nghiên cứu xử lý tách loại và thu hồi crôm, niken từ nước thải bể mạ một số xí nghiệp mạ crôm, niken

Đây là một trong những phương pháp quan Irọng nhờ có quá trình điện phân các ion kim loại nặng và anion dỗ phóng diện trong nước thải sẽ bị kết tủa lắniỉ đọng lại.. Qua nghiên cứu đã cho

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOn ề •ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘi ■ ■ • TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN• • • •

v ũ THỊ THUỶ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TÁCH LOẠI VÀ THU H ồ i

CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI BỂ MẠ

LUẬN ÁN THẠC s ĩ KHOA HỌC HOÁ HỌC

MỤC LỤC■ •

MỞ ĐẤU

ỉ- Vai trò của nước và ảnh hưởng độc hại của các kim loại nặng trong nước

4- M ột số phương pháp xử lý và thu hổi crom , niken từ nước thải công nghiệp

2.1.1- Bài toán về độ lan của crom (ni) hyđroxit

2.2- Kháo sát dô tan của crom (III) hyđroxit

2.2.1- Kết tủa Cr3+ bằng natri hyđroxit

3.1.2- Tinh chế Na-bentonit

3.2.2- Kháo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung Na-bentonit

4- Thu hồi crom bang phương pháp sác ký trao dổi ion trẽn nhựa cationit

4.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thu hổi crom

-V Thu hói crom bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên nhựa cationit

5.3- Kháo sát các yếu lô' ảnh hưởng dến quá trình thu hồi crom bằng nhựa

5.3.1 - Khảo sál ảnh hưởng của thời gian hấp phụ

5.3.3- Khảo sát ánh hưởng của pH dung dịch rửa giải

5.3.5- Khảo sát ảnh hường của tốc độ hấp phụ

»- Xử lý và thu hổi crom từ nước thai bè mạ quân đội Z121

6.2- Tách C ru bàng Na-benlonit gg6.3- Thu hối C r,+ bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trên cationit axit yếugg

( / N tíIỈIÊ N CỨU TÁC H VÀ THU H ồ i N1KEN gỹ

1- Phân tích niken

1.1- Chuán hi dung dịch nghiên cứu

1.2- Phân lích niken bằng phưưnụ pháp trác quang với thuốc thử

Jim etylglioxim

1.3- Lập đường chuẩn

5.2- Khảo sát sự ánh hường của thời ui an diện phán I0Ỉ

5.4- Kháo sát sự ảnh hưởng của nổnu độ d llI1U dịch điện phân J 0 6

6- Thu hoi niken bảng phương pháp điện phán /°7

MỞ ĐẦU

Cùnu với sự phát triển cùa nền kinh tế và đời sống nhu cầu về nước ngày càng nhiồu, lượng nước công nghiôp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng lớn gây ô nhiễm đáng kê đến nước bồ mặt và môi trường

Nước thải dưa vào hề mật các loại hợp chất khác nhau từ dạn tỉ, tan, dạng huyền phù, dạng nhũ tưưng đến các loại vi khuẩn Một số chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước có ánh hướng độc hại lới sự phái triển của các vi sinh vật trong nước Trong số các chất vô cơ phải kể đến các ion Pb2+, A s '\ C r!+, N i2+ [3|

Để giảm mức dộ gây ô nhiễm cùa nước thải công nghiệp tới các níỊUổn nước nuô cá và tưới tiêu trong bản luận án này chúng tôi tập chung nuhiên cứu xử lý lách loại và thu hổi crom, nikcn trong nước thái bể mạ nhà máy quân đội Z 1 2 1

PHẦN 1 TỔNG QU AN

1 VAI TRÒ CỦA NƯỚC VẢ TÁC DỤNG ĐỘC HẠI CỦA CÁC ION KIM LOẠI

TRONG NƯỚC

1.1.Vai trò của nước:( 1)

Nước là một chái hình thường vì tính phổ biến của nó nhưng lại rất khác thường vồ tính chất và ứng dụng

Ta đã biết nước không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt hàng ngày ,

còn trong công nghiệp nước cũng rất cần cho công nghiệp hoá học và những nghành có liên quan như dược phẩm, thực phẩm ở đó nước là môi trường đổ tiến

hành phản ứng hoá học, nước là chất phản ứng đổ tạo Ihành sản phẩm; nhiéu khoáng chất và n g u y ô n tỏ hoá học được tách ra từ các nguồn nước có hoà tan chúng Với những lính chất dị thường vốn có, nước thực sự là nguyên liệu quí giá của công nghiệp

Với diện tích gần ba phần tư bề mặt Irái đất độ sâu trung bình 4km, biển và

dại Jương cỏ tác dụng diều hoà nhiệt độ trên trái dất Trong lòng dại dương có đến

40 nghìn loại cá sinh sống , tổng lượng hàng năm hàng chục triệu tấn , rong biển

và những nghành thân mồm chứa protit có giá trị và các nguyên tố vi lượng được

sử dụng rộng rãi làm Ihức ăn cho người Vì vậy nước khống những quan trọng đối với dời sồng, công nghiệp mà còn không thể thiếu dược đối với sự sống của rất nhiiu loài động vật có ích trong nước

Hiện nav con người dang tìm cách sir dụnu một cách khoa học các nguồn

nhicm lioá chất độc Đổng thời , bằng phương pháp khoa học tác động vào nước con ni>ườị khônu ngừnụ tạo thèm cho nước những IÍI1Ỉ1 chất đặc hiệt khác có lợi cho kỹ thuật và đời sống.

1.2.Vai trò sinh hoá và độc tính của các nguyên tô hoá học

Các ion kim lại nặng vào cơ thổ có tác hại lớn với các enzim, dặc biệt chúng

có ái lực lớn đồi với các phối tír chứa nhóm -SH và -SCHiCỦa các en/.im làm mất hoại tính sinh học của chúng.(11)

en/im ^ +Hg2+ —> Enzim 's's‘ Hg + 2H+

Các melallocnzim chứa các ion kim loại trong cấu trúc của chúng được thế

chồ bời các ion khác có cùng kích thước và điện tích thì tác dụng sinh hoá của nó

bị k>m hãm , ví dụ Zn2+ trung một số meiallocn/.im dược thay thế bằng C(J2+ thì sẽ dán đến sự nhiỗm độc Cd2+

Từ láu người ta dã nhận thấy rằng các nguyên lố dạng vết có một chức năng

đạc ">iệi như là một loai chất hoạt hoá cnzim Chính vì vậy mà xuất hiện một khả nàng nguy hiểm rất lớn đối với cơ thổ sống do việc một số nguyên tố như Cd, Ni,

Pb Có thể thay thế các nguyên tố cần thiết Điều này gây ra hội chứng nhiễm

dộc và dẫn đến tử vong Ngoài ra cũng có khá năng một sô' nguyên tố cần thiết có

mạt với một ỉirợng dư sẽ làm rối loạn chức năng sinh hoá binh thường của các

nụmèn lô' khác do đó sinh ra hội chứng nhiễm độc( l5t

2 ĐAI CƯƠNG VỀ CROM VÀ N1KEN

2.1.Giới thiệu chung về crom( 14)

C ro m là n g u y ê n tô' n h ó m d , s ố thứ tự 2 4 tro n g b ả n g h ệ th ố n g tuần h o à n

MenJelcep Crom ở dạng đơn chất là kim loại óng ánh, màu trắng xám Crom

nmivên chất rất dẻo nhưng hợp kim crom với mội số kim loại dùng trong kỹ thuật lại 1.1 một troni; những hợp kim cứnu nhất.

