Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn thạc sĩ với đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+, Cd2+ trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng trong xử lí nước thải xi mạ, cho các bạn tham khảo

1. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+
, Cd2+
trong
nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng trong xử lí nước thải xi mạ”
là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thị Quỳnh Trang, khoa
Khoa học môi trường, trường Đại học Sài Gòn. Các số liệu và kết quả trong đề tài là
trung thực và chưa từng được công bố. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận
văn.
TPHCM, tháng 4 năm 2017
Tác giả luận văn
Huỳnh Thị Thu Trang

2. ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, với lòng biết ơn và sự kính trọng sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
ThS. Nguyễn Thị Quỳnh Trang, giảng viên khoa Khoa học môi trường, trường đại học
Sài Gòn đã giúp đỡ định hướng nghiên cứu, tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài, cảm ơn cô đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn và góp
ý để em hoàn thành đề tài này.
Xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Sài Gòn đã cho phép và tạo
điều kiện hỗ trợ kinh phí để em thực hiện đề tài này.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng viên khoa
Khoa học môi trường, các thầy cô cán bộ trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên môi trường,
trường đại học Sài Gòn đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em có thể học tập và nghiên
cứu trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã quan tâm động
viên và đóng góp ý kiến giúp đỡ em hoàn thành đề tài nghiên cứu.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
TPHCM, tháng 4 năm 2017
Tác giả luận văn
Huỳnh Thị Thu Trang

3. iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC..................................................................................................................... iii
BẢN TÓM TẮT ............................................................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................x
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................xv
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu .................................................................................4
3. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................................8
4. Nội dung nghiên cứu...................................................................................................8
5. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu..............9
a. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................9
b. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................9
c. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu...............................................................10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................................11
7. Bố cục đề tài..............................................................................................................12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng ....................................................13
1.1.1. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng ..................................................13
1.1.1.1. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng trên thế giới.......................13
1.1.1.2. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng ở Việt Nam........................13
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng ....................................................14
1.1.2.1. Hoạt động khai thác mỏ.........................................................................14

4. iv
1.1.2.2. Công nghiệp mạ.....................................................................................14
1.1.2.3. Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ..............................................15
1.1.2.4. Qúa trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm .......................................15
1.1.2.5. Công nghiệp luyện kim..........................................................................15
1.2. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cu(II), Cd(II)...............................................16
Giới thiệu về kim loại nặng ..........................................................................16
Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường......16
Giới thiệu về Đồng .......................................................................................17
1.2.3.1. Vai trò của Đồng....................................................................................17
1.2.3.2. Độc tính của Đồng.................................................................................18
Giới thiệu về Cadimi ....................................................................................18
1.2.4.1. Trạng thái thiên nhiên và một vài tính chất đặc trưng...........................18
1.2.4.2. Độc tính của Cadimi ..............................................................................18
1.3. Một số phương pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng .......................19
1.3.1. Phương pháp kết tủa .....................................................................................19
1.3.2. Phương pháp trao đổi ion .............................................................................20
1.3.3. Phương pháp điện hóa ..................................................................................20
1.3.4. Phương pháp oxy hóa – khử.........................................................................20
1.3.5. Phương pháp sinh học ..................................................................................20
1.3.6. Phương pháp hấp phụ ...................................................................................21
1.3.6.1 Khái niệm...............................................................................................21
1.3.6.2 Kỹ thuật hấp phụ....................................................................................24
1.3.6.2.1. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh.........................................................24
1.3.6.2.2. Hấp phụ trong điều kiện động .......................................................25
1.3.6.3 Qúa trình hấp phụ động trên cột ............................................................25

5. v
1.3.6.4 Qúa trình chuyển khối trong cột ............................................................27
1.3.6.5 Phương trình tính toán hấp phụ động trên cột hấp phụ .........................28
1.3.6.6 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt ...........................................................30
1.3.7. Một số phương pháp khác ............................................................................33
1.4. Một số phương pháp định lượng kim loại ............................................................34
1.4.1. Phương pháp phân tích thể tích ....................................................................34
1.4.2. Phương pháp trắc quang ...............................................................................34
1.4.3. Phương pháp phổ nguồn Plasma cao tần ghép nối khối phổ (ICP – MS)......35
1.4.3.1. Nguyên tắc chung của phương pháp......................................................36
1.4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP – MS.......................................37
1.5. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc cellulose.........................................37
1.5.1. Đặc tính vật liệu lignocellulose ....................................................................37
1.5.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp sử dụng vật liệu lignocellulose làm vật liệu
hấp phụ..................................................................................................................38
1.5.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bằng vật liệu
lignocellulose........................................................................................................40
1.5.3.1. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc..........................................................40
1.5.3.2. Ảnh hưởng của pH.................................................................................40
1.5.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn .........................................................41
1.5.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố khác .......................................................42
1.5.4. Một số nghiên cứu sử dụng vật liệu lignocellulose làm vật liệu hấp phụ ....42
1.6. Cơ sở lý thuyết của phương pháp biến tính vật liệu lignocellulose......................44
1.6.1. Tổng quan về phương pháp biến tính vật liệu lignocellulose ......................44
1.6.2. Biến tính vật liệu lignocellulose bằng axit citric..........................................45
1.6.3. Một số nghiên cứu biến tính vật liệu lignocellulose bằng axit citric ...........46
1.6.4. Ưu và nhược điểm của VLHP có nguồn gốc cellulose ................................47

6. vi
1.7. Tổng quan về vật liệu hấp phụ - bã trà .................................................................48
1.7.1. Giới thiệu chung về cây chè .........................................................................48
1.7.2. Đặc điểm sinh hóa của cây trà......................................................................49
1.7.3. Tổng quan về bã trà ......................................................................................50
1.7.4. Ứng dụng bã trà trong xử lý môi trường ......................................................51
1.8. Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm..........................................................55
1.8.1. Phương pháp phổ hồng ngoại FT – IR .........................................................55
1.8.2. Phương pháp đo điện tích bề mặt riêng (BET).............................................56
1.8.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).....................................................56
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất................................................................................58
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ...........................................................................................58
2.1.2. Hóa chất........................................................................................................58
2.2. Chế tạo và khảo sát một số đặc trưng cấu trúc vật liệu hấp phụ...........................59
2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit citric .........................................................62
2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bã trà:axit citric ......................................................62
2.5. So sánh khả năng hấp phụ của bã trà nguyên liệu và VLHP................................63
2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cu2+
, Cd2+
của vật liệu
hấp phụ theo phương pháp hấp phụ tĩnh...............................................................63
2.6.1. Ảnh hưởng của pH........................................................................................63
2.6.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ................................................................64
2.6.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ ................................................64
2.6.4. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu..................................................................65
2.6.5. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng
nhiệt của Langmuir, Freundlich............................................................................66

7. vii
2.7. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+
, Cd2+
của vật liệu hấp phụ theo phương pháp
hấp phụ động.........................................................................................................66
2.7.1. Thiết kế cột hấp phụ .....................................................................................66
2.7.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy ..............................................69
2.7.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ......................69
2.7.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng VLHP.............................................69
2.7.5. Tính toán các hằng số hấp phụ động trên cột...............................................69
2.7.6. Nghiên cứu quá trình giải hấp phụ trên cột và tái sử dụng vật liệu..............70
2.7.6.1. Nghiên cứu giải hấp vật liệu..................................................................70
2.7.6.2. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu .............................................71
2.7.7. Nghiên cứu xử lí thử mẫu nước thải xi mạ chứa Cu(II) bằng VLHP từ bã trà
biến tính................................................................................................................71
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả khảo sát một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu hấp phụ.........................73
3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit citric.............................................77
3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ bã trà:axit citric .........................................78
3.4. Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của bã trà nguyên liệu và VLHP...................80
3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion Cu2+
, Cd2+
cuả vật liệu hấp phụ theo phương pháp hấp phụ tĩnh...........................................81
3.5.1. Ảnh hưởng của pH ..........................................................................................81
3.5.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc...................................................................82
3.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ...................................................85
3.5.4. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ...........................................87
3.6. Kết quả xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ theo mô hình hấp phụ
đẳng nhiệt của Langmuir và Freundlich ...............................................................88
3.6.1. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir...........................................................88

8. viii
3.6.2. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .........................................................90
3.7. So sánh khả năng hấp phụ Cu(II) và Cd(II) của bã trà biến tính và các VLHP được
biến tính khác........................................................................................................93
3.8. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion Cu2+
, Cd2+
cuả vật liệu hấp phụ theo phương pháp hấp phụ động .........................................96
3.8.1. Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy....................................................................96
3.8.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ...........................................98
3.8.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ...................................................99
3.8.4. Kết quả tính toán các hằng số hấp phụ động trên cột ...................................100
3.9. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ............................102
3.9.1. Giải hấp vật liệu sau khi hấp phụ các ion kim loại .......................................102
3.9.2. Kết quả nghiên cứu khả năng tái sinh vật liệu ..............................................105
3.10. Kết quả nghiên cứu xử lí thử mẫu nước thải xi mạ chứa Cu(II).........................107
3.10.1. Xử lí theo phương pháp hấp phụ tĩnh .........................................................107
3.10.2. Xử lí theo phương pháp hấp phụ động........................................................108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận........................................................................................................................111
Kiến nghị .....................................................................................................................114
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................115
PHỤ LỤC ....................................................................................................................133
Phụ lục 1 - Một số hình ảnh khi tiến hành thực nghiệm ............................................133
Phụ lục 2 - Đặc tính của vật liệu bã trà biến tính axit citric ........................................136
Phụ lục 3 - Một số số liệu thực nghiệm.......................................................................141

