Tạp chí Hóa học, T 48 (4C), Tr 602 - 607, 2010 HP PH V GII HP MT S ION KIM LOI NNG TRONG DUNG DCH NC BNG HYDROGEL POLY(AXIT ACRYLIC) n Tũa son 12-7-2010 NGUYN THANH TNG1, PHM TH THU GIANG2 HONG TH PHNG1, CễNG HOAN1 Vin Hoỏ hc, Vin Khoa hc v Cụng ngh Vit Nam Khoa Cụng ngh Hoỏ, i hc Cụng nghip H ni ABSTRACT The adsorption of Pb2+ and Cd2+ ions from aqueous solution on poly(acrylic acid) hydrogel conformed to linear form of Langmuir adsorption isotherm Adsorption capacity for Pb2+ and Cd2+ were found as 294.1 and 204.1 mg/g at 30oC, respectively By treatment of the metal ionloaded hydrogel with 0.2M HNO3, it is possible to recover completely Pb2+ and Cd2+ from hydrogel After cycles of adsorption- desorption, the adsorption capacity of hydrogel is still high The adsorption of Cd2+ and Pb2+ in competitive conditions was also studied I - GII THIU Ion kim loi nng nc thi t cỏc ngnh cụng nghip khỏc nh m in, thuc da, ch bin thộp, sn tỏc ng khụng nh ti sc kho ngi v cỏc c th sng thi vo mụi trng Cỏc kim loi ny sau xõm nhp vo c th c tớch lu dn dn v gõy ri lon tng hp hemoglobin, chuyn hoỏ vitamin D, ri lon chc nng ca thn, phỏ hu tu sng, gõy ung th Pb2+ v Cd2+ l hai ion kim loi nng khỏ ph bin nc thi cụng nghip v nng ca chỳng phi c hn ch mc thp Hydrogel l polyme cú cu trỳc mng li chiu cha cỏc nhúm chc a nc, khụng tan nc nhng cú th hp th v gi mt lng nc ln, thm di ỏp lc [1] Cỏc hydrogel polyme nh poly(axit acrylic-coacrylamit) [2,3], poly(vinylpyrrolidon- axit acrylic) [4], poly(2- acrylamidoglycolic axit) [4], poly(acrylamit-co-axit maleic) [6] cha cỏc nhúm chc cú kh nng to phc, t lõu ó 602 c s dng hp ph, lm giu, tỏch loi v thu hi cỏc ion kim loi t cỏc dung dch nc khỏc v ngy cng c nhiu tỏc gi quan tõm nghiờn cu Hydrogel poly(acrylic axit) ó c tng hp thnh cụng bng phng phỏp trựng hp huyn phự ngc [7] Bi bỏo ny nghiờn cu quỏ trỡnh hp ph v gii hp cỏc ion Pb2+, Cd2+ dung dch nc ca hydrogel núi trờn II - THC NGHIM Hoỏ cht, vt liu - Cd(NO3)2, Pb(NO3), NaOH, HNO3 (tinh khit phõn tớch, Trung Quc) - Hydrogel poly(acrylic axit) c tng hp t quỏ trỡnh trựng hp axit acrylic (c trung ho 75% lng bng NaOH) cú mt cht to li N,N'- metylenbisacrylamit (MBA) bng phng phỏp trựng hp huyn phự ngc Quan sỏt nh SEM cho thy sn phm cú dng hỡnh cu, kớch thc ht trung bỡnh 100m [8] S phn ng trựng hp axit acrylic c minh ho trờn hỡnh ph hp th nguyờn t AAS trờn mỏy Perkin Elmer 3300 Phng phỏp tin hnh Dung lng hp ph c tớnh theo cụng thc: *Quỏ trỡnh hp ph: Chun b dung dch cha ion kim loi bng cỏch ho tan mui Cd(NO3)2 hoc Pb(NO3)2 nc ct ln 50ml dung dch cha ion kim loi cú nng xỏc nh c a vo cc thu tinh cha 0,1g cht hp ph (hydrogel) ri khuy trờn mỏy khuy t 250C