Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Zn(II), Pb(II) của axit humic

Header Page of 126 -1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ THỊ CẨM GIANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI Cu (II), Zn (II), Pb (II) CỦA AXIT HUMIC Chuyên ngành : Hóa hữu Mã số : 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 -2- Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Mạnh Lực Phản biện 1: PGS TS Lê Tự Hải Phản biện 2: PGS.TS Lê Thị Liên Thanh Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng năm 2011 * Có thể tìm hiểu luận văn - Trung tâm thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 -3- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết ñề tài Việc nghiên cứu chiết tách A.H lấy từ nguồn than bùn ñịa phương ứng dụng chúng làm chất hấp phụ ion kim loại nặng ñể xử lý kim loại nặng nguồn nước thải ñề tài ý nghĩa lý thuyết ñơn mà có giá trị thực tiễn lớn lao Mục ñích nghiên cứu Để góp phần vào công bảo vệ môi trường, chọn ñề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại Cu(II), Zn(II), Pb(II) axit Humic” làm khóa luận thạc sĩ Trong ñề tài này, tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Đánh giá khả hấp phụ axit humic - Xác ñịnh ñiều kiện tối ưu trình hấp phụ ion kim loại nặng: Cu2+, Zn2+, Pb2+ lên axit humic tách từ than bùn - Khảo sát khả tái hấp phụ vật liệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên c ứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề t ài Sự thành công ñề tài góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu hợp chất cao phân tử mặt lý thuyết tạo loại vật liệu có khả hấp phụ ion kim loại, ứng dụng tách làm giàu xử lí ô nhiễm môi trường Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở ñầu kết luận, nội dung luận văn ñược chia thành chương: Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Nguyên liệu - phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết bàn luận Footer Page of 126 Header Page of 126 -4- Chương TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN VÀ AXIT HUMIC 1.1.1 Nguồn than bùn Việt Nam 1.1.1.1 Đặc ñiểm chung 1.1.1.2 Tính chất vật lý 1.1.1.3 Tính chất hoá học 1.1.2 Quá trình trao ñổi, tích tụ kim loại than bùn 1.1.3 Thành phần cấu tạo axit humic 1.1.3.1 Sự hình thành axit humic 1.1.3.2 Thành phần nguyên tố axit humic 1.1.3.3 Cấu tạo axit humic 1.1.3.4 Khả hấp phụ axit humic 1.1.3.5 Phổ hồng ngoại axit humic 1.2 HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG BẰNG AXIT HUMIC 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.2 Phân loại trình hấp phụ 1.2.3 Cơ chế hấp phụ 1.2.4 Phương trình mô tả trình hấp phụ 1.2.4.1 Phương trình hấp phụ Frendlich 1.2.4.2 Phương trình hấp phụ Langmuir 1.2.4.3 Thuyết hấp phụ ña phân tử BET 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ 1.2.5.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ 1.2.5.2 Ảnh hưởng tính tương ñồng 1.2.5.3 Ảnh hưởng pH 1.3 KIM LOẠI NẶNG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 1.3.1 Vấn ñề ô nhiễm môi trường 1.3.2 Các ion kim loại nặng Footer Page of 126 Header Page of 126 -5- Chương NGUYÊN LIỆU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1 Dụng cụ 2.1.2 Hóa chất 2.2 TINH CHẾ AXIT HUMIC TỪ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ 2.2.1 Tinh chế axit humic từ than bùn 2.2.2 Xác ñịnh số ñặc tính hóa lý than bùn axit humic 2.2.2.1 Xác ñịnh hàm lượng tro 2.2.2.2 Xác ñịnh hàm lượng chất hữu than bùn 2.2.2.3 Xác ñịnh lượng nước hút ẩm không khí 2.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+, Zn2+, Pb2+ CỦA AXIT HUMIC 2.3.1 Hấp phụ bể 2.3.1.1 Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ 2.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ 2.3.2 Hấp phụ cột 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua cột) ñến khả hấp phụ 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ 2.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ 2.4 CHỤP PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU KHI HẤP PHỤ 2.5 GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI HẤP PHỤ Footer Page of 126 Header Page of 126 -6- Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 TINH CHẾ AXIT HUMIC TỪ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ 3.1.1 Địa ñiểm lấy mẫu ñặc tính nguyên liệu 3.1.2 Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn Nước Than bùn nguyên liệu (dạng sệt) Khuấy ñều, ñể lắng, lọc qua rây Để khô không khí Cát (loại bỏ) Than bùn khô Xử lý ngâm với NaOH 0,2N, ñể lắng, lọc gạn thu lấy dung dịch H2SO4 ñặc Dung dịch humat natri pH = 1, ñể lắng 48h, lọc gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc giấy lọc NaOH Axit humic thô pH = 1, ñể lắng 48h, lọc gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc giấy lọc, sấy khô 65oC Lặp lại trình lần Axit humic tinh chế (A.H/I) Xác ñịnh số ñặc tính hóa lý Lượng nước hút ẩm Hàm lượng IR, SEM, TG/DTA tro Hình 3.3 Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn 3.1.3 Kết thí nghiệm xác ñịnh số ñặc tính hóa lý than bùn khô axit humic Footer Page of 126 Header Page of 126 -7- 3.1.3.1 Kết thí nghiệm xác ñịnh hàm lượng tro * Cách tiến hành: Nung mẫu nhiệt ñộ 700°C lò nung, thời gian Kết thí nghiệm ñược trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết xác ñịnh hàm lượng tro axit humic tinh chế Axit Mẫu m1 (gam) m2 (gam) m3 (gam) Humic Hàm lượng tro (%) A.H 31,524 32,616 31,565 3,75 thô 30,039 31,113 30,081 3,91 32,207 33,245 32,247 3,85 31,383 32,303 31,405 2,39 30,225 31,364 30,252 2,37 30,150 31,206 30,175 2,37 A.H/I Nhận xét: Ta thấy: Hàm lượng tro giảm dần theo thứ tự A.H thô > A.H/I Chứng tỏ: axit humic sau ñược tinh chế hàm lượng tro có giảm Tuy nhiên, giảm không ñáng kể nên dừng lại axit humic tinh chế lần Axit humic ñã tinh chế có hàm lượng tro trung bình 2,38% Như vậy, trình tinh chế axit humic có kết tốt 3.1.3.2 Kết xác ñịnh hàm lượng hữu Hàm lượng hữu axit humic tinh chế (A.H/I) ñược xác ñịnh theo phương pháp Turin (qua lần thí nghiệm lấy giá trị trung bình) = 24,3% 3.1.3.3 Kết thí nghiệm xác ñịnh lượng nước hút ẩm Cách tiến hành: Sấy mẫu nhiệt ñộ khoảng 100-105°C tủ sấy, thời gian Kết ñược trình bày bảng 3.2 Nhận xét: Khả hấp thụ nước axit humic ñã qua tinh chế lớn axit humic thô tinh chế khả hấp thụ nước cao Hệ số khô kiệt A.H/I: k = 0.9415 Footer Page of 126 Header Page of 126 -8- Bảng 3.2 Kết xác ñịnh lượng nước hút ẩm Axit Mẫu m1 (g) m2 (g) m3 (g) humic Hàm lượng Hệ số nước ẩm khô N (%) kiệt (k) A.H 31,536 32,542 32,490 