Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

PHẠM THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

Fe(III), Ni(II), Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO MnO2 BỌC CÁT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ

THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG

 

LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN - NĂM 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Mã số: 60. 44. 29

 

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM PHẠM THỊ HÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO MnO2 BỌC CÁT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. ĐỖ TRÀ HƢƠNG THÁI NGUYÊN - NĂM 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Đỗ Trà Hương, cô giáo trực tiếp hướng dẫn

em làm luận văn này; Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô

Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại

học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình

học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí

nghiệm Khoa Hóa học, trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp đã giúp

đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.

Em xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Hà giang, Ban giám hiệu, tập thể giáo

viên trường phổ thông Dân tộc nội trú tỉnh Hà giang đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong

quá trình nghiên cứu luận văn này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu

của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất

mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp

và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn

được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012

Phạm Thị Hà

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tác giả

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II),

Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệ m xử

lý môi trường" là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung

thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.

Thái nguyên, tháng 06 năm 2012

Phạm Thị Hà

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

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

Danh mục các bảng ........................................................................................... iv

Danh mục các hình ............................................................................................ vi

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

Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 3

1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ................................ 3

1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................. 3

1.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặ ng đố i vớ i con ngườ i và môi trườ ng ....... 3

1.1.3. Quy chuẩ n Việ t Nam về nướ c thả i công nghi ệp ........................................... 4

1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước ..................................................... 5

1.2. Giới thiệu một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng .... 5

1.2.1. Phương pháp trao đổi ion ............................................................................. 5

1.2.3. Phương pháp hấp phụ .................................................................................... 6

1.3. Giớ i thiệ u về phương phá p hấ p phụ .................................................................... 6

1.3.1. Các khái niệm ................................................................................................ 6

1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ .................................................. 8

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

1.4. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng ............................. 14

1.4.1. Phương pháp trắc quang ............................................................................... 14

1.4.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang .............................. 16

1.4.3. Định lượng Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang .............. 17

1.5. Vật liệu hấp phụ oxit nano MnO2 ...................................................................... 17

Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.1. Thiết bị và hó a chấ t ........................................................................................... 19

2.1.1. Thiết bị ......................................................................................................... 19

2.1.2. Hoá chất ....................................................................................................... 19

2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ oxit MnO2 bọc cát (VLHP) ........................................ 19

2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được ........................................... 20

2.4. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo được ........................................... 20

2.5. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II), Fe(III), Cr(VI) theo phương pháp

trắc quang ................................................................................................................. 20

2.5.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ sắt .................................................... 21

2.5.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) ...................................................... 21

2.5.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) ..................................................... 22

2.6. Khảo sát các số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP ..................................................................................................... 23

2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ............................................................... 23

2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ......................................................................... 23

2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Fe(III) ......... 24

2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP ................................................ 24

2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của cation .................................................................... 24

2.6.6. Khảo sát ảnh hưởng của chất điện ly ........................................................... 25

2.6.8. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II), Fe(III) bằng

phương pháp hấp phụ động trên cột ...................................................................... 25

2.7. Xử lý thử mẫu nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ...................................... 27

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 28

3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP ..................................... 28

3.2. Điểm đẳng điện của VLHP ............................................................................... 29

3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP ..................................................................................................... 31

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian ......................................................... 31

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................ 33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) .. 35

iii

3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP .................................... 36

3.3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến sự hấp phụ Fe (III), Ni(II) ...... 37

3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) theo mô hình đẳng

nhiệt hấp phụ Langmuir ........................................................................................... 40

3.5. Động học hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP........................................ 43

3.6. Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng

phương pháp hấp phụ động ...................................................................................... 46

3.6.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng ............................................... 46

3.6.2. Kết quả giải hấp thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) ........................................... 50

3.6.3. Tái sử dụng vật liệu ..................................................................................... 52

3.6.4. Kết quả xử lí mẫu nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI)............................ 56

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Từ nguyên gốc

Brunauer-Emmet-Teller 1 BET

Bộ tài nguyên môi trường 2 BTNMT

Quy chuẩn Việt Nam 3 QCVN

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 4

TEM Transmission Electron Microscopy 5

SEM Scanning Electron Microscopy 6

Vật liệu hấp phụ 7 VLHP

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

X Ray Diffraction 8 XRD

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại trong nước thải công nghiệp ... 4

Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp

hạn chế chúng ............................................................................................. 12

Bảng 2.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn Fe(III) ...................................................... 21

Bảng 2.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn Ni(II) ......................................................... 22

Bảng 2.3: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) ....................................................... 23

Bảng 3.1: Kết quả xác định điểm đẳng điện của của VLHP ....................................... 30

Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian ............ 31

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP ............................... 33

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) đến dung

lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP ...................................................... 35

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Fe(III),

Ni(II), Cr(VI) .............................................................................................. 36 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của Na+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) ..................................... 37 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của Ca2+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) .................................... 38

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của NaHCO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP ...................... 39

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của NH4NO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP ...................... 39

Bảng 3.10: Dung lượng cực đại và hằng số Langmuir ............................................... 42

Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Cr(VI) ............................................................ 43

Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Ni(II) .............................................................. 44

Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ của Fe(III) ............................................................ 45

Bảng 3.14: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III) ... 46

Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III) .. 46

Bảng 3.16: Nồng độ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

các tốc độ dòng khác nhau ......................................................................... 47

Bảng 3.17: Kết quả giải hấp các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng axit H2SO4 có

nồng độ khác nhau ...................................................................................... 50

Bảng 3.18: Khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI). của VLHP mới và

VLHP tái sinh ............................................................................................ 53

Bảng 3.19: Hiệu suất hấp phụ ion Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) ứng với VLHP mới,

VLHP tái sinh lần 1 và VLHP tái sinh lần 2 .............................................. 55

Bảng 3.20: Kết quả tách loại Fe(III), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải .......................... 56

Bảng 3.21: Nồng độ nước thải chứa Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) sau khi ra khỏi cột

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hấp phụ ....................................................................................................... 57

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ ................................................................................... 11

Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại x = H trên

cột hấp phụ theo thời gian .......................................................................... 13

Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ ion Fe(III) ...................................... 21

Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ ion Ni(II) ....................................... 22

Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) ............................................ 23

Hình 3.1: Giản đồ XRD của vật liệu hấp phụ chế tạo được ........................................ 28

Hình 3.2: Ảnh SEM của cát ........................................................................................ 28

Hình 3.3: Ảnh SEM của VLHP................................................................................... 28

Hình 3.4: Ảnh TEM của vật liệu oxit MnO2 ............................................................... 29

Hình 3.5: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP ................................................ 30

Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ các ion

của VLHP ................................................................................................... 32

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ion Fe(III)

của VLHP ................................................................................................... 34

Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ion Ni(II),

Cr(VI) của VLHP ........................................................................................ 34

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến quá trình hấp

phụ các ion của VLHP ................................................................................ 37

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cation Na+, Ca2+ đến hiệu suất hấp

phụ ion Ni(II) của VLHP ........................................................................... 38

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cation Na+, Ca2+ đến hiệu suất hấp

phụ ion Fe(III) của VLHP .......................................................................... 38

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của NaHCO3 đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)

của VLHP ................................................................................................... 40

Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của NH4NO3 đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)

của VLHP ................................................................................................... 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) ............. 41

viii

Hình 3.15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào cb của Cr(VI) ................................................. 41

Hình 3.16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) .............. 41

Hình 3.17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II) ................................................ 41

Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Fe(III) ............. 42

Hình 3.19: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) .............................................. 42

Hình 3.20: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Cr(VI) ....... 43

Hình 3.21: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Ni(II) ......... 44

Hình 3.22: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Fe(III) ........ 45 Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của ion Fe(III) đối với các tốc độ dòng

khác nhau. ................................................................................................... 48

Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của ion Ni(II) đối với các tốc độ dòng

khác nhau. ................................................................................................... 48

Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của Cr(VI) đối với các tốc độ dòng

khác nhau. ................................................................................................... 49

Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp ion Fe(III) bằng axit H2SO4 ................. 51 Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp ion Ni(II) bằng axit H2SO4 .................. 51 Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cr(VI) bằng axit H2SO4 ...................... 52

Hình 3.29: Đường cong thoát của Fe(III) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh ..... 54

Hình 3.30: Đường cong thoát của Ni(II) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh ...... 54

Hình 3.31: Đường cong thoát của Cr(VI) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh ..... 55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.32: Đường cong thoát của mẫu nước thải chứa Cu(II), Ni(II), Cr(VI) .......... 58

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận. Mặc dù

lượng nước chiếm hơn 79% bề măt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh

hoạt và sản xuất rất ít, chỉ chiếm khoảng 3%, một trong nguyên nhân là do trong

nước mặt và nước ngầm có các ion kim loại nặng dưới dạng muối tan hay phức do

hòa tan các lớp khoáng trên đường nước chảy qua hoặc ô nhiễm bởi các nguồn nước

thải công nghiệp. Khi hàm lượng của chúng vượt khỏi phạm vi cho phép, sẽ gây

mùi khó chịu, nước có màu và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Có rất nhiều

cách khác nhau để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như trao đổi ion,

thẩm thẩu ngược, lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ... Trong đó hấp phụ là một trong

những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì vật liệu sử

dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện

với môi trường, đặc biệt không làm nguồn nước ô nhiễm thêm. Chính vì vậy đây là

vấn đề đang và được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu [8], [7], [19], [24],

[27], [28], [29], [31]. Hiện nay phương pháp tổng hợp vật liệu oxit kích thước

nanomet đang được phát triển mạnh trên thế giới [24], [27], [29], [31]. MnO2 là một

oxit phổ biến, rẻ và không độc. Vật liệu MnO2 có nhiều ứng dụng trong thực tế như:

làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, làm điện cực trong pin và ăcquy, làm xúc

tác oxi hóa trong xử lý môi trường (xử lý các kim loại năng trong môi trường lỏng,

hấp thụ khí thải công nghiệp, xúc tác oxi hóa phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay

hơi...). Tuy nhiên, hạn chế của vật liệu này là ở chỗ kích thước nanomet nên việc tách

chúng ra khỏi nước trong quá trình xử lý gặp nhiều khó khăn. Bởi vậy, việc tìm kiếm

một chất mang phân tán các oxit này để loại bỏ các ion kim loại nặng bằng phương

pháp hấp phụ là mục đích của nhiều công trình nghiên cứu. Trong số các chất mang

thì cát có rất nhiều ưu điểm như bền, đa dạng về kích thước, rẻ tiền và dễ kiếm.

Vì những lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp

phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nước và thử nghiệ m xử lý môi trườ ng”.

Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo VLHP oxit nano MnO2 bọc cát.

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD), phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử

quét (SEM), phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET).

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

VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh.

- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng VLHP chế

tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột.

- Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Sử dụng VLHP chế tạo được thử xử lý mẫu nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI).

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

1.1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong

việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô

nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá

nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước

trong vùng lãnh thổ. Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết.

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do

nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với

các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm. Ở

hàm lượng nhỏ một số kim loại nặng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể

người và sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi có hàm lượng lớn chúng lại có

độc tính cao và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.

Các kim loại nặng đi vào cơ thể qua con đường hô hấp, tiêu hóa và qua da.

Khi đó , chúng sẽ tác độ ng đế n cá c quá trì nh sinh hó a và trong nhiề u trườ ng hợ p dẫ n

đến những hậu quả nghiêm trọng . Về mặ t sinh hó a , các kim loại nặng có á i lự c lớ n

vớ i cá c nhó m –SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể . Vì thế, các enzym bị mấ t hoạ t tí nh, cản trở quá trình tổng hợ p protein củ a cơ thể. [10], [14]

1.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặ ng đố i vớ i con ngƣờ i và môi trƣờ ng

1.1.2.1. Tác dụng sinh hoá củ a crom

Nướ c thả i từ công nghiệ p mạ điệ n , công nghiệ p khai thá c mỏ , nung đố t cá c

nhiên liệ u hoá thạ ch ,...là nguồn gốc gây ô nhiễm crom . Crom có thể có mặt trong

nướ c mặ t và nướ c ngầ m. Crom trong nướ c thả i thườ ng gặ p ở dạ ng Cr(III) và Cr(VI).

Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Với hàm lượng nhỏ Cr(III) rất cần cho cơ thể,

trong khi Cr(VI) lại rất độc và nguy hiểm.

Crom xâm nhậ p và o cơ thể theo ba con đườ ng : hô hấ p , tiêu hoá và da . Qua

nghiên cứ u thấ y rằ ng , crom có vai trò quan tr ọng trong việc chuyể n hoá glucozơ.

Tuy nhiên với hà m lượ ng cao crom có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic và ức

chế hệ thố ng enzym cơ bả n . Crom chủ yế u gây cá c bệ nh ngoà i da như loé t da , viêm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

da tiế p xú c, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thậ n, ung thư phổ i,... [5]

1.1.2.2. Tác dụng sinh hoá củ a sắt

Sắt là một trong những thành phần chính của thạch quyển (khoảng 5%). Sắt

thường được phát hiện trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt ở các thành phố có các

khu công nghiệp sản xuất thép. Sắt dễ dàng tạo phức sunfat trong các lớp trầm tích

và trên mặt nước.

Sự có mặt của sắt trong nước uống làm thay đổi mùi vị của nước. Mùi vị của

sắt có trong nước uống có thể dễ dàng phát hiện ngay cả ở nồng độ thấp khoảng 1,8

mg/l. Có rất nhiều vấn đề mà kết quả là do độc tính của sắt. Chúng bao gồm chán ăn,

chứng tiểu ít, tiêu chảy, hạ thân nhiệt thậm trí tử vong. Thêm đó bệnh nhân có thể bị

tắc nghẽn mạch máu của đường tiêu hóa, gan, thận, não, tim, trên thận và tuyến ức.

Với ngộ độc sắt cấp tính, phần lớn xảy ra với đường tiêu hóa và gan. Kết quả là lưu

trữ sắt bệnh, bị sơ gan.

1.1.2.3. Tác dụng sinh hoá củ a niken

Niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, mạ điện, sản xuất

thuỷ tinh, gốm, sứ…

Niken xâm nhập vào cơ thể người chủ yế u qua đ ường hô hấp . Khi bị nhiễ m

độ c niken, các enzym mất hoạt tính , cản trở quá trình tổng hợp protein c ủa cơ thể ,

gây cá c triệ u chứ ng khó chịu, buồ n nôn, đau đầ u; nế u tiế p xú c nhiề u sẽ ả nh hưở ng

đến phổi , hệ thầ n kinh trung ươn g, gan, thậ n và có thể sẽ gây ra cá c chứ ng bệ nh

kinh niên… Ngoài ra, niken có thể gây các bệnh về da, nế u da tiế p xú c lâu dà i vớ i

niken sẽ gây hiệ n tượ ng viêm da, xuấ t hiệ n dị ứ ng ở mộ t số ngườ i. [5], [2]

1.1.3. Quy chuẩ n Việ t Nam về nƣớ c thả i công nghiệp

QCVN 24:2009/BTNMT quy đị nh nồ ng độ củ a ion kim lo ại trong nướ c th ải

công nghiệp như sau:

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại trong nước thải công nghiệp

Giá trị giới hạn STT Nguyên tố Đơn vị A B

1 Crom (VI) mg/l 0,05 0,10

2 Sắt mg/l 1,0 5,0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3 Niken mg/l 0,20 0,50

Trong đó:

- Cột A quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công

nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng cho mục đích

cấp nước sinh hoạt.

- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công

nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích

cấp nước sinh hoạt. [17]

1.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc

Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm môi trường nước. Nước bị ô nhiễm

kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ. Do nhu cầu sử dụng của con người

ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên. Tuy nhiên, việc xử lý

nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm đúng mức càng làm cho

kim loại nặng phát tán vào môi trường.

Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các ion kim loại nặng còn ở việc

sản xuất quặng và sử dụng thành phẩm. Quá trình sản xuất này cũng làm tăng cường

sự có mặt của chúng trong môi trường.

Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng chưa

được chú ý và quan tâm đúng mức.

1.2. Giới thiệu một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng

1.2.1. Phƣơng pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng để tách kim

loại nặng từ nước thải. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hợp chất hữu cơ có gắn các nhóm như : (-SO3H), ( -COO-), amin. Các cation và anion được hấp phụ trên bề mặt nhựa trao đổi ion. Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa,

người ta khôi phục lại cationit và anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch

bazơ loãng. Về mặt kĩ thuật thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng

phương pháp trao đổi ion, nhưng phương pháp này thường tốn kém.

1.2.2. Phƣơng pháp kết tủa

Phương pháp này thường dùng để thu hồi kim loại từ dung dịch dưới dạng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hiđroxit kim loại rất ít tan. Ngoài ra còn có thể sử dụng các chất tạo kết tủa như xút,

vôi, cacbonat, sunfua... Tuy nhiên phương pháp này chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, đòi

hỏi những quá trình xử lý tiếp theo.

1.2.3. Phƣơng pháp hấp phụ

So với các phương pháp xử lí nước thải khác, phương pháp hấp phụ có các đặc

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

và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý

không đòi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ

bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao. Trong đề tài

này, chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ.

1.3. Giớ i thiệ u về phƣơng phá p hấ p phụ

1.3.1. Các khái niệm

1.3.3.1. Sự hấ p phụ

Hấ p phụ là sự tí ch lũ y chấ t trên bề mặ t phân cá ch cá c pha (khí - rắ n, lỏng-rắ n,

khí-lỏng, lỏng-lỏng). Chấ t hấ p phụ là chấ t mà phầ n tử ở lớ p bề mặ t có khả năng hú t

các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó . Chấ t bị hấ p phụ là chấ t bị hú t ra khỏ i

pha thể tí ch đế n tậ p trung trên bề mặ t chấ t hấ p phụ .

Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ,

ngườ i ta phân biệ t hấ p phụ vậ t lý và hấ p phụ hoá họ c . Hấ p phụ vậ t lý gây ra bở i lự c

Vander Waals giữ a phầ n tử chấ t bị hấ p phụ và bề mặ t chấ t hấ p phụ , liên kế t nà y

yế u, dễ bị phá vỡ . Hấ p phụ hoá họ c gây ra bở i lự c liên kế t hoá họ c giữ a bề mặ t chấ t

hấ p phụ và phầ n tử chấ t bị hấ p phụ , liên kế t nà y bề n, khó bị phá vỡ.

Trong thự c tế , sự phân biệ t giữ a hấ p phụ vậ t lý và hấ p phụ hoá họ c chỉ là

tương đố i vì ranh giớ i giữ a chú ng không rõ rệ t . Mộ t số trườ ng hợ p tồ n tạ i cả quá

trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học . Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp

phụ vật lý, khi tăng nhiệ t độ khả năng hấ p phụ vậ t lý giả m và khả năng hấ p phụ hoá

học tăng lên. [2], [14]

1.3.3.2. Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ . Giải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hấ p phụ dự a trên nguyên tắ c sử dụ ng cá c yế u tố bấ t lợ i đố i với quá trì nh hấ p phụ.

Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông

qua các yếu tố sau:

- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.

- Tăng nhiệt độ.

- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trường.

- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt

chất rắn.

- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương phá p tá i sinh vậ t

liệ u hấ p phụ đã được sử dụng: phương phá p nhiệ t , phương phá p hoá lý , phương

pháp vi sinh. [2]

1.3.3.3. Dung lượ ng hấ p phụ cân bằ ng

Dung lượ ng hấ p phụ cân bằ ng là khố i lượ ng chấ t bị h ấp phụ trên một đơn vị

khố i lượ ng chấ t hấ p phụ ở trạ ng thá i cân bằ ng ở điề u kiệ n xá c đị nh v ề nồ ng độ và

nhiệ t độ . [13]

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

(1.1)

Trong đó :

q: dung lượ ng hấ p phụ cân bằ ng (mg/g).

V: thể tí ch dung dị ch chấ t bị hấ p phụ (l).

m: Khố i lượ ng chấ t hấ p phụ (g).

Co: nồ ng độ dung dị ch ban đầ u (mg/l).

Ccb: nồ ng độ dung dị ch khi đạ t cân bằ ng hấ p phụ (mg/l)

1.3.3.4. Hiệu suất hấp phụ

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

dịch ban đầu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

% (1.2)

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

1.3.2.1. Mô hì nh độ ng họ c hấ p phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắ n, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo cá c giai

đoạ n chí nh sau:

- Khuế ch tá n củ a cá c chấ t bị hấ p phụ từ pha lỏ ng tớ i bề mặ t chấ t hấ p phụ.

- Khuế ch tá n bên trong hạ t hấ p phụ .

- Giai đoạ n hấ p phụ th ực sự : các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm

hấ p phụ .

Trong tấ t cả cá c giai đoạ n đó , giai đoạ n nà o có tố c độ chậ m nhấ t sẽ quyế t đị nh

toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Vớ i hệ hấ p phụ trong môi trườ ng nướ c, quá trình

khuế ch tá n thườ ng chậ m và đó ng vai trò quyết đị nh [1].

Tố c độ hấ p phụ v là biế n thiên nồ ng độ chấ t bị hấ p phụ theo thờ i gian :

(1.3)

Tố c độ hấ p phụ phụ thuộ c bậ c nhấ t và o sự biế n thiên nồ ng độ theo thờ i gian :

(1.4)

Trong đó :

x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l)

t: thời gian (giây)

: hệ số chuyể n khố i

(mg/l). Co: nồ ng độ chấ t bị hấ p phụ trong pha mang tạ i thờ i điể m ban đầ u

Ccb: nồ ng độ chấ t bị hấ p phụ trong pha mang tạ i thờ i điể m t (mg/l)

k: hằ ng số tố c độ hấ p phụ .

q: dung lượ ng hấ p phụ tạ i thờ i điể m t (mg/g).

qmax: dung lượ ng hấ p phụ cự c đạ i (mg/g).

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren

(1.5)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Dạng tích phân của phương trình trên là:

(1.6)

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

(1.7)

Dạng tích phân của phương trình này là:

(1.8)

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.

1.3.2.2. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Có thể mô tả quá trì nh hấ p phụ dự a và o đườ ng đẳ ng nhiệ t hấ p phụ. Đường đẳng

nhiệ t hấ p phụ biể u diễ n sự phụ thuộ c củ a dung lượ ng hấ p phụ tạ i mộ t thờ i điể m và o

nồ ng độ cân bằ ng củ a chấ t bị hấ p phụ trong dung dị ch tạ i thờ i điể m đó ở mộ t nhiệ t độ

xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định

chấ t hấ p phụ và o mộ t lượ ng cho trướ c dung dị ch có nồ ng độ đã biế t củ a chấ t bị hấ p phụ .

Vớ i chấ t hấ p phụ là chấ t rắ n , chấ t bị hấ p phụ là chấ t lỏ ng thì đườ ng đẳ ng nhiệ t

hấ p phụ đượ c mô tả qua cá c phương trì nh đẳ ng nhiệ t : phương trì nh đẳ ng nhiệ t hấ p

phụ Henry, phương trì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Freundlich và phương trì nh đẳ ng nhiệ t

hấ p phụ Langmuir,…[2], [14].

Mô hình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Henry

Phương trình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Henry : là phương trình đẳng nhiệt đơn giản

mô tả sự tương q uan tuyế n tí nh giữ a lượ ng chấ t bị hấ p phụ trên bề mặ t pha rắ n và

nồ ng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:

a = K. P (1.9)

Trong đó :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

K: hằ ng số hấ p phụ Henry

a: lượ ng chấ t bị hấp phụ (mol/g)

P: áp suất (mmHg)

Từ số liệ u thự c nghiệ m cho thấ y vù ng tuyế n tí nh nà y nhỏ . Trong vù ng đó, sự tương

tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không đáng kể. [16]

Mô hình đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Freundlich

Phương trì nh đẳ ng nhiệ t hấ p phụ Freundlich là phương trì nh thự c nghiệ m mô

tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp [14].

Phương trì nh nà y đượ c biể u diễ n bằ ng mộ t hà m s ố mũ:

(1.10)

Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

(1.11)

Trong đó :

k: hằ ng số phụ thuộ c và o nhiệ t độ, diệ n tí ch bề mặ t và cá c yế u tố khá c

n: hằ ng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trì nh Freundlich phả n á nh khá sá t số liệ u thự c nghiệ m cho vù ng ban

đầ u và vù ng giữ a củ a đườ ng hấ p phụ đẳ ng nhiệ t tứ c là ở vù ng nồ ng độ thấ p củ a chấ t

bị hấp phụ [16].

Mô hình hấ p phụ đẳ ng nhiệ t Langmuir:

Phương trì nh hấ p phụ đẳ ng nhiệ t Langmuir có dạng:

(1.12)

Trong đó :

q: dung lượ ng hấ p phụ tạ i thờ i điể m cân bằ ng (mg/g)

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

b: hằ ng số Langmuir

Khi tí ch số b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vù ng hấ p phụ tuyế n tí nh.

Khi tí ch số b.Ccb >> 1 thì q = qmax : mô tả vù ng hấ p phụ bã o hoà .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:

(1.13)

Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL

RL = 1/(1+b.C0) (1.14)

0< RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi,

và RL=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.

1.3.2.3. Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau:

Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ. Sau

một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:

Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân

bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.

Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng

độ ban đầu tới không.

Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra,

Lối vào

1.Vùng hấp phụ bão hoà

nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.

2.Vùng chuyển khối

3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ

Lối ra

Hình 1.1: Mô hình cột hấp phụ

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch

chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng

chuyển khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng

độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Tiếp theo cột hấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.

Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu sự hấp

phụ động trên cột. Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng chuyển

khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó lượng chất

hấp phụ cần thiết tăng lên.

Vùng chuyển khối đặc biệt dài hơn trong trường hợp hấp phụ chất lỏng so với

trường hợp hấp phụ chất khí vì độ nhớt của chất lỏng cao hơn. Độ nhớt làm chậm

quá trình chuyển khối trên bề mặt chất rắn cũng như sự khuếch tán bên trong hạt

chất rắn. Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hạn

chế chúng được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối

và phương pháp hạn chế chúng

Yếu tố ảnh hƣởng Phƣơng pháp hạn chế

Tốc độ khuếch tán hạn chế bên - Giảm khuếch tán bên trong hạt bằng cách giảm

trong phần tử hấp phụ. kích cỡ hạt.

- Sử dụng vật liệu có mạng lưới lỗ xốp lớn để dễ

khuếch tán.

Sự giới hạn về diện tích bề mặt - Giảm kích cỡ hạt để tăng thêm diện tích bề mặt

của chất hấp phụ. trên một đơn vị thể tích chất hấp phụ.

- Sử dụng các hạt có diện tích bề mặt lớn trên

một đơn vị thể tích.

Tốc độ dòng phân bố không - Giảm thiểu các lỗ trống, đây là nguyên nhân

đều khi chạy qua cột. chính gây nên dòng không đều khi chạy qua cột.

- Điều khiển dòng cố định ở lối vào và ra cột.

Tại điểm cuối của cột hấp phụ x = H (H: chiều cao lớp chất hấp phụ), nồng độ

chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi

nồng độ chất bị hấp phụ tại x = H trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

cong thoát và có dạng như hình 1.2. [2]

C Co O t

Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại

x = H trên cột hấp phụ theo thời gian

1.3.3. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc

1.3.3.1 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 phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự

có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc

giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp

phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp

đó. Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị

hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước

của chất bị hấp phụ trong nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với

chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa

chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không

phân cực và ngược lại. Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại

hay một số dạng phức oxy anion như SO , PO , CrO … thì quá trình hấp phụ

xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép. Các ion hoặc các phân tử có

độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nước, do đó

bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến

khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện. Với các ion cùng hóa trị, ion nào có

bán kính lớn hơn sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hydrat

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhỏ hơn.

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

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Các

chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị

phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH. Tại giá trị pH bằng

điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặt

chất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt hấp phụ tích điện dương. Đối với

các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức

và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ

cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất [2].

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản,…

cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ. [2], [3]

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

Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị

hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo ra các

cặp ion hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo được tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân.

Sự thuỷ 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

thuỷ 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 ảnh hưởng đến cả

dung lượng và cơ chế hấp phụ [2].

1.4. Phƣơng pháp phân tích xác định hàm lƣợng kim loại nặng

Có nhiều phương pháp khác nhau được dùng để định lượng các kim loại.

Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp trắc quang để định lượng crom,

sắt và niken.

1.4.1. Phƣơng pháp trắc quang

Nguyên tắc: Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích được sử dụng

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

phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó

và suy ra hàm lượng chất cần xác định X.

Cơ sở của phương pháp là đ ịnh luật hấp thụ ánh sáng Bouguer -

Lambert-Beer. Biểu thức của định luật:

(1.15)

Trong đó:

- Io, I lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏ i dung dịch.

- l là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua.

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

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

thụ ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( ε = f (λ) ).

Như vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, bề

dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng.

A = f (λ, l, C) (1.16)

Do đó, nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày l xác định thì

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

do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ)

nên đồ thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu thức 1.16 có dạng: Aλ = k.ε.L.(Cx)b (1.17)

Trong đó:

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

- K: hằng số thực nghiệm.

- b: hằng số bản chất có giá trị 0 < b ≤ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng

độ C x.

Giá trị b = 1 khi nồng độ Cx nhỏ, khi Cx tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.

Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

có bề dày xác định thì ε = const và l = const. Đặt K = k.ε.l ta có:

( 1.18)

Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng UV-Vis, thì luôn có một giá trị

nồng độ giới hạn Co xác định, sao cho:

- Với mọi giá trị Cx < Co: thì b = 1, và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và

nồng độ Cx là tuyến tính.

- Với mọi giá trị Cx > Co: thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi C x tăng) và quan hệ

giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là không tuyến tính.

Phương trình (1.18) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp

thụ quang phân tử UV-Vis (phương pháp trắc quang). Trong phân tích người ta

chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay

hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực

nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy, tức giá trị của chất đó

càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A

và C càng hẹp. [10], [23]

1.4.2. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng bằng trắc quang

Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một chất bằng phương pháp

trắc quang. Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp

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

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

nhưng chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần định lượng, nó thích hợp

cho việc kiểm tra ngưỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không. Các

phương pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đường chuẩn,

phương pháp dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp

cân bằng, phương pháp thêm, phương pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và

đối tượng phân tích cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp. Trong đề tài này

chúng tôi sử dụng phương pháp đường chuẩn để định lượng các cation kim loại.

Phương pháp đường chuẩn: Từ phương trình cơ sở A = K .(C )b về

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nguyên tắc, để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất

trước hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng

nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của

dãy dung dịch chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo được dựng đồ thị

A = f(C), đồ thị A = f(C) gọi là đường chuẩn.

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

giống như khi xây dựng đường chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều

kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng

bước sóng) được các giá trị Ax. Áp các giá trị Ax đo được vào đường chuẩn sẽ tìm

được các giá trị nồng độ Cx tương ứng [10].

1.4.3. Định lƣợng Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng phƣơng pháp trắc quang

1.4.3.1. Định lượng Cr(VI)

Trong môi trường axit, Cr(VI) phản ứng với 1,5-diphenylcacbazit tạo thành

một phức chất màu tím đỏ thích hợp cho việc định lượng Cr(VI) theo phương pháp

trắc quang. Hàm lượng Cr(VI) được xác định theo cường độ hấp thụ màu của phức

chất ở bước sóng λ = 540nm với cuvet 1cm. [20], [23] 1.4.3.2. Định lượng Ni(II)

Ion Ni(II) trong môi trường amoniac có mặt chất oxy hóa mạnh sẽ tạo thành

với dimetylgyoxim một phức màu đỏ, cường độ màu tỉ lệ với nồng độ niken.

Phương pháp này có thể áp dụng để xác định niken trực tiếp ở nồng độ từ 0,2÷5,0mg/l.

Độ hấp thụ màu của phức được đo ở bước sóng λ = 536nm, cuvet 1cm. [20], [23]

1.4.3.3. Định lượng Fe(III)

Ở pH = 1,8 – 2,5 phức của Fe(III) với axit sufosalixilic có màu tím (n =1, viết tắt là FeSal+), cường độ màu tỉ lệ với nồng độ Fe(III). Phương pháp này có thể

áp dụng để xác định Fe (III) trực tiếp theo phương pháp trắc quang. Độ hấp thụ

màu của phức được đo ở bước sóng λ = 508nm, cuvet 1cm. [20], [23]

1.5. Vật liệu hấp phụ oxit nano MnO2

Nhiều phương pháp hóa lý đã được nghiên cứu xử lý nước thải chứa ion kim

loại nặng, trong đó hấp phụ là phương pháp được đánh giá cao bởi tính đơn giản mà

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hiệu quả xử lý tương đối cao, vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm.

Vật liệu hấp phụ oxit kích thước nanomet được sử dụng làm chất hấp phụ sử

lý ô nhiễm môi trường vì đây là vật liệu dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với

môi trường. Chính vì vậy, nghiên cứu chế tạo và nghiên cứu khả năng hấp phụ của

vật liệu hấp phụ oxit kích thước nanomet đang được phát triển mạnh trên thế giới

[25], [26]. Mangan đioxit là chất bột mầu đen, tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng

khoáng vật pirolusit. Pirolusit cũng như mangan đioxit nhân tạo có nhiều công dụng

trong thực tế. Ngoài việc dùng làm chất hấp phụ, mangan đioxit được dùng làm

chất xúc tác, trong công nghiệp đồ gốm, dùng để tạo mầu cho men. Mangan

đioxit là vật liệu không thể thiếu được của pin khô. Pirolusit là nguyên liệu để

sản xuất feromangan.

Trên thế giới đã có nhiều tác giả chế tạo được vật liệu oxit nano MnO2 bằng

các phương pháp sol-gel, đốt cháy tổng hợp, phản ứng oxi hóa khử...và đã nghiên cứu

khả năng hấp phụ của chúng với các ion kim loại nặng, các chất phẩm nhuộm mang

màu. Tác giả Al-Sagheer và cộng sự [25] đã tổng hợp được vật liệu oxit nano δ-MnO2

bằng phương pháp sol-gel, có diện tích bề mặt riêng là 27-28 m²/g. Lei Juin và cộng sự

[26] đã chế tạo được γ-MnO2 bằng phương pháp đồng kết tủa, có diện tích bề mặt riêng

là 18 m²/g và đã nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu này với toluen.

Ở Việt Nam cũng đã có một số tác giả nghiên cứu về vấn đề này như tác giả Lưu

Minh Đại và cộng sự [6] cũng đã chế tạo thành công oxit nano β-MnO2 bằng phương pháp đốt cháy gel, kích thước 24,65 nm, diện tích bề mặt riêng là 49,7 m2/g . Tác giả Phạm Thị

Hạnh và cộng sự [7] đã chế tạo thành công vật liệu MnO2 bọc cát đen, từ dung dịch

KMnO4 và một số hóa chất khác. Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của MnO2 bọc cát đen

với asen, xử lý nước có nồng độ asen 0,4924mg/l giảm xuống còn 0,007mg/l đạt tiêu

chuẩn về nước ăn uống sinh hoạt. Tác giả Nguyễn Thị Tố Loan đã chế tạo thành công vật

liệu oxit β-MnO2 phủ trên cát thạch anh khích thước 0,5-1,0 mm với hàm lượng oxit

mangan tẩm 2% bằng phương pháp đốt cháy gel, kích thước khoảng 24,65 nm, diện tích bề mặt riêng là 49,7 m2/g, đã nghiên cứu khả năng hấp phụ vật liệu này với các ion As(III),

As(V), Fe(III), Mn(II). Kết quả đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại với As (III) là 1,45mg/g, với As (V) là 1,66mg/g, Fe(III) là 3,14mg/g, Mn2+ là 1,79mg/g. Tuy nhiên số

các công trình nghiên cứu về vật liệu oxit mangan bọc cát còn it và chưa đầy đủ với các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ion kim loại nặng.

Chương 2

THỰC NGHIỆM

2.1. Thiết bị và hó a chất

2.1.1. Thiết bị

Cân điện tử 4 số Precisa XT 120A- Switland, máy đo pH Precisa 900 (Thuỵ

Sĩ), tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc), máy quang phổ hấp thụ phân tử UV mini 1240

(Shimadzu - Nhật Bản), máy lắc, máy lọc hút chân không, bình định mức, pipet, cố c

thủy tinh...

2.1.2. Hoá chất

Nước cất hai lần, MnSO4.H2O, (NH4)2S2O8, AgNO3, Fe2(SO4)3, NiSO4.6H2O, K2Cr2O7, KNO3, NH3, H3PO4, Br2, H2SO4, HCl, NaOH 0,1M. Dung dịch Na+, Ca2+

(pha từ dung dịch chuẩn). Dung dịch muối NaHCO3, NH4NO3, axit 5-sulfosalicylic,

1,5 - điphenylcarbazide, đimetylglyoxim. Tất cả hóa chất đều có độ tinh khiết PA.

2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ oxit MnO2 bọc cát (VLHP)

Oxit MnO2 được chế tạo từ phản ứng oxy hóa khử. Phương trình phản ứng

hình thành các dạng tinh thể khác nhau của oxit MnO2, ở nhiệt độ phòng xảy ra như

sau: [31].

MnSO4 + (NH4)2S2O8 + 2H2O Trong đó ion Ag+ đóng vai trò là chất xúc tác, làm giảm thế năng của

phản ứng. Phương trình xảy ra theo các bước sau:

Cách tiến hành: Trong đề tài này chúng tôi tiến hành chế tạo VLHP oxit

nano MnO2 bọc cát với hàm lượng oxit MnO2 tẩm là 3% cụ thể như sau:

Chuẩn bị dung dịch gồm 3,8030g MnSO4.H2O với 1,9800g (NH4)2S2O8 hòa

tan trong 80ml nước cất và dung dịch gồm 1,1900g AgNO3 hòa tan trong 10ml

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nước cất. 30g cát đen có kích thước 1mm được hoạt hóa bằng axit HCl theo tỷ lệ

HCl: H2O = 1:1, trong hai ngày ở điều kiện nhiệt độ phòng, sau đó rửa sạch cát bằng nước sạch đến môi trường trung tính, tiến hành sấy khô ở 1000C đến khối

lượng không đổi. Cho 10 ml dung dịch AgNO3 đã chuẩn bị ở trên vào 20,3g cát đen

đã được hoạt hóa. Cho 80ml dung dịch MnSO4.H2O và (NH4)2S2O8 đã pha vào hỗn

hợp cát và AgNO3, khuấy đều hỗn hợp. Hỗn hợp được để hai ngày ở điều kiện nhiệt

độ phòng, sau đó lọc lấy kết tủa, rửa sạch vài lần bằng cồn tuyệt đối và nước sạch.

Tiến hành sấy khô trong chân không đến khối lượng không đổi, thu được vật liệu

oxit nano MnO2 bọc cát với hàm lượng oxit MnO2 tẩm là 3%.

2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo đƣợc

Thành phần pha của vật liệu chế tạo được xác định bằng phương pháp

nhiễm xạ tia X (XRD) trên máy SIMENS D5000 với chế độ đo: ống phát xạ tia X

bằng Cu, bước sóng λ = 0,15406 nm, điện áp 40kV, cường độ dòng điện 40mA, nhiệt độ 250C, góc quét 2θ =10-700, bước quét 0.030/s.

Ảnh vi cấu trúc và hình thái học của vật liệu chế tạo được bằng kính hiển vi

điện tử truyền qua (TEM).

Diện tích bề mặt riêng của vật liệu được xác định theo phương pháp BET

trên máy ASAD 2010 của Mỹ.

2.4. Xác định điểm đẳng điện của VLHP chế tạo đƣợc

Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pH tăng dần từ 2 đến 12. Lấy 11

bình nón cho vào mỗi bình 2,0g VLHP. Sau đó cho lần lượt vào các bình nón 100ml

dung dịch có pH tăng dần đã chuẩn bị sẵn. Để trong vòng 24h, rồi xác định lại pH

của các dung dịch trên.

2.5. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Ni(II), Fe(III), Cr(VI) theo phƣơng pháp

trắc quang

Từ dung dịch gốc của Fe(III), Ni(II), Cr(VI) có nồng độ 1000 mg/l, pha

thành các nồng độ: 0,1; 0,2; 0,5 ; 1; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 8. mg/l.

Thiết lập các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng ion Fe(III), Ni(II),

Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang như đã nêu ở phần tổng quan.

Đo độ hấp thụ quang A của dung dịch Fe(III), Ni(II), Cr(VI) theo thứ tự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lần lượt các mẫu có nồng độ từ thấp đến cao.

Từ độ hấp thụ quang đo được và phần mềm ta lập được đường chuẩn của ion

Fe(III), Ni(II), Cr(VI).

2.5.1. Dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ sắt

Từ dung dịch gốc của Fe(III) có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ:

0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0 mg/l. Điều chỉnh đến pH = 2,5 bằng axit

H2SO4 1,0M và NaOH 1,0M, cho thêm vào mỗi cốc đựng Fe(III) 1,5 ml dung dịch 5-sulfosalicylic acid (H2SS 2.10-4M) và 1,0 ml KNO3 2M thu được phức

màu tím. Định mức 10ml sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở

bước sóng 508nm.

Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường

chuẩn của Fe(III). Kết quả thể hiện ở bảng 2.1 và hình 2.1:

Bảng 2.1: Số liệu xây dựng

đường chuẩn Fe(III)

Nồng độ Tên mẫu A (mg/l)

Mẫu trắng 0,0 0,000

Mẫu 1 0.5 0.052

Mẫu 2 1,0 0.066

Mẫu 3 2,0 0.111

Mẫu 4 3,0 0.160

Mẫu 5 4,0 0.204

Mẫu 6 5,0 0.241

Mẫu7 6,0 0.279 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng

Mẫu 8 8,0 0.363 độ ion Fe(III)

2.5.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Ni(II)

Từ dung dịch gốc của Ni(II) có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ:

0,5; 1,0; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0 mg/l. Cho thêm vào mỗi cốc đựng Ni(II)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2,0ml dung dịch NH3 25%, 5ml dung dịch brom bão hòa và 1,5 ml đimetylglyoxim

thu được phức màu đỏ. Định mức 25ml sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung

dịch trên ở bước sóng 536nm.

Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường

chuẩn của Ni(II).

Kết quả thể hiện ở bảng 2.2 và hình 2.2:

Bảng 2.2: Số liệu xây dựng

đường chuẩn Ni(II)

Nồng độ Tên mẫu A (mg/l)

Mẫu trắng 0,0 0,000

Mẫu 1 0.5 0.043

Mẫu 2 1,0 0.104

Mẫu 3 2,0 0.209

Mẫu 4 2.5 0.259

Mẫu 5 3,0 0.307

Mẫu 6 3.5 0.356

Mẫu 7 4,0 0,426

Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng Mẫu 8 4,5 0,448

độ ion Ni(II) Mẫu 9 5,0 0,519

Mẫu 10 6,0 0,611

2.5.3. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Cr(VI)

Từ dung dịch gốc của Cr(VI) có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ:

0,1; 0,2; 1,0; 2,0; 5,0 mg/l. Cho thêm vào mỗi cốc đựng Cr(VI) 0,5ml dung dịch

H2SO4 1:1, 0,1ml H3PO4 và 2,0 ml dung dịch 1,5- điphenylcarbazide thu được phức

màu tím đỏ. Định mức 10ml sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở

bước sóng 540nm.

Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

chuẩn của Cr(VI).

Kết quả thể hiện ở bảng 2.3 và hình 2.3:

Bảng 2.3: Số liệu xây dựng

đường chuẩn Cr(VI)

Nồng độ Tên mẫu A (mg/l)

Mẫu trắng 0,00 0,000

Mẫu 1 0.1 0.016

Mẫu 2 0.2 0.065

Mẫu 3 1,0 0.270

Mẫu 4 2,0 0.560

Hình 2.3: Đồ thị đường chuẩn xác định Mẫu 5 5,0 1.505

nồng độ Cr(VI)

2.6. Khảo sát các số yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP

2.6.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian

Chuẩn bị các bình tam giác dung tích 100 ml. Cho vào mỗi bình 2,0g

VLHP và 25ml dung dịch Cr(VI), Ni(II), Fe(III) có nồng độ đầu lần lượt là

51,772 mg/l, 50,316 mg/l, 49,643mg/l. Đem lắc trên máy lắc trong khoảng thời

gian từ 30 ÷ 240 phút, ở nhiệt độ phòng và tốc độ lắc 200 vòng/phút. Sau đó, xác

định nồng độ còn lại của ion Cr(VI), Ni(II), Fe(III) trong dung dịch sau khi hấp

phụ với các khoảng thời gian khảo sát khác nhau. (Nồng độ dung dịch Cr(VI),

Ni(II), Fe(III) trước và sau hấp phụ được xác định giống như khi xây dựng

đường chuẩn).

2.6.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 ml. Cho 2,0g VLHP vào mỗi

bình và thêm vào 25 ml dung dịch Cr(VI), Ni(II), Fe(III) có nồng độ lần lượt là

49,825 mg/l, 49,976 mg/l, 49,857 mg/l đã được giữ ổn định bởi các dung dịch H2SO4 và NaOH có pH từ 1,51 ÷ 2,50 đối với ion Fe(III) và pH từ 1 ÷ 7 đối với ion

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Ni(II), Cr(VI). Tiến hành lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong

khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 2.6.1. Xác định

nồng độ trước và còn lại của Cr(VI), Ni(II), Fe(III) trong dung dịch tương ứng với

các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn.

2.6.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II), Fe(III)

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 ml. Cho 2,0g VLHP vào mỗi bình

và thêm vào 25 ml dung dịch Cr(VI), Ni(II), Fe(III). Có nồng độ thay đổi: Cr(VI) từ

51,849 ÷ 300,285mg/l; Ni(II) từ 53,580÷ 302,918mg/l; Fe(III) từ 49,857 ÷ 301,190mg/l. Các dung dịch được giữ ổn định ở pH = 2,0 với Cr(VI), pH = 5,5 với Ni(II) và pH = 2,5

với Fe(III). Tiến hành lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời

gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 2.6.1. Xác định nồng độ trước và

còn lại của Cr(VI), Ni(II), Fe(III) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như

đã làm khi xây dựng đường chuẩn.

2.6.4. Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100ml. Cho vào các bình khối lượng

VLHP thay đổi: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 g. Tiến hành sự hấp phụ riêng

biệt với 25ml mỗi dung dịch Cr(VI) (148,594mg/l), Ni(II) (155,545mg/l), Fe(III)

(150,357mg/l) pH = 2,0 đối với Cr(VI), pH = 2,5 đối với Fe(III) và pH = 5,5 đối với

Ni(II), thời gian hấp phụ 150 phút đối với Fe(III) và 180 phút đối với Ni(II), Cr(VI),

ở nhiệt độ phòng. Xác định nồng độ trước và còn lại của Cr(VI), Ni(II), Fe(III)

trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường

chuẩn từ đó tính được hiệu suất hấp phụ H (%).

2.6.5. Khảo sát ảnh hƣởng của cation

Tiến hành pha dung dịch chứa ion Fe(III) và Ni(II) với sự có mặt của các cation Na+, Ca2+. Các cation này có nồng độ tăng dần từ 0 đến 15 mg/l. Cân 2,0g

VLHP cho vào các bình tam giác có dung tích 100ml, sau đó hút 25ml các dung

dịch trên cho lần lượt vào các bình tam giác trên, tiến hành lắc ở nhiệt độ phòng với

tốc độ lắc 200 vòng/phút. Tiến hành các thí nghiệm trên đều ở điệu kiện tối ưu của

sự hấp phụ các ion Fe(III), Ni(II). Thời gian lắc đối với ion Fe(III) là 150 phút và ở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

pH là 2,5. Thời gian lắc đối với ion Ni(II) là 180 phút và ở pH là 5,5. Xác định nồng

độ trước và còn lại của Ni(II), Fe(III) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện

tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn.

2.6.6. Khảo sát ảnh hƣởng của chất điện ly

Tiến hành pha dung dịch chứa ion Cr(VI) với những khối lượng tăng dần của

các chất điện ly: NaHCO3, NH4NO3. Cân 2,0g VLHP cho vào các bình tam giác có

dung tích 100ml, sau đó hút 25ml mỗi dung dịch vừa pha cho vào các bình tam giác

trên. Đem lắc trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng trong khoảng

thời gian đạt cân bằng với Cr(VI). Khi tiến hành các thí nghiệm này không điều

chỉnh pH đến pH tối ưu mà chỉ đo pH của các dung dịch sau khi đã pha. Từ đó ta sẽ

kết luận được các chất điện ly có ảnh hưởng như thế nào đến sự hấp phụ Cr(VI).

Xác định nồng độ trước và còn lại của Cr(VI) trong dung dịch tương ứng với các

điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn.

2.6.7. Động học hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP

Giả sử quá trình hấp phụ của VLHP xảy ra theo phương trình động học biểu kiến

của Lagergren. Tiến hành thí nghiệm với một nồng độ đầu nhất định và thời gian

khác nhau. Biểu diễn sự phụ thuộc của lg(qe-qt) và t/q vào t, tính qe,exp , qe,cal.

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức (1.1)

Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức (1.2)

2.6.8. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II), Fe(III) bằng

phƣơng pháp hấp phụ động trên cột

2.6.8.1 Chuẩn bị cột hấp phụ

Cột hấp phụ là cột thủy tinh có chiều cao 25cm, đường kính 1cm.

Cân 11,5g VLHP ngâm vào trong cốc chứa nước cất để loại bỏ hết bọt khí sau

đó tiến hành dồn cột. Cột được dồn sao cho trong cột hoàn toàn không có bọt khí.

Điều chỉnh tốc độ dòng chảy của các dung dịch nhờ một van ở đầu ra của cột. Cho

chảy qua cột dung dịch chứa ion cần nghiên cứu có nồng độ ban đầu Co. Dung dịch

sau khi chảy qua cột được lấy liên tục theo từng Beb – Volume (BV) để tiến hành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

xác định nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ.

Định nghĩa Bed-Volume (hay đơn vị thể tích cơ sở ): là thể tích của dung dịch

chảy qua cột đúng bằng thể tích chất hấp phụ nhồi trong cột đó.

2.6.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng

Chuẩn bị cột hấp phụ như mục 2.6.8.1. Các dung dịch Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

riêng rẽ có nồng độ lần lượt là 51,976mg/l, 50,073mg/l, 55,863mg/l. Dung dịch

mang đi hấp phụ được điều chỉnh đến pH tối ưu như đã khảo sát ở mục 2.6.2. Điều

chỉnh tốc độ dòng với các giá trị: 1,0 ml/phút; 1,5 ml/phút; 2,0 ml/phút. Dung dịch

sau khi chảy qua cột được lấy liên tục theo từng BV để tiến hành xác định nồng độ

ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ. (Thí nghiệm riêng rẽ đối với mỗi tốc độ).

Xác định nồng độ trước và sau hấp phụ của Fe(III), Ni(II), Cr(VI) trong dung dịch

tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn.

2.6.8.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp

Sau khi khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng, chúng tôi tiến hành giải hấp các

ion trên các cột đã hấp phụ ở tốc độ dòng 1,0 ml/phút bằng dung dịch H2SO4 có

nồng độ lần lượt là 0,5M; 1,0M; 1,5M. (thí nghiệm riêng rẽ trên mỗi cột đã hấp phụ

đối với mỗi ion kim loại). Xác định nồng độ trước và sau khi hấp phụ của Fe(III),

Ni(II), Cr(VI) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi

xây dựng đường chuẩn.

2.6.8.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP

VLHP sau khi giải hấp được rửa sạch axit tới môi trường trung tính, để khô.

Tiến hành sự hấp phụ đối với dung dịch Fe(III), Ni(II), Cr(VI) như VLHP mới ở tốc

độ dòng 1,0ml/phút. So sánh khả năng hấp phụ của VLHP tái sinh này với VLHP

mới trong cùng điều kiện về nồng độ đầu.

- Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức:

H = (2.1)

Trong đó:

Co: Nồng độ đầu của ion kim loại (mg/l)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Ct: Nồng độ của ion kim loại khi ra khỏi cột hấp phụ tại thời điểm t (mg/l)

n: Số BV trong mỗi lần thí nghiệm.

- Hiệu suất giải hấp dược tính theo công thức:

H = (2.2)

Trong đó:

mHP: Khối lượng chất hấp phụ được (mg)

mGH: Khối lượng chất giải hấp được (mg)

2.7. Xử lý thử mẫu nƣớc thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

Các mẫu nước thải chứa Ni(II), Cr(VI) lấy tại nhà máy khoá Việt Tiệp và

mẫu nước thải chứa Fe(III) lấy tại công ty cầu đường Hà Nội được xử lý sơ bộ.

Nước thải được lấy và bảo quản theo đúng TCVN 4574 – 88.

- Dụng cụ lấy mẫu: chai polietylen sạch.

- Mẫu nước thải được cố định bằng dung dịch H2SO4 đặc.

- Phương pháp tĩnh:

Thực hiện sự hấp phụ ở nhiệt độ phòng, thời gian khuấy là 150 phút đối với

Fe(III) và 180 phút đối với Ni(II), Cr(VI). Lấy dung dịch sau hấp phụ lần một tiến

hành thí nghiệm hấp phụ lần hai với VLHP mới. Xác định nồng độ Ccb1 và Ccb2 của

các ion kim loại trong dung dịch sau hấp phụ.

- Phương pháp động:

Cho nước thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI) chảy qua cột hấp phụ với tốc độ dòng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1,0 ml/phút. Xác định nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ.

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của VLHP

Kết quả chụp nhiễu xạ tia X (XRD), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của cát

và vật liệu MnO2 bọc cát (VLHP) chế tạo được trình bày trong hình 3.1, 3.2, 3.3.

Kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của vật liệu oxit MnO2 phủ bên

ngoài cát được trình bày trong hình 3.4.

Hình 3.1: Giản đồ XRD của vật liệu hấp phụ chế tạo được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.2: Ảnh SEM của cát Hình 3.3: Ảnh SEM của VLHP

Hình 3.4: Ảnh TEM của vật liệu oxit MnO2

Kết quả chụp nhiễu xạ tia X của VLHP chế tạo được cho thấy trên giản đồ

XRD chỉ có pha của oxit MnO2 và pha của cát (SiO2). Điều này chứng tỏ oxit MnO2

chế tạo được là tinh khiết. Ảnh hiển vi điện tử quét cho thấy VLHP chế tạo được có

dạng hình cầu, bề mặt xốp và vật liệu oxit MnO2 đã bọc kín cát. Ảnh hiển vi điện

tử truyền qua (TEM) của vật liệu oxit MnO2 phủ bên ngoài cát cho thấy oxit MnO2

chế tạo được có dạng que, mảnh, kích thước trung bình khoảng 16,76nm. Diện

tích bề mặt riêng của vật liệu oxit MnO2 phủ ngoài cát xác định theo phương pháp

BET là 88,1 m²/g. (xem phần phụ lục)

3.2. Điểm đẳng điện của VLHP

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP được chỉ ra ở bảng 3.1 và hình 3.5

Bảng 3.1: Kết quả xác định điểm đẳng điện của của VLHP

pHbđ pHcb

2,01 2,15

3,04 3,43

4,07 4,50

5,00 5,28

6,01 6,35

7,00 6,47

7,98 6,50

8,96 6,56

10,8 6,96

11,03 9,57

11,96 10,01

Hình 3.5: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP

Nhận xét:

Từ kết quả ở hình 3.5 và bảng 3.1 ta thấy điểm đẳng điện của VLHP là

pI = 6,35. Điều này cho thấy khi pH < pI thì bề mặt VLHP tích điện dương, khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

pH > pI thì bề mặt VLHP tích điện âm.

3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng thời gian

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.2 và hình 3.6:

Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian

Ion

Thời gian (phút) 30 Co (mg/l) 51.772 Ccb (mg/l) 45,951 q (mg/g) 0,073 H (%) 11,243

51.772 37,397 0,180 27,766 60

51.772 26,985 0,310 47,877 90

51.772 23,677 0,351 54,267 120 Cr(VI) 51.772 22,172 0,370 57,174 150

51.772 18,723 0,413 63,836 180

51.772 18,334 0,418 64,587 210

51.772 18,152 0,420 64,939 240

50,316 27,519 0,285 45,248 30

50,316 22,529 0,347 55,525 60

50,316 19,436 0,386 61,372 90

50,316 14,708 0,445 70,769 120 Ni(II) 50,316 10,039 0,503 80,048 150

50,316 8,852 0,518 82,407 180

50,316 8,599 0,521 82,910 210

50,316 8,288 0,525 83,528 240

49,643 15,476 0,342 68,825 30

49,643 10,655 0,487 78,537 60

49,643 4,643 0,563 90,647 90

49,643 1,614 0,600 96,749 120 Fe(III) 49,643 0,986 0,608 98,014 150

49,643 0,821 0,610 98,316 180

49,643 0,829 0,610 98,330 210

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

49,643 0,831 0,610 98,326 240

Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến

quá trình hấp phụ các ion của VLHP

Nhận xét:

Từ kết quả ở bảng 3.2 và hình 3.6 cho thấy:

Đối với Fe(III): Trong khoảng thời gian khảo sát từ 30 ÷ 240 phút, dung

lượng hấp phụ của VLHP tăng theo thời gian. Từ 30÷120 phút dung lượng hấp phụ

tăng nhanh. Từ 150 đến 240 phút tăng chậm và dần ổn định (quá trình hấp phụ đã

đạt cân bằng). Do đó chúng tôi chọn thời gian 150 phút để tiến hành các nghiên cứu

tiếp theo đối với sự hấp phụ ion Fe(III).

Đối với Cr(VI) và Ni(II): Trong khoảng thời gian khảo sát từ 30 ÷ 240 phút,

dung lượng hấp phụ của VLHP đều tăng theo thời gian. Từ 30÷150 phút dung

lượng hấp phụ tăng nhanh. Từ 180 đến 240 phút tăng chậm và dần ổn định (quá

trình hấp phụ đã đạt cân bằng). Do đó chúng tôi chọn thời gian 180 phút để tiến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hành các nghiên cứu tiếp theo đối với sự hấp phụ ion Ni(II) và Cr(VI).

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.3, hình 3.7 và 3.8.

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của VLHP

q H Co Ccb Ion pH (mg/l) (mg/l) (mg/g) (%)

1,03 49,825 20,633 0,365 58,589

2,01 49,825 18,252 0,395 63,368

3,01 49,825 18.351 0,393 63,169 Cr(VI) 4,02 49,825 22,933 0,336 53,973

5,03 49,825 26,183 0,296 47,450

6.00 49,825 29,714 0,251 40,363

1,02 49,976 19,514 0,381 60,953

2,01 49,976 14,232 0,447 71,522

3,02 49,976 13,560 0,455 72,867

4,02 Ni(II) 49,976 12,636 0,467 74,716

5,00 49,976 8,902 0,513 82,187

6,03 49,976 8,327 0,521 83,338

7,00 49,976 11,102 0,486 77,785

1,51 49,857 25,095 0,310 49,666

1,82 49,857 16,976 0,411 65,651

2,01 49,857 12,190 0,471 75,550 Fe(III)

2,31 49,857 7,048 0,535 85,864

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2,50 49,857 1,633 0,603 96,725

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của pH đến quá trình hấp phụ ion

Fe(III) của VLHP của pH đến quá trình hấp phụ ion Ni(II), Cr(VI) của VLHP

Nhận xét:

Đối với Fe(III): Trong khoảng pH tăng từ 1,51÷2,5 thì dung lượng hấp phụ của

VLHP đều tăng. Chúng tôi chỉ khảo sát trong khoảng pH = 1,51÷2,5 vì khi pH ≥ 3 phản

ứng thuỷ phân xảy ra đến cùng tạo thành kết tủa của sắt (III) hiđroxo. Vì vậy chúng tôi

chọn pH = 2,5 cho các nghiên cứu tiếp theo.

Đối với Ni(II): Trong khoản pH từ 1÷ 6 thì dung lượng hấp phụ đều tăng và

tăng khá nhanh trong khoảng pH từ 1 ÷ 3 và đạt các giá trị cao nhất trong khoảng

pH từ 5 ÷ 6 đối với VLHP Điều này có thể giải thích như sau: ở pH thấp, nồng độ

ion H+ cao nên có sự cạnh tranh với cation kim loại trong sự hấp phụ, kết quả là làm

giảm sự hấp phụ cation kim loại của VLHP. Tương tự, ở pH cao, nồng độ ion H+

giảm, trong khi nồng độ cation kim loại gần như không đổi bởi vậy quá trình hấp

phụ cation kim loại ở đây có thể xảy ra phản ứng trao đổi ion H+ - M2+ (M: kim

loại). Tuy nhiên, ở pH cao hơn, dung lượng hấp phụ của các VLHP đối với các ion

đều giảm dần. Điều này có thể do ở pH cao có sự hình thành phức hiđroxo của các

ion kim loại đã làm hạn chế sự hấp phụ của VLHP. Vì vậy chúng tôi chọn pH = 5,5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

cho các nghiên cứu tiếp theo.

Đối với Cr(VI): Khi pH tăng từ 2 ÷ 5 thì dung lượng hấp phụ của VLHP đều

giảm. Điều này có thể do ở pH thấp Cr(VI) tồn tại chủ yếu dạng HCrO và do đó

xảy ra lực hút tĩnh điện giữa chất hấp phụ tích điện dương và các ion HCrO tích

điện âm (khi pH < pI thì bề mặt VLHP tích điện dương, thuận lợi cho sự hấp phụ

anion). Ngược lại, ở pH cao dung lượng hấp phụ của VLHP đối với Cr(VI) giảm là do sự cạnh tranh giữa CrO với ion OH- trong dung dịch. Vì vậy, chúng tôi chọn

pH = 2,0 cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.4:

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) đến dung

lượng và hiệu suất hấp phụ của VLHP

Ion

Co (mg/l) 51,849 Ccb (mg/l) 20,675 q (mg/g) 0,390 Ccb/q (g/l) 53,013 H (%) 60,159

99,735 46,494 0,666 69,811 53,382

147,982 85,528 0,781 109,511 42,204 Cr (VI) 200,033 129,094 0,887 145,540 35,464

251,439 171,948 0,994 172,986 31,614

300,285 215,961 1,054 204,897 28,081

53,580 9,134 0,556 16,429 82,953

103,405 22,577 1,010 22,353 78,166

151,167 44,504 1,333 33,386 70,560 Ni(II) 199,854 75,340 1,556 48,419 62,302

254,523 110,809 1,796 61,698 56,464

302,918 145,076 1,973 75,531 52,107

49,857 1,633 0,603 1,030 96.725

99,524 7,619 1,149 6,631 92,345

151,190 25,595 1,570 16,303 83,071 Fe(III) 201,429 48,690 1,909 25,506 75,828

252,857 88,333 2,057 42,943 65,066

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

301,190 120,000 2,265 52,980 60,158

Nhận xét:

Trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của dung dịch thì

dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với các ion Fe(III),

Ni(II), Cr(VI) giảm. Điều này phù hợp với lý thuyết.

3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng VLHP

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.5, hình 3.9:

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất

hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

Ion

Cr (VI)

Khối lƣợng VLHP (g) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Co (mg/l) 148,594 148,594 148,594 148,594 148,594 148,594 Ccb (mg/l) 113,662 105,934 97,884 86,582 73,635 61,307 q (mg/g) 1,747 1,067 0,845 0,775 0,750 0,727 H (%) 23,508 28,709 34,127 41,733 50,446 58,742

Ni(II)

Fe(III)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3,5 4,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 148,594 148,594 155,545 155,545 155,545 155,545 155,545 155,545 155,545 155,545 150,357 150,357 150,357 150,357 150,357 150,357 150,357 150,357 59,388 58,925 109,937 87,451 72,519 46,984 45,331 42,875 42,023 40,175 104,286 86,310 56,095 25,833 13,571 12,381 11,667 11,190 0,637 0,554 2,280 1,702 1,384 1,357 1,102 0,939 0,811 0,721 2,304 1,601 1,571 1,557 1,368 1,150 0,991 0,870 60,033 60,345 29,320 43,778 53,377 69,794 70,857 72,436 72,983 74,171 30,641 42,597 54,711 82,819 90,974 91,766 92,240 92,558

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến quá trình hấp phụ các ion của VLHP

Nhận xét:

Khi khối lượng VLHP tăng hiệu xuất hấp phụ cũng tăng dần, tuy nhiên trong

khoảng khối lượng VLHP tăng từ 2,0 đến 4,0 gam thì hiệu xuất hấp phụ tăng nhưng

không đáng kể. Chính vì vậy chúng tôi lựa chọn khối lượng VLHP là 2,0 gam cho

các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.

3.3.5 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của một số ion đến sự hấp phụ Fe (III), Ni(II)

Kết quả cụ thể được chỉ ra ở bảng 3.6, 3.7 và hình 3.10 và 3.111.

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của Na+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II)

Ion

CNa (mg/l) 0 Co (mg/l) 56,833 Ccb (mg/l) 1,726 q (mg/g) 0,687 H (%) 96,963

Fe(III) 5 56,048 3,883 0,652 93,072

10 56,952 5,412 0,644 90,497

15 55,905 7,102 0,610 87,296

0 52,675 10,039 0,533 80,942

Ni(II) 5 54,013 16,722 0,466 69,040

10 53,624 18,784 0,433 64,952

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

15 53,696 21,060 0,408 60,779

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của Ca2+ tới sự hấp phụ Fe(III), Ni(II)

Q H CCa Co Ccb Ion (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/g) (%)

0 56,833 1,726 0,687 96,963 Fe(III) 5 57,333 17,048 0,504 70,265

10 57,238 23,238 0,425 59,401

15 55,952 27,833 0,351 50,256

0 52,675 10,039 0,533 80,942 Ni(II) 5 51,605 23,531 0,351 54,402

10 51,435 28,619 0,286 44,359

15 51,678 30,768 0,261 40,462

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cation Na+, Ca2+ đến hiệu suất hấp phụ ion Ni(II) của VLHP Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cation Na+, Ca2+ đến hiệu suất hấp phụ ion Fe(III) của VLHP

Nhận xét:

Từ kết quả thực nghiệm cho thấy: Các ion Na+, Ca2+ có ảnh hưởng đến sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) của VLHP. Khi tăng nồng độ, các ion Na+, Ca2+ thì hiệu suất hấp phụ Fe(III), Ni(II) đều giảm. Ảnh hưởng của ion Ca2+ đến sự hấp phụ Fe(III), Ni(II) lớn hơn so với ảnh hưởng của ion Na+. Điều này có thể giải thích như sau: sự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

có mặt các cation kim loại, đã làm xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa các ion, do đó

các cation kim loại này bị hấp phụ một phần, đồng thời ngăn cản sự hấp phụ ion

Fe(III), Ni(II) lên bề mặt VLHP.

3.3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của chất điện ly đến sự hấp phụ Cr(VI)

của VLHP

Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.8; 3.9 và hình 3.12; 3.13

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của NaHCO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP

Khối

lƣợng q H Ion CHCO3 (mg/l) Co (mg/l) Ccb (mg/l) (mg/g) (%) CNa (mg/l)

NaHCO3 (g)

0,0185 5,011 13,289 57,262 23,850 0,418 58,349

0,0274 7,502 19,898 57,873 32,236 0,320 44,299 Cr (VI)

0,0365 9,994 26,506 56,169 36,644 0,244 34,761

0,0457 12,513 33,187 57,780 44,731 0,176 24,315

0,0548 15,005 39,795 58,822 45,916 0,161 21,941

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của NH4NO3 đến hiệu xuất hấp phụ của VLHP

Khối q CNH4 CNO3 Co Ccb Ion lƣợng H(%) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/g) (mg/l) NH4NO3(g)

0,0181 4,073 14,028 54,349 21,849 0,406 59,799

0,0258 5,805 19,995 53,812 23,015 0,385 57,231 Cr (VI)

0,0348 7,830 26,970 53,733 23,148 0,382 56,920

0,0426 9,585 33,015 53,980 24,065 0,374 55,419

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,0516 11,610 40,000 53,906 25,232 0,358 53,193

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của NaHCO3 đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP của NH4NO3 đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP

Nhận xét:

Từ các kết quả thực nghiệm thu được cho thấy: Các chất điện ly NaHCO3, NH4NO3 có ảnh hưởng đến sự hấp phụ Cr(VI) của VLHP. Khi tăng khối lượng các chất NaHCO3, NH4NO3 thì hiệu suất hấp phụ Cr(VI) giảm. Điều này có thể giải thích như sau: Khi cho thêm các chất điện ly này, trong dung dịch sẽ có các cation Na+, NH nên có sự hấp phụ cạnh tranh giữa các ion, do đó các cation này bị hấp

phụ một phần, đồng thời ngăn cản sự hấp phụ Cr(VI) lên bề mặt VLHP. Ảnh hưởng

của NaHCO3 đến sự hấp phụ Cr(VI) lớn hơn so với ảnh hưởng của NH4NO3. Điều này lý giải như sau: Khi cho thêm NH4NO3 vào dung dịch chứa Cr(VI) sẽ làm cho dung dịch này có môi trường pH thấp, mà ở pH thấp Cr(VI) tồn tại chủ yếu dạng

HCrO , do đó xảy ra lực hút tĩnh điện giữa chất hấp phụ tích điện dương và các ion

HCrO tích điện âm. Ngược lại, khi cho thêm NaHCO3 sẽ làm cho dung dịch hấp

phụ có môi trường pH cao, mà ở pH cao dung lượng hấp phụ của VLHP đối với Cr(VI) giảm là do sự cạnh tranh giữa CrO với ion OH- trong dung dịch.

3.4. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) theo mô hình

đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Từ các kết quả thực nghiệm thu được khi khảo sát thời gian đặt cân bằng hấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phụ, ảnh hưởng của nồng độ đầu của các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) đến dung lượng

hấp phụ của vật liệu hấp phụ. Chúng tôi tiến hành khảo sát cân bằng hấp phụ theo

mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Kết quả được thể hiện trong các hình từ hình

3.14 đến 3.19.

Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt Hình 3.15: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào

hấp phụ Langmuir của VLHP Ccb của Cr(VI)

đối với Cr(VI)

Hình 3.16: Đường đẳng nhiệt Hình 3.17: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào

hấp phụ Langmuir của VLHP Ccb của Ni(II)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đối với Ni(II)

Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt

hấp phụ Langmuir của VLHP Hình 3.19: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III)

đối với Fe(III)

Từ đồ thị hình 3.14; 3.17; 3.19 biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q (g/l) vào

Ccb (mg/l) đối với Fe(III), Ni(II), Cr(VI) chúng tôi tính được các giá trị dung lượng

hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b như sau:

Bảng 3.10: Dung lượng cực đại và hằng số Langmuir

Ion Cr(VI) Ni(II) Fe(III)

1,266 2,289 2,316 Dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax(mg/g)

0,021 0,033 0,114 Hằng số Langmuir K

Nhận xét:

Từ các kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

mô tả khá tốt sự hấp phụ của VLHP đối với các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) điều này

được thể hiện qua hệ số hồi qui của các phương trình đều lớn hơn 0,98. Trong

khoảng nồng độ đầu đã khảo sát đối với mỗi ion, khi tăng nồng độ đầu thì dung

lượng hấp phụ tăng; vùng nồng độ nhỏ các đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có

dạng đường tuyến tính giống đường đẳng nhiệt hấp phụ Henry, ở vùng nồng độ lớn

đồ thị có dạng đường cong và đạt dần đến giá trị không đổi của dung lượng hấp phụ

khi nồng độ cân bằng liên tục tăng.

Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 50-300 mg/l, thì khả năng hấp phụ của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

VLHP với các ion giảm dần theo thứ tự là: Fe(III) > Ni(II) > Cr(VI).

3.5. Động học hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP

Các kết quả được trình bày trong các bảng 3.11 đến 3.15, hình 3.20 đến 3.22

Bảng 3.11: Các thông số hấp phụ của Cr(VI)

VLHP Thời

gian q t/q Ccb (mg/l) lg(qe-qt) (phút) (mg/g) (phút.g/mg)

30 0.073 45,951 0.08 410.96

60 0.180 37,397 0.04 333.33

90 0.310 26,985 -0.02 290.32

120 0.351 23,677 -0.04 341.88

150 0.370 18,731 -0.05 405.41

180 0.413 18,723 -0.07 435.84

210 0.418 18,334 -0.07 502.39

240 0.420 18,152 -0.07 571.43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(a) (b) Hình 3.20: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Cr(VI)

Bảng 3.12: Các thông số hấp phụ của Ni(II)

VLHP Thời

gian t/q q Ccb (mg/l) lg(qe-qt) (phút) (phút.g//mg) (mg/g)

30 0.285 27,519 0.30 105.26

60 0.347 22,529 0.29 172.91

90 0.386 19,436 0.28 233.16

120 0.445 14,708 0.27 269.66

150 0.503 10,039 0.25 298.21

180 0.518 8,852 0.25 347.49

210 0.521 8,599 0.25 403.07

240 0.525 8,288 0.25 457.14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(a) (b) Hình 3.21: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Ni(II)

Bảng 3.13: Các thông số hấp phụ của Fe(III)

VLHP Thời

gian t/q q (mg/g) Ccb (mg/l) lg(qe-qt) (phút) (phút.g/ /mg)

30 0.30 15,476 0.342 87.72

60 0.26 10,655 0.487 123.20

90 0.24 4,643 0.563 159.86

120 0.23 1,614 0.6 200.00

150 0.23 0,986 0.608 246.71

180 0.23 0,821 0.61 295.08

210 0.23 0,829 0.61 344.26

240 0.23 0,831 0.61 393.44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(a) (b) Hình 3.22: Đồ thị phương trình động học bậc 1 (a) và bậc 2 (b) đối với Fe(III)

Bảng 3.14: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1

đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III)

Nồng độ qe,exp qe,Cal

2

Ion R1 k1 (phút-1) đầu (mg/l) (mg/g) (mg/g)

51,772 0,8305 4,342.10-4 1,297 0,413 Cr(VI)

50,316 0,8789 0,000 2,046 0,518 Ni(II)

49,643 0,6090 0,000 2,037 0,61 Fe(III)

qe,exp : dung lượng hấp phụ cân bằng tính theo phương trình động học

qe,cal : dung lượng hấp phụ cân bằng theo thực nghiệm

Bảng 3.15: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2

đối với Cr(VI), Ni(II), Fe(III)

Nồng độ

2

Ion R2 qe,exp (mg/g) qe,Cal (mg/g) đầu (mg/l) k2 (g.mg1 .phút1)

51,772 0,9915 0,032 0,547 0,413 Cr(VI)

50,316 0,9907 0,0345 0,633 0,518 Ni(II)

49,643 0,9957 0,065 0,682 0,61 Fe(III)

Nhận xét:

Từ bảng 3.14, 3.15 cho thấy: phương trình động học bậc nhất biểu kiến cho kết quả qe1,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 qe2,exp tương đối phù hợp so với qe,cal và hệ số tin cậy R2 khá cao (R2 >0,99). Có thể kết luận quá trình hấp phụ

Cr(VI), Ni(II), Fe(III) của VLHP tuân theo phương trình động học bậc hai của

Lagergren.

3.6. Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng

phƣơng pháp hấp phụ động

3.6.1 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ dòng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kết quả khảo sát được chỉ ra trong bảng 3.16, hình 3.23, 3.24, 3.25.

Bảng 3.16: Nồng độ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các

tốc độ dòng khác nhau

Fe(III) Co= 51,976(mg/l) Ni(II) Co= 50,073(mg/l) Cr(VI) Co=55,863 (mg/l)

BV Tốc độ dòng(ml/phút)

v=1,0 V=1,5 v=2,0 v=1,0 v=1,5 v=2,0 v=1,0 v=1,5 v=2,0

Nồng độ thoát (mg/l)

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 2

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0.152 0.180 1.880 3

0,000 0,000 0,000 0,000 2.027 2.654 2.026 2.438 3.684 4

0,000 0,000 0,000 2.976 3.091 3.926 9.276 16.886 20.808 5

0,000 0,000 0,000 7.204 8.889 10.159 11.859 20.432 22.445 6

0,000 0.657 0.714 9.410 12.027 13.246 17.337 20.608 27.082 7

0,000 1.781 1.907 14.609 21.922 27.782 17.823 22.137 27.119 8

0,000 3.476 3.848 14.647 21.965 27.802 17.847 22.196 27.185 9

0,000 6.374 6.438 15.514 22.156 27.816 18.382 22.22 27.215 10

0,000 10.883 11.288 - - - - - - 11

0.645 14.771 17.333 - - - - - - 12

1.152 18.143 22.233 - - - - - - 13

1.788 21.376 24.136 - - - - - - 14

2.260 24.055 30.045 - - - - - - 15

5.888 27.052 32.426 - - - - - - 16

17 10.917 33.757 35.186 - - - - - -

18 14.948 33.980 36.200 - - - - - -

19 15.040 33.981 36.452 - - - - - -

20 15.512 34.043 36.595 - - - - - -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nồng độ thoát: Nồng độ ion sau khi ra khỏi cột hấp phụ “-” : Không thực hiện thí nghiệm

Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của ion Fe(III) đối với các

tốc độ dòng khác nhau.

Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của ion Ni(II) đối với các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tốc độ dòng khác nhau.

Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn nồng độ thoát của Cr(VI) đối với các

tốc độ dòng khác nhau.

Nhận xét:

Dựa vào kết quả ở các hình 3.23, 3.24, 3.25 cho thấy VLHP có khả năng hấp

phụ các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) trên cột là khá tốt. Nồng độ các ion Fe(III), Ni(II),

Cr(VI) sau khi chảy qua cột bằng 0 ở các Bed-volume đầu tiên, sau đó tăng dần và

gần như không đổi ở các Bed-volume 8, 9 và 10 đối với ion Ni(II), Cr(VI) và 18, 19,

20 đối với ion Fe(III). Trong khoảng tốc độ dòng khảo sát: 1,0 ml/phút; 1,5 ml/phút;

2,0 ml/phút, khi tốc độ dòng càng chậm thì khả năng hấp phụ các ion Fe(III), Ni(II),

Cr(VI) của VLHP càng tốt. Hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với các ion Fe(III), Ni(II)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

và Cr(VI) ở tốc độ dòng 1,0 ml/phút tương ứng là: 93,444%; 87,147% và 83,047%.

3.6.2. Kết quả giải hấp thu hồi Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

Bảng 3.17: Kết quả giải hấp các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng axit H2SO4 có

nồng độ khác nhau

Fe(III) Ni(II) Cr(VI)

Co= 51,976 (mg/l) Co= 50,073(mg/l) Co= 55,863 (mg/l)

Nồng độ axit H2SO4 giải hấp (M) BV

C=0,5 C=1,0 C=1,5 C=0,5 C=1,0 C=1,5 C=0,5 C=1,0 C=1,5

Nồng độ thoát (mg/l)

1 664.776 727.876 764.286 204.037 267.753 299.28 90.804 99.487 114.084

2 169.048 107.143 73.571 142.315 117.607 88.424 52.596 91.052 97.13

3 10.786 9.571 10.690 19.341 2.840 1.146 36.338 40.06 43.268

4 3.052 3.900 0.840 8.170 0.801 0.973 14.059 15.539 16.871

5 0.481 0.507 0.000 1.870 0.502 0.591 5.624 9.997 11.872

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 6 0.607 4.238 5.223 6.090

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 7 1.273 1.352 1.509

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 8 0.958 1.278 1.394

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 9 0.955 1.135 1.196

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 10 0.844 0.921 1.145

- - - - - - 11 0.402 0.540 0.710

- - - - - - 12 0.395 0.471 0.580

- - - - - - 13 0.393 0.416 0.579

- - - - - - 14 0.167 0.331 0.368

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- - - - - - 15 0.130 0.258 0.264

Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp ion Fe(III) bằng axit H2SO4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp ion Ni(II) bằng axit H2SO4

Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp Cr(VI) bằng axit H2SO4

Nhận xét:

Từ các hình 3.26; 3.27; 3.28 cho thấy dùng dung dịch H2SO4 để tiến hành

giải hấp và thu hồi các ion Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) cho hiệu quả tương đối tốt. Hầu

hết các ion kim loại được giải hấp ở 2 Bed-volume đầu. Trong cùng điều kiện thí

nghiệm, khả năng rửa giải Fe(III) và Ni(II) cao hơn so với Cr(VI). Trong khoảng

nồng độ axit H2SO4 khảo sát: 0,5M; 1,0M; 1,5M, khi nồng độ axit H2SO4 càng lớn

thì khả năng giải hấp các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của VLHP càng tốt.

3.6.3. Tái sử dụng vật liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kết quả thực nghiệm được chỉ ra ở các bảng 3.18; 3.19 và hình 3.29; 3.30; 3.31.

Bảng 3.18: Khả năng hấp phụ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI).

của VLHP mới và VLHP tái sinh

Fe(III) Ni(II) Cr(VI)

Co= 51,976(mg/l) Co= 50,073(mg/l) Co=55,863 (mg/l)

VLHP VLHP VLHP BV VLHP VLHP VLHP Tái sinh Tái sinh Tái sinh Mới Mới Mới Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2

Nồng độ thoát (mg/l)

1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.253

3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2.384 0.152 0.233 0.590

4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.731 8.414 2.026 2.661 3.333

5 0.000 0.000 0.000 2.976 4.002 9.047 9.276 9.867 9.976

6 0.000 0.000 0.000 7.204 9.592 15.855 11.859 19.753 19.959

7 0.000 0.000 0.000 9.410 11.653 17.585 17.337 40.764 47.436

8 0.000 0.000 0.000 14.609 17.866 45.354 17.823 45.339 49.074

9 0.000 0.000 0.000 14.647 38.638 45.526 17.847 45.551 49.15

10 0.000 0.000 0.000 15.514 38.793 46.016 18.382 45.653 49.338

11 0.000 0.417 0.660 - - - - - -

12 0.645 8.919 9.019 - - - - - -

13 1.152 11.288 12.550 - - - - - -

14 1.788 20.045 22.867 - - - - - -

15 2.260 27.621 30.143 - - - - - -

16 5.888 34.464 34.929 - - - - - -

17 10.917 38.655 42.133 - - - - - -

18 14.948 39.179 42.196 - - - - - -

19 15.040 39.717 42.196 - - - - - -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

20 15.512 39.767 42.171 - - - - - -

Hình 3.29: Đường cong thoát của Fe(III) ứng với VLHP mới và

VLHP tái sinh

Hình 3.30: Đường cong thoát của Ni(II) ứng với VLHP mới và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

VLHP tái sinh

Hình 3.31: Đường cong thoát của Cr(VI) ứng với VLHP mới và

VLHP tái sinh

Nhận xét:

Từ các kết quả thực nghiệm thu được cho thấy: VLHP sau khi được tái sinh

vẫn còn khả năng tách loại các ion kim loại. Hiệu suất hấp phụ của VLHP sau hai

lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP mới.

Bảng 3.19: Hiệu suất hấp phụ ion Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) ứng với

VLHP mới, VLHP tái sinh lần 1 và VLHP tái sinh lần 2

Ion Fe(III) Ni(II) Cr(VI)

93,444 87,147 83,047 Ho(%)

74,982 75,802 62,548 H1(%)

73,179 62,019 58,988 H2 (%)

Ho : Hiệu suất của quá trình hấp phụ bởi VLHP mới

H1: Hiệu suất của quá trình hấp phụ bởi VLHP tái sinh lần 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

H2: Hiệu suất của quá trình hấp phụ bởi VLHP tái sinh lần 2

3.6.4. Kết quả xử lí mẫu nƣớc thải chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

- Phương pháp tĩnh:

Bảng 3.20: Kết quả tách loại Fe(III), Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải

Ccb1 Ion Co (mg/l) H1 (%) Ccb2 (mg/l) H2 (%) (mg/l)

-0,821 12,381 100 - - Fe(III)

17,933 2,729 84,782 -0,182 100 Ni(II)

55,268 20,633 62,667 -0,214 100 Cr(VI)

Nhận xét:

Kết quả thực nghiệm cho thấy, VLHP có khả năng tách loại các ion Fe(III),

Ni(II), Cr(VI) khỏi nước thải tương đối tốt. Các mẫu nước thải chứa từng ion

Fe(III), Ni(II), Cr(VI) với nồng độ đầu lần lượt là 12,381 mg/l; 17,933 mg/l và

55,268mg/l sau khi hấp phụ lần một hiệu suất hấp phụ của VLHP lần lượt là 100%,

84,782% và 79,531. Khi hấp phụ lần hai nồng độ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) đã đạt tiêu

chuẩn cho phép đối với nướ c thả i đổ và o cá c khu vự c lấ y nướ c cung cấ p cho sinh

hoạt theo QCVN 24:2009/BTNMT.

- Phương pháp động

Khảo sát khả năng tách loại Fe(III), Ni(II) và Cr(VI). Kết quả được chỉ ra ở

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bảng 3.21 và hình 3.32.

Bảng 3.21: Nồng độ nước thải chứa Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) sau

khi ra khỏi cột hấp phụ

Fe(III) Ni(II) Cr(VI)

Bed-volume Co= 12,381 Co= 17,933 Co= 55,268

Nồng độ thoát (mg/l)

1 0,000 0,000 0,000

2 0,000 0,000 0,000

3 0,000 0,000 0.131

4 0,000 0,000 1.818

5 0,000 2.033 5.322

6 0,000 6.062 11.833

7 0,000 10.631 17.168

8 0,000 10.725 17.185

9 0,000 10.935 17.268

10 0,000 10.967 17.291

11 0,000 - -

12 0,000 - -

13 0,000 - -

14 - -

15 0,000 0,121 - -

16 1,233 - -

17 2,067 - -

18 4,619 - -

19 4,738 - -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

20 4,738 - -

Hình 3.32: Đường cong thoát của mẫu nước thải chứa

Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

Nhận xét

Kết quả cho thấy VLHP đã chế tạo có khả năng hấp phụ (tách loại) khá tốt

ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) trên cột. Nồng độ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) trong mẫu

nước thải bằng 0 sau 14 Bed - Volume đầu đối với Fe(III), sau 4 Bed - Volume đầu

đối với Ni(II), sau 2 Bed - Volume đối với Cr(VI) và tăng dần ở các Bed - Volume

sau. Các kết quả thực nghiệm cho thấy có thể nghiên cứu ứng dụng VLHP trong

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thực tiễn để xử lý nguồn nước thải có chứa Fe(III), Ni(II), Cr(VI).

KẾT LUẬN

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, chúng tôi rút ra một số kết luận chính sau:

1. Đã chế tạ o thành công VLHP oxit nano MnO2 bọc cát với hàm lượng oxit

MnO2 tẩm là 3%.. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy VLHP chế tạo được có

dạng hình cầu, bề mặt xốp và oxit MnO2 đã bọc kín cát. Ảnh hiển vi điện tử truyền

qua (TEM) của vật liệu oxit MnO2 phủ bên ngoài cát cho thấy oxit MnO2 có hình

dạng que, mảnh, kích thước trung bình khoảng 16,76nm. Diện tích bề mặt riêng của

vật liệu oxit nano MnO2 xác định theo phương pháp BET là 88,1 m²/g.

2. Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP đối

với các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ tĩnh, kết quả thu được

như sau:

- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ với Fe(III) là 150 phút, đối với Ni(II), Cr(VI)

là 180 phút.

- pH hấp phụ tốt nhất đối với Fe(III) là 2,5; Ni(II) là 5,5; Cr(VI) là 2,0.

- Trong khoảng nồng độ từ 50-300 mg/l, khi nồng độ ban đầu của ion Fe (III),

Ni (II), Cr (VI) tăng thì dung lượng hấp phụ đều tăng (hiệu xuất hấp phụ giảm).

- Khi tăng khối lượng VLHP hiệu suất hấp phụ tăng, dung lượng hấp phụ giảm.

- Khảo sát ảnh hưởng của một số ion và chất điện ly đến khả năng hấp phụ của VLHP đối với Fe(III), Ni(II), Cr(VI) cho thấy: các ion Na+, Ca2+ làm giảm khả năng

hấp phụ của VLHP đối với Fe(III), Ni(II); các chất điện ly NaHCO3, NH4NO3 làm

giảm khả năng hấp phụ của VLHP đối với Cr(VI).

3. Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, đã xác

định được dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với các ion Fe(III) là

2,316mg/g; Ni(II): là 2,289mg/g; Cr(VI) là 1,266mg/g.

4. Quá trình hấp phụ các ion Fe(III), Ni(II) và Cr(VI) của VLHP tuân theo

phương trình động học bậc hai biểu kiến của Lagergren.

5. Nghiên cứu khả năng sử dụng VLHP để tách loại và thu hồi các ion kim loại

nặng trong dung dịch nước theo phương pháp hấp phụ động trên cột, thu được kết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

quả:

- Với các tốc độ dòng khảo sát là 1,0; 1,5 và 2,0 ml/phút, thì tốc độ dòng 1,0

ml/phút cho khả năng hấp phụ (tách loại) của VLHP đối với Fe(III), Ni(II) và Cr(VI)

là tốt hơn.

- Nghiên cứu khả năng tái sử dụng VLHP sau khi hấp phụ các ion Fe(III),

Ni(II), Cr(VI) cho thấy VLHP tái sinh 2 lần vẫn còn khả năng hấp phụ, hiệu suất

hấp phụ của VLHP sau hai lần tái sinh giảm không nhiều so với VLHP mới.

6. Dùng VLHP chế tạo được xử lý mẫu nước thải

- Phương pháp tĩnh: dùng VLHP chế tạo được xử lý các mẫu nước thải chứa

từng ion Ni(II), Cr(VI) của nhà máy khoá Việt Tiệp và ion Fe(III) ở công ty cầu

đường Hà Nội. Kết quả cho thấy, khi hấp phụ lần hai nồng độ Fe(III), Ni(II), Cr(VI)

đã đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nướ c thả i đổ và o cá c khu vự c lấ y nướ c cung cấ p

cho sinh hoạ t theo QCVN 24:2009/BTNMT.

- Phương pháp động: dùng VLHP chế tạo được xử lý các mẫu nước thải chứa

từng ion Ni(II), Cr(VI) của nhà máy khoá Việt Tiệp và ion Fe(III) ở công ty cầu

đường Hà Nội. Kết quả cho thấy, nồng độ ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) trong mẫu nước

thải bằng 0 sau 14 Bed - Volume đầu đối với Fe(III), sau 4 Bed - Volume đầu đối với

Ni(II); sau 2 Bed - Volume đối với Cr(VI); và tăng dần ở các Bed - Volume sau.

Như vậy, việc sử dụng VLHP oxit nano MnO2 bọc cát để hấp phụ các ion Fe(III), Ni(II), Cr(VI) cho kết quả tốt. Các kết quả thu được cho thấy có thể triển

khai nghiên cứu ứng dụng VLHP trong việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

những kim loại này.

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

Đỗ Trà Hương, Phạm Thị Hà (2011), “Chế tạo và nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Fe3+ của vật liệu nano oxit mangan bọc cát”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Đại

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

học Thái nguyên, Tập 86, số 10, Tr 95 - 99.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

1. Đặng Đình Bạch (2000), Giáo trình hóa học môi trường, Nxb Khoa học và Kỹ

thuật, 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. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lí nước thải, Nhà xuất bản

Thanh niên Hà Nội.

4. Đặng Kim Chi (2005), Hóa học môi trường, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

5. Nguyễ n Văn Dụ c, Nguyễ n Dương Tuấ n Anh (2009), “Ô nhiễ m nướ c bở i kim loạ i

nặ ng ở khu vự c công nghiệ p Thượ ng Đì nh ”, Tạp chí Khoa học , Đạ i họ c Quố c

gia Hà Nộ i, tập 45, số 07, Tr 280- 297.

6 . Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan (2011), "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano

β-MnO2 hấp phụ asen, sắt và mangan". Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại

học học Thái Nguyên, Tập 80, số 04, Tr 149-152.

7. Phạm Thị Hạnh, Phạm Văn Tình, Đinh Khắc Tùng (2010), “Điện phân MnO2 từ

quặng tự nhiên pyroluzit cho sử lý asen trong nước giếng khoan”, Tạp chí Hóa

học, tập 48, số 4C, pp 290-294.

8. Trần Vân Hạnh (2010), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng

của bã mía sau khi biến tính bằng axit xitric và thử nghiệm xử lí môi trường,

Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP- ĐHTN.

9. Vũ Thị Hậu, Vũ Ngọc Duy, Cao Thế Hà (2010), “Động học hấp phụ chất màu

rective blue 19 (RB19) trên quặng mangan Cao Bằng”. Tạp chí Hóa học. Tập

48(4C). Tr 295-299.

10. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, Nxb Đại học

Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

11. Nguyễn Đình Huề (2001) - Giáo trình hoá lí - NXB Sư phạm Hà Nội. 12. Đỗ Trà Hương (2010). "Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+, Ni2+ của than

bùn Việt Yên-Bắc Giang". Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học. Tập 15, số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4, Tr 150 -154.

13. PP Koroxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học, Người dịch:

Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua, Nguyễn Viết Huệ, Lê Ngọc Khánh, Trần

Thanh Sơn, Mai Văn Thanh, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

14. Hoàng Nhâm (2003) - Hóa vô cơ, Tập II, Tập III - Nhà xuất bản Giáo dục.

15. Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nxb

Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.

16. Nguyễn Văn Nội, Nguyễn Tấn Lâm (2008), “Nghiên cứu khả năng tách loại và

thu hồi một số kim loại nặng trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chế

tạo từ rau câu”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, T.13, Số 1, Tr 24-28.

17. Quy chuẩ n Việ t Nam 2009, Bộ Tài Nguyên và Môi trườ ng.

18. Hồ Viết Quý (2005), Các phương pháp phân tích công cụ trong hoá học hiện

đại, Nhà suất bản Đại học Sư phạm Hà Nội.

19. Nguyễn Như Quỳnh (2010), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại

nặng trong môi trường nước của than vỏ lạc và thử nghiệm xử lí môi trường,

Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP- ĐHTN.

20. Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5945 – 2005, TCVN 5502 – 2003, TCVN 4573 –

88, TCVN 4574 – 88, TCVN 4577 – 88, TCVN 4578 – 88.

21. Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học môi trường và sức khoẻ con người, NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội.

22. Lê Hữu Thiềng, Hoàng Ngọc Hiền (2008), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+ và Pb2+ trên vật liệu hấp phụ, Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP - ĐHTN.

Tài liệu tiếng Anh

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

States of America..

24. Donglin Zhao, Xin Yang, Changlun Chen, Xiangke Wang.(2010), “Effect of

environmental conditions on Pb(II) adsorption -MnO2”. Chemical Engineering

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Journal, pp 1-7.

25. F.A. Al-Sagheer, M.I.zaki. (2000), "Suface properties of solgel synthesized δ-

MnO2 as assessed by N2 sortometry, electron microscopy, and X-ray

photoelectron spectronscopy". A. Physicochemical and Engineering Aspects,

173, pp 193-204.

26. Lei Juin, Chun hu Chen, Vincent Mark B. Crisotomo, Linping Xu, Young -

Chan Son, Steven L. Suib (2009). "γ-MnO2 octahedral molucular sieve:

preparation, characterization, and catalytic activity in the atmospheric

oxidation of toluene". Applied Catalysis A: Genenal, 355, pp 169-175.

27. Lijing Dong, Zhiliang Zhu, Hongmei Ma, YanlingQiu, Jianfu Zhao. (2010)

“Simultaneous adsorption of lead and cadmium on MnO2 - loaded resin”.

Journal of Environmental Sciences. Vol 22(2), pp 225-229.

28. Liu Zhi-rong, Zhou Li-min, Wei Peng, Zeng Kai, Wen Chuan-xi, Lan Hui-

hua.(2008), “Competitive adsorption of heavy metal ions on peat”, Journal of

China Univerity of Mining & Technology, Vol 18, pp 255-260.

29. Shaobin Wang, Z. H. Zhu, Anthony Coomes. F Haghseresht, G. Q. Lu. (2004).

"The physical and suface chemical characteristics of activated carbons and

the adsortion of metylene blu from waste water". Journal of Colloid and

Interface Sience 284, pp 400-446.

30. Sushree Swarupa Tripathy, Jean-Luc Bersillon, Krishna Gopal. (2006), “Adsorption of Cd2 on hydrous manganese dioxide from aqueous solutions”,

Journal Desalination, Vol 194, pp 11-21

31. Zhengquan Li, Yue Ding, Yujie and Yi Xie.(2005), “Rational Growth of α-

MnO2 Hierarchical Structures and β-MnO2 Nanorods via a Homogeneous

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Catalytic Route”. Journal Crystal Growth & Design, Vol 5, No 5, pp 1953 - 1958.

PHỤ LỤC

Kết quả chụp BET của vật liệu oxit MnO2 chế tạo đƣợc

Hanoi National University of Education

TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 1

: MnO2

Sample Operator : LvK Submitter : Mrs. Ha File

: C:\...\NAM201~3\R00-464.SMP

: N2

: 2/28/2012 5:35:53PM : 2/29/2012 8:34:36PM : 3/3/2012 11:52:49AM : 6.6484 cm³ Measured

Started Completed Report Time Warm Free Space Equilibration Interval : 10 s Sample Density

: 1.000 g/cm³

Analysis Adsorptive Analysis Bath Temp : 77.350 K : 0.1755 g Sample Mass : 20.8114 cm³ Measured Cold Free Space : None Low Pressure Dose : No Automatic Degas

Comments: Mau: MnO2. Degas o 200C voi N2 trong 4h. Do Ngay 28-02-2012. Mau cua Mrs. Ha.

Isotherm Tabular Report

Elapsed Time (h:min)

Relative Pressure (p/p°)

Quantity Adsorbed (cm³/g STP)

Absolute Pressure (mmHg)

Saturation Pressure (mmHg)

00:37

768.56311

7.70230 15.54723 23.50886 31.80763 37.68161 53.00191 71.92700 83.82407 98.99526 114.27666 129.60994 144.93025 160.27649 175.67461 191.05327 206.46434 221.94025 237.39023 268.89313 291.89630 322.39429 352.90521 383.61716 413.95306 444.58072 475.26022

14.1715 15.7332 16.7060 17.4726 17.9318 18.9628 20.0527 20.6898 21.4616 22.2262 22.9826 23.7358 24.4967 25.2585 26.0368 26.8225 27.6342 28.4582 30.1933 31.5142 33.3575 35.3335 37.4701 39.8178 42.4853 45.4935

00:54 00:59 01:02 01:06 01:09 01:12 01:16 01:19 01:22 01:25 01:29 01:32 01:35 01:38 01:42 01:45 01:48 01:52 01:56 02:00 02:05 02:09 02:14 02:19 02:25 02:31

02:38

769.74902

0.010019512 0.020223282 0.030578321 0.041370544 0.049008644 0.068931580 0.093539810 0.109007567 0.128731765 0.148597761 0.168527539 0.188440833 0.208386311 0.228397714 0.248379129 0.268404059 0.288511741 0.308580254 0.349512623 0.379393272 0.419006451 0.458637243 0.498518878 0.537906797 0.577661428 0.617477349

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

04:38

770.36243

0.659043253 0.700823908 0.740540557 0.778992650 0.820409501 0.859546545 0.888661963 0.919230751 0.941778649 0.948531581 0.959077298 0.969904592 0.980553382 0.988907759 0.981523306 0.972338701 0.961004982 0.952606596 0.941844812

507.30127 539.49792 570.10608 599.74829 631.68555 661.87238 684.33740 707.94348 725.40979 730.65491 738.81750 746.99957 754.98718 761.39276 755.69385 748.52966 739.63440 733.07971 724.67719

49.1775 53.4798 58.1534 63.5282 70.0253 76.7633 82.7470 92.3044 105.8856 113.4465 128.0948 151.8139 184.2502 194.4845 190.6303 181.4900 162.3896 148.0264 130.8156

02:39 02:49 02:58 03:08 03:20 03:32 03:42 03:56 04:17 04:26 04:41 05:05 05:37 05:41 05:43 05:57 06:23 06:37 06:58

06:38

769.54456

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hanoi National University of Education

TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 2

: MnO2

Sample Operator : LvK Submitter : Mrs. Ha File

: C:\...\NAM201~3\R00-464.SMP

: N2

: 2/28/2012 5:35:53PM : 2/29/2012 8:34:36PM : 3/3/2012 11:52:49AM : 6.6484 cm³ Measured

Started Completed Report Time Warm Free Space Equilibration Interval : 10 s Sample Density

: 1.000 g/cm³

Analysis Adsorptive Analysis Bath Temp : 77.350 K : 0.1755 g Sample Mass : 20.8114 cm³ Measured Cold Free Space : None Low Pressure Dose : No Automatic Degas

Comments: Mau: MnO2. Degas o 200C voi N2 trong 4h. Do Ngay 28-02-2012. Mau cua Mrs. Ha.

Isotherm Tabular Report

Elapsed Time (h:min)

Relative Pressure (p/p°)

Quantity Adsorbed (cm³/g STP)

Absolute Pressure (mmHg)

Saturation Pressure (mmHg)

08:37

768.82208

07:22 07:43 07:56 08:06 08:16 08:25 08:35 08:44 08:52 08:59 09:08 09:14 09:21 09:27 09:32 09:36 09:40 09:44 09:47 09:50 09:54 09:57 10:01 10:04 10:07

0.921383230 0.886394101 0.862071195 0.821915640 0.780016866 0.741419461 0.701515018 0.661343286 0.619920753 0.580741445 0.537151663 0.501387660 0.461752943 0.421308668 0.379709061 0.348228987 0.310238671 0.291315200 0.271109932 0.250946820 0.230943931 0.210738664 0.190803235 0.170766627 0.150738434

708.79932 681.76996 662.99396 632.06158 599.79364 570.07367 539.34875 508.45532 476.60876 446.48685 412.97406 385.47791 355.00586 323.91141 291.92871 267.72614 238.51834 223.96956 208.43530 192.93346 177.55479 162.02054 146.69374 131.28915 115.89104

106.4937 87.6121 81.5920 74.9680 69.3076 64.2864 59.0819 54.0217 49.4522 45.8757 42.3416 39.6862 36.7752 33.6757 31.5815 30.1740 28.5724 27.7982 26.9837 26.1902 25.4125 24.6394 23.8832 23.1292 22.3726

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hanoi National University of Education

TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 3

: MnO2

Sample Operator : LvK Submitter : Mrs. Ha File

: C:\...\NAM201~3\R00-464.SMP

: N2

: 2/28/2012 5:35:53PM : 2/29/2012 8:34:36PM : 3/3/2012 11:52:49AM : 6.6484 cm³ Measured

Started Completed Report Time Warm Free Space Equilibration Interval : 10 s Sample Density

: 1.000 g/cm³

Analysis Adsorptive Analysis Bath Temp : 77.350 K : 0.1755 g Sample Mass : 20.8114 cm³ Measured Cold Free Space : None Low Pressure Dose : No Automatic Degas

Comments: Mau: MnO2. Degas o 200C voi N2 trong 4h. Do Ngay 28-02-2012. Mau cua Mrs. Ha.

MnO2 - Adsorption MnO2 - Desorption

)

P T S g

/ ³

m c (

d e b r o s d A y t i t

n a u Q

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Isotherm Linear Plot

0.0

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.1

Relative Pressure (p/p°)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hanoi National University of Education

TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 4

: MnO2

Sample Operator : LvK Submitter : Mrs. Ha File

: C:\...\NAM201~3\R00-464.SMP

: N2

: 2/28/2012 5:35:53PM : 2/29/2012 8:34:36PM : 3/3/2012 11:52:49AM : 6.6484 cm³ Measured

Started Completed Report Time Warm Free Space Equilibration Interval : 10 s Sample Density

: 1.000 g/cm³

Analysis Adsorptive Analysis Bath Temp : 77.350 K : 0.1755 g Sample Mass : 20.8114 cm³ Measured Cold Free Space : None Low Pressure Dose : No Automatic Degas

Comments: Mau: MnO2. Degas o 200C voi N2 trong 4h. Do Ngay 28-02-2012. Mau cua Mrs. Ha.

BET Surface Area Report

: 88.1006 ± 0.1360 m²/g BET Surface Area : 0.048835 ± 0.000075 g/cm³ STP Slope : 0.000577 ± 0.000014 g/cm³ STP Y-Intercept : 85.677751 C : 20.2381 cm³/g STP Qm Correlation Coefficient : 0.9999882 Molecular Cross-Sectional Area : 0.1620 nm²

Quantity Adsorbed (cm³/g STP)

Absolute Pressure (mmHg)

Relative Pressure (p/p°) 0.068931580 0.093539810 0.109007567 0.128731765 0.148597761 0.168527539 0.188440833 0.208386311 0.228397714 0.248379129 0.268404059 0.288511741

18.9628 20.0527 20.6898 21.4616 22.2262 22.9826 23.7358 24.4967 25.2585 26.0368 26.8225 27.6342

0.003904 0.005146 0.005913 0.006884 0.007853 0.008819 0.009783 0.010746 0.011719 0.012692 0.013678 0.014674

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hanoi National University of Education

TriStar 3000 V6.07 A Unit 1 Port 3 Serial #: 2125 Page 4

: MnO2

Sample Operator : LvK Submitter : Mrs. Ha File

: C:\...\NAM201~3\R00-464.SMP

: N2

: 2/28/2012 5:35:53PM : 2/29/2012 8:34:36PM : 3/3/2012 11:52:49AM : 6.6484 cm³ Measured

Started Completed Report Time Warm Free Space Equilibration Interval : 10 s Sample Density

: 1.000 g/cm³

Analysis Adsorptive Analysis Bath Temp : 77.350 K : 0.1755 g Sample Mass : 20.8114 cm³ Measured Cold Free Space : None Low Pressure Dose : No Automatic Degas

Comments: Mau: MnO2. Degas o 200C voi N2 trong 4h. Do Ngay 28-02-2012. Mau cua Mrs. Ha.

BET Surface Area Plot

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Fe(III), Ni(II), Cr(VI) của vật liệu oxit nano MnO2 bọc cát trong môi trường nước và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

PHẠM THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

Fe(III), Ni(II), Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU OXIT NANO MnO2 BỌC CÁT TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ

THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN - NĂM 2012

Mã số: 60. 44. 29

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

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

Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 3

Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 19

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 28

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

Chương 1

TỔNG QUAN

Hình 1.2: Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại

Chương 2

THỰC NGHIỆM

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2

2

KẾT LUẬN

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Kết quả chụp BET của vật liệu oxit MnO2 chế tạo đƣợc

Hanoi National University of Education

Isotherm Tabular Report

Hanoi National University of Education

Isotherm Tabular Report

Hanoi National University of Education

Isotherm Linear Plot

Relative Pressure (p/p°)

Hanoi National University of Education

BET Surface Area Report

Hanoi National University of Education

BET Surface Area Plot

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok