Khóa luận nghiên cứu động học quá trình hấp phụ mn2+ trên vật liệu hấp thu tổng hợp từ bã chè

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Polyanilin (PANi) 1.1.1 Cấu trúc phân tử PANi 1.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp PANi 1.2 Bã chè 1.2.1 Tổng quan chè 1.2.2 Các thành phần sinh hóa chè 1.3 Tình hình nhiễm kim loại nặng 1.4 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ 1.5 Động học trình hấp phụ 1.5.1 Dung lƣợng hiệu suất hấp phụ 1.5.2 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt 1.5.3 Động học hấp phụ 11 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1 Hóa chất – Thiết bị 13 2.1.1 Hóa chất 13 2.1.2 Thiết bị- Dụng cụ 13 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 13 2.2.1 Phƣơng pháp kính hiểm vi điện tử quét (SEM) 13 2.2.2 Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 14 2.2.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) 14 2.3 Thực nghiệm 15 2.3.1 Tổng hợp vật liệu 15 2.3.1.1 Xử lý bã chè trƣớc tổng hợp 15 2.3.1.2 Tổng hợp vật liệu 16 2.3.2 Khả hấp phụ vật liệu Mn2+ 16 2.3.2.1 Ảnh hƣởng thời gian 16 2.3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu 17 2.3.2.3 Ảnh hƣởng pH 17 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 3.1 Tổng hợp vật liệu 18 3.1.1 Phổ hồng ngoại IR 18 3.1.2 Kết phân tích SEM 19 3.2 Khả xử lý ion kim loại nặng 19 3.2.1 Ảnh hƣởng thời gian 19 3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu 21 3.2.3 Ảnh hƣởng pH 22 3.3 Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 24 KẾT LUẬN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Mối tƣơng quan RL dạng mơ hình 11 Bảng 3.1 Giá trị số sóng mẫu: PANi – BC, BC, PANi 18 Bảng 3.2 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi- BC Mn2+ 25 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc phân tử PANi Hình 1.2 Hình ảnh chè Tân Cƣơng - Thái Nguyên Hình 1.3 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 10 Hình 1.4 Đồ thị phụ thuộc C/q vào C 10 Hình 1.5 Đồ thị phụ thuộc lg (qe-qt) vào t 12 Hình 3.1 Phổ IR mẫu 18 Hình 3.2 Phổ SEM mẫu PANi-BC, PANi, BC 19 Hình 3.3 Ảnh hƣởng thời gian đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ C0=20mg/L, pH =7 20 Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ C0=20mg/L, pH =7 20 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ pH =7, t=120 phút 21 Hình 3.6 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ pH=7, t=120 phút 22 Hình 3.7 Ảnh hƣởng pH đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ C0 = 20mg/L, t=120 phút 23 Hình 3.8 Ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ Co=20mg/L,t=120 phút 23 Hình 3.9 Mối quan hệ C/q C theo phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu PANi – BC Mn2+ 24 Hình 3.10 Mối quan hệ tham số RL với nồng độ chất hấp phụ ban đầu C0 Mn2+ 25 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, ô nhiễm nguồn nƣớc trở nên nghiêm trọng nhiều quốc gia tồn cầu Hàng ngày có nhiều nhà máy khu công nghiệp thải trực tiếp chất có chứa ion kim loại nặng với hàm lƣợng vƣợt tiêu chuẩn cho phép môi trƣờng, với lƣợng nƣớc thải từ làng nghề tái chế kim loại, hoạt động giao thông vận tải nƣớc thải sinh hoạt Đây nguyên nhân gây cho môi trƣờng nƣớc mặt, nƣớc ngầm nhiều khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng cách nghiêm trọng Việc nghiên cứu biện pháp bảo vệ xử lý môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm mối quan tâm hàng đầu toàn giới Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trƣờng nƣớc nhƣ: phƣơng pháp hóa lý (phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion,…), phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học…Trong đó, phƣơng pháp đƣợc nhiều ngƣời quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp nhƣ bã cà phê, vỏ lạc, vỏ trấu…làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng Trong số nghiên cứu gần đây, để tăng hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng, ngƣời ta tiến hành phối trộn polyanilin với phụ phẩm nông nghiệp Một nguồn phụ phẩm nơng nghiệp có khối lƣợng lớn nƣớc ta bã chè Bã chè có khả tách kim loại màu nƣớc nhờ tính xốp thành phần xellulozo, đồng thời có khả tái sử dụng vật liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng Xuất phát từ lý trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu động học trình hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp thu tổng hợp từ bã chè.” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu động học hấp phụ Mn2+ vật liệu tổng hợp từ bã chè đánh giá khả hấp phụ vật liệu Nội dung nghiên cứu  Tổng hợp vật liệu  Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ ban đầu Mn2+, thời gian, pH đến khả hấp phụ vật liệu  Khảo sát cân hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Phƣơng pháp nghiên cứu  Phƣơng pháp kính hiểm vi điện tử quét SEM để xác định hình dạng, cấu trúc bề mặt vật liệu  Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR  Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định hàm lƣợng nguyên tố dung dịch trƣớc sau hấp phụ  Xử lí số liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Với nguồn nhiên liệu rào, tận dụng chúng nhằm hạn chế lƣợng chất thải môi trƣờng, việc nghiên cứu động học trình hấp phụ Mn2+ nƣớc thải vật liệu đƣợc tổng hợp từ bã chè hữu ích Vật liệu tổng hợp đƣợc có tính khả thi, nâng cao hiệu kinh tế, đƣợc áp dụng rộng rãi lĩnh vực CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Polyanilin (PANi) 1.1.1 Cấu trúc phân tử PANi PANi polime tạo thành từ phản ứng cộng hợp nhiều phân tử anilin điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác Dạng tổng quát PANi nhƣ sau: Hình 1.1 Cấu trúc phân tử PANi [4,9,17] Với giá trị a b thay đổi a,b = 0,1,2,3,4… Màu sắc, cấu trúc mạch polime thay đổi tùy thuộc vào có mặt tác nhân oxy hóa khác 1.1.2 Phƣơng pháp tổng hợp PANi PANi polime dẫn có khả tổng hợp đơn giản Vì PANi ngày đƣợc quan tâm PANi đƣợc tổng hợp phƣơng pháp là: phƣơng pháp điện hóa phƣơng pháp hóa học [13] - Phương pháp điện hóa: PANi đƣợc tổng hợp theo đƣờng điện hóa số phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ: xung dòng, xung thế, dịng tĩnh, tĩnh, qt tuần hồn Các q trình hóa học xảy bề mặt điện cực nên đảm bảo độ tinh khiết PANi tƣơng đối cao - Phương pháp hóa học: Để chế tạo vật liệu PANi dạng bột với khối lƣợng lớn ngƣời ta dùng phƣơng pháp hóa học Chất oxi hóa thƣờng đƣợc sử dụng phƣơng pháp ammonium persulfat, giúp tạo polimer có khối lƣợng phân tử lớn độ dẫn điện tối ƣu [12] PANi có nhiều ứng dụng nhƣ: tích trữ chuyển hóa lƣợng, làm vật liệu nguồn điện , chống ăn mịn kim loại [6].Trong xử lý mơi trƣờng ô nhiễm kim loại nặng, PANi đƣợc sử dụng nhƣ vật liệu hấp phụ để xử lý nguồn nƣớc thải công nghiệp nhƣ nƣớc thải sinh hoạt Để tăng hiệu suất hấp phụ, tiến hành phối trộn PANi với phụ phẩm nông nghiệp nhƣ: mùn cƣa, vỏ đỗ, vỏ lạc tạo thành vật liệu compozit [5] Hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều tác giả nƣớc quan tâm Tác giả Bùi Minh Quý tổng hợp thành công vật liệu compozit từ PANi PPNN: mùn cƣa, vỏ đỗ, vỏ lạc, vỏ trấu pH dung dịch có ảnh hƣởng đến chế hấp phụ cation PANi [14,15]:  Nếu pH gần trung tính cation có lực mạnh proton H+ nên tạo phức cua với imin (-N=)  Nếu pH thấp (môi trƣờng axit) cao (mơi trƣờng kiềm) cation bị đẩy lực yếu so với proton (H+) hay hidroxy (OH-) 1.2 Bã chè 1.2.1 Tổng quan chè Chè loại khô, qua chế biến đƣợc tiêu thụ lƣợng lớn giới với nhiều giá trị sử dụng hữu ích nó.Vì vậy, sản phẩm chè ngày có giá trị hàng hóa giá trị xuất cao, thị trƣờng tiêu dùng ổn định Hình 1.2 Hình ảnh chè Tân Cương - Thái Nguyên Việt Nam nôi ngành chè giới với lƣợng sản xuất chè đứng thứ xuất chè đứng thứ tồn cầu, có 124 diện tích trồng chè 500 sở chế biến, công suất đạt 500.000 chè khô/năm Trong năm 2011 nƣớc có diện tích trồng chè 133.000 ha, sản lƣợng thô đạt 888.600 tấn, xuất 132.600 [19] Thị trƣờng chủ yếu Việt Nam nƣớc: Pakistan, Đài Loan, Nga… 1.2.2 Các thành phần sinh hóa chè Thành phần sinh hóa bã chè biến đổi phức tạp Tuy nhiên chúng gồm số thành phần sau [21]: Nước: thành phần chủ yếu búp chè, chiếm 75-82%, nƣớc có quan hệ sinh hóa đến q trình biến đổi sinh hóa búp chè hoạt động men Tanin: thành phần chủ yếu định đến phẩm chất chè Tatin chiếm khoảng 34% chất khô chè, đƣợc gọi chung hợp chất fenol Ankaloit: cafein ankaloit nhiều chè, hàm lƣợng từ 3-5 %, nhiều bã cà phê 2-3 lần Protein axit amin:chiếm khoảng 15 %, thành phần thay đổi theo điều kiện canh tác, giống, mùa Protein kết hợp với tatin làm giảm vị chát chè Gluxit pectin: gluxit khơng hịa tan chiếm tỉ lệ lớn Xenlulozơ hemixenlulozơ tăng lên theo tuổi Chất tro:hàm lƣợng tro chè tƣơi từ 4-5%, chè khô từ 56%, giữ vai trò quan trọng hoạt động thể sống, ảnh hƣởng trực tiếp đến trao đổi chất tế bào Lignin: chiếm khoản 6,5% Ngồi cịn số thành phần khác Thành phần chè gluxit gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ số chất khác Trong đó, xenlulozơ hemixenlulozơ kết hợp với gọi holoxenluzơ Do có nhiều nhóm – OH nên có liên kết hidro phân tử Điều thuận lợi cho khả hấp phụ, chè đƣợc dùng làm chất mang tổng hợp vật liệu compozit PANi Xenlulozơ loại polysaccarit có khối lƣợng phân tử lớn (1.000.000 - 2.400.000) đƣợc tạo thành từ mắt xích liên kết - glucozơ nối với – 1,4- glicozit Do mắt xích xenlulozo có chứa nhóm – OH nên cơng thức xenlulozơ đƣợc viết [C6H7O2(OH)3]n Số lƣợng liên kết hidro nội phân tử liên phân tử làm cho có độ cứng vững Lignin hợp chất cao phân tử, cấu trúc vơ định hình, tạo mắt xích phenyl propan liên kết với Ligin tập trung mơ hóa gỗ, chất kết dính tế bào, độ bền học lớn, khơng tan nƣớc…làm cho chúng có tính hấp phụ trao đổi ion cao Qua số nghiên cứu cho thấy lignin tách kim loại nặng hịa tan nƣớc nhờ cấu trúc lỗ xốp thành phần nhƣ xenlulozo, hemixenlulozo, protein…[8 ,4,16] Trƣớc tình hình tiêu thụ chè giới Việt Nam, với phát triển ngành du lịch, nhu cầu sử dụng chè ngày nhiều tạo lƣợng lớn bã chè bị thải bỏ Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng chúng để tạo vật liệu composite hấp phụ kim loại nặng sở PANi có ý nghĩa khoa học to lớn,vừa hạn chế đƣợc lƣợng phế thải môi trƣờng, vừa tạo đƣợc vật liệu xử lý nƣớc rẻ tiền, dễ tổng hợp 1.3 Tình hình nhiễm kim loại nặng Ở hàm lƣợng nhỏ, số kim loại nặng nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho thể ngƣời sinh vật, có vai trị quan trọng q trình trao đổi chất Nhƣng với hàm lƣợng lớn vƣợt mức cho phép chúng lại thƣờng có độc tính cao ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời Trong năm gần đây, với gia tăng dân số tồn giới kéo theo phát triển cơng nghiệp nhƣ vũ bão nhiễm mơi trƣờng nƣớc gia tăng nhanh chóng Đặc biệt có mặt kim loại nặng môi trƣờng nƣớc vƣợt tiêu chuẩn gây ảnh hƣởng không nhỏ đến ngƣời sinh vật Ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc tích lũy kim loại nặng diễn nghiêm trọng.Theo báo cáo môi trƣờng quốc gia, nhiều nơi, đặc biệt thành phố lớn xảy tƣợng ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm nghiêm trọng với hàm lƣợng kim loại nặng nhƣ Pb, As, Mn Nếu đặt điện trƣờng tần số v phân tử chuyển trạng thái kích thích từ E lên E*, thỏa mãn: * - E= hv (2.2) Trong đó: E - lƣợng trạng thái E* - lƣợng trạng thái kích thích (E* > E) - hiệu lƣợng H - số flanck V - tần số Khi phân tử bị kích thích từ mức lƣợng E lên E* hấp phụ xạ với tần số v, trình ngƣợc lại phát xạ v Mỗi loại dao động phân tử hấp thụ tần số xác định đƣợc thể vân phổ mà đỉnh phổ ứng với tần số Dựa vào phƣơng pháp phổ hồng ngoại ta phân tích định tính, định lƣợng vật liệu cịn điều đặc biệt phân tích cấu trúc vật liệu 2.3 Thực nghiệm 2.3.1 Tổng hợp vật liệu 2.3.1.1 Xử lý bã chè trƣớc tổng hợp Nghiên cứu xử lí bã chè trƣớc tổng hợp tiến hành theo bƣớc: Bƣớc 1: Ngâm bã chè thu đƣợc nƣớc nhiệt độ 85oC thời gian 30 phút Lặp lại nƣớc ngâm khơng cịn màu chè Bƣớc 2: Bã chè sau ngâm đƣợc sấy nhiệt độ 1000C thời gian để loại bỏ nƣớc Bƣớc 3: Bã chè dạng thô đƣợc nghiền nhỏ dùng rây tách lấy phân tử có kích thƣớc d ≤ 1mm Bƣớc 4: Ngâm bã chè etanol vòng ngày để loại bỏ thành phần hữu 15 Bƣớc 5: Bã chè sau ngâm đƣợc hoạt hóa axit HCl 0,1M Bƣớc 6: Sấy khơ bã chè 1000C thu đƣợc vật liệu biến tính 2.3.1.2 Tổng hợp vật liệu  Tổng hợp PANi Vật liệu đƣợc tổng hợp qua bƣớc: Bƣớc 1: - Pha 200 mL dung dịch M0 (dung dịch amoni pesunfat 0,5 M) - Pha 500 mL dung dịch M1 (anilin 0,25 M, H2SO4 0,1 M) Bƣớc 2: Đặt cốc đựng dung dịch M1 máy khuấy từ để khuấy trộn Nhỏ từ từ dung dịch M0 vào cốc phản ứng dƣới điều kiện có khuấy Sau khoảng 15 phút dung dịch cốc bắt đầu xuất màu xanh, thời điểm polime hình thành, chuyển sang màu xanh đen Tiếp tục cho phản ứng tiến hành thời gian máy khuấy từ cho q trình polime hóa xảy đƣớc hồn toàn Sản phẩm đƣợc lọc rửa dung dịch axeton: metanol tỉ lệ 1:1 để loại bỏ hết anilin dƣ Sấy khô sản phẩm nhiệt độ 50-600C đƣợc vật liệu compozit dạng muối đƣợc sử dụng để nghiên cứu động học hấp phụ Mn2+  Tổng hợp PANi- BC Pha 500 ml (anilin 0,25 M, H2SO4 0,1 M) vào cốc thủy tinh Cân lấy 50 g bã chè vào dung dịch Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ Nhỏ từ từ 200 ml dung dịch amoni pesunfat (pha nhƣ trên) thời gian 15 phút Tiếp tục cho phản ứng tiến hành máy khuấy từ thời gian cho q trình polime hóa xảy đƣợc hoàn toàn Lọc dung dịch giấy lọc rửa dung dịch axeton : metanol = 1:1 sau sấy khơ sản phẩm nhiệt độ 50 – 600 C thu đƣợc vật liệu cần tổng hợp 2.3.2 Khả hấp phụ vật liệu Mn2+ 2.3.2.1 Ảnh hƣởng thời gian Để nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian hấp phụ: Lấy 10 mL dung dịch Mn2+ nồng độ C0 = 20 mg/ L, khối lƣợng vật liệu: m = 0,5 g vào cốc thủy tinh 16 100 mL Cố định môi trƣờng pH = Tiến hành khuấy máy khuấy từ, thời gian khuấy: t = 30, 60, 90,120, 150, 180, 300 phút Lọc dung dịch đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS 2.3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu Để nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ: Lấy 10 mL dung dịch Mn2+ với hàm lƣợng ban đầu: C0 =10, 20, 30, 40, 50 mg/L, khối lƣợng vật liệu: m = 0,5 g vào cốc thủy tinh 100 mL Cố định môi trƣờng pH = Tiến hành khuấy máy khuấy từ, thời gian khuấy: t = 120 phút Lọc dung dịch đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS 2.3.2.3 Ảnh hƣởng pH Để nghiên cứu ảnh hƣởng môi trƣờng pH Lấy 10 mL dung dịch Mn2+ hàm lƣợng ban đầu C0 = 20 mg/L, khối lƣợng vật liệu: m=0,5 g vào cốc thủy tinh 100 mL Tiến hành khuấy máy khuấy từ, thời gian khuấy: t = 120 phút, thay đổi môi trƣờng pH = 3, 5, Lọc dung dịch đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS Các thí nghiệm đƣợc tiến hành máy khuấy từ với tốc độ khuấy 100 vịng/ phút Sau dung dịch đƣợc lọc đem đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS 17 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp vật liệu 3.1.1 Phổ hồng ngoại IR % Transmlttance Kết nghiên cứu phổ IR vật liệu: PANi – BC, BC, PANi đƣợc giới thiệu hình 3.1 240 PANI - BC 200 160 BC 120 PANi 80 40 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 -1 Wavenumbers (cm ) Hình 3.1 Phổ IR mẫu Bảng 3.1 Giá trị số sóng mẫu: PANi – BC, BC, PANi Số sóng (cm-1) Mẫu C-H C-O C –N -N=quinoid=N- C=C Vòng thơm PANi – BC C-H N-H vòng thơm 849,3 1075,03 1179,6 1283,67 1383,45 1634,2 2927,1 3441,1 1035,28 1148,7 1238,35 1380,01 1646,5 2923,9 3924,2 1190,6 1301,23 1428,23 1599,1 1992,5 3438,3 BC PANi C=O 810,1 Trên đƣờng phổ vật liệu có xuất nhóm chức đặc trƣng C- H, C-N vòng thơm, -N=quinoid=N-, C=C, C-H vòng thơm, N-H PANi vật liệu PANi – BC 18 3.1.2 Kết phân tích SEM Kết phân tích phổ SEM mẫu PANi-BC, PANi, BC đƣợc thể hình 3.2 PANi -BC PANi BC Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu PANi-BC, PANi, BC Kết cho thấy vật liệu hấp phụ có kích thƣớc cỡ μm, cấu trúc dạng lớp, xốp So sánh mẫu BC với mẫu PANi cấu trúc lớp tƣơng đối sát Vật liệu tổng hợp PANi – BC từ thành phần riêng rẽ có độ xốp nhiều 3.2 Khả xử lý ion kim loại nặng 3.2.1 Ảnh hƣởng thời gian Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ đƣợc thể hình 3.3 19 20 75 BC PANi PANi - BC 12 60 H (%) Ct (mg/L) 16 45 BC PANi PANi - BC 30 15 0 60 120 180 240 300 60 120 t (phút) 180 240 300 t (phút) Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ C0=20 mg/L, pH =7 Ta thy hiệu suất hấp phụ vật liệu tăng lên thời gian tăng, đồng thời nồng độ dung dịch thời điểm cân giảm xuống theo thời gian khảo sát t = 30300 phút Cụ thể: Trong khoảng thời gian khảo sát từ t = 30 phút 300 phút PANi – BC ( đƣợc tổng hợp từ vật liệu riêng rẽ) có hiệu suất hấp phụ tăng mạnh đạt từ 13,6 68,3 %, nồng độ cân giảm từ 17,28 mg/L  6,45 mg/L Hiệu suất hấp phụ tăng nhanh khoảng thời gian từ t = 30 120 phút tất vật liệu sau 120 phút tăng không đáng kể (PANiBC từ 120 đến 150 phút H%= 66,768,1%) Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ đƣợc thể hình 3.4 0.30 q (mg/g) 0.24 0.18 BC PANi PANi - BC 0.12 0.06 0.00 60 120 180 240 300 t (phút) Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ C0=20 mg/L, pH =7 20 Từ kết cho thấy, dung lƣợng hấp phụ tăng lên theo thời gian khảo sát Trong khoảng thời gian t = 3060 phút: + Đối với vật liệu BC có tăng dung lƣợng hấp phụ nhỏ tăng từ 0,03840,0744 mg/g + Tiếp đến PANi có tăng cao từ 0,03680,0784 mg/g + Cao vật liệu tổng hợp PANi - BC dung lƣợng hấp phụ tăng từ 0,05440,1602 mg/g Tóm lại: Từ 30 đến 120 phút dung lƣợng hấp phụ tăng đáng kể (vật liệu PANi - BC: q=0,05440,2668), t > 120 phút tăng chậm Chứng tỏ trình hấp phụ Mn2+ vật liệu BC, PANi, PANi – BC đạt tới trạng thái cân Vậy thời gian cân hấp phụ trình t = 120 phút 3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ đƣợc thể hình 3.5: 24 BC PANi PANi- BC 54 H (%) Ct (mg/L) 60 BC PANi PANi - BC 30 18 12 48 42 36 30 10 20 30 40 50 10 C0 (mg/L) 20 30 40 50 C0 (mg/L) Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ pH =7, t=120 phút Ta thấy, tăng nồng độ ban đầu Mn2+ nồng độ cân tăng Từ 10 đến 20 mg/L, hiệu suất hấp phụ tất vật liệu tăng (vật liệu PANi – BC hiệu suất cao nồng độ 20 mg/L, H = 59,55% sau 20 mg/L hiệu suất hấp phụ giảm) 21 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ đƣợc thể hình 3.6 0.6 BC PANi PANi-BC q (mg/g) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 10 20 30 40 50 Co(mg/L) Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến dung lượng hấp phụ pH=7, t=120 phút Từ kết khảo sát ta có nhận xét: Khi tăng nồng độ ban đầu Mn2+ dung lƣợng hấp phụ Mn2+ tất vật liệu tăng (dung lƣợng hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ) Trong PANi – BC đạt dung lƣợng hấp phụ cao đa Đối với vật liệu PANi –BC, dung lƣợng hấp phụ tăng chậm lại khoảng nồng độ cuối từ 40 đến 50 mg/L: q=0,46380,578 mg/g Từ nồng độ 10 đến 20 mg/L, dung lƣợng hấp phụ vật liệu tăng cao 3.2.3 Ảnh hƣởng pH Kết nghiên cứu ảnh hƣởng pH đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ đƣợc thể hình 3.7 22 18 75 BC 60 PANi PANi-BC 12 H, % Ct, mg/L 15 45 BC PANi PANi-BC 30 15 pH pH Hình 3.7 Ảnh hưởng pH đến nồng độ cân hiệu suất hấp phụ C0 = 20 mg/L, t=120 phút Khi thay đổi môi trƣờng pH, từ kết ta thấy giá trị pH < nồng độ cân Mn2+ đạt giá trị tƣơng đối cao, nghĩa hiệu suất hấp phụ vật liệu thấp Tại pH = 5, hiệu suất hấp phụ Mn2+ đạt giá trị cao pH > hiệu suất hấp phụ lại giảm Vật liệu PANi - BC: pH = 3, có hiệu suất H = 55,6%, Ct= 8,88 mg/L đến pH = hiệu suất đạt H = 66%, Ct = 6,8 mg/L; pH = hiệu suất H = 59,55 %, Ct = 8,09 mg/L Kết nghiên cứu ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ đƣợc thể hình 3.8 0.30 q, mg/g 0.25 0.20 0.15 BC PANi PANi -BC 0.10 0.05 pH Hình 3.8 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ Co=20 mg/L, t=120 phút 23 Kết nghiên cứu cho thấy, pH có ảnh hƣởng lớn đến khả hấp phụ Mn2+ vật liệu Cụ thể: pH = 3, xảy hấp phụ cạnh tranh proton với Mn2+ nên giá trị pH nhỏ dung lƣợng hấp phụ thấp Khi tăng pH =  dung lƣợng hấp phụ vật liệu tăng Tại pH = dung lƣợng hấp phụ vật liệu đạt giá trị cao Khi pH > 5, dung lƣợng hấp phụ vật liệu giảm Nhƣ pH = tối ƣu cho hấp phụ Mn2+ vật liệu Sau khảo sát ảnh hƣởng thời gian, nồng độ ban đầu, pH, đến khả hấp phụ vật liệu Mn2+, ta kết luận điều kiện tối ƣu sau: C0 = 20 mg/L, t =120 phút, pH = 3.3 Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Đối với vật liệu PANi – BC ta có kết đƣợc thể hình 3.9: 37 C/q (g/L) y=0,18991x+32.75941 36 R2=0.93951 35 34 33 12 15 18 21 C (mg/L) Hình 3.9 Mối quan hệ C/q C theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu PANi – BC Mn2+ Mối quan hệ C0 KL đƣợc thể bảng 3.2 24 Bảng 3.2 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ gốc PANi- BC Mn2+ C0 (mg/L) KL (L/mg) RL 10 0.945347 5,807.10-3 20 0.89515 30 0.875249 40 0.813119 50 0.773884 Mối quan hệ tham số RL với nồng độ chất hấp phụ ban đầu C0 Mn đƣợc thể hình 3.10 2+ 0.96 PANi - BC 0.92 RL 0.88 0.84 0.80 0.76 10 20 30 Co 40 50 Hình 3.10 Mối quan hệ tham số RL với nồng độ chất hấp phụ ban đầu C0 Mn2+ Kết cho ta thấy tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ C0, C0 tăng RL giảm dần (RL= 0,9453470,773884), tức nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng mơ hình dần có xu đến dạng khơng thuận lợi Từ bảng 3.2 hình 3.9 ta thấy, hấp phụ Mn2+ tn theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, thể giá trị thông số phù hợp nhƣ: qmax = 5,2657 mg/g, KL = 5,807.10-3 L/mg, R2 = 0,93951 25 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu đề tài, em thu đƣợc số kết luận nhƣ sau: 1.Tổng hợp thành công vật liệu hấp phụ PANi – BC phƣơng pháp hóa học với có mặt chất oxi hóa amoni pesunfat Quá trình tổng hợp vật liệu đƣợc tiến hành đơn giản, thân thiện với môi trƣờng, đem lại hiệu kinh tế cao Đã nghiên cứu số đặc trƣng vật liệu tổng hợp đƣợc phƣơng pháp SEM, IR Kết cho thấy có mặt PANi thành phần compozit PANi – BC, kích thƣớc vật liệu đạt cỡ Hiệu suất hấp phụ vật liệu PANi – BC cao nhiều so với PANi BC, ứng dụng để xử lý nƣớc thải ô nhiễm kim loại nặng Xác định đƣợc thơng số tối ƣu q trình hấp phụ Mn2+ vật liệu: thời gian cân hấp phụ t = 120 phút, pH = 5 Xây dựng đƣợc đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, dung lƣợng hấp phụ đạt cực đại qmax = 5,2657 mg /g Mn2+ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội [2] Nguyến Đình Huề (2007), Giáo trình Hóa lí (tập hai) Nhiệt động lực học hóa học , NXB Giáo dục Việt Nam [3] Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng polianilin đến cấu trúc PbO2, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Bùi Minh Quý (2015), Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng Pb (II), Cr (II), Cd (II), Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam [6] Mai Thị Thanh Thùy (2015), Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa,Luận án tiến sĩ hóa học, Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam [7] Phạm Thị Thanh Thủy (2007), Ứng dụng polyanilin để bảo vệ sườn cực chì ăcquy, Luận văn thạc sỹ khoa học hóa học, Đại học sƣ phạm Hà Nội [8] Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội [9] Phạm Thị Tốt (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng polyanilin đến tính chất quang điện hóa titan dioxit, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Quốc Gia Hà Nội 27 Tiếng Anh [10] Ali Kara & Emel Demirbel, Kinetic, Isotherm and Thermodynamic Analysis on Adsorption of Cr (VI) Ions from Aqueous Solutions by Synthesis and Characterization of Magnetic-Poly (divinylbenzenevinylimidazole) Microbeads, Water Air Soil Pollut, 2012, 223, 2387– 2403 [11] K B Hardiljeet et all, Kinetics and thermodynamics of cadmiumi on removal by adsorption onto nano Zerovalent iron particles, Journal of Hazardous Materials, 2010, 186, 458 – 465 [12] Nguyễn Hồng Minh (2003), Synthesis and characteristic studies Polyaniline By Chemical Oxydative Polymeriation,Master Thesis of Materials Science – Ha Noi University of Technology [13] Pharhad Hussain A M and AKumar (2003), “Electrochemical synthesis and characterization of chloride doped polianilin”, Bull Mater.Sci, Vol 26 No 3, pp 329 – 334 [14] R Ansari and F Raofie, Removal of Mercuric Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline, E-Journal of Chemistry, 2006, 3(10), 35-43 [15] R Ansari and F Raofie, Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline, E-Journal of Chemistry, 2006, 3(10), 49-59 [16] R.C.Sun et al, Structural and physico – chemical characterization of lignin solubilized during alkaline peroxide treament of barley straw, European Polymer Journal, 2002, 38, 1399 – 1407 [17] Vahid Mottaghitalab, Development and characterisation of polyaniline – carbon nanotube conducting composite fibres, Ph.D thesis, University of Wollongong, 2006, Australia [18] Y.S Ho, C.C Wang, Pseudo-isotherms for the sorption of cadmium ion onto tree fern, Process Biochemistry, 2004, 39, 759–763 28 Mạng internet [19] http://tancuongtea.com.vn/bvct/che-thai-nguyen/51/thanh-phan-sinhhoa-va-hinh-thai-cua-cay-che-thai-nguyen.html [20] https://ims.ac.vn/ [21] http://www.chelangson.com/khai-quat-chung-ve-cay-che-tinh-hinh-sanxuat-tieu-thu-che-tren-the-gioi-va-o-viet-nam-18-45-171-CMCDT.htm 29 ... cứu động học trình hấp phụ Mn2+ vật liệu hấp thu tổng hợp từ bã chè. ” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu động học hấp phụ Mn2+ vật liệu tổng hợp từ bã chè đánh giá khả hấp phụ vật liệu Nội dung nghiên. .. hấp phụ xảy Tùy theo chất lực tƣơng tác mà ngƣời ta phân biệt hai loại hấp phụ hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Trong số trƣờng hợp xảy hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 1.5 Động học q trình hấp phụ. .. nguồn nhiên liệu rào, tận dụng chúng nhằm hạn chế lƣợng chất thải mơi trƣờng, việc nghiên cứu động học q trình hấp phụ Mn2+ nƣớc thải vật liệu đƣợc tổng hợp từ bã chè hữu ích Vật liệu tổng hợp đƣợc