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Nồng độ an toàn của đồng
trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, khoảng 1,5  2mg/l.
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 5


GVHD: Đinh Văn Tạc

Lượng đồng đi vào cơ thể người theo đường thức ăn mỗi ngày khoảng 2  4mg/l
Mọi hợp chất của đồng đều là những chất độc. Các nghiên cứu y học cho
thấy khi nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu hiệu mắc bệnh
do đồng lắng đọng trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia,
khoảng 30g CuSO4 có khả năng gây chết người. Ngược lại khi nồng độ đồng quá
thấp, cơ thể phát triển khơng bình thường, đặc biệt là với trẻ em.
Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau khi uống nước
có nồng độ đồng cao trên 3mg/l. Ở người lớn vì sự thối hóa gan nhân đậu cơ chế
điều chỉnh đồng bị suy giảm và do ăn, uống lâu dài nước có nồng độ đồng cao sẽ
làm tăng nguy cơ bị xơ gan.
Trong máu, đồng gắn với ceruloplasmin để tham gia vào phản ứng oxi hóa
Fe2+ thành Fe3+ được tranferrrin protein vận chuyển đến nơi dự trữ gan. Thiếu đồng
dẫn đến thiếu máu, da tái nhợt, châm phát triển trí tuệ. Mức đồng thấp là nguyên
nhân của hội chứng tóc xoăn Menke mà biểu hiện của nó là rối loạn sắc tố và các
rối loạn khác của tóc.
1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước

Ở Việt Nam, các thủy vực nước mặt đã tiếp nhận quá nhiều nước thải từ các
nguồn khác nhau trong đó có nhiều nguồn ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng.
Nghiên cứu ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền bắc:
Nước thải của 2 khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình
sản xuất, với hàm lượng vượt quá TCVN 5945/1995 đối với nước mặt loại B (Pin
Văn Điển Hg: vượt quá 9,04 lần, Orionel-Hanel: Pb vượt 1,12 lần). Xác định hàm
lượng kim loại nặng trong trầm tích tại các sơng, mương gần khu vực 2 công ty trên
thấy hàm lượng các kim loại trong trầm tích cao hơn hẳn hàm lượng nền, cụ thể là
13,88 - 20,5 lần (Pb); 1,7 - 4,02 lần (Cd) và 3,9 - 18 lần (Hg) đối với trầm tích sơng
Tơ Lịch; Pb (3,3 - 10,25 lần).
Đối với các khu vực phía Nam, nồng độ các kim loại nặng độc hại trong
nước ô nhiễm của các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nước sông rạch
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 6


GVHD: Đinh Văn Tạc

không ô nhiễm tăng từ 16 đến 700 lần.
Ví dụ: Nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu
chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần.
Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu
Ông Tá: Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm)… Tại huyện Tân Trạch,
Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần TCCP; Pb từ 0,7-2,7
mg/l, gấp 7-27 lần TCCP; tại huyện Tân Trụ, hàm lượng kim loại nặng trong nước
đã ở mức gây độc đối với vật nuôi. Cụ thể: Hàm lượng Cadmium từ 2-8mg/l, gấp
40-60 lần tiêu chuẩn cho phép. Chì: 0,7 - 2,7mg/l, gấp 7 - 27 lần. Kẽm: 32 197mg/l, gấp 1,3 - 8,2 lần. Đồng: 11,24 - 97,5mg/l, gấp 23 - 195 lần…
Nguồn thong tin từ moitruong.com.vn ngày 23/11/2013.
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn cho phép của đồng có mặt trong nước.

Nước ngầm (QCVN
09:2015/BTNMT)
Nước mặt (QCVN
08:2008/BTNMT)
NTCN (QCVN
40:2011/BTNMT)

Đơn vị

Giá trị giới hạn

mg/l

1
A

mg/l

mg/l

B

A1

A2

B1

B2


0,1

0,2

0,5

1,0

2

2

A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại
A2, B1 và B2.
A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng cơng nghệ xử lý
phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1
và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có u
cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 7


GVHD: Đinh Văn Tạc

1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước
Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v... thường khơng
tham gia hoặc ít tham gia vào q trình sinh hố của các thể sinh vật và thường tích

luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Hiện
tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các
khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim
loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số
trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.
Trong đó các hoạt động của con người là nguồn thải chủ yếu, đặc biệt là
nguồn sản xuất công nghiệp. Một số ngành công nghiệp phát thải chính như sau:
Cơng nghệ mạ điện, khai thác khống sản và luyện kim
Nước thải mạ điện có chứa một lượng lớn các kim loại nặng chủ yếu là Cr,
Ni, Pb, Cu,… Nồng độ các kim loại trong nước thải dao động đáng kể và tùy
thuộc vào điều kiện công nghệ. Trong các nhà máy này, hàm lượng các kim loại
nặng hiếm khi thấp hơn 10mg/l và có khi đạt tới 1000mg/l. Phần lớn nước thải từ
các nhà máy này đổ trực tiếp vào cống thốt nước chung mà khơng qua xử lý đã
gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước.
Các kim loại nặng được phát thải vào môi trường trong suốt quá trình từ
khai thác đến sản xuất. Hiện nay trong cả nước có gần 100.000 cơ sở khai thác,
chế biến và sản xuất các sản phẩm khoáng sản. Trong đó, có khoảng 200 điểm
khai thác có đăng kí hợp pháp, cịn lại hàng nghìn điểm khai thác tự do tại nhiều
vùng trên cả nước. Đây là nguồn ô nhiễm kim loại nặng đối với nước trên diện
rộng và rất nghiêm trọng.
Cơng nghệ sản xuất hóa chất
Cơng nghệ sản xuất các hóa chất vơ cơ như sản xuất bột màu, ắc quy, gốm
sứ thủy tinh, thuộc da, sản xuất xút, clo, K 2Cr2O7, CuSO4,…đều sử dụng nhiều
kim loại nặng độc hại như Pb, Cr, Hg,…Theo tính tốn của các nhà nghiên cứu
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 8


GVHD: Đinh Văn Tạc


thì một cơ sở sản xuất clo trung bình sử dụng 50 tấn Hg liên tục cho q trình vận
hành sản xuất. Hg cịn được sử dụng trong cơng nghiệp điện như sản xuất bóng
đèn, pin khơ, ắc quy… trong các lĩnh vực dân dụng và điều khiển như rơ–le, nhiệt
kế…
Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm
Qua phân tích nước thải của nhà máy sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm
người ta phát hiện thấy nồng độ của một số kim loại rất cao như Al ≈ 100mg/l,
Zn≈ 10mg/l, có khi nồng độ lên tới 40mg/l đối với Co, 62mg/l đối với Pb và 900
mg/l với Zn.
Ơ nhiễm kim loại nặng trong nước khơng chỉ trực tiếp do nước thải cơng
nghiệp mà cịn có thể từ các nguồn gốc khác (giao thông vận tải, đốt than, đốt rác,
phân bón, thuốc trừ sâu…). Riêng ở nước ta, các đường ống dẫn nước và cáp ngầm
do đã quá cũ nên có khả năng bị ăn mịn gây ra ô nhiễm Zn, Pb, Cd…vào môi
trường nước. Các kim loại nặng dù cho nằm trong chất thải dạng khí hay rắn cũng
gây ra ô nhiễm nguồn nước do sự lắng rơi xuống mặt nước sông, hồ hoặc xuống đất
rồi bị các cơn mưa làm thấm vào tầng nước ngầm. Ion kim loại nặng dễ kết hợp với
nước tạo ra các hidroxit. Khả năng hòa tan của các hidroxit kim loại phụ thuộc vào
pH của nước. Do đó, mức độ ơ nhiễm kim loại nặng của nươc phụ thuộc nhiều vào
điều kiện pH. Trong lớp đáy của các dịng sơng, do các quá trình sinh học thực vật
bị phân hủy và tạo ra mùn. Mùn (các hợp chất humic) có ảnh hưởng lớn đến tính
chất của nước như tính bazo, tính hấp phụ, tạo phức…Các kim loại nặng có khả
năng tạo phức với các chất hữu cơ có trong mùn, do đó mùn là yếu tố chính mang
kim loại nặng trong nước. Một số thực vật thủy sinh như tảo, bèo, có đặc tính hấp
thụ mạnh các kim loại nặng do đó cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu ô
nhiễm kim loại nặng trong nước.
1.4. Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng
1.4.1. Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với
SVTH: Đặng Thị Phượng


Page 9


GVHD: Đinh Văn Tạc

các kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách
ra khỏi nước bằng phương pháp lắng.
Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng
cách trung hòa đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim
loại khơng trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 10,5 tùy theo giá trị
cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà khơng gây độc hại. Phương trình tạo kết tủa.
Mn+ + Am- = MmAn ↓
Ưu nhược điểm của phương pháp:
Ưu điểm:
-

Đơn giản, dễ sử dụng.

-

Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm.

-

Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại, hiệu quả xử lý cao.

-

Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mơ lớn.

