điều chế và khảo sát ứng dụng của vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ CHUỐI Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Thị Hoàng Oanh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kiều Duyên TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 LỜI CÁM ƠN Trong suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp, em học hỏi tích lũy nhiều kinh nghiệm quý báu mặt kiến thức kinh nghiệm sống Đề hoàn thành đề tài nghiên cứu này, nỗ lực thân, em nhận nhiều hỗ trợ giúp đỡ tận tình thầy cô, gia đình bạn bè Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Cô Phan Thị Hoàng Oanh (Bộ môn Hóa lý- Khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh) đồng ý làm giáo viên hướng dẫn Khóa luận Tốt nghiệp, định hướng cho em chọn đề tài cô tạo điều kiện thuận lợi cho em phát huy tính tự giác nghiên cứu, theo sát em trình thực đề tài Thầy Nguyễn Ngọc Hưng cô Nguyễn Thị Tuyết Nhung (Bộ môn Phân tích) hỗ trợ, giúp đỡ động viên em trình thực khóa luận Thầy Trần Bửu Đăng (Bộ môn Đại cương- Vô cơ) giúp đỡ, tận tình dẫn, đóng góp ý kiến động viên em suốt trình làm đề tài Các anh chị sinh viên khóa 36, khóa 37 bạn khóa K38- người ủng hộ đồng hành em thời gian qua Một lần em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Nguyễn Thị Kiều Duyên VII Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC CÁC HÌNH VI MỞ ĐẦU VII CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vỏ chuối 1.1.1 Giới thiệu chuối 1.1.2 Tình hình sản xuất xuất chuối giới Việt Nam 1.1.3 Thành phần hóa học vỏ chuối 1.1.4 Một số hướng nghiên cứu sử dụng vỏ chuối làm vật liệu hấp phụ xử lí môi trường 1.2 Giới thiệu axit xitric 1.2.1 Cấu tạo số đặc điểm axit xitric 1.2.2 Nguồn axit xitric 1.3 Phản ứng este hóa 1.4 Giới thiệu niken 1.4.1 Đặc tính niken 1.4.2 Nguồn phát sinh niken 1.4.3 Độc tính niken 1.5 Sự ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.6 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 10 1.6.1 Phương pháp kết tủa 10 1.6.2 Phương pháp trao đổi ion 10 1.6.3 Phương pháp điện hóa 10 1.6.4 Phương pháp sinh học 10 1.6.5 Phương pháp hấp phụ 11 1.7 Giới thiệu tượng hấp phụ 11 1.7.1 Hiện tượng hấp phụ 11 1.7.2 Nhiệt động học trình hấp phụ 12 1.7.3 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 12 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 II Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 2.1 Nội dung nghiên cứu 14 2.2 Phương pháp nghiên cứu 15 2.2.1 Phương pháp phân tích trắc quang 15 2.2.1.1 Cơ sở phương pháp phân tích trắc quang 15 2.2.1.2 Phương pháp đường chuẩn phân tích trắc quang 16 2.2.1.3 Phương pháp định lượng niken trắc quang 16 2.2.2 Phương pháp phổ hồng ngoại 17 2.2.2.1 Sự hấp thụ IR 18 2.2.2.2 Sử dụng phổ IR 18 2.3 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) 19 2.4 Xử lí số liệu 19 2.4.1 Khái niệm phân tích phương sai 19 2.4.2 Phân tích phương sai yếu tố 20 2.5 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 22 2.5.1 Dụng cụ, thiết bị 22 2.5.2 Hóa chất 22 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Xử lý nguyên liệu – chuẩn bị bột vỏ chuối 23 3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ 23 3.2.1 Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm 23 3.2.2 Dựng đường chuẩn xác định Ni2+ 24 3.3 Biến tính vỏ chuối – Khảo sát yếu tố ảnh hưởng 25 3.3.1 Ảnh hưởng hỗn hợp axit xitric nước cốt chanh đến trình biến tính 25 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ axit xitric đến trình biến tính 28 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian đến trình biến tính 30 3.3.4 So sánh khả hấp phụ vỏ chuối nguyên liệu VLHP 32 3.3.4.1 Khảo sát khả hấp phụ vỏ chuối nguyên liệu 32 3.3.4.2 Khảo sát khả hấp phụ VLHP 32 3.4 Phổ IR vỏ chuối nguyên liệu vỏ chuối biến tính với axit xitric 33 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Ni2+ vật liệu 34 3.5.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 34 3.5.2 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 37 3.5.3 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến trình hấp phụ 39 3.6 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Ni2+ theo Langmuir 42 3.7 Diện tích bề mặt riêng (BET) 44 CHƯƠNG KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 45 III Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 4.1 Kết luận 45 4.2 Kiến nghị 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 48 IV Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Diện tích trồng chuối theo vùng Bảng Sản lượng trồng chuối theo vùng Bảng Thành phần hóa học vỏ chuối Bảng Hàm lượng axit nước chanh Bảng Hàm lượng số axit nước chanh vỏ xanh Bảng Các số ô nhiễm kim loại nặng nước thải mạ điện Bảng Bảng qui hoạch thực nghiệm 20 Bảng Biểu diễn kết tính phương sai yếu tố 21 Bảng Giá trị mật độ quang dung dịch chuẩn Ni2+ 24 Bảng 10 Tỉ lệ axit xitric nước chanh 25 Bảng 11 Ảnh hưởng tỉ lệ axit xitric nước chanh đến trình biến tính 26 Bảng 12 Kết tính phương sai yếu tố 27 Bảng 13 Ảnh hưởng nồng độ axit xitric đến trình biến tính 28 Bảng 14 Kết tính phương sai yếu tố 29 Bảng 15 Ảnh hưởng thời gian đến trình biến tính 30 Bảng 16 Kết tính phương sai yếu tố 31 Bảng 17 Khảo sát khả hấp phụ vỏ chuối nguyên liệu 32 Bảng 18 Khảo sát khả hấp phụ VLHP 33 Bảng 19.So sánh hiệu suất hấp phụ Ni2+ vỏ chuối nguyên liệu VLHP 33 Bảng 20 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 35 Bảng 21 Kết tính phương sai yếu tố 36 Bảng 22 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 37 Bảng 23 Kết tính phương sai yếu tố 39 Bảng 24 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến trình hấp phụ 40 Bảng 25 Kết tính phương sai yếu tố 41 Bảng 26 Tổng kết điều kiện hấp phụ Ni2+ VLHP 42 Bảng 27 Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 43 V Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Một số giống chuối Việt Nam Hình 1.2 Vỏ chuối Hình 1.3 Cấu trúc xenlulozơ Hình 1.4 Công thức cấu tạo axit xitric Hình 1.5 Phản ứng este hóa xenlulozơ axit xitric Hình 1.6 Sự phụ thuộc 𝑪𝑪𝒄𝒄𝒄𝒄 𝒒𝒒 vào 𝑪𝑪𝒄𝒄𝒄𝒄 .13 Hình 1.7 Dạng đường chuẩn phân tích trắc quang 16 Hình 1.8 Phức niken đimetylglioxim 17 Hình 3.1 Vỏ chuối nguyên liệu 23 Hình 3.2 Đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ 25 Hình 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ axit xitric nước chanh đến trình biến tính 27 Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ axit xitric đến trình biến tính 29 Hình 3.5 Mối quan hệ thời gian biến tính hiệu suất hấp phụ 30 Hình 3.6 Phổ IR vỏ chuối chưa biến tính 34 Hình 3.7 Phổ IR vỏ chuối biến tính 34 Hình 3.8 Mối quan hệ thời gian hiệu suất hấp phụ 35 Hình 3.9 Mối quan hệ pH hiệu suất hấp phụ 38 Hình 3.10 Mối quan hệ nồng độ Ni2+ hiệu suất hấp phụ 40 Hình 3.11 Mối quan hệ nồng độ Ni2+ dung lượng hấp phụ 42 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn phương trình đẳng nhiệt Langmuir Ni2+ 43 VI MỞ ĐẦU Nước đóng vai trò quan trọng sống người sinh vật khác Tuy nhiên, nguồn nước đứng trước mối đe dọa ô nhiễm kim loại nặng nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, thuốc trừ sâu hóa học, ô nhiễm phóng xạ, kim loại nặng chủ yếu niken (Ni), đồng (Cu), chì (Pb)… có chức sinh học thể sống, tích lũy trở nên độc hại với sức khỏe hàm lượng vượt mức cho phép Một lượng cực nhỏ chất nước uống hủy hoại sức khỏe người, gây triệu chứng từ chóng mặt đến hủy hoại gan não Tuy nhiên, khó phát kim loại nước, chúng diện với hàm lượng thấp Do việc chiết, tách ion kim loại nặng từ dung dịch nước trở thành vấn đề đáng quan tâm nhà nghiên cứu giới Gần nhiều kỹ thuật khác sử dụng để loại bỏ ion kim loại nặng, phương pháp thông thường sử dụng gồm trao đổi ion, thẩm thấu ngược… không đánh giá cao nhiều hạn chế giá thành [28] Nhiều nghiên cứu gần chứng minh vỏ chuối, sợi dừa, bã mía, vỏ lạc số loại phụ phẩm có nguồn gốc từ thực vật loại bỏ ion kim loại nặng độc hại niken, chì, đồng… nước nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp thành phần gồm polime axit cacboxylic, phenolic, xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, protein Hơn nữa, chất hấp phụ nguyên liệu rẻ tiền, quy trình đơn giản không đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại [3, 14, 17] Chuối loại trái nhiệt đới trồng phổ biến nhiều quốc gia vùng miền giới, đồng thời chiếm tỷ trọng đáng kể thương mại rau toàn cầu Theo ước tính chuối tiêu thụ tạo vỏ chuối, biết khai thác hợp lí nguồn nguyên liệu khổng lồ [7] Với mục tiêu tìm phụ phẩm nông nghiệp có khả hấp phụ kim loại nặng nước, khóa luận chọn đề tài khóa luận có nội dung là“Điều chế khảo sát ứng dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối ” Vỏ chuối phụ phẩm nhà máy sản xuất chuối sấy, có sẳn, rẻ tiền dễ kiếm nên coi hướng phát triển công nghệ xử lí nước thải Ứng dụng chọn khảo sát khả hấp phụ ion Ni2+ vật liệu hấp phụ điều chế VII Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vỏ chuối 1.1.1 Giới thiệu chuối Chuối có tên khoa học Musa paradisiaca L, thuộc họ Musaceae, loài nhiệt đới trồng Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Maylaysia, Việt Nam, nước Đông Phi, Tây Phi, Mỹ Latinh… loài chuối hoang dại tìm thấy nhiều Đông Nam Á, cho Đông Nam Á quê hương chuối [7] Ở Việt Nam, chuối trồng nhiều tỉnh phía Nam Sản lượng chuối năm 2013 nước 1,9 triệu Cây chuối trồng chủ yếu để lấy trái Trong năm 2011, toàn giới tiêu thụ 145 triệu chuối Vỏ chuối phần bao bọc bên phần thịt mềm, gọi thịt chuối Ở nước phương Tây, vỏ chuối xem rác thải hữu Còn nước phương Đông, phần vỏ chuối sử dụng làm thức ăn cho gia súc, phần xem rác thải [7] Các giống chuối Việt Nam Chuối trồng khắp miền đất nước ta, nhiên chất lượng sản lượng chuối miền Nam có phần cao so với miền Trung miền Bắc, điều kiện khí hậu miền Nam nóng ấm phù hợp cho phát triển chuối Có nhiều giống chuối, phân biệt dựa vào hình dạng chuối: chuối tiêu, chuối sứ (chuối tây, chuối xiêm), chuối ngự, chuối mật (chuối lá), chuối tiêu, chuối cau (chuối cơm), chuối hột Nải chuối tiêu Nải chuối sứ Nải chuối ngự Hình 1.1 Một số giống chuối Việt nam Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 1.1.2 Tình hình sản xuất xuất chuối giới Việt Nam Khoảng 98% sản lượng chuối giới trồng nước phát triển xuất tới nước phát triển Vào năm 2004, tổng cộng có 130 nước xuất chuối Tuy nhiên, việc sản xuất xuất nhập chuối thường tập trung vào số nước định Mười nước sản xuất chiếm tới 75% sản lượng chuối giới vào năm 2004 Trong Ấn Độ, Ecuador, Braxin Trung Quốc chiếm nửa toàn giới Điều ngày tăng lên cho thấy tập trung hóa phân phối chuối toàn giới [7]  Xuất Xuất chuối giới chủ yếu tập trung vào nước phát triển Riêng Mỹ La Tinh khu vực Caribe chiếm 70% lượng xuất chuối năm 2004 Bốn nước xuất chuối nhiều giới vào năm 2004 Ecuador, Costa Rica, Philippin, Colombia chiếm tới 63% xuất chuối toàn giới Chỉ tính riêng Ecuador chiếm 30%  Nhập Chỉ riêng EU, Mỹ, Nhật chiếm đến 67% nhập toàn giới vào năm 2004 Lượng nhập chuối ngày lớn số thị trường tiếng Liên bang Nga, Trung Quốc, Đông Âu Diện tích sản lượng trồng chuối Việt Nam trình bày Bảng Bảng Bảng Diện tích trồng chuối theo vùng (đơn vị: ha) [7] Năm Vùng 2001 2002 2003 2004 2005 Đồng sông Hồng 17900 18100 17546 17407 16400 Đồng Bắc Bộ 8900 6300 9021 8849 8700 Tây Bắc 2300 2200 2376 2668 2600 Duyên Hải Nam Trung Bộ 10200 10500 10642 10713 11400 Tây