Crom dơn chấl dỗ bị thụ động hoá trong axil nitric và axit sunfurie đặc Khi (lun nónii và đặc biệt ờ trạng thái nghiền nhò erom bị nhiều á kim oxi hơá , ví dụ bị cháv trong oxy

4Cr+ 3()2 = 2Cr2(),('ác hợp chất Cr(Il) người ta mới chỉ biết dược một ÍI dần xuất như CrO mầu đen Cr(()H)> mầu vàng , CrS màu đen, CrClj, không màu các muối Cr(II) là những chất khỉr mạnh , chẳng hạn chúng dề bị oxy không khí oxy hoá

4|Cr(OH2) J 2f + ()2 + 4H+ = 4[Cr(OH2)6]3+ + 2H20Nếu môi inrờno nước không chứa chất oxy hoá thì chúng sẽ hị phân huỷ dấn bởi nước:

2CrCl2 + 2H,C) = 2Cr(OH)Cl2+ H2Các hợp chất bậc hai của Cr(II) thực tế chỉ thể hiên tính bazơ , chẳng hạn Cr<) Cr(OH)2chỉ tương tác với các axil

Cr>(), + 3K,S20 7 = Cr2(S04)? + 3K2S 0 4

C ÒI1 khi nấu chay Cr,(), với kiềm và các oxit unmg ứnu thì lạo thành xocromat(IIl):

2KOH + Cr2(), = 2KCr()2 + H2GKhi dể yên Cr20,.xH 20 dần dần chuyển llìành Cr(()ỈI)f và mất hoạt lính Cr(OH), này tan nhiều khi có mạt axit hoặc kiềm

Trong dung dịch các hựp chất Cr(III) ít nhiều đổu bị thuý phân Có thể xem

sự hình Ihành phức chất hycỉroxopenta aquơ fCr(OH)(OH,),|2+ là giai đoạn dầu của quá trình ihuỷ phân các halogenua, sunfal, nitrat của Cr(III ):

|Cr(OH2) J u + H , ( ) ^ [ C r ( O H ) ( O H , ) v|2+ + H,<rChí có oxytcrom CrC), và các haloRenua CrC)2F2, C r02CỈ2 là bền Anhyđrileromie dỏ lan trong nước tạo thành axit crornic

CrO, + H2() = H2C r04 Gì() axit lác dung với dung dich đăc kalicromat, thì màu ?ủa nó dầu tiên là

da cam đỏ sau dó biến thành màu sẫm hơn do các đicromal rồi tricomat được tạo thành

2K,Cr()4 + H2S 04 = K2Cr20 7 + K2S 04 + H2Q

Khi làm lạnh và axil hoá liếp tục dun tỉ dịch bằng axil sunfuric thì những linh the anhvdriccromic dỏ sẫm sẽ tách ra:

K2C r04 + H2S04 = CrO, + K2SO, + H20Còn nếu cho kiềm lác dụng lên polycromat thì quá trình diễn ra theo hướng ngược lại và thu dirực cromat Có thể biểu diễn quá trình tương hô cromat và

dicromal bàng phương trình phán ứng thuận nghịch:

2Cr()42 + 2H,()+ == C r / V + 3H20Các chất Cr(VI) là những chất oxy hoá mạnh Trong quá trình oxy hoá khử chúng chuyển thành các dần xuất Trong đỏ ở mổi trường trung tính sẽ tao thành Cr(lIl)hyđroxit

K2Cr2ơ 7 + 3(NH4)2S + H2() = 2Cr(OH), + 3S + 6NH, + 2KOH

Trong mồi trường axit tạo thành các dẫn xuất phức cation

2.2.Giứi thiệu chung về niken[14]

Nikcn là nguyên tố có số thứ tự 28 trong bảng HTTH, có trạng thái oxi hoá

2 Trên trái đất niken nằm dưới dạng 5 đồníỉ vị bền Lượng lớn niken tập trung tronu quăng sunfua đổng nikcn ờ dạng đơn chất niken là kim loại trắng ánh kim ,

3K,Cr,<)7 + H,S04 = 2K,Cr,O|0 + K 2SC)4 + H2()

mạng lâp pỉurơnu tám diộn Niken có tính chất sắt lừ và có khối lượng riêng 8,9 o/cm' , nhiệt dộ nóng chảy 1453°c , nhiệt độ sôi 3()()0°c Nikcn có cấu tạo electron uronụ tự Co.Fc nhimg có hoạt tính hoá học kém Co, Fe Với 0 2 niken chí bát đầu lác dụng ở 50()°c , khi đun nóne , nghiền nhỏcfỗ bị halogen , lưu huỳnh,selen, pilot pho, ascn, anlimon oxi hoá Niken tạo thành các hợp chấl có liên kếtkim loại với đa sô các nguyên lố kể trên Ni<s2, Ni3Se2, Ni,p, NiAs, NiịC, Ni2B, NiB Nikon có khả năng hấp thụ một iượng lớn hyđro lạo thành các dung dịch rắn.

Với các axil , kiềm niken có tính chất tương tự Fe, Co là rất bền về phương diện hoá học, chỉ tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao

Niken chủ yếu được điều chế từ quăno sunfua đổng niken, kim loại niken tự

do thườim dược diều chế bằng cách dùng cacbon khử Ni() Người la tinh chế

ni ken bằntỉ cách điên phán dunti dịch nikensufat Các kim loại tạp chất platin kèm Iheo dirực tách ra dưới dạng bùn anot

Niken chủ yếu dùng đổ sản xuất các hợp kim nikcn và thép pha luyện (thép không iỊÍ, chịu nhiệt) Từ niken người ta chế tạo ra những thiết bị đặc biệt cho các quá trình sản xuất hoá học Nó còn được dùng làm các lớp mạ bảo vệ và trang trí trên kim loại khác

ở dạng hợp chất niken tạo thành các dung dịch rắn liên tục với kim loại nhóm VIII (trừ Ru và Os) mangan và đổng Còn với Cr, Ti, Al, Be, Ru, Os và các kim loại khác , niken cho duim dịch hạn chế Trong số các hựp chất kim loại của niken, quan trọng nhất là Ni,AI, NiMn , NiAl, Chúng tham gia vào Ihành phần các hợp kim của nikcn, làm cho những hợp kim này có những lính chất cơ , lý , hoá quý uiíí Các kim loại càng nằm xa niken trong bảng HTTH, thì các hợp chất kim loại cùng kiểu tạo thành có ỉiôn kết càng bền và tính bổn nhiột càng cao hơn Ví dụ

độ bén liên kết và tính bồn nhiệt tăng lên trong dãy Ni,Fe, Ni,Mn, Ni3Cr, NiịV, Ni,Ti Các hợp chất kim loại Ni,Mn , Ni3Fe, PtNi2 có tính sắt từ

Niken-crom là hợp kim có điện trở cao, có tính bền, chịu nhiệt nhờ màne Cr20 , nên được dùng rộng rãi làm phần tử đốt nóng trong kỹ thuật điên Trong số các hợp kim sắt - niken phái kể đến inva, nó không bị dãn nở khi đốt nóng, platinit

có hệ sô dãn nớ nhiệt giống như thuý tinh, được dùng làm chất thay platin để gắn với ihuỷ tinh

Các hợp chất Ni(II) có số phối trí 6 và 4 ứng với sự phân bố các liên kết Iheo hình bát diện và hình vuông phẳna (lai hoá đsp2) Các phức chất hát diện của Ni(ll) ihuận từ còn phức chất vuông phẳng thì nghịch từ

