Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bẹ chuối để hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) trong môi trường nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HOÀNG THỊ NHẠN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BẸ CHUỐI ĐỂ HẤP PHỤ Ni(II), Fe(III), Zn(II) TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ Mã ngành: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Lê Hữu Thiềng

Thái Nguyên - 2015

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: đề tài này là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết

quả trong đề tài là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ các công

trình nào khác. Nếu sai sự thật tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN

HƯỚNG DẪN LUẬN VĂN PGS.TS. Lê Hữu Thiềng Thái Nguyên, tháng 5 năm 2015 Tác giả Hoàng Thị Nhạn

XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG KHOA CHUYÊN MÔN

PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa học của Trường

Đại Học Sư Phạm – Đại Học Thái Nguyên. Để hoàn thành được luận văn này

tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người

thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá tình học tập và

thực hiện đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo trường Đại

học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong

quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, các cán

bộ làm việc tại phòng Nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm khoa Hoá học

trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã góp ý, giúp đỡ tạo điều

kiện cho em thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn cán bộ các phòng máy SEM, phòng máy BET -

Viện khoa học Vật liệu, phòng máy IR - Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam; khoa xét nghiệm trung tâm y tế dự phòng tỉnh Bắc

Kạn; các bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận

lợi và nhiệt tình giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và

thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, giúp đỡ người thân

trong gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2015

Tác giả luận văn

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hoàng Thị Nhạn

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan ......................................................................................................

Lời cảm ơn ..........................................................................................................

Mục lục .............................................................................................................. i

Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................ ii

Danh mục bảng ................................................................................................ iii

Danh mục hình ................................................................................................. iv

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 2

1.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm môi trường nước .............................. 2

1.1.1. Tài nguyên nước ............................................................................... 2

1.1.2. Sự ô nhiễm môi trường nước ............................................................ 2

1.2. Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ con

người ........................................................................................................... 3

1.2.1. Kẽm ................................................................................................... 3

1.2.2. Niken ................................................................................................. 3

1.2.3. Sắt ..................................................................................................... 4

1.3. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng ..... 4

1.3.1. Phương pháp kết tủa ......................................................................... 5

1.3.2. Phương pháp trao đổi ion.................................................................. 5

1.3.3. Phương pháp vi sinh ......................................................................... 7

1.3.4. Phương pháp hấp thụ ........................................................................ 8

1.4. Hấp phụ trong môi trường nước ........................................................ 13

1.4.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước .......................... 13

1.4.2 .Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước .................... 14

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ...................................... 15

1.6. Giới thiệu về bẹ chuối. ....................................................................... 15

1.6.1. Diện tích và sản lượng chuối .......................................................... 15

1.6.2. Thành ph n chính của bẹ chuối ...................................................... 16

1.7. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm và chất thải nông

nghiệp làm VLHP .................................................................................... 17

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ ................... 21

2.1. Dụng cụ và hoá chất .......................................................................... 21

2.1.1. Hoá chất .......................................................................................... 21

2.1.2. Thiết bị và dụng cụ. ........................................................................ 21

2.2. Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối. ......................................................... 21

2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ...................................................................... 21

2.2.2. Chế tạo VLHP ................................................................................. 22

2.3. Xác định đặc trưng bề mặt của các VLHP ........................................ 22

2.3.1. Phổ hồng ngoại (IR)........................................................................ 22

2.3.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM). ............................................ 25

2.4. Xác định điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ ........................... 26

2.4.1. Xác định điểm đẳng điện của VLHP 1 ........................................... 27

2.4.2. Xác định điểm đẳng điện của VLHP 2 ........................................... 28

2.4.3 . Xác định điểm đẳng điện của VLHP 3 .......................................... 29

2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II), Zn(II), Fe(III) ...... 30

2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) .. 32

2.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của NLvà các VLHP đối với Ni(II),

Fe(III), Zn(II) ............................................................................................ 33

2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II). ........................................................ 35

2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP

đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II). ................................................................... 38

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) ......................................................... 42

2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của

các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II). ................................................. 46

2.7. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II). ..... 53

2.7.1. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) ............................ 53

2.7.2. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) .......................... 61

2.7.3. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II) ........................... 69

KẾT LUẬN .................................................................................................... 78

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 80

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A Optical absorption (Độ hấp thụ quang)

AAS Atomic adsorption (Hấp thụ nguyên tử)

Brunauer- Emmett-Teller (Phương pháp đo BET diện tích bề mặt riêng)

Universal flame atomic adsorption (Phổ hấp F-AAS thụ nguyên tử ngọn lửa)

IR Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại)

NL Nguyên liệu

Điểm đẳng điện pHpzc

Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi SEM điện tử quét)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

VLHP Vật liệu hấp phụ

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Diễn biến sản xuất chuối ở Việt Nam ................................................ 16

Bảng 1.2. Thành ph n của bẹ chuối ................................................................... 16

Bảng 2.1. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP1 ................................... 27

Bảng 2.2. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP ..................................... 28

Bảng 2.3. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 3 .................................. 29

Bảng 2.4. Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa ................................... 30

Bảng 2.5. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Ni(II) .................... 31

Bảng 2.6. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Fe(III) .................. 31

Bảng 2.7. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Zn(II) ................... 32

Bảng 2.8. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: stearic đến dung lượng hấp phụ Ni(II),

Fe(III), Zn(II) ............................................................................................... 33

Bảng 2.9. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: fomanđehit đến dung lượng hấp phụ

Ni(II), Fe(III), Zn(II) ................................................................................... 34

Bảng 2.10. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: sunfuric đến dung lượng hấp phụ

Ni(II), Fe(III), Zn(II) ................................................................................... 34

Bảng 2.11. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ............... 35

của các VLHP đối với Ni(II) .............................................................................. 35

Bảng 2.12. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Fe(III) ................................................................................... 36

Bảng 2.13. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Zn(II) .................................................................................... 38

Bảng 2.14. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP

đối với Ni(II) ................................................................................................ 39

Bảng 2.15. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP

đối với Fe(III). ............................................................................................. 40

Bảng 2.16. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP

đối với Zn(II ................................................................................................. 41

Bảng 2.17. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

VLHP đối với Ni(II) .................................................................................... 43

Bảng 2.18. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Fe (III) .................................................................................. 43

Bảng 2.19. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Zn (II) ................................................................................... 45

Bảng 2.20. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của

VLHP1 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) .......................................................... 46

Bảng 2.21. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của các

VLHP2 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) .......................................................... 48

Bảng 2.22. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của

VLHP3 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II ........................................................... 50

Bảng 2.23. Dung lượng cực đại và hằng số Langmuir. ...................................... 53

Bảng 2.24. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) .. 53

Bảng 2.25. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với

Ni(II) ............................................................................................................ 58

Bảng 2.26. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với

Ni(II) ............................................................................................................ 60

Bảng 2.27. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) . 61

Bảng 2.28: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với

Fe(III) ........................................................................................................... 66

Bảng 2.29. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với

Fe(III) ........................................................................................................... 68

Bảng 2.30. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP .......................... 69

đối với Zn(II) ...................................................................................................... 69

Bảng 2.31. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với

Zn(II) ............................................................................................................ 74

Bảng 2.32. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Zn(II) ............................................................................................................ 76

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1. Phổ IR của nguyên liệu ....................................................................... 23

Hình 2.2 Phổ IR của VLHP1 .............................................................................. 23

Hình 2.3. Phổ IR của VLHP2 ............................................................................. 24

Hình 2.4. Phổ IR của VLHP3 ............................................................................. 24

Hình 2.5. Ảnh SEM của NL(a), VLHP1(b), VLHP2(c). ................................... 26

Hình 2.6. Ảnh SEM của NL (a); VLHP3 (b). .................................................... 26

Hình 2.7. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 1..................................... 28

Hình 2.8. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP2...................................... 29

Hình 2.9. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP3...................................... 30

Hình 2.10. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) ................................... 31

Hình 2.11: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) .................................. 32

Hình 2.12. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Zn(II) ................................... 32

Hình 2.13.Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp

phụ Ni(II) ..................................................................................................... 36

Hình 2.14. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp

phụ Fe(III) .................................................................................................... 37

Hình 2.15. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp

phụ Zn(II) ..................................................................................................... 38

Hình 2.16. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ

Ni(II) ............................................................................................................ 40

Hình 2.17. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ

Fe(III). .......................................................................................................... 41

Hình 2.18 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ

Zn(II) ............................................................................................................ 42

Hình 2.19. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với

sự hấp phụ Ni(II) .......................................................................................... 43

Hình 2.20. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

sự hấp phụ Fe(III) ........................................................................................ 44

Hình 2.21. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với

sự hấp phụ Zn (II) ........................................................................................ 45

Hình 2.22. (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP1 đối với Ni(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II) ............................................. 47 Hình 2.23. (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Fe(III)

(b). Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) .......................................... 47 Hình 2.24. (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Zn(II)

b). Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) ............................................. 48 Hình 2.25.(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Ni(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni (II) ............................................ 49 Hình 2.26. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Fe(III)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) ........................................... 49 Hình 2.27. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Zn(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) ............................................ 50 Hình 2.28. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Ni(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II) ............................................. 51 Hình 2.29.(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Fe(III)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) ........................................... 51 Hình 2.30. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP3 đối với Zn(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) ............................................ 52 Hình 2.31. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1

đối với Ni(II) ................................................................................................ 57

Hình 2.32. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2

đối với Ni(II). ............................................................................................... 57

Hình 2.33. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3

đối với Ni(II). ............................................................................................... 58

Hình 2.34. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1

đối với Ni(II) ................................................................................................ 59

Hình 2.35. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đối với Ni(II) ................................................................................................ 59

Hình 2.36. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3

đối với Ni(II) ................................................................................................ 60

Hình 2.37. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1

đối với Fe(III) .............................................................................................. 64

Hình 2.38. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2

đối với Fe(III) .............................................................................................. 65

Hình 2.39. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3

đối với Fe(III) .............................................................................................. 66

Hình 2.40. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1

đối với Fe(III) .............................................................................................. 67

Hình 2.41. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2

đối với Fe(III) .............................................................................................. 67

Hình 2.42. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3

đối với Fe(III) .............................................................................................. 68

Hình 2.43. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1

đối với Zn(II) ............................................................................................... 73

Hình 2.44. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2

đối với Zn(II) ............................................................................................... 73

Hình 2.45. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3

đối với Zn(II) ............................................................................................... 74

Hình 2.46. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1

đối với Zn(II) ............................................................................................... 75

Hình 2.47. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2

đối với Zn(II) ............................................................................................... 76

Hình 2.48. Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đối với Zn(II) ............................................................................................... 76

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên quý giá, là chất liên quan trực tiếp đến sự

sống trên trái đất. Một vài thập niên trở lại đây, do sự phát triển của khoa học

kỹ thuật, kinh tế và sức sản xuất nhằm đáp ứng sự bùng nổ của dân số, lượng

nước dùng cho sinh hoạt, sản xuất tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên, chính sự phát

triển đó đã kéo theo sự ô nhiễm nguồn nước. Một trong các tác nhân gây ô

nhiễm môi trường nước là các kim loại nặng.

Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để

tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước. Một trong các phương

pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là sử dụng các VLHP có

nguồn gốc thực vật để tách kim loại ra khỏi môi trường nước. Phương pháp

này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa

thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác.

Một trong các nguồn nguyên liệu sẵn có ở nước ta là bẹ chuối rất thích

hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ để tách loại các

ion kim loại nặng.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế

tạo các vật liệu hấp phụ từ bẹ chuối để hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) trong

môi trường nước”.

Thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng fomandehit, axit

stearic, axit sunfuric…

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phổ IR, ảnh chụp SEM.

- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp

phụ của VLHP chế tạo từ bẹ chuối theo phương pháp tĩnh. Cụ thể là các yếu

tố: pH, thời gian, nồng độ đ u, khối lượng VLHP.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II).

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm môi trường nước

1.1.1. Tài nguyên nước

Nước là thành ph n của sinh quyển, là tài nguyên quan trọng nhất của

loài người và sinh vật trên trái đất. Nước đóng vai trò điều hoà các yếu tố của

khí hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó. Nước là tài

nguyên quý giá, đáp ứng nhu c u đa dạng của con người trong sinh hoạt hàng

ngày, trong nông nghiệp và trong sản xuất công nghiệp như: tạo ra điện năng,

nhiều danh lam thắng cảnh hùng vĩ, nuôi trồng thuỷ sản, sản xuất lương thực.

