nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KHOA CÔNG NGHỆ TRƢỜNG  -ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ MAO QUẢN TRUNG BÌNH HẤP PHỤ MAO TRUNG BÌNH TỪQUẢN BÃ MÍA TỪ BÃ MÍA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Ths Huỳnh Thu Hạnh SINH VIÊN THỰC HIỆN Bùi Phong Phú (MSSV: 2102384) Ngành: Công nghệ hóa học - Khóa 36 Cần Thơ 12/2014 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh LỜI CẢM ƠN  -Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy cô nhiệt tình truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm nhiều kỹ bổ ích thiếu công việc sống Em xin chân lời cảm ơn đến cô Huỳnh Thu Hạnh, giảng viên môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ tận tình giúp đỡ, hướng dẫn truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báo suốt trình học tập làm luận văn Chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ, tạo điều kiện cho em thực đề tài Cảm ơn toàn thể bạn lớp Công nghệ Hóa học K36 giúp đỡ, động viên suốt trình thực đề tài Người viết Bùi Phong Phú SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh LỜI MỞ ĐẦU Nước ta nằm vùng khí hậu nhiệt đới, thuận lợi cho ngành mía đường phát triển Niên vụ sản xuất mía đường 2006 - 2007, diện tích mía nước 310,067ha, sản lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu Năm 2010, sản lượng đường sản xuất nước đạt 1,5 triệu Phát triển sản xuất mía đường định hướng đắn.Tuy nhiên, nhà máy sản xuất đường thải lượng không nhỏ bã mía Theo tính toán nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu mía để làm đường sinh lượng phế thải khổng lồ 2,5 triệu bã mía Trước 80% lượng bã mía dùng để đốt lò nhà máy sản xuất đường, sinh 50.000 tro Tuy phế thải tro bã bùn lại có nhiều chất hữu cơ, nguyên nhân gây ô nhiễm mạch nước ngầm nước mặt bị ô nhiễm trầm trọng Vì vậy, nhu cầu sử dụng vật liệu hữu cơ, vô để chế tạo thiết bị lọc nước hấp phụ kim loại ngày thu hút quan tâm nhà khoa học Vật liệu vi mao quản ứng dụng rộng rãi xúc tác hấp phụ, có điểm hạn chế không thích hợp với phân tử lớn Để khắc phục nhược điểm nhà khoa học nghiên cứu tìm vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía Tuy nhiên, Việt Nam vật liệu chưa nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía, ứng dụng xử lí kim loại nặng nước” Mục đích đề tài tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía Qua đó, mẫu xúc tác tổng hợp phân tích phương pháp phân tích hóa lý phân tích phổ hồng ngoại Sau ứng dụng xử lí kim loại nặng nước SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh MỤC LỤC Nhận xét đánh giá hƣớng dẫn Nhận xét đánh giá cán chấm phản biện Lời mở đầu i Mục lục ii Tóm tắt vi Danh mục từ viết tắt vii Danh mục hình viii Danh mục bảng ix PHẦN TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 1.1 .Giới thiệu vật liệu mao quản 1.1.1 Vật liệu mao quản 1.1.2 Vật liệu mao quản trung bình 1.1.3 Phân loại mao quản trung bình 1.1.3.1 Phân loại thành phần 1.1.3.2 Phân loại cấu trúc 1.1.4 Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình 1.2 1.1.4.1 Cơ chế định hướng theo tinh thể lỏng 1.1.4.2 Cơ chế xếp ống 1.1.4.3 Cơ chế tạo lớp trung gian 1.1.4.4 Cơ chế gấp 1.1.4.5 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc Giới thiệu vật liệu hấp phụ bã mía 1.2.1 Nguồn nguyên liệu GVHD: Huỳnh Thu Hạnh SVTH: Bùi Phong Phú 1.2.2 Thành phần hóa học nguyên liệu 1.3 Các phương pháp phân tích 1.3.1 Khái quát hấp phụ 1.3.1.1 Hấp phụ vật lí 1.3.1.2 Hấp phụ hóa học 1.3.1.3 Phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 1.3.1.3.1 Nhiệt hấp phụ 1.3.1.3.2 Lượng chất bị hấp phụ 1.3.1.3.3 Sự chọn lọc hấp phụ 1.3.1.3.4 Sự phụ thuộc nhiệt độ 1.3.1.3.5 Tính chất mối nối hấp phụ 10 1.3.1.3.6 Năng lượng hoạt hóa hấp phụ 10 1.3.1.3.7 Tính thuận nghịch hấp phụ 10 1.3.1.3.8 Trạng thái chất bị hấp phụ 11 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ .11 1.3.2.1 Ảnh hưởng dung môi .11 1.3.2.2 Ảnh hưởng chấp hấp phụ bị hấp phụ 12 1.3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 12 1.3.3 Các phương pháp phân tích hóa lý 13 1.3.3.1 Phương pháp phân tích quang phổ hồng 13 1.3.3.2 Phương pháp phân tích thành phần 14 1.3.3.3 Phương pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X 15 1.3.3.