NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

7/26/2019 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-kha-nang-hap-phu-ion-pb2-cu2-tren-vat-lieu-hap 1/46

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA

---------

NGUYỄN ĐÌNH CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM

Đ Nn , 2016

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

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



ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA---------

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ

ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Chương Lớp : 12SHHGiáo viên hướng dẫn : TS. Đinh Văn Tạc

Đ Nn , 2016





i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA HÓA ----------------------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Đình Chương

Lớp : 12SHH

1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ trên vật liệu hấp

phụ chế tạo từ vỏ lạc.

2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị:

* a. Nguyên liệu, hóa chất

- Vỏ lạc.

- dung dịch HNO3 10%, axit xitric, NaOH.

- Dung dịch Pb2+, Cu2+ đã pha với nồng độ chính xác.

- Nước cất. - Giấy lọc.

* b. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

- Máy khuấy từ

- Máy sấy

- Cân phân tích

- Phểu lọc puchner Và các dụng cụ thí nghiệm khác như: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình

định mức, bình tam giác, ống đong, pipet…

3. Nội dung nghiên cứu:

- Điều chế vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.

- Đánh giá khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ lạc.

- So sánh khả năng hấp phụ ion Pb2+ và Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ

lạc.





ii

4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Văn Tạc.

5. Ngày giao đề tài: Ngày 15 tháng 8 năm 2015.

6. Ngày hoàn thành: Ngày 20 tháng 4 năm 2016.

Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày …tháng …năm 2016.

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày …… tháng …... năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG





iii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ts. Đinh Văn Tạc đã giao đề

tài và nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và

tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô, các bạn cùng lớp đã nhiệt tình giúp đỡ, động

viên em hoàn thành đề tài.





iv

MỤC LỤC

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

1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 1

3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 2

4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 3

1.1. Tổng quan về vỏ lạc .................................................................................. 3

1.1.1. Năng suất và sản lượng lạc................................................................. 3

1.1.2. Thành phần chính của vỏ lạc ........................................................... 4

1.1.3. một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vậtliệu hấp phụ ................................................................................................... 4

1.2. Hấp phụ ................................................................................................... 5

1.2.1. Khái niệm và phân loại hấp phụ ........................................................ 5

1.2.2. Các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt ................................................. 7

1.2.3. Một số phương trình cơ bản của sự hấp phụ .................................... 8

1.2.4. Đặc tính của quá trình hấp phụ ....................................................... 14

1.2.5. Phổ hấp thu nguyên tử (AAS) và hiển vi điện tử truyền qua (SEM) ...................................................................................................................... 15

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 17

2.1. Thiết bị và hóa chất .............................................................................. 17

2.1.1. Thiết bị ............................................................................................. 17

2.1.2. Hoá chất ........................................................................................... 17

2.2. Chế tạo nguyên liệu hấp phụ từ vỏ lạc .................................................. 17

2.2.1.Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc ................................ 17

2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ và ion Cu2+ ............................... 18

2.3.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ............... 18

2.3.2. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ............. 18

2.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ ................................................................................................................ 19

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 21

3.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của bề mặt VLHP điều chế ......... 21





v

3.2. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP điều chế ................................ 22

3.2.1. Khảo sát về thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ...................... 22

3.2.2 . Khảo sát về khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................... 24

3.2.3. Khảo sát về nồng độ dung dịch Pb2+

ban đầu đến hiệu suất hấp phụ ...................................................................................................................... 25

3.3. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP điều chế ................................ 26

3.3.1. Khảo sát về thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ...................... 26

3.3.2 . Khảo sát về khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................... 27

3.3.3. Khảo sát về nồng độ dung dịch Cu 2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ ................................................................................................................ 29

3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 30

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 33

*Kết luận ......................................................................................................... 33

*Kiến Nghị ...................................................................................................... 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 34





vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Diện tích và sản lượng lạc của Việt Nam trong nhữngnăm gần đây

03

Bảng 1.2 Thành phần chính của vỏ lạc 04

Bảng 2.1 Quy trình hấp phụ VLHP dựa vào thời gian khuấy 18

Bảng 2.2 Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về khối lượng 19

Bảng 2.3 Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về nồng độ ban đầu 20

Bảng 3.1 Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi vềthời gian khuấy

23

Bảng 3.2 Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối

lượng VLHP

24

Bảng 3.3 Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ

dung dịch Pb2+

25

Bảng 3.4 Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP khi thay đổi vềthời gian khuấy

26

Bảng 3.5 Khả năng hấp phụ ion Cu+ của VLHP khi thay đổi khối

lượng VLHP

27

Bảng 3.6 Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ

dung dịch Cu2+

29

Bảng 3.7 Độ hấp phụ khi thay đổi về nồng độ dung dịch Pb2+

ban

đầu

30

Bảng 3.8 Độ hấp phụ khi thay đổi về nồng độ dung dịch Cu2+ ban

đầu

30





vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình Tên hình Trang

Hình 1.1 Năm loại đường hấp phụ theo Brunauer 08

Hình 1.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 09

Hình 1.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 11

Hình 1.4 Dạng đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ BET 12

Hình 1.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET 13

Hình 3.1 Phổ IR của nguyên liệu 21

Hình 3.2 Phổ IR của VLHP 22

Hình 3.3 Ảnh chụp SEM của nguyên liệu 22

Hình 3.4 Ảnh chụp SEM củaVLHP 22

Hình 3.5 Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi về thời

gian khuấy

23

Hình 3.6 Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối

lượng VLHP

24

Hình 3.7 Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ

dung dịch Pb2+

25

Hình 3.8. Khả năng hấp phụ ion Cu2+

của VLHP khi thay đổi về thờigian khuấy

27

Hình 3.9 Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP khi thay đổi khối

lượng VLHP

28

Hình 3.10 Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ

dung dịch Cu2+

29

Hình 3.11 Đường đẳng nhiệt hấp phụ khi nồng độ dung dịch ion khác 31





viii

nhau

Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính 32

Hình 3.13 Đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính 32





ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VLHP Vật liệu hấp phụ

T Nhiệt độ

t Thời gian

COD Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa hóa học)

E Hiệu suất

Co Nồng độ ban đầu

Ccb Nồng độ cân bằng

AAS Atomic absorption Spectrophotometric





1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự nóng

bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng

và cần thiết cho sự sống nhưng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó việc xử lý

ô nhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề được quan tâm không chỉ ở

Việt Nam mà trên toàn thế giới.

Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra

khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, ...), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học...Trong đó

phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ các nguồn

tự nhiên như vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu, rau câu,.... để tách loại và thu hồi

các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên thế giới và

trong nước nghiên cứu . Loại VLHP này có khả năng ứng dụng rất lớn trong kỹ

thuật xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng trong tương lai.

Phương pháp xử lý sử dụng VLHP sinh học có nhiều ưu việt so với các

phương pháp xử lý khác như giá thành xử lý không cao, tách loại được đồng

thời nhiều kim loại trong dung dịch, có khả năng tái sử dụng VLHP và thu hồi

kim loại.

Vỏ lạc là một nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam có sản lượng hàng

năm rất lớn. Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này, chúng tôi tập trung

nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ trên vật liệu

hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc.”

2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ và đánh giá khả năng hấp phụ ion

Pb2+, Cu2+.





2

3. Phạm vi nghiên cứu

Vỏ lạc: ở Quảng Nam

4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Điều chế vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.

- Đánh giá khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ lạc.

- So sánh khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ và Pb2+.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Điều chế được VLHP từ bã đậu để ứng dụng làm vật hấp phụ các ion kim

loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường.

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có

các chương như sau:

Chương 1. Tổng quan tài liệu.

Chương 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu.

Chương 3. Kết quả và thảo luận.





3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về vỏ lạc

1.1.1. Năng suấ t vàs ản lượ ng l ạcLạc là cây công nghiệp ngắn ngày, được phát hiện và gieo trồng từ khoảng

500 năm nay, giá trị kinh tế của lạc được chú ý khoảng 250 năm trở lại đây.

Cây lạc có giá trị kinh tế cao và có nhiều công dụng, đặc biệt được dùng

làm thực phẩm, trong công nghiệp thực phẩm, trong kỹ nghệ, trong trồng trọt,...

Phụ phẩm của cây lạc gồm: khô dầu, vỏ hạt và thân lá.

Thân và lá cây lạc có thể dùng làm thức ăn cho gia súc và các loại phân bón

có giá trị tương đương phân chuồng.

Cho đến thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, trên thế giới, lạc là cây họ đậu có diện

tích lớn nhất, hiện nay đứng hàng thứ hai trong số các cây lấy dầu thực vật (về

diện tích và sản lượng) với diện tích gieo trồng vào khoảng 20 triệu ha/năm, sản

lượng vào khoảng 25.5 triệu tấn.

Ở Việt Nam, lạc được trồng rộng rãi khắp cả nước. Trừ các loại đất quá

dốc, đất chua, đất chua mặn, đất sét,...các loại đất khác đều trồng được lạc.

Các số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng lạc được cập nhật trong

những năm gần nhất từ 2011 đến nay được thể hiện ở bảng 1.1.

Bảng 1.1. Diện tích v sản lượng lạc của Việt Nam trong những năm gần đây

ăm 2011 2012 2013 2014 2015

Diện tích trồng trọt (nghìn héc-ta) 223.8 219.3 216.3 230 240

Sản lượng (tấn/héc-ta) 2.09 2.14 2.28 2.3 2.29

Tổng sản lượng (nghìn tấn) 468.7 468.4 492.6 530 550

Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam

Với sản lượng như vậy, lượng vỏ lạc mỗi năm thu được vào khoảng 150

nghìn tấn (chiếm khoảng 30-32% sản lượng lạc).

Do đó, việc sử dụng vỏ lạc để chế tạo VLHP vừa có ý nghĩa về mặt khoa

học vừa góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào này.





4

1.1.2. Thành phần chí nh của vỏ lạc

Vỏ hạt chiếm khoảng 30% khối lượng hạt. Với sản lượng lạc hàng năm

khoảng 500000 tấn thì khối lượng vỏ lạc có thể lên tới 150000 tấn/năm. Vỏ lạc

có giá trị dinh dưỡng, thường được dùng để nghiền thành cám làm thức ăn cho

gia súc hoặc phân bón cho cây. Sau đây là kết quả phân tích thành phần vỏ lạc.

Bảng 1.2. Thnh phần chí nh của vỏ lạc

Thành phần Nước protein lipit gluxit Đạm Lân kali

Phần trăm (%) 10 4.2 2.6 18.5 1.8 0.2 0.5

Thành phần chính của vỏ lạc là gluxit, gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ,

lignin và một số họp chất khác.

Sự kết hợp giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ được gọi là holoxenlulozơ có

chứa nhiều nhóm - OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết

hiđro.

Xenlulozơ là polisaccarit cao phân tử do có các mắt xích ß-glucoza

[C6H702(0H)3]n nối với nhau bằng liên kết ß l,4-glycozit. Phân tử khối của

xenlulozơ rất lớn khoảng từ 1000000 – 250000 đ.v.c. Trong mỗi phân tử

xenlulozơ có khoảng 1000-15000 mắt xích glucozơ.

Hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ nhưng có số mắt xích

nhỏ hon và thường bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và metyl.

Lignin là loại polime được tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ

vai trò kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ.

1.1.3. m ột số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu

hấp phụ

- Vỏ lạc: Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách Cd2+ rất

cao, chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7 g/1 có thể hấp phụ rất tốt dung dịch





5

chứa Cd2+ nồng độ 20 mg/1. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính thông

thường thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần.

-Vỏ đậu tương: Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng

như Cd2+, Zn2+... và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt hấp phụ rất tốt Cu 2+. vỏđậu tương sau khi xử lý với natri hiđroxit và axit xitric thì dung lượng hấp phụ

cực đại lên tới 108 mg/g.

- Bã mía: Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước và

được ví như than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng như Cr 3+,

Ni2+, Cu2+. .. Bên cạnh khả năng tách các kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả

năng hấp phụ tốt đối với dầu.

- Lõi ngô: Sau khi được xử lý bằng natri hiđroxit và axit photphoric thì hiệu

quả hấp phụ tương đối cao, dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cd 2+ và Cu2+

lần lượt là 25 mg/g và 69 mg/g.

1.2. Hấp phụ

1.2.1. Khái niệm và phân loại hấp phụ

K hái niệm

Hiện tượng hấp phụ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân

chia giữa hai pha. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha rắn và

lỏng, rắn và hơi, lỏng và hơi, lỏng và lỏng.

Trong sự hấp phụ người ta phân biệt:

Vật hấp phụ: là vật có bề mặt thực hiện sự hấp phụ.

Chất bị hấp phụ: là chất bị thu hút lên bề mặt vật hấp phụ.

Lượng chất bị hấp phụ được đặc trưng bởi hoặc a:

là số mol chất bị hấp phụ trên 1 cm2 bề mặt vật hấp phụ.

a là mol chất bị hấp phụ trên 1 gam vật hấp phụ.





6

Hấp phụ là một quá trình tự diễn biến nên thế đẳng áp hấp thụ 0hp

G ,

như vậy ( . ) 0hp hp

H T S . Mà 0hpS do sự hấp phụ làm giảm độ tự do của hệ,

hệ trở nên trật tự hơn. Do entanpy hấp phụ là hiệu ứng nhiệt khi một mol chất

được chuyển từ trạng thái khí vào trạng thái hấp phụ âm ( 0)hp

H , nghĩa là quá

trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.

Phân loại: Về cơ bản người ta phân biệt hai loại hấp phụ:

Hấp phụ lý học: là quá trình hấp phụ có các đặc điểm:

Lực hấp phụ là lực Van del Waals.

Quá trình là thuận nghịch, nghĩa là cùng với sự hấp phụ còn

có sự giải hấp phụ.

Entanpy hấp phụ từ 8 -12 kJ/mol.

Năng lượng hoạt hóa: E = 0.

Có thể hấp phụ đơn lớp hay đa lớp.

Quá trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ thấp.

Không có tính chọn lọc.

Tốc độ quá trình hấp phụ nhanh.

Hấp phụ hoá học: là quá trình hấp phụ có các đặc điểm:

Lực hấp phụ là lực hóa học.

Quá trình là bất thuận nghịch.

Entanpy hấp phụ từ 40 – 800 kJ/mol.

Năng lượng hoạt hóa thường nhỏ.

Chỉ là hấp phụ đơn lớp.

Quá trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ cao.

Có tính chọn lọc.





7

Tốc độ quá trình hấp phụ chậm được xác định theo phương

trình:

0

a E

RT

hpk k Ze

(1.1)

Trong đó:

k hp: hằng số tốc độ hấp phụ hóa học.

k 0: hệ số đặc trưng cho xác xuất hình học.

Ea: năng lượng hoạt hóa.

Z: số va chạm của phân tử bị hấp phụ trên một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian (Z tỉ lệ với áp suất)

Ngưng tụ mao quản: không phải là sự hấp phụ đặc biệt mà đó là

sự ngưng tụ hơi của chất bị hấp phụ trong các mao quản của vật

hấp phụ diễn ra tiếp sau sự hấp phụ.

Một quá trình hấp phụ có bản chất vật lý hoặc hóa học tùy thuộc vào bản

chất vật bị hấp phụ, vật hấp phụ và dung môi. Sự phân biệt hấp phụ vật lý hay

hóa học chỉ có ý nghĩa tương đối, không có một biên giới rõ rệt giữa hai loại hấp

phụ này. Trong thực tế, các loại hấp phụ trên đều xảy ra đồng thời nhưng tùy

theo điều kiện thực tế mà loại này hay loại kia chiếm ưu thế hơn.

1.2.2. Các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt

Dựa vào kết quả phân tích các số liệu thực nghiệm, Brunauer chia thành

năm dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt quan trọng nhất.

Dạng I: hấp phụ là đơn lớp, tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt

Langmuir, Freundlich.

Dạng II: thường thấy trong sự hấp phụ vật lí có tạo thành nhiều lớp phân

tử chất bị hấp phụ trên bề mặt vật hấp phụ rắn.





8

Dạng III: đặc trưng cho hấp phụ mà nhiệt hấp phụ của nó là bằng hay thấp

hơn nhiệt ngưng tụ của chất bị hấp phụ.

Dạng IV và V: tương ứng với sự hấp phụ dạng II và III có kèm theo

ngưng tụ mao quản, nó đặc trưng cho hệ hấp phụ trên các vật thể xốp.

Hình 1.1. Năm loại đường hấp phụ theo Brunauer

1.2.3. M ột s ố phương trình cơ bản c ủa s ự h ấ p ph ụ

Thuyết hấp phụ Freundlich

Trong một số trường hợp hấp phụ đẳng nhiệt thì đường hấp phụ biểu diễn

sự phụ thuộc của vào C hay P có hai giai đoạn:

Khi C hay P nhỏ, tỉ lệ bậc nhất với C hay P.

Khi C hay P cao thì đường biểu diễn gần như song song với trục

hoành, khi đó đạt cực đại, không còn phụ thuộc vào C hay P

nữa.

C0

x I

C0

x II

C0

x III

IV

C0

x V

C0

x





9

Freundlich nhận thấy rằng đường hấp phụ đẳng nhiệt gần với một nhánh

của parabol nên đã đưa ra phương trình sau:

Hình 1.2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

.

n

cb

x K C

m (1.2)

Trong đó: : lượng hấp phụ đơn vị.

x (mol hoặc gam): lượng chất bị hấp phụ.

m (gam): khối lượng vật hấp phụ.

Ccb (mg/l): nồng độ cân bằng của cấu tử hấp phụ.

K, n: hằng số.

Các giá trị Ccb, K và n được xác định bằng thực nghiệm đối với từng chất

bị hấp phụ và vật hấp phụ. Do đó việc lựa chọn vật hấp phụ cho một quá trình

hấp phụ cụ thể nào đó có ý nghĩa rất quan trọng.

Thuyết hấp phụ Langmuir

Những luận điểm được đưa ra khi xây dựng thuyết:





10

Sự hấp phụ do lực hóa trị gây ra và xảy ra trên các hóa trị tự do

của các nguyên tử hay phân tử bề mặt vật hấp phụ.

Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.

Sự hấp phụ là thuận nghịch.

Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau có thể bỏ

qua.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

1m

KC

KC

hay 1

m KC

KC

(1.3)

Trong đó:

: phần bề mặt bị hấp phụ.

C: nồng độ chất bị hấp phụ (hoặc áp suất).

K: hằng số cân bằng của quá trình hấp phụ.

K t: hằng số tốc độ hấp thụ.

K n: hằng số tốc độ giải hấp.

Từ phương trình Langmuir:

Khi C (P) nhỏ: KC 1 (hoặc KP 1) thì m KC , nghĩa là độ

hấp phụ tỷ lệ thuận với nồng độ (hoặc áp suất).

Khi C (P) lớn: KC 1 (hoặc KP 1) thìm

.

Như vậy, lúc đầu sự hấp phụ tăng tỷ lệ với nồng độ và áp suất, sau đó dần

dần chậm lại và ở những nồng độ (hoặc áp suất) lớn có sự bão hòa bề mặt bởi

lớp đơn phân tử của chất bị hấp phụ. Có thể thấy rõ điều này trên những đường

hấp phụ có dạng như hình 1.4.





11

Với những trường hợp hấp phụ đơn lớp trên chất ít xốp, dạng đường cong

hấp phụ đẳng nhiệt có thể tương ứng khá tốt với phương trình Langmuir. Đối

với trường hợp hấp phụ hai chất A và B, phương trình Langmuir có dạng:

1

A A

A

A A B B

K C

K C K C

(1.4)

1

B B

B

A A B B

K C

K C K C

(1.5)

Hình 1.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Tổng quát, đối với trường hợp hấp phụ đồng thời nhiều chất thì:

1

1

i i

i i

i i

K C

K C

(1.6)

Đối với chất khí, từ giá trịm

có thể tính được bề mặt riêng của vật hấp

phụ theo phương trình:

00

0

m NA

S

(1.7)

Trong đó:

A0: bề mặt chiếm bởi một phân tử chất bị hấp phụ ở lớp đơn

phân tử.





12

0 : thể tích của 1 mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

m : thể tích khí bị hấp phụ khi quá trình hấp phụ đạt cực đại.

Thuyết hấp phụ BET (Bruanuer – Emmett – Teller)

Phương trình BET dựa trên ba giả thuyết cơ bản sau:

Entanpy hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp hấp phụ thứ nhất

và bằng entanpy hóa lỏng.

Không có sự tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ.

Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất hơi bão hòa.

Thuyết hấp phụ BET mô tả quá trình hấp phụ đa lớp dựa vào đường biểu

diễn của một số trường hợp có hình chữ S.

Điều này được giải thích là do ngưng tụ mao quản hoặc bán kính tác dụng

của lực phân tử lớn hơn của các hóa trị dư trong thuyết Langmuir, khi đó sự hấp

phụ không chỉ tạo lớp đơn phân tử mà nhiều lớp chồng lên nhau.

Hình 1.4. Dạng đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ BET

Phương trình hấp phụ BET:

0 0

1 ( 1)

( )m m

P C P

V P P V C V CP

(1.8)

Trong đó:

O

A

+ OA: hấp phụ đơn phân tử. + Từ A trở đi: hấp phụ đa phân tử





13

P0: áp suất hơi bão hòa.

V: thể tích khí bị hấp phụ ở áp suất đã cho.

Vm: thể tích khí bị hấp phụ trong lớp đơn phân tử.

C: thừa số năng lượng.

Từ số liệu thực nghiệm có thể xác định được và từ đó có thể tính được bề

mặt riêng của chất cần nghiên cứu theo phương trình (1.9).

022400

m

S

NA (1.9)

Trong đó:

: yếu tố hình học phụ thuộc sự sắp xếp của phân tử chất bị hấp phụ.

Phương trình BET bao quát cả ba trong số năm trường hợp được phân loại

của các loại đường hấp phụ đẳng nhiệt.

Khi C lớn, phương trình được đưa về phương trình Langmuir:

1m

cx

cx

(1.10)

Vậy đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng I (hình 1.8) là một trường hợp

riêng của phương trình BET.

Khi C nhỏ sẽ có dạng đường hấp phụ dạng III (C 1).

Nếu quá trình hấp phụ khí tương đối trơ trên bề mặt phân cực khi

đó C 100 thì thu được đường đẳng nhiệt hấp phụ dạng II.

Hình 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET P





14

Khi nghiên cứu về vật hấp phụ cần phải biết hoạt tính của vật hấp phụ hay

còn gọi là đơn vị hấp phụ. Đó là lượng chất tính bằng miligam hay gam chất bị

hấp phụ trên một gam hay cm3 vật hấp phụ. Ngoài ra, để đánh giá khả năng hấp

phụ người ta đưa ra khái niệm hoạt tính hấp phụ được biểu thị bằng tỉ lệ phần100 theo trọng lượng hoặc thể tích vật hấp phụ.

1.2.4. Đặc tính của quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ có các đặc tính cơ bản sau:

Quá trình hấp phụ l một quá trình thuận nghịch

Do đặc tính của quá trình hấp phụ là thuận nghịch nên quá trình hấp phụlà một quá trình hữu hạn, đồng thời, quá trình hấp phụ chỉ phụ thuộc vào thời

gian ở giai đoạn đầu, còn khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng thì nó không còn

phụ thuộc vào thời gian, hay nói cách khác tốc độ hấp phụ giảm theo thời gian

và khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng thì tốc độ hấp phụ không còn phụ thuộc

vào thời gian. Ứng với một lượng vật hấp phụ nhất định có khả năng hấp phụ tối

đa một lượng chất bị hấp phụ nhất định, đại lượng này được gọi là dung lượnghấp phụ. Dung lượng hấp phụ là một đại lượng dễ đo và đặc trưng tốt cho khả

năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ. Trên cùng một cấu tử bị hấp phụ, vật hấp

phụ nào có dung lượng hấp phụ lớn hơn thì có đặc tính hấp phụ tốt hơn. Một lợi

thế khác của quá trình xử lý ô nhiễm bằng phương pháp hấp phụ đó là khả năng

hoàn nguyên vật liệu hấp phụ do đặc tính thuận nghịch của quá trình hấp phụ.

Quá trình hấp phụ l quá trình tỏa nhiệt

Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng Loavadie áp dụng cho quá trình

hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt nên việc giảm nhiệt độ sẽ có lợi cho quá trình hấp

phụ còn ở nhiệt độ cao sẽ thuận lợi cho quá trình giải hấp. Tuy vậy, trong một

vài quá trình hấp phụ việc tăng nhiệt độ ban đầu lại xúc tiến cho quá trình hấp

phụ, điều này liên quan đến năng lượng hoạt hóa. Các tiểu phân ban đầu cần một





15

năng lượng tối thiểu để vượt qua hàng rào năng lượng thì quá trình hấp phụ mới

xảy ra. Giai đoạn hấp phụ này được gọi là hấp phụ hoạt hóa.

1.2.5. Ph ổ h ấ p thu nguyên t ử (AAS) vàhi ển vi điện t ử truy ền qua (SEM )

Phổ hấp thu nguyên tử (AAS)

Nguyên tắc: Trong điều kiện thường nguyên tử không thu cũng không

phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản.

Nhưng khi nguyên tử ở trạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản.

Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một

chum tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài song trùng với các vạch

phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó và

sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.

Trên cơ sở đó sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ

hấp thụ nguyên tử được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở

mức năng lượng cơ bản. Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo AAS cần phải

thực hiện các công việc sau đây:

+ Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu thành trạng thái hơi.

+ Nguyên tử hóa đám hơi đó,phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên

tử tự do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp

thụ bức xạ đơn sắc.

+ Chọn nguồn phát tia sáng có bước song phù hợp với nguyên tố phân

tích và chiếu vào đám hơi nguyên tử đó.Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện.

+ Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chum sang sau

khi đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ

cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó.

+ Thu và ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ .

Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử





16

Gọi nồng độ nguyên tử ở mẫu phân tích là C. Từ nhiều kết quả thực

nghiệm chỉ ra rằng, trong một giới hạn nhất định của C, mối quan hệ giữa N và

C được xác định theo công thức :

N=kC b

Trong đó:

k: hằng số thực nghiệm phụ thuộc điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

b:hằng số bản chất phụ thuộc vào từng vạch phổ của nguyên tố. 0 b 1.

Với mỗi vạch phổ ta luôn tìm được một giá trị C0 mà với mọi giá trị:

C>C0 thì 0<b<1, lúc này A không phụ thuộc tuyến tính C.

C<C0 thì b=1, lúc này A phụ thuộc tuyến tính C theo phương trình: A =a.C b

Trong đó: a là hằng số thực nghiệm, a=K.k

Hiển vi điện tử truyền qua (SEM)

Nguyên tắc: Sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu

vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có

thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, trên film quang

học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Điện tử được phát ra từ súng

phóng điện tử. Có hai cách để tạo ra chùm điện tử. SEM cho biết được nhiều chi

tiết nano của mẫu nghiên cứu như hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt.

Thực nghiệm: Các mẫu được phân tán trong dung môi ethanol. Sau đó cho

lên trên các lưới bằng Cu. Hình ảnh SEM được ghi trên IMS – NKL SE(M).





17

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Thiết bị và hóa chất

2.1.1. Thiết bị

- Tủ sấy

- Máy khuấy từ

- Cân phân tích

- Bình định mức 250ml

- Máy hấp phụ nguyên tử AAS

- Bộ rây kích thước lỗ 1mm

- Ngoài ra còn có các dụng cụ cần thiết khác như: Bình tam giác, bình

định mức, đũa thủy tinh…

2.1.2. Hoá chất

- Nước cất 2 lần

- Natri hidroxit

- Axit xitric

- Axit nitric

- Dung dịch Cu2+ có nồng độ chính xác

- Dung dịch Pb2+ có nồng độ chính xác

Tất cả hóa chất đều có độ tinh khiết PA và việc chuẩn bị các dung dịch

có nồng độ xác định.

2.2. Chế tạo nguyên liệu hấp phụ từ vỏ lạc

2.2.1.Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc

Vỏ lạc nguyên liệu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi. Lấy 25g nguyên

liệu cho vào cốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0.1M, khuấy đều trong 120 phút,





18

lọc lấy phần bã rắn, rửa sạch bằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô

ở 85-90°C. Sau đó, phần bã rắn tiếp tục được cho vào cốc chứa 150ml dung

dịch axit xitric 0.6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn, sấy ở 50°c trong 24

giờ, nâng nhiệt độ lên 120 ° C trong 90 phút. Cuối cùng, rửa bàng nước cất nóngtới môi trường trung tính và sấy khô ở 85-90°C, thu đượ c VLHP.

2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ và ion Cu2+

2.3.1. Ảnh hưở ng c ủa th ờ i gian khu ấy đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Cho vào 10 bình tam giác 250ml khối lượng VLHP là 1 gam. Chia làm 2

nhóm, nhóm 1 tiếp tục cho vào 30ml dung dịch Pb2+ với nồng độ là 20mg/l,nhóm 2 tiếp tục cho vào 30 ml dung dịch Cu 2+ với nồng độ là 20 mg/l. Sau đó

dùng máy khuấy từ khuấy trong thời gian khác nhau. Lọc dung dịch qua giấy lọc

và đem đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS.

Bảng 2.1. Quy trình hấp phụ VLHP dựa vo thời gian khuấy

Khối lượng VLHP

(g)C0 (mg/l)

Thời gian cân bằng

(h)

1.0 20 0.5

1.0 20 1.0

1.0 20 1.5

1.0 20 2.0

1.0 20 2.5

2.3.2. Ảnh hưở ng c ủa kh ối lượng VLHP đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Chia 10 bình tam giác loại 250ml thành 2 nhóm. Mỗi nhóm cho vào các

bình khối lượng VLHP khác nhau. Nhóm 1 tiếp tục cho 30 ml dung dịch Pb2+

nồng độ ban đầu 20 mg/l vào bình tam giác. Nhóm 2 tiếp tục cho 30ml dung





19

dich Cu2+ nồng độ ban đầu là 20 mg/l. Sau đó cho lên máy khuấy từ và khuấy

với cường độ không đổi trong thời khoảng thời gian tối ưu.

Thời gian khuấy kết thúc. Lọc dung dịch bằng giấy lọc. Cho dung dịch

vào ống COD (ống đựng mẫu dung dịch sau khi lọc) và đo phổ hấp phụ nguyên

tử AAS.

Bảng 2.2. Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về khối lượng


(g)C0 (mg/l)

Thời gian cân bằng

(h)

0.5 20

Thời gian khuấy cho

hiệu suất tối ưu nhất

1.0 20

1.5 20

2.0 20

2.5 20

2.3.3. Ảnh hưở ng c ủa n ồng độ dung d ị ch ion ban đầu đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Cho vào 10 bình tam giác loại 250 ml khối lượng VLHP có hiệu suất cao

nhất khi xét ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ. Chia 10

bình thành 2 nhóm, nhóm 1 tiếp tục cho 30 ml dung dịch Pb2+ với nồng độ ban

đầu khác nhau, nhóm 2 tiếp tục cho 30 ml dung dịch Cu2+ với nồng độ khác

nhau. Sau đó cho lên máy khuấy từ và khuấy với cường độ không đổi trong thời

gian cho hiệu suất tối ưu nhất đối với từng kim loại.

Khi thời gian khuấy kết thúc lọc phần dung dịch qua giấy lọc và đem mẫu

đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS.





20

Bảng 2.3. Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về nồng độ ban đầu


(g)

C0 (mg/l) Thời gian khuấy (h)


đem hấp phụ cho

hiệu suất tối ưu

nhất

10

Thời gian khuấy cho

hiệu suất tối ưu nhất

20

30

40

50





21

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của bề mặt VLHP điều chế

Nguyên liệu vỏ lạc ban đầu được xử lý bằng NaOH để loại bỏ các pigmenmàu và các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, tiếp tục đượ c este hóa bàng axit xitric.

Kết quả của quá trình xử lý được thể hiện trên phổ hồng ngoại (IR) thông sự

dịch chuyển của nhóm cacbonyl từ vùng số sóng 1737.86 cm-1 đến vùng số

sóng 1728.22 cm-1, rộng và có cường độ mạnh hơn (hình 3.1 và hình 3.2).

Tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu ban

đầu và VLHP, quan sát thấy VLHP có độ xốp cao hơn và diện tích bề mặt lớn

hơn rõ rệt (hình 3.3 và hình 3.4).

Hình 3.1. Phổ IR của nguyên liệu





22

Hình 3.2. phổ IR của VLHP

Hình 3.3. Ảnh chụp SEM của Hình 3.4. Ảnh chụp SEM

nguyên liệu VLHP

3.2. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP điều chế

3.2.1. Kh ảo sát v ề th ờ i gian khu ấy đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ của VLHP được nghiên cứu theo thời gian cân bằng

khác nhau với nồng độ ban đầu là 20ppm và khối lượng VLHP là 1 g. Được thể

hiện qua bảng 3.1 và hình 3.5.





23

Bảng 3.1. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi về thời

gian khuấy

Thời gian cân

bằng (h)

Co (mg/l) CCb (mg/l) H (%)

0.5 20 13.13 34.35

1.0 20 8.97 55.15

1.5 20 5.45 72.75

2.0 20 4.56 77.2

2.5 20 4.56 77.2

Hình 3.5. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi về thời gian khuấy

Ta có thể nhận thấy thời gian cân bằng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ.

Nếu thời gian khuấy là 0.5h thì hiệu suất chỉ đạt được 34.35%. Nhưng nếu thời

gian khuấy tăng lên thì hiệu suất tăng lên đáng kể và thời gian khuấy 2h trở đi

thì đạt được cân bằng. Vì thế chúng tôi chọn thời gian khuấy tối ưu là 2h.

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

H(%)

Thời gian (h)





24

3.2.2. Kh ảo sát v ề kh ối lượng VLHP đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo khối lượng khác nhau, và

thời gian cân bằng là 2h được thể hiện ở Bảng 3.2 và Hình 3.6.

Bảng 3.2. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối lượng VLHP


(g)

C0 (mg/l) CCb (mg/l) H(%)

0.5 20 7.40 63.00

1.0 20 5.51 72.45

1.5 20 4.62 76.90

2.0 20 4.43 77.85

2.5 20 4.35 78.25

Hình 3.6. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối lượng VLHP

Dù ở với khối lượng VLHP khác nhau nhưng khi hấp phụ ion Pb2+ thì

hiệu suất đều trên 60%. Với khối lượng 0.5g VLHP thì hiệu suất hấp phụ là thấp

nhất (63%) và khối lượng 2.5g thì hiệu suất cao nhất (78.25%).

60

62

64

66

68

70

72

74

7678

80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

m (g)

H (%)





25

Với khối lượng VLHP đem dùng càng cao thì hiệu suất hấp phụ càng lớn.

Ở mức 0.5g đến 1.5g thì hiệu suất chênh lệch nhiều còn từ 1.5g đến 2.5g thì hiệu

suất có tăng nhưng không đáng kể. Để tiết kiệm nguyên liệu hấp phụ ta chọn

mức tối ưu là 1.5g (76.9%) để làm các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo.

3.2.3. Kh ảo sát v ề n ồng độ dung d ị ch Pb 2+ ban đầu đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo nồng độ dung dịch Pb2+

khác nhau với thời gian cân bằng là 2h và khối lượng VLHP tối ưu là 1 .5g được

thể hiện qua Bảng 3.3 và Hình 3.7.

Bảng 3.3. Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ dung dịch Pb2+


(g)

C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%)

1.5 10 1.84 81.6

1.5 20 4.48 77.6

1.5 30 8.09 73.03

1.5 40 14.13 64.68

1.5 50 27.39 45.22

Hình 3.7. Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ dung dịch Pb2+

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0 10 20 30 40 50 60

Co (mg/l)

H (%)





26

Nhận xét về hiệu suất hấp phụ ta có thể thấy hiệu suất tỉ lệ nghịch với

nồng độ ban đầu. Khi nồng độ ban đầu thấp thì hiệu suất cao. Nồng độ 50 mg/l

thì hiệu suất hấp phụ chỉ đạt 45.2%, nồng độ 10 mg/l thì hiệu suất đạt tới 81.6%.

Có thể nói rằng nồng độ có ảnh hưởng đặc biệt quan trọng đến hiệu suất hấp phụ. Và ta chọn nồng độ ban đầu tối ưu cho quá trình nghiên cứu sau là 30 mg/l.

3.3. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP điều chế

3.3.1. Kh ảo sát v ề th ờ i gian khu ấy đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ của VLHP được nghiên cứu theo thời gian cân

bằng khác nhau với nồng độ ban đầu là 20ppm và khối lượng VLHP là 1g. Đượcthể hiện qua Bảng 3.4 và Hình 3.8.

Bảng 3.4. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP khi thay đổi về thời

gian khuấy

Thời gian cân

bằng (h)

Co (mg/l) CCb (mg/l) H(%)

0.5 20 7.61 61.95

1.0 20 5.85 70.75

1.5 20 5.48 72.6

2.0 20 5.44 72.8

2.5 20 5.43 72.85





27

Hình 3.8. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP khi thay đổi về thời gian khuấy

Ta có thể nhận thấy thời gian cân bằng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ.

Nếu thời gian khuấy là 0.5h thì hiệu suất đạt được 61.95% (cao hơn so với ion

Pb2+). Nếu khuấy trong thời gian 2.5h thì hiệu suất đạt được là 72.85%. Tuy

nhiêu thời gian khuấy từ 1.5h đến 2.5h thì hiệu suất hấp phụ thay đổi không

đáng kể (chỉ có 0.25%). Vì thế chúng tôi chọn thời gian khuấy tối ưu là 1.5h.

3.3.2. Kh ảo sát v ề kh ối lượng VLHP đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo khối lượng khác nhau, và

thời gian cân bằng là 1.5h được thể hiện ở Bảng 3.5 và Hình 3.9.

Bảng 3.5. Khả năng hấp phụ ion Cu+ của VLHP khi thay đổi khối lượng VLHP

Khối lượng VLHP (g) C0 (mg/l) CCb (mg/l) H(%)

0.5 20 7.71 61.45

1.0 20 5.98 70.10

1.5 20 4.4 78.00

2.0 20 4.34 78.3

2.5 20 3.88 80.6

60

62

64

66

68

70

72

74

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

H(%)

Thời gian (h)





28

Hình 3.9. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP khi thay đổi khối lượng VLHP

Dù ở với khối lượng VLHP khác nhau nhưng khi hấp phụ ion Cu2+ thì

hiệu suất đều trên 60%. Với khối lượng 0.5g VLHP thì hiệu suất hấp phụ là thấp

nhất (61.45%) và khối lượng 2.5g VLHP thì hiệu suất cao nhất (80.6%).

Tương tự như ion Pb2+, khối lượng VLHP đem dùng càng cao thì hiệu

suất hấp phụ ion Cu2+ càng lớn. Ở mức 0.5g đến 1.5g thì hiệu suất chênh lệch

nhiều còn từ 1.5g đến 2.5g thì hiệu suất có tăng nhưng không đáng kể. Để tiết

kiệm nguyên liệu hấp phụ ta chọn mức tối ưu là 1.5g (70.1%) để làm các thí

nghiệm nghiên cứu tiếp theo.

So sánh hai bảng 3.2 và 3.5 ta thấy khi ở cùng điều kiện C0 bằng 20mg/l;

khối lượng VLHP bằng 1.5 gam thì ta thấy hiệu suất hấp phụ Pb2+ bằng 76,9%

thấp hơn hiệu suất hấp phụ Cu2+ bằng 78% . Hiệu suất hấ p phụ ion Pb2+ thấ p

hơn so vớ i hai ion Cu2+ có thể đượ c giải thích là do bán kính ion Pb2+ lớn hơn

nhiều so vớ i Cu2+.

60

65

70

75

80

85

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

m (g)

H(%)





29

3.3.3. Kh ảo sát v ề n ồng độ dung d ị ch Cu 2 + ban đầu đế n hi ệu su ấ t h ấ p ph ụ

Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo nồng độ dung dịch Cu2+

khác nhau với thời gian cân bằng là 1 .5h và khối lượng VLHP tối ưu là 1.5g

được thể hiện qua Bảng 3.6 và Hình 3.10.

Bảng 3.6. Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ dung dịch Cu2+


(g)

C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%)

1.5 10 2.87 71.30

1.5 20 5.68 71.60

1.5 30 12.45 58.50

1.5 40 19.32 51.70

1.5 50 30.93 38.14

Hình 3.10. Khả năng hấp phụ của VLHP khi thay đổi về nồng độ dung dịch Cu2+

Nhận xét về hiệu suất hấp phụ ta có thể thấy hiệu suất tỉ lệ nghịch với

nồng độ ban đầu. Khi nồng độ ban đầu thấ p thì hiệu suất cao. Nồng độ 50 mg/l

thì hiệu suất hấp phụ thấp nhất (30.14%). Nồng độ 20 mg/l thì hiệu suất đạt cao

nhất (71.6%).Có thể nói rằng nồng độ có ảnh hưởng đặc biệt quan trọng đến

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60

C0 (mg/l)

H (%)





30

hiệu suất hấp phụ. Và ta chọn nồng độ ban đầu tối ưu cho quá trình nghiên cứu

sau là 20 mg/l.

3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ

Dạng đường cong hấp phụ do cơ chế hấp phụ quyết định, đường đẳng

nhiệt hấp phụ có thể mô tả thông qua nhiều dạng phương trình đẳng nhiệt.

Chúng tôi chọn khảo sát dạng đường đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir.

Tiến hành 2 thí nghiệm, thí nghiệm 1 hấp phụ 30 ml dung dịch Pb2+ có

nồng độ thay đổi bằng 1.5 g VLHP và thời gian cân bằng 2h. Thí nghiệm 2 hấp

phụ 30 ml dung dịch Cu2+

có nồng độ thay đổi bằng 1.5 g VLHP và thời gian đạtcân bằng là 1.5h. Kết quả được thể hiện qua Bảng 3.7, 3.8 và hình 3.11, 3.12,

3.13.

Bảng 3.7. Độ hấp phụ khi thay đổi về nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu

Khối lượng VLHP (g) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

C0 (mg/l) 10 20 30 40 50

Ccb (mg/l) 1.84 4.48 8.09 14.13 27.39

q (mg/g) 0.16 0.30 0.44 0.52 0.45

Bảng 3.8. Độ hấp phụ khi thay đổi về nồng độ dung dịch Cu2+ ban đầu

Khối lượng VLHP (g) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

C0 (mg/l) 10 20 30 40 50

Ccb (mg/l) 2.87 5.68 12.45 19.32 30.93

q (mg/g) 0.14 0.29 0.35 0.41 0.38

Ta nhận thấy rằng độ hấp phụ tăng khi nồng độ dung dịch các ion tăng.

Nồng độ càng thấp độ hấp phụ tăng càng nhanh.





31

Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ khi nồng độ dung dịch ion khác nhau

Hình 3.12. Đường đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính

y = -0.0014x2 + 0.0523x + 0.0814

R² = 0.9851

y = -0.0007x2 + 0.0298x + 0.0933

R² = 0.9313

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 10 20 30 40

ion Chì

ion Đồng

Poly. (ion Chì)

Poly. (ion Đồng)

Ccb (mg/l)

q (mg/g)

y = 0.4088x - 0.8229

R² = 0.8122

y = 0.4065x - 0.9424

R² = 0.8102

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.10 0 0.5 1 1.5 2

ion Chì

ion Đồng

Linear (ion Chì)

Linear (ion Đồng)

logCcb

loga





32

Hình 3.13. Đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính

Khi xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Freundlich và Langmuir ta

thấy sự hấp thụ ion kim loại Pb2+ và Cu2+ tuân theo phương trình đẳng nhiệt

Langmuir (R 2 >0.85). Sự hấp thụ này không tuân theo phương trình đẳng nhiệt

Freundlich (R 2 < 0.85). Theo phương trình đăng nhiệt hấp phụ Langmuir tìm

được dung lượng hấp phụ tối đa đối với Pb2+ là 0.518 mg/g, đối với Cu2+ là

0.453 mg/g và ái lực hấp phụ đối với Pb2+ là 0.103, đối với Cu2+ là 0.049.

y = 1.9291x + 5.0175

R² = 0.97

y = 2.2086x + 9.1742R² = 0.9743

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40

ion Chì

ion Đồng

Linear (ion Chì)

Linear (ion Đồng)

Ccb

Ccb /q





33

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

*Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài, chúng tôi rút ra một số kết luận như

sau:

1. Đã làm biến tính vỏ lạc để tạo thành VLHP.

2. VLHP được điều chế từ vỏ lạc điều có thể được sử dụng làm vật liệu

hấp phụ ion kim loại độc hại như Pb2+, Cu2+. Điều kiện tối ưu cho quá trình hấp

phụ là:

+ Khối lượng VLHP đem hấp phụ 1.5g đối với cả 2 ion Pb2+, Cu2+.

+ Nồng độ dung dịch Pb2+ và Cu2+ ban đầu lần lượt là 30 mg/l và 20 mg/l.

+ Thời gian cân bằng tối ưu của dung dich Pb2+ và Cu2+ lần lượt là 2h và

1.5h.

+ Thấy rằng ở cùng điều kiện hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ cao hơn Pb2+.

*Kiến Nghị

- Cần tiếp tục nghiên cứu để đưa vật liệu hấp phụ xử lý nước thải trong

môi trường.

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ VLHP từ các ion kim loại nặng khác.





34

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Thùy Dương (2008), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion

kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc v thăm dò xử lý môi

trường”. Luận văn thạc sĩ, Đại học Thái Nguyên.

2. Trần Thị Ngọc Ngà (2013), “Nghiên cứu khả năng hấp phj ion Pb2+ , Cu2+

trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nnh”. Luận văn thạc sĩ, khoa hóa

học, trường đại học Sư Phạm Đà Nẵng.

3.

Nguyễn Quang Phong (2015), “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã

c phê v ứng dụng khả năng hấp phụ ion Pb2+”. Khóa luận tốt nghiệp,

Khoa hóa học trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng.

4.

Trần Mạnh Lục, giáo trình “Hóa Keo”. Khoa Hóa học, trường Đại học Sư

Phạm Đà Nẵng.

5. Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị Thanh Thúy (2006), “Sử

dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng trong bùn thải công

nghiệp”. Viện Môi Trường và Tài Nguyên, ĐHQG-HCM.

6.

http://voer.edu.vn/m/su-hap-phu-khi-va-hoi-tren-chat-hap-phu-ran/3b5ab2b7












PHỤ LỤC

Vỏ lạc Axit Xitric

Tủ sấy Natrihidroxit


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

Documents