Khả năng hấp phụ kim loại nặng Crom (VI) trên bã cà phê

8/17/2019 Khả năng hấp phụ kim loại nặng Crom (VI) trên bã cà phê

http://slidepdf.com/reader/full/kha-nang-hap-phu-kim-loai-nang-crom-vi-tren-ba-ca-phe 1/67

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƢ PHẠM

BỘ MÔN SƢ PHẠM HOÁ

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG

CROM (VI) TRÊN BÃ CÀ PHÊ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành SƢ PHẠM HOÁ HỌC

Giáo viên hướ ng dẫn: Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN MỘNG HOÀNG VÕ NGỌC LOAN TRINH

Lớp: Sƣ phạm hoá K36

MSSV: 2102216

2014

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COMóng góp PDF bở i GV. Nguy ễ n Thanh Tú



Lu ận văn tố t nghi ệp GVHD: ThS. Nguy ễ n M ộng Hoàng

SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang i

LỜ I CẢM Ơ N

Trướ c tiên, em xin gửi lờ i cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Thầy

Cô, gia đình và bạn bè đã hỗ tr ợ và giúp đỡ tích cực về mặt tinh thần, vật chất bằng

nhiều hình thức gián tiế p hay tr ực tiế p trong thời gian qua để em có thể hoàn thànhluận văn tốt nghiệ p. Vớ i lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quí Thầy Cô ở Khoa

Sư phạm Bộ môn Hoá – Trường Đại học Cần Thơ những ngườ i mà vớ i vốn tri thức và

lòng nhiệt huyết của mình đã truyền đạt vốn kiến thức quí báu cho chúng em trong

suốt thờ i gian chúng em bắt đầu học tậ p tại giảng đường đại học đến nay. Đặc biệt,

trong học kì này, Bộ môn đã tạo điều kiện để cho chúng em vận dụng sáng tạo kiến

thức đã học vào thực nghiệm cũng như biết cách học tậ p, làm việc trong môi trườ ng

phòng thí nghiệm thông qua môn “Luận văn tốt nghiệp”.

Đặc biệt, em xin gửi lờ i cảm ơn đến Cô Phan Thị Ngọc Mai, thầy

Nguyễn Mộng Hoàng, thầy Nguyễn Điền Trung ở phòng Hoá lí đã tạo điều kiên thuận

lợi để em có thể làm việc và học tậ p ở phòng thí nghiệm.

Cuối cùng, em cũng xin cảm ơn đặc biệt đến thầy Nguyễn Mộng Hoàng.

Ngườ i đã nhiệt tình hướ ng dẫn và dạy bảo của thầy để em có thể thực hiện và hoàn

thành luận văn. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy.Lần đầu tiên làm thực nghiệm, với trình độ kiến thức cũng như kinh

nghiệm thực tế còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ nên không thể tránh khỏi những thiếu

sót là điều chắc chắn. Vì vậy, em r ất mong nhận đượ c sự đóng góp quí báu, chân thành

từ Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để em có thêm nhiều cơ hội học hỏi, trau dồi thêm

kinh nghiệm để hoàn thiện hơn nữa.






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang ii

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚ NG DẪN

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014

Cán bộ hướ ng dẫn

Nguyễn Mộng Hoàng






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang iii

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................


Cán bộ phản biện






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang iv

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................


Cán bộ phản biện






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tr inh Trang v

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, thế giới đang rung những hồi chuông báo động về tình tr ạng ô nhiễm

môi trườ ng ngày một nghiêm tr ọng trên toàn cầu, đặc biệt là những nước đang pháttriển trong đó có Việt Nam. Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trườ ng là do

nguồn nướ c thải, khí thải,...của các khu công nghiệ p, khu chế xuất,...Các nguồn nướ c

thải này đều chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu (II), Mn (II), Cr (VI), Pb

(II),....nhưng trước khi đưa ra ngoài môi trườ ng hầu hết chưa xử lí hoặc xử lí sơ bộ, vì

vậy đã gây ô nhiễm môi trường. Dư lượ ng kim loại nặng như: Cu, Pb, Ni, Hg,... trong

nướ c vớ i một lượ ng lớn vượ t quá tiêu chuẩn cho phép sẽ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ

con ngườ i và sinh vật. Để khắc phục tình tr ạng trên, đã có nhiều hướ ng nghiên cứu các phương pháp tách các ion kim loại nặng khỏi môi trườ ng. Ví dụ như: phương pháp hoá

lí (phương pháp hấ p phụ, phương pháp trao đổi ion,...), phương pháp sinh học, phương

pháp hoá học,... Trong đó, phương pháp hấ p phụ đượ c r ất nhiều ngườ i quan tâm bở i

tính khả thi của nó mang đến.

Một trong những vật liệu sử dụng để hấ p phụ kim loại là các phụ phẩm nông

nghiệ p như: vỏ chuối, xơ dừa, tr ấu, vỏ lạc, bã mía, bã cà phê.... Các nghiên cứu cho

thấy chúng có khả năng hấ p phụ ion kim loại nặng (đặc biệt hoá tr ị II) trong nướ c nhờ

cấu trúc nhiều lỗ xố p và thành phần gồm các polime như axit cacbonxylic, phenolic,

xenlulozơ, hemixelulozơ , lignin, protein. Bản thân các chất này có khả năng hấ p phụ

nhưng chưa cao. Những biện pháp biến tính nhằm giúp tăng khả năng hấ p phụ cho các

vật liệu trên.

Ở nướ c ta, cây cà phê là một mặt hàng xuất khẩu quan tr ọng ngày càng đượ c

khẳng định vị trí của mình trên thị trườ ng cà phê thế giớ i. Việt Nam là nướ c nôngnghiệ p có sản lượ ng cà phê xuất khẩu đứng thứ hai trên thế giớ i (sau Brazil). Theo

Giang Hoàng (2011), tổng nhu cầu tiêu thụ cà phê trong nướ c là 60.000 tấn/ năm,

trong đó cà phê hoà tan chiếm khoảng 19.000 tấn, cà phê rang xay có thương hiệu

chiếm 35.000 tấn, còn lại là cà phê rang xay không có thương hiệu.[3] Từ các số liệu

trên, có thể nhận thấy, lượ ng bã cà phê thải hằng năm của nướ c ta r ất lớ n, hầu hết

lượ ng bã này bị bỏ đi gây ô nhiễm và lãng phí. Tận dụng nguồn rác thải trên vào xu

hướ ng tái sử dụng chất thải, giảm chi phí xử lí chất thải, giảm sự ô nhiễm môi trườ ng.






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang vi

Vớ i mục tiêu tìm một phụ phẩm nông nghiệ p có khả năng hấ p phụ ion kim loại

trong nướ c. Bã cà phê là vật liệu r ẻ tiền và có sẵn ở hầu hết các vùng trong nướ c và

trên thế giới, nên đây có thể coi là một hướ ng phát triển công nghệ xử lí nướ c thải. Vì

vậy, trong đề tài nghiên cứu này, chọn sản phẩm là bã cà phê vớ i nội dung “Khảo sát

khả năng hấ p phụ kim loại nặng Crom (VI) trên bã cà phê”.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨ U CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu khả năng hấ p phụ của bã cà phê đối vớ i ion kim loại Crom

(VI) trong nướ c.

Hoạt hoá bã cà phê bằng axit sunfuric tạo ra vật liệu hấ p phụ ion kim

loại nặng trong nướ c.

Đóng góp một phần nhỏ vào công trình nghiên cứu về tận dụng các phụ phẩm nông nghiệ p vào ứng dụng làm vật liệu hấ p phụ thân thiện, r ẻ tiền và hiệu quả.

3. ĐỐI TƢỢ NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨ U

- Đối tượ ng: Bã cà phê

- Phạm vi nghiên cứu: Quy mô phòng thí nghiệm.

+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấ p phụ bằng bã cà phê VLHP

chưa xử lí.

+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấ p phụ của bã cà phê đượ c

hoạt hoá bằng axit sunfuric.

4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

- K ết hợp kĩ thuật phòng thí nghiệm và các phương pháp hoá lí để chế tạo VLHP

bằng bã cà phê.

- Định lượ ng ion kim loại Crom bằng phương pháp chuẩn độ ngượ c.

- Các phương pháp xác định nồng độ.

5. CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Tổng quan

Thực hành

K ết quả và thảo luận.






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang vii

MỤC LỤC

LỜ I C ẢM ƠN ...................................................................................................................i

NH Ậ N XÉT C Ủ A CÁN B Ộ HƢỚ NG D Ẫ N ................................................................. i i

NH Ậ N XÉT C Ủ A CÁN B Ộ PH Ả N BI Ệ N ................................................................... i i i

NH Ậ N XÉT C Ủ A CÁN B Ộ PH Ả N BI Ệ N .................................................................... iv

TÓM T Ắ T N ỘI DUNG LU ẬN VĂ N .............................................................................. v

1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI.......................................................................................... v

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨ U CỦA ĐỀ TÀI .......................................................vi

3. ĐỐI TƢỢ NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨ U ...................................................vi

4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U ......................................................................vi

5. CẤU TRÚC LUẬN VĂN ....................................................................................vi

M Ụ C LỤ C ..................................................................................................................... vii

DANH M Ụ C CÁC B Ả NG .............................................................................................ix

DANH M Ụ C HÌNH ........................................................................................................ x

Chƣơng 1: T ỔNG QUAN ............................................................................................... 1

1.1. GIỚ I THIỆU VỀ CÂY CÀ PHÊ ....................................................................... 1

1.1.1.Nguồn gốc và lịch sử phát triển của cây cà phê ............................................. 1

1.1.2. Thành phần hoá học của cây cà phê .............................................................. 3

1.2. SƠ LƢỢ C VỀ KIM LOẠI NẶNG .................................................................... 4

1.2.1.Khái niệm kim loại nặng (KLN) .................................................................... 4

1.2.2.Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con người và môi trườ ng ........ 4

1.2.3. Tình tr ạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................. 7

1.2.4. Tính chất độc hại của các kim loại nặng Crom ............................................. 7

1.3. CƠ SỞ LÍ THUYẾT ......................................................................................... 12

1.3.1. Các khái niệm dùng trong quá trình hấ p phụ .............................................. 121.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấ p phụ ................................................. 14






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang viii

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấ p phụ .............................................. 19

1.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢ NG KIM LOẠI ............................. 21

1.4.1. Phương pháp thể tích ................................................................................... 21

1.4.3. Công thức xác định nồng độ Kali đicromat bằng phương pháp chuẩn độ

ngượ c ..................................................................................................................... 23

1.4.2. Phương pháp trắc quang .............................................................................. 24

Chƣơng 2: THỰ C HÀNH ............................................................................................ 27

2.1.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT VÀ NGUYÊN LIỆU ........................... 27

2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ...................................................................................... 27

2.1.2. Hoá chất ....................................................................................................... 27

2.1.3. Nguyên liệu ................................................................................................. 27

2.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ NGUYÊN LIỆU BÃ

CÀ PHÊ ............................................................................................................... 27

2.3. TIẾN HÀNH ĐỊNH LƢỢNG KALI ĐICROMAT ....................................... 28

2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

CÁC ION KIM LOẠI TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHƢA XỬ LÍ VÀ VẬT

LIỆU HẤP PHỤ .................................................................................................. 30

2.4.1. Ảnh hưở ng của thờ i gian ............................................................................. 31

2.4.2. Ảnh hưở ng của pH ...................................................................................... 31

2.4.3. Ảnh hưở ng của chất hấ p phụ ....................................................................... 31

2.4.4. Ảnh hưở ng của nồng độ .............................................................................. 32

Chƣơng 3: KẾ T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N .................................................................... 33

3.1. K ẾT QUẢ, GIẢI THÍCH VÀ NHẬN XÉT QUÁ TRÌNH KHẢO SÁT .... 33

3.1.1. Ảnh hưở ng của yếu tố thờ i gian .................................................................. 33

3.1.2. Ảnh hưở ng của yếu tố pH ............................................................................ 38

3.1.3. Ảnh hưở ng của chất hấ p phụ ....................................................................... 43

3.1.4. Ảnh hưở ng của yếu tố nồng độ ................................................................... 49

3.2. K ẾT LUẬN ....................................................................................................... 55

TÀI THAM KH Ả O LI Ệ U ............................................................................................... 1






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần và hàm lượ ng chính của cây cà phê………………………… 3

Bảng 1.2. Thành phần % khối lượ ng các chất hoá học chính có trong bã cà phê….. 4

Bảng 1.3. So sánh sự khác nhau giữa hấ p phụ vật lí và hấ p phụ hoá học………….. 14

Bảng 3.1. Ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và

VLHP……………………………………………………………………………….. 33

Bảng 3.2. K ết quả ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí và VLHP………………………………………………………………………… 34

Bảng 3.3. Ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và

VLHP……………………………………………………………………………… 39

Bảng 3.4. K ết quả ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí vàVLHP……………………………………………………………………………….. 39

Bảng 3.5. Ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa

xử lí và VLHP………………………………………………………………………. 44

Bảng 3.6. K ết quả ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên

VLHP chưa xử lí và VLHP …………………………………………………………...45

Bảng 3.7. Ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và

VLHP……………………………………………………………………………….. 50

Bảng 3.8. K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP…….. 50

Bảng 3.9. K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí…………………………………………………………………………………… 51

Bảng 3.10. Các yếu tố có ảnh hưở ng tốt nhất đến quá trình hấ p phụ dung dịch Kali

đicromat trên VLHP chưa xử lí và VLHP………………………………………….. 55






SVTH : Võ Ng ọc Loan Tri nh Trang x

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Sự phụ thuộc của a theo Ccb..........................................................................19

Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb....................................................................19

Hình 1.3. Sự định hướ ng của các chất hoạt động bề mặt..............................................21

Hình 2.1. Dung dịch mẫu trước định phân....................................................................28

Hình 2.2. Dung dịch mẫu hấ p tại thời điểm k ết thúc định phân ...................................29

Hình 2.3. Dung dịch Crom trướ c hấ p phụ .....................................................................30

Hình 2.4. Dung dich Crom sau hấ p phụ........................................................................30

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP

chưa xử lí......................................................................................................................35

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên

VLHP.............................................................................................................................36

Hình 3.3. Đồ thị so sánh ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP

chưa xử lí vớ i VLHP.....................................................................................................37

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa

xử lí...............................................................................................................................40

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP........41

Hình 3.6 Đồ thị so sánh ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP....................................................................................................................42

Hình 3.7. Ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa

xử lí...............................................................................................................................45

Hình 3.8. Ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP........47


xử lí và VLHP..............................................................................................................48

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của nồng độ dung dịch bị hấ p phụ đến quá trình

hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí.......................................................................................51


hấ p phụ trên VLHP.......................................................................................................52


hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP......................................................................53





Lu ận văn tố t nghi ệp GVHD: ThS. Nguy ễ n M ộng H oàng

SVTH : Võ Ng ọc Loan Tr inh Trang 1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚ I THIỆU VỀ CÂY CÀ PHÊ

1.1.1.Nguồn gốc và lịch sử phát triển của cây cà phê

1.1.1.1.Trên th ế gi ớ i

Từ lâu, cà phê đã trở thành loại đồ uống được ưa thích trên toàn cầu và ngày

càng có nhiều ngườ i sử dụng hơn vì theo các nghiên cứu khoa học đã chứng minh

r ằng uống cà phê đúng cách sẽ mang lại nhiều lợ i ích cho sức khoẻ như chống oxi hoá,

tốt cho tim mạch, ngăn ngừa ung thư,...[9] Tại sao cà phê có nhiều lợi ích như vậy?

Thành phần trong cà phê có gì?

Trên thế giớ i, cây cà phê mọc hoang dại ở Ethiopia. Vào thế k ỉ XIV, những

ngườ i buôn nô lệ đã mang cà phê từ Ethiopia sang tr ồng ở vùng Ả r ập. Năm 1600, cà

phê đượ c tr ồng ở các nước Châu Âu như Anh, Pháp, Ý. Cùng lúc đó, cây cà phê cũng

phát triển mạnh mẽ ở Ấn Độ. Năm 1614, ngườ i Hà Lan đã lấy hạt và đưa cây cà phê

con về Hà Lan. Sau đó, thì cà phê đã xuất hiện ở Bắc Mỹ, Brazil. Đến thế k ỉ XVII, cà

phê đượ c tr ồng ở khắp vành đai nhiệt đớ i, cận nhiệt đớ i thuộc Châu Âu, Châu Á, Châu

Phi và Châu Mỹ.

Hiện nay, có 75 nướ c tr ồng cà phê trên thế giớ i vớ i diện tích trên 10 triệu hectavà sản lượ ng hằng năm biến động trên dướ i 6 triệu tấn. Năng suất bình quân chưa quá

6 tạ/ha. Trong đó, có 28 nướ c ở Châu Phi có năng suất bình quân không vượ t quá 4

tạ/ha. Nam Mỹ đạt dướ i 6 tạ/ha. Bốn nướ c có diện tích cà phê lớ n nhất: Brazil trên 3

triệu hecta chiếm 25% sản lượ ng cà phê thế giới, Côte D’voire (châu Phi), Indonesia

(châu Á) mỗi nướ c khoảng 1 triệu hecta và Colombia có gần 1 triệu hecta vớ i sản

lượ ng hằng năm đạt trên dướ i 700 ngàn tấn. Do áp dụng một số tiến bộ k ỹ thuật mớ i

như giống mớ i và mật độ tr ồng dày nên đã có hàng chục nước đưa năng suất bình quânđạt trên 1 tấn/ha. Điển hình có CostaRica ở Trung Mỹ vớ i diện tích cà phê chè là

85.000 ha nhưng đã đạt năng suất bình quân trên 1.400 kg/ha.[6]

1.1.1.2. Ở trong nƣớ c

Cà phê có vai trò khá quan tr ọng trong sự nghiệ p phát triển kinh tế của đất

nước, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay khi nước ta đã gia nhậ p WTO. Hằng năm,

khi mà diện tích, năng suất, sản lượ ng cà phê không ngừng tăng nhanh, kim ngạch

xuất khẩu cà phê tăng đã đem lại nguồn thu lớn cho đất nước. Điều đó đã góp phần







thúc đẩy nền kinh tế nướ c nhà phát triển, tạo công ăn việc làm, tạo sinh k ế cho nhiều

hộ gia đình giúp dần dần ổn định thu nhậ p và từng bướ c cải thiện đờ i sống cho nhiều

ngườ i dân.

Ở Việt Nam, cây cà phê đượ c các nhà truyền đạo công giáo đưa vào trồng từ

năm 1857 ở Bố Tr ạch (Quảng Bình) và Quảng Tr ị. Đến năm 1870, cây cà phê đã thấy

ở Hà Nam Ninh. Đến năm 1888, thực dân Pháp thành lập các đồn điền cà phê ở Nghệ

An, Quảng Tr ị và Đắc Lắc. Song mãi tới đầu thế k ỉ hai mươi trở đi thì cây cà phê mớ i

đượ c tr ồng tr ên qui mô tương đối lớ n của các chủ đồn điền ngườ i Pháp tại Phú Quỳ -

Nghệ An và sau đó là ở Đắc Lắc và Lâm Đồng, nhưng tổng diện tích không quá vài

ngàn hecta. Sau cách mạng tháng Tám, diện tích cà phê ở miền Bắc đượ c phát triển

thêm tại một số nông trườ ng quốc doanh và thờ i kì có diện tích cao nhất là trên 10.000ha vào năm 1963 - 1964. Ở miền Nam phê có khoảng 10.000 ha. Tại Đắc Lắc có

khoảng 7.000 ha, Lâm Đồng 1.700 ha và Đồng Nai 1.100 ha. Cà phê tr ồng ở miền Bắc

trước đây chủ yếu là cà phê chè (Coffea arabica), năng suất thường đạt từ 400 - 600

kg/ha, có một số điển hình thâm canh tốt đã đạt trên 1 tấn/ha. Diện tích tr ồng cà phê ở

miền Nam trướ c ngày giải phóng chủ yếu là giống cà phê vối (Canephora robusta),

một số diện tích nhỏ cà phê đượ c tr ồng ở Lâm Đồng. Năng suất cà phê vối trong thờ i

kì này thường đạt trên dướ i 1 tấn/ha, ở một số đồn điền có quy mô vừa và nhỏ cũngđạt năng suất từ 2 - 3 tấn/ha. trướ c ngày giải phóng vào năm 1975 diện tích cà Cà phê

chủ yếu đượ c tr ồng ở Tây nguyên – khoảng 70%, còn lại là ở miền Đông Nam Bộ và

các nơi khác.[6]

Khoảng 10 năm gần đây, cây cà phê Việt Nam đã có những bướ c phát triển

mạnh mẽ về diện tích, năng suất và sản lượ ng nhờ cơ chế quản lí mớ i, đó là áp dụng

các tiến bộ kĩ thuật vào tr ồng tr ọt cho nên năng suất, sản lượ ng hằng năm tăng lên rất

nhanh. Đến nay, diện tích cà phê cả nước đạt hơn 500.000 ha, năng suất đạt hơn 2

tấn/ha. Kim ngạch xuất khẩu đạt xấ p xỉ 2 tỷ USD, chiếm hơn 8% kim ngạch xuất khẩu

của cả ngành Nông nghiệ p. Hiện nay, Việt Nam là nướ c nông nghiệ p có sản lượ ng cà

phê đứng thứ 2 trên thế giớ i sau Brazil. Trung bình mỗi năm, Việt Nam xuất khẩu

khoảng 1 triệu tấn cà phê nhân chiếm khoảng 90%, còn mức tiêu thụ trong nướ c

khoảng 10%. Theo Giang Hoàng (2011), tổng nhu cầu tiêu thụ cà phê trong nướ c là

60.000 tấn/năm, trong đó cà phê hoà tan chiếm khoảng 19.000 tấn, cà phê rang xay cótên tuổi chiếm khoảng 35.000 tấn, còn lại là cà phê rang xay không có thương hiệu.







Từ các số liệu trên có thể nhận thấy lượ ng bã cà phê phế thải hàng năm của

nướ c ta là r ất lớ n, hầu hết lượ ng bã này bị bỏ đi gây lãng phí một nguồn VLHP chưa

xử lí tiềm năng.

1.1.2. Thành phần hoá học của cây cà phê

Cà phê là tên một chi thực vật thuộc họ Thiên thảo bao gồm khoảng 500 chi

khác nhau và trên 6.000 loài cây nhiệt đớ i. Cà phê có nhiều chủng loại nhưng phổ biến

nhất là 3 giống sau:

Cà phê chè (Coffea Arabica L.)

Cà phê vối (Cofea Canephora hay Coffea Robusta)

Cà phê mít (Coffea Excelsa)

Hiện nay, nướ c ta chủ yếu tr ồng cà phê vối chiếm 95% tổng diện tích cà phê của cả nướ c.

Hạt cà phê xanh giàu gluxit và lipit, gluxit chiếm hơn 50% phần lớ n là các

polisaccarit. Thành phần hoá học của cà phê phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều

kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản đượ c thể hiện qua bảng 1.1:

Bảng 1.1. Thành phần và hàm lượ ng chính của cây cà phê

Thành phầnHàm lượ ng

g/100g mg/100g

Nướ c 8 - 12

Chất dầu 4 - 18

Đạm 1,8 – 2,5

Protein 9 - 16

Caffeine 1 (Arabica), 2 (Robusta)

Chlorogenic axit 2Trigonelline 1

Tannin 2

Caffetanic axit 8 - 9

Caffeic axit 1

Pentosane 5

Tinh bột 5 - 23

Saccarozơ 5 - 10







Xenlulozơ 10 - 20

Hemixenlulozơ 20

Lignine 4

Canxi 85 - 100

Phốt pho 130 - 165

Sắt 3 - 10

Natri 4

Mangan 1 – 4,5

Hàm lượ ng % các thành phần hoá học chính của bã cà phê đượ c trình bày ở

bảng 1.2:

Bảng 1.2. Thành phần % khối lượ ng các chất hoá học chính có trong bã cà phê

Thành phần Hàm lượ ng g/100g

Xenlulozơ 10 - 20

Hemixenlulozơ 20

Lignine 4

Bã cà phê là một vật liệu lignoxenlulozơ, có khả năng tách kim loại nặng và

màu, hòa tan trong nướ c nhờ vào cấu trúc xố p và thành phần xenlulozơ . Các nhómhydroxi trên xenlulozơ đóng vai trò quan tr ọng trong khả năng trao đổi ion, nhóm

hydroxi này có khả năng trao đổi yếu vì liên k ết OH phân cực không mạnh. Nhiều biện

pháp biến tính đã đượ c công bố như oxi hóa các nhóm hydroxi thành các nhóm chức

axit hoặc sunfon hóa bằng axit sunfuric.[5]

1.2. SƠ LƢỢ C VỀ KIM LOẠI NẶNG

1.2.1.Khái niệm kim loại nặng (KLN)

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượ ng riêng lớn hơn 5g/cm3. Chúng có

thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thuỷ quyển (các muối hoà tan), địa quyển (dạng

r ắn không tan, khoáng, quặng ...) và sinh quyển (trong cơ thể con ngườ i, động thực

vật). Một số kim loại nặng như: As, Cu, Pb, Ag, Mn, Cd…

1.2.2.Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con ngƣời và môi trƣờ ng

Kim loại nặng cũng giống những nguyên tố khác r ất cần thiết cho sinh vật cây

tr ồng, động vật ở một hàm lượ ng nhất định. Tuy nhiên, nếu hàm lượ ng ít hơn hoặcnhiều hơn thì lại gây tác động ngượ c lại. Những kim loại không cần thiết, khi vào cơ







thể sinh vật ngay cả dạng vết (r ất ít) cũng có thể gây tác động độc hại đối vớ i quá trình

trao đổi chất. Tuỳ vào từng đối tượ ng mà mỗi kim loại nặng khác nhau sẽ có ảnh

hưở ng không giống nhau. Ví dụ: đối vớ i thực vật thì niken không cần thiết và là chất

độc nhưng đối với động vật, niken lại r ất cần thiết ở hàm lượ ng thấ p. Đối vớ i sinh vật,

hàm lượ ng những kim loại cần thiết trong cơ thể chúng có ảnh hưở ng r ất lớn đến quá

trình trao đổi chất của chúng. Hàm lượ ng kim loại quá ít thì sẽ gây cản tr ở đến quá

trình trao đổi chất còn nếu hàm lượng đó quá nhiều thì lại gây ngộ độc nặng. Như vậy,

tồn tại một khoảng hàm lượ ng tối ưu của kim loại mà ở đó có tác dụng tích cực lên sự

phát triển hoặc sản phẩm của quá trình trao đổi chất của sinh vật hay một cơ quan của

sinh vật. Trong chế độ ăn uống của một ngườ i bình thườ ng, tiêu thụ từ 2 đến 5 mg

đồng mỗi ngày. Thấp hơn số lượ ng này sinh ra bệnh thiếu máu và ở trườ ng hợp đặc

biệt của tr ẻ em, ngườ i ta thấy có sự chậm tâm thần vận động, nhưng nếu liều lượ ng cao

hơn 15 mg/ngày, những triệu chứng nôn mửa và đau bụng xuất hiện, ở các ca nghiêm

tr ọng có thể tiến đến hôn mê và tử vong.

Kim loại nặng tr ong môi trường thườ ng không bị phân huỷ sinh học mà tích tụ

trong sinh vật, tham gia chuyển hoá sinh học tạo thành các hợ p chất độc hại hoặc ít

độc hại hơn. Chúng cũng có thể tích tụ trong hệ thống phi sinh học (không khí, nướ c,

tr ầm tích) và đượ c chuyển hoá nhờ sự biến đổi của các yếu tố vật lí và hoá học nhưnhiệt độ áp suất dòng chảy, oxy, nước … Nhiều hoạt động nhân tạo cũng tham gia vào

quá trình biến đổi các kim loại nặng gây ảnh hưở ng tớ i vòng tuần hoàn vật chất hoá

địa, sinh học của nhiều loài. Các kim loại nặng phân bố không đều trong môi trườ ng

cho nên hàm lượ ng kim loại nặng ở một số khu vực địa phương thườ ng r ất có ý nghĩa

trong quá trình tuần hoàn kim loại. Một số kim loại nặng tồn tại trong nướ c ở dạng hoà

tan nhưng cũng có nhiều kim loại nặng lại tạo thành trong nướ c ở dạng khó hoà tan và

tham gia và tham gia vào các chuyển hoá sinh học. Trong đáy biển có nhiều mỏ quặng

kim loại ví dụ Mangan…

Ngày nay, con ngườ i tiế p xúc tr ực tiế p vớ i kim loại nặng ở nhiều dạng khác

nhau. Kim loại nặng đã đi vào cơ thể ngườ i và sinh vật qua chuỗi thức ăn. Từ lâu, con

ngườ i đã tiế p xúc lâu dài vớ i các kim loại độc hại trong môi trườ ng vớ i liều lượ ng

khác nhau. Giáo sư Jerome Nriagu thuộc trường đại học Michigan khẳng định: “Hơn 1

tỷ người đã thành các vật thí nghiệm thực sự khi tiế p xúc vớ i những kim loại độc cóhàm lượng cao trong môi trường”. Theo giáo sư, nhiều triệu ngườ i bị các chứng nhiễm







độc kim loại dướ i mức phát bệnh. Phần lớ n những ngườ i bị nhiễm độc đều ở các nướ c

đang phát triển, Liên xô cũ và Trung Âu, nhưng có nhiều khu đô thị của các nướ c phát

triển đã trở thành nơi bị ô nhiễm nặng bở i kim loại. Sự nhiễm độc ngày càng tràn lan,

nhất là việc xả chất thải cứ tiế p tục theo mức độ hiện nay thì khó lòng hy vọng sự tăng

trưở ng này giảm đượ c. Trong một nghiên cứu số lượ ng kim loại xả ra trên toàn cầu,

gia tăng chủ yếu ở “thế giớ i thứ ba” do việc các khu công nghiệ p gây ô nhiễm nhất

được đưa sang nhằm giảm bớ t ô nhiễm cho các nướ c công nghiệ p. Do đó, ngườ i và

các sinh vật tại các nướ c này phải tiế p xúc vớ i kim loại ở mức cao hơn nhiều so vớ i

mức họ vẫn sống.

Kim loại, hợ p kim và hợ p chất kim loại r ất cần cho khoa học và công nghệ hiện

đại. Dù r ằng ngày nay, việc thay thế bằng các hợ p chất hữu cơ trong một số ứng dụngquan tr ọng (sợ i quang và những chất bán dẫn hữu cơ) không còn là ngoại lệ. R ất hiếm

thấy một kim loại mà không có một ứng dụng nào đó. Văn minh và kinh tế của những

quốc gia từ thờ i cổ đại đều dựa vào ít nhất một phần các kim loại. Đối vớ i cuộc sống

hiện đại thì luôn cần đến kim loại, dù r ằng chất dẻo hiện nay đã thay thế kim loại trong

một số ứng dụng. Thế nhưng, nhiều khi cũng cần đến các xúc tác kim loại để xúc tiến

quá trình polime hoá tạo thành các chất dẻo. Những chất xúc tác một khi dùng r ồi

đượ c thải ra môi trườ ng. Các kim loại của chúng có thể gây ra những hiểm hoạ ghê

gớm không lường trước đượ c: bệnh Minamata chẳng phải là bắt nguồn từ thuỷ ngân

của chất xúc tác phản ứng polyme hoá hay sao? Sự thật là không tránh đượ c một quá

trình công nghiệ p tạo ra những chất thải kim loại làm cho môi tr ườ ng tr ở nên giống

một bãi rác. Bệnh dịch âm ỉ và nguy hại của các vụ nhiễm độc kim loại nặng càng

thêm nghiêm tr ọng do các kim loại nặng hiển nhiên là không phân huỷ đượ c và là

nguyên tố tồn tại lâu bền trong môi trườ ng sống của con người và động vật. Thật ra,

chúng tồn tại vĩnh viễn nếu như so sánh thờ i gian tồn tại của chúng vớ i tuổi thọ của

sinh vật (ở đây không bàn đến các phản ứng phóng xạ). Trong điều kiện bình thườ ng

thì không thể nào biến đổi và phá huỷ đượ c chúng. Thế nhưng, dưới tác động của một

số vi khuẩn, chúng có thể k ết hợ p vớ i các hợ p chất hữu cơ để tạo nên những chất r ất

độc có khả năng len lỏi vào mạch thực phẩm và đi vào cơ thể con ngườ i như trườ ng

hợ p metyl thuỷ ngân ở Minamata. Hằng năm, có rất nhiều các kim loại nặng đượ c thải

vào sinh quyển gây độc hại làm ô nhiễm môi trườ ng. Mức độ độc hại do ô nhiễm nàygây ra được đánh giá là vượt xa độc hại của các chất hữu cơ và phóng xạ.







