Việc xử lý kim loại nặng có trong nước thải thuộc da đã có nhiêu nghiên cửu áp dụng phương pháp như xử lý sinh học, hóa lý keo tụ tạo bông.... Ở nước ta hiện nay, việc sử dụng polymer ke
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
ae
KHOA LUAN TOT NGHIEP
CU NHAN HOA HOC
Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
DE TÀI:
THAI THUỘC DA BANG CHITOSAN
Người Hướng Dẫn Khoa Học: Th.S Bùi Mạnh Hà
Người Thực Hiện: Trần Minh Thạnh
Thành phố HO CHÍ MINH 2010
Trang 2Khóa Luận tốt nghiệ GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
LỜI CẢM ƠN
Kính thưa thây cô!
Hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn ban chủ
nhiệm khoa Hóa, quý thầy cô trong tổ hữu cơ trường Đại Học Su Phạm Thành Phố
Hé Chi Minh đã hỗ trợ cho em về hóa chat và thiết bị phục vụ cho khỏa luận.
Em cũng xin cảm ơn tế bộ môn Hóa môi trường, trường Đại Học Sai Gòn
đã tạo diéu kiện cho em thực hiện để tài Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
đến thây Bùi Mạnh Hà đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em
Trong thời gian thực hiện khóa luận em cũng nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ về vật chất cũng như tỉnh thần từ các bạn trong lớp Hóa 4C niên khóa
2006-2010, em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn.
Trong thời gian thực hiện Khóa luận, em đã tiếp thu thêm được nhiều kiến
thức bổ ích cho bản than mình Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và là lần đầu
tiên làm quen với công việc nghiên cứu khoa học nên em vẫn còn mắc nhiều thiếu
sót và khuyết điểm Em kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn dé hoàn chỉnh khóa luận này hơn nữa Một lằn nữa em xin chân thành cắm ơn
Trang |!
Trang 3Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
TOM TAT KHÓA LUẬN
nước thải thuộc đa Trong đó có sử dụng so sánh hiệu quả xử lý với phương pháp
keo tụ dùng phèn nhôm PAC.
Quá trình nghiên cứu đã tìm ra các thông số thích hợp cho xử lý Cr”` như
sau:
- Hiệu suất dat tối ưu ở pH = 6 va nồng độ Chitosan đưa vào là 500mg/L
Hiệu quả xử lý với các thông số trên bước đầu được ghi nhận như sau;
- Đối với dung dịch Crom pha, ở pH=6 và nồng độ 500mg/L thì hiệu suất
xử lý đạt 99,7% với nồng độ Cr còn lại trong dung dich là 0,12mg/L (gần đạt
chuẩn B)
- Đối với nước thải thuộc da, hiệu suất xử lý đạt 99,4 % với nềng độ Cr”
còn lại là 0,1 Img/L
- Dùng phèn PAC cho hiệu suất xử lý Cr” cao hơn đối với cả mẫu dung
dịch pha và mẫu nước thai Hiệu suất đạt 99,7% với nồng độ Cr” còn lại trong
mẫu nước thải là 0.05mg/L (đạt chuẩn A), thế nhưng hiệu suất phân hủy COD lại
không bang sử dung Chitosan
Kết qua cho thấy rang, việc sử dung Chitosan như một chat hấp phụ mới là
rat có triển vọng, tuy hiệu suất xứ lý chưa cao so với PAC nhưng lại thân thiện với
môi trưởng hơn
Trang 2
Trang 4Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu - +2 2SCS+EE t4 1724224 ke 11
Xinh | ẼỸẼÄwx“»." sẽ nh Ốc 1
Le | |, re, i
1.4 Nội dung nghiên cứu Eee 1
1.5 Ý nghĩa khoa học va thực tiễn 2220 12
ASD nghi th Noo ¿e0 220 066C dsb cass scsadeacelss 12 GNIWNG-TOMNUEALXL —===—=.————.——=——x+ 13
2.1 Công nghiệp CR ÔN uc ccsicinasisseavcemnonees stoveevectneemartstiseeoenovessarcossovaseesenstt l4
2.1.1 Giới thiệu về ngành thuộc dafŸ, 5sssssseceevrereeorserserir I4
2.1.2 Thành phan và tính chất nước thải 222 z5C2zZZ2ZZZZcZZxrr 14
2.1.3 Tác hại của kim loại nặng (Crom) 17
2.2 Giới thiệu một số các phương pháp xử lý kim loại nang!) 18
22.1 PHƯƠNG PHÁP KẾT DUA sicsiscccscssiscsccscccenerssssasacacacectintanacaenaiss 20
72:2 PHƯƠNG PEAR SINH HỘ Si geiiaceeiiieoe=eeoe 22
2.2.2.1 Phương pháp hap thu sinh học 2- 22 225-czzxee 222.2.2.2 Phương pháp chuyển hóa sinh học 5-55 23
Trang 5Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bui Mạnh Ha
1.41 PHƯƠNG PHAR: FAP PHÙ ¡c2 psoas csuzeinseiss vecncenssnecasanmancnsanais 25
2.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA c 27
Pee A Te, eee=————————— 29
2.3.1 Khái niệm về Chitin - Chitosan - 5-10 29 2.3.2 Cấu trúc và đặc tính hắp phụ - ác Series 30
2.3.2.1 Cấu trúc hóa học của chitin-chitosan - 30
2.3.3 Tại sao chitosan lại được dùng trong xử lý nước thải? 3
2.3.4 Các công trình xử lý nước thải dùng chitosan trên thé giới và việt
NHI (tán dinh) và tì d2 Nt))22016664601004)612007160069600001000/ 5068010 aes 32
2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp - s5 5<5Ssccsexzexxrrzxezre 33
ma H3 PPR NY OL : R NÔNDlADNupaaamam 33
9⁄4:1.1.HNWð trung BẦU BRN nis caceremonnsns iin wsskoomesbnsia 2026622442 33 24:12 Hip phụ đăng nits ch 34
2.4.2 Cơ chế hap phụ kim loại nặng của chitosan - - 35
Qh a ene 40
3.1.2 Các thiết bị và dụng cụ thi nghiệm - 5 sssssosseersee 40
3.1.2.1 Máy quang phổ so màu UV-Vis, S02 2 scersvee 40 3.122:H di, Sat teeta ES 40
Boh SES RY (0 VI tác: 22620612 01856 y6t(12.x2066 (202660406420 kse 4l
3.1224 Máy pin tịth COD cá on 0 26 esiidieỷ-csee 4l
3.2 Xác định nồng độ Cr(VI) trong dung dịch - 55-5555 42
12 6N Ẻ ẽ_ . .——.———msseasese=e 42
3.2.2 Xác định nồng độ Cr(VI) trong dung dịch 2< 5< s<vzz 42 3.3 Xác định khả năng hap phụ cúa Chitosan 56 2555552522 43 3.4 Thí nghiệm Jar-test trên đối tượng dung dịch Cr(VỊ) 43
