Đồ án Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al13 (polyaluminium chloride) từ nguồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước mặt và nước thải

g được tạo ra bởi sự biến đổi pH, và được gọi là điện tích sơ cấp của các hạt keo. Trong nước tự nhiên, điện tích sơ cấp là âm đối với hầu hết các hạt keo. Do vậy, nước không phải là “trơ” vì có rất nhiều cation và anion hòa tan trong đó. Tất cả các điện tích sơ cấp ở bề mặt của một hạt phải được trung hòa bởi các ion trái dấu trong một thể tích nước cực kỳ nhỏ bao xung quanh các hạt. Trong trường hợp điện tích sơ cấp là âm, độ dày của nước bao quanh hạt gồm 2 lớp : lớp đầu rất mỏng, nằm sát ngay bề mặt phân cách lỏng-rắn, được tạo nên chủ yếu bởi các cation, do đó mang điện tích dương, đó là lớp Govy-Chapman (hay còn được gọi là lớp khuếch tán). 2.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tụ [8] Bảng sau giới thiệu một số các hạt thường có mặt trong môi trường nước và thời gian cần để các hạt này tự sa lắng trong môi trường nước dưới tác dụng của trọng lực ở 200C. Bảng 2.1 : Các loại hạt có mặt trong môi trường nước Loại hạt Đường kínhtb hạt (cm) Thời gian lắng Sỏi 1 1 giây Cát 0.1 10 giây Cát mịn 10-2 2 phút Đất sét 10-3 2 giờ Vi khuẩn 10-4 8 ngày Chất keo 10-5 2 năm Chất keo 10-6 20 năm Chất keo 10-7 200 năm Các số liệu của bản trên cho thấy rằng hạt có kích thước càng nhỏ càng khó lắng, đặc biệt là chất keo không có khả năng lắng tự nhiên, do đó để có thể lắng, người ta cần phải làm tăng kích thước cho các hạt keo đủ lớn bằng cách đưa vào môi trường một hợp chất có khả năng lôi kéo làm cho các hạt keo này tập hợp lại với nhau tạo thành tổ hợp lớn hơn hay tạo các kết tủa bông có kích thước lớn để lôi kéo cuốn các hạt keo này cùng lắng,…Các chất có khả năng như thế được gọi là các chất keo tụ, vì thế vai trò của các chất keo tụ rất quan trọng trong việc xử lý nước. 2.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ [3, 7, 8] Các phương pháp hóa học này đều dựa trên 4 cơ chế keo tụ ở trên để khử tính bền của hệ keo. Có 4 biện pháp hóa học keo tụ một hệ huyền phù dạng keo. 2.1.6.1 Tăng lực ion Khi tăng nồng độ chất điện ly trung tính (NaCl) dẫn đến giảm độ dày của lớp điện tích kép, do đó làm giảm lực đẩy của các hạt. Lực tương tác tổng cộng tiến đến gần bằng không, vì vậy sự tổ hợp có thể xảy ra khi các hạt tiếp xúc nhau. Biện pháp này thực ra rất khó khăn trong việc ứng dụng thực tế vào việc xử lý nước. Hiện tượng keo tụ này thường được xảy ra ở các vùng tiếp giáp cửa sông và biển, giải thích sự lắng đọng của các trầm tích. 2.1.6.2 Thay đổi pH Biến đổi pH của huyền phù có thể dẫn đến làm mất điện tích sơ cấp , do đó làm giảm hay vô hiệu hóa các lực đẩy. 2.1.6.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III Khi ta đưa vào nước một muối kim loại hóa trị III có thể thủy phân, ví dụ như : một muối sắt hoặc muối nhôm tạo ra nhiều cách keo tụ. Việc thêm vào này trước hết gây ra sự tăng nhẹ một lực ion, đồng thời cũng làm biến đổi pH vì xảy ra sự acid hóa của môi trường (do sự thủy phân). Mặt khác, cũng xảy ra sự hình thành các phức monome và oligone hòa tan mang điện tích dương và có thể bị hấp phụ ở bề mặt các hạt keo (nếu là keo âm) ở liều lượng thích hợp của các muối này, sự thủy phân diễn ra hoàn toàn tạo các kết tủa hydroxyd kim loại vô định hình dạng tủa bông. Chúng có thể “bẫy” hoặc “bắt” các hạt keo để rồi có thể lắng gạn chúng. Sử dụng một muối kim loại thủy phân hóa trị III là một biện pháp thường hay ứng dụng nhất trong việc xử lý nước. 2.1.6.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp Khi đưa vào các hợp chất polymer tự nhiên hoặc tổng hợp, nói chung là các polymer hữu cơ (amidon, alginate, polyelectronlyte tổng hợp ) đôi khi polymer vô cơ (silic) vào hệ keo thì xảy ra sự hấp phụ trên bề mặt các hạt keo làm cho các hạt keo bị phá vỡ trạng thái cân bằng. Các polymer với các mạch dài có khả năng liên kết các hạt keo lại với nhau tạo thành các bông keo tạo điều kiện hình thành tập hợp lớn hơn , nhưng nếu hàm lượng polymer cao sẽ dẫn đến sự tái tạo tính bền cho hệ keo. 2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông [11] 2.1.7.1 Trị số pH của nước Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ, bao gồm : Aûnh hưởng tới độ hoà tan nhôm hydroxid. Aûnh hưởng đến điện tích của hạt keo nhôm hydroxid. Ảnh hưởng đối với chất hữu cơ có trong nước. Aûnh hưởng đến tốc độ keo tụ dung dịch keo. 2.1.7.2 Lượng dùng chất keo tụ Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn thuần, nên lượng chất keo tụ cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra liều lượng tối ưu. Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0.1 – 0.5 mg/l, nếu dùng Al2(SO4).18 H2O thì tương đương 10 – 50 mg/l, đối với polymer khoảng 8-10mgđ/l. Nói chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều. 2.1.7.3 Nhiệt độ nước Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ. Khi nhiệt độ nước thấp (< 50C ), bông phèn sinh ra to và xốp, chứa phần nước nhiều lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém. Khi dùng phèn nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên với nhiệt độ nước thấp nhất là 25 – 300C. Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình keo tụ là không lớn. 2.1.7.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng điều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh sang chậm. Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxid hạt nhỏ làm cho chúng nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành bông và lớn lên, thì không nên khuấy nhanh vì có thể làm vỡ những bông phèn đã hình thành. 2.1.7.5 Tạp chất trong nước Nếu cho các ion trái dấu vào dung dịch nước nó có thể điều khiển dung dịch keo tụ. Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. 2.1.7.6 Môi chất tiếp xúc Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm. Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh. Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp cặn bùn. Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ. Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ, khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành, có thể trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị Jar-Test. 2.2 CÁC CHẤT KEO TỤ VÔ CƠ 2.2.1 Cơ sở lý thuyết chất keo tụ Các chất keo tụ có ứng dụng rất lớn trong quá trình xử lý nước thải. Các chất keo tụ phá vỡ độ bền của hệ keo và nó có khả năng tạo thành bông lớn hơn từ các hạt nhỏ làm tăng tốc độ lắng, quá trình đó gọi là keo tụ. Hóa keo là khoa học về các quá trình hình thành và phá hủy hệ phân tán. Hạt keo có thể hấp phụ lên bề mặt những ion chất điện ly hoặc các phân tử trên lớp bề mặt những ion chất điện ly hoặc các phân tử trên lớp bề mặt hạt keo có thể phân ly thành ion. Hạt keo có thể tích điện. Các tính chất điện học của hạt keo đều xuất hiện từ nguyên nhân cơ bản đó. Hạt keo trong quá trình xử lý xảy ra 2 giai đoạn : quá trình đông tụ và quá trình keo tụ (quá trình trung hòa điện tích gọi là quá trình đông tụ và quá trình tạo thành các hạt bông lớn hơn là quá trình keo tụ). Thông thường người ta keo tụ nước bằng các loại phèn truyền thống là phương pháp thông dụng để làm trong nước bề mặt nhưng để nâng cao hiệu quả người ta có thể dùng hợp chất polymer tự nhiên hay tổng hợp để xử lý. 2.2.2 Sản phẩm truyền thống [3, 4, 8] Người ta thường sử dụng các muối của nhôm hoặc sắt vì các muối này đều bị thủy phân và chính sản phẩm thủy phân của chúng có tác dụng gây keo tụ. Sản phẩm của quá trình thủy phân của các muối này là các phức hydroxid kim loại đa nhân (dạng polymer tan hoặc không tan) chúng có khả năng tích điện cao. Các muối nhôm và sắt thường được dùng làm chất keo tụ gồm: Các muối nhôm: NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O NaAlO2, Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3.6H2O,…và muối sắt : Fe2(SO4)3.nH2O, FeCl3.6H2O, FeClSO4,… Bảng 2.2 : Các sản phẩm thủy phân của sắt và nhôm trong nước Sản phẩm Nhôm Sắt Monomer {Al(H2O)6}3+ Al(OH)2+ Al(OH)2+ Al(OH)3 Al(OH)4- {Fe(H2O)6}3+ Fe(OH)2+ Fe(OH)2+ Fe(OH)3 Fe(OH)4- Polymer Al(OH)24+ Al(OH)45+ Al13O4(OH)247+ Fe2(OH)24+ Fe3(OH)45+ Chất rắn kết tủa Al(OH)3 Fe(OH)3 Muối nhôm và sắt khi cho trực tiếp sẽ bị thủy phân tạo thành các oxo-hydroxid tan và không tan đồng thời kèm theo sự giải phóng proton làm giảm pH của môi trường. Khi dùng muối nhôm và sắt để làm trong nước bề mặt thường gặp những khó khăn sau đây : do pH của nước bề mặt thường dao động trong khoảng rộng từ 5.5 – 8.5 và chất lượng nước thường thay đổi cho nên khó mà đưa lượng chất keo tụ tối ưu vào để xử lý. Nếu đưa dư lượng chất keo tụ sẽ có hiện tượng đổi dấu điện tích làm cho hệ huyền phù bền trở lại, nếu tiếp tục đưa thêm chất keo tụ vào thì hiện tượng keo tụ tiếp tục xảy ra không phải theo cơ chế hấp phụ và trung hòa mà do sự kết tủa hydroxid siêu bão hòa, tuy nhiên cũng lôi cuốn kéo theo các hạt huyền phù nhưng tiêu tốn nhiều chất keo tụ không cần thiết. Nếu dùng muối nhôm thì để lại nồng độ ion nhôm tự do cao, còn nếu dùng muối sắt thì tạo màu cho dung dịch, do đó để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxid nhôm và hydroxid sắt và tăng tốc độ lắng, hạ thấp lượng chất đông tụ, người ta cho thêm