5,41 0,9459 thô 30,144 31,139 31,088 5,36 0,9464 32,227 33,243 33,192 5,32 0,9468 31,383 32,381 32,326 5,80 0,9420 30,155 31,158 31,103 5,83 0,9417 30,212 31,223 31,167 5,91 0,9409 A.H/I 3.1.4 Phổ hồng ngoại, ảnh SEM phổ phân tích nhiệt vi sai axit humic Kết phân tích hồng ngoại cho phép ta ñánh giá có mặt nhóm chức khẳng ñịnh phần cấu trúc phân tử chúng Đối chiếu với phổ hồng ngoại số mẫu [8], nhận thấy có số dải hấp thụ ñại diện cho nhóm chức mối liên kết; mức ñộ hấp thụ tăng hay giảm xê dịch chúng tùy thuộc vào loại axit humic nguồn than bùn khác Bảng 3.3 Những dải hấp thụ hồng ngoại mẫu axit humic tinh chế axit humic [8] Dải tần số (cm-1) Nhóm chức/liên kết tương ứng Axit humic Axit humic Axit humic [8] thô tinh chế 3395.00 3431 3411 2920.80 2925 2920 OH có liên kết hyñro 1624.00 1630 1622 C – H béo hóa trị 1458.10 1390 1386 N – H, C=N, C–C thơm 1031.50 1118 1029 C=C thơm Footer Page of 126 Header Page of 126 -9- Nhận xét: Từ bảng ta thấy, axit humic tinh chế lấy từ nguồn than bùn hồ Bàu Sấu, Liên Chiểu, Đà Nẵng có dải phổ tương ñương với axit humic mẫu Như trình tinh chế axit humic cho kết tốt BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 Date: 4/28/2011 Resolution: 4cm-1 GIANG A-H-1 0.350 0.34 0.33 0.32 0.31 3431 0.30 0.29 A 0.28 1630 0.27 2925 0.26 2854 1390 1261 0.25 1118 588 499 699 0.24 0.23 0.22 0.210 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại axit humic thô BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Date: 4/28/2011 Resolution: 4cm-1 DT:01684097382 GIANG A-H-2 0.750 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 3411 1622 0.68 0.67 0.66 2920 1244 0.65 A 2849 0.64 1386 1029 0.63 526 0.62 0.61 0.60 0.59 0.58 0.57 0.56 0.550 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 cm-1 Hình 3.6 Phổ hồng ngoại axit humic tinh chế Footer Page of 126 800 600 400.0 Header Page 10 of 126 - 10 - Hình 3.7 Ảnh SEM axit humic kích thước khác Hình 3.8 Phân tích nhiệt vi sai axit Humic Trên giản ñồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt 135,50C (ứng với ñộ giảm khối lượng 11,98%), ñó trình nước hấp phụ phân tử axit Humic Và hiệu ứng tỏa nhiệt 5870C (ñộ giảm khối lượng 32,53%) ứng với cháy Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 - 12 - Thời gian tăng tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng Thời gian ñầu tải trọng hấp phụ thấp tăng chậm Nguyên nhân ñây cấu trúc axit humic, thời gian ñầu trình khuyếch tán dung dịch vào hạt chưa ñáng kể, hấp phụ xảy bề mặt chất hấp phụ nên khả hấp phụ thấp Khoảng thời gian tiếp theo, tải trọng hấp phụ tăng nhanh tăng gần tuyến tính Thời gian sau ñó hấp phụ gần bão hòa, tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên không ñáng kể Lúc này, hấp phụ xảy bên chất hấp phụ nên khả hấp phụ tăng cao dần cho ñến ñạt cân Như vậy: Thời gian ñạt cân hấp phụ Cu2+ 90 phút, Zn2+ Pb2+ 60 phút Có thể chọn thời gian thích hợp cho nghiên cứu 3.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml dung dịch M2+ 250 (mg/l), pH thay ñổi từ - 6, thời gian 90 phút ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ Pb2+, khuấy ñều máy khuấy từ Kết ñược trình bày hình 3.11 Tải trọng hấp phụ (m g/g) 30 25 20 Cu (II) 15 Zn (II) Pb (II) 10 5 pH Hình 3.11 Ảnh hưởng pH ñến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 - 13 - + Khả hấp phụ ion M2+ axit humic phụ thuộc lớn vào pH dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung trình tạo phức ion kim loại với phối tử thuộc nhóm axit yếu HnL + Ở pH thấp, khả hấp phụ axit humic không ñáng kể, khả ñó tăng pH dung dịch hấp phụ tăng từ - Nguyên nhân ổn ñịnh phức chelat tạo thành ion kim loại axit humic vùng pH thấp Mặt khác, phối tử L liên kết chặt chẽ với ion H+ nên có khả tương tác phối trí với ion kim loại Lúc phản ứng phối trí ion kim loại với ñôi ñiện tử tự nguyên tử N hay O cạnh tranh với phản ứng proton hóa nhóm amino – NH2 thành NH3+ Vì vậy, nồng ñộ ion M2+ lại sau hấp phụ cao pH dung dịch hấp phụ thấp + Tại pH = 5, khả hấp phụ axit humic lớn Khi pH > 5, khả hấp phụ giảm giảm chậm Nguyên nhân pH cao, nhóm amino không bị proton hóa ion kim loại dễ dàng liên kết với nhóm amino Vì vậy, nồng ñộ ion M2+ lại sau hấp phụ thấp pH dung dịch hấp phụ cao Mặt khác, pH > có tạo thành lượng kết tủa M(OH)2 Và kể từ giá trị pH ≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện tượng hòa tan lượng nhỏ humic thành humat Trong thí nghiệm tạo môi trường pH = ñã sử dụng dung dịch NaOH ñiều làm tăng pH cục Có thể ñó, lượng nhỏ humic ñã tan tạo với ion M2+ humat tan thể keo chui ñược qua giấy lọc Như vậy: Có thể chọn pH = cho nghiên cứu 3.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 - 14 - Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml dung dịch M2+, [M2+] thay ñổi từ 50 - 300 (mg/l), pH = 5, thời gian 90 phút ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ Pb2+ Kết ñược trình bày hình 3.12 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 30 25 20 Cu (II) 15 Zn (II) Pb (II) 10 50 100 150 200 250 300 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu M2+ ñến tải trọng hấp phụ Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: Khi tăng nồng ñộ ñầu ion M2+ từ 100 - 300 (mg/l) ñưa vào hiệu suất hấp phụ (% tương ñối) giảm xuống (giảm chậm vùng nồng ñộ cao) Tuy nhiên lượng tuyệt ñối kim loại bị kết tủa tăng lên Khi nồng ñộ kim loại thấp hiệu suất hấp phụ tăng: nồng ñộ ñầu ion M2+ 50mg/l hiệu hấp phụ ñạt 45% - 66% Điều khả thuận lợi ñể sử dụng axit humic vào mục ñích tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại: Kết ñược trình bày hình 3.13, 3.14, 3.15 Đại lượng hấp phụ (g/l) 12 y = 0,0503x + 1,5706 R2 = 0,9824 10 0 50 100 150 200 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.13 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir với Cu2+ Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 - 15 - 10 Đại lượng hấp phụ (g/l) y = 0,0521x + 1,2468 R2 = 0,9968 0 50 100 150 200 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.14 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với Zn2+ y = 0,034x + 0,5041 R2 = 0,9919 Đại lượng hấp phụ (g/l) 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 0 50 100 150 Nồng ñộ (mg/l) Hình 3.15 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir ñối với Pb2+ Từ kết thấy mô hình hấp phụ ñẳng nhiệt Langmuir mô tả xác hấp phụ M2+ lên axit humic Điều ñược thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui Từ phương trình thu ñược xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại ion M2+ sau: + Đối với ñồng là: qmax = 19,88 (mg/g) + Đối với kẽm là: qmax = 19,19 (mg/g) + Đối với chì là: qmax = 29,41 (mg/g) Giá trị lực hấp phụ Cu2+ = 0,032; Zn2+ = 0,042; Pb2+ = 0,067, cho phép thấy axit humic có lực với ion Pb2+ > Zn2+ > Cu2+ Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 - 16 - Như vậy, trình nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ ion M2+ axit humic (kích thước hạt < 0.5mm) ñiều kiện tĩnh thu ñược kết sau: - Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, q max = 19,88 (mg/g), b = max = 19,19 (mg/g), b = max = 29,41 (mg/g), b = 0,032, H = 63,70% - Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, q 0,042, H = 69,36% - Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, q 0,067, H = 85,10% 3.2.2 Hấp phụ cột 3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua cột) ñến khả hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch 2+ M 250 (mg/l), pH = qua cột axit humic, ñiều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ thay ñổi: 1; 2; 3; 4; (ml/phút) Thu dung dịch chảy thành phân ñoạn, phân ñoạn 25ml Kết ñược trình bày hình 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,4 1,2 1 ml 0,8 ml ml 0,6 ml 0,4 ml 0,2 Phân ñoạn Hình 3.16 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Cu2+ Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 - 17 - 0,9 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 0,8 0,7 ml 0,6 ml 0,5 ml 0,4 ml 0,3 ml 0,2 0,1 Phân ñoạn Hình 3.17 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Zn2+ Tải trọng hấp phụ (m g/g) 1,6 1,4 1,2 ml ml 0,8 ml 0,6 ml ml 0,4 0,2 Phân ñoạn Hình 3.18 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Pb2+ Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,6 1,4 1,2 Cu (II) 0,8 Zn (II) 0,6 Pb (II) 0,4 0,2 Tốc ñộ chảy (ml/phút) Hình 3.19 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ trung bình ion M2+ Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 - 18 - 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 60 Cu (II) 50 Zn (II) 40 Pb (II) 30 20 10 Tốc ñộ chảy (ml/phút) Hình 3.20 Ảnh hưởng tốc ñộ chảy ñến hiệu suất hấp phụ trung bình M2+ Từ kết khảo sát cho thấy: Tốc ñộ chảy ảnh hưởng lớn ñến khả hấp phụ Nhìn chung tốc ñộ chảy tăng từ - (ml/phút) tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ giảm giảm gần tuyến tính Điều giải thích tốc ñộ chảy lớn, thời gian ñể ñạt cân hấp phụ giảm Hiệu suất hấp phụ trung bình ñạt giá trị cao tốc ñộ chảy (ml/phút) Ở tốc ñộ chảy khác nhau, ta thấy lúc ñầu khả hấp phụ tăng ñều ñạt giá trị cực ñại phân ñoạn thứ 2, ñó tốc ñộ chảy ñã ổn ñịnh, sau ñó giảm dần phân ñoạn Vậy: Có thể chọn tốc ñộ chảy (ml/phút) cho nghiên cứu 3.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch M 2+ 250 (mg/l), pH thay ñổi từ - qua cột axit humic, ñiều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ (ml/phút) Thu dung dịch chảy thành phân ñoạn, phân ñoạn 25ml Kết ñược trình bày hình 3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25 Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 - 19 - Tải trọng hấp phụ (m g/g) 1,4 1,2 pH = 0,8 pH = pH = 0,6 pH = 0,4 pH = 0,2 Phân ñoạn Hình 3.21 Ảnh hưởng pH ñến tải trọng hấp phụ ion Cu2+ 0,9 