Nghiên cứu khả năng hấp phụ cr trên vỏ trấu và ứng dụng xử lý tách cr khỏi nguồn nước thải

Mặt khác Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm xử lý nước thải còn ít được quan tâm, chúng tôi hy vọng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Cán bộ hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Xuân Trung

HÀ NỘI – 2011

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Vai trò của nước sạch và tình trạng ô nhiễm nước 3

1.1.1 Tài nguyên nước trên thế giới [8] 3

1.1.2 Tài nguyên nước ở Việt Nam 4

1.1.3 Sự ô nhiễm nguồn nước 4

1.1.3.1 Khái niệm ô nhiễm [4] 4

1.1.3.2 Nguồn gốc của sự ô nhiễm nước 5

1.1.3.3 Tác hại của chất thải 5

1.2 Đại cương về Crom [3, 15] 6

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và cấu tạo 6

1.2.2 Tính chất hoá học của Crom 7

1.2.3 Các hợp chất quan trọng của Crôm 7

1.2.3.1 Hợp chất Cr(II) 7

1.2.3.2 Hợp chất Cr(III) 8

1.2.3.3 Hợp chất Cr(VI) 9

1.2.4 Độc tính của Crôm [1, 25] 10

1.3 Các phương pháp xác định Crôm [17] 12

1.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng [29] 12

1.3.2 Phương pháp phân tích thể tích [22] 12

1.3.3 Phương pháp trắc quang [10, 13] 13

1.3.4 Phương pháp khối phổ dùng nguồn cảm ứng cao tần –phát xạ nguyên tử (ICP-AES) 15

1.3.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [13] 16

1.3.6 Các phương pháp điện hoá 17

1.3.7 Kĩ thuật phân tích sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) 18

1.4 Phương pháp xử lý Crom 19

1.4.1 Phương pháp kết tủa [10] 19

1.4.2 Phương pháp keo tụ [19] 19

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion [20] 20

1.4.4 Phương pháp hấp phụ [2, 20] 21

1.4.4.1 Cơ sở lí thuyết của phương pháp 21

1.4.4.2 Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 24

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 29

2.1 Nội dung nghiên cứu 29

2.2 Máy móc - dụng cụ 29

2.3 Hoá chất sử dụng 30

2.4 Điều chế vật liệu hấp phụ vỏ trấu 30

2.5 Khảo sát các yếu tố pH, thời gian và dung lượng hấp phụ 31

2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 31

2.5.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 31

2.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ theo phương trình Langmuir 31

2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của chất điện li và các ion kim loại khác 33

2.6 Nghiên cứu khả năng hấp phụ theo phương pháp động 33

2.6.1 Cách tiến hành 33

2.6.2 Tính toán 33

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH 35

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Tối ưu hóa các điều kiện xác định Crom bằng phương pháp đo quang với thuốc thử ĐPC 36

3.1.1 Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu 36

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit H 2 SO 4 tới sự tạo phức màu với thuốc thử ĐPC 36

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử ĐPC 37

3.1.4 Khảo sát độ bền của phức màu giữa Cr(VI) với thuốc thử ĐPC 39

3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ hấp thụ quang của phức màu 39

3.1.5.1 Ảnh hưởng của các cation kim loại 40

3.1.5.2 Ảnh hưởng của các anion 41

3.1.6 Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) 42

3.1.6.1 Khoảng tuyến tính của phép đo 42

3.1.6.2 Lập phương trình đường chuẩn của Cr 44

3.1.6.3 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp 44

3.1.6.4 Sai số và độ lặp lại của phép đo 46

3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr 48

3.2.1 Xác định tính chất vật lý của vật liệu 48

3.2.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Crom của vật liệu theo phương pháp tĩnh 52 3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu 52

3.2.2.2 Ảnh hưởng của thời gian 55

3.2.2.3 Khảo sát nồng độ ban đầu Cr(VI), Cr(III) đến khả năng hấp phụ 57

3.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng cạnh tranh của các ion 59

3.2.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ở điều kiện động 63

3.2.3.1 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu 63

3.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của bản chất, nồng độ dung dịch rửa giải 63

3.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu của Cr(VI) lên vật liệu (VL2) 64

3.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích rửa giải 65

3.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải 66

3.2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng của một số ion cản trở đến khả năng hấp thu của Cr 2 O 7 2- trên VL2 67

3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu giả và khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu 70

3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Crom 71

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

ĐPC: Điphenylcarbazid.

LOD(limit of detection): Giới hạn phát hiện

LOQ(limit of quantitaty): Giới hạn định lượng VL1: Vỏ trấu không biến tính

VL2: Vỏ trấu được xử lý với HCHO

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 3.1: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của H2SO4 ở các nồng độ khác nhau 37

Bảng 3.2: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử 38

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian 39 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cation kim loại 40

Bảng 3.5: Tỷ lệ ảnh hưởng của một số cation……… 41

Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các anion……… 42

Bảng 3.7: Tỷ lệ ảnh hưởng của một số anion……… 42

Bảng 3.8: Khoảng tuyến tính của Cr(VI) 43

Bảng 3.9: Phân tích mẫu trắng 45

Bảng 3.10: Một số giá trị liên quan 46

Bảng 3.11: Sai số của phép đo độ hấp thụ quang xác định Crom……… 47

Bảng 3.12: Độ lặp lại của phép đo……… 48

Bảng 3.13: Dung lượng hấp phụ của vật liệu phụ thuộc vào pH của dung dịch Cr(VI), Cr(III)

53 Bảng 3.14: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu

55 Bảng 3.15: Ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(VI) đến dung lượng hấp phụ của vật liệu

57 Bảng 3.16: Ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(III) đến dung lượng hấp phụ của vật liệu

57 Bảng 3.17: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Cu2+ đến dung lượng hấp phụ… 59 Bảng 3.18: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Ni2+ đến dung lượng hấp phụ… 59 Bảng 3.19: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Fe3+ đến dung lượng hấp phụ… 60 Bảng 3.20: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ion Zn2+ đến dung lượng hấp phụ

60

Bảng 3.21: Kết quả khảo sát ảnh hưởng ion Cu2+

, Ni2+, Fe3+ Zn2+đến dung

lượng hấp phụ của vật liệu………

61 Bảng 3.22: Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ rửa giải HCl/H2O20,1% đến khả năng rửa giải

63 Bảng 3.23: Kết quả khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả năng hấp thu

64 Bảng 3.24: Kết quả khảo sát thể tích rửa giải……… 65

Bảng 3.25: Kết quả khảo sát tốc độ rửa giải……… 66

Bảng 3.26: Ảnh hưởng của các ion kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ đến hiệu suất thu hồi………

67 Bảng 3.27: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Zn2+ , Cu2+, Ni2+, Fe3+ đến hiệu suất thu hồi………

68 Bảng 3.28: Thành phần mẫu giả 69

Bảng 3.29: Kết quả hấp phụ tách loại crom của mẫu giả 69

Bảng 3.30: Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu……… 70

Bảng 3.31: Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Crom ………… 71

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir……… 32

Hình 2.2: Đường biểu diễn hấp phụ động trên cột 34

Hình 3.1: Phổ hấp thụ ánh sáng của phức màu 36

Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ axit H2SO4 37

Hình 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ thuốc thử 38

Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào thời gian 39

Hình 3.5: Khoảng tuyến tính của Cr(VI) 43

Hình 3.6: Đường chuẩn xác định Cr(VI) bằng phép đo độ hấp thụ quang… 44

Hình 3.7a, 3.7b: Hình ảnh SEM của VL2 49

Hình 3.8a: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) khi chưa hấp phụ 50

Hình 3.8b: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) hấp phụ Cr(VI) 51

Hình 3.8c: Phổ hồng ngoại của vật liệu (VL2) hấp phụ Cr(III) 51

Hình 3.9: Đường biểu diễn sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ của vật liệu vỏ trấu vào pH

53 Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH đến các dạng tồn tại của Cr(VI) trong dung dịch nước………

54 Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ của vật liệu 56

Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cr(VI), Cr(III) trên VL2 57

Hình 3.13: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir……… 58

Hình 3.14: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Cu2+…… 59

Hình 3.15: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI),Cr(III) khi có mặt của Ni2+…… 59

Hình 3.16: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Fe3+…… 60

Hình 3.17: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt của Zn2+…… 60

Hình 3.18: Dung lượng hấp phụ của Cr(VI), Cr(III) khi có mặt Cu2+ , Ni2+, Fe3+, Zn2+………

61

Hình 3.19: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào nồng độ axit HCl…… 63 Hình 3.20: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào tốc độ nạp mẫu……… 64 Hình 3.21: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào thể tích rửa giải……… 65 Hình 3.22: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào tốc độ rửa giải……… 66

MỞ ĐẦU

Những chuyện huyền thoại về nước nếu chép lại chắc chắn cũng dày như lịch sử loài người vậy, vì nước là nơi bắt nguồn của sự sống trên trái đất Trong phong tục tập quán của hầu hết các dân tộc, tôn giáo, nước thường được xem như vật thiêng liêng dành cho việc thờ cúng, được coi là biểu hiện của sự trong sạch, giàu có của sức sống bất diệt không bao giờ tàn lụi Nước là một tài nguyên vô tận, giữ một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển sinh quyển Không thể có sự sống khi không có nước Nước đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước càng xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn Hiện nay, thế giới đang rung hồi chuông báo động về thực trạng ô nhiễm môi trường toàn cầu Nằm trong bối cảnh chung của thế giới, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường là do chính các hoạt động của con người Một trong những nguồn chất thải bị ô nhiễm nguồn nước đó là từ các khu công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, luyện kim, chế biến lâm hải sản hay trong nông nghiệp từ việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, sự đào thải của động, thực vật

Các nguồn nước thải ra môi trường có rất nhiều các kim loại nặng độc hại như Pb, Cr, Cu, Cd, Hg, As, Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến các biến đổi gen, ung thư, cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Chúng thường gây ô nhiễm, gây độc hại ở hàm lượng rất nhỏ Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn do chi phí xử lý cao, khả năng đầu

tư thấp Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được nghiên cứu nhiều để sử dụng trong việc xử lý nước vì chúng có ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao [9]

Trong luận văn này chúng tôi chọn đề tài: ((Nghiên cứu sự hấp phụ crom trên vỏ trấu và ứng dụng để xử lý tách crom khỏi nguồn nước thải ))

Vật liệu này là phụ phẩm của nông nghiệp, rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm Mặt khác Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm

xử lý nước thải còn ít được quan tâm, chúng tôi hy vọng rằng vật liệu này có thể ứng dụng vào xử lý kim loại nặng có trong nguồn nước bị ô nhiễm, góp phần làm cho môi trường xanh – sạch – đẹp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Vai trò của nước sạch và tình trạng ô nhiễm nước

1.1.1 Tài nguyên nước trên thế giới [8]

Theo các tài liệu thống kê gần đây của một số tổ chức quốc tế ( UNDP, FAO, WB ) nước chiếm 3/4 bề mặt Trái Đất với lượng khoảng 1,44.109

tỉ m3 Trong đó chỉ có 2,5% là nước ngọt, còn 97,5% là nước mặn Trong 2,5% nước ngọt trên Trái Đất thì có 97% nước ở thể băng, 20% ở dạng nước ngầm khó khai thác, chỉ còn 1% ở dạng bề mặt Thực tế nước có thể sử dụng được, chiếm khoảng 0,31%

Mặc dù lượng nước của cả thế giới là 1,44 109

tỉ m3, nhưng nước phân

bố không đều trên Trái Đất Chẳng hạn, ở sa mạc lượng mưa trung bình là dưới 100mm/năm, trong khi ở vùng nhiệt đới lượng mưa có thể đạt 5.000mm/năm

Vì vậy, có nhiều nơi thiếu nước, bị hạn hán Ngược lại có nhiều vùng thường

bị mưa gây ngập lụt hàng năm

Nước ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy việc cung cấp nước ngọt và sạch trên thế giới đang từng bước giảm đi Nhu cầu nước đã vượt cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi dân số thế giới vẫn đang tiếp tục tăng làm cho nhu cầu nước càng tăng Sự nhận thức về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước cho nhu cầu hệ sinh thái chỉ mới được lên tiếng gần đây Trong suốt thế kỷ

20, hơn một nửa các vùng đất ngập nước trên thế giới đã bị biến mất cùng với các môi trường hỗ trợ có giá trị của chúng Các hệ sinh thái nước ngọt mang đậm tính đa dạng sinh học hiện đang suy giảm nhanh hơn các hệ sinh thái biển

và đất liền [31]

Lượng nước ngọt con người sử dụng thường có nguồn gốc từ nước mưa Nước ngọt dùng cho sinh hoạt chiếm 8%, cho công nghiệp chiếm 23% và cho hoạt động nông nghiệp là 63% [4]

Tiêu dùng nước ngọt trên phạm vi toàn cầu đã tăng gấp 6 lần trong giai đoạn 1990-1995, lớn hơn gấp 2 lần tỉ lệ tăng dân số Có khoảng 1/3 dân số trên thế giới đang sống ở những vùng thiếu nước, nơi mà nhu cầu sử dụng nước cao hơn 10% nguồn nước có thể tái tạo được

Theo thống kê và dự đoán có khoảng 20% dân số thế giới sẽ không có nước sạch để uống và khoảng 50% dân số không đủ điều kiện vệ sinh Vì vậy, vấn đề khai thác và làm sạch nước để đáp ứng trong các lĩnh vực là điều quan tâm của cả thế giới

1.1.2 Tài nguyên nước ở Việt Nam

Việt Nam là quốc gia nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới gió mùa nên

có tài nguyên nước dồi dào so với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình khoảng 2000mm/năm, gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên thế giới

Thêm vào đó, hàng năm lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước

từ nam Trung Quốc và Lào với số lượng khoảng 550.109

m3 Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3 lần dòng chảy trung bình thế giới [7]

Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú nhưng phân

bố không đều và dao động rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm Từ lâu các mạch nước ngầm đã được khai thác bằng các phương pháp thô sơ và hiện đại để sử dụng cho các mục đích khác nhau, nhưng không được

sự kiểm soát chặt chẽ của nhà nước Theo đánh giá của tác giả [7] tổng trữ

lượng nước mạch thiên nhiên trên toàn lãnh thổ đạt 1513m3/s Xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt

1.1.3 Sự ô nhiễm nguồn nước

Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước, có hại cho hoạt động sống bình thường của sinh vật và con người

Sự ô nhiễm đất, nước, không khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, khi một thành phần bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến các thành phần khác

Ô nhiễm là vấn đề nan giải và rộng khắp, nó có tác động trực tiếp hay gián tiếp tới con người Kiểm soát và hạn chế sự ô nhiễm nước là một vấn đề cần đề cấp bách và thiết thực Vấn đề này có liên quan đến các yếu tố chính trị, kinh tế, xã hội, khoa học và công nghệ, nó không còn là vấn đề của một quốc gia mà đó là vấn đề của toàn nhân loại

1.1.3.2 Nguồn gốc của sự ô nhiễm nước

Sự ô nhiễm nước có nguồn ngốc tự nhiên và nhân tạo Nguồn ngốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, gió, bão, lũ lụt… các yếu tố dựa vào môi trường nước, các chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng

Ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo là quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng, rắn vào môi trường Nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm này

có thể do chiến tranh xảy ra, nhưng nguyên nhân chủ yếu ngày nay là tình trạng ô nhiễm từ quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp mà chưa có sự

xử lý đầy đủ và khoa học

1.1.3.3 Tác hại của chất thải

- Với con người: Những năm gần đây tình trạng các chất thải này đã giảm đi nhưng sự lắng đọng, tồn dư của chúng trong môi trường đang gây lên những hậu quả nghiêm trọng cả những vùng đã bị ô nhiễm cũng như tác động lan rộng qua chuỗi thức ăn [11]

Khi tiếp xúc với kim loại nặng thường dẫn tới sự kém phát triển, các bệnh ung thư và phổi Tiếp xúc với hàm lượng cao thuỷ ngân và chì có khả năng mắc bệnh suy giảm khả năng miễn dịch, ở đó hệ thống miễn dịch bắt đầu

bị tấn công chính các tế bào của vật chủ làm nhầm lẫn chúng với các vật lạ từ bên ngoài có thể Vài nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng dư lượng chì có thể giảm đáng kể chỉ số thông minh (IQ) của trẻ em …

