HỎ CHÍ MINH S$ KHOA LUAN TOT NGHIEP SU PHAM HOA HOC KHAO SAT KHA NANG HAP PHU DONG VA NIKEN CUA ZEOLITE 4A DIEU CHE TU TRO TRAU Trang 2 LOI CAM ON Lời đâu tiên của khóa luận mày, tôi x
Trang 1BO GIAO DUC VA DAO TAO
TRUONG DAI HOC SU PHAM TP HỎ CHÍ MINH
(S$
KHOA LUAN TOT NGHIEP SU PHAM HOA HOC
KHAO SAT KHA NANG HAP PHU DONG VA NIKEN CUA ZEOLITE 4A DIEU CHE TU TRO TRAU
Trang 2LOI CAM ON
Lời đâu tiên của khóa luận mày, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới có Phan Thị Hồng Oanh Cơ là người đã trực tiếp hướng dan, góp Y định hưởng
va tan tinh gitip đỡ tôi trong suot quả trình thực hiện dé tai Nha su dong viên, quan
tâm của có đã giúp tôi có thêm động lực và niềm tin vượt qua khó khăn, hoàn thành
tốt khỏa luận
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cà thấy có bộ món Hóa lý, Công nghệ- môi
trường, Phản tích Hữu cơ và Lô cơ đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện giúp tơi
hồn thành đúng tiễn độ cua khỏa luận
Tói cũng xin gửi lời tri ân tất ca các thảy có đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suét chang đường đại học
là cuối cùng là lời cảm ơn chân thành tới gia đình, những người bạn đã
luôn gắn bó và đẳng hành, bên cạnh tôi
lì những yếu tô khách quan cũng như kinh nghiệm, hiệu biết của ban than vấn còn hạn chế nên khóa luận này không trảnh khỏi những sai sói Tôi xin ghỉ
nhận những lời góp ý nhận xét quý báu của thẩy cô cũng như bạn bè đề khóa luận
hoàn thiện hon
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tắt ca!
Thành phé Hé Chi Minh, ngay 8 thang 5 nam 2015
Trang 3MỤC LỤC
057 08 À)HH ,ÔỎ
CHƯƠỚNG TÔNG QUANG 2020222025 200216G2 021000 G020 aaa ea 2 L.1 GIỚI THIẾU VẺ ZEOLITE ZEOLITE 4A 5-5252 Sc522se2 2 mee Zam ls ccsscsicact sass sas Sood isaac cand aco 2
2: BRE A erises=—rr~rs=rsrr=====-.„ du“ 3
1,2, GIỚI THIỆU VẺ KIM LOẠI ĐÔNG KIM LOẠI NIKEN 4
1.2.] Kê ly đồng staal ee as 4
1.2.2 EM HE seo eokkdCn videos sv0seserveesnseebnske 5
1.3 NUGC, SU’ O NHIEM NGUON NUGC BOI KIM LOAI NANG 6
Sake Vall tr CUA MUGC «0 nonce cccccceceeseeeseeeseencssenesseeseeceeerenseeceseceereneeeeceeee 6
1.3.2 Sự ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng -.5 5-55- 6 1.4 GIỚI THIỆU VỀ HIỆN TƯỢNG HÁP PHỤ 5 55552 7 1.4.1 Tay 1axaeceseraarasrseseoese 7 1.4.2 Nhiệt động học của quả trình hắp phụ 25252555 ccccSxccvee 8 1.4.3 Phương trình đẳng nhiệt hắp phụ 2-52 552 S222 ccsz 22v 8 CHƯƠNG 2 NỘI DƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỬU 10 2.1 /9)89)80/8/€:/55a0000 5 10
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - .5-ccccscccoseee 10 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) - 2-5256 S7S2 2e 10 2.2.2 Phương pháp xác định dung lượng hắp phụ .- - 10 2.2.3 Phương pháp trắc quang xác định nồng độ (UV-Vis) fF
2.3 DUNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHÁT 2-5555 c5 12
2.3.1 TEE Us TNE OR ici niente RIERA 12
Trang 4CHƯƠNG 3 KÉT QUA THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUAN 13
3.1, ĐIÊU CHẾ ZEOLITE 4A TỪ TRO TRÂU 55 55<552 13 3.2 DO BEN pH CUA ZEOLITE 4A viscsssesssssesssecssssesssnesscovsesoussenscounseosoetien 15 13 CAC YEU TO ANH HUONG TOI QUA TRINH HAP PHU 39 91009.V04.900 0ï ÔÔố ốẽốẽốẽẽẽẽ ẽ 15
3.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nông độ CuỶ" ‹ : 15
3.342 Anh hưởng của thời gian đến quá trình hắp phụ 17
3.3.3 Ảnh hưởng của pH tới quá trình hắp phụ . . 55- I8 3.3.4, Anh hưởng của nông độ Cu?" đến quá trình hắp phụ 20
3.3.5 Anh hướng của lượng zeolite 4A tới quá trình hâp phụ 22
136 So sánh khá năng hấp phụ Cu** cua zeolite 4A va than hoạt tính 23
3.3.7 Phương trình đăng nhiệt hắp phụ Cu?" theo Langmuir 24
3.4 CÁC YẾU TÔ ANH HƯỚNG ĐÈN QUA TRINH HAP PHỤ bI401090/VA4290 000 ƯƠ!ƠƠ nCQDdẢẢŸẢ 25
3.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ NẺ' 25
3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trinh hắp phụ 27
3.443 Ảnh hưởng của pH đến quá trình hắp phụ . - 29
3.4.4, Ảnh hướng của nồng độ Ni?* đến quá trình hắp phụ 30
3.4.5 Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quả trình hắp phụ 32
3.4.6 So sánh khả năng hắp phụ Ni?° của zeolite 4A vả than hoạt tỉnh 34
3.4.1 Phương trình đảng nhiệt hấp phụ Ni?" theo Langmuir 34 3.5 KHA NANG HAP PHU DONG, NIKEN CUA ZEOLITE 4A 6 NÔNG ĐỘ TƯƠNG TỰ NƯỚC THÁI XI MẠ ĐIỆN -.e- 36
Trang 54.1 KÉT LUẬN 4.2 KIÊN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHAO
Oe EOE EERE EEE EERE EEE REESE EEE EEE TERRE EEE EEE REET CREE TR TT ee eee eee ew
See RRR ERE RHEE ERE EE EE HEE EE HEE EEE EE
Trang 6DANH MUC BANG BIEU
Bang | Cac chỉ số ô nhiễm kim loai nang cia nude thai ma dién 7 Bang 2 Bang tinh tốn các thơng số tế bào mạng (a) Í4 Bảng 3 Giá trị mật độ quang của các dung dịch chuân Cu°` Ì6
Bảng 4 Ảnh hướng của thời gian tới quá trình hấp phụ Cưự”' 17
Bảng 5 Anh hưởng của pH tới quả trình hấp phụ Cư`" J9 Bảng 6 Ảnh hưởng của nông độ CuÈ' tới quá trình hắp phụ CwỶ' 526 20 Bang 7 Anh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ Cưˆ" 32
Bảng 8 Tổng kết các điêu kiện hấp phụ Cư” của:zeolie II 33 Bảng 9 So sánh khả năng hấp phụ Cưˆˆcủa zeolite 44 và than hoạt tính 24
Bảng 10 Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 34
Bang II Giá trị mật độ quang của các dung dịch chuẩn N?*' 26
Bang 12 Ảnh hưởng của thời gian tới hấp phụ NiÊ" xì0 000436 soa Bảng 13 Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ NỲ" 29
Bảng 14 Ảnh hưởng của nông độ NÈ" tới quá trình hắp phụ NE`" 31
Bảng 15 Ảnh hưởng của khỗi lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ NỀ” 33
Bang I6 Tổng kết các điều kiện hấp phụ `" của zeolife 4A 34
Bảng 17 So sánh khả năng hắp phu Ni** cia zeolite 4A va than hogt tinh 34
Bảng 18 Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 35
Bảng 19 Giá trị mật độ quang các dung dịch chuẩn của đẳng 36
Bảng 20: KẾt quả mẫu 1 và mẫu 2 của đẳng di©0 0060611623038 an 34 Bảng 2] Giá trị mật độ quang các dung dịch chuẩn của niken 39
Trang 7DANH MỤC HÌNH ANH
Hai'/.1; Ca VúC NGÌM GÀ SE Beg
Hình L2 Các vị trí ion Na` trong vòng tâm oxi cua zeolite 4A ——— 3
Hình 1.3 Đường hấp phụ đăng nhiệt ọ Hình 1.4 Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ụ Hình 3.1 Hình ảnh sản phẩm zeolite 44 tổng hợp nem 13 Hình 3.2 Kết quả XRD ciia zeolite 4A đã tơng hợp ooo “ú&«sp; lš-Š Hình 3.3 Đường chuân xác định nông độ Cư°' l6 Hình 3.4 Mỗi quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hấp phụ Cư°ˆ 18
Hình 3.5 Mỗi quan hệ giữa pH và hiệu suất hấp phụ Cưˆ" tuliiob ¿da J9 Hình 3.6 Mối quan hệ giữa nông độ Cư" và hiệu suất hấp phụ 2!
Hình 3.7 Mỗi quan hệ giữa nông độ Cư” và dung lượng hắp phụ 2I Hình 3.8 Mỗi quan hệ giữa khối lượng :eolite 4A và hiệu suất hấp phụ CưẺ' 23
Hình 3.9 Đô thị biểu diễn phương trình đẳng nhiét Langmuir ciia Cu” 25
Hình 3.10 Đường chuẩn xác định nông độ NÈ" S012 su 27 Hình 3.11 Mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suắt hấp phụ WÈ" 28
Hình 3.12 Mắi quan hệ giữa pH và hiệu suất hấp phụ N" . 30
Hình 3.13 Mắi quan hệ giữa nồng độ NÊ" và hiệu suất hắp phụ Nữ 3]
Hình 3.14 Mắi quan hệ giữa nông độ NẺ* và dung lượng hấp phụ 32
Hình 3.15 Mối quan hệ giữa khối lượng teolite 4A và hiệu suất hấp phụ N†” 33
Hình 3.16 Đô thị biễu diễn phương trình đăng nhiệt Langmuir của NÏ°* 35
Hình 3.17 Đường chuẩn xác định nông độ ion đẳng, 22s 222212222 52222 sesso 37
Trang 8MỞ ĐÀU
Nước đóng vai trò quan trọng trong cuộc sông của con người cũng như các sinh
vật khác Tuy nhiên hiện nay các nguồn nước đứng trước mỗi đe dọa của sự õ nhiễm
kim loại nặng do nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, thuốc trử sâu hóa học, ô
nhiễm phóng xạ Các kim loại nặng chủ yếu như đồng (Cu) niken (Ni), có chức
nang sinh học đôi với cơ thê sông nhưng nó có thẻ tích lũy vả trớ nên độc hại với sức
khỏe ở hàm lượng vượt quá mức cho phép
Việc chiết, tách ion kim loại nặng từ dung dịch nước đã trở thanh van de dang
quan tâm của các nhả nghiên cửu trên thể giới Gần đây nhiều kỹ thuật khác nhau đã
được sử đụng đẻ loại bỏ ion kim loại nặng phương pháp thông thường được sử đụng gồm trao đôi ion, thâm thấu ngược nhưng không được danh giá cao đo còn nhiều hạn chế vẻ pH, giá thành Trong thời gian gần đây, nhiều chất hấp phụ thay thế được sử dụng để loại bỏ ion kim loại nặng như đất sét, than hoạt tính, zeolite [13],
Từ nhiều thập niên trước, zeolite - rây phân từ đã trở thành mặt hàng có thị trường rộng lớn trên thể giới, đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực Đến nay nước ta đang đi vào thời kỳ phát triển mạnh, nhất là về dầu khí, sản xuất nhiên liệu sạch, các nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất, công nghiệp được phẩm và bảo vệ môi trường Thị trường zeolite chắc chắn được mở rộng ngay trên đất nước ta
Số lượng zeolite tự nhiên và tổng hợp đã biết hiện nay lên đến hàng trăm, nhưng có những ứng dụng thực tế thi chỉ dưới một chục Những zeolite được sử dụng
nhiều nhất là zeolite A, zeolite X, zeolite Y [11]
Zeolite 4A tir tro trấu đã được điều chế thành công bởi phòng thí nghiệm Hóa lý trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, song nghiên cứu các ứng dụng vẫn còn chưa khai thác hết Do đó, những nghiên cứu sâu về khả năng hấp phụ kim loại nặng, đặc biệt là đồng và niken để ứng dụng loại bỏ các ion này trong nước thải công nghiệp là rất cần thiết Với ý nghĩa thiết thực trên, chúng tôi chon dé tai: “KHAO SAT
Trang 9CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN
1.1 GIỚI THIẾU VE ZEOLITE, ZEOLITE 4A
1.1.1 Zeolite
Zeolite là tên chung đề chỉ một họ vật liệu khống vơ cơ có cùng thành phản là
aluminosilicate Nó có cấu trúc mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp vả các kénh/mao quán chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trắng Các khoang trồng
chửa các ion có thê trao đôi được (Na", K" ) vả có thể giữ, trao đôi thuận nghịch với
các phan tư bên ngoải xâm nhập vào Công thức chung cua zeolite la
MnO AlvOs.xSiO2 yH2O hode Mynl{(AlO2)4Si0O2) |.2H20
Trong đó: n là hóa trị của kim loại M
Don vi cau tric co ban của Zeolite là các tứ diện silica [SiOa]# và tứ diện alumina [AlOx]”' nỗi với nhau qua các đỉnh chung, tạo thành các cầu nối oxi Khi tat cả
các oxi trong tứ điện silica đều được dùng chung thì tử diện silica sẽ trung hòa điện
Sự thay thế Si(IV) bằng Al(HI) làm xuất hiện trong cấu trúc zeolite một điện tích âm Các cation đương như là K*, Na", Ca?" sẽ đi vào cấu trúc zeolite để trung hòa điện
[7]
Zeolite là một loại chất hắp phụ cỏ bề mặt phát triển và hệ thông cửa số cứng chắc có kích thước phân tử Vì bể mặt trong của zeolite phát triển hơn bể mặt ngoài nhiều lằn, nên hiện tượng hắp phụ chủ yếu xảy ra trên bé mặt trong, tức là các phân tử bị hắp phụ phải đi qua được cửa sô của zeolite Những phân tử có kích thước nhỏ hơn hay bằng kích thước cửa số mới đi vào được bể mặt trong, còn những phân tứ có kích
thước lớn hơn cửa số của zeolite thì bị đây ra ngoài và không bị hắp phụ bởi zeolite Đó là tính chất hắp phụ chọn lọc của zeolite rây phân tử Hắp phụ chọn lọc là một tính
chất đặc thù và có nhiều ửng dụng của zeolite Dung lượng hắp phụ của zcolite phụ
thuộc vào nhiệt độ, áp suất, bản chất của chất hắp phụ và bản chất của zeolite Quá trình hắp phụ bằng zeolite là một quá trinh thuận nghịch Ngược với quá trình hắp phụ
là quá trình giải hấp, khi đó những chất bị hắp phụ trên bề mặt zeolite sẽ được giải
phóng hoàn toàn ra khỏi zeolite mà không hẻ bị biến đạng [11]
Trong tự nhiên có khoảng 56 loại zeolite và có hơn 150 loại zeolite tông hợp
Trang 101.1.2 Zeolite 4A
Zeolite 4A (loai LTA) là zeolite tông hợp với những lỗ xốp rắt nhỏ T¡ lệ Si/AI
từ 0,7 đến 1.2 Một công thức điện hinh của zeolite A: Naxs[(SiOa)a(AIO:)(:].27H2O có tì lệ Si/AI = 1 Zeolite 4A được tạo thành từ các cấu trúc sodalite Những sodalite náy liên kết với nhau qua những vòng 4 cạnh kép tạo ra các mao quản có cửa số hình
vòng 8 cạnh với chiều rộng 4 Ả
Hình 1.1 Cấu trúc zeolite 4A
Cation bủ trừ điện tích của zeolite 4A là Na", cdc cation nay nim ngoài khung, hau như không tuân theo tính đối xứng cao của khung nên thường được gọi là các "phần tử mắt trật tự”
Hình !.2 Các vị trí ion Na" trong vòng tám oxi ciia zeolite 4A
Có bến vị trí có thể có của Na" trong vòng tám oxi, tuy nhiên chỉ có duy nhất
một Na" nên cation Na" này có thể di chuyển trong bốn vị tri trong đương đó Zeolite
NaA có đường kính lỗ 4 Ả, có thể chuyển đổi thành 5 Ä hoặc 3 À bằng cách trao đôi
ion dung địch của muối canxi hoặc kali
Trên thế giới cũng như Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp
thành công zeolite 4A từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Một trong số đỏ là đề tải
Trang 11tốt nghiệp của Nguyễn Bình Nguyên - sinh viên Khoa Hỏa trường Đại học Sư phạm Ip.HCM đã tông hợp thành công zeolite 4A từ nguôn nguyễn liệu silic 1a tro trấu với tỉ
lệ SiOz/AbO: : NazO/SiO: : H:O/Na:O là 1.5 : 10 ; 56,51 bằng phương pháp thủy nhiệt trong bình thuy tỉnh có nút chặt ở 100°C trong 6 gid, sau dé hap phy metylen
xanh [$, 11, 13, 14]
1.2 GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI ĐÔNG, KIM LOẠI NIKEN
1.2.1 Kim loại đồng
Đông (Cu Z = 29) lả nguyên tổ kim loại chuyền tiếp thuộc nhóm IB La kim loại màu đỏ, đéo, để kéo sợi và dát mỏng dẫn điện vả dẫn nhiệt tốt
Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nên văn minh cô đại vả nó
có lịch sử sử dụng ít nhất 10.000 năm Hoa tai băng đồng đã được tìm thấy ở miễn Bắc lrắc có niên đại 8.700 năm TCN Khoảng 5000 năm TCN đã có những dâu hiệu của việc luyện, nấu đồng tinh chế đồng Người Ai Cập phát hiện ra rằng nếu thêm một lượng nhỏ thiếc vào sẽ làm cho kim loại đồng để đúc hơn, vi thế hợp kim đồng đỏ được tìm ra ở Ai Cập gần như đồng thời với đồng
Hàm lượng đông trong vỏ Trải Đất khoảng 0,01 % Trong tự nhiên, đồng tổn tại ở các quặng như chaleopyrit CuFeS¿, bornit CuxFeS:, chaneozit Cu;S, Ở Việt Nam, quặng đồng phân tán ở các tỉnh Lào Cai, Sơn La, Cao Bằng, Lâm Đồng được hình
thành từ nguồn gốc magma, thủy nhiệt, trằm tích và biến chất
Đồng là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp Xét về khối lượng tiêu thụ, đông xếp hàng thứ ba trong kìm loại, chỉ sau thép và nhôm Nó được sử dụng làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện công nghiệp và dân dụng, hợp kim của đồng dùng nhiều trong xây dựng chế tạo máy, sản xuất điện cực
Đồng còn là nguyên tố vi lượng cần thiết cho các cơ thể sống, nó chịu trách nhiệm thúc đây các quá trình hóa học diễn ra bên trong các tế bảo Nếu không có hoặc thiếu đồng trong các mô thực vật thì hàm lượng chất điệp luc sẽ giảm, lá cây bị vàng
úa, cây có thê chết Trong máu của các lồi tơm cua đồng tham gia vào việc hình thành
sắc tố hô hấp hemocyanin giống như vai trò của sắt trong máu các loài động vật khác Nếu không đủ lượng đồng, cơ thể sẽ mắc bệnh thiếu máu và xuất hiện triệu chứng suy nhược Nông độ thắp ion Cuˆ" trong nước có tác dụng diệt khuẩn, diệt nắm và làm chất
Trang 12bảo quán gỗ Tuy nhiên khi nông độ đông quá mức cho phép có thể gây ra các bệnh
nguy hiểm cho cơ thẻ người như bệnh Wilson ngộ độc các muối đồng gãy tốn thương đường tiêu hỏa gan thận vả niêm mạc Tiêu chuẩn cho phép nông độ
đông trong nước uống vả nước mật: 0.02 - 1,5 mgíl tủy theo tiêu chuẩn từng nước |4
8 10]
1.2.2 Kim loai niken
Niken (Ni, Z = 28) là nguyên tế kim loại chuyến tiếp thuộc nhóm VIIB Lá
kim loại có màu trắng bạc, rất cửng để đánh bóng dễ uốn, bị nam chảm hút
Niken đã được dùng từ rất lâu, có thẻ 3500 năm TCN Đẳng ở Syria có chứa
niken tới 2 % Có nhiều bán thảo của Trung Quốc nói rằng “đồng trắng” đã được dùng ở phương Đông tử năm 1700 đến 1400 TCN Tiển xu dau tiên bang niken nguyên chất
dugc lam vao nam 1881 tai Thuy Si
Ham lượng niken trong vỏ Trái Đất khoảng 0,015 % Khoáng vật chủ yếu là
penladit là quặng sunfua của niken đồng và sắt Ngoài ra còn có quặng khác như gacnierit NiSiOy.MgSiOs, quang smantit la quang arsenua của NỊ, Có và Fe Trong
than đá vả trằm tích cũng chứa hàm lượng nhỏ niken Việt Nam chưa sản xuất được
niken kim loại dùng cho các ngành công nghiệp nhưng cũng có nguồn quặng niken đáng kế trong mỏ cromit Cô Định - Thanh Hóa
Dùng làm thép không gi, chế tạo hợp kim là các ứng dụng quan trọng của
niken Ngoài ra niken còn dùng trong luyện thép, pin, điện cực, chất xúc tác, công nghiệp mạ
Với vai trò sinh học, niken là nguyên tổ vi lượng có tác dụng kích thích hệ gan ~ tụy, giúp tăng khả năng hắp thu sắt, hoạt hóa một số enzim Thực vật nếu thiếu niken sẽ tích tụ ure trong lá, dẫn tới bị hoại tử định lá Tuy nhiên khi hàm lượng niken vượt quá mức cho phép, cơ thể bị nhiễm độc cỏ thể làm mat hoạt tính một số enzim khác cản trở quá trình tông hợp protein Tiếp xúc lâu đài với niken gây viêm da, kéo dài sẽ ảnh hưởng tới phổi, hệ thần kinh trung ương, gan thận hoặc gây ung thư Tiêu chuân hàm lượng niken trong nước uống tôi đa là 0,02 mg/1, với nước thải công nghiệp đã
Trang 131.3 NƯỚC, SỰ Ô NHIÊM NGUÔN NƯỚC BOI KIM LOAI NANG
1.3.1 Vai trò của nước
Nước rất cần thiét cho sự sông của con người cũng như các sinh vật Nước giúp con người, động thực vật trao đôi vận chuyền thức ăn, tham gia vào phán ứng sinh hóa
học và các mối liên kết, cấu tạo trong cơ thẻ Có thể nói, ở đâu có nước là ở đó cỏ sự
sống và ngược lại Cuộc sông con người ngày cảng phát trién cao, nhu cau nude cho sinh hoạt cũng tăng cao Không những thể nước còn rất cân thiết cho sản xuất nông nghiệp du lịch giao thông vận tải các ngành công nghiệp như công nghiệp thực
phám chế biến lương thực, luyện kim, [10]
1.3.2 Sự ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng
Õ nhiễm nước lả sự làm thay đôi bắt lợi cho môi trường nước, hoản toàn hay
đại bộ phận do các hoạt động khác nhau của con người tạo nên Những hoạt động gây
tác động trực tiếp hay gián tiếp đến những thay đổi vẻ các mặt năng lượng, thành phân vật lý hóa học cúa nước và sự phong phú các loài sinh vật sống trong nước [ 10]
Hiện nay do sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ dẫn tới nguồn nước đang bị ô nhiễm vả ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường và sức khỏe con người Đặc biệt vấn để nguồn nude ô nhiễm kim loại nặng đang được quan tâm nhiều bởi hằu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và các loài sinh vật khác Có nhiều nguồn gây ra nước bị ô nhiễm kim loại nặng như hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp luyện kim, công nghiệp sản xuất hóa chất, sơn, thuốc nhuộm Trong số đó nước thải ngành công nghiệp xi mạ nói chung và mạ điện nói riêng có chứa hàm lượng cao muối vô cơ và kim loại nặng Tùy theo kim loại của lớp mạ ma nguồn ô nhiễm chính có thê là đồng, niken, kẽm, và cũng
tùy vào muối kim loại sử dụng mà nước thái có chứa các độc tô khác như sunfat, xianua, amonium,
Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải ngành mạ điện được trình bảy ở
Trang 14Bang 1 Cac chi số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải mạ điện
| | Tiêu chuẩn kiếm soát
Nước thải chưa TCVN 5945-1995
Chi tiều | Don vi “ ae ¬ | xu li Loại B Loại C' pH ' 3.11 55-90 | 50-90 © Niken | mại 585 L0 Ƒ 2.0 Crom my/l 1-100 0,1 0.5 Kém mg/l 2-150 2 5 Đồng mgi1 ¡5 - 200 | 5 Sat mel 1-5 5 † 10 Xianua mg/l |—50 0.1 0,2 |
1.4 GIỚI THIẾU VẺ HIỆN TƯỢNG HÁP PHY 1.4.1 Hiện tượng hap phụ
Hap phy là sự tích lũy chất trên bẻ mặt phân cách giữa các pha (lỏng - rắn, khi ~ rắn, khí - lỏng) Chất mà trên bể mặt của nó xảy ra su hap phy gọi là chất hap phy, chất được tích lũy trên bề mặt đó gọi là chat bị hắp phụ Sự hắp phụ phụ thuộc vào bản chất chất hắp phụ và chất bị hap phy, vào nhiệt độ, vào nồng độ dung dịch (nếu sự hập phụ xảy ra trong pha lỏng) hoặc áp suất (nếu sự hắp phụ xảy ra trong pha khí) Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hắp phụ và chất bị hắp phụ, người ta phân
biệt hắp phụ vật lý và hấp phụ hỏa học Hắp phụ vật lý:
Trong hắp phụ vật lý, các phân tử bị hắp phụ liên kết với các tiểu phân (nguyên tử, ion, phân tử) ở bề mặt chất hắp phụ bởi lực liên kết Van der Waals yếu Lực đó bao gồm các lực hút như lực tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và định hướng Sự hắp phụ vật lý luôn lả một quá trình thuận nghịch nhiệt hắp phụ nhỏ, vào khoảng vài chuc kJ/mol
Hấp phụ hóa học:
Trang 15Trong thực té su hap phu vat ly va hoa hoc chi mang tinh chat tuong đối vỉ
ranh giới giữa chủng không thật rò rảng Trong một số trường hợp xáy ra đông thời cả hai quá trình hắp phụ các chất bị hắp phụ trên bẻ mặt đo các lực vật lý và sau đó liên
kết với chất hấp phụ bởi các lực hóa học (9 12] 1.4.2 Nhiệt động học của quá trình hấp phụ
Hắp phụ lả mội quá trình tự diễn biến, vi vậy quả trình hắp phụ luôn kèm theo
sự giảm năng lượng tự do của hệ, AG (AF) < 0 Do kết quả của sự định cư trên bê mặt của các phân tử chất bị hấp phụ nên số bậc tự đo của chúng giảm và đo đó entropi của
hệ giảm (hệ chuyên từ vô trật tự sang có trật tự)
Theo nhiệt động học thi:
- — Nếu quá trình đăng tích: AF = AU-—T.AS - — Nêu quá trinh đăng áp: AG = AH -T AS
Hai hàm G (F) và S đều giám, do đó H (U) cũng phải giảm Do vậy, quá trình hắp phụ luôn tỏa nhiệt [9]
1.4.3 Phương trình đăng nhiệt hấp phụ
Trong một hệ hắp phụ, quả trình hấp phụ xảy ra đến lúc nông độ của chat bj hap phụ trong môi trường xung quanh vả trên bề mặt chất hấp phụ xác lập thành một cân
bảng động Có nhiều mô hình nghiên cửu quá trình hấp phụ, tuy nhiên với những kết
quả thực nghiệm chúng tôi chọn mô hình hấp phụ đảng nhiệt của Langmuir để nghiên
cứu phù hợp
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir [9]
Theo Langmuir, bán kính tác dụng của lực hắp phụ nhỏ mỗi trung tâm hấp phụ một phân tử và như vậy trên bề mặt tạo thành một lớp hắp phụ đơn phân tử Các phân tử đã bị hấp phụ không cản trở sự hắp phụ các phân tử khác ở trên bẻ mặt cỏn trồng Phương trinh có dạng: b.Cr 1+b.Cr q “da Trong đó:
- q (mg/g) la dung lượng hap phụ
- qm(mg/g) 14 dung lượng hắp phụ cực đại
Trang 16C; (mg/1) là nông đó chất bị hắp phụ ở trạng thải can bang
Để xác định các hẳng số trong phương trình đảng nhiệt hấp phụ Langmuir, có thẻ chuyển phương trình về dạng phương trình đường thăng:
Trang 17
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong phạm vị đẻ tải nây chúng tôi tập trung nghiên cứu các van dé:
$ Điều chẻ zcolite 4A từ tro trâu
% Khảo sát độ bèn pH của Zeolite 4A
4% Khảo sát ảnh hưởng của các yêu tổ (thời gian, pH, nòng độ chất bị hắp
phụ lượng zeolite 4A) đến quá trinh hấp phụ NỈ", CuỶ" của zeolite 4A từ đó thiết lập phương trình đảng nhiệt hắp phụ phủ hợp
4 Khảo sát khả năng hắp phụ Cu” NỈ" với mẫu nước tương tự mẫu nước
thải xi mạ điện với điều kiện hắp phụ tôi ưu của zeolite 4A đôi với từng ion 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1 Phương pháp nhiều xa tia X (XRD)
Hiện tượng nhiều xạ lả hiện tượng giao thoa của các sóng gây nên bởi một vật đặt trên đường đi của chúng Sự nhiễu xạ xảy ra khi kích thước của vật gây nhiễu xạ xắp xi với bước sóng của bức xạ đo đó tia X được sử dụng để gây nên sự nhiễu xạ cho các nguyên tử trong mạng tỉnh thể Mạng tinh thể được xây dựng từ việc lặp đi lặp lại một cách đều đặn các đơn vị cấu trúc của nó Khi chiếu chùm tủa X tới tỉnh thể thì sẽ
có hiện tượng phan xạ trên các mặt mạng, mặt mạng nảo có giá trị d thỏa mãn phương
trình Bragg sẽ cho ảnh nhiễu xạ
Phuong trinh Bragg: 2d.sin® = nd (n la bac phản xa)
Dya vao phuong trinh Bragg, khi biết giá trị bước sóng 2 của tia X và góc tới 8, có thể xác định được giá trị của khoảng cách mạng d, các chỉ số Miller (hkl) Khi có giá trị d, so sánh với ngân hàng pic chuẩn có thể xác định được tên chất cũng như cấu
trúc pha tinh thể của chất [2, 6]
Trong đề tài này gián đồ XRD được tiền hành đo trên máy D8 - ADVANGCE tại Viện Công nghệ Hóa hoc (Dja chi: | Mac Dinh Chi, phường Bến Nghé, quận l, TP.HCM)
2.2.2 Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ
Lượng ion được hắp phụ được xắc định từ sự chênh lệch nông độ trước và sau hắp phụ [9] Dung lượng hâp phụ được tính theo công thức sau:
Trang 18_ (Œe—(Œ).V m
[rong đó:
q(mg/e) là dung lượng hắp phụ
- C„(mg!) lá nông độ chất bị hập phụ ban đầu
- — C;(mgí1) là nông độ chất bj hap phụ ở trạng thái cân bằng V (1) là thê tích dung dịch
- m(g) là khỏi lượng chất hắp phụ dùng đê hấp phụ
Hiệu suất hắp phụ lúc đỏ được tính:
(Cy — C,) 100
Co
2.2.3 Phương pháp trắc quang xác định nông độ (UV-Vis) %H =
Phé UV — VIS la phé electron, img véi mdi electron chuyển mức năng lượng ta sẽ thu được vân phỏ Phương pháp trắc quang xác định nòng độ các chất thông qua độ
hap thụ ánh sáng của dung dịch Sự hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật Bouguer - Lambert - Beer:
I= J,.107**
Trong đó:
- 1 là cường độ dòng sáng sau khi chiếu qua dung dịch - lạ là cường độ dòng sáng ban đầu - _£ là hệ số hấp phụ phân tử gam - là chiều dày lớp dung địch (chiều dài cuvet) - — C là nông độ dung dịch Khi do UV — VIS, ta thu duge giá trị mật độ quang A I A=Ig7 = elC
Một trong sế những phân tich định lượng thông thường bảng phương pháp trắc quang là phương pháp đường chuẩn Nội dung của phương pháp là xác định nòng độ chất nghiên cứu dựa vào một dãy dung địch chuẩn Từ phương trình đường chuân giữa
A va C trong khoảng tuân theo định luật Bouguer - Lambert —- Beer, ta tính được các
giá trị C tương ứng với các giả trị A |3]
Trang 19Trong để tài này chủng tôi tiền hành đo trắc quang xác định nòng độ trên máy UV-Vis V630 Spectrophotometter tại phòng Hóa Công nghệ và Môi trường trưởng
Đạt học Sư phạm TP.HCM
2.3 DUNG CU, THIET B] VA HOA CHAT
2.3.1 Dụng cụ, thiết bị
- Dụng cụ thủy tinh như bình tam giác (250 mÌ), bình djnh muc (50 ml, 100 ml,
1000 ml), cốc thủy tỉnh (S0 ml, 250 ml, 500 ml, 1000 mi), đũa thủy tỉnh phêu
- Pipet loai 5 ml, 10 ml, 20 ml, 25 ml, 50 ml - Giấy lọc
- Máy hút chân không máy khuấy từ, cân phân tích (chính xác tới 0.0001 g) - Tủ sấy, bé điều nhiệt
- May UV-Vis 2.3.2 Héa chat
- Ni(NO3)2.6H2O (rắn), CuSO¿.SHzO (rắn), bột AI, NaOH (răn), đimetyl glioxim (ran): xuất xứ Trung Quốc
- Cén tuyét déi, dung dich brom bao hoa, dung dich amoniac, dung dich axit
clohidric: xuất xứ Trung Quốc - Nước cắt một lần
Trang 20CHƯƠNG 3 KẾT QUÁ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.1 DIEU CHE ZEOLITE 4A TU TRO TRÁU
Dựa theo kết quả nghiên cửu tông hợp zeolite 4A tại phòng Thí nghiệm Hóa lý,
trường Đại học Sư phạm TP.HCM, chúng tôi đã tiễn hành điều chế lại zeolite 4A với: Nguon nhôm: dung dịch natri aluminat được điều chế từ nhôm bột và dung dịch
natri hidroxit
= Nguồn silic: dụng dịch natri silicat điều chế bằng cách khuấy tro trấu trong
dung dịch natri hidroxit
- Tí lệ phối liệu: SiO+/Al3O; : NazO/SiO; : HzO/Na:O = 1,5 : 10: 56,5
Hỗn hợp các phối liệu được khuấy trộn ! giờ ở nhiệt độ phòng sau đó thực hiện quá trình thủy nhiệt đẻ kết tỉnh zeolite 4A Quá trình thủy nhiệt được tiến hành bằng cách cho hỗn hợp phỏi liệu vào bình thủy tỉnh có nút chặt, rồi đặt trong bẻ điều nhiệt ở I00°%C trong 6 giờ Sau khi kết thúc, để nguội tự nhiên vẻ nhiệt độ phòng rồi lọc lay zeolite 4A Sau đó rửa sạch kiềm và sấy khô ở 80°C đến khối lượng không đổi [Š]
Sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, màu trắng (Hình 3.1)
Hình 3.! Hình ảnh sắn phẩm :eolite 44 tống hợp
Thành phần pha tỉnh thể của các sản phẩm tạo thành, được xác định bằng phương pháp XRD Kết quả được trình bày ở Hình 3.2
Trang 21Sodium Aluminum Silicate “¿x49 alia a= $ 2a tee _ »p~~~~x ^>~TÌwta - S@© ee Bee a ee ee) ee a Oe ee oe ee Le
ri oi OO Rhee ew eers Bee OOO Fm Fike) Ue kee eee Eee) eee cle ee bey eee gees Oe ©
Hình 3.2 Két qua XRD cia zeolite 4A dd téng hop
Gian dé XRD của mẫu xuất hiện các pic đặc trưng của zeolite 4A với tỉ lệ Si/Al = 1 Mạng tỉnh thể của zeolite 4A là mạng lập phương Giá trị các thông số tế bào mạng (a) tính từ các góc nhiễu xạ khác nhau được trình bày ở Bảng 2
Trang 223.2 DO BEN pH CUA ZEOLITE 4A
Zcolite có khung mạng cứng và bén vững với các tác nhân: nhiệt độ cao, oxi
hóa - khử các bức xạ ion hóa Các zeolite chủ yếu được tông hợp ở pH cao và bên ở
điều kiện đó nên hạn chế chủ yeu cua zeolite là hạn chế vẻ độ bẻn axit { 10]
Dé biét san pham zeolite 4A ben ở khoảng pH nảo, chúng tôi tiến hành thí
nghiệm sau:
Cho 0.035 g zeolite 4A và 40 ml nước cất vào cốc 50 ml được dung dịch đục Khuây đều bang may khuây từ Sau đó chỉnh pH của dung dịch bảng HC] 0.025
M vả NaOH 0.025 M Quan sát dung dịch khi dung dịch trong thì dừng chỉnh pH Két qua: zeolite 4A bi hòa tan ở khoảng pH gân 3 Chi sử dụng zeolite 4A ở pH
>4 Vị dụ: đê khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ ta nên xét từ pH = 4
trở di
Giải thích độ bên pH: ở pH thập sẽ có quá trình trao đôi ion Na" của zeolite và
lon H* của môi trường, sau đỏ là sự hòa tan nhôm trong mạng lưới zeolite dẫn đến làm sập cấu trúc tỉnh thé
3.3 CAC YEU TO ANH HUONG TOI QUA TRINH HAP PHU DONG CUA ZEOLITE 4A
3.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Cu?*
Pha dung dịch Cu?* nồng độ 102 M: cân chính xác 0,25 g CuSOxa.SH¿:O rồi định mức trong bình định mức 100 m] bằng nước cất Pha dung dịch Cu?" nồng độ 10? M: cân chính xác 0,25 g CuSO¿.5SH2O rồi định mức trong bình định mức 1000 ml bằng nước cắt Pha dãy dung dịch từ dung dịch Cu?' nồng độ 103 M: 5.10M; 1.10M; 5.10 M; 1.10°M; 5.10°M; 1.10°M
Lay day 9 binh djnh mirc 50 ml, danh sé tir 1 đến 9
Lan lugt lay cdc dung djch Cu?" cé néng 46 (M) va thé tich nhu sau: 1.107 (10 ml); 1.10 (20 ml); 1.102 (10 ml); 5.104 (10 ml); 1.104 (10 ml); 5.10° (10 ml); 1.105
(10 ml); 5.10°° (10 ml); 1.10° (10 ml)
Với mỗi bình, cho vào 5 mÌ dung dịch amoniac 25 % để tạo phức màu xanh tím
với Cu?" trong dung dịch Sau đó định mức bằng nước cất lên 50 ml
Trang 23Đề yên trong 10 phút Đem đi đo mật độ quang ở bước sóng = 600 nm với dung dich so sánh là nước cắt
Két qua do UV-Vis durgc thé hiện ở Bảng 3
Trang 24Vậy phương trình đường chuân đê xác định nông độ Cu” sau quá trình hap phu
la: A= §57.645.C + 0.0006
Hệ số tương quan R` = 0.9999
3.3.2 Anh hướng của thời gian đến quá trình hấp phụ
Để xác định thời gian đạt cần bằng hắp phụ Cu”" của zeolite 4A, chúng tôi tiền
hành thí nghiệm sau:
Chuan bj day 6 binh tam giac 250 ml Cho vao mdi binh 0,5 g zeolite 4A và 30
`» Ve
ml! dung dich Cu** néng dé 10° M Khudy déu cac mau trén may khuay từ trong các
khoảng thời gian khác nhau: 10, 20, 30, 45, 60, 90 phút
Sau đó loc lay dung dịch Mỗi binh lấy 20 ml địch lọc tiến hánh tạo phức với dung địch amoniac theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuân vả đo mật độ quang dung dịch đẻ xác định nòng độ Cu”" còn lại trong dung dịch
Kết quả khảo sát được trình bảy ở Bảng 4
Báng 4 Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ Cư” Thời gian | Nông độ đâu Mậtđộ Nôngđộsau Hiệu suất (phút) Cọ (M) quang A Cr (M) (%) 10 io? 0,0194 8,15.107 18,5 20 10° 0,0183 7,68.10 23,2 30 I0” 0,0158 6.59.10" 34,1 45 103 0.0068 2,69.10 73,1 60 103 0,0068 2,69.10 73,1 90 10° 0,0066 2,60.10 74,0
Tir Bang 4, chủng tôi dựng đỏ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hấp phụ Cu?" của zeolite 4A như sau:
Trang 25Hiệu suất % 3s & $8 8S - © 0 20 40 60 BO 100 Thời gian (phút)
Hình 3.4 Mắi quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hấp phụ Cu’
Hinh 3.4 cho thấy: khi thời gian khuấy tăng thì hiệu suất hấp phụ Cu?" tăng đần
và đạt cân bãng hắp phụ ở khoảng 45 phút
Cân bảng hấp phụ được giải thích là do ban đầu số lượng các lỗ trổng còn nhiêu, các ion Cu?" dễ đảng bị hấp phụ Sau khi các lỗ trống bị lắp day thi kha nang hắp phụ Cu?" không thay đổi nữa
Vậy ta chọn 45 phút là thời gian tối ưu cho các khảo sát tiếp theo
3.3.3 Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ
Để khảo sát ảnh hướng của pH đến khả năng hắp phụ Cu?" của zeolite 4A, chúng tôi tiễn hành thi nghiệm sau:
Chuan bj day 6 bình tam giác 250 ml Cho vào mỗi bình 0,5 g zeolite 4A va 30 mÌ dung dịch Cu?* nồng độ 103 M Điều chỉnh pH của day theo các giá trị: 4, 5, 6, 7, 8, 9 bằng NaOH 0,025 M và HCI 0,025 M Khuấy đều mỗi mẫu trên máy khuấy từ
trong 45 phút Lọc lấy dung địch
Lẫy mỗi binh 20 ml dich loc, tiến hành tạo phức với dung dịch amoniac theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuẩn và đo mật độ quang dung dịch xác định nông độ Cu?ˆ còn lại trong dung dich
Trang 26Bảng 5 Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ Cư” [ Nẵngđộ ' Mậtđộ 'Nôngđộsau| pH : Hiệu suất (3⁄9) dau Cy (M) quang A Cr(M) 4 | 10 | 00141 §85.107 | 41.5 5 | i | 00062 | 243102 75.7 6 10° 0.0091 3,69.103 63.1 7 | WW | 0013 5.07.102 493 8 io” | "00174 7,29.107 27.1 9 I0 0.0190 1,98 10 20.2 —=—— i
Từ Bảng 5, chúng tôi đựng đồ thị biêu dién mỗi quan hệ giữa pH và hiệu suất hap phụ Cu** cua zeolite 4A (Hinh 3.5) 8Ö wit ae % _ = * 1= Bs set | oF = — | “Ì——— 20 10 — = —— 0 0 2 4 6 8 10 pH
Hinh 3.5 Méi quan hệ giữa pH và hiệu suất hấp phụ Cưˆ'
Hình 3.5 cho thấy: trong khoảng pH 4 đến 5 hiệu suất hắp phụ tăng: khi pH > 5 hiệu suất hấp phụ giảm
Trang 273.3.4 Anh hướng của nông độ Cu?" đến quá trình hấp phụ
Đề khảo sát ảnh hướng của nông độ CuỶ" đến quá trình hập phụ của zeolite 4A, chúng tôi đã tiền hảnh thí nghiệm sau:
Chuẩn bị đây 9 binh tam giác 250 ml Cho vao mdi binh gồm 0.5 g zeolite va 30 ml dung địch Cu” nông độ (M) lần lượt như sau: 1.10); 5 102; 2.10; 10”; 8.103; 4.10”; 2.103; 1.103, 5.103 Sau đó chính vẻ pH tôi ưu
Khuây đều các mẫu bằng máy khuấy từ trong 45 phút Lọc lẫy dung dich
Mỗi binh lấy dịch lọc tiền hảnh tạo phức với đụng dịch amoniac theo đúng quy
trình như ở xây dựng đường chuẩn va do mật độ quang xác định nông độ Cu”' còn lại
trong dung địch
Lưu ý: để mật độ quang của các dung dịch nằm trong khoảng tuyến tính của
đường chuẩn, thẻ tích Cu”" lẫy đem tạo phức của các đung dịch là khác nhau Nông độ
CuẺ* ban đầu cảng lớn, thể tích lây tạo phức cảng bé
Kết quả khảo sát được trình bảy ở Bảng 6
Bảng 6 Ảnh hưởng của nông độ Cư” tới quá trình hắp phụ Cư”
Nông độ ` CƯ | aang | Ning ap | EO | Hien
đầu Cọ (M) ee | ee quang A | sau Cy (M) hấp phụ q suất (%) phức (ml) (ml) (mg/g) 1.101 0,5 50 0,0346 0,060 153,6 40.00 5.10? 0,5 50 0,0066 | 0,0104 152,06 79,49 2.107 2 50 0,0054 | 2,08.10° 68,81 89.6 1.107 2 50 0/0028 | 9,54.10 34,74 90.00 8.10” 2 50 0.0023 | 737.10 27,89 90,75 4.103 10 50 0.0042 | 3.12.10' 14,16 92,20 2.10° 10 50 0,0020 | 1,21.10 7,22 93,95 1.10° 20 50 0.0050 | 1,91.107 3.12 80,90 5.10" 20 50 0,0028 | 9,54.10° 1,55 80,92
Từ Báng 6, chúng tôi dựng đô thị biêu diễn mỗi quan hệ giữa nồng độ Cu?" và hiệu suất hắp phụ của zeolite 4A đối với Cu?" (Hình 3.6)
Trang 28Hiệu suất % oSss8 S838 88 0 002 004 006 0.08 01 0.12 Nong 46 C, (M)
Hình 3.6 Mỗi quan hệ giữa nông độ Cư” và hiệu suất hắp phụ
Hình 3.6 cho thấy: nhin chung khi nồng độ Cu?" tăng, hiệu suất hấp phụ giảm dân Do với cùng một lượng zeolite 4A chí có thể hấp phụ bão hòa một nòng độ Cu" nào đó Khi đã bão hòa, thì cảng tăng nông độ tí lệ giữa nồng độ Cu" đã bị hấp phụ so với nồng Cu?" ban đầu giảm nên hiệu suất hấp phụ giảm
Từ Bảng 6, chúng tôi dựng đồ thị mối quan hệ giữa nồng độ Cu? và dung lượng hắp phụ (Hinh 3.7) 180 - - 160 = ee — 100 7 0 0.02 0.04 0.06 0.08 01 0.12 dung lượng hắp phụ q (mg/g) Nông độ Cụ (M)
Hình 3.7 Mỗi quan hệ giữa nông độ Cư”ˆ và dung lượng hắp phụ Đồ thị 3.7 cho thấy: khi nông độ Cu?" tăng dung lượng hắp phụ tăng mạnh và đạt cân bằng hấp phụ ở nồng độ 5.10? M
Chọn nông độ Cu?ˆ là 5.10? M cho các khảo sát tiếp theo
Trang 293.3.5 Anh hưởng của lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ
Đề khảo sát ảnh hưởng của liễu lượng zeolite 4A đến quả trình hấp phụ Cu*’,
chúng tôi đã tiễn hành thi nghiệm sau:
Chuẩn bị dầy 6 bình tam giác 250 ml Cho vào mỗi bình gồm 30 ml dung dịch
Cu’ nông độ 5.10? M Lượng zeolite 4A (g) trong các bình lần lượt lả: 0.25; 0.5;
0.75; 1; 1.5; 2 Chính vẻ pH tôi ưu, khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 45 phút
Lọc lay dung dich Lây mỗi bình 2 mi dịch lọc đem tạo phức với dung dịch
amoniac theo ding quy trinh như ở xây dựng đường chuẩn vả đo mật độ quang xác
định nông độ Cu?" còn lại trong dung địch Kết quả khảo sát được trinh bảy ở Báng 7
Bảng 7 Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ Cư” Lượng zeolte Mậtđộ ' Nông độ sau | Hiệu suất 4A (g) quang A Cr(M) (%) 0,25 0.071 0,031 38 0,5 0.0259 0.011 78 0,75 0,0025 824.10 98,35 | 0,001 173.104 99,65 1,5 0,0012 2,6.107 99,48 2 0,0009 13.10 99.74
Từ Bảng 7, chúng tôi dựng đề thị biêu diễn mối quan hệ giữa lượng zcolite 4A và hiệu suất hap phụ của zeolite 4A đối với Cu?" (Hình 3.8)
Trang 30100 Hiệu suất (%4) &423283 8 30 20 10 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5
Khối lượng zeolite (g)
Hình 3.8 Mỗi quan hệ giữa khối lượng zeolite 44 và hiệu suất hấp phụ Cư” Hinh 3.8 cho thấy: khi tăng khối lượng zeolite 4A, hiệu suất hắp phụ Cu”” tăng dan Tir 0,75 g zeolite 4A trở về sau hiệu suất hắp phụ gần như đạt cực đại: sự hắp phụ gần như hoàn toàn
Điều này phù hợp với kết quả dung lượng hắp phụ (Bảng 6 và Hình 3.7) Ở nông độ Cu** 0,05 M, theo Bang 6: 0,75 g zeolite 4A hap phụ được 152,06 0,75 =
114,05 mg Cu?" trong khi dung dịch chỉ có 0,05, 0,03 64 103 = 96 mg Cu”” Lượng zeolite 4A cho khảo sát tiếp theo 1a 0,75 g
Các điều kiện tối ưu cho quá trình hắp phụ Cu?* được trình bày ở Bảng 8 Bảng 8 Tổng kết các điều kiện hấp phụ Cưˆ" của zeolite 4A
Nồng độ Cu2* | Thời gian | pHtối | Khốilượng|_ Hiệu suất _
hap phy tối ưu ưu zeolite 4A
30 ml Cu?" nồng
độ 5.10? M 45 phút 5 0,75 g 98.35 %
3.3.6 So sánh khả nang hap phu Cu” cia zeolite 4A va than hoat tính
Để so sánh hiệu suất hap phy cua zeolite 4A và than hoạt tính chúng tôi đã làm thí nghiệm sau:
Lấy 1 bình tam giác 250 ml: cho vào đó 0,75 g than hoạt tính, 30 ml dung dịch Cu?" nồng độ 5.10? M, chỉnh về pH tối ưu và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 45
phút
Trang 31Sau đó lọc lay dung địch Lay 0.Š ml địch lọc đem tạo phức với dung dịch
amoniac theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuẩn và do mật độ quang xác
định nỗng độ Cu”" còn lại trong dung dịch
Kết quả khảo sát với than hoạt tỉnh được so sánh với kết quả khảo sắt với
zeolite 4A (Bang 7) va được trình bảy ở Bảng 9
Bảng 9 So sánh khả năng hấp phụ CuÈ'của zeolite 44 và than hoạt tính Yêu tô Zeolite4A | Than hoạt tính Mật độ quang A 0.0025 0.0219 Nông độ sau Cr(M) | 8.24.10' 0.037 Hiệu suất (%) 98.35 26
Bảng 9 cho thấy: so với than hoạt tính, hiệu suất hấp phụ Cu? “của zeolite 4A
cao hơn nhiều ở củng điều kiện
3.3.7 Phuong trinh dang nhiét hap phy Cu” theo Langmuir
Từ các kết quả thu được, chúng tôi tiến hành xây dựng phương trình đăng nhiệt mô tả quá trinh hắp phy Cu*" cua zeolite 4A theo Langmuir (Bang 10)
Trang 3230 25 20 C/q (mg/g) C/q= 0.006 C, + 1,8374 R` = 0.9735 0 1000 2000 3000 4000 5000 C,(mgi) Hình 3.9 Đô thị biêu diễn phương trình đăng nhiệt Langmuir của Cư”' % Kết luận: Phương trình đãng nhiệt Langmuir: Cza = 0,006.C; + 1.8374 Hệ số tương quan R = 0.9735 Từ phương trình ta xác định được các hệ số: - _ Dung lượng hấp phụ cực đại: qu= =— = 166,67 (mg/g) - Ai luc hdp phy: b = ———— 166,67.1,8374 = 0,0033
Ta nhận thấy phương trình đăng nhiệt Langmuir mô tả khá chính xác quá trình hap phụ Cu?* của zeolite 4A Điều này được thẻ hiện qua hệ số tương quan R của phương trình hồi qui
3.4 CAC YEU TO ANH HUONG DEN QUA TRINH HAP PHU NIKEN CUA ZEOLITE 4A
3.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định nông độ Ni?
Pha dung dich Ni?’ nông độ 103 M: Cân chính xác 0,2905 g Ni(NO›);.6H:O, hỏa tan, định mức trong bình định mức 1000 ml bảng nước cắt Pha loãng dung dịch này để có nông độ: 5.10^M; 1.10M; 5.10ÝM; 1.10ÝM; 5.10®M; 1.10M
Pha thuốc thử đimetyl glioxim 1.2 %: Hòa tan 1,2 g đimetyl glioxim bằng 61,75 ml côn tuyệt đối
Trang 33Lây 7 bình định mức 50 mi, đánh số thư tự từ 1 đến 7, lẫy 5 ml dung dịch Ni?" nông độ (MỊ): 1.10); 5.102; 1.103; 5.10': 1.10'; 5.102: 1.10'® lần lượt cho vào mỗi bình
Lần lượt cho hóa chất theo thứ tự sau vào mỗi binh: 5 ml dung địch brom bão hỏa, 5ml dung dịch amoniac đặc ! ml thuốc thứ đimetyl glioxim 1.2 % đề tạo phức màu nâu đỏ với Nị”" trong dung dịch Sau đó định mức bằng nước cắt lên 50 ml
Đẻ yên trong 15-20 phút Đem đi đo mật độ quang ở bước sóng 2= 468 nm với dung dich so sánh là nước cắt,
Két qua do UV-Vis duge thé hién 6 Bang 11
Trang 341.6 14 1.2 Mật độ quang (A) 08 A = 13360.C + 0.0034 06 - R?= 0.9983 04 02 0.00006 0 00008 0.0001 0.00012 Néng 46 C (M) 0 0.00002 0.00004
Hình 3.10 Đường chuẩn xác định nông độ VN?"
Vậy phương trình đường chuẩn để xác định nồng độ Ni?" sau quá trình hắp phụ la: A = 13360.C + 0,0034,
Hệ số tương quan RỶ = (0.9983,
3.4.2 Anh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
Dé xác định thời gian đạt cân bằng hắp phụ của zeolite 4A, chúng tôi tiễn hành
thí nghiệm sau:
Chuẩn bị dãy 6 binh tam giác 250 ml Cho vào mỗi bình 0,5 g zeolite 4A vả 30 ml dung dịch Ni?*' nồng độ 10? M Khuấy đều các mẫu trên máy khuấy từ trong các
khoảng thời gian khác nhau: 10, 20, 30, 45, 60, 90 phút
Sau đó lọc lấy dung dịch Mỗi bình lẫy 5 ml dịch lọc, tiến hành tạo phức với đimetyl glioxim theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuẩn và đo mật độ quang dung dịch để xác định nồng độ Ni?" còn lại trong dung dịch
Kết quả được trình bày ở Bảng 12
Trang 35Bảng 12 Anh hưởng của thời gian tới hấp phụ NP’ Thời gian | Nông độ đấu | Mậtđộ | Nông độsau Hiệu suất(%) (phút) Co (M) quang A Cr(M) “ ` << 10 10 0.0389 2.66.10 | 97.34 =e 4 20 10 0.0353 2.39.10 97.61 30 10° (0.0238 1,53, 10° 98.47 45 10° 0.0222 1.41 10° 98.59 60 10° | 0.0209 131 L0” 98.69 | 90 TW 1,35 10° 98.65 |
Từ Bảng 12, chúng tôi dựng để thị biêu điển mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hắp phụ Ni** cua zeolite 4A nhu sau: a ——_ ——— a a sa 0 -_ 80 — — Ẵ mL— 60 -— = _ 40 230 }— — ÍỎIẢẶ 20 ‹ 10 ° 0 20 40 60 80 100
Hình 3.11 Mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hắp phụ Ni** Hình 3.11 cho thấy: trong khoảng thời gian đầu, hiệu suất hip phy tang dan va đạt cân bằng hấp phụ ở khoảng 30 phút
Cân bằng hấp phụ được giải thích là do ban đầu các lỗ trống trong phân tử zeolite còn nhiều, các ion Ni?* dễ dàng bị hấp phụ Cảng vẻ sau các lỗ trống dần bị chiếm đẩy thì khả năng hắp phụ Ni?* không thay đổi nữa
Chọn thời gian hắp phụ là 30 phút cho các khảo sát tiếp theo
Trang 363.4.3 Anh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
Để khảo sát ảnh hướng của pH đến kha nang hap phy NỈ” của zeolite 4A, chúng tôi đã tiễn hành thí nghiệm sau:
Chuân bị dãy 6 binh tam giác 250 ml Cho vào mỗi binh 0.5 g zeolite 4A và 30 ml dung dich Ni** nong d6 10° M Dieu chinh pH cua day theo cac giả trị: 4 Š, 6, 7 8 9 bang NaOH 0,025 M va HCI 0.025 M Khuấy đều mỗi mẫu trên máy khuấy từ trong
30 phút Lọc lây dung địch
Lay mỗi binh 5 ml địch lọc tiến hành tạo phức với đimetyl glioxim đúng quy trình như ở dựng đường chuẩn và đo mật độ quang dung dịch xác định nông do Ni?”
còn lại trong dung địch
Kết quả kháo sát được trình bảy ở Báng 13
Bảng L3 Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ NỀ" pH Nông độ đâu Mật độ Nông độ sau | Hiệu suất (%) Co (M) quang A Cr(M) 4 101 0.0623 441.10” 95,59 5 10° 0,0225 1.43 10° 98.57 6 10° 0,0237 1,52 10° 98,48 7 10° 0,0313 2,09 10° 97,91 § 103 0.0415 2.85 10° 97,15 9 io” 0,0390 2,66 10° 97 34
Từ Bảng 13, chúng tôi dựng đỗ thị biểu diễn mối quan hệ giữa pH và hiệu suất hắp phụ Ni?" của zeolite 4A (Hình 3.12)
Trang 37Hiệu suất ®% 3 0 2 4 6 8 10 pH
Hinh 3.12 Moi quan hé gitta pH va higu suat hap phu Ni”
Hinh 3.12 cho thấy: trong khoảng pH tir 4 dén 6 hiéu sudt hap phy tang; khi pH > 6 hiệu suat hap phy giam nhe va khong thay d6i nhiéu khi do tir 6 đến 9
Điều này có thể giải thich nhu sau: & pH < 5 cé sy canh tranh gidta ion H” va
cac ion Ni”, khi pH tang thi nông độ H* giám nên hiệu suất hấp phụ tăng Ở pH > 6 thì Ni?* bat dau tổn tại nhiều dạng như Ni?*, NiOH" nén khả năng hấp phụ bắt đầu
giảm
Ở khoảng pH từ 5 đến 6 hiệu suất hắp phụ đạt cực đại Chọn pH tối ưu trong khoảng 5 đến 6 cho các khảo sát tiếp theo
3.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ N?* đến quá trình hấp phụ
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng Ni?* đến quá trình hắp phụ của zeolite 4A, chúng tôi đã tiên hành thí nghiệm sau:
Chuẩn bị dãy 7 bình tam giác 250 ml Cho vào mỗi bình 0,5 g zeolite vả 30 ml dung dich Ni?* néng độ (M) lần lượt như sau: 2.102; 1.10?; 8.103; 4.103; 2.103; 1.103: 5.10 Sau đó chỉnh về pH tối ưu Khuấy đều các mẫu bằng máy khuấy từ
trong 30 phút
Lọc lẫy các dung dịch, đem tạo phức với đimetyl glioxim theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuẩn và đo mật độ quang xác định nồng độ Ni?" còn lại trong
dung dịch
Trang 38Đề mật độ quang của các dung địch năm trong khoảng tuyến tỉnh của đường chuẩn, thẻ tích Ni?" lẫy đem tạo phức của các dung dịch là có khác nhau Nông độ Ni”"
han đầu cảng lớn thẻ tích tạo phức cảng bé
Kết quả khao sát được trính bảy ở Báng 14
Bảng 14 Ảnh hưởng của nâng độ NỈỀ`" tới quá trình hấp phụ NỀ`
'Nẵngđộ|[ Thểth | Dinh | Mậtđộ | Nông độ | Dung lượng Hiệu dau Cy | Ni? laytao | mite | quangA Ô sauC¿ | hấpphụa | suất (M) | phức(ml) | (ml) (Mì (mg/g) (%) - 210° 0.5 s0 | 1.7566 | 131.107 | 24,22 34.50 110° 0,5 50 0.3881 | 2.88.10" 24.99 71.20 8.105 50 | 0.3723 | 138101 23,24 82.75 4.10 § §0 Ô 00103 | ŠS1610° 14.02 9987 3107 lô 500 | 0.0140 | 3,97.10°| 7,01 99.80 ` 1.10% 10 50 [ 00098 | 2.40.10 | 3,05 99,76 5.104 20 50 0/0394 | 6.74.10° 1,73 99,65
Trang 39Hinh 3.13 cho thấy: nhìn chung khi nông độ NÍ?” tầng, hiệu suất hắp phụ giảm
dân
Do cùng một lượng zeolite 4A, chí có thẻ hắp phụ bão hòa một nông độ Ni" nào đó, Khi đạt bão hòa cảng tăng nông độ tí lệ giữa nông độ NỈ" đã bị hắp phụ so
với nòng độ Ni?" ban đầu giảm nên hiệu suất hấp phụ giảm
Từ Báng 14 chủng tôi đựng đô thị mỗi quan hệ giữa nông độ Ni?" và dung lượng hâp phụ (Hình 3 14) 30 sa Pos > | = 2 sa Ge => 15 = Ệ 10 - ¬ = is ————— c = 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 —_ Nông độCg(M) _
Hình 3.14 Mỗi quan hệ giữa nông độ NỀ' và dung lượng hấp phụ Hình 3.14 cho thấy: khi nồng độ Ni?' tăng, dung lượng hắp phụ tầng mạnh vả đạt cân bằng hắp phụ ở nồng độ 10? M
Chọn nồng độ Ni?" là 10? M cho các khảo sát tiếp theo
3.4.5 Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ
Đề khảo sát ảnh hưởng của liều lượng zeolite 4A đến quá trình hắp phụ Ni?, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm sau:
Chuẩn bị đãy 6 bình tam giác 250 ml Cho vào mỗi bình 30 mÌ dung dịch Ni?"
nòng độ 102 M Lượng zeolite 4A (g) trong các bình lần lượt là: 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2 Chỉnh về pH tối ưu, khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 30 phút
Lọc lẫy đung dịch Lấy dịch lọc đem tạo phức với đimetyl glioxim theo đúng quy trình như ở xây dựng đường chuẩn và đo mật độ quang dung dịch xác định nồng độ Ni?"
Kết quả khảo sát được trình bảy ở Bảng 15
Trang 40Bằng 15 Ảnh hưởng của khối lượng :eolite 4A tới quá trình hấp phụ NỀ”
Luon Thê tích NỈ | Dinh
| Mậtđộ | Nông độ | Hiệu suất
zeolite 4A | lay tao phite | mite quang A | sau Cr(M) (%) (g) (ml) (ml) 0,25 0.25 50 04182 | 6.21.103 37,9 0,5 0.5 50 03627 | 2,69.10° 73.1 0.75 0.5 50 0.1448 | 1,06.10° 89.4 | 0.5 50 | 0.0135 | 7.56.10ˆ 99.24 1.5 0.5 50 00068 | 2.5410” 99.75 2 0,5 50 0,0065 | 2.32 10' 99,77
Tir Bang 15, chủng tôi dựng đồ thị biểu điễn mối quan hệ giữa lượng zeolite 4A va hiéu suat hap phy Ni** (Hinh 3.15) 100 90 = 80 3 70 60 - 40 30 20 10 0 0 0.5 1 15 2 25 Lugng zeolite (g)
Hình 3.15 Mỗi quan hệ giữa khối lượng zeolite 4A và hiệu suất hấp phụ NẺ" Hinh 3.15 cho thấy: khi tăng khối lượng zeolite 4A, hiệu suất hắp phụ Ni?” tăng dan Tir 1 g zeolite 4A trở vẻ sau hiệu suất hắp phụ gân như đạt cực đại: sự hấp phụ
gân như hoàn toàn
Điều này phù hợp với kết quả dung lượng hắp phụ (Bảng 14 và Hình 3.14) Ở
néng 46 Ni** 0,01 M, theo Bang 14: | g zeolite 4A hap phy duge 24,99 1 = 24,99 mg
Ni" trong khi dung dich chi c6 0,01 0,03 58,5 10° = 17,55 mg Ni**