Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than bã mía

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 0
download

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than bã mía

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này thông báo kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+ , Ni2+ trong dung dịch nước của than bã mía (TBM). Ảnh hưởng của pH, nồng độ các ion kim loại và thời gian hấp phụ được nghiên cứu ở nhiệt độ phòng (25 ± 10C). Nồng độ của các ion Cu2+ , Ni2+ trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than bã mía

Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 107 - 113 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cu2+, Ni2+ CỦA THAN BÃ MÍA Lê Hữu Thiềng*, Hứa Thị Thùy Trường Đại học Sư phạm - ĐHTN TÓM TẮT Bài báo này thông báo kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+ , Ni2+ trong dung dịch nước của than bã mía (TBM). Ảnh hưởng của pH, nồng độ các ion kim loại và thời gian hấp phụ được nghiên cứu ở nhiệt độ phòng (25 ± 1 0 C). Nồng độ của các ion Cu2+ , Ni2+ trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS). Các kết quả thực nghiệm cho thấy pH thích hợp cho sự hấp phụ Cu 2+ , Ni 2+ tương ứng là 5,0 và 6,0. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 25 phút cho Cu2+ và 30 phút cho Ni2+. Khảo sát nồng độ từ 24,286 mg/l đến 199,324 mg/l đối với Cu 2+ , từ 24,856mg/l đến 198,184 mg/l cho Ni 2+ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, kết quả nghiên cứu cho thấy : dung lượng hấp phụ cực đại của TBM đối với Cu2+ và Ni2+ lần lượt là: 54,054 mg/g và 44,843 mg/g. TBM hấp phụ Cu2+ tốt hơn Ni2+. Động học hấp phụ Cu2+ và Ni2+ của TBM tuân theo phương trình bậc hai biểu kiến của Lagergren. Từ khóa: hấp phụ, than bã mía, kim loại nặng, đồng, niken.  MỞ ĐẦU Hiện nay, môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Vì vậy nghiên cứu và tìm biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước là cần thiết và cấp bách. Việc sử dụng than chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, vỏ lạc, vỏ dừa, bã mía…để tách loại và thu hồi các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên thế giới nghiên cứu [1,2,3,4,6,7,8]. Các loại than này có khả năng ứng dụng rất lớn trong xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng. Ở Việt Nam, bã mía là phụ phẩm nông nghiệp rất phổ biến. Ở bài báo trước [1], chúng tôi đã nghiên cứu sự hấp phụ Cu2+ và Ni2+ của than vỏ lạc. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của than vỏ lạc là khá tốt. Trong bài báo này chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+ và Ni2+ của TBM trong dung dịch nước. THỰC NGHIỆM Hóa chất và thiết bị  Hóa chất: H2SO4 98%, CuSO4.5H2O, NaOH, HNO3, NiSO4.6H2O, nước cất hai lần. Các hóa chất dùng cho các thí nghiệm đều là loại tinh khiết PA. * Thiết bị: - Máy nghiền, máy lắc, tủ sấy, máy đo pH. - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh). - Nồng độ của Cu 2+ , Ni 2+ trong dung dịch trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS). Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Ni được chỉ ra ở bảng 1. Bảng 1. Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu, Ni Nguyên tố Cu Ni 314.5 232 Khe đo (nm) 0.5 0.5 Cường độ đèn HCL(Imax) 75% 75% 7 7 1.1 1.1 0.05 ÷ 2.5 0.1 ÷ 8.0 Bước sóng (nm) Chiều cao đèn (mm) Tốc độ dòng khí (ml/phút) Khoảng tuyến tính mg/l Chế tạo TBM từ nguyên liệu bã mía  Tel: 0982 859002 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 107 http://www.lrc-tnu.edu.vn Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Bã mía sau khi rửa sạch được cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi trong 30 phút để loại bỏ đường hòa tan, sau đó sấy khô ở 80 o C trong 24 giờ. Bã mía khô được nghiền thành bột mịn (nguyên liệu đầu). Trộn nguyên liệu với H 2 SO 4 đặc theo tỉ lệ 1:1 (nguyên liệu (g) : axit sunfuric (ml)), sau đó đem nung ở 150 o C trong 24 giờ. Nguyên liệu sau khi sấy được rửa sạch bằng nước cất hai lần và ngâm trong dung dịch NaHCO3 1% trong 24 giờ để loại bỏ axit dư. Lọc lấy bã rắn và tiếp tục sấy ở 150oC cho đến khô rồi đem nghiền nhỏ,rây thu lấy bột mịn có kích thước hạt cỡ ≤0,02 mm, thu được TBM [2]. Phương pháp thực nghiệm Chúng tôi nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu 2+ , Ni 2+ của TBM thông qua khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ, pH, nồng độ đầu của Cu 2+ , Ni 2+ , xác định dung lượng hấp phụ cực đại của TBM và nghiên cứu động học hấp phụ theo phương trình của Lagergren. Dung lượng hấp phụ của TBM được tính theo công thức: q (C0  Ccb )V m Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g). V: Thể tích dung dịch (l ). m: Khối lượng chất hấp phụ (g ). C o , C cb : Nồng độ ban đầu, nồng độ tại thời điểm cân bằng của dung dịch (mg/l). Dung lượng hấp phụ cực đại của TBM được xác định theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính: Ccb 1 1  .Ccb  q qm qm .b 86(10): 107 - 113 b: hằng số Langmuir. Nghiên cứu động học hấp phụ của TBM theo phương trình của Lagergren. Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren [5]. dqt  k1 (qe  qt ). dt Dạng tích phân của phương trình trên là: log(qe  qt )  log qe  k1 t 2,303 Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng: dqt  k2 (qe  qt )2 dt Dạng tích phân của phương trình này là: t 1 1   t qt k2 .qe2 qe Trong đó: qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và tại thời điểm t (mg/g). k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (phút -1) và bậc hai (g.mg-1. phút-1) biểu kiến. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của TBM Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 ml. Cho 0,1g TBM vào mỗi bình và thêm vào đó 100 ml dung dịch chứa riêng rẽ các ion kim loại Cu 2+ , Ni 2+ có nồng độ xác định, pH thay đổi từ 1÷ 6. Tiến hành lắc với tốc độ 250 vòng/phút trong 30 phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 1 0 C). Xác định nồng độ còn lại của các ion kim loại trong dung dịch tương ứng với các giá trị pH đó bằng phương pháp F- AAS. Kết quả được chỉ ra ở bảng 2 và hình 1. Trong đó: q m : dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g). Bảng 2. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ của TBM 1 Co(mg/l) 48,907 Cu2+ Ccb (mg/l) 40,325 2 48,907 36,468 pH q (mg/g) 2,146 3,109 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Co (mg/l) 49,064 Ni2+ Ccb (mg/l) 42,546 q(mg/g) 1,629 49,064 38,349 2,679 108 http://www.lrc-tnu.edu.vn Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 48,907 20,115 7,198 49,064 23,976 6,272 4 48,907 16,079 8,207 49,064 20,920 7,036 5 48,907 11,711 9,299 49,064 18,212 7,713 6 48,907 11,771 9,284 49,064 16,936 8,032 10 8 q(mg/g) 86(10): 107 - 113 6 Cu 4 Ni định ở điều kiện pH tối ưu xác định ở mục 3.1. Tiến hành lắc trên máy lắc với tốc độ 250 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 1 0C) trong khoảng thời gian từ 5 ÷ 60 phút. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3 và hình 2. 2 0 10,000 2 4 6 8 8,000 pH Hình 1. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH q(mg/g) 0 6,000 Cu 4,000 Ni 2,000 Kết quả thực nghiệm cho thấy trong khoảng pH từ 1 ÷ 3 dung lượng hấp phụ của TBM đối với Cu2+, Ni2+ tăng nhanh, còn ở pH từ 3 ÷ 6 tăng chậm. Điều này có thể do ở pH cao có sự hình thành phức hiđroxo của các kim loại đã làm hạn chế sự hấp phụ của TBM. Chúng tôi chọn pH = 5 cho các dung dịch Cu2+, pH = 6 cho các dung dịch Ni2+ để nghiên cứu các quá trình hấp phụ tiếp theo. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Tiến hành sự hấp phụ đối với 0,1g TBM ở các nồng độ đầu Cu 2+, Ni 2+ cố định, giữ ổn 0 0 20 40 60 80 thời gian (phút) Hình 2. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian xử lý Kết quả thực nghiệm cho thấy: với thời gian lắc từ 25 phút trở lên đối với Cu2+ và 30 phút đối với Ni2+ dung lượng hấp phụ của TBM gần như không thay đổi (hệ đạt trạng thái cân bằng). Do vậy chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ của TBM đối với Cu2+ là 25 phút, Ni2+ là 30 phút cho các thí nghiệm tiếp theo. Bảng 3. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ của TBM Cu2+ Ni2+ Thời gian (phút) Co(mg/l) Ccb(mg/l) q (mg/g) Co(mg/l) Ccb(mg/l) q(mg/g) 10 49,284 23,040 6,561 48,438 26,884 5,389 20 49,284 17,224 8,015 48,438 22,456 6,496 25 49,284 12,024 9,315 48,438 18,869 7,392 30 49,284 13,784 8,875 48,438 16,209 8,022 35 49,284 13,344 8,985 48,438 17,346 7,772 40 49,284 13,228 9,014 48,438 17,264 7,794 50 49,284 12,624 9,165 48,438 16,692 7,936 60 49,284 12,472 9,203 48,438 16,585 7,964 Bảng 4. Các thông số hấp phụ của TBM 2+ Ni2+ Cu Co (mg/l) Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb/q (g/l) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Co (mg/l) 109 Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb/q (g/l) http://www.lrc-tnu.edu.vn Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 24,286 1,631 5,664 0,288 24,865 53,822 3,724 11,526 0,323 73,268 6,682 16,647 0,401 102,463 10,053 22,103 148,928 20,348 32,145 199,324 39,982 39,836 86(10): 107 - 113 2,724 5,536 0,491 52,234 5,073 10,791 0,469 74,982 10,542 16,110 0,654 0,455 104,042 16,437 20,653 0,796 0,633 149,822 36,458 28,341 1,286 198,184 58,986 34,799 1,695 1,004 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu , Ni đến khả năng hấp phụ của TBM Tiến hành sự hấp phụ đối với 0,1g TBM ở các nồng độ đầu Cu2+, Ni2+ thay đổi, giữ ổn định ở điều kiện pH tối ưu xác định ở mục 3.1. Tiến hành lắc trên máy lắc với tốc độ 250 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 10C) trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 3.2. Kết quả được chỉ ra ở bảng 4 và hình 3. nhiệt hấp phụ Langmuir. Từ đó, chúng tôi tính được dung lượng hấp phụ cực đại qm của TBM đối với Cu2+, Ni2+, tương ứng là 54,054 và 44,843 mg/g. Kết quả bảng 4 cho thấy: khi tăng nồng độ Cu2+, Ni2+ dung lượng hấp phụ của TBM tăng. Từ hình 3 cho thấy sự hấp phụ Ni2+ của TBM được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng Từ kết quả bảng 5,6 biểu diễn sự phụ thuộc của log(qe-qt), q/t vào t ta thu được đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến của Cu2+, Ni2+ như hình 4, 5. 2+ 1.2 Nghiên cứu động học hấp phụ Cu2+, Ni2+ của TBM Giả sử quá trình hấp phụ của VLHP xảy ra theo phương trình động học biểu kiến của Lagergren. 2 y = 0.0185x + 0.2629 R2 = 0.9989 Ccb/q(g/l) 1 Ccb/q(g/l) 2+ 0.8 0.6 0.4 y = 0.0223x + 0.414 R2 = 0.9929 1.5 1 0.5 0.2 0 0 0 10 20 30 40 0 50 20 40 60 80 Ccb(mg/l) Ccb(mg/l) Hình 3a. Hình 3b. Hình 3. Đường đằng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của TBM đối với Cu2+(hình 3a) và Ni2+(hình 3b) Bảng 5. Các thông số hấp phụ của Cu2+ Thời gian (phút) Co(mg/l) Ccb(mg/l) q (mg/g) Log (qe-qt) Cu2+ t/q Co(mg/) Ccb(mg/l) q (mg/g) Log (qe-qt) t/q 10 49,284 23,040 6,561 0,044 1,524 98,862 36,234 15,657 0,436 0,639 20 49,284 17,224 8,015 0,114 2,495 98,862 32,452 16,603 0,251 1,205 25 49,284 12,024 9,315 _ 2,684 98,862 25,325 18,384 _ 1,360 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 110 http://www.lrc-tnu.edu.vn Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 107 - 113 30 49,284 13,784 8,875 -0,364 3,380 98,862 27,326 17,884 -0,301 1,677 35 49,284 13,344 8,985 -0,482 3,895 98,862 26,424 18,109 -0,562 1,932 40 49,284 13,228 9,014 -0,509 4,438 98,862 26,302 18,142 -0,613 2,205 50 49,284 12,624 9,165 -0,823 5,456 98,862 25,902 18,240 -0,842 2,741 60 49,284 12,472 9,203 -0,923 6,519 98,862 25,662 18,302 -1,076 3,278 “-“ không xác định y = -0.0223x + 0.3597 R2 = 0.9321 log(qe-qt) 0.5 C=49,284 mg/l 7 C=98.862 mg/l 6 t/q(phút.g/mg) 1 0 0 20 40 60 80 -0.5 -1 y = -0.0319x + 0.7284 R2 = 0.9575 -1.5 y = 0.1011x + 0.3876 R2 = 0.9956 5 C=49.284 mg/l 4 C=98.863 mg/l 3 2 y = 0.0527x + 0.1003 R2 = 0.9987 1 0 0 thời gian (phút) 20 40 60 80 thời gian (phút) Hình 4a. Hình 4b. Hình 4. Đồ thị phương trình động học bậc 1(hình 4a) và bậc 2 (hình 4b) của Cu2+ Bảng 6. Các thông số hấp phụ của Ni2+ Ni2+ Thời gian (phút) Co(mg/l) Ccb(mg/l) q (mg/g) Log (qe-qt) 10 48,438 26,884 5,389 20 48,438 22,456 25 48,438 18,869 30 48,438 16,209 35 48,438 17,346 40 48,438 50 60 t/q Co(mg/l) Ccb(mg/l) q (mg/g) Log (qe-qt) 0,421 1,856 98,962 54,926 11,009 0,737 0,908 6,496 0,184 3,079 98,962 45,879 13,271 0,504 1,507 7,392 -0,201 3,382 98,962 38,550 15,103 0,133 1,655 8,022 _ 3,739 98,962 33,112 16,462 _ 1,822 7,773 -0,604 4,503 98,962 35,439 15,881 -0,236 2,204 17,264 7,794 -0,641 5,132 98,962 35,271 15,923 -0,268 2,512 48,438 16,692 7,936 -1,066 6,301 98,962 34,104 16,215 -0,607 3,084 48,438 16,585 7,937 -1,229 7,534 98962 33,883 16,271 -0,716 3,688 1 8 C=48.438 mg/l 0 10 20 30 40 50 60 70 C=98.9624 mg/l -0.5 -1 y = -0.0348x + 0.746 R2 = 0.9738 q/t(phút.g/mg) log(qe-qt) 0.5 y = 0.1131x + 0.6234 R2 = 0.9936 7 y = -0.0307x + 0.9891 R2 = 0.9592 0 t/q 6 C=98.962 mg/l 5 C=48,438mg/l 4 3 y = 0.0554x + 0.3036 R2 = 0.9932 2 1 0 0 -1.5 10 thời gian(phút) 30 40 50 60 70 thời gian(phút) Hình 5a. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Hình 5b. 111 http://www.lrc-tnu.edu.vn