Nước bao phủ 71% diện tích của trái đất, trong đó có 97% là nước mặn còn 3% là nước ngọt. Nhưng trên thực tế, trong 3% nước ngọt thì 3/4 lượng

nước ngọt đó là con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng

đất, hoặc bị đóng băng, hoặc ở dưới dạng hơi.., chỉ có 0,5% nước ngọt hiện diện

trong sông, hồ, ao, suối mà con người đã và đang sử dụng. Tuy nhiên bên cạnh

đó, nguồn nước còn bị ô nhiễm do các hoạt động của con người. Do vậy, trên

thực tế, nước để đáp ứng nhu c u của con người chiếm tỉ lệ không đáng kể [11].

1.1.2. Sự ô nhiễm môi trường nước

Nước tự nhiên là nước được hình thành của quá trình tự nhiên, không có tác

động của nhân sinh. Do tác động của nhân sinh, nước tự nhiên bị ô nhiễm bẩn bởi

các chất khác nhau làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước, làm cho nguồn

nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Các khuynh hướng làm thay đổi

chất lượng của nước dưới ảnh hưởng hoạt động của con người [4], [5].

2-, NO3

- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí - trong nước. quyển, tăng hàm lượng SO4

- Tăng hàm lượng của Ca, Mg, Si trong nước ng m và nước sông do

mưa hoà tan, phong hoá cacbonat.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Tăng hàm lượng các kim loại nặng trong nước tự nhiên như: Pb,

Cd, Fe, Zn…

- Giảm nồng độ oxi hoà tan trong nước tự nhiên do quá trình oxi hoá có

liên quan đến quá trình sống của sinh vật, các nguồn chứa nước và khoáng

hoá các hợp chất hữu cơ… [11].

1.2. Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ con người

Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường

hợp, các kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu

dài. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là

mắt xích cuối cùng. Kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng c n thiết cho cơ

thể người nhưng khi chúng tồn tại ở dạng ion và với nồng độ lớn, khi đi vào

cơ thể người thì chúng lại có độc tính cao [3], [15].

1.2.1. Kẽm

Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ trái đất. Kẽm tồn tại trong

các loại chất phổ biến là sphalenit, blen đỏ, calamin.

Kẽm là nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể, toàn cơ thể chứa khoảng 2 -

2,5 gam kẽm, g n bằng lượng sắt, gấp 20 l n lượng đồng trong cơ thể. Chính

vì vậy kẽm đóng vai trò sinh học không thể thiếu đối với sức khoẻ con người.

Sự thiếu hụt kẽm trong cơ thể sẽ gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương,

teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan [4], [15]…

Nhưng nếu dư thừa, kẽm còn có khả năng gây ra ung thư đột biến, gây

ngộ độc th n kinh, gây độc đến hệ miễn dịch.

1.2.2. Niken

Đối với một số gia súc, vi sinh vật, thực vật, niken là một nguyên tố vi lượng.

Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hoá chất,

luyện kim, điện tử… Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải. Niken vào

cơ thể chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn

nôn, đau đ u; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ th n kinh trung

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ương, gan, thận; còn nếu tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm

da, xuất hiện dị ứng… [5], [8].

1.2.3. Sắt

Sắt chiếm ít nhất 5% của vỏ Trái đất và là một trong những nguồn tài

nguyên thiên nhiên phong phú. Nước mưa khi ngấm vào lòng đất và các t ng

địa chất sẽ hòa tan sắt, từ đó sẽ ngấm vào các nguồn nước ng m, cũng chính

là nguồn nước giếng mà hiện tại người dân đang sử dụng rộng rãi. Bên cạnh

đó, sắt cũng có thể xâm nhập vào nguồn nước thông qua ống rỉ sét dẫn nước.

Sắt hòa tan làm nước có mùi kim loại, khi hàm lượng sắt cao sẽ làm cho nước

có vị tanh, màu vàng và đục. Các loại rau xanh được chế biến bằng nước

nhiễm sắt sẽ làm mất đi màu sắc hấp dẫn vốn có của nó. Với qu n áo, các vật

dụng trong gia đình... tạo ra các vết cáu bẩn, lắng cặn. Vì vậy, sắt được coi là

một thứ chất gây ô nhiễm thứ cấp hoặc chất gây mất thẩm mỹ cho nước.

Chất sắt là một yếu tố c n thiết cho cơ thể con người, sắt không được

coi là nguy hại đến sức khỏe con người ở mức độ vừa phải. Trong thực tế, sắt

c n thiết cho sức khỏe vì nó tạo điều kiện vận chuyển oxy trong máu, giải độc

gan, kiểm soát tín hiệu dẫn truyền th n kinh… Do đó thiếu sắt sẽ gây ra tình

trạng thiếu máu thiếu sắt và ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hoá của tế bào

do thiếu hụt các men chứa sắt. Ngược lại quá tải sắt trong cơ thể vượt quá giới

hạn cũng gây ra ứ đọng sắt tại các mô như tim, gan, tuyến nội tiết... dẫn đến

rối loạn tr m trọng chức năng các cơ quan này. [4], [5], [10].

1.3. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Một vài thập niên trở lại đây, do sự phát triển của kinh tế và sức sản

xuất, lượng nước dùng cho sinh hoạt, sản xuất tăng lên rất nhiều. Để đáp ứng

nhu c u nước sinh hoạt và việc xử lý môi trường đòi hỏi phải có những biện

pháp xử lý phù hợp đạt hiệu quả cao. Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước

thải chứa kim loại nặng như các phương pháp hoá học, hoá lý hay sinh học có

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

thể áp dụng các quá trình xử lý nhằm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải vào

môi trường [12].

1.3.1. Phương pháp kết tủa

Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước

thải với kim loại c n tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và

được tách khỏi nước thải bằng phương pháp lắng.

Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit

bằng cách trung hoà đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất

cả các kim loại không trùng nhau, tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 10,5

tuỳ theo giá trị cực tiểu c n tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại. Đối

với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trò rất quan trọng. Khi xử lý

c n chọn tác nhân trung hoà và điều chỉnh pH phù hợp.

Phương pháp kết tủa hóa học rẻ tiền ứng dụng rộng nhưng hiệu quả

không cao, phụ thuộc nhiều yếu tố (nhiệt độ, pH, bản chất kim loại) [5].

1.3.2. Phương pháp trao đổi ion

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa

hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm

chức trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột cationit và

anionit. Các vật liệu nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi

tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất

hoặc hoà tan. Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy ion cùng

dấu có trong dung dịch. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong nước thường

dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch.

RmB + mA  mRA + B

Phản ứng xảy ra cho tới khi cân bằng được thiết lập. Quá trình gồm các

giai đoạn sau:

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

* Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lưới

biên màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

* Khuyếch tán các ion qua lớp ngoài.

* Chuyển ion đã khuyếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi.

* Khuyếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức

năng trao đổi Ion.

* Phản ứng hoá học trao đổi ion A và B.

* Khuyếch tán các ion B bên trong hạt trao đổi tới biên giới phân pha.

* Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng.

* Khuyếch tán các ion B qua màng.

* Khuyếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng.

* Đặc tính của trao đổi ion:

+ Sản phẩm không hoà tan trong điều kiện bình thường.

+ Sản phẩm được gia công hợp cách.

+ Sự thay đổi trạng thái của trao đổi ion không làm phân huỷ cấu trúc vật liệu.

Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là tiến hành ở quy mô lớn và với

nhiều loại kim loại khác nhau. Tuy vậy lại tốn nhiều thời gian, tiến hành khá

phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao [2].

1.3.3. Phương pháp vi sinh

Biện pháp sinh học sử dụng một đặc điểm rất quý của vi sinh vật , đặc

điểm đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất là khả

năng đồng hoá được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau của vi sinh vật, từ tinh

bột, xenlulozơ, cả nguồn d u mỏ và dẫn xuất của nó đến các hợp chất cao

phân tử khác như protein, lipit, cùng các kim loại nặng như chì, thuỷ ngân...

Thực chất của phương pháp này là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật (sử

dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm

nguồn dinh dưỡng và năng lượng) để biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân

tử có trong nước thải thành các hợp chất đơn giản hơn. Trong quá trình dinh

dưỡng này vi sinh vật sẽ nhận được các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào,

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

sinh trưởng và sinh sản, nên sinh khối được tăng lên [2].

Biện pháp sinh học để xử lý nước thải có thể làm sạch hoàn toàn các

loại nước thải công nghiệp chứa các loại chất bẩn hoà tan hoặc phân tán nhỏ.

Do vậy biện pháp này thường dùng sau khi loại bỏ các tạp chất phân tán thô

ra khỏi chất thải.

1.3.4. Phương pháp hấp thụ

So với các phương pháp khác, phương pháp hấp phụ có nhiều đặc tính

ưu việt hơn hẳn. Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên

và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, rẻ tiền, quy trình xử lý đơn giản.

Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý

nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng.

* Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ.

Hấp phụ là sự tích luỹ các chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn,

khí – lỏng, lỏng – rắn, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ

được gọi là chất hấp phụ. Chất được tích luỹ trên bề mặt gọi là chất hấp phụ.

Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất

hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta

chia làm hai loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.

Hấp phụ vật lí: Là sự hấp phụ gây ra bởi lực Vander Vaals (tương tác

yếu) giữa các ph n tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ vật

lí là quá trình thuận nghịch.

Hấp phụ hoá học: Gây ra bởi các lực liên kết hoá học giữa các ph n tử

chất bị hấp phụ với ph n tử chất hấp phụ. Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ.

Trong một số hệ hấp phụ, xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật

lí và hấp phụ hoá học [7], [9].

Cân bằng hấp phụ: Sự hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, bên

cạnh quá trình hấp phụ còn có quá trình ngược lại gọi là quá trình phản hấp

phụ, tức là có sự chuyển các ion hoặc phân tử bị hấp phụ từ bề mặt chất hấp

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

phụ vào dung dịch. Sự diễn ra đồng thời hai quá trình ngược chiều nhau dẫn

tới trạng thái cân bằng động gọi là cân bằng hấp phụ.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hấp phụ như: bề mặt chất hấp

phụ, nồng độ chất bị hấp phụ, nhiệt độ, bản chất các chất bị hấp phụ

Trong một hệ hấp phụ, khi đạt tới trạng thái cân bằng, dung lượng hấp

phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất và nồng độ của chất bị hấp phụ trong

pha thể tích:

q = q(T, p) hoặc q = q(T, C).

Ở một nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất

(nồng độ):

q = q(p) hoặc q = q(C).

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một

đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng

độ và nhiệt độ cho trước [9].

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

(1.1)

Trong đó:

q: dung lượng hấp phụ.

V: Thể tích dung dịch (lít).

m: Khối lượng chất hấp phụ (g).

C0: Nồng độ dung dịch ban đ u (mg/l) [9].

* Phương trình động học hấp phụ.

Trong quá trình hấp phụ, các ph n tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng

thời, bởi vì các ph n tử chất bị hấp phụ khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt

chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ.

Đối với hệ lỏng – rắn, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các ph n tử chất bị hấp thụ

chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ.

- Giai đoạn khuếch tán màng: Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến

bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản.

- Giai đoạn khuếch tán trong mao quản: Chất bị hấp phụ khuếch tán

vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào

bề mặt chất hấp phụ.

Quá trình hấp phụ được coi như một phản ứng nối tiếp bao gồm các

giai đoạn nhỏ, trong đó giai đoạn chậm nhất quyết định tốc độ của cả quá

trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm nhất đóng vai trò quyết định đến tốc

độ của cả quá trình. Trong các quá trình động học hấp phụ, người ta thừa

nhận: Giai đoạn khuếch tán trong và ngoài có tốc độ chậm nhất. Do đó các

quá trình này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ quá trình động học hấp phụ.

Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn này và sẽ thay đổi theo thời

gian cho đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng.

Tốc độ hấp phụ (v) là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

V= dx/dt = β( C0 – Cf) = k( qm – q ) (1.2)

Trong đó:

β: Hệ số chuyển khối.

C0: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại nồng độ ban đ u (mg/l).

Cf: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại nồng độ t (mg/l).

k: hằng số tốc độ hấp phụ.

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t. (mg/g).

qm: dung lượng hấp phụ cực đại(mg/g).

Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng

độ dung dịch ban đ u.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trong quá trình hấp phụ tĩnh thì hiệu suất hấp phụ được tính theo công

thức:

H(%) = [(C0 – Ct)/C0]. 100%. (1.3)

Trong đó:

H: hiệu suất hấp phụ.

C0: nồng độ đ u của ion kim loại(mg/l).

Ct: nồng độ ion kim loại sau khi hấp phụ tại thời điểm t(mg/l).

n: số đơn vị thể tích cơ sở.

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren:

(1.4)

Dạng tích phân của phương trình trên là:

(1.5)

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

(1.6)

Dạng tích phân của phương trình này là:

(1.7)

Trong đó:

qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t

(mg/g).

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1.

thời gian-1) biểu kiến.

Từ các phương trình trên có thể xác định được giá trị thực nghiệm của

q theo t và tính được hằng số tốc độ biểu kiến k1, k2. Giá trị của hằng số tốc

độ biểu kiến là một trong các thông số để so sánh giữa các chất hấp phụ đối

với cùng một chất bị hấp phụ. [2].

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trong một hệ hấp phụ, khi đạt trạng thái cân bằng lượng chất bị hấp

phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong

pha thể tích:

a = f(T, P hoặc C). (1.8)

Ở nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn a= fT(P hoặc C) gọi là đường

đẳng nhiệt hấp phụ. Mối quan hệ a= fT(P hoặc C) được mô tả qua các phương

trình hấp phụ Henry, Freundlich, Langmuir... có thể sử dụng các phương trình

hấp phụ để mô tả quá trình hấp phụ của VLHP. Trong đề tài này, chúng tôi sử

dụng phương trình đẳng nhiệt Langmuir để mô tả quá trình hấp phụ của các

VLHP.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là phương trình có cơ sở lý

thuyết dựa vào việc nghiên cứu động học hấp phụ. Phương trình này được xây

dựng trên các giả thuyết là:

- 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 của chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ

trên các trung tâm 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 hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

(1.9)

Trong đó:

q, qmax : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).

θ : mức độ che phủ.

b: hằng số Langmuir.

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/g).

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.cCcb mô tả vùng

hấp phụ tuyến tính.

+ Trong vùng nồng độ cao b.Ccb << 1 thì q = qmax. mô tả vùng hấp phụ bão hòa.

Khi nồng đô 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

đăng nhiệt Langngmuir, đưa ra phương trình (1.9) về dạng phương trình

đường thẳng:

(1.10)

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của vào Ccb sẽ xác định được các

hằng số b, qmax trong phương trình. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và

đồ thị sự phụ thuộc của vào Ccb có dạng như hình 1.1 và 1.2 [9].

Hình 1.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Hình 1.2. Sự phụ thuộc

Langmuir của Ccb/q vào Ccb

tanα = ; = → qmax =

1.4. Hấp phụ trong môi trường nước

1.4.1. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước

Kim loại tồn tại trong nước có thể ở dạng ion hay dạng phức hidroxo

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tương ứng. Dạng hidroxo được tạo thành nhờ các phản ứng thủy phân. Sự

thủy phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hưởng rất lớn bởi

pH của dung dịch. Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố

các dạng thủy phân, làm cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thước ion kim

loại có thể tạo phức, sự hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này

làm ảnh hưởng đến cả dung lượng và cơ chế hấp phụ [1], [2].

1.4.2. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp. Vì

trong hệ có ít nhất ba thành ph n gây tương tác là nước - chất hấp phụ -

chất bị hấp phụ.

Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ

cạnh tranh và có chọn lọc giữa các chất bị hấp phụ và dung môi. Thông

thường, nồng độ chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp

phụ, các ph n tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ.

Các chất hấp phụ chỉ có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên bề mặt chất

hấp phụ. Điều này xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ

mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước.

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phụ

thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng. Chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn.

Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của

môi trường. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ.

Các chất có tính axit yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương

hoặc trung hoà. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến nhóm chức bề

mặt cuả chất hấp phụ đến sự phân li các nhóm chức.

Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

VLHP. Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ

từ dung dịch thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của

mao quản không cản trở sự đi vào của chất hấp phụ. Nếu kích thước mao

quản bé hơn kích thước của phân tử thì sự hấp phụ sẽ bị cản trở [1], [2].

1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Có nhiều phương pháp để xác định nồng độ ion kim loại nặng như

phương pháp phân tích thể tích, phương pháp cực phổ, phương pháp trắc

quang, phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử,...Trong đề tài này, chúng tôi sử

dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.

* Nguyên tắc của phương pháp

Nhiều tài liệu chuyên khảo đã đưa ra các phương pháp xác định hàm

lượng các kim loại nặng trong các mẫu phân tích. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập

vài nét của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sẽ áp dụng khi thực hiện đề

tài. Nguyên tắc chung của phương pháp là: Chuyển cấu tử c n phân tích thành

trạng thái hơi nguyên tử. Sau đó chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng xác

định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các tia bức

xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Khi đó phổ sinh ra trong quá

trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử. Dựa vào phổ hấp thụ nguyên tử

xác định nồng độ của các nguyên tố trong mẫu phân tích.

* Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc của cường độ vạch

hấp thụ (hay độ hấp thụ nguyên tử) vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử c n

xác định trong mẫu theo phương trình A = K .Cb để có sự phụ thuộc tuyến

tính giữa A và Cb [6].

1.6. Giới thiệu về bẹ chuối.

1.6.1. Diện tích và sản lượng chuối

Chuối là loại cây ăn quả có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới ở Đông

Nam Á và Úc. Đây là loại ngắn ngày và cho sản lượng khá cao, trung bình

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

có thể đạt năng suất 20-30 tấn/ha.

Ở nước ta, chuối là loại cây rất phổ biến chiếm 19% tổng diện tích cây

ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,5 triệu tấn.

Các số liệu về diện tích và sản lượng chuối được cập nhật trong những

năm g n nhất từ 2007 đến 2013 được thể hiện ở bảng 1.2 sau [19].

Bảng 1.1. Diễn biến sản xuất chuối ở Việt Nam

Năm Diện tích (ha) Sản lƣợng (tấn)

2007 95.000 1.355.000

2008 95.000 1.400.000

2009 100.224 1.428.079

2010 99.627 1.489.740

2011 106.451 1.174.242

2012 108.548 1.791.937

2013 112.433 1.892.523

(Nguồn: số liệu thống kê FAOSPAT Datase Results 2013)

1.6.2 Thành ph n ch nh của bẹ chuối

Theo tài liệu [17], tác giả K. Sathasivam và cộng sự đã xác định được

thành ph n các chất trong thân cây chuối. Kết quả được thể hiện ở bảng 1.3.

Bảng 1.2. Thành phần của bẹ chuối

Thành phần Phần trăm (%)

Cacbon 40,25

Oxi 55,85

Kali 2,41

Canxi 1,49

Xenlulozo 31,27 ± 3,61

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hemixenlulozo 14,98 ± 2,03

Lignin 15,07 ± 0,66

Chất béo 4,46 ± 0,11

Chất tan trong nước 9,74 ± 1,62

Chất xơ 8,65 ±0,10

Đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các polyme như xenlulozơ,

hemixenlulozơ, lignin, pectin… có khả năng tách các kim loại nặng trong

nước là nhờ thành ph n của chúng có các nhóm có khả năng hấp phụ, trao đổi

ion như: hydroxyl, cacbonyl, cacboxyl… Reddad cho rằng các vị trí anionic

phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng. Mykola cũng

chứng tỏ rằng các nhóm axit galacturonic trong pectin là những vị trí liên kết

mạnh với các cation [17]. Như vậy với thành ph n chính là xenlulozơ,

hemixenlulozơ, lignin thì bẹ chuối có tiềm năng trở thành VLHP. Mặt khác,

với năng suất và sản lượng chuối lớn, ngoài việc làm thức ăn cho gia súc, thì

một lượng bẹ chuối lớn được thải ra ngoài môi trường. Đây là một điều kiện

thuận lợi cho việc sử dụng bẹ chuối làm VLHP nhằm mục đích xử lý nguồn

nước ô nhiễm kim loại nặng.

1.7. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm và chất thải nông

nghiệp làm VLHP

Phụ phẩm và chất thải nông nghiệp được làm xốp và nhẹ do có tính

chất sợi, là vật liệu lí tưởng để chế tạo chất hút bám do hấp phụ kim loại.

Nhóm chức bề mặt cacboxyl và hyđroxyl có ái lực cao đối với các ion kim

loại nặng. Biến đổi hoá học của chất thải có thể phóng to bề mặt diện tích,

vị trí hấp phụ, lỗ khí… do đó cải thiện được khả năng hấp phụ, có thể bù

đắp chi phí thấp, hiệu quả và không ảnh hưởng đến môi trường. Sự khử hấp

phụ và có thể tái sinh được thực hiện để thu hồi kim loại có giá trị từ hấp

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

phụ. Nhóm hyđroxyl và nhóm cacbonyl trong chất thải công nghiệp làm

cho chúng có thể tham gia sự khử hấp phụ và tái sinh dễ dàng hoặc có mặt

của axit vô cơ đơn giản.

Dưới đây giới thiệu một số kết quả nghiên cứu việc sử dụng các phụ

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

phẩm nông nghiệp làm VLHP:

* Rơm.

Rơm được nghiền nhỏ và xử lý bằng dung dịch NaOH có khả năng hấp

phụ tốt các ion kim loại như: Cr(VI), Cu(II), Ni(II). Dung lương hấp phụ cực đại

của rơm đối với Ni(II) và Cd(II) l n lượt là 35,08 mg/g và 144,1 mg/g [21].

* Bã mía.

Bã mía được biến tính bằng nhiều phương pháp sẽ tạo ra những vật liệu

khác nhau và có khả năng hấp phụ khác nhau như: biến tính bằng axit

sunfuric, anhydrit sucxinic… Bã mía được đánh giá là vật liệu có khả năng

hấp phụ tốt không chỉ đối với các ion kim loại nặng mà còn có khả năng hấp

phụ các hợp chất hữu cơ độc hại [22].

* Vỏ lạc.

Được dùng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách Cd2+ rất cao, chỉ c n hàm lượng than hoạt tính là 0,7g/l có thể hấp thụ tốt dung dịch Cd2+ nồng

độ 20mg/l. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính thông thường thì khả năng

hấp phụ của nó cao gấp 31 l n [14].

* Vỏ đậu tương.

Có khả năng hấp phụ đối tốt với nhiều ion kim loại nặng như Cd2+, Zn2+… và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt là ion Cu2+. Vỏ đậu tương sau khi xử

lý với NaOH và axit xitric thì dung lượng hấp phụ cực đại lên đến 108mg/g [23].

* Vỏ quả cọ.

Vỏ cọ vốn có hàm lượng cacbon cao dùng để sản xuất than hoạt tính chất

lượng cao. Than vỏ cọ (kích thước hạt 100 - 150 m) được phủ khoảng 21%

chitosan lên bề mặt có dung lượng hấp phụ cực đại đối với crom đến 154 mg/g ở 25oC. Than vỏ cọ có khả năng hấp phụ chì đến 95,2 mg/g tại pH = 5 [16].

* Xơ dừa.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với V5+, Ni2+, Hg2+. Xơ

dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co3+, Cr3+, Ni2+ từ dung dịch [16].

* Cuống lá chuối.

VLHP từ cuống lá chuối thông qua quá trình xử lý bằng axit xitric và

nhiệt độ để tách loại, thu hồi Cu(II), Ni(II) và Cr(VI) cho kết quả tốt.

Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã

xác định được dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) của VLHP đối với các ion

Cu(II), Ni(II), Cr(VI) là:

Cu(II): qmax = 18,450 mg/g.

Ni(II): qmax = 13,569 mg/g.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Cr(VI): qmax = 28,571 mg/g [18].

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ

2.1. Dụng cụ và hoá chất

2.1.1. Hoá chất

- Nước cất - Natri clorua: NaCl

- Cồn tuyệt đối - Fomandehit: HCHO

- Axit stearic: C17H35COOH - n-hexan: n-C6H14

- Axit nitric: HNO3 - Niken (II) nitrat: Ni(NO3)2 .6H2O

- Axit sunfuric: H2SO4 - Sắt (III) nitrat: Fe(NO3)3.9H2O

- Axit clohiđric: HCl - Kẽm (II) nitrat: Zn(NO3)2.6H2O

- Natri hidroxit: NaOH

2.1.2. Thiết bị và dụng cụ.

- Máy quang phổ hấp phụ nguyên tử Thermo (Anh).

- Máy đo pH Precise 900 (Thuỵ Sỹ).

- Máy lắc.

- Máy lọc hút chân không.

- Tủ sấy Jeiotech (Hàn Quốc).

- Cân điện tử số 4.

- Bình định mức, pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác...

2.2. Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối.

2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu (NL) bẹ chuối sau khi thu về tách lấy ph n vỏ bên ngoài,

rửa bằng nước máy nhiều l n rồi rửa lại bằng nước cất, Sau đó sấy khô bằng

máy sấy khoảng 80oC.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bẹ chuối khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền thông dụng, rây để thu

được nguyên liệu có kích thước hạt cỡ từ 0,02÷0,05 mm.