9. ix
BẢN TÓM TẮT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+
, Cd2+
TRONG NƯỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ BÃ TRÀ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI XI MẠ
Mã số: SV2016-30
1. Vấn đề nghiên cứu (vấn đề, tính cấp thiết)
Nước thải từ quá trình mạ kim loại không được xử lí, qua thời gian tích tụ, sẽ tồn
đọng trong cơ thể và gây ra các tác động nguy hại đến sức khỏe con người. Do đó, cần
tìm kiếm một phương pháp xử lí vừa tiết kiệm, vừa thân thiện với môi trường.
2. Mục đích nghiên cứu/mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu nhằm tìm kiếm một hướng mới sử dụng sinh khối thực vật làm vật liệu
hấp phụ hiệu quả, giá thành thấp, thân thiện với môi trường trong việc tách loại các ion
Cu(II) và Cd(II) trong môi trường nước.
3. Nhiệm vụ/nội dung nghiên cứu/câu hỏi nghiên cứu
Thu gom, chế tạo và phân tích cấu trúc đặc trưng cũng như tiến hành khảo sát một số
đặc tính của vật liệu hấp phụ chế tạo được, qua đó nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng
đến hiệu quả xử lý các ion kim loại Cu(II) và Cd(II) theo phương pháp hấp phụ động và
hấp phụ tĩnh, từ đó ứng dụng vật liệu chế tạo được trong xử lí thử mẫu nước thải xi mạ.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR; kính
hiển vi điện tử quét (SEM); đo diện tích bề mặt (BET); quang phổ plasma cao tần ghép
nối khối phổ ICP-MS.
5. Kết quả nghiên cứu
Đưa ra được quy trình và phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ, phân tích được một
số đặc điểm bề mặt, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ theo hai phương pháp
tĩnh và động. Khi ứng dụng trong xử lí thử mẫu nước thải xi mạ, cho kết quả đạt tiêu
chuẩn loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT.

10. x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1 Bảng 1.1. Thành phần hóa học của trà 49
2 Bảng 1.2. Thành phần hóa học của bã trà 51
3 Bảng 3.1. Diện tích bề mặt riêng của bã trà nguyên liệu và VLHP 74
4 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến hiệu suất hấp phụ 77
5 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ bã trà:axit citric đến hiệu suất hấp phụ 79
6 Bảng 3.4. So sánh khả năng hấp phụ của bã trà nguyên liệu và VLHP 80
7 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 81
8
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp
phụ Cu(II)
83
9
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp
phụ Cd(II)
83
10
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP đến hiệu suất
hấp phụ
85
11
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hấp
phụ
87
12 Bảng 3.10. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 89
13 Bảng 3.11. Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b 90
14
Bảng 3.12. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich đối
với Cu(II)
91
15
Bảng 3.13. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich đối
với Cd(II)
91
16 Bảng 3.14. Các hằng số theo mô hình hấp phụ của Freundlich 92
17
Bảng 3.15. Điều kiện tối ưu được khảo sát trong quá trình hấp phụ các
ion Cu2+
và Cd2+
trong dung dịch theo phương pháp hấp phụ tĩnh
94
18
Bảng 3.16. So sánh khả năng hấp phụ của bã trà biến tính với một số
VLHP khác
95

11. xi
19
Bảng 3.17. Các kết quả thực nghiệm khi khảo sát quá trình hấp phụ
động trên cột
101
20 Bảng 3.18. Các hằng số hấp phụ động trên cột 102
21
Bảng 3.19. Hiệu suất hấp phụ Cu(II) và Cd(II) ứng với VLHP mới,
VLHP sau 3 lần tái sinh
107
22
Bảng 3.20. Kết quả tách loại Cu(II) khỏi nước thải xi mạ theo phương
pháp hấp phụ tĩnh
107
23
Bảng 3.21. Kết quả tách loại Cu(II) khỏi nước thải xi mạ theo phương
pháp hấp phụ động
108
24
Bảng 3.22. So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán và theo thực nghiệm
trên mẫu nước thải xi mạ chứa Cu(II)
109
DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
1 Hình 1.1. Mô hình cột hấp phụ 26
2
Hình 1.2. Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ trên cột hấp phụ
theo thời gian
27
3 Hình 1.3. Qúa trình chuyển khối trong cột hấp phụ 27
4 Hình 1.4. Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 31
5 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 31
6 Hình 1.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 32
7 Hình 1.7. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf 33
8 Hình 1.8. Cấu trúc của phân tử cellulose 37
9 Hình 1.9. Phản ứng este hóa giữa cellulose và axit citric 46
10 Hình 1.10. Camellia sinensis 48
11 Hình 2.1. Bã trà thô và bã trà chưa biến tính 60
12 Hình 2.2. Bã trà biến tính với axit citric (VLHP) 60
13 Hình 2.3. Quy trình chế tạo VLHP từ bã trà 61
14
Hình 2.4. Sơ đồ mô hình nghiên cứu theo phương pháp hấp phụ động
trên cột
68

12. xii
15
Hình 2.5. Mô hình nghiên cứu thực tế theo phương pháp hấp phụ động
trên cột
68
16
Hình 3.1. Hình thái học bề mặt của bã trà nguyên liệu qua ảnh chụp
SEM
73
17 Hình 3.2. Hình thái học bề mặt của bã trà biến tính qua ảnh chụp SEM 73
18 Hình 3.3. Phổ hồng ngoại cũa bã trà chưa biến tính 75
19 Hình 3.4. Phổ hồng ngoại cũa bã trà biến tính (VLHP) 76
20
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến hiệu
suất hấp phụ của VLHP
78
21
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ bã trà:axit citric đến
hiệu suất hấp phụ của VLHP
79
22
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ
của VLHP
81
23
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian
tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) của VLHP
84
24
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian
tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ Cd(II) của VLHP
84
25
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu
suất hấp phụ Cu(II)
86
26
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu
suất hấp phụ Cd(II)
86
27
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu
suất hấp phụ các ion Cu2+
và Cd2+
88
28
Hình 3.13. Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir đối với Cu(II)
và Cd(II)
90
29
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf của Cu(II)
và Cd(II)
90
30
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của logq vào logCf trong quá
trình hấp phụ ion Cu(II) và Cd(II) của VLHP
92

13. xiii
31
Hình 3.16. Đường cong thoát của Cu(II) tại các tốc độ dòng chảy khác
nhau, Co = 50 mg/l, pH = 5, Z = 7,2 cm, khối lượng VLHP m = 1,5 g
96
32
Hình 3.17. Đường cong thoát của Cd(II) tại các tốc độ dòng chảy khác
nhau, Co = 50 mg/l, pH = 6, Z = 7,2 cm, khối lượng VLHP m = 1,5 g
97
33
Hình 3.18. Đường cong thoát của Cu(II) với các nồng độ ban đầu khác
nhau, tốc độ dòng vào 2 ml/phút, pH = 5, Z = 7,2 cm, khối lượng
VLHP m = 1,5 g
98
34
Hình 3.19. Đường cong thoát của Cd(II) với các nồng độ ban đầu khác
nhau, tốc độ dòng vào 2 ml/phút, pH = 6, Z = 7,2 cm, khối lượng
VLHP m = 1,5 g
98
35
Hình 3.20. Đường cong thoát của Cu(II) ở các lượng VLHP khác
nhau, Co = 50 mg/l, pH = 5, tốc độ dòng vào 2 ml/phút
99
36
Hình 3.21. Đường cong thoát của Cd(II) ở các lượng VLHP khác
nhau, Co = 50 mg/l, pH = 6, tốc độ dòng vào 2 ml/phút
100
37 Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn t = f(Z) tại C/Co = 0,04 và C/Co = 0,001 101
38
Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cu(II) bằng HNO3 ở các
tốc độ dòng khác nhau
103
39
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cd(II) bằng HNO3 ở các
tốc độ dòng khác nhau
103
40 Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cu(II) bằng axit citric 104
41 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cd(II) bằng axit citric 105
42
Hình 3.27. Đường cong thoát của Cu(II) ứng với VLHP mới và vật
liệu tái sinh
106
43
Hình 3.28. Đường cong thoát của Cd(II) ứng với VLHP mới và vật
liệu tái sinh
106
44
Hình 3.29. Kết quả xử lí nước thải xi mạ chứa Cu(II) với Co = 69,842
mg/l, tốc độ dòng vào 2 ml/phút, pH = 5, Z = 7,2 cm, khối lượng
VLHP = 1,5 g
109

14. xiv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ nguyên gốc
BET Brunauer – Emmet – Teller (phương pháp đo diện tích bề mặt riêng)
BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường
EDX X - quang phân tán năng lượng
FTIR
Fourier transform infrared spectroscopy
(quang phổ hồng ngoại)
ICP - AES
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy
(quang phổ phát xạ nguyên tử)
ICP - MS
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
(khối phổ plasma cảm ứng)
ICP - OES
Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy
(phổ phát xạ nguyên tử ghép nối cảm ứng cao tần)
JECFA
Joint FAO/WHO Expert Commitee on Food Additives
(Uỷ ban chuyên gia về phụ gia thực phẩm)
KLN Kim loại nặng
M1,M4 Bã trà biến tính bằng axit citric
M2,M3 Bã trà chưa biến tính
MS Mass Spectrometry (phương pháp khối phổ)
ppm parts per million (phần triệu)
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SEM Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét)
STL Spent Tea Leaves ( Lá trà qua sử dụng)
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TIMS Thermal Ionization Mass Spectrometry ( Khối phổ ion hóa nhiệt)
TW Bã trà
VLHP Vật liệu hấp phụ
WHO World Health Organization (Tổ chức Y tế thế giới)

15. xv
Thông tin kết quả nghiên cứu: Đề tài này được thực hiện ở phòng thí nghiệm
khoa Khoa học môi trường, Trung tâm kỹ thuật tài nguyên môi trường của Trường đại
học Sài Gòn.

16. 1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nước từ lâu là một tài nguyên thiên nhiên quý giá, là thành phần chủ yếu của môi
trường sống, quyết định sự thành công trong các chiến lược, kế hoạch phát triển kinh tế
- xã hội, quốc phòng, an ninh quốc gia. Ngày nay, với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ
thuật, với tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực
ngày càng nặng nề đối với nguồn tài nguyên nước. Thực tế hiện nay, tình trạng quy
hoạch các khu đô thị chưa gắn liền với vần đề xử lý chất thải, hầu hết nước thải từ các
nhà máy, các cơ sở sản xuất tại các khu công nghiệp, khu chế xuất chỉ được xử lí sơ bộ,
thậm chí thải trực tiếp ra môi trường, hậu quả là gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm
trọng.
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước khá phong phú, nhưng ngày nay tình trạng
suy thoái nước và ô nhiễm nguồn nước đang phổ biến không chỉ ở nông thôn mà còn ở
các khu vực đô thị cũng như các thành phố lớn. Không ít nguồn nước do tác động của
con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh,
nhất là các chất độc hại như kim loại nặng. Các kim loại nặng đang được đặc biệt quan
tâm do khả năng tồn lưu lâu dài của chúng trong môi trường (Wasewar, 2010), cùng với
các độc tính và sự đe dọa của chúng đến đời sống của sinh vật và con người [42]. Hầu
hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự
phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép
chúng lại thường có độc tính cao, gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khỏe
con người và sinh vật [27]. Các ngành công nghiệp mạ điện, sản xuất pin, sơn, giấy, bột
màu, nhiên liệu, vật liệu ngành nhiếp ảnh, sản xuất thuốc nổ và các ngành công nghiệp
gia công kim loại đã thải ra một lượng lớn các kim loại nặng, trong đó bao gồm các ion
đồng (Cu), và cadimi (Cd) trong nước thải của chúng [62], [134].
Đồng và Cadimi là các kim loại nặng gây độc khi ở nồng độ thấp [155]. Đồng là
kim loại được biết đến từ xa xưa và được thừa nhận là một trong những kim loại hữu
ích cho con người. Tuy nhiên, bằng cách xâm nhập vào cơ thể người qua đường tiêu
hóa, qua da và qua đường hô hấp, lượng đồng trong cơ thể trở nên dư thừa gây ra các
triệu chứng như buồn nôn, nặng hơn là phá hủy gan, thận, thậm chí có thể gây tử vong

17. 2
(Baum, 1982). Cadimi là một trong những kim loại nặng độc hại nhất đe dọa môi trường
(Volesky và Holan, 1995; Yang và Volesky, 1999). Cadimi xâm nhập vào môi trường
qua nước thải và phát tán ô nhiễm do xâm nhiễm từ phân bón... Cadimi là kim loại nặng
bền trong tự nhiên, gây độc khi ở nồng độ thấp có thể gây rối loạn chức năng thận cho
người lớn, nhuyễn xương và sinh sản kém (Han và cộng sự, 2009). Nước thải ngành
công nghiệp mạ kim loại là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng
trong nước. Ngành công nghiệp mạ điện tiêu thụ và thải ra một lượng lớn nước thải,
chứa các kim loại nặng như niken, crom, đồng, kẽm, chì, bạc... tùy theo kim loại của lớp
mà và cũng tùy theo các loại muối kim loại đang được sử dụng mà nước thải có thể chứa
các độc tố như xianua, hydrogen sulfide, amoniac, dầu mỡ và chất rắn lơ lửng. Đặc tính
nước thải mạ điện là khác nhau giữa các nhà máy phụ thuộc vào loại mạ và phương pháp
áp dụng để xử lý (Mathew, 2008). Do trong nước thải có chứa một hàm lượng lớn kim
loại nặng, nếu không được xử lí đúng cách, khi thải ra môi trường, chúng không bị phân
hủy mà sẽ tồn đọng, tích tụ trong môi trường thiên nhiên, gây ra các tác động nguy hại
đến đời sống sinh vật và sức khỏe con người. Vì vậy, việc xử lí các ion kim loại, đặc
biệt là Cu(II) và Cd(II) từ nước thải xi mạ trước khi thải chúng ra môi trường là vấn đề
cấp thiết không chỉ trong nghiên cứu khoa học mà cả trong sản xuất công nghiệp
(Dwivedi và Rajput, 1970).
Từ những tác hại mà các kim loại nặng gây nên, trên thực tế, đã có nhiều phương
pháp khác nhau nhằm tách loại kim loại nặng ra khỏi môi trường nước, một số phương
pháp phổ biến như: phương pháp kết tủa hóa học [106], trao đổi ion [41], hấp phụ [80],
[103], [137], thẩm thấu ngược [122], [153], lọc nano [81], [125], [126], [130], keo tụ
[75], tạo bông [66], [73], tuyển nổi [113] ... Các phương pháp trên thường gặp phải một
số nhược điểm chung là giá đầu tư và chi phí vận hành cao, yêu cầu một lượng lớn hóa
chất để khử, trung hòa và kết tủa, ngoài ra còn tạo ra một lượng lớn bùn thải khó phân
hủy đòi hỏi phải có các bước xử lí tiếp theo (Peters và cộng sự, 1985; Spearot và Peck,
1984). Phương pháp hấp phụ đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả trong
việc xử lí nước thải công nghiệp, với các ưu điểm như xử lí hiệu quả kim loại nặng ở
nồng độ thấp, thiết kế đơn giản, chi phí đầu tư thấp, dễ vận hành, ít tốn diện tích và đặc
biệt không phát sinh bùn thải trong quá trình xử lí [70], [74], [123]. Than hoạt tính là
vật liệu hấp phụ được sử dụng khá phổ biến bởi khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng,

18. 3
tuy nhiên do giá thành cao và tổn thất khoảng 10 – 15% trong quá trình tái sinh vật liệu
nên hạn chế được sử dụng ở các nước đang phát triển (Ho và cộng sự, 2005). Vì vậy,
việc tìm kiếm một vật liệu hấp phụ thay thế vừa hiệu quả vừa kinh tế là một điều cần
thiết. Hấp phụ bằng vật liệu sinh học là một công nghệ thay thế trong xử lý nước thải
dựa trên đặc tính của các loại sinh khối khác nhau ở dạng chết để liên kết với kim loại
nặng trong nước (Veglio và Beolchini, 1997). Hiện tượng hấp phụ này có thể giải thích
là do có các loại tương tác vật lý và hóa học khác nhau giữa các nhóm chức có mặt ở
thành tế bào của sinh khối và kim loại nặng trong dung dịch (Trần Lệ Minh, 2012). Việc
sử dụng các vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, từ các phụ phẩm
nông nghiệp như: vỏ lạc [59], [25], bã mía [45], [46], [47], vỏ trấu [38], [101], [124],
[159], [161], xơ dừa [165], lá cây chè [35], [42] ... đã được nhiều tác giả trong nước và
trên thế giới nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng tách kim loại nặng ra khỏi dung dịch.
Các nhà nghiên cứu đã xác định được sự hiện diện của các thành phần và đặc tính khác
nhau trong sinh khối của chúng, những vật liệu này có khả năng hấp thu ion kim loại do
có một số nhóm chức của protein, polysacarit, lignin và xenlluloza (Hasar, 2003). Các
nhóm chức này trong cấu trúc của chúng chứa các thành phần có khả năng liên kết với
các ion kim loại, vì vậy việc sử dụng các loại vật liệu này trong xử lí môi trường đã và
đang được áp dụng khá rộng rãi.
Trà (chè) là loại lá khô, đã qua chế biến và được tiêu thụ với số lượng lớn trên thế
giới (Bajpai và Jain, 2010; Zuorro và cộng sự, 2013), là loại thức uống phổ biến được
tiêu thụ đứng hai sau nước. Theo ước tính khoảng 18 đến 20 tỷ tách trà được uống mỗi
ngày [48]. Việt Nam được xem là “cái nôi” của ngành chè thế giới, có nền văn hóa trà
lâu đời [12]. Hiện nay, cả nước có 34 tỉnh, thành phố có diện tích đất canh tác để trồng
chè với phạm vi phân bố khá rộng [30]. Theo Hiệp hội Chè Việt Nam (2015) [48], đến
năm 2014 cả nước hiện có khoảng 128.000 ha đất trồng chè, đứng thứ 5 trên thế giới,
sau Trung Quốc, Ấn Độ, Kenya và Srilanka về xuất khẩu chè. Với lượng sản xuất và
tiêu thụ lớn như vậy, một lượng lớn bã trà thường bị bỏ đi vào môi trường không qua
xử lí, gây ra vấn đề vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy [127], [135]. Phần
không hòa tan của lá trà bao gồm chủ yếu là cellulose (37%), hemicellulose và lignin
(14%), polyphenols (25%). Theo các phân tích hóa học được báo cáo bởi Harler (1963)
[90], các thành phần này tạo thành gần 80% phần không hòa tan của lá trà. Theo một số

19. 4
nghiên cứu, bã trà được xem như một loại chất hấp phụ mới, là một ví dụ về vật liệu hấp
phụ từ phụ phẩm nông nghiệp, giá thành thấp, được tìm thấy nhiều trong tự nhiên và
thường ít hoặc không yêu cầu thêm các chất hỗ trợ khác (Bajpai và Jain, 2010). Dựa trên
những ưu điểm đó, cùng với đặc điểm nước ta là một nước nông nghiệp, có nguồn phế
thải nông nghiệp dồi dào, thuận lợi cho việc phát triển phương pháp này. Xuất phát từ
những lí do trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+
, Cd2+
trong nước của
vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng trong xử lí nước thải xi mạ” được thực
hiện.
Có rất nhiều phương pháp phân tích hóa lý được sử dụng để phân tích hàm lượng
đồng, cadimi trong các đối tượng môi trường, trong đó có phương pháp quang phổ
plasma ghép nối khối phổ (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometer, ICP-MS).
Hiện nay phương pháp ICP - MS đang được nhiều nước sử dụng để phân tích lượng vết
các kim loại nặng trong các đối tượng khác nhau vì ưu điểm của phương pháp này có
độ nhạy và độ chính xác cao [51], [53], [86], [112], [115]. Ngày nay nó đang có xu
hướng dần thay thế cho phương pháp khối phổ ion hóa nhiệt (Thermal Ionization Mass
Spectrometry, TIMS) là phương pháp phân tích đồng vị chủ đạo trong nhiều thập kỷ qua
[52], [93], [104], [142], [174]. Do đó, tôi lựa chọn phương pháp ICP - MS để xác định
hàm lượng các nguyên tố Đồng, Cadimi có trong nước.
2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Ô nhiễm kim loại nặng do nước thải từ các cơ sở công nghiệp gây những tác động
tiêu cực về nhiều mặt đối với con người và hệ sinh thái. Do đó, xử lý nước thải chứa
kim loại nặng là vấn đề cấp thiết nhằm giảm nồng độ kim loại độc hại xuống mức cho
phép trước khi thải ra môi trường. Hiện nay, quá trình xử lý ô nhiễm kim loại trong nước
phổ biến nhất là phương pháp kết tủa hoá học. Đây là phương pháp có thể xử lý được
hầu hết các loại nước thải có chứa kim loại nặng với hiệu quả xử lý khá cao. Tuy nhiên,
phương pháp cần bổ sung một lượng lớn hoá chất vào dòng thải và sinh ra bùn thải có
chứa hàm lượng kim loại cao chưa được thu hồi. Một số phương pháp khác như lọc bằng
màng, trao đổi ion, hấp phụ bằng than,… cũng được áp dụng để xử lý kim loại trong
nước nhưng vật liệu có giá thành cao. Vì vậy, việc nghiên cứu các phương pháp xử lý
khác, sử dụng những vật liệu mới để xử lý hiệu quả vẫn luôn là vấn đề thời sự.

20. 5
Nghiên cứu tách các kim loại trong nước bằng những vật liệu giá thành thấp, trong
đó có các vật liệu tự nhiên là một trong những hướng nghiên cứu mới, thân thiện với
môi trường vì không phải bổ sung các hoá chất khác vào dòng thải nên không gây ra
ảnh hưởng thứ cấp tới môi trường mà còn có thể thu hồi kim loại. Các kết quả của một
số công trình nghiên cứu đã trình bày cho thấy những vật liệu tự nhiên như lá cây, thân
cây, cỏ dại… của một số loài thực vật có sẵn với số lượng phong phú và giá trị kinh tế
thấp có thể được sử dụng như những vật liệu rẻ tiền để hấp phụ kim loại nặng trong
nước mà không gây ô nhiễm thứ cấp là một hướng nghiên cứu mới mang tính lý thuyết
và thực tiễn cao.
Với đặc điểm là một nước nông nghiệp, sản lượng các phụ phẩm nông nghiệp như
mùn cưa, vỏ đỗ, vỏ trấu, rơm.... mỗi năm là rất lớn, các phụ phẩm này chủ yếu được sử
dụng làm thức ăn cho gia súc, phân bón, chất đốt … trong hộ gia đình. Với sản lượng
mỗi năm thu được thì việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp này làm vật liệu hấp phụ
vừa có ý nghĩa về mặt khoa học vừa góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào này
(Bùi Minh Qúy, 2015).
Bã trà đã được nghiên cứu gồm chủ yếu các thành phần là cellulose,
hemicelluloses, lignin, tannin và các protein. Cellulose, hemicelluloses, lignin và tannin
có tiềm năng tốt như loại bỏ kim loại từ nước thải vì chúng có chứa nhóm chức của
cacboxylate, phenolic nhóm hydroxyl và oxyl thơm, có khả năng mạnh về loại bỏ và
hấp phụ hóa học các ion kim loại [6]. Chính từ những ưu điểm đó, trên thực tế, đã có rất
nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước ứng dụng các loại phụ phẩm nông nghiệp nói
chung và bã trà nói riêng làm VLHP các kim loại nặng trong nước.
Những nghiên cứu trên thế giới:
Mahvi và cộng sự (2005) [114] đã nghiên cứu cho thấy bã trà tương tự như hầu hết
các VLHP tự nhiên khác trong việc xử lí kim loại nặng và có khả năng đạt hiệu suất
100% nếu lựa chọn liều lượng VLHP phù hợp. Năm 2011, Shaikh và cộng sự [154] đã
kết luận rằng VLHP từ bã trà có tiềm năng lớn trong việc tách loại Asen, cũng lưu ý
rằng khả năng hấp phụ Asen phụ thuộc rất lớn vào pH và ở giá trị pH = 7, hiệu suất hấp
phụ Asen đạt 92,5%.

21. 6
Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Ni(II) và Zn(II) trong nước
thải tổng hợp bằng VLHP từ bã trà của tác giả Lokendra Singh Thakur và Mukesh
Parmar (2013) [166] đã cho thấy điều kiện tối ưu để hấp phụ Ni(II) bằng bã trà là pH =
5, t = 120 phút, với liều lượng hấp phụ 0,5 g VLHP/100ml dung dịch Ni(II) nồng độ 20
ppm, cho hiệu suất hấp phụ 94%; điều kiện tối ưu cho Cu(II) và Zn(II) với hiệu suất hấp
phụ lần lượt là 89% và 91% là pH = 5, t = 120 phút, với liều lượng hấp phụ 0,5 g
VLHP/100ml dung dịch ion kim loại nồng độ 10ppm.
Về việc xử lí các ion Cu(II) và Cd(II), các tác giả Dwivedi và Rajput (2014) [74]
đã nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion này bằng vật liệu bã trà. Trong nghiên cứu này,
các dung dịch chứa ion kim loại được pha từ CuSO4 và Cd(NO)3, các nồng độ được
khảo sát từ 10 đến 100 ppm. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ Cu(II) cao nhất đạt
được là 89% trong điều kiện tối ưu với pH = 5, thời gian tiếp xúc 120 phút và tỉ lệ bã trà
trong dung dịch nghiên cứu là 0,5 g/100 ml, còn với Cd(II), cũng với lượng VLHP tương
tự, trong khoảng thời gian 120 phút và pH tối ưu là 6, cho hiệu suất hấp phụ cao nhất là
87%.
Năm 2015, tác giả Hanit Kumar Thapak và cộng sự [168] đã nghiên cứu tách loại
Crom và Đồng trong nước thải tổng hợp bằng vật liệu bã trà. Trong nghiên cứu, bã trà
được thu thập từ ga đường sắt Gwalior, Ấn Độ; sau xử lí sơ bộ nghiền đến kích thước
100𝜇m và được hoạt hóa bằng H2SO4. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ
tối đa đạt được là 91% đối với Cu ở điều kiện nồng độ đầu 10 ppm; lượng VLHP 0,6 g;
pH = 4,5 trong khoảng thời gian tiếp xúc là 120 phút, trong điều kiện pH = 7, thời gian
tiếp xúc 40 phút, nồng độ ion kim loại ban đầu 10 ppm, cho hiệu suất hấp phụ là 94%
đối với Crom.
Một số nghiên cứu gần đây cho rằng, việc áp dụng các chất thải từ sinh khối thực
vật chưa được xử lý có thể mang lại một số vấn đề như làm tăng COD, BOD cũng như
TOC trong nước do sự hòa tan của các chất hữu cơ dễ hòa tan trong thực vật. Sự gia
tăng COD, BOD và TOC của nước có thể gây sự suy giảm oxy trong nước, dẫn đến đe
dọa đời sống thủy sinh... Do đó, nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa
các nhóm hydroxyl trên cellulose thành các nhóm chứa axit hoặc thủy phân bằng dung
dịch kiềm và ghép các monome lên sinh khối thực vật [6].

22. 7
Nghiên cứu của tác giả Xiaoping Yang (2013) [186] trong việc sử dụng bã trà biến
tính bằng kiềm như một VLHP mới để loại bỏ Pb (II) trong nước. Nghiên cứu so sánh
cho thấy tỷ lệ loại bỏ Pb (II) trên bã trà biến tính bằng kiềm cao hơn đáng kể so với trên
bã trà chưa biến tính. Nghiên cứu cho thấy rằng pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến
khả năng hấp phụ Pb (II) và pH tối ưu là khoảng 4,5. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là
90 phút, quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc 2. Từ mô hình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại là 64,10 mg/g
ở 25°C.
Ứng dụng công nghệ nano trong xử lí chất thải, năm 2011, tác giả P.
Panneerselvam [136] đã nghiên cứu việc loại bỏ ion Ni (II) trong nước bằng bã trà phủ
oxit nano Fe3O4. Những yếu tố ảnh hưởng tới sự hấp phụ như thời gian tiếp xúc, pH,
nồng độ ban đầu, khối lượng VLHP và nhiệt độ đã được nghiên cứu. Giá trị của hằng
số tốc độ đã được tìm thấy là 1,90 x 10-2
min-1
tại nồng độ Ni (II) là 100 mg/l và ở 303
K. Hiệu suất hấp phụ giảm từ 99% xuống còn 87% khi tăng nồng độ Ni(II) trong dung
dịch tăng từ 50 đến 100 mg/l. Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu suất hấp thụ Ni(II) tăng
khi tăng nhiệt độ từ 303 – 323 K và dung lượng hấp phụ cực đại là 38,3 mg/g.
Những nghiên cứu ở Việt Nam:
Trong nước, việc nghiên cứu về khả năng hấp phụ của bã trà vẫn còn là một vấn
đề khá mới mẻ, chỉ có một số nghiên cứu của nhóm tác giả đại học Thái Nguyên.
Cũng với bã trà biến tính bằng kiềm, nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) trong môi trường
nước bằng bã trà biến tính KOH và ứng dụng xử lí nước thải mạ điện của nhóm tác giả
Đỗ Trà Hương, Đặng Văn Thành (2016) [28] đã chứng minh bã trà biến tính cho hiệu
suất hấp phụ cao, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 150 phút, xác định được dung lượng
hấp phụ cực đại của VLHP đối với các ion Cr(VI) là 52,083 mg/g và khi xử lí thử mẫu
nước thải mạ điện, kết quả cho thấy, khi hấp phụ lần một nồng độ Cr(VI) đã đạt tiêu
chuẩn cho phép đối với nước thải đổ vào các khu vực lấy nước cung cấp cho sinh hoạt.
Kế thừa nghiên cứu của nhóm tác giả Malaysia (2011) [136], nghiên cứu của Đỗ
Trà Hương, Dương Thị Tú Anh (2014) [14] đã chế tạo thành công VLHP bã chè, oxit
nano Fe3O4, oxit từ tính nano Fe3O4 phân tán trên bã chè, xác định được điểm đẳng diện
của vật liệu oxit từ tính nano Fe3O4 phân tán trên bã chè bằng 6,56, điểm đẳng điện của

23. 8
oxit từ tính nano Fe3O4 bằng 6,33 và của bã chè bằng 5,93; Hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
của vật liệu oxit từ tính nano Fe3O4 phân tán trên bã chè cao hơn vật liệu bã chè và vật
liệu oxit từ tính nano Fe3O4, đã lựa chọn vật liệu có tỉ lệ về khối lượng bã trà: Fe3O4 là
5:2 làm vật liệu hấp phụ cho các nghiên cứu tiếp theo.
Nhìn chung, các nghiên cứu trên đã chứng minh bã trà là một VLHP rất tốt trong
việc tách loại kim loại nặng trong môi trường nước. Từ việc sử dung bã trà thô, qua xử
lí sơ bộ để loại bỏ màu và một số nhóm chức không cần thiết, sấy khô và nghiền đến
kích thước phù hợp, bã trà đã có thể sử dụng như một VLHP tốt một số các ion kim loại
nặng, ngoài ra, để nâng cao hiệu suất hấp phụ, việc hoạt hóa bã trà đã được áp dụng.
Tuy nhiên, việc xử lí kim loại nặng bằng vật liệu bã trà biến tính với axit hữu cơ, đặc
biệt là axit citric vẫn chưa có nghiên cứu nào trong nước hay trên thế giới được báo cáo.
Chính vì vậy, từ thực tiễn nghiên cứu trong - ngoài nước và nhu cầu xã hội, kế thừa từ
những kết quả đạt được trong các nghiên cứu trước đây, cùng với tính mới khi nghiên
cứu khả năng hấp phụ của bã trà hoạt hóa bằng axit citric, đề tài “Nghiên cứu khả năng
hấp phụ ion Cu2+
, Cd2+
trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng
trong xử lí nước thải xi mạ” được thực hiện.
3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Mục tiêu chung: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+
, Cd2+
trong
nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng xử lí nước thải xi mạ.
- Mục tiêu cụ thể:
 Nghiên cứu biến tính bã trà bằng axit citric để tạo ra vật liệu có khả năng hấp
phụ tốt các ion kim loại nặng như Cu2+
, Cd2+
trong nước.
 Khảo sát được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ.
 Khảo sát được khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu2+
và Cd2+
trong nước và
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu hấp phụ theo phương
pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động trên cột.
 Ứng dụng sản phẩm vật liệu hấp phụ trong xử lí mẫu nước thải xi mạ.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

24. 9
1. Xây dựng đề cương nghiên cứu và tổng quan tài liệu: Xác định đặc trưng bã trà
thô, đặc điểm và ảnh hưởng của Cu, Cd đến sức khỏe con người, một số phương
pháp xử lí nước thải chứa kim loại nặng hiện nay, tổng quan tình hình nghiên
cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ ở Việt Nam và trên
thế giới.
2. Thu gom và xử lý bã trà, biến tính bã trà bằng phương pháp dùng axit xitric,
khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ, so sánh hiệu suất hấp phụ
Cu(II), Cd(II) của bã trà chưa biến tính và vật liệu hấp phụ.
3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion Cu(II), Cd(II) của
vật liệu hấp phụ theo phương pháp hấp phụ tĩnh: pH, thời gian tiếp xúc, khối
lượng vật liệu, nồng độ ion kim loại trong nước ban đầu, ...
4. Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt và xác định dung lượng hấp phụ các ion
Cu2+
, Cd2+
của vật liệu theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich.
5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các ion Cu(II), Cd(II) của
vật liệu hấp phụ theo phương pháp hấp phụ động, đánh giá khả năng tái sử dụng
vật liệu, khả năng giải hấp phụ vật liệu sau khi hấp phụ các ion Cu2+
, Cd2+
trong
nước.
6. Ứng dụng sản phẩm vật liệu hấp phụ xử lí thử mẫu nước thải xi mạ chứa Cu2+
,
Cd2+
theo hai phương pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động trên cột.
7. Xử lí kết quả thực nghiệm, so sánh kết quả phân tích thu được với tiêu chuẩn
loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT để từ đó rút ra kết luận và các đề xuất.
5. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
a. Đối tượng nghiên cứu:
- Vật liệu: bã trà được thu gom từ các quán trà và các cơ sở sản xuất trà trong địa
bàn TPHCM. Đây là một loại phế phẩm nông nghiệp trong tự nhiên, giá trị kinh
tế thấp.
- Các ion kim loại nặng: Đồng (Cu) và Cadimi (Cd) là những kim loại có độc tính
cao, thường có mặt trong nước thải công nghiệp.
b. Phạm vi nghiên cứu: Quy mô phòng thí nghiệm

25. 10
- Các ion kim loại nặng được nghiên cứu là: Cd2+
, Cu2+
.
- Vật liệu hấp phụ được nghiên cứu là: Bã trà
- Bã trà được lấy từ các quán trà và các cơ sở sản xuất trà trong địa bàn TPHCM.
- Môi trường chứa hai ion kim loại: nghiên cứu môi trường nước.
- Loại nước thải được sử dụng để thăm dò khả năng xử lí của vật liệu hấp phụ:
nước thải ngành công nghiệp xi mạ.
- Địa điểm lấy mẫu nước thải: Lấy mẫu nước thải từ bể thải của phân xưởng gia
công cơ khí, tráng phủ kim loại tại công ty cổ phần sản xuất Đồng Tâm Song
Nguyên - 59/1 Khu Phố 1, phường Đông Hưng Thuận, quận 12, TP.HCM.
- Đề tài được nghiên cứu tại: Trung tâm kỹ thuật Tài nguyên môi trường – Trường
đại học Sài Gòn.
- Nồng độ các ion kim loại Cu(II) và Cd(II) trong dung dịch trước và sau khi hấp
phụ được xác định bằng hệ thống khối phổ plasma cảm ứng AGILENT 7700x
LC – ICP – MS, phép đo được thực hiện tại Trung tâm dịch vụ phân tích thí
nghiệm, sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM.
- Đặc điểm hình thái học của VLHP được khảo sát sử dụng kính hiển vi điện tử
quét (FE-SEM) Hitachi S-4800, hoạt động tại điện thế 3 kV và 1 kV, phép đo
được thực hiện tại Phòng thí nghiệm công nghệ Nano, Trung tâm nghiên cứu
triển khai – Khu công nghệ cao - Lô I3, đường N2, Khu công nghệ cao, quận 9,
TP.HCM.
- Các nhóm chức bề mặt của VLHP được phân tích thông qua máy đo quang phổ
hồng ngoại FTIR – 8400s, phân tích được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu
và triển khai công nghệ bức xạ - 202A đường 11, phường Linh Xuân, quận Thủ
Đức, TPHCM.
- Diện tích bề mặt riêng của vật liệu được xác định theo phương pháp BET trên
máy NOVA 3200e tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano và phân tử
(INOMAR) – khu phố 6, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP.HCM.
c. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
 Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngoài
nước có liên quan đến đề tài.

26. 11
 Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá
trình thực nghiệm.
- Phương pháp thực nghiệm:
 Thu gom và xử lý bã trà.
 Biến tính bã trà bằng phương pháp ướt dùng axit citric.
 Xác định sự có mặt một số nhóm chức đặc trưng của vật liệu hấp phụ bằng
phương pháp phổ hồng ngoại (Fourier transform infrared spectroscopy,
FTIR).
 Xác định độ xốp của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp kính hiển vi điện tử
quét (Scanning Electron Microscope, SEM).
 Phân tích diện tích bề mặt riêng bằng phương pháp Brunauer – Emmet –
Teller, BET.
 Lấy mẫu nước thải theo TCVN 5999:1995.
 Xác định nồng độ ion kim loại trong nước bằng phương pháp phương pháp
quang phổ plasma ghép nối khối phổ (Inductively Coupled Plasma – Mass
Spectrometer, ICP-MS).
 Xử lý kết quả và vẽ đồ thị bằng Excel.
 So sánh kết quả thu được với QCVN 40:2011/BTNMT, cột A – Quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Cung cấp các tư liệu tiếp cận hướng nghiên cứu mới: sử dụng phụ phẩm nông nghiệp
làm vật liệu hấp phụ trong xử lí môi trường, giá thành thấp, thân thiện với môi trường,
ít phải bổ sung hóa chất vào dòng thải, không gây ra các ảnh hưởng thứ cấp đến môi
trường, đồng thời có thể thu hồi kim loại và tái sử dụng vật liệu hấp phụ.
- Xây dựng quy trình và phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã trà biến tính; phân
tích đặc điểm bề mặt, cấu trúc (phổ hồng ngoại, diện tích bề mặt, thành phần nhóm
chức, hình ảnh chụp SEM) của vật liệu hấp phụ từ bã trà.
- Khảo sát được các điều kiện tối ưu để hấp phụ kim loại nặng, làm rõ ảnh hưởng của
một số yếu tố môi trường (pH, thời gian tiếp xúc, nồng độ ion kim loại trong dung
dịch...) đến hiệu quả xử lí Cu(II), Cd(II) khi sử dụng bã trà làm vật liệu hấp phụ theo
phương pháp hấp phụ tĩnh, đồng thời xác định dung lượng hấp phụ của vật liệu.

27. 12
- Nghiên cứu được một số yếu tố (tốc độ dòng chảy, nồng độ ion kim loại ban đầu,
lượng vật liệu hấp phụ) ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ theo phương pháp hấp phụ
động trên cột.
- Đưa ra các kết quả nghiên cứu về hiệu quả hấp phụ, giải hấp phụ và tái sinh vật liệu
sau khi hấp phụ các ion kim loại, góp phần ứng dụng trong kĩ thuật xử lí nước thải.
- Thấy được hiệu quả, khả năng xử lí của vật liệu hấp phụ khi ứng dụng xử lí thử mẫu
nước thải xi mạ theo hai phương pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động.
- Các kết quả nghiên cứu về hấp phụ và giải hấp phụ Cu(II), Cd(II) trong nước không
chỉ có ý nghĩa trong xử lí nước thải mà còn mang lại hiệu quả kinh tế trong thu hồi
kim loại.
7. BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, trong luận văn gồm
có các chương sau:
- Chương 1: Tổng quan: giới thiệu chung về sự ô nhiễm nước bởi kim loại nặng,
ảnh hưởng của chúng đến môi trường và sức khỏe con người, giới thiệu về cây chè,
vật liệu hấp phụ và một số phương pháp định lượng kim loại trong nước.
- Chương 2: Thực nghiệm: tiến hành nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số đặc
trưng cấu trúc của VLHP; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khả năng hấp phụ Cu(II),
Cd(II) của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động; xây dựng đường
hấp phụ đẳng nhiệt và xác định dung lượng hấp phụ các ion Cu2+
, Cd2+
của vật liệu
theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich; nghiên cứu quá trình giải
hấp và tái sinh vật liệu; khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP khi thử lí thử mẫu nước
thải xi mạ chứa Cu, Cd theo hai phương pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động.
- Chương 3: Kết quả và thảo luận: Từ các kết quả nghiên cứu thu được, rút ra
những nhận xét và kết luận thích hợp.

28. 13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC BỞI CÁC KIM LOẠI NẶNG
1.1.1. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng
1.1.1.1. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng trên thế giới
Ô nhiễm kim loại ở môi trường biển đã gia tăng trong những năm gần đây do dân
số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp (Noll, 2003). Ô nhiễm nước do kim
loại nặng ở nhiều vùng cửa sông, vùng ven biển trên thế giới đã được biết từ lâu do
những ảnh hưởng tiêu cực của nó đến đời sống của thủy sinh vật, đồng thời đe dọa đến
sức khỏe của con người.
Ô nhiễm Pb và Zn là một trong những điều đáng quan tâm do ảnh hưởng độc hại
của chúng lên hệ sinh thái tại các cửa sông ở Úc, với hàm lượng rất cao 1000 μg/g Pb,
2000 μg/g Zn có thể tìm thấy trong các trầm tích bị ô nhiễm (McLaughlin và cộng sự,
2000). Bryan và cộng sự (1992) [57] đã xác định hàm lượng chì vô cơ trong trầm tích
cửa sông ở Anh biến động từ 25 μg/g trong khu vực không bị ô nhiễm đến hơn 2700
μg/g trong cửa sông Gannel nơi nhận chất thải từ việc khai thác mỏ chì. Hàm lượng của
các hợp chất chì này có lẽ có nguồn gốc do sử dụng xăng dầu pha chì. Tương tự như Pb,
hàm lượng As cũng đã được xác định ở nhiều vùng cửa sông, vùng ven biển trên thế
giới. Hàm lượng As trong trầm tích cửa sông đã được xác định từ 5 μg/g ở cửa sông Axe
đến lớn hơn 1000 μg/g trong các cửa sông Restronguet Creek, Cornwall nơi nhận nước
thải từ các khu vực khai thác quặng mỏ kim loại. Hàm lượng Cd cũng được xác định ở
Anh tại các cửa sông không bị ô nhiễm với hàm lượng 0,2 μg/kg, tại các cửa sông bị ô
nhiễm nặng hàm lượng này có thể lên đến 10 μg/g. Sông Deule ở Pháp là một trong
những con sông bị ô nhiễm rất nặng do hứng chịu chất thải từ nhà máy luyện kim. Hàm
lượng kim loại trong trầm tích sông này rất cao (480 mg/kg) (Vdović và cộng sự, 2006).
1.1.1.2. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng ở Việt Nam
Hiện nay, với quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa, cùng với sự phát triển
không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ như y tế, du lịch, thương
mại... ở nước ta đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng. Đặc biệt vấn đề ô
nhiễm kim loại nặng đang là một trong những vấn đề cấp thiết bởi những tác động tiêu

29. 14
cực mà nó gây nên, sự tích tụ các kim loại nặng trong nước ngoài gây ô nhiễm môi
trường nước, còn ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật, gây ảnh hưởng đến sức
khỏe con người qua chuỗi thức ăn... Trong những năm gần đây, ở Việt Nam, các nghiên
cứu cho thấy kim loại nặng tập trung ở vùng đô thị, vùng nông nghiệp, các thủy vực và
các lưu vực sông.
Theo đánh giá của các công trình nghiên cứu thì hầu hết các sông, hồ ở các tỉnh,
thành phố như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, khu vực Bình Dương, Đồng Nai, Thái
Nguyên nồng độ kim loại nặng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể
kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô Lịch, sông Nhuệ, ở Thành phố Hồ Chí Minh là
sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc,.. Ở Thái Nguyên, ô nhiễm sông Cầu, Bình Dương ô
nhiễm kênh Ba Bò, sông Đồng Nai. Ở Hải Phòng, ô nhiễm nặng ở khu nhà máy xi măng,
nhà máy thủy tinh và sắt tráng men… Nước sông bị ô nhiễm ảnh hưởng đến môi trường
sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe của con người. Vì vậy, việc xử lý nước thải
ngay tại các nhà máy, xí nghiệp, xử lý tập trung trong khu công nghiệp là điều rất cần
thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng [9].
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
1.1.2.1. Hoạt động khai thác mỏ
Việc khai thác và tuyển dụng quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển có chứa Hg,
CN-, … Ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng như As, Pb… có thể hòa tan vào nước.
Vì vậy, ô nhiễm hóa học do khai thác và tuyển quặng vàng là nguy cơ đáng lo ngại đối
với nguồn nước sinh hoạt và nước công nghiệp. Nước ở các mỏ than thường có hàm
lượng cao các ion kim loại nặng, á kim… cao hơn TCVN từ 1 đến 3 lần.
Tại mỏ than lộ thiên Khánh Hòa nồng độ bụi than và bụi đá trong môi trường có
lúc lên tới 42 mg/m3
. Hậu quả là có tới 8-10% công nhân trong khu vực này bị nhiễm
độc chì, Asen hoặc bị bệnh bụi phổi hàng năm phải đi điều trị. Do đó, việc xử lý nước
thải từ hoạt động khai thác mỏ là vô cùng cần thiết [8].
1.1.2.2. Công nghiệp mạ
Nước thải ngành xi mạ kim loại nói chung và mạ điện nói riêng có chứa hàm lượng
cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm

30. 15
chính có thể là đồng, kẽm, Crom hoặc Niken và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại
sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố khác như xianua, muối sunphat, Cromat,
Amonium.
Trong nước thải thường có khoảng pH thay đổi rất rộng từ rất axit (pH = 2 – 3)
đến rất kiềm (pH = 10 – 11). Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi mạ,
phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt… , nên chỉ số COD,
BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc đối tượng xử lý.
Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điện là các ion vô cơ mà đặc biệt là các
muối kim loại nặng như Crom, Niken, Đồng, Xianua... [32].
1.1.2.3. Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ
Các kim loại nặng được thải ra ở hầu hết các quá trình sản xuất các hợp chất vô cơ
như quá trình sản xuất xút – Clo, HF, NiSO4, CuSO4… Trước đây thủy ngân được thải
ra với một lượng lớn trong quá trình sản xuất xút - Clo vì công nghệ sản xuất xút - Clo
sử dụng điện cực là thủy ngân. Dòng nước thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thủy
ngân lên tới 35 mg/l. Nồng độ Niken cao tới 390 mg/l được phát hiện trong nước từ một
nhà máy sản xuất NiSO4. Khi hàm lượng kim loại nặng thải ra cao như vậy nếu không
có biện pháp xử lý thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn nước là điều hoàn toàn có thể
xảy ra [1], [3].
1.1.2.4. Qúa trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm
Công nghiệp sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm sử dụng hóa chất có chứa kim loại
nặng Cadimium. Cadimium là kim loại có nhiều trong tự nhiên thường được sử dụng
trong các pigment để in vật liệu dệt đặc biệt là các pigment màu đỏ, vàng, màu cam,
màu xanh lá cây và được sử dụng là tác nhân nhuộm màu cho vật liệu da, dệt và sản
phẩm plastic. Hiện nay, một số cơ sở sản xuất đang thải trực tiếp nước thải ra ngoài môi
trường làm ô nhiễm sông ngòi, chết các sinh vật thủy sinh, ảnh hưởng đến kinh tế và
sức khỏe của con người quanh khu vực phát thải. Vì vậy, việc xử lý nước thải sơn, mực,
thuốc nhuộm là vô cùng cần thiết [5].
1.1.2.5. Công nghiệp luyện kim

31. 16
Trong luyện kim, một lượng lớn hóa chất độc hại như: CN-
, NH4
+
, S2O3
2-
ở các
xưởng, lò cao, lò khử trực tiếp được thải ra môi trường đã làm ô nhiễm nặng cho nguồn
nước.
Trong những năm gần đây, có thể thấy tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam
đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Việc
kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước, hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa chiến lược. Vì
vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính sách bảo vệ môi trường
của Nhà nước thì việc nghiên cứu các phương pháp xử lý ô nhiễm nước hiệu quả, kinh
tế là việc làm thiết thực và có ý nghĩa [22].
1.2. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cu(II), Cd(II)
Giới thiệu về kim loại nặng
Kim loại nặng và những hợp chất của chúng được biết đến như các chất độc tồn
lưu lâu dài trong môi trường nước và có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật. Thuật
ngữ “kim loại nặng” dùng để chỉ những kim loại khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3
và
phân tử khối trên 20 (Raut và cộng sự, 2012). Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những
nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp [131]. Kim loại nặng
được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…),
những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…).
Khối lượng riêng của những kim loại này thông thường lớn hơn 5g/cm3
(Bishop, 2002).
Kim loại nặng thường không bị phân hủy sinh học (Tam và Wong, 1995), không
độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation
do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật
sau nhiều năm (Islam và Tanaka, 2004). Chúng cũng có thể tích tụ trong hệ thống phi
sinh học (không khí, đất, nước, trầm tích) và được chuyển hóa nhờ sự biến đổi của các
yếu tố vật lý và hóa học như nhiệt độ, áp suất dòng chảy, oxy, nước... Nhiều hoạt động
nhân tạo cũng tham gia vào quá trình biến đổi các kim loại nặng và là nguyên nhân gây
ảnh hưởng tới vòng tuần hoàn vật chất sinh địa hóa của nhiều loài.
Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường

32. 17
Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới
bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước
có chứa kim loại nặng đi qua nó. Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi
vào cơ thể con người thông qua con đường ăn uống. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các
quá trình sinh hoá và trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng
(Wase và cộng sự, 2002).
Cộng đồng quốc tế đã bắt đầu nhận ra các tác động tiêu cực của kim loại nặng đến
sức khỏe con người (Chen, 2012). Các độc tính kim loại nặng có thể dẫn đến sự phá hủy
hoặc suy giảm chức năng thần kinh trung ương, ở mức năng lượng thấp hơn, chúng sẽ
phá hủy đến thành phần máu, phổi, thận, gan, và các cơ quan quan trọng khác. Tiếp xúc
lâu dài có thể làm chậm phát triển, gây thoái hóa cơ và hệ thần kinh như hội chứng
Alzheimer, hội chứng Parkinson,... Qúa trình phơi nhiễm các kim loại nặng cũng như
các hợp chất của chúng lặp lại liên tục và lâu dài có thể dẫn đến bệnh ung thư. Đối với
một số kim loại nặng, mức độc hại có thể cao hơn mức nồng độ nền được tìm thấy tự
nhiên trong tự nhiên. Vì vậy, việc hiểu biết và có các biện pháp phòng tránh là điều rất
quan trọng và cấp bách hiện nay (Prakasham và cộng sự, 1999).
Giới thiệu về Đồng
1.2.3.1. Vai trò của Đồng
Đồng là kim loại màu quan trọng đối với công nghiệp và kĩ thuật, khoảng trên
50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng sản xuất dây dẫn điện, trên 30%
được dùng chế tạo hợp kim. Ngoài ra, do có khả năng dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn,
đồng kim loại còn được dùng chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không,
chế tạo nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu. Một số hợp chất của đồng được sử
dụng làm chất màu trang trí mỹ thuật, chất liệu trừ nấm mốc và cả thuốc trừ sâu
trong nông nghiệp [23].
Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể người, có nhiều vai trò sinh
lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều enzym.
Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Các nghiên cứu y học cho thấy khi
nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu hiệu mắc bệnh do đồng
lắng đọng trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia. Ngược lại khi

33. 18
nồng độ đồng quá thấp, cơ thể phát triển không bình thường, đặc biệt là với trẻ em
(Potter và cộng sự, 2001).
1.2.3.2. Độc tính của Đồng
Đồng và các hợp chất của chúng cũng được coi là chất độc đối với động vật,
đặc biệt là đối với cá và mức độ độc hại của nó tăng lên khi trong nước có thêm các
kim loại khác như Zn, Cd, Hg… Đối với thực vật, đồng được coi là nguyên tố cơ bản
cần thiết cho sự phát triển của cây trồng nhưng trong một số trường hợp nó lại là nhân
tố gây độc khi nồng độ trong nước khoảng 0,1 mg/l. Đối với nước dùng trong nông
nghiệp, nồng độ ngưỡng an toàn của đồng là 0,2 mg/l [33].
Đối với cơ thể người, khi hàm lượng đồng vào cơ thể vượt quá nhu cầu thì chúng
sẽ trở nên độc hại. Một số hợp chất của đồng có tính độc khi vào cơ thể như muối
đồng sunphat, đồng ôxit, đồng xyanua… Với nồng độ đồng trong nước uống khoảng
3 mg/l đã có thể gây ra ảnh hưởng tới cơ thể như viêm và sưng ống thực quản, bí đái,
kích thích cấp tính tới dạ dày, nôn mửa, thần kinh co giật, mạch yếu... JECFA (Uỷ
ban chuyên viên IAO/WHO về phụ gia thực phẩm) đã đề nghị giá trị tạm thời cho
lượng tiếp nhận tối đa hàng ngày có thể chịu đựng được là 0,5 mg/kg thể trọng [25].
Giới thiệu về Cadimi
1.2.4.1. Trạng thái thiên nhiên và một vài tính chất đặc trưng
Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin). Trong thạch
quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5.10-5
% về khối lượng. Khoáng vật chủ
yếu của cadimi là quặng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm (ZnS) và calamine
(ZnCO3) có chứa khoảng 3% cadimi.
Cadimi bền trong điều kiện không khí ẩm và ở nhiệt độ thường nhờ có màng
oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao cadimi cháy mãnh liệt tạo thành oxit, cho ngọn lửa
màu sẫm. Cadimi tác dụng với halogen, lưu huỳnh, photpho, selen ... tạo muối tương
ứng. Cadimi không tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường, nhưng ở nhiệt độ cao
Cd khử hơi nước tạo thành oxit. Với axit không có tính oxyhóa (như HCl, H2SO4
loãng,…) cadimi tác dụng và giải phóng khí hiđro [19], [31], [169].
1.2.4.2. Độc tính của Cadimi

34. 19
Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường khác nhau
như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi. Sự kiện bị ngộ
độc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh itai-itai là một bê ̣nh
có liên quan đến ô nhiễm nguồn nước bởi cadimi. Người khi hít phải bụi chứa cadimi
có thể bị các bệnh về hô hấp và thận. Nếu ăn phải một lượng đáng kể cadimi sẽ bị
ngộ độc, có thể dẫn đến tử vong. Đã có bằng chứng chứng minh rằng cadimi tích tụ
trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận,
thiếu máu và phá hủy tủy xương.
Người bị nhiễm độc cadimi, tùy theo mức độ sẽ bị ung thư phổi, thủng vách
ngăn mũi, đặc biệt là bị tổn thương thận, ảnh hưởng đến nội tiết, máu và tim mạch.
Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thư qua đường hô hấp. Nhiều công trình nghiên
cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh loãng xương, nứt xương. Sự
hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố định canxi trở nên khó khăn dẫn
đến những tổn thương về xương gây đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân. Ngoài
ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến vú và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường
xuyên tiếp xúc với chất độc này [25], [170].
1.3. Một số phương pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng
1.3.1. Phương pháp kết tủa
Kết tủa hóa học là phương pháp thông thường nhất để xử lý hầu hết kim loại trong
nước dưới dạng kết tủa với OH-
, CO3
2-
và S2-
bằng cách đưa thêm tác nhân hóa học này
vào trong nước [68]. Sau đó, các dạng kết tủa được tách khỏi nước nhờ quá trình lắng,
lọc. Các hoá chất thường được sử dụng trong quá trình kết tủa là NaOH, Ca(OH)2,
Na2CO3, Na2S,… trong đó phổ biến nhất là Ca(OH)2.
Phương pháp kết tủa được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như một trong
những phương pháp truyền thống đơn giản và rất hiệu quả, đặc biệt đối với những dòng
thải có nồng độ kim loại nặng tương đối cao. Trong những năm gần đây, phương pháp
này được sử dụng để xử lý các kim loại nặng có trong các dòng thải từ các khu vực khai
thác mỏ ở Mỹ, một trong những nước có số lượng mỏ khai thác lớn nhất thế giới đang
bị bỏ hoang có lượng nước thải rất lớn, cần được xử lý [37] hoặc xử lý crom từ nước
thải công nghiệp (Chang, 2003).

35. 20
1.3.2. Phương pháp trao đổi ion
Về bản chất, trao đổi ion là quá trình mà các ion kim loại trong nước được trao đổi
và thay thế các ion linh động của vật liệu trao đổi ion. Trong quá trình trao đổi ion có sự
trao đổi giữa các hóa trị tương đương, nghĩa là đối với một lượng X điện tích được hấp
phụ thì có đúng một lượng tương đương điện tích sẽ được giải phóng hoặc nhả ra từ bề
mặt vật liệu trao đổi ion (Ray, 1995).
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước thải khỏi kim loại nặng
như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn ...Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có
giá trị và đạt mức độ làm sạch cao. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ các chất vô cơ
hay hữu cơ có gắn các nhóm như: -SO3H, -COOH, amin... Các cation và anion được hấp
phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion.
nR-SO3H + Men+
 (R-SO3)nMe + nH+
(1.1)
Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta khôi phục lại cationit và anionit bằng
dung dịch axit loãng hoặc bazơ loãng [22].
1.3.3. Phương pháp điện hóa
Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hóa khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng
trong nước thải chứa kim loại khi cho dòng điện chạy qua. Bằng phương pháp này cho
phép tách các ion kim loại ra khỏi nước thải, không bổ sung hóa chất, song thích hợp
với nước thải có nồng độ kim loại cao (trên 1 g/l), chi phí điện năng khá lớn [22].
1.3.4. Phương pháp oxy hóa – khử
Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng pemanganat Kali, H2O2, oxy trong
không khí, ozon, MnO2... Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải
được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa chỉ được dùng trong những
trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể bị tách bằng
phương pháp khác [22].
1.3.5. Phương pháp sinh học

36. 21
Xử lý kim loại trong nước bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở là nhiều loài
sinh vật (bèo, rong, tảo đa bào, tảo đơn bào, vi khuẩn, các thực vật thủy sinh) và một số
loại sinh khối của chúng có khả năng hấp thu kim loại nặng làm cho nồng độ kim loại
trong tế bào của chúng cao gấp nhiều lần nồng độ trong tự nhiên (tích tụ sinh học). Hiện
nay có thể phân biệt 2 nhóm: i/ nhóm sử dụng các cơ thể sống, và ii/nhóm sử dụng sinh
khối chết [30].
Do độc tố của kim loại nặng có thể gây chết sinh vật ở nồng độ cao nên phương
pháp sinh học chỉ phù hợp để xử lý nước thải chứa nồng độ kim loại thấp. Bên cạnh đó,
quá trình sinh trưởng, phát triển của sinh vật chậm và phức tạp do phụ thuộc vào nhiều
yếu tố môi trường [12]. Các loài sinh vật sống thích nghi với môi trường tự nhiên nên
phương pháp sinh học thích hợp để xử lý các nguồn nước mặt (sông, hồ) bị ô nhiễm kim
loại. Tuy nhiên, việc khó thu hồi sinh khối sau quá trình xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học, nhất là đối với các loài thực vật thuỷ sinh có khối lượng riêng xấp xỉ bằng
khối lượng riêng của nước như rong, tảo,... gây trở ngại cho việc áp dụng phương pháp
này trong thực tế.
1.3.6. Phương pháp hấp phụ [2], [3], [20]
1.3.6.1. Khái niệm
 Hấp phụ:
- Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn,
khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất
hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
- Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha
khác nằm tiếp xúc với nó.
- Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất
hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa các phần tử bị hấp phụ và bề mặt
chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ vỡ. Nói cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân
tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không
hình thành các lien kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và

37. 22
bị giữ lại trên bề mặt bằng lien kết phân tử yếu, do đó sự hấp phụ vật lý luôn luôn
thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn.
- Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên kết
mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết
những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp chất bề mặt. Năng lượng liên kết
này lớn (có thể tới hang tram kJ/mol), do đó liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ.
Vì vậy hấp phụ hóa học thường không thuận nghịch và không thể vượt quá một
đơn lớp phân tử.
- Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương
đối vì ranh giới giữa chúng không rõ ràng. Một số trường hợp tồn tại cả quá trình
hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ
vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học
tăng lên.
 Giải hấp phụ:
- Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Giải hấp
dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Giải hấp
phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại nên nó
mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.
- Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
+ Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết
kiệm được thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp
phụ ở trạng thái nguyên vẹn. Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết
với dung môi, sử dụng phản ứng oxy hóa – khử, áp đặt các điều kiện làm dịch
chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ.
+ Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc
sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
+ Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ nhờ vi sinh vật.
 Hấp phụ trong môi trường nước:
- Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất
nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và

38. 23
chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp
phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp
nào tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương
tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước
hoặc kỵ nước của chất hấp phụ, mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong môi
trường nước.
- So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ
chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi và với bề
mặt chất hấp phụ làm quá trình khuếch tán cả các phân tử chất tan chậm.
- Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường.
Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các
chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH
khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ.
- Hệ hấp phụ trong nước bị chi phối bởi tính chất ưa nước và kỵ nước, là hệ quả của
tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nước. Một số chất hữu cơ như
hydrocacbon, dẫn xuất halogen của nó có độ tan rất hạn chế trong nước do tính kỵ
nước của chúng. Do tính chất đó chúng luôn có khuynh hướng không chịu hòa
hợp, tìm cách cụm lại với nhau (tạo nhũ) hoặc tìm tới những đối tượng dễ hòa hợp
hơn là các chất không phân cực như than, các khoáng vật, các hạt chất hữu cơ, các
hạt sa lắng và hấp phụ trên đó.
 Cân bằng hấp phụ:
- Cân bằng hấp phụ: Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử
chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển
ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất
rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời
điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân
bằng.
- Dung lượng hấp phụ cân bằng: là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối
lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt
độ

39. 24
- Tải trọng hấp phụ bão hòa: là tải trọng nằm ở trạng thái cân bằng dưới các điều
kiện của hỗn hợp khí, hơi bão hòa.
q =
𝐶 𝑖−𝐶 𝑓
𝑚
. 𝑉 (1.2)
Trong đó:
 V: Thể tích dung dịch (ml)
 m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
 Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
 Cf: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
1.3.6.2. Kỹ thuật hấp phụ [11]
Kỹ thuật thực hiện phản ứng giữa hai pha rắn - lỏng nhiều dạng nhưng phổ
biến là hai dạng chính: hấp phụ trong điều kiện tĩnh (phương pháp gián đoạn theo
mẻ) hoặc hấp phụ trong điều kiện động (phương pháp cột).
1.3.6.2.1. Hấp phụ trong điều kiện tĩnh
Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự dịch chuyển tương đối của phân tử
chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau.
Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trộn trong một thời gian
đủ để đạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng). Tiếp theo cho lắng hoặc lọc
để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra.
Với những điều kiện như nhau, tốc độ của các quá trình thuận nghịch tương ứng
với tỷ lệ với nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ.
Khi nồng độ chất tan trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn
nhất. Khi nồng độ chất tan trên bề mặt chất hấp phụ tăng thì số phân tử (đã bị hấp
phụ) sẽ di chuyển trở lại dung dịch cũng càng nhiều hơn.
Trong một đơn vị thời gian, số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt chất
hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch
thì nồng độ chất bẩn hòa tan trong dung dịch sẽ là một đại lượng không đổi. Nồng độ
này gọi là nồng độ cân bằng. Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất bị hấp phụ là một hàm

40. 25
số của nồng độ và gọi là hấp phụ đẳng nhiệt. Đại lượng đặc trưng cho quá trình hấp
phụ là dung lượng hấp phụ hay hoạt tính hấp phụ tĩnh, là lượng chất tính bằng miligam
hay gam, bị hấp phụ trên 1 gam hay 1 cm3
chất hấp phụ. Ngoài ra hoạt tính còn có
thể biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm theo trọng lượng hoặc thể tích chất hấp phụ [11].
1.3.6.2.2. Hấp phụ trong điều kiện động
Trong công nghệ xử lý nước và nước thải, một trong những kỹ thuật hay sử
dụng là dạng cột hay còn gọi là hấp phụ động. Biện pháp thực hiện là cho nước lọc
qua lớp vật liệu hấp phụ được sắp xếp cố định vào một cột theo chiều từ trên xuống
hoặc từ dưới lên. Các thông số cấu trúc đặc trưng cho cột gồm:
- Lưu lượng Q, là thể tích nước chảy qua cột trên một đơn vị thời gian.
- Thể tích tầng chất rắn V, gồm cả thể tích tầng chất rắn và không gian rỗng giữa
các hạt.
- Tốc độ thẳng bề mặt của dòng chảy F hay tải trọng bề mặt, là tỷ số giữa lưu
lượng và tiết diện A của cột, F = Q/A.
- Thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng là thời gian một lượng thể tích chất lỏng bằng
thể tích của chất rắn chảy qua với lưu lượng Q cho trước.
- Cơ chế hấp phụ trong điều kiện động (phương pháp cột) cũng giống như trong
điều kiện tĩnh (phương pháp gián đoạn), song hấp phụ động có nhiều ưu điểm
hơn về công nghệ và quản lý như:
+ Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định;
+ Khi hoàn nguyên không phải đưa vật liệu hấp phụ ra khỏi bể lọc do đó cho
phép dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa;
+ Cho phép sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ khi cho nước chảy qua.
Nồng độ chất bị hấp phụ giảm dần từ Co ở tiết diện vào tới C = Cmin ~ 0 ở tiết
diện ra.
1.3.6.3. Qúa trình hấp phụ động trên cột [11]
Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau: Cho một dòng khí hay dung
dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ. Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm
ba vùng:

41. 26
- Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân
bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
- Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ
ban đầu tới không.
- Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra,
nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.
Hình 1.1. Mô hình cột hấp phụ
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển
theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển khối
chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của chất bị
hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp
để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ. Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất
bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ
của chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có
dạng như Hình 1.2 [68]