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt 15 1.3.3.5 Phương pháp electron UV-VIS 16 1.3.3.6 Sơ lược đo kích thước hạt Laser 16 PHẦN THỰC NGHIỆM 18 2.1 Thiết bị, hóa chất 18 2.1.1 Thiết bị 18 2.1.2 Hóa chất 18 GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.2 SVTH: Bùi Phong Phú 2.1.2.1 Chuẩn bị dung dịch gốc 18 2.1.2.2 Chuẩn bị chất thị .18 Nguyên liệu 18 2.2.1 Xử lí nguyên liệu .18 2.2.2 Chế tạo vật liệu 19 2.3 Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nước 19 2.3.1 Định lượng kim loại 19 2.3.1.1 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP Cu2+ 19 2.3.1.2 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP Pb2+ 20 2.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ của VLHP .21 2.3.2.1 Ảnh hưởng thời gian 21 2.3.2.2 Ảnh hưởng pH 21 2.3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ 21 PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .22 3.1 Kết phân tích hóa lý 22 3.1.1 Kết phân tích IR 22 3.1.2 Kết chụp SEM 23 3.1.3 Kết đo kích thước hạt 23 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP 24 3.2.1 Kết khảo sát khả hấp nguyên liệu VHHP Cu2+ 24 3.2.2 Kết khảo sát khả hấp nguyên liệu VHHP Pb2+ .25 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ kim loại VLHP 25 3.3.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ kim loại VLHP Cu2+ .25 3.3.1.1 Kết ảnh hưởng thời gian 25 3.3.1.2 Kết ảnh hưởng pH .27 GVHD: Huỳnh Thu Hạnh SVTH: Bùi Phong Phú 3.3.1.3 Kết ảnh hưởng nồng độ .29 3.3.1.4 Cân hấp phụ ion Cu2+ .30 3.3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ kim loại VLHP Pb2+ 31 3.3.2.1 Kết ảnh hưởng thời gian 31 3.3.2.2 Kết ảnh hưởng pH .33 3.3.2.3 Kết ảnh hưởng nồng độ .35 3.3.2.4 Cân hấp phụ 36 PHẦN KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ .38 4.1 Kết luận 38 4.2 Kiến nghị 39 Lời cảm ơn Tài liệu tham khảo SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh TÓM TẮT Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trở nên nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người đời sống sinh vật vấn đề xử lí kim loại nặng nước trở nên cấp thiết Có nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng như: phương pháp kết tủa, phương pháp gia áp khuấy nổi, Tuy phương pháp đắt tiền, phương pháp hấp phụ xử dụng rộng rãi chi phí thấp Các vật liệu hấp chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ lạc, lõi ngô, bã mía, vỏ trấu, Từ chọn đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía với mục đích tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp làm giảm ô nhiễm môi trường Bã mía chế tạo thành vật liệu hấp phụ mao quản trung bình tiến hành nghiên cứu hấp phụ ion kim loại Cu2+ Pb2+ theo phương hấp phụ bể gián đoạn so sánh với vật liệu sơ khai ban đầu Kết cho thây VLHP tốt nguyên liệu sơ khai với dung lượng hấp phụ cực đại đối Pb2+ 56,18 mg.g-1 Cu2+ 46,73 mg.g-1 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry VLMQ Vật liệu mao quản MQTB Mao quản trung bình SBA-16 Santa Barbara Amorphous - 16 MINR Minimum Ring ĐHCT Định hướng cấu trúc BET Brunauer-Emmett-Teller (đo diện tích bề mặt riêng) I Tiền chất vô S Chất hoạt động bề mặt MCM-41 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng M41S Họ vật liệu MQTB gồm MCM-41, MCM-48, MCM-48 Họ vật liêu MQTB có cấu