Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp thụ từ bã mía và khảo sát ứng dụng

Trang 1 BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO TRUONG DAI HOC SU PHAM TP.. HO CHÍ MINH cs > w KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC NGHIEN CUU DIEU CHE VAT LIEU HAP PHU TU BA MIA VA KHAO SAT UNG DUNG!. s

Trang 1

BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO

TRUONG DAI HOC SU PHAM TP HO CHÍ MINH

cs > w

KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC

NGHIEN CUU DIEU CHE VAT LIEU HAP PHU TU BA MIA

VA KHAO SAT UNG DUNG

! se i ’ ^

TỶ 7 is * `

Sinh viín thực hiện: Nguyín Bình

Giâo viín hưởng dđn: TS Phan Thị Hoăng Oanh

Trang 2

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thj Hoăng Oanh

LOI CAM ON

Khóa luận tốt nghiệp nảy được thực hiện tại Bộ môn Hóa Lý, Khoa Hóa học,

trường Đại học Sư phạm Tp.HCM

Lời đầu tiín, em xin chđn thănh cảm ơn TS Phan Thị Hoăng Oanh đê hướng dẫn tận tinh, theo đôi vă giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoăn thănh khóa luận tốt

nghiệp đúng thời hạn

Trong thời gian thực hiện đẻ tăi, em còn nhận được sự giúp đỡ của nhiều thay cĩ

trong khoa:

- Thay cô Bộ môn Hỏa Lý

- Thay cô Bộ môn Hóa Nông Nghiệp

- Thấy cô Bộ môn Hóa V6 Cơ

- Thđy cô Bộ môn Hóa Hữu Cơ

- Thđy cô Bộ môn Hóa Phđn Tích

Em xin chđn thănh cảm ơn sự giúp đỡ của câc thầy cô cũng như những đóng góp

ý kiến, nhận xĩt quý bâu giúp cho đẻ tăi của em có ứng dụng trong thực tế nhiều hơn!

Trang 3

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh

TOM TAT

Trong khóa luận năy chúng tôi thực hiện câc công vic sau:

đâ Khõo sõt để tìm nông độ axit xitric tôi ưu cho quả trình biến tính bê mía thănh vật liệu hắp phụ (VLHP)

đâ- Kho sõt nh hng của pH, thời gian vă nông độ Ni”" ban đđu đến sự hấp phụ

jon Ni*’ của vật liệu hắp phụ vă của cacbon hoạt tính (CBHT)

e© Xâc định dung lượng hấp phụ cực đại đôi với lon NiỶ" của vật liệu hấp phụ vă

của cacbon hoạt tính

Câc phương phâp nghiín cứu: e Phan tng este hoa ở nhiệt độ cao

¢ Phuong phap phĩ hĩng ngoai dĩ xac dinh nhĩm chite

¢ Phuong phap SEM de khao sat hinh dang bĩ mat vật liệu hấp phụ

Trang 4

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thi Hoăng Oanh MUC LUC "¡09 0n 1

TOM TAT iia ac Oi cae eg 2

WC essai aaa gece a aces 3

DANH MỤC CÂC NĂNG cacssnssieascrecnsnsesaskicninastonesteciaciahiemisianidieacimanniasiislanchiiil 5 BJANH MỤC CÂC HÌNH cu eyƑÝỲ-Ỳesssesesssseeeessessneeeessesesenseeeeseee 6

————————————==ễ=== ` CHƯƠNG tTÔNG QUANG is 9 (1 GIItiiền VỀ CẦy NI G1626 166GG0000010464605506404-8G660656xtkâcGa2 9

La IMA I esas —— ke eeeecccocaaseeeeeaseeoaaaeoao ụ

1.1.2 Tình hình sản xuất vă sứ đụng cđy mía ở Việt /Nam - -« Ụ

1.1.3 Thănh phẩn của bê mmía -. s iii asec 9 1.1.4 Một số hướng nghiín cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp lăm vật liệu MẾN BĂ 00202 G0000 1000000002 20100252566GQ3)002 222cc 12

1.1.5 M6t sĩ hwĩng nghiĩn ciru sit dung ba mia lam vật liệu hấp phụ xử lí môi trường * (9x6000460926)09162g/70s009200026060)121040444 464622 2xseekisekk2szessisasssskesiasassabkise I4 1.2 Giới thiệu về axit xitric Stead teeta l§ 1.3 Một số nguồn gđy ô nhiễm kim loại nặng .-. 2 55ssctvsss2 „16

1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường vă sức khỏe con người l6 1.5 Tính chất độc hại'của niken . c- 55 5<c< S222 scseensrkekesnsssssse 17

1.6 Một số phương phâp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 17

1:67; Plaaretenas ping BAI âc co 17

1.6.2 Phicong php trad Adi 100 cvsecrssversesesveeseessnesenssnsonenesscnsenensensencenecsencenennenss 18 1.6.3 Phicorng phĩip digit W6d cccssscsessvessecseesvecnessessssverovesnervesnesnvenvesneesneeneenvesnensees 18

1.6.4 Phuong phap sinh hoc ; k2 1AG0Ă000G0/0/G1A01A2S) /8

Ï:4.%: Phương phấn ĐỀN BẴN 222C 2200262022006 SGEG02cisoGkee 18 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VĂ PHƯƠNG PHÂP NGHIÍN CỨU 20

2.1 Nội dung nghiín cứu se ` ‘ 20

Trang 5

Khóa luận tết nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh

2.2, Thương pRấN NGĂIÍN GẮNG s0 0222222262260 20

2.2.1 Phương phâp phđn tích trắc quagg -c-5©s<+ee+eexexeexeersesexeesse 20

2.2.2 Phương phâp phố hông ngoại - - 5< 5 5©Se+xSStec+kexerrsxerxereersxee 23

2.2.3 Phương trình đăng nhiệt Lang! À s- 5 secesse+eerse+ersersexeree 24 #3, Dạng vụ, tiết Bì vă híu chất 2277 C SG 26 ZK Deanenee cep, tb lệ câc 266 602 160G2421166666ssdibidkssiaoteoskoskseulosze 26 Sh FF) TE PUNE eo necbececo00006002046002/06404A4066G⁄G020,66 26 CHUONG 3 KẾT QUÂ THỰC NGHIỆM VĂ THẢO LUẬN 28 2.1, TRỰC BE Ệ BĂ nu n6660666 99tr 2 66666664646666662yxr00650000000006696066266066246666604)2006966646206)662664xeeo 28 3.1.1 Khảo sât sự ảnh hưởng của nông độ axit xitric đến khả năng hấp phụ của bất đến Bếp BAN G222 (00A G2002 06260020 28

3.1.2 Xđy dựng đường chuẩn đề định lượng /Vỉ” ec-c-cccee-eee 29

3.1.3 Khảo sât khả năng hấp phụ của câc mẫu VLHP sss<- 3 3.1.4 Điều chế LLHP với nông độ avit xitriC fỖi trú 52s <e©ss<ss 31 3.1.5 Khảo sât câc điều kiện pH, thời gian hấp phụ tối ưu của VLHP vă CBHT

1115 ant raanagh nega eanenaeaakcananesmenesneatastaednn aananenenessnennaacammennaennea 32

3.2 Kết quả va thao 1AM .ccccecescsscsesessssesesesssssesnssesncsnesssnensssecereatssenceneenennentens 33

3.2.1 Phổ LR của nguyín liệu đầu, bê mía sau khi khuấy với NaOH vă 6 mẫu

VETER c2 G0260 21002y2a4022040A460556252G20u126 33

3.2.2 Dường chuẩn định lượng NỀ` bằng phương phâp trắc quang 3ó 3.2.3 Khảo sât khả năng hấp phụ của câc mẫu VLHP -c55s< 37

3.2.4 Điều chế VLHP với nông độ axit xifriC tỖi tưu -. o cs<cs<<se<ee 38 3.2.5 Khao sat câc điều kiện pH, thời gian hấp phụ tỗi ưu, dung lượng hap phụ

cực đại của VLHP vă so sânh với CBHT « ss 40

CHUONG 4 KET LUAN VĂ KIỀN NGHỊ, - 5c 5< ssseccseceexereeesszsee 49

¿c1 Vă K20 200-40 03% 4466xœxv= 49

ATE Tie a ssc a aa cca a acme 49

TĂI VU THĐM KH Ô heo 50

1H can nen 210046660 09602645460%26060016012042/000000030420461080)006300) 54

Trang 6

DANH MUC CAC BANG

Bang 1.1 Thanh phan hoa hoc ctia bA& mia .c ccsssesccseseeseesesnsescenesneevennenneneenvens 10

Bảng 3.1 Ảnh hướng của pH đến hiệu suất hấp phụ -5- 55555 55s 40 lảng 3.2 Ảnh hướng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ . 42

Bảng 3.3 Anh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hắp phụ ở thời gian 80 PURE vnsccencnnnnrcacpesnenesocncnnstecnennecessneonee ©bgy6y9667960090090000000000900000000000000007000006980990000000000% ad

Bang 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất hắp phụ ở thời gian 80

Trang 7

DANH MỤC CÂC HÌNH

Hình 1.1 Kho bê mía của một nhă mây đường o-ĂĂcSsseseeseeeeereee 10 Hình 1.2 Cấu trúc của XenÌuÏ0Z << 2 S953 £SS ch 93 48213 1536 ll

Hình 1.3 Cấu trúc của hemixenluÌozd - < « s s < SE E3 scsz I1

mê ®v®—————————-——— 12

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của axit xitric #o0i220529965b l6 Hình 2.1 Dạng đường chuẩn trong phđn tích trắc quang ‹ 22 Hinh 2.2 Phức niken dimetyÏgÏyoxim onĂSSSSĂẰĂSẰSẴS5SSY05055696656 22

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của = GUN eases 26

Hình 3.1 Bê mía khuấy với dung dịch NaOH 13M s5222 28

Hình 3.2 Bê mía khuấy với dung dịch axÍt XÍ(FÍC -ĂĂĂĂĂĂSĂSẴSĂSĂSSeeieesssere „29 HA 3:3: Sầu gN VLHE cake „29

Hình 3.4 Dêy dung dịch chuẩn Ni” diss 30

Hinh 3.5 PhO IR cita mguyĩ@n liu AU .c.cecsecseessessesseesecsnessessessneenesneeenecneeneeneeen 33

Hình 3.6 Phố IR của bê mía sau bước khuấy với NaOH -. 5< 5-< 34

Hình 3.7 Phố Hă của mẫu B.A02 2 5< se ++vkEA+acxeerkrrae+azzxrrrerre 35 HT Pe icc NI —————————— „36 Hình 3.9 Đường chuẩn dung dịch INiŸ` 5< 5s<+s+2e+xerxeerverrsesassrsrsrxee 37

Hình 3.10 Đồ thị sự phụ thuộc của khả năng hấp phụ văo nồng độ axit xitric 38 Hình 3.11 Ảnh SEM của bê mía ban đầu - <5 Sự S2 Sz5e5e z2 39 Hình 3.12 Ảnh SEM của VILHP - 5< sex rereerrseevexrererrseesrrvrrrerre 39

Trang 8

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoảng Oanh

Hình 3.13 Đồ thị sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ theo pH 4I

Hình 3.14 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ của VLHP văo thời gian 43

Hình 3.15 Sự phụ thuộc của C.u/q văo C.„ đối với ion Ni”” của VLHP 45

Hình 3.16 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ của CBHT văo thời gian 46

Hinh 3.17 Sy phy thuĩc cia C,,/q vao Cy, 46i voi ion Ni”' của CBHT 48

Trang 9

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thi Hoang Oanh

MO DAU

Ô nhiềm môi trường nói chung va 6 nhiĩm môi trường nước nói riíng ngay căng trở thănh vấn đề đâng lo ngại Môi trường nước bị ô nhiềm đo nhiều

nguyín nhđn khâc nhau, trong đó ô nhiễm do câc kim loại nặng lả nguyín nhđn đâng kẻ

Độc tính của câc kim loại nặng gđy hậu quả xấu đến sức khoẻ

con người vă môi trưởng sinh thâi Trừ một số kim loại nặng ở dạng vi lượng

cđn thiết cho sự sông, còn phđn lớn khi ở hảm lượng cao thì chúng lă tâc nhđn

gđy độc Câc kim loại nặng thưởng được phât sinh nhiều tại câc cơ sở mạ điện, gia công kim loại, sản xuất pin - acqui, khai thâc mỏ, sơn Đặc biệt, tại những cơ sở

chưa đầu tư hệ thống xử ly thì câc kim loại năng được xả thải trực tiếp vảo

nguôn nước

Đê có nhiíu phương phâp được âp dụng nhằm tâch câc ion kim loại năng ra khỏi môi trường nước như: phương phâp kết túa, phương phâp trao đôi ion, phương phâp điện hóa, phương phâp oxi hóa khử, phương phâp sinh học, phương phâp hấp phụ Với một số kim loại nặng mă giới hạn cho phĩp ở nông độ rất thấp thi phương phâp hấp phụ vă trao đổi ion tỏ ra có ưu việt hơn câ Từ đó, câc vật liệu hấp phụ vả trao đổi ion được được đầu tư nghiín cửu rất nhiều, nôi bật lă: than hoạt tính, nhựa trao đổi ion Líu điểm câc vật liệu năy lă khả năng hắp phụ lớn, nhưng không thẻ sử dụng chúng rộng rêi cho mọi đối tượng nước thai vi

giâ thănh cao

Có một số chất hấp phụ rẻ tiền dễ kiếm (như: bê mia, vỏ lạc, lỗi ngô, xơ đừa, vỏ trấu, rơm ) có thí được sử đụng đí hấp phụ câc ion kim loại nặng trong môi trưởng nước Ufu điểm của câc chất hap phu nảy lă đi từ nguyín liệu rẻ tiền, qui trình đơn giản vă không đưa thím văo môi trường những tâc nhđn độc hại Với mục tiíu tìm

một phụ phẩm nông nghiệp có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước, chúng tôi chọn

đề tăi khóa luận tốt nghiệp lă: “Nghiín cứu điều chế vật liệu hấp phụ từ bê mỉa vă khảo sât ứng dụng ” Bê mía lă phụ phẩm của ngănh công nghiệp mía đường rẻ tiín va dĩ kiếm, nín có thẻ coi đđy lă một hướng phât triển công nghệ xử lí nước thải Ứng dụng được chọn khảo sât lă khả năng hấp phụ ion Nỉ” của vật liệu hap phy điều chế được, đồng thời so sânh với kha nang hap phụ của cacbon hoạt tính

Trang 10

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Giới thiệu về cđy mia

I.I.1 Phđn bỗ

Cđy mia được trồng khắp câc vùng miễn ở nước ta, kể cả những vùng cỏ điều kiện tự nhiín vả khí hậu không thuận lợi cho công nghiệp trồng mía như đồng bằng sông Hồng hay miền núi phía Bắc Tuy nhiín, đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam

Bộ duyín hải Nam Trung Bộ vă Bắc Trung Bộ lă 4 vùng trồng mía với điện tích lớn nhật nước ta [24]

1.1.2 Tình hình sản xuất vă sử dụng cđy mía ở Việt Nam [25]

Trong 5 năm gần đđy (2007 — 2012), câc công ty sản xuất kinh doanh mía đường vă người trồng mía có lêi nín điện tích mía đê được mở rộng Ngoăi ra, đầu tư sản

xuất thđm canh mía cũng được quan tđm nín năng suất, sản lượng mía liín tục tăng

Theo Bộ Nông Nghiệp & Phât Triển Nông Thôn, vụ sản xuất mía đường 2012 - 2013 cả nước trồng 298.200 ha, tăng hơn 15.000 ha so với vụ trước Trong đó, diện

tích vùng nguyín liệu tập trung (gồm 25 tỉnh có nhă mây đường) lă 285.100 ha, cao

hơn 14.139 ha so với vụ trước Năng suất mía bình quđn cả nước đạt 63,9 tắn/ha, tăng 2,2 tắn/ha so với vụ trước Đđy lă mức năng suất đạt cao nhất trong 10 năm qua San lượng mía cả nước trong niín vụ 2012 - 2013 đê đạt 19.04 triệu tắn, tăng 1,5 triệu tắn

SỐ Với VỤ trước

Hiện nay cđy mía trồng với quy mô công nghiệp chỉ với mục đích cung cấp nguyín liệu cho câc nhă mây sản xuất đường

1.1.3 Thanh phan cda ba mia [16, 13]

Ba mía chiếm khoảng 25 - 30 % khối lượng mía đem ĩp Tuỳ theo loại mía vă

đặc điểm nơi trồng mỉa mă câc thănh phần hoâ học của bê mía có thí biến đồi

Trang 11

khỏa luận tót nghiệp GVHD: TS Phan Th Hoang Oanh

Hinh 1.1 Kho ba mia cia mot nha may dudng Ham lượng phan tram cac chat chinh cĩ trong ba mia duge trinh bay ớ Bảng L l

Xenlulozo Xenlulozo la một polime hợp thanh từ câc mac xich B-glucozo noi với nhau bởi câc liín kết -l,4-glicozit, phđn tử xenlulozơ không phđn nhânh, không

xoắn

Trang 12

0H — HOH¿C ¡ HOHC 0

Z 512 HOH,C lă =2 Lm, F 0H Ì HONC Hồ on | \

Hình 1.2 Cau tric của xenlulozơ

Hemixenlulozo: Vĩ co ban, hemixenlulozo 1a polisaccarit giĩng nhu xenlulozo, nhưng có số lượng mắc xích nhỏ hơn Hemixenlulozơ thường bao gôm nhiều loại mắt xích khâc nhau vă có chứa câc nhóm thể khâc như axetyl vă metyl HOC _O CHạO HO OH OQ HO O O O oS => => AcO OAc O QO OH O HOCH} HO

Hình 1.3 Cấu trúc của hemixenlulozơ

Lignin: Lignin được xem như lă bức tường của xenlulozơ, giữ vai trò lă chất kết nỗi giữa xenlulozơ vă hemixenlulozơ, chỗng lại sự xđm nhập của vỉ khuẩn đối với cđy vă chống thắm nước Lignin lă một polyphenol có mạng không gian mở cấu trúc đơn

vị cơ bản lă phenylpropan, để bị hòa tan trong dung địch axit hoặc kiểm

Trang 13

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh HONS CHạO® HO ow Hạ = œ Hy HO 5 rm yo HCO a ¿ o i H,CO On

Hình 1.4 Cấu trúc của lignin

1.1.4 Một số hướng nghiín cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp lăm vật liệu hấp

phụ

Hiện nay câc nước trín thẻ giới thải ra khoảng 5, tỉ tấn phụ phẩm nông nghiệp

(rom rạ, vỏ trđu, vỏ lạc, xơ dừa, bê mía ) Riíng ở Việt Nam có một lượng phụ phẩm

nông nghiệp rắt lớn hảng trăm triệu tắn/năm từ quâ trình sản xuất lúa gạo như rơm, rạ,

trđu vă hăng chục triệu tan ba mía thường được xử lý đơn giản như: - Sử dụng đề đun nấu (với lêng phí nhiệt hơn 80%)

- Trồng nắm, linh chi, thức ăn dự trữ cho trđu bò mùa đông (lượng it không đâng kí)

- Một số ít phụ phẩm ngănh chế biết gỗ được dùng lăm nguyín liệu chế biển gỗ

công nghiệp, gỗ dân, hương

- Cũng có một lượng lớn chất thải loại năy (đặc biệt lă mùn cưa, đêm băo) được thải bỏ ra kính rạch gđy tắc nghẽn nghiím trọng dòng chảy

- Đa số được đốt bỏ thu tro lăm phđn bón Việc đốt bỏ năy gđy ô nhiễm môi

trường nghiím trọng vẻ sương mù quang hóa rất độc hại, đặc biệt ở vùng ven câc thănh phổ lớn vă dọc câc đường cao tốc lăm giảm tầm nhìn dễ dẫn đến tai nạn giao

Trang 14

thông, lăm tăng đột biến vẻ lượng bệnh nhđn câc bệnh mắt, phôi sau mỗi vụ thu hoạch,

lêng phí lượng chất hữu cơ có giâ trị nếu sử dụng trong câc lĩnh vực khâc như dùng lăm giâ để trồng câc loại nắm, ủ lăm phđn bón [26]

Đo đó, nhiíu nghiín cửu trín thể giới vă ở Việt Nam đê vă đang tiền hănh để nghiín cứu tạo ra câc loại VLHP từ những phụ phẩm nông nghiệp, nhằm tạo ra một hướng sử dụng thực tế vả trânh lêng phí đối với câc phụ phẩm nông nghiệp

Một số nhă nghiín cửu ở Thâi Lan đê biến tỉnh vỏ đậu tương với axit xitrie dĩ

hấp phụ ion Cu”” Kết quả cho thấy vỏ đậu tương sau khí biến tính có khả năng hap

phụ ion Cu”” tết hơn so với vỏ đậu tương chưa biển tính, pH tôi ưu cho quâ trình hấp phụ lă 4,8 [21]

Câc tâc giả S.L.Pandharipande, Y.D.Urunkar, AnkitSingh ở Ân Độ đê nghiín cứu chế tạo than hoạt tính tử 3 phụ phẩm: mùn cưa, vỏ trấu, bê mía vă so sânh khả

năng hấp phụ của 3 loại than hoạt tỉnh trín đối với ion Cr(VI), metyl tím vả xanh

metylen Kết quả thu được lă than hoạt tính chế tạo từ bê mía có khả nang hap phụ

metyl tím tốt nhất; còn đối với việc xử lí chất xanh metylen thì than hoạt tính chế tạo

từ bê mía vă mùn cưa tỏ ra hiệu quả hơn than hoạt tính chế tạo từ vỏ trau [19]

Nhóm nghiín cứu ở trường đại học North Carolina (Hoa Kì) đê tiín hănh nghiín

cứu vă để xuất quy trình xử lí lõi ngô bằng dung dịch NaOH vă H;PO; đẻ chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng Hiệu quả xử lí của vật liệu hấp phụ tương đối cao Dung long hap phy cực đại đối với hai kim loại nặng Cu vă Cd lần lượt lă 0.39 mmol/g vă

0,62 mmol⁄e | 14]

Vỏ trấu cũng được tâc giả Nguyễn Bâ Tuắn, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiín Hă Nội biến tính với EDTA đề tâch loại Cr(11) vă Cr(VI) khỏi nước thải, Nghiín cứu của tâc giả chỉ ra có thể dùng vỏ trđu biến tính với EDTA để xử lí Cr(H) vă Cr(VI) Điều kiện tối ưu của sự hắp phụ Cr(HI) vă Cr (VỊ) lín vật liệu lă pH = 1, dung lượng hắp phụ cực đại của Cr(VI) lă 16,96 mg/e vă của Cr(1I11) lă 3,27 mg/e [10]

Trang 15

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thj Hoang Oanh

1.1.5 Một số hưởng nghiín cứu sử dụng bê mía lăm vật liệu hấp phụ xử lí môi

trường

Với thănh phđn chính lă câc hợp chất polime có nhiều nhóm hiđroxi, bê mía có thẻ biến tinh dĩ lam VLHP tốt Trín thể giới vă ở Việt Nam đê có nhiíu nhă khoa học nghiín cứu biín tính bê mía để lăm VLHP xử lý môi trường

Hai tâc giả H.§ Ashoka vă S.S Inamdar ở Ân Độ đê biến tính bê mía với axit sunfuric va fomandehit dĩ hấp phụ chất mảu metyl đỏ Kết quả cho thấy khả năng hắp phụ của bê mia biín tính với axit sunfuric có khả nđng hắp phụ metyl đỏ tốt hon so với

ba mia hiến tính với fomandchit [15]

Một số nhă nghiín cứu ở Brazil đê chế tạo câc VLHP tir ba mia qua xu ly bang

anhydrit succinic dĩ hap phu cac ion Cu’, Cd””, PbỶ" trong dung dịch nước Bê mía

sau khi biến tính có khả năng hắp phụ ion kim loại cao hơn nhiều so với bê mỉa ban

đầu Dung lượng hấp phụ cực đại đổi với Cu”", Cd”", PbhỶ” lần lượt lă 62 mg/g, 106 mg/g va 122 mg/g [17]

Hai tâc giả Yinxiang Lu vă Quian Liang người Trung Quốc cũng đê nghiín cứu

biển tinh ba mía với nhiều lại axit hữu cơ khâc nhau: axit malic, axit tartric, axit oxalic, axit iminodiaxetic để hấp phụ ion PbỶ" Kết quâ cho thấy dung lượng hắp phụ cực đại của bê mía chưa biến tính lă 3,21 mg/g, trong khi 46 dung lugng hap phy cyc đại của bô mía biến tỉnh với axit malic, axit tartric, axit oxalic, axit iminodiaxetic lẫn

lượt lă 55,42: 44,53; 52 32 vă 36,82 mg/g, cao hơn nhiều so với bê mia chưa biến tinh [23]

Ba mia biĩn tính với tâc nhđn axit xitric cũng đê được nhiều tâc giả nghiín cứu Nhóm tâc giả thuộc nhiều trường đại học ở Brazil đê nghiín cứu biến tính bô mía với

axit xitric có nông độ 1.2 M Bê mía sau khi biến tính có khả năng hắp phụ Cr(H1) cao hơn hên so với nguyín liệu đầu, dung lượng hắp phụ cực đại đạt 58,0 mg/g [22]

Nhỏm câc tâc giả Smita M.Honnannavar, Hampannavar LI S vă Hegde P.G ở An Độ cũng nghiín cứu biến tính bê mía với axit xitric có nồng độ 0.1 M đề hấp phụ

Trang 16

Cr(VI) Kết quả thu được ở pH = 2 vă thời gian hập phụ 90 phút lă tối ưu đối với Cr(VI), dung lượng hấp phụ cực đại lă 1250 mg/g [20]

Việc biến tỉnh bô mía với axit xitric nhưng với nông độ khâc cũng được một

nhóm tâc giả khâc ở Ân Độ thực hiện Nhóm tâc gia Patil Kishor P., Patil Vilas S , Nilesh Patil, va Motiraya Vijay da biĩn tính bô mía với axit xitric nông độ 0,6 M dĩ

hấp phụ ion Zn°" Kết quả nghiín cứu cho thấy khả năng hấp phụ ion Zn”" đạt tối ưu sau khi khuấy 3.5 giờ; nhiệt độ vă pH tôi ưu lần lượt lă 40°C va 5 [18]

Ở nước ta có hai tâc giả Lí Hữu Thiíng vă Trần Thị Vđn Hạnh thuộc trường Đại

học Thâi Nguyín cũng nghiín cứu việc biến tính bê mía với axit xitric nĩng d6 0.1 M

dĩ hap phu hai ion Cu’ va Ni’ Nghiín cứu cũng thu được kết quả lă khả năng hấp phụ hai ion nay cua ba mia sau biển tính cao hơn nhiíu so với nguyín liệu đầu Hai tâc

giả cũng đê khảo sât được câc điều kiện tôi ưu cho quả trình hắp phụ: pH tôi ưu trong

khoảng 3,0 — 4,0 với Cu”, khoảng 5,0 - 6,0 đối với Ni”: thời gian dat can bang hap phụ: 50 phút với Cu”" vă 60 phút với Ni” [9]

Với cùng một tâc nhđn biến tính lă axit xitric, nhưng nhiều tâc giả khâc nhau đê

sử dụng những nông độ khâc nhau để biến tính Chỉnh điều năy gđy khó khăn cho việc tạo ra một loại VL.HP tối ưu nhất từ bê mía với axit xitric, vă trong câc tăi liệu tham khảo chúng tôi cũng chưa thấy câc tâc giả so sânh khả năng hắp phụ của bê mía biển tính một (hoặc một số) VLHP đê có sẵn trín thị trường Do đó, trong khóa luận năy chúng tôi thực hiện khảo sât ảnh hưởng của nồng độ axit xitric đến khả năng hấp phụ cua ba mia biến tính, đồng thời so sânh khả năng hắp phụ của bê mía biến tính với một

loại VLHP rất pho biển trín thi trưởng lă cacbon hoạt tính

1.2 Giới thiệu về axit xitric [27|

Axit xitric lă một axit hữu cơ yếu, thường tìm thấy trong câc loại trâi cđy họ cam,

qủt, có công thức phđn tử C„H;O; Vẻ mặt hóa học, axit xitric lă một triaxit, có những tính chất chung của axit cacboxylie Ở điều kiện thường, axit tôn tại ở dạng tỉnh thể

khan hoặc dạng monohidrat (C,HạO;.H;O) Axit xitric nóng chảy ở nhiệt độ khoảng

153°C, phđn hủy thănh CO; vă nước ở nhiệt độ khoảng 175C

Trang 17

Axit xitric được đùng nhiều như một phụ gia thực phẩm với vai trò tạo độ chua

cho thực phẩm, lăm chất bảo quản Axit xitric tạo được phức với nhiều kim loại nín được dùng trong xả phòng vă chất tđy rửa Axit hữu cơ năy cũng được dùng trong công nghệ sinh học vă công nghiệp được phẩm để lăm sạch ông dẫn thay vi phải dùng axit nitric Ngoăi ra tính chất đệm của câc phức xitrat được dùng đẻ hiệu chỉnh độ pH

của chất tđy rửa vă được phẩm

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của axit xitric 1.3 Một số nguồn gđy ô nhiễm kìm loại nặng |6|

Ô nhiễm kim loại nặng chủ yíu gđy ra bởi câc hoạt động của con người, câc ảnh

hưởng của tập quân nông nghiệp hoặc từ khai thâc mỏ vă từ sản xuất công nghiệp

Câc nguồn gđy ô nhiễm kim loại nặng có thể kẻ đến như hoạt động khai thâc mỏ,

tuyển quặng: nước thải từ câc nhă mây, xí nghiệp mạ điện; nước thải từ câc nhả mây

sản xuất câc hợp chất vô cơ như xút - clo, HF, NiSO,, CuSO¿ Câc hoạt động của con

người như sử dụng thuốc trử sđu vô cơ trong một thời gian dăi, hệ thống tưới tiíu bị

tích tu, bùn công rênh bị õ nhiễm cũng góp phần lăm ô nhiễm kim loại nặng

Ngoăi ra, quâ trình sản xuất sơn, mực vă thuốc nhuộm cùng với ngănh công

nghiệp luyện kim cũng thải ra môi trường nước một lượng lớn kim loại nặng 1.4, Anh hưởng của kim loại nặng đến môi trường vă sức khỏe con người

Ở ham lượng nhỏ câc kim loại nặng lă những nguyín tổ vi lượng hết sức cần thiết cho cơ thể người vả sinh vật Chúng tham gia cấu thănh nín câc en-zym, câc

vitamin, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất nhưng khi cỏ hăm lượng lớn chủng lại thường có độc tính cao

Trang 18

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh

Câc kim loại nặng xđm nhập vảo cơ thể thông qua câc chu trình thức ăn Khi đó, chúng sẽ tâc động đến câc quâ trình sinh hoâ vă trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiím trọng Vẻ mặt sinh hóa, câc kim loại nặng có âi lực lớn với câc nhóm

-§H - vă nhóm - SCH: - của câc en-zym trong cơ thĩ Vi thĩ cac en-zym bj mắt hoạt tính, lăm cản trở quâ trình tông hợp protein của cơ thĩ [4]

I.5 Tính chất độc hại của niken

Niken lă kim loại mảu trắng bạc, dễ rỉn, để dât mỏng, được ứng dụng rộng rêi

trong công nghiệp luyện kim mạ điện, sản xuất thủy tỉnh, gốm sử Trong cơ thẻ người,

niken có trong huyết tương

Niken lă kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có kha nang tao phức bín với nhiều chất hừu cơ Nông độ niken trong nước uông thường dưới 0,02

mg/l Tuy nhiín, trong một số trường hợp đặc biệt, lượng niken xđm nhiễm từ câc nguồn thiín nhiín hoặc do câc cặn lắng trong câc nguồn công nghiệp văo đất, sau đó

xđm nhiễm vảo nước, khi đỏ nông độ có thí tăng cao lín nữa

Niken tích tụ trong cơ thể người quâ giới hạn cho phĩp sẽ gđy ung thư phôi, viím

xoang mũi, phế quản Ngộ độc niken qua đường hô hấp gđy khó chịu, buồn nôn, nếu

lđu đăi sẽ ânh hưởng đến phôi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận Phức Ni(CO), có độc tính cao (cao hơn khí CO 100 lần) Những nghiín cứu cho thấy độc tính cao đặc biệt của phức chất năy thể hiện dưới đạng nhỏ, mịn, lắng đọng trong phôi, ở điều kiện đm của dịch phôi gđy kích ứng sung huyết vă phù nẻ phôi Ngoăi ra, niken có thể gđy ra câc bệnh vẻ đa, nếu đa tiếp xúc lđu đăi với niken sẽ gđy ra hiện tượng viím da, xuất hiện dị ứng ở một số người Khi bị nhiễm độc niken, câc en-zym mắt hoạt tính, cân trở quâ trình tông hợp protein của cơ thẻ [7]

1.6 Một số phương phâp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng [2| 1.6.1 Phương phâp kết tủa

Phương phâp kết tủa dựa trín phản ứng hóa học giữa chất đưa vảo nước thải với

kim loại cần tâch, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thănh hợp chất kết tủa vă được tâch ra khỏi nước thải bằng phương phâp lắng Phương phâp thường được dùng lă kết tủa kim loại

Trang 19

đưới đạng hydroxit bằng câch sử dụng chất kiểm cho văo dung dịch chứa ion kim loại

cần kết tủa đến khi kết tủa hoản toăn vả sau đỏ lắng loại bỏ kết tủa Chất kiểm thường

được dùng lă Ca(OH); nhờ ưu điểm giâ thănh rẻ vả không độc hại 1.6.2 Phương phâp trao đổi ion

Nguyín tắc của phương phâp trao đổi ion: dùng ionit lă nhựa hữu cơ tông hợp, câc chất cao phđn tử có gốc hydrocacbon vă câc nhóm chức trao đôi ion Quâ trình trao đôi ion được tiến hănh trong cột Cationit vă Anionit Câc vật liệu nhựa năy có thể thay thể được mă không lảm thay đối tỉnh chất vật lý của câc chất trong dung dịch vă cũng không bị biến mắt hoặc hoă tan Câc ion đương hay đm cô định trín câc gốc năy

trao đôi với ion cùng đấu có trong dung địch Đối với xử lý kim loại hoă tan trong

nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch:

nRH + M" % RẠM + nH” L.6.3 Phương phâp điện hóa

Đđy lă phương phâp tâch kim loại băng câch nhúng câc điện cực trong nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện một chiều chạy qua Phương phâp năy cho phĩp tâch câc ion kim loại ra khỏi nước mă không bổ sung thím hỏa chất, nhưng lại thích

hợp với nước thải có nông độ kim loại cao (trín | g/l) va chi phí điện năng lă khâ lớn

1.6.4 Phương phâp sinh học

Một số loăi thực vật vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng

trong quâ trình phât triển sinh khối như bẻo tđy, bỉo tổ ong, tảo Với phương phâp năy, nước thải cđn có nông độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/1 vă phải bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nitơ, photpho), câc nguyín tế vi lượng cần thiết khâc cho sự phât triển

của câc loăi thực vật như rong tảo Phương phâp năy cần diện tích lớn vă níu nước thải

có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kĩm, 1.6.5 Phương phâp hấp phụ [Šj

Hấp phụ lă sự tích lũy chất lín bẻ mặt phđn chia câc pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí

- lỏng, lỏng - lỏng) Chất có bẻ mặt, trín đó xảy ra sự hấp phụ được gọi lă chất hấp

Trang 20

phụ: còn chất được tích luy trín bẻ mặt chất hap phy gọi lă chất bị hắp phụ Ngược lại với quâ trình hắp phụ lă quâ trình giải hấp

Phương phâp hấp phụ được sử dụng rộng rêi để xử lý nước thải chửa kim loại

bản khâc nhau Có thẻ đùng để xử lý cục bộ khi trong nước hăm lượng chất nhiễm bắn

nhỏ vă có thẻ xử lý triệt để nước thải đê qua xử lý sinh học hoặc qua câc biện phâp xử

lý hoâ học Đđy chính lă ưu điểm của phương phâp hắp phụ so với câc phương phâp xứ lí đê đẻ cập ở trín

Một số chất hấp phụ thường được dùng: cacbon hoạt tính, zeolit, cationit, than

bùn vă nhiều phụ phẩm nông nghiệp như lõi ngô, vỏ lạc, bẻo, bê mía

Trang 21

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VĂ PHƯƠNG PHÂP NGHIÍN CỨU

2.1 Nội đung nghiín cứu

- Chế tạo VLHP từ bê mía theo sơ đỏ sau [22]:

đun sôi, sẩy ớ + dung dịch NaOH

80°C trong 8h etek | M, khuay 2h, loc Bat mi Sa t mia say 55°C Bot mi ột mía

t„ | rồi nghiín eo Bot min Wane ọ â 8h

Ba mia Bot min sạch kiím [Ƒlkhô + dung địch axit xitric sdy 55°C 24h, nang

Ria bang nude cit — ¡ lĩn 120°C trong 90 —

VLHP |¢_60°C, siy 55°C 24h | BA mia j Bot mia tam

biĩn tinh axit xitric

- Khảo sât sự ảnh hưởng của 3 yếu tố: thời gian, pH, nóng độ niken ban đầu đến

quâ trình hấp phụ của VLHP va cacbon hoat tinh (CBHT)

- So sânh dung lượng hắp phụ cực đại của VLHP với CBHT

2.2 Phương phâp nghiín cứu

2.2.1 Phương phâp phđn tích trắc quang

22.1.1 Cơ sở của phương phâp phđn tích trắc quang [1, 3]

Phđn tích trắc quang lă tín gọi chung của câc phương phâp phđn tích quang học dựa trín sự tương tâc chọn lọc giữa chất cần xâc định với năng lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hông ngoại

Khi chiếu câc bức xạ điện tử qua dung dịch của câc chat thi chat sĩ hap thụ chọn

lọc một phản năng lượng bức xạ lăm cho phđn tử bị kích thích lín trạng thải năng

lượng cao hơn Ở trạng thâi kích thích, phđn tử không bẻn vững vă sau một thời gian

ngăn (khoảng 10 giđy) phđn tử sẽ giải phóng năng lượng thừa để trở về trạng thải ban đầu bĩn hơn Năng lượng thừa sẽ được giải phỏng ra dưới một trong ba dạng: hóa

năng, quang năng vă nhiệt nang Trong đó quả trình quang năng chuyín thănh nhiệt

Trang 22

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoang Oanh

năng được sử dụng lăm cơ sở cho phương phâp phđn tích trắc quang để xâc định nông độ câc chất dựa trín định luật cơ bản vẻ hấp thụ ânh sâng

Phương trình của định luật cơ bản vẻ hấp thụ ânh sâng (định luật Bouguer -

Lambert — Beer):

A= log = elC, trong do:

A: 46 hap thu quang (mat 46 quang) [„: cường độ tia sâng chiều đến dung dịch

l: cường độ tia sâng ló ra sau khi di qua lớp dung dịch

c: hệ số hap thu phan tử gam (cm”/mol), lă đại lượng xâc định, phụ thuộc văo bản chất của chất hấp thụ, văo bước sóng Ă của bức xạ đơn sắc vă văo nhiệt độ

I: chiều dăy lớp dung dịch (cm)

€: nong độ mol/lít của chất cần xâc định

Giâ trị A được xâc định bằng mây trắc quang, sau đỏ đựa văo phương trình trín

đẻ suy ra nồng độ chất cần xâc định

3.3.1.2 Phương phâp đường chuẩn trong phđn tích trắc quang [3]

Khi phđn tích hăng loạt mẫu, dĩ rút ngắn thời gian chuẩn bị vă thời gian tính toân kết quả, ta dùng phương phâp đường chuđn

Trước hết phải pha chế một đđy dung dịch chuẩn có nông độ chất chuẩn tăng

dan Thím lượng thuốc thử, điều chỉnh pH, dung môi, muỗi văo cả đêy dung địch với

lượng như nhau Dem đo độ hấp thụ quang của cả dêy dung địch rồi lập đỏ thị A =

f{C) gọi lă đường chuẩn

Trang 23

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thi Hoang Oanh Af + C

Hình 2.1 Dạng đường chuẩn trong phđn tích trắc quang

3.3.1.3 Phương phâp định lượng niken bằng trắc quang (I1 12]

Nguyín tắc của phương phâp năy lă khi có mặt chat oxi hóa thì Ni” sẽ bị oxi hóa

đến trạng thải oxi hóa cao hơn lả Ni” (níu chất oxi hóa lă iot) hoặc Ni" (nếu chất oxi hóa lă amoni pesunfat) Niken ở trạng thâi oxi hỏa cao Ni”' hoặc NỈ” sẽ tạo phức với đimetylglyoxim (HDim) Câc phức tan được trong nước có mău nđu đỏ, hắp thụ cực đại ở bước sóng Ă = 470 nm vă có hệ số hắp thụ e = 1300 Thông thường dùng chất oxi hóa la |, trong KI vì ly không oxi hóa HDim, lă phối tử tạo phức với ion niken oY H.C 3 ẢXư H 3 AM H +C | | CH; 0 ay Hình 2.2 Phức niken dimetylglyoxim

Trang 24

Khóa luận tột nghiệp GVHD: TS, Phan Thị Hoăng Oanh

C: nông độ của Ni”

a, b: câc hêng số tỉnh được

Đường chuẩn A - C, thu được dùng đẻ tỉnh nông độ của Ni”” trong câc thí nghiệm

sau năy Dung dịch Ni” sau khi khuấy với VLHP được lọc băng giấy lọc đem đi đo

mật độ quang A đẻ xâc định nông độ

2.2.2 Phương phâp phổ hông ngoại [8j

Phương phâp phô hỏng ngoại lă một chuyín đẻ khâ rộng trong câc phương phâp

phô ứng dụng trong hỏa học Trong luận văn nảy, chúng tôi chỉ trình băy một số nội

dung của phương phâp phô năy nhăm phục vụ cho việc biện luận câc kết quả thực nghiệm ở chương sau

Phô hỏng ngoại (IR) lă một trong câc kĩ thuật phđn tích quan trọng Một trong câc lợi thể của phô IR lả hầu như bắt kì mẫu năo vă ở trạng thải nảo cũng có thể nghiín cứu được (chất lỏng, dung dịch, bột nhêo, bột khô, phím, sợi, khí vả câc bẻ

mặt ) Phí kế IR đê có từ những năm 1940 — 1950, va hiĩn nay phĩ kĩ IR do gan voi

mây tính nín đê câi thiện đâng kí chất lượng phô IR vă giảm bớt thời gian đo mẫu Phỏ IR lă một kĩ thuật dựa văo sự dao động vă quay của câc nguyín tử trong phđn tử Nói chung, phô IR nhận được bằng câch cho tia bức xạ IR đi qua mẫu vă xâc

định phđn tỉa tới bị hấp thụ với năng lượng xâc định Năng lượng tại pic bất kì trong pho hap thy xuất hiện tương ửng với tần số đao động của một phần của phđn tử mẫu

2.2.2.1 Sự hấp thụ IR

Khi phđn tử hắp thụ câc bức xạ IR, chúng bị kích thích vă chuyển lín mức năng lượng cao hơn Sự hắp thụ năy được lượng tử hóa: phđn tử chỉ hấp thụ câc tần số (năng lượng) được lựa chọn của bức xạ IR, đo đó mỗi loại dao động trong phản tử hắp thụ ở một tần số xâc định Bức xạ IR được chia thănh 3 vùng: vùng IR xa (400 - $0 cm”);

vùng IR trung bình (4000 - 400 cm'`) vă vùng IR gđn (12500 - 4000 em) Trong

phan tích hữu cơ thì IR trung bình lă vùng IR quan trọng nhất

Trang 25

2.2.2.2 Sir dung pho IR

Do mỗi dạng liín kết có tần số đao động khâc nhau vă do hai dạng liín kết như nhau trong hai hợp chất khâc nhau, ở môi trường xung quanh cũng có khâc nhau, nín

không có hai phđn tử với cđu trúc khâc nhau cĩ cdc hap thy IR (hay phd IR) gidng nhau Mặc dù một vải tan sĩ hap thy trong hai trường hợp có thẻ giống nhau, nhưng không có trưởng hợp nao ma phô IR của hai phđn tử khâc nhau lại đồng nhất được Bằng câch so sảnh phô IR của hai hợp chất ta có thể xâc định chúng có giỗng nhau hay không Nếu phô của chúng trùng nhau vẻ câc pic, nhất lă trong ving 1500 — 650 cm”, được gọi lă vùng “vđn ngón tay”, thì trong hấu hết câc trường hợp hai chất lă đồng

nhât,

Câc hấp thụ của mỗi đạng liín kết (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C, CsC, C=C, C=N, ) chỉ xuất hiện trong vùng nhỏ của phô IR Mỗi vùng phô IR có thể xâc

định cho mỗi dạng liín kết, ngoải vùng năy, hấp thụ thưởng thuộc về dạng liín kết

khâc Chang han, bat ki hap thu trong vùng 3000 + 150 cm” luôn thuộc về liín kết C-

H trong phđn tử, hấp thụ trong vùng 1715 - 1750 cm” lă đo sự có mặt của liín kết

C=O (nhóm cachonyl) trong phđn từ

Cường độ hập thụ IR được biíu diễn theo tung độ của phô IR, trong đó sử dụng

độ truyền qua (%4T) hoặc độ hắp thụ (A)

Trong khóa luận năy, chúng tôi sử dụng phương phâp phô IR với mục đích xâc nhận sự có mặt của nhóm cacbonyl (C=O) trong gốc -COOH, trong vùng hap thu khoảng 1715 - 1750 em `”

2.2.3 Phương trình dang nhiĩt Langmuir [5]

Qua trinh hap phy 1a m6t qua trinh thuan nghich Cac phan tir chat bi hap phu khi đê hấp phụ trín bẻ mặt chất hấp phụ vẫn có thẻ di chuyến ngược lại pha mang Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trín bề mặt chất răn cảng nhiều thi tốc độ di

chuyín ngược lại pha mang căng lớn Đến một thời điểm nảo đó, tốc độ hắp phụ bằng

tốc độ giải hập thì quâ trình hắp phụ đạt cđn bảng

Trang 26

Trong đẻ tăi nảy, chủng tôi nghiín cửu cđn bằng hấp phụ của VLHP vả của

CBHT đối với ion NiỶ” trong môi trường nước theo mô hình đường đăng nhiệt hấp phụ

Langmuir

Phương trình đăng nhiệt hấp phụ Langmuir được xđy dựng dựa trín câc giả thuyet:

e Tiíu phđn bị hđp phụ liín kết với bẻ mặt tại những trung tđm xâc định

se Mỗi trung tđm chỉ hấp phụ một tiểu phan

e Bẻ mặt chất hấp phụ lă đồng nhất, nghĩa lă năng lượng hắp phụ trín câc tiểu phđn lă như nhau vă không phụ thuộc văo sự có mặt của câc tiíu phđn hđp phụ trín câc trung tđm bẻn cạnh

[uy nhiín, phương trinh trín cũng có thể âp dụng cho hấp phụ trong mỗi

trường nước Khi đỏ phương trinh Langmuir được biíu điển như sau: q_ _ _bŒcp i = Pee (1) Gmax 1#bCcp Trong đó: 4s Gmax: dung lượng hấp phụ, dung lượng hap phy cye dai (mg/g) b: hang sĩ Langmuir

Cp: ndng 46 chat bị hấp phụ khi đạt cđn băng hấp phy (mg/l)

Đẻ xâc định câc hằng số trong phương trình dang nhiĩt Langmuir, ta đưa phương trình (1) về đạng phương trình đường thẳng: Cop = 1 1 8 b.qmax " Qmax Cob (2)

Xay dung đô thị sự phụ thuộc của ng văo C.ụ sẽ xâc định được câc hêng số b vă qạ trong phương trình (2) Đô thị sự phụ thuộc của = vao C,,, co dang như sau:

Trang 27

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh Coy + q a N + oO Cop (mg/l)

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của na văo Cụ,

Theo phương trình (2) ta có hệ số góc của phương trình lă: 1 © = Qmax Grex tga ga = 2.3 Dụng cụ, thiết bị vă hóa chat 2.3.1 Dụng cụ, thiết bị - _ Cđn điện tử - Mây đo quang - Mây đopH - - Mây khuấy từ - Tủ sấy

- Binh djnh mite 50 mi, 1000 ml - Binh tam giâc 250 ml

- - Buret vă pipet câc loại

Trang 28

- Axit xitric tinh thĩ - Dimetylglyoxim

- Cacbon hoat tinh

Trang 29

khóa luận tót nghiệp GVHD: TS Phan Thi Hoang Oanh CHUONG 3 KET QUA THUC NGHIEM VA THAO LUAN 3.1 Thực nghiệm 3.1.1 Khảo sắt sự ảnh hưởng của nđng độ axit xitric đến khả năng hấp phụ của vậf liệu hấp phụ

Ba mia sau khi rưa sạch duge cat nhỏ (khoảng 0,5 cm), cho vao nước đun sôi

trong 30 phút đí loại bỏ đường tự nhiín, sau đó sđy khô ở 80°C trong 8 gid Ba mia khô được nghiín thănh bột mịn (nguyín liệu dau) [15]

Cđn 30 gam nguyín liệu vảo 300 ml dung dich NaOH | M dem khuay trong 2 giờ ở nhiệt độ phỏng Sau đỏ, lọc lấy phđn nguyín liệu đem rửa sạch cho văo nước cất khuấy trong 45 phút ở nhiệt độ phòng Quâ trình nảy lặp đi lập lại cho đến khi hết kiểm (thử bảng giấy quỷ tím thấy không đổi mău) Tiếp theo, lọc lay phan ba mia dem sđy ở 55°C trong 8 gid [22

Hình 3.1 Bêô mía khuấy với dung địch NaOH I M

8a mia sau khi say đem chia thănh 6 mẫu bang nhau (ki hiệu câc mẫu lă BA02, BA04, BA06, BA08, BAI0, BAI2) Mỗi mẫu cho vảo cốc chứa 50 mi dung dich axit

Trang 30

khóa luận tót nghiệp GVHD: TS Phan Thi Hoang Oanh

xitric có nông độ lần lượt lă 0.2 M, 0.4 M, 0.6 M, 0.8 M, 1,0 M, va 1,2 M khuay ở

nhiệt độ phòng trong vòng 30 phút Sau đó, lọc lấy bê mia đem sảy ở 55°C trong 24h;

tiếp theo nắng nhiệt độ sấy lín 120°C trong vòng 90 phút Cuối cùng đem bê mỉa rửa với nước cất (60°C - 80°C) đến khi hết axit dư (thử băng giấy quỳ tím thấy không đôi mau) va say khĩ & 55°C trong 24 gid thu duge VLHP [22]

Hình 3.2 Bê mía khuấy với dung dịch axit xitric Hình 3.3 Sản phẩm VLHP Tiín hănh đo phỏ IR của nguyín liệu đầu, bê mía sau khi khuấy với NaOH vả câc mẫu VLHP

3.1.2 Xđy dựng đường chuẩn đề định lượng iV?”

3.1.2.1 Chuan bj dung dich thí nghiệm

Dung dich tiíu chuđn N?` 0.2 mg/ml (dung dich A): can chinh xac trĩn can diĩn

tư một lượng muối NiSO, 6H;O có chứa 0,2 g niken, pha trong nước cất Axit hóa

dung dịch thu được bảng 2 mÌ dung địch H;SO, đặc 98% vă pha loêng bằng nước cất thănh L lít trong bình định mức 1000 ml Dung dịch thu được có chứa Ni” 0,2 mg/mlL Câc dung địch NiỶ” sau năy có nông độ nhỏ hơn được pha loêng từ dung dịch gốc bằng

nước cất

Trang 31

khóa luận tốt nghiệp GVHD TS Phan Thị Hoang Canh

Dung dich tiĩu chudn Ni’ 0,02 (mg/ml) (dung dich B): duge pha loaing 10 lan từ dung dich A va dung trong ngay: lay chinh xac 5 ml dung dich A cho văo bình định mức 50 ml, pha loêng bằng nước cắt cho đến vạch Lắc đều, thu được dung dịch B có chứa Ni” 0,02 mg/ml

Pha dung dich chuan

Lấy 10 bình định mức 50 ml có đânh số thứ tự từ | dĩn 10 Cho vao mdi bình lần

lugt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ml dung dich B, sau do cho thĩm văo mỗi bình lần lượt:

0.5 ml dung dich I, 0,05 M trong KI 0.1 M; 0.5 ml dung dich HDim 0.05 M trong

etanol, 2,5 ml dung dich NaOH | M va pha loang bing nude cat dĩn vach, lic dĩu

(sau môi lđn thím hóa chất phải lắc bình kỹ) [I 1, 12]

: "ZX—:ˆ cY- 2

Hình 3.4 Dêy dung địch chuẩn Ni?"

3.1.2.2 Dựng đường chuẩn xâc định Nỉ` [I1, 12]

Chon bước sóng tôi ưu: Do mật độ quang A của một dung địch tiíu chuẩn ở câc bước sóng khâc nhau của mây quang điện Chọn bước sóng tối ưu ửng với mật độ quang cực đại

Đo mật độ quang cua 10 dung dịch tiíu chuđn ở bước sóng đê chon Moi dung dich do 3 lan va lay giâ trị trung bình Sau đó dùng phương phâp hỏi quy tuyến tinh dĩ xđy đựng đường chuẩn A - C,

A =a+ ĐC

Trang 32

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoằng Oanh

Trong đó: A: mắt độ quang

C: nông độ của Ni”

a, b: câc hêng số tỉnh được

Đường chuđn A - C,thu được dùng đẻ tính nông độ của Ni” trong câc thí nghiệm

sau nảy Dung dịch Ni” sau khi khuấy với VLHP vă CBHT được lọc bằng giấy lọc

đem đi đo mật độ quang A đẻ xâc định nông độ

3.1.3 Khảo sắt khả năng hấp phụ của câc mẫu VLHP

Tiín hănh khảo sât khả năng hắp phụ của 6 mẫu VLHP với câc điều kiện tối ưu được đẻ cập đến trong tăi liệu [9]: thời gian khuấy lă 60 phút, pH = š Chọn nông độ Ni”” lă 50 ppm

Chuẩn bị 6 lọ tam giâc 250 ml

Cho văo mỗi lọ 0,5 gam VLHP vă 100 ml dung dich Ni** 50 ppm Tiĩn hănh điều chỉnh pH băng dung dịch NaOH 0,1 M đến pH =5 Tiển hảnh khuấy câc lọ trong khoảng thởi gian 60 phút

Kết thúc quâ trình khuấy, đem lọc lấy dung dịch bằng giấy lọc vă xâc định nồng độ Ni”" sau khi hấp phụ Từ đó tính hiệu suất hắp phụ theo công thức (3) Vẽ đỏ thị sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ theo câc mẫu VLHP Từ đó xâc định

mẫu nảo có hiệu suất hắp phụ cao nhất Chọn nông độ axit xitric đê sử dụng để

tạo ra VLHP đó đề điều chế VLHP

H= =e 100(%) (3)

3.1.4 Điều chế VLHP với nằng độ axit xitric tối wu

Quy trình điều chế như đê trình bảy ở mục 3.1.1

Mẫu VLHP thu được đem đi đo phô IR vả chụp ảnh SEM, so sânh với ảnh SEM của nguyín liệu đđu

Trang 33

3.1.5 Khảo sât câc điều kiện pH, thời gian hấp phụ tối ưu của VLHP vă CBHT

3.1.5.1 Anh hưởng của pH đến quả trình hấp phụ a) VLHP

- Chuan bj 5 lo tam gidc 250 ml,

- Cho vao mai lọ 0,5 gam VLHP vă 100 ml dung dịch Ni” 50 ppm

- _ Tiến hănh điều chinh pH bằng dung địch NaOH 0.1 M vă H;SO, 0,1 M đến câc giả trị pH = 2, 3, 4, 5, 6

- Tiĩn hanh khuay cdc lọ trong khoảng thời gian 120 phút

-_ Kết thúc quả trình khuấy, đem lọc lấy dung dịch bằng giđy lọc vă xâc định nông độ Ni”` sau khi hấp phụ Tử đỏ tính hiệu suất hắp phụ Về đỏ thị sự phụ thuộc

của hiệu suất hấp phụ theo pH Từ đó xâc định được khoảng pH tôi ưu cho quâ

trình hắp phụ

b) CBHT: tiín hănh tương tự như VL.HP

3.1.5.2 Thời gian đạt cđn bằng hấp phụ a) VLHP

- Chuan bj 5 lo tam gidc 250 ml

- Cho vao mdi lo 0,5 gam VLHP va 100 ml dung dich Ni** 20 ppm - _ Điều chỉnh pH của mỗi lọ vẻ pH tôi ưu

- _ Đem khuấy mỗi lọ ở mỗi thời gian khâc nhau: 20, 40, 60, 80, 100 phút

- - Kết thúc quâ trình khuấy, đem lọc lấy dung dịch bằng giấy lọc vă xâc định nồng độ Ni?" sau khi hấp phụ Từ đó tính hiệu suất hap phy

- _ Tiín hănh lại thí nghiệm trín với dung dịch Ni” 40; 60; 80; 100 ppm

- _ Vẽ đô thị sự phụ thuộc của hiệu suất hắp phụ theo thời gian hấp phụ ở câc nông độ khâc nhau Từ đó xâc định được thời gian đạt cđn bằng hấp phụ

- - Tỉnh dung lượng hap phụ theo công thức (4) Vẽ đỏ thị sự phụ thuộc của C„⁄/q

văo Că Từ đó tinh dung lugng hap phy cực đại của VLHP

Trang 34

q= 2=2.v (mg/g) (4)

b) CBHT: tiín hănh tương tự như VLHP 3.2 Kết quả vă thảo luận

3.2.1 Phổ IR của nguyín liệu đầu, bê mía sau khi khuấy với NaOH vă 6 mẫu VLHP

Chung tdi thye hiĩn khao st phĩ IR cia nguyĩn liĩu dau, bai mia sau khi khuay

với NaOH vă 6 mẫu VLHP Việc khảo sât giúp chúng tôi xâc nhận việc biến tính bê mía băng axit xitric có thănh công hay không + : Ý ấ ° R + 4458 l(( (1442 sÏ|s›:,.¿Ï a 1 * 'ư HN tt tt ` 2 » al, wsẻ— <7 Via ase | TT T7 3 ii | oe P| T 7 T7 FF Tt LXS&,.&&«@ hm | Bư 4 Ty VỊ x+t VY NV Y TT 1 vy ý A: LẠ @,@Â&@6 8Ø @ 4Â 7 TỶ or > sx ac ane nx = = ae ss xs so a= -s“

Serpe CemTme 20870") 'Ose08 4M Siete FTE) Ot OMA

ae wo 2%44“4 42 Vee Cexssrs srtsersiel ME Crees of Praga

Hinh 3.5 Phĩ IR cia nguyĩn ligu dau

Chúng tôi nhận thđy sự tôn tại pic 1734,06 em với cưởng độ nhỏ pic nhọn phù

hợp với thănh phần cấu tạo cúa bê mía có chứa hemixenlulozơ

Trang 35

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh LẦU a t 8 * % 3 aha nes’) poe alas pr hasteadeiad ipa | = a i = 1: —4 -4 ~ § tr rẻ weve aD pee Ovi ewe we t- ver VU, Serr TeV UV ET Vee Ey eV ey NV TS oe 8 gS oe — wx sx sa be.) 3508 ta ox a s2 Tx em wx a k!'.«.«g ca

tarxe Comte *4*53°973%-9 'E32P Mate #71 + & 5X + §((ÍMAML

tia^B Ỷ VU Chere ry Dseesesi-lCMC Văsesey of Petgeny

Hình 3.6 Phổ LR của bê mía sau bước khuấy với NaOH

Trín phí IR của bê mía sau bước xử lí với dung dịch NaOH | M đê mất di pic

1734,06 em”, lă đao động hóa trị đặc trưng cho nhóm -COOH, điều năy được giải thích lă do thănh phần hemixenlulozơ vă một phần lignin trong bê mía đê bị hòa tan

bởi kiềm

Tiếp tục khảo sât phỏ IR của 6 mẫu VLHP, chúng tôi nhận thấy ở cả 6 mẫu đều xuất hiện lại pic hấp thụ mạnh, dao động khoảng 1724 cm'” đến 1739 cm” đặc trưng cho nhóm -COOH, câc pic có độ rộng vă cường độ tăng dẫn theo nông độ axit xitric, tuy nhiín đến khoâng nồng độ 0,8 M - 1,2 M thì sự tăng cường độ lă không nhiều Kết quả năy xâc nhận việc biến tính bê mía với axit xitric đê thănh công, trong VLHP đê có nhóm chức -COOH lă tđm hấp phụ của VLHP Dưới đđy, chúng tôi chỉ trình băy phĩ IR cúa 2 mẫu BA02 vă BA08 để để dăng nhận thấy sự khâc biệt của câc mẫu VLHP khi biển tính với nông độ axit xitric khâc nhau

Trang 36

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh 4$ g 5 41A1 126A 1042421311224 54221) 4 12102100 (6V 04 a , vy, i ' 3 GIẢN aa ae ee eke See đu vs mẻ CỔ — Ki

—— ee ie | Mate FTIE K4ðŒ% S3WA4421/L:

Mọ Xa 4 l= - (+ DugsZzmsssg ‹ 0Â MÂC Í xdsswecy dế Ÿ sếagege

Xoacddzm 1(14sị

Hình 3.7 Phố IR của mẫu BA02

Trang 37

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoăng Oanh 4 a T Ỷ pa ey LỤNIđ _" 7 TY = 7 7 "" 7 Ỷ = Ỷ 7 ‘ea Y Ỷ ‘a w " vẫn: 7 7 sa L F71 / “ae 7 “en: 7 7 ‘he 7 — sđu `

a (huy [ — 901/914 (0 +} *} AM Matt PTE Seen WALL,

a ee Cheer (my (Smrtes - lN kĂ( (issserd+ sĩ #s6sgy

_——=—— _Ô

Hình 3.8 Phổ IR của mẫu BA08

3.2.2, Đường chuẩn định lượng Nỉ”” bằng phương phâp trắc quang

Câc dung địch Ni?” có nòng độ khâc nhau được tiễn hănh đo mật độ quang, với

mỗi dung dịch đo 3 lần, mẫu so sânh lă mẫu trắng không chứa ion Ni”, đo tại bước

sóng 468 nm Sau đđy lă kết quả thu được:

Trang 38

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thj Hoăng Oanh C(ppm) A 09 0.4 0.1130 08 y=0.2149x + 0.0417 L 0.8 0.2291 0.7 R? = 0.9943 ye 1.2 0.3172 0.6 — 1.6 0.3589 05 oe 04 2.0 0.4880 | 34 0.5400 & ae 02 2,6 (0.6060 = ““ 3.0 0.6950 3.4 0.7678 0 1 2 3 4

Hình 3.9 Đường chuẩn dung địch Ni”

Đường chuẩn của dung dịch NiỶ” có nồng độ 0.4 - 3,4 ppm thu được có phương trình y = 0.2149x + 0.0417 (với y lă giâ trị mật độ quang thu được vă x la nông độ

tương ứng của ion NiŸ”) với hệ số tương quang RỶ = 0,9943 có thể chấp nhận

Khi có giâ trị mật độ quang, thể văo phương trình ta thu được giâ trị nồng độ

tương ứng của ion NỈ”

3.2.3 Khảo sât khả năng hấp phụ của câc mẫu VLHP

Tiến hănh khảo sât khả năng hấp phụ của 6 mẫu VLHP với câc điều kiện tôi ưu được đề cập đến trong tăi liệu [9]: thời gian khuấy lă 60 phút, pH = 5 Chọn nông độ

Ni?” lă 50 ppm Kết quả chúng tôi thu được như sau:

Trang 39

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoảng Oanh : H (%) Nong độ H(%) 90 axit xitric 80 0.2 M 58,20 = 0.4M 66.50 to SỐ 0.6 M 70.25 40 30 08M 78,56 20 10M 77,85 10 aM) 0 ' ' + + r ' t 1,2 M 70.02 0 0.2 04 0.6 0.8 1 12 1â

Hình 3.10 Đồ thị sự phụ thuộc của khả năng hấp phụ

văo nồng độ axit xitric

Từ số liệu va đỏ thị, chúng tôi nhận thấy rằng khi tăng nông độ axit xitric đề biến

tinh thi khả năng hấp phụ của VLHP tang lín, đạt cực đại khi nông độ axit 14 0,8 M, tir

lúc nảy khi tăng nông độ axit lín thi khả năng hắp phụ không tăng mă lại giảm xuống

Chúng tôi cho răng do hăm lượng câc nhóm hiđroxi trong bê mía có một giới hạn xâc

định, khi tăng nông độ axit xitic lín thì số phđn tử axit xitric phản ứng với nhóm hidroxi tang lĩn, lam tang kha nang hap phy của VLHP, tuy nhiín khi nông độ axit

xitric quâ lớn, trong quâ trình sđy để phản ứng, câc phđn tử axit xitric lại phản ứng với

nhau, tâch nước tạo thănh anhydrit, lăm giảm số lượng tđm axit, nín hiệu suất hắp phụ bị giảm xuống Do đó chúng tôi kết luận nồng độ axit xitric tôi ưu cho quả trình biến tính bê mía lă 0,8 M

Tử đđy, chúng tôi tiếp tục biến tính bê mỉa với nông độ axit xitric tối ưu trín,

đồng thời chụp ảnh SEM của nguyín liệu bê mía ban đầu vả của bê mía sau biến tính

để so sânh cđu trúc bề mặt của chúng

3.2.4 Điều chế VLHP với nông độ avit xitric tốt ưu

Quy trình điều chế như đê trình băy ở mục 3.1

Trang 40

khỏa luận tót nghiệp GVHD: TS Phan Th) Hoang Oanh

Pho IR cua VLHP nay tuong tu nhu pho IR cua mau BAO8 Anh SEM cua nguyen liệu bă mia bạn đđu vă của bê mía sau biến tính được trình bảy dua day

Hình 3.11 Ảnh SEM của bê mía ban đầu

Hình 3.12 Anh SEM của VLHP

Do cđu trúc sợi của bê mía khâ lớn nín chúng tỏi chưa nhận thđy sự khâc biệt gira Cau tric be mat ba mia ban dau va cau tric bĩ mat cla VLHP

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	3 MB