Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) của đá ong biến tính và bước đầu thăm dò xử lí môi trường

Trong đó, hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm hơn sovới các phương pháp khác vì vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phongphú do các vật liệu có thể có nguồn g

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Ngô Thị Mai Việt

THÁI NGUYÊN - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do bản thân tôi thực hiện Các

số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kìcông trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2018

Tác giả luận văn

Honglatda Taochanhxay

Xác nhận của khoa chuyên môn Xác nhận của người hướng dẫn khoa học

PGS TS Ngô Thị Mai Việt

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hóa Phân tích

và trong Khoa Hóa học, các em sinh viên làm NCKH trong Phòng Thí nghiệm HóaPhân tích – Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuậnlợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Ngô Thị Mai Việt, cô đã tận tình hướngdẫn trong quá trình em làm thực nghiệm cho đến khi em hoàn thiện luận văn

Mặc dù bản thân em đã rất cố gắng nhưng do nhiều nguyên nhân khách quan

và chủ quan nên luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mongnhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và các bạn để luận văn của

em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2018

Học viên

Honglatda Taochanhxay

Trang bìa phụ

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv

Danh mục bảng biểu v

Danh mục hình vi MỞ ĐẦU .1

Chương 1 TỔNG QUAN .2

1.1 Giới thiệu về amoni và mangan 2

1.1.1 Giới thiệu về amoni và tác dụng sinh hóa của amoni .2

1.1.2 Giới thiệu về mangan và tác dụng sinh hóa của mangan 3

1.2.Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni và kim loại nặng 4

1.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 5

1.3.1 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp 5

1.3.2 Quy chuẩn quốc gia về nồng độ amoni trong nước ăn uống và sinh hoạt 6

1.4 Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm amoni và kim loại nặng 7

1.4.1 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm amoni 7

1.4.2 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 8

1.5 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 9

1.5.1 Sự hấp phụ 9

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ 10

1.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ 10

1.5.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 11

1.6 Phương pháp đường chuẩn 13

1.7 Giới thiệu về đá ong 14

1.8 Tổng quan tình hình nghiên cứu .14

Chương 2 THỰC NGHIỆM 20

2.1 Thiết bị và hóa chất 20

2.1.1 Thiết bị 20

2.1.2 Hóa chất 20

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) từ đá ong 21

2.3 Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính 21

2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni và Mn(II) theo phương pháp quang hấp thụ phân tử 21

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni 22

2.4.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 22

2.5 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính 22

2.6 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni và Mn(II) của đá ong biến tính 23

2.6.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni 23

2.6.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Mn(II) 25

2.7 Xử lí mẫu nước có chứa amoni và Mn(II) 27

2.7.1 Xử lí mẫu nước có chứa amoni 27

2.7.2 Xử lí mẫu nước có chứa Mn(II) 28

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Kết quả xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính 29

3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ amoni và Mn(II) theo phương pháp quang hấp thụ phân tử 31

3.2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ amoni 31

3.2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ mangan 32

3.3 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính 34

3.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni và Mn(II) của đá ong biến tính 34

3.4.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni 34

3.4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Mn(II) 41

3.5 Xử lí mẫu nước có chứa amoni và Mn(II) 48

3.5.1 Xử lí mẫu nước có chứa amoni 48

3.5.2 Xử lí mẫu nước có chứa Mn(II) 49

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Coconut Shell-Activated Carbon CSAC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm trong nước thải

công nghiệp 6

Bảng 3.1 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ dung dịch amoni 31

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ của dung dịch Mn(II) 32

Bảng 3.3 Khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính 34

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni 35

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng trên thể tích dung dịch đến khả năng hấp phụ amoni 36

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni 37

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ amoni của vật liệu 38

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của ion Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni 40

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Mn(II) 41

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mn(II) 43

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn(II) 44

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Mn(II) 45

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của ion Pb(II), Zn(II), Cu II) đến khả năng hấp phụ Mn(II) 47

Bảng 3.14 Kết quả hấp phụ amoni trong mẫu nước giếng 49

Bảng 3.15 Kết quả hấp phụ Mn(II) trong mẫu nước thải 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 13

Hình 1.2 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 13

Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của đá ong tự nhiên 29

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của đá ong biến tính 30

Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của đá ong tự nhiên 30

Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ của đá ong biến tính 31

Hình 3.5 Đường chuẩn xác định nồng độ amoni 32

Hình 3.6 Đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 33

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni 35

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ amoni 36 Hình 3.9 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ amoni vào pH 37

Hình 3.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với amoni 39

Hình 3.11 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với amoni 39

Hình 3.12 Ảnh hưởng của ion Ca(II), Mg(II) đến khả năng hấp phụ amoni 40

Hình 3.13 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Mn (II) 42

Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mn(II) 43

Hình 3.15 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ Mn(II) vào pH môi trường 44

Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Mn(II) 46

Hình 3.17 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với Mn(II) 46

Hình 3.18 Ảnh hưởng của các ion Pb(II), Zn(II), Cu(II) đến khả năng hấp phụ Mn(II) 48

MỞ ĐẦU

Hiện nay, môi trường sống của con người đã và đang bị ô nhiễm Đây là mộtvấn đề cấp bách của hầu hết các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam Tốc độcông nghiệp hóa, đô thị hóa và sự gia tăng dân số đã gây áp lực nặng nề đối với tàinguyên nước trong nhiều vùng lãnh thổ Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu côngnghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải Các nguồn nước thải nhìnchung đều chứa các ion kim loại nặng, amoni, các chất màu hữu cơ, các chất hoạtđộng bề mặt… Khi các chất này vượt quá tiêu chuẩn cho phép sẽ gây ảnh hưởng tiêucực đến sức khỏe của con người và sự sống của các sinh vật

Nghiên cứu để giảm thiểu hàm lượng của các chất độc hại nói chung, amoni

và các ion kim loại nói riêng có trong các nguồn nước đã và đang thu hút được sựquan tâm của nhiều nhà khoa học Các phương pháp được sử dụng nhằm tách amoni

ra khỏi nguồn nước được áp dụng rất nhiều như phương pháp hóa lý (phương pháphấp phụ, phương pháp trao đổi ion), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,

… Trong đó, hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm hơn sovới các phương pháp khác vì vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phongphú do các vật liệu có thể có nguồn gốc tự nhiên như đá ong, cao lanh, quặngapatit… hoặc có nguồn gốc từ phụ phẩm của ngành nông nghiệp như vỏ trấu, bẹngô, ; chi phí thấp, quá trình xử lí đơn giản, thân thiện với môi trường

Vì những lí do trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) của đá ong biến tính và bước đầu thăm dò xử lý môi trường”.

Trong đề tài này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

1 Chế tạo (biến tính) đá ong tự nhiên thành vật liệu hấp phụ

2 Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính

3 Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni, Mn(II) củavật liệu thu được theo phương pháp hấp phụ tĩnh (thời gian, pH, khối lượng vật liệu,nồng độ đầu, ion lạ)

4 Xử lý thử nghiệm mẫu nước chứa amoni, Mn(II) của vật liệu chế tạo được

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về amoni và mangan

1.1.1 Giới thiệu về amoni và tác dụng sinh hóa của amoni

Ion amoni (NH4+) có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở đỉnh vàmột nguyên tử N ở trung tâm Ion amoni có bán kính là 1,43Ǻ [20]

Trong môi trường nước, amoni có thể tồn tại ở dạng phân tử (NH3) hoặc ion(NH4+) tùy thuộc vào pH của nước

Ở dạng phân tử, amoni thường gọi - amoniac là một chất khí không màu, mùikhai và sốc, nhẹ hơn không khí Amoniac tan khá tốt trong nước và độ tan phụ thuộcrất mạnh vào nhiệt độ dung dịch [16]

Amoni được sử dụng chủ yếu để làm phân đạm Nó là dạng nitơ vô cơ có giátrị đối với cây trồng, có tác dụng kích thích sinh trưởng của cây và giúp cây pháttriển nhanh, cho nhiều hạt, củ hoặc quả

Trong tự nhiên amoni tồn tại một lượng nhỏ trong khí quyển do các quá trìnhphân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc động thực vật Hoạt động của núi lửa cũng

là nguồn sinh ra muối amoni (như amoni clorua và amoni sunfat) Nông nghiệp hiệnđại là nguồn gây ô nhiễm amoni nặng nề cho nước Việc sử dụng phân bón hóa họcchứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu,diệt cỏ,… thông qua quá trình rửa trôi, thấm, lọc lượng nitrat hóa, amoni trong nước

bề mặt và nước ngầm ngày càng lớn Lượng amoni tự nhiên ở trong nước bề mặt vànước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/L Các nguồn nước hiếm khi có thể có nồng độamoni lên đến 3,0mg/L

Amoni không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng trongquá trình khai thác, lưu trữ và xử lý, amoni được chuyển hóa thành nitrit (NO2-) vànitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người Trong nước ngầm amonikhông thể chuyển hóa được do thiếu oxy Khi khai thác lên vi sinh vật trong nước nhờoxy trong không khí chuyển amoni thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) tích tụ trongthức ăn Khi ăn uống nước có chứa nitrit thì cơ thể sẽ thiếu máu, xanh da, gây bệnh ởđường hô hấp, gây ung thư Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp vớicác amin để tạo nên nitrisamin là nguyên nhân gây ung thư ở người [20, 29]

1.1.2 Giới thiệu về mangan và tác dụng sinh hóa của mangan

Mangan chiếm khoảng 0,1% trong vỏ trái đất Mangan có mặt chủ yếu trongpyrolusit (MnO2), psilomelan (Ba,H2O)2Mn5O10 và ít hơn trong rhodochrosit(MnCO3)

Mangan thuộc nhóm VIIB trong bảng tuần hoàn, là kim loại màu trắng xám,giống sắt Nó là kim loại cứng và rất giòn, khó nóng chảy nhưng lại bị oxi hóa dễdàng Trong tự nhiên, mangan bao gồm một đồng vị bền là: 55Mn và 18 đồng vịphóng xạ khác Mangan được khai thác chủ yếu ở Nam Phi, Úc, Trung Quốc, Brasil,Gabon, Ukraine, Ấn Độ, Ghana và Kazakhstan

Mangan có vai trò quan trọng trong sản xuất thép (vì có tác dụng khử lưuhuỳnh, khử oxi và mang những đặc tính của hợp kim) và đặc biệt là thép chống gỉ

Nó còn được thêm vào dầu hỏa để giảm tiếng nổ lọc xọc cho động cơ Mangan đioxitđược sử dụng trong pin khô, hoặc làm chất xúc tác Mangan được dùng để tẩy màuthủy tinh (loại bỏ màu xanh lục do sắt tạo ra), hoặc tạo màu tím cho thủy tinh.Mangan oxit là một chất nhuộm màu nâu, dùng để chế tạo sơn và là thành phần củamàu nâu đen tự nhiên Kali pemanganat là chất ôxi hóa mạnh, dùng làm chất tẩy uếtrong hóa học và y khoa Photphat hóa mangan là phương pháp chống rỉ và ăn mòncho thép nó thường hay được dùng để sản xuất tiền xu Ngoài ra, mangan và các hợpchất của nó còn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất gốm, thủy tinh, sơn…[20]

Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các dạng sống Nó cóvai trò quan trọng trong một số quá trình sinh lý như là thành phần của một sốenzyme, chất hoạt hóa enzyme khác Ngoài ra, mangan còn có vai trò kích hoạt cácenzyme trong quá trình chuyển hóa cacbohyđrat, amino axit và cholesterol Mangan lànguyên tố cần thiết có liên quan tới sự sinh sản, sự phát triển của xương, cảm giác giữthăng bằng, sự hoạt động của não, sự tổng hợp của cholesterol, việc điều chỉnh nồng

độ glucose trong máu, sự đông máu (phối hợp với vitamin K),… Thức ăn cho trẻ emnếu thiếu mangan thì hàm lượng enzyme phophataza trong máu và xương sẽ bị giảmxuống nên ảnh hưởng đến cốt hóa của xương, có thể gây biến dạng xương,… Thiếumangan có thể gây rối loạn về hệ thần kinh như bại liệt, co giật,… Nếu lượng manganhấp thu vào cơ thể cao có thể gây độc với phổi, hệ thần kinh, thận và tim mạch [28]

1.2.Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni và kim loại nặng

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu các tính chất vật lý, hóa học, sinhhọc của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nênđộc hại với sinh vật

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến trình trạng nhiễm bẩn amoni trong nước ngầmnhưng một trong những nguyên nhân chính là do việc sử dụng quá mức lượng phânbón hữu cơ, thuốc trừ sâu đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước, hoặc doquá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ và các chất trên càng làm đẩy nhanh quá trìnhnhiễm amoni trong nước ngầm Ngoài ra mức độ ô nhiễm còn phụ thuộc vào loại hìnhcanh tác của từng khu vực

Khu vực bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nặng nề nhất trong cả nước là khuvực đồng bằng Bắc Bộ Theo kết quả khảo sát của trung tâm nghiên cứu thuộc trungtâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia và trường Đại Học Mỏ - Địa Chất thìphần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bộ gồm các tỉnh như: Hà Nam, NamĐịnh, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình và phía nam Hà Nội đều bịnhiễm bẩn amoni rất nặng Xác suất các nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độcao hơn tiêu chuẩn nước sinh hoạt khoảng 70 – 80% [17, 29]

Ô nhiễm amoni trong các nguồn nước mặt (ao, hồ, sông ) cũng đang là vấn

đề cần được giải quyết Kết quả công bố của Viện Nước và Công nghệ Môi trườngcho thấy: “Amoni trong nguồn nước sông Sài Gòn không hề có dấu hiệu giảm và biếnđộng theo từng khu vực Có thời điểm nồng độ amoni vượt tiêu chuẩn hơn 20 lần.Theo nhóm nghiên cứu, amoni tăng do nước từ sông rạch và từ các nguồn thải côngnghiệp, chăn nuôi đưa vào Cụ thể nguồn thải từ trại heo Tân Trung (Củ Chi) với tảilượng ô nhiễm 1,25kg amoni/ngày đêm Từ rạch Bà Bếp cũng thải gần 16kg amoni/ngày đêm Lâm Minh Triết (2006) cũng có nhận xét: “Lượng amoni trong nước thải từkhu dân cư và từ các nhà máy hoá chất, chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10 -100mg/L” [16]

Tình trạng ô nhiễm amoni cao, chẳng những gây ô nhiễm môi trường khôngkhí và gây mất cảnh quan cho dân cư sống xung quanh sông Sài gòn, mà còn gây khókhăn, tăng cao kinh phí cho việc xử lý nước mặt làm nguồn nước cấp cho sinh hoạt;thậm chí có thể dẫn đến việc đóng cửa nhà máy nước Tân Hiệp, nơi cung cấp nướccho sạch cho hàng triệu người dân tại các quận huyện: 6, 7, 8, Tân Bình, Tân Phú,Bình Tân, Gò

Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước ở dạng ion Chúng phát sinh từnhiều nguồn khác nhau, trong đó chủ yếu là từ các hoạt động công nghiệp Khác vớicác chất thải hữu cơ có thể phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đãphóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài Chúng tích tụ vào các mô sống quachuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng Kim loại nặng là các nguyên

tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người nhưng khi chúng tồn tại ở dạng ion và với nồng

độ lớn, khi đi vào cơ thể người thì chúng lại có độc tính cao [7]

Cụ thể, ở tỉnh Thái Bình: Hàm lượng kim loại mangan (Mn) trong mẫu nước

biển ven bờ dao động trong khoảng 0,05 - 0,27mg/L, trung bình 0,13mg/L Vào mùakhô dao động trong khoảng 0,034 - 0,6mg/L, trung bình 0,2mg/L Tại một số khu vựcquan trắc được cho thấy nồng độ mangan đã vượt ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩnViệt Nam (QCVN 10:2008/BTNMT) từ 1,1 - 2,7 lần [11]

Để hạn chế tình trạng ô nhiễm nguồn nước từ nước thải của các ngành côngnghiệp, Nhà nước đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải côngnghiệp Theo đó, nước thải của các nhà máy và cơ sở sản xuất phải đạt giới hạn chophép mới được thải ra môi trường

1.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

1.3.1 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT) do Ban soạn thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biênsoạn thay thế QCVN 24:2009/BTNMT Tổng cục Môi trường, Vụ khoa học và Côngnghệ, Vụ pháp chế trình duyệt và được ban hành theo thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng bộ Tài nguyên và Môi trường[24]

Giá trị nồng độ của amoni, Mn(II) và một số thông số ô nhiễm khác trong nướcthải công nghiệp được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Giá trị nồng độ của amoni và một số thông số ô nhiễm

trong nước thải công nghiệp

- Cột B quy định giá trị nồng độ của các thông số ô nhiễm trong nước thảicông nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mụcđích cấp nước sinh hoạt

1.3.2 Quy chuẩn quốc gia về nồng độ amoni trong nước ăn uống và sinh hoạt

Theo QCVN 02:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn vàđược Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 05/2009/TT – BYT ngày 17 tháng

06 năm 2009 quy định hàm lượng amoni trong nước sinh hoạt ở cả mức I và mức IIkhông vượt quá 3,0mg/L [23]

1.4 Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm amoni và kim loại nặng

1.4.1 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm amoni

Một số phương pháp thường được dùng để xử lý nguồn nước bị ô nhiễmamoni là: nhóm các Phương pháp hóa lý, nhóm các Phương pháp hóa học vàPhương pháp sinh học

1.4.1.1 Phương pháp hóa lý

 Phương pháp hấp phụ

Sử dụng các chất có khả năng hấp phụ như than hoạt tính, các vật liệu có nguồngốc tự nhiên (quặng apatit, đá ong, cao lanh,…) hoặc các vật liệu được chế tạo từ phụphẩm nông nghiệp (vỏ trấu, bẹ chuối, lõi ngô,…) để hấp phụ ion kim loại nặng vàamoni có trong nguồn nước bị ô nhiễm [29]

 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là quá trình hóa lý sử dụng việc trao đổi ion trong nước để loại bỏcác cation hoặc anion, đáp ứng yêu cầu của quá trình xử lý nước Khi loại bỏ ion kimloại nặng và amoni người ta sử dụng vật liệu trao đổi ion là vật liệu cationit Trong

đó, zeolit tự nhiên và tổng hợp là một trong những vật liệu cationit tốt nhất để táchloại amoni [29]

1.4.1.2 Phương pháp hóa học

Hiện nay, trên thế giới đã nghiên cứu rất kỹ về biện pháp clo hóa để xử lý amoni

trong nước thải

Phương trình phản ứng tổng hợp của phương pháp:

3Cl2 + 2NH4+ → N2 + 8H+ + 6Cl

-4Cl2 + NH4+ + 3H2O → NO3- + 10H+ + 8Cl

-Sau khi các quá trình xảy ra thì môi trường axit của dung dịch được trung hòabằng cách thêm vào một lượng kiềm

Để xử lý amoni bằng phương pháp thổi khí cưỡng bức cần phải điều chỉnh pHcủa môi trường lên cao để chuyển NH4+ về dạng NH3, sau đó thổi khí mạnh hoặc đưavào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH3 ra khỏi dung dịch [29]

1.4.1.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp Anammox

Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) là quá trình oxi hóa amoni yếmkhí, trong đó amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dưới điềukiện yếm khí, với amoni là chất cho điện tử còn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thànhkhí N2 Sản phẩm chính của quá trình Anammox là N2, tuy nhiên khoảng 10% nitơđưa vào được chuyển thành nitrat [17]

1.4.2 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

1.4.2.1 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng để tách kimloại nặng từ nước thải Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợpchất hữu cơ có gắn các nhóm như: (-SO3H), (-COO-), amin Các cation và anion đượchấp phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta khôiphục lại cationit và anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ loãng Vềmặt kĩ thuật thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp trao đổiion, nhưng phương pháp này thường tốn kém

1.4.2.2 Phương pháp kết tủa

Phương pháp này thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dưới dạnghiđroxit kim loại rất ít tan Ngoài ra, còn có thể sử dụng các chất tạo kết tủa như xút,vôi, cacbonat, sunfua, Tuy nhiên phương pháp này chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, đòihỏi những quá trình xử lý tiếp theo

1.4.2.3 Phương pháp hấp phụ

So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có các đặctính ưu việt hơn hẳn Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên

và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử

lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có

độ bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ màngười ta chia sự hấp phụ thành hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.

- Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Van de van giữa các phân tử chất bị hấp phụ và

bề mặt chất hấp phụ Liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ

Hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hóa học

Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, người ta đưa ra một số tiêuchuẩn như sau:

- Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hay đa lớp, còn hấp phụ hóa học chỉ làđơn lớp

- Nhiệt lượng hấp phụ: đối với hấp phụ vật lý lượng nhiệt tỏa ra là 2 ÷ 6 kcal/mol,

đối với hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22kcal/mol

- Nhiệt độ hấp phụ: hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp (gần nhiệt độsôi của chất bị hấp phụ), hấp phụ hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi

- Tốc độ hấp phụ: hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy

ra nhanh, ngược lại hấp phụ hóa học xảy ra chậm hơn

- Tính đặc thù: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt cònhấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học, do đó phải mang tính đặc thù rõ rệt

Tuy nhiên, trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa họcchỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại cảquá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trìnhhấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụhóa học tăng lên

Ngược lại với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ, đó là quá trình giảiphóng chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ [21, 22]

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ các chất tan trong dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ

- Ảnh hưởng của dung môi: hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh,

nghĩa là chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu Vì chất hoạtđộng bề mặt là chất có sức căng bề mặt nhỏ, cho nên nếu dung môi có sức căng bềmặt càng lớn (tức là càng khó hấp phụ) thì chất tan càng khó hấp phụ Vì vậy đối với

sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nước (có sức căng bề mặt lớn) sẽ tốthơn so với dung môi hữu cơ (có sức căng bề mặt bé)

- Ảnh hưởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: thông thường các chất phân

cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn chất không phân cực dễ hấp phụ trên bề mặtkhông phân cực

Khi giảm kích thước của mao quản trong chất hấp phụ thì sự hấp phụ từ dungdịch thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực kích thước mao quản không cản trở

sự đi vào của phân tử chất bị hấp phụ

Dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ.Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ càng lớn thì phần tiếp xúc giữa chất tan và chấthấp phụ càng lớn, chất tan lưu lại trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều Như vậy, độxốp và diện tích bề mặt của chất hấp phụ là các yếu tố vật lí quan trọng của quá trìnhhấp phụ

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ, sự hấp phụ trong dung dịch giảm,nhưng thường ở mức độ ít hơn so với sự hấp phụ khí Tuy nhiên, đối với cấu tử hòatan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ độ tan tăng lên, thì khả năng hấp phụ cũng có thểtăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên

1.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ

1.5.3.1 Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vịkhối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ vànhiệt độ Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

11

1.5.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳngnhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung dịch hấp phụ tại một thời điểm vàonồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độxác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác địnhchất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấpphụ

Với các chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳngnhiệt hấp phụ được mô tả qua các đường đẳng nhiệt như : đường đẳng nhiệt hấp phụHenry, đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir[21]

*Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phương trình đẳng nhiệt đơn giản mô

tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ(áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:

a = K.P (1.3)

tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không đáng kể.

*Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Fruendlich là phương trình thực nghiệm mô tả

sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp Phương trình này được biểu diễn bằng mộthàm số mũ:

q = k.Ccb1/n (1.4)Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

lgq = lgk + 1 lgCcb (1.5)

nTrong đó:

q : dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

k : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

n : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu

và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bịhấp phụ

*Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

q  q b.Ccb (1.6)Trong đó:

1 b.Ccb

q : dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

b : hằng số Langmuir

Khi tích số b.Ccb<< 1 thì q = qmax.b.Ccb : mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.

Khi tích số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:

Thông qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb sẽ xác định các hằng số

b và qmax trong phương trình (hình 1.2)

Khi 0 < RL < 1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuậnlợi và RL = 1 thì sự hấp phụ là tuyến tính

1.6 Phương pháp đường chuẩn

 Cơ sở của phương pháp:

Dựa trên sự phụ thuộc của cường độ vạch hấp thụ (hay độ hấp thụ phân tử) vàonồng độ nhỏ của cấu tử cần xác định trong mẫu theo phương trình: Ax = K.Cb để có sựphụ thuộc tuyến tính giữa A và C

 Kĩ thuật thực nghiệm:

- Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có hàm lượng chất phân tích tăng dần trongcùng điều kiện về lượng thuốc thử, độ axit,…

- Đo độ hấp thụ phân tử (mật độ quang) của nguyên tố cần nghiên cứu trongdãy dung dịch chuẩn

- Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp phụ phân tử vào nồng độcác nguyên tố cần nghiên cứu Đồ thị này được gọi là đường chuẩn

- Pha chế các dung dịch phân tích có điều kiện như dung dịch chuẩn và đem đo

độ hấp thụ phân tử Dựa vào các giá trị đo độ hấp thụ phân tử này và đường chuẩn tìmđược nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu phân tích [12]

1.7 Giới thiệu về đá ong

Đá ong (laterit) là loại khoáng được hình thành do quá trình phong hóa và tích

tụ của sắt hydroxit/ oxohidroxit trong tự nhiên Laterit thông thường được tạo bởi haiphần chính trong cấu trúc đó là phần “xương cứng” là khung sắt hydoxit/oxit kết vón

và phần mềm xen kẽ chủ yếu là sắt hydroxit và sét Laterit phân bố tại những vùnggiáp ranh giữa vùng đồi núi và đồng bằng có sự phong hóa quặng chứa sắt và các dòngnước ngầm có oxi hoàn toàn Ở nước ta, laterit có ở các tỉnh Bắc Bộ và Trung Bộ nhưVĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thanh Hóa, Nghệ An, Ninh Bình [5, 6, 45]

1.8 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni và Mn(II) trên các vật liệu khác nhau đãđược nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm

Tác giả Lê Mạnh Cường và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng vật liệu lateri/ nanoMnO2 trên laterit làm chất hấp phụ để loại bỏ nhanh chóng ion amoni từ dung dịchnước Các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ như thời gian đạt cân bằng, pH, khốilượng được xác định với các giá trị lần lượt là 6 giờ, pH = 7, m = 1g Điểm đẳng điệncủa vật liệu là 6 Sự hấp phụ amoni trên vật liệu tuân theo mô hình đẳng nhiệtLangmuir, dung lượng hấp phụ cực đại là 22,72mg/g [5]

Ngoài vật liệu laterit/ nano MnO2 các tác giả còn nghiên cứu khả năng hấp phụ

Tác giả Ngô Thị Mai Việt và cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ amoni trênquặng apatit Lào Cai hoạt hoá bằng axit HCl Các thông số tối ưu cho quá trình hấpphụ amoni trên vật liệu đã được nghiên cứu Đó là khối lượng vật liệu là 0,1g; thờigian cân bằng là 150 phút; độ pH là 6,0 - 7,0 Kết quả cho thấy một số ion như Mn(II), Fe(III), Ca(II), Mg(II)… làm giảm khả năng hấp phụ của amoni trên vật liệu Khảnăng hấp phụ tối đa amoni trên vật liệu là 13,73mg/g [32].

Tác giả Đỗ Trà Hương và công sự đã nghiên cứu hấp phụ amoni trên vật liệugraphit hoạt hóa KOH Các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ như thời gian đạtcân bằng, pH, khối lượng đã được xác định với các giá trị lần lượt là: 150 phút, pH

=8, m=0,05g Sự hấp phụ amoni trên vật liệu tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir,dung lượng hấp phụ cực đại là 87,72mg/g [13]

Tác giả Phạm Thị Ngọc Lan đã nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ lạc vàthân cây sắn quy mô phòng thí nghiệm trong điều kiên tối ưu tìm được là: Hóa chấtbiến tính ZnCl2 2M, than hóa ở nhiệt độ 3500C trong 60 phút, hoạt hóa vỏ lạc ở 4500Ctrong 60 phút, than cây sắn ở 5000C trong 60 phút Diện tích bề mặt riêng của thanlớn, có thể đạt tới 750m2/g đối với than vỏ lạc, mẫu than thân cây sắn có diện tích bềmặt riêng lên tới 1215,56m2/g Tác giả đã sử dụng mẫu than thân cây sắn để khảo sátkhả năng hấp phụ amoni trong nước kết quả cho thấy: Dung lượng hấp phụ cực đạiđối với amoni của mẫu than thân cây sắn đạt 6,9735mg/g cao hơn mẫu than tre (dunglượng hấp phụ cực đại 5,9172mg/g) và có sự chênh lệch không đáng kể so với mẫuthan gáo dừa – than đối chứng trên thị trường (dung lượng hấp phụ cực đại 7,4394mg/g) [18]

Tác giả Trần Việt Anh, Trường Đại Học Dân lập Hải Phòng đã khảo sát khảnăng hấp phụ amoni của vật liệu đá ong biến tính đã thu được một số kết quả sau: pHtối ưu cho sự hấp phụ amoni là 6, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 60 phút, dunglượng hấp phụ cực đại là 17,24mg/g, vật liệu có khả năng tái sinh cao: khả năng giảihấp tái sinh của vật liệu với 50mL NaOH 1M có thể giải hấp được 96,4% lượngamoni hấp phụ trên vật liệu [2]

Năm 2014, nhóm nghiên cứu Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại họcVanung (Đài Loan) đã công bố nghiên cứu về khả năng loại bỏ ion amoni khỏi nướccủa vật liệu titanat nanotube (TNT) TNT được điều chế bằng cách xử lí bằng thủy

nhiệt bột titandioxit trong dung dich axit HCl có nồng độ khác nhau Kết quả cho thấyTNT có thể là chất hấp phụ tốt để loại bỏ amoni ra khỏi nước với dung lược hấp phụcực đại là 29mg/g [37].

Ngoài ra, sự hấp phụ amoni được nghiên cứu rộng rãi trên các loại vật liệu hấpphụ có nguồn gốc tự nhiên khác nhau [19, 31]

Tác giả Karim Zare và cộng sự [43] đã nghiên cứu và sử dụng các hạt nano

Fe3O4làm chất hấp phụ để loại bỏ nhanh chóng ion amoni từ dung dịch nước Cácthông số tối ưu cho quá trình hấp phụ như thời gian tiếp xúc, pH, nhiệt độ và nồng độban đầu được xác định với các giá trị lần lượt là 40 phút, pH= 10, T= 298K và 140mg/L ion amoni Sự hấp phụ amoni trên vật liệu tuân theo mô hình đẳng nhiệtLangmuir, dung lượng hấp phụ cực đại là 133,21mg/g

Tác giả Ramasamy Boopathy và cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ amonitrong dung dịch nước bằng than hoạt tính chế tạo từ vỏ dừa Sự ảnh hưởng của cácthông số như pH, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ amoni đã đượcnghiên cứu Các mô hình đẳng nhiệt và động học của quá trình hấp phụ đã nghiên cứu

để xác định cơ chế hấp phụ amoni trên CSAC (Coconut Shell-Activated Carbon) Đặctrưng hóa lý của vật liệu được nghiên cứu bằng các phương pháp SEM, XRD, vàFTIR Kết quả cho thấy điều kiện hấp phụ amoni tối ưu trên vật liệu CSAC là pH =9.0, nhiệt độ

283K, và thời gian tiếp xúc 120 phút Quá trình hấp phụ amoni trên vật liệu tuân theophương trình động học bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt Freundlich Điều này giải thích sựhấp phụ amoni lên CSAC là sự hấp phụ đa lớp Entanpy có giá trị âm chứng tỏ rằngquá trình hấp phụ này là quá trình tỏa nhiệt [44]

Tác giả Xiaoqiang Cui và cộng sự đã nghiên cứu “Khả năng và cơ chế hấp phụamoni của các thực vật có nguồn gốc từ đất ngập nước khác nhau” Kết quả cho thấyvật liệu than chế tạo từ các loại thực vật này có khả năng hấp phụ NH4+ lớn nhất vớidung lượng hấp phụ tối đa cực đại là 13,35mg/g Cơ chế hấp phụ amoni chủ yếu là cơchế trao đổi cation của các nhóm chức chứa oxy và hình thành các hợp chất magieamoni photphat trên vật liệu [48]

Tác giả Farhad Mazloomi, Mohsen Jalali đã nghiên cứu loại bỏ amoni khỏidung dịch nước bằng cách dùng Zeolit tự nhiên của Iran với sự có mặt của các axithữu cơ, cation và anion Các điều kiện tối ưu để hấp phụ của ion NH4+ trên zeolit tự

nhiên được

+

tìm thấy là pH = 7,0, nhiệt độ 298K và thời gian tiếp xúc là 30 phút Động học hấpphụ được thể hiện tốt nhất bằng mô hình bậc hai biểu kiến Sự hấp phụ NH4+ trênzeolit tự nhiên phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir hơn các mô hìnhFreundlich và Tempkin Sự hiện diện của các cation và anion khác trong dung dịchảnh hưởng đến việc loại bỏ NH4+ trên zeolit và thứ tự là K+ > Na+ > Ca2+ > Mg2+,trong khi sự ảnh hưởng của các anion là Cl- > PO43- > SO42- Các kết quả nhiệt độnglực học của hấp phụ NH4+ cho thấy sự hấp phụ là tự phát và tỏa nhiệt Dựa trênnhững kết quả này, có thể kết luận rằng zeolit tự nhiên của Iran có thể được sử dụng

để loại bỏ ion NH4+ khỏi nước thải sinh hoạt và công nghiệp [38]

Các nghiên cứu về sự hấp phụ Mn(II) trên các vật liệu hấp phụ khác nhau đãđược nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều dựa trên sự hấp phụcủa than hoạt tính hoặc các vật liệu có quy trình chế tạo phức tạp Việc sử dụng cácloại vật liệu hấp phụ đó có chi phí sản xuất cao nên trong những năm gần đây nhiềunghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm ra những vật liệu hấp phụ có chi phí thấp tậndụng được những phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp hoặc chất thải để loại bỏ một

số ion kim loại nặng nói chung và Mn(II) nói riêng Những lợi thế chính của các vậtliệu này bao gồm: chi phí thấp, hiệu quả cao, giảm thiểu bùn hóa học hoặc sinh học

Tác giả Đỗ Trà Hương và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn(II)trong môi trường nước sử dụng vật liệu graphit hoạt hóa KOH Tác giả đã khảo sátmột số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Mn(II) của vật liệu hấp phụ bằngphương pháp tĩnh với thời gian đạt trạng thái cân bằng là 150 phút; pH = 5; dunglượng hấp phụ Mn(II) cực đại là qmsx = 23,74mg/g [14]

Trong một nghiên cứu khác, tác giả Đỗ Trà Hương và cộng sự đã nghiên cứukhả năng hấp phụ Mn(II) và đánh giá khả năng xúc tác oxi hóa xanh metylen, phânhủy metylen xanh của vật liệu oxit nano ﻻ-Fe2O3 Vật liệu hấp phụ oxit nano ﻻ-Fe2O3

chế tạo được có dạng hình cầu, đồng đều, kích thước nanomet và diện tích bề mặtriêng là

176,2m2/g Tác giả đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Mn(II)của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp tĩnh với thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 150phút, pH = 4,5; dung lượng hấp phụ Mn(II) cực đại là 35,253mg/g [15]

Tác giả Lê Mạnh Cường và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ NH4 ,Mn(II), photphat của vật liệu MnO2 nano trên pyroluzit Nhóm tác giả đã khảo sát một

số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ NH4 , Mn(II), photphat của vật liệu bằng

4 4

phương pháp tĩnh với thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 6 giờ; pHpzc = 5,39, pH tối ưucho hấp phụ các cation NH +, Mn(II) là 6, cho photphat pH = 5; dung lượng hấp phụcực đại NH +, Mn(II), photphat lần lượt là 18,18 mg/g; 38,46mg/g; 47,62mg/g [4]

Trong một nghiên cứu khác, nhóm tác giả này cũng đã nghiên cứu khả nănghấp phụ NH4+, Mn(II), photphat của vật liệu MnO2 nano trên laterit Vật liệu MnO2

nano phủ trên laterit được chế tạo có kích thược nanomet từ 50 – 80nm.Tác giả đãkhảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ NH4+ Mn(II), Photphat củavật liệu bằng

phương pháp tĩnh với thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 6 giờ; pHpzc = 6, pH tối ưu chohấp

+ +

phụ các cation NH4 , Mn (II) là 7, cho photphat là 5; dung lượng hấp phụ cực đại NH4

,

Mn(II), photphat lần lượt là 22,72mg/g, 41,67mg/g, 50mg/g [5]

Tác giả Ngô Thị Mai Việt đã chế tạo và nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II)

và Ni(II) của vật liệu chế tạo được từ sắt(III) nitrat, natri silicat và photphat Vật liệuchế tạo được có diện tích bề mặt là 87,12m2/g Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: pHtối ưu cho khả năng hấp phụ Mn(II) và Ni(II) lần lượt là 3,5 – 5,0 đối với Mn(II) và5,0 đối với Ni(II), dung lượng hấp phụ Mn(II) và Ni(II) cực đại lần lượt là 17,56 mg/gvà

18,48mg/g [33]

Tác giả Ayten Ates, Gökçen Akgül đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) cótrong nước uống bằng zeolite biến tính bằng NaOH Các đặc trưng hóa lí của vật liệuđược nghiên cứu bằng bằng các phương pháp như SEM, XDR và FTIR Kết quảnghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ Mn(II) của vật liệu khác nhau khi nồng độ củatác nhân biến tính (NaOH) khác nhau Cụ thể: với nồng độ NaOH là: 0,5N; 1,0N;1,5N và 2,0N thì dung lượng hấp phụ Mn(II) của vật liệu lần lượt là: 31,8mg/g;51,5mg/g; 66,1mg/g và 28,9mg/g [35]

Tác giả Abideen Idowu Adeogun và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp và khảosát ảnh hưởng của vật liệu chế tạo từ vỏ ngô (biến tính bằng axit oxalic) đến khả nănghấp phụ các kim loại nặng Mn(II) và Pb(II) Trong nghiên cứu này các tác giả đã trìnhbày về cách chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Mn(II) vàPb(II) của vật liệu Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, sự hấp phụ Mn(II) trên vật liệu

chế tạo được tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Dung lượng hấp phụ Mn(II) vàPb(II) xác định được theo mô hình Langmuir lần lượt là: 8,518mg/g và 7,383mg/g[34].

Tác giả Maria K Doula đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II) có trong nước

uống bằng Clinoptilolite và Clinoptilolite-Fe oxit Kết quả nghiên cứu cho thấy, dunglượng hấp phụ của vật liệu Clinoptilolite là 7,69mg/g thấp hơn nhiều so với vật liệuClinoptilolite-Fe oxit là 27,12mg/g [40].

Tác giả T Budinova và cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo thành công vật liệuhấp phụ từ bã thải quả đậu và nghiên cứu khả năng hấp phụ asen và mangan của vậtliệu này Kết quả nghiên cứu cho thấy: vật liệu chế tạo được có diện tích bề mặt 258

m2/g, pH tối ưu cho khả năng hấp phụ Mn(II) trong khoảng 5 - 6, dung lượng hấp phụMn(II) là 23,4mg/g [46]

Tác giả M.A Shavandi và công sự đã chế tạo và nghiên cứu thành công khảnăng hấp phụ Fe(III), Mn(II) và Zn(II) có trong nước thải nhà máy dầu cọ bằng polime

từ zeolite tự nhiên Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ Fe(III), Zn(II) vàMn(II) tối đa lần lượt là: 64,601%; 53,644% và 52,446% Kết quả nghiên cứu chỉ rarằng, giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ các ion kim loại nghiên cứu trên vật liệu là 7[41]

Tác giả Maria G da Fonseca và cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo thành côngvật liệu hấp phụ từ đất sét biến tính bằng hỗn hợp HF và HCl Kết quả nghiên cứu chothấy: dung lượng hấp phụ Mn(II) trên vật liệu đạt 0,574mmol/g [39]

2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

Chương 2 THỰC NGHIỆM

Máy lắc H4Y (Trung Quốc)

Máy đo pH 2 số Presisa 900 (Thụy Sĩ)

Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV mini 1240 (Shimadzu – Nhật Bản)

Tủ sấy Jeio tech (Hàn Quốc)

Cân điện tử 4 số Presicsa XT 120A (Thụy Sĩ)

Bình định mức, cốc thủy tinh, pipet, bình tam giác,…

2.1.2 Hóa chất

a Các hóa chất cần dùng

Đá ong, nước cất

Natri clorua NaCl (99,4%)

Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) CH3 (CH2 )11 SO4 Na) trên 95% Natri hydroxit NaOH (20%)

Axit clohidric HCl (36%)

Canxinitrat Ca(NO3)2.4H2O (99%)

Mangan nitrat Mn(NO3)2 (49 – 51%)

Magie nitrat Mg(NO3)2.6H2O (99%)

Sắt (III) nitrat Fe(NO3)3.9H2O (98,5%)

Thủy ngân (II) clorua HgCl2 (99%)

Amoni clorua NH4Cl (98%)

Kali iotua KI ( > 99%)

Kali natri tactrat KNaC4H4O6 (99,5%)

Bạc nitrat AgNO3 (ống chuẩn 0,1M)