Tronq số các phức chất cation của Ni(II) thì phức aquơ và amino là bền và

có cấu trúc electron như sau :

8 ' V d8‘aPhức chất aquư có màu lục sáng:

NiF2.6H20 , Nì(N 0j)2.6H20 , NiCC)3.6H2( )

Phức chất amoniacal đổu có màu xanh đậm , tương đối dề tạo thành

NiCI2 +6NH, = |Ni(NH3)6JQ2Nhờ có sự tạo thành amoniacat mà Ni(()H)2 lan được khi có mặt amoniac và muối amoni

Ni(OH)2 + 6NH, = [Ni(NH,)6](OH)2Ni2+ có các phán ứng chính sau:

a- Phản ứng với NaOH

Ni2+ + 2()H = Ni(OH)2 ị lụcCũnụ giống như sắt , Ni2+ có thể bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh như Br2, Cl2 tạo thành Ni’+

2Ni(OH)2 + Br2 + 20H = 2Ni(OH), + 2Br b- Phản ứng với NH4OH

NiCl2 + NH4()H = NiOHQ + NH4C1NiOHCl + 5NH4OH + NH.CI = [Ni(NH?)6J2+ + 2C\ + 6H2Q

Đối vói con ngưòi [9J:

Trong nước thải crom ờ dạng Crỉ+ và Cr6+ nhưng Cri+ Ihường găp hơn Dạng này bị ảnh hưởng bởi mức độ khử của ion kim loại trong nước và cả các hợp chất hữu cơ cố tính khử

Nguồn gốc của nó là do chất thải từ công nghiộp mạ và quá trình đốt cháy các nhiên liệu hoá thạch

Hiệp hội WHO (Worrld Health Organization) tìm thấy 17 nguồn nước ngầm

và một nguồn nước bề mặt có chứa nồng độ Crom tổngcọM^ lớn hơn 50mg/l Vào nhĩrnu năm 1969 đến năm 1980 liên đoàn cứu trợ thế giới đã đề ra chỉ tiêu cho nước uống với tổng nồng độ crom trung binh là lOmiỉ/l đối với nước bổ mặt và 16mu/l dối với nước ngầm

Crom có dộc tính khá CHO , chỉ cần một lượng nhỏ có thể i>ây bênh cho con

người Khi nó xâm nhập vào cơ thổ người có tác hại lớn đối với các enzim , nó thay thố nhỏm -SH- trong en/im làm mất hoạt tính của enzim.Do vậy nó gáy bệnh cho nmrời: Gây bệnh ean, thân , dối loạn dường hô hấp

Nếu bị nhiễm dộc Cr6+ mãn tính có thể gây viêm da, loét da

Niiười hay động vật tiếp xúc với Crom qua đirờnn hô hấp sẽ bị ung thư

Đôi với động vật [13]:

Người ta khảo sát sự sống của cá chép hằng cách ngâm Irứng cá sau khi thụ tinh vào trong nước có chứa Cr6+ ở nồng độ 3,9 - 9,6 mmol/l tại pH= 7,8 crom không ảnh hưởng đến tý lệ nở trứng và tỷ lệ mắc bệnh tuỷ sống của cá

Nhưng với nồng độ 9,6mmol/l và pH=6.3 làm giảm tỷ lê nở trứng, tăng tỷ lê

từ vong

Nếu ngâm trứng cá trong nước có nồni? độ 3,9mmol/l ở pH=7,8 thì làm tăng

sự kết dính của những lố bào tiết ra chất nhẩy Nước có nổng độ 3,9 mmol/1 tại pH=6,3 tỷ lệ mắc bênh tuỷ sống của cá tảng, mang và vây khô hưn, khả năng chịu rét kém hon

Nhtr vậy tại pH= 7,8 tỷ lê tử vong và tỷ lộ mắc bệnh tuỷ sống là không đáng

ơ Việt nam , Bộ khoa học công nghê và môi trường cũng đã đưa ra một số chi tiêu chuẩn tạm thời về hàm lượng crom troníỉ nước như sau:

• Nước bề mặt : (),5mg/l

• Nước ăn, sinh hoạt : 0,05mg/l

2.4.ĐỘC tính của niken 112ị:

Trong nirớc sinh hoại và nước tự nhiên thường ít gặp niken, nó chí có ở mội

số nguổn nước chảy qua các vùn li có chứa quặng niken và cỏ nhiều trong nước thải mội số nhà máy luyôn kimvà hoá chất có dùng niken Trong nước niken thường tôn lại Ni2+ dạng phức xianua

Nước chứa Ni2+ gây ra chứng ne ứ a , viêm da ở những người nhạy cảm với niken và gây ngộ độc do cacbonyl niken , ảnh hưởng phổ biến nhái do tiếp xúc với nikcn là “chứng ngứa nikcn” chủ yếu là nhữno người làm mạ niken

Ngoài ra cũng xây ra hiện tượng ngộ độc nikcn do hít phái bụi niken Đã có một sô' tài liệu chỉ ra rằng một số công nhân làm trong nhà máy tinh luyện niken mắc phải bộnh ung thư phổi, họn^ và mũi Nguyên nhân chính của vấn đỗ này vẫn

chưa giải thích được hoàn toàn nhưng người ta cho rằng nó có liên quan đến niken.

Những nghiên cứu cho biết độc tính đặc biôt của cacbonyl niken dưới dạng nhỏ, mịn láng đọng trong phổi ở điều kiện ẩm của dịch phổi gây nên kích ứng xunu htiyếl và phù nồ ở phổi

Do đó nuười ta cho ràng ngưỡng khônií độc là 10 ’ ppm chính là nồng độ tối

đa của cacbonyl niken trong khòniỊ khí mà người công nhân tiếp xúc qua 8 giờ làm việc mà khổng gây tổn hại sức khoẻ

ị GIỚI THIỆU VỂ KHOÁNG SÉT:(8)

Đất sél là một loại quăng đặc biệt , được con người biết đến và sử dụng troíìụ dời sống lừ cách đây hàng nghìn năm Nếu dựa Iheo dặc tính dỗ nhận biết có Ihể định nghĩa khoáng sét như sau:

“ Đất sét iù loại quặng dạng đất mịn , khi trộn thôm nước trở nôn dẻo có thể tạo hình theo ý muốn, để khổ vẫn giữ nguyên hình dánu đó, khi nung lên thì chắc đặc thành đá”

Ngày nay người ta xác định dược rằng đất sét là hỗn hợp chứa nhiều khoáng vật irons dó khoáng vật sét là chủ yếu (trên 70%) còn lại là khoáng vật phi sét như:

thạch anh, mica, gippit ngoài ra trong đất sét còn có các loại khoáng vật hữu cơ

là sán phẩm của quá trình phân huý xác động thực vật

Nói chung lất cá các khoáng sét đều có dạng cấu tạo từ nlìữni’ tấm tứ diện SiO_|4 và bát diện ỊAl(OH)6]’' , các tấm tứ diện và hát diên đểu có cấu tạo lớp Chính nhờ cấu tạo lớp và kích thước của các hạt nhó nôn đất sét có tính dẻo, có khá nánu tạo hình kết dính Ngoài ra, đất sét có dặc lính quan irọng nữa mà ní>ày nay đang được các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng là sự thay thế dịch chuyển các ealion trong cấu trúc dán đến khả năng hấp thụ và trao đổi giữa các cation của khoáng với các cation bôn ngoài Cơ chế của quá trình này được giải thích như sau:

Các cation Si4+ ờ tấm tứ diện và Al3+ ở tấm bát diện có thể bị thay thế bởi

các cation có điện tích bé hơn như Cr3+, Ni2+ .V.V làm cho khoáng sét tích điện

ám Các cation bù trừ điện tích âm đó có khá năng trao đổi với các cation nằm tronẹ môi trường liếp xúc với khoáng sét

Dựa vào cấu Irúc chủ yếu là cách xấp xếp giữa các tấm từ diện và bát diện ĩiìà người ta chia chúng thành các loại khác nhau: caolinit, monlorilonit

3.1 Khoáng sét nhóm caolinit:

▲.

