HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu xử lý Rhodamine B bằng vật liệu hấp phụ Sepiolite Người thực hiện NGUYỄN THỊ KIM SA Lớp MTD Khóa 57 Ngành KHO[.]
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý Rhodamine B vật liệu hấp phụ Sepiolite Người thực : NGUYỄN THỊ KIM SA Lớp : MTD Khóa : 57 Ngành : KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn :ThS HÁN THỊ PHƯƠNG NGA Hà Nội - 2016 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý Rhodamine B vật liệu hấp phụ Sepiolite Người thực : NGUYỄN THỊ KIM SA Lớp : MTD Khóa : 57 Ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn :ThS HÁN THỊ PHƯƠNG NGA Địa điểm thực tập : Bộ mơn Hóa học- Khoa Mơi trường Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi.Số liệu kết lưu khóa luận hoàn toàn trung thực chưa sử dụng khóa luận Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực khóa luận rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngồi cố gắng thân, tơi cịn nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ tổ chức, cá nhân trường Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến ThS Hán Thị Phương Nga giảng viên khoa Môi trường trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam, tận tình dìu dắt hướng dẫn chun môn cho thời gian thực tập tốt nghiệp hồn chỉnh luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo khoa Môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tơi học tập thực đề tài tốt nghiệp Đặc biệt tơi xin bày tỏ tình cảm sâu sắc đến gia đình người thân gia đình quan tâm, lo lắng tạo điều kiện tốt cho trình học tập, để hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè tơi cộng tác giúp đỡ q trình thời gian học tập thực đề tài tốt nghiệp Mặc dù cố gắng luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế.Vì vậy, tơi mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC BẢNG .vii DANH MỤC HÌNH .viii MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.Tổng quan thuốc nhuộm .3 1.1.1 Khái niệm thuốc nhuộm 1.1.2.Cách gọi tên thuốc nhuộm 1.1.3.Cấu tạo chung tạo nên màu sắc thuốc nhuộm 1.1.4.Phân loại thuốc nhuộm .4 1.2 Tổng quanvềRhodamine B .6 1.2.1.Một vài nét Rhodamine .6 1.2.2 Rhodamine B 1.2.2.2 Tính chất sinh học ảnh hưởng thuốc nhuộmRhodamine B 1.2.2.3.Ứng Dụng Và Tình Hình Sử Dụng .9 1.3 Giới thiệu phương pháp hấp phụ .11 1.3.1 Các khái niệm 11 1.3.1.1 Hấp phụ vật lý 12 1.3.1.2 Hấp phụ hóa học 13 1.3.2.Hấp phụ môi trường nước .13 1.3.3.Động học hấp phụ 14 1.3.4 Cân hấp phụ 15 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 17 1.3.6 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 17 iii 1.4 Giới thiệu số vật liệu hấp phụ(VLHP) .21 1.4.1 Đặc tính yêu cầu chung vật liệu 21 1.4.2.Than hoạt tính 22 1.4.3 Silicagel 23 1.5 Vật liệu hấp phụ Sepiolite 23 1.5.1 Đặc điểm cấu tạo 23 1.5.2 Tính chất Sepiolite 27 1.5.3 Ứng dụng Sepiolite 28 CHƯƠNG 29 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Phạm vi nghiên cứu 30 2.3 Nội dung nghiên cứu 30 2.3.1 Khảo sát khả hấp phụ Rhodamine B Sepiolite 30 2.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Rhodamine B Sepiolite .30 2.4 Phương pháp nghiên cứu 30 2.4.1.Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 30 2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .31 2.4.3.Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 31 2.4.4.Phương pháp phân tích trắc quang 31 2.4.5 Phương pháp phân tích 33 2.4.6.Phương pháp xử lý số liệu 33 CHƯƠNG 34 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Khảo sát khả hấp phụ Rhodamine B Sepiolite .34 3.2 Khảosát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Rhodamine B Sepiolite 35 3.2.1 Ảnh hưởng khối lượng Sepiolite 35 3.5.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 37 3.5.3 Ảnh hưởng nồng độ Rhodamine B ban đầu 39 iv 3.5.4.So sánh khả xử lý màu COD Sepiolite với than hoạt tính .42 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 4.1 Kết luận 44 4.2 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .45 PHỤ LỤC 48 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt COD RhB VLHP Tên đầy đủ Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) Rhodamine B Vật liệu hấp phụ vi (Nguồn: Alibaba.com) - Điểm nóng chảy: 210 0C, 483 K, 410 0F; nhiệt độ nóng chảy khoảng 2100C đến 2110C - Rhodamine B thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại tan tốt methanol, ethanol, nước (khoảng 50 g/l) Độ tan 100 gam dung môi: +Dung môi H2O: 0,78g (200C) + Dung môi ethanol: 1,47g(Rhodamine B, 1996) Dung dịch Rhodamine B H2O ethanol có màu đỏ, ánh xanh, phát quang mạnh, đặc biệt dung dịch loãng.Dung dịch Rhodamine B/Ethanol loãng, phát quang vùng bước sóng 550nm đến 650nm.Rhodamine Bkhi tan nước có màu hồng hấp thụ mạnh bước sóng 517nm 552 nm - pH từ 1,5 – 2,5 1.2.2.2 Tính chất sinh học ảnh hưởng thuốc nhuộmRhodamine B Rhodamine B gây độc cấp mãn tính.Qua tiếp xúc gây dị ứng làm mẩn ngứa da, mắt…Qua đường hơ hấp gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực.Qua đường tiêu hóa gây nơn mửa, có hại cho gan thận Nếu tích tụ dần thể gây nhiều tác hại gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh gây ung thư(Noureddine Barka and CS, 2008) Thực nghiệm chuột cho thấy Rhodamine B gây ung thư với liều lượng 89,5 mg/kg qua đường ống tiêm vào tĩnh mạch (Wirasto, Skrisi, 2008) Khi Rhodamine B vào thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại loại thường, gây ung thư phát triển khối u dày Tại Rhodamine B dẫn xuất tác động mạnh mẽ đến q trính sinh hóa tế bào ung thư gan gan quan lọc chất Một số thực nghiệm cho thấy Rhodamine B tác động phá vỡ cấu trúc AND nhiễm sắc thể đưa vào nuôi cấy tế bào (Petr Botek, Jan Poustka, 2007) 1.2.2.3.Ứng Dụng Và Tình Hình Sử Dụng Rhodamine B thử nghiệm để sử dụng bio market (chỉ thị sinh học) vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã gấu trúc, để xác định động vật hoang dã có thuốc phịng ngừa cách cho Rhodamine B vào râu động vật(Slate Dennis, Algeo Timothy P, Nelson Kathleen M, Chipman Richard B, Donovan Dennis, Blanton Jesse D, Niezgoda Michael, Rupprecht Charles E, 2009) Rhodamine B thường sử dụng thuốc nhuộm tracer nước để xác định tốc độ hướng dòng chảy vận chuyển.Được sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghệ sinh học kính hiển vi huỳnh quang, đếm tế bào dịng chảy, quang phổ huỳnh quang (R.W Mason and L.D.Ed wards, 1989) Rhodamine B thử nghiệm để sử dụng bio market (chỉ thị sinh học) vacxin bệnh dại cho động vật hoang dã gấu trúc, để xác định động vật hoang dã có thuốc phòng ngừa cách cho Rhodamine B vào râu động vật(Slate Dennis, Algeo Timothy P, Nelson Kathleen M, Chipman Richard B, Donovan Dennis, Blanton Jesse D, Niezgoda Michael, Rupprecht Charles E, 2009) Nó trộn vào thuốc diệt cỏ Ngồi Rhodamine B cịn sử dụng để tạo màu nhuộm màu công nghiệp sợi, nhuộm màu phịng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào tính bền màu Rhodamine B sử dụng sinh học thuốc nhuộm huỳnh quang.Tận dụng đặc tính phát quang Rhodamine B, người ta dùng chúng để giúp kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên ớt, lấy dầu (Việt Báo, 2007).Rhodamin B (BV10) trộn với Quinacridone Magenta (PR122) tạo màu nước màu hồng tươi (Mangenta, 2015) Tại Jakarta, kết phân tích hóa lý cho thấy việc sử dụng phẩm màu tổng hợp đồ ăn nhẹ thức uống chứng minh Rhodamine B phẩm màu sử dụng rộng rãi thực phẩm Thông tin dựa nghiên cứu chứng minh 20 đồ ăn nhẹ, 10 loại thức uống thương hiệu chất màu có chứa Rhodamine B (Wirasto, Skrisi, 2008).Tại trường tiểu học bang Bangdung, Indonesia có nghiên cứu đồ uống có chứa phẩm màu cơng nghiệp, đặc biệt Rhodamine B với hàm lượng từ 7,841 – 3226,55 ppm (Wirasto, Skrisi, 2008) Tại Việt Nam, kết kiểm tra Viện Kiểm nghiệm thực phẩm Quốc gia năm 2012 có 50% mẫu hạt dưa, ớt bột từ tỉnh gửi chứa phẩm màu cơng nghiệp dương tính với Rhodamine B (Thúy Nga, 2012) Theo Ủy ban an toàn thực phẩm châu Âu, nhiều thuốc nhuộm màu thuộc nhóm azo có khả gây ung thư Năm 2005, Ủy ban châu Âu quy định rõ chất nhuộm màu nhóm azo khơng dùng mĩ phẩm, thực phẩm (Noureddine Barka and CS, 2008; Brian stuant and M.Walker, 2006) 10 1.2.2.4 Tên gọi khác Rhodamine B R.60, Tetraethyl rhodamine; D & C Red No.19 ; Rhodamine B chloride; C.I Basic Violet 10; C.I 45170 1.3 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Đã có nhiều phương pháp sử dụng để xử lý ô nhiễm nước: phương pháp học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hấp phụ phương pháp hóa học Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, hấp phụ phương pháp hóa lý phổ biến hiệu để khửmàu nhuộm số ưu điểm phương pháp mang lại Do có khả loại bỏ chất nhiễm có độc tính cao, có màu, có mùi khó chịu mà phương pháp khác không xửlý xử lý không triệt để Hơn nữa, phương pháp hấp phụ cịn có ưu điểm quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, chi phí xử lý thấp, vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên phụ phẩm nơng nghiệp, cơng nghiệp sẵn có dễ kiếm q trình xử lý khơng đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại(Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 1.3.1 Các khái niệm Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí-rắn, lỏngrắn, khí- lỏng, lỏng-lỏng) Trong đó: Chất hấp phụ: chất mà phần tử lớp bề mặt có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với Chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn khả hấp phụ mạnh Bề mặt riêng diện tích bề mặt đơn phân tử tính gam chất hấp phụ Chất bị hấp phụ: chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung bề mặt chất hấp phụ Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ(Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 11 Với điều kiện nhau, tốc độ trình thuận nghịch tương ứng tỷ lệ với nồng độ chất bẩn dung dịch bề mặt chất hấp phụ Khi nồng độ chất bẩn dung dịch giá trị cao tốc độ hấp phụ lớn Khi nồng độ chất hấp phụ bề mặt tăng lên số phân tử (đã bị hấp phụ) di chuyển trở lại dung dịch ngày nhiều hơn(Trần Văn Nhân, Ngô Thị Ngọc, 2002) Hấp phụ trình tỏa nhiệt.Ngược với hấp phụ trình khỏi bề mặt chất hấp phụ phần tử bị hấp phụ gọi trình giải hấp.Bản chất tượng hấp phụ tương tác phân tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tuỳ theo chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học (Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 1.3.1.1 Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý trình hấp phụ gây lực Vander Walls phân tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết yếu dễ bị phá vỡ Vì hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao Đặc điểm: Phân tử bị hấp phụ không tương tác với nguyên tử mà với nhiều nguyên tử bề mặt Do vậy, phân tử hấp phụ hình thành nhiều lớp phân tử bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ vật lý khơng có tính chọn lọc Quá trình hấp phụ vật lý trình thuận nghịch tức có cân động chất hấp phụ bị hấp phụ Nhiệt lượng tỏa hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol Sự hấp phụ vật lý phụ thuộc vào chất hóa học bề mặt, khơng có biến đổi cấu trúc phân tử chất hấp phụ bị hấp phụ (Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 12 1.3.1.2 Hấp phụ hóa học Định nghĩa: Hấp phụ hóa học gây liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…) Trong hấp phụ hóa học có trao đổi electron chất hấp phụ chất bị hấp phụ.Cấu trúc electron phân tử chất tham gia trình hấp phụ có biến đổi lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học.Nhiệt lượng tỏa hấp phụ hóa học thường lớn 22 kcal/mol Đặc điểm: Chất bị hấp phụ hình thành lớp đơn phân tử hấp phụ, chúng hình thành hợp chất bề mặt Hấp phụ hóa học địi hỏi phải có lực hóa học bề mặt chất hấp phụ chất bị hấp phụ, mang tính đặc thù rõ rệt.Đây khơng phải q trình thuận nghịch Trong thực tế phân biệt hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý tương đối ranh giới chúng khơng rõ rệt.Trong nhiều q trình hấp phụ xảy đồng thời hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học.Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm, khả hấp phụ hóa học tăng lên (Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 1.3.2.Hấp phụ môi trường nước Trong nước, tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ phức tạp nhiều hệ có ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ chất bị hấp phụ Do có mặt dung mơi nên hệ xảy trình hấp phụ cạnh tranh chất bị hấp phụ dung môi bề mặt chất hấp phụ Cặp có tương tác mạnh hấp phụ xảy cho cặp Tính chọn lọc cặp tương tác phụ thuộc vào yếu tố: độ tan chất bị hấp phụ nước, tính ưa nước kị nước chất hấp phụ, mức độ kị nước chất bị hấp phụ môi trường nước So với hấp phụ pha khí, hấp phụ mơi trường nước thường có tốc độ chậm nhiều.Đó tương tác chất bị hấp phụ với dung môi 13 nước với bề mặt chất hấp phụ làm cho trình khuếch tán phân tử chất tan chậm Sự hấp phụ môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều pH môi trường Sự thay đổi pH không dẫn đến thay đổi chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác giá trị pH khác nhau) mà làm ảnh hưởng đến nhóm chức bề mặt chất hấp phụ(Lê Văn Cát, 2002; Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, 2005; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) Đặc tính chất hữu mơi trường nước: Trong môi trường nước, chất hữu có độ tan khác Khả hấp phụ VLHP chất hữu có độ tan cao yếu với chất hữu có độ tan thấp Như vậy, từ độ tan chất hữu nước dự đốn khả hấp phụ chúng VLHP Phần lớn chất hữu tồn nước dạng phân tử trung hồ, bị phân cực Do q trình hấp phụ VLHP chất hữu chủ yếu theo chế hấp phụ vật lý Khả hấp phụ chất hữu VLHP phụ thuộc vào: pH dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…(Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ, 2005) 1.3.3.Động học hấp phụ Trong mơi trường nước, q trình hấp phụ xảy chủ yếu bề mặt chất hấp phụ, trình động học hấp phụ xảy theo loạt giai đoạn nhau: ♦ Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán dung dịch ♦ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng ♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán vào mao quản ♦ Các phân tử chất bị hấp phụ gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực 14 Q trình hấp phụ coi phản ứng nối tiếp, phản ứng nhỏ giai đoạn q trình.Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm đóng vai trị định đến tốc độ trình.Trong tất giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm định hay khống chế chủ yếu tồn q trình hấp phụ Do giai đoạn đóng vai trị định đến tồn trình động học hấp phụ Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào giai đoạn thay đổi theo thời gian trình đạt trạng thái cân (Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) Tốc độ hấp phụ v biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian: (1.5) Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc vào biến thiên nồng độ theo thời gian: (1.6) Trong đó: β: hệ số chuyển khối C0: nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích thời điểm ban đầu (mg/l) Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích thời điểm t(mg/l) k: số tốc độ hấp phụ q: dung lượng hấp phụ thời điểm t (mg/g) qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) 1.3.4 Cân hấp phụ Quá trình hấp phụ trình thuận nghịch Các phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại pha mang Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất rắn nhiều tốc độ di chuyển ngược lại pha mang lớn Đến thời điểm đó, tốc độ hấp phụ tốc độ giải hấp trình hấp phụ đạt cân Một hệ hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ hàm nhiệt độ, áp suất nồng độ chất bị hấp phụ: q = f(T,P C) (1.1) 15 Ở nhiệt độ không đổi (T= const), đường biểu diễn phụ thuộc q vào P C gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ.Đường đẳng nhiệt hấp phụ xây dựng sở lý thuyết, kinh nghiệm bán kinh nghiệm tuỳ thuộc vào tiền đề, giả thiết, chất kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm(Lê Văn Cát, 2002; Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, 2005) q = f(p) q = f(C) (1.2) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân (mg/g) T: Nhiệt độ p: Áp suất C: Nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích (mg/l) Dung lượng hấp phụ cân bằng: khối lượng chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện nồng độ nhiệt độ cho trước Dung lượng hấp phụ tính theo cơng thức: (1.3) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ (mg/g) V: Thể tích dung dịch (ml) m: Khối lượng chất hấp phụ (g) Co: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Ccb: Nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ (mg/l) Trong trình hấp phụ, phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng thời, phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngồi chất hấp phụ sau khuếch tán vào sâu bên hạt chất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ: Hiệu suất hấp phụ tỷ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ nồng độ dung dịch ban đầu: H= 100% (1.4) Trong đó: H: Hiệu suất hấp phụ (%) Co: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) 16 Ccb: Nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ (mg/l) (Trần Tứ Hiếu,2003) 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Có ba yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ chất lên bề mặt chất rắn, là: Nồng độ chất tan chất lỏng (hoặc áp suất chất khí) Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, hấp phụ dung dịch giảm thường mức độ Quá trình hấp phụ cạnh tranh chất bị hấp phụ Ngồi ra, cịn vài yếu tố khác thay đổi diện tích bề mặt chất hấp phụ thay đổi pH dung dịch(Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 1.3.6 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT(P C) gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ đường mô tả phụ thuộc dung lượng hấp phụ thời điểm vào nồng độ áp suất chất bị hấp phụ thời điểm nhiệt độ khơng đổi Đối với chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng, khí đường hấp phụ đẳng nhiệt mơ tả qua phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmui… Đường đẳng nhiệt hấp phụ xây dựng sở lý thuyết, kinh nghiệm bán kinh nghiệm tuỳ thuộc vào tiền đề, giả thiết, chất kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiêm (Lê Văn Cát, 1999; Lê Văn Cát, 2002; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng nêu bảng 1.1 Bảng 1.1: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng Đường đẳng nhiệt hấp Phương trình Bản chất phụ Langmuir hấp phụ Vật lý hóa học 17 Henry Vật lý hóa học Freundlich Vật lý hóa học Shlygin-Frumkin- Hóa học Temkin Brunauer-Emmett- Vật lý, nhiều lớp Teller (BET) (Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, năm 1998) Trong phương trình trên: Ν: Thể tích chất bị hấp phụ νm: Thể tích hấp phụ cực đại p: Áp suất chất bị hấp phụ pha khí po: Áp suất bão hoà chất bị hấp phụ trạng thái lỏng tinh khiết nhiệt độ Các kí hiệu a, b, k, n số Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir:là phương trình mơ tả cân hấp phụ thiết lập lý thuyết Phương trình Langmuir xây dựng dựa giả thuyết: - Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt chất hấp phụ trung tâm xác định - Mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất, nghĩa lượng hấp phụ tiểu phân không phụ thuộc vào có mặt tiểu phân hấp phụ trung tâm bên cạnh Trong đề tài này, nghiên cứu cân hấp phụ VLHP Sepiolite Rhodamine B môi trường nước theo mơ hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu bảng 1.1 xây dựng cho hệ hấp phụ rắn – khí.Tuy nhiên, phương trình áp dụng cho 18 hấp phụ mơi trường nước Khi biểu diễn phương trình Langmuir sau: (1.6) Trong đó: q, qmax : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) : độ che phủ b: số Langmuir Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ đạt cân hấp phụ (mg/l) Phương trình Langmuir hai tính chất đặc trưng hệ: +Trong vùng nồng độ nhỏ: b.C cb> q = qmax mơ tả vùng hấp phụ bão hịa Để xác định số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir sử dụng phương pháp đồ thị cách chuyển phương trình thành phương trình đường thẳng có dạng: q Cf/q α qmax N Cf 0Cf Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 1.4: Đồ thị phụ thuộc Langmuir Cf/q vào Cf 19 tanα = => qmax= , ON= Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng đơn giản, cho phép giải thích thỏa đáng số liệu thực nghiệm Phương trình Langmuir đặc trưng tham số RL RL = 1/(1+b.C0) (1.7) 0< RL1 hấp phụ không thuận lợi RL = hấp phụ tuến tính Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry : Phương trình đơn giản mơ tả tương quan tuyến tính lượng chất bị hấp phụ bề mặt pha rắn nồng độ áp suất chất bị hấp phụ trạng thái cân Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry có dạng: a = K.p hay q = K.Ccb(1.8) Trong đó: a : lượng chất bị hấp phụ (mol/g) Tải FULL (64 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 K: số hấp phụ Henry Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ p : áp suất (mm Hg) Ccb: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich: Phương trình thực nghiệm mơ tả hấp phụ khí chất tan lên vật hấp phụ rắn phạm vi lớp (Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) Phương trình biểu diễn hàm số mũ: q= k.Ccb1/n (1.9) Trong đó: k: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt yếu tố khác n: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ ln lớn Phương trình Freundlich phản ánh tốt số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu vùng đường đẳng nhiệt hấp phụ, tức vùng nồng độ thấp chất bị hấp phụ Để xác định số, đưa phương trình dạng đường thẳng: (1.10) 20 Đây phương trình đường thẳng biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb.Dựa vào đồ thị ta xác định giá trị k n q(mg/g)lg q β M 0Ccb( mg/l) lg C0 Hình 1.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 1.6: Sự phụ thuộc lgq vào Freundlich lgCcb Tải FULL (64 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Tan β = 1/n Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ OM= lg k 1.4 Giới thiệu số vật liệu hấp phụ(VLHP) 1.4.1 Đặc tính yêu cầu chung vật liệu Các chất hấp phụ thường dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, đá nguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 nm đến 10 mm Chúng phải chống mài mòn cao, ổn định với nhiệt đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích bề mặt tăng khả hấp phụ Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng biệt với giúp cho chúng có khả khí nhanh Khả hấp phụ chất rắn phụ thuộc vào: - Diện tích riêng bề mặt vật liệu - Bản chất mối liên kết chất bị hấp phụ chất hấp phụ - Thời gian tiếp xúc chất rắn chất hòa tan cân có trao đổi động lực phân tử pha hấp phụ phân tử lại dung dịch Các chất hấp phụ cơng nghiệp thường ba nhóm sau: Hợp chất chứa Oxy – điển hình thân nước phân cực, bao gồm vật liệu silica gel zeolites Hợp chất có nguồn gốc Carbon– điển hình thân dầu phân cực, bao gồm vật liệu carbon hoạt tính graphite 21 Hợp chất có nguồn gốc polymer – phân cực khơng phân cực phụ thuộc vào nhóm chức cấu trúc polymer 1.4.2.Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ thông dụng nhất.Khi dùng để xử lý nước thải công nghiệp phải có tính chất đặc biệt khác với loại than để hấp phụ khí dung mơi Than hoạt tính phải xốp có rỗng lớn để bề mặt hút phân tử chất bẩn hữu tổng hợp, phải có khả chống mài mòn dễ thấm ướt nước.Tuỳ thuộc vào phương thức sử dụng, than hoạt tính phải có thành phần cấp phối hạt định Than dùng để xử lý nước thải nên có hoạt tính xúc tác nhỏ phản ứng oxy hoá, ngưng tụ không làm giá trị sản phẩm thu hồi (Lò Văn Huynh, 2002) Đặc điểm: Than hoạt tính chất gồm chủ yếu ngun tố cacbon dạng vơ định hình, phần có dạng vụn tinh thể vụn gravit Là chất hấp phụ rắn, xốp, khơng phân cực có bề mặt riêng lớn Dạng mao quản lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1.000 - 10.000 Ao; dạng có bề mặt riêng nhỏ, khơng q m2/gam Ứng dụng: Làm mặt nạ phòng độc Làm mùi khử màu sản phẩm dầu mỡ Khử khí độc hại, xử lý nhiễm khơng khí Làm nước để uống, xử lý nước sinh hoạt xử lý nước thải cơng trình có độ nhiễm bẩn thấp 4217525 22 ... vực hấp phụ xúc tác Trên sở đó,tơi tiến hành nghiên cứu đề tài:? ?Nghiên cứu xử lý Rhodamine B vật liệu hấp phụ Sepiolite? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu Khảo sát khả hấp phụ Sepiolite Rhodamine B môi... Ngọc, 2002) Hấp phụ trình tỏa nhiệt.Ngược với hấp phụ trình khỏi b? ?? mặt chất hấp phụ phần tử b? ?? hấp phụ gọi trình giải hấp .B? ??n chất tượng hấp phụ tương tác phân tử chất hấp phụ chất b? ?? hấp phụ Tuỳ... phân biệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học (Lê Văn Cát, 1999; Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998) 1.3.1.1 Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý trình hấp phụ