Nguyên 2900 3400 3493 3630 3700 Hiệu suất (%) Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 pH Hình 3.9 Mối quan hệ pH hiệu suất hấp phụ Ni2+ Bảng 22 hình 3.9 cho thấy: Khi pH tăng từ 1÷ hiệu suất hấp phụ VLHP ion Ni2+ tăng nhanh Sở dĩ môi trường pH thấp, nồng độ H+ cao hỗn hợp xảy hấp phụ cạnh tranh cation kim loại với ion H+ Ion H+ có kích thước nhỏ nên dễ sâu vào mao quản chất hấp phụ kết tâm hấp phụ bề mặt chất hấp phụ bị proton hoá mang điện tích dương, đồng thời niken tồn dạng cation, lúc xuất lực đẩy tĩnh điện chất hấp phụ chất bị hấp phụ làm giảm hấp phụ ion kim loại Tương tự pH tăng (pH < 7), hấp phụ cạnh tranh cation kim loại với ion H+ giảm, mặt khác nhóm cacboxyl VLHP làm tăng điện tích âm bề mặt chất hấp phụ, kết tăng lực hút tĩnh điện chất hấp phụ chất bị hấp phụ nên hấp phụ ion kim loại tăng Khi pH > bắt đầu xuất kết tủa Ni(OH) dung dịch, pH cao phức hiđroxo cation kim loại nhiều cản trở hấp phụ VLHP Tuy nhiên xác định nồng độ Ni2+ sau hấp phụ lượng kết tủa Ni(OH) giữ lại giấy lọc nồng độ Ni2+ giảm Từ kết trên, chọn khoảng pH phù hợp để thực nghiên cứu ÷  Xử lí số liệu Sử dụng công cụ Phân tích phương sai yếu tố- Anova Single Factor lệnh Data Anlysis đơn lệnh Tools chương trình MS- Excel 38 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Bảng 23 Kết tính phương sai yếu tố Số lần lặp lại 3 3 3 Bộ phương sai pH Giữa giá trị pH Trong pH Tổng 63,09 127,65 167,25 171,81 239,73 248.64 231,06 Trung bình 21,03 42,55 55,75 57,27 79,91 82,88 77,02 Phương sai 1,1596 4,9492 18,4873 1,1599 20,8819 1,8643 0,8137 SS df MS F TN Giá trị p F (p, fi, fj) 9169,3 1528,2 216,9 5,5E-13 2,8 98,6 14 7,0 9267,9 20 Tổng Dựa vào kết ta có : F TN > F (p, f i , f j ), tức sai khác giá trị có nghĩa Chứng tỏ khoảng pH khác khoảng từ đến có ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ 3.5.3 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến trình hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng nồng Ni2+ đến trình hấp phụ vỏ chuối, tiến hành thí nghiệm sau: Chuẩn bị dãy bình tam giác 250 ml Cho vào bình 0,5 g VLHP 30 ml dung dịch Ni2+ nồng độ (M) sau: 2.10-2; 1.10-2; 8.10-3; 4.10-3; 2.10-3; 1.10-3; 5.10-4 Sau chỉnh pH tối ưu Khuấy mẫu máy khuấy từ 30 phút Lọc lấy dung dịch, đem tạo phức với HDim theo quy trình xây dựng đường chuẩn đo mật độ quang xác định nồng độ Ni2+ lại dung dịch Để mật độ quang dịch lọc nằm khoảng tuyến tính đường chuẩn, thể tích dịch lọc Ni2+ lấy đem tạo phức dung dịch có khác Nồng độ Ni2+ ban đầu lớn, thể tích dịch lọc dùng tạo phức bé Thí nghiệm lặp lại lần Kết khảo sát trình bày Bảng 24 39 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Bảng 24 Ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến trình hấp phụ Thể tích Nồng độ dịch lọc đầu C o Ni2+ lấy (M) đem tạo Định mức Mật độ (ml) quang A Nồng độ sau C f (M) phức (ml) Dung lượng hấp phụ q Hiệu suất hấp phụ (mg/g) (%) 200.10-4 0,5 50 1,6176 1,21.10-2 27,76 39,55 100.10-4 0,5 50 0,1996 1,48.10-3 29,92 85,23 80.10-4 50 0,2405 1,78.10-3 27,45 77,71 40.10-4 50 0,0575 4,13.10-5 13,89 95,87 20.10-4 10 50 0,0062 4,50.10-5 6,86 95,50 10.10-4 10 50 0,0556 3,99.10-5 3,37 96,01 5.10-4 20 50 0,0410 3,57.10-5 1,63 96,43 Từ Bảng 24, dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ Ni2+ hiệu Hiệu suất (%) suất hấp phụ Ni2+ VLHP sau: 100 80 60 40 20 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 Nồng độ Co (M) Hình 3.10 Mối quan hệ nồng độ Ni2+ hiệu suất hấp phụ Ni2+ Từ số liệu thực nghiệm cho thấy, tăng nồng độ đầu Ni2+ độ hấp phụ VLHP tăng dần (Hình 3.11) Khi nồng độ ion Ni2+ ban đầu thấp, trung tâm hoạt động bề mặt VLHP chưa lấp đầy ion Ni2+ Do đó, nồng độ ion Ni2+ tăng độ hấp phụ tăng Khi nồng độ đầu tăng đến giá trị trung tâm hoạt động lắp đầy ion