TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC
NGUYỄN THỊ HẰNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
HÀ NỘI, 2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC
NGUYỄN THỊ HẰNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học
Th.S ĐỖ THỦY TIÊN
HÀ NỘI, 2018
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Đỗ
Thủy Tiên - trường ĐH sư phạm Hà Nội 2 đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ
em hoàn thành bản khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Hóa
học đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dưới
mái trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo mọi
điều kiện, động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập.
Do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế, nên bản thân khóa luận
này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của
thầy, cô giáo cũng như toàn thể các bạn để khóa luận của em có thể hoàn
thiện hơn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hằng
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu
thực sự của cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,
nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS.Đỗ
Thủy Tiên.
Các số liệu và những kết quả đo được trong khóa luận là trung thực, do
cá nhân em tiến hành thí nghiệm.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hằng
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ
Than hoạt tính (Activated carbon) AC
IR Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared (IR) spectroscopy)
SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Microscope)
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
VLHP Vật liệu hấp phụ
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken ........................................... 3
Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken ................................................... 3 Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni2+ trong nước thải
công nghiệp .................................................................................... 5
Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 9
Bảng 1.5. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh Đắk
Lắk và tỉnh Điện Biên .................................................................. 13
Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni (II) với các
nồng độ khác nhau ........................................................................ 22
Bảng 3.2. Hiệu suất hấp phụ Ni (II) của các VLHP với nồng độ chất hoạt
hóa HNO3 khác nhau .................................................................... 23
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP............................................................................... 27
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni (II) .............................................................................. 28
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả
năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 29
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ của VLHP ........................................................ 31
Bảng 3.7. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni (II) của VLHP .................... 32
Bảng 3.8 . So sánh một số chất hấp phụ được sử dụng để loại bỏ các ion
Ni(II) trong nước .......................................................................... 34
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir............................................ 11
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni (II) ............................... 22
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3
đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ....................................... 23
Hình 3.3. Kết quả phân tích trên phổ hồng IR của than chưa biến tính ......... 24
Hình 3.4. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của than biến tính
bằng HNO3 ................................................................................... 25
Hình 3.5. Than chưa biến tính ...................................................................... 26
Hình 3.6. Than biến tính bằng HNO3............................................................ 26
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP............................................................................... 27
Hình 3.8 . Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni(II) ............................................................................... 28
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả
năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 30
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu Ni (II) đến hiệu
suất hấp phụ của VLHP ................................................................ 31
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với
Ni(II) ............................................................................................ 33
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với Ni (II) .......... 33
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken .............................................................. 3
1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken ............................................... 3
1.1.2. Công dụng của niken .................................................................... 4
1.1.3. Ảnh hưởng của niken .................................................................... 4
1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước ......................... 5
1.2. Phương pháp hấp phụ .......................................................................... 6
1.2.1. Các khái niệm ............................................................................... 6
1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........... 8
1.3. Giới thiệu vỏ cà phê ........................................................................... 11
1.4. Than hoạt tính (AC) và cấu trúc bề mặt của AC ................................ 13
1.4.1. Giới thiệu về than hoạt tính ........................................................ 13
1.4.2. Các phương pháp sản xuất than hoạt tính ................................... 13
1.4.3. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính ...................................... 15
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 17
2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 17
2.2. Hóa chất và dụng cụ .......................................................................... 17
2.2.1. Hóa chất ..................................................................................... 17
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ ................................................... 17
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 18
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu..................................................... 18
2.3.2. Phương pháp phân tích ............................................................... 18
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................... 18
2.3.3.1. Xây dựng đường chuẩn Ni (II) .............................................. 18
2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê ............... 19
2.3.3.3. Thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ Ni(II) của VLHP................................................................... 20
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 22
3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Ni (II) ................................ 22
3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của các vật liệu hấp phụ .. 22
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả năng
hấp phụ Ni(II) ....................................................................................... 22
3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ............... 24
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II)
của VLHP................................................................................................. 26
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ...... 26
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II)
của VLHP ............................................................................................. 27
3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II).. 29
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả năng hấp phụ
của VLHP ............................................................................................. 30
3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ ................................................. 32
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 36
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới nói chung và ở
nước ta nói riêng đang ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển của nhiều
ngành công nghiệp sản xuất, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi
trường và con người. Trong số các kim loại nặng thì niken có độc tính cao.
Ngộ độc niken cũng như các hợp chất của nó sẽ gây đau đầu, tức ngực, ho,
khó thở, tổn thương tim mạch- hệ hô hấp, suy thận,…[8,13,15,18]. Vì vậy
việc loại bỏ thành phần kim loại nặng đặc biệt là Ni (II) ra khỏi nguồn nước
ngầm hay nước thải công nghiệp đang là một trong những vấn đề quan trọng
cần phải giải quyết hiện nay.
Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phương pháp xử lý các
nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng như phương pháp kết tủa, trao đổi ion,
phương pháp sinh học, phương pháp hóa học ,…các phương pháp này thường
khá tốn kém hoặc có thể đưa vào môi trường những chất ô nhiễm khác. Trong
đó phương pháp hấp phụ có ưu điểm xử lý nhanh và cho kết quả rất khả thi
[12]. Than hoạt tính (AC) với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết
cho ứng dụng để thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong
xử lý nước thải [1]. Tuy nhiên giá của các loại AC là rất đắt tiền do hầu hết
các sản phẩm AC có nguồn gốc chung từ các nguyên liệu tự nhiên tốn kém
như gỗ hoặc than. Do đó việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như bã chè
[16], vỏ cà phê [29], bã mía [7], vỏ trấu [18] ,… đang được các nhà khoa học
quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả mà nó mang lại. Một trong các
nguồn phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là vỏ cà phê với
thành phần chính là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin rất thích hợp cho việc
nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước
trong đó có niken.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 1
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ
Ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê”.
Mục đích nghiên cứu
Chế tạo được các loại than hoạt tính với chất hoạt hóa là HNO3 từ vỏ cà
phê với nồng độ chất hoạt hóa khác nhau. Sau đó, đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) trong nước của các VLHP chế tạo được và khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP (pH, thời gian, khối lượng,…).
Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo các vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê.
- Đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP thông qua IR và SEM.
- Đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP chế tạo được, khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ (pH, thời gian, khối lượng,…).
- Xác định dung lượng của VLHP.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều chế được VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các
ion kim loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường.
Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở
Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp
với điều kiện kinh tế của Việt Nam.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 2
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken
1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken
Tính chất vật lý
Trong vỏ trái đất niken chiếm khoảng 0,015 % (theo khối lượng). Niken
(Z = 28) thuộc nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn.
Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken
STT Bán kính nguyên tử, AO
Cấu hình electron [Ar] 3d84s2 28 1,24
Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Đặc tính
cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong thiên nhiên niken có 5 đồng vị bền: 58Ni (67,7%) ,60Ni ,61Ni ,62Ni ,64 Ni. Số oxi hóa phổ biến của
niken là + 2, mặc dù 0, +1, và +3 của phức niken cũng được quan sát.
Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong
khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng
lưu huỳnh trong quặng niken.
Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken [13]
Nhiệt thăng Độ cứng Độ dẫn điện Nhiệt độ nóng chảy, oC Nhiệt độ sôi, oC hoa, KJ/mol (thang Moxơ)
1453 3185 424 5 14
Tính chất hóa học
Niken là kim loại có tính hoạt động trung bình, khả năng phản ứng kém
hơn sắt và coban. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, nó không tác
dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố không kim loại điển hình như O2, S,
Cl2, Br2 vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng nó phản ứng mãnh liệt nhất là
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 3
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
khi niken được chia nhỏ. Niken tinh khiết bền với không khí và nước, người
ta dùng niken để mạ ngoài các đồ bằng kim loại.
1.1.2. Công dụng của Niken
Niken có nhiều tính năng đặc biệt. Niken cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo
và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống.
Những hợp kim của nó với một số kim loại khác dùng trong kỹ thuật lại là
những hợp kim rất cứng, vì vậy người ta thường đưa vào thép để tăng độ
cứng, độ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các loại thép hợp kim đặc biệt [3].
Do tính chất khó bị oxi hóa nên niken được dùng trong công nghiệp mạ
để bảo vệ các kim loại dễ bị gỉ sét. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo ắc
quy kiềm có dung lượng cao và bền vững. Ngoài ra, hợp kim chứa 6%- 8%
niken (18%-20% crom) là thép không gỉ cao cấp, bền ăn mòn trong các môi
trường xâm thực mạnh. Vì vậy, chúng được dùng trong nhiều ngành công
nghiệp: chế tạo máy, hàng không, tên lửa, chế tạo ô tô, thiết bị y tế, xây
dựng,… Trong đời sống hàng ngày, hợp kim niken được dùng trong nhiều
làm dụng cụ gia đình, bộ đồ bếp.
1.1.3. Ảnh hưởng của Niken
Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện
kim, xi mạ, điện tử, ... Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, nó
gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh
hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận , còn nếu da tiếp xúc lâu
dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,… [8,13,15,18].
Hợp chất nikencacbonyl có độc tính cao (hơn khí CO 100 lần). Những nghiên
cứu đã cho thấy độc tính đặc biệt cao của nikencacbonyl thể hiện dưới dạng
hạt nhỏ, mịn lắng đọng trong phổi. Ở điều kiện ẩm của dịch phổi gây kích ứng
sưng huyết và phù nề phổi.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 4
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chứa niken (II) [1]. QCVN
40:2011/BTNMT quy định nồng độ của niken (II) trong nước thải công
nghiệp như sau:
Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni2+
trong nước thải công nghiệp
Giá trị C Nguyên tố Đơn vị A B
Niken mg/l 0,2 0,5
Trong đó:
Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tại khu
vực tiếp nhận nước thải.
Phương pháp sinh học:
1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước
- Hấp thụ sinh học
- Chuyển hóa sinh học
- Phương pháp bãi lau sậy
Phương pháp kết tủa:
- Các quá trình sử dụng enzyme khác
- Quá trình oxi hóa khử
- Quá trình kết tủa hiđroxit
- Quá trình kết tủa sunfit
- Quá trình photphat hóa
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 5
Quá trình điện hóa:
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
- Kết tủa điện hóa
- Thẩm tách điện hóa
- Đông tụ điện hóa
Hấp phụ và trao đổi ion:
- Trao đổi ion điện hóa
- Hấp phụ (vật lý, hóa học)
- Trao đổi ion Phương pháp màng: thẩm thấu ngược và lọc Nano (10-9m),
- Vi lọc
Ngoài ra, còn có các phương pháp như trích ly và phương pháp quang
- Quá trình màng lỏng
hóa.
1.2. Phương pháp hấp phụ
1.2.1. Các khái niệm
Hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn,
lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Trong đó, các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc
khí hấp phụ trên bề mặt chất rắn, xốp. Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp
phụ gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi
là chất bị hấp phụ; pha mang là hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi
ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực
tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân
biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2].
Hấp phụ vật lý
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 6
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa
phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm
ứng, định hướng, khuếch tán) liên kết này yếu dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học được gây ra bởi lực liên kết hóa học ( liên kết cộng hóa
trị, lực ion, lực liên kết phối trí) giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị
hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa
học thường lớn hơn 22 kcal/mol.
Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là
tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại cả
quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá
trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả
năng hấp phụ hóa học tăng lên [9], [11].
Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước [2]
Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít
nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ.
Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và
có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị
hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn
thì hấp phụ xảy ra với cặp đó.
Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của
chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức
độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất
hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về
độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt
trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại. Hấp phụ trong môi trường
nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch, độ xốp, sự phân bố lỗ
xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 7
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: Khối lượng
phân tử, cấu trúc phân tử, loại và số lượng các nhóm chức, hàm lượng tro và
các hợp chất dễ bay hơi, diện tích bề mặt riêng, số lượng vi lỗ có trong vật
liệu, pH của môi trường hấp phụ và pH của vật liệu, liều lượng vật liệu hấp
phụ,thời gian hấp phụ, nồng độ chất hấp phụ.
1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp
phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha
mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp
phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở
lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng [9], [11].
- Dung lượng hấp phụ cân bằng: biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác
định về nồng độ và nhiệt độ [11].
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
(Co−Ccb )V m
q = (1.1)
Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
V: thể tích dung dịch (l)
m: khối lượng chất hấp phụ (g )
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 8
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
- Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng ở trạng thái cân bằng.
- Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
dung dịch ban đầu.
(Co−Ccb ) Co
(1.2) × 100% H =
Trong đó:
H: hiệu suất hấp phụ (%)
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l).
Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ
Tên đường đẳng nhiệt Bản chất sự STT Phương trình hấp phụ hấp phụ
Vật lý và Hóa Langmuir 1 học
Vật lý và Hóa Henry 2 học
Vật lý và Hóa Freundlich 3 học
4 Shlygin-Frumkin-Temkin Hóa học
Brunauer-Emmett-Teller Vật lý, nhiều 5 (BET) lớp
Trong các phương trình trên, là thể tích chất bị hấp phụ, là thể tích
hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, p0 là áp suất hơi bão
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 9
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết trong cùng nhiệt độ. Các
ký hiệu KL, k, a, n là các hằng số.