- Với môi trường: Nguồn chất thải là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường Chúng trực tiếp hay gián tiếp gây ra các hiện tượng như hiệu ứng nhà kính, hiện tượng Enino, lỗ thủng tầng Ozon, hiện tượng sa mạc hoá, hiện tượng băng tan ở Bắc cực đều do ô nhiễm môi trường gây nên, mà nguyên nhân chính bắt nguồn từ con người Do vậy thế giới đã phải lên tiếng cảnh báo tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay và từ đó đặt ra các biện pháp khắc phục nhằm bảo vệ môi trường

1.2 Đại cương về Crom [3, 15]

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và cấu tạo

Crom là nguyên tố thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB Crom có khối lượng nguyên tử là 51,996 đvC Crom có số thứ tự 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học Cấu hình electron của Crom là: 1s2

2s22p63s23p63d54s1 Crom có hoá trị từ 1 đến 6 Khối lượng trung bình của Crom trong vỏ trái đất là 122ppm, trong đất sự có mặt của Crom dao động từ 11 - 22ppm, trong nước mặt Crom có khoảng 1ppb và trong nước ngầm có khoảng 100ppb

Crom được tìm thấy trước tiên ở dạng quặng Crom sắt (FeO.Cr2O3) Nó được sử dụng trong luyện kim, mạ điện hoặc trong các chất nhuộm màu và thuộc da

Trong nước tự nhiên Crom tồn tại ở dạng là Cr(III) và Cr(VI)

- Cr(III) thường tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2

1.2.2 Tính chất hoá học của Crom

Crom là chất khử giống như Nhôm, trên bề mặt được bao phủ bởi lớp màng oxit mỏng, lớp ôxit này bền với oxi không khí Nhưng khi đốt cháy trong không khí nó tạo thành Cr2O3:

4Cr(r) + 3O2 = 2 Cr2O3 H= -1141 KJ/mol Tuy nhiên ở nhiệt độ cao Crom còn phản ứng với các halogen

Thế oxyhoa- khử tiêu chuẩn của Crom: E0

Cr2+/Cr = -0,91V

Crom khử được H+ trong các dung dịch HCl, H2SO4 loãng giải phóng ra

H2 và cho muối Cr(II):

Cr + 2H+ = Cr2+ + H2 Crom bị thụ động trong axit HNO3, H2SO4 đặc nguội và không tác dụng với nước vì nó có lớp ôxit bảo vệ

Crom tan được trong dung dịch kiềm nóng:

Cr + NaOH + H2O = NaCrO2 + 3/2H2 Crom tác dụng với muối của kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối Cr(II):

4[Cr(H2O)6]2+ + O2 + 4H+ =4[Cr(H2O)6]3+ + 2H2O Hợp chất Cr(II) thường thể hiện tính bazơ như CrO, Cr(OH)2 chỉ tương tác với các axit:

CrO + 2H3O+ + 3H2O = [Cr(H2O)6]2+

1.2.3.2 Hợp chất Cr(III)

Hợp chất Cr(III) thường người ta biết đến là các loại muối của nó, các muối này độc với người Có nhiều muối Cr(III) có tính chất và cấu tạo giống muối của Al(III) Bởi vì kích thước của chúng gần giống nhau, các ion

-Cr(OH)3 tan không đáng kể trong dung dịch NH3 nhưng tan dễ dàng tan trong amoniac lỏng tạo thành phức hexaamino

Cr(OH)3 +6NH3 = [Cr(NH3)6](OH)3

Cr2O3 khó nóng chảy (t0nc = 22650C) và sôi ở 30270

C Cr2O3 tương đối trơ về mặt hóa học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và kiềm, tính lưỡng tính của Cr2O3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kaliđisunfat:

Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O (Kali cromit)

Cr2O3 + 3K2S2O7 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4

Dung dịch muối Cr(III) có màu tím đỏ ở nhiệt độ thường, nhưng có màu lục khi đun nóng (Màu tím đỏ là màu đặc trưng của ion [Cr(H2O)6]3+) Muối Cr(III) có tính thuận từ, rất bền trong không khí khô và thủy phân mạnh hơn

muối Cr(II) Trong môi trường axit, ion Cr3+

có thể bị khử đến Cr2+ bởi kẽm Nhưng trong môi trường kiềm nó có thể bị H2O2, PbO2, nước Clo, nước Brom oxi hóa đến Crommat:

2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O

Do có bán kính bé và điện tích lớn, ion Cr3+

là một trong những chất tạo phức mạnh, nó có thể tạo phức chất với hầu hết phối tử đã biết Tuy nhiên, độ bền của các phức của Cr(III) còn tùy thuộc vào bản chất của phối tử và cấu hình của phức chất

Trong dung dịch Cr(III) Clorua có thể kết hợp với những Clorua kim loại kiềm tạo nên phức chất màu đỏ hồng:

CrCl3 + 3KCl = K3[CrCl6]

Vì ở trạng thái trung gian, ion Cr3+

vừa có tính oxi hóa (trong môi trường axit) vừa có tính khử (trong môi trường bazơ) Người ta đã biết nhiều các phức với số phối trí hai, ba, bốn nhân của Cr(III), trong đó có các phân tử trung hòa như: NH3, -NH2- , -CH2-CH2-NH2 hoặc gốc axit SO4

Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hóa mạnh, nó oxi hóa được I2, S, P, C,

CO, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác

Là anhidrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và kết hợp với nước tạo thành axit, là axit Cromic (H2CrO4) và axit policromic (H2Cr2O7, H2Cr3O10, H2Cr4O13)

Axit Cromic và axit policromic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch Dung dịch axit Cromic (H2CrO4) có màu vàng, dung dịch axit đicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số phân tử Crom trong phân tử tăng

Do vậy khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm nó có thể tạo nên các muối Cromat, đicromat, tricromat…

Trong dung dịch tồn tại cân bằng giữa hai dạng Cromat và đicromat:

Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ Muối Cromat có màu vàng, còn muối đicromat có màu da cam Các muối này là những chất oxi hóa mạnh, tính chất này thể hiện rất rõ trong môi trường axit:

2CrO42- + 16H+ + 6e = 2Cr3+ + 8H2O Những muối Cromat và đicromat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4, NiCrO4, ZnCrO4; K2Cr2O7, Na2Cr2O7 và (NH4)2Cr2O7 Trong đó các muối PbCrO4, ZnCrO4, NiCrO4 được dùng nhiều trong công nghệ chất màu, sơn, mạ…

Trong nước thải mạ điện Cr(VI) có mặt ở dạng anion như Cromat (CrO4

2-); đicromat (Cr2O7

2-) và bicromat (HCrO4-) Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ Crom mà Cr(VI) tồn tại với hằng số cân bằng sau:

H2CrO4 H+ + HCrO4- pK1 = 6,15 HCrO4

-

H+ + CrO4

pK2 = 5,65 2HCrO4

là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghiệp Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư Crom thường tồn tại ở hai dạng ion chính là Cr hoá trị +3 và +6 Trong đó Cr(VI) độc hơn Cr(III) Nồng độ Crom trong nước uống thường phải thấp hơn 0,02ppm

Sự hấp phụ của Crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó Cr(VI) hấp phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) và có thể thấm qua màng

tế bào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi

Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: Hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp Qua nghiên cứu, người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển hoá glucozơ, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa protein, các axít nucleic gây ức chế hệ thống men cơ bản Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất

kì con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 ppm, sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu và hoà tan trong hồng cầu nhanh 10 -

20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại được chuyển qua nước tiểu

Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da, ở tất cả các ngành nghề mà các công việc phải tiếp xúc như hít thở phải Crom hoặc hợp chất của Crom

Crom kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt Niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu Về sau có thể thủng vành mũi

Crom có thể gây mụn cơm, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém

Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương Nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung thư phổi và ung thư gan

Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom như: luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thuỷ tinh, chế tạo ắc quy, mạ kẽm, mạ điện và mạ Crom…

