Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN http //www lrc tnu edu vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NGỌC NGHĨA CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ THUỐC DIỆT CỎ 2,4 D VÀ BENTAZON CỦA THAN HOẠT TÍNH BÃ[.]
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NGỌC NGHĨA CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ THUỐC DIỆT CỎ 2,4-D VÀ BENTAZON CỦA THAN HOẠT TÍNH BÃ CHÈ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NGỌC NGHĨA CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ THUỐC DIỆT CỎ 2,4-D VÀ BENTAZON CỦA THAN HOẠT TÍNH BÃ CHÈ Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ TRÀ HƢƠNG THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Chế tạo, nghiên cứu hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4-D bentazon than hoạt tính bã chè” thân thực Các số liệu, kết đề tài trung thực Nếu sai thật xin chịu trách nhiệm Thái nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn HÀ NGỌC NGHĨA Xác nhận Xác nhận trƣởng khoa chuyên môn ngƣời hƣớng khoa học PGS.TS ĐỖ TRÀ HƢƠNG Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN i http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS ĐỖ TRÀ HƢƠNG cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy Khoa sau Đại học, thầy cô Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em q trình học tập, nghiên cứu, để hồn thành luận văn khoa học Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo cán phịng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả HÀ NGỌC NGHĨA Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN ii http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng iv Danh mục hình v MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Động học hấp phụ 1.1.3 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 11 1.1.5 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước 11 1.2 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 12 1.3 Sơ lược thuốc diệt cỏ 2,4-D, bentazon 13 1.4 Sơ lược than hoạt tính 15 1.5 Giới thiệu chè 16 1.6 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ sử dụng bã chè, chất thải chè làm vật liệu hấp phụ 18 1.6.1 Sử dụng bã chè, chất thải chè chưa biến tính 18 1.6.2 Sử dụng bã chè, chất thải chè biến tính 20 1.7 Một số kết nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ 21 1.8 Giới thiệu phương pháp phân tích trắc quang 22 1.8.1 Nguyên tắc 22 1.8.2 Độ hấp thụ quang (A) 22 1.8.3 Phương pháp đường chuẩn 23 1.9 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 24 1.9.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 24 1.9.2 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 24 1.9.3 Phương pháp phổ Raman 25 1.9.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT - IR) 25 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN iii http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Dụng cụ hóa chất 27 2.1.1 Dụng cụ 27 2.1.2 Hóa chất 27 2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D bentazon 27 2.2.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D 27 2.2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ bentazon 28 2.3 Chế tạo vật liệu than hoạt tính từ bã chè 29 2.4 Khảo sát tính chất vật lý, đặc điểm bề mặt TAC 29 2.5 So sánh hiệu suất hấp phụ TAC CAC 30 2.6 Xác định điểm đẳng điện TAC 30 2.7 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp 2,4-D bentazon TAC 31 2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ TAC 31 2.7.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 31 2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ TAC 32 2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ TAC 32 2.7.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ TAC 32 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Kết khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý TAC 34 3.2 So sánh hiệu suất hấp phụ TAC CAC 39 3.3 Xác định điểm đẳng điện vật liệu hấp phụ 41 3.4 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ 2,4-D, bebtazon TAC theo phương pháp hấp phụ tĩnh 42 3.4.1 Ảnh hưởng pH 42 3.4.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 44 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng TAC 47 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 50 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ TAC 52 3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 53 3.6 Khảo sát q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 55 3.7 Động học hấp phụ 2,4-D, bentazon TAC 57 3.9 Nhiệt động lực học hấp phụ 2,4-D, bentazon TAC 62 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN iv http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 2.1: Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch 2,4-D với nồng độ khác 28 Bảng 2.2: Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch bentazon với nồng độ khác 29 Bảng 3.1: Bảng so sánh hiệu suất hấp phụ 2,4-D, bentazon TAC CAC 39 Bảng 3.2: Kết xác định điểm đẳng điện VLHP 41 Bảng 3.3: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ 2,4-D bentazon TAC vào pH 42 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc dung lượng, hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào thời gian 44 Bảng 3.5: Sự phụ thuộc dung lượng, hiệu suất hấp phụ Bentazon vào thời gian 45 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào khối lượng TAC 47 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon vào khối lượng TAC 48 Bảng 3.8: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ dung lương hấp phụ 2,4-D bentazon vào nhiệt độ 50 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D bentazon TAC vào nồng độ 52 Bảng 3.10: Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir 54 Bảng 3.11: Các số phương trình Freundlich 56 Bảng 3.12: Số liệu khảo sát động học hấp phụ 2,4-D 57 Bảng 3.13: Số liệu khảo sát động học hấp phụ bentazon 58 Bảng 3.14: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2,4-D bentazon 61 Bảng 3.15: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2,4-D bentazon 61 Bảng 3.16: Kết tính KD nhiệt độ khác 63 Bảng 3.17: Các thông số nhiệt động trình hấp phụ 2,4-D Bentazon 64 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN iv http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Hình 1.2: Đồ thị phụ thuộc Cf/q vào Cf Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 11 Hình 1.4: Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb 11 Hình 1.5: Hình ảnh than hoạt tính 15 Hình 1.6: Ơ mạng tinh thể cacbon graphite 15 Hình 1.7: Mơ hình liên kết lớp cacbon graphite 15 Hình 1.8: Hình ảnh chè 17 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D 28 Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ bentazon 29 Hình 3.1: (a) Hình thái học bề mặt bã chè (b) TAC 34 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại CAC 36 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại TAC 37 Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ XRD TAC CAC 38 Hình 3.5: Phổ Raman TAC CAC 38 Hình 3.6: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ 2,4-D TAC CAC 40 Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ bentazon TAC CAC 40 Hình 3.8: Đồ thị xác định điểm đẳng điện TAC 41 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D TAC vào pH 43 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon TAC vào pH 43 Hình 3.11: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào thời gian 46 Hình 3.12: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon vào thời gian 46 Hình 3.13 : Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào khối lượng TAC 49 Hình 3.14: Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon vào khối lượng TAC 49 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-D TAC vào nhiệt độ 51 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon TAC vào nhiệt độ 51 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN v http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.17: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TAC 2,4-D 53 Hình 3.18: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 2,4-D 54 Hình 3.19: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir TAC bentazon 54 Hình 3.20: Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb bentazon 54 Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgCcb hấp phụ 2,4-D 56 Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgq vào lgC cb hấp phụ bentazon 56 Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc với 2,4-D 59 Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc với bentazon 60 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc với 2,4-D 60 Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc bentazon 61 Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lnKD vào 1/T 2,4-D 64 Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lnKD vào 1/T bentazon 64 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN vi http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Việt Nam nước nơng nghiệp, sản xuất lúa nước chủ yếu, lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ngày tăng Sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ giúp tăng suất trồng, mang lại lợi ích kinh tế cho người dân Theo chuyên gia, năm Việt Nam sử dụng đến triệu hóa chất thuộc 500 loại khác nhau, phần lớn thuốc trừ sâu lại trừ cỏ, trừ bệnh Tuy nhiên, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật thường xuyên không qui cách, liều lượng, làm cho hợp chất xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông, hồ thấm vào nguồn nước ngầm gây ảnh hưởng đến sức khỏe người động vật thủy sinh Hầu hết thuốc trừ sâu hợp chất hữu bền vững không bị phân hủy mơi trường theo thời gian, chí di chuyển từ vùng đến vùng khác, xa với nguồn xuất phát ban đầu không bị biến đổi Thuốc trừ sâu cịn có hại cho sống độc tính, gây ung thư đột biến Ảnh hưởng có hại thuốc trừ sâu sức khỏe người môi trường dẫn đến việc áp dụng pháp luật nghiêm ngặt chất lượng nước nhiều quốc gia… Để xử lý loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, sử dụng số phương pháp sau: quang hóa, oxy hóa, hiếu khí, ozon hóa, hấp phụ … Trong hấp phụ phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường Các chất hấp phụ rẻ tiền, hiệu chế tạo từ vật liệu tự nhiên vật liệu phế thải hoạt động công nghiệp nông nghiệp vấn đề nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu Việt Nam có khí hậu nhiệt đới mùa nằm khu vực Đông Nam Á, nôi chè Hiện nay, nước có khoảng 130 nghìn chè loại, suất bình quân đạt 77 tạ/ha, sản lượng chè nước đạt gần 824 nghìn búp tươi Trà Việt Nam xuất sang 110 quốc gia vùng lãnh thổ, giá trị xuất đạt gần 200 triệu USD/năm Việt Nam đứng thứ Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ giới sản lượng xuất trà với kế hoạch sản xuất đạt 1,2 triệu chè thô xuất 200.000 chè chế biến vào năm 2015 Thái Nguyên vùng chè trọng điểm nước, với diện tích chè 18.500ha, có gần 17.000ha chè kinh doanh, suất đạt 109 tạ/ha, sản lượng đạt gần 185 nghìn Xác định chè trồng mũi nhọn, năm qua, tỉnh Thái Nguyên triển khai nhiều biện pháp để nâng cao suất, chất lượng sản phẩm chè, có việc áp dụng quy trình thực hành sản xuất nơng nghiệp tốt (VietGAP) Hiện nay, tồn tỉnh có 15 mơ hình chè theo tiêu chuẩn VietGAP huyện Đại Từ, Đồng Hỷ, Định Hóa, Võ Nhai, Phổ Yên, Phú Lương Trong trình sản xuất chè, chè có chất lượng cao lựa chọn để sản xuất chè xanh khơ xuất khẩu, cịn chè chất lượng thấp sử dụng để sản xuất đồ uống trà để tách polyphenol chè Một số lượng lớn bã chè để sản xuất đồ uống thường bị thải môi trường mà không qua xử lý, khơng lãng phí tài nguyên mà gây vấn đề vệ sinh mơi trường q trình phân hủy Các nghiên cứu cho thấy chè có thành phần chủ yếu cellulose, hemicelluloses, lignin, tannin cácprotein Trong cellulose, hemicelluloses, lignin tannin chất có chứa nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl oxyl thơm…có khả hấp phụ các chất bảo vệ thực vật mơi trường nước Vì lí mà tơi lựa chọn đề tài "Chế tạo, nghiên cứu hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4-D bentazon than hoạt tính bã chè” Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Hiện có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Phương pháp học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hấp phụ phương pháp hóa học Trong phương pháp hấp phụ phương pháp xử lý ý nhiều thời gian gần đây, nhiều đặc điểm ưu việt Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, cơng nghệ xử lý khơng địi hỏi thiết bị phức tạp q trình xử lý khơng đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại [7, 8, 9, 10, 13, 14, 17,32] 1.1.1 Các khái niệm Hấp phụ: q trình tích lũy chất bề mặt phân cách pha (rắn – khí, rắn – lỏng, 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 Hấp phụ 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 [2,3,11] 1.1.1.1 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 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 Q 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 [2,3,11] 1.1.1.2 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 q 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 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 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 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 [2,3,11] Cân hấp phụ: Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược pha mang Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang lớn Đến thời điểm đó, tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) trình hấp phụ đạt trạng thái cân Đối với hệ hấp phụ xác định, dung lượng hấp phụ hàm nhiệt độ áp suất nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ q = f(T, P) q = f(T, C) (1.1) Ở nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất (nồng độ): 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) [6] Dung lượng hấp phụ cân bằng: Dung lượng hấp phụ cân bằnglà 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: q (C o C cb ).V m (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)dung dịch đến - 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 bề mặt chất hấp phụ sau khuếch tán vào sâu bên hạt chất hấp phụ [2,3,11] Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ tỷ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ nồng độ dung dịch ban đầu H (C o C cb ) Co 100 % (1.4) Trong đó: H: Hiệu suất hấp phụ Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L) Ccb: nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ (mg/L) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.1.2 Động học hấp phụ + Đối với hệ lỏng - rắn, trình hấp phụ xảy theo giai đoạn sau: - Giai đoạn khuếch tán dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngồi chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán mao quản: phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự: phần tử chất bị hấp phụ gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ Quá 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 trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán ngồi có tốc độ chậm Do giai đoạn đóng vai trị định đến tồn q trình động học hấp phụ Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào giai đoạn thay đổi theo thời gian trình đạt trạng thái cân [3] : v dx dt (1.5) : V dx dt (C0 Ccb ) k(q max q) (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) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc Lagergren dq t dt k1 (qe qt ) (1.7) Dạng tích phân phương trình là: lg(q e qt ) lgq e k1 t 2,303 (1.8) Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng: dq t dt k (q e q t )2 (1.9) Dạng tích phân phương trình là: t qt k q e2 t qe (1.10) Trong đó: qe , qt dung lượng hấp phụ thời gian đạt cân thời gian t (mg/g) k1, k2 số tốc độ hấp phụ bậc (thời gian-1) bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến 1.1.3 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 không 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, Langmuir… [2,3,11] Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng áp dụng cho hệ hấp phụ rắn - khí nêu bảng 1.1 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bảng 1.1 Một số phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Tên phƣơng trình Langmuir v vm Henry v k p Frendlich v , Shlygin-FrumkinTempkin v vm Brunauer-EmmettTeller (BET) Bản chất hấp phụ Phƣơng trình b.q b.q Vật lý hóa học Vật lý hóa học n Vật lý hóa học k p (n > 1) ln Co p a p v.( po p) vm C Vật lý hóa học (C 1) p vm C po Vật lý, nhiều lớp Trong phương trình trên: v : thể tích chất bị hấp phụ, đặc trưng cho đại lượng hấp phụ thường biểu diễn cm3 điều kiện tiêu chuẩn vm : đại lượng hấp phụ cực đại p : áp suất chất bị hấp phụ pha khí : độ che phủ ; a, b, k , k , , n, C, Co : số po : áp suất bão hòa chất bị hấp phụ trạng thái lỏng tinh khiết nhiệt độ Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: phương trình mơ tả cân hấp phụ thiết lập lý thuyết Phươngtrình 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 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 hấp phụ mơi trường nước Khi biểu diễn phương trình Langmuir sau: q q max b.C f (1.11) b.C f Trong đó: q , qmax : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) : độ che phủ; b : số Langmuir Cf: nồng độ chất bị hấp phụ đạt cân hấp phụ (mg/L) Khi tích số b.Cf q = qmax: mơ tả vùng hấp phụ tuyến tính Khi tích số b.Cf 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: Cf = q Cf + q max (1.12) q max b Cf q q q max N Cf Cf O O Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt Hình 1.2: Đồ thị phụ thuộc hấp phụ Langmuir Cf/q vào Cf tan qmax qmax tan Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN ; ON qmax b http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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) (1.13) 0< RL1 hấp phụ khơng thuận lợi RL=1 hấp phụ tuyến 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 (1.14) Trong đó: a : lượng chất bị hấp phụ (mol/g) K: số hấp phụ Henry p : áp suất (mmHg) 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 [3] ố q : k C cbn (1.15) 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 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: lg q Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN lg k 10 lg Ccb (1.16) n http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đây phương trình đường thẳng biểu diễn phụ thuộc lg q vào lg Ccb Dựa vào đồ thị ta xác định giá trị k n lgq q (mg/g) β M Ccb(mg/L) O lgCcb Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt Hình 1.4: Sự phụ thuộc lgq hấp phụ Freundlich vào lgCcb Otan = 1/n OM = lgk Trong đề tài nghiên cứu cân hấp phụ mơi trường nước theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir,Freundlich 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q 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 Q 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 [2,3,11] 1.1.5 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước Hấp phụ môi trường nước thường diễn phức tạp, hệ có ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do có mặt nước nên hệ xảy trình hấp phụ cạnh tranh có chọn lọc Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NGỌC NGHĨA CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ THUỐC DIỆT CỎ 2,4-D VÀ BENTAZON CỦA THAN HOẠT TÍNH BÃ CHÈ Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC... 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 [2,3,11] 1.1.1.1 Hấp phụ vật lý... 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 [2,3,11] Cân hấp phụ: Hấp phụ vật lý