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 0,8 0,7 pH = 0,6 pH = 0,5 pH = 0,4 pH = 0,3 pH = 0,2 0,1 Phân ñoạn Hình 3.22 Ảnh hưởng pH ñến tải trọng hấp phụ ion Zn2+ Tải trọng hấp phụ (m g/g) 1,6 1,4 1,2 pH = pH = 0,8 pH = 0,6 pH = pH = 0,4 0,2 Phân ñoạn Hình 3.23 Ảnh hưởng pH ñến tải trọng hấp phụ ion Pb2+ Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 - 20 - Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,6 1,4 1,2 Cu (II) 0,8 Zn (II) 0,6 Pb (II) 0,4 0,2 pH Hình 3.24 Ảnh hưởng pH ñến tải trọng hấp phụ trung bình ion M2+ 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 60 Cu (II) 50 Zn (II) 40 Pb (II) 30 20 10 pH Hình 3.25 Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất hấp phụ trung bình ion M2+ Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: + Khả hấp phụ axit humic tăng nhanh pH dung dịch hấp phụ tăng từ - Nguyên nhân ổn ñịnh phức chelat tạo thành ion kim loại axit humic vùng pH thấp, H+ dung dịch ñệm bám bề mặt axit humic ngăn cản trình tạo phức chelat + Tại pH = 4, khả hấp phụ axit humic lớn + Khi pH > 4, khả hấp phụ giảm chậm dần Nguyên nhân pH cao, nhóm amino không bị proton hóa ion kim loại dễ dàng liên kết với nhóm amino làm nồng ñộ ion M2+ lại sau hấp Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 - 21 - phụ thấp pH dung dịch hấp phụ cao Mặt khác, pH >5 có tạo thành lượng kết tủa M(OH)2 Và kể từ giá trị pH ≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện tượng hòa tan lượng nhỏ humic thành humat tan thể keo chui ñược qua giấy lọc Như vậy: Có thể chọn pH = cho nghiên cứu 3.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến trình hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch M , [M2+] thay ñổi từ 100 - 300 (mg/l), pH = qua cột axit humic, 2+ ñiều chỉnh cho dung dịch chảy với tốc ñộ (ml/phút) Thu dung dịch chảy thành phân ñoạn, phân ñoạn 25ml Kết ñược trình bày hình 3.26, 3.27, 3.28, 3.29, 3.30 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,4 1,2 100 mg/l 0,8 150 mg/l 200 mg/l 0,6 250 mg/l 0,4 300 mg/l 0,2 Phân ñoạn Hình 3.26 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Cu2+ ñến tải trọng hấp phụ Tải trọng hấp phụ (mg/g) 0,9 0,8 0,7 100 mg/l 0,6 150 mg/l 0,5 200 mg/l 0,4 250 mg/l 0,3 300 mg/l 0,2 0,1 Phân ñoạn Hình 3.27 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Zn2+ ñến tải trọng hấp phụ Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 - 22 - 1,8 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,6 1,4 100 mg/l 1,2 150 mg/l 200 mg/l 0,8 250 mg/l 0,6 300 mg/l 0,4 0,2 Phân ñoạn Hình 3.28 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Pb2+ ñến tải trọng hấp phụ 1,8 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 1,6 1,4 1,2 Cu (II) Zn (II) 0,8 Pb (II) 0,6 0,4 0,2 100 150 200 250 300 Nồng ñộ ñầu (mg/l) Hình 3.29 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ trung bình 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 60 Cu (II) 50 Zn (II) 40 Pb (II) 30 20 10 100 150 200 250 300 Nồng ñộ ñầu (mg/l) Hình 3.30 Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ trung bình Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: Khi tăng nồng ñộ ñầu ion M2+ (trong khoảng 100 - 300 (mg/l)) tải trọng hấp phụ tăng chậm hiệu suất hấp phụ thay ñổi không ñáng kể Nghĩa khả hấp phụ ion M2+ cột axit humic bị ảnh hưởng không lớn thay ñổi nồng ñộ ñầu ion M2+ Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 - 23 - Kết luận: Quá trình nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng ñến khả hấp phụ ion M2+ nước cột axit humic (kích thước hạt 1mm) thu ñược số kết sau: - Đối với Cu2+: Tốc ñộ = (ml/phút, pH = 4, H = 83.15% - Đối với Zn2+: Tốc ñộ = (ml/phút), pH = 4, H = 71.35% - Đối với Pb2+: Tốc ñộ = (ml/phút, pH = 4, H = 89.41% 3.4 PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU KHI HẤP PHỤ ION M2+ BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 Date: 4/28/2011 Resolution: 4cm-1 GIANG A-H-Cu2+ 0.4500 0.445 0.440 0.435 0.430 0.425 0.420 0.415 0.410 3425 0.405 0.400 A 0.395 0.390 0.385 0.380 3709 0.375 1632 2921 0.370 589 1388 503 1121 1251 0.365 2364 1013 0.360 885 0.355 0.350 0.3450 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 Hình 3.31 Phổ hồng ngoại axit humic sau hấp phụ ion Cu2+ BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 Date: 4/28/2011 Resolution: 4cm-1 GIANG A-H-Zn2+ 0.450 0.44 0.43 0.42 0.41 3409 0.40 0.39 1622 0.38 2921 0.37 A 1701 0.36 1246 2850 0.35 1388 0.34 1030 0.33 0.32 536 0.31 0.30 0.29 0.28 0.270 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 Hình 3.32 Phổ hồng ngoại axit humic sau hấp phụ ion Zn2+ Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 - 24 BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Date: 4/28/2011 Resolution: 4cm-1 DT:01684097382 GIANG A.H.Pb2+ 0.3000 0.295 0.290 0.285 0.280 0.275 0.270 0.265 3415 0.260 0.255 1627 A 0.250 2923 0.245 1251 2854 0.240 1386 1120 521 1025 0.235 0.230 0.225 0.220 0.215 0.2100 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 Hình 3.33 Phổ hồng ngoại axit humic sau hấp phụ ion Pb2+ Phổ hồng ngoại axit humic sau hấp phụ ion M2+ ñược trình bày hình 3.31, 3.32, 3.33 Đối chiếu với phổ hồng ngoại axit humic trước ñem hấp phụ, nhận thấy: chúng ñều có số dải hấp thụ ñại diện cho nhóm chức mối liên kết Tuy nhiên, mức ñộ hấp thụ có xê dịch ñáng kể 3.5 GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI HẤP PHỤ 3.5.1 Giải hấp phụ * Điều kiện tiến hành: Cho gam axit humic (A.H/I – M2+) vào bình tam giác có chứa sẵn 200ml dung dịch axit HCl 0,1N (pH = 1) dung dịch ñệm (pH = 3, pH = 5) Hỗn hợp ñược khuấy ñều máy khuấy từ, nhiệt ñộ phòng lọc Bảng 3.31 Kết giải hấp phụ ion kim loại từ axit humic pH khác M 2+ Lượng ion kim loại giải hấp phụ (%) pH = pH = pH = 2+ 82,33 52,21 31,35 2+ 85,65 56,77 35,21 2+ 89,45 62,11 38,23 Cu Zn Pb Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 - 25 - Từ bảng 3.31 cho thấy, khả giải hấp phụ ion kim loại M 2+ khỏi axit humic tương ñối dễ dàng khả ñó tăng dần theo chiều giảm pH Điều ñược giải thích sau: phức chelat tạo thành ion kim loại axit humic bền môi trường pH cao pH thấp Như vậy: Có thể chọn pH = cho trình giải hấp phụ 3.5.2 Tái hấp phụ Điều kiện tiến hành: Tiến hành tái hấp phụ ion kim loại lên axit humic (A.H/II – M2+) trình hấp phụ với ñiều kiện tối ưu ñã tìm ñược cho loại ion - Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l) - Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l) - Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l) Tải trọng hấp phụ (mg/g) 30 25 20 Cu (II) 15 Zn (II) Pb (II) 10 Ban ñầu Lần Lần Lần Lần Lần Số chu trình hấp phụ Hình 3.34 Khả tái hấp phụ ion kim loại M2+ lên axit humic Từ hình 3.34 cho thấy sau giải hấp phụ ion kim loại M2+ khỏi axit humic tiến hành tái hấp phụ ion kim loại M2+ khả hấp phụ axit humic giảm không thay ñổi nhiều Tải trọng hấp phụ ion M2+ axit humic sau lần thực chu trình hấp phụ - giải hấp giảm không ñáng kể (Cu2+: 18,42%; Zn2+: 18,38%; Pb2+: 19,84%) so với lần hấp phụ ñầu tiên Như vậy, axit humic ñược sử dụng nhiều lần ñể hấp phụ ion kim loại Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 - 26 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận: Từ kết nghiên cứu thu ñược ñã trình bày trên, ñi ñến số kết luận sau: Tiến hành tinh chế axit humic từ axit humic thô phòng thí nghiệm (ở dạng humat natri) Hàm lượng tro axit humic tinh chế lần khoảng 2.38%, hàm lượng nước hút ẩm không khí khoảng 5.85% Tiến hành chụp phổ hồng ngoại IR, ảnh SEM, phân tích nhiệt TG/DTA chứng minh có mặt số nhóm chức Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ axit humic (hạt < 0.5mm) ñiều kiện tĩnh (hấp phụ bể) thu ñược số kết quả: - Với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, q max = 19.88 (mg/g), H = 63.70% - Với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 19.19 (mg/g), H = 69.36% - Với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 29.41 (mg/g), H = 85.10% Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ axit humic (kích thước hạt 1mm) cột (hấp phụ cột) thu ñược số kết quả: - Đối với Cu2+: Tốc ñộ = (ml/phút), pH = 4, H = 83.15% - Đối với Zn2+: Tốc ñộ = (ml/phút), pH = 4, H = 71.35% - Đối với Pb2+: Tốc ñộ = (ml/phút), pH = 4, H = 89.41% Chụp phổ hồng ngoại IR axit humic sau hấp phụ 2+ ion M , ñối chiếu với phổ hồng ngoại axit humic trước hấp phụ, thấy chúng ñều có số dải hấp thụ ñại diện cho nhóm chức mối liên kết, mức ñộ hấp thụ có xê dịch ñáng kể Đó có mặt ion M2+ bị hấp phụ axit humic ban ñầu nên ñộ rõ nét ñám phổ riêng biệt bị giảm Tiến hành giải hấp phụ khoảng pH khác ñối với ion kim loại chọn pH = cho trình tái hấp phụ Thực chu trình hấp phụ - giải hấp lần cho thấy tải trọng hấp phụ giảm không ñáng kể so với lần hấp phụ ñầu tiên: Cu2+: 18,42%, Zn2+: 18,38%, Pb2+: 19,84% Axit humic ñược sử dụng nhiều lần ñể hấp phụ ion kim loại * Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu trình hấp phụ axit humic ñối với ion kim loại khác, ứng dụng tách làm giàu xử lí Z nhiễm môi trường Mở rộng nghiên cứu tác dụng axit umic nhiều lĩnh vực khác như: nông nghiệp, công nghiệp,… Footer Page 26 of 126 ... trình hấp phụ Hình 3.34 Khả tái hấp phụ ion kim loại M2+ lên axit humic Từ hình 3.34 cho thấy sau giải hấp phụ ion kim loại M2+ khỏi axit humic tiến hành tái hấp phụ ion kim loại M2+ khả hấp phụ axit. .. khí 2.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+, Zn2+, Pb2+ CỦA AXIT HUMIC 2.3.1 Hấp phụ bể 2.3.1.1 Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ñến trình hấp phụ 2.3.1.3 Khảo sát... + Khả hấp phụ ion M2+ axit humic phụ thuộc lớn vào pH dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung trình tạo phức ion kim loại với phối tử thuộc nhóm axit yếu HnL + Ở pH thấp, khả hấp phụ axit