Khóa luận nghiên cứu khả năng hấp phụ ni(ii) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên tố niken 1.1.1 Tính chất vật lý, hóa học niken 1.1.2 Công dụng niken 1.1.3 Ảnh hưởng niken 1.1.4 Các phương pháp xử lí kim loại nặng nước 1.2 Phương pháp hấp phụ 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Cân hấp phụ - phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 1.3 Giới thiệu vỏ cà phê 11 1.4 Than hoạt tính (AC) cấu trúc bề mặt AC 13 1.4.1 Giới thiệu than hoạt tính 13 1.4.2 Các phương pháp sản xuất than hoạt tính 13 1.4.3 Cấu trúc xốp bề mặt than hoạt tính 15 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 17 2.1 Đối tượng nghiên cứu 17 2.2 Hóa chất dụng cụ 17 2.2.1 Hóa chất 17 2.2.2 Thiết bị nghiên cứu dụng cụ 17 2.3 Phương pháp nghiên cứu 18 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 18 2.3.2 Phương pháp phân tích 18 2.3.3 Phương pháp thực nghiệm 18 2.3.3.1 Xây dựng đường chuẩn Ni (II) 18 2.3.3.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê 19 2.3.3.3 Thực nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni(II) VLHP 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Kết xây dựng đường chuẩn xác định Ni (II) 22 3.2 Kết đánh giá khả hấp phụ Ni (II) vật liệu hấp phụ 22 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả hấp phụ Ni(II) 22 3.2.2 Kết đánh giá cấu trúc bề mặt vật liệu hấp phụ 24 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni(II) VLHP 26 3.3.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP 26 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP 27 3.3.3 Ảnh hưởng liều lượng VLHP đến khả hấp phụ Ni (II) 29 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả hấp phụ VLHP 30 3.4 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng giới nói chung nước ta nói riêng ngày gia tăng với phát triển nhiều ngành công nghiệp sản xuất, gây hậu nghiêm trọng cho môi trường người Trong số kim loại nặng niken có đợc tính cao Ngợ đợc niken hợp chất gây đau đầu, tức ngực, ho, khó thở, tổn thương tim mạch- hệ hô hấp, suy thận,…[8,13,15,18] Vì việc loại bỏ thành phần kim loại nặng đặc biệt Ni (II) khỏi nguồn nước ngầm hay nước thải công nghiệp một vấn đề quan trọng cần phải giải Đã có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng phương pháp kết tủa, trao đổi ion, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học ,…các phương pháp thường tốn đưa vào môi trường chất ô nhiễm khác Trong phương pháp hấp phụ có ưu điểm xử lý nhanh cho kết khả thi [12] Than hoạt tính (AC) với khả hấp phụ lớn vật liệu cần thiết cho ứng dụng để lọc ngành công nghiệp khác xử lý nước thải [1] Tuy nhiên giá loại AC đắt tiền hầu hết sản phẩm AC có nguồn gốc chung từ nguyên liệu tự nhiên tốn gỗ than Do việc tận dụng phụ phẩm nơng nghiệp bã chè [16], vỏ cà phê [29], bã mía [7], vỏ trấu [18] ,… nhà khoa học quan tâm tính kinh tế hiệu mà mang lại Mợt nguồn phụ phẩm nơng nghiệp có khối lượng lớn nước ta vỏ cà phê với thành phần xenlulozo, hemixenlulozo, lignin thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng nước có niken Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Từ lý trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ Ni (II) than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê”  Mục đích nghiên cứu Chế tạo loại than hoạt tính với chất hoạt hóa HNO3 từ vỏ cà phê với nồng độ chất hoạt hóa khác Sau đó, đánh giá khả hấp phụ Ni (II) nước VLHP chế tạo khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ Ni (II) VLHP (pH, thời gian, khối lượng,…)  Nội dung nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê - Đánh giá cấu trúc bề mặt VLHP thông qua IR SEM - Đánh giá khả hấp phụ Ni (II) VLHP chế tạo được, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ (pH, thời gian, khối lượng,…) - Xác định dung lượng VLHP  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều chế VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng, ion