Tròn hình chi) la Ihấy mỗi lớp caolinũ uỏm 2 lá lứ diện Si04 quay đỉnh về phía 2 lá bát diện tại nút mạng lưới chung thì OH được thay thế hằng o2 Vì bán kính của o2 bằng 1,36A° rất lớn so với bán kính của Si4+ là 0,39A° nên mạng tinh thê caolinit íỊồm phán mạng o2 và OH gói gém chắc dặc còn các cation Si4+,

M tr+ v .V nằm trong vùng chống của mạnc anion đó

3 2 K h o á n g s é t n h ó m m o n t m o r i l o n i t :

Nhổm khoáng này còn gọi là khoáng sét 2/1 vì mỗi lứp của khoáng sél này iỉỏm 2 tám tứ diện và một tấm bát diện Hai tấm tứ diện cùng quay đinh chung vào tấm hát diện ở giữa.

Mạng lưới của khoáng này thường có sự thay thế của Ali+ bằng Crỉ+, Fe2+

và vị trí của Si4+ thay thế hởi Al,+ sự thay ihế này làm toàn mạng lưới tích diện

âm Các cation N a \ Ca2+ bù vào điện lích Ihiếu dỏ được phân bố giữa các lớp Công thức gần đúng là Al2|(()H)2Si4O10] nH20 trong dó nH2() là nước hấp phụ

Nél đặc biệt của cấu trúc khoáng vật nhóm này là các lớp cách nhau bởi 2 mặt anion ()’\ do đỏ khônu có liên kết hyđro giữa các lớp làm cho khoáng vật có

độ phân tán cao Cation bù Irừ cho sự thay thố đồng hình không đổng hoá Irị được

phán hố giữa các lớp, mặt khác các cation này bị hydrat hoá theo mức độ khác nhau nên dẻ dàng trao đối với các cation có trong dung dịch tiếp xúc với khoáng SÓI bo đó khoáng sét này có đặc tính trươntĩ nở mạnh Khoáng sét montmorilonit

chứ a cation trao dổi là Na+ có tôn là sét bentonil

4- MỘT SỔ PHƯƠNG PHÁP x ứ LÝ VÀ THU H ổ i CROM, NIKEN TỪ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Thông thường để xử lý và thu hổi crom từ nước thải công nghiệp , người ta dùng phương pháp : hoá học, hoá lý, sinh hoá

Phương pháp hoá học và hoá lý là những phương pháp dùng để xử lý thu hổi kim loại quí hoặc để khử chất độc , các chất ánh hường xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoá sau này

Cơ sở của phương pháp hoá học là phản ứng hoá học , các quá Irình hoá lý diễn ra giữa chất bẩn và hoá chất cho thêm vào

Những phán ứng diền ra có thể là: phản ứng oxi hoá, khử, phản ứníỊ tạo kêì lủa phán ứng phân huỷ

4.1- Phương pháp trung hoà:[6]

Nước thải sản xuất irong nhiều lĩnh vực công nghiệp có chứa axit hoặc kiềm, dể ngăn ngừa hiện tượng xâm thực của axit, kiềm người ta dùng phương

pháp iruny hoà Phircmg pháp này người ta dùng để làm một số muối kim loại nặng lãng xuống và tách ra khói nước thải.

Tron 2 trường hợp lượng axil tro lie nước Ihãi nhiều thì phải thêm kiềm hoặc vôi Ngược lại trong nước thải nhiều kiềm thì phải thêm axit để tạo môi trường trung tính, kèm theo một số chất kết tủa tạo thành lắng xuống.

Ta có sơ đồ sử lý crotn bằng phương pháp trung hoà như sau:

Nước thái cònu nghiệp có chứa crom kèm theo , niken hoặc đồng được xứ lv báng ba cách làm sau:

Phironu pháp trung hoà Cri+bằng NaOH, Ca(()H)j hoặc Na2CO, tạo kết tủa

Từ bã thải rắn ihu dirực , có thể tách và thu hổi erom ờ dạng sạch bằng

phương pháp hoá lý như phương pháp sắc ký, phương pháp điện hoá

4.2- Phương pháp điện hoá : 115 I

Phương pháp này thực chất là phán ứng oxy hoá khử thực hiện trên các điện cực nhầm phá huỷ tạp chất dộc hại trong nước thải, thu hổi các kim loại quí rồi dưa vào sử dụng lại trong dây chuyền sản xuất

Đây là một trong những phương pháp quan Irọng nhờ có quá trình điện phân các ion kim loại nặng và anion dỗ phóng diện trong nước thải sẽ bị kết tủa lắniỉ đọng lại Phưưng pháp này cho phép giám lượng cation kim loại , do chúng chuyển (hành trạng thái nguyôn tô

Quá trình diện phân phụ Ihuộc vào điện thế Cường độ dòng, thời gian, cấu lạo diện cực và nồng đỏ dung dịch

Kim loại được tạo thành trên bề mật calốt theo phản ứng:

Ma+ + ne = M°

Khi dùng phưưng pháp này để xử lý nước thái ta chú ý đến tính phức tạp của môi trường để giâm những phán ứng phụ , gây ảnh hướng đến quá trình oxy hoá khử hoặc các phán ứng phụ này cỏ thể đầu độc điện cực khổni> sử dụng lại được

Hiệu suất diện phán sẽ lăng nếu ta tăng diện tích hề mặt điện cực và hệ số

Plìươnu, pháp điện phân dùng để xử lý kim loại trong nước thái với hàm lượn tỉ lớn cỡ g/l Hàm lirợnu kim loại sau khi xử lý có thể đạt tới nm/l Vì vậy phươnu pháp điện phân được sử dụng rộng rãi đô tách kim loại từ oxit hoặc dung

dịch m uỏi kim loại Thông thường phán huỷ chất độc hại và thu hồi chất quý hiếm

là hai nhiệm vụ đồng thời Nhờ quá trình oxy hoá khử các chất độc hại trở thành không dộc hại và thu hồi dược chấl quí để tái sán xuất

Dựa vào phương pháp này trước đâv ncười ta đã điện phân dung dịch CdvS04

ớ điện Ihế 3v , thời gian là 2 giờ , pH= 8 để thu hổi Cd Qua nghiên cứu đã cho thấy hiệu suất thu hổi Cd lớn nhất là 78% đối với diinu dịch CdSG4 đem điện phân

4.3- Phương pháp hấp phụ

4.3.1- Nguyên lý chung của phương pháp hàp phụ: ị5 I

Phương pháp hấp phụ dược xử lý rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp vì phương pháp này rất vạn năng, nổ cho phép xử lý nước Ihải chứa 1 hoặc nhiồu loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước thải rất thấp Như vậy phương pháp hấp phụ còn có thổ dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý hang các phương pháp khác