3.4.1 Xác định pH tối ưu khi sử dụng phen 55555552 43 3.4.2 Xác định lượng phèn tối ưu ¿6 2122210117230 11e6 43
Trang 6Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Ha
3.4.3 Xác định pH tối ưu khi sử dụng Chitosan - 25-5552 443.4.4 Xác định lượng Chitosan tối ưu -2-©2zZC.z£2zcZzzcrz 44
3.5 Phương pháp phân tích fiaš6Zx42⁄i43©sãsx2išg/x8294655526â 45
3.5.1 Xác định bước sóng hấp phụ của phức giữa Cr6+ với
điphenylcacbazit 1H HH HH 1.2 11H H2 45
3.5.2 Xác định pH, Độ dẫn và COD cccccessssseccssnessscerscssnececcenessensecensees 453.6 Phương pháp tính toán và xử lý số liệu 2 552 S91 202122cSscc 45
3.6.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính -555-52225 202202522522 453.6.2 Phương pháp thông kê toản học (555-5522 20223026 46CHUONG IV - KET QUA VÀ THẢO LUẬN 55525 47
4.3.1 Kết quá khảo sat pH tối ưu khi sử đụng phèn PAC 52
4.3.2 Kết quả khảo sát lượng phèn tối ưu À .- 22-5 s5E222cCSzz 524.4 Kết qua khảo sát pH, lượng chitosan khí xử lý bằng chitosan 53
4.4.1 Kết quả khảo sát điểm pH tối WU - s:sssecsssssserssnesensneecesneensnnnees 534.4.2 Kết qua khảo sát lượng Chitosan tối 00 cccccssssssseeessesssuinensonnnns 54
4.5 Khảo sát khả năng xử lý của phèn và chitosan trên mẫu nước thải thuộc
iii bili Sebi esl i aS 56
GAD Mi nuốc aA SR lisse ccna cece obits 56
4.5.2 Khao sat kha năng xử ly ding phén 0 eee eee 56 4.5.3 Khao sát khả năng xử ly dùng Chitosan $7
4.6 So sánh phương pháp hap phụ ding Chitosan và phương pháp keo tụ ng: RUIN 2001021000 Laan iidcsdeenon es ssdsedsdscdne|« nckenesdshaved oad ovepens) hs i \hdbebsseayed) jeasheeos 58
AST ENG sit lira nghệ ii iia eS 60
421) DLL ẨN Si (quái ká tát OMe re eect Erte man Sep 6l
Trang 7Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bui Mạnh Hà
KIẾN GRE ic ects icc act haat i haa ec 62
ĐI TÚ Go ecettocserooiiioivciatigigitixgisiicsxtcs 63
HU WO 108/1 TA VỀ no an 69
Trang 6
Trang 8Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
DANH MỤC BANG
Bảng 2.1 Giới bạn cho phép xã thảÏ :.:-.- seo 2c2e-ceŸeễSiSS-iSŸeesŸIS:-S S—- 16
Bảng 4.1 Độ hap thy quang của các dung dịch chuẩn - 2 55-+ 48 Bang 4.2 Khả năng hấp phụ Cr”” của Chỉtosan - 552222222 222112226 50 Bang 4.3 Số liệu theo phương trình dang nhiệt Freundlich 5- 51 Bang 4.4 Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý dùng phèn 52 Bang 4.5 Ảnh hướng hàm lượng phèn đến khả năng xử lý 52 52 Bang 4.6 Kết quả khảo sát pH tối ưu sử dung Chitosan 5< 53 Bang 4.7 Bang kết quả khảo sát lượng chitosan tối ưu .- s¿ 52555552 $4
Bảng 4.8 Đặc trưng của mẫu nước thải .2 22222 222222 eecS1112crzseee $6
Bảng 4.9 Kết quá khảo sát lượng phèn tối ưu khi xử lý mẫu - $7
Bảng 4.10 Hiệu quả xử lý bằng phèn -.2 222s St xzcrczxerrkkervrerrceece 57
Bang 4.11 Kết quả khảo sát lượng Chitosan 5-2554 cxeccxee 57
Bang 4.12 Hiệu suất xử lý dùng Chitosan - 25222 x2 cevxere 58Bảng 4.13 So sánh kết quả 22-4 2S 2 E211 11111722/421731 31 c0 58
P4.1 Kết quả khảo sát khả năng hắp phụ của chitosan - -5552 64 P4.2 Kết quả khảo sát pH tỗi ưu khi sử dụng phên - 222v 222cc 65
P4.3 Kết quả khảo sát lượng phèn tối ưu 22222 2222113071022202 66
P.5.4 Kết quả khảo sát pH tối ưu sử dung Chitosan 5 sssicssee 67 P4.6 Kết quả khảo sát lượng Chitosan tối tru . 5-5-5112 222e2 68
Trang 7
Trang 9Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1 Máy quang phổ UV-Vis cuc 2 1 eccveerkarrzrseccxee 40
Hh 3.2HI†-diêng mấy ẲÐE N2 200202002001 GGCc0120200 2226 4l
Hài 3:2 Milly đo DŨ:sss:ss::00221020022220100i066G/22)104ã6ãL3600404S2G12%G0Sã6Đ 41
Hibá 14 MW Bá nến CÔ e2 626000 6cc 0 ceobstzeoceeo 4l
Hình 4.1 Dé thị biểu thị sự phụ thuộc độ hap thụ quang vào hàm lượng Cr/100mL,
a 49
Hình 4.2 Dé thị đường cong đăng nhiệt 22222222 2EZZcvzetZcczzrcccre 50
Hình 4.3 Dé thị đường dang nhiệt Freundlich 22-22-52 2C se SỊ
Hình 4.4 Đỗ thị xác định điểm pH tối ưu khi sử dụng phèn 52Hình 4.5 Dé thị xác định nồng độ phẻn tối ưu 2-2222 52 222225 ‹3
seb Oeics ieee sce ti se at seta Seats 53
Hình 4.6 Dé thị khảo sát pH tối ưu khi sứ dụng Chitosan - 54
Hình 4.7 Đề thị khảo sát lượng Chitosan tối ưu - «+22 $5
Hình 4/8 Sơ sánh hiệu mỗi KW lý GV o.ooc eee .eceo =SS<< 58
Hình 4.9 So sánh hiệu suất phân hủy COD 00 cccecsseeseecsecseeceneeveenecnnnnnees 59
Hinh 4.10 Mô hình xử lý để xuất 2-25 2cscvcsccccrecxrisrrreecrecre 60
Trang 8
Trang 10Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
CHƯƠNG I - PHAN MO DAU
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
1.4 Nội dung nghiên cứu
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Trang 9
Trang 11Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bủi Mạnh Hà
trướng trung bình hàng năm 16%, đạt mức 3.96 tỉ USD năm 2007, đứng thứ 3 sau
ngành dệt may và dẫu khí Kim ngạch xuất khẩu giày dép các loại trong tháng
4/2008 ước đạt 330 triệu USD, tăng 5.4% so với tháng trước va tăng 17% so với
cùng kỷ nam 2007 Tổng kim ngạch xuất khẩu da gidy các loại trong 4 tháng năm
2008 ước đạt 1,356 ti USD, tăng 15,7% so với cùng kỳ năm 2007 Dự báo đếnnăm 2010, kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm ngành da giày Việt Nam sẽ đạt 6,2
tỉ USĐ''*!
Tuy nhiên nhiên việc xử lý nước thải thuộc da hiện nay ở các cơ sở là chưa
triệt dé Nước thải thuộc đa được đánh giá là rất phức tạp va có độ ô nhiễm cao.
Ngoài ô nhiễm hữu cơ, cặn lơ lửng, hàm lượng muối cao; còn kim loại nặng đặcbiệt là ion Cr°” - một tác nhân gây độc rất nguy hiểm, gây ô nhiễm môi trường
nghiêm trong, anh hưởng đến đời sống sinh vật và cả con người nếu xử lý không triệt dé Việc xử lý kim loại nặng có trong nước thải thuộc da đã có nhiêu nghiên
cửu áp dụng phương pháp như xử lý sinh học, hóa lý (keo tụ tạo bông) việc sử
dụng các hợp chất vô cơ như phèn AI, Fe hiệu quả xứ lý khá cao nhưng vô hình
chung giải phóng vào nước thai ion kim loại nặng ít nhiều gây độc Ngay nay
“Trang 10
Trang 12Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
người ta đang hướng đến sử dụng các chất keo tụ hữu cơ thân thiện hơn với môi
trường hắp phụ tốt mà ít độc, CHITOSAN là một trong những những chất đó.
Ở nước ta hiện nay, việc sử dụng polymer keo tụ hữu cơ trong xử lý nướcthải còn khá hạn ché, chính vì lý do đó chứng tôi nghiên cứu dé tai “Xử lý kim loại
nặng trong nước thải thuộc da dùng chất hap phụ sinh học CHITOSAN”
1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát điểu kiện tối ưu trong việc hấp phụ Crom (VI) có trong nước
thải
- So sánh với các phương pháp xử lý khác, để xuất được mô hình xử lý
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu hdp phụ kim loại nang dùng chitosan
~ Thu thập thông tin, tài liệu có liên quan;
- Phương pháp xác suất thống kê xử lý số liệu;
- Phương pháp phân tích tính chất của nước;
- Phương pháp so sánh.
1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
1.3.1 Phạm vi
Dé tai chi tập trung nghiên cứu sự hấp phy kim loại nặng (Crom) trong mẫu
dung dịch Crom pha và trong nước thải thuộc da
1.3.2 Đắi tượng
Trong khuôn khổ dé tải chi sử dụng thông số chủ yếu là độ hấp thu
(UV-Vis) dé xác định néng độ C!”ˆ có trong dung dich Trong quá trình thí nghiệm cókiểm tra thêm thông số COD
1.4 Nội dung nghiên cứu
- Nước thải thuộc da, cơ chế hap phụ kim loại nang của chitosan
- Tối ưu hóa các yếu tế ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Trang 11
Trang 13Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
- So sánh hiệu quả quá trình xử lý ding chitosan với quả trình keo tụ phèn nhôm (thí nghiệm Jar-test).
- Từ kết quả đó đẻ xuất các biện pháp để áp dụng phương pháp siêu âm
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Là để tài mới mẻ nghiên cứu xứ lý nước thải thuộc đa ở Việt Nam, hiện nay
van chưa được áp dụng
1.5.2 ¥ nghĩa thực tiễn
Kết quả luận án là bước mở đâu cho các công trình nghiên cứu áp dụng
Chitosan xử lý nước thái có quy mô nhỏ hẹp va phù hợp với điểu kiện sản xuất
trong tương lai.
Kết quả này có thế được áp dụng xử lý màu cho các ngảnh công nghiệp
khác như: dét nhuộm, cao su
Trang 12
Trang 14Khóa Luan tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Ha
CHƯƠNG II - TONG QUAN
2.1 Công nghiệp thuộc da
2.2 Các phương pháp xử lý kim loại nặng
2.3 Chất hấp phụ Chitosan
2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp
Trang 13
Trang 15Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
CHƯƠNG II
TÒNG QUAN
2.1 Công nghiệp thuộc đa
2.1.1 Giới thiệu về ngành thuộc da'"!
Ngành công nghiệp thuộc da là ngành sản xuất, chế biển da tươi ( hoặc da
muối ) thành các loại đa thành phẩm có ích phục vụ cho nhu cầu đa dạng của
người tiêu dùng như giày dép, y phục, túi xách, nệm ghế
Đặc điểm công nghệ:
Nguyên liệu chính là da động vật va các hoá chất cin thiết cho các công
đoạn sản xuất Sản phẩm của ngành công nghiệp này là da thuộc
Trong thuộc da, người ta dùng phương pháp hoá học dé khử lớp ngoài và
lớp trong Lớp giữa Corium chỉnh là lớp da thật.
Da sống động vật thường gồm 3 lớp:
Lớp ngoài: lớp biểu bì Epidermis ( có chứa lông )
Lớp giữa Corium ( Keration )- lớp mô mạch liên kết Lớp này có chứa
collagen, protein và Elastin.
Lớp trong Cubcutis ( lớp đưới đa ) là lớp thịt và lớp mỡ.
2.1.2 Thành phân và tính chất nước thải
Do đặc thù của một ngành kỹ thuật, ngành công nghiệp thuộc da là nghề
phải sử dụng nguồn nguyên liệu sống: da của các loài gia súc ( da trâu, da bò, đa lợn, da đê ) Ở nước ta, việc chăn nuôi trâu, bò, lợn còn mang tính chat gia đình nhỏ, lẻ, phân tán Nguồn da nguyên liệu phải thu gom từ nhiều nơi, tập quán giết
mỗ tuy tiện, sự kiểm dich long lẻo, da tươi bảo quan sơ sai nên cảng tăng kha năng
gây dịch.
Với khi hậu nóng 4m, nên công nghiệp thuộc da với trang thiết bị cũ lạchậu, đội ngũ công nhân chưa có tác phong công nghiệp tiên tiến, hiệu suất sứ dụng
nước hoá chất, nguyên vật liệu còn thấp nên mức độ 6 nhiễm mồi trường ngảy
càng ting lên Bởi công nghệ sản xuất trải qua nhiều công đoạn, sứ dụng một
Trang 14
Trang 16Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Ha
lượng lớn với nhiễu loại hóa chat, đặc biệt một lượng nước lớn gdp hang tram lẳn
so với nguyên liệu, cho nên chính ngảnh nay hang năm thải ra mỗi trường sốngmột lượng lớn nước thải, hàng ngản tắn phế liệu và một lượng lớn các khí độc
Ngoài ra, tại các xí nghiệp, nha máy, cơ sở thuộc da, hệ thông thoát nướclạc hậu, nước thai hau hết không được xử lý hoặc chưa được xử lý đúng tiêu chuẩn
được thải ra môi trường một cách tự nhiên Điều này gây tác hại rất nghiêm trọng
đến môi trường sống của chúng ta
Đặc trưng của chat thải và tác động đến môi trường '' `
Nước thải nhiềm BOD Gây ra sự thiểu hụt oxy trong nước, p
OD SS, CI- ủy yếm khí sinh ra mùi, khí H;S, NH
ma pay độc hại đến thủy sinh.
ước thai nhiễm Sulfide : Khi néng độ lớn ho
iém, BOD, Sulfide, SS600mg/L thi đây là chất tay
Độ kiểm trong nước cao sẽ gây lở loét
peer SS : Gây ra lắng cặn trong đường ống
a bồi lắp nguồn tiếp nhận Nếu cặn hat hưu cơ thi gây ra thiểu hụt oxy, đi
iện yếm khí xảy ra làm anh hưởng đến
pc ®nhvậtđáythủysnh
-Nước thải nhiễm axity Gây 6 nhiễm nguồn nước, khi tiếp xúc
ps voi con người và động vật thi gây bệnh
Trang 17Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Hà
ước thải nhiễm axit} Axit Chromic gây lở loét da, viêm
"hrome quản (hơi axít Chrome), viêm đa, dị ứn
Thuộc da, la tác nhân gây ra bệnh ung thư, quái
thai.
+ Nước thải nhiễm dau: can trở qua trình
- | khuếch tán oxy vào nước làm chết thủy tRửa Sinh |
Nước thải ân
hrome, dầu, màu,
Giới han cho phép xa thải nước thải thuộc da'ˆ
Bảng 2.1 Giới han cho phép xả thải
Trang 16
Trang 18Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bủi Mạnh Hà
2.1.3 Tác hại của kim loại nặng (Crom) ` `
Quả trinh thuộc Crom dựa vao liên kết chéo của Crom ở dang ion với các
nhóm Cacboxyl tự do của Collagen có trong đa Nhờ đó giúp tang kha nang kháng
vi khuẩn và nhiệt độ cao '°'
Crom khi ở ham lượng cao trong môi trường nước là một nhân tố gây 6
nhiễm nghiêm trọng gây những anh hưởng to lớn và lâu dài đối với cơ thé sống.
Trong nước, Crom tôn tại hai dang Cr(IH) và Cr(V1) Crom kim loại và các hop
chất crom (III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng
các hợp chất crom hóa trị sau (crom VỊ) lại là độc hại nếu nuốthít phải Sự hapthụ của Crom vào cơ thé con người tuy thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó Cr(VI)hap thụ qua da dày, ruột nhiễu hơn Cr(I1I) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tythuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hap thu) và còn có thể thấm qua mang tế bào.Nếu Crom (III) chỉ hấp thu 1% thi lượng hắp thu của Cr(VI) lên tới 50%
Ty lệ hắp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kểđọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhất.Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hoá và khí tiếp xúctrực tiếp với da.Con đường xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể người chủ yếu quacon đường thức ăn Dù xâm nhập vào cơ thé theo bất ky con đường nào Cromcũng được hoà tan vào trong mau ở nồng độ 0,001mg/L; sau đó chúng chuyển vào
hồng cầu vả hoà tan nhanh trong hồng cầu nhanh 10 + 20 lan, từ hồng cầu Crom
chuyển vào các tổ chức phủ tạng , được giữ lại ở phối, xương thận, gan, phần cònlại chuyển qua nước tiểu Từ các cơ quan phủ tang Crom hoa tan din vao máu, rồiđào thải qua nước tiểu từ vải tháng đến vai năm Các nghiên cửu cho thấy con
người hấp thụ Cr°’ nhiều hơn Cr’’ nhưng độc tính của Cr“” lại cao hơn Cr`` gấpkhoảng 100 lân
Nếu Crom có néng độ lớn hơn giả trị 0.lmg/L gây rối loạn sức khoẻ như
nôn mửa Khi thâm nhập vào cơ thé nó liên kết với các nhóm —SH trong enzim
và làm mắt hoạt tính cua enzim gây ra rất nhiều bệnh đối với con người:
Trang 17
Trang 19Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
- Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da Bẻ mat da
là bộ phận dé bi ảnh hưởng Niêm mac mũi dé bị loét Phin sụn của vách mũi dễ
bị thủng Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổiphông và loét sâu, có thé bị loét đến xương Khi Cr(V1) xâm nhập vảo cơ thé qua
da, nó kết hợp với prôtêin tạo thành phản ứng kháng nguyên Kháng thé gây hiện
tượng dj ứng bệnh tai phát.
- Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dé dẫn tới bệnh viêm yết hau,viêm phế quản viêm thanh quản do niêm mac bị kích thích (sinh ngửa mũi, hathoi, chảy nước mũi thấm nhiễm
- Nhiễm độc Crom có thé bị ung thư phổi, ung thư gan.loét đa viêm đa tiếpxúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phỗi,viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thắn kinh va tim
+ Tuổi thọ của vật liệu xử lý cao
+ Phương pháp đỏi hỏi không gian xử lý nhỏ
Trang 18
Trang 20Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Hà
+ Không gây ra chất 6 nhiễm thử cắp+ Cỏ thể hoan nguyên lại chất quý hiểm (kim loại quý)
Nói chung là khó có phương pháp nào đáp ứng du những yêu cầutrên, thông thường mỗi phương pháp chi đáp ứng duoc một phần Tủy theo hoàn
cảnh sử dụng mà ta có thể lựa chọn phương pháp thích hợp tối ưu nhất để sứ
dụng.
Các phương pháp dé xử lý kim loại nặng
| Phương pháp sinh học:
+ Hp thu sinh học+ Chuyên hóa sinh học
ở Việt Nam hiện nay, các nhà máy ít chú trọng tới việc xử lý chất thải nóichung và nước thải nói riêng Các phương pháp sử dụng để xử lý nước thải thì quáthô sơ và thường xử lý tập trung lẫn các loại nước thải trong các khâu khác nhau
Do vậy hiệu quả xử lý rất thấp Hiện nay các nha máy 6 Việt Nam thường sử đụngphương pháp kết tủa hiđroxit dé xử lý nước thải kim loại nặng Gan đây một số
nhà máy có sử dụng phương pháp trao đói ion dé xử lý nước thái kim loại nặng tuy nhiên phương pháp nay giá thành cao do vậy không được nhiêu các cơ sở áp đụng
đặc biệt là đối với các cơ sở sắn xuất lớn tạo ra nhiễu lượng kim loại nặng trong
Trang 21Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
3.2.1 PHƯƠNG PHÁP KET TUA
Phương pháp xử lý kim loại nặng bang phương pháp kết tủa là phương
pháp phỏ biến và thông dụng nhất ở Việt Nam hiện nay Với ưu điểm là rẻ tiễn,
khả nang xử lý nhiều kim loại trong đông thai củng một lúc và hiệu quả xử lý kimloại nặng ở mức chap nhận được thì phương pháp này đang là lựa chọn số một cho
các nha máy công nghiệp ở Việt Nam.
Cơ sở của phương pháp
MTM + A” = M„A„j(kết tủa)[ MỊP [A]" > T,MA
Trong đó:
M°"` : ion kim loại A" : tác nhãn gây kết tủa
T, : tích số tan
Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng nhiều các nhân để tạo kết
tủa với kim loại như: S”, SO,”, PO", Cl’, OH’ nhưng trong đó SỲ,OH' được sử dụng nhiều nhất vì nó có thé tạo kết tủa dé dang với hau hết các kim loại
Đối với mỗi kim loại khác nhau có pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùythuộc vào khả năng tạo kết tủa của M(OH), va tùy thuộc vào nông độ các kim loại
có trong nước thai cần xử lý
Trong nước thải chứa kim loại thường tổn tại đưới dạng ion ở nhiều dạng khác nhau có những hợp chất hoặc chất dễ kết tủa nhưng có những chất khó kết
tủa hoặc cực độc hại như các hợp chất của Cr” ta phải tiến hành xử lý biến đổi các
chất đó về dạng ít độc hơn và để kết tủa hơn.
Qua trình kết tủa
Sau khi đã dùng phương pháp dé chuyến các kim loại vẻ dang dé xử lý vả ít
độc hon thi ta tiền hanh phương pháp kết tủa
Kết tủa dùng OH;
ở một vùng pH nhất định (pH >7) các kim loại kết hợp với OH' tạo thành
các hiđroxit kim loại kết tủa:
Trang 20
Trang 22Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Ha
nếu n chia hét cho 2
Còn nếu n không chia hết cho 2 thì [M”"}.(S]n >T,M;S,
Ưu nhược điểm của phương pháp
* Ưu điểm:
+ Don giản, dé sử dụng+ Rẻ tiễn, nguyên vật liệu dễ kiếm
+ Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại + Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mô lớn
* Nhược điểm :
+ Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử ly không triệt dé
+ Tạo ra bùn thải kim loại
+ Tến kinh phí như vận chuyền, chôn lắp khi đưa bùn thải đi xử lý + Khi sử dung tác nhân tạo kết tủa là OH- thi khó điều chính pH đối
với nước thải có chứa kim loại nặng lưỡng tính Zn.
Trang 2l
Trang 23Khóa Luận tôt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Hà
2.2.2 PHUONG PHAP SINH HOC
Như đã nói ở trên thì phương pháp sinh hoc là một trong những phương
pháp có nhiều hứa hẹn mang lại những hiệu quả tích cực cho việc xử lý kim loạinặng Đặc biệt tại Việt Nam ngày càng có nhiều hơn các công trình nghiên cứu vẻ
ứng dụng của phương pháp sinh học trong xử lý nước thai có chứa kim loại nặng.
Sở di phương pháp sinh học đang ngày được quan tâm bởi vi nhưng ưu điểm nỗi
trội của nó so với các phương pháp khác như: tinh gắn gũi với tự nhién, ít tạo ra
các ô nhiễm thứ cấp, đặc biệt là rẻ tiên vì có thé tận dụng các loài sinh vật trong tựnhiên Nhiêu các loài sinh vật trong tự nhiên đã được các nhà khoa học phát hiện
và ứng dụng trong xử lý nước thai kim loại.
Hiện nay, trong phương pháp sinh học, xử lý nước thải có chứa kim loại
nặng có 4 phương pháp xử lý chính như đã nêu ở trên:
+ Hắp thu sinh học+ Chuyến hóa sinh học
+ Phương pháp sử dụng lau sậy
2.2.2.1 Phương pháp hap thu sinh họcPhương pháp hấp thu sinh học là phương pháp sử dung các loài sinh vật
trong tự nhiên hoặc các loại vật chất có nguồn gốc sinh học có khả năng giữ lại
trên bể mặt hoặc thu nhận bên trong các tế bảo của chúng các kim loại nặng khi
đưa chúng vào môi trường nước thải có chứa kim loại nặng.
Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại sinh vật có khả năng hap thu
các kim loại nang đặc biệt là các loại thực vật thủy sinh như béo lục bình, rong
đuôi chó, béo tam, bèo ong, rong xương cả và các loài tảo, vi tảo, nắm
Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu và chứng minh được hiệu qua của
các loài thực vật trên trong xử lý nước thải Ví dụ như: cây Bẻo lục bình có khá
nang hap thụ Pb, Cr Ni, Zn, Fe trong nước thai chứa kim loại mạ Trong khi đó thi
rong đuôi chó và béo tâm lại có thé giảm thiêu được Fe, Cu Pb, Zn có trong Hồ Bay Mẫu.
Trang 22
Trang 24Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
Nói chung, phương pháp xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hap thu
sinh học là phương pháp còn khá mdi mẻ và nhiều tiém năng
2.2.2.2 Phương pháp chuyên hóa sinh học
Cũng như các phương pháp sinh học khác, phương pháp xử ly kim loại
nặng bang chuyên hóa sinh học đang còn khá mới mẻ đặc biệt là ở Việt Nam Hiệnnay ở Việt Nam hau như chưa có công trình nghiên cửu nào nghiên cứu về khả
năng xử lý kim loại nặng bằng chuyến hóa sinh học Trên thể giới phương pháp này đã được quan tâm từ cách đây khá lâu và cũng đạt được một số kết quả nhất
định Nhiều chủng vi sinh vật và các enzym đã được phát hiện là có khả nangchuyển hóa các kim loại nặng vẻ dang ít độc hại hơn Tuy nhiên phương pháp này
có khó khăn lớn là hâu hết các chủng vi sinh vật vả enzym được phát hiện là cókha nang chuyén hóa kim loại nặng thi it khi được công bổ, do vậy việc áp dụng
của phương pháp này vảo thực tế còn hạn chế.
Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh học có thể theo 2
cách sau:
Phương pháp chuyển hóa kim loại nang bằng phương pháp chuyển hóa trực
tiếp
Các kim loại nặng thường chuyển hóa các kim loại nặng bằng cách sử dụng
các enzym có chức năng oxi hóa hoặc khử để chuyển hóa kim loại vé dang ít độc
hơn Ví dy sử dụng vi khuẩn pseudomonas để khử ion Hg”” có độc tính về dang
Hgo không độc.
Nhiéu kim loại nặng cũng được xử lý bảng cách nay như Fe(III), Mn(IV),
Cr(VH, Se (VŨ, As(V).
Phương pháp chuyền hóa sinh học giản tiếp
Phương pháp chuyến hóa sinh học gián tiếp dé xử lý kim loại nang là sứ
dụng các vi sinh vật (enzym) dé chuyển hóa các chất hóa học thành một dang cóthé kết hợp được với các kim loại nặng đề tạo kết túa
Trang 23
Trang 25Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Ha
Một trong các chất thường hay được sử dụng trong cách xứ lý này là sunfat
(SO, ) Bằng cách sử dụng vi khuẩn chuyển hóa SO,” để chuyển hóa về dạng S”
, và từ đó các kim loại nặng sẽ kết hợp với S”' tạo kết tủa.
Tương tự như vậy, người ta sử dụng các vi khuẩn chuyển hóa photphat,
chuyến hóa các hợp chất photpho hữu cơ vẻ dạng photphat (PO, `) Vi dụ như vi
khuan Citrobacter tông hợp Photphat từ glycerol 2- photphat
Ưu nhược điểm của phương pháp
* Uu điểm:
+ Vì vi khuẩn, enzym là rat da dang và phong phủ đo vậy phương pháp
xử ly kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh học là rat hứa hẹn
+ Thân thiện với môi trường
+ Nếu ding cách chuyển hóa giản tiếp có thé xử lý chất thải 6 nhiễm sunfat + Xử lý tốt đỗi với một số kim loại.
* Nhược điểm:
+ Vi các chủng vi khuẩn là những thực thé hữu cơ sống do vậy phải cung
cấp đây đủ chất đinh đưỡng cho chúng.
+ Dễ bị ảnh hưởng của môi trường, do vậy dé bị nhiễm độc đối với một số
chất có chứa trong nước thải do vậy phương pháp này cũng chí sử dụng được ở
giai đoạn 2 hoặc 3.
+ Mỗi loại enzym hay vi khuẩn chi có thé xử lý đối với 1 hoặc | số kim loại
nhất định
+ Chi xứ lý được các kim loại khi ching ở nông độ tương đối nhỏ
Trang 24
Trang 26Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bui Mạnh Hà
2.2.3 PHƯƠNG PHÁP HAP PHU
Hap phụ là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất long lên
bẻ mat chất rắn xốp gọi là quá trình hấp phụ.
Phương pháp hap phụ là một trong những phương pháp phô biến nhất trong
xử ly nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nặng nói riêng Phương pháp
hap phụ được sứ dụng khi xử lý nước thải chứa các ham lượng chat độc hại không
cao Quá trình hap phụ kim loại nặng xảy ra giữa bẻ mặt lỏng của dung dịch chứakim loại nặng và bẻ mặt rắn
Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại vật liệu có khả năng hấp phụ kimloại nặng như: than hoạt tính, than bùn, các loại vật liệu vô cơ như oxit sắt, oxitmangan, tro bay, xi than, bằng các vật liệu polyme hóa học hay polyme sinh học
Cơ chế quá trình hắp phụ
Trong hap phụ thường điển ra 2 kiểu hap phụ:
+ Hắp phụ vật lý: được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch
giữa các phân tử và các tâm hấp phụ trên bể mặt than hoạt tinh.
+ Hap phụ hóa học: được thực hiện bởi các liên kết hóa học.
Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng
trong nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với cáctâm hap phụ Mắi liên kết này thường là yếu và không bén Tuy nhiên chính vì yếu
do vậy quá trình giải hap phụ dé hoàn nguyên vật liệu hấp phụ vả thu hỏi các kim
loại điển ra thuận lợi
Quả trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản img tạo liên kết hóa học
giữa ion kim loại nang và các nhóm chức của tâm hắp phụ thường là các ion kimloại nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hap phụ Mối liênkết nay thường là rất bên và khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp
phụ.
Sau khi thực hiện hap phụ dé xử lý các chất độc trong nước nói chung và
kim loại nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nha hap phụ dé hoản nguyên,
tái sinh (đối với các loại vật liệu hấp phụ có giá trị, va nhất thiết phải có kích
Trang 25
Trang 27Khóa Luan tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
thước đủ lớn để có thế hoan nguyên được) chất hắp phụ và trong nhiều trường hợp
có thé thu hỏi những cau tử quý.
Tái sinh chất hap phụ: Khi chat hấp phụ đã bão hòa người ta tiến hành nha
hấp thụ dé tái sinh vật liệu hap phụ vả đôi khi có thé thu hồi các chất có giá trị Có
thé tái sinh chat hắp phụ bang phương pháp vậy ly va hóa học
Uu nhược điểm của phương pháp hap phụ
Trang 28Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
3.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA
Nguyên tắc chung của phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải nói
chung va nước thải chứa kim loại nặng nói riêng là sử dụng các quá trình oxi hóa ở
anot và khử ở catot, đông tụ điện, kết tủa khi cho dòng điện một chiều đi qua 2
Cực anot và catot.
Cơ ché chung của quá trình điện hóa:
Cơ chế chung của quá trình điện hóa như ta da biết là sử dụng dòng điện
một chiêu, quá trình oxi hỏa va khử sẽ xảy ra ở catot vả anot.
-Ở anot: Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH" hoặc chat lam
anot.
+Néu thé phóng điện của anion va OH' (cặp OH'/O;) lớn hon thé cân bằng
của kim loại làm anot thì anot sẽ tan ra (quá trình này sẽ được ứng dụng trong
phương pháp đông tụ điện hóa).
M-ne = M”'
+Trong trường hợp ngược lại thì anot không tan va khi đó ở anot sẽ xảy ra
quá trình oxi hóa của anion hoặc OH
+ Thường thi thứ tự phóng điện của các anion như sau: đầu tiên là các anion
không chứa oxi S”, F, Br, CI’ sau đó mới đến OH' và cuối cùng mới đến cácanion chứa oxi.
+ Anot thường làm bảng các vật liệu không hòa tan, và có tính chất điện
phân như: graphit, macnetit, dioxyt chi, dioxyt mangan
- Ở catot:
+ Khi cho dong điện đi qua dung dich thi cation và H` sẽ tiến về bể matcatot Nếu thé phóng điện của cation lớn hơn của HỈ thi cation sẽ thu electron củacatot chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thanh kim loại bám vào điện cực
M”' +me = MTMTM (n>m)
M" +ne = M
ngược lại thi : 2H:O' +2e = H:-~2H:O
Trang 27
Trang 29Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
Catot thường được lam bang molipden hợp kim của vonfram với sắt hay
niken, từ than chi (graphit), thép không ri, và các kim loại khác được phủ lớp
molipden, vonfram hay hợp chat của chúng
Ưu nhược điểm của phương pháp
* Ưu điểm
+ Đơn giản, để sử dụng+ Dé cơ giới va tự động hóa+ Không sử dụng hóa chất
* Nhược điểm
+ Chi xử ly nước thải có nông độ đưa vào cao
+ Mặc dit hiệu suất đạt được tới 90% hoặc lớn hơn nhưng nông độ
kim loại vẫn còn cao
+ Tiêu hao năng lượng (điện năng) lớn + Chi phí cao
Ngoài các phương pháp được nêu trên còn có một số các phương pháp khác
là phương pháp mảng, phương pháp trích ly, phương pháp quang hóa Tuy nhiên các phương pháp này thường không được ửng dụng nhiễu trong xử lý nước
thải công nghiệp chứa kim loại nặng bởi hiệu quả xử lý không được cao và giá
thành lại dat.
Trên đây là các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng, các
phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm riêng Do vậy, tùy từng điều kiện,
từng hoàn cảnh mà ta có thé lựa chọn phương pháp nao dé xứ lý hợp lý nhất hoặc
có thé kết hợp hai thậm chí là ba phương pháp đẻ có thé xứ lý triệt dé và hiệu quanhất Tuy nhién các phương pháp trên đây luôn tôn tại những nhược điểm lớn nhưthường là sinh ra chất thai thứ cắp hoặc đắt tiền, hoặc đòi hói một không gian xử
Trang 30Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
tốt, và đặc biệt là phải rẻ tiền Do đó dé có thé thực hiện được những tiêu chí trên,
việc nghiên cứu, thăm đò khả năng xử lý nước thải chứa kim loại nặng bang vật
liệu cỏ nguồn gốc từ phế thải của ngảnh chế biến thủy sản có tên gọi là CHITOSAN được tiến hành Trong phân tiếp theo của Khóa luận em xin giới thiệu
về nghiên cứu thăm đò khả nang xử lý kim loại nặng (Cr°’) bang CHITOSAN
2.3 Chất hap phy Chitosan
2.3.1 Khái niệm về Chitin - Chitosan ``
Chitin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp Chitin làthanh phan cau trúc chính trong vỏ (bộ xương ngoải) của các động vật không
xương sống trong dé có loài giấp xác (tôm, cua) Chitin là một trong những chất
polyme sinh học phong phú nhat trong tự nhiên, chỉ đứng sau cenllulose
Tôm và cua là các loài chứa nhiều chitin nhất Điều này rất thuận chonhững nước có ngành thủy san phát triển như Việt Nam
Trong những năm gắn đây thì ngành thủy sản Việt Nam có những bước phát triển mạnh mẽ Ngành chế biến thủy sản đã tăng lên nhanh chóng từ 102 cơ
sở năm 1990 đến 264 cơ sở năm 2002 và sản lượng hang năm tăng lên nhanh
chóng riêng ngành chế biến tôm đông lạnh đã tang từ 75.000 tin năm 1998 lên đến 110.000 tấn năm 2002 Tuy nhiên cùng với sự phát triển của ngành này thi lượng chất thai rắn hang năm cũng tăng lên một cách đáng kế, lượng chat thai rắn
từ nganh chế biến tôm đông lạnh (chủ yếu là vỏ tôm) tăng từ 56.250 tắn năm 1998 lên 82.500 tan năm 2002 Do vậy việc sản xuất ra chitin ở Việt Nam là rat có triển
vọng, vì nó vừa có thé làm giảm giá thành sản xuất lại vừa có thể giải quyết đượcmột lượng chat thai rin của ngành thủy sản
Chitosan là một chất ran, xếp, nhẹ hình vay, có thể xay nhỏ theo các kích
cỡ khác nhau Có mau trang hay vàng nhạt, không mùi vi, không tan trong nước,
dung dich kiêm và a -xit đậm đặc nhưng tan trong a-xit loãng (pH6) tạo dung dịchkeo trong, có khả năng tạo mang tốt, nhiệt độ nóng chảy 309-3 | I°C
Trang 29
Trang 31Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
Khi nung Chitin trong dung dịch sodium hydroxide (>40%) ở nhiệt độ
90-120°C sẽ tạo thành Chitosan, Qua trình này nhằm loại bỏ nhóm acetylic trong gốc amine dé tạo ra sản phẩm (chitosan) có khả năng hòa tan Ít nhất phải loại bỏ 65%
nhóm acetylic trong mỗi liên kết monomer của Chitin thì mới có khả năng tạo
thành dung dịch Quá trình khử acetylic rất khó vì phải phụ thuộc vào độ bên,
nhiệt độ và nông độ của dung dịch sodium hydroxide Hơn nữa, những đặc tính
hóa học của Chitosan ( khỏi lượng phân tử, độ phân tán của chuỗi poly, độ tỉnh khiếu còn phụ thuộc rat lớn vào phương pháp thiết bị chiết tách cũng như nguồn
vỏ sinh vật (shell).
2.3.2 Cấu trúc và đặc tính hắp phụ
2.3.2 1 Cầu trúc hóa học của chitin-chỉtosani `
Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozo, trong đó nhóm (-OH) ở nguyễn tử C(2) được thay thé bảng nhóm
axety! amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I) Như vậy chitin là poli
(N-axety-2-amino-2-deoxi-b-D-glucopyranozo) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit.