Trong đề tài này, em nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP với ion kim loại nặng Ni2+ trong môi trường nước theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các
giả thuyết:
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân
hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở Bảng 1.4 được xây
dựng cho hệ hấp phụ rắn - khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp
dụng cho hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir
được biểu diễn như sau:
q qm
(1.3)
= θ = b.Ccb 1+b.Ccb
Trong đó:
q, qm : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
θ : độ che phủ
b : hằng số Langmuir
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
- Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb << 1 thì q = 𝑞𝑚. b. Ccb mô tả vùng hấp
phụ tuyến tính.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 10
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
- Trong vùng nồng độ cao: b.Ccb >> 1 thì q = 𝑞𝑚 mô tả vùng hấp phụ
bão hòa.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình
đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, đưa phương trình (1.3) về dạng phương trình
đường thẳng:
(1.4)
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của vào Ccb sẽ xác định được các hằng
số KL, qm trong phương trình. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng
như Hình 1.1 và Hình 1.2.
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 1.2. Sự phụ thuộc của
𝑪𝒄𝒃 𝒒
Langmuir vào Ccb
1.3. Giới thiệu vỏ cà phê
Hiện nay, cà phê đang là mặt hàng nông sản đạt giá trị xuất khẩu lớn
nhất của nước ta. Nó đã được trồng rộng rãi ở các tỉnh Điện Biên, Sơn La,
Quảng Trị, Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu và 5 tỉnh Tây nguyên.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 11
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Tổng diện tích cà phê cả nước là 614,545 ha, trong đó Tây Nguyên chiếm tỷ
lệ khoảng 92% (Cục Trồng trọt, 2012). Đắk Lắk là tỉnh có diện tích trồng cà
phê lớn nhất cả nước. Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông
thôn tỉnh Đắk Lắk, sản lượng cà phê thành phẩm thu được hàng năm khoảng
là 460,000 tấn, với tỷ lệ vỏ cà phê chiếm 40% thì hàng năm sẽ thải ra gần
200,000 tấn vỏ khô cà phê [14]. Sau mỗi vụ thu hoạch, phơi khô, các nông hộ
tập trung xay xát vất vỏ cà phê bừa bãi ra ven đường, gò đồi, hoặc chất thành
đống đốt gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Chính vì vậy việc tận dụng vỏ
cà phê để chế tạo AC là một hướng nghiên cứu mới có nhiều triển vọng về
mặt kinh tế cũng như ứng dụng cải thiện môi trường.
Thành phần chính của vỏ cà phê là Gluxit gồm xenlulozo,
hemixenlulozo, lignin và một số hợp chất khác. Sự kết hợp giữa xenlulozo và
hemixenlulozo có chứa nhiều nhóm –OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ
thông qua liên kết hidro.
Xenlulozo là polisaccarit cao phân tử do các mắt xích 𝛽-glucozơ
[C6H7O2(OH)3]n liên kết với nhau bằng liên kết 𝛽-1,4-glucozit. Phân tử khối
của xenlulozo rất lớn khoảng từ 100000-250000 đ.v.c.
Hemixenlulozo là polisaccarat giống như xenlulozo nhưng có số mắt
xích nhỏ hơn và thường bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và
metyl.
Lignin là hợp chất cao phân tử, là loại polime được tạo bởi các mắt xích
phenylpropan. Lignin giữ vai trò kết nối giữa xenlulozo và hemixenlulozo,
làm tăng độ bền cơ học của tế bào, tăng khả năng chống thấm nước, ngăn độc
tố và các vi sinh vật bên ngoài.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 12
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Bảng 1.5. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng
tại tỉnh Đắk Lắk và tỉnh Điện Biên [10]
STT Thành phần vỏ cà phê Trồng tại Đắk Lắk Trồng tại Điện Biên
% hemixenlulozo 13,06 9,187 1
% lignin 19,182 19,58 2
% xenlulozo 67,758 61,473 3
1.4. Than hoạt tính (AC) và cấu trúc bề mặt của AC
1.4.1. Giới thiệu về than hoạt tính
AC là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất
xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn.
Cacbon là thành phần chủ yếu của AC với hàm lượng khoảng 85-95%.
Bên cạnh đó AC còn chứa các nguyên tố khác như hidro, nitơ, lưu huỳnh và
oxi. Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu
hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác.
Thành phần các nguyên tố trong AC thường là 88% C, 0,5% H, 6-7% O, 0,5%
N, 1% S. Tuy nhiên hàm lượng oxy trong AC có thể thay đổi từ 1-20% phụ
thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế. AC thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500m2/g và thể tích lỗ xốp từ 0,2- 0,6cm3/g
[19]. Diện tích bề mặt AC chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2nm.
1.4.2. Các phương pháp sản xuất than hoạt tính
AC chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 10000C. Điều chế than hoạt tính gồm 2 quá trình:
than hóa và hoạt hóa. Than hóa là giai đoạn chuyển hóa nguyên liệu về dạng
than, làm tăng hàm lượng cacbon và tạo bề mặt xốp ban đầu. Hoạt hóa (vật lý,
hóa học) với mục đích phát triển lỗ xốp, tăng diện tích bề mặt của than. Hoạt hóa
là giai đoạn khó thực hiện hơn và là giai đoạn quyết định chất lượng sản phẩm.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 13
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Quá trình than hóa
Quá trình than hóa là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đưa nó về
dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban
đầu cho than, chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hóa than. Quá
trình than hóa có thể xảy ra trong pha rắn, lỏng và khí [25].
Quá trình hoạt hóa
Hoạt hóa là quá trình bào mòn mạng lưới tinh thể cacbon dưới tác dụng
của nhiệt và tác nhân hoạt hóa, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ có
kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động trên bề mặt [28].
Mục đích của giai đoạn hoạt hóa là phát triển mạnh bề mặt riêng của than thu
được sau giai đoạn than hóa. Quá trình hoạt hóa được chia làm hoạt hóa vật lý
và hoạt hóa hóa học.
Hoạt hóa vật lý: sử dụng tác nhân nhiệt độ để thay đổi cấu trúc bề
mặt của than (có thể sử dụng hơi nước hoặc khí CO2 làm tác nhân hoạt hóa).
Hoạt hóa hóa học : dựa vào phản ứng hóa học của chất hoạt hóa với
bề mặt than để thay đổi cấu trúc bề mặt than. Dưới sự có mặt của các chất
hoạt hóa xảy ra phản ứng ăn mòn bề mặt than, kết quả làm tăng cấu trúc xốp
của bề mặt than. Phương pháp này thường dùng các hợp chất dễ phân hủy
như: HNO3, H3PO4, KOH, NaOH,… tẩm hoặc trộn với than và gia nhiệt đến
nhiệt độ phân hủy. Axit nitric làm cho gỗ nở ra và mở cấu trúc xenlulozo của
gỗ. Kết quả là than xốp hơn và chứa đầy axit nitric.
Tất cả các nguyên liệu chứa cacbon đều có thể chuyển thành than hoạt
tính, tất nhiên sản phẩm thu được sẽ có sự khác nhau phụ thuộc vào bản chất
của nguyên liệu được sử dụng, bản chất của tác nhân hoạt hóa và điều kiện
hoạt hóa. Trong quá trình hoạt hóa hầu hết các nguyên tố khác trong nguyên
liệu tạo thành sản phẩm khí và bay hơi bởi nhiệt phân hủy nguyên liệu ban
đầu. Các nguyên tử cacbon sẽ nhóm lại với nhau thành các lớp thơm liên kết
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 14
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
với nhau một cách ngẫu nhiên. Sự sắp xếp của các lớp thơm này không tuân
theo qui luật do đó để lại các chỗ trống giữa các lớp. Các chỗ trống này tăng
lên thành lỗ xốp làm than hoạt tính thành chất hấp phụ tuyệt vời.
1.4.3. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính [19]
AC với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết ngang
bền giữa chúng, làm cho AC có một cấu trúc lỗ xốp khá phát triển. Quá trình
hoạt hóa làm tăng thể tích và làm rộng đường kính lỗ. Cấu trúc lỗ và sự phân
bố cấu trúc lỗ của chúng được quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban
đầu và phương pháp than hóa. Sự hoạt hóa cũng loại bỏ cacbon không phải
trong cấu trúc, làm lộ ra các tinh thể dưới sự hoạt động của các tác nhân hoạt
hóa và cho phép phát triển cấu trúc vi lỗ xốp. Trong pha sau cùng của phản
ứng, sự mở rộng của các lỗ tồn tại và sự tạo thành các lỗ lớn bằng sự đốt cháy
các vách ngăn giữa các lỗ cạnh nhau được diễn ra. Điều này làm cho các lỗ
trống có chức năng vận chuyển và các lỗ lớn tăng lên, dẫn đến làm giảm thể
tích vi lỗ.
Theo Dubinin và Zaveria, AC vi lỗ xốp được tạo ra khi mức độ đốt cháy
(burn-off) nhỏ hơn 50% và AC lỗ macro khi mức độ đốt cháy là lớn hơn 75%.
Khi mức độ đốt cháy trong khoảng 50-75% sản phẩm có hỗn hợp cấu trúc lỗ
xốp chứa tất cả các loại lỗ.
AC có lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm. Dubinin đề xuất một cách phân
loại lỗ xốp đã được IUPAC chấp nhận. Sự phân loại này dựa trên chiều rộng
của chúng, thể hiện khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh
hoặc bán kính của lỗ dạng ống. Các lỗ được chia thành 3 nhóm: lỗ nhỏ, lỗ
trung và lỗ lớn.
- Lỗ nhỏ (Micropores): có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng
nhỏ hơn 2nm. Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đầy thể tích
lỗ, và không xảy ra sự ngưng tụ mao quản. Năng lượng hấp phụ trong các lỗ
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 15
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
này lớn hơn rất nhiều so với lỗ trung hay bề mặt không xốp vì sự nhân đôi của
lực hấp phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ. Nói chung chúng có thể tích lỗ từ 0,15-0,7cm3/g. Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện
tích bề mặt của than hoạt tính.
- Lỗ trung (Mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2-50nm, thể tích của chúng thường từ 0,1-0,2cm3/g. Diện tích bề mặt
của lỗ này chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Các lỗ này
đặc trưng bằng sự ngưng tụ mao quản của chất hấp phụ với sự tạo thành mặt
khum của chất lỏng bị hấp phụ.
- Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ
của than hoạt tính bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá 0,5m2/g, với thể tích lỗ từ 0,2-0,4cm3/g. Chúng hoạt động như một kênh cho
chất bị hấp phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung. Các lỗ lớn không được lấp đầy
bằng sự ngưng tụ mao quản. Do đó, cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính có ba
loại bao gồm lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn. Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò
nhất định trong quá trình hấp phụ. Lỗ nhỏ chiếm diện tích bề mặt và thể tích
lớn do đó đóng góp lớn vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính, miễn là kích
thước phân tử của chất bị hấp phụ không quá lớn để đi vào lỗ nhỏ. Lỗ nhỏ
được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt đầu ngưng tụ mao
quản. Mặt khác, lỗ trung được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối cao với sự xảy
ra ngưng tụ mao quản. Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển
nhanh tới lỗ nhỏ hơn.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 16
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tượng nghiên cứu
+ Vật liệu: Vỏ cà phê. + Ion kim loại nặng Ni2+ trong môi trường nước nhân tạo.
2.2. Hóa chất và dụng cụ
2.2.1. Hóa chất
- Nước cất 2 lần
- NiSO4.6H2O
- Dung dịch nước brom bão hòa
- Amoniac (NH3 ) đặc
- Thuốc thử đimetyl glyoxim 1,2%
- Axit nitric (HNO3) đặc 65%
- Natri hiđroxit (NaOH), axit clohiđric (HCl)
- Dung dịch đimetyl glyoxim 1,2%: hòa tan 1,2g muối đimetyl glyoxim
trong axeton rồi định mức thành 100ml.
- Dung dịch gốc Ni(II) có nồng độ 1000mg/l: hòa tan 4,477g
(NiSO4.6H2O) trong nước cất 2 lần rồi định mức thành 1000ml, ta được dung dịch Ni2+ 1000mg/l. Sau đó pha loãng thành dung dịch làm việc có nồng độ
xác định.
Tất cả các hóa chất đều có độ tinh khiết PA và chuẩn bị các dung dịch có
nồng độ xác định.
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ
- Lò nung dạng ống, tủ sấy của Trung Quốc
- Máy đo pH cầm tay
- Cân phân tích của Ohaus - USA
- Máy khuấy từ gia nhiệt IKA 4 vị trí hoạt động cùng chế độ
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 17
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
- Máy so màu ShimaDzu UV-Vis1800
- Ngoài ra, còn các dụng cụ phân tích khác như: bình tam giác, bình
định mức, pipet, đũa thủy tinh, giấy lọc…
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Phân tích các tài liệu, tổng hợp công trình nghiên cứu có liên quan. Trên
cơ sở đó rút ra một số vấn đề có tính lý luận và thực tiễn liên quan đến nội
dung nghiên cứu của đề tài.
2.3.2. Phương pháp phân tích
+ Phương pháp quang phổ UV-VIS: Xác định hàm lượng kim loại nặng
trong mẫu nước nghiên cứu trước và sau khi hấp phụ.
+ Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): xác định sự có mặt một số nhóm
chức trên bề mặt vật liệu hấp phụ.
+ Phương pháp SEM: xác định cấu trúc bề mặt vật liệu hấp phụ.
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm
2.3.3.1. Xây dựng đường chuẩn Ni (II)
Ion Ni2+ trong môi trường amoniac yếu có mặt chất oxy hóa mạnh sẽ tạo
thành với đimetyl glyoxim một phức màu đỏ thuận lợi cho việc định lượng Ni2+ theo phương pháp trắc quang.
Hàm lượng Ni2+ được xác định theo cường độ hấp thụ màu của phức
chất ở bước sóng λ = 550nm.