kim loại gây ô nhiễm mơi trường Về mặt kinh tế phế liệu nơng nghiệp sẵn có tiềm Việt Nam, một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên tố niken 1.1.1 Tính chất vật lý, hóa học niken  Tính chất vật lý Trong vỏ trái đất niken chiếm khoảng 0,015 % (theo khối lượng) Niken (Z = 28) tḥc nhóm VIIIB bảng tuần hoàn Bảng 1.1 : Một số đặc điểm ngun tố niken STT Cấu hình electron Bán kính nguyên tử, AO 28 [Ar] 3d84s2 1,24 Niken kim loại có ánh kim, màu trắng bạc, bề mặt bóng láng Đặc tính học: cứng, dễ dát mỏng dễ uốn, dễ kéo sợi Trong thiên nhiên niken có đồng vị bền: 58Ni (67,7%) ,60Ni ,61Ni ,62Ni ,64 Ni Số oxi hóa phổ biến niken + 2, 0, +1, +3 phức niken quan sát Trong tự nhiên, niken xuất dạng hợp chất với lưu huỳnh khoáng chất millerit, với asen khoáng chất niccolit, với asen lưu huỳnh quặng niken Bảng 1.2 : Một số số vật lí Niken [13] Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sơi, chảy, oC 1453 Nhiệt thăng Độ cứng C hoa, KJ/mol (thang Moxơ) 3185 424 o Độ dẫn điện 14  Tính chất hóa học Niken kim loại có tính hoạt đợng trung bình, khả phản ứng sắt coban Ở điều kiện thường khơng có ẩm, khơng tác dụng rõ rệt với nguyên tố không kim loại điển O 2, S, Cl2, Br2 có màng oxit bảo vệ Khi đun nóng phản ứng mãnh liệt Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội niken chia nhỏ Niken tinh khiết bền với khơng khí nước, người ta dùng niken để mạ đồ kim loại 1.1.2 Cơng dụng Niken Niken có nhiều tính đặc biệt Niken cứng lại dẻo, dễ cán kéo rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: mỏng, băng, ống Những hợp kim với một số kim loại khác dùng kỹ thuật lại hợp kim cứng, người ta thường đưa vào thép để tăng độ cứng, độ bền nhiệt, chống ăn mòn cho loại thép hợp kim đặc biệt [3] Do tính chất khó bị oxi hóa nên niken dùng cơng nghiệp mạ để bảo vệ kim loại dễ bị gỉ sét Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo ắc quy kiềm có dung lượng cao bền vững Ngồi ra, hợp kim chứa 6%- 8% niken (18%-20% crom) thép khơng gỉ cao cấp, bền ăn mịn mơi trường xâm thực mạnh Vì vậy, chúng dùng nhiều ngành công nghiệp: chế tạo máy, hàng không, tên lửa, chế tạo ô tô, thiết bị y tế, xây dựng,… Trong đời sống hàng ngày, hợp kim niken dùng nhiều làm dụng cụ gia đình, bợ đồ bếp 1.1.3 Ảnh hưởng Niken Niken sử dụng nhiều ngành cơng nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, Niken vào thể chủ yếu qua đường hơ hấp, gây triệu chứng khó chịu, buồn nơn, đau đầu, tiếp xúc nhiều ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận , da tiếp xúc lâu dài với niken gây tượng viêm da, xuất dị ứng,… [8,13,15,18] Hợp chất nikencacbonyl có đợc tính cao (hơn khí CO 100 lần) Những nghiên cứu cho thấy đợc tính đặc biệt cao nikencacbonyl thể dạng hạt nhỏ, mịn lắng đọng phổi Ở điều kiện ẩm dịch phổi gây kích ứng sưng huyết phù nề phổi Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải chứa niken (II) [1] QCVN 40:2011/BTNMT quy định nồng độ niken (II) nước thải công nghiệp sau: Bảng 1.3 Giá trị giới hạn nồng độ ion kim loại Ni2+ nước thải công nghiệp Nguyên tố Đơn vị Niken mg/l Giá trị C A B 0,2 0,5 Trong đó: Cợt A quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Cột B quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Mục đích sử dụng nguồn tiếp nhận nước thải xác định tại khu vực tiếp nhận nước thải 1.1.4 Các phương pháp xử lí kim loại nặng nước  Phương pháp sinh học: - Hấp thụ sinh học - Chuyển hóa sinh học - Phương pháp bãi lau sậy - Các trình sử dụng enzyme khác  Phương pháp kết tủa: - Quá trình oxi hóa khử - Q trình kết tủa hiđroxit - Q trình kết tủa sunfit - Q trình photphat hóa Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Khóa luận tốt nghiệp  Trường ĐHSP Hà Nội Q trình điện hóa: - Kết tủa điện hóa - Thẩm tách điện hóa - Đơng tụ điện hóa - Trao đổi ion điện hóa  Hấp phụ trao đổi ion: - Hấp phụ (vật lý, hóa học) - Trao đổi ion  Phương pháp màng: thẩm thấu ngược lọc Nano (10-9m), - Vi lọc - Quá trình màng lỏng  Ngồi ra, cịn có phương pháp trích ly phương pháp quang hóa 1.2 Phương pháp hấp phụ 1.2.1 Các khái niệm  Hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng) Trong đó, cấu tử từ hỗn hợp lỏng khí hấp phụ bề mặt chất rắn, xốp Chất có bề mặt, xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ; cịn chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ; pha mang hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ Hấp phụ mợt q trình tỏa nhiệt Ngược với hấp phụ trình khỏi bề mặt chất hấp phụ phần tử bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác phân tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học [2] Hấp phụ vật lý Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 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 Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học gây lực liên kết hóa học ( liên kết cợng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí) bề mặt chất hấp phụ phần tử chất bị hấp phụ, liên kết bền, khó bị phá vỡ Nhiệt lượng tỏa hấp phụ hóa học thường lớn 22 kcal/mol Trong thực tế phân biệt hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý tương đối ranh giới chúng khơng rõ rệt Mợt số trường hợp tồn tại q trình hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt đợ thấp xảy q trình hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm khả hấp phụ hóa học tăng lên [9], [11]  Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước [2] Hấp phụ môi trường nước hấp phụ hỗn hợp, hệ có ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do có mặt nước nên hệ xảy q trình hấp phụ cạnh tranh có chọn lọc chất bị hấp phụ nước tạo cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp có tương tác mạnh hấp phụ xảy với cặp Tính chọn lọc cặp hấp phụ 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 nước Vì vậy, khả hấp phụ chất hấp phụ chất bị hấp phụ trước tiên phụ tḥc vào tính tương đồng độ phân cực chúng: chất bị hấp phụ không phân cực hấp phụ tốt chất hấp phụ không phân cực ngược lại Hấp phụ mơi trường nước cịn bị ảnh hưởng nhiều pH dung dịch, độ xốp, phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản ảnh hưởng tới hấp phụ Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp  Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Quá trình hấp phụ ảnh hưởng yếu tố sau: Khối lượng phân tử, cấu trúc phân tử, loại số lượng nhóm chức, hàm lượng tro hợp chất dễ bay hơi, diện tích bề mặt riêng, số lượng vi lỗ có vật liệu, pH môi trường hấp phụ pH vật liệu, liều lượng vật liệu hấp phụ,thời gian hấp phụ, nồng độ chất hấp phụ 1.2.2 Cân hấp phụ - phương trình đẳng nhiệt hấp phụ  Cân hấp phụ Hấp phụ vật lý mợt q trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ) Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều tốc đợ di chuyển ngược trở lại pha mang lớn Đến mợt thời điểm đó, tốc đợ hấp phụ (q trình thuận) tốc đợ giải hấp phụ (quá trình nghịch) trình hấp phụ đạt trạng thái cân [9], [11] - Dung lượng hấp phụ cân bằng: biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ một đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện xác định nồng độ nhiệt độ [11] Dung lượng hấp phụ tính theo cơng thức: q= (Co −Ccb )V m (1.1) Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g) V: thể tích dung dịch (l) 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) Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Có thể giải thích sau: than hóa giai đoạn chuyển hóa nguyên liệu dạng than, đồng thời làm bay một số chất hữu nhẹ ,làm tăng hàm lượng cacbon tạo bề mặt xốp ban đầu Q trình biến tính AC HNO3 làm cho bề mặt than hoạt tính có chứa nhóm chức cacboxylic (-COOH), nhóm chức tạo tâm hoạt đợng tham gia q trình trao đổi với cation nước Ngồi ra, q trình biến tính AC làm cho số lượng nhóm chức có tính axit bề mặt than tăng lên một cách đáng kể so với số lượng nhóm chức có tính axit bề mặt than ban đầu [17] Từ hình 3.2 , mẫu than hoạt tính với chất hoạt hóa HNO3 1M cho khả hấp phụ Ni (II) cao hiệu suất hấp phụ đạt 80,47% Trong nghiên cứu em chọn mẫu vật liệu AC - 1M làm VLHP cho thí nghiệm khảo sát 3.2.2 Kết đánh giá cấu trúc bề mặt vật liệu hấp phụ  Kết chụp phổ IR Hình 3.3 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR than chưa biến tính Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 24 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.4 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR than biến tính HNO3 Từ kết chụp phổ hồng ngoại cho thấy than biến tính HNO3 tồn tại liên kết -OH (3626,17 cm-1, 910,40 cm-1), C=C (1593,20 cm-1), C=O (1712,79 cm-1 ), C-H (750,31 cm-1), C-O (1033,85 cm-1 ) Vật liệu sau biến tính có thay đổi số sóng pic , bề rợng đợ mạnh pic có diện nhóm cacbonyl  Kết chụp SEM Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 25 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.5 Than chưa biến tính Hình 3.6 Than biến tính HNO3 Kết đánh giá bề mặt than chưa biến tính sau biến tính thơng qua liệu ảnh SEM thể Hình 3.5 Hình 3.6 cho thấy bề mặt than hoạt tính thay đổi biến tính HNO3 Ở đợ phóng đại 20,000 lần thấy, mẫu than chưa biến tính trơ, vơ định hình, có vi lỗ Trên mẫu than hoạt tính biến tính HNO3 có rãnh sâu bề mặt, có nhiều vi lỗ có hình thành vật liệu có cấu trúc tinh thể khơng nằm dạng vơ định hình Rõ ràng, hoạt hóa HNO3 làm cho vỏ cà phê nở mở cấu trúc xenlulozo vỏ cà phê Q trình hoạt hóa than HNO3 tạo nên lỗ nhỏ li ti làm cho than có khả hấp phụ giữ tạp chất tốt nhiều so với than chưa biến tính, than biến tính HNO3 hấp phụ ion kim loại dễ dàng 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni(II) VLHP 3.3.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu môi trường pH khác với khối lượng VLHP 0,5g, nồng độ đầu Ni (II) 25mg/l , thời gian khuấy 90 phút, với tốc độ khuấy 120vịng/phút, nhiệt đợ phịng thể qua Bảng 3.3 Hình 3.7 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 26 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP Mẫu pH Co (mg/l) Ccl (mg/l) H (%) 25 8,14 67,43 25 7,33 70,70 25 6,92 72,32 25 6,59 73,63 25 4,23 83,08 25 0,56 97,75 25 0,73 97,09 25 0,89 96,45 Hiệu suất hấp phụ (%) 120 100 80 60 40 20 0 10 pH Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP Dựa vào kết Bảng 3.3 Hình 3.6 em thấy khoảng pH từ 2÷7 hiệu suất hấp phụ Ni (II) tăng tương đối nhanh dần ổn định khoảng pH từ 7÷9, kết phù hợp với nghiên cứu K Ladirvelu cộng (2002) [22] Do đó, em chọn pH = dùng làm pH tối ưu sử dụng cho thí nghiệm 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Ni (II) VLHP Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 27 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo thời gian khuấy đạt cân hấp phụ khác với khối lượng VLHP 0,5 g, nồng độ đầu Ni (II) 25mg/l, thời gian khuấy 90 phút, môi trường pH=7 với tốc đợ khuấy 120vịng/phút, nhiệt đợ phịng thể qua Bảng 3.4 Hình 3.8 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Ni (II) Thời gian (phút) Co (mg/l) Ccl (mg/l) H (%) 10 25 7,98 68,08 20 25 7,86 68,57 40 25 7,73 69,07 60 25 5,45 78,19 80 25 4,15 83,41 90 25 0,56 97,75 100 25 0,64 97,42 120 25 0,8 96,77 Hiệu suất hấp phụ (%) Mẫu 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian khuấy (phút) Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian khuấy đến khả hấp phụ Ni (II) Qua kết từ hình 3.8 kết luận thời gian có ảnh hưởng đáng kể đến khả hấp phụ Ni (II) vào bề mặt than hoạt tính Theo thuyết hấp Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 28 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp phụ đẳng nhiệt phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc chất hấp phụ chất bị hấp phụ Khi thời gian hấp phụ ngắn, lượng Ni(II) hấp phụ một phần lên bề mặt than Đến thời gian kéo dài lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước lớn nên hiệu hấp phụ gần không tăng dần đạt đến trạng thái cân Kết nghiên cứu cho thấy khoảng 10÷90 phút hiệu suất hấp phụ Ni(II) tăng tương đối nhanh (từ 68,08 %÷97,75%) dần ổn định khoảng thời gian 90÷120 phút Do đó, lựa chọn thời gian tiếp xúc 90 phút để thực thí nghiệm 3.3.3 Ảnh hưởng liều lượng VLHP đến khả hấp phụ Ni (II) Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo liều lượng VLHP khác với nồng độ đầu Ni (II) 25mg/l, thời gian khuấy 90 phút, môi trường pH=7 với tốc đợ khuấy 120 vịng/phút, nhiệt đợ phịng thể qua Bảng 3.5 Hình 3.9 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng VLHP đến khả hấp phụ Ni (II) Mẫu Khối lượng VLHP (g) Co (mg/l) Ccl (mg/l) Hiệu suất (%) 0,01 25 3,01 87,97 0,05 25 0,89 96,45 0,1 25 0,72 97,09 0,2 25 0,68 97,26 0,3 25 0,56 97,75 0,4 25 0,81 96,77 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 29 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Khối lượng 100 98 96 94 92 90 88 86 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng liều lượng VLHP đến khả hấp phụ Ni (II) Kết thể hình 3.9 cho thấy khoảng 0,01-0,1g hiệu suất hấp phụ Ni (II) tăng chậm (87,97%÷97,09%) ổn định khoảng khối lượng VLHP 0,1- 0,4g Có thể giải thích rằng, việc tăng hiệu hấp phụ vật liệu hấp phụ Ni (II) việc tăng số lượng vị trí hấp phụ Tuy nhiên đến một giá trị định hiệu hấp phụ cực đại (nồng độ kim loại đủ cao để hấp phụ vào bề mặt AC tối đa đạt trạng thái bão hịa) việc tăng liều lượng chất hấp phụ khơng cịn ý nghĩa Do em chọn liều lượng chất hấp phụ 0,1g (đạt 97,09%) để sử dụng cho thí nghiệm 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả hấp phụ VLHP Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo nồng độ Ni (II) ban đầu khác với khối lượng VLHP 0,1g, thời gian khuấy 90 phút, môi trường pH=7, tốc đợ khuấy 120 vịng/phút, nhiệt đợ phịng thể qua Bảng 3.6 Hình 3.10 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 30 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ni (II) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ VLHP Co(mg/l) Ccl(mg/l) H(%) 10 0,32 96,82 20 1,54 92,29 30 4,15 86,17 40 7,65 80,87 50 14,25 71,49 60 20,37 66,06 Hiệu suất hấp phụ (%) Mẫu 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 Nồng độ Ni2+ (mg/l) Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đầu Ni (II) đến hiệu suất hấp phụ VLHP Từ kết thí nghiệm cho thấy nồng đợ cao khả hấp phụ Ni (II) than giảm Ở nồng độ từ 10 mg/l hiệu suất xử lý cao giảm dần tăng nồng đợ từ 20-60mg/l Điều giải thích nồng đợ Ni (II) ban đầu cịn thấp , trung tâm hoạt động bề mặt VLHP chưa lấp đầy ion Ni (II) Tuy nhiên, đến mợt thời điểm đó, trung tâm che phủ Ni (II), khả hấp phụ Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 31 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp vật liệu với Ni (II) giảm nhanh Bề mặt VLHP trở nên bão hòa dần Ni (II) Từ đó, ta chọn nồng đợ Ni2+ ban đầu tối ưu đem hấp phụ 10mg/l 3.4 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Kết cho thấy trình hấp phụ Ni (II) VLHP chế tạo tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Bảng 3.7 Các thông số khảo sát hấp phụ Ni (II) VLHP Co (mg/l) Ccb (mg/l) q (g/mg) Ccb/q (g/l) 10 0,32 4,84 0,07 20 1,54 9,23 0,17 30 4,15 12,93 0,32 40 7,65 16,17 0,47 50 14,25 17,87 0,79 60 20,37 19,82 1,03 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 32 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 25 1.2 y = 3.6271ln(x) + 8.3898 R² = 0.9892 Ccb/q (g/l) 20 q (mg/g) y = 0.0474x + 0.094 R² = 0.993 15 10 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 10 20 30 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Hình 3.11 Đường đẳng nhiệt hấp Hình 3.12 Sự phụ thuộc Ccb/q phụ Langmuir VLHP vào Ccb VLHP Ni (II) Ni(II) Từ đồ thị ta tính giá trị tải trọng hấp phụ Ni (II) cực đại số Langmuir: qm = KL = 1 = = 21,09 (mg/g) tanα 0,0474 b×qm = 0,094×21,09 = 0,5 Kết cho thấy dung lượng hấp phụ Ni (II) cực đại VLPH 21,09 mg/g số Langmuir 0,5 Từ kết so sánh với loại vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu khác cho thấy mẫu vật liệu hấp phụ em chế tạo có khả hấp phụ Ni (II) với dung lượng hấp phụ cực đại 21,09 mg/g cao Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 33 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.8 So sánh số chất hấp phụ sử dụng để loại bỏ ion Ni(II) nước STT Chất hấp phụ Dung lượng hấp phụ Tài liệu tham Ni(II) cực đại (mg/g) khảo Tro bã mía 6,5 [30] Vỏ chuối 6,8 [21] Than hoạt tính từ vỏ trấu 8,86 [12] Than chế tạo từ thân sen 16,95 [6] 20,75 [23] 65,36 [7] 21,09 Nghiên cứu Than hoạt tính từ chất thải bã chè Bã mía hoạt hóa axit anhydrit succinic VLHP Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 34 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp với nợi dung đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ Ni (II) than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê” em rút mợt số kết luận sau: Đã chế tạo VLPH từ nguyên liệu phế thải nông nghiệp vỏ cà phê thơng qua q trình biến tính HNO3 với nồng độ khác Đã xác định một số đặc điểm bề mặt VLHP chế tạo phổ hồng ngoại (IR) kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các kết cho thấy VLHP chế tạo có nhiều vi lỗ, tương đối xốp Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Ni(II) VLHP chọn tìm điều kiện tối ưu là: - pH=7 - Thời gian hấp phụ 90 phút - Liều lượng VLHP 0,1gam - Nồng độ Ni(II) ban đầu 10mg/l Kết cho thấy trình hấp phụ Ni (II) VLHP chế tạo tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với số Langmuir 0,5 Đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Ni(II) 21,09 mg/g, kết cao chất hấp phụ báo cáo tài liệu khác [6, 12, 21, 30] Kiến nghị: Qua nghiên cứu em kết luận sử dụng vật liệu vỏ cà phê biến tính HNO3 để hấp phụ xử lý tách niken khỏi nguồn nước bị ô nhiễm Từ kết em kiến nghị sử dụng than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê với giá thành rẻ, khả hấp phụ tương đối tốt, nên đưa vào ứng dụng xử lý nước sinh hoạt, nước thải một số ngành sản xuất dược phẩm, nước thải công nghiệp mạ kim loại… Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 35 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bộ Tài nguyên môi trường (2011), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, Nxb Thống Kê, Hà Nội Đặng Kim Chi (2005), Hố học mơi trường, Nxb Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Văn Đức, Hóa học phân tích, Đại học Thái Nguyên, 2008 Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Đức Thắng, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học Công ngệ Việt Nam, “Nghiên cứu khả hấp phụ Niken vật liệu Mn2O3 kích thước nanomet SiO2”,Tạp chí hóa học tháng 12 năm 2011, trang 49(6) 661-665 Vũ Thị Hậu, Trịnh Thu Nguyên, Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, “Nghiên cứu khả hấp phụ Ni(II), Cr(VI) than chế tạo từ tân sen ”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học – Tập 22, Số 4/2017 Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng, “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Ni(II) môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía ứng dụng vào xử lý mơi trường”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái nguyên, số 2(46), tập 2, năm 2008, trang 118-121 Lê Bá Huy (chủ biên) (2000), Độc học môi trường, Nxb ĐH Quốc Gia TP.HCM Lò Văn Huynh (2002), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính để loại bỏ số chất hữu môi trường nước”, Luận văn tiến sĩ Hóa học, Hà Nợi 10 Trần Thị Phương Mai (2017), “Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng Cr (VI) than hoạt tính biến tính H3PO4 vỏ cà phê”, Đại học Sư Phạm Hà Nợi Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 36 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 11 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lý tập 2, Nxb Giáo dục 12 Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học Kĩ thuật, Hà Nợi 2002 13 Hồng Nhâm (2001), Hóa vô tập ba, Nxb Giáo dục, Hà Nội 14 Sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2014), Báo cáo sản lượng cà phê từ năm 2009 đến năm 2013, Đắk Lắk 15 Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường sức khỏe người, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội 16 Đặng Văn Thành, Đỗ Trà Hương, (2015) “Chế tạo than hoạt tính từ bã chè ứng dụng cho hấp phụ thuốc diệt cỏ bentazon mơi trường nước”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 20, số , tr 193-199 17 Phan Đình Tuấn (2016), “Nghiên cứu cơng nghệ xử lý số loại nước thải than hoạt tính sản xuất từ vỏ trấu”, Đại học Tài nguyên Mơi trường TP.Hồ Chí Minh, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ 18 Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vơ tập 2: Các kim loại điển hình, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Tiếng nước ngoài: 19 Bansal R.C , Goyal M.(2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group,USA 20 Dqbrowski A., Podkoscielny P., Hbicki Z., Baczak M (2005), “Adsorption of phenolic compounds by activated carbon, A critical review’’, Chemosphere 58, pp.1049-1070 21 G Annadurai, R.S Juang, D.J Lee, “Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels”, Water Sci Technol 47 (2002) 185-190 22 K Kadirvelu, P Senthilkumar, K Thamaraiselvi, V Subburam, “ Activated carbon prepared from biomass as adsorbent: elimination of Ni(II) from aqueous solution”, Bioresource Technology 81 (2002) 87-90 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 37 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 23 Long Giang Bach , Bui Thi Phuong Quynh , Van Thi Thanh Ho , Nguyen Thi Thuong , Dinh Thi Thanh Tam , Trinh Duy Nguyen , Tran Van Thuan, “ Removal of Ni2+ aqueous solution by adsorption onto tea waste – derived activated carbon”, Journal of Science and Technology 54 (4B) (2016) 251-259 24 Moreno, C (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation”, Carbon, 38, pp 1995-2001 25 Marsh H., Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon” Elsevier, Spain 26 Nadir Dizge, Bülent Keskinler , Hulusi Barlas , “Sorption of Ni(II) ions from aqueous solution by Lewatit cation-exchange resin”, Journal of Hazardous Materials 167 (2009) 915–926 27 N Boujelben, J Bouzid, Z Elouear, “Adsorption of nickel and copper onto natural iron oxide-coated sand from aqueous solution Study in single and binary systems”, J Hazard Mater.163 (2009) 376-382 28 Srivastava, S.K., Gupta, V.K., and Mohan D (1997), “Removal of lead and chromium by activated slag-a blast-furnace waste”, Journal of Environmental Engineering, 123 (5), pp 461-468 29 Tran Thi Hien, Nguyen The Vu, Pham Huu Thien, Nguyen Dinh Thanh, Phan Dinh Tuan, “Synthesis of novel magnetic adsorbents from coffee husks by hydrothermal carbonization”, Journal of Science and technology 55 (4) (2017) 526-533 30 Vimal chandra Srivastava, Indra Deo Mall, Indra Mani Mishra, “Equilibrium modelling of single and binary adsorption of cadium and nickel onto bagasse fly ash”, Chemical Engineering Journal 117 (2006) 79-91 Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 38 ... học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Từ lý trên, em chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ Ni (II) than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê? ??  Mục đích nghiên cứu Chế tạo loại than hoạt tính. .. KIẾN NGHỊ Kết luận Sau q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp với nội dung đề tài: ? ?Nghiên cứu khả hấp phụ Ni (II) than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê? ?? em rút một số kết luận sau:... Qua nghiên cứu em kết luận sử dụng vật liệu vỏ cà phê biến tính HNO3 để hấp phụ xử lý tách niken khỏi nguồn nước bị ô nhiễm Từ kết em kiến nghị sử dụng than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê