NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE , Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhưng nó cũng góp phần tạo ra lượng chất thải độc hại tác động trực tiếp đến sức khỏe con người và động thực vật. Các ngành công nghiệp như thuộc da, điện tử, công nghiệp hóa dầu... đã gây ô nhiễm nguồn nước vì chứa các ion kim loại độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As… Xử lý nguồn nước ô nhiễm là vấn đề cấp bách của các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, các nhà khoa học đang có xu hướng tìm đến các vật liệu xanh, thân thiện với môi trường, có giá thành rẻ. Đã có nhiều vật liệu được nghiên cứu như xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía, … làm vật liệu hấp phụ, tuy nhiên chúng tôi chưa tìm thấy tài liệu về vật liệu từ tre. Do vậy, trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi chọn vật liệu là dăm tre với nội dung “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của cellulose biến tính từ dăm tre”.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA Họ tên sinh viên: Võ Thị Việt Trinh Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm Đà Nẵng – 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm Sinh viên thực : Võ Thị Việt Trinh Lớp : 12SHH Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS Lê Tự Hải Đà Nẵng – 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHSP Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Thị Việt Trinh Lớp: 12SHH Tên đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng cellulose biến tính từ dăm tre Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: - Nguyên liệu: Cellulose biến tính - Hóa chất: HNO3, NaOH, ZnSO4.7H2O, MnSO4.H2O - Dụng cụ: Máy đo pH, máy khuấy từ, tủ sấy, pipet, cốc, bình định mức, đũa thủy tinh, phễu lọc Nội dung nghiên cứu Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ ion Mn2+ Zn2+ cellulose biến tính: ảnh hƣởng pH, thời gian đạt cân tỉ lệ rắn lỏng từ rút nhận xét khả hấp phụ ion kẽm (II) mangan (II) cellulose biến tính Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải Ngày giao đề tài: Ngày 15 tháng 09 năm 2015 Ngày hoàn thành: Ngày 12 tháng 04 năm 2016 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ, tên) (Ký ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016 Kết điểm đánh giá:…… Ngày… tháng… năm 20 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ, tên) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gởi đến quý thầy cô khoa Hóa Học – trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn tri thƣc quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trƣờng Và đặc biệt khóa luận em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy Lê Tự Hải Thầy tận tình bảo, hƣớng dẫn giúp đỡ chúng em suốt trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận Em xin đƣợc cảm ơn anh chị, bạn nhƣ đơn vị đo mẫu thí nghiệm tạo điều kiện thuận lợi hợp tác giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Bƣớc đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do việc mắc phải sai sót điều tránh khỏi, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn để báo cáo em đƣợc hoàn thiện Cuối em xin kính chúc quý thầy cô bạn dồi sức khỏe ! Trân trọng ! Đà Nẵng, ngày 10 tháng 04 năm 2016 Sinh viên thực Võ Thị Việt Trinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .1 3.1 Đối tƣợng .1 Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận văn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƢƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 TRE 1.1.1 Phân loại khoa học 1.1.2 Đặc điểm sinh thái .3 1.1.3 Thu hoạch lọc nhựa 1.1.4 Thành phần hóa học 1.2 CELLULOSE .6 1.2.1 Cấu trúc phân t 1.2.2 T nh chất vật lý .9 1.2.3 T nh chất hóa học 1.2.4 Trạng thái tự nhiên 1.2.5 ng dụng 10 1.3 GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH 10 1.3.1 Khái quát chung 10 1.3.2 Các ion kim loại nặng vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc .13 1.4 HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC .14 1.4.1 Các khái niệm 14 1.4.2 Các m hình trình hấp phụ 16 1.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ .19 CHƢƠNG 21 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U 21 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 21 2.1.1 Nguyên liệu 21 2.1.2 Hóa chất, dụng cụ 21 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U 21 2.2.1 Cách tiến hành .21 2.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ .22 CHƢƠNG 23 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ 23 3.2 Thời gian đạt cân hấp phụ 24 3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến khả hấp phụ .25 3.4 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion theo Freundlich 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 29 KẾT LUẬN .29 KIẾN NGHỊ 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO .30 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn Bộ y tế giới hạn hàm lƣợng kim loại nặng nƣớc thải công nghiệp [3] .11 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ 23 Bảng 3.2 Thời gian đạt cân hấp phụ 25 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến khả hấp phụ 26 Hình 3.4 Dạng tuyến tính phƣơng trình Freundlich Mn (II) .27 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Thân tre Hình 1.2 Cấu trúc phân t cellulose .7 Hình 1.3 Cấu trúc phân t cellulose kh ng gian chiều Hình 1.4 Vi sợi cellulose Hình 1.5 Phản ứng màu hydro – cellulose với iod Hình 1.6 Đồ thị phụ thuộc lgCf vào lg x 18 m Hình 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ 24 Hình 3.2 Thời gian đạt cân hấp phụ 25 Hình 3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến khả hấp phụ 26 Hình 3.5 Dạng tuyến tính phƣơng trình Freundlich Zn (II) 27 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tre có mặt nhiều nơi giới khắp làng quê Việt Nam Từ lâu, ngƣời biết s dụng tre để làm nhà, làm đũa, vật dụng nông nghiệp Tre non làm thức ăn, tre kh làm củi đun, … Ngày nay, c ng nghiệp, tre đƣợc dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy làm thuốc chữa bệnh ngứa, hen suyễn, ho, … Quá trình c ng nghiệp hóa, đại hóa ngày tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội, nhƣng góp phần tạo lƣợng chất thải độc hại tác động trực tiếp đến sức khỏe ngƣời động thực vật Các ngành c ng nghiệp nhƣ thuộc da, điện t , c ng nghiệp hóa dầu gây nhiễm nguồn nƣớc chứa ion kim loại độc hại nhƣ Cu, Pb, Ni, Cd, As… X lý nguồn nƣớc ô nhiễm vấn đề cấp bách quốc gia giới Hiện nay, nhà khoa học có xu hƣớng tìm đến vật liệu xanh, thân thiện với m i trƣờng, có giá thành rẻ Đã có nhiều vật liệu đƣợc nghiên cứu nhƣ xơ dừa, trấu, vỏ loại đậu, bã m a, … làm vật liệu hấp phụ, nhiên chúng t i chƣa tìm thấy tài liệu vật liệu từ tre Do vậy, đề tài nghiên cứu chúng t i chọn vật liệu dăm tre với nội dung “Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng cellulose biến tính từ dăm tre” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khả hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ nƣớc cellulose biến tính Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng Dăm tre 3.2 Phạm vi nghiên cứu Quy mô phòng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết - Phân tích tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu sở khoa học đề tài c m h nh c 1.4.2 a M n ộn ọ ản củ nh hấ hụ pp Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, trình động học hấp phụ xảy theo giai đoạn ch nh sau: - Khuếch tán chất hấp phụ từ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ - Khuếch tán bên hạt hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phần t bị hấp phụ chiếm chỗ trung tâm hấp phụ Trong tất giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm định toàn trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ m i trƣờng nƣớc, trình khuếch tán thƣờng chậm đóng vai trò định Tốc độ hấp phụ v biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian: v= b m n pp dx dt (1.3) n n ệ Có thể m tả trình hấp phụ dựa vào đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân chất bị hấp phụ dung dịch thời điểm nhiệt độ xác định Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc thiết lập cách cho lƣợng định chất hấp phụ vào lƣợng cho trƣớc dung dịch có nồng độ biết chất bị hấp phụ Với chất hấp phụ rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc m tả th ng qua phƣơng trình đẳng nhiệt: phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry, phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir… [6], [7] M n n n ệ pp n Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry phƣơng trình đẳng nhiệt đơn giản m tả tƣơng quan tuyến t nh lƣợng chất bị hấp phụ bề mặt pha rắn nồng độ (áp suất) chất bị hấp phụ trạng thái cân bằng: 16 a = K.P (1.4) Trong đó: K: số hấp phụ Henry a: lƣợng chất bị hấp phụ (mol/g) P: áp suất (mmHg) Từ số liệu thực nghiệm cho thấy vùng tuyến t nh nhỏ Trong vùng đó, tƣơng tác phân t chất bị hấp phụ bề mặt chất rắn kh ng đáng kể [7] M n n n ệ pp eundlich Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich phƣơng trình thực nghiệm m tả hấp phụ xảy phạm vị lớp Phƣơng trình đƣợc biểu diễn hàm số mũ: q = k C cbn (1.5) Hoặc dạng phƣơng trình đƣờng thẳng: lg x = lgk + lgCf m n hay lgCf = lgk + n lg x m Trong đó: x : lƣợng ion bị hấp phụ (mg/g) m Cf: nồng độ ion sau hấp phụ (ppm) k: số, phụ thuộc vào nhiệt độ, diện t ch bề mặt yếu tố khác n: số, phụ thuộc vào nhiệt độ lu n lớn Xây dựng đồ thị biễu diễn phụ thuộc lgCf vào lg x xác định đƣợc m số phƣơng trình: n, lgk 17 lgCf α N O lg x m Hình 1.6 Đồ thị ph thuộc c a lgCf vào lg x m tgα = n; ON = lgk Phƣơng trình Freunlich phản ánh sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu vùng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt tức vùng có nhiệt độ thấp chất bị hấp phụ M n pp n n ệ n m Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng: q = qmax b.Ccb b.Ccb (1.6) Trong đó: q: dung lƣợng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) qmax: dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g) b: Hằng số Langmuir Khi t ch số b.Ccb q qmax.b.Ccb: m tả vùng hấp phụ tuyến t nh Khi t ch số b.Ccb q qmax: m tả vùng hấp phụ bão hòa Phƣơng trình Langmuir biểu diễn dƣới dạng phƣơng trình đƣờng thẳng: Ccb 1 = Ccb + qmax qmax b q 18 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ đƣợc gây nên lực tƣơng tự chất với lực hóa học, hấp phụ không bị làm phức tạp hóa nhiều tƣợng phụ 1.4 c ế ảnh hư ng đến nh hấ hụ Nhìn chung tốc độ trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, chất cấu trúc chất tan, loại tính chất chất hấp phụ a Ản ưởng c a nhiệ ộ thời gian Trong trình hấp phụ, lƣợng tự bề mặt hệ giảm (∆G 0) Đồng thời độ hỗn độn hệ giảm (do tiểu phân chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ đƣợc xếp cách có trật tự), nghĩa ∆S Từ suy ra: ∆G ∆H – T.∆S 0, ∆H 0 Vậy trình hấp phụ trình tỏa nhiệt Điều phù hợp với thực nghiệm: hấp phụ vật lý hay hấp phụ hóa học tỏa nhiệt Nhƣ vậy, nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lƣợng chất hấp phụ giảm nhiệt độ tăng Tuy nhiên, vùng nhiệt độ thấp, hấp phụ hóa học thƣờng diễn chậm, nhiệt độ tăng tốc độ hấp phụ tăng theo Ở nhiệt độ cao, trình khuếch tán tăng làm giảm thời gian đạt cân bằng, nhƣng độ hấp phụ giảm xuống tăng trình giải hấp phụ phân t khỏi bề mặt chất hấp phụ Tóm lại, tốc độ trình hấp phụ chất khác chất hấp phụ khác thay đổi khoảng rộng Sự hấp phụ dung dịch xảy chậm nhiều so với pha khí khuếch tán xảy chậm Đặc biệt chất bị hấp phụ có k ch thƣớc lớn khó khuếch tán vào vật liệu hấp phụ có đƣờng kính lỗ xốp nhỏ, cần có thời gian tiếp xúc dài để đạt trạng thái cân hấp phụ b Ản ưởng c ín ươn ồng Những chất có chất giống tƣơng tác mạnh so với tƣơng tác chất có chất khác Tƣơng tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ có tính cộng hợp, tức lực tƣơng tác chung tổng lực thành phần Hệ hấp phụ nƣớc bị chi phối t nh ƣa nƣớc kị nƣớc, hệ tƣơng tác chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nƣớc [5] 19 c Ản ưởng c a pH Quá trình hấp phụ bị ảnh hƣởng nhiều pH m i trƣờng Sự thay đổi pH m i trƣờng dẫn đến thay đổi chất chất bị hấp phụ, nhóm chức bề mặt, oxi hóa kh , dạng tồn hợp chất (đặc biệt hợp chất có độ phân cực cao, chất có t nh lƣỡng tính, chất có tính axit yếu, bazơ yếu) Đối với chất hấp phụ rắn: tƣợng hấp phụ xảy lực tƣơng tác nguyên t bề mặt chất rắn với chất tan, sở lực hút tĩnh điện, lực định hƣớng lực tán xạ Trong trƣờng hợp lực tƣơng tác đủ mạnh gây liên kết hóa học tạo phức trao đổi ion Lực tƣơng tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ mạnh khả hấp phụ lớn, khả giữ chất bị hấp phụ bề mặt vật rắn cao [4] d Ản ưởng c a nồn ộ ion kim loại nặng Với nồng độ loãng, ion kim loại chuyển động tự do, có khả hấp phụ tốt Ở nồng độ cao, có va chạm, cản trở chuyển động lẫn nhau, hạn chế khả hấp phụ [3] e Ản ưởng c a diện tích b mặt ch t rắn Diện tích bề mặt chất rắn đóng vai trò quan trọng khả hấp phụ hệ: diện tích lớn, khả hấp phụ cao Diện tích bề mặt chất rắn đƣợc định nghĩa tổng toàn diện tích chất rắn đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ (m2/g) Đối với chất rắn có nguồn gốc khác diện tích bề mặt khác Ngoài yếu tố trên, trình hấp phụ chịu ảnh hƣởng chất mối liên kết chất bị hấp phụ - chất hấp phụ, nghĩa từ lƣợng tự tƣơng tác vị trí hấp phụ phần phân t tiếp xúc với bề mặt Thời gian tiếp xúc chất rắn chất hòa tan Khi cân bằng, có trao đổi động lực phân t pha hấp phụ phân t lại dung dịch 20 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 2.1.1 Nguyên li u Cellulose biến tính 2.1.2 Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất: + Axit nitric HNO3 + Dung dịch kiềm NaOH + Muối ZnSO4.7H2O + Muối MnSO4.H2O - Dụng cụ: - Máy khuấy từ - Máy sấy MEMERT (Đức) - Cân phân tích MYWEIGH i201 (Mỹ) - Máy pH Meter 3310 (Hãng JENWAY – Đức) - Máy quang phổ hấp thụ nguyên t (AAS) - peckin Elmer AAS 800 Và dụng cụ thí nghiệm khác nhƣ: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình định mức, bình tam giác, ống đong, pipet, giấy lọc… 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Cách tiến hành Quá trình hấp phụ đƣợc tiến hành kĩ thuật bể với 100ml dung dịch chứa đƣợc pha từ muối MnSO4.H2O ZnSO4.7H2O Sau hấp phụ, lọc bỏ cellulose, lấy phần dung dịch đo hàm lƣợng ion kim loại lại phƣơng pháp quang phổ hấp phụ nguyên t Xác định Mn2+ bƣớc sóng 297,5 nm Zn2+ bƣớc sóng 213,9 nm, máy AA800 Perkin elmer Trung Tâm Kh Tƣợng Thủy Văn Quốc Gia, Đài Kh Tƣợng Thủy Văn Khu Vực Trung Trung Bộ 21 Hiệu suất trình hấp phụ (H%) đƣợc tính theo c ng thức (1.2) H (%) = C0 C f C0 100 Trong C0 nồng độ ion kim loại trƣớc hấp phụ (mg/l), Cf nồng độ ion kim loại sau hấp phụ (mg/l) 2.2.2 Các yếu t ảnh hư ng đến trình hấp phụ - Ảnh hƣởng pH - Thời gian đạt cân hấp phụ ion kim loại - Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng - Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion kim loại: Từ kết thu đƣợc qua trình khảo sát, tiến hành hồi quy số liệu thực nghiệm phần mềm chuyên dụng để xác định số phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (k n số liên quan đến nhiệt độ đặc trƣng cho hệ hấp phụ) [1] 22 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chúng t i chọn loại cellulose đƣợc biến t nh điều kiện tối ƣu (nồng độ axit 50%, tỉ lệ rắn lỏng 1:40, thời gian biến t nh 120 phút) Kết nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ đƣợc thể cụ thể nhƣ sau: 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ Đi u kiện tiến hành: Ảnh hƣởng pH dung dịch đến trình hấp phụ đƣợc khảo sát trong khoảng pH dung dịch thay đổi từ - 6, với điều kiện: nồng độ Mn2+ 53,5 mg/l Zn2+ 315 mg/l, thời gian khuấy 30 phút, tỉ lệ cellulose : dung dịch 1g : 100ml Kết đƣợc trình bày bảng 3.1 hình 3.1 Bảng 3.1 Ản pH Zn2+ Mn2+ ưởng c p ến khả năn p ph C0 (ppm) 315 315 315 315 315 Cf (ppm) 205,81 165,80 115,30 101,25 120,35 %H (%) 34,66 47,37 63,40 67,86 61,79 C0 (ppm) 53,5 53,5 53,5 53,5 53,5 Cf (ppm) 29,62 24,29 17,56 14,94 18,42 %H (%) 44,64 54,60 67,18 72,07 65,57 23 80 70 %H 60 50 Zn (II) 40 Mn (II) 30 20 pH Hình 3.1 Ản ưởng c p ến khả năn p ph Kết hình 3.1 cho thấy pH tăng hiệu suất hấp phụ tăng đạt cao pH Nguyên nhân m i trƣờng axit mạnh (pH thấp) phần t chất hấp phụ chất bị hấp phụ t ch điện dƣơng lực tƣơng tác lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh nồng độ H + cao xảy cạnh tranh với cation kim loại trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ Tuy nhiên pH tăng cao xảy kết tủa ion Mn2+ Zn2+ dạng hydroxit làm giảm khả hấp phụ Vì pH đƣợc chọn làm pH tối ƣu cho th nghiệm 3.2 Thời gian đạt cân hấp phụ Đi u kiện tiến hành: Thời gian cân hấp phụ đƣợc nghiên cứu điều kiện: nồng độ Mn2+ 53,5 mg/l Zn2+ 315 mg/l, tỉ lệ cellulose: dung dịch 1g : 100ml dung dịch, pH dung dịch 5, thời gian thay đổi từ 30 phút đến 150 phút Kết đƣợc trình bày bảng 3.2 hình 3.2 24 Bảng 3.2 T Thời gian (phút) Zn2+ Mn2+ n ạt cân b ng h p ph 30 60 90 120 150 C0 (ppm) 315 315 315 315 315 Cf (ppm) 101,43 97,75 90,31 100,95 112,75 %H (%) 67,80 68,97 71,33 67,95 64,21 C0 (ppm) 53,5 53,5 53,5 53,5 53,5 Cf (ppm) 14,95 13,83 11,67 13,18 15,19 %H (%) 72,06 74,15 78,19 75,36 71,61 80 75 %H 70 65 Zn (II) 60 Mn(II) 55 50 30 60 90 120 150 Thời gian hấp phụ (phút) Hình 3.2 T 180 n ạt cân b ng h p ph Từ kết hình 3.2 cho thấy hiệu suất hấp phụ tăng theo thời gian hiệu suất hấp phụ đạt cực đại sau 90 phút Vì thời gian hấp phụ 90 phút đƣợc chọn làm thời gian tối ƣu cho th nghiệm 3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến khả hấp phụ Đi u kiện tiến hành: Ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến trình hấp phụ đƣợc khảo sát khoảng tỉ lệ cellulose : dung dịch thay đổi từ 1g : 100ml ÷ 3g : 100ml dung dịch với điều kiện: nồng độ Mn2+ 53,5 mg/l Zn2+ 315 mg/l, 25 pH dung dịch 5, thời gian hấp phụ 90 phút Kết đƣợc trình bày bảng 3.3 hình 3.3 Bảng 3.3 Ản ưởng c a tỉ lệ rắn : lỏng ến khả năn Khối lƣợng cellulose (g) Zn2+ Mn2+ p ph 1,5 2,5 C0 (ppm) 315 315 315 315 315 Cf (ppm) 89,18 65,94 51,67 42,57 35,86 %H (%) 71,69 79,07 83,60 86,49 88,62 C0 (ppm) 53,5 53,5 53,5 53,5 53,5 Cf (ppm) 11,55 9,16 6,71 5,36 4,34 %H (%) 78,41 82,88 87,46 89,98 91,89 95 90 %H 85 80 75 Zn (II) Mn (II) 70 65 60 0.5 1.5 2.5 3.5 Khối lƣợng cellulose (g) Hình 3.3 Ản ưởn tỉ lệ rắn : lỏng ến ả năn pp Nhƣ vậy, tăng khối lƣợng cellulose biến t nh từ 1g – 3g hiệu suất hấp phụ tăng đạt cao tỉ lệ cellulose biến t nh : dung dịch 3g : 100ml Do đó, tỉ lệ rắn : lỏng tối ƣu 3g : 100ml 3.4 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion theo Freundlich Từ kết ảnh hƣởng tỉ lệ rắn : lỏng đến trình hấp phụ, tiến hành vẽ đồ thị xác định phƣơng trình đƣờng thẳng biểu thị phụ thuộc lg C f vào lg x m 26 Qua xác định k n (hằng số đặc trƣng cho hệ hấp phụ) Kết đƣợc thể hình 3.4 3.5 1.2 y = 1.0413x + 0.4379 R² = 0.9831 1.1 lgCf 0.9 Mn(II) 0.8 Linear (Mn(II)) 0.7 0.6 0.5 0.2 0.4 lg(x/m) Hình 3.4 Dạng tuyến tính c 0.6 p ươn 0.8 n n l ối v i Mn (II) Từ phƣơng trình đƣờng thẳng y = 1,0413x + 0,4379 t nh đƣợc số k n hệ hấp phụ là: k = 2,7409 n 1,0413 y = 1.0512x + 0.5336 R² = 0.9996 1.9 lgCf 1.8 1.7 Zn (II) 1.6 Linear (Zn (II)) 1.5 1.4 0.9 1.1 1.2 lg(x/m) Hình 3.5 Dạng tuyến tính c 1.3 p ươn 1.4 n n l ối v i Zn (II) Từ phƣơng trình đƣờng thẳng y = 1,0512x + 0,5336 t nh đƣợc số k n hệ hấp phụ là: 27 k = 3,4166 n 1,0512 Từ kết thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mô tả xác hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ lên cellulose biến t nh (thể qua hệ số tƣơng quan R2 phƣơng trình hồi quy) Đồng thời, cho phép khẳng định cellulose biến t nh có khả hấp phụ ion kim loại tốt Từ phƣơng trình thu đƣợc, chúng t i xác định số k n đặc trƣng cho hệ hấp phụ 28 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Đã tìm điều kiện tối ƣu để hấp phụ ion kim loại lên cellulose biến t nh nhƣ sau: + pH = + Thời gian cân hấp phụ: 90 phút + Tỉ lệ cellulose : dung dịch: 3g : 100ml - Xác định số đặc trƣng cho hệ hấp phụ từ phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich Mn2+ Zn2+ nhƣ sau: Mn2+: k = 2,7409 n 1,0413 Zn2+: k 1,0512 3,4166 n - Việc biến t nh cellulose axit citric có tác dụng nâng cao hiệu suất hấp phụ ion kim loại Hiệu suất hấp phụ cực đại đạt 91,89% Mn2+ 88,62% Zn2+ KIẾN NGHỊ Khả hấp phụ phụ thuộc nhiều vào chất cấu trúc vật liệu Cần có nghiên cứu thêm cấu trúc (diện t ch bề mặt) thành phần (các polime) để hiểu r nguyên nhân giúp cellulose có khả hấp phụ tốt Trên sở đó, đề nghị phƣơng pháp biến t nh để nâng cao hiệu suất hấp phụ định hƣớng loại vật liệu có khả hấp phụ tốt 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Thị Quỳnh Anh (2011), Nghiên c u biến ín xơ ừa ng d ng làm vật liệu h p ph số ion kim loại nặn on nư c, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Đà Nẵng [2] Bộ y tế (2002), Quyế vệ n nư ịnh c a Bộ ưởng Bộ y tế v việc ban hành tiêu chuẩn ăn ống, số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/04/2002 [3] Lê Văn Cát (2002), H p ph o ổi ion kỹ thuật x lý nư c thải, NXB Thống kê, Hà Nội [4] Tạ Ngọc Đ n (2008), ản p n ậ lệ pp , Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội [5] Hoàng Văn Huệ (2004), Công nghệ m ường - X lý nư c, tập 1, NXB Xây dựng [6] Lò Văn Huynh (2002), N on m n ườn nư n n oạ ín loạ bỏ mộ ố Luận án tiến sĩ Hóa học, Hà Nội [7] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc S u, Nguyễn Văn Tuế (2004), o n í, Tập 2, NXB Giáo dục Tiếng Anh [8] Xihao Li (2004), Physical, chemical, and mechanical properties of bamboo and its utilization potential for fireboard manufactuaring, A thesis Submitted to the Graduate Faulty of the Louisiana State University and Agriculture and Mechanical College In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science In The School of Renewable Natural Resources Trang web [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Bamboo [10] http://vi.wikipedia.org/wiki/Mangan 30 [...]... hoặc tạo phức trao đổi ion Lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ càng mạnh thì khả năng hấp phụ càng lớn, khả năng giữ các chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn càng cao [4] d Ản ưởng c a nồn ộ ion kim loại nặng Với nồng độ loãng, các ion kim loại chuyển động tự do, có khả năng hấp phụ tốt Ở nồng độ cao, có sự va chạm, cản trở chuyển động lẫn nhau, hạn chế khả năng hấp phụ [3] e Ản ưởng c a... C f C0 100 Trong đó C0 là nồng độ ion kim loại trƣớc khi hấp phụ (mg/l), Cf là nồng độ ion kim loại sau khi hấp phụ (mg/l) 2.2.2 Các yếu t ảnh hư ng đến quá trình hấp phụ - Ảnh hƣởng của pH - Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của mỗi ion kim loại - Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn : lỏng - Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của mỗi ion kim loại: Từ các kết quả thu đƣợc qua quá trình khảo sát, tiến hành hồi quy các số liệu... trình hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [6], [7] b ả pp Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc s dụng các hóa chất bất lợi đối với quá trình hấp phụ Giải hấp phụ là phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể s dụng lại nên... chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần t chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần t chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ Trong thực tế sự phân biệ giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa...- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài - Trao đổi với giáo viên hƣớng dẫn 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Khả năng hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ của vật liệu hấp phụ bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên t (AAS) 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ trong nƣớc 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài... học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong m i trƣờng nƣớc, quá trình khuếch tán thƣờng chậm và đóng vai trò quyết định Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian: v= b m n pp dx dt (1.3) n n ệ Có thể m tả quá trình hấp phụ dựa vào đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ. .. ng có lợi cho quá trình hấp phụ - Phƣơng pháp vi sinh: Là phƣơng pháp tái tạo khả năng hấp phụ nhờ vi sinh vật [3] c nb n pp Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần t chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ) Theo thời gian, lƣợng chất bị hấp phụ t ch tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc... chất bị hấp phụ trên nồng độ dung dịch ban đầu Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức: H (%) = C0 C f C0 100 (1.2) Trong đó: C0: Nồng độ của dung dịch trƣớc khi hấp phụ (mg/l) Cf: Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l) Ccb: Nồng độ của dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l) q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) H: Hiệu suất hấp phụ (%) V: Thể tích dung dịch đem hấp phụ (l)... hấp phụ (l) m: Khối lƣợng chất hấp phụ (g) 15 c m h nh c 1.4.2 a M n ộn ọ ản củ nh hấ hụ pp Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn ch nh sau: - Khuếch tán của các chất hấp phụ từ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ - Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phần t bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ Trong tất cả các giai đoạn... với khả năng hấp phụ của một hệ: diện tích càng lớn, khả năng hấp phụ càng cao Diện tích bề mặt của một chất rắn đƣợc định nghĩa là tổng toàn bộ diện tích của chất rắn đó trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ (m2/g) Đối với các chất rắn có nguồn gốc khác nhau thì diện tích bề mặt đó là khác nhau Ngoài các yếu tố trên, quá trình hấp phụ còn chịu ảnh hƣởng của bản chất của mối liên kết chất bị hấp phụ