Cách tiến hành
- Chuẩn bị 7 bình định mức có dung tích 50ml rồi cho lần lượt: 0, 2, 4, 6,
8, 10, 12ml dung dịch Ni2+ nồng độ 5mg/l.
- Tiến hành lần lượt cho vào từng bình:
+ 10ml dung dịch nước brom bão hòa.
+ 12ml dung dịch ammoniac đặc.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 18
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
+ 4ml dung dịch thuốc thử đimetyl glyoxim.
+ Thêm nước cất tới vạch định mức.
Sau 5-10 phút thì đem đo phổ tại bước sóng 𝜆= 550nm bằng máy đo UV-
VIS.
2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê
Vỏ cà phê được lấy ở ĐakLak trong cùng một thời điểm lấy mẫu để đảm
bảo các thí nghiệm có tính đồng nhất.
Tiền xử lý vỏ cà phê: Vỏ cà phê được rửa sạch để loại bỏ bụi và đất, sau đó đem sấy khô ở 1050C trong 3 giờ, rồi được nghiền nhỏ sao cho các hạt có
kích thước đồng đều từ 1,5- 2,0mm.
Mẫu AC được sử dụng để hoạt hóa bằng HNO3 là mẫu nung ở 4000C
trong 30 phút.
Thực nghiệm chế tạo VLHP
+ Tiến hành lấy 50g vỏ cà phê đã được xay nhỏ cho vào bình tam giác
có đậy nút trong đó có chứa HNO3 ở nồng độ 1M, 3M và 5M (tỉ lệ 1:10). Đun cách thủy hỗn hợp ở 100oC có khuấy trong vòng 4 giờ. Lọc lấy phần rắn và
rửa bằng nước cất cho đến khi môi trường trung tính (pH = 7), sau đó đem sấy khô ở 105 0C trong tủ sấy đến khối lượng không đổi. Tiến hành nung nguyên liệu ở nhiệt độ 4000C trong 30 phút. Ta thu được 3 mẫu VLHP kí hiệu là: 1M - 400oC, 3M - 400oC , 5M - 400oC.
+ Tiến hành lấy 20g than hoạt tính từ vỏ cà phê (mẫu vỏ cà phê nung ở 400oC trong 30 phút) cho vào bình tam giác có đậy nút trong đó có chứa HNO3 ở nồng độ 1M, 3M và 5M (tỉ lệ 1:10). Đun cách thủy hỗn hợp ở 100oC
có khuấy trong vòng 4 giờ. Lọc lấy phần rắn và rửa bằng nước cất cho đến khi môi trường trung tính (pH = 7), sau đó đem sấy khô ở 105 0C trong tủ sấy đến
khối lượng không đổi.Ta thu được 3 mẫu VLHP kí hiệu là: AC - 1M, AC -
3M, AC - 5M.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 19
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của các VLHP chế tạo.
Cân 0,5g VLHP vào cốc thủy tinh cỡ 250ml, đánh số thứ tự theo kí hiệu
các mẫu như trên. Thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch Ni (II) có nồng độ
25mg/l. Đem khuấy từ trong 90 phút với tốc độ khuấy là 120 vòng/phút, ở
nhiệt độ phòng. Sau đó lọc bỏ bã rắn trong dung dịch đem đo độ hấp phụ
quang ở bước sóng 550nm để xác định hàm lượng Ni (II) còn lại.
Sau đó đánh giá hiệu suất hấp phụ của các vật liệu và chọn ra VLHP tốt
nhất để sử dụng cho các khảo sát tiếp theo.
2.3.3.3. Thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP
TN1: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP
Cân 0,5g VLHP vào cốc thủy tinh cỡ 250ml (8 cốc). Thêm vào mỗi cốc
50ml dung dịch chứa Ni (II) nồng độ 25mg/l ở pH lần lượt là: 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9. Đem khuấy từ trong 90 phút với tốc độ khuấy là 120 vòng/ phút, ở nhiệt
độ phòng. Sau đó lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, đem đo độ hấp phụ quang ở
bước sóng 550nm để xác định hàm lượng Ni (II) còn lại.
Lựa chọn pH tối ưu để sử dụng cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.
TN2: Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II)
của VLHP
Cân 0,5g VLHP cho vào cốc thủy tinh (8 cốc). Thêm vào mỗi cốc 50ml
dung dịch chứa Ni (II) nồng độ 25mg/l , điều chỉnh dung dịch về pH tối ưu.
Đem khuấy từ trong các khoảng thời gian khác nhau (10, 20, 40, 60, 80, 90,
100, 120 phút) với tốc độ khuấy là 120 vòng/ phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó
lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, đem đi đo độ hấp phụ quang ở bước sóng
550nm để xác định hàm lượng Ni (II) còn lại.
Lựa chọn thời gian tối ưu đạt cân bằng hấp phụ để sử dụng cho các khảo
sát tiếp theo.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 20
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
TN3: Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II)
Cho lần lượt VLHP có liều lượng như sau: 0,01; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3 và
0,4gam vào 6 cốc thủy tinh cỡ 250ml có sẵn 50ml dung dịch chứa Ni (II)
nồng độ 25mg/l ở pH tối ưu, thời gian khuấy tối ưu, tốc độ khuấy là 120
vòng/ phút , ở nhiệt độ phòng. Sau đó lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, đem đi
đo độ hấp phụ quang ở bước sóng 550nm để xác định hàm lượng Ni (II) còn
lại.
Lựa chọn liều lượng tối ưu m (gam) để sử dụng cho các khảo sát tiếp theo.
TN4: Ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả năng hấp phụ
của VLHP
Cân m gam VLHP cho vào 6 cốc thủy tinh có dung tích 250ml có sẵn
50ml dung dịch chứa Ni (II) với các nồng độ thay đổi: 10mg/l, 20mg/l,
30mg/l, 40mg/l, 50 mg/l, 60mg/l ổn định ở môi trường pH tối ưu, thời gian
khuấy tối ưu, tốc độ khuấy là 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng. Sau đó, lọc bỏ
bã rắn trong dung dịch đem đi đo độ hấp phụ quang ở bước sóng 550nm để
xác định hàm lượng Ni (II) còn lại.
