Khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh với các nghiên cứu hoạt hóa

7/26/2019 Khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh …

http://slidepdf.com/reader/full/khao-sat-kha-nang-hap-phu-ion-cu2-tren-vat-lieu-hap-phu 1/57

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+

TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA

HOẠT HÓA BẰNG AXIT XITRIC –

SO SÁNH VỚ I CÁC NGHIÊN CỨ U HOẠT HÓA

BẰNG AXIT SUNFURIC

Chuyên ngành Sư phạm Hóa học

Giáo viên hướ ng dẫn

Th.S NGUYỄN MỘNG HOÀNG

Sinh viên thực hiện:

PHAN THỊ PHƯƠNG THẢO

MSSV: 2111862

Lớp: Sư phạm Hóa học K37

CẦN THƠ - 2015

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

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



Luận văn tốt nghiệ p GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

SVTT: Phan Thị Phương Thảo i

LỜ I CẢM ƠN

Từ những ngày đầu nhận được đề tài luận văn đến những giai đoạn cuối cùng

hoàn thành em đã gặ p không ít những bỡ ngỡ và khó khăn nhưng qua đó em đã học

đượ c r ất nhiều bài học quý báu mà đôi khi những tiết học lí thuyết trên lớ p em vẫn

chưa kị p nắm vững. Để có thể vượt qua đượ c những khó khăn đó, riêng em đã không

ngừng phấn đấu cố gắng nhưng bên cạnh đó sự quan tâm, chỉ dạy của thầy cô và sự

động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè luôn là nguồn động lực giúp em cố gắng. Nay em

xin gửi lờ i cảm ơn sâu sắc đến:

Cô Phan Thị Ngọc Mai, Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung

đã tận tình chỉ dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợ i giúp em có thể tiến hành những thínghiệm thực nghiệm.

Quý Thầy, Cô trong bộ môn Sư phạm Hóa học – Khoa Sư phạm – Trường Đại

học Cần Thơ.

Gia đình, bạn bè và tậ p thể lớp Sư phạm Hóa học K37 những ngườ i bạn luôn

quan tâm, chia sẻ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn!






SVTT: Phan Thị Phương Thảo ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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






SVTT: Phan Thị Phương Thảo iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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






SVTT: Phan Thị Phương Thảo iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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






SVTT: Phan Thị Phương Thảo v

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tiế p nối loạt đề tài nghiên cứu về chế tạo vật liệu hấ p phụ ion kim loại nặng để

xử lí môi trườ ng từ các phụ phẩm của một số ngành công nghiệ p chế biến mà đề tài

“Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh vớ i các nghiên cứ u hoạt hóa bằng axit

sunf uric” đã đượ c thực hiện.

Trong đề tài này, chúng tôi chế tạo đượ c một loại vật liệu hấ p phụ từ bã mía

qua xử lí hoạt hóa bằng axit xitric, tiến hành khảo sát khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của

vật liệu hấ p phụ chế tạo đượ c, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ,

xác định độ hấ p phụ cực đại và hằng số cân bằng hấ p phụ của vật liệu hấ p phụ theo môhình hấ p phụ đẳng nhiệt của Langmuir. Nồng độ ion Cu2+ trướ c và sau khi hấ p phụ

được xác định bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức vớ i thuốc thử EDTA. K ết quả

thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấ p phụ là 50 phút, pH thích hợ p cho sự

hấ p phụ đối vớ i ion Cu2+ là 4. Khi tăng nồng độ của dung dịch thì hiệu suất hấ p phụ

tăng. Bã mía biến tính bằng axit xitric có khả năng hấ p phụ tốt hơn so vớ i bã mía. Độ

hấ p phụ cực đại của vật liệu hấ p phụ là 13,30 và hằng số cân bằng hấ p phụ là 0,318.






SVTT: Phan Thị Phương Thảo vi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i

NHẬ N XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪ N ........................................................... ii

NHẬ N XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢ N BIỆ N ............................................................. iii

NHẬ N XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢ N BIỆ N ..............................................................iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................. v

MỤC LỤC ......................................................................................................................vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ x

DANH MỤC BẢ NG ......................................................................................................xi

PHẦ N MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1

1.ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................. 1

2.MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI .................................................................................................... 2

3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨ U ........................................................................................ 2

PHẦ N NỘI DUNG .......................................................................................................... 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT ................................................................................. 3

1.1. Sự ô nhiễm môi trường nướ c .................................................................................... 3

1.1.1. Thực tr ạng ô nhiễm môi trường nướ c ở Việt Nam và thế giớ i .............................. 3

1.1.1.1. Ô nhiễm môi trường nướ c ở Việt Nam .............................................................. 3

1.1.1.2.Ô nhiễm môi trường nướ c trên thế giớ i ............................................................... 4

1.1.2.Phân loại ô nhiễm môi trường nướ c ....................................................................... 4

1.1.2.1.Ô nhiễm sinh học của nướ c ................................................................................. 4

1.1.2.2. Ô nhiễm hoá học do chất vô cơ .......................................................................... 4

1.1.2.3. Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợ p ................................................................ 4

1.1.2.4. Ô nhiễm vật lý .................................................................................................... 4

1.1.3. Tác dụng và tác hại của một số kim loại nặng đối vớ i sức khỏe con ngườ i ......... 5

1.1.3.1. Tác dụng………………………………………………………………………. 5

1.1.3.2. Tác hại………………………………………………………………………… 5

1.2. Một số phương pháp xử lí nguồn nướ c bị ô nhiễm kim loại nặng ........................... 6

1.2.1. Phương pháp kết tủa .............................................................................................. 6

1.2.2. Phương pháp trao đổi ion ...................................................................................... 6






SVTT: Phan Thị Phương Thảo vii

1.2.3. Phương pháp hấ p phụ ............................................................................................ 7

1.3. Các khái niệm cơ bản và các loại hấ p phụ ............................................................... 7

1.3.1. Các khái niệm cơ bản ............................................................................................ 7

1.3.2. Các loại hấ p phụ .................................................................................................... 7

1.4. Sự hấ p phụ trên giớ i hạn r ắn - dung dịch ................................................................. 8

1.4.1.1. Sự hấ p phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưở ng .......................... 8

1.4.1.2. Sự hấ p phụ các chất điện li ............................................................................... 10

1.4.1.3. Sự hấ p phụ trao đổi ........................................................................................... 11

1.4.2. Hấ p phụ trong môi trường nướ c .......................................................................... 11

1.4.3. Động học hấ p phụ ................................................................................................ 12

1.4.4. Cân bằng hấ p phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ .................................. 12

1.5. Phương pháp định lượ ng kim loạ ........................................................................... 17

1.6. Giớ i thiệu về vật liệu hấ p phụ - bã mía .................................................................. 19

CHƯƠNG 2: THỰ C NGHIỆM ..................................................................................... 23

2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị ............................................................. 23

2.1.1. Nguyên liệu.......................................................................................................... 23

2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................... 23

2.1.3. Dụng cụ và thiết bị .............................................................................................. 23

2.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấ p phụ.......................................................................... 24

2.2.1. Quy trình chế tạo vật liệu hấ p phụ....................................................................... 24

2.2.2. Khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất hoạt hóa bã mía nguyên liệu ..................... 25

2.3. Khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP và bã mía nguyên liệu .............................. 26

2.3.1. Khảo sát khả năng hấ p phụ của bã mía nguyên liệu ........................................... 26

2.3.2. Khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP ................................................................ 27

2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ của VLHP ........................ 27

2.4.1. Ảnh hưở ng của thờ i gian ..................................................................................... 27

2.4.2. Ảnh hưở ng của pH............................................................................................... 28

2.4.3. Ảnh hưở ng của lượ ng VLHP............................................................................... 28

2.4.4. Ảnh hưở ng của nồng độ - Cân bằng hấ p phụ ...................................................... 29

2.5. Xác định độ hấ p phụ cực đại và hằng số cân bằng hấ p phụ ................................... 29

CHƯƠNG 3: K ẾT QUẢ - THẢO LUẬ N ..................................................................... 30

3.1. K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP ................. 30






SVTT: Phan Thị Phương Thảo viii

3.1.1. K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của bã mía nguyên liệu ............................... 30

3.1.2. K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP ................................................... 30

3.2. K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng .................................................................. 31

3.2.1. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của thờ i gian .......................................................... 31

3.2.2. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của pH .................................................................... 33

3.2.3. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của lượ ng VLHP .................................................... 34

3.2.4. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+ ...................................... 35

3.3. Xác định độ hấ p phụ cực đại và hằng số hấ p phụ .................................................. 36

3.4. So sánh k ết quả đạt đượ c vớ i các nghiên cứu hoạt hóa bằng axit sunfuric ............ 38

CHƯƠNG 4: K ẾT LUẬ N – KIẾ N NGHỊ .................................................................... 39

4.1. K ết luận................................................................................................................... 39

4.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 40






SVTT: Phan Thị Phương Thảo ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa

1 FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ

chức Lương thực và Nông nghiệ p Liên Hiệ p Quốc)

2 WHO World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giớ i)

3 VLHP Vật liệu hấ p phụ (Bã mía sau khi xử lý)

4 EDTA Axit etilenđiamin tetraaxetic






SVTT: Phan Thị Phương Thảo x

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir ........................................................... 17

Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb ........................................................... 17

Hình 1.3: Dung dịch ion Cu2+ khi có mặt chỉ thị murexit ............................................. 19

Hình 1.4: Dung dịch ion Cu2+ sau chuẩn độ .................................................................. 19

Hình 1.5: Hình ảnh các thành phần hóa học chính của bã mía ..................................... 21

Hình 2.1: Quy trình chế tạo VLHP từ bã mía ................................................................ 24

Hình 2.2: Sơ đồ phản ứng este hóa của xenlulozơ và axit xitric ................................... 25

Hình 2.3: Bã mía cắt nhỏ ............................................................................................... 26

Hình 2.4: Bã mía nguyên liệu ........................................................................................ 26

Hình 2.5: Bã mía nguyên liệu sau khi tr ộn vớ i axit xitric 55% tỉ lệ 1:10 (g:ml) .......... 26

Hình 2.6: Hình ảnh của VLHP ...................................................................................... 26

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p phụ ................. 32

ion Cu2+ của VLHP ........................................................................................................ 32

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của

VLHP ............................................................................................................................. 33

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của lượ ng chất hấ p phụ đến khả năng hấ p phụ

ion Cu2+ của VLHP ........................................................................................................ 35

Hình 3.4: Ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của

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

Hình 3.5: Đườ ng đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đối vớ i ion Cu2+ ................................ 37

Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối vớ i ion

Cu2+ ................................................................................................................................ 37






SVTT: Phan Thị Phương Thảo xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tác hại khi nhiễm một số ion kim loại nặng ................................................... 6

Bảng 1.2: Nồng độ giớ i hạn của một số kim loại trong nướ c thải công nghiệp và nướ c

cấ p sinh hoạt .................................................................................................................... 6

Bảng 1.3: Các phương trình đẳng nhiệt hấ p phụ thườ ng gặ p ........................................ 13

Bảng 2.1: Khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất hoạt hóa bã mía nguyên liệu .............. 25

Bảng 3.1: K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của bã mía nguyên liệu ........................ 30

Bảng 3.2: K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP ............................................ 30

Bảng 3.3: So sánh độ hấ p phụ, hiệu suất hấ p phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP... 31

Bảng 3.4: Ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của VLHP .......... 31

Bảng 3.5: Ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p phụ Cu2+ của VLHP ......................... 33

Bảng 3.6: Ảnh hưở ng của lượng VLHP đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của VLHP ... 34

Bảng 3.7: Ảnh hưở ng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấ p phụ Cu2+ của VLHP .......... 35

Bảng 3.8: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấ p phụ theo mô hình hấ p phụ đẳng nhiệt củaLangmuir ....................................................................................................................... 36






SVTH: Phan Thị Phương Thảo 1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nướ c hiện nay là

tình tr ạng ô nhiễm môi trườ ng sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con

ngườ i gây ra. Vấn đề này ngày càng tr ầm tr ọng, đe doạ tr ực tiế p sự phát triển kinh tế -

xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Đối tượ ng

gây ô nhiễm môi trườ ng chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu

công nghiệ p, hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớ n. Ô nhiễm môi trườ ng

bao gồm 3 loại chính là: ô nhiễm đất, ô nhiễm nướ c và ô nhiễm không khí. Ở đây xin

đượ c đề cậ p đến vấn đề ô nhiễm môi trườ ng nướ c. Theo báo cáo giám sát của Uỷ banKhoa học, Công nghệ và Môi trườ ng của Quốc hội, tỉ lệ các khu công nghiệ p có hệ

thống xử lí nướ c thải tậ p trung ở một số địa phương r ất thấ p, có nơi chỉ đạt 15÷20%,

như tỉnh Bà R ịa - Vũng Tàu, Vĩnh Phúc. Một số khu công nghiệ p có xây dựng hệ

thống xử lí nướ c thải tậ p trung nhưng hầu như không vận hành vì để giảm chi phí.