vi tc khụng i Sau kt thỳc quỏ trỡnh hp ph, lc ly dung dch v xỏc nh nng ion kim loi bng phng phỏp q= ú: q l dung lng hp ph (mg/g hoc mmol/g); Ci l nng ion kim loi dung dch ban u (mg/l hoc mmol/l); Ct l nng kim loi dung dch sau hp ph (mg/l hoc mmol/l); m l lng cht hp ph ó dựng (g) v V l th tớch dung dch (l) CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH NH COOH + CH2 CH COONa COOH C O CH2 CH CH2 (C i C t ).V m COONa NH (NH4)2S2O8 CH2 t0 NH NH C O C O CH2 CH C O CH2 CH CH2 CH CH2 CH COOH COONa Hỡnh 1: S phn ng tng hp hydrogel polyacrylic * Xỏc nh dung lng hp ph cc i theo mụ hỡnh hp ph ng nhit Langmuir: Tin hnh quỏ trỡnh hp ph vi nng ban u ca ion kim loi khỏc T kt qu thu c, hi qui cỏc s liu thc nghim bng cỏc phn mm chuyờn dng xỏc nh cỏc hng s ca phng trỡnh ng nhit hp ph Langmuir Phng trỡnh ng nhit Langmuir cú dng: bC t q = qmax + bC t ú: q l dung lng hp ph ti thi im cõn bng; qmax l dung lng hp ph cc i v b l hng s xỏc nh cỏc hng s phng trỡnh hp ph ng nhit Langmuir, cú th chuyn phng trỡnh trờn thnh phng trỡnh ng thng: Ct 1 = ì Ct + q q max b.q max õy l phng trỡnh ng biu th s ph thuc Ct/q vo Ct T ng thng ny, xỏc nh c cỏc hng s qmax v b phng trỡnh t dc v on ct trc tung * Quỏ trỡnh gii hp ph, tỏi s dng cht hp ph: Cht hp ph bóo ho c a vo 50ml dung dch HNO3 0,2M v khuy [1] Sau 603 nhng khong thi gian khỏc nhau, ly mu v xỏc nh hm lng ion kim loi dung dch Cht hp ph c bng nc ct ti pH trung tớnh sau ú lm khụ chõn khụng 1050C n lng khụng i Tin hnh chu k hp ph v gii hp liờn tip Sau mi chu k, xỏc nh phn trm kim loi b hp ph, phn trm kim loi c gii hp v lng cht hp ph b hao ht * nghiờn cu quỏ trỡnh hp ph ng thi Cd2+ v Pb2+, 0,1g cht hp ph c a vo 50ml dung dch cha Pb2+ vi nng 7,2.104 M, nng Cd2+ thay i t n 7,2.10-4M hoc dung dch cha Cd2+ vi nng 7,2.104 M, nng Pb2+ thay i t n 7,2.10-4M (nhit 300C, pH = 5) Sau kt thỳc quỏ trỡnh hp ph, lc ly dung dch, xỏc nh nng ion kim loi v tớnh dung lng hp ph III - KT QU V THO LUN Kt qu hp ph Pb2+, Cd2+ ca hydrogel Kt qu kho sỏt cho thy khong nng u ca Pb2+ v Cd2+ l 1000 mg/l, thi gian t cõn bng hp ph l khong 120 phỳt Dung lng hp ph t cc i nhit 300C Do ion kim loi d b kt ta nng cao v pH dung dch cao nờn nh hng ca pH dung dch ti s hp ph ca hydrogel ch c nghiờn cu giỏ tr pH cao nht l v õy c coi l giỏ tr pH ti u [8] Trờn c s cỏc iu kin thi gian, nhit , pH ti u ó tỡm c, tin hnh quỏ trỡnh hp ph vi nng Pb2+ v Cd2+ ban u khỏc Cỏc d liu hp ph c phõn tớch theo mụ hỡnh ng nhit hp ph Langmuir Dng tuyn tớnh ca phng trỡnh Langmuir c biu din trờn hỡnh y = 0.0049x + 0.9185 R2 = 0.9933 Cf/q (g/l) Cd(II) Pb(II) y = 0.0034x + 0.1657 R2 = 0.9995 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Cf (mg/l) Hỡnh 1: Dng tuyn tớnh ca phng trỡnh Langmuir i vi Cd2+ v Pb2+ Cú th thy rng mụ hỡnh hp ph ng nhit Langmuir mụ t khỏ chớnh xỏc s hp ph ca Pb2+ v Cd2+ lờn hydrogel poly(axit acrylic) Dung lng hp ph cc i qmax ca hydrogel i vi Pb2+ v Cd2+ ln lt l 294,1 v 204,1mg/g v nng lng liờn kt b (Kqmax) trng hp Cd2+ l 0,9185 v 0,1657 i vi Pb2+ Quỏ trỡnh gii hp ph S ph thuc ca lng kim loi c thu hi theo thi gian x lý axit c biu din trờn 604 hỡnh v Kt qu cho thy lng kim loi c gii hp ph tng nhanh theo thi gian giai on u sau ú tip tc tng u kộo di thi gian ng cong gii hp ph ca c ion kim loi cú dng ging Lng ion c gii hp ph gn nh hon ton (i vi Cd2+ l 99,3%, Pb2+ l 99,7%) sau 90 phỳt iu ny chng t rng cú th s dng dung dch HNO3 0,2M gii hp ph cng nh thu hi mt cỏch hiu qu Cd2+ v Pb2+ Lng kim loi gii hp (% Lng kim loi gii hp (% 100 80 60 40 20 100 80 60 40 20 0 15 30 45 60 75 90 15 Thi gian (phỳt) 30 45 60 75 90 Thi gian (phỳt) Hỡnh 2: Lng kim loi Cd2+ c gii hp ph theo thi gian (Ci = 150mg/l, q = 44,6mg/g) Quỏ trỡnh tỏi sinh, tỏi s dng cht hp ph Sau gii hp ph, cht hp ph c tỏi sinh bng cỏch bng nc ct n pH trung Hỡnh 3: Lng kim loi Pb2+ c gii hp ph theo thi gian (Ci = 150mg/l, q = 66,4mg/g) tớnh, sy khụ 1050C n lng khụng i v tip tc thc hin chu k hp ph- gii hp nh trờn Kt qu c trỡnh by bng v Bng 1: Kh nng tỏi s dng cht hp ph i vi Cd2+ S chu k Kh nng hp ph Lng kim loi c gii hp (mg/g) Khi lng cht hp ph sau tỏi sinh (g) mg/g % 44,6 100 44,3 0,495 44,2 99,1 43,7 0,488 43,6 97,76 42,8 0,470 42,8 96,03 40,4 0,451 41,5 93,07 38,9 0,426 (nng Cd2+ Ci = 150mg/l, lng cht hp ph 0,1g tng ng vi q = 44,6mg/g) Bng Kh nng tỏi s dng cht hp ph i vi Pb2+ S chu k Kh nng hp ph Lng kim loi c gii hp (mg/g) Khi lng cht hp ph sau tỏi sinh (g) mg/g % 66,4 100 66,2 0,496 65,9 99,25 65,5 0,491 64,0 96,38 63,4 0,480 61,4 92,47 60,3 0,470 59,6 89,76 58,4 0,462 (nng Pb2+ Ci = 150mg/l, lng cht hp ph 0,1g tng ng vi q = 66,4mg/g) 605 Quỏ trỡnh hp ph ng thi Cd2+ v Pb2+ Dung lng hp ph Pb(II) (mmol/g Quỏ trỡnh hp ph ng thi (hp ph cnh tranh) Cd2+ v Pb2+ c nghiờn cu bng cỏch gi nng ca mt ion khụng i v thay i nng ca ion Kt qu c biu din 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 1.5 4.5 7.5 Nng Cd(II) x 10000 (M) Hỡnh 4: nh hng ca nng Cd2+ n dung lng hp ph Pb2+ (nng Pb2+ Ci = 7,2.10-4M) IV - KT LUN - Quỏ trỡnh hp ph cỏc ion Pb2+ v Cd2+ lờn hydrogel poly(acrylic axit) c nghiờn cu bng phng phỏp giỏn on p dng mụ hỡnh hp ph ng nhit Langmuir xỏc nh c dung lng hp ph cc i qmax ca Pb2+ v Cd2+ ln lt l 294,1 v 204,1mg/g - Cht hp ph c gii hp v tỏi sinh hiu qu bng dung dch HNO3 0,2M vi hiu qu gii hp >99% Sau chu k hp ph- gii hp, hydrogel trỡ kh nng hp ph tng i cao 606 trờn hỡnh v Kt qu trờn hỡnh v cho thy tng nng ion gõy nh hng thỡ s hp ph ca ion gim v cú xu hng khụng i tip tc tng nng ion gõy nh hng vt quỏ mt giỏ tr nht nh iu ny cú th l s bóo ho cỏc nhúm cacboxylat trờn mch polyme Dung lng hp ph Pb2+ iu kin cnh tranh gim ti 48,6%, ú dung lng hp ph Cd2+ ch gim 26,9% Nh vy, trt t kh nng hp ph iu kin cnh tranh l Cd2+ > Pb2+ iu ny cú v trỏi vi thụng thng Pb2+ cú kh nng hp ph tt hn bỏn kớnh ion ln hn Cn cú nhng nghiờn cu tip theo cú th kt lun chớnh xỏc hn Dung lng hp ph Cd(II) (mmol/g Kt qu cho thy kh nng hp ph ca hydrogel gim dn sau cỏc chu k hp ph - gii hp, nhiờn mc cao Kh nng thu hi kim loi bng dung dch HNO3 0,2 M cng gim dn, mt t l nh kim loi khụng c thu hi bi quỏ trỡnh tỏi sinh cú l l chỳng c liờn kt qua cỏc tng tỏc mnh hn v ú hiu qu hp ph gim dn theo cỏc chu k Ngoi ra, sau mi chu k lng cht hp ph cng b suy gim mt lng nh cỏc thao tỏc lc, ra, sy 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 1.5 4.5 7.5 Nng Pb(II) x 10000 (M) Hỡnh 5: nh hng ca nng Pb2+ n dung lng hp ph Cd2+ (nng Cd2+ Ci = 7,2.10-4M) - Dung lng hp ph Pb2+ iu kin cnh tranh gim 48,6%, ú dung lng hp ph Cd2+ ch gim 26,9% TI LIU THAM KHO T Bidtova Journal of Controlled Release, 54, 305 - 312 (1998) Xie J., Liu X., Liang J J Appl Polym Sci., 106, 1606 - 1613 (2007) Chauhan G S., Kumar A., A study in the uranyl ions uptake on acrylic acid and acrylamide copolymeric hydrogels, J Appl Polym Sci., 110, 3795-3803 (2008) Shawky H A., El-Sayed M H., Ali A E H., Mottaleb M S A J Appl Polym Sci., 100, 3966-3973 (2006) Rivas B L., Quilodrỏn B., Quiroz E J Appl Polym Sci., 99, 697 - 705 (2006) Inam R., Gỹmỹ Y., ầaykara T J Appl Polym Sci., 94, 2401-2406 (2004) Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung, Pham Thi Thu Ha, Trinh Duc Cong Advances in Natural Sciences, 7(2), 131 135 (2006) Nguyn Thanh Tựng, Phm Th Thu Giang, Nguyn Vn Khụi, Phm Th Thu H, Nguyn Th Hng Tp phõn tớch Hoỏ, Lý, Sinh hc, 15(1), 32-35 (2010) 607 ADSORPTION AND DESORPTION OF SOME HEAVY METAL IONS FROM AQUEOUS SOLUTIONS BY POLY(ACRYLIC ACID) HYDROGEL 608 ... lấy dung dịch xác định nồng ion kim loại phương pháp q= đó: q dung lượng hấp phụ (mg/g mmol/g); Ci nồng độ ion kim loại dung dịch ban đầu (mg/l mmol/l); Ct nồng độ kim loại dung dịch sau hấp phụ. .. phần trăm kim loại bị hấp phụ, phần trăm kim loại giải hấp khối lượng chất hấp phụ bị hao hụt * Để nghiên cứu trình hấp phụ đồng thời Cd2+ Pb2+, 0,1g chất hấp phụ đưa vào 50ml dung dịch chứa... Chất hấp phụ giải hấp tái sinh hiệu dung dịch HNO3 0,2M với hiệu giải hấp >99% Sau chu kỳ hấp phụ- giải hấp, hydrogel trì khả hấp phụ tương đối cao 606 hình Kết hình cho thấy tăng nồng độ ion