2.2.2. Chế tạo VLHP

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng axit stearic(VLHP1).

Trộn đều 1g NL l n lượt với 0,1; 0,2; 0,3 g axit stearic. Cho vào mỗi

hỗn hợp trên 100ml n-hexan và 2 giọt axit sunfuric đặc, khuấy đều, đun hồi

lưu ở 650C trong 6 giờ 15 phút. Sau đó rửa bằng nước cất đến môi trường

trung tính, sấy khô ở 650C thu được VLHP1 [22].

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng fomanđehit (VLHP2).

Trộn đều 40g NL rồi trộn đều với dung dịch fomanđehit 1% theo tỉ lệ

1:4; 1:5; 1:6 (NL (g): fomanđehit (ml)), sau đó đem sấy ở 50oC trong 4 giờ.

Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai l n để loại bỏ fomanđehit

dư và sấy ở 80oC cho đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được VLHP2 [22].

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng axit sunfuric (VLHP3)

Trộn đều 40g NL với 22ml dung dịch axit sunfuric đặc 98% theo tỉ lệ

1:0,5; 1:1; 1: 1,5 (NL (g): sunfunic (ml)), sau đó nung ở 1500C trong 24 giờ

thu được nguyên liệu dạng than, sau đó rửa và lọc bằng nước cất nhiều l n

cho hết axit dư, sấy khô ở 1100C trong 24 giờ thu được VLHP3 (than bẹ

chuối) [22].

2.3. Xác định đặc trưng bề mặt của các VLHP

2.3.1. Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ IR của NL, VLHP1 (tỉ lệ NL(g) : stearic(g) = 1 : 0,2); VLHP2 (tỉ lệ

NL(g) : fomadehit(ml) = 1:4); VLHP3 (tỉ lệ NL(g) : axit sunfuric (ml) = 1 : 1)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

được chỉ ra l n lượt các hình 2.1; 2.2; 2.3 và 2.4.

Hình 2.1. Phổ IR của nguyên liệu

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.2 Phổ IR của VLHP1

Hình 2.3. Phổ IR của VLHP2

Nhận xét:

So sánh phổ hồng ngoại của VLHP1, VLHP2 với NL cho thấy dải hấp thụ của nhóm cacbonyl (C=O) trong NL (1785,14 cm-1) dịch chuyển về vùng có số sóng thấp hơn, rộng và cường độ hấp thụ mạnh hơn (1661,61cm-1 đối với VLHP1; 1697,48cm-1 đối với VLHP2) (hình 2.1 ÷ 2.3) tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp phụ.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.4. Phổ IR của VLHP3

Nhận xét:

Trên bề mặt của than tồn tại đồng thời nhóm chức axit và bazơ, những

nhóm chức bề mặt axít thường hay gặp có ý nghĩa hơn trong quá trình hấp

phụ. Việc nhận biết từng nhóm chức gặp nhiều khó khăn do tính chất hóa học

của các nhóm chức này thường bị thay đổi trong mối quan hệ với các nhóm

chức bên cạnh.

Trên phổ hồng ngoại của VLHP3 các dải hấp thụ ở các số sóng 2862,18 cm-1, 2932,86 cm-1, 1025,55 cm-1 và 1159,49 cm-1 có liên quan đến sự phân

hủy các thành ph n hữu cơ như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin... Nói

chung các dải phổ của nhóm này đều có nguồn gốc từ nhóm cacboxyl,

OH,...trong cấu trúc của nguyên liệu, làm tăng các vị trí hấp phụ của VLHP

[22], [23].

Như vậy, sự hoạt hóa NL bằng axit stearic, fomandehit và axit sunfuric

là có hiệu quả đã tạo ra các VLHP có điều kiện hấp phụ tốt hơn NL.

2.3.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM).

* Tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của:

NL (Hình 2.5 (a), 2.6(a)).

VLHP1 với tỉ lệ NL(g):Stearic(g) = 1:0,2 (Hình 2.5(b)).

VLHP2 với tỉ lệ NL(g): fomandehit(ml) = 1:4 (Hình 2.5(c)).

VLHP3 với tỉ lệ NL(g): sunfuric(ml) = 1:1 (Hình 2.6(b)).

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(a) (b) (c)

Hình 2.5. Ảnh SEM của NL(a), VLHP1(b), VLHP2(c).

(a) (b)

Hình 2.6. Ảnh SEM của NL (a); VLHP3 (b).

Ảnh SEM từ hình 2.5, cho thấy các VLHP1, VLHP2 có độ xốp hơn rõ

rệt so với NL. Ở hình 2.6, VLHP3 có độ mịn hơn so với NL.

* Theo phương pháp BET, kết quả xác định diện tích bề mặt riêng và

kích thước hạt của VLHP3 là:

Diện tích bề mặt riêng: 936,822m2/g.

Đường kính hạt: 44,178nm.

2.4. Xác định điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ

Tiến hành thí nghiệm như sau:

Chuẩn bị các dung dịch NaCl có nồng độ 0,1M,sau đó dùng dung dịch

NaOH, HNO3 loãng điều chỉnh pH các dung dich về các giá trị pH =1, 2, 3,4,

5, 6, 7, 8, 9, 10, 11.

Lấy 11 bình tam giác dung tích 100ml có chữa sẵn 0,2 gam mỗi

VLHP riêng rẽ. Cho vào các bình tam giác 100ml dung dịch NaCl đã chuẩn

bị với các giá trị pH ở trên. Để yên trong 48 giờ, lọc bỏ bã rắn rồi đem dung

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

dịch đo pH.

Gọi pH ban đ u là pHi, pH sau khi cho các VLHP là pHj, ΔpH= pHi –

pHj. Vẽ đồ thị ΔpH phụ thuộc vào pHi. Điểm giao nhau của đường cong với

tọa độ mà tại đó giá trị pH =0 là điểm đẳng điện (pHpzc) của VLHP [2].

2.4.1. Xác định điểm đẳng điện của VLHP 1

Kết quả giá trị điểm đẳng điện của VLHP1 được chỉ ra ở bảng 2.1 và hình 2.7

Bảng 2.1. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP1

pH = pHi – pHj pH j pHi

1,07 -0,04 1,03

2,18 -0,13 2,05

3,35 -0,20 3,15

4,41 -0,21 4,20

5,22 -0,17 5,05

6,16 -0,05 6,11

6,76 0,30 7,06

7,46 0,57 8,03

8,34 0,74 9,08

9,35 0,80 10,14

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

10,31 0,78 11,07

Hình 2.7. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 1

Từ kết quả ở bảng 2.1 và hình 2.7 đã xác định được điểm đẳng điện

( ) của VLHP1 là = 6,2. Điều này cho thấy khi pH < thì bề mặt

VLHP1 tích điện dương, khi pH > thì bề mặt VLHP1 tích điện âm.

2.4.2. Xác định điểm đẳng điện của VLHP 2

Kết quả giá trị điểm đẳng điện của VLHP được chỉ ra ở bảng 2.2 và hình 2.8

Bảng 2.2. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP

pH = pHi – pHj

pHi

pH j

1,02 1,17 -0,15

2,06 2,25 -0,19

3,12 3,40 -0,28

4,09 4,39 -0,30

5,05 5,34 -0,29

6,11 6,24 -0,13

7,06 6,76 0,30

8,03 7,38 0,65

9,13 8,35 0,78

9,94 9,17 0,77

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

11,07 10,33 0,74

Hình 2.8. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP2

Từ kết quả ở bảng 2.2 và hình 2.8 đã xác định được điểm đẳng điện

( ) của VLHP2 là = 6,4. Điều này cho thấy khi pH < thì bề mặt

VLHP2 tích điện dương, khi pH > thì bề mặt VLHP2 tích điện âm.

2.4.3 . Xác định điểm đẳng điện của VLHP 3

Kết quả giá trị điểm đẳng điện của VLHP3 được chỉ ra ở bảng 2.3 và hình 2.9

Bảng 2.3. Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 3

pH = pHi – pHj pHi pH j

1,04 1,08 -0,04

2,06 2,16 -0,10

3,10 3,30 -0,20

4,04 4,23 -0,19

5,05 5,20 -0,15

6,11 6,01 0,10

7,06 6,66 0,40

7,97 7,30 0,67

9,13 8,25 0,88

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

10,07 9,17 0,90

11,06 10,19 0,87

Hình 2.9. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP3

Từ kết quả ở bảng 2.3 và hình 2.9 xác định điểm đẳng điện ( ) của

VLHP3 là = 5,7. Điều này cho thấy khi pH < thì bề mặt VLHP3

tích điện dương, khi pH > thì bề mặt VLHP3 tích điện âm.

2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II), Zn(II), Fe(III)

Để xác định hàm lượng kim loại trước và sau khi hấp phụ, chúng tôi

sử dụng kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F - AAS). Điều

kiện đo phổ F- AAS (không khí – axetilen) của các nguyên tố Ni, Fe, Zn

được chỉ ra ở bảng 2.4.

Bảng 2.4. Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

Nguyên tố Khe đo (nm) Bƣớc sóng (nm) Chiều cao đèn (mm) Tốc độ dòng khí (ml/phút) Khoảng tuyến tính (mg/l) Cƣờng độ đèn HCL %Imax

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Ni 232,0 0,1 75 7 0,9 0,1-8,0

248,3 0,2 75 7 1,2 0,1-10,0 Fe

213,9 0,5 75 7 1,4 0,1-10,0 Zn

Pha riêng rẽ dung dịch các ion Ni(II), Fe(III), Zn(II) với các nồng độ

khác nhau từ dung dịch chuẩn nồng độ 1000 mg/l, thêm vào đó một thể tích

xác định dung dịch HNO3 10% để nồng độ HNO3 là 1%. Pha dung dịch

HNO3 1% làm mẫu trắng. Tiến hành đo độ hấp thụ quang (A) của từng dung

dịch. Dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ

ion kim loại. Kết quả thu được thể hiện ở các bảng 2.5; 2.6; 2.7 và các hình

2.10; 2.11; 2.12.

Bảng 2.5. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Ni(II)

Tên mẫu C (mg/l) A

Mẫu trắng 0,0 0,0000

Mẫu 1 1,0 0.0088

Mẫu 2 2,0 0.0175

Mẫu 3 5,0 0.0440

Mẫu 4 6,0 0.0499

Hình 2.10. Đồ thị đƣờng chuẩn xác

Mẫu 5 8,0 0.0680 định nồng độ Ni(II)

Bảng 2.6. Sự phụ thuộc của

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

độ hấp thụ quang vào nồng độ Fe(III)

Tên mẫu C (mg/l) A

Mẫu trắng 0,0 0,0000

0,3 0,0228 Mẫu 1

0,5 0,0430 Mẫu 2

1,0 0,0428 Mẫu 3

2,0 0,0829 Mẫu 4

4,0 0,1557 Mẫu 5

5,0 0,1848 Mẫu 6 Hình 2.11: Đồ thị đƣờng chuẩn xác

6,0 0,3478 Mẫu 7 định nồng độ Fe(III)

Bảng 2.7. Sự phụ thuộc của

độ hấp thụ quang vào nồng độ Zn(II)

Tên mẫu C (mg/l) A

Mẫu trắng 0,00 0,0000

Mẫu 1 0,05 0,0179

Mẫu 2 0,20 0,0692

Mẫu 3 0,50 0,1825

Mẫu 4 1,00 0,3561 Hình 2.12. Đồ thị đƣờng chuẩn xác định

nồng độ Zn(II) Mẫu 5 2,00 0,7171

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III),

Zn(II)

2.6.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của NLvà các VLHP đối với Ni(II),

Fe(III), Zn(II)

* Vật liệu hấp phụ 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ NL với axit Stearic

Lấy chính xác 50ml mỗi loại dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ

có nồng độ và pH xác định cho vào các bình tam giác dung tích 100ml chứa

riêng rẽ 0,2 g NL, VLHP1 khi thay đổi lượng axit stearic so với NL theo tỉ lệ :

1:0,1; 1:0,2; 1:0,3 (NL(g) : stearic(g)) lắc trong 90 phút đối với Ni(II), 60 phút đối với Fe(III) và Zn(II), ở nhiệt độ phòng (25 ± 1oC). Lọc bỏ bã rắn, pha

chế dung dịch với các điều kiện tối ưu như đã tiến hành khi xây dựng đường chuẩn.

Dựa vào đường chuẩn xác định nồng độ của Ni(II), Fe(III), Zn(II) trong dung dịch

trước và sau khi hấp phụ. Từ đó tính dung lượng hấp phụ q (mg/g). Kết quả được

thể hiện ở bảng 2.8.

Bảng 2.8. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: stearic đến dung lƣợng hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Tỉ lệ NL(g) : Stearic(g) Nguyên liệu 1:0,1 1:0,2 1:0,3 C0 (mg/l) Ion kim loại

Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g)

Ni(II) 102,40 61,73 9,99 49,44 13,24 34,60 16,95 38,77 15,90

Fe(III) 101,65 54,41 11,47 43,38 14,57 38,08 15,94 42,93 14,70

Zn(II) 102,93 58,85 10,20 39,62 15,82 31,18 17,90 35,47 16,86

Từ bảng số liệu trên cho thấy, khi tiến hành thí nghiệm với VLHP1

được chế tạo với các tỉ lệ (NL(g) : stearic(g)) khác nhau thì tỉ lệ NL : stearic =

1 : 0,2 cho dung lượng hấp phụ lớn nhất. Vì vậy, chúng tôi đã chọn VLHP1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

với tỉ lệ này để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.

* Vật liệu hấp phụ 2:Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ NL với fomannđehit.

Tiến hành thí nghiệm tương tự như VLHP1 đối với VLHP2 khi thay

đổi fomanđehit 1% với NL theo tỉ lệ 1:4, 1:5, 1:6 (NL (g) : fomanđehit (ml).

Kết quả được thể hiện ở bảng 2.9.

Bảng 2.9. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: fomanđehit đến dung lƣợng hấp

phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Tỉ lệ NL(g) : fomandehit(ml) Nguyên liệu 1:4 1:5 1:6 Ion kim loại C0 (mg/l)

Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb (mg/l) q (mg/g)

Ni(II) 101,14 61,73 9,99 33,83 16,80 36,30 16,21 42,32 14,76

Fe(III) 101,82 54,41 11,47 32,08 17,40 37,80 16,01 38,85 15,74

Zn(II) 101,05 58,85 10,20 29,63 17,85 40,84 15,05 40,17 15,20

Qua bảng số liệu ta thấy rằng tỉ lệ NL: fomanđehit với tỉ lệ 1:4 có dung

lượng hấp phụ cao nhất nên chúng tôi chọn VLHP2 với tỉ lệ này để tiến hành

các thí nghiệm tiếp theo.

* Vật liệu hấp phụ 3: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ NL với axit sunfuric.

Tiến hành thí nghiệm tương tự như VLHP1 đối với VLHP3 khi thay

đổi tỉ lệ axit sunfuric với NL theo tỉ lệ 1:0,5; 1:1; 1:1,5 (NL(g) : sunfuric(ml))

Qua quá trình khảo sát chúng tôi thu được số liệu ở bảng 2.10.

Bảng 2.10. Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: sunfuric đến dung lƣợng hấp

phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Tỉ lệ NL(g) : sunfuric(ml) Nguyên liệu

Ion kim loại C0 (mg/l) 1:0,5 1:1 1:1,5

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

q q q q Ccb Ccb Ccb Ccb

(mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/g) (mg/l) (mg/g)

Ni(II) 101,14 61,73 9,99 34,47 16,81 29,93 17,80 32,64 17,13

Fe(III) 101,82 54,41 11,47 39,91 15,47 30,20 17,90 31,93 17,40

Zn(II) 101,05 58,85 10,20 32,06 16,94 29,60 17,80 32,80 17,06

Từ bảng số liệu trên cho thấy, khi tiến hành thí nghiệm với các VLHP3 được chế tạo với các tỉ lệ NL(g) : Sunfuric(ml) khác nhau thì tỉ lệ NL(g) : sunfuric(ml) = 1:1 cho dung lượng hấp phụ lớn nhất. Vì vậy, chúng tôi đã chọn LHP3 với tỉ lệ này để tiến hành cho các thí nghiệm tiếp theo.

2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II).

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau: - Các dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ xác định l n

lượt là 101,14 mg/l; 102,4mg/l; 101,05 mg/l .

- Dùng dung dịch NaOH, HNO3 loãng để điều chỉnh pH của dung dịch

Ni(II) là 5; của Fe(III) là 2,5; của Zn(II) là 4.

- Lấy 50ml dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ trên, cho vào các bình tam giác dung tích 100 ml chứa lượng các VLHP 0,2g đem lắc trong các khoảng thời gian 10, 30, 60, 90, 120 phút ở nhiệt độ phòng (25±1oC).

- Lọc bỏ bã rắn, lấy nước lọc đem xác định nồng độ ion kim loại còn lại sau khi hấp phụ bằng phương pháp F-AAS. Từ đó tính dung lượng hấp phụ q (mg/g) và hiệu suất hấp phụ H(%).

Bảng 2.11. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Ni(II)

VLHP1 VLHP2 VLHP3

C0 = 101,14 mg/l Co = 102,40 mg/l C0 = 101,05 mg/l

Thời gian (phút)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%) Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%) Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%)

10 43,85 14,32 56,64 40,15 15,56 60,79 38,75 15,74 61,90

30 38,90 15,56 61,54 38,36 16,01 62,54 36,60 16,28 64,01

60 33,83 16,83 66,55 30,83 17,89 69,89 26,83 18,72 73,62

90 33,13 17,00 67,24 30,83 18,03 70,44 26,27 18,86 74,17

120 33,55 16,90 66,83 31,25 17,79 69,48 26,82 18,72 73,63

Hình 2.13.Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào thời gian

đối với sự hấp phụ Ni(II)

Nhận xét:

Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 2.11 và hình 2.13 cho thấy:

Trong khoảng thời gian từ 10÷60 phút, dung lượng hấp phụ của VLHP1 (q1) dung lượng hấp phụ của VLHP2 (q2), dung lượng hấp phụ của VLHP3(q3) đối với ion Ni(II) tăng nhanh, ở 90 phút đạt giá trị cực đại và d n ổn định. Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) là 90 phút.

Bảng 2.12. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III)

VLHP1 VLHP2 VLHP3

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Thời gian Co = 101,65 mg/l

H (%) (phút) Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%) Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%) Ccb (mg/l) q (mg/g)

10 53,83 12,00 47,13 57,00 10,83 43,17 39,83 15,46 60,82

30 42,56 14,82 58,20 36,02 16,07 64,09 39,56 15,52 61,08

60 32,08 16,94 62,60 32,30 17,00 67,80 30,08 17,89 70,41

90 34,60 16,81 66,02 32,99 16,83 67,11 31,23 17,61 69,27

120 35,85 16,89 64,79 34,37 16,48 65,73 31,94 17,43 68,58

Hình 2.14. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào thời gian

đối với sự hấp phụ Fe(III)

Nhận xét:

Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 2.12 và hình 2.14 cho thấy:

- Đối với Fe(III), trong khoảng thời gian từ 10÷60 phút, dung lượng

hấp phụ của VLHP1 và VLHP2 tăng nhanh, đến 60 phút, dung lượng hấp phụ

đạt giá trị cực đại và d n ổn định.

- Với VLHP3, trong khoảng thời gian từ 10÷30 phút, dung lượng hấp

phụ tăng chậm, nhưng từ 30÷60 tăng nhanh và đạt giá trị cực đại tại thời gian

là 60 phút, sau đó d n ổn định.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các đối với

Fe(III) là 60 phút.

Bảng 2.13. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Zn(II)

VLHP1 VLHP3

VLHP2 Co = 101,3 mg/l

Thời gian (phút) q (mg/l) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) q (mg/g) H (%) H (mg/g)

[

q H (%) (mg/g) 48,09 14,24 52,41 30,34 16,74 70,05 30,09 17,60 73,68 10 39,30 16,44 61,11 27,43 17,47 72,92 28,63 18,17 74,13 30 30,80 18,56 69,52 26,60 18,68 73,74 25,08 19,19 74,56 60 90 27,07 18,50 73,21 28,07 18,81 72,29 24,87 19,21 74,57 120 27,03 18,54 72,98 29,06 18,66 71,31 28,34 18,82 74,49

Hình 2.15. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp phụ Zn(II)

Nhận xét:

Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 2.13 và hình 2.15 cho thấy:

Trong khoảng thời gian từ 10 ÷ 60 phút dung lượng hấp phụ của VLHP1 đối với Zn(II) tăng nhanh, dung lượng của VLHP2, VLHP3 tăng chậm hơn. Đến 60 phút dung lượng hấp phụ của các VLHP đạt cực đại và d n ổn định. Do đó, chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II) là 60 phút.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II).

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ xác định l n

lượt là 101,14 mg/l; 102,4g/ml; 101,05 mg/l .

- Dùng dung dịch NaOH loãng và dung dịch HNO3 loãng để điều chỉnh

pH của dung dịch Ni(II) là 2÷6; của Fe(III) là 1÷3; của Zn(II) là 1÷5.

- Lấy 50ml dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ trên, cho vào các bình tam giác dung tích 100 ml chứa 0,2g các VLHP đem lắc 60 phút đối với Fe(III), Zn(II), 90 phút đối với Ni(II) ở nhiệt độ phòng (25±10C).

- Lọc bỏ bã rắn, lấy nước lọc đem xác định nồng độ ion kim loại còn lại

sau khi hấp phụ bằng phương pháp F-AAS. Từ đó tính dung lượng hấp phụ

q (mg/g) và hiệu suất hấp phụ H(%).

Bảng 2.14. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Ni(II)

VLHP2

H (%)

VLHP1 C0 = 101,14mg/l Ccb H q (mg/l) (%) (mg/l)

Ccb (mg/l) 2,0 43,30 14,50 57,20 37,80

VLHP3 C0 = 101,14mg/l C0 = 101,14mg/l H q Ccb q (%) (mg/g) (mg/l) (mg/g) 16,15 63,09 36,80 16,23 63,82

3,0 38,65 15,62 61,80 36,47 16,48 64,38 35,40 16,58 65,19

4,0 35,55 16,40 64,90 35,05 16,84 65,77 30,10 17,90 70,40

5,0 33,83 16,83 66,60 30,98 17,86 69,75 26,30 18,85 74,14

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

6,0 34,33 16,70 66,10 30,84 17,89 69,88 26,80 18,74 73,65

Hình 2.16. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào pH

đối với sự hấp phụ Ni(II)

Nhận xét:

Kết quả thực nghiệm ở các bảng 2.14 và hình 2.16 cho thấy:

Đối với Ni (II) trong khoảng pH từ 2 4 dung lượng hấp phụ của các

VLHP tăng khá nhanh, tới khoảng pH từ 5 6 dung lượng hấp phụ đạt giá tri

cao nhất và ổn định. Do đó, chúng tôi chọn pH của dung dịch Ni (II) bằng 5

cho các thí nghiệm tiếp theo.

Bảng 2.15. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Fe(III).

VLHP1 VLHP2 VLHP3

C0 = 101,82 C0 = 101,82 C0 = 101,82 pH

q H q H q H

(mg/g) (%) (mg/g) (%) (mg/g) (%) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l)

1,0 61,30 10,13 39,80 58,40 10,81 42,55 58,29 10,50 42,74

1,5 54,63 12,80 46,35 51,45 12,55 49,39 52,38 12,23 48,88

2,0 44,00 14,46 56,79 46,00 13,91 54,75 42,19 14,53 58,56

2,5 38,08 16,30 62,60 32,08 17,43 70,41 30,30 17,88 70,24

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3,0 36,60 16,14 64,05 32,20 17,15 66,36 31,69 17,53 68,87

Hình 2.17. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào pH

đối với sự hấp phụ Fe(III).

Nhận xét:

Kết quả ở các bảng 2.15 và hình 2.17 cho thấy:

Đối với Fe(III): trong khoảng pH từ 1 đến 2,5 dung lượng hấp phụ của

các VLHP tăng. Tiếp tục tăng pH từ 2,5 đến 3 thì dung lượng hấp phụ lại

giảm xuống. Vì vậy, chọn giá trị pH bằng 2,5 cho các nghiên cứu tiếp theo.

Bảng 2.16. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II)

VLHP1 VLHP2 VLHP3

C0 = 101,05(mg/l) pH

q H q H q H

Ccb (mg/l) (mg/g) (%) (mg/g) (%) (mg/g) (%) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l)

1,0 44,30 14,19 56,16 37,85 15,80 66,05 41,05 15,06 59,48

2,0 38,50 15,64 61,90 32,75 17,00 70,35 35,75 16,39 64,71

3,0 32,79 17,07 67,55 28,88 17,87 71,22 30,90 17,60 69,50

4,0 30,80 17,56 69,52 26,18 18,54 73,91 26,60 18,68 73,74

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

5,0 33,50 16,89 66,85 26,50 18,46 73,59 26,85 18,55 73,42

Hình 2.18 Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào pH

đối với sự hấp phụ Zn(II)

Nhận xét:

Kết quả thực nghiệm ở các bảng 2.16 và các hình 2.18 ta thấy:

Đối Zn (II): trong khoảng pH từ 1 4 dung lượng hấp phụ của các

VLHP tăng khá nhanh, tới khoảng pH từ 1 4 dung lượng hấp phụ đạt giá tri

cao nhất và ổn định. Vì vậy, chúng tôi chọn pH = 4 đối với dung dịch Zn (II)

cho các thí nghiệm tiếp theo.

Kết luận:

Khi pH < , bề mặt VLHP tích điện tích dương do có sự hấp phụ ion

H+. Vì vậy, xuất hiện lực đẩy giữa cation kim loại và bề mặt VLHP. Ngoài ra, ở pH thấp, nồng độ H+ lớn xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh với các cation kim loại tại các tâm hấp phụ. Do đó, ở các giá trị pH thấp, dung lượng hấp phụ của các

VLHP thấp.

Ở giá trị pH > , bề mặt VLHP tích điện tích âm do hấp phụ OH-.

Khi đó, xuất hiện lực hút tĩnh điện giữa các VLHP mang điện tích âm và cation

kim loại nên tại các giá trị pH lớn dung lượng hấp phụ của các VLHP lớn.

2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ xác định l n

lượt là 101,14 mg/l; 102,4g/ml; 101,05 mg/l .

- Dùng dung dịch NaOH loãng và dung dịch HNO3 loãng để điều chỉnh pH của dung dịch Ni(II) là 5 ÷ 6; của Fe(III) là 2,5; của Zn(II) là 4.

- Lấy 50ml dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ trên,

cho vào các bình tam giác dung tích 100 ml chứa 0,1g; 0,2g; 0,3g; 0,4g các

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

VLHP đem lắc 60 phút đối với Fe(III), Zn(II), 90 phút đối với Ni(II) ở nhiệt độ phòng ( 25 ± 10C).

- Lọc bỏ bã rắn, lấy nước lọc đem xác định nồng độ ion kim loại còn lại

sau khi hấp phụ bằng phương pháp F-AAS. Từ đó tính dung lượng hấp phụ q

(mg/g) và hiệu suất hấp phụ H(%).

Bảng 2.17. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Ni(II)

VLHP1 VLHP2 VLHP3

Khối lƣợng [Ni(II)]/VLHP

(mg/g)

C0 = 101,14 mg/l C0 = 101,14 mg/l C0 = 101,14 mg/l H q Ccb (%) (mg/g) (mg/l) q (mg/g) q (mg/g) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) H (%) VLHP (g)

0,1 50,57 57,55 21,80 43,10 55,95 22,60 44,70 53,58 23,78 47,02

0,2 25,29 33,93 16,80 66,50 30,83 17,58 69,50 29,30 17,96 71,03

0,3 16,86 24,20 12,82 76,10 22,86 13,05 77,40 18,60 13,76 81,61

0,4 12,64 14,89 10,78 85,30 14,75 10,80 85,40 12,10 11,13 88,04

Hình 2.19. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lƣợng VLHP

đối với sự hấp phụ Ni(II)

Bảng 2.18. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Fe (III)

VLHP1 VLHP2 VLHP3 Khối [Fe(III)]/

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

lƣợng VLHP C0 = 100,3mg/l C0 = 100,3mg/l C0 = 100,3mg/l

VLHP

q H q H q H (mg/g) Ccb Ccb Ccb

(gam) (mg/l) (mg/g) (%) (mg/l) (mg/g) (%) (mg/l) (mg/g) (%)

0,1 50,15 56,12 22,09 44,05 55,12 22,59 45,04 53,47 23,42 46,69

0,2 25,08 32,08 17,06 68,02 30,08 17,56 70,01 27,86 18,11 72,22

0,3 16,72 20,05 13,38 80,01 18,25 13,68 81,80 17,46 13,81 82,59

0,4 12,54 11,69 11,08 88,34 10,69 11,20 89,34 9,46 11,36 90,57

Hình 2.20. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lƣợng VLHP

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đối với sự hấp phụ Fe(III)

Bảng 2.19. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ

của các VLHP đối với Zn (II)

VLHP1 VLHP3

[Zn(II)]VLHP (mg/g)

Khối lƣợng VLHP (g) V LHP2 Co = 101,05mg/l C0 = 101,05mg/l Co = 101,05mg/l H q Ccb (%) (mg/g) (mg/l) q (mg/g) q (mg/g) Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) H (%)

50,53 57,92 21,57 42,68 56,12 22,47 44,50 53,75 23,65 46,81 0,1

25,26 32,80 17,06 67,54 30,08 17,74 70,20 27,16 18,47 73,12 0,2

16,84 22,80 13,04 77,44 21,25 13,30 79,00 18,62 13,74 81,57 0,3

12,63 15,40 10,71 84,76 12,69 11,05 87,40 10,04 11,38 90,06 0,4

Hình 2.21. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lƣợng VLHP đối

với sự hấp phụ Zn (II)

Nhận xét:

Các kết quả trong bảng 2.17 ÷ 2.19 cho thấy khi tăng khối lượng của

các VLHL và giữ nguyên nồng độ ion kim loại, tỉ lệ [Ni(II)]/VLHP giảm,

dung lượng hấp phụ các VLHP giảm, hiệu suất hấp phụ tăng. Hiệu suất hấp

phụ tăng là do sự tăng lên của diện tích bề mặt và sự tăng lên của vị trí tâm

hấp phụ.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Theo số liệu ở bảng 2.17 ÷ 2.19 và hình 2.19 ÷ 2.21: Khi khối lượng

của các VLHP tăng từ 0,1 đến 0,2g, hiệu suất hấp phụ của các VLHP tăng

nhanh. Nếu tiếp tục tăng khối lượng của các VLHP từ 0,2 đến 0,4 thì hiệu

suất hấp phụ của các VLHP lại tăng không nhiều. Vì vậy, để phù hợp chọn

khối lượng của VLHP là 0,2g tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.

2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của

các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II).

Tiến hành các thí nghiệm trong các điều kiện sau:

- Các dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ xác định l n

lượt là 101,14 mg/l; 102,4g/ml; 101,05 mg/l .

- Dùng dung dịch NaOH loãng và dung dịch HNO3 loãng để điều chỉnh

pH của dung dịch Ni(II) là 5; của Fe(III) là 2,5; của Zn(II) là 4.

- Lấy 50ml dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) riêng rẽ có nồng độ trên, cho

vào các bình tam giác dung tích 100 ml chứa 0,2g các VLHP đem lắc 60 phút đối với Fe(III), Zn(II), 90 phút đối với Ni(II) ở nhiệt độ phòng (25 ± 1oC).

- Lọc bỏ bã rắn, lấy nước lọc đem xác định nồng độ ion kim loại còn lại

sau khi hấp phụ bằng phương pháp F-AAS. Từ đó tính dung lượng hấp phụ

q (mg/g) và hiệu suất hấp phụ H(%).

Bảng 2.20. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ

của VLHP1 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Ni(II) Fe(III) Zn(II)

C0 (mg/l) Ccb (mg/l) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) q (mg/) H (%) q (mg/g) H (%) q (mg/g) H (%)

30,50 8,25 6,06 72,90 30,65 7,25 5,85 76,35 30,05 7,12 5,73 76,31

51,70 13,98 9,43 72,90 52,00 13,23 9,69 74,56 49,85 11,56 9,57 76,81

80,90 22,70 14,55 71,90 79,15 21,55 14,40 72,77 81,04 19,04 15,50 76,51

101,70 30,50 17,80 70,00 100,3 30,20 17,60 69,89 101,30 25,38 19,00 74,95

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

121,10 44,42 18,47 63,30 117,88 43,68 18,50 62,95 119,93 39,27 20,20 67,26

149,04 71,94 18,78 51,70 149,85 75,46 18,50 49,64 150,50 68,95 20,40 54,19

(a)

(b)

Hình 2.22 (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP1 đối với Ni(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II)

(b)

(a)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.23. (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Fe(III) (b). Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III)

(b)

(a)

Hình 2.24. (a). Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Zn(II) b). Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) Nhận xét:

Kết quả chỉ ra ở bảng 2.20 cho thấy: nồng độ đ u của ion Ni(II), Zn(II),

Fe(III) có ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ của VLPH1. Khi tăng nồng độ

của các ion thì dung lượng hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ giảm.

Bảng 2.21. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ

của các VLHP2 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Ni(II) Fe(III) Zn(II)

q (mg/g q (mg/g q (mg/g H (%)

C0 (mg/l ) Ccb (mg/l ) H C0 (mg/l (%) ) Ccb (mg/l ) H C0 (mg/l (%) ) Ccb (mg/l ) ) ) )

75,9 76,3

30,55 7,34 5,80 7 31,25 7,40 5,96 2 8,58 5,49 5,61 73,5 5

75,7 74,9

50,85 12,34 9,63 3 49,92 12,53 9,35 0 12,66 9,49 9,79 75,7 9

73,3 72,2

81,34 21,70 14,90 2 80,81 22,46 14,60 1 19,42 15,20 15,44 77,0 3

69,8 67,9

102,40 30,83 17,90 9 101,65 30,06 17,90 3 28,38 18,64 19,13 74,3 7

63,9 61,7

118,10 42,57 18,90 5 120,35 43,10 19,30 0 42,07 19,39 20,59 68,8 5

51,9 49,9

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

148,94 71,57 19,03 5 150,37 72,43 19,50 9 71,43 19,51 20,82 53,5 4

(a) (b)

Hình 2.25.(a) Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Ni(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni (II)

(b) (a)

Hình 2.26. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Fe(III)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III)

(a) (b)

Hình 2.27. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Zn(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) Kết quả ở bảng 2.21 cho thấy dung lượng hấp phụ của VLHP2 cũng bị

ảnh hưởng của nồng độ đ u của Ni(II), Fe(III), Zn(II) như VLHP1.

Bảng 2.22. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ

của VLHP3 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Ni(II) Fe(III) Zn(II)

q H q H q H

C0 (mg/l) Ccb (mg/l) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) (mg/) (%) (mg/g) (%) (mg/g) (%)

31,05 6,45 6,15 79,23 30,95 7,65 5,83 75,93 31,05 6,28 6,19 79,77

51,95 10,55 10,35 79,69 51,87 12,45 9,86 74,07 50,25 10,03 10,05 80,04

80,40 18,70 15,43 76,74 81,81 21,06 15,19 71,81 80,40 17,20 15,80 78,61

101,14 28,43 18,18 71,89 101,82 29,08 18,19 68,89 102,43 25,80 19,15 74,81

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

119,86 42,80 19,27 64,29 119,65 40,65 19,75 60,76 120,13 37,31 19,23 68,94

148,94 71,04 19,53 52,97 151,37 70,43 20,24 49,18 149,85 64,71 19,34 56,82

(b) (a)

Hình 2.28. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Ni(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II)

(a) (b)

Hình 2.29.(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Fe(III)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III)

(b) (a)

Hình 2.30. (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP3 đối với Zn(II)

(b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II)

Nhận xét:

Khi tăng nồng độ của các ion kim loại thì dung lượng hấp phụ tăng, hiệu

suất hấp phụ giảm. Dung lượng hấp phụ tăng theo nồng độ có thể giải thích:

dung lượng hấp phụ có liên hệ với tốc độ hấp phụ. Ở nhiệt độ không đổi tốc

độ hấp phụ phụ thuộc nồng độ chất bị hấp phụ và số vị trí bề mặt tự do của

chất hấp phụ.

Ở nồng độ thấp, dung dịch loãng, số vị trí bề mặt tự do của VLHP g n

như là hằng số, do đó khi nồng độ đ u của các dung dịch chất bị hấp phụ tăng

lên thì tốc độ hấp phụ tăng tuyến tính. Tuy nhiên, giai đoạn này chỉ tồn tại

trong một thời gian nhất định, tùy thuộc vào bản chất của ion loại và VLHP.

Sau đó, nếu tiếp tục tăng nồng độ đ u của các dung dịch chất bị hấp phụ thì

tốc độ hấp phụ h u như không tăng thêm nữa và có thể giảm.

Từ các số liệu thực nghiệm thu được khi khảo sát thời gian đạt cân bằng

hấp phụ, ảnh hưởng của nồng độ đ u của dung dịch Ni(II), Fe(III), Zn(II) đến

dung lượng hấp phụ của các VLHP, khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hình 2.22 ÷ 2.30) xác định được dung lượng

hấp phụ cực đại (qmax (mg/g) và hằng số Langmuir như sau:

Bảng 2.23. Dung lƣợng cực đại và hằng số Langmuir.

Ni(II) Fe(III) Zn(II)

VLHP Hằng số Hằng số Hằng số qmax qmax qmax

(mg/g) b (mg/g) b (mg/g) b

20,09 0,069 21,32 0,070 20,88 0,780 VLHP1

21,88 0,060 22,20 0,058 21,50 0,057 VLHP2

24,00 0,053 26,25 0,050 24,30 0.052 VLHP3

Nhận xét:

Có thể thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả khá tốt sự hấp

phụ của các VLHP đối với các ion Ni(II), Fe(III), Zn(II). Điều này được thể

hiện qua hệ số hồi quy của các phương trình. Trong khoảng nồng độ đ u đã

khảo sát đối với mỗi ion, khi tăng nồng độ đ u thì dung lượng hấp phụ tăng, ở

vùng nồng độ nhỏ các đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng tuyến

tính, ở vùng nồng độ lớn đồ thị có dạng đường cong và đạt d n đến giá trị

không đổi của dung lượng hấp phụ.

2.7. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II).

Giả sử quá trình hấp phụ của các VLHP xảy ra theo phương trình động

học biểu kiến Lagergren. Tiến hành thí nghiệm với các nồng độ đ u nhất định

và trong khoảng thời gian khác nhau. Biểu diễn của sự phụ thuộc của logb (qe

- qt) và t/q vào thời gian, tính được các giá trị qe,exp và qe,cal. Kết quả được trình

bày trong các bảng 2.24 ÷ 2.32 và các đồ thị trong các hình 2.31 ÷ 2.44.

2.7.1. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II)

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bảng 2.24. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP

đối với Ni(II)

t/q

VLHP

Co(mg/l)

t(phút) Ccb(mg/l) q(mg/g)

log(qe-qt)

(phút.g/mg)

10

26,40 6,3875 0,3546 1,566

20

24,18 6,9425 0,2324 2,881

30

23,30 7,1625 0,1725 4,188

40

22,21 7,4350 0,0846 5,380 51,95

60

18,53 8,3550 7,181 -

90

17,35 8,6500 10,400 -

100

26,40 6,3875 0,3546 1,566

10

38,82 10,3950 0,4948 0,962

20

38,18 10,5550 0,4720 1,895

30

35,64 11,1900 0,3673 2,681

40

30,06 12,1600 0,1336 3,289

VLHP1

80,40

60

26,32 13,5200 4,438 -

90

23,67 14,1825 6,346 -

100

23,54 14,2150 7,035 -

10

39,80 15,4750 0,5109 0,646

20

36,76 16,2350 0,3949 1,232

30

33,21 17,1225 0,2027 1,752

40

30,95 17,6875 0,0128 2,261 101,70

60

26,83 18,7175 0,0000 3,206

90

26,27 18,8575 4,773 -

100

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

26,18 18,8800 5,297 -

22,83 7,0050 0,2666 1,428 10

21,41 7,3600 0,1739 2,717 20

20,70 7,5375 0,1189 3,980 30

19,53 7,8300 0,0096 5,109 40 VLHP2 50,85

15,44 8,8525 6,778 60 -

14,50 9,0875 9,904 90 -

100 14,02 9,2075 10,860 -

38,42 10,7300 0,5416 0,932 10

36,87 11,1175 0,4903 1,799 20

33,29 12,0125 0,3419 2,497 30

30,06 12,8200 0,1430 3,120 40

24,50 14,2100 4,222 60 - 81,34 22,70 14,6600 6,139 90 -

100 22,13 14,8025 6,756 -

40,15 15,4725 0,3674 0,646 10

39,12 15,7300 0,3165 1,271 20

37,36 16,1700 0,2129 1,855 30

34,95 16,7725 0,0128 2,385 40

30,83 17,8025 3,370 60 - 102,40 30,27 17,9425 5,016 90 -

100 29,78 18,0650 5,536 -

24,74 6,7400 0,2683 1,484 10

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

23,47 7,0575 0,1868 2,834 20 VLHP3 21,63 7,5175 0,0324 3,991 30

21,39 7,5775 0,0075 5,279 40 51,70

60 17,32 8,5950 6,981 -

90 14,98 9,1800 9,804 -

100 14,34 9,3400 10,710 -

10 33,50 11,8500 0,3212 0,844

20 31,86 12,2600 0,2266 1,631

30 30,43 12,6175 0,12303 2,378

40 29,15 12,9375 0,0032 3,092 80,90

60 25,12 13,9450 4,303 -

90 22,70 14,5500 6,186 -

100 22,21 14,6725 6,815 -

10 38,75 15,7375 0,4742 0,635

20 37,49 16,0525 0,4257 1,246

30 36,60 16,2750 0,3878 1,843

40 33,26 17,1100 0,2062 2,338 101,70

60 3,206 26,83 18,7175 -

90 4,773 26,27 18,8575 -

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

5,292 100 26,12 18,8950 -

Hình 2.31. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

của VLHP1 đối với Ni(II)

Hình 2.32. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP2 đối với Ni(II).

Hình 2.33. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3 đối với Ni(II).

Bảng 2.25. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP

đối với Ni(II)

VLHP

2 R1

Nồng độ đầu (mg/l)

k1 (phút-1)

qe,exp (mg/g)

qe,cal (mg/g)

0,9818 0,022 8,65 2,68 51,95

VLHP1

0,9351 0,028 14,22 4,46 80,40

0,9884 0,040 18,86 5,03 101,70

0,9718 0,010 9,08 2,23 50,85

VLHP2

0,8873 0,031 14,66 3,30 81,34

0,8734 0,027 17,94 5,19 102,40

0,8817 0,022 9,18 2,28 51,70

0,9942 0,024 14,55 2,71 80,90 VLHP3

0,8809 0,020 18,86 3,79 101,70

Trong đó:

qe,cal: Dung lượng hấp phụ cân bằng tính theo phương trình động học.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

qe,exp: Dung lượng hấp phụ cân bằng tính theo thực nghiệm.

Hình 2.34. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2 của

VLHP1 đối với Ni(II).

Hình 2.35. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP2 đối với Ni(II)

Hình 2.36. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

của VLHP3 đối với Ni(II)

Bảng 2.26. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP

đối với Ni(II)

VLHP

2 R2

Nồng độ đầu (mg/l)

k2 (g.mg-1phút-1)

qe,exp (mg/g)

qe,cal (mg/g)

51,95 0,9975 0,015 8,65 9,27

VLHP1

80,40 0.9963 0,008 14,22 15,38

101,70 0,9996 0,015 18,86 19,40

50,85 0,9968 0,015 9,08 9,77

VLHP2

81,34 0,9931 0,006 14,66 16,67

102,40 0,9993 0,015 17,94 18.65

51,70 0,9948 0,020 9,18 8,32

80,90 0,9982 0,013 14,55 15,30 VLHP3

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

101,70 0,9984 0,015 18,86 19,67

Nhận xét:

Từ số liệu ở các bảng 2.25÷2.26 cho thấy: phương trình động học bậc nhất biểu kiến cho kết quả qe,exp khác khá nhiều so với qe,cal, hệ số tin cậy R2 chưa cao (R2 <0,98). Phương trình động học bậc hai biểu kiến cho kết quả qe,exp tương đối phù hợp so với qe,cal và hệ số tin cậy R2 khá cao (R2 >0,99).

Vì vậy, có thể kết luận quá trình hấp phụ Ni(II) của các VLHP tuân

theo phương trình động học bậc hai biểu kiến của Lagergren.

2.7.2. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III)

Bảng 2.27. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP

đối với Fe(III)

t/q

VLHP Co(mg/l) t(phút) Ccb(mg/l) q(mg/g)

log(qe-qt)

(phút.g/mg)

27,39 6,1200 0,2867 10 1,634

26,27 6,4000 0,2188 20 3,125

25,34 6,6300 0,1530 30 4,523

23,96 6,9800 0,0324 40 5,733 51,87

19,65 8,0500 0,0000 60 7,449

20,35 7,8800 - 90 11,420

VLHP1

100 20,20 7,9100 - 12,630

42,35 9,8600 0,6012 10 1,014

37,46 11,090 0,4425 20 1,804

35,90 11,4800 0,3766 30 2,614 81,81

31,05 12,6900 0,0673 40 3,152

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

26,38 13,8600 - 60 4,330

90 26,26 13,8900 - 6,481

100 26.13 13,9200 - 7,184

57,00 10,8200 0,7927 0,924 10

46,17 13,5300 0,5438 1,478 20

39,02 15,3200 0,2330 1,958 30

36,65 15,9100 0,0482 2,514 40 100,30

32,18 17,0300 - 3,523 60

32,09 17,0500 - 5,278 90

100 32,05 17,0600 - 5,861

10 25,60 6,0800 0,3170 1,645

24,95 6,2400 0,2816 3,204 20

22,77 6,7800 0,1359 4,420 30

21,32 7,1500 0,0021 5,594 40 49,92

17,30 8,1500 - 7,357 60

17,12 8,2000 - 10,98 90

100 17,03 8,2200 12,160 -

32,64 12,0400 0,2994 0,831 10 VLHP2 31,07 12,4300 0,2041 1,609 20

29,63 12,7900 0,0934 2,345 30

28,92 12,9700 0,0263 3,084 40 80,80

24,67 14,0300 - 4,276 60

24,05 14,1900 - 6,344 90

100 23,97 14,2100 - 7,039

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

39,83 15,4500 0,3869 0,647 10 101,65 39,24 15,6000 0,3598 1,282 20

38,56 15,7700 0,3263 1,902 30

34,78 16,7200 0,0700 2,393 40

30,08 17,8900 3,353 60 -

30,03 17,9000 5,027 90 -

100 29,87 17,9500 5,573 -

26,85 6,2875 0,4990 1,590 10

24,57 6,8575 0,4124 2,917 20

22,08 7,4800 0,2928 4,011 30

19,74 8,0650 0,1391 4,960 40 52,00

14,23 9,4425 6,354 60 -

14,13 9,4675 9,506 90 -

100 14,03 9,4925 10,530 -

36,45 10,6750 0,5409 0,937 10

34,28 11,2175 0,4672 1,783 20

30,62 12,1325 0,3048 2,473 30

VLHP3 27,81 12,8350 0,1189 3,116 40 79,15

22,55 14,1500 4,240 60 -

22,32 14,2075 6,335 90 -

100 22,13 14,2550 7,015 -

57,00 10,8250 0,7906 0,924 10

49,64 12,6650 0,6369 1,579 20

38,22 15,5200 0,1702 1,933 30 100,30 36,94 15,8400 0,0644 2,525 40

32,30 17,0000 3,529 60 -

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

32,99 16,8275 5,348 90 -

100 33,20 16,7750 - 5,961

Hình 2.37. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP1 đối với Fe(III)

Hình 2.38. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP2 đối với Fe(III)

Hình 2.39. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

của VLHP3 đối với Fe(III)

Bảng 2.28: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP

đối với Fe(III)

Nồng độ đầu qe,exp qe,cal VLHP

2

R1 k1 (phút-1) (mg/g) (mg/g) (mg/l)

51,87 0,9766 0,002 8,055 2,40

81,81 0,9463 0,039 13,857 6,15 VLHP1

100,30 0,9914 0,058 17,030 10,98

49,92 0,9494 0,025 8,155 2,86

80,80 0,9915 0,020 14,032 2,45 VLHP2

101,65 0,9333 0,024 17,893 3,60

52,00 0,9846 0,027 9,442 3,23

79,15 0,9681 0,020 14,150 3,00 VLHP3

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

100,30 0,9451 0,020 17,000 1,62

Hình 2.40. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

của VLHP1 đối với Fe(III)

Hình 2.41. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP2 đối với Fe(III)

Hình 2.42. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

của VLHP3 đối với Fe(III)

Bảng 2.29. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP

đối với Fe(III)

VLHP

2 R2

Nồng độ đầu (mg/l)

k2 (g.mg-1phút-1)

qe,exp (mg/g)

qe,cal (mg/g)

0,9965

0,020

8,41

51,87 8,055

0,9983

0,010

14,90

VLHP1

81,81 13,860

0,9992

0,009

18,28

100,30 17,030

0,9940

0,015

8,84

49,92 8,155

0,9982

0,010

15,20

80,80 14,030

VLHP2

0,9978

0,014

18,62

101,65 17,890

0,9916

0,024

8,28

52,00 9,442

0,9970

0,015

14,70

79,15 14,150 VLHP3

0,9956

0,013

18,08

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

100,30 17,000

Nhận xét:

Từ số liệu ở các bảng 2.28÷2.29 cho thấy: phương trình động học bậc nhất biểu kiến cho kết quả qe,exp khác khá nhiều so với qe,cal, hệ số tin cậy R2 chưa cao (R2 <0,98). Phương trình động học bậc hai biểu kiến cho kết quả qe,exp tương đối phù hợp so với qe,cal và hệ số tin cậy R2 khá cao (R2 >0,99).