1.2.3. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng trong đất là khả năng tích trữ kim loại nặng trong đất

vượ t quá tiêu chuẩn cho phép gây độc đối với con ngườ i, sinh vật và đất. Ô nhiễm kim

loại nặng xảy ra ở nhiều nướ c trên thế giớ i, nhiều nước Đông Âu trước đây đã phát

triển công nghiệ p theo công nghệ cũ và sử dụng r ất nhiều loại chế phẩm nông nghiệ p

nên nước và đất ở nhiều vùng, nhất là trong cặn lắng của các dòng sông, bị ô nhiễm

kim loại nặng ở mức độ r ất cao, cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 1.000 đến 10.000 lần.

Ở Việt Nam, tình hình ô nhiễm kim loại nặng nhìn chung không phổ biến. Tuy

nhiên, nhiều trườ ng hợ p cục bộ gần khu công nghiệ p là ở những làng nghề tái chế kim

loại, tình tr ạng ô nhiễm kim loại nặng đang diễn ra khá tr ầm tr ọng.

1.2.4. Tính chất độc hại của các kim loại nặng Crom

Crom đượ c nhà hoá học ngườ i Pháp là Vôcơlanh (N. Vauquelin) tìm ra năm

1797. Trên gọi Crom (chrome) xuất phát từ tiếng Hi Lạ p “chroma” có nghĩa là màu

sắc vì các hợ p chất của Crom đều có màu. Crom là nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm

VIB. Crom có khối lượ ng nguyên tử là 51,996 đvC. Crom có số thứ tự 24 trong bảng

hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Crom có 10 đồng vị, các đồng vị thiên

nhiên là 50 52 53 54Cr(4,31%); Cr(83, 76%); Cr(9,55%); Cr(2,38%) . Trong các đồng vị phóng

xạ thì đồng vị 51Cr có chu kì bán huỷ là 28 ngày đêm và đồng vị kém bền nhất là 47

Cr

có chu kì bán huỷ là 0,4 giây.[7]

Tính chất hoá học

Không phản ứng tr ực tiế p với Hiđro, nhưng tạo ra dung dịch r ắn ở các nhiệt độ

khác nhau.

Ở điều kiện thườ ng không phản ứng vớ i Oxi, nhưng khi đốt trong không khí thì

Crom tạo ra Cr 2O3. Khi nung hỗn hợ p gồm bột Crom vớ i bột lưu huỳnh trong ampun

thu các sunfua có thành phần khác nhau như CrS, Cr 2S3, Cr 3S4, Cr 5S6, Cr 7S8.

Vớ i Selen và Telu cũng có phản ứng tr ực tiế p. Sản phẩm của phản ứng tổng

hợ p từ các nguyên tố có thành phần ứng vớ i các bậc oxi hoá khác nhau của Crom tạo

ra CrSe, Cr 2Se3, CrSe4, CrTe.

Vớ i các halogen, phản ứng xảy có mức độ khác nhau phụ thuộc vào hoạt tính

của các kim loại và các halogen, phản ứng tr ực tiế p vớ i Flo ngay cả khi nguội; vớ i Clo phải đun nóng.







Khi nung bột Crom trong khí quyển Nitơ tạo ra Cr 2 N ở 900 C và CrN ở

1200 C. Phản ứng tr ực tiế p vớ i Phốt pho khi nung trong chân không, trong ampun

bằng thạch anh tạo ra các hợ p chất như CrP, Cr 3P, CrP2,...

Phản ứng tr ực tiế p vớ i Cacbon tạo ra Cr 2C3 khi nung các kim loại đó vớ i

Cacbon ở nhiệt độ cao; vớ i silic tạo ra CrSi, Cr 3Si, CrSi2,... cũng ở nhiệt độ cao.

Vì trên bề mặt có lớ p oxit có hoạt tính hoá học kém r ất mỏng và bền vững che

chở cho kim loại, nên ở nhiệt độ thườ ng, Crom r ất bền về mặt hoá học. Khi nung đến

nhiệt độ nóng đỏ, Crom khử đượ c H2O tạo ra hiđro:

ot

2 2 3 22Cr 3H O Cr O 3H

Crom hoà tan trong HCl và H2SO4 loãng nóng tạo muối Crom (II) màu xanh

lam, sau đó muối Crom (II) bị oxi của không khí oxi hoá tạo ra muối Crom (III) màu

xanh lá cây:

2 2Cr 2HCl CrCl H

4 2 2 4 2 4 3 24CrSO O 2H SO 2Cr (SO ) 2H O

H2SO4 đặc hoà tan kim loại Crom tạo ra muối Crom (III) và SO2:

t

2 4 2 4 3 2 22Cr 6H SO Cr (SO ) 3SO 6H O

HNO3 đặc hoặc loãng và nước cườ ng thuỷ khi nguội không tác dụng vớ i Crom,

khi đun nóng tác dụng yếu, khi đun sôi phản ứng xảy ra mạnh tạo ra muối Crom (III):

t

3 3 3 2Cr 4HNO Cr(NO ) NO 2H O

3 3 2Cr HNO 3HCl CrCl NO 2H O

Nguyên nhân gây ra tính bền của Crom trong các loại axit trên là do đã tạo ra

lớ p oxit bảo vệ bề mặt kim loại nên đã gây ra “tính thụ động” của Crom.

Tác dụng vớ i dung dịch muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo

thành muối Crom (III):

2 2Cr CuCl CrCl Cu

Hợ p chất của Crom

Crom có hóa tr ị từ 1 đến 6. Vì vậy, hợ p chất của nó r ất đa dạng và phong phú.

Một số hợ p chất điển hình:

Hợ p chất Crom (III):







+ Crom (III) oxit Cr 2O3 là chất r ắn, màu lục thẫm, không tan trong nướ c.

Là oxit lưỡ ng tính, tan trong axit và kiềm đặc.

2 3 d 3 2Cr O HCl CrCl H O

2 3 d 2 2Cr O 2NaOH 2NaCrO H O

Vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử

t

2 3 2 3Cr O Al Cr Al O

2 3 2 2 4 2Cr O O 2NaOH Na Cr H O

Crom dùng để tạo màu lục cho đồ sứ, đồ thuỷ tinh.

Điều chế:

4 2 2 7 2 2 3 2(NH ) Cr O N Cr O 4H O

Crom (III) hiđroxit Cr(OH)3 là chất r ắn, màu lục xám. Là một hiđroxit

lưỡng tính, tan đượ c trong dung dịch axit và dung dịch kiềm:

3 2 2Cr(OH) NaOH NaCrO .2H O

3 3 2Cr(OH) 3HCl CrCl 3H O

Điều chế: Cr(OH)3 đượ c điều chế bằng phản ứng trao đổi giữa muối Crom (III)

và dung dịch bazơ.

3 3CrCl 3NaOH Cr (OH) 3NaCl

Cr(OH)3 bị nhiệt phân

t

3 2 3 22Cr(OH) Cr O 3H O

+ Muối Crom (III): Vì ở tr ạng thái số oxi hoá trung gian, ion Cr 3+ trong dung

dịch vừa có tính oxi hoá (trong môi trườ ng axit), vừa có tính khử (trong môi trườ ng

bazơ).

Môi trườ ng axit, Crom (III) dễ bị khử thành Crom (II)

3 2 22CrCl Zn 2CrCl ZnCl

Môi trường bazơ, Cr om (III) bị oxi hoá thành Crom (VI)

2 2 4 22 NaCrO 3Br 8NaOH 2NaCrO 6 NaBr 4H O

Hợ p chất Crom (VI)

+ Crom (VI) oxit (CrO3): là chất r ắn màu đỏ thẫm. Là một oxit axit tác dụng

đượ c với nướ c, tạo thành axit.







3 2 2 4CrO H O H CrO

3 2 2 2 72CrO H O H Cr O

Là axit mạnh kém bền. Những axit này không tách ra đượ c ở dạng tự do mà chỉ

tồn tại trong dung dịch. Nếu tách ra khỏi dung dịch, chúng sẽ bị phân huỷ tr ở lại thành

CrO3.

CrO3 có tính khử r ất mạnh. Một số chất vô cơ và hữu cơ như: P, C, C2H5OH,...

bốc cháy khi tiế p xúc vớ i CrO3, đồng thờ i CrO3 bị khử thành Cr 2O3.

3 3 2 3 2 22CrO 2NH Cr O N 3H O

CrO3 bị nhiệt phân:

t

3 2 3 24CrO 2Cr O 3O

+ Muối Crom (VI): Khác vớ i những axit Cromic và Đicromic, các muối Cromat

và Đicromat là những hợ p chất bền.

Muối Cromat như Natri đicromat và Kali đicromat là muối của axit Đicromic,

có màu da cam của ion Đicromat

Các muối Cromat và Đicromat có tính oxi hoá mạnh, đặc biệt trong môi trườ ng

axit, muối Crom (VI) bị khử thành muối Crom (III).2 2 7 4 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2K Cr O 6FeSO 7H SO 3Fe (SO ) Cr (SO ) K SO 7H O

Trong môi trườ ng thích hợ p, các muối Cromat và Đicromat chuyển hoá lẫn

nhau theo một cân bằng:

2 2

4 2 7 22CrO 2H Cr O H O

Khi thêm H+ vào muối Cromat thì sẽ chuyển từ màu vàng sang màu da cam

Khi thêm OH vào muối Đicromat thì sẽ chuyển từ da cam sang vàng.

Hàm lượ ng trung bình của Crom trong vỏ đất là 122 ppm, trong đất sự có mặt

của Crom dao động từ 11 - 22 ppm và trong nướ c ngầm có khoảng 100 ppb.

Crom đượ c tìm thấy trướ c tiên ở dạng quặng Crom sắt đượ c sử dụng trong

luyện kim, mạ điện hoặc trong các chất nhuộm màu thuộc da,…

Trong nướ c tự nhiên Crom tồn tại ở dạng là Crom (III) và Crom (VI)

- Crom (III) thườ ng tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2+, 4Cr(OH) .

- Crom (VI) thườ ng tồn tại ở dạng CrO42- và Cr 2O7

2-.







Trong dung dịch vị trí của cân bằng:

2 2

4 2 7 22CrO 2H Cr O H O

sẽ chuyển dịch phụ thuộc vào pH của dung dịch:

+ Ở pH > 6 trong dung dịch tồn tại ion CrO42-.

+ 2 pH 6 ion HCrO4- và ion Cr 2O7

2- nằm cân bằng vớ i nhau

+ Ở pH < 1 chủ yếu tồn tại các phân tử H2CrO4.

(hằng số axit của H2CrO4 : K 1 = 1,8.10-1; K 2 = 3,2.10-7; của H2Cr 2O7: K 2 = 2,3.10-2)[7]

Crom là nguyên tố vi lượ ng không cần thiết lắm cho cây tr ồng nhưng lại là

nguyên tố cần thiết cho động vật ở một giớ i hạn nhất định, nếu hàm lượ ng của nó vượ t

quá giớ i hạn nhất định nó sẽ gây độc hại. Crom đã đượ c tìm trong RNA của một vài

sinh vật vớ i một khối lượ ng nhỏ. Sự vắng mặt của Crom trong sinh vật có thể dẫn tớ i

sự suy giảm độ bền protein liên hợ p. Nếu vượ t quá giớ i hạn cho phép Crom lại gây

độc với động vật.

Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và màu tốt…)

nên nó ngày đượ c sử dụng r ộng rãi. Vì vậy, tác hại của nó gây ra ngày càng nhiều. K ết

quả nghiên cứu cho thấy Crom (VI) dù chỉ vớ i một lượ ng nhỏ cũng là nguyên nhân

chính gây tác hại nghề nghiệ p. Crom là nguyên tố đượ c xế p vào nhóm gây bệnh ung

thư. Crom thườ ng tồn tại ở hai dạng ion chính là 3+ và 6+. Trong đó, Cr om (VI) độc

hơn Cr om (III).

Sự hấ p phụ của Crom vào cơ thể con ngườ i tùy thuộc vào tr ạng thái của nó.

Crom (VI) hấ p phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr om (III) và có thể thẩm thấu màng tế

bào, Crom (VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viên gan, ung thư phổi.

Sự hấ p phụ của Crom vào cơ thể theo ba con đườ ng: hô hấ p, tiêu hóa và tiế p

xúc tr ực tiế p. Qua nghiên cứu, ngườ i ta thấy Crom có vai trò sinh học chuyển hóa

glucozơ , tuy nhiên với hàm lượ ng cao Crom làm k ết tủa protein, axit nucleic gây ức

chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đườ ng nào Crom

cũng đượ c hòa tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 ppm sau đó chúng đượ c chuyển vào

hồng cầu và hòa tan trong hồng cầu nhanh 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ

chức nội tạng, đượ c giữ lại ở xương, thận, gan, phần còn lại đượ c chuyển qua nướ c

tiểu.







Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da, ở tất cả các nghành nghề mà công việc

phải tiế p xúc như hít thở phải Crom hoặc hợ p chất của Crom.

Crom kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nướ c mắt.

Niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu. Về sau có thể thủng vành mũi. Crom có thể

gây mụn cơm, viêm gan, viêm thận, ưng thư phổi, đau răng, tiêu hóa kém. Khi Crom

xâm nhập theo đườ ng hô hấ p dễ dẫn tớ i bệnh viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm

mạc bị kích thích. Khi da tiế p xúc tr ực tiế p vào dung dịch Cr (VI), chỗ tiế p xúc dễ bị

nổi phồng và loét sâu, có thể loét đến xương. Nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung

thư phổi và ung thư gan.

Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom như: luyện kim, sản xuất nến,

sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy r ửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, màu, thủytinh, chế tạo ắc quy, mạ k ẽm, mạ điện và mạ Crom…

Tóm lại, hàm lượ ng lớ n các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng đều ảnh

hưở ng tr ực tiếp đến sức khỏe con ngườ i. Chính vì vậy, việc xác định hàm lượ ng Crom

là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trườ ng nguồn nướ c. Từ đó, có biện pháp

xử lí thích hợ p, đảm bảo có nướ c sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm trong sạch

môi trườ ng.

1.3. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1.3.1. Các khái niệm dùng trong quá trình hấp phụ

Hấ p phụ (adsorption): là sự tích luỹ các chất khí hay chất tan trên bề mặt phân

chia pha thườ ng là chất r ắn hay chất lỏng.

Chất hấ p phụ (adsorbent): là chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấ p phụ.

Chất bị hấ p phụ (adsorbate): là chất có khả năng tích luỹ trên bề mặt chất hấ p

phụ.Hấ p thụ (absorption): là quá trình chất bị hấ p phụ xuyên qua lớ p bề mặt và đi

sâu vào trong thể tích chất hấ p phụ giống như sự hoà tan.

Hấ p thu (sorption): là từ dùng để gọi chung hấ p phụ và hấ p thu.

Sự giải hấp (desorption): là quá trình ngượ c lại vớ i sự hấ p phụ tức là chất bị hấ p

phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấ p phụ.

Dung lượ ng hấ p phụ (lượ ng chất bị hấ p phụ) : là lượ ng chất bị hấ p phụ (thườ ng

tính bằng mol) hấ p phụ trên 1cm2 lớ p bề mặt và kí hiệu là a.

Thứ nguyên của dung lượ ng hấ p phụ: mol/cm2







* Trong trườ ng hợ p không biết bề mặt riêng thì dung lượ ng hấ p phụ tính cho

một gam chất hấ p phụ và có thứ nguyên là mol/g

Dung lượ ng hấ p phụ đượ c tính theo công thức (1.1):

1

nx

a kpm

(1.1)

Trong đó:

x: lượ ng chất bị hấ p phụ (mol)

m: Khối lượ ng chất hấ p phụ

p: áp suất cân bằng

k và n là các hằng số.

Đối vớ i hấ p phụ trong dung dịch thì phương trình (1.1) đượ c biểu diễn dướ i

dạng công thức (1.2) hay (1.3):

1

nx

a Cm

(1.2)

Trong đó:

: hằng số ứng với k trong phương trình.

C: nồng độ cân bằng của dung dịch (mol/l).

Hay:o

(C C).Va

m

(1.3)

Trong đó:

oC : nồng độ ban đầu

C: nồng độ cân bằng của chất bị hấ p phụ

V: thể tích trong đó xảy ra sự hấ p phụ

m: lượ ng chất r ắn hấ p phụ Sự hấ p phụ trên ranh giớ i lỏng - r ắn có thể đượ c biểu diễn bằng các đườ ng hấ p

phụ đẳng nhiệt, vớ i nồng độ khá loãng có thể sử dụng phương trình Langmuir hay

Freundlich.

Hiệu suất hấ p phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấ p phụ và nồng độ dung

dịch ban đầu đượ c tính bằng công thức (1.4):

o cb

o

(C C )H .100%

C

(1.4)







Ngườ i ta phân thành 2 loại hấ p phụ: Hấ p phụ vật lý và hấ p phụ hóa học. Sự

khác nhau của hai loại hấ p phụ đượ c tóm tắt trong bảng 1.3:.

Bảng 1.3. So sánh sự khác nhau giữa hấ p phụ vật lí và hấ p phụ hoá học

Hấ p phụ vật lý (physisorption) Hấ p phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấ p phụ mang bản chất lực

Vanderwaals. Không có sự trao đổi điện

tử.

Lực hấ p phụ mang bản chất liên k ết hóa

học. Có sự trao đổi điện tử

Nhiệt hấ p phụ vài kcal/mol Nhiệt hấ p phụ vài chục kcal/mol

Năng lượ ng hoạt hóa không quan tr ọng Năng lượ ng hoạt hóa có thể quan tr ọng

hay không quan tr ọng

Nhiệt độ thấ p hấ p phụ chiếm ưu thế Nhiệt độ cao hấ p phụ chiếm ưu thế Hấ p phụ thường là đa lớ p Hấ p phụ đơn lớ p

Sự hấ p phụ phụ thuộc vào điều kiện

nhiệt độ, áp suất

Có tính chọn lọc

Chỉ hấ p phụ các chất có khả năng tạo

liên k ết

Hấ p phụ mang bản chất thuận nghịch Hấ p phụ mang bản chất thuận nghịch

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấ p phụ vật lý và hấ p phụ hóa học chỉ tương

đối vì ranh giớ i chung không rõ r ệt. Một số trườ ng hợ p tồn tại cả quá trình hấ p phụ vật

lí và hấ p phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấ p xảy ra quá trình hấ p phụ vật lí, khi tăng

nhiệt độ khả năng hấ p phụ hấ p phụ vật lí giảm và khả năng hấ p phụ hóa học tăng

lên.[4]

1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.3.2.1. Mô hình động h ọc h ấ p ph ụ

Trong môi trường nướ c, quá trình hấ p phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chấthấ p phụ, vì vậy quá trình động học hấ p phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn k ế tiế p

nhau:

- Các chất bị hấ p phụ chuyển động tớ i bề mặt chất hấ p phụ - Giai đoạn khuếch

tán trong dung dịch.

- Phân tử chất bị hấ p phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấ p phụ chứa

các hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng.







- Chất bị hấ p phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấ p phụ -

Giai đoạn khuếch tán trong mao quản.

- Các phân tử chất bị hấ p phụ đượ c gắn vào bề mặt chất hấ p phụ - Giai đoạn

hấ p phụ thực sự.

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định

hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình động học hấ p phụ. Vớ i hệ hấ p phụ trong môi

trường nướ c, quá trình khuếch tán thườ ng chậm và đóng vai trò quyết định.

Tốc dung lượ ng hấ p phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấ p phụ theo thờ i gian

đượ c tính bằng công thức (1.5):

dxv

dt

(1.5)

Tốc dung lượ ng hấ p phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thờ i

gian t và đượ c tính bằng công thức (1.6):

o cb max

dxv (C C ) k.(a a)

dt (1.6)

Trong đó:

x: nồng độ chất bị hấ p phụ (mg/l)

t: thờ i gian (giây)

oC : nồng độ chất bị hấ p phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu

(mg/l)

Ccb: nồng độ chất bị hấ p phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/g)

k: hằng số tốc độ hấ p phụ

a: dung lượ ng hấ p phụ tại thời điểm t (mg/g)

a max: dung lượ ng hấ p phụ cực đại (mg/g)

1.3.2.2. Các mô hình h ấ p ph ụ đẳng nhi ệt

Quá trình hấ p phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấ p phụ

khi đã hấ p phụ trên bề mặt chất hấ p phụ vẫn có thể di chuyển ngượ c lại pha mang.

Theo thời gian, lượ ng chất bị hấ p phụ tích tụ trên bề mặt chất r ắn càng nhiều thì tốc độ

di chuyển ngượ c tr ở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc Dung

lượ ng hấ p phụ bằng tốc độ giải hấ p thì quá trình hấ p phụ đạt cân bằng.







Có thể mô tả quá trình hấ p phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấ p phụ. Đường đẳng

nhiệt hấ p phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượ ng hấ p phụ tại một thời điểm vào

nồng độ cân bằng của chất bị hấ p phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ

xác định. Đường đẳng nhiệt hấ p phụ đượ c thiết lậ p bằng cách cho một lượ ng xác định

chất hấ p phụ vào một lượng cho trướ c dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấ p

phụ.

Đườ ng đẳng nhiệt hấ p phụ có thể đượ c xây dựng trên cở sở lý thuyết, kinh

nghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm

xử lí số liệu thực nghiệm . Vớ i chất hấ p phụ là chất r ắn, chất bị hấ p phụ là chất lỏng

thì đường đẳng nhiệt hấ p phụ đượ c mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt: Phương

trình đẳng nhiệt hấ p phụ Henry, phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ Freundlich và phương trình đẳng nhiệt Langmuir,....

Mô hình đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ H enry

Phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ Henry: là phương trình đường đẳng nhiệt đơn

giản mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượ ng chất bị hấ p phụ trên bề mặt pha r ắn và

nồng độ (áp suất) của chất bị hấ p phụ ở tr ạng thái cân bằng, thông qua công thức (1.7):

A = K.P (1.7)

Trong đó:

K: hằng số hấ p phụ Henry

A: lượ ng chất bị hấ p phụ

P: áp suất (mmHg)

Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến tính này nhỏ. Trong vùng đó, sự

tương tác giữa các phân tử chất bị hấ p phụ trên bề mặt chất r ắn là không đáng k ể.

Mô hình đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ F reundlich

Phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô tả

sự hấ p phụ xảy ra trong phạm vi một lớ p và đượ c biểu diễn bằng một hàm số mũ như

phương trình (1.8):

1

na kP (1.8)







Hoặc dạng phương trình đườ ng thẳng, thông qua công thức (1.9):

1log a log k log P

n (1.9)

Trong đó:

k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.

Mô hình h ấ p ph ụ đẳng nhi ệt Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đượ c xây dựng dựa trên các giả

thuyết:

Lực hấ p phụ mang bản chất lực hoá học.

Sự hấ p phụ xảy ra trên các trung tâm hoạt động của chất hấ p phụ. Những trung

tâm đó có thể là các chỗ nhô hay ở các đỉnh của bề mặt chất hấ p phụ.

Phân tử bị hấ p phụ liên k ết vớ i bề mặt tại những trung tâm xác định trong một

khoảng thời gian xác định. Tuy nhiên, trung tâm hoạt động lại có thể hấ p phụ phân tử

mớ i thay chỗ cho tiểu phân vừa mới đi ra. Thời gian lưu lại các phân tử bị hấ p phụ phụ

thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ thấ p thờ i gian này r ất lâu, ở nhiệt độ cao khoảng

1000C - 2000C thì thời gian đó khoảng 10-6 giây.

Sự hấ p phụ chỉ là đơn lớ p do lực hấ p phụ mang bản chất là lực hoá học nên cókhả năng tiến đến bão hoà vì vậy mỗi trung tâm chỉ hấ p phụ một phân tử chất bị hấ p

phụ.

Bề mặt chất hấ p phụ là đồng nhất nên thời gian lưu giữ các phân tử không phụ

thuộc vào sự có mặt của các phân tử hấ p phụ trên các trung tâm bên cạnh. Hay nói

cách khác là Langmuir đã bỏ qua sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấ p phụ.

Phương trình Langmuir xây dựng cho hệ hấ p phụ khí - r ắn có dạng của công

thức (1.10):

1max

1

k Pa a .

1 k P

(1.10)

Trong đó:

- a, amax lần lượ t là thể tích chất bị hấ p phụ, thể tích chất bị hấ p phụ cực đại.

- P là áp suất chất bị hấ p phụ ở pha khí.

- k 1 là hằng số.







Trong trườ ng hợ p sự hấ p phụ xảy ra trong dung dịch. Khi đó có thể biểu diễn

phương trình Langmuir thông qua công thức (1.11):

1 cbmax

1 cb

k Ca a .

1 k C

(1.11)

Trong đó:

- k 1 là hằng số Langmuir.

- Ccb là nồng độ chất bị hấ p phụ ở tr ạng thái cân bằng.

- a, amax lần lượ t là dung lượ ng hấ p phụ và dung lượ ng hấ p phụ cực đại.

Khi nồng độ chất bị hấ p phụ là r ất nhỏ (k 1Ccb << 1) 1+ k 1C, ta có:

a = amax.k 1.Ccb = kCcb.

Như vậy, dung lượ ng hấ p phụ tỉ lệ thuận vớ i nồng độ chất bị hấ p phụ.

Khi nồng độ chất bị hấ p phụ càng lớ n (k 1Ccb >> 1) k 1Ccb +1 k 1Ccb, ta có:

a = amax.

Tức, dung lượ ng hấ p phụ không phụ thuộc vào nồng độ. Khi đó, bề mặt chất hấ p phụ

đã đượ c bão hòa bở i một đơn lớ p các phân tử chất bị hấ p phụ.

Dung lượ ng hấ p phụ cực đại amax có một giá tr ị xác định tương ứng vớ i số tâm

hấ p phụ.

Hằng số k 1 phụ thuộc cặp tương tác giữa chất hấ p phụ, chất bị hấ p phụ và nhiệt độ. Có

thể xác định amax và hằng số k 1 từ các số liệu thực nghiệm bằng phương pháp tối ưu

hay đơn giản là bằng phương pháp đồ thị.

Với phương pháp đồ thị, phương trình (1.11) đượ c viết thành dạng (1.12):

cb cb

max 1 max

C C1

a a .k a (1.12)

Từ số liệu thực nghiệm vẽ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb. Đường đẳng

nhiệt hấ p phụ Langmuir và đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb có dạng như ở hình

(1.1) và hình (1.2):







a

Ccb

Hình 1.1. Sự phụ thuộc của a theo Ccb

cbC

a

C cb

Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb

Từ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb dễ dàng tính đượ c amax và hằng số k 1,

1 max max

1 1OM ; tan

k a a

Phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir có dạng đơn giản, cho phép giảithích khá thỏa đáng các số liệu thực nghiệm.

1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ

1.3.3.1. Ảnh hƣở ng c ủa th ờ i gian vànhi ệt độ

Sự hấ p phụ trong dung dịch diễn ra chậm hơn sự hấ p phụ khí vì trong

dung dịch thì sự giảm nồng độ trên bề mặt phân chia pha chỉ có thể đượ c phục hồi

bằng sự khuếch tán, mà sự khuếch tán trong dung dịch thườ ng chậm. Vì vậy, để xúc







tiến sự thiết lậ p cân bằng hấ p phụ trong các trườ ng hợp này người ta thườ ng khuấy hay

lắc dung dịch.

Sự hấ p phụ các phân tử lớ n lên chất hấ p phụ xốp có kích thướ c mao quản nhỏ

diễn ra r ất chậm. Trong trườ ng hợ p này cân bằng hấ p phụ đượ c thiết lậ p r ất lâu hoặc

hoàn toàn không đạt tớ i.

Khi tăng nhiệt độ thì sự hấ p phụ trong dung dịch giảm xuống. Tuy nhiên,

thườ ng thì mức độ thấp hơn so vớ i sự hấ p phụ khí.

1.3.3.2. Ảnh hƣở ng c ủa tính ch ấ t ch ấ t h ấ p ph ụ

Bản chất và độ xố p của chất hấ p phụ cũng ảnh hưở ng r ất lớn đến sự hấ p phụ

trong dung dịch. Các chất hấ p phụ phân cực hấ p phụ tốt chất phân cực và ngượ c lại

các chất hấ p phụ không phân cực hấ p phụ tốt các chất không phân cực.

Kích thướ c lỗ xốp cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự hấ p phụ. Khi kích thướ c chất

tan nhỏ có thể đi sâu vào trong mao quản của chất hấ p phụ thì khi độ xốp tăng thì độ

hấ p phụ tăng và khi độ xố p giảm mà kích thướ c chất tan tăng thì Dung lượ ng hấ p phụ

giảm.

1.3.3.3. Ảnh hƣở ng c ủa tính ch ấ t b ị h ấ p ph ụ

Qui tắc Rehbinder đưa ra sự phụ thuộc của dung lượ ng hấ p phụ vào độ phâncực của các chất trong hệ. Theo qui tắc này, chất C có thể bị hấ p phụ trên bề mặt phân

chia hai pha A và B khi hằng số điện môi của nó có giá tr ị trung gian giữa hằng số

điện môi của A và B, tức là: A C B hay A C B .

Ví dụ: Trên bề mặt phân chia pha nướ c ( 80) - toluen ( 2, 4) thì anilin

( 7, 3) là chất hoạt động bề mặt. Trên bề mặt toluen – không khí ( 1) thì anilin

phần nào làm tăng sức căng bề mặt và khi đó toluen sẽ là chất hoạt động bề mặt, hoà

tan trong anilin.

Qui tắc Rehbinder cho thấy r ằng các phân tử chất hoạt động bề mặt phải định

hướ ng trên bề mặt phân cách thế nào cho phần phân cực hướ ng về pha phân cực, còn

phần không phân cực hướ ng về pha không phân cực. (Không khí được xem như là pha

không phân cực)







Hình 1.3. Sự định hướ ng của các chất hoạt động bề mặt

Từ qui tắc Rehbinder có thể nói mọi chất ưa nướ c phân cực sẽ hấ p phụ tốt các

chất hoạt dộng bề mặt từ các chất lỏng không phân cực hay phân cực yếu và ngượ c lại

mọi chất ghét nướ c sẽ hấ p phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng phân

cực. Trên cơ sở này, trong thực tế các chất hấ p phụ phân cực được dùng để hấ p phụ

các chất hấ p phụ bề mặt từ môi trườ ng không phân cực (than) để hấ p phụ các môi

trườ ng phân cực.

Bên cạnh đó, còn một số qui tắc khác như: theo sự tăng của phân tử lượ ng thì

khả năng bị hấ p phụ tăng lên. Chính vì thế, các alcaloid và phẩm màu thườ ng có phân

tử khối lớ n bị hấ p phụ r ất tốt. Ngoài ra, các chất thơm cũng bị hấ p phụ tốt hơn các hợ p

chất mạch thẳng.[4]

1.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH LƢỢ NG KIM LOẠI

1.4.1. Phƣơng pháp thể tíchPhân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượ ng dựa trên sự đo thể tích

của dung dịch thuốc thử đã biết chính xác nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để

phản ứng hết vớ i chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích

và nồng độ của dung dịch chuẩn đã dùng để tính ra hàm lượ ng chất cần xác định có

trong dung dịch phân tích.

Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, phương pháp phân tích thể tích đượ c

phân loại làm các loại sau:

Phương pháp chuẩn độ axit- bazơ (Phương pháp trung hoà)

Phương pháp chuẩn độ k ết tủa.

Phương pháp chuẩn độ tạo phức.

Phương pháp chuẩn độ oxi hoá khử.

Để định lượ ng Kali đicromat trong đề tài, sử dụng phương pháp chuẩn độ oxi

hoá khử thông qua phương pháp chuẩn độ permanganat.







Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng trong đó nguyên tử hay ion này nhườ ng

điện tử cho nguyên tử hay ion khác.

Chất oxy hoá là chất nhận điện tử hay chất có số oxy hoá giảm sau phản ứng.

Chất khử là chất nhường điện tử hay chất có số oxy hoá tăng sau phản ứng.

Phương pháp định lượng permanganat là phương pháp định lượ ng dựa vào khả

năng oxy hoá của permanganat. Tính oxi hoá của permangnat thể hiện cả trong môi

trườ ng axit, trung tính và kiềm.

Trong môi trườ ng axit mạnh ion MnO4- có tính oxi hoá mạnh, nó bị khử về ion

Mn2+ không màu:

Do đó, có thể dùng dung dịch chuẩn KMnO4 có màu tím hồng để chuẩn độ dung dịch

chất khử.

Trong môi trườ ng trung tính và kiềm, nó bị khử đến MnO2:

Thế oxi hoá khử tiêu chuẩn của permanganat trong môi trườ ng axit lớn hơn môi

trườ ng kiềm nhiều. Hơn nữa, khi định lượng trong môi trườ ng axit tạo ra Mn2+ không

màu trong dung dịch, còn khi định lượ ng trong môi trườ ng trung tính hay kiềm, MnO2

chính xác hơn là MnO2.xH2O lắng xuống dướ i dạng k ết tủa nâu sẽ gây khó khăn cho

việc xác định điểm tương đương. Vì vậy, phản ứng oxi hoá khử bằng permanganat

thường làm trong môi trườ ng axit.

Dung dịch KMnO4 chuẩn

Pha dung dịch permanganat chuẩn bằng cách cân chính xác một lượ ng KMnO4

tinh thể hoà tan trong nướ c cất vì KMnO4 không tinh khiết vì thườ ng chứa MnO2 dotrong nướ c, lọ, bình chứa có vết các chất khử nên sau khi hoà tan một thờ i gian, nồng

độ KMnO4 sẽ giảm đi. Vì vậy, điều chế dung dịch KMnO4 chuẩn bằng cách sau:

Cân một lượ ng nhất định KMnO4 và hoà tan trong nướ c nóng (cho dễ tan) và để

yên từ 1- 2 tuần. Sau đó, lọc MnO2 đã kết tủa bằng phễu thuỷ tinh xố p (vì KMnO4 sẽ

oxi hoá giấy lọc nên không thể lọc bằng giấy lọc) r ồi xác định nồng độ của nó bằng

một trong các dung dịch chuẩn như dung dịch natri oxalat, axit oxalic, muối

Mo...Thông thườ ng dùng dung dịch axit oxalic để xác định nồng độ của dung dịch

KMnO4 chuẩn theo phương trình:

24

2 0

4 2 M nO / MnMnO 5e 8H Mn 4H O E 1, 51V

4 2

0

4 2 2 MnO /MnOMnO 2H O 3e MnO 4OH E 0, 59V







2

4

2 2

MnO 5e Mn x 2

(COOH) 2CO 2e x5

2

4 2 2 22MnO 5(COOH) 6H 10CO 2Mn 8H O

Phương pháp permanganat được dùng để:

Chuẩn độ tr ực tiế p các chất khử bằng KMnO4. Ví dụ: Fe2+, C2O42-, H2O2, I

,

Ce3+,...

Định lượ ng gián tiế p chất khử qua phản ứng Fe3+ dư: cho chất khử phản ứng vớ i

Fe3+ dư. Chuẩn độ Fe2+ tạo thành bằng KMnO4.

Định lượ ng gián tiế p chất oxi hoá: Khi chất oxi hoá phản ứng chậm vớ i chất

khử thì không thể chuẩn độ tr ực tiếp được. Trong trườ ng hợp này người ta cho lượ ngdư chính xác chất khử vào một lượng xác định chất oxi hoá. Sau khi phản ứng k ết

thúc, chuẩn độ chất khử bằng dung dịch chuẩn KMnO4.[1]

1.4.3. Công thức xác định nồng độ Kali đicromat bằng phƣơng pháp chuẩn độ

ngƣợ c

Gọi 22 7Cr O

C (N) là nồng độ đương lượ ng của dung dịch Kali đicromat dùng để

khảo sát.

22 7Cr O

V (ml) là thể tích của dung dịch Kali đicromat dùng để định phân.

2FeC (N) là nồng độ đương lượ ng của dung dịch Sắt (II) sunfat dùng để

phản ứng với lượng Kali đicromat khảo sát.

2Fe

V (ml) là thể tích của dung dịch Sắt (II) sunfat dùng để phản ứng vớ i

lượ ng Kali đicromat khảo sát.

4MnOC (N) là nồng độ đương lượ ng của dung dịch Kali permanganat cần

dùng để định phân lượng dư Fe2+ sau khi đã phản ứng vớ i Kali đicromat.

4MnOV (ml) là thể tích Kali permangnat cần dùng để định phân lượng dư Sắt

(II) sunfat sau khi đã phản ứng với Kali đicromat.

Phương trình phản ứng xảy ra:

2 2 7 4 2 4 2 4 3 2 4 3 2 2 4K Cr O 6FeSO 7H SO Cr (SO ) 3Fe (SO ) 7H O K SO

4 4 2 4 2 4 3 4 2 4 210FeSO 2KMnO 8H SO 5Fe (SO ) 2MnSO K SO 8H O







Áp dụng định luật đương lượng: “Các chất phản ứng vừa đủ khi số đương

lượ ng của chúng vừa bằng với nhau”.

Tức là, khi phản ứng định phân k ết thúc thì thể tích ( 22 7Cr O

V +4MnO

V ) của dung

dịch oxi hoá có nồng độ đương lượ ng ( 22 7Cr O

C +4MnO

C ) phản ứng vừa đủ vớ i 1 thể tích

VFe2+

có nồng độ đương lượ ng là 2FeC . Công thức xác định nồng độ của ion Đicromat

đượ c biểu diễn bằng công thức (1.13):

(1.13)

1.4.2. Phƣơng pháp trắc quang

Nguyên tắc

Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích đượ c sử dụng phổ biến nhất

trong các phương pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích

tr ắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợ p chất có khả

năng hấ p thụ ánh sáng r ồi đo sự hấ p thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượ ng chất cần

xác định X.

Cơ sở của phương pháp là định luật hấ p thụ ánh sáng Bouguer Lambert- Beer

và biểu thức đượ c biểu diễn qua công thức (1.14):

IA lg .L.C

I

(1.14)

Trong đó:

- Io, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch.- L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.

- C là nồng độ chất hấ p thụ ánh sáng trong dung dịch.

- ε là hệ số hấ p thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất

hấ p thụ ánh sáng và bướ c sóng của ánh sáng tớ i (ε = f (λ)).

Như vậy, độ hấ p thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bướ c sóng, bề dày

dung dịch và nồng độ chất hấ p thụ ánh sáng.A = f (λ,L,C)

2 24 4

22 7

22 7

Fe Fe MnO MnO

Cr O

Cr O

C .V C .VC

V

2 2 2 22 7 2 7 4 4Cr O Cr O MnO MnO Fe Fe

C .V C .V C .V







Do đó, nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định vớ i cuvet có bề dày L xác định thì

đườ ng biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đườ ng thẳng. Tuy nhiên, do

những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấ p thụ ánh sáng c ủa dung dịch (bướ c sóng của ánh

sáng tớ i, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ nên đồ thị trên

không có dạng đườ ng thẳng vớ i mọi giá tr ị của nồng độ. Và biểu thức (2.14) có dạng

như công thức (1.15):

b

xA k. .L.(C ) (1.15)

Trong đó:

- Cx: nồng độ chất hấ p thụ ánh sáng trong dung dịch.

- k: hằng số thực nghiệm.

- b: hằng số có giá tr ị 0 < b . Nó là một hệ số gắn liền vớ i nồng độ Cx.

Khi Cx nhỏ thì b = 1, khi Cx lớ n thì b < 1.

Đối vớ i một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có

bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K = k.ε.L, ta có công thức (2.15) sẽ

đượ c biểu diễn như công thức (1.16):

bA K.C (1.16)

Vớ i mọi chất có phổ hấ p thụ phân tử vùng UV - Vis , thì luôn có một giá tr ị nồngđộ

giớ i hạn Co xác định, sao cho :

- Vớ i mọi giá tr ị Cx < Co: thì b = 1, và quan hệ giữa độ hấ p thụ quang A và

nồng độ Cx là tuyến tính.

- Vớ i mọi giá tr ị Cx > Co : thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi Cx tăng) và quan hệ giữa

độ hấ p thụ quang A và nồng độ Cx là không tuyến tính.

Phương trình (1.16) là cơ sở để định lượ ng các chất theo phép đo phổ hấ p thụ

quang phân tử UV - Vis (phương pháp trắc quang). Trong phân tích ngườ i ta chỉ sử

dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này r ộng hay hẹ p phụ

thuộc vào bản chất hấ p thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, vớ i các

chất có phổ hấ p thụ UV - Vis càng nhạy, thì giá tr ị nồng độ giớ i hạn Co càng nhỏ và

vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹ p.

Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượ ng một chất bằng phương pháp trắcquang. Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp dãy







chuẩn nhìn màu, phương pháp chuẩn độ so sánh màu, phương pháp cân bằng màu

bằng mắt… Các phương pháp này đơn giản, không cần máy móc đo phổ nhưng chỉ

xác định đượ c nồng độ gần đúng của chất cần định lượ ng, nó thích hợ p cho việc kiểm

tra ngưỡ ng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không. Các phương pháp

phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đườ ng chuẩn, phương pháp dãy tiêu

chuẩn, phương pháp chuẩn độ tr ắc quang, phương pháp cân bằng, phương pháp thêm,

phương pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối tượ ng phân tích cụ thể mà chọn

phương pháp thích hợ p.

Phƣơng pháp đƣờ ng chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = k.(Cx) b về nguyên tắc,

để xây dựng một đườ ng chuẩn phục vụ cho việc định lượ ng một chất trướ c hết phải

pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấ p thụ ánh sáng nằm trong vùngnồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấ p thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn

đó. Từ các giá tr ị độ hấ p thụ quang A đo đượ c dựng đồ thị A = f(C), đồ thị A = f(C)

gọi là đườ ng chuẩn.

Sau khi có đườ ng chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện

giống như khi xây dựng đườ ng chuẩn. Đo độ hấ p thụ quang A của chúng với điều kiện

đo như khi xây dựng đườ ng chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng bướ c

sóng) đượ c các giá tr ị Ax .Áp các giá tr ị Ax đo đượ c vào đườ ng chuẩn sẽ tìm đượ c các

giá tr ị nồng độ Cx tương ứng.







Chƣơng 2: THỰ C HÀNH

2.1.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT VÀ NGUYÊN LIỆU

2.1.1. Thiết bị và dụng cụ

Bộ rây có kích thướ c 1 mm và 0,25 mmBuret 25 ml

Erlen 250 ml

Máy khuấy từ

Máy chỉnh pH

Tủ sấy, cân, bình định mức các loại, pipet,..

2.1.2. Hoá chất

Kali đicromat K 2Cr 2O7

Kali permanganat KMnO4

Sắt (II) sunfat FeSO4.7H2O ở dạng r ắn.

Axit oxalic HOOC-COOH

H2SO4 đậm đặc

Cồn

Nướ c cất

2.1.3. Nguyên liệu

Nguyên liệu đượ c thu gom từ quán cà phê 3D – Mậu Thân.

2.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ NGUYÊN LIỆU BÃ CÀ

PHÊ

Bƣớ c 1: Nguyên liệu đƣợ c xử lí sơ bộ:

- Sấy bã cà phê ở 105C trong 2 giờ để loại bỏ hơi nước thu đượ c bã dạng thô.

- Dùng rây 1 mm tách các bã cà phê có kích thướ c d 1 mm. Lấy phần bã cà

phê dướ i rây, tiế p tục đem rây bằng rây có kích thướ c d = 0,25 mm. Bỏ phần bã cà phê

dưới rây thu được bã cà phê có kích thướ c trong khoảng từ 0,25 mm đến 1 mm.

- Sử dụng phần bã cà phê có kích thướ c 0,25 mm d 1 mm, cân bã cà phê

làm 2 phần:

+ Phần 1 có khối lượ ng là 250 gam bã cà phê.







+ Phần 2 có khối lượ ng là 500 gam bã cà phê ngâm vớ i etanol trong 7 ngày.

Bướ c 2: Hoạt hóa bã cà phê bằng H2SO4 0,1N và r ửa lại vớ i NaOH 0,1N:

- Phần bã cà phê có khối lượ ng 250 gam dùng làm vật liệu không hoạt hóa (tức

là không xử lí bằng H2SO4 0,1N và r ửa lại vớ i NaOH 0,1N) hay gọi là VLHP chưa xử

lí.

- Phần bã cà phê có khối lượ ng 500 gam được đem ngâm vớ i cồn trong 7 ngày.

Sau đó, thu phần bã đem phơi nắng cho cồn bay hơi hết. Tiế p tục, đem bã cà phê

khuấy trong dung dịch H2SO4 0,1 N trong 24 giờ r ồi r ửa lại vớ i NaOH 0,1 N đến khi

pH = 7. Sấy vật liệu ở 105C trong 6 giờ [2]. Phần bã cà phê đem hoạt hoá đượ c gọi là

vật liệu hấ p phụ (VLHP).

2.3. TIẾN HÀNH ĐỊNH LƢỢ NG KALI ĐICROMAT

Chuẩn bị mẫu

Dùng ống đong 50 ml đong 50 ml nướ c cất.

Dùng ống đong 10 ml đong 3 ml H2SO4 đđ .

Sau đó, dùng pipet 5 ml hút chính xác 5 ml dung dịch K 2Cr 2O7 định phân. Tiế p

tục, dùng pipet 10 ml hút chính xác 10 ml dung dịch FeSO4 0,01N, lắc đều hỗn hợp để

cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Dung dịch mẫu trong erlen không màu.

Hình 2.1. Dung dịch mẫu trước định phân

Chuẩn bị buret

Cho dung dịch KMnO4 0,05 N vào cốc 100 ml r ồi đưa lên buret để chỉnh về

mức 0.

Cho vào erlen 250 ml, để nguội







Xác định nồng độ FeSO4 còn dƣ sau phản ứ ng:

Nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 0,05 N trên buret xuống cho đến khi dung dịch trong

erlen xuất hiện màu tím nhạt không đổi (khoảng 30 giây) thì ngừng chuẩn độ. Đọc thể

tích trên buret.

Phương trình phản ứng:

2 2 7 4 2 4 2 4 3 2 4 3 2 2 4K Cr O 6FeSO 7H SO Cr (SO ) 3Fe (SO ) 7H O K SO

4 4 2 4 2 4 3 4 2 4 210FeSO 2KMnO 8H SO 5Fe (SO ) 2MnSO K SO 8H O

Hình 2.2. Dung dịch mẫu hấ p tại thời điểm k ết thúc định phân

Tiến hành 2 thí nghiệm:

- TN1: Tiến hành thí nghiệm trên mẫu dung dịch K 2Cr 2O7 chưa bị hấ p phụ

nhằm mục đích xác định nồng độ Cr 2O72- lúc ban đầu (C1)

- TN2: Tiến hành tương tự, nhưng mẫu dung dịch K 2Cr 2O7 lúc này đã bị hấ p

phụ. Mục đích của thí nghiệm này là xác định nồng độ Cr 2O72- sau khi bị hấ p phụ (C2)

Mỗi thí nghiệm định phân 3 lần để lấy thể tích trung bình.







2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

CÁC ION KIM LOẠI TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHƢA XỬ LÍ VÀ VẬT

LIỆU HẤP PHỤ

Hình 2.3. Dung dịch Crom trướ c hấ p phụ

Hình 2.4. Dung dich Crom sau hấ p phụ







2.4.1. Ảnh hƣở ng của thờ i gian

Lấy 9 cốc 100 ml có chứa sẵn 60 ml dung dịch Kali đicr omat 0,01 N có pH = 3.

Cho 1,5 gam VLHP chưa xử lí vào r ồi đem khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ vòng

là 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng. Cụ thể tiến hành khuấy trong các khoảng thờ i gian

10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 70 phút, 80 ph út, 90 phút. Sau đó,

đem lọc bỏ VLHP chưa xử lí thu đượ c dung dịch. Xác định nồng độ dung dịch sau khi

bị hấ p phụ của dung dịch Kali đicromat 0,01 N bằng dung dịch KMnO4 0,05 N (tiến

hành định phân như mục 2.3).

Tiến hành làm thí nghiệm tương tự như trên, nhưng thay VLHP chưa xử lí bằng

VLHP.

Mỗi thí nghiệm làm ở mỗi thời điểm làm 3 lần để lấy k ết quả trung bình.

2.4.2. Ảnh hƣở ng của pH

Cân mỗi lần 1,5 g VLHP chưa xử lí cho vào 11 cốc 100 ml có đánh số thứ tự từ

1 đến 11. Cho vào mỗi cốc 60 ml dung dịch Kali đicromat có nồng độ 0,01 N. Dùng

dung dịch H2SO4 loãng để điều chỉnh pH của dung dịch tương ứng từ 1; 1,5; 2; 2,5; 3;

3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6. Tiến hành khuấy trong khoảng thờ i gian tốt nhất là 45 phút ở

nhiệt độ phòng, vớ i tốc độ khuấy là 150 vòng/phút. Lọc lấy dung dịch, đem xác định

nồng độ dung dịch sau khi hấ p phụ như mục 2.3

Tiến hành thí nghiệm tương tự như ở trên tuy nhiên thay VLHP chưa xử lí bằng

VLHP và thờ i gian khuấy tốt nhất của VLHP là 60 phút.

Mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần lấy k ết quả trung bình.

2.4.3. Ảnh hƣở ng của chất hấp phụ

Cân chính xác khối lượ ng VLHP chưa xử lí cho vào các cốc 100 ml được đánh

số thứ tự từ 1 đến 6 tương ứng các khối lượ ng 0,5 gam; 1 gam; 1,5 gam; 2 gam; 2,5

gam; 3 gam. Thêm vào mỗi cốc 60 ml dung dịch Kali đicromat 0,01 N và pH = 3. Tiến

hành khuấy trên máy khuấy từ trong 45 phút, tốc độ khuấy là 150 vòng/phút ở nhiệt độ

phòng, lọc thu lấy phần dung dịch. Xác định nồng độ còn lại của dung dịch sau khi bị

hấ p phụ bằng phương pháp chuẩn độ như mục 2.3










2.4.4. Ảnh hƣở ng của nồng độ

Tiến hành sự hấ p phụ các dung dịch Kali đicromat có nồng độ đầu khác nhau

0,0025 N; 0,005 N; 0,0075 N, 0,01 N, 0,0125 N; 0,015 N; 0,0175 N; 0,02 N như sau:

Cho vào mỗi cốc có chứa sẵn 60 ml tương ứng các nồng độ trên 1,5 gam VLHP chưa

xử lí, pH được điều chỉnh có môi trườ ng pH = 3, tốc độ khuấy là 150 vòng/phút và

thờ i gian hấ p phụ là 45 phút, ở nhiệt độ phòng. Sau đó, đem lọc bỏ phần VLHP chưa

xử lí và đem chuẩn độ phần dung dịch sau khi hấ p phụ bằng dung dịch Kali

permanganat 0,05N như mục 2.3










Chƣơng 3: K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. K ẾT QUẢ, GIẢI THÍCH VÀ NHẬN XÉT QUÁ TRÌNH KHẢO SÁT

3.1.1. Ảnh hƣở ng của yếu tố thờ i gian

Tiến hành làm thí nghiệm như mục 2.4.1 để khảo sát ảnh hưở ng của thờ i gianđến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP ở các điều kiện sau:

Các yếu tố cố định

pH 3

Liều lượ ng chất hấ p phụ 1,5 gam

Nồng độ dung dịch bị hấ p phụ 0,01 N

Tốc độ khuấy 150 vòng/phút

Yếu tố khảo sát

Thờ i gian hấ p phụ 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 (phút)

Để xác định nồng độ dung dịch sau hấ p phụ tiến hành định phân dung dịch

bằng dung dịch KMnO4 0,05 N như mục 2.3.

Các k ết quả thể tích KMnO4 0,05 N đã dùng để định phân đượ c thể hiện qua

bảng 3.1:

Bảng 3.1. Ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí vàVLHP.

Thời

gian

(phút)

VLHP chưa xử lí VLHP

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Vtb

(ml)Lần 1 Lần 2 Lần 3

Vtb

(ml)

10 1,10 1,10 1,15 1,12 1,20 1,25 1,20 1,22

20 1,25 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,35 1,3530 1,35 1,35 1,30 1,33 1,40 1,40 1,40 1,40

40 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,45 1,50 1,47

50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,55 1,50 1,50 1,52

60 1,50 1,45 1,50 1,48 1,55 1,60 1,60 1,58

70 1,50 1,45 1,50 1,48 1,55 1,60 1,55 1,57

80 1,45 1,50 1,50 1,48 1,55 1,55 1,60 1,57

90 1,45 1,50 1,45 1,47 1,55 1,55 1,55 1,55







Xử lí các k ết quả thể tích thu đượ c bằng công thức (1.13) tính đượ c các giá tr ị

nồng độ trung bình của dung dịch Kali đicromat ở các thời điểm sau hấ p phụ. Từ đó,

tính đượ c dung lượ ng hấ p phụ và hiệu suất hấ p phụ bằng công thức (2.3) và (2.4)

đượ c thể hiện qua bảng 3.2:

Bảng 3.2. K ết quả ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí và VLHP

Từ k ết quả của bảng 3.2, vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến

quá trình hấ p phụ bằng VLHP chưa xử lí đượ c thể hiện qua hình 3.1:

Thờ i

gian(phút)

Nồng độ

đầu của

Cromat

(ppm)

VLHP chưa xử lí Vật liệu hấ p phụ

Nồng độ

của Crom(VI) sau

hấ p phụ

(ppm)

Dung

lượ ng hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

(%)

Nồng độ

của

Crom

(VI) sau

hấ p phụ

(ppm)

Dung

lượ ng

hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu

suất (%)

10 173,33 153,111 0,809 11,667 135,778 1,502 21,667

20 173,33 130,000 1,733 25,000 112,667 2,427 35,000

30 173,33 115,556 2,311 33,333 104,000 2,773 40,000

40 173,33 95,333 3,120 45,000 92,444 3,236 46,667

50 173,33 86,667 3,467 50,000 83,778 3,582 51,667

60 173,33 89,556 3,351 48,333 72,222 4,044 58,333

70 173,33 89,556 3,351 48,333 75,111 3,929 56,667

80 173,33 89,556 3,351 48,333 75,111 3,929 56,667

90 173,33 92,444 3,236 46,667 78,000 3,813 55,000








chưa xử lí

Nhận xét:

Nhìn vào hình 3.1, thấy đượ c r ằng đồ thị gồm 2 phần. Phần một có dạng đoạn

thẳng nằm nghiêng, độ dốc của đoạn thẳng tương đối lớn. Lúc này, đoạn thẳng tương

ứng với giai đoạn đang xảy ra quá trình hấ p phụ giữa VLHP chưa xử lí vớ i dung dịch

mẫu đicromat. Dung lượ ng hấ p phụ tăng tuyến tính trong suốt giai đoạn này. Phần hai

có dạng đoạn thẳng nằm ngang ứng với giai đoạn bão hoà trong quá trình hấ p phụ. Từ

đồ thị cho thấy, dung lượ ng hấ p phụ trong giai đoạn bão hoà gần như không thay đổi.

Giải thích:

Lí giải cho việc tại sao đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của yếu tố thời gian đến quá

trình hấ p phụ bằng VLHP chưa xử lí có dạng như hình 3.1, như sau: Do ban đầu bề

mặt của chất hấ p phụ tr ống tr ải nhiều nên dễ dàng hấ p phụ lượ ng Cr 2O72- trong dung

dịch. Thờ i gian tiế p xúc càng dài thì lượ ng Cr 2O72- càng bị giữ lại trên bề mặt chất hấ p

phụ càng nhiều. Mặt khác, do dung lượ ng hấ p phụ phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấ p

phụ nên lượ ng Cr 2O72- bị giữ lại trên bề mặt chất hấ p phụ càng nhiều thì dung lượ ng

hấ p phụ càng tăng. Tuy nhiên, nhìn vào đồ thị rõ ràng dung lượ ng hấ p phụ chỉ tăng

tuyến tính trong một khoảng thờ i gian nhất định sau đó dần ổn định dù thờ i gian tiế p

xúc có tăng thêm. Nguyên nhân là do sau một thờ i gian tiế p xúc vớ i dung dịch, bề mặt

chất hấ p phụ đã đượ c lấp đầy bở i lượ ng Cr 2O72- nên dù thờ i gian có kéo dài thêm nữa

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

a (mg/g)

Thời gian

(phút)







thì lượ ng Cr 2O72- bị giữ bở i chất hấ p phụ cũng không đổi nên dung lượ ng hấ p phụ hầu

như không đổi.

Sử dụng k ết quả của bảng 3.2, vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thờ i gian

đến quá trình hấ p phụ trên VLHP đượ c thể hiện qua hình 3.2:


Nhận xét:

Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ dung dịch Kali

đicromat bằng VLHP ở hình 3.2 cũng có dạng như hình 3.1. Đồ thị chia làm 2 đoạn:

một đoạn nằm nghiêng và một đoạn nằm gần như ngang. Ứ ng vớ i mỗi đoạn lần lượ t là

giai đoạn đang xảy ra hấ p phụ và giai đoạn bão hoà hay nói cách khác là giai đoạn đạt

tr ạng thái cân bằng.

Giải thích:

Giải thích cho đồ thị hình 3.2 tương tự cách giải thích đồ thị hình 3.1 quá trình

hấ p phụ cần có thờ i gian tiế p xúc giữa chất hấ p phụ và chất bị hấ p phụ. Thờ i gian hấ p

phụ càng dài thì lượ ng Cr 2O72- bị giữ lại càng nhiều, dung lượ ng hấ p phụ càng tăng do

bề mặt chất hấ p phụ còn tr ống nhiều. Khi quá trình hấ p phụ đạt tr ạng thái cân bằng, bề

mặt chất hấ p phụ lúc đó bị che đầy bởi lượ ng Cr 2O72- nên dung lượ ng hấ p phụ không

thay đổi.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100

a (mg/g)

Thời gian(phút)







Ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP

đượ c thể hiện qua hình 3.3:

Hình 3.3. Đồ thị so sánh ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ trên VLHPchưa xử lí vớ i VLHP

Nhận xét:

Qua đồ thị so sánh cho thấy, thờ i gian hấ p phụ có ảnh hưởng đến quá trình hấ p phụ. Trong các khoảng thờ i gian khảo sát từ 10 phút đến 90 phút, ban đầu dung lượ ng

hấ p phụ của VLHP chưa xử lí và VLHP đều tăng, sau đó giảm chậm và tương đối ổn

định. Chứng tỏ trong các khoảng thờ i gian sự hấ p phụ đã đến tr ạng thái cân bằng. Mặc

dù, đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến quá trình hấ p phụ của VLHP chưa xử

lí và VLHP đều có chung qui luật như trên nhưng thời gian đạt cân bằng hấ p phụ của

VLHP chưa xử lí và VLHP khác nhau. Dựa vào đồ thị hình 3.1 và 3.2, cho thấy tại

điểm giao nhau của 2 đườ ng thẳng chính là thời gian đạt tr ạng thái cân bằng của quá

trình. Quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí đạt tr ạng thái cân bằng là 45 phút. Và

thờ i gian đạt tr ạng thái cân bằng cúa quá trình hấ p phụ trên VLHP là 60 phút. Qua đây,

cho thấy đượ c tuỳ vào các chất hấ p phụ khác nhau mà thờ i gian đạt tr ạng thái bão hoà

dài ngắn không giống nhau.

Giải thích:

Trong khoảng thờ i gian khảo sát, đồ thị của VLHP chưa xử lí và VLHP đều códạng chung gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu dung lượ ng hấ p phụ tăng rồi sau đó dung

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

a (mg/g)

Thời gian(phút)

Nguyênliệu

VLHP







lượ ng hấ p phụ giảm nhẹ r ồi tương đối ổn định ở giai đoạn sau. Lúc ban đầu bề mặt

chất hấ p phụ còn tr ống các trung tâm hoạt động chưa đượ c lấp đầy do đó lượ ng chất bị

hấ p phụ giữ lại trên bề mặt chất hấ p phụ tăng nên dung lượ ng hấ p phụ cũng tăng theo

thờ i gian tiế p xúc. Mặc dù, dung lượ ng hấ p phụ tăng theo thời gian nhưng chỉ tăng

trong một khoảng thờ i gian nhất định nào đó bởi vì cũng theo thuyết hấ p phụ đẳng

nhiệt, lượ ng chất bị hấ p phụ khi đã hấ p phụ trên bề mặt chất hấ p phụ vẫn có thể di

chuyển ngượ c lại. Khi thời gian càng dài thì lượ ng chất bị hấ p phụ tích tụ trên bề mặt

chất hấ p phụ cũng càng nhiều, tuy nhiên lúc này tốc độ di chuyển ngượ c lại vào nướ c

cũng lớ n, nên dung lượ ng hấ p phụ gần như không tăng và dần đạt về tr ạng thái cân

bằng. Nói cách khác khi quá ttrình hấ p phụ đạt đượ c tr ạng thái cân bằng thì không còn

phụ thuọc vào thờ i gian nữa. Thời gian để đạt mức hấ p phụ gần như tối đa cũng tương

đương. Do đó, trong đề tài này chọn thờ i gian hấ p phụ đạt tr ạng thái cân bằng trên

VLHP chưa xử lí là 45 phút và thờ i gian hấ p phụ đạt đượ c cân bằng trên VLHP là 60

phút để thực hiện giai đoạn tiếp theo là xác định ảnh hưở ng của pH.

3.1.2. Ảnh hƣở ng của yếu tố pH

Tiến hành làm thí nghiệm như mục 3.4.2 để khảo sát ảnh hưở ng của yếu tố thờ i

gian đến quá trình hấ p phụ của VLHP chưa xử lí và VLHP ở các điều kiện sau:


Thờ i gian (phút)- VLHP chưa xử lí: 45

- VLHP: 60

Liều lượ ng chất hấ p phụ 1,5 gam



Yếu tố khảo sát pH 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0;3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0

Để xác định nồng độ dung dịch sau hấ p phụ tiến hành định phân bằng dung

dịch KMnO4 0,05 N như mục 2.3.

Các k ết quả thể tích KMnO4 0,05 N đã dùng để định phân đượ c chỉ ra trong bảng 4.3.







Bảng 3.3. Ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP

Xử lí số liệu thu đượ c ở bảng 3.3 bằng công thức (1.13), thu đượ c giá tr ị nồng

độ trung bình của dung dịch Kali đicromat dùng khảo sát ảnh hưở ng của yếu tố pH đếnquá trình hấ p phụ trên bã cà phê VLHP chưa xử lí và VLHP. Từ đó, áp dụng giá tr ị

nồng độ trung bình vào công thức (1.3) và (1.4) để tính dung lượ ng hấ p phụ và hiệu

suất. Các giá tr ị đượ c trình bày ở bảng 3.4 sau đây:

Bảng 3.4. K ết quả ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và

VLHP

pH


Nồng độ

sau hấ p

phụ của

dung dịch

Crom (VI)

(ppm)

Dung

lượ ng hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

(%)

Nồng độ

sau hấ p

phụ của

dung dịch

Crom (VI)

(ppm)

Dung

lượ ng hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

(%)

1 121,333 2,080 30,000 121,333 2,080 45,0001,5 115,556 2,311 33,333 115,556 2,311 51,667

pH


Lần 1 Lần 2 Lần 3 Vtb (ml) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Vtb

(ml)1 1,30 1,30 1,30 1,30 1,45 1,45 1,45 1,45

1,5 1,35 1,35 1,30 1,33 1,50 1,55 1,50 1,52

2 1,40 1,40 1,40 1,40 1,55 1,55 1,65 1,58

2,5 1,45 1,45 1,40 1,43 1,60 1,60 1,60 1,60

3 1,45 1,45 1,50 1,47 1,65 1,65 1,65 1,65

3,5 1,40 1,40 1,45 1,42 1,55 1,55 1,60 1,57

4 1,25 1,25 1,30 1,27 1,55 1,50 1,50 1,52

4,5 1,25 1,20 1,20 1,22 1,45 1,40 1,40 1,42

5 1,20 1,15 1,20 1,18 1,3 1,30 1,30 1,30

5,5 1,15 1,15 1,10 1,13 1,25 1,25 1,25 1,25

6 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,15 1,10 1,12







2 104,000 2,773 40,000 104,000 2,773 58,333

2,5 98,222 3,004 43,333 98,222 3,004 60,000

3 92,444 3,236 46,667 92,444 3,236 65,000

3,5 101,111 2,889 41,667 101,111 2,889 56,667

4 127,111 1,849 26,667 127,111 1,849 51,667

4,5 135,778 1,502 21,667 135,778 1,502 41,667

5 141,556 1,271 18,333 141,556 1,271 30,000

5,5 150,222 0,924 13,333 150,222 0,924 25,000

6 156,000 0,693 10,000 156,000 0,693 11,667

K ết quả của bảng 3.4 đượ c sử dụng để vẽ đồ thị ảnh hưở ng của yếu tố pH đến

quá trình hấ p phụ dung dịch Kali đicromat bằng VLHP chưa xử lí và VLHP sau đây:

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa

xử lí.

Nhận xét:

Dựa vào đồ thị hình 3.4, nhận thấy khi tăng pH từ 1 đến 3 thì độ hấ p phụ của

VLHP chưa xử lí hấp tăng. Tuy nhiên, nếu tiế p tục tăng pH từ 3 đến 6 thì độ hấ p phụ

giảm và giảm đột ngột trong khoảng pH từ 3 đến 4.

Giải thích:

Thành phần chính của VLHP chưa xử lí là xenlulozơ và có cấu trúc xố p nhờ

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

a (mg/g)

pH







đó VLHP chưa xử lí có khả năng hấ p phụ kim loại nặng. Các nhóm hidroxyl trên

xenlulozơ có khả năng trao đổi yếu vớ i kim loại. Do đó, khi ở pH thấp, lượ ng Cr 2O72-

hấ p phụ trao đổi vớ i VLHP chưa xử lí nên dung lượ ng hấ p phụ tăng. Khi quá trình đạt

tr ạng thái bão hoà thì dung lượ ng hấ p phụ giảm dù pH môi trường tăng.

K ết quả của bảng 3.4 đượ c sử dụng để vẽ đồ thị ảnh hưở ng của pH đến quá

trình hấ p phụ trên VLHP thông qua hình 3.5:

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP

Nhận xét:

Đồ thị cho thấy ảnh hưở ng của yếu tố pH đến quá trình hấ p phụ dung dịch Kali

đicromat bằng VLHP xảy ra 2 quá trình. Quá trình đang hấ p phụ xảy ra từ pH = 1 đến

pH = 3, dung lượ ng hấ p phụ lúc này tăng theo pH. Dung lượ ng hấ p phụ đạt cực đại ở

pH = 3. Tuy nhiên, nếu tiế p tục tăng pH lên thì dung lượ ng hấ p phụ giảm dần cho thấy

quá trình hấ p phụ đang dần đạt tr ạng thái bão hoà.

Giải thích

Thành phần chính của bã cà phê có xenlulozơ. Các nhóm hydroxyl trên

xenlulozơ có khả năng hấ p phụ trao đổi yếu vớ i kim loại. Vì vậy, để tăng khả năng hấ p

phụ bã cà phê đã đượ c biến tính bằng axit sunfuric. Khi đó, bề mặt hấ p phụ sẽ tích

điện dương mà ở pH thấ p thì dung dịch Kali đicromat tồn tại chủ yếu ở dạng phứcanion 4HCrO . Trong dung dịch sẽ xuất hiện lực hút tĩnh điện giữa VLHP và lượ ng

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

a (mg/g)

pH







Cr 2O72- nên dung lượ ng hấ p phụ tăng từ pH = 1 đến pH = 3. Nhưng khi pH tăng từ 3

đến 6 thì dung lượ ng hấ p phụ lại giảm do sự cạnh tranh hấ p phụ giữa lượ ng Cr 2O72- và

ion OH

Hình 3.6 cho thấy ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí và VLHP:

Hình 3.6 Đồ thị so sánh ảnh hưở ng của pH đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí và VLHP.

Nhận xét

K ết quả ở hình 3.6 nhận thấy khi tăng dần pH từ 1 đến 3 dung lượ ng hấ p phụ

của VLHP chưa xử lí và VLHP đều tăng. Dung lượ ng hấ p phụ đạt cực đại ở pH = 3 và

giá tr ị cao nhất là 3,236 mg/g. Do đó, chọn pH = 3 là điều kiện tốt nhất để tiến hànhcác thí nghiệm khảo sát lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ.

Giải thích:

Trong dung dịch đicromat luôn tồn tại cân bằng:

2 + 2-

4 2 7 22CrO + 2H Cr O + H O

Đối vớ i sự hấ p phụ anion kim loại Cr 2O72-, dung lượ ng hấ p phụ tăng khi giảm

pH trong một khoảng nhất định. Do ở pH thấ p hay nói cách khác là trong môi trườ ng

axit, các trung tâm hấ p phụ trên bề mặt chất hấ p phụ bị proton hóa sẽ mang điện tích

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

a (mg/g)

pH

Nguyên

liệu

VLHP







dương. Mặt khác, theo phần 1.2.4 đã nêu ở phần sơ lượ c về kim loại, cho biết dung

dịch Kali đicromat chủ yếu tồn tại ở dạng phức anion HCrO4- ở khoảng 1 pH 2 .

Mà quá trình hấ p phụ xảy ra là do lực hút tĩnh điện giữa chất hấ p phụ tích điện dương

và anion HCrO4- tích điện âm nên dung lượ ng hấ p phụ lúc này tăng theo pH đồ thị

biểu diễn giai đoạn này nằm nghiêng. Trong khoảng pH từ 2 đến 6, ion HCrO4- và ion

Cr 2O72- nằm cân bằng nhau (theo cơ sở lí thuyết 1.3) nên khi tăng pH từ 2 đến 3 cân

bằng dịch chuyển sang phải làm tăng nồng độ Cr 2O72-, khi đó quá trình hấ p phụ chủ

yếu hấ p phụ Cr 2O72-.[7, 8] Dựa vào phương trình cân bằng đượ c nêu ở trên thì một

anion Cr 2O72- tương đương vớ i hai anion CrO4

2- nên sự hấ p phụ một anion Cr 2O72-

thuận lợi hơn so vớ i sự hấ p phụ hai anion 2

4CrO . Vì vậy, khi nồng độ Cr 2O72- trong

dung dịch lớn hơn nồng độ 2

4CrO

thì lượ ng chất bị hấ p phụ càng cao. Điều đó giúpgiải thích tại sao tại pH = 3 dung lượ ng hấ p phụ đạt cực đại. Tuy nhiên, nếu tiế p tục

tăng pH thì dung lượ ng hấ p phụ giảm là do sự cạnh tranh của lượ ng Cr 2O72- và ion

OH vì khi pH tăng thì nồng độ ion OH trong nước cũng càng nhiều.

3.1.3. Ảnh hƣở ng của chất hấp phụ





- VLHP: 60

pH 3




Liều lượ ng chất hấ p phụ (gam) 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0



Các k ết quả thể tích KMnO4 0,05 N đã dùng để định phân đượ c trình bày trong

bảng 3.5:







Bảng 3.5. Ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa

xử lí và VLHP

Bằng công thức (1.13) tính đượ c nồng độ dung dịch sau hấ p phụ dựa vào bảng

3.5. Từ đó, tính đượ c các giá tr ị như dung lượ ng hấ p phụ, hiệu suất hấ p phụ. Các k ết

quả số liệu có đượ c trình bày ở bảng 3.6 sau đây:

Lượ ng

chất

hấ p

phụ (g)


Lần 1 Lần 2 Lần 3Vtb

(ml)Lần 1 Lần 2 Lần3

Vtb

(ml)

0,5 1,05 1,05 1,05 1,05 1,10 1,10 1,10 1,10

1,0 1,2 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

1,5 1,40 1,40 1,40 1,40 1,45 1,50 1,50 1,48

2,0 1,50 1,50 1,55 1,52 1,65 1,60 1,60 1,62

2,5 1,65 1,65 1,65 1,65 1,75 1,80 1,75 1,77

3,0 1,75 1,75 1,80 1,77 1,95 1,95 1,90 1,93







Bảng 3.6. K ết quả ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên

VLHP chưa xử lí và VLHP

Hình 3.7 là đồ thị ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên

bã cà phê VLHP chưa xử lí đượ c vẽ dựa vào các số liệu có đượ c từ bảng 3.6:


xử lí

Nhận xét:

0.000

0.001

0.001

0.002

0.002

0.003

0.003

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

a (mg/g)

lƣợngchất hấp phụ

(gam)

Lượ ng

chất

hấ p

phụ

(g)


Nồng độ dung dịch

Crom sau

hấ p phụ

(ppm)

Dung

lượ ng hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ

(%)

Nồng độ dung dịch

Crom sau

hấ p phụ

(ppm)

Dung

lượ ng hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ

(%)

0,5 164,667 1,040 5,00 156,000 2,080 10,00

1,0 132,889 2,427 25,00 130,000 2,600 25,00

1,5 104,000 2,773 40,00 89,556 3,351 48,33

2,0 83,778 2,687 51,67 66,444 3,207 61,67

2,5 60,667 2,704 65,00 40,444 3,189 76,67

3,0 40,444 2,658 76,67 11,556 3,236 93,33







Đồ thị hình 3.7, cho thấy khi tăng lượ ng chất hấ p phụ từ 0,5 gam lên 1 gam

(đoạn thứ nhất) thì dung lượ ng hấ p phụ cũng tăng theo. Tiế p tục, tăng lượ ng chất hấ p

phụ từ 1 gam lên 1.5 gam ( đoạn thứ hai), dung lượ ng hấ p phụ cũng tiế p tục tăng. Tuy

nhiên, nhìn vào hình 3.7 rõ ràng độ dốc của 2 đoạn này không giống nhau. Ở đoạn thứ

nhất thì độ dốc lớn hơn so vớ i khoảng thứ hai. Điều đó, cho biết độ tăng dung lượ ng

hấ p phụ ở đoạn thứ nhất lớn hơn so với đoạn thứ hai. Từ đoạn thứ ba ứng với lúc tăng

lượ ng từ 2 gam đến 3 gam, độ dốc của đoạn thẳng gần như bằng không. Vậy có thể k ết

luận được dung lượ ng hấ p phụ hấ p phụ đạt cực đại khi lượ ng VLHP chưa xử lí bằng

1,5 gam.

Giải thích:

Qua đồ thị hình 3.7 thấy được lượ ng chất hấ p phụ có ảnh hưởng đến quá trìnhhấ p phụ. Ban đầu, khi tăng lượ ng chất hấ p phụ thì dung lượ ng hấ p phụ tăng là do số

trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấ p phụ tăng lên làm cho lượ ng Cr 2O72- trong

dung dịch bị giữ lại nhiều hơn. Nhưng sau đó, tiế p tục tăng lượ ng chất hấ p phụ lên thì

dung lượ ng hấ p phụ cũng tăng tuy nhiên không bằng so với giai đoạn trướ c. Nguyên

nhân là do lượ ng chất hấ p phụ ít thì khi tăng thêm chất hấ p phụ thì bề mặt trung tâm

hoạt động tăng nên lượ ng Cr 2O72- trong dung dịch ban đầu có nhiều sẽ dễ dàng bị giữ

lại càng. Tuy nhiên, nếu lượ ng chất hấ p phụ tiế p tục tăng, dung lượ ng hấ p phụ tăng

chậm mặc dù số trung tâm hoạt động có gia tăng do bề mặt cấu trúc VLHP chưa xử lí

lúc này đã có giữ một lượ ng Cr 2O72- gây khó khăn cho việc VLHP chưa xử lí tiế p xúc

vớ i dung dịch hấ p phụ. Tuy nhiên, khi mà toàn bộ bề mặt hấ p phụ bão hoà hay nói

cách khác là đạt đượ c tr ạng thái cân bằng thì dù cho có thêm nhiều lượ ng chất hấ p phụ

nữa thì cũng không có ý nghĩa. Giai đoạn này ứng với đồ thị nằm ngang.

Thông qua bảng 3.6, tính đượ c các giá tr ị để sử dụng vẽ đồ thị biểu diễn ảnhhưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP. Đồ thị có dạng như

hình 3.8:







Hình 3.8. Ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP

Nhận xét

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưở ng của quá trình hấ p phụ trên VLHP đượ c tiến

hành trong khoảng từ 0,5 gam đếm 3 gam. K ết quả đượ c biểu diễn bằng đồ thị có dạng

như hình 3.8, đồ thị đượ c chia làm 2 phần: Từ 0,5 gam đến 1,5 gam đồ thị nằm có

dạng đườ ng thẳng nằm nghiêng, có dung lượ ng hấ p phụ tăng theo lượ ng chất hấ p phụ.Từ 1,5 gam đến 3,5 gam, đồ thị gần như nằm ngang, dung lượ ng hấ p phụ ổn định. Khi

lượ ng chất hấ p phụ là 1,5 gam thì dung lượ ng hấ p phụ đạt cực đại. Đồ thị hình 3.8 có

khác biệt nhỏ so vớ i hình 3.7, trong giai đoạn đang hấ p phụ dung lượ ng hấ p phụ của

VLHP tăng đều không có đoạn gãy khúc như của VLHP chưa xử lí.

Giải thích:

Ban đầu, đồ thị có dạng nằm nghiêng do lượ ng Cr 2O72- trong dung dịch này

có nhiều mà chất hấ p phụ ít nên khi tăng lượ ng chất hấ p phụ lên thì bề mặt trung tâm

chất hấ p phụ tăng nên lượ ng Cr 2O72- sẽ bị giữ lại trên bề mặt chất hấ p phụ. Dung

lượ ng hấ p phụ tăng đều trong giai đoạn hấ p phụ là do bề mặt VLHP lúc này đã đượ c

hoạt hoá nên diện tích bề lớ n nên không cản tr ở quá trình tiế p xúc giữa chất hấ p phụ

vớ i lượ ng Cr 2O72- như VLHP chưa xử lí. Tuy nhiên, ở hình 3.8, cho thấy có khoảng

dung lượ ng hấ p phụ gần như ổn định mặc dù tăng thêm lượ ng chất hấ p phụ. Khi đó,

quá trình hấ p phụ đang dần đạt tớ i tr ạng thái cân bằng, hầu hết bề mặt VLHP đang bị

0.000

0.001

0.001

0.002

0.002

0.003

0.003

0.004

0.004

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

a (mg/g)

lƣợng chấthấp phụ

(gam)







chiếm giữ bởi lượ ng Cr 2O72- nên việc tăng thêm lượng VLHP cho giai đoạn này là

không có ý nghĩa.

Sử dụng k ết quả ở bảng 3.6, vẽ được đồ thị so sánh ảnh hưở ng của lượ ng chất

hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP. Đồ thị đượ c biểu diễn

thông qua hình 3.9:


xử lí và VLHP

Nhìn vào đồ thị hình 3.7 và 3.8, cho thấy quá trình hấ p phụ đạt cân bằng tại

lượ ng chất hấ p phụ 1,5 gam đối vớ i VLHP chưa xử lí và VLHP. Đồ thị của cả 2 đều

có điểm chung là đồ thị có 2 phần: phần nằm nghiêng và phần nằm ngang. Dạng

đườ ng thẳng nằm nghiêng tương ứng với giai đoạn quá trình hấ p phụ đang xảy ra,

phần nằm ngang tương ứng với giai đoạn đạt tr ạng thái bão hoà. Dựa vào hình 3.9, xét

cùng điều kiện thì đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lượ ng chất hấ p phụ đến quá trình hấ p

phụ của VLHP nằm trên đồ thị của VLHP chưa xử lí. Điều này cho thấy, dung lượ ng

hấ p phụ của VLHP lớn hơn của VLHP chưa xử lí chứng tỏ VLHP có khả năng hấ p

phụ tốt hơn VLHP chưa xử lí.

Giải thích

0.000

0.001

0.001

0.002

0.002

0.003

0.003

0.004

0.004

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

a (mg/g)

lƣợng chấthấp phụ (gam)

Nguyên liệu

VLHP







Chất hất phụ có ảnh hưở ng r ất lớn đến quá trình hấ p phụ hay nói khác đi lượ ng

chất hấ p phụ có ảnh hườ ng r ất lớn đến quá trình hấ p phụ của dung dịch. Ban đầu, đồ

thị có dạng đường nghiêng là do khi tăng lượ ng chất hấ p phụ thì số trung tâm hấ p phụ

cũng tăng trong cùng một thể tích như nhau nên bề mặt tiế p xúc giữa chất hấ p phụ và

lượ ng chất bị hấ p phụ làm cho dung lượ ng hấ p phụ của các vật liệu hấ p phụ cũng tăng

theo. Tuy nhiên, điều đó chỉ đúng trong trong một khoảng giá tr ị nhất định nào đó, rồi

không tăng đượ c nữa tương ứng vớ i phần đồ thị nằm ngang. Do lúc này, mặc dù lượ ng

chất hấ p phụ vẫn được tăng nhưng dung lượ ng hấ p phụ không tăng vì khi cân bằng

hấ p phụ đượ c thiết lậ p, tổng diện tích bề mặt tiế p xúc giữa chúng hầu như không đổi

nên việc tăng thêm lượ ng chất hấ p phụ không còn ý nghĩa trong lúc này nữa.

Cả VLHP và VLHP chưa xử lí đều có khả năng hấ p phụ tốt là nhờ vào cấu trúcxố p và thành phần xenlulozơ. Các nhóm hydroxi trên xenlulozơ đóng vai trò quan

tr ọng trong khả năng trao đổi ion, nhóm hydroxi này có khả năng trao đổi yếu vì liên

k ết OH phân cực không mạnh. Vớ i cùng một lượ ng chất hấ p phụ, VLHP có khả năng

hấ p phụ tốt hơn VLHP chưa xử lí do VHLP đã bị hoạt hoá bằng axit sunfuric làm biến

đổi cấu trúc nên nó có khả năng hấ p phụ tốt hơn VLHP chưa xử lí.

3.1.4. Ảnh hƣở ng của yếu tố nồng độ





- VLHP: 60

pH 3

Liều lượ ng chất hấ p phụ (gam) 1,5 gamTốc độ khuấy 150 vòng/phút


Nồng độ dung dịch bị hấ p phụ 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01; 0,0125; 0,015;

0,0175; 0,02 (N)



Các k ết quả thể tích KMnO4 0,05 N đã dùng để định phân đượ c chỉ ra trong

bảng 3.7:.







Bảng 3.7. Ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và

VLHP

Sử dụng công thức (1.13) tính đượ c nồng độ của dung dịch Kali đicromat. Để

từ đó, áp dụng công thức tính dung lượ ng hấ p phụ (1.3) và hiệu suất hấ p phụ (1.4) k ết

quả xử lí đượ c trình bày qua bảng (3.8) và (3.9):

Bảng 3.8. K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP

Nồng độ

đầu của

Crom (VI)

(ppm)

Nồng độ sau

khi hấ p phụ

của Crom

(VI) bằng

VLHP (ppm)

Dung lượ ng

hấ p phụ a

(mg/g)

Log a Log C Hiệu suất H

43,333 11,556 1,271 0,104 1,063 73,333

86,667 31,778 2,196 0,342 1,502 63,333

130,000 54,889 3,004 0,478 1,739 57,778

173,333 80,889 3,698 0,568 1,908 53,333

216,667 106,889 4,391 0,643 2,029 50,667

260,000 150,222 4,391 0,643 2,117 42,222

303,333 164,667 5,547 0,744 2,217 45,714

346,667 222,444 4,969 0,696 2,347 35,833

Nồng độ

đầu của

dung dịch

(N)

VLHP VLHP chưa xử lí

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Vtb (ml)

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Vtb (ml)

0,0025 3,95 3,95 3,90 3,93 3,95 3,95 3,95 3,95

0,005 3,80 3,80 3,85 3,82 3,75 3,80 3,75 3,77

0,0075 3,70 3,70 3,65 3,68 3,55 3,60 3,55 3,57

0,01 3,55 3,55 3,50 3,53 3,40 3,35 3,35 3,37

0,0125 3,35 3,40 3,40 3,38 3,15 3,15 3,10 3,130,015 3,15 3,15 3,1 3,13 2,95 2,95 3,00 2,97

0,0175 3,05 3,05 3,05 3,05 2,75 2,80 2,80 2,78

0,02 2,70 2,70 2,75 2,72 2,50 2,50 2,55 2,52







Bảng 3.9. K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử

lí

Nồng độ đầucủa Crom

(VI) (mg)

Nồng độ sau

khi hấ p phụ

của Crom

(VI) bằng

VLHP chưa

xử lí

Dung lượ nghấ p phụ a

(mg/g)

Log a Log C Hiệu suất H

43,333 8,667 1,387 0,142 1,637 80,000

86,667 40,444 1,849 0,267 1,938 53,333

130,000 75,111 2,196 0,342 2,114 42,222173,333 109,778 2,542 0,405 2,239 36,667

216,667 150,222 2,658 0,425 2,336 30,667

260,000 179,111 3,236 0,510 2,415 31,111

303,333 210,889 3,698 0,568 2,482 30,476

346,667 257,111 3,582 0,554 2,540 25,833

Sử dụng các số liệu từ bảng 3.8 vẽ được đồ thị ảnh hưở ng của yếu tố thờ i gian

đến quá trình hấ p phụ sau đây:

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của nồng độ dung dịch bị hấ p phụ đến quá

trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí.

y = 0,4776x - 0,6552

R² = 0,978

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.001

0.001

0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004

log a

log C







Nhận xét:

Tiến hành làm thực nghiệm ở nồng độ từ 0,0025 N đến 0,02 N để khảo sát ảnh

hưở ng của nồng độ dung dịch bị hấ p phụ đến quá trình hấ p phụ bằng VLHP chưa xử

lí. K ết quả xử lí số liệu đượ c sử dụng để vẽ đồ thị dựa vào phương trình có công thức

(1.9). Qua đồ thị hình 3.10, từ nồng độ 0,0025 N đến nồng độ 0,01 N đồ thị có dạng

đườ ng tuyến tính, khi nồng độ tiế p tục tăng thì đồ thị không còn tăng tuyến tính.

Giải thích:

Quá trình hấ p phụ là quá trình khuếch tán chất bị hấ p phụ vào kích thướ c các lỗ

xố p trên bề mặt vật liệu hấ p phụ. Vì vậy, nồng độ dung dịch hấ p phụ có ảnh hưở ng

đến quá trình hấ p phụ của VLHP chưa xử lí. Khi nồng độ dung dịch bị hấ p phụ nhỏ,

lượ ng Cr 2O72- có thể chuyển động tự do trên bề mặt VLHP chưa xử lí. Ngoài ra, khinồng độ dung dịch bị hấ p phụ lớ n, ion lớ p sonvat hoá kim loại lớ n, sự khuếch tán ion

kim loại vào cấu trúc bề mặt VLHP chưa xử lí bị hạn chế.


trình hấ p phụ trên VLHP

Nhận xét:

Để tiến hành làm thí nghiệm khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ dung dịch bị hấ p

phụ đến quá trình hấ p phụ trên VLHP, đề tài sử dụng phương trình đẳng nhiệt

Freudlich. Nhận thấy r ằng, logarit của dung lượ ng hấ p phụ tăng tuyến tính khi logarit

của nồng độ dung dịch bị hấ p thụ còn thấ p. Tuy nhiên, khi logarit của nồng độ dung

y = 0,493x - 0,3961

R² = 0,9672

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

log a

log C







dịch bị hấ p phụ càng cao thì logarit của dung lượ ng hấ p phụ không còn tăng tuyến

tính.

Giải thích:

Quá trình hấ p phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất của chất hấ p phụ,

pH, thờ i gian,… Tuy nhiên, để khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ dung dịch bị hấ p phụ

đến quá trình hấ p phụ bằng VLHP , cố định các yếu tố khác thay đổi nồng độ nhận

thấy khi nồng độ dung dịch bị hấ p phụ thấ p thì đồ thị có dạng tuyến tính tức là dung

lượ ng hấ p phụ tăng khi nồng độ dung dịch bị hấp tăng là do bề mặt tr ống của VLHP

có thể dễ dàng giữ lượ ng Cr 2O72- chuyển động tự do khi nồng độ trong dung dịch thấ p.

Ở nồng độ cao, đồ thị không còn tuyến tính là do lượ ng Cr 2O72- hạn chế sự tự do bở i

mật độ Cr 2O7

2-

trong dung dịch lớ n làm cản tr ở chuyển động. Khi bề mặt VLHP bãohoà thì dung lượ ng hấ p phụ không còn tăng tuyến tính.

Ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ dung dịch của bã cà phê VLHP

chưa xử lí và VLHP đượ c thể hiện qua hình 3.12.


trình hấ p phụ trên VLHP chưa xử lí và VLHP

Nhận xét:

Tiến hành làm các thí nghiệm khảo sát nồng độ dung dịch bị hấ p phụ, nhận thấy

ở vùng nồng độ đầu nhỏ thì đồ thị của VLHP chưa xử lí và VLHP tăng tuyến tính. Khi

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

log a

log C

Nguyên

liệu

VLHP







tăng nồng độ trong ngưỡ ng cho phép thì dung lượ ng hấ p thụ của VLHP chưa xử lí và

VLHP tăng. Tuy nhiên, nếu nồng độ vượt quá ngưỡng thì khi tăng nồng độ, dung

lượ ng hấ p phụ vẫn ổn định.

Dựa vào hình 3.12, thu được phương trình biểu diễn ảnh hưở ng của nồng độ

đến quá trình hấ p phụ bằng VLHP chưa xử lí: log a= 0,4776.log C – 0,6552 vớ i R 2 =

0,978. Suy ra:1

0,4776n

Tương tự, phương trình biểu diễn ảnh hưở ng của nồng độ đến quá trình hấ p phụ

bằng VLHP: log a = 0,493.log C – 0,396. Suy ra:1

n = 0,493

Dung lượ ng hấ p phụ cực đại của VLHP chưa xử lí và VLHP trong khoảng nồng

độ kháo sát 43,333 303,333 ppm lần lượ t là 3,698 và 5,547 mg/g.

Giải thích:

Cùng một lượ ng chất hấ p phụ, khi ở nồng độ chất bị hấ p phụ loãng, các phân tử

chất bị hấ p phụ chuyển động tự do trên các trung tâm hoạt động trên bề mặt của vật

liệu hấ p phụ vẫn chưa đượ c lấp đầy bởi lượ ng Cr 2O72-. Do đó, dung lượ ng hấ p phụ

tăng thì hiệu quả hấ p phụ tăng lên. Ở nồng độ cao, do có sự va chạm, cản tr ở chuyển

động lẫn nhau làm hạn chế khả năng hấ p phụ trong cùng điều kiện. Nên khi nồng độ chất hấ p phụ càng lớn thì dung lượ ng hấ p phụ giảm.[10] Ngoài ra, khi nồng độ dung

dịch bị hấ p phụ lớ n trong dung dịch còn xảy ra quá trình sonvat hoá làm cho bán kính

của Cr 2O72- lớ n, cho nên sự khuếch tán vào trong lỗ xố p bị hạn chế.







3.2. K ẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu và k ết quả thực nghiệm rút ra các k ết luận sau:

Đã chế tạo đượ c vật liệu hấ p phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệ p là

bã cà phê thông qua quá trình xử lí hoá học bằng H2SO4 0,1N.

Đã khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP chưa xử lí và VLHP đối vớ i Crom

(VI). K ết quả cho thấy cả VLHP chưa xử lí và VLHP đều hấ p phụ đượ c ion kim loại

Crom (VI) trong dung dịch. Tuy nhiên, khả năng hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion kim

loại này trong dung dịch thì tốt hơn so vớ i VLHP chưa xử lí.

Đã nghiên cứu ảnh hưở ng của một số yếu tố đến sự hấ p phụ của VLHP chưa xử

lí và VLHP đối vớ i Crom (VI). K ết quả khảo sát tối ưu của VLHP chưa xử lí và VLHP

đượ c thể hiện trong bảng 3.10 sau đây:

Bảng 3.10. Các yếu tố có ảnh hưở ng tốt nhất đến quá trình hấ p phụ dung dịch Kali

đicromat trên VLHP chưa xử lí và VLHP

Yếu tố khảo sát VLHP chưa xử lí VLHP

Thờ i gian (phút) 45 60

Nồng độ dung dịch bị hấ p

phụ (ppm) 303,333 303,333

pH 3 3

Lượ ng chất hấ p phụ (gam) 1,5 1,5

Như vậy, việc sử dụng VLHP chế tạo từ bã cà phê để hấ p phụ ion kim loại nặng

có những ưu điểm sau:

Sử dụng VLHP chưa xử lí tự nhiên, r ẻ tiền và dễ kiếm.

Quy trình xử lí đơn giản, có hiệu quả.

Từ đó tạo cơ sở cho việc triển khai ứng dụng VLHP chế tạo được đưa vào xử lí

trong môi trườ ng.





Lu ận văn tố t nghi ệp GVHD: ThS. Nguy ễ n M ộng H oàng

TÀI THAM KHẢO LIỆU

Tài liệu tiếng Việt

[1] Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê.(2007) Giáo trình Hoá học phân tích các

phương pháp định lượ ng hoá học, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm.[2] Nguyễn Trung Dũng, Nguyễn Công Hào. Đánh giá khả năng hấ p phụ kim loại

nặng Cr 6+

và màu trong nướ c thải d ệt nhuộm của bã cà phê.

[3] Giang Hoàng.(2011) Cơ hội t ừ thị trườ ng cà phê

7.http://cms.vcsc.com.vn/FileReport/2012062

8/VCF-20110121-KKN.pdf. 10/10/2011.

[4] Nguyễn Mộng Hoàng.(2011 - 2012) Giáo trình Hoá keo.[5] Lê Thanh Hưng.(2008) Nghiên cứ u khả năng hấ p phụ và trao đổ i ion của xơ

d ừ a và vỏ tr ấ u biế n tính Tạ p chí phát triển Khoa học và Công nghiệ p 11(Số 08) 5-12.

[6] Hội những người làm vườ n Việt Nam.(1996) K ỹ thuật tr ồng, chăm sóc và chế

biế n cà phê, Nhà xuất bản Nông nghiệ p.

[7] Nguyễn Đức Vận.(2006) Hoá học vô cơ , Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà

Nội, Hà Nội.

Tài liệu tiếng Anh

[8] M. Dakiky, M. Khamis, A. Manassra, M. Mer'eb.(2002) Selective adsorption of

chromium(VI) in industrial wastewater using low-cost abundantly available

adsorbents Advances in Environmental Research 6(4) 533-540.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S109301910100079X.

[9] Sunitha Elizabeth George, Kulathooran Ramalakshmi, Lingamallu Jagan

Mohan Rao.(2008) A Perception on Health Benefits of Coffee Critical Reviews in

FoodScienceandNutrition48(5)464486.http://dx.doi.org/10.1080/10408390701522445.

[10] M. Nameni, M. R. Alavi Moghadam, M. Arami.(2008) Adsorption of

h l t h i f l ti b h t b I t J E i S i


http://cms.vcsc.com.vn/FileReport/2012062




Documents

Khả năng hấp phụ kim loại nặng Crom (VI) trên bã cà phê