Nhược điểm:

- Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý khơng triệt để.
- Tạo ra bùn thải kim loại.
- Tốn kinh phí như vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý.
Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối với nước thải
chứa kim loại lưỡng tính Zn.
Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện cho quá trình
kết tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hịa tan của kim loại trong dung dịch có mặt các
kim loại sẽ giảm, cơ sở có thể do một hay đồng thời cả 3 nguyên nhân sau:
Tạo thành chất cùng kết tủa.
Hấp thụ các hydroxit khó kết tủa vào bề mặt của các bông hydroxit dễ kết tủa.
Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hydroxit do chúng bị phá hủy mạnh
bằng các ion kim loại.
1.4.2. Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 10


GVHD: Đinh Văn Tạc

khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của
asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các
chất và đạt được mức độ làm sạch cao. Vì vậy nó là một phương pháp được ứng
dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Bản chất của quá trình
trao đổi ion là một q trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với
ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này được gọi
là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hồn tồn khơng tan trong nước. Các chất trao

đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit
và chúng mang tính acid. Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các
anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và
anion thì người ta gọi chúng là ionit lưỡng tính. Các chất trao đổi ion có thể là các
chất vơ cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
Ứng dụng của quá trình trao đổi ion:
• Làm mềm nước: ứng dụng quan trọng của quá trình trao đổi ion là làm mềm nước,
trong đó các ion Ca2+ và Mg2+ được tách khỏi nước và thay thế vị trí Na+ trong hạt
nhựa. Đối với các quá trình làm mềm nước, thiết bị trao đổi ion axit mạnh với Na +
được sử dụng.
• Khử khống: trong q trình khử khống, tất cả các ion âm và các ion dương đều
bị khử khỏi nước. Nước di chuyển qua hệ thống hai giai đoạn gồm bộ trao đổi
cation axit mạnh ở dạng H+ nối tiếp với bộ trao đổi anion bazơ mạnh ở dạng OH -.
• Khử ammonium (NH4+): q trình trao đổi ion có thể được dùng cơ đặc NH4+ có
trong nước thải. Trong trường hợp này, phải sử dụng chất trao đổi chất có tính lựa
chọn NH4+ cao chẳng hạn như clinoptilolite. Sau khi tái sinh, dung dịch đậm đặc có
thể được chế biến thành phẩm.
Ưu nhược điểm của phương pháp trao đổi ion
Ưu điểm:
- Khả năng trao đổi ion lớn, hiệu quả xử lý kim loại cao.
- Đơn giản, dễ sử dụng.
- Không gian xử lý nhỏ.
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 11


GVHD: Đinh Văn Tạc

- Có khả năng thu hồi kim loại có giá trị, khơng tạo ra chất thải thứ cấp.

Nhược điểm:
- Chi phí xử lý cao do đó khơng phù hợp với các nhà máy có quy mơ lớn.
1.4.3. Phương pháp điện hóa
Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim
loại nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai
điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo một dòng điện định hướng. Các cation
chuyển dịch về phía catot. Anion chuyển về phía anot. Khi điện áp đủ lớn sẽ xảy ra
phản ứng ở điện cực như sau:
Ở Anot: Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH- hoặc chất làm anot. Quá
trình xảy ra như sau: Mr - ne = Mn+
Ớ Catot: Khi cho dịng điện đi qua dung dịch thì cation và H+ sẽ tiến về bề mặt
catot. Khi thế phóng điện của cation lớn hơn của H+ thì cation sẽ thu electron của
catot chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.
Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ sử dụng.
- Khơng sử dụng hóa chất.
Nhược điểm:
- Tiêu hao năng lượng lớn. Chi phí xử lý cao.
- Chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao.
Mặc dù hiệu suất xử lý đạt tới 90% hoặc hơn nhưng nồng độ kim loại trong
nước thải vẫn còn cao.
1.4.4. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được xem là phương pháp ưu việt nhất. Sử dụng
phương pháp này có thể xử lý triệt để, loại bỏ hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ,
màu sắc, mùi vị, không để lại ô nhiễm phụ sau xử lý, thu gom và kiểm sốt được
hồn tồn chất thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ với vật liệu có
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 12



GVHD: Đinh Văn Tạc

nguồn gốc tự nhiên đã được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm:
- Xử lý hiệu quả kim loại nặng ở nồng độ thấp.
- Đơn giản, dễ sử dụng.
- Có thể tận dụng một số vật liệu là chất thải của các ngành khác như Fe2O3.
- Có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ.
Nhược điểm:
- Áp dụng cho xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp.
1.4.5. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng những vi sinh vật đặc trưng
chỉ xuất hiện trong môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng và có khả năng tích lũy
kim loại nặng trong cơ thể. Các vi sinh vật thường sử dụng như tảo,nấm, vi khuẩn,
v.v.. Ngồi ra cịn có một số lồi thực vật sống trong mơi trường ơ nhiễm kim loại
nặng có khả năng hấp thụ và tách các kim loại nặng độc hại như: Cỏ Vertiver, cải
xoong, cây dương xỉ, cây thơm ổi, v.v... Thực vật có nhiều phản ứng khác nhau đối
với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường.
Cơ chế hấp thụ kim loại nặng ở vi khuẩn như sau:
Giai đoạn 1: Tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các kim loại
này ở trong nước.
Giai đoạn 2: Sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng
xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc hoặc thu sinh
khối ra khỏi môi trường nước.
Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm:
- Thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao.

- Diện tích bề mặt riêng của sinh khối lớn.
- Giá thành thấp.
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 13


GVHD: Đinh Văn Tạc

Nhược điểm:
- Diện tích mặt bằng rất lớn.
- Sinh khối phát sinh ra sẽ chứa toàn kim loại nặng khó xử lý.
1.5. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.5.1. Các khái niệm
Mọi quá trình tập trung chất lên bề mặt phân cách pha được gọi là sự hấp phụ
Bề mặt phân cách pha có thể là khí- lỏng, khí- rắn, lỏng- lỏng, lỏng- rắn.
Ví dụ: Khi cho than tiếp xúc với O2 thì than hút O2 làm khí O2 tập trung lên bề mặt
của nó, ta nói than hấp phụ O2. Trong quá trình nhuộm, những sợi bông thực vật
hấp phụ những chất màu (hấp phụ cation) từ môi trường dung dịch thuốc nhuộm. . .
Vật hấp phụ (adsorbent) là vật có bề mặt pha rắn hay lỏng thu hút và giữ ở bề
mặt của mình những chất bị hấp phụ (adsorbate) như ion, nguyên tử, phân tử...
Đồng thời với q trình hấp phụ (adsorption) có thể xảy ra quá trình hấp thu
(absorption) là quá trình thu hút vào sâu bên trong thể tích chất hấp phụ.
Trong q trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề
mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng
lớn.
Hấp phụ chia làm 2 loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Sự khác nhau
giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học như sau:
Nhiệt hấp phụ
- Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng

nhiệt của phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn
đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao.
- Nhiệt hấp phụ lý học thường khơng lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay
hơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol.
Lượng chất bị hấp phụ
- Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, khơng hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn
lớp).
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 14


GVHD: Đinh Văn Tạc

- Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp).
Sự chọn lọc hấp phụ
- Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt
chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ.
- Hấp phụ lý học khơng có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính
chất hấp phụ lý học.
Sự phụ thuộc của nhiệt độ
- Hấp phụ lý học thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì lượng
chất hấp phụ giảm.
- Hấp phụ hóa học thường tiến hành ở nhiệt độ cao hơn hấp phụ lý học, ở
nhiệt độ thấp thì lượng chất hấp phụ hóa học giảm và khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ
tối ưu thì lượng chất hấp phụ hóa học cũng giảm.
Tính chất của các điểm hấp phụ
- Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như
mối nối hóa học. Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị... Trong q
trình tạo thành mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp

phụ, tức là có tác dụng điện tử phần tử hấp phụ và bề mặt chất rắn.
- Hấp phụ lý học khơng hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấp
phụ với các electron của chất rắn rất yếu. Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được
coi như là 2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất.
Năng lượng hoạt hóa hấp phụ
- Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần
bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa
các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn.
- Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng khơng.
Tính thuận nghịch của hấp phụ
- Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác q trình ở
trạng thấi cân bằng động: hấp phụ và nhả hấp phụ
- Hấp phụ hóa học khơng phải bao giờ cũng là q trình thuận nghịch.
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 15


GVHD: Đinh Văn Tạc

Tuỳ theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở q trình
hấp phụ khác nhau. Có những q trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp
chất hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại, hoặc khi
hấp phụ lên than cho CO2, CO.
Trạng thái của chất bị hấp phụ
- Hấp phụ vật lý: trạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không
thay đổi. Lực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là lực Van der Waals.
- Hấp phụ hóa học: trạng thái của chất bị hấp phụ thay đổi hoàn toàn.
1.5.2. Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ

trên bề mặt hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược trở lại pha thể tích. Khi lượng chất
bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại
pha thể tích càng nhanh. Đến một thời điểm nào đó tốc độ của q trình hấp phụ
bằng tốc độ của quá trình giải hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng.
1.5.3. Dung lượng hấp phụ
Dung lượng hấp phụ là lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị hấp phụ tại
thời điểm cân bằng.
Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức

Trong đó:

q là dung lượng hấp phụ (mg/g)
Co là nồng độ ban đầu của dung dịch (mg/l)
Ccb là nồng độ tại thời điểm đạt cân bằng (mg/l)
V là thể tích dung dịch hấp phụ (L)
m là khối lượng VLHP (g)

1.5.4. Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
SVTH: Đặng Thị Phượng

Page 16