Ni2+ khả hấp phụ 40 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh VLHP với ion Ni2+ bão hoà Ở nồng độ cao, phân tử va chạm, cản trở chuyển động nên hạn chế khả hấp phụ hiệu suất giảm  Xử lí số liệu Sử dụng công cụ Phân tích phương sai yếu tố- Anova Single Factor lệnh Data Anlysis đơn lệnh Tools chương trình MS- Excel Bảng 25 Kết tính phương sai yếu tố Nồng độ Ni2+ Số lần lặp lại Tổng Trung bình Phương sai 200.10-4 118,65 39,55 6,6672 100.10-4 255,69 85,23 7,5411 80.10-4 233,13 77,71 8,9659 40.10-4 287,61 95,87 2,1097 20.10-4 286,5 95,5 3,8713 10.10-4 288,03 96,01 0,3871 5.10-4 289,29 96,43 0,9513 Bộ phương sai SS df MS F TN Giá trị p F (p, fi, fj) Giữa nồng độ khác 7765,3 1298,7 297,1 6,2E-14 2,8 Cùng nồng độ 60,9 14 3,9 Tổng 7826,1 20 Dựa vào kết ta có : F TN > F (p, f i , f j ), tức sai khác giá trị có nghĩa Chứng tỏ khoảng nồng độ Ni2+ khác có ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Từ Bảng 24, dựng đồ thị mối quan hệ nồng độ Ni2+ dung lượng hấp phụ 41 Dung lượng hấp phụ q (mg/g) Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 30 25 20 15 10 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 Nồng độ Co (M) Hình 3.11 Mối quan hệ nồng độ Ni2+ dung lượng hấp phụ Hình 3.11 cho thấy: nồng độ Ni2+ tăng, dung lượng hấp phụ tăng mạnh đạt cân hấp phụ nồng độ 100.10-4 M  Các điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ Ni2+ trình bày bảng 18 Bảng 26 Tổng kết điều kiện hấp phụ Ni2+ VLHP Nồng độ ion cần hấp phụ 30ml dung dịch ion Ni2+ nồng độ 100.10-4 (M) Thời gian tối ưu pH tối ưu 30 phút Khoảng ÷6 Hiệu suất hấp phụ (%) 85,23 3.6 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Ni2+ theo Langmuir Từ kết thu được, tiến hành tính toán số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Bảng 27 42 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Bảng 27 Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Nồng độ C f (M) Nồng độ C f (mg/l) Dung lượng hấp phụ q (mg/g) C f /q 1,209.10-2 707,265 27,76 25,48 1,477.10-3 86,405 29,92 2,88 1,783.10-3 104,306 27,45 3,78 4,130.10-5 2,416 13,89 0,17 4,500.10-5 2,633 6,86 0,38 3,990.10-5 2,334 3,37 0,69 3,570.10-5 2,088 1,63 1,28 Cf/q (mg/g) Đồ thị dạng tuyến tính phương trình đẳng nhiệt Langmuir: 30 y = 0.0353x + 0.3678 R² = 0.9982 25 20 15 10 0 200 400 600 800 Cf (mg/g) Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn phương trình đẳng nhiệt Langmuir Ni2+ Kết luận: Phương trình đẳng nhiệt Langmuir: C f /q = 0,0353C f + 0,3678 Hệ số tương quan R2 = 0,9962 Từ phương trình ta xác định hệ số: - Dung lượng hấp phụ cực đại: q m = - Ái lực hấp phụ: b = 0,3678∗28,32 0,0353 = 28,32 (mg/g) = 0,096 43 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Ta nhận thấy phương trình đẳng nhiệt Langmuir mô tả xác trình hấp phụ Ni2+ vỏ chuối Điều thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui 3.7 Diện tích bề mặt riêng (BET) Kết BET vỏ chuối sau biến tính là: m2/g 44 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh CHƯƠNG KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu kết thực nghiệm thu được, rút kết luận sau: Đã chế tạo thành công VLHP từ nguồn phế thải nông nghiệp vỏ chuối thông qua trình este hóa axit xitric điều kiện tối ưu: + Nồng độ axit xitric M + Thời gian biến tính Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ VLHP ion Ni2+ Các kết thu được: - Nguyên liệu vỏ chuối sau xử lý có khả hấp phụ kim loại nặng tốt - Thời gian đạt cân hấp phụ VLHP 30 phút - Khoảng pH để hấp phụ ion Ni2+ VLHP xảy tốt pH = ÷ - Nồng độ ion cần hấp phụ 100.10-4 M - Khảo sát cân hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định: + Độ hấp phụ cực đại ion Ni2+ 28,32 mg/g + Ái lực hấp phụ b = 0,096 - Diện tích bề mặt riêng m2/g 4.2 Kiến nghị - Nghiên cứu sâu yếu tố ảnh hưởng đến tính chất VLHP trình điều chế - Khảo sát yếu tố lượng VLHP ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ - Khảo sát đặc điểm bề mặt: cấu trúc phân tử, cấu trúc xốp nguyên liệu vỏ chuối VLHP kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Mở rộng nghiên cứu khả hấp phụ VLHP ion kim loại nặng khác Cd2+, Cr3+, Cu2+… ứng dụng vào xử lí nước thải quy mô phòng thí nghiệm - Nghiên cứu khả giải hấp VLHP khả tái sử dụng VLHP sau xử lý nước thải 45 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Bùi Vân Anh, Phạm Quang Khánh, Đỗ Thị Lương (2006), Chuyên đề “Tìm hiểu công nghệ mạ kim loại dòng thải chất thải quan trọng”, Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Lê Huy Bá, 2008, Độc học môi trường bản, Nhà xuất Đại học quốc gia TP HCM [3] Nguyễn Bình (2014), Nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ từ bã mía khảo sát ứng dụng, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [4] Trần Hồng Côn, Đồng Kim Loan, 2001, Độc học vệ sinh công nghiệp, Tài liệu lưu hành nội bộ, Đại học Quốc Gia Hà Nội [5] Nguyễn Thùy Dương, 2008, Đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dò xử lý môi trường”, Luận văn thạc sĩ hóa học [6] Nguyễn Tinh Dung, Lê Thị Vinh, Trần Thị Yến, Đỗ Văn Huê (2006), Một số phương pháp phân tích hóa lý, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [7] Huỳnh Nguyễn Thái Duy, Nghiên cứu sản xuất nectar chuối [8] Nguyễn Đăng Đức (2008), Hóa học phân tích, Đại học Thái Nguyên [9] Phạm Nữ Sơn Giang (2014), Khảo sát tiền xử lí vỏ chuối dung môi hữu ứng dụng lên men bioetanol, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Tôn Đức Thắng [10] Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa học phân tích, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Đỗ Văn Huê, Xác suất thống kê đánh giá số liệu qui hoạch thực nghiệm hóa học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [12] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, Hà Nội [13] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2006), Hóa lý, tập 2, NXB Giáo Dục, Hà Nội [14] Hoàng Thị Oanh (2015), Khảo sát khả hấp phụ đồng niken zeolite 4A điều chế từ tro trấu, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM 46 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh [15] Đặng Văn Phi (2012), Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ số ion kim loại nặng nước, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Đà Nẵng [16] Nguyễn Đình Thành (2011), Cơ sở phương pháp phổ ứng dụng hóa học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [17] Lê Hữu Thiềng cộng sự, Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+, Ni2+ bã mía qua xử lí axit citric, Tạp chí Khoa học Công nghệ (70(8)), tr 71 – 75 [18] TS Nguyễn Thị Thu (2002), Hóa keo, Nhà xuất Đại học Sư phạm [19] Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vô tập 2: Các kim loại điển hình , Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, Hà Nội [20] Phan Xuân Vận, Nguyễn Tiến Quý (2006), Giáo trình Hóa keo, Hà Nội [21] Thực hành số phương pháp phân tích Hóa lý, Khoa Hóa học, Trường ĐHSP TP.HCM Tài liệu nước [22] Z Abbasi, M Alikarami, E.R Nezhad, F Moradi, V Moradi (2013), Adsorptive removal of Co2+ and Ni2+ by peels of banana from aqueous solution, Universal Journal of chemistry 1(3): 90- 95 [23] M.N.A Al- Azzawi, S.M Shartooth, S.A.K Al- Hiyaly (2013), The removal of Zinc, Nickel from Industerial Waste- Water using banana peels, Iraqi Journal of science, Vol 54, No.1, pp 72- 81 [24] Arunakumara, Buddhi Charana Walpola, Min- Ho Yoon, Banana peel: A green solution for metal removal from contaminated waters, Korean J Environ Agric Vol 32, No 2, pp 108- 116 [25] Renata S D Castro (2011), Banana Peel Applied to the Solid Phase Extraction of Copper and Lead from River Water: Preconcentration of Metal Ions with a Fruit Waste, I & EC, pp 3446- 3451 [26] M.A Hossain, H Hao Ngo, W.S Guo, T.V Nguyen (2012), Removal of Copper from water by absorption onto banana peels as bioadsorbent, Int.J of Geomate, Vol 2, pp 227- 234 [27] M.S Mahmoud (2014), Banana peels as an Eco-sorbent for Manganese ions, International Journal of Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering, Vol 8, No 11 47 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh [28] V Nour, I.M Elena (2010), HPLC Organic acid analysis in different citrus juices under reversed phase conditions, Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Clujnapoca [29] Sunil Rajoriya, Balpreet kaur, Adsorptive removal of Zinc from waste water by natural biosorbents, International Journal of Engineering science invention, Vol 3, pp 60- 80 [30] James D Mc Sweeny, Roger M Rowell, Soo-Hong Min, Effect of Citric Acid Modification of Aspen Wood on Sorption of Copper Ion, Journal of Natural Fibers, Vol 3(1) (2006) Internet [31] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-thuc-pham/241-timhieu-ve-axit-citric.html PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ axit xitric nước cốt chanh đến trình biến tính 48 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Tỉ lệ axit xitric nước chanh Hiệu suất hấp phụ (%) Lần Lần Lần Trung bình 100 : 81,57 82,01 82,84 82,14 80 : 20 77,89 78,67 80,89 79,15 60 : 40 64,92 65,13 65,10 65,05 40 : 20 51,98 53,51 55,76 53,75 20 : 80 48,14 46,56 50,11 48,27 : 100 42,78 45,09 47,16 45,01 (ml) Phụ lục 2: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit xitric đến trình biến tính Nồng độ axit Hiệu suất hấp phụ (%) xitric (M) Lần Lần Lần Trung bình 81,23 82,02 76,84 80,03 83,07 81,14 83,53 82,58 84,92 82,67 87,56 85,05 88,45 87,77 90,90 89,04 85,34 86,09 87,53 86,32 Phụ lục 3: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình biến tính Thời gian (giờ) Hiệu suất hấp phụ (%) Lần Lần Lần Trung bình 87,56 85,45 90,84 87,95 84,74 85,23 87,64 85,87 88,54 91,38 85,34 88,42 87,23 89,12 89,51 88,62 Phụ lục 4: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Hiệu suất hấp phụ (%) Thời gian (phút) Lần Lần Lần Trung bình 37,45 40,01 39,75 39,07 10 42,34 39,12 38,60 40,02 49 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 20 65,02 61,78 61,81 62,87 30 81,52 79,65 78,65 80,94 45 81,45 82,17 81,96 81,86 60 82,67 79,82 83,57 82,02 90 84,13 83,64 78,95 82,24 120 83,12 85,02 82,36 83,50 Phụ lục 5: Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Hiệu suất (%) pH Lần Lần Lần Trung bình 22,17 20,89 20,03 21.03 45,03 41,89 40,73 42,55 55,34 51,67 60,24 55,75 56,34 57,02 58,45 57,27 75,89 78,96 84,88 79,91 81,45 83,02 84,17 82,88 76,89 77,98 76,19 77,02 Phụ lục 6: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Ni2+ đến trình hấp phụ Nồng độ Ni2+ Hiệu suất hấp phụ (%) (M) Lần Lần Lần Trung bình 200.10-4 39,67 42,07 36,91 39,55 100.10-4 86,04 82,17 87,48 85,23 80.10-4 79,86 78,98 74,29 77,71 40.10-4 94,34 96,04 97,23 95,87 20.10-4 95,97 93,34 97,19 95,50 10.10-4 96,72 95,56 95,75 96,01 5.10-4 96,04 97,54 95,71 96,43 Phụ lục 7: Kết đo diện tích bề mặt theo đồ thị Langmuir 50 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Phụ lục 8: Kết đo diện tích bề mặt riêng (BET) 51 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 52 [...]... thiệu về hiện tượng hấp phụ 1.7.1 Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa các pha (lỏng – rắn, khí – rắn, khí – lỏng) Chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũy trên bề mặt đó gọi là chất bị hấp phụ Sự hấp phụ phụ thuộc vào bản chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, vào nhiệt độ, vào nồng độ dung dịch (nếu sự hấp phụ xảy ra trong... (nếu sự hấp phụ xảy ra trong pha khí) Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý: Trong hấp phụ vật lý, các phân tử bị hấp phụ liên kết với các tiểu phân (nguyên tử, ion, phân tử) ở bề mặt chất hấp phụ bởi lực liên kết Van der Waals yếu Lực đó bao gồm các lực hút như lực tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và định... số hướng nghiên cứu sử dụng vỏ chuối làm vật liệu hấp phụ xử lí môi trường Với thành phần chính là các hợp chất polime có nhiều nhóm hiđroxyl, vỏ chuối có thể làm vật liệu hấp phụ tốt Trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu vật liệu hấp phụ này để xử lý môi trường Ba tác giả Arunakumara, Budddhi Charana Walpola và Min-Ho Yoon đã sử dụng vỏ chuối để hấp phụ các ion Pb2+, Ni2+,... trình hấp phụ, các chất bị hấp phụ trên bề mặt do các lực vật lý và sau đó liên kết với chất hấp phụ bởi các lực hóa học [8,12] 1.7.2 Nhiệt động học của quá trình hấp phụ Hấp phụ là một quá trình tự diễn biến, vì vậy quá trình hấp phụ luôn kèm theo sự giảm năng lượng tự do của hệ (ΔG) Do kết quả của sự định cư trên bề mặt của các phân tử chất bị hấp phụ nên số bậc tự do của chúng giảm và do đó entropi của. .. và định hướng Sự hấp phụ vật lý luôn là một quá trình thuận nghịch, nhiệt hấp phụ nhỏ, vào khoảng vài chục kJ/mol Hấp phụ hóa học: Trong hấp phụ hóa học, lực tương tác giữa các tiểu phân là lực liên kết hóa học (liên kết ion, cộng hóa trị, phối trí) Hấp phụ hóa học là quá trình bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ của quá trình lớn, khoảng vài trăm kJ/mol Trong thực tế, sự hấp phụ vật lý và hóa học chỉ mang... để hấp phụ ion Cu2+ và Pb2+ Kết quả thu được dung lượng hấp phụ cực đại đối với các ion Cu2+ và Pb2+ lần lượt là 20,97 mg/g và 41,44 mg/g [25] Hai tác giả Sunil Rajoriya và Balpreet kaur đã chế tạo các VLHP từ vỏ chuối biến tính bằng axit xitric để hấp phụ ion Zn2+trong dung dịch nước Nghiên cứu cũng thu được kết quả là vỏ chuối sau khi biến tính có khả năng hấp phụ ion Zn2+ cao hơn nhiều so với vỏ chuối. .. nguyên liệu đầu Tác giả cũng đã khảo sát được các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ: pH tối ưu là 6 và thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 60 phút đối với cả hai ion Cu2+ và Pb2+; dung lượng hấp phụ cực đại đối với ion Cu2+ là 7,704 mg/g và 24,272 mg/g đối với ion Pb2+ [15] Như vậy, khi biến tính khả năng hấp phụ của vỏ chuối tăng, cụ thể khi biến tính với axit xitric sẽ cho hiệu suất hấp phụ cao,... góc của phương trình là: tgα = 1 qmax  q max = 1 tgα 13 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu  Chế tạo vật liệu từ vỏ chuối theo sơ đồ sau: Vỏ chuối tươi Làm sạch Cắt nhỏ + sấy 1050C, 8h Vỏ chuối khô + nghiền nhỏ Vỏ chuối nguyên liệu + axit xitric Vỏ chuối tẩm axit xitric + sấy 550C, 24h + nâng lên 120oC trong 8h Vỏ chuối. .. 8h Vật liệu hấp phụ (VLHP) 14 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh  Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố sau đến quá trình biến tính vỏ chuối: + nồng độ axit xitric + thời gian biến tính + tỉ lệ hỗn hợp axit xitric và nước cốt chanh  Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố sau đến quá trình hấp phụ Ni2+ bằng vỏ chuối đã biến tính: + thời gian + pH + nồng độ Niken  So sánh khả năng hấp phụ. .. chất hấp phụ xác lập thành một cân bằng động Có nhiều mô hình nghiên cứu quá trình hấp phụ, tuy nhiên với những kết quả thực nghiệm chúng tôi chọn mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir để nghiên cứu phù hợp Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir [13, 18] Theo Langmuir, bán kính tác dụng của lực hấp phụ nhỏ, mỗi trung tâm hấp phụ một phân tử và như vậy trên bề mặt tạo thành một lớp hấp phụ đơn