trúc lập phương MCM-50 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp UV-VIS Ultraviolet-Visible (tử ngoại khả kiến) EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid IR Phổ hồng ngoại SEM Sanning Electron Microscopy (hiển thị điện tử quét) VLHP Vật liệu hấp phụ Laser khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh MỤC LỤC HÌNH Hình 1-1 Sơ đồ thổng quát vật liệu mao quản Hình 1-2 Cơ chế định hướng cấu trúc tinh thể lỏng Hình 1-3 Cơ chế xếp hình ống Hình 1-4 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc Hình 1-5 Hình ảnh thành phần hoá học bã mía Hình 1-6 máy phân tích thành phần 14 Hình 3-1 Phổ IR nguyên liệu đầu 22 Hình 3-2 Phổ IR VLHP 22 Hình 3-3 Ảnh SEM nguyên liệu 23 Hình 3-4 Ảnh SEM VLHP 23 Hình 3-5 Đồ thị phân bố đo kích thước hạt 24 Hình 3-6 Sự phụ thuộc thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Cu2+ 27 Hình 3-7 Sự phụ thuộc pH đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Cu2+ 28 Hình 3-8 Sự phụ thuộc nồng đọ đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Cu2+ 30 Hình 3-9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ 31 Hình 3-10 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccbcủa Cu2+ 31 Hình 3-11 Sự phụ thuộc thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Pb2+ 33 Hình 3-12 Sự phụ thuộc pH đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Pb2+ 34 Hình 3-13 Sự phụ thuộc nồng độ đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Pb2+ 36 Hình 3-14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Pb2+ 36 Hình 3-15 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccbcủa Pb2+ 37 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Bảng 3-3 Ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp VLHP ion Cu2+ Lần Lần Lần Trung bình Thời gian (phút) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l) 10 633,60 320,00 49,49 31,36 20 633,60 313,60 50,51 32,00 30 633,60 307,20 51,52 32,64 45 633,60 300,80 52,53 33,28 60 633,60 300,80 52,53 33,28 90 633,60 288,00 54,55 34,56 633,60 448,00 29,29 18,56 10 633,60 307,20 51,52 32,64 20 633,60 300,80 52,53 33,28 30 633,60 294,40 53,54 33,92 45 633,60 294,40 53,54 33,92 60 633,60 294,40 53,54 33,92 90 633,60 275,20 56,57 35,84 633,60 456,53 27,95 17,71 10 633,60 313,60 50,51 32,00 20 633,60 307,20 51,52 32,64 30 633,60 300,80 52,53 33,28 45 633,60 298,67 52,86 33,49 60 633,60 296,53 53,20 33,71 90 633,60 285,87 54,88 34,77 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 40 35 30 q (mg/l) 25 20 15 10 5 10 20 30 45 60 90 Thời gian (phút) Hình 3-6 phụ thuộc thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Cu2+ Từ kết bảng 3-3 hình 3-6, thấy khoảng thời gian khảo sát từ đến 90 phút, khoảng từ đến 10 phút đầu dung lượng hấp phụ ion Cu2+ VLHP tăng nhanh từ 10 đến 20 phút dung lượng hấp phụ tăng chậm sau 20 phút dung lượng hấp phụ Cu2+ tương đối ổn định Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Cu2+ từ 30 đến 60 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Cu2+ 3.6.1.2 Kết ảnh hƣởng pH Bảng 3-4 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp VLHP ion Cu2+ Lần Lần Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l) 1,80 633,60 614,40 3,03 1,92 2,30 633,60 364,80 42,42 26,88 3,02 633,60 300,80 52,53 33,28 3,90 633,60 294,40 53,54 33,92 5,21 633,60 294,40 53,54 33,92 1,80 633,60 608,00 4,04 2,56 2,30 633,60 352,00 44,44 28,16 3,02 633,60 294,40 53,54 33,92 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Bảng 3-4 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp VLHP ion Cu2+ Lần Lần Lần Trung bình pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l) 3,90 633,60 294,40 53,54 33,92 5,21 633,60 300,80 52,53 33,28 1,80 633,60 608,00 4,04 2,56 2,30 633,60 352,00 44,44 28,16 3,02 633,60 300,80 52,53 33,28 3,90 633,60 300,80 52,53 33,28 5,21 633,60 294,40 53,54 33,92 1,80 633,60 610.13 3,70 2,35 2,30 633,60 356.27 43,77 27,73 3,02 633,60 298.67 52,86 33,49 3,90 633,60 296.53 53,20 33,71 5,21 633,60 296.53 53,20 33,71 40 35 30 q (mg/l) 25 20 15 10 1.8 2.3 3.02 3.9 5.21 pH Hình 3-7 Sự phụ thuộc pH đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Cu2+ Từ kết bảng 3-4 hình 3-7, thấy khoảng pH khảo sát từ 1.8 đến 5.21, khoảng từ 1,8 đến 2,3 dung lượng hấp phụ ion Cu2+ VLHP tăng nhanh từ 2,3 đến 3,02thì dung lượng hấp phụ tăng chậm sau 3,02 dung lượng hấp phụ Cu2+ tương đối ổn định Do đó, cho pH đạt cân hấp phụ SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Cu2+ từ 3,02 đến 5,21 chọn khoảng pH để nghiên cứu Cu2+ 3.6.1.3 Kết ảnh hƣởng nồng độ Bảng 3-5 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp VLHP ion Cu2+ Lần Lần Lần Lần Trung bình C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 60,80 19,20 68,42 4,16 162,13 51,20 68,42 11,09 312,53 102,40 67,24 21,01 478,93 217,60 54,57 26,13 632,53 294,40 53,46 33,81 60,80 19,20 68,42 4,16 162,13 51,20 68,42 11,09 312,53 108,80 65,19 20,37 478,93 211,20 55,90 26,77 632,53 300,80 52,44 33,17 60,80 19,20 68,42 4,16 162,13 44,80 72,37 11,73 312,53 96,00 69,28 21,65 478,93 217,60 54,57 26,13 632,53 294,40 53,46 33,81 60.8 19.20 68.42 4.16 162.13 49.07 69.74 11.31 312.53 102.40 67.24 21.01 478.93 215.47 55.01 26.35 632.53 296.53 53.12 33.60 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 40 35 q (mg/g) 30 25 20 15 10 60.8 162.13 312.53 478.93 632.53 C0 (mg/l) Hình 3-8 Sự phụ thuộc nồng độ đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Cu2+ Từ kết bảng 3-5 hình 3-7, thấy khoảng nồng độ khảo sát từ 60,8 đến 632,53mg.l-1 , tăng nồng độ dung lượng hấp phụ VLHP ion Cu2+ tăng, hiệu suất giảm 3.6.1.4 Cân hấp phụ ion Cu2+ Từ kết thu nghiên cứu cân hấp phụ với ion kim loại theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ion kim loại Cu2+chúng tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax hệ số Langmuir K kim loại Cu2+ là: Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg.g-1): 46,73 mg.g-1 Hằng số Langmuir K: 0,00084 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 35 30 q (mg/g) 25 20 15 10 0 500 1000 1500 2000 2500 Ccb (mg/l) Hình 3-9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Cu2+ 80 70 Ccb/q (g/l) 60 50 40 30 y = 0.0214x + 25.303 R² = 0.8997 20 10 0 500 1000 1500 2000 2500 Ccb (mg/l) Hình 3-10 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccbcủa Cu2+ 3.3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình hấp phụ kim loại VLHP Pb2+ 3.3.2.1 Ảnh hƣởng thời gian SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Bảng 3-6 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp VLHP ion Pb2+ Lần Lần I Lần Lần Trung bình Thời gian C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l) 10 2691,00 2380,50 11,54 31,05 20 2691,00 2359,80 12,31 33,12 40 2691,00 2277,00 15,38 41,40 60 2691,00 2214,90 17,69 47,61 80 2691,00 2214,90 17,69 47,61 100 2691,00 2214,90 17,69 47,61 120 2691,00 2214,90 17,69 47,61 10 2691,00 2380,50 11,54 31,05 20 2691,00 2339,10 13,08 35,19 40 2691,00 2297,70 14,62 39,33 60 2691,00 2235,60 16,92 45,54 80 2691,00 2235,60 16,92 45,54 100 2691,00 2235,60 16,92 45,54 120 2691,00 2152,80 20,00 53,82 10 2691,00 2421,90 10,00 26,91 20 2691,00 2359,80 12,31 33,12 40 2691,00 2297,70 14,62 39,33 60 2691,00 2277,00 15,38 41,40 80 2691,00 2214,90 17,69 47,61 100 2691,00 2214,90 17,69 47,61 120 2691,00 2214,90 17,69 47,61 10 2691,00 2394,30 11,03 29,67 20 2691,00 2352,90 12,56 33,81 40 2691,00 2290,80 14,87 40,02 60 2691,00 2242,50 16,67 44,85 80 2691,00 2221,80 17,44 46,92 100 2691,00 2221,80 17,44 