Lựa chọn nồng độ Ni (II) ban đầu tối ưu.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 21
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Ni (II)
Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni (II)
với các nồng độ khác nhau
STT 1 2 3 4 5 6 7
Nồng độ Ni2+(mg/l) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0.16
0.14
y = 0.1227x + 0.0001 R² = 0.9998
0.12
0.1
0.08
Abs 0,000 0,025 0,049 0,074 0,097 0,124 0,147
s b A
0.06
0.04
0.02
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Nồng độ Ni2+ (mg/l)
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni (II)
Vậy, phương trình đường chuẩn niken dùng để xác định nồng độ niken
có dạng là y = 0,1227x + 0,0001
3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của các vật liệu hấp phụ
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả năng hấp phụ
Ni(II)
Với khối lượng VLHP là 0,5 gam cho vào dung dịch Ni (II) có nồng độ
là 25mg/l, thời gian khuấy là 90 phút, với tốc độ khuấy là 120 vòng/phút, ở
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 22
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
nhiệt độ phòng. Hiệu suất hấp phụ Ni (II) của các VLHP với nồng độ chất
hoạt hóa HNO3 khác nhau được thể hiện qua Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hiệu suất hấp phụ Ni (II) của các VLHP với nồng độ
chất hoạt hóa HNO3 khác nhau
Mẫu Co (mg/l) H (%) Ccl (mg/l)
25 5,86 76,57 1
25 6,92 72,32 2
25 6,51 73,96 VLHP 1M - 4000C 3M - 4000C 5M - 4000C 3
25 4,88 80,47 AC – 1M 4
25 5,69 77,21 AC- 3M 5
82
25 5,21 79,17 AC- 5M 6
)
%
80
(
78
ụ h p
76
p ấ h
Hoạt hóa vỏ cà phê
74
72
Than hoạt tính biến tính
70
t ấ u s u ệ i H
68
1M
5M
3M Nồng độ HNO3 (M)
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3
đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP
Quá trình than hóa ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ Ni(II) của
than hoạt tính biến tính. Kết quả nghiên cứu cho thấy với cùng nồng độ chất
hoạt hóa HNO3 thì mẫu than hoạt tính biến tính (AC – 1M , AC- 3M, AC-
5M) cho khả năng hấp phụ Ni (II) cao hơn mẫu nguyên liệu hoạt hóa trước khi nung (1M - 4000C, 3M - 4000C, 5M - 4000C).
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 23
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Có thể giải thích như sau: than hóa là giai đoạn chuyển hóa nguyên liệu
về dạng than, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ ,làm tăng hàm
lượng cacbon và tạo bề mặt xốp ban đầu. Quá trình biến tính AC bằng HNO3
làm cho bề mặt than hoạt tính có chứa các nhóm chức cacboxylic (-COOH),
là nhóm chức tạo ra các tâm hoạt động có thể tham gia quá trình trao đổi với
các cation trong nước. Ngoài ra, quá trình biến tính AC cũng làm cho số
lượng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than tăng lên một cách đáng kể so
với số lượng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than ban đầu [17]. Từ hình
3.2 , mẫu than hoạt tính với chất hoạt hóa HNO3 1M cho khả năng hấp phụ Ni
(II) cao nhất hiệu suất hấp phụ đạt 80,47%.
Trong nghiên cứu này em chọn mẫu vật liệu AC - 1M làm VLHP cho
các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.
3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ
Kết quả chụp phổ IR
Hình 3.3. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của
than chưa biến tính
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 24
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Hình 3.4. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của than biến tính
bằng HNO3
Từ kết quả chụp phổ hồng ngoại cho thấy trên than biến tính bằng HNO3 tồn tại các liên kết -OH (3626,17 cm-1, 910,40 cm-1), C=C (1593,20 cm-1), C=O (1712,79 cm-1 ), C-H (750,31 cm-1), C-O (1033,85 cm-1 )... Vật liệu sau
khi biến tính có sự thay đổi số sóng của pic , bề rộng cũng như độ mạnh của
pic và có sự hiện diện của nhóm cacbonyl.
Kết quả chụp SEM
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 25
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Hình 3.5. Than chưa biến tính Hình 3.6. Than biến tính bằng HNO3
Kết quả đánh giá bề mặt của than chưa biến tính và sau khi biến tính
thông qua dữ liệu ảnh SEM thể hiện trong Hình 3.5 và Hình 3.6 cho thấy bề
mặt của than hoạt tính đã thay đổi khi được biến tính bằng HNO3. Ở độ phóng
đại 20,000 lần có thể thấy, trên mẫu than chưa biến tính khá trơ, vô định hình,
có ít các vi lỗ. Trên mẫu than hoạt tính biến tính bằng HNO3 có rãnh sâu trên
bề mặt, có nhiều vi lỗ và có hình thành vật liệu có cấu trúc tinh thể không
nằm ở dạng vô định hình. Rõ ràng, khi hoạt hóa bằng HNO3 làm cho vỏ cà
phê nở ra và mở cấu trúc xenlulozo của vỏ cà phê. Quá trình hoạt hóa than
bằng HNO3 tạo nên những lỗ nhỏ li ti làm cho than có khả năng hấp phụ và
giữ các tạp chất tốt hơn rất nhiều so với than chưa biến tính, do vậy than biến
tính bằng HNO3 có thể hấp phụ các ion kim loại dễ dàng hơn.
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II)
của VLHP
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP
Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu trong môi trường pH khác nhau
với khối lượng VLHP là 0,5g, nồng độ đầu Ni (II) 25mg/l , thời gian khuấy là
90 phút, với tốc độ khuấy là 120vòng/phút, ở nhiệt độ phòng được thể hiện
qua Bảng 3.3 và Hình 3.7
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 26
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ
Ni (II) của VLHP
Mẫu pH Co (mg/l) Ccl (mg/l) H (%)
2 25 8,14 67,43 1
3 25 7,33 70,70 2
4 25 6,92 72,32 3
5 25 6,59 73,63 4
6 25 4,23 83,08 5
7 25 0,56 97,75 6
8 25 0,73 97,09 7
120
9 25 0,89 96,45 8
)
%
100
(
80
ụ h p
60
40
20
0
p ấ h t ấ u s u ệ i H
0
2
4
6
8
10
pH
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP
Dựa vào kết quả ở Bảng 3.3 và Hình 3.6 em thấy trong khoảng pH từ
2÷7 hiệu suất hấp phụ Ni (II) tăng tương đối nhanh và dần ổn định trong
khoảng pH từ 7÷9, kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của K.