Vì vậy, có thể kết luận quá trình hấp phụ Fe(III) tuân theo phương trình

động học bậc hai biểu kiến của Lagergren.

2.7.3. Động học hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II)

Bảng 2.30. Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP

đối với Zn(II)

VLHP Co(mg/l)

t(phút) Ccb(mg/l) q(mg/g)

log(qe-qt)

t/q (phút.g/mg)

25,30 6,2375 0,3617 1,603 10

23,44 6,7025 0,2636 2,984 20

22,32 6,9825 0,1917 4,296 30

20,20 7,5125 0,0107 5,324 40 50,25

16,10 8,5375 - 7,028 60

15,95 8,5750 - 10,500 90

VLHP1

100 15,57 8,6700 - 11,530

29,75 12,6625 0,2141 0,790 10

28,30 13,0250 0,1055 1,536 20

80,40

27,86 13,1350 0,0663 2,284 30

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

27,23 13,2925 0,0032 3,009 40

23,20 14,3000 4,196 60 -

22,39 14,5025 6,206 90 -

100 22,63 14,4425 6,924 -

32,34 17,2400 0,2266 0,580 10

31,30 17,500 0,1538 1,143 20

30,43 17,7175 0,0819 1,693 30

29,94 17,8400 0,0354 2,242 40 101,70

3,170 25,60 18,9250 60 -

4,804 26,37 18,7325 90 -

5,326 100 26,20 18,7750 -

20,16 7,6225 0,2956 1,312 10

18,45 8,0500 0,1896 2,484 20

16,82 8,4575 0,0569 3,547 30

16,03 8,5800 0,0075 4,662 40 50,65

12,26 9,5975 6,252 60 -

VLHP2

12,18 9,6175 9,358 90 -

100 12,07 9,6450 10,370 -

25,84 13,5900 0,2683 0,736 10

24,92 13,8200 0,2108 1,447 20 80,20

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

23,87 14,0825 0,1343 2,130 30

22,61 14,3975 0,0201 2,778 40

18,42 15,4450 3,885 60 -

18,21 15,4975 5,807 90 -

100 18,05 15,5375 6,436 -

29,39 18,3850 0,1148 0,544 10

28,94 18,4975 0,0755 1,081 20

28,53 18,6000 0,0364 1,613 30

28,19 18,6850 0,0011 2,141 40 102,93

24,18 19,6875 3,048 60 -

26,07 19,2150 4,684 90 -

100 26,02 19,2275 5,201 -

23,87 6,4950 0,3806 1,540 10

22,15 6,9250 0,2950 2,888 20

19,84 7,5025 0,1446 3,999 30

18,63 7,8050 0,0384 5,125 40 49,85

14,26 8,8975 6,743 60 - VLHP3

14,17 8,9200 10,090 90 -

100 14,05 8,9500 11,170 -

29,53 12,8775 0,3715 0,777 10

81,04

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

28,47 13,1425 0,3196 1,522 20

30 26,94 13,5250 0,2317 2,218

40 25,26 13,9450 0,1089 2,868

60 20,12 15,2300 - 3,940

90 20,04 15,2500 - 5,902

100 20,00 15,2600 - 6,553

10 31,53 17,4425 0,1709 0,573

20 30,47 17,7075 0,0854 1,129

30 29,83 17,8675 0,0243 1,679

40 29,76 17,8850 0,0170 2,237 101,30

60 - 3,170 25,60 18,9250

90 - 4,804 26,37 18,7325

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- 5,318 100 26,08 18,8050

Hình 2.43. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

của VLHP1 đối với Zn(II)

Hình 2.44. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP2 đối với Zn(II)

Hình 2.45. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 1

của VLHP3 đối với Zn(II)

Bảng 2.31. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với

Zn(II)

Nồng độ đầu

qe,exp

qe,cal

VLHP

2 R1

(mg/l)

k1 (phút-1)

(mg/g)

50,25 0,9600 0,0260 5,8375 3,08

80,40 0,9594 0,0150 14,3000 1,84

VLHP1

101,50 0,9903 0,0150 18,9250 1,93

50,65 0,9688 0,0190 9,5980 2,31

VLHP2

80,20 0,9475 0,0200 15,4450 2,44

102,93 0,9988 0,0088 19,6900 1,24

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

49,85 0,9801 0,0270 8,8975 3,22 VLHP3 81,04 0,9376 0,0200 15,2300 3,00

101,30 0,8811 0,0200 18,9250 1,62

Hình 2.46. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

của VLHP1 đối với Zn(II)

Hình 2.47. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

của VLHP2 đối với Zn(II)

Hình 2.48. Đồ thị biểu diễn phƣơng trình động học hấp phụ bậc 2

của VLHP3 đối với Zn(II)

Bảng 2.32. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP

đối với Zn(II)

Chất

2

R2 Nồng độ đầu (mg/l) k2 (g.mg-1phút-1) qe,exp (mg/g) qe,cal (mg/g)

0,9970 0,015 5,8375 9.30 50,25

0,9991 0,022 14,3000 14,90 80,40 VLHP1

101,50 0,9995 0,030 18,9200 10,12

0,9968 0,015 9,5980 10,13 50,65

0,9984 0,020 15,4450 16,00 80,20 VLHP2

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

102,93 0,9990 0,010 19,6900 19,45

0,9952 0,020 8,8975 9,60 49,85

0,9976 0,020 15,2300 15,87 81,04 VLHP3

101,30 0,9992 0,033 18,9250 19,08

Nhận xét:

Từ bảng 2.31÷2.32 cho thấy: phương trình động học bậc nhất biểu kiến cho kết quả qe,exp khác khá nhiều so với qe,cal, hệ số tin cậy R2 chưa cao (R2 <0,98). Phương trình động học bậc hai biểu kiến cho kết quả q e,exp tương đối phù hợp so với qe,cal và hệ số tin cậy R2 khá cao (R2 >0,99).

Vì vậy, có thể kết luận quá trình hấp phụ Zn(II) tuân theo phương

trình động học bậc hai biểu kiến của Lagergren.

Thông qua phương trình động học hấp phụ bậc hai của các VLHP đối

với Ni(II), Fe(III), Zn(II) đã xác định được giá trị hằng số k2. Trong các

VLHP, giá trị hằng số k2 của VLHP3 lớn hơn so với VLHP1, VLHP2 cho

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

thấy tốc độ hấp phụ của VLHP3 là nhanh hơn.

KẾT LUẬN

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, chúng tôi rút ra một một số kết luận

chính sau:

1. Đã chế tạo được các VLHP từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp là bẹ

chuối thông qua quá trình xử lý bằng axit stearic, fomandehit và axit sunfuric.

2. Đã xác định được một số đặc điểm bề mặt của VLHP chế tạo được bằng

phổ hồng ngoại, ảnh SEM, diện tích bề mặt riêng tính theo BET của VLHP3. Các

kết quả cho thấy các VLHP có tâm hấp phụ và có độ xốp lớn hơn NL .

3. Đã xác định điểm đẳng điện của các VLHP. Cụ thể là:

VLHP1 = 6,2; VLHP2 = 6,4; VLHP3 = 5,8

4. Đã khảo sát khả năng hấp phụ của NL và VLHP đối với các ion

Fe(III), Ni(II) và Zn(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Kết quả cho thấy:

NL và các VLHP đều hấp phụ được các ion kim loại này trong dung dịch

nước. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của các VLHP tốt hơn NL.

5. Đã khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ của các

VLHP đối với Fe(III), Ni(II) và Zn(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Các

kết quả thu được:

- Trong khoảng thời gian khảo sát (từ 10 phút đến 120 phút), khoảng

thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) là 90 phút,

Fe(III), Zn(II) đều là 60 phút.

- Trong khoảng pH khảo sát (1,0 ÷ 6,0), pH tốt nhất để sự hấp phụ của

các VLHP đối với các ion kim loại là:

Fe(III): pH bằng 2,5.

Ni(II): pH bằng 5,0.

Zn(II): pH bằng 4,0.

- Trong khoảng khối lượng khảo sát (0,1g ÷0,4g) cho thấy, lượng các

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

VLHP c n thiết để hấp phụ tốt các ion kim loại là 0,2g.(V=50ml; C0 =

100mg/L).

- Nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Langmuir đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) của từng

VLHP đối với mỗi ion kim loại là:

* VLHP1:

Ni(II): qmax = 20,09 (mg/g).

Fe(III): qmax = 21,32 (mg/g).

Zn(II): qmax = 20,88 (mg/g).

* VLHP2:

Ni(II): qmax = 21,88 (mg/g).

Fe(III): qmax = 22,20 (mg/g).

Zn(II): qmax = 21,50 (mg/g).

* VLHP3:

Ni(II): qmax = 24,00 (mg/g).

Fe(III): qmax = 26,25 (mg/g).

Zn(II): qmax = 24,30 (mg/g).

6. Khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III) và

Zn(II) cho thấy động học hấp phụ của các VLHP đối với từng ion kim loại

xảy ra theo phương trình động học bậc hai biểu kiến Lagergren. Trong đó,

VLHP3 có tốc độ hấp phụ nhanh hơn VLHP1 và VLHP2.

Như vậy, việc sử dụng các VLHP chế tạo từ bẹ chuối để hấp phụ

các ion kim loại Ni(II), Fe(III) và Zn(II) cho kết quả khá tốt. Từ đó, cho

thấy có thể nâng cao và mở rộng phạm vi nghiên cứu để sử dụng các

VLHP trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại nặng.

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Lê Văn Cát. (1999), Cơ sở hoá học và kĩ thuật xử lý nước thải, NXB Thanh

niên, Hà Nội.

2. Lê Văn Cát. (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và

nước thải, NXB Thống Kê.

3. Tr n Hồng Côn, Đồng Kim Loan (2003), Độc học và vệ sinh công nghiệp,

Khoa hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

4. Đặng Kim Chi. (2005), Hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật- Hà Nội

5. Tr n Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hoá

môi trường cơ sở, Khoa Hoá, Đại học Quốc gia Hà Nội.

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

7. Nguyễn Đình Huề (2000), Giáo trình Hóa lí II, Nxb Giáo dục.

8. Hoàng Nhâm (2003), Hóa vô cơ, Tập II, Tập III, Nxb Giáo dục.

9. Tr n Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II,

Nxb Giáo dục

10. Quy chuẩn Việt Nam 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

11. Hoàng Ngọc Quang (2010), Giáo trình tài quản lý tài nguyên nước, Nxb Hà Nội.

12. Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích công cụ trong hoá học

hiện đại, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội.

13. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza, Nxb Khoa học và Kỹ thuật.

14. Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Thị Như Quỳnh (2010), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than vỏ lạc”, Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh

học. T 15 (4), tr.160-164

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

15. Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học môi trường và sức khoẻ con người, Nxb

Đại học Quốc gia Hà Nội.

Tiếng Anh

16. Issabayeva G., Aroua M. K & Sulaiman N. M. N (2006), “Removal of

lead from aqueous solution on palm shell activated carbon”. Bioresource

Technology, 97, pp. 2350-2355.

17. Ketty Bilba, Marie- Ange Arsene, Alex Quensanga (2007), “Study of

banana and coconut fibers: Botanical composition, thermal degradation

and textural abservation”, Bioresourse Technology, Vol 98 (1), pp. 58-68.

18. Kathiresan Sathasivam and Mas Rosemal HaKim Mas Haris (2010)

“Banana trunk fiber as an efficient biosorbent for the removal of Cd(II),

Cu(II), and Zn(II) from aqueous solutions”, Journal of the Chilean

Chemical Society, Vol 55 (2), pp. 278-282.

19. Kernit Wilson, Hong Yang, Chung W.Seo, Wayne E.Marshall (2006).

“Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shell”

Bioresoyrce Technology, 97, pp. 2266-2270.

20. Nguồn: số liệu thống kê FAOSPAT Datase Results 2013

21. Rocha G G Zaia D A M, Alfaya RvD, Alfaya A A d, 2009. “Use of rice

straw as biosorbenr for removal of Cu(II), Zn(II), Cd(II), and Hg(II) ions in

industrial effluents”. Journal of Hazardous Materials, 166, pp. 383-388.

22. Thomas Anish Johnson, Niveta Jain H C Joshi and Shiv Prasad (2008),

Agricultural and agro- processing wastes as low cost adsor bents for metal

removal from wastewater: Areviw, Journal of Scientific and Industrial

Research, 67, pp. 647-658.

23. W. E Marshall., L.H Wartelle., D.E. Boler, M.N. John., C.A Toles. (1999),

“Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid”,

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bioresource Technology, 69, pp. 263-268.