46,92 120 2691,00 2194,20 18,46 49,68 (phút) SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 60 50 q (mg/l) 40 30 20 10 10 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) Hình 3-11 Sự phụ thuộc thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Pb2+ Từ kết bảng 3-6 hình 3-11, thấy khoảng thời gian khảo sát từ 10 đến 120 phút, khoảng từ 10 đến 60 phút đầu dung lượng hấp phụ ion Pb2+của VLHP tăng từ 60 đến 80 phút dung lượng hấp phụ tăng chậm, từ80 đến 100 phút dung lượng hấp phụ Pb2+là tương đối ổn định sau dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng Do đó, cho thời gian đạt cân hấp phụ Pb2+ từ 80 đến 100 phút chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Pb2+ 3.3.2.2 Ảnh hƣởng pH Bảng 3-7 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp VLHP ion Pb2+ Lần Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 1,00 2691,00 2380,5 11.54 31.05 2,16 2691,00 2297,7 14.62 39.33 3,06 2691,00 2214,9 17.69 47.61 3,50 2691,00 2194,2 18.46 49.68 4,06 2691,00 2194,2 18.46 49.68 4,94 2691,00 2111,4 21.54 57.96 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Bảng 3-7 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp VLHP ion Pb2+ Lần Lần Lần Trung bình pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 1,00 2691,00 2463,30 8,46 22,77 2,16 2691,00 2339,10 13,08 35,19 3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61 3,50 2691,00 2194,20 18,46 49,68 4,06 2691,00 2194,20 18,46 49,68 4,94 2691,00 2132,10 20,77 55,89 1,00 2691,00 2442,60 9,23 24,84 2,16 2691,00 2380,50 11,54 31,05 3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61 3,50 2691,00 2173,50 19,23 51,75 4,06 2691,00 2173,50 19,23 51,75 4,94 2691,00 2111,40 21,54 57,96 1,00 2691,00 2428,80 9,74 26,22 2,16 2691,00 2339,10 13,08 35,19 3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61 3,50 2691,00 2187,30 18,72 50,37 4,06 2691,00 2187,30 18,72 50,37 4,94 2691,00 2118,30 21,28 57,27 70 60 q (mg/l) 50 40 30 20 10 2.16 3.06 3.5 pH 4.06 4.94 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh Hình 3-12 Sự phụ thuộc pH đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Pb2+ Từ kết bảng 3-7 hình 3-12, thấy khoảng pH khảo sát từ đến 4,94 Khoảng từ đến 3,06 dung lượng hấp phụ ion Pb2+của VLHP tăng từ 3,06 đến 3,05 dung lượng hấp phụ tăng chậm, từ 3,5 đến 4,06 dung lượng hấp phụ Pb2+là tương đối ổn định sau dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng Do đó, cho pH đạt cân hấp phụ Pb2+ từ 3,5 đến 4,06 chọn khoảng thời gian để nghiên cứu Pb2+ 3.3.2.3 Ảnh hƣởng nồng độ Bảng 3-8 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả hấp VLHP ion Pb2+ Lần Lần Lần Lần Trung bình C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g) 252,54 186,30 26,23 6,62 606,51 476,10 21,50 13,04 1211,00 952,20 21,37 25,88 1800,90 1490,40 17,24 31,05 2442,60 2070,00 15,25 37,26 252,54 198,72 21,31 5,38 606,51 476,10 21,50 13,04 1211,00 1035,00 14,53 17,60 1800,90 1593,90 11,49 20,70 2442,60 2111,40 13,56 33,12 252,54 186,30 26,23 6,62 606,51 434,70 28,33 17,18 1211,00 952,20 21,37 25,88 1800,90 1656,00 8,05 14,49 2442,60 2173,50 11,02 26,91 252,54 190,44 24,59 6,21 606,51 462,30 23,78 14,42 1211,00 979,80 19,09 22,08 1800,90 1580,10 12,26 23,12 2442,60 2118,30 13,28 32,43 SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 35 30 q (mg/l) 25 20 15 10 252.54 606.51 1211 1800.9 2442.6 C0 (mg/l) Hình 3-13 Sự phụ thuộc nồng độ đến dung lượng hấp phụ VLHP ion Pb2+ Từ kết bảng 3.8 hình 3.12, thấy khoảng nồng độ khảo sát từ 252,54 đến 1211mg.l-1 tăng nhanh, từ 1211 đến 1800.9 mg.l-1 tăng chậm sau lại tiếp tục tăng nhanh, chung cho nồng độ cân đạt hấp phụ ion Pb2+ từ 1211 đến 1800,9 mg.l-1 3.3.2.4 Cân hấp phụ 35 30 25 20 15 10 0 500 1000 1500 2000 2500 Hình 3-14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Pb2+ SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 80 70 60 50 40 30 y = 0.0214x + 25.352 R² = 0.9 20 10 0 500 1000 1500 2000 2500 Hình 3-15 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccbcủa Pb2+ Từ kết thu nghiên cứu cân hấp phụ với ion kim loại theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ion kim loại Pb2+chúng tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax hệ số Langmuir K kim loại Pb2+ là: Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg.g-1): 47.62 mg.g-1 Hằng số Langmuir K : 0,00083 GVHD: Huỳnh Thu Hạnh SVTH: Bùi Phong Phú PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Sau tháng học tập nghiên cứu, đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía” đề tài hoàn thành yêu cầu sau: Đã chế tạo VLHP từ bã mía khảo sát số đặc điểm cấu trúc bề mặt VLHP Khảo sát cấu trúc VLHP qua phổ hồng ngoại IR VLHP cho thấy phân tử axit xitric este hóa nhóm hydroxyl bã mía Khảo sát đặc điểm bề mặt VLHP qua ảnh SEM cho thấy bã míasau hoạt hóa có cấu tạo xốp so với bã mía chưa hoạt hóa Đã khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP Pb2+ Cu2+ Kết cho thấy nguyên liệu VLHP hấp phụ ion kim loại dung dịch Tuy nhiên, khả hấp phụ VLHP ion kim loại tốt nhiều so với nguyên liệu Đã nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến hấp phụ VLHP Pb2+ Cu2+ Kết thu cho thấy Thời gian đạt cân hấp phụ: - Pb2+ : 80 đến 100 phút - Cu2+ : từ 30 đến 60 phút Khoảng pH tối ưu: - Đối với Pb2+từ 3,5 đến 4,06 - Đối với Cu2+: từ 3,02 đến 5,21 Nồng độ ban đầu: Trong khoảng nồng độ khảo sát với ion kim loại, nồng độ ion kim loại tăng dung lượng hấp phụ VLHP ion kim loại tăng.Xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Pb2+ Cu2+ Cụ thể dung lượng hấp phụ cực đại VLHP đốivới ion kim loại là: GVHD: Huỳnh Thu Hạnh SVTH: Bùi Phong Phú - Pb2+ : 56,18 mg.g-1 - Cu2+ : 46,73 mg.g-1 4.2 Kiến nghị Để tăng cương khả xúc tác hấp phụ vật liệu ta nên chức hóa bề mặt gắng kim loại chuyển tiếp vào vào thành mao quản bề mặt mao quản để tăng thêm đọ bền hoạt tính xúc tác cho trình hấp phụ kim loại như: Ni2+, Mn2+, Ứng dụng vật liệu cho trình phân hủy hợp chất hữu như: metylen xanh, metylen đỏ, Nên phân tích thêm số phương pháp phân tích hóa như: phương pháp xác định diện tích bề mặt (BET), Phương pháp quang phổ UV – VIS SVTH: Bùi Phong Phú GVHD: Huỳnh Thu Hạnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Huy Bá, 2000 Độc học môi trường, Nxb ĐH Quốc gia TP.HCM Lê Văn Cát, 2002 Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải.Nxb Thống kê, Hà Nội Trịnh Ngọc Châu, Triệu Thị Nguyệt, Vũ Đăng Độ, 2001 Nghiên cứu khả sử dụng số phụ phẩm nông nghiệp để hấp thụ số ionkim loại nặng nước thải Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ hai ngành Hoá học, trường ĐH Quốc gia Hà Nội Nguyễn Tinh Dung , 2002 Hóa học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hoá học, Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Tứ Hiếu, 2003 Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Đình Huề, 1982 Giáo trình hóa lí Nxb Giáo dục, Hà Nội P.P Koroxtelev, 1974 Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hoá học (Người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua,…) Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Hoàng Nhâm, 2001 Hóa vô tập ba Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998 Hóa lí tập II Nxb Giáo dục, Hải Phòng 10 Hồ Sĩ Tráng , 2005 Cơ sở hoá học gỗ xennluloza, tập Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 11 Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương(Bá, 2000) , 2000 Các phương pháp phân tích kim loại nước nước thải Nxb Khoa học kĩ thuật, Tp Hồ Chí Minh [...]... ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ Đó là quá trình đi ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý... 2.4.2 Vật liệu mao quản trung bình Vật liệu mao quản trung bình được phát hiện do các nhà khoa học nghiên cứu tổng hợp thành công vào đầu thập niên 90 của thế kỷ 20 Hai nhóm nghiên cứu độc lập người Nhật Bản và Mỹ vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, được gọi là rây phân tử MQTB (MMS) Đến nay có nhiều loại vật liêu MQTB khác ra đời như M41S, FSM, HMS, SBA15 và SBA-16, Các vật liệu có kích thước mao quản. .. năng hấp phụ Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dich thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của mao quản không cản trở sự đi vào của chất bị hấp phụ Nếu kích thước mao quản bé hơn khích thước của phân tử bị hấp phụ thì sự hấp phụ sẽ bị cản trở Đây cũng là một nguyên nhân làm đảo ngược qui tắc Traube Ví dụ khi hấp phụ các axit béo trên chất hấp phụ. .. liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối, vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học (Trần Văn Nhân, CTV, 2006) 2.6.1.3 Phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Có thể phân biệt hấp phụ hóa học và lý học ở... các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn (Trần Văn Nhân, CTV, 2006) GVHD: Huỳnh Thu Hạnh 2.6.1.2 SVTH: Bùi Phong Phú Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết... lý và hấp phụ hóa học (Trần Văn Nhân, CTV, 2006) 2.6.1.1 Hấp phụ vật lí Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất... bị hấp phụ Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn lớp) Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp) (Trần Văn Nhân, CTV, 2006) 2.6.1.3.3 Sự chọn lọc hấp phụ Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ Hấp phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính chất hấp phụ. .. của zeolite từ 3 đến 4 lần và diện tích bề mặt riêng vô cùng lớn (500 – 1000 m2.g-1) Do có nhiều ưu điểm nên vật liệu MQTB có tiềm năng phát triển lớn trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ, khắc phục được nhược điểm của vật liêu vi mao quản Theo danh pháp IUPAC, dựa trên kích thước mao quản, vật liệu rắn xốp được chia là 3 loại: vi mao quản (đường kính d < 2nm), MQTB (2 < d < 50 nm) và đại mao quản d > 50... Thu Hạnh • VLMQ vi mao quản : d < 2 nm (d: đường kính trung bình của mao quản ) Kích thước trung bình của mao quản được xác định theo sự phân bố diện tích hay thể tích nói trên Song trong một số trường hợp có thể tính toán một cách gần đúng theo công thức: d V nS (1.2) Trong đó: n: thừa số hình dáng Với mao quản hình trụ: n = 0,5 S: bề mặt riêng của VLMQ V: thể tích mao quản (Trích từ http://tailieu.vn/doc/ky-thuat-xuc-tac-1070907.html,... 2.4.4 Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình Hiện nay có rất nhiều cơ chế được đưa ra để giải thích quá trình hình thành các vật liệu MQTB Tuy nhiên các cơ chế này đều có một đặc điểm chung là có sự tương tác của chất ĐHCT với chất vô cơ trong dung dịch Để tổng hợp mao quản trung bình cần có ít nhất 3 thành phần: chất ĐHCT đóng vai trò làm tác nhân định hướng cấu trúc vật liệu, nguồn vô cơ như ... chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía, ứng dụng xử lí kim loại nặng nước” Mục đích đề tài tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía Qua đó,... pháp hấp phụ xử dụng rộng rãi chi phí thấp Các vật liệu hấp chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ lạc, lõi ngô, bã mía, vỏ trấu, Từ chọn đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung. .. 2.4.2 Vật liệu mao quản trung bình Vật liệu mao quản trung bình phát nhà khoa học nghiên cứu tổng hợp thành công vào đầu thập niên 90 kỷ 20 Hai nhóm nghiên cứu độc lập người Nhật Bản Mỹ vật liệu