Tóm lại, hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Chính vì vậy, việc xác định hàm lượng và loại bỏ Crom là cần thiết nhằm đảm bảo có nước sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm trong sạch môi trường

1.3 Các phương pháp xác định Crôm [17]

Để xác định Crôm có rất nhiều các phương pháp khác nhau như: phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp phân tích thể tích, phương pháp trắc quang, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, các phương pháp điện hoá… Sau đây là một số phương pháp xác định Crom

1.3.1 Phương pháp phân tích khối lượng [29]

Crom có thể được xác định dưới dạng kết tủa chì Cromat, baricromat, thuỷ ngân cromat và crom oxit Tuy nhiên phần lớn quá trình chia tách bari cromat, cromat được hình thành từ dung dịch axit axetic yếu hay trung bình của cromat kiềm bằng cách cho thêm bari axetat hay bari clorua Phương pháp này phải tránh sự có mặt của ion sunfat để ngăn ngừa sự hình thành kết tủa bari sunfat

1.3.2 Phương pháp phân tích thể tích [22]

Đây là phương pháp phân tích thường được dùng để định lượng Crom Phương pháp xác định Crom có nồng độ, khoảng từ 10-3 đến 10-2M Thường dùng phương pháp chuẩn độ oxi hoá- khử Để xác định Crom tổng, trước hết cần oxi hoá toàn bộ Cr(III) lên Cr(VI) bằng persunphat trong môi trường axít H2SO4,

có Ag+ làm xúc tác, Cr(VI) được chuẩn độ bằng dung dịch Fe2+ tiêuchuẩn với chỉ thị Diphenylamin:

độ xác định lượng Cr(VI) có trong dung dịch bằng muối Fe(II), sau đó ôxi hoá Cr(III) lên Cr(VI) rồi tiếp tục chuẩn độ bằng muối Fe(II)

Phương pháp chuẩn độ complexon

Cho vào dung dịch một lượng dư dung dịch tiêu chuẩn Na2H2Y(comple xon III) điều chỉnh pH khoảng 4 – 5 với đệm axetat, sau đó đun nóng dung dịch khoảng từ 2 đến 15 phút để hình thành phức Cromplexonat, lượng EDTA dư

được chuẩn độ ngược bằng dung dịch chuẩn Niken với chỉ thị murexit, hoặc

Zn2+ với chỉ thị ETOO ở pH = 9 – 10

1.3.3 Phương pháp trắc quang [10, 13]

Phương pháp dựa vào việc đo cường độ ánh sáng bị hấp thụ khi cho chùm tia sáng đơn sắc đi qua dung dịch màu của thuốc thử với chất phân tích Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong các phương pháp phân tích hoá lý

Phương pháp trắc quang dùng để xác định hàm lượng Crom có nồng độ nhỏ khoảng 10-6

đến 10-5M Phương pháp dựa trên khả năng tạo phức màu của Cr(VI) với một vài thuốc thử hữu cơ

Huang và Langfang cùng các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng phản ứng tạo phức màu đỏ tía của Cr(VI) với p-amino- N, N- đimetylamin, phức hấp thụ cực đại ở bớc sóng = 554nm, với hệ số hấp thụ mol là 3,3.104

l.mol-1.cm-1 Khoảng tuyến tính theo định luật Bia từ 0 – 1,6 mg/l [5]

Để xác định Cr(VI) người ta thường dùng thuốc thử điphenylcacbazide, phức có màu tím tương đối bền và độ hấp thụ quang lớn nhất ở bước sóng

=540 nm trong môi trường axit H2SO4 2M Độ nhạy 0,03 g/ml [50]

H.D.Revansiddappa và T.N.Kirankidmar [30] xác định Cr(VI) bằng phương pháp đo quang với thuốc thử trifluopezainehydrochloride trong môi trường H3PO4 Dung dịch có màu đỏ, độ hấp thụ quang cực đại ở bước sóng 505nm Hệ số hấp thụ mol là 1,08.104

l.mol-1.cm-1 Giới hạn phát hiện 0,0033

g/ml Cr(III) được xác định sau khi oxi hoá lên Cr(VI) bằng nước Brôm

Theo B.Naragana and Tome cherian [26] Cr(VI) được xác định dựa vào phản ứng của Cr(VI) với KI trong môi trường axit, lượng Iod giải phóng tác dụng với Variamine xanh tạo thành dung dịch có màu tím Độ hấp thụ quang cực đại ở bước sóng là 556nm Hệ số hấp thụ mol 0,911.104

l.mol-1.cm-1 Giới hạn phát hiện là 0,02g/ml Giới hạn định lượng là 0,07g/ml Cr(III) được xác định sau khi đã oxi hoá lên Cr(VI) bằng nước Brom, loại bỏ Brom dư bằng

axit sunfosalisilic 5% và axit sunfuric 2,5M Phương pháp này được ứng dụng xác định Crom trong thép, nước tự nhiên

Sun Fu-Sheng và các cộng sự [44] đã xác định Cr(III) bằng cách cho tạo phức Cr(III) với phenylarsenazo (PAA) (2-2- arsonophenyl) azo-7- (phenylazo)-1,8-đihidroxynaphthalene-3,6-disunfonic acid), tạo thành phức màu xanh, tại pH=2,2, ở 1000C Phức có độ hấp thụ quang cực đại ở bước sóng 635nm Khoảng tuyến tính theo định luật Beer trong khoảng nồng độ 0 đến 1,4 g/ml

Hệ số hấp thụ mol là 3,3.104

l.mol-1.cm-1 Theo Angeline M.Stoyanova [25] thì xác định Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang xúc tác, phương pháp này chủ yếu dựa trên hiệu ứng xúc tác của Cr(VI) đến phản ứng oxi hoá axit sunfanilic(SA) bởi H2O2 khi có mặt của p-Aminobenzoic axit Sau đó đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 360nm sau khi cho thuốc thử 15 phút Tác giả đã đưa ra các điều kiện tối ưu nồng độ axit 4,0.10-3M, nồng độ H2O2 0,57M, thuốc thử 1.10-3M, có mặt axit acetic-boric và axit orthophosphoric 0,04M (pH=6,6), nhiệt độ của phản ứng là 500C Giới hạn phát hiện là 10ng/ml, độ lệch chuẩn tương đối là 2,9% đến 5,8% Phương pháp này được dùng để xác định Crom trong nước thải công nghiệp

Tác giả Mohammad Sacid Hosseini và các cộng sự [39] đã đề nghị xác định lượng vết các dạng Cr(III) và Cr(VI) trong các mẫu nước bằng phương pháp đo quang và huỳnh quang với thuốc thử 1,4-diaminoant raquinon(1,4-DAAQ) Phương pháp chủ yếu dựa trên phán ứng thuốc thử với Cr(VI) ở pH=1 Người ta

có thể xác định Cr(VI), sau đó o xy hóa Cr(III) thành Cr(VI) xác định tổng Crom, lượng Cr(III) theo hiệu số Đường chuẩn tuân theo trong khoảng từ 3,0.10-7 đến3,0.10-8M, giới hạn phát hiện 3,6.10-8 vaf 2,1.10-9M

Tác giả Suwaru Hoshi vvà các cộng sự [45] đã tiến hành xác định lượng vết Crom (VI) kết hợp làm giàu bằng kỹ thuật chiết pha rắn với phương pháp đo quang Nguyên tắc của phương pháp dựa trên cơ sở Cr(VI) tạo phức màu với diphenylcarbazit(DPC) và bị hấp phụ trên cột chiết chứa chitin trong có mặt natridodecylsulfat(SDS) Phức màu Cr(VI)-DPC bị hấp phụ trên cột chiết, sau

đó được rửa giải bằng hỗn hợp dung môi metanol-axít axetic1M(7:3 V/V) Người ta đo độ hấp thụ quang dung môi rửa giải ở bước sóng 541nm, hệ số hấp phụ mol 3,5.104 l.mol-1cm-1

1.3.4 Phương pháp khối phổ dùng nguồn cảm ứng cao tần – phát xạ nguyên tử (ICP-AES)

Phương pháp này dựa vào khả năng phát ra các phổ vạch khi chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp Có thể phân tích hàng loạt mẫu cùng một lúc, cho độ nhạy cao, tốn ít mẫu, độ nhạy lên tới 10-5

Tác giả Bei Wen, Xiao Quan shan, Jun Lian [27] đã đề nghị phương pháp nhanh, đơn giản xác định lượng vết Cr(III) và Cr(VI) Phương pháp chủ yếu dựa vào khả năng Cr(III) tạo phức chelat với 8-Hydroxyquinolin tẩm trên sợi polyacrylonitril, trong khi đó Cr(VI) không tạo phức Phức chelat Cr(III) được rửa giải và xác định bằng phương pháp ICP-MS Các yếu tố ảnh hưởng như pH dung dịch mẫu, tốc độ rửa giửi, bản chất dung dịch rửa giải, thể tích dung môi rửa giải đến hiệu quả làm giàu đã nghiên cứu chi tiết Kết quả đã chứng tổ hiệu suất thu hồi của phương pháp đạt trên 96%, sai số tương đối của phương pháp dưới 10% ở nồng độ ng/ml

Tác giả M.V Bala ram K rishna và các cộng sự [38] sử dụng than bùn biến tính làm pha tĩnh trong kỹ thuật chiết pha rắn để làm giàu lượng vết Cr(III), Cr(VI) Sau đó xác định chúng bằng phương pháp ICP-MS Các yếu tố ảnh hương đến khả năng làm giàu như pH, lượng chất hấp phụ, tốc độ hấp phụ đã được tối ưu hóa có khả năng tách định lượng Cr(III) khỏi Cr(VI) Cr(III) bị hấp phụ định lượng trên cột chiết, trong khi đó Cr(VI) ở trong dung dịch Dung lượng hấp phụ Cr(III) đạt 11,5mg/g Phương pháp đã được ứng dụng xác định lượng vết Cr(III) và Cr(VI) trong các mẫu nước thải

1.3.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [13]

Cơ cở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là sự hấp thụ năng lượng bức xạ đơn sắc của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi nguyên tử ấy trong môi trường hấp phụ

Hiện nay căn cứ vào kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu, người ta chia phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử thành 2 loại:

- Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy tới 0,1 ppm

- Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) có độ nhạy tới ppb

Marcuccar R, Liang SX, Ha, Shen SG, Sun HW [36] đã sử dụng phương pháp F-AAS để xác định Crom sau khi đã làm giàu Cr(VI) trên nhôm ôxit hoạt hóa tại pH = 7 để phân tích nước biển; giới hạn phát hiện là 0,5 ng/ml

Xiao nan Dong, Yuzuru Naka Guchi và Kei Hiraki [48] đã xác định đồng thời Cr, Cu, Fe, Mn và Pb trong tóc người bằng phương pháp GF – AAS Để xác định nhóm tác giả phải thêm Mg-Rh làm tác nhân cải biến nền, nhiệt độ tro hoá

là 10000C, nhiệt độ phun là 28000C Giới hạn phát hiện Cr là 0,3, Cu là 0,1, Fe

là 0,4, Mn là 0,2, Pb là 0,1ng/g, độ lệch chuẩn tương đối nhỏ là 8%

Uede Joichi Satol và các cộng sự [5] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp cộng kết với hafnium để phân tích Cr(III) và Cr(VI) trong nước bằng phương

pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) Giới hạn định lượng của phương pháp là 0,02ng/ml

Nghiên cứu về khả năng xác định Crom bằng phương pháp AAS nhiều tác giả đã chỉ ra rằng phương pháp GF-AAS có thể xác định được Crom có nồng độ 0,05 - 0,1 ppb [49]

Tiglea; Paulo; Litching; Jaim [46] đã xác định lượng vết Crom trong thức

ăn thương mại ở Saopaolo – Brazil, dùng dung môi chiết và phương pháp AAS Mẫu thức ăn được chuyển thành dạng dung dịch, sau đó được đo bằng phương pháp F-AAS Mặt khác Cr(III) bị oxi hoá bằng KMnO4 tạo thành Cr(VI), sự tồn tại của Cr(III) dưới dạng CrO2Cl2, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng là

4 mg/kg và 13 mg/kg

1.3.6 Các phương pháp điện hoá

Phân tích điện hoá đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi để phân

tích xác định các kim loại nặng cũng như xác định các chất hữu cơ Phương pháp dựa trên quá trình điện cực

Thường thì người ta sử dụng điện cực màng thuỷ ngân hoặc điện cực giọt treo thủy ngân để xác định Crom trong phương pháp von-ampe hoà tan, nhưng thủy ngân được sử dụng hạn chế vì tính chất độc hại của nó Vì vậy việc sử dụng màng Bismut đang được ưu tiên vì nó ít độc hại hơn

Nhóm Lin.L., Lawrence.N.S., Sompong.T., Wang.J., Lin.J [34] đã xác định Cr(VI) trong nền đệm axetat 0,1M và KNO3 0,25 M ( pH=6) với sự có mặt của dimetylglyoxim bằng kỹ thuật von-ampe hoà tan quét sóng vuông, giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,3 nM, độ lệch chuẩn là 5,1% Tác giả Lin Lin, Nathan S LaWren, Sompong Thonggamdee [35] đã đề nghị phương pháp voampe hòa tan hấp phụ xúc tác sử dung điện cực glass –carbon màng bismut Phương pháp chủ yếu dựa trên khả năng phức Cr(VI) với diethylenetriamminpentaacetic axit(DTPA) hấp phụ trên bề mặt điện cực ở thế -0,8V Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và hòa tan như pH dung dịch,

nồng độ DTPA, nitrat, thế và thời gian điện phân và hòa tan đã tối ưu hóa.Giới hạn phát hiện của phương pháp 0,3nM Cr(VI), độ lệch chuẩn tương đối ở 20nM

1.3.7 Kĩ thuật phân tích sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Các tác giả Joanna Shaofen Wang và Konghwa Chiu [32] đã nghiên cứu tạo phức đồng thời Cr(III) và Cr(VI) với amoni pyrrolidinedithiocarbamat để tách chúng bằng phương pháp HPLC Cr(III) và Cr(VI) phản ứng với amoni pyrrolidinedithiocarbamat thành các phức có thành phần khác nhau Các tác giả

đã tìm được điều kiện thích hợp để tách đồng thời phức Cr(III) và Cr(VI) với amonipyrrolidinedithiocarbamat, nồng độ thuốc thử, chiết ở điều kiện đệm phtalate pH = 4, nhiệt độ là 500C Sau đó xác định Cr(III) và Cr(VI) bằng phương pháp HPLC với detector UV-VIS

J Posta, H Bemdt và cộng sự [33] đã tách, làm giàu Cr(III) và Cr(VI) trên cột C-18 sử dụng NH4CHCOO và H3PO4 để rửa giải, xác định bằng phép kết hợp HPLC và F-AAS; giới hạn phát hiện cho cả Cr(III) và Cr(VI) là 0,05 ng/l

M.V.Balasama Krishna, K.Chandrasekoran [37] tiến hành tách các dạng Cr(III) và Cr(VI), khi làm giàu sử dụng polisilicat, Các tác giả đã tìm điều kiện

pH, lượng chất hấp thụ, tốc độ chảy để có thể tách định lượng Cr(III) và Cr(VI) Các tác giả cho biết Cr(III) bị hấp thụ chọn lọc trên cột được cố định bởi lới polisilicat Hệ số làm giàu Cr(III) là 20 lần Sau khi tách, Cr(III) và Cr(VI) được

xác định bằng phương pháp quang phổ cảm ứng cao tần Plasma (ICP – MS)

1.4 Phương pháp xử lý Crom

Có rất nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng nói chung và Crom

trong nước thải nói riêng Trong đó, hai phương pháp thường được sử dụng là

phương pháp kết tủa và phương pháp hấp phụ

1.4.1 Phương pháp kết tủa [10]

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là độ tan của kết tủa hydroxyt các ion

kim loại nặng trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH Trong công nghiệp, để xử

lý các kim loại nặng phương pháp chủ yếu là kết tủa, đặc biệt các nhà máy mạ

điện, thuộc da các tác nhân thường được dùng làm chất kết tủa như Ca(OH)2

Trong đó vôi tôi thường được dùng nhiều hơn cả vì nguyên liệu này rẻ tiền

Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3

Với nước thải chứa Cr6+

thì cần khử về Cr3+ Với phương pháp kết tủa hidroxit, hàm lượng Cr(III) có thể đạt được sau

khi xử lý 0,1  0,5 ppm

Ngoài ra, sunphua (S2-) cũng được sử dụng để xử lý Crom Sau khi xử lý

lượng Cr(III) có thể đạt được 0,05ppm Độ tan rất nhỏ của sunphua kim loại cho

phép phá vỡ cân bằng tạo phức và do đó có thể kết tủa sunphua của các kim loại

nặng ngay cả khi chúng nằm trong phức Tuy nhiên, trên thực tế kết tủa

sunphua ít được sử dụng do 3 lý do sau:

- Kết tủa sunphua tạo thành ở thể keo nên khó lọc bỏ hoàn toàn

- Giá thành chất tạo thành sunphua khá cao (Na2S)

- Độc tính khá mạnh của sunphua dư

Hiện nay, để xử lý nước thải bằng phương pháp kết tủa một cách có hiệu

quả kinh tế nhất người ta thường dùng CaO hay sữa vôi Nhưng phương pháp xử

lý này thường tạo ra một lượng bùn đáng kể, đòi hỏi phải xử lý tiếp theo

1.4.2 Phương pháp keo tụ [19]

Phương pháp keo tụ dựa trên sự trung hoà điện tích các hạt keo Các

hạt keo khi kết tủa, nó kéo theo những hạt bông lơ lửng và các kim loại nặng

trong nước kết tủa theo Bằng phương pháp này ngoài việc tách bỏ kim loại nặng người ta còn loại bỏ được những hạt keo không thể loại bỏ được bằng những phương pháp thông thường Người ta đã nghiên cứu, sử dụng phèn nhôm, muối sắt, các chất đông tụ PAC nhằm loại bỏ một số ion kim loại nặng như

Pb2+, Cd2+, Cr3+, Zn2+, Ni2+,Hg2+, Co2+, Cu2+ … khi chúng có nồng độ cao ở những pH thích hợp vừa đơn giản và kinh tế

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4

Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + CO2

Đông tụ tốt nhất ở pH= 4  6

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion [20]

Người ta cho dung dịch chứa Cr3+

đi qua cột nhựa trao đổi ion thì Cr3+ bị nhựa hấp phụ giữ lại trên cột, sau đó người ta rửa giải thu hồi được Crom

Ở Đức người ta tiến hành tách loại Crom trong nước thải bằng phương pháp BUTRON Nguyên tắc của phương pháp là: Khử Cr6+

trong nước thải về

Cr3+ rồi cho kết tủa hiđrôxit, phần dung dịch tiếp tục cho qua hệ thống cột sắc kí trao đổi ion để loại triệt để các Cation trong dung dịch [19]

Khi nhựa trao đổi ion đã bão hoà, người ta thường dùng dung dịch rửa thích hợp để rửa giải và tái sinh cột

Phương pháp này được ứng dụng để tách loại các ion kim loại nặng độc hại

có trong các nguồn nước Hiện nay, phương pháp hấp phụ trao đổi ion được ứng dựng rộng rãi trong việc làm mềm nước

Ứng dụng phương pháp trao đổi ion để tách và xác định Cr trong nước Tác giả Nguyễn Thị Thanh Hoa [6] đã sử dụng nhựa anionit Amberjet-4200 tách

và làm giàu Cr(VI), Cr(III) trong nước Khi đi qua cột nhựa trao đổi ion thì Cr(VI) bị giữ lại trên cột, Cr(III) đi ra khỏi cột Rửa giải Cr(VI), sau đó xác định Cr(VI) bằng phương pháp đo quang với thuốc thử DPC kết quả rất tốt, hệ số làm giàu cao 100 lần

Tác giả Vũ Thị Nha Trang [18] đã tách và làm giàu lượng vết Cr(VI) và Cr(III) trong nước thải bằng kỹ thuật chiết pha rắn(cột nhồi chứa nhựa XAD-7), khi nước thải chứa Cr(VI) và Cr(III) đi qua cột thì Cr(VI) được giữ lại trên cột, Cr(III) đi ra khỏi cột, rửa giải lượng Cr(VI) hấp thu trên cột, sau đó xác định Crom bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F - AAS), phương pháp cho độ nhạy cao giới hạn phát hiện 0,08ppm, giới hạn định lượng 0,27ppm

1.4.4 Phương pháp hấp phụ [2, 20]

1.4.4.1 Cơ sở lí thuyết của phương pháp

Khi tiếp xúc với dung dịch, bề mặt của chất rắn có xu hướng giữ lại các chất tan trong dung dịch Khả năng hấp phụ của mỗi chất tùy thuộc vào bản chất, diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH, và bản chất của chất tan Để đánh giá lực hấp phụ người ta dựa vào năng lượng tự do, những chất có năng lượng tự do càng lớn thì càng có khả năng hấp phụ mạnh Năng lượng hấp phụ thường nhỏ hơn so với năng lượng liên kết hoá học, nên ở nhiệt độ thường hấp phụ là quá trình thuận nghịch Ban đầu quá trình xảy ra nhanh sau đó giảm dần và đến một lúc nào đó sẽ đạt tới trạng thái cân bằng, ở trạng thái này tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, nồng độ chất tan ở trạng thái này gọi là nồng độ cân bằng

Dung tích hấp phụ phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc Diện tích bề mặt tương ứng với 1 gam chất hấp phụ được gọi là bề mặt riêng Các chất rắn xốp có cấu trúc lỗ rỗng, có bề mặt riêng càng lớn, thậm chí có thể đạt hàng nghìn m2

/g thì có dung tích hấp phụ càng cao

Các công trình nghiên cứu lớn của Gibbs, Langmuir, Polanyi, Brunaeur, Shilov, Dubinin Kiselev, đã chỉ ra rằng có 2 loại hấp phụ: Hấp phụ vật lí và hấp phụ hoá học [20]

Hấp phụ vật lí xảy ra do lực hút giữa các phân tử- lực hút VanderWaals (Van-đéc- van) Hấp phụ vật lí là quá trình thuận nghịch Chiều ngược của sự

hấp phụ là sự khử hấp phụ Hấp phụ vật lí kèm theo hiệu ứng nhiệt nhỏ (từ 4 đến

25 kj/mol) Các chất đã bị hấp phụ sẽ dễ bị khử hấp phụ

Trong hấp phụ hoá học, các phân tử của chất bị hấp phụ liên kết với chất hấp phụ bởi các lực hoá học bền vững, tạo thành những hợp chất hoá học bề mặt mới, ví dụ như sự hấp phụ oxi trên bề mặt kim loại Hấp phụ hoá học là bất thuận nghịch và kèm theo một hiệu ứng nhiệt lớn (khoảng 40 - 400 kj/mol) Đây

là tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hoá học

Những quy luật định tính và định lượng của những quá trình hấp phụ khác nhau đó là:

q

Ce K

Ce : Nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch ở thời điểm cân bằng (mg/l)

 = tg ( là góc tạo bởi đường thẳng y = ax + b và trục

hoành) Tìm được hai giá trị a và b ta suy ra hằng số thực nghiệm K và qmax

Morris và Weber đã phát triển phương trình Langmuir cho trường hợp hấp phụ hai chất [20]

B B A A

A A A A

A

C C

C K M

X

.

1

.

B B B B

B

C C

C K M

X

.

1

.

dC

d RT

C

.

Trong đó:

C HP : Đại lượng hấp phụ riêng (g/g)

Ccb : Nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch

Phương pháp hấp phụ là phương pháp được áp dụng rộng rãi và rất khả thi [14], vật liệu hấp phụ đa dạng và phong phú Một trong những vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại nặng trong nước thải đang được nhiều người quan tâm

đó là các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, các phụ phẩm của nông nghiệp

1.4.4.2 Một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên

a Giới thiệu chung

Trong những năm gần đây, nhận thức được tầm quan trọng của môi trường đối với đời sống con người đã có hàng loạt các động thái của thế giới đối với môi trường

Để bảo vệ môi trường, trên thế giới đã diễn ra một phong trào tìm kiếm, nghiên cứu các công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng

Phương pháp cổ điển để xử lý kim loại nặng là kết tủa chúng dưới ở pH thích hợp [12] Nhưng phương pháp này tạo ra một lượng lớn các chất bùn thải gây lắng đọng, ách tắc các hệ thống thoát nước cần phải xử lý tiếp theo Vì vậy, đây không phải là phương pháp lâu dài để xử lý các kim loại nặng Các phương pháp hiện xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng như phương pháp thẩm thấu ngược, điện thẩm tách…là các phương pháp có giá thành cao bất lợi về kinh tế Bởi trong sản xuất, kinh doanh tiêu chí giảm giá thành của sản phẩm luôn được

ưu tiên hàng đầu Chính vì vậy, mà khả năng hấp phụ tốt và giá thành rẻ của các vật liệu hấp phụ trong công nghiệp xử lý nước thải được chú ý nhất Ở Việt Nam cũng như ở nhiều nước đang phát triển việc nghiên cứu cách sử dụng các sản phẩm, phế phẩm có nguồn gốc tự nhiên vào việc xử lý nước thải là việc làm cần thiết

Trên thực tế cho thấy các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên có nhiều ưu điểm so với các chất hấp thụ khác và các phương pháp khác:

- Giá thành rẻ tiền, dễ kiếm như: thantro bay, than nâu, than hoạt tính, đất sét, mùn cưa, vỏ tôm, cua, bã mía, xơ dừa, vỏ trấu, vỏ lạc…

- Khả năng hấp phụ các kim loại nặng cao, có khả năng tái sử dụng Không

để lại sản phẩm phụ có hại cho môi trường

- Có thể ứng dụng vào thực tiễn Bởi vì trong công nghệ tính đơn giản, ổn định, giá thành và hiệu quả là quan trọng hơn cả

Cùng với những ưu điểm trên, cho tới nay rất nhiều tác giả đã công bố các công trình nghiên cứu của mình về các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên trong lĩnh vực này

Từ lâu than hoạt tính được coi là một trong những chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Chúng có lỗ xốp bé, bề mặt riêng của than dao động trong khoảng 300-1000 m2/g còn đường kính lỗ từ 30 -90 A020 Chính vì vậy nên than hoạt tính được ứng dụng nhiều trong quá trình xử lí dòng chảy, xử lí nguồn nước uống, thu hồi dung môi, xử lí không khí, xử lí tách loại các ion kim loại nặng trong nước thải, hấp phụ các chất màu, các chất hữu cơ độc hại [2]

Aggar wal [24] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của than có nguồn gốc từ tro bay và than hoạt tính dạng hạt trong việc tách loại Cr(III) và Cr(VI) trong dung dịch nước thải Kết quả thực nghiệm thu được như sau: ở pH=5 dung lượng hấp phụ Cr(III) và Cr(VI) của than hoạt tính dạng hạt lần lượt là 13,3mg/g

và 69,1mg/g, cũng ở pH=5 dung lượng hấp phụ của Cr(III) và Cr(VI) của than

có nguồn gốc từ tro bay bằng 7,1mg/g và 33,9mg/g

c Than tro bay

Là một loại vật liệu rắn được thải ra từ các nhà máy nhiêt điện Hiện nay,

do sự phát triển mạnh trên khắp thế giới của việc sản xuất các loại năng lượng điện tử từ các nhà máy nhiệt điện, điều đó đã tạo ra một trữ lượng lớn tro bay nên việc nghiên cứu sử dụng làm vật liệu xử lý môi trường được quan tâm của nhiều nhà khoa học

d Chitin và Chitosan

Chitin là một polisacarit có có sẵn trong tự nhiên, đứng hàng thứ hai sau Cellulose chúng có trong hầu hết vỏ động vật giáp xác như tôm, mai cua, mai mực, màng tế bào hệ nấm Eumgceter, các sinh khối nấm mốc, tảo …vv Chitin cũng là sản phẩm phế thải của nghành công nghiệp chế biến thuỷ sản Năm

1990, Onsoyen và Skangrud nhận thấy hàng năm có khoảng hơn 40.000 tấn

Chitin được thải ra Đối với thực vật thành phần quan trọng là Cellulose thì đối với động vật không xương sống thành phần quan trọng là Chitin

Chitosan là sản phẩm deaxetyl hoá của chitin trong môi trường kiềm Chitin, chitosan và các dẫn xuất của chúng có các tính chất như kháng nấm, kháng khuẩn, không độc, không gây dị ứng, có thể tự phân huỷ sinh học và chúng có khả năng hấp phụ kim loại nặng

Với đặc điểm về địa lý kinh tế, khí hậu ở nước ta phù hợp cho phát triển ngành công nghiệp nuôi trồng, chế biến thuỷ sản Trữ lượng chitin vô cùng phong phú và đa dạng Từ đó có thể điều chế tổng hợp một lượng lớn Chitosan

để sử dụng vào xử lý môi trường

Có rất nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng Chitosan cho quá trình xử

lý nước thải của nghành công nghiệp dệt nhuộm, mạ điện, thuộc da vv

Marucca và các cộng sự 1982 đã kiểm tra sự hấp phụ Crom trong các điều kiện khác nhau [23] Các cộng sự [24] đã kiểm tra khả năng làm giàu Pb, crom(III) bởi chitin và chitosan Các nghiên cứu gần đây cho thấy chitin và chitosan hấp phụ các ion Cu, Ni, Zn, Cd…rất tốt

Ruey-Shin juang, Ruey-Chang Shiau [43] đã sử dụng chitosan dạng màng

để loại bỏ các ion kim loại Cr, Cu,Co,Ni ra khỏi dung dịch Kết quả cho thấy khả năng loại Cu đạt hiệu quả cao hơn so với các kim loại khác Tuy nhiên việc loại các kim loại khác trong môi trường axit (pH < 6) cũng có thể đạt hiệu quả cao nếu ta đưa thêm vào dung dịch một lượng chitosan gấp 6 đến 10 lần lượng ban đầu

Nhược điểm lớn nhất khi sử dụng Chitosan làm chất hấp phụ là tính dễ tan trong dung dịch axit loãng, đặc biệt là axit hữu cơ như axit axetic Do đó, trong nhiều trường hợp người ta đã biến đổi nó để làm tăng độ bền trong các môi trường khác nhau, hoặc bằng cách biến tính Chitosan tạo ra loại vật liệu hỗn hợp nhằm tạo khả năng hấp phụ các kim loại nặng cao để ứng dụng trong vịêc

xử lý môi trường

Tác giả Nguyễn Xuân Trung, Phạm Hồng Quân, Vũ Thị Trang đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) và Cr(III) trên vật liệu chitosan biến tính [16], cho

thấy có khả năng sử dụng chitosan biến tính để tách loại Cr(VI) và Cr(III) khỏi nguồn nước thải và sử dụng dung dịch HCl 3M rửa giải để tái sử dụng vật liệu hấp phụ Tác giả đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) và Cr(III) của vật liệu như pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ Cr(VI) và Cr(III) ban đầu, nồng độ chất điện li Dựa vào đường đẳng nhiệt Langmuir, tác giả đã tìm được dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cr(VI) là 172,41mg/g và Cr(III) là 17,09mg/g

e Bã mía

Bã mía là sản phẩm phụ chủ yếu của nhà máy đường Nó được nghiên cứu, sử dụng như một loại vật liệu lọc chất bẩn từ dung dịch nước và có chức năng như than hoạt tính trong việc loại bỏ Cr(VI)

Bã mía coi đây là một nguồn nguyên dồi dào, rẻ tiền đối với quá trình xử

lý kim loại nặng có trong nước Bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu [24]

Bã mía sau khi xử lý bằng axit xitric được tác giả [21] ứng dụng làm vật liệu hấp phụ để tách loại Pb2+

từ dung dịch nước Kết quả cho thấy, khả năng hấp phụ tốt ở pH = 6, thời gian đạt cân bằng hấp phụ 90 phút, dung lượng hấp phụ đạt cực đại đối với Pb2+

là 59,17mg/g

g Lõi ngô

Lõi ngô khi được oxi hóa bằng axit nitric cũng được Abdel-Nasser A hendawy[23] chứng minh là một vật liệu có khả năng hấp phụ các kim loại nặng Các phương pháp nghiên cứu như phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét đã cho thấy rằng trên bề mặt vật liệu sau khi xử lý bằng phương pháp này

El-có chứa những nhóm chức như: Cacboxyl, phenyl, hidroxyl nên El-có khả năng hấp phụ các kim loại tốt

Nhóm nghiên cứu ở trường Đại học North Carolina (Hoa Kì) [28] đã tiến hành nghiên cứu và đề suất xử lý lõi ngô bằng dung dịch NaOH và H3PO4 để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng Hiệu quả xử lý của vật liệu hấp phụ tương đối cao, dung lượng hấp phụ cực đại của kim loại Cu và Cd lần lượt là 0,39mmol/g và 0,62 mmol/g

h Mùn cưa

Mùn cưa là một sản phẩm phụ trong quá trình chế biến gỗ, được nghiên cứu sử dụng để hấp phụ kim loại nặng trong nước thải Mạt cưa hấp phụ tốt Cr(III) ở pH=5 và dung lượng hấp phụ đạt 4.10-5

mol ion/1g mạt cưa Thông thường người ta sử dụng mạt cưa đã qua xử lý sơ bộ để loại bỏ tạp chất, sấy khô

để tăng hoạt tính hấp phụ Người ta cũng có thể dùng than hoạt tính chế từ mùn cưa để loại bỏ kim loại nặng tuy hiệu suất xử lý không cao lắm nhưng giá thành

rẻ, dễ kiếm phù hợp với nền kinh tế nước ta

i Vỏ trấu

Vỏ trấu là phụ phẩm của cây lúa, cây lúa đã phát hiện và gieo trồng từ xa

xưa đến nay, là cây lương thực chính trong mục tiêu phát triển nông nghiệp của

Việt Nam để đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu đem

lại giá trị kinh tế cao Thân và lá có thể dùng làm thức ăn cho gia súc, làm chất

đốt Vỏ trấu có thể làm chất đốt, bón cây tăng độ xốp của đất

Ở nước ta, cây lúa được trồng rải rác khắp cả nước, hiện nay diện tích trồng lúa cả nước từ 7,3 dến 7,5 triệu ha, năng suất trung bình 46 ha, sản lượng giao động trong khoảng 34,5 triệu tấn/năm Với sản lượng lúa hàng năm lớn như vậy thì phụ phẩm vỏ trấu càng nhiều đó là nguồn cung cấp vật liệu hấp phụ các kim loại nặng trong xử lý môi trường nước mà đang được nhiều người quan tâm

Vỏ trấu khi được hoạt hóa bằng axit citric đã được nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh và Viện Công nghệ Hóa học TP HCM nghiên cứu [9] chứng minh là một vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại Ni2+

, Cd2+ rất tốt lên tới 40 – 45%

Tóm lại các vật liệu có nguồn gốc từ các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nông nghiệp được ưu tiên nghiên cứu cho mục đích xử lý nước đặc biệt là nước thải công nghiệp Bởi giá thành của các vật liệu này rẻ có thể được ứng dụng ở Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp phát triển

Với mục tiêu tìm kiếm một loại phụ phẩm nông nghiệp có khả năng xử lý hiệu quả các ion kim loại nặng nói chung và với Crom nói riêng, trong những nghiên cứu ban đầu này chúng tôi chọn vỏ trấu biến tính để nghiên cứu hấp phụ crom, tách Crom khỏi nguồn nước thải

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 2.1 Nội dung nghiên cứu

Với mục tiêu đề tài sửdụng phương pháp đo quang để đánh giá khả năng hấp phụ Crom của vỏ trấu Trong luận văn này chúng tôi tập trung nghiên cứu sâu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện xác định Crom bằng phương pháp đo

độ hấp thụ quang của phức màu giữa Cr(VI) với thuốc thử Điphenylcarbazid

- Chế tạo vật liệu hấp phụ vỏ trấu biến tính

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Cr(VI), Cr(III)

- Nghiên cứu ảnh hưởng các điều kiện pH, nồng độ của chất bị hấp phụ, thời gian và ảnh hưởng của các ion kim loại đến khả năng hấp phụ của vật liệu

- Áp dụng xử lý mẫu thực tế

2.2 Máy móc - dụng cụ

* Các máy móc sử dụng bao gồm:

- Hệ thống máy đo quang (Secil.1011- Anh), máy lắc(HY - 4 - TQ), máy

đo pH (Sphott lab 850)

- Máy quang phổ hồng ngoại GX- PerkinElemer-USA

- Kính hiển vi điện tử quét được thực hiện trên máy JFM – 5410 LV của hãng YEOL – Nhật Bản

- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt các loại : 50 ; 100; 250; 500; và 1000ml

- Bình tam giác, phễu lọc, ống nghiệm, ống đong

- Bếp điện, tủ sấy

+ Dung dịch H2SO4 6N được pha từ H2SO4 99%

+ Dung dịch HCl 3N được pha từ HCl 37%

+ Dung dịch NaOH 10% được pha từ NaOH rắn tinh khiết

+ Các dung dịch cation dùng để khảo sát sự ảnh hưởng như: K+, Na+, Fe3+,

Cu2+, Ni2+, Cd2+, Mg2+, Zn2+, Mn2+, Pb2+, Ca2+… đều được chuẩn bị từ các loại hoá chất tinh khiết

+ Tất cả các dung dịch đều được pha bằng nước cất 2 lần, các dung dịch loãng được pha hàng ngày trước khi dùng

+ Vỏ trấu được xử lý với nước cất 2 lần và HCHO

2.4 Điều chế vật liệu hấp phụ vỏ trấu

- Chuẩn bị vỏ trấu

Cân 0,5 kg vỏ trấu rửa sạch, đun với nước cất 2 lần ở nhiệt độ 300C, thời gian 5giờ, đem sấy ở nhiệt độ 800C thời gian 24 giờ Sau đó nghiền nhỏ với kích

thước = 0,3 mm, đem sấy lại và bảo quản trong bình hút ẩm ta được vật liệu

vỏ trấu (VL1)

- Chuẩn bị vỏ trấu biến tính với HCHO

Lấy vỏ trấu rửa sạch đun với HCHO với tỉ lệ 200g/l ở nhiệt độ 300C, thời gian 5giờ, rửa sạch hết HCHO bằng nước cất, đem sấy ở nhiệt độ 800C thời gian

24 giờ, nghiền nhỏ với kích thước = 0,3 mm, đem sấy lại và bảo quản trong bình hút ẩm ta được vật liệu VL2

2.5 Khảo sát các yếu tố pH, thời gian và dung lƣợng hấp phụ

2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ

Chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Cr(VI)

và Cr(III) trong dung dịch có pH khác nhau

Lấy các bình nón, cho vào mỗi bình 0,2 gam vật liệu vỏ trấu, thêm vào đó 100ml dung dịch ion kim loại Cr(VI) trong dung dịch có các giá trị pH = 1  8

và dung dịch Cr(III) trong dung dịch có các giá trị pH = 1  6 Tất cả các mẫu đều được lắc với cùng tốc độ 150 vòng/ phút trong thời gian 4 giờ ở nhiệt độ phòng thí nghiệm Sau đó đem lọc lấy dung dịch trong đem xác định nồng độ Crom còn lại bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Điphenylcarbazid (ĐPC) Từ đó chúng tôi tìm được dung lượng hấp phụ của Cr(VI) và Cr(III) ở các giá trị pH khác nhau

2.5.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ

Để xác định được thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu, chúng tôi cho vào mỗi bình tam giác 0,2 gam vật liệu Cho vào đó 100 ml dung dịch Cr(VI) 20ppm có pH = 1,5 Tất cả các bình được lắc ở tốc độ 150 vòng/ phút ở các khoảng thời gian khác nhau Đem xác định nồng độ Crom còn lại bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Điphenylcarbazid (ĐPC)

2.5.3 Xác định dung lượng hấp phụ theo phương trình Langmuir

Cân 0,2g vật liệu vào bình nón, thêm vào đó 100ml dung dịch của Cr(VI)

ở pH = 1,5 hoặc Cr(III) ở pH = 2 với các nồng độ khác nhau và lắc trong 9 giờ