các chất trợ đông tụ (các chất cao phân tử: polymer hữu cơ tự nhiên hay tổng hợp). Muối sắt được sử dụng làm chất đông tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm : tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp, khoảng pH tối ưu rộng hơn, độ bền và kích thước bông keo lớn, có thể khử được mùi vị khi có H2S, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của muối sắt là tạo thành các phức hòa tan có màu. Ngoài cách sử dụng riêng rẽ từng muối, người ta đã điều chế chất keo tụ có mặt đồng thời ion nhôm và sắt. Sản phẩm này chủ yếu dùng để xử lý nước thải công nghiệp và nước thải đô thị cộng thêm tính năng đặc biệt là loại bỏ phosphat. Muối của đồng : đồng sulfat (CuSO4.5H2O) cũng được dùng làm chất keo tụ chủ yếu để diệt tảo. Ozon (O3) : dùng để xử lý nước chứa nhiều chất hữu cơ phức hợp của sắt và mangan. Khi ozon hóa nước này, làm khởi động cơ chế keo tụ, tạo bông. Ozon phá hủy hợp chất hữu cơ sau đó oxy hóa các ion kim loại cũng như kim loại tự do. 2.2.3 Sản phẩm keo tụ mới [3, 7, 18, 19, 20, 21, 26] Trong những năm gần đây người ta bắt đầu quan tâm đến việc nghiên cứu điều chế các hợp chất keo tụ mới nhằm khắc phục hoặc loại bỏ những nhược điểm của chất keo tụ phèn nhôm và sắt truyền thống : Giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh pH dẫn đến chi phí xử lý tăng. Nồng độ ion tự do tồn dư cao sau xử lý. Hiệu quả kém hẳn khi nước nguồn có độ màu và độ đục cao. Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng,… Từ những năm 1980, khoa học đã phát triển và đưa vào sử dụng các chất keo tụ mới là các polymer tan trong nước của nhôm và sắt có anion là Cl- hoặc SO42-, độ acid của nó rất thấp do quá trình thủy phân (có kèm theo tạo H+) đã được thực hiện trong quá trình polymer tạo thành sản phẩm, do đó khi cho các chất keo tụ này vào nước, chúng không cần trải qua giai đoạn tạo thành polymer nên tốc độ keo tụ lớn, việc tạo ra kết tủa hydroxid vô định hình rất thuận lợi. Đầu tiên là PAC (polyaluminium chloride) và PFC (polyferric chloride). Các thử nghiệm đều cho thấy cả PAC và PFC đều đạt hiệu quả xử lý cao về độ đục, kim loại nặng, COD và đều cho thấy khả năng xử lý trội hơn khi ở nhiệt độ thấp và trong việc xử lý nước thải. Tuy nhiên PFC thì không đạt được tính ưu việt gì hơn so với FC (Sắt III chlorua), trong khi PAC thì có nhiều ưu điểm hơn AS (Nhôm III sulfur). Trong môi trường pH cao 9.5, thì quá trình hình thành aluminat từ polymer rất chậm nên PAC vẫn có khả năng keo tụ tốt trong khi phèn nhôm (AS) thì không có khả năng này. Tuy nhiên trong vùng pH < 5.5 cả PAC và AS đều không có khả năng keo tụ vì cả hạt huyền phù và chất keo tụ đều tích điện dương. PAC được sử dụng rộng rãi để thay thế cho phèn nhôm truyền thống ở các nước Nhật, Pháp, Đức, Canada, Mỹ, Trung Quốc,… kinh nghiệm sử dụng PAC cho thấy PAC rất thích hợp cho nước nguồn có độ đục cao, nhiệt độ và độ cứng thấp. Ở Việt Nam đã từng bước đưa PAC vào sử dụng từ năm 1995 cho đến nay, cho thấy lượng PAC sử dụng chỉ bằng 20 – 50% so với AS (tùy theo độ đục của nước). PAC làm cho pH của nước ít thay đổi, ít gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn nước, tốc độ keo tụ nhanh dẫn đến khả năng thu gọn thiết bị, mặt bằng xử lý. Sau đó từ những năm 1990 các công trình nghiên cứu lại tiếp tục rộ lên và một loạt sản phẩm mới ra đời : PAS (polyaluminium sulfat), PASS (polyaluminium silicate sulfat), PFS (polyferric sulfat), PAFS (polyalumino ferric sulfat). Các sản phẩm này chưa thấy có mặt ở Việt Nam nhưng qua tài liệu thu thập cho thấy : cả ba đều có ưu điểm giống như PAC là sử dụng ở hàm lượng ít, không cần phải điều chỉnh pH của nước sau xử lý, hoạt lực tốt ở nhiệt độ thấp, loại bỏ triệt để các tạp chất hữu cơ tự nhiên trong nước và nồng độ chất keo tụ thừa lại ở trong nước rất ít, thiết bị mặt bằng xử lý thu gọn, riêng PFS có thể dùng để tách được cả rong, tảo trong nước. Do là các sản phẩm mới và điều kiện phản ứng tạo thành các polymer vô cơ này rất khắc nghiệt : đòi hỏi thiết bị, áp suất, nhiệt độ,… cho nên giá thành sản phẩm cao hơn nhiều so với các chất keo tụ truyền thống, nhưng bù lại liều lượng sử dụng cũng giảm theo nhiều lần. Cho nên việc lựa chon chất keo tụ để xử lý nước tùy thuộc vào khả năng kinh tế của từng nơi, từng đơn vị, từng nhà máy, nhưng hầu hết các nhà máy mới thành lập đều chọn sản phẩm mới này để xử lý nước vì các ưu điểm trên. Sản phẩm chất keo tụ mới này đang có mặt trên thị trường thế giới và Việt Nam. Các nhà sản xuất đang không ngừng cải tiến quy trình công nghệ nhằm mục đích nâng cao hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm, đồng thời có thể hạ thấp giá thành sản phẩm. Bảng 2.3 : Các sản phẩm keo tụ mới Tên sản phẩm Thương hiệu Nước sản xuất Thông số kỹ thuật Polyaluminium chloride PAC Việt Nam (Viện Công nghệ Hóa học) Dạng rắn Màu vàng nhạt Al2O3 = 27% pH = 66.5 Polyaluminium chloride PAC Trung Quốc Dạng rắn Al2O3 = 36% Polyaluminium sulfat PAS Trung Quốc Dạng dung dịch Trong suốt không màu d =1.2g/ml pH = 4.5 Al2O3 = 10.8% OH- = 4.5% Polyaluminium silicate sulfat PASS®100 Mỹ Dạng dung dịch Trong suốt không màu d = 1.321.34 g/ml pH = 2.83.6 Al2O3 = 10% OH- = 55% Dung dịch trong suốt d = 1.26g/ml pH = 22.8 Al2O3 = 7.1% OH- = 23% Pre-hydrolized aluminium sulfat PHAS®Liquid Mỹ Polyaluminium chloride silicate sulfat PASSCTM Mỹ Dung dịch trong suốt d = 1.211.26g/ml pH = 2.43.4 Al2O3 = 10% OH- = 55% 2.2.4 Một số công trình điều chế chất keo tụ 2.2.4.1 Điều chế phèn nhôm truyền thống [9] Đầu tiên là sản xuất nhôm sulfat từ acid sulfuric và vật liệu chứa nhôm như: đất sét, quặng bauxite hay đi trực tiếp từ nhôm hydroxid. Khi dùng nhôm hydroxid thì sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất với hàm lượng Al2O3 có thể đạt tới 17%, đồng thời hàm lượng sắt có thể ít hơn 0.04%. Công thức của nhôm sulfat là Al2(SO4)3.nH2O với loại thường gặp có n =18 và hàm lượng Al2O3 = 15%. Khi cho thêm muối sulfat của các nguyên tố hóa trị I như : K+, NH4+, vào quá trình phản ứng ta thu được phèn kép Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O. Ở miền Bắc nước ta thì sản xuất phèn đi từ kaolinite. Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH = 2KAlO2 + 3H2O + 2SiO2 2KAlO2 + 4H2SO4 + 20H2O = Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O Tại miền Nam sử dụng nguyên liệu là nhôm hydroxid. 2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O = Al2(SO4)3.18H2O 2.2.4.2 Điều chế polyaluminium chloride (PAC) [10] Có thể điều chế PAC từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như : từ nhôm hydroxid, từ oxid nhôm, từ nhôm chlorua,… Công trình của Viện Công nghệ Hóa học Tp.HCM đã nghiên cứu – chế tạo thành công và đã đưa ra sử dụng sản phẩm PAC có hàm lượng Al2O3 đạt 30%. Sản phẩm này đã có mặt kịp thời để giải quyết vấn đề nước sinh hoạt cho bà con vùng lũ ở đồng bằng Sông Cửu Long. PAC này được điều chế đi từ nguồn nhôm hydroxid và acid chlohydric ở điều kiện áp suất hơi quá nhiệt là 5atm (nhiệt độ khoảng 155oC) trong thời gian 3 giờ. Nguyên tắc điều chế theo phương trình cơ bản : nAl(OH)3 + (3n-m)HCl = Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O Hình 2.1 : Quy trình điều chế PAC Al(OH)3 Thiết bị phản ứng toC, Pcao Bể lắng Bã rắn HCl dd PAC PAC lỏng Cô đặc PAC rắn Nghiền trộn Làm khô Hiện nay Viện vẫn còn đang tiếp tục nghiên cứu nhằm nâng cao hàm lượng nhôm oxit trong sản phẩm và tìm các hướng đi từ các nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên như : quặng bauxite, đất sét hoặc đi từ các chất thải công nghiệp và sinh hoạt như : bùn đỏ, phôi nhôm, vỏ lon nhôm,… 2.2.4.3 Điều chế polyaluminium sulfat (PAS) [16] Công trình của Jia Negyou, Lu Zhu và Xiang Quan ở Trung Quốc đã điều chế hợp chất keo tụ polyaluminium sulfat, đi từ nguyên liệu đầu là nhôm sulfat. Cho dung dịch Ca(OH)2 vào dung dịch Al2(SO4)3 ở 70oC với tỷ lệ : Al2(SO4)3 : Ca(OH)2 : H2O = 5:1:12 Giữ tỷ lệ này không đổi trong suốt thời gian phản ứng 12 giờ. Đem hỗn hợp đi lọc lấy dung dịch qua lọc, cho thêm lượng nhỏ acid hữu cơ để ổn định sản phẩm. Hàm lượng nhôm oxit đạt được 10.8%, sản phẩm dạng lỏng. Sau đó đi xác định cấu trúc của PAS bằng phổ IR, nhiễu xạ tia X – XRD, NMR cho thấy PAS là một hợp chất kiềm được tạo thành từ các loại : polymer Al13(SO4)2.(OH)5,…monomer và một lượng nhỏ ion. 2.2.4.4 Điều chế các polyferric [22, 26] Theo các tài liệu cho biết, các công trình nghiên cứu điều chế các polyferric đi từ dung dịch của sắt 3 hoặc sắt 2 được oxit hóa, sau đó duy trì ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao và để già hóa trong một thời gian. Kiểm tra sản phẩm thu được bằng phổ Raman cho thấy ngoài các pick của liên kết Fe-OH, Fe-SO4 còn thu được pick của liên kết Fe-O, chứng tỏ có tạo thành polymer. Các polymer cô cơ tan trong nước trên cơ sở nhôm và sắt cùng làm chất keo tụ là đề tài mới mẻ và rất được các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm. Tóm lại, công việc nghiên cứu về các phương pháp điều chế, cấu trúc, cơ chế keo tụ của các sản phẩm này ngày càng được quan tâm và đầu tư phát triển đạt hiệu quả cao. CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 3.1.1 Phương pháp Complexon (pp chuẩn độ ngược) [2, 13, 14] Xác định hỗn hợp Al3+, Fe3+ với chỉ thị Xylenol cam Để xác định các ion Al3+, Fe3+ ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như : phương pháp oxi hóa, phương pháp trọng lượng, chuẩn độ ngược Complexon. Để phân tích kết quả tương đối chính xác ta có thể dùng chuẩn độ ngược Complexon. Nguyên tắc điều chế Đầu tiên ta xác định lượng tổng Al3+, Fe3+. Sau đó xác định riêng Al3+. 3.1.1.1 Xác định tổng Al3+, Fe3+ bằng phương pháp chuẩn độ ngược Đầu tiên ta cho một lượng dư chính xác dung dịch chuẩn EDTA vào một thể tích xác định của hỗn hợp Al3+, Fe3+ tạo môi trường có pH = 5. Sau đó chuẩn lượng dư EDTA bằng dung dịch Zn2+ chuẩn với chỉ thị xylenol cam cho tới khi dung dịch chuyển từ màu vàng chanh sang màu hồng tím. Khi đó Zn2+ chỉ phản ứng với lượng EDTA cho dư nhưng không phá hủy được phức AlY- và FeY- đã hình thành. Tức là nó thỏa mãn điều kiện pK’ZnY < pK’AlY và K’ZnY < pK’FeY Phản ứng chuẩn độ: Al3+ + H2Y2- = AlY- + 2H+ Fe3+ + H2Y2- = FeY- + 2H+ Zn2+ + H2Y2-dư = ZnY2- + 2H+ 3.1.1.2 Xác định Al3+ bằng phương pháp chuẩn độ thay thế Tiếp tục cho thêm NaF bão hòa vào dung dịch vừa chuẩn độ (gồm các phức AlY-, FeY-, ZnY2-). Khi đó chỉ có phức AlY- bị phân hủy và chuyển thành phức AlF63- bền hơn trong điều kiện pH = 5 AlY- + 6F- = AlF63- + Y4- Kết quả là lượng Y4- tạo ra lượng tương đương với lượng Al3+ có mặt trong hỗn hợp. Ta chuẩn độ Y4- bằng dung dịch muối Zn2+ đến khi chuyển màu vàng chanh sang màu hồng tím . Do cả Al3+ và Fe3+ đều phản ứng chậm với Y4-, vì thế để quá trình tạo phức xảy ra hoàn toàn, cần đun sôi các dung dịch, sau đó để nguội rồi mới cho chỉ thị xylenol cam để tránh bị phân hủy. 3.1.2 Thực hành phương pháp Complexon 3.1.2.1 Xác định nồng độ Zn2+ Cho dung dịch Zn2+ vào buret 25ml. hút 10ml dung dịch EDTA 0.05M cho vào erlen 250ml, thêm 5ml dung dịch đệm pH =5 và 20mg chỉ thị xylenol lắc đều, dung dịch có màu vàng chanh và chuẩn độ bằng dung dịch Zn2+ đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng tím. Ghi thể tích VZn2+. 3.1.2.2 Xác định lượng tổng Al3+ và Fe3+ Dung dịch sau khi điều chế được pha loãng 50 lần, sau đó hút 10ml dung dịch sau khi pha loãng cho vào erlen 250 ml, thêm 25ml dung dịch EDTA 0.05M, lắc đều và thêm 10ml dung dịch đệm acetat pH=5. Đun sôi hỗn hợp trong 2 phút, để nguội và cho 20mg chỉ thị xylenol cam lắc đều, dung dịch có màu vàng chanh và chuẩn độ bằng Zn2+ cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng tím. Ghi thể tích V1 của dung dịch Zn2+. 3.1.2.3 Xác định lượng Al3+ Tiếp tục thêm 5ml dung dịch NaF bão hòa, đun sôi hoãn hỗn hợp trong 2 phút, để nguội và cho 20mg chỉ thị xylenol cam lắc đều, sau đó chuẩn bằng dung dịch Zn2+ cho đến khi dung dịch từ màu vàng chanh sang hồng tím. Ghi thể tích V2 của dung dịch Zn2+. Làm 3 lần các thí nghiệm trên. Tính hàm lượng Al3+ có mặt trong dung dịch cần kiểm tra. Từ thể tích Zn2+ đã dùng, ta tính được nồng độ Al3+ trong mẫu theo công thức tính: NAl3+ = Hoặc công thức tính gần đúng: NAl3+ = Với : NAl3+: nồng độ đương lượng của Al3+ có trong mẫu. NEDTA: nồng độ đương lượng của dung dịch EDTA. VEDTA: thể tíc