Trong đó các mắt xích của chitín cũng được đánh số như cúa glucozơ:
>
el
Trang 30
Trang 32Khóa Luận tết nghiệ GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
thể gọi là poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly
b-(1-4)-D-glucozamin (cấu trúc II)
2.3.3 Tại sao chitosan lại được dùng trong xử lý nước thái?' `ˆ
Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có cấu trúc đặc biệt với các nhómamin trong mạng lưới phân từ có khá nang hắp phụ tạo phức với kim loại chuyếntiếp như: Cu(Il), Ni(H), Co(ll) trong môi trường nước Vi vậy, việc nghiên cứunhững đặc điểm vẻ tinh chất hóa học, khả nang hap phụ kim loại đang là van dé
Trang 31
Trang 33Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
được các nhà khoa học quan tâm, va từng bước được áp dụng vào giải quyết vấn
dé 6 nhiễm môi trường trên Trai Dat
Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các
nhóm chức mà trong đó các nguyền tử Oxi va Nito của nhóm chức còn cặp
clectron chưa sử dụng do đó chúng có khả nang tạo phức, phối trí với hau hết các
kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg”, Cđ”', Zn””, Cu" Ni’ ,Co”
Tuỷ nhóm chức trên mạch polime mà thảnh phân và cấu trúc của phức khác nhau
Vi dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát điện với số phối tri bằng 6.
còn phức Ni(II) với chitosan cỏ cấu trúc tứ điện với số phổi trí bằng 4
eee \
r7% ZN
co
Ngnchen NiI1)chitosan
2.3.4 Các công trình xử lý nước thải dùng chitosan trên thé giới và việt nam?
- Năm 2003 Nguyễn Thị Như Mai, Lê Thị Hải, Hồ Thị Bích Ngọc (KhoaHóa học trường Đại Học Đà Lat); Võ Tan Thiện, Nguyễn Văn Sức, Nguyễn
Mộng Sinh (Viện Nang lượng nguyên tử Việt Nam) trong báo cáo khoa học
-Khao sát kha năng hấp thu Thúy ngân, Cadimi, Đẳng và Kẽm trong nước bang
Chitosan, dang trên Tạp chí Hóa hoc, T.42 năm 2004 Đã tiến hành khảo sát khả
năng hap phụ Thùy Ngân, Cadimi, Đông và Kém bang Chitosan Kết qua đượckhảo sát tại pH từ 4-6, khuấy trong 90 phút thi thấy mức độ hấp phụ của Hg” cao
nhất (90%), Ca” (41%), Cu” (38%), Zn” `(209%).'”
Trang 32
Trang 34Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
- Mohd Ariffin (Department of Chemical, Faculty of Chemical and Natural
Resources Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 UTM Skudai,
Johor, Malaysia.) cùng các cộng sự đã tiến hành xử lý màu nước thai dét nhuộm
bằng Chitosan Thí nghiệm tiến hành ở pH từ 4-6, lượng chitosan là 30mg/L, tốc
độ quay 250 vòng/phút trong vòng 20 phút Kết quả cho thấy lượng COD giảm
được 72.5%, độ màu giám 94.9% Ì”'
2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp
2.4.1 Phương pháp hấp phụ `
2.4.1.1 Hiện tượng hap phụ
Hap phụ là quá trình hút các chất lên bể mat các vật liệu nhờ các ái lực trên
bể mặt Các vật liệu được gọi là chất hấp phy (adsorbent), chất bị hút được gọi la chất bị hấp phụ (adsorbate) Trong môi trường nước hiện tượng hấp phụ được hiểu
là hiện tượng tăng nông độ của một chất tan (chất bị hắp phy) lên bẻ mat một chấtrắn
* Trong hip phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ
+ Hap phụ vật lý : được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch
giữa các phân tử và các tâm hắp phụ trên bể mặt than hoạt tính.
+ Hap phụ hóa học: được thực hiện bởi các liên kết hóa học.
Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng
trong nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện và lực liên kết vanderwaal giữa cácion kim loại này với các tâm hấp phụ trên bể mặt Mắi liên kết này thường là yếu
và không bén Tuy nhiên chính vì yếu do vậy quá trình giải hấp phy dé hoànnguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại điển ra thuận lợi
Quá trình hấp phụ hóa học xây ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa họcgiữa ion kim loại nang va các nhóm chức của tâm hắp phụ thường lả các ion kimloại nang phan ứng tạo phức đổi với các nhóm chức trong chat hap phụ Mối liênkết nay thường là rất bén va khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hap
phụ.
Trang 33
Trang 35Khóa Luận tết nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà
Nói chung là trong thực tế thi quá trình hấp phụ không xảy ra thudn tuytheo một phương thức nảo ma nó có những đặc trưng của cá hai phương pháp hắp
phụ trên.
Sau khi thực hiện hap phụ dé xứ lý các chất độc trong nước nói chung va
kim loại nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhá hap phụ dé hoàn nguyên, tái sinh (đổi với các loại vật liệu hấp phụ có giá trị, và nhất thiết phải có kích thước đủ lớn dé có thé hoàn nguyên được) chat hap phụ va trong nhiêu trường hợp
có thé thu hói những cau tử quý
2.4.1.2 Hap phụ đăng nhiệt
Đăng nhiệt hấp phụ biểu dién sự phụ thuộc lượng chất đã hấp phụ vao nông
độ dung dịch ở nhiệt độ không đổi thường được dùng dé mô tả cân bang hap phụ
Các thông số hap phụ chất hắp phụ đối với ion kim loại nặng thường có thé biểu
diễn theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freudlich
* Phương trình đăng nhiệt Langmuir :
Là phương trình được thiết lập bằng phương pháp lý thuyết để mô tả cân bằng hap phụ đếi với cá hệ hap phụ vật lý và hóa học Phương trình đựa trên cơ sở
giả thiết rằng trên bể mặt hắp phụ, các phan tử bị hấp phụ trén đó không tương tácvới nhau, mà phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm một phần bể mặt chất hắp phy, sự
hấp phụ chí trên một đơn lớp ở bể mặt hap phụ, coi năng lượng bẻ mặt chất hấp phụ là đồng nhất, có mức năng lượng là như nhau Phần điện tích bể mặt bị các chat bị hấp phụ chiếm chỗ được gọi là độ che phủ bể mặt Quá trình hấp phụ chỉ diễn ra ở phan chưa bị chiếm nên tốc độ hấp phụ tỷ lệ với nó Khi quá trinh dat
đến trạng thái cần bang thi tốc độ hắp phụ va nha hap phụ là bằng nhau
Phương trình dang nhiệt Langmuir có dạng như sau
-a : Lượng ch-at đã h-ap phụ ở nông độ C ( mg)
am : Lượng chất hấp phụ bão hòa đơn lớp (mg)KL; Hệ số Langmuir
Trang 34