Bình quân mỗi ngày, các khu, cụm, điểm công nghiệ p thải ra khoảng 30.000 tấn chất

thải r ắn, lỏng, khí và chất thải độc hại khác [16]. Ngoài các loại rác thải có thể quan sát

đượ c bằng mắt thườ ng thì thật chất vẫn còn một đối tượ ng gây ô nhiễm không kém phần nguy hiểm mà chúng ta đôi khi khó quan sát đượ c, đó là sự ô nhiễm kim loại

nặng. Các nguồn nướ c thải này thườ ng chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu2+, Mn2+,

Pb2+... Nếu nồng độ các ion kim loại này vượ t quá giớ i hạn cho phép sẽ ảnh hưở ng đến

sức khỏe con ngườ i cũng như hệ sinh thái. Do đó, các nghiên cứu để tìm ra biện pháp

tối ưu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trườ ng nướ c này đang r ất đượ c quan tâm.

Đã có nhiều phương pháp khác nhau đã đượ c nghiên cứu và áp dụng để tách

loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lí (phương pháp

hấ p phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh hóa, phương pháp hóa

học… Trong đó, phương pháp hấ p phụ - sử dụng vật liệu hấ p phụ (VLHP) chế tạo từ

nguồn nguyên liệu tự nhiên, các phụ phẩm nông nghiệ p, công nghiệp như: vỏ lạc, vỏ

dừa, vỏ tr ấu, lõi ngô, rơm rạ, bã mía… để tách kim loại từ dung dịch nước đã đượ c

nhiều tác giả trên thế giới và trong nướ c nghiên cứu. Phương pháp này có ưu điểm là

sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, r ẻ tiền và thân thiện với môi trườ ng [10].



http://thanthienmoitruong.com/linh-vuc-hoat-dong/xu-ly-moi-truong/xu-ly-nuoc-thai-132.html


















Một trong các nguồn phụ phẩm công nghiệ p có khối lượ ng lớ n ở nướ c ta là bã

mía. Bã mía vớ i thành phần chính là các xenlulozơ và hemixenlulozơ r ất thích hợ p cho

việc nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấ p phụ để tách loại các ion kim loại nặng

trong môi trường nướ c.Xuất phát từ những lí do trên đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+

trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh vớ i các

nghiên cứ u hoạt hóa bằng axit sunfuric” đượ c chọn để nghiên cứu. Đây không phải

là một đề tài mới nhưng nội dung của đề tài này sẽ đánh trọng tâm vào việc khảo sát

và so sánh với các đề tài đã thực hiện trước đây, nhằm tìm ra một phương pháp tốt

nhất cho việc hấ p phụ kim loại nặng từ vật liệu hấ p phụ chế tạo từ bã mía.

2.

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Chế tạo vật liệu hấ p phụ, khảo sát khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của vật liệu hấ p

phụ, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ của vật liệu hấ p phụ từ k ết

quả thu đượ c so sánh vớ i các k ết quả nghiên cứu trước đây nhằm đưa ra các điều kiện

tốt để tiến hành hấ p phụ.

Ngoài ra, từ k ết quả thu được so sánh và đánh giá khả năng hoạt hóa của axit

sunf uric và axit xitric để tìm ra chất hoạt hóa tốt hơn.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨ U

Chế tạo vật liệu hấ p phụ từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric.

Khảo sát khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và vật liệu hấ p phụ bằng phương

pháp thể tích.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ của vật liệu hấ p phụ.







PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1:

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1.1.

Sự ô nhiễm môi trường nướ c1.1.1. Thự c trạng ô nhiễm môi trường nướ c ở Việt Nam và thế giớ i [17]

1.1.1.1. Ô nhiễm môi trường nướ c ở Việt Nam

Nướ c ta là một nướ c nông nghiệ p, vớ i nền công nghiệp chưa phát triển mạnh,

các khu công nghiệp và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã

xảy ra ở nhiều nơi vớ i các mức độ nghiêm tr ọng khác nhau.

Nông nghiệ p là ngành sử dụng nhiều nướ c nhất: dùng tướ i lúa và hoa màu, chủ

yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng. Việc sử dụng nông dượ c và phân

bón hóa học càng góp thêm phần ô nhiễm môi trườ ng nông thôn.

Công nghiệ p là ngành làm ô nhiễm nướ c quan tr ọng, mỗi ngành có một loại

nướ c thải khác nhau. Khu công nghiệ p Thái Nguyên thải nướ c làm cho Sông Cầu

thành màu đen, mặt nướ c sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số. Khu công nghiệ p

Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nướ c thải của nhà máy hóa chất, thuốc tr ừ

sâu, giấy, dệt... xuống Sông Hồng làm nướ c bị nhiễm bẩn đáng kể. Khu công nghiệ p

Biên Hòa và thành phố Hồ Chí Minh tạo ra nguồn nướ c thải công nghiệ p và sinh hoạt

r ất lớ n, làm nhiễm bẩn tất cả các sông r ạch ở đây và cả vùng phụ cận.

Nướ c dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số và các

đô thị. Nướ c cống từ nướ c thải sinh hoạt cộng với nướ c thải của các cơ sở tiểu thủ

công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nướ c ta.

Ðiều đáng nói là các loại nướ c thải đều đượ c tr ực tiế p thải ra môi trường, chưa

qua xử lý gì cả, vì nướ c ta chưa có hệ thống xử lý nướ c thải nào đúng nghĩa như têngọi.

Nướ c ngầm cũng bị ô nhiễm, do nướ c sinh hoạt hay công nghiệ p và nông

nghiệ p. Việc khai thác tràn lan nướ c ngầm làm cho hiện tượ ng nhiễm mặn và nhiễm

phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long, ven

biển miền Trung...







1.1.1.2. Ô nhiễm môi trường nướ c trên thế giớ i

Trong thậ p niên 60, ô nhiễm nướ c lục địa và đại dương gia tăng vớ i nhịp độ

đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nướ c phản ánh trung thực tiến bộ phát triển công

nghiệ p. Ta có thể k ể ra đây vài thí dụ tiêu biểu.Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế k ỷ 19, sông Tamise r ất sạch. Nó tr ở thành ống

cống lộ thiên vào giữa thế k ỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trướ c khi

người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt.

Nướ c Pháp r ộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng

không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế k ỷ 18. Từ đó

vấn đề đổi khác: các sông lớn và nướ c ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nướ c sinh

hoạt đượ c nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính. Sông Rhin chảy qua

vùng công nghiệ p hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu ngườ i, là nạn nhân của nhiều tai

nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào các

nguồn ô nhiễm thườ ng xuyên.

Ở Hoa K ỳ tình tr ạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng

khác. Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm tr ọng.

1.1.2. Phân loại ô nhiễm môi trường nướ c

1.1.2.1. Ô nhiễm sinh học của nướ c

Do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men.

Do các nguồn thải đô thị hay k ỹ nghệ có các chất thải sinh hoạt, phân, nướ c r ữa

của các nhà máy đườ ng, giấy...

1.1.2.2. Ô nhiễm hoá học do chất vô cơ

Do thải vào nướ c các chất nitrat, phosphat dùng trong nông nghiệ p và các chất

thải do luyện kim và các công nghệ khác như Zn, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg là những

chất độc cho thủy sinh vật.

1.1.2.3. Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợ p

Ô nhiễm này chủ yếu do hidrocarbon, nông dượ c, chất tẩy r ửa...

1.1.2.4. Ô nhiễm vật lý

Các chất r ắn không tan khi đượ c thải vào nước làm tăng lượ ng chất lơ lững, tức

làm tăng độ đục của nướ c. Các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ, có thể đượ c vi







khuẩn ăn. Sự phát triển của vi khuẩn và các vi sinh vật khác lại càng làm tăng độ đục

của nướ c và làm giảm độ xuyên thấu của ánh sang.

Trong nội dung đề tài này chúng ta sẽ quan tâm đến sự ô nhiễm hóa học do các

chất vô cơ. 1.1.3. Tác dụng và tác hại của một số kim loại nặng đối vớ i sứ c khỏe con ngườ i

1.1.3.1. Tác dụng

Cơ thể con ngườ i có chứa khoảng 25÷27 nguyên tố hóa học thườ ng gặ p. Trong

đó bao gồm: 4 nguyên tố đa lượ ng: C, O, H, N, chúng là thành phần cơ bản tạo nên

nước, protein, xương, cơ ,… chúng chiếm 96% tr ọng lượng cơ thể.

Còn lại có khoảng 4% tr ọng lượng cơ thể là các chất hóa học vô cơ hay còn

đượ c gọi là các khoáng chất. Trong số đó có một số nguyên tố là thiết yếu và cần thiết

cho cơ thể sống nhưng chúng lại chỉ chiếm lượ ng nhỏ trong cơ thể, chúng thường đượ c

gọi là các nguyên tố vi lượ ng (hay còn gọi là vi khoáng). Một số nguyên tố tiêu biểu

như: Fe, Zn, Mg, Mn, Cu, Ni, Se, Cr,… Vai trò của các kim loại này có thể k ể đến

như:

+ Hỗ tr ợ các phản ứng hóa học trong cơ thể. Có trong thành phần của r ất nhiều

enzyme cần thiết.

+ Giúp cơ thể sử dụng chất đạm, mỡ và đườ ng.

+ Giúp làm vững chắc xương và điều khiển thần kinh, cơ .

+ Nguyên tố vi lượng còn điều hòa hoạt động của cơ thể, tương tác vớ i các chất

khác như các vitamin,..

+ Một số nguyên tố vi lượng như sắt, k ẽm, magiê có tác dụng chống căng thẳng

r ất hiệu quả.

1.1.3.2.

Tác hại [5]Bên cạnh r ất nhiều tác dụng có ích đối với cơ thể thì các nguyên tố kim loại

nặng này vẫn tồn tại một số nguy cơ ảnh hưở ng không tốt đến sức khỏe của con ngườ i

cũng như môi trườ ng sống.

Một vài ảnh hưở ng có thể xảy ra khi bị nhiễm độc kim loại nặng đượ c trình bày

trong bảng sau:







B ảng 1.1: Tác h ại khi nhi ễ m m ột s ố ion kim lo ại n ặng

Tên kim loại Tác hại

Chì Giảm trí thông minh; các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,…

Crom Gây nguy hiểm cho gan, thận và đườ ng hô hấ p; gây ra các bệnh về răng, miệng, kích thích da,..

Đồng Gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận,..

B ảng 1.2: N ồng độ gi ớ i h ạn c ủa m ột s ố kim lo ại trong nướ c th ải công nghi ệp và

nướ c c ấ p sinh ho ạt [5]

STT Tên chỉ tiêu

Giá tr ị giớ i hạn (mg/l)

Nướ c thải công nghiệ p Nướ c thải nông nghiệ p

1 Hàm lượ ng chì 0,10 0,01

2 Hàm lượ ng crom 0,05 0,05

3 Hàm lượng đồng 2,00 1,00

4 Hàm lượ ng mangan 0,50 0,50

5 Hàm lượ ng niken 0,20 0,10

1.2.

Một số phương pháp xử lí nguồn nướ c bị ô nhiễm kim loại nặng [10]

1.2.1. Phương pháp k ết tủa

Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo k ết tủa vào

dung dịch nước, điều chỉnh pH của môi trường để chuyển ion cần tách về dạng hợ p

chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dướ i dạng k ết tủa.

Xuất phát từ phương trình sau: ( )n

n M nOH M OH

Trong đó: n là hóa tr ị của các kim loại (n = 2, 3)Vớ i quá trình k ết tủa hiđroxit kim loại nặng, pH của dung dịch nướ c ảnh hưở ng

r ất mạnh.

1.2.2. Phương pháp trao đổi ion

Đây là phương pháp khá phổ biến sử dụng các chất có khả năng trao đổi ion

(ionit hay còn gọi là nhựa trao đổi ion) vớ i các cation kim loại nặng để giữ, tách các

ion kim loại ra khỏi nướ c.







n

nnRH M R M nH

RCl A RA Cl

1.2.3. Phương pháp hấp phụ

Trong phương pháp này ngườ i ta sử dụng các vật liệu hấ p phụ có diện tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động, có khả năng lưu giữ các ion kim

loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực tương

tác giữa các phân tử (lực Vander Waals – hấ p phụ vật lý), cũng có thể do sự tạo thành

các liên k ết hóa học, tạo phức chất giữa các ion kim loại vớ i các nhóm chức (trung tâm

hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấ p phụ hóa học), cũng có thể theo cơ chế trao đổi

ion,…

1.3.

Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [3,6,7,10]

1.3.1. Các khái niệm cơ bản

H ấ p phụ là một hiện tượ ng bề mặt, đó là sự tích lũy các chất khí hay chất tan

trên bề mặt phân chia pha thườ ng là chất r ắn hay chất lỏng.

Chấ t hấ p phụ là chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấ p phụ.

Chấ t bị hấ p phụ là chất có khả năng tích lũy trên bề mặt chất hấ p phụ.

S ự giải hấ p 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.

Độ hấ p phụ (dung lượ ng hấ p phụ) là lượ ng chất bị hấ p phụ (thườ ng tính bằng

mol) hấ p phụ lên 1 cm2 lớ p bề mặt và ký hiệu là a. Thứ nguyên của độ hấ p phụ là

mol/cm2. Trong trườ ng hợ p không biết bề mặt riêng thì độ hấ p phụ tính cho 1 gam

chất hấ p phụ. Trong trườ ng hợ p này thứ nguyên của độ hấ p phụ là mol/g.

Hiện tượ ng hấ p phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấ p phụ và chất bị hấ p

phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà ngườ i ta chia thành hai loại hấ p phụ: hấ p phụ vật lý và hấ p phụ hóa học.

1.3.2. Các loại hấp phụ

Hấ p phụ vật lí (Physisorption) Hấ p phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấ p phụ mang bản chất lực

Vanderwaals. Không có 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 nhiệtđộ, áp suất.

Có tính chọn lọc. Chỉ hấ p phụ những chấtcó khả năng tạo liên k ết.

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

1.4. Sự hấp phụ trên giớ i hạn rắn - dung dịch [3,6,7,10]

Sự hấ p phụ trên giớ i hạn r ắn – dung dịch giống vớ i sự hấ p phụ trên bề mặt r ắn –

khí, nhưng hiện tượ ng phức tạp hơn rất nhiều vì sự có mặt của cấu tử thứ ba là môi

trườ ng (dung môi). Các phân tử dung môi cũng có thể hấ p phụ trên bề mặt chất hấ p

phụ nên sẽ có sự cạnh tranh giữa dung môi và chất tan. Ngoài ra, nguyên nhân gây ra

sự phức tạ p thêm này là do tương tác giữa chất tan vớ i dung môi.

Khi khảo sát sự hấ p phụ chất tan trên bề mặt r ắn cần phân biệt hai trườ ng hợ p:

sự hấ p phụ chất không điện ly khi trên bề mặt chỉ hấ p phụ các phân tử chất bị hấ p phụ

và sự hấ p phụ chất điện ly khi trên bề mặt thườ ng có sự hấ p phụ chọn lọc một số ion

của chất điện ly có mặt trong dung dịch.

1.4.1.1.

Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưở ngĐối vớ i sự hấ p phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấ p phụ đượ c tính theo biểu

thức 1.1:

(1.1)

Trong đó: C, Ccb là nồng độ ban đầu và cân bằng của chất bị hấ p phụ (M).

V là thể tích dung dịch xảy ra sự hấ p phụ (l).

m là khối lượ ng chất hấ p phụ (g).

a là độ hấ p phụ của chất hấ p phụ (mol/g).

Để khảo sát sự biến thiên của độ hấ p phụ theo nồng độ cân bằng của chất bị hấ p

phụ có thể sử dụng phương trình hấ p phụ Freundlich hay phương trình hấ p phụ của

Langmuir (cả hai phương trình này dùng tốt trong trườ ng hợ p nồng độ dung dịch khá

loãng). Tuy nhiên, ta cũng có thể sử dụng phương trình lý thuyết Gibbs nhưng việc xác

định sức căng bề mặt trên giớ i hạn dung dịch – r ắn không thực hiện đượ c nên không

thể sử dụng tr ực tiếp phương trình này

Hiệu suất hấ p phụ đượ c tính theo công thức 1.2:

cb(C C ).V

am







( ).100o cb

o

C C H

C

(1.2)

Trong đó: C, Ccb là nồng độ ban đầu và cân bằng của chất bị hấ p phụ (M).

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấ p phụ phân tử trong dung dịch. Ảnh hưở ng của dung môi

Các phân tử dung môi là đối thủ cạnh tranh vớ i các phân tử chất tan trong quá

trình hấ p phụ. Nếu dung môi càng bị hấ p phụ kém trên chất hấ p phụ thì sự hấ p phụ

chất tan lên bề mặt r ắn càng tốt. Hay nói khác đi là dung môi nguyên chất có sức căng

bề mặt càng lớ n thì khả năng bị hấ p phụ lên bề mặt càng kém và khả năng bị hấ p phụ

của chất tan trên bề mặt r ắn càng cao. Vì vậy, sự hấ p phụ chất tan trong dung dịch

nước thườ ng tốt hơn sự hấ p phụ chất tan trong dung môi hữu cơ.

Ảnh hưở ng của tính chấ t chấ t hấ p phụ

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 các 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 khi độ xố p của chất hấ p

phụ tăng làm cho độ hấ p phụ tăng và khi độ xố p giảm mà kích thướ c chất tan tăng thì

độ hấ p phụ giảm.

Ảnh hưở ng của chấ t bị hấ p phụ

Quy tắc Rehbinder đã đưa ra quy tắc về sự phụ thuộc của độ hấ p phụ vào độ

phân cực của các chất trong hệ. Theo quy tắc này, chất C có thể bị hấ p phụ trên bề mặt

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 của B, nghĩa là: BC A hay là BC A

Đối vớ i những chất hoạt động bề mặt mà phân tử có hai phần: phần phân cực và

phần không phân cực thì khi bị hấ p phụ trên bề mặt phân chia pha sẽ có sự định hướ ng

phân tử như sau: phần phân cực hướ ng về pha phân cực, phần không phân cực hướ ng

về pha không phân cực.

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

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

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







chất lỏng phân cực. Trên cơ sở này, trong thực tế ngườ i ta dùng các chất hấ p phụ phân

cực (silica gel, đất sét) để hấ p phụ các chất hoạt động bề mặt từ môi trườ ng không

phân cực và dùng chất hấ p phụ không phân cực (than) để hấ p phụ trong các môi

trườ ng phân cực. Ảnh hưở ng của thờ i gian và nhiệt 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 xảy ra 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 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 tới đượ c.

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

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

1.4.1.2. Sự hấp phụ các chất điện li

Trên bề mặt của chất hấ p phụ có một điện tích xác định và nó chỉ có thể hấ p

phụ các ion tích điện trái dấu với nó. Các ion tích điện cùng dấu vớ i bề mặt chất hấ p

phụ sẽ không bị hấ p phụ nhưng do tương tác tĩnh điện chúng sẽ nằm cạnh các ion bị

hấ p phụ và tạo nên lớp điện tích kép.

Đối vớ i các ion cùng hóa tr ị thì ion nào có bán kính càng lớ n thì khả năng bị

hấ p phụ càng cao. Vì các ion có bán kính lớ n thì có tính phân cực lớ n nên dễ bị hút

gần bề mặt bở i các ion hay phân tử phân cực khác. Ngoài ra, bán kính ion càng lớ n thì

khả năng bị hiđrat hóa càng kém nên tương tác tĩnh điện giữa ion vớ i bề mặt hấ p phụ mạnh (lớ p vỏ hiđrat ngăn cản tương tác tĩnh điện).

Cụ thể như khả năng bị hấ p phụ tăng lên theo thứ tự sau:

Li+ < Na+ < K + < Rb+ < Cs+

Mg+ < Ca2+ < Sr 2+ < Ba2+

Cl- < Br - < NO3- < I- < SCN-

Đối vớ i các dung dịch có chứa các ion có hóa tr ị khác nhau thì điện tích của ion

đóng vai trò quan trọng nhất. Ion có hóa tr ị càng cao thì nó bị hấ p phụ càng mạnh.







1.4.1.3. Sự hấp phụ trao đổi

Khi cho vào dung dịch chất điện ly một chất hấ p phụ mà trên bề mặt của nó đã

hấ p phụ sẵn một chất điện ly nào đó thì có sự hấ p phụ trao đổi xảy ra tức là có sự trao

đổi ion giữa lớp điện kép của chất hấ p phụ lấy từ môi trườ ng một lượng ion nào đó thìđồng thời nó cũng phóng thích vào môi trườ ng một lượng tương đương các ion khác

mang điện cùng dấu.

Sự hấ p phụ trao đổi không chỉ diễn ra trên bề mặt chất hấ p phụ mà còn có thể

xảy ra bên trong thể tích chất hấ p phụ nơi mà dung dịch tiếp xúc đượ c.

Đặc điểm của hấ p phụ trao đổi:

+

Có tính đặc thù tức là sự trao đổi chỉ xảy ra đối vớ i một số ion xác định.

+

Sự hấ p phụ trao đổi luôn luôn là bất thuận nghịch.

+ Sự hấ p phụ trao đổi xảy ra chậm hơn sự hấ p phụ các chất không điện ly và

r ất chậm khi ion trao đổi nằm sâu trong chất hấ p phụ.

+ Sự hấ p phụ trao đổi có thể gây nên sự thay đổi pH của môi trườ ng. Nếu chất

hấ p phụ có khả năng trao đổi ion H+ của nó vớ i một cation nào khác trong môi trườ ng

thì quá trình hấ p phụ làm giảm pH của môi trườ ng. Nếu chất hấ p phụ trao đổi anion

OH

của nó vớ i một ion nào khác của môi trườ ng thì quá trình hấ p phụ làm tăng pHcủa môi trườ ng.

Sự trao đổi ion trong hai trườ ng hợ p này có thể đượ c biểu diễn như sau:

Cationit-H+ + Na+ + Cl- Cationit- Na+ + H+ + Cl-

Anionit+OH- + Na+ + Cl- Anionit+Cl- + Na+ + OH-

1.4.2. Hấp phụ trong môi trường nướ c

Sự hấ p phụ trong môi trường nướ c chịu ảnh hưở ng nhiều bở i pH của môi

trườ ng.

Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nướ c.

Để tồn tại đượ c ở tr ạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nướ c bị

hiđrat hóa tạo ra lớ p vỏ là các phân tử nướ c, các phức chất hiđroxo, các cặ p ion hay

phức chất khác. Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trườ ng, các

thành phần khác cùng có mặt mà hình thành các dạng tồn tại khác nhau.







1.4.3. Động học hấp phụ [5]

Trong môi trường nướ c, quá trình hấ p phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất

hấ p phụ. 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 khuếchtán 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 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 hấ p phụ.

1.4.4. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

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 (hỗn

hợ p tiế p xúc vớ i chất hấ p phụ). 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 độ hấ p phụ bằng tốc độ giải hấ p thì quá trình hấ p phụ đạt

cân bằng.

Một hệ hấ p phụ khi đạt đến tr ạng thái cân bằng, lượ ng chất bị hấ p phụ là một

hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấ p phụ:

a = f (T, P hoặc C)

Khi nhiệt độ không đổi (T = const), đườ ng biểu diễn sự phụ thuộc của lượ ngchất bị hấ p phụ vào P hoặc C (a = f (P hoặc C)) đượ c gọi là đường đẳng nhiệt hấ p phụ.

Đường đẳng nhiệt hấ p phụ có thể đượ c xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm

hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thuyết, bản chất và kinh nghiệm xử lí

số liệu thực nghiệm.

Một số đường đẳng nhiệt hấ p phụ thông dụng đượ c trình bày ở bảng 1.2.







B ảng 1.3 : Các phương trình đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ thườ ng g ặp

Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Phương trình Bản chất sự hấ p phụ

Langmuir Vật lí và hóa học

Henry Vật lí và hóa học

Freundlich(n > 1)

Vật lí và hóa học

Shlygin-Frumkin-Temkin Hóa học

Brunauer-Emmett-Teller(BET)

Vật lí, nhiều lớ p

Trong các phương trình trên, a là thể tích chất bị hấ p phụ, am là thể tích hấ p phụ

cực đại, p là áp suất chất bị hấ p phụ ở pha khí, po là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấ p

phụ ở tr ạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ. Các kí hiệu a, k, n là các hằng số.

Vớ i chất hấ p phụ là chất r ắn, chất bị hấ p phụ là chất lỏng đường đẳng nhiệt hấ p

phụ thường đượ c mô tả qua các phương trình hấ p phụ đẳng nhiệt của Henry,

Freundlich và Langmuir, …

Dưới đây xin đượ c trình bày về mô hình hấ p phụ đẳng nhiệt hấ p phụ 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 hóa học.

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

Do lực hấ p phụ mang bản chất là hóa học nên có khả năng tiến đến bão hòa. Vìvậy, mỗi trung tâm hoạt động chỉ có thể hấ p phụ một phân tử chất bị hấ p phụ nên còn

gọi là sự hấ p phụ đơn lớ p.

Các phân tử chất bị hấ p phụ chỉ đượ c giữ bở i các trung tâm hoạt động 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 phân tử vừa mới đi ra… thời gian lưu lại các phân tử ở tr ạng

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

a k.C

a 1 k.C

a k.p

1na k.p

m

a 1lnC .p

a n

m m

p 1 (C 1) p.a.(p p) a C a C p







Langmuir bỏ qua sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấ p phụ. Nói khác đi tức

là thời gian lưu lại các phân tử chất bị hấ p phụ trên các trung tâm hoạt động không phụ

thuộc vào các trung tâm hoạt động bên cạnh bị chiếm bở i các phân tử chất bị hấ p phụ

khác.Phương trình hấ p phụ đẳng nhiệt Langmuir cho hệ hấ p phụ r ắn – dung dịch

đượ c trình bày ở công thức:

(1.3)

Trong đó: Ccb là nồng độ chất bị hấ p phụ ở tr ạng thái cân bằng (mg/l).

a là độ hấ p phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

amax là độ hấ p phụ cực đại (mg/g).

k là hằng số Langmuir.

Khi nồng độ chất bị hấ p phụ r ất nhỏ (Ccb <<1) 1 + kCcb 1. Khi đó, phương

trình hấ p phụ đẳng nhiệt của Langmuir có dạng: a = amax.k.Ccb. Như vậy, ở nồng độ r ất

nhỏ thì độ 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 (Ccb >> 1) 1 + kCcb kCcb. Khi đó,

phương trình hấ p phụ đẳng nhiệt của Langmuir có dạng: a = amax, nghĩa là độ hấ p phụ sẽ đạt một giá tr ị không đổi khi tăng nồng độ chất bị hấ p phụ. 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.

Phương trình (1.3) chứa hai thông số là amax và hằng số k. Độ hấ p phụ cực đại

amax có một giá tr ị xác định tương ứng vớ i số tâm hấ p phụ còn hằng số k phụ thuộc cặ p

tương tác giữa chất hấ p phụ, chất bị hấ p phụ và nhiệt độ. Từ các số liệu thực nghiệm

có thể xác định amax và hằng số k bằng phương pháp tối ưu (hình 1.1) hay đơn giản là

bằng phương pháp đồ thị (hình 1.2).

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 hình 1.1

và hình 1.2.

cb

max

cb

kCa a

1 kC







Hình 1.1 : Đường đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ

Langmuir

Hình 1.2: Đồ th ị s ự ph ụ thu ộc c ủa

C cb /a vào C cb

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

max

1OM

a k (1.4)

max

max

1 1tg a

a tg

(1.5)

Để có đồ thị ở dạng tuyến tính, phương trình (1.6) đượ c viết thành:

max max

1 1cb

cb

C

C a a k a

(1.6)

1.5. Phương pháp định lượ ng kim loại [1,2,12,13]

Hiện nay có r ất nhiều phương pháp cho phép chúng ta có thể xác định hàm

lượ ng kim loại như: phương pháp phân tích thể tích, phương pháp trắc quang,… Trong

nội dung đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích thể tích để định lượ ng

kim loại đồng.

Phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượ

ng dự

a trên sự

đo thể

tíchcủa dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết

vớ i chất cần xác định nồng độ 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 hòa).

a

O Ccb CcbO

M

α

cbC

a







+ Phương pháp chuẩn độ k ết tủa.

+ Phương pháp chuẩn độ tạo phức.

+ Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử.

Để định lượ ng ion Cu2+

chúng tôi sử dụng phương pháp chuẩn độ tạo phức vớ ithuốc thử là EDTA.

EDTA (axit etylenđiamin tetraaxetic, H4Y) là thuốc thử đượ c ứng dụng r ộng rãi

trong phương pháp chuẩn độ tạo phức. Phương pháp chuẩn độ sử dụng EDTA làm

thuốc thử đượ c gọi là phương pháp chuẩn độ complexon. Người ta thườ ng dùng

EDTA dướ i dạng muối đinatri Na2H2Y, thườ ng gọi là complexon III (nhưng vẫn quen

quy ướ c là EDTA). EDTA tạo phức bền vớ i các cation kim loại và trong hầu hết các

trườ ng hợ p phản ứng tạo phức xảy ra theo tỉ lệ 1:1.4 ( 4)n n M Y MY

Nguyên tắc của phép chuẩn độ định lượng đồng bằng EDTA:

Dựa trên phản ứng tạo phức bền của Cu2+ vớ i EDTA:

2 2 2

2 2Cu H Y CuY H

Phản ứng đượ c tiến hành ở pH = 8, chất chỉ thị là murexit 1% trong NaCl.

2 24 2 4CuH vàng tí Ind H Y CuY n m H I d

Chuẩn bị mẫu trắng

Dùng pipet lấy chính xác 10 ml nướ c cất vào erlen 100 ml. Thêm một ít chất chỉ

thị murexit 1% (khoảng bằng hạt đậu), 5 ml dung dịch NH4Cl 5% và dùng dung dịch

NH3 1N chỉnh pH dung dịch đến 8. Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA (N) có nồng độ

xác định cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng nhạt sang màu tím thì ngừng

chuẩn độ (V1).

Chuẩn độ xác định hàm lượ ng Cu2+ trong mẫu

Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch Cu2+ cần xác định nồng độ vào erlen

100 ml. Thêm một ít chất chỉ thị murexit 1% (khoảng bằng hạt đậu), 5 ml dung dịch

NH4Cl 5% và dùng dung dịch NH3 1N chỉnh pH dung dịch đến 8. Chuẩn độ ion Cu2+

bằng dung dịch EDTA (N) có nồng độ xác định cho đến khi dung dịch chuyển từ màu

vàng nhạt sang màu tím thì ngừng chuẩn độ. Ghi thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ

(V2). Nồng độ Cu2+

(N) đượ c tính theo công thức







2

2 1.(V )

10 EDTA

Cu

C V C

(1.7)

Trong đó:

2

Cu

C là nồng độ ion Cu2+

EDTAC là nồng độ EDTA

V2 là thể tích EDTA khi chuẩn độ mẫu có ion Cu2+

V1 là thể tích EDTA khi chuẩn độ mẫu không có ion Cu2+ (V1 = 0)

Hình 1.3: Dung d ị ch ion Cu 2+

khicó m ặt ch ỉ th ị murexit

Hình 1.4: Dung d ị ch ion Cu 2+

sauchu ẩn độ

1.6. Giớ i thiệu về vật liệu hấp phụ - bã mía [14,18,19,20]

Sản xuất mía đường ở nước ta những năm gần đây đã phát triển nhanh chóng cả

về qui mô, công nghệ và năng suất, từ chỗ hàng năm phải nhập khẩu hàng trăm ngàn

tấn đường, vươn lên cơ bản để đáp ứng cho nhu cầu trong nước và có xuất khẩu. Theo

số liệu của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, diện tích mía cả nước năm 2013

ước đạt 309 ngàn ha, năng suất mía bình quân đạt 64 tấn/ha, sản lượng đạt trên 20 triệu

tấn mía cây; so với niên vụ trước diện tích mía tăng 2,6%, năng suất mía tăng 2,7% và

tăng 5,3% về sản lượng. Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có năng suất cao nhất đạt

83-85 tấn/ha, Đông Nam bộ 67÷68 tấn/ha, các vùng còn lại đều dưới 60 tấn/ha.

Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp. Phế phẩm nông nghiệp rất phong phú ,

dồi dào ở Vùng đồng bằng sông Mê kông, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng phế

phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng đồng bằng sông Hồng với 15% tổng sản lượng

toàn quốc. Hàng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông







nghiệp trong đó 40% được sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia đình và

sản xuất điện.

Dạng sinh khối Tiềm năng lý thuyết

(1000 tấn)

Tiềm năng khả dụng

(1000 tấn)

Tiềm năng công suất

(MW)

Trấu 7158 1615 75÷100

Bã mía 4419 2784 150÷200

Phế phẩm gỗ 800 80 5

Tổng cộng 230÷305

Trong đó, vớ i tiềm năng về cây mía ở nước ta thì lượ ng phụ phẩm là bã mía đưa

ra môi trườ ng là không hề nhỏ. Ngoài việc đáp ứng nhu cầu về năng lượ ng, bã mía còn

có r ất nhiều ứng dụng khác như: nguyên liệu sản xuất bột giấy; nguyên liệu làm ván

ép, tấm tr ần; dùng để làm đệm lót chuồng tr ại; làm vật liệu lọc nướ c tự nhiên, chất hấ p

phụ kim loại nặng (sau khi đã xử lý bằng phương pháp thích hợ p); ủ lên men làm thức

ăn gia súc thay thế 1 phần cỏ, rơm, ủ lên men làm phân bón; lên men làm giá thể tr ồng

nấm, nấm mèo, nấm linh chi; thay thế bột mì: Tại bang Queensland (Australia), bã mía

của nhà máy đườ ng (vớ i quy trình hoàn toàn không sử dụng hóa chất) đượ c sấy khô và

xay thành sản phẩm. Sản phẩm này đượ c bán tại thị trườ ng Australia, xuất khẩu sang

Nhật Bản và New Zealand. Bột bã mía này đượ c sử dụng thay thế bột mì đối vớ i

những ngườ i không thể tiêu hóa đượ c gluten và cần nhiều chất xơ. Cũng có thể sử

dụng bột bã mía thực phẩm này trong xúc xích và thịt xay...

Bã mía chiếm 25÷30% tr ọng lượng mía đem ép. Thành phần trung bình của bã

mía: Nướ c (40÷50%), xơ (45÷48%, trong đó 45÷55% là xelulozơ ), chất hoà tan

(đườ ng) (2,5%).Tùy theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà thành phần hoá học các chất có

trong bã mía khô (xơ) có thể biến đổi. Thành phần của bã mía sau khi r ửa sạch và sấy

khô gồm: xenlulozơ (45÷55%), hemixenlulozơ (20÷25%), lignin (18÷24%), tro

(1÷4%), sáp (<1%).

Xenlulozơ là hợ p chất polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ [C6H7O2(OH)3]n

nối vớ i nhau bằng liên k ết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớ n khoảng từ



http://vi.wikipedia.org/wiki/Cellulose








250000÷100000 đvC. Trong mỗi phân tử xenlulozơ có khoảng 1000÷15000 mắt xích

glucozơ.

Hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượ ng mắt

xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thườ ng bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa cácnhóm thế axetyl và metyl.

Lignin là loại polyme đượ c tạo bở i các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai

trò là chất k ết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ .

Sự phân bố xenlulozơ và hemixenlulozơ và lignin trong bã mía đượ c chỉ ra

trong hình 1.5.

Các vật liệu lignoxenlulozơ như mùn cưa, xơ dừa, tr ấu, cỏ, các loại đậu, bã

mía… đã đượ c nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong

nướ c nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xố p và thành phần gồm các polyme như xenlulozơ,

hemixenlulozơ, pectin, lignin và protein. Các polyme này có thể hấ p phụ nhiều loại

chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa tr ị hai. Các hợ p chất polyphenol như tannin,

lignin trong gỗ đượ c cho là những thành phần hoạt động có thể hấ p phụ các kim loại

nặng. Reddad [15] cho r ằng các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối

Hình 1.5: Hình ảnh các thành ph ần hóa h ọc chính c ủa bã mía [14]







vớ i các kim loại nặng. Mykola [14] cũng chứng tỏ r ằng các nhóm axit galacturonic

trong pectin là những vị trí liên k ết mạnh vớ i các cation.

Các nhóm hiđroxit trên xenlulozơ cũng đóng một vai trò quan tr ọng trong khả

năng trao đổi ion của các lignoxenlulozơ. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổiyếu vì liên k ết OH ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã đượ c

công bố như oxy hóa các nhóm hiđroxit thành các nhóm chứa axit hoặc sunfon hóa

bằng axit sunfuric [4].

Các nhà khoa học trong và ngoài nước đã có nhiều nghiên cứu về việc chế tạo

vật liệu hấ p phụ ion kim loại nặng để xử lí môi trườ ng. Trong nội dung đề tài này

chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp oxi hóa các nhóm hiđroxit thành các nhóm chứa

axit, cụ thể là sử dụng axit xitric để hoạt hóa bã mía.







CHƯƠNG 2: THỰ C NGHIỆM

2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

2.1.1. Nguyên liệu

Bã mía thu từ xe nướ c mía bãi giữ xe Khoa Sư phạm, Trường Đại học Cần Thơ.

2.1.2. Hóa chất

Các hóa chất đượ c dùng là các hóa chất có độ tinh khiết phân tích hoặc tinh

khiết hóa học.

Hóa chất Xuất xứ

Amoni clorua Trung Quốc

Axit xitric Trung QuốcDung dịch amoniac Trung Quốc

Đồng (II) sunfat Trung Quốc

EDTA Trung Quốc

Murexit Trung Quốc

Natri hiđroxit Trung Quốc

Natri hiđrocacbonat Trung Quốc

2.1.3. Dụng cụ và thiết bị

Dụng cụ và thiết bị Dụng cụ và thiết bị

Bình định mức Giấy đo pH

Buret Máy đo pH Laqua Horiba

Cân kĩ thuật 3 số lẻ Mettler ToledoML203/01

Máy khuấy từ Heidolph lustruments MR1000

Cân kĩ thuật 4 số AND GR -200 Phễu lọc

Cốc thủy tinh Pipet

Đũa thủy tinh Tủ sấy Memmert UM-400

Erlen







2.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ

2.2.1. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ

Bã mía thu về đượ c loại bỏ phần nào tạ p chất: xát khóm, xát trái tắc (trái

hạnh),…, phơi dướ i ánh nắng mặt tr ời đến ráo, cắt nhỏ, ngâm với nướ c cất đun sôitrong 1 giờ sau đó xả sạch (thực hiện lặ p lại 4÷5 lần) để loại bỏ đường hòa tan, sau đó

sấy khô ở 105oC. Bã mía sau khi đượ c loại bỏ đường đượ c nghiền mịn và rây lấy kích

thướ c hạt < 0,25 mm (bã mía nguyên liệu). Cân một lượ ng chính xác bã mía nguyên

liệu, tr ộn đều vớ i axit xitric theo tỉ lệ 1 : 10 (bã mía nguyên liệu (gam): axit xitric (ml),

đem sấy ở 90oC trong 12 giờ sau đó nâng lên 120oC trong 1 giờ 30 phút. Bã mía

nguyên liệu sau khi sấy đượ c tán nhuyễn, r ửa sạch bằng nướ c cất và ngâm trong dung

dịch NaHCO3 1% trong 12 giờ để loại bỏ axit dư. Lọc lấy bã r ắn, r ửa lại bằng nướ c cất

cho đến khi nướ c r ửa không còn màu. Lọc bã r ắn và sấy ở 120oC đến khô r ồi đem

nghiền nhỏ, rây lại để thu đượ c VLHP có kích thướ c hạt cỡ < 0,25 mm.

Hình 2.1: Quy trình ch ế t ạo VLHP t ừ bã mía

Bã míaLọc bã r ắn, sấy khô

ở 120°C

Nghiền nhỏ, rây lấy

kích thướ c < 0,25

mm (VLHP)

Ngâm NaHCO3 1%

trong 12 giờ

R ửa lại bằng nướ c

cất đến khi nướ c

r ửa không màu

Tán nhuyễn, r ửa

nướ c cất

Sấy ở 90°C 12 giờ ,

nâng lên 120°C

trong 1 giờ 30 phút

Tr ộn bã mía nguyên

liệu (g) vớ i axit xitric

(ml) tỉ lệ là 1 : 10

Loại tạ p chất, phơi ráo,

cắt nhỏ

Ngâm nướ c cất đun sôi

trong 1 giờ , xả sạch

(lặ p lại 4÷5 lần)

Nghiền mịn, rây lấy

kích thướ c < 0,25 mm

(Bã mía nguyên liệu)

Sấy khô ở 105°C







2.2.2. Khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất hoạt hóa bã mía nguyên liệu

Khi tiến hành hoạt hóa bã mía nguyên liệu bằng axit xitric, nhận thấy r ằng nồng

độ của axit xitric có ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ của vật liệu hấ p phụ sau này. Do

vậy, việc khảo sát để tìm ra một nồng độ axit xitric tốt nhất để hoạt hóa bã mía nguyênliệu là một việc cần tiến hành. K ết quả khảo sát đượ c trình bày trong bảng 2.1.

B ảng 2.1: Kh ảo sát n ồng độ axit xitri c t ố t nh ấ t ho ạt hóa bã mía nguyên l i ệu

Nồng độ axit xitric (%) 15 25 35 45 55

Hiệu suất hấ p phụ (%) 23 25 25 30 45

Dựa vào bảng 2.1, ta thấy axit xitric có nồng độ là 55% cho hiệu suất hấ p phụ

tốt nhất. Vì nồng độ này là nồng độ bão hòa của axit xitric mà tại đây ta nhận đượ c k ết

quả hiệu suất hấ p phụ cao nhất nên nồng độ này được để chọn hoạt hóa bã mía nguyên

liệu.

Phản ứng este hóa giữa axit xitric và xenlulozơ (thành phần chính của bã mía)

được trình bày như sau: Axit xitric đầu tiên sẽ chuyển thành dạng anhiđric, tiế p theo là

phản ứng este hóa xảy ra giữa anhidric axit và các nhóm hiđroxyl của xellulozơ . Tại vị

trí phản ứng như vậy đã xuất hiện hai nhóm chức axit (từ axit xitric) có khả năng trao

đổi ion. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo dài thờ i gian phản ứng, quá trình este hóa có thể tiế p tục xảy ra đối vớ i các nhóm axit còn lại của axit xitric làm giảm khả năng trao đổi

ion.

Hình 2.2: Sơ đồ ph ản ứ ng este hóa c ủa xenlulozơ và axit xitric







Hình ảnh về các giai đoạn của quy trình chế tạo vật liệu hấ p phụ từ bã mía hoạt

hóa bằng axit xitric được trình bày dưới đây:

Hình 2.3: Bã mía c ắt nh ỏ Hình 2.4: Bã mía nguyên l i ệu

Hình 2.5: Bã mía nguyên l i ệu sau khi

tr ộn v ớ i axit xi tri c 55% t ỉ l ệ 1:10 (g:ml)

Hình 2.6: Hình ảnh c ủa VLH P

2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và bã mía nguyên liệu

2.3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu

- Cân 1 gam bã mía nguyên liệu cho vào cốc 100 ml.

- Thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02 N có pH ≈ 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong 60 phút ở

nhiệt độ phòng.

- Sau đó dùng phễu, xế p giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấ p phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấ p phụ đem chuẩn độ bằng

phương pháp chuẩn độ tạo phức vớ i thuốc thử EDTA 0,02 N.

- Ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy k ết

quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấ p phụ theo công thức (1.7):







2

2 1.(V )

10 EDTA

Cu

C V C

- Tính độ hấ p phụ a (mg/g) của bã mía nguyên liệu:

Từ công thức (1.1):

( ).o cbC C V

a m

(mmol/g)

→ ( ). .64o cbC C V a

m

(mg/g)

- Tính hiệu suất hấ p phụ theo công thức (1.2):( )

.100o cb

o

C C H

C

(%)

- Mỗi thí nghiệm đượ c lặ p lại 5 lần lấy k ết quả trung bình.

2.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP

- Cân chính xác 1 gam VLHP cho vào cốc 100 ml.

- Thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02 N có pH ≈ 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong 60 phút ở

nhiệt độ phòng.





quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấ p phụ, độ hấ p phụ a (mg/g) của

VLHP và hiệu suất hấ p phụ theo công thức đã trình bày ở mục 2.3.1. Mỗi thí nghiệm

đượ c lặ p lại 5 lần lấy k ết quả trung bình.

2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP

2.4.1.

Ảnh hưở ng của thờ i gian- Cân chính xác 1 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch

Cu2+ 0,02 N có pH ≈ 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong khoảng

thờ i gian lần lượ t từ 5÷90 phút ở nhiệt độ phòng.











quả trung bình.


VLHP và hiệu suất hấ p phụ theo công thức đã trình bày ở mục 2.3.1. Mỗi thí nghiệmđượ c lặ p lại 5 lần lấy k ết quả trung bình.

2.4.2. Ảnh hưở ng của pH

- Cân 1 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02 N

có pH lần lượ t từ 1÷5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong thờ i gian

50 phút là thờ i gian tốt nhất đã được xác định ở mục 2.4.1, ở nhiệt độ phòng.





quả trung bình.




2.4.3. Ảnh hưở ng của lượ ng VLHP

- Cân lần lượ t 1÷2,4 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch

Cu2+ 0,02 N có pH = 4 là pH tốt nhất đã được xác định ở mục 2.4.2.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong thờ i gian


- Sau đó dùng phễu, xế p giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấ p phụ.- Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấ p phụ đem chuẩn độ bằng



quả trung bình.










2.4.4. Ảnh hưở ng của nồng độ- Cân bằng hấp phụ

- Cân 1 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ vớ i các

nồng độ đầu lần lượ t 5.10-3 N; 0,01 N; 0,015 N; 0,02 N; 0,025 N ở pH = 4 là pH tốt

nhất đã được xác định ở mục 2.4.2.- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ vớ i tốc độ 250 vòng/phút trong thờ i gian




phương pháp chuẩn độ tạo phức vớ i thuốc thử EDTA ở các nồng độ xác định tương

ứng (N).


quả trung bình.




2.5. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ

Từ các yếu tố đã khảo sát ở trên chúng tôi rút ra được điều kiện tốt nhất cho quá

trình hấ p phụ của VLHP và tiến hành xác định độ hấ p phụ cực đại, hằng số cân bằng

hấ p phụ của VLHP theo mô hình hấ p phụ đẳng nhiệt của Langmuir. Chúng tôi sử dụng

các k ết quả thu đượ c khi khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ để tính toán độ hấ p phụ cực

đại và hằng số hấ p phụ của VLHP vì các thí nghiệm này đã đượ c thực hiện ở những

điều kiện tốt nhất đã đượ c khảo sát (thờ i gian, pH).







CHƯƠNG 3: K ẾT QUẢ - THẢO LUẬN

3.1. K ết quả khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP

3.1.1. K ết quả khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu

Sau khi tiến hành khảo sát khả năng hấ p phụ của bã mía nguyên liệu thu đượ c

k ết quả trình bày ở bảng 3.1.

B ảng 3.1: K ế t qu ả kh ảo sát kh ả năng hấ p ph ụ c ủa bã mía nguyên l i ệu

Thể tích EDTA chuẩn độ Vtb Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ H%Lần 1 Lần 2 Lần 3

Mẫu 1 9,4 9,3 9,4 9,37 0,0187 2,08 6,50

Mẫu 2 9,4 9,4 9,4 9,4 0,0188 1,92 6,00Mẫu 3 9,4 9,4 9,4 9,4 0,0188 1,92 6,00

Mẫu 4 9,3 9,4 9,4 9,37 0,0187 2,08 6,50

Mẫu 5 9,4 9,3 9,4 9,37 0,0187 2,08 6,50

Các giá tr ị trung bình 0,0187 2,02 6,30

3.1.2. K ết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP

Sau khi tiến hành khảo sát khả năng hấ p phụ của VLHP thu đượ c k ết quả trình

bày ở bảng 3.2.

B ảng 3.2: K ế t qu ả kh ảo sát kh ả năng hấ p ph ụ c ủa VLHP

Thể tích EDTA chuẩn độ Vtb

(ml)Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ

H%Lần 1 Lần 2 Lần 3

Mẫu 1 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50

Mẫu 2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00Mẫu 3 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50

Mẫu 4 5,7 5,8 5,8 5,77 0,0115 13,60 42,50

Mẫu 5 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

Các giá tr ị trung bình 0,0115 13,54 42,30

Từ k ết quả thu đượ c ở bảng 3.1 và bảng 3.2 ta tiến hành so sánh độ hấ p phụ,

hiệu suất hấ p phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP thu đượ c bảng số liệu bảng 3.3.







B ảng 3.3: So sánh độ h ấ p ph ụ, hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ c ủa bã mía nguyên l i ệu vàVLHP

Bã mía nguyên liệu VLHP

C (N) Ccb (N) a (mg/g) H % C (N) Ccb (N) a (mg/g) H %

0,0200 0,0187 2,02 6,30 0,0200 0,0115 13,54 42,30K ết quả ở bảng 3.3 cho thấy cả bã mía nguyên liệu và VLHP đều có cấu trúc lỗ

xốp nên đều có khả năng hấ p phụ ion kim loại Cu2+.

So sánh độ hấ p phụ và hiệu suất phụ của VLHP và bã mía nguyên liệu đối vớ i

ion Cu2+ nhận thấy r ằng khả năng hấ p phụ của VLHP tốt hơn bã mía nguyên liệu r ất

nhiều. Vì bã mía nguyên liệu là một vật liệu lignoxenlulozơ có thành phần là

xenlulozơ. Các nhóm hiđroxyl trên xenlulozơ đóng vai trò quan trọng trong khả năng

trao đổi ion. Tuy nhiên các nhóm OH của bã mía nguyên liệu đã đượ c hoạt hóa bằng

axit xitric thành các nhóm axit có khả năng trao đổi lớn hơn nên VLHP có khả năng

hấ p phụ tốt hơn.

So sánh k ết quả nghiên cứu vớ i các tài liệu tham khảo khác cũng thu đượ c k ết

quả tương tự, VLHP chế tạo từ bã mía bằng cách hoạt hóa vớ i axit xitric có khả năng

hấ p phụ tốt hơn bã mía nguyên liệu.

3.2.

K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng3.2.1. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của thờ i gian

B ảng 3.4: Ảnh hưở ng c ủa th ời gian đế n kh ả năng hấ p ph ụ ion Cu 2+ c ủa VLHP

Thờ i gian

(phút)

Các thông số hấ p phụ

Nồng độ

đầu C (N)

Nồng độ cân

bằng Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất hấ p

phụ H%

5 0,0200 0,0133 10,77 33,67

10 0,0200 0,0125 12,05 37,67

20 0,0200 0,0121 12,69 39,67

30 0,0200 0,0117 13,25 41,33

40 0,0200 0,0117 13,28 41,50

50 0,0200 0,0116 13,49 42,17

60 0,0200 0,0116 13,49 42,17

90 0,0200 0,0116 13,49 42,17







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

diễn ra 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 tới đượ c. Như vậy, việc khảo sát sự ảnh hưở ng của thờ i gian đến quá

trình hấ p phụ là r ất cần thiết.Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p phụ của

VLHP thu đượ c k ết quả trình bày ở phụ lục 1. Sau đó tính kết quả trung bình của các

thí nghiệm thu đượ c, số liệu đượ c trình bày trong bảng 3.4.

Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của

VLHP đượ c thể hiện trong hình 3.1.

Hình 3.1: Đồ th ị bi ể u di ễ n ảnh hưở ng c ủa th ời gian đế n kh ả năng hấ p ph ụ

ion Cu 2+ c ủa VLH P

Trong khoảng thờ i gian khảo sát (590 phút) ta nhận thấy:

- Bắt đầu 5 phút đầu tiên quá trình hấ p phụ xảy ra nhanh, hiệu suất hấ p phụ tăng

nhanh nên đồ thị có đườ ng dốc thẳng đứng. Do lúc này bề mặt tr ống của VLHP r ất lớ n

nên quá trình hấ p phụ xảy ra dễ dàng.

- Từ 5 đến 50 phút quá trình hấ p phụ tăng chậm nên đồ thị là đườ ng thẳng

nghiên. Do sau một thờ i gian, bề mặt tr ống còn lại r ất ít, quá trình hấ p phụ diễn ra

chậm do lực đẩy tương tác giữa các phân tử chất tan trong dung dịch lẫn các phân tử

chất tan đã hấ p phụ trên bề mặt chất hấ p phụ.

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100

H %

thời gian (phút)







- Từ 50 phút tr ở đi hiệu suất hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion Cu2+ tương đối ổn

định nên đồ thị có đườ ng thẳng gần như nằm ngang. Vì lúc này quá trình hấ p phụ hầu

như đã đạt đến tr ạng thái cân bằng.

Từ k ết quả trên, chúng tôi cho r ằng thời gian đạt cân bằng hấ p phụ đối vớ i ionCu2+ là 50 phút và chọn khoảng thờ i gian này là khoảng thờ i gian tốt nhất để thực hiện

các nghiên cứu tiếp theo đối vớ i ion Cu2+.

3.2.2. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của pH

Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p phụ của VLHP

thu đượ c k ết quả sau mỗi thí nghiệm trình bày trong phụ lục 2 và bảng 3.5.

B ảng 3.5: Ảnh hưở ng c ủa pH đế n kh ả năng hấ p ph ụ Cu 2+ c ủa VLHP

pH


Nồng độ đầu

C (N)

Nồng độ cân bằng

Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ H%

1,003 0,0200 0,0198 0,32 1,00

2,006 0,0200 0,0190 1,55 4,83

3,013 0,0200 0,0115 7,15 22,33

4,001 0,0200 0,0116 13,49 42,175,027 0,0200 0,0116 13,49 42,17

Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+ của VLHP

đượ c thể hiện trong hình 3.2.

Hình 3.2: Đồ th ị bi ể u di ễ n ảnh hưở ng c ủa pH đế n kh ả năng hấ p ph ụ ion

Cu 2+ c ủa VLHP

0

10

2030

40

50

0 1 2 3 4 5 6

H %

pH







K ết quả thực nghiệm cho thấy:

- K hi pH tăng từ 1 đến 4 thì hiệu suất hấ p phụ tăng. Môi trườ ng pH càng cao

hiệu suất hấ p phụ của VLHP đối với các cation càng tăng. Vì trong môi trườ ng axit

mạnh, các phần tử của cả chất hấ p phụ và chất bị hấ p phụ được tích điện dương và lựctương tác ở đây là lực đẩy tĩnh điện. Hơn nữa, nồng độ H+ hiện tại cao nên trong hỗn

hợ p có phản ứng cạnh tranh giữa cation kim loại vớ i H+ trong sự hấ p phụ, k ết quả là

làm giảm sự hấ p phụ cation kim loại.

- K hi tăng pH từ 4 đến 5 hiệu suất hấ p phụ thay đổi không đáng kể. Ở đây, pH

tăng, nồng độ ion H+ giảm, trong khi nồng độ cation kim loại gần như không đổi và

bở i vậy sự hấ p phụ cation kim loại có thể giải thích giống sự trao đổi phản ứng

H+ - Mn+ (M là kim loại).

- K hi pH tăng lên lớn hơn 5 đã có dấu hiệu k ết tủa hiđroxit Cu (II). Tuy nhiên,

nếu pH tăng cao hơn nữa có thể hình thành phức hiđroxo của kim loại nên sẽ làm hạn

chế sự hấ p phụ của VLHP.

Vì vậy, dựa vào k ết quả đạt đượ c ở trên, chúng tôi chọn pH = 4 là pH tối ưu để

thực hiện các nghiên cứu các quá trình hấ p phụ Cu2+ tiế p theo.

3.2.3. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của lượ ng VLHP

B ảng 3.6: Ảnh hưở ng c ủa lượng VLHP đế n kh ả năng hấ p ph ụ ion Cu 2+ c ủa VLHP

Khối lượ ng

chất hấ p phụ

(gam)


Nồng độ đầu

C (N)

Nồng độ cân

bằng Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất hấ p

phụ H%

1,0 0,0200 0,0115 13,55 42,33

1,2 0,0200 0,0101 13,20 49,50

1,4 0,0200 0,0095 12,00 52,50

1,6 0,0200 0,0075 12,47 62,33

1,8 0,0200 0,0065 11,97 67,33

2,0 0,0200 0,0049 12,05 75,33

2,2 0,0200 0,0010 13,80 94,83

2,4 0,0200 0,0010 13,80 94,83







Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của lượng VLHP đến khả năng hấ p phụ

ion Cu2+ của VLHP thu đượ c k ết quả sau mỗi thí nghiệm trình bày trong phụ lục 3 và

bảng 3.6.

Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của lượng VLHP đến khả năng hấ p phụ ion Cu2+

của VLHP đượ c thể hiện trong hình 3.3.

Hình 3.3: Đồ th ị bi ể u di ễ n ảnh hưở ng c ủa lượ ng ch ấ t h ấ p ph ụ đế n kh ả năng

h ấ p ph ụ ion Cu 2+ c ủa VLH P

Từ hình 3.3 cho thấy, khi tăng liều lượ ng VLHP thì hiệu suất phụ cũng tăng

theo do bề mặt tr ống của VLHP được tăng lên. Tuy nhiên đến một giá tr ị nhất định,hiệu quả hấ p phụ là cực đại thì việc tăng liều lượ ng chất hấ p phụ không còn ý nghĩa.

3.2.4. K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+

B ảng 3.7: Ảnh hưở ng c ủa n ồng độ đầu đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ Cu 2+ c ủa VLH P


Nồng độ đầu

C (N)


Ccb (N)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)

Hiệu suất hấ p phụ

H%

0,0050 2,10.10-4 7,67 95,80

0,0100 2,29.10- 12,67 77,10

0,0150 6,53.10-3 13,55 56,45

0,0200 0,0116 13,44 42,00

0,0250 0,0168 13,12 36,16

Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả năng

hấ p phụ của VLHP thu đượ c k ết quả sau mỗi thí nghiệm trình bày trong phụ lục 4 và bảng 3.7

0

20

40

60

80

100

1,0 1,5 2,0 2,5

H %

khối lượng (g)







Đồ thị biểu diễn ảnh hưở ng của nồng độ đầu đến khả năng hấ p phụ Cu2+ của

VLHP đượ c thể hiện trong hình 3.4.

Hình 3.4: Ảnh hưở ng c ủa n ồng độ đầu ion Cu 2+

đế n kh ả năng hấ p ph ụ ionCu 2+ c ủa VLHP

Từ hình 3.4 cho thấy, khi tăng nồng độ đầu ion Cu2+ thì hiệu suất hấ p phụ của

VLHP giảm dần. Khi nồng độ ion Cu2+ ban đầu còn thấ p, các trung tâm hoạt động trên

bề mặt của VLHP vẫn chưa đượ c lấp đầy bở i các ion Cu2+. Do đó khi nồng độ ion

Cu2+ tăng thì hiệu quả xử lý tăng lên. Tuy nhiên, đến một thời điểm nào đó, khi các

trung tâm trên đã đượ c che phủ bở i ion Cu2+ thì khả năng hấ p phụ của vật liệu vớ i ion

Cu2+ giảm r ất nhanh. Bề mặt vật liệu hấ p phụ tr ở nên bão hòa dần bở i ion Cu2+.

3.3. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ

Từ các k ết quả thu đượ c sau khi khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+

đến khả năng hấ p phụ của VLHP, chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấ p phụ theo mô

hình hấ p phụ đẳng nhiệt của Langmuir vớ i bảng số liệu đượ c trình bày ở bảng 3.8.

B ảng 3.8: S ố l i ệu nghiên c ứ u cân b ằng h ấ p ph ụ theo mô hình h ấ p ph ụ đẳng

nhi ệt c ủa Langmuir Nồng độ đầu

C (mg/L)


Ccb (mg/L)

Độ hấ p phụ

a (mg/g)Ccb/a (g/L)

320 13,44 7,67 1,75

640 146,56 12,67 11,57

960 417,92 13,55 30,84

1280 742,40 13,44 55,23

1600 1075,2 13,12 81,95

0

25

50

75100

125

0,000 0,010 0,020 0,030

H %

nồng độ ban đầu Co (N)







Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir của VLHP đối vớ i ion

Cu2+ đượ c thể hiện trong hình 3.5.

Hình 3.5: Đường đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ Langmuir đố i v ớ i i on Cu 2+

Khi tăng nồng độ đầu thì độ hấ p phụ tăng dần và khi nồng độ đầu tăng đến một

giá tr ị nào đó, khi mà bề mặt tr ống của VLHP bị bão hòa bở i các phân tử chất tan thì

phản ứng đạt cân bằng, độ hấ p phụ tại thời điểm này là lớ n nhất. Từ hình 3.5 ta nhận

thấy độ hấ p phụ a phụ thuộc vào nồng độ cân bằng Ccb theo đườ ng cong với 2 điểm

cao cực đại và đường cong này đang có dấu hiệu chuyển sang đườ ng thẳng, nghĩa là

phản ứng gần đạt cân bằng. Điều này có thể giải thích là do trườ ng lực electron đã tác

động đến quá trình hấ p phụ.

Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir được đưa về dạng tuyến tính như hình 3.6.

Hình 3.6: Đường đẳng nhi ệt h ấ p ph ụ Langmuir d ạng tuy ế n tính c ủa VLHP đố i v ớ i

ion Cu 2+

5

8

11

14

17

0 200 400 600 800 1000 1200

a ( m g / g )

nồng độ cân bằng Ccb (mg/L)

y = 0,0752x + 0,2366R² = 0,9994

0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800 1000 1200

C c b / a ( g / L

)

nồng độ cân bằng Ccb (mg/L)







Từ đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir dạng tuyến tính trên hình 3.6, chúng

tôi xác định đượ c:

- Độ hấ p phụ cực đại đối vớ i ion Cu2+ là: max

1 113,30

0,0752

a

tg

mg/g

- Hằng số cân bằng hấ p phụ là:max

1 1k 0,318

13,30.0,2366.a OM

3.4. So sánh k ết quả đạt đượ c vớ i các nghiên cứ u hoạt hóa bằng axit sunfuric

Thông qua các số liệu thực nghiệm xác định đượ c ở trên chúng ta có thể đưa ra

một số so sánh như sau:

+ VLHP chế tạo từ bã mía khi đượ c hoạt hóa bằng axit sunfuric và axit xitric

đều có khả năng hấ p phụ ion Cu2+ tốt hơn nguyên liệu bã mía chưa qua xử lí. Tuy

nhiên do tính chất oxi hóa mạnh nên bã mía đượ c hoạt hóa bằng axit sunfuric cho hiệu

quả hấ p phụ tốt hơn.

+ VLHP chế tạo từ bã mía khi đượ c hoạt hóa bằng axit sunfuric và axit xitric

đều có khả năng hấ p phụ ion Cu2+ tốt ở khoảng pH 4÷5.

+ Độ hấ p phụ càng cao đối vớ i cả hai loại VLHP khi nồng độ ion Cu2+ càng

cao.







CHƯƠNG 4: K ẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

4.1. K ết luận

Các k ết quả thu được đã đáp ứng đượ c mục đích nghiên cứu ban đầu của đề tài:

- Đã chế tạo thành công VLHP từ nguồn phụ phẩm công nghiệ p là bã mía bằng

axit xitric.

- Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion

Cu2+ theo phương pháp hấ p phụ tĩnh. Các kết quả thu đượ c:

+ Khả năng hấ p phụ của VLHP cao hơn rất nhiều so vớ i bã mía nguyên liệu.

+ Thời gian đạt cân bằng hấ p phụ của VLHP là 50 phút.

+ Khoảng pH để sự hấ p phụ ion Cu

2+

của VLHP xảy ra tốt nhất là pH = 4.+ Khi lượng VLHP tăng, độ hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion Cu2+ cũng tăng.

+ Trong khoảng nồng độ đầu đã khảo sát vớ i ion Cu2+, thì khi nồng độ đầu tăng

thì độ hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion Cu2+ tăng.

+ Khảo sát cân bằng hấ p phụ theo mô hình hấ p phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác

định đượ c độ hấ p phụ cực đại đối vớ i ion Cu2+ là 13,30 mg/g, hằng số cân bằng hấ p

phụ k = 0,318.

4.2.

Kiến nghị - Tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp xử lí bã mía nguyên liệu bằng các

hóa chất khác.

- Sử dụng phương pháp trắc quang trong việc định lượng hàm lượ ng ion kim

loại.

- Nghiên cứu khả năng giải hấ p của VLHP và tìm ra một quy trình sử lí nướ c

thải theo quy mô công nghiệ p có sử dụng VLHP.







TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LI Ệ U TI Ế NG VI Ệ T

1. Nguyễn Tinh Dung (2002), Hóa học phân tích, Nxb Giáo dục.

2.

Tr ần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội.

3. Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lí, Nxb Giáo dục.

4. Lê Thành Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm (2008),

Nghiên cứu khả năng hấ p phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ tr ấu biến tính, T ạ p chí

Phát triể n KH&CN , 11 (8), 5-12.

5. Luận văn “ Nghiên cứ u khả năng hấ p phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấ p

phụ chế t ạo t ừ bã mía và thăm dò xử lí môi tr ường”, Đại học Thái Nguyên, 11-19.6. Tr ần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình Hóa lí , tậ p

2, Nxb Giáo dục.

7. S.S.VOIUTSKI (1973), Hóa học chấ t keo, tậ p 1, Nxb Đại học và trung học chuyên

nghiệ p.

8. Lê Hữu Thiềng, Tr ần Thị Vân Hạnh, Nghiên cứ u khả năng hấ p phụ Cu2+

, Ni2+

, của

bã mía qua xử lí bằ ng axit xitric, Đại học Thái Nguyên, 71-75.

9.

Lê Hữu Thiềng, Hoàng Ngọc Hiền , Nghiên cứ u khả năng hấ p phụ ion Ni2+ trong

môi trường nướ c trên vật liệu hấ p phụ chế t ạo t ừ bã mía và ứ ng d ụng vào xử lí môi

trườ ng , Đại học Thái Nguyên.

10. Đỗ Thị Mỹ Tiên (2014), “ Khảo sát khả năng hấ p phụ ion Cu2+

trên vật liệu hấ p

phụ chế t ạo t ừ bã mía”, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Cần Thơ.

11. Tiêu chuẩn Việt Nam 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trườ ng.

12. Lâm Minh Triết, Diệ p Ngọc Sươ ng (2000), Các phươ ng pháp phân tích kim loại

trong nướ c và nướ c thải, Nxb Khoa học và k ĩ thuật.

TÀI L I Ệ U TI Ế NG ANH

13. David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, The United

States of America.

14. Mykola, T. K., L. A. Kupchik, and B. K. Veisoc (1999), “Evaluation of pectin

binding of heavy metal ions in aqueous solutions”, Chemosphere, 38 (11),

2591-2596.







15. Z. Reddad, C. Gerente, Y. Andres, M. C. Ralet. J. F. Thibault, and P. L. Cloirec

(2002), “Ni (II) and Cu (II) binding properties of native and modified sugar beet

pulp”, Carbohydrate Polymers, 49, 23-31.

TRANG WEB

16. http://thanthienmoitruong.com/tin-tuc/21/thuc-trang-o-nhiem-moi-truong-nuoc-ta-

hien-nay.html

17. http://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/khoahoc/moitruong_connguoi/ch12.htm

18. http://www.renewableenergy.org.vn/index.php?page=sinh-khoi

19. http://www.vietlinh.vn/library/materials_equipment/bamia.asp

20. http://www.ncseif.gov.vn/sites/vie/Pages/nhungnetnoibatthitruong-nd-16792.html



http://thanthienmoitruong.com/tin-tuc/21/thuc-trang-o-nhiem-moi-truong-nuoc-ta-hien-nay.html





http://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/khoahoc/moitruong_connguoi/ch12.htm


http://www.renewableenergy.org.vn/index.php?page=sinh-khoi


http://www.vietlinh.vn/library/materials_equipment/bamia.asp


http://www.ncseif.gov.vn/sites/vie/Pages/nhungnetnoibatthitruong-nd-16792.html

http://www.ncseif.gov.vn/sites/vie/Pages/nhungnetnoibatthitruong-nd-16792.html









SVTH: Phan Thị Phương Thảo

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấp

phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm

Thờ i gian

(phút)

Thể tích EDTAchuẩn độ Vtb Ccb (N)

Độ hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ


5

M1 6,6 6,7 6,6 6,63 0,0133 10,72 33,50

M2 6,7 6,6 6,6 6,63 0,0133 10,72 33,50

M3 6,6 6,6 6,6 6,6 0,0132 10,88 34,00

10M1 6,2 6,2 6,3 6,23 0,0125 12,00 37,50M2 6,2 6,2 6,2 6,2 0,0124 12,16 38,00

M3 6,2 6,3 6,2 6,23 0,0125 12,00 37,50

20

M1 6,0 6,0 6,1 6,03 0,0121 12,64 39,50

M2 6,0 6,0 6,0 6,0 0,0120 12,80 40,00

M3 6,1 6,0 6,0 6,03 0,0121 12,64 39,50

30

M1 5,9 5,9 5,9 5,9 0,0118 13,12 41,00

M2 5,8 5,9 5,9 5,87 0,0117 13,28 41,50

M3 5,9 5,9 5,8 5,87 0,0117 13,28 41,50

40

M1 5,8 5,8 5,9 5,83 0,0117 13,28 41,50

M2 5,8 5,9 5,8 5,83 0,0117 13,28 41,50

M3 5,9 5,8 5,8 5,83 0,0117 13,28 41,50

50

M1 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M2 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50M3 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

60

M1 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M3 5,7 5,8 5,8 5,77 0,0115 13,60 42,50

90

M1 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M3 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50







Phụ lục 2: K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấp phụ của

VLHP sau mỗi thí nghiệm

pHThể tích EDTA chuẩn độ

Vtb Ccb (N)

Độ hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ


1,003

M1 9,9 9,9 9,9 9,9 0,0198 0,32 1,00

M2 9,9 9,9 9,9 9,9 0,0198 0,32 1,00

M3 9,9 9,9 9,9 9,9 0,0198 0,32 1,00

2,006

M1 9,5 9,5 9,5 9,5 0,0190 1,60 5,00

M2 9,5 9,6 9,5 9,53 0,0191 1,44 4,50M3 9,5 9,5 9,5 9,5 0,0190 1,60 5,00

3,013

M1 7,8 7,8 7,7 7,77 0,0155 7,20 22,50

M2 7,8 7,8 7,8 7,8 0,0156 7,04 22,00

M3 7,7 7,8 7,8 7,77 0,0155 7,20 22,50

4,001

M1 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M3 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50

5,027

M1 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50

M2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M3 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00







Phụ lục 3: K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của lượng VLHP đến khả năng hấp

phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm

Khối

lượ ngVLHP

(gam)

Thể tích EDTA chuẩn độ

Vtb Ccb (N)

Độ hấ p

phụ a

(mg/g)

Hiệu suất

hấ p phụ


1,0

M1 5,8 5,8 5,7 5,77 0,0115 13,60 42,50

M2 5,7 5,8 5,8 5,77 0,0115 13,60 42,50

M3 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

1,2

M1 5,0 5,1 5,1 5,07 0,0101 13,20 49,50

M2 5,1 5,1 5,0 5,07 0,0101 13,20 49,50

M3 5,1 5,1 5,0 5,07 0,0101 13,20 49,50

1,4

M1 4,8 4,8 4,7 4,77 0,0095 12,00 52,50

M2 4,8 4,7 4,8 4,77 0,0095 12,00 52,50

M3 4,8 4,8 4,7 4,77 0,0095 12,00 52,50

1,6

M1 3,8 3,8 3,8 3,8 0,0076 12,40 62,00

M2 3,7 3,8 3,8 3,77 0,0075 12,50 62,50M3 3,8 3,8 3,7 3,77 0,0075 12,50 62,50

1,8

M1 3,3 3,3 3,3 3,3 0,0066 11,91 67,00

M2 3,3 3,2 3,3 3,27 0,0065 12,00 67,50

M3 3,3 3,3 3,2 3,27 0,0065 12,00 67,50

2,0

M1 2,5 2,4 2,5 2,47 0,0049 12,08 75,50

M2 2,5 2,5 2,5 2,5 0,0050 12,00 75,00

M3 2,5 2,4 2,5 2,47 0,0049 12,08 75,50

2,2

M1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,0010 13,82 95,00

M2 0,5 0,6 0,5 0,53 0,0011 13,75 94,50

M3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,0010 13,82 95,00

2,4

M1 0,5 0,6 0,5 0,53 0,0011 13,75 94,50

M2 0,5 0,5 0,5 0,5 0,0010 13,82 95,00

M3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,0010 13,82 95,00







Phụ lục 4: K ết quả khảo sát ảnh hưở ng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả

năng hấp phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm

C (N)

Thể tích EDTA chuẩn độ

Vtb Ccb (N)

a

(mg/g) H%Lần 1 Lần 2 Lần 3

0,0050

M1 0,5 0,4 0,4 0,43 2,15.10-4 7,66 95,70

M2 0,4 0,5 0,4 0,43 2,15.10-4 7,66 95,70

M3 0,4 0,4 0,4 0,4 2,00.10- 7,68 96,00

0,0100

M1 2,3 2,3 2,3 2,3 2,30.10-3 12,32 77,00

M2 2,3 2,3 2,2 2,27 2,27.10-3 12,37 77,30

M3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,30.10-3 12,32 77,00

0,0150

M1 4,4 4,3 4,3 4,33 6,50.10- 13,60 56,67

M2 4,4 4,3 4,3 4,33 6,50.10-3 13,60 56,67

M3 4,3 4,3 4,4 4,33 6,60.10-3 13,44 56,00

0,0200

M1 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M2 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

M3 5,8 5,8 5,8 5,8 0,0116 13,44 42,00

0,0250

M1 6,7 6,7 6,7 6,7 0,0168 13,12 32,80

M2 6,7 6,7 6,7 6, 7 0,0168 13,12 32,80

M3 6,7 6,7 6,7 6,7 0,0168 13,12 32,80







Cách pha các hóa chất sử dụng trong các thí nghiệm khảo sát

1. Pha dung dịch CuSO4 0,02 N

- Tính khối lượ ng CuSO4 (CuSO4.5H2O, M = 249,69) cần lấy theo công thức:

. ..1000D.V 1000

ct N N ct m C ĐV C m

Trong đó: C N là nồng độ đương lượ ng của dung dịch CuSO4 (N)

mct là khối lượ ng CuSO4.5H2O (gam)

Đ là đương lượ ng gam của CuSO4 (gam)

V là thể tích dung dịch CuSO4 cần pha (ml)

Ví dụ: Pha 1000 ml dung dịch CuSO4 0,02 N

. . 0,02.124,845.1000 2, 4969( )1000 1000 N

ct C D V m g

+ Cân chính xác 2,4969 gam CuSO4.5H2O cho vào cốc 100 ml, thêm nướ c cất

vào, khuấy đều, cho vào bình định mức 1 lít, tráng cốc 3 lần với nướ c cất tiế p tục cho

vào bình định, thêm nướ c cất đến vạch, đậy nắp bình định mức, lắc đều. Ta đượ c 1000

ml dung dịch CuSO4 0,02 N.

2. Pha dung dịch EDTA 0,02 N

- Tính khối lượ ng EDTA (Na2H2Y.2H2O, M = 372,24) cần lấy theo công thức:. .

.1000D.V 1000

ct N N ct

m C ĐV C m

Trong đó: C N là nồng độ đương lượ ng của dung dịch EDTA (N)

mct: khối lượ ng EDTA (gam)

Đ là đương lượ ng gam của EDTA (gam)

V là thể tích dung dịch EDTA cần pha (ml)

Ví dụ: Pha 1000 ml dung dịch EDTA 0,02 N. . 0,02.186,12.1000

3, 7224( )1000 1000

N ct

C D V m gam

+ Cân chính xác 3,7224 gam EDTA cho vào cốc 100 ml, thêm nướ c cất vào,

khuấy đều, cho vào bình định mức 1 lít, tráng cốc 3 lần với nướ c cất tiế p tục cho vào

bình định, thêm nướ c cất đến vạch, đậy nắp bình định mức, lắc đều. Ta đượ c 1000 ml

dung dịch EDTA 0,02 N.

3.

Pha dung dịch axit xitric 55%






- Tính khối lượ ng axit xitric (C6H8O7.H2O) cần lấy theo công thức:

dd 1

2

%..

100ct

C m M m

p M

Trong đó: M1 là khối lượ ng phân tử ngậm nướ cM2 là khối lượ ng phân tử không ngậm nướ c

p là độ tính khiết của chất r ắn

Ví dụ: Pha 100 gam dung dịch axit xitric 55% với độ tinh khiết của chất r ắn là

99,5%.

→ 55.100 210,14

. 60, 4548100.0,995 192,14

ct m (gam)

+ Cân chính 60,4548 gam axit xitric cho vào cốc 100 ml, thêm nướ c cất vào

cho đủ 100 gam.

+ Ngâm cốc vào chậu nướ c ấm, khuấy đều. Ta đượ c 100g dung dịch axit xitric

55%.

4. Pha dung dịch NaHCO3 1%

Cân 1 gam NaHCO3 cho vào cốc 100 ml, thêm nướ c cất cho đủ 100 gam, khuấy

đều, ta thu đượ c dung dịch NaHCO3 1%.

5. Pha dung dịch đệm pH = 8

- Pha dung dịch NH4Cl 5%: Cân 5 gam NH4Cl, thêm nướ c cất vào cho đủ 100

gam, khuấy đều. Ta thu đượ c dung dịch NH4Cl 5%.

- Khuấy dung dịch NH4Cl 5% đã pha trên máy khuấy từ, thêm từ từ dung dịch

amoniac 25%, đồng thờ i đo pH dung dịch đến khi thu đượ c dung dịch có pH = 8.

6. Pha chỉ thị murexit 1% (ở dạng hỗn hợ p rắn)

- Nghiền 0,1 gam chỉ thị murexit vớ i 10 gam NaCl khan (loại tinh khiết) trongcối sứ thành bột mịn. Hỗn hợ p r ắn có nồng độ chỉ thị là 0,01%.

- Bảo quản chỉ thị trong lọ thủy tinh, đậy nắp kín và để trong bình hút ẩm.


Documents

Khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh với các nghiên cứu hoạt hóa