Ladirvelu và cộng sự (2002) [22]. Do đó, em chọn pH = 7 dùng làm pH tối ưu
sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II) của
VLHP
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 27
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo thời gian khuấy đạt cân
bằng hấp phụ khác nhau với khối lượng VLHP là 0,5 g, nồng độ đầu Ni (II)
25mg/l, thời gian khuấy là 90 phút, trong môi trường pH=7 với tốc độ khuấy
là 120vòng/phút, ở nhiệt độ phòng được thể hiện qua Bảng 3.4 và Hình 3.8.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni (II)
Mẫu Thời gian (phút) Co (mg/l) Ccl (mg/l) H (%)
25 7,98 68,08 1 10
25 7,86 68,57 2 20
25 7,73 69,07 3 40
25 5,45 78,19 4 60
25 4,15 83,41 5 80
25 0,56 97,75 6 90
25 0,64 97,42 7 100
120
25 0,8 96,77 8 120
)
%
100
(
80
ụ h p
60
40
20
0
p ấ h t ấ u s u ệ i H
0
20
60
80
120
140
40 100 Thời gian khuấy (phút)
Hình 3.8 . Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni (II)
Qua kết quả từ hình 3.8 có thể kết luận rằng thời gian có ảnh hưởng đáng
kể đến khả năng hấp phụ Ni (II) vào bề mặt than hoạt tính. Theo thuyết hấp
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 28
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
phụ đẳng nhiệt thì các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất
hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp
xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Khi thời gian hấp phụ ngắn, lượng
Ni(II) chỉ hấp phụ một phần lên bề mặt than. Đến khi thời gian kéo dài thì
lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều, tốc độ di
chuyển ngược lại vào trong nước càng lớn nên hiệu quả hấp phụ gần như
không tăng và dần đạt đến trạng thái cân bằng. Kết quả nghiên cứu cho thấy
trong khoảng 10÷90 phút hiệu suất hấp phụ Ni(II) tăng tương đối nhanh (từ
68,08 %÷97,75%) và dần ổn định trong khoảng thời gian 90÷120 phút. Do
đó, lựa chọn thời gian tiếp xúc 90 phút để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II)
Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo liều lượng VLHP khác
nhau với nồng độ đầu Ni (II) là 25mg/l, thời gian khuấy là 90 phút, trong môi
trường pH=7 với tốc độ khuấy là 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng được thể
hiện qua Bảng 3.5 và Hình 3.9.
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP
đến khả năng hấp phụ Ni (II)
Mẫu Khối lượng VLHP (g) Co (mg/l) Ccl (mg/l) Hiệu suất (%)
1 0,01 25 3,01 87,97
2 0,05 25 0,89 96,45
3 0,1 25 0,72 97,09
4 0,2 25 0,68 97,26
5 0,3 25 0,56 97,75
6 0,4 25 0,81 96,77
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 29
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khối lượng
100 98 96 94 92 90 88 86
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng
hấp phụ Ni (II)
Kết quả thể hiện trên hình 3.9 cho thấy trong khoảng 0,01-0,1g hiệu suất hấp phụ Ni (II) tăng chậm (87,97%÷97,09%) và ổn định trong khoảng khối
lượng VLHP 0,1- 0,4g .
Có thể giải thích rằng, việc tăng hiệu quả hấp phụ của các vật liệu hấp
phụ đối với Ni (II) là do việc tăng số lượng các vị trí hấp phụ. Tuy nhiên đến
một giá trị nhất định hiệu quả hấp phụ là cực đại (nồng độ kim loại đủ cao để
hấp phụ vào bề mặt AC tối đa và đạt trạng thái bão hòa) thì việc tăng liều
lượng chất hấp phụ không còn ý nghĩa. Do vậy em chọn liều lượng chất hấp
phụ là 0,1g (đạt 97,09%) để sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của
VLHP
Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo nồng độ Ni (II) ban đầu
khác nhau với khối lượng VLHP là 0,1g, thời gian khuấy là 90 phút, trong
môi trường pH=7, tốc độ khuấy là 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng được thể
hiện qua Bảng 3.6 và Hình 3.10
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 30
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu
đến hiệu suất hấp phụ của VLHP
Mẫu H(%) Co(mg/l) Ccl(mg/l)
10 0,32 96,82 1
20 1,54 92,29 2
30 4,15 86,17 3
40 7,65 80,87 4
50 14,25 71,49 5
120
60 20,37 66,06 6
)
%
100
(
80
ụ h p
60
40
20
p ấ h t ấ u s u ệ i H
0
0
20
60
80
40 Nồng độ Ni2+ (mg/l)
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu Ni (II) đến hiệu
suất hấp phụ của VLHP
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ càng cao thì khả năng hấp phụ
Ni (II) của than càng giảm. Ở nồng độ từ 10 mg/l hiệu suất xử lý cao và giảm
dần khi tăng nồng độ từ 20-60mg/l. Điều này được giải thích là khi nồng độ
Ni (II) ban đầu còn thấp , các trung tâm hoạt động trên bề mặt của VLHP vẫn
chưa được lấp đầy bởi các ion Ni (II). Tuy nhiên, đến một thời điểm nào đó,
khi các trung tâm trên đã được che phủ bởi Ni (II), thì khả năng hấp phụ của
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 31
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
vật liệu với Ni (II) giảm rất nhanh. Bề mặt VLHP trở nên bão hòa dần bởi Ni (II). Từ đó, ta chọn nồng độ Ni2+ ban đầu tối ưu đem hấp phụ là 10mg/l.
3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ
Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP chế tạo được tuân
theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
Bảng 3.7. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni (II) của VLHP
q (g/mg) Co (mg/l) Ccb (mg/l) Ccb/q (g/l)
10 0,32 4,84 0,07
20 1,54 9,23 0,17
30 4,15 12,93 0,32
40 7,65 16,17 0,47
50 14,25 17,87 0,79
60 20,37 19,82 1,03
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 32
25
1.2
y = 3.6271ln(x) + 8.3898 R² = 0.9892
y = 0.0474x + 0.094 R² = 0.993
1
20
0.8
15
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
) l / g (
0.6
/
) g / g m
10
( q
q b c C
0.4
5
0.2
0
0
0
30
0
30
10 20 Ccb (mg/l)
10 20 Ccb (mg/l)
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp Hình 3.12. Sự phụ thuộc của Ccb/q
phụ Langmuir của VLHP đối với vào Ccb của VLHP đối với Ni (II)
Ni(II)
Từ đồ thị ta tính được giá trị tải trọng hấp phụ Ni (II) cực đại và hằng số
1
Langmuir:
= 21,09 (mg/g)
=
qm = 1
tanα
0,0474
1
= 0,5
=
KL = 1
0,094×21,09
b×qm
Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ Ni (II) cực đại của VLPH là 21,09
mg/g và hằng số Langmuir là 0,5
Từ kết quả trên so sánh với các loại vật liệu hấp phụ chế tạo từ các nguồn
nguyên liệu khác nhau cho thấy mẫu vật liệu hấp phụ em chế tạo có khả năng
hấp phụ Ni (II) với dung lượng hấp phụ cực đại 21,09 mg/g khá cao.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 33
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Bảng 3.8 . So sánh một số chất hấp phụ được sử dụng để loại bỏ các ion
Ni(II) trong nước
Dung lượng hấp phụ Tài liệu tham STT Chất hấp phụ Ni(II) cực đại (mg/g) khảo
1 Tro bã mía 6,5 [30]
2 Vỏ quả chuối 6,8 [21]
3 Than hoạt tính từ vỏ trấu 8,86 [12]
4 Than chế tạo từ thân cây sen 16,95 [6]
Than hoạt tính từ chất thải 5 20,75 [23] bã chè
Bã mía được hoạt hóa bằng 6 65,36 [7] axit anhydrit succinic
7 VLHP 21,09 Nghiên cứu này
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 34
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với nội dung
đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni (II) của than hoạt tính biến tính
từ vỏ cà phê” em rút ra một số kết luận chính sau:
1. Đã chế tạo được các VLPH từ nguyên liệu phế thải nông nghiệp là vỏ
cà phê thông qua quá trình biến tính bằng HNO3 với các nồng độ khác nhau.
2. Đã xác định được một số đặc điểm bề mặt của VLHP chế tạo được
bằng phổ hồng ngoại (IR) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các kết quả
cho thấy VLHP chế tạo được có nhiều vi lỗ, tương đối xốp.
3. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của
VLHP đã chọn và tìm ra được các điều kiện tối ưu là:
- pH=7
- Thời gian hấp phụ là 90 phút
- Liều lượng VLHP là 0,1gam
- Nồng độ Ni(II) ban đầu là 10mg/l.
4. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP chế tạo được
tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với hằng số Langmuir là 0,5.
Đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Ni(II) là
21,09 mg/g, kết quả này cao hơn các chất hấp phụ được báo cáo trong các tài
liệu khác [6, 12, 21, 30].
Kiến nghị:
Qua nghiên cứu em kết luận rằng có thể sử dụng vật liệu vỏ cà phê biến
tính bằng HNO3 để hấp phụ xử lý tách niken khỏi nguồn nước bị ô nhiễm.
Từ kết quả trên em kiến nghị có thể sử dụng than hoạt tính biến tính từ vỏ cà
phê với giá thành rẻ, khả năng hấp phụ tương đối tốt, nên đưa vào ứng dụng
trong xử lý nước sinh hoạt, nước thải một số ngành sản xuất dược phẩm, nước
thải công nghiệp mạ kim loại…
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 35
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Bộ Tài nguyên môi trường (2011), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
thải công nghiệp. QCVN 40:2011/BTNMT.
2. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và
nước thải, Nxb Thống Kê, Hà Nội.
3. Đặng Kim Chi (2005), Hoá học môi trường, Nxb Khoa học và Kỹ thuật.
4. Nguyễn Văn Đức, Hóa học phân tích, Đại học Thái Nguyên, 2008.
5. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Đức Thắng, Vũ Thế Ninh, Phạm
Ngọc Chức Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công ngệ Việt
Nam, “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken bằng vật liệu Mn2O3 kích
thước nanomet trên SiO2”,Tạp chí hóa học tháng 12 năm 2011, trang
49(6) 661-665.
6. Vũ Thị Hậu, Trịnh Thu Nguyên, Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm
Thái Nguyên, “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II), Cr(VI) của than chế
tạo từ tân cây sen ”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 22, Số
4/2017.
7. Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng, “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion
Ni(II) trong môi trường nước trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và
ứng dụng vào xử lý môi trường”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học
Thái nguyên, số 2(46), tập 2, năm 2008, trang 118-121.
8. Lê Bá Huy (chủ biên) (2000), Độc học môi trường, Nxb ĐH Quốc Gia
TP.HCM.
9. Lò Văn Huynh (2002), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính để loại bỏ một số
chất hữu cơ trong môi trường nước”, Luận văn tiến sĩ Hóa học, Hà Nội.
10. Trần Thị Phương Mai (2017), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr (VI) của than hoạt tính biến tính bằng H3PO4 trên nền vỏ cà phê”, Đại học Sư Phạm Hà Nội 2.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 36
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
11. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình
hóa lý tập 2, Nxb Giáo dục.
12. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nxb
Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội 2002.
13. Hoàng Nhâm (2001), Hóa vô cơ tập ba, Nxb Giáo dục, Hà Nội.
14. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2014), Báo cáo sản lượng cà
phê từ năm 2009 đến năm 2013, Đắk Lắk.
15. Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường và sức khỏe con người,
Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội.
16. Đặng Văn Thành, Đỗ Trà Hương, (2015) “Chế tạo than hoạt tính từ bã
chè và ứng dụng cho hấp phụ thuốc diệt cỏ bentazon trong môi trường
nước”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 20, số 3 , tr. 193-199.
17. Phan Đình Tuấn (2016), “Nghiên cứu công nghệ xử lý một số loại nước
thải bằng than hoạt tính sản xuất từ vỏ trấu”, Đại học Tài nguyên và Môi
trường TP.Hồ Chí Minh, Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ.
18. Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vô cơ tập 2: Các kim loại điển hình, Nxb
Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.
Tiếng nước ngoài:
19. Bansal R.C. , Goyal M.(2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor &
Francis Group,USA.
20. Dqbrowski A., Podkoscielny P., Hbicki Z., Baczak M. (2005),
“Adsorption of phenolic compounds by activated carbon, A critical
review’’, Chemosphere 58, pp.1049-1070.
21. G. Annadurai, R.S. Juang, D.J. Lee, “Adsorption of heavy metals from water
using banana and orange peels”, Water Sci. Technol. 47 (2002) 185-190.
22. K. Kadirvelu, P. Senthilkumar, K. Thamaraiselvi, V. Subburam, “
Activated carbon prepared from biomass as adsorbent: elimination of
Ni(II) from aqueous solution”, Bioresource Technology 81 (2002) 87-90.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 37
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
23. Long Giang Bach , Bui Thi Phuong Quynh , Van Thi Thanh Ho , Nguyen
Thi Thuong , Dinh Thi Thanh Tam , Trinh Duy Nguyen , Tran Van Thuan, “ Removal of Ni2+ aqueous solution by adsorption onto tea waste –
derived activated carbon”, Journal of Science and Technology 54 (4B)
(2016) 251-259.
24. Moreno, C. (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons
by wet oxidation”, Carbon, 38, pp. 1995-2001.
25. Marsh H., Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”
Elsevier, Spain.
26. Nadir Dizge, Bülent Keskinler , Hulusi Barlas , “Sorption of Ni(II) ions
from aqueous solution by Lewatit cation-exchange resin”, Journal of
Hazardous Materials 167 (2009) 915–926.
27. N. Boujelben, J. Bouzid, Z. Elouear, “Adsorption of nickel and copper
onto natural iron oxide-coated sand from aqueous solution Study in single
and binary systems”, J. Hazard Mater.163 (2009) 376-382.
28. Srivastava, S.K., Gupta, V.K., and Mohan D. (1997), “Removal of lead
and chromium by activated slag-a blast-furnace waste”, Journal of
Environmental Engineering, 123 (5), pp. 461-468.
29. Tran Thi Hien, Nguyen The Vu, Pham Huu Thien, Nguyen Dinh Thanh,
Phan Dinh Tuan, “Synthesis of novel magnetic adsorbents from coffee
husks by hydrothermal carbonization”, Journal of Science and technology
55 (4) (2017) 526-533.
30. Vimal chandra Srivastava, Indra Deo Mall, Indra Mani Mishra,
“Equilibrium modelling of single and binary adsorption of cadium and
nickel onto bagasse fly ash”, Chemical Engineering Journal 117 (2006)
79-91.
Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 38