Hiện tượng lăng nồng dô chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện lượng hấp phụ Hấp phụ có thể diễn ra ờ bẻ mặt biên giới giữa hai pha lỏng

và khí , giữa pha lỏng và rắn Trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức là nối vé quá trình hấp phụ chấl bẩn hoà tan ở bề mặt biôn giới giữa pha lỏng và pha rắn

Hấp phụ các chất bẩn hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất đó từ nước vào hề mạt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) dưới tác dụng của trường lực bề mặt trường lực bé mặt có hai dạng:

• Hyđral hoá các phân từ chất tan lức là lác dụng urcmt’ hỗ giữa những phán

tử chất bẩn hoà tan với những phân tử nước lrong dung dịch

• Tác dụng nrơng hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyôn

tử trên bề mặt chất rắn

Hai tác dụng lương hỗ trên dây đối kháng nhau Tác dụng hyđrat hoá càng mạnh thì các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặi chất rắn và ngược lại Tác dụna hydrat hoá càng mạnh khi chứa càng nhiều nhóm hydroxyl trong phân tử chất bẩn vì nhóm hydroxyl có nãng lượng hyđrai hoá lớn do chúng có liên kết hyđro với các phán tử nước

Phân tử chất bẩn có diện tích làm cho phân lử nước hướng vào bao bọc xung quanh Phân tử chất bẩn khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bồ mặt chất rắn với nãng lượng rất nhỏ so với phân tử của chính những chất dó khi khổng bị phân ly

Những chất có cấu trúc phân tử với liên kết kép lức là liên kết có II điện tửthì sẽ có lực hấp phụ mạnh nhất Như vậy nếu trong nước thải chứa các chất mạch Ihắng không có nhỏm định chức để tăng lực hấp phụ , hoặc chứa các chất hữu cơ

có điện ly mạnh thì sẽ tốn rất nhiều chất hấp phụ Phương pháp hấp phụ không thể dùng đổ thu hồi các chất như rượu đơn chức, glicol , nhưng sẽ cho hiệu quả cao khi

xử lý nước thải chứa các keo diện ly , vì ion của chất này sẽ cùng với muối khoáng trong nước sẽ tạo thành mixen , tức là dẫn tới hiện lượng khử hyđrat một phần

Để đánh giá lực hấp phụ người ta dùng chỉ tiêu giám năng lượng hấp phụ tự

do ( A F ) khi thực hiện hấp phụ một chất trong điều kiện tiêu chuẩn tức là dung dịch cực loãng-

Đặc biệt đánu chú ý là khi hấp phụ các axit và kiồm hữu cơ yếu, vì ta đã biết khi có axil mạnh hoặc kiềm mạnh thì việc phân ly các axit yếu hoặc kiềm yếu

sẽ không diễn ra Do đó việc hấp phụ các axit yếu sẽ diỗn ra rất mạnh và hoàn toàn

Nói chung với da số các chất bẩn , khi hấp phụ có ihê xác định giá trị pH tôi

ưu Nêu các loại nước thải có giá trị pH tối ưu khác nhau thì hoặc là phải thực hiọn hấp phụ ờ những thùng hay tháp hấp phụ riêng biệl đổ lạo pH tối ưu cho từng loại nước thái , hoặc là cho hỗn hợp các loại nước ihái nrti tiếp qua các thùnụ hấp phụ với điều kiện lần lượt lạo khoảng pH tối ưu cho từng loại nước thải Nếu khổng lạo dược giá trị pH tối ưu khi hấp phụ các chất bẩn hữu cơ phân ly yếu trong nước thì sẽ tổn hao nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà vẫn khổng đạt được hiệu quả mong muốn Như vậy khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được các phân tử của các chất khổng phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các chát phân ly

Khi hấp phụ sẽ kèm theo hiện tượng giảm năng lượng tự do ở dạng nhiệt toả

ra Do đó quá trình hấp phụ sẽ diẻn ra mạnh nếu kịp thời hút nhiệt toả ra khỏi mỏi trườnu , nghĩa là nếu thực hiộn hấp phụ ở nhiệi độ tlìấp của nước thải Ngược lại,nêu nhiệt độ của nước thải cao sẽ có thể diễn ra quá trình khử hấp phụ Vì vậyIhựe lê người ta dùni> nhiệl đổ phục hồi khả nãng hấp phụ của các hạt rắn là dựa vào nguyên tấc này

4.3.2- Qui luật chung của quá trình hấp phụ:

Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch Nghĩa làsau khi chất bẩn đã bị hấp phụ rồi, có thể di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấpphụ vào dung dịch Hiôn tượng này gọi là khử hấp phụ

Với những điều kiện như nhau , tốc độ của quá trình thuận nghịch tương ứnu lý lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trôn bề mặt chất hấp phụ , khi nổng độ chất bẩn trong dung dịch đạt giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất Khi nồng độ chất bán trôn bề mặt chất hấp phụ tảng thì số phân tử đã bị hấp phụ sẽ di chuyển trờ lại dung dịch cũn° càng nhiều him

Trong 1 đưn vị thừi gian số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì nỏnu độ chất bẩn hoà tan trong tiling dịch sẽ là một đại lượng không đổi Nống độ này gọi là nồng độ cân bằng

Nmrời la phân hiệt hai kiêu hấp phụ : Hấp phụ irong điều kiện lĩnh và điều kiện dộng.

Hấp phụ Irons diều kiện tĩnh là khóm: có sự chuyển dịch tương đối cua phím lir chất lỏng so với phân tứ chất hấp phụ mà chúng chuyển động với nhau

Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trộn trong một khoánií thời gian đủ đổ dạt dirực trạng thái cán bằng Tiếp theo cho lắníỉ hoặc lọc

để eur chất hấp phụ lại và tách nước ra

Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyến động tương đôi cùa phần lirchất lỏng so với phần tử chấl hấp phụ Biện pháp thực hiện là cho nước qua lớp vậtliệu hấp phụ Khi nghiên cứu về hấp phụ người ta phải biết hoại tính của chất hấp phụ hay còn gọi là hấp phụ dơn vị Đó là lượng chất bẩn tính bằng miligam hay earn, bị hấp phụ trên 1 g hay lem' chất hấp phụ

ứnu với 2 kiểu hấp phụ đó, có hoạt tính tĩnh và hoạt tính dọng của chất hấp phụ:

• Hoạt tính tĩnh: là lượng chất bẩn tối đa bị hấp phụ trên Ig chất hấp phù thờiđiếm đạt trạng Ihái cân bằng với nhiệi dọ nhất định của nước và nồI1U độban đầu của chất bẩn hoà lan trong nước

Hoạt lính độntỊ là lượng chất bẩn bị hấp phụ trên ig vật liệu hấp phụ kổ từ đầu quá irình cho tới thời điổm xuất hiện chất bẩn ở nước lọc

Hoạt tính động nhó hơn hoạt tính tĩnh Ví dụ đối với hoạt tính dộng hằng

85 - 95(y< hoạt tính tĩnh , đối với silicagen là 60 - 70% Hoạt tính của chất hấp phụ

tỷ lệ vói bề mặt của nó

Tuy nhiên muốn bề mạt chất hấp phụ dước sử dụng tối da thì kích thước của hạt chất bẩn phải tương ứng với kích thước 1« hổnu của chất hấp phụ Trong dó nốu kích llnrớc lỗ hổng càng lớn thì sự cân bằng hấp phụ diễn ra càng nhanh

4.3.3- Chọn chất hấp phụ

Những chất hấp phụ có the là : than hoạt lính , silicagcn, nhựa tổng hợp có khá nàng irao đổi ion , cacbonsunfua, than nâu, Ihan hùn, than cốc, đolomit, cao

(hydroxit của kim loại) và him hoại tính lừ bế aerolen cũng có khá năng hấp phụ

Dể hấp phụ các chất bẩn hữu cơ từ duns dịch nước, đầu liỏn phải dùnu các vật liệu xốp (ihan hoạt lính , các chát hữu cơ tổng hợp)

Các vật liệu cỏ lính phân cực ira nước : đát sét , silicagen, hvđroxit của kim loại , ihực lê khôn ti dùng (Jo hấp phụ các chất bẩn trorìỉỊ nước Vì năng lưựng tác đụn 3 Iương hồ giữa chúng với các phân tử nước hầu như băng hoặc lớn hơn năng lượng hấp phụ của chúng với các phán tử chất hữu co' Tuy nhiên , nếu tronu dung dịch nước các phân lử hoặc ion lạt) ra những tập hợp lớn , chẳng hạn những ion Ivoậc phân lử cúa những cliât hoạt tính bề mặt với những móc xích dài của gốc hydrocaebon, những ion của ihuốc nhuộm trực tiếp với sự cỏ mặt của muối khoáng

- thì năng lượng hấp phụ của những tập hợp và mixen sẽ lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của nước với hề mặt chất hấp phụ ưa nước nhất Vì vậy các chất hioạt tính hề mãi , thuốc nhuộm trực tiếp và các hợp chất khác có tính chất của chất đ:iện ly , keo thì chẳng những hấp phụ được rất nhanh và mạnh từ các dung dịch kteo vào các chấl hấp phụ kỵ nước mà vào cả vật liệu xốp ưa nước , đặc biệt là oxil ctủa nhôm và sắt Dodó nCn tlùng các loại than khử màu cổ lồ hổng lớn nhất Trong klhi dó hầu như loàn bộ bé mặt của các lỗ hổn ti lớn của các hydroxit eỉia nhôm có thể hấp phụ dược mixcn của những hợp chất đó

Rõ rànụ ràng khi nước thái chứa hỗn hợp các chất bẩn hoà tan ở dạng phân

lủi và ờ dạnu các chất taọ mixen lớn thì đầu tiên nên xỉr lý bảng bông cận tươi của

nihững hyđroxil của nhỏm hoặc sắt

Than hoại tính dùng dế xứ lý nước thải công nghiệp phái cỏ tính chãi đặc biiọt khác với các loại than dể hấp phụ khí hoặc hơi dung mòi Than phái xốp với

C iá e lỗ hổng lớn để bồ mặl có thể hút được các phân u'r chất bẩn hữu cư tổng hợp Pĩhái cỏ khá nâng chổng mài mòn dẻ thấm ướt trong nước

TuỲ thuộc vào plnrơntỊ thức sử dụng , than hoạt tính phái có thành phần cấp plhôi hạt nhất dịnh Than dùng dế xứ lý nước thài nên có hoạt tính xúc tác nhò nỉhấl đối với các phàn ứng oxi hoá , ngưng lụ hoặc không được làm mất giá trị sán plhẩm đã thu hổi

• Hấp phụ trong điều kiện lĩnh.

Khi hấp phụ tĩnh chất hấp phụ được giữ lại ở trạng thái lơ lửiic Irong nước nhờ khuấy trộn , ở đó khôntỉ có sự chuyển dịch tương đối giữa đun*; dịch cơ bản của nước so với các hạt chất hấp phụ Thời lỊÌan liếp xúc giữa nước và chất hấp phụ lhường bằng 0,7 - 0,8 thời gian cân bằng tổng cộng và phải xác định bằng thực nghiệm Đê xác định thời gian tiếp xúc người ta phái dựng đỗ thị AC = f(t) theo toạ độ vuông góc : trục hoành là thời gian (t), trực tung là AC = c„ - c , trong đó

Co là nổng dộ ban đầu chất bẩn , c là nồng độ của chất bẩn còn lại trong nước sau khoảng thời gian liếp xúc ( t )

Thời gian tiếp xúc giới hạn là thời gian kể từ dổu cho tới khi giữa hai giá trị của AC gần nhau, khôníí khác nhau lắm, nghĩa là tới khi nồng độ chất hẩn còn lại trone nước hầu như không thay đổi Nồng độ này có thể chọn bằng giá trị nồng độ cán bàng

Như vây thời gian đạt tới giá trị cân bàng hoàn toàn (tgh) phải ứng với

AC,„ = c„ - CgU để:

ACg|, Cc - Cgh

- = - = 0,7 - 0,8

ACt.|, C0 - Q„

Lirợng hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải đổ giảm nồng đồ chất bấn

lừ Co tới Ccb được xác định lừ phương trình cân bàng vật chất sau:

a : hấp phụ đưn vị tĩnh (g/lg chất hấp phụ)

Q : lượng nước thái (I)

Co : nồnu độ chất bÁn han đầu (g/l)Ccb : nồng độ của chất bẩn tro nu nước (g/1) Thay a = Khf.CC|, la có:

Q (C 0- C cll)

m =

-Km,C,

Q c0-> Ccb = -

Nếu cho chất hấp phụ nối tiếp vào nước với liều lượng không đổi ờ mỗi lần hấp phụ thì nồng độ cân bằng còn lại của chất bẩn sau lần thứ n sẽ là:

Q + Khf.m

Từ phương trình này ta thấy : nếu hấp phụ nhiều lần nối tiếp thì sẽ sir dụng được triệt để khá năng hấp phụ của chất rắn và giảm được chi phí chất hấp phụ

Hấp phụ nhiều bậc ngược dòng

Như trôn ta đã thấy , nên sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý nước loãng

ít dậm dặc Trong đó việc phân bố ehất bẩn giữa chấl hấp phụ và nước theo qui luật phân bố Nồng độ cân bằng Ccb sẽ rất nhỏ so với nồng độ ban dầu của chất bẩn trong nước Co

Neil sail khi dại được irạnii thái cân hãnu trong nước nmròi la lại tăng nồng

độ chát bấn tới lĩiá trị c cao lum Ccbl thì chất hấp phụ lại tiếp tục thu hồi chất bẩn

lừ trung nước cho tới khi đại dược nồng độ cán bàng mới CC|,2>Ct.|,|

Như vậy cứ mỗi lần lãng nồng độ c thì lại có Ihêm một lượng chất bẩn bị hấp phụ để đại (lốn trạng thái cân bàng mới vói nồng độ cân bằng mới lớn hưn Do

dỏ nếu cứ tăng nồng độ chất bán trong nước thái c (miền là c < Co) thì sẽ có thời điểm mà chất hấp phụ không thô thu hồi thôm được chất bẩn Trong trường hợp này norm độ Co là nồng độ cân băng Độ bão lioà giới hạn của chất hấp phụ trong diều kiện vừa rồi sẽ là :

Cgb = K|,f.C0Khi đỏ chất hấp phụ tinh khiếi được cho vào bậc cuối cùng thứ n, còn nước thì từ bậ c trước chảy tới với nổng dộ chất bẩn nhỏ nhất Q ị

Chất hấp phụ đã chứa 1 ÍI chất bẩn ở bậc cuối sau khi lách khỏi nước lại dưa

vổ bậc trước , ở dó nước vào với nổng độ Qj.2 > c„ |

Quá trình được lặp lại cho tới bậc l,ở đó nước với nồng độ han đầu Cn

Trạm hấp phụ kiểu nmrực dòng có phức tạp về quán lv , song nó cho phép sir dụnii dung lích tôi da của chất hấp phụ Do đó giàm được lượng chấl hấp phụ tiêu Ihụ Điều này cổ ý nghĩa kinh tố đối với các chất hấp phụ hiếm và đắl hoặc không hoàn nguyôn được

Nổnụ độ chất bẩn còn lại trong nước sau khi ra khỏi bậc n với sơ đổ ngược dòng sẽ là:

m

Khf - -1

Q

c„ = - Co

Nhiổu khi phải xác định số bậc hấp phụ hoặc lượng chất hấp phụ nếu biết các ihôntí sô khác.

• Khi nòi tiếp xuôi dòng

lg c() - Ig cn

n lg(Q + Kuf.m) - Ig Q

haytx.m u+l - pm - X = 0

Il+l

Kur c„

p = Q.c„

Cơ chế hấp phụ trong điéu kiện động cũng như trong điều kiện tĩnh , song

hấp phụ dộng có nhiều ưu điểm hơn về công nghệ và quản lý như:

Cho hiệu suất xử ỉý tin cậy và ổn định

Khi hoàn nguyôn không phái dưa vậl liệu hấp phụ khỏi hể lọc do đó cho phép dỏ dàng lự dộng hoá và điều khiển từ xa

Cho phép sỉr dụng tối đa dunu tích vật liệu hấp phụ khi cho nước chảy qua Nỏng độ chất bẩn giảm dần từ C0Ờ tiết diộn vào tới c = c,nin « 0 ở tiếl diện ra.Nốu cho nước thải lọc qua lớp than hoạt tính , tất cả các chấl bẩn trong nước

sẽ bị háp phụ vào lớp vật liệu , qua phần còn lại của lớp vật liệu sẽ là nước sạch

Nước sạch này sẽ làm đầy dung tích các lỗ của các hạt vật liệu sạch và cả khe hớ của chúng Khi đợt nước tiếp theo chảy qua H0 (H(, dã hấp phụ một lượng nhó chất bẩn nào đỏ) thì tốc đô hấp phụ bổ sung sẽ nhỏ hưn tốc độ hấp phụ ở chính lớp vật liệu đó lúc ban đầu còn sạch , sự hấp phụ triệt để và hoàn toàn chất bẩn hoà tan irong dợt nước này sẽ kết thúc thêm mội khoảng dài hơn kể từ lớp vật liệu lúc đầu Qua 1 thời gian nào đó lớp vật liệu ban đổu sẽ bão hoà tới trạng thái cân bằng

với nồnụ độ c„ cu ả nước vào và tất nhiên lớp đổ sẽ không tham gia vào quá Irình hấp phụ nữa Khi qua lớp vật liệu ban đầu nước thài không thay đổi về nồng độ Ớ đáy những kết thúc giai đoạn đầu quá trình hấp phụ chất bẩn trong nước.

Khi cho nước qua hấp phụ dơn vị của vật liệu hấp phụ dọc theo lớp vật liệu

sò liám dần và được hiểu thị bằng các đường cong dốc xuống có dạng ụiốníi nhau

vì đều kiện hấp phụ chất bẩn trong lớp đó không thay đổi

- Lọc qua lớp vật liệu lơ lửng

Dùng loại tháp hấp phụ với lứp vật liệu hấp phụ lơ lửng (chuyển đ ộ ng), loại này hấp phụ chất bẩn được triệt đổ hon Nước dẫn vào lừ dưới lôn qua thiết bị phân phơ đặt cao hơn đáy nón một chút (khoản? 0,5 - 1 m) Nước sạch sẽ dẫn qua márm vòrụ (phần trên tháp trụ) hoặc qua hệ thống rút nước vòng túi và được báo vệ trorii 1 lưới Lưới có lác dụng khônẹ cho hạt vật liôu lọt qua lản vào nước sạch

Tốc độ cùa nước thải nhỏ hơn tốc độ lắng xuống của lớp lơ lửng Kích thươe hạt vật liộu chọn Irong khoảng 2 - 4mm Sau một thời gian hoạt động sẽ hình thành những lớp đăc irưng của quá trình hấp phụ động : Lớp vậl liệu đã bão hoàchất bẩn (gọi là lớp chết), lớp công tác và lớp dự trữ

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong điều kiên sản xuất vì nước dưực

xử lý triệt để nhất, tiêu tốn lượng vật liêu và thời gian ít nhất

Irony 50ml dung dich CuS()4 10'M, 54% Cr,+ có trong 50ml dung dịch Cr,+

0,0106M và hấp phụ dược 64% Ni2+có trong 5()ml dung dịch NiS()4.l() 2M.

Khi tăng dần kliối lượng cám thì hiệu suất hấp phụ của cám đối với Cu2+ ,

Cr,+ và Ni2+ đều tăng

Cám có khá nảnu hấp phụ tốt nhất đối với Cu2+ sau đó đến Cr'+, cuối cùng

là Ni2+

+ Ngoài ra người la còn áp dụng phương pháp hấp phụ trên bã mía để tách

loại Cu2+, Cr’+ và Ni2+ Qua nghiên cứu khảo sát cho thấy :

Bã mía có khà năng hấp phụ Cu2+ , Crì+ và Ni2+ trong dung dịch Dunulượng hấp phụ của bã mía khô đối với các ion này tuân theo trật tự sau :

4.4- Phương pháp sác ký trao đổi ion : [10 ]

Trao đổi ion là một quá trình trao đổi hoá lý Trong đó nhựa trao đổi ion

được dùng đổ hấp phụ những ion nhất định từ dung dịch và cho đi vào dung dịch

một lượng urơng đưưng những ion khác

Nhựa trao đổi ion thường có dạng hình cầu có kích cỡ 0,3 - 1,2 mm Để

nâng khá năng trao đổi người ta có thổ nghiền nhựa

Nhựa trao dổi thườnsỊ có 2 dạng sau :

• Cation (cationit)

• A nion (a nion it)

Đối với nhựa calionit : bao gồm 2 dạng.

• Cationit axil mạnh : nhóm trao đổi là một axil mạnh , thông thường là axilsunlbnic (SO,H)- trong đó s o , là nhóm gắn vào nhựa, H+ ià nhóm trao đổi

• Cationit axit yếu : nhóm trao đổi là một axit yếu như nhỏm cacboxyl(COOH)

Đôi với anionit cũng vậy : bao gồm hai dạníí

• Anionit bazư mạnh là những amin bậc 4 |RN(CH3)3+OH'|

• Anionil bazơ yếu là những amin bậc 2 và 3

Thônụ thường loại nhựa cationit axit mạnh được sử dụng nhiều nhất

4.4.1- Thu hổi kim loại bàng nhựa cationit.

Dưới dây là cấu trúc một loại nhựa trao đổi ion trên cư sở polyslyren

Một tính chất chung quan trọng đối với tất cả các loại nhựa trao đổi ion là lính khống tan của chúnẹ trong mòi trường nước

Khi nhựa trao đổi ion dạng axit nằm trong dung dịch nước chứa cation Mu+,

nó lự hình thành rất nhanh cân hàng trao đổi giữa pha rắn và dung dịch như sau

nRSO, H+ + Mu+ = (RSO,-)nMu+ + nH+

C H C H , C H

Tương tự đối với nhựa trao đổi anion

mRN(CH,),+()H- + Am- = fRN(CHj),+ JmA“- + mOHNgoài tính chất trên nhựa còn có một số tính chất sau

Sự di chuyển của ion tự do có mặt trong dung dịch về phía nhựa , gây ra sự Irao đổi với cation Na+ và H+ (nhựa cationit ) hoặc nlũrng anion c r và OH (nhựa anionit)

RNa + x + -> RX + Na+

RH + x + -> RX + H+

RCI + X' -> RX +C1k()H + X- -> RX + OH

x + và X là cation và anion mà người ta muốn lách từ dung dịch

Ở nhựa irao đổi ion người ta nghiên cứu thấy cân bằng trao đổi dựa vào định luật tác dụng khối lượng

Khi một dung dịch chứa Ca2+ tiếp xúc với nhựa cationit axit mạnh

(R-S( ),H) nmrời ta quan sát thấy cân bằng sau:

Ca2+(1()+ 2H+uliira = Ca2+ llhưa + 2H+d(|

'ĩheo định luật tác dụng khối lượng ta có

K: là hộ số phân bố.

K'a2+ Lựa và IH + ]nUlfa là nồng độ ion trong pha rắn

Phương pháp lách trao đổi ion thườne được thực hiện trong điều kiện một irong những ion chiếm ưu Ihế hơn irong 2 pha

Thực nghiệm dã chỉ ra rằng những ion hoá trị 2 bị nhựa trao đổi ion giữ lại mạnh hem những loại ion hoá trị 1 Đi vào cụ thể một nhóm ion có cùng điện tích , đối với nhựa cationit axit mạnh R-SOịH giá trị K tăng theo thứ tự

Ag+ > Cs+ > Rb+ > K+ < NH,+ > H+ > Li+

Cation hoá trị 2:

Ba2+ > Rb2+ > S r + > Ca2+ > Ni2+ < Cđ2+ > Cu2+ < Co2+> Mg2+

Khi làm đầy cột bằng cách'fihựa trao đổi vào cột,ta đưa ion phân tích qua cót irao đổi , quá trình rửa giải được thực hiên sau đó nhờ dung dịch chứa một ion

cỏ ái lực lớn nhất so với các ion phân tích

Ví dụ :

Anion : Cl , SCN , SO42 , PC)42 có thổ được hấp phụ trôn nhựa anionit dạng

OH các anion được giữ lại trôn nhựa theo phương trình sau:

mRN(CH,),+OH + A***^ lRN(CHJ);tr uiAm-+ mOH'Quá trình rứa giải dược thực hiện với một dung dịch bazơ loãng có ỉchả năng cho phán ứng ngược lại

Hiện nay ở Italia người ta dã sử dụng phưumg pháp sắc ký trao đổi ion đểlách và thu hổi crom từ bã thải của các nhà máy thuộc da

Phương pháp làm như sau:

Bã thãi có chứa Cr<+ ờ dạng kết tủa Cr(OH) ị được hoà tan trong axit , sau đó cho dung dịch Cr,+ đã hoà tan di qua cột trao đổi ion , sau khi qua cột một iưựng Crt+ bị nhựa hấp phụ được giữ lại trên cột

Đế thu hồi crom người ta dội qua cột hỏn hợp dung dịch rứa giái (NaCI IM + NaOH O.IM + H20 2 0,15M) lúc này dung dịch rìra giải sẽ kéo lượng Cru trẽn nhựa di ra khỏi cột

Áp dụng phương pháp này người ta thấy rất có hiệu quả , vừa sạch môi trường lại vừa tái sinh được crom trong sản xuất, tiết kiêm dược hoá chất , giá thành phù hợp

Ớ Đức người ta tiến hành tách loại crom trong nước thải bàng phirmig pháp BUTKON Nguyên tắc của phương pháp là khử Cr6+ trong nước thải về Cr,+ , rồi clu) kết tủa hyđroxit ra khỏi nước Ihải và liếp tục cho nguồn nước thải qua hẹ thống CỘI sắc kí trao đổi ion đổ loại triệt để các cation có Irong dung dịch

MCI dền

Khử dicromat bàng NaHSO, theo phương trình phản ứng sau:

Cr20 72 +3NaHS(), + 5H+ = 2Cr" + 3 s o / + 4H2() Kêì lũa crom hvđroxil ở pH= 7 - 7,5 theo phương trình:

CriỶ + 30H' = Cr(OH),

Kôì tủa hyđroxit crom ta có thể dùno để tái sinh lại bằng cách hoà tan kết lúa hydroxit crom trong axit rồi bằng phương pháp sắc ký , điện phãn ta thu hồi tiựoc crom đê tái sản xuất

4.4.2- Thu hổi crom bàng nhựa a n io n it:

Nước thái có dạng axit eromic đầu tiên dược chuyển qua nhựa trao đổi anion để lấy crom theo phương trình sau:

H2Cr2()7 + 2ROH -> R2Cr20 7 + 2H20 'ÍTiực tố quá trình này xảy ra theo 2 phán ứng:

H2Cr()4 + 2ROH -> R2Cr()4 + 2H20H2Cr()4 + 2RCrơ4 -> RHCr()4 hay R2Cr20 7+ H20Nhựa anion được tái sinh với kiổm hoặc Na2C(), sau đó chúng giải phóng ra crom dưới dạng Na2Cr20 7 như sau:

R2Cr2()7 + 2NaOH -> Na2Cr2C)7 + 2ROHNhững sán phẩm của quá Irình tái sinh sau đó dược chuyển qua nhựa trao đổi cation để đưa dung dịch Na^Cr20 7 ngược lại Ihành H2Cr20 7

Na2Cr20 7 + 2R-H -» 2R-Na + H2Cr20 7 Quá irình xử lý này thu hồi H2Cr20 7 và cô đặc đổ sử dụng lại

Các bước tiế n hành :

5- í ÁC PHƯƠNG PHÁP PHẢN TÍCH CRO M, NIKEN.

5.1- Phương pháp hấp thụ nguyên tử :[3J

Nguyên tác chung

Phổ hấp thụ nguyên tử là mội tính chất đặc Irưng của nguyên tử các nguyên

tô kim loại Khi các nguyên tử kim loại tổn tại ở trạng thái khí tự do và trên mức nánụ lượng cơ hàn , nếu chiếu vào đám hơi đó một chùm sáng chiếu các tia phát xạ dạc Irưng của nguyôn tử đó thì nó hấp thụ chọn lọc một số bức xạ nhấi định và tạo

ra phổ hấp thụ nguyôn lử của kim loại đó Trong những điều kiộn nhất định tồn lại một mối hệ ui fra cường độ cửa vạch hấp thụ và nồng độ của nguyẽn tố trong mẫu thci) biểu thức

I = K.cb (*)

Trong dó:

1 : là cường đồ vạch hấp thụ của nguyên tứ

K : là hằng số Ihực nghiệm , nó được xác định bởi các điều kiện hoá hơi và lìguyỏn tử hoá mầu của phép đo, khi các điều kiện này không đổi thì nó là một Ilium số

c : là nồng độ của nguyên tố phân tích trong mầu

b : là hàng số nằm trong vùng giá trị 0<b<l

Với mỗi vạch phổ hấp thụ , luôn tìm được nồng độ Co của nguyên tố phân lích, mà nếu:

a- Với mọi nổng độ Cx<Co thì luôn có b=l

b- Với mọi nồng độ Cx>Co thì b luôn <1 và tiến dần đến 0 khi Cx tăng.Như vậy trong trường hợp (a) quan hệ giữa I và c là tuyến tính, còn trường hợp (h) là không tuyến tính

Công thức (* ) là phương trình cơ sở cùa phép đo định lượng xác định các kim loại theo phổ hấp thụ nguyên tử của chúng

Như vây muốn phổ hấp thụ thì phải: