Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)

Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi vỏ lạc (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRƯƠNG HỒNG QUÂN

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHẤT MÀU CỦA

VẬT LIỆU COMPOZIT PANi – VỎ LẠC

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Bùi Minh Quý

Thái Nguyên - 2017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm

ơn tới TS Bùi Minh Quý đã truyền cho tôi tri thức cũng như tâm huyết nghiên cứu khoa học, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn các quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa học, đặc biệt là các Thầy, Cô làm việc tại Phòng thí nghiệm Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất cho em thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn

bè đã luôn tin tưởng động viên, chia sẻ và tiếp sức cho tôi có thêm nghị lực để tôi vững bước và vượt qua khó khăn trong cuộc sống, hoàn thành bản luận văn này

Tác giả luận văn

Trương Hồng Quân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm 3

1.1.1 Giới thiệu chung về xanh metylen và metyl da cam 3

1.1.2 Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm 7

1.1.3 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 7

1.2 Tìm hiểu chung về vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc 8

1.2.1.Tìm hiểu chung về PANi 8

1.2.2 Tổng quan về vỏ lạc 12

1.2.3 Một số phương pháp tổng hợp compozit PANi – vỏ lạc 12

1.2.4 Tìm hiểu chung về hấp phụ 13

1.2.5 Động học hấp phụ 15

1.3 Động lực hấp phụ 21

1.3.1 Mô hình Thomas 23

1.3.2 Mô hình Yoon – Nelson 24

1.3.3 Mô hình Bohart – Adam (B - A) 25

1.4 Giới hiệu về phương pháp phân tích trắc quang 27

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 30

2.1 Hóa chất - Thiết bị, dụng cụ 30

2.1.1 Hóa chất 30

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ 30

2.2 Thực nghiệm 30

2.2.1 Các điều kiện xác định nồng độ của MB và MO bằng phương pháp trắc quang 30

2.2.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ của MO và MB trên PANi – vỏ lạc 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Đánh giá phương pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ MO và MB 34

3.1.1 Khảo sát bước sóng cực đại hấp phụ của MO và MB 34

3.1.2 Đường chuẩn, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của MB và MO theo phương pháp trắc quang 34

3.1.3 Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang 37

3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB , MO của PANi – vỏ lạc theo phương pháp

hấp phụ tĩnh 37

3.2.1 Ảnh hưởng của pH 37

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian 38

3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu MO và MB 40

3.2.4 Nghiên cứu động học hấp phụ 42

3.2.5 Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 45

3.2.6 Nghiên cứu nhiệt động học chuẩn quá trình hấp phụ 47

3.3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB , MO của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 48

3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy 48

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ 49

3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ 50

3.3.4 Nghiên cứu động học hấp phụ theo các mô hình hấp phụ động 52

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng vỏ la ̣c 12

Bảng 3.1: Sự phụ thuộc của nồng độ vào độ hấp thụ quang dung dịch MO và MB theo phương pháp trắc quang 35

Bảng 3.2 Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang 37

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của MO và MB 37

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ MB và MO với PANi – vỏ lạc 39

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch MB và MO đến dung lượng hấp phụ và hiệu suất của VLHP 40

Bảng 3.6 : Các tham số trong mô hình động học hấp phụ 42

Bảng 3.7: Kết quả các tham số trong phương trình động học hấp phụ 43

Bảng 3.8 : Các tham số trong mô hình động học hấp phụ 44

Bảng 3.9: Kết quả các tham số trong phương trình động học hấp phụ 44

Bảng 3.10: Các giá trị trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt tuyến tính Langmuir và Feundlich 45

Bảng 3.11 :Các tham số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frieudlich 46

Bảng 3.12: Các giá trị trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt tuyến tính Langmuir và Feundlich 46

Bảng 3.13: Các tham số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frieudlich 47

Bảng 3.14 Giá trị ∆G0 quá trình hấp phụ MB và MO trên PANi – vỏ lạc 48

Bảng 3.15 : Nồng độ thoát của MB và MO ở khối lượng PANi – vỏ lạc khác nhau 50

Bảng 3.16 : Nồng độ thoát của MB và MO tại các nồng độ ban đầu chất hấp phụ khác nhau 51

Bảng 3.17 Các phương trình dạng tuyến tính mô hình Thomas, Yoon – Nelson, Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MB ban đầu và chiều cao cột hấp phụ 58 Bảng 3.18 Các tham số trong các mô hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart –

Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MB ban đầu và chiều cao cột hấp phụ 58Bảng 3.19 Các phương trình dạng tuyến tính mô hình Thomas, Yoon – Nelson, Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MO ban đầu và chiều cao cột hấp phụ 59Bảng 3.20 Các tham số trong các mô hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart – Adam theo tốc độ dòng chảy, nồng độ MO ban đầu và chiều cao cột hấp phụ 59Bảng 3.21 Độ dài tầng chuyển khối và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ MB của PANi – vỏ lạc 60Bảng 3.22 Độ dài tầng chuyển khối và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ MO của PANi –

vỏ lạc 61

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Quá trình oxy hóa - khử của MB 4

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát về sự hình thành polyanilin bằng con đường điện hóa 9

Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp polyanilin bằng phương pháp hóa học 10

Hình 1.4: Đồ thị sự phụ thuộc của lg (qe-qt) vào t 16

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a), đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich (b) 18

Hình 1.6: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 20

Hình 1.7: Đồ thị tìm các hằng số của phương trình Langmuir 21

Hình 1.8: Đường cong thoát của cột hấp phụ 22

Hình 1.9 Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C0/Ce)-1] vào t 24

Hình 2.1 Mô hình cột hấp phụ theo phương pháp hấp phụ động 32

Hình 3.1 : Phổ UV -Vis của MB 34

Hình 3.2: Phổ UV - Vis của MO 34

Hình 3.3 Đồ thị đường chuẩn của MB 35

Hình 3.4 Đồ thị đường chuẩn của MO 36

Bảng 3.2 Tổng kết các điều kiện xác định MB và MO bằng phép đo quang 37

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của MO và MB 37

Hình 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của MB 38

Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của MO 38

Hình 3.7: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ MB (a) và MO (b) trên VLHP theo thời gianq 39

Hình 3.8: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MB 41

Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MB 41

Hình 3.10 : Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MO 41

Hình 3.11 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của MO 41

Hình 3.12: Đồ thị phương trình động học bậc 1 dạng tuyến tính 43

Hình 3.13: Đồ thị phương trình động học bậc 2 dạng tuyến tính 43

Hình 3.14: Đồ thị phương trình động học bậc 1 dạng tuyến tính 44

Hình 3.15: Đồ thị phương trình động học bậc 2 dạng tuyến tính 44

Hình 3.16: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính 45

Hình 3.17: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính 45

Hình 3.18: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính 47

Hình 3.19: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính 47

Hình 3.20 : Sự phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs của MB trên PANi – vỏ lạc 48

Hình 3.21: Sự phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs của MO trên PANi – vỏ lạc 48

Hình 3.22: Đường cong thoát của MB tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ ban đầu của MB Co =49,394 mg/l 49Hình 3.23: Đường cong thoát của MO tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ ban đầu của MO Co =49,586 mg/l 49Hình 3.24: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến đường cong thoát của

MB , Q = 0,5 ml/phút, C0 = 49,394 mg/l, pH = 7 50Hình 3.25: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến đường cong thoát của

MO , Q = 0,5 ml/phút, C0 = 49,585 mg/l, pH = 6 50Bảng 3.16 : Nồng độ thoát của MB và MO tại các nồng độ ban đầu chất hấp phụ khác nhau 51Hình 3.26: Đường cong thoát của MB tại các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc độ dòng chảy Q = 0,5 ml/phút 51Hình 3.27: Đường cong thoát của MO tại các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc độ dòng chảy Q = 0,5 ml/phút 51Hình 3.28: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam

49, 394 mg/g ) 52Hình 3.29: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các nồng độ ban đầu khác nhau khác nhau đối với dung dịch

MB ( m = 0,1 g, Q = 0,5 ml/phút ) 53Hình 3.30: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các chiều cao cột hấp phụ khác nhau, nồng độ MB ban đầu (

C0 = 49, 394 mg/g, Q = 0,5 ml/phút 54Hình 3.31: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam

49, 585 mg/g, H = 0,6 cm ) 55Hình 3.32: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các nồng độ ban đầu khác nhau khác nhau đối với dung dịch

MO ( m = 0,1 g, Q = 0,5 ml/phút ) 56Hình 3.33: Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các chiều cao cột hấp phụ khác nhau, nồng độ MO ban đầu (

C0 = 49, 586 mg/g, Q = 0,5 ml/phút) 57

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ

viết tắt Tên tiếng Việt Ký hiệu Tên tiếng Việt

MỞ ĐẦU

Môi trường và bảo vệ môi trường ngày nay đang là mối quan tâm chung của toàn xã hội Hàng năm các công ty dệt nhuộm lớn nhỏ trong nước thả ra hàng tấn nước thải mỗi năm Tuy nhiên trong số các nhà máy đó thì chỉ có một số nhà máy lớn xây dựng hệ thống nước thải hầu như còn lại thải trực tiếp ra môi trường Nước thải trực tiếp ra môi trường có chứa metyl da cam và xanh metylen làm cho nhiễm độc các sinh vật trong nước và hủy hoại môi trường, cảnh quan thiên nhiên do đó cần loại bỏ metyl da cam và xanh metylen ra khỏi nguồn nước

Đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ chất màu ra khỏi nguồn nước thải như phương pháp cơ, phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học , phương pháp hóa học Trong phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu việt bởi tính kinh tế, tính hiệu quả, thao tác đơn giản và dễ thực hiện

Công nghệ lai ghép vật liệu PANi với các phụ phẩm nông nghiệp đang được các nhà hóa học quan tâm vì tính hiệu quả và sự tận dụng các nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền Vật liệu compozit PANi – vỏ lạc là loại vật liệu có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng hấp phụ của nó đối các hợp chất màu trong nước còn chưa được quan tâm nghiên cứu

Nhằm tìm hiểu thêm những ứng dụng của compozit PANi – vỏ lạc, hướng tới việc nâng cao khả năng xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi các hợp chất màu,

chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng phương pháp trắc quang để đánh giá

khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc"

Mục tiêu của luận văn

- Khảo sát các điều kiện xác định nồng độ xanh metylen và metyl da cam bằng phương pháp trắc quang UV-Vis

bằng vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc thông qua nghiên cứu khả năng hấp phụ tĩnh và hấp phụ động trong nước

Nội dung nghiên cứu:

compozit theo các yếu tố: thời gian, pH và nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ

Freundlich

- Khảo sát mô hình động học hấp phụ của vật liệu và nhiệt động học quá trình hấp phụ cũng như cơ chế hấp phụ xanh metylen và metyl da cam trên vật liệu compozit

chất bị hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ, từ đó nghiên cứu một số mô hình hấp phụ động của xanh metylen và metyl da cam trên compozit PANi – vỏ lạc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định như: > C = C <, > C = N-,

NH2, - COOH, - SO3H, - OH … đóng vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [5, 6, 8]

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi

sử dụng Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:

Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm

antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [12,13]

Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc

nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [5,6 ]

1.1.1 Giới thiệu chung về xanh metylen và metyl da cam

Công thức phân tử : C16H18ClN3S.3H2O

Công thức cấu tạo

Khối lượng phân tử : 319,85 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 100 - 110 °C

số tên gọi khác như là tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium chloride Đây là một hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng, dạng dung dịch 1% có pH từ 3 - 4,5 MB đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dicromat, các hợp chất của iod Khi phân hủy

sẽ sinh ra các khí độc như: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S MB nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể MB có thể bị oxy hóa hoặc bị khử, mỗi phân tử của MB bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây Quá trình oxy hóa - khử của MB được biểu diễn ở hình 1.1 [9,10,20 ]

Hình 1.1: Quá trình oxy hóa - khử của MB

Ứng dụng

MB là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon,

da, gỗ; sản suất mực in; trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất lượng bê tông và vữa; và được sử dụng trong y học Trong thủy sản, MB được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng Ngoài

ra, MB cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do hemoglobin quá nhiều trong máu Bệnh này thể hiện dạng hemoglobin bất thường

Met-trong máu làm cho việc vận chuyển oxy Met-trong máu khó khăn Những hợp chất có thể gây ra hiện tượng trên có thể do sử dụng kháng sinh, hàm lượng NO2-, NO3-

trong nước và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Ảnh hưởng đến con người và môi trường

Bên cạnh những mặt tích cực về tính sát khuẩn nhẹ, có tác dụng trong chữa trị một số bệnh cho người thì nó còn có tác dụng ức chế sinh học khi sử dụng, có thể gây tan máu cấp, dùng kéo dài có thể dẫn đến thiếu máu do tăng phá hủy hồng cầu Người khi tiếp xúc với MB ở nồng độ lớn có thể gây buồn nôn, nôn, đau bụng, chóng mặt, đau đầu, sốt, hạ huyết áp, đau vùng trước tim; kích ứng bàng quang; da

có màu xanh Đặc biệt, khi ăn hoặc uống các sản phẩm có chứa hàm lượng MB cao

có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe vì MB có khả năng gây tác động mạnh đến đường tiêu hóa [22,24]

Đối với môi trường nước, khi tiếp nhận một lượng lớn MB vào thì với tính khử trùng của MB có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn có lợi cho sinh vật trong môi trường nước Gây các ảnh hường xấu đến môi trường nước và hệ sinh thái sử dụng nguồn nước này [27]

1.1.1.2 Metyl da cam

Metyl da cam (MO) nói riêng và các phẩm màu họ azo nói chung là những hợp chất hữu cơ thường được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm, các ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy…Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường sinh thái và con người, đặc biệt hợp chất này có thể gây ung thư cho người sử dụng MO có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột thậm chí có thể gây ung thư đường ruột

MO là một chất bột tinh thể màu da cam, không tan trong dung môi hữu cơ,

N

Dung dịch trong nước dùng để làm chỉ thị chuẩn độ axit – bazơ, có màu hồng

Hệ số hấp thụ mol :  = 26.900

Công thức phân tử : C14H14 N3O3S.Na

Tên quốc tế: Natri para – dimetylaminoazobenzensunfonat

Khối lượng phân tử: 327,34 g/mol

Ở môi trường kiềm và trung tính, MO có màu vàng là màu của anion:

màu đỏ:

MO thường được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê [10,22,24]

1.1.2 Các chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm

Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do lượng kiềm lớn Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần [5,6,8] Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà còn lại một lượng

dư nhất định tồn tại trong nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm

có thể lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [12,13] Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất

ô nhiễm lớn

1.1.3 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi trường Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ…Với một nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật Như vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu

cơ trong nước thải Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn

3000 thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực độc Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh [5,12]

Đối với con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi Ngoài

ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan) Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản

suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [6,8]

1.2 Tìm hiểu chung về vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc

1.2.1.Tìm hiểu chung về PANi

Câ ́u trúc phân tử của PANi

Polyanilin (PANi) là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác Dạng tổng quát của polyanilin gồm 2 nhóm cấu trúc [1,2]

a,b = 0, 1, 2, 3, 4, 5…

Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (màu xanh thẫm)

Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (màu vàng)

Khi a = b, ở trạng thái Emaradin (màu xanh)

Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tương tự quá trình oxi hóa, quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần Trong quá trình tổng hợp polyanilin người ta còn quan sát được các màu sắc khác nhau tương ứng với cấu trúc khác nhau của polyanilin

Phương pháp tổng hợp PANi

Polyanilin có thể được tổng hợp bằng con đường điện hoá hoặc hoá học

 Phương pháp điện hóa

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát về sự hình thành polyanilin bằng con đường điện hóa

Tổng hợp PANi theo phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm Quá trình điện hóa kết tủa polyme bao gồm cả khơi mào và phát triển mạch xảy ra trên bề mặt điện cực Ta có thể điều chỉnh các thông số đặc biệt của quá trình trùng hợp điện hóa và tạo ra sản phẩm polyme có tính chất cơ lý, điện, quang tốt Các phương pháp điện hóa thường dùng để tổng hợp PANi: dòng tĩnh, thế tĩnh, quét tuần hoàn, xung dòng, xung thế Cho tới nay cơ chế tổng hợp PANi nói riêng và polyme dẫn nói chung chưa được lý giải một cách thuyết phục Tuy nhiên về mặt tổng thể cơ chế polyme hóa điện hóa PANi được mô tả gồm các giai đoạn trung gian chính sau :

- Khuếch tán và hấp phụ anilin

- Oxi hóa anilin

- Hình thành polyme trên bề mặt điện cực

- Ổn định màng polyme

- Oxi hóa khử bản thân màng polyanilin

 Phương pháp hóa học

Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp polyanilin bằng phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu dạng bột với lượng lớn

Quá trình trùng hợp anilin tạo ra polyanilin được diễn ra trong sự có mặt của tác nhân oxi hóa làm xúc tác Người ta thường sử dụng amonipesunfat làm chất oxi hóa trong quá trình tổng hợp polyanilin và nhờ nó mà có thể tạo ra polyme có khối lượng phân tử lớn và độ dẫn điện tối ưu hơn so với các chất oxi hóa khác Phản ứng

NO2BF4, Et4NBF4).Tác nhân oxi hóa, bản chất của môi trường điện ly và nồng độ của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất lý hóa của PANi

Quá trình tạo polyanilin bắt đầu cùng với quá trình tạo gốc cation anilinium, đây là giai đoạn quyết định tốc độ của quá trình Hai gốc cation kết hợp lại để tạo ra N-phenyl-1,4-phenylendiamine hoặc gốc không mang điện sẽ kết hợp với gốc cation anilinium tạo thành dạng trime, trime này dễ dàng bị oxi hóa thành một gốc cation mới và lại dễ dàng kết hợp với một gốc cation đến khi tạo thành polyme có khối lượng phân tử lớn Bản chất của phản ứng polyme hóa này là tự xúc tác

Ứng dụng của PANi

PANi hay một số polyme khác hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi vào tất

cả các ngành công nghệ kỹ thuật cao, bởi tính ưu việt của chúng

PANi được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như chế tạo điện cực của pin, thiết

bị điện sắc và điện hóa, cố định enzim, ứng dụng trong ngành dệt (kết hợp với nilon

và polyeste),

Nhờ có tính bán dẫn, PANi được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị điện

và điện tử: điốt, tranzito, linh kiện bộ nhớ, với công nghệ chế biến đơn giản, chi phí thấp hơn mà vẫn đạt được những mong muốn của con người.[ 2,21 ]

PANi còn có ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ kim loại Bằng thực nghiệm, các nghiên cứu gần đây cho thấy dạng Pernigranilin màu xanh thẫm - trạng thái oxy hoá cao nhất của PANi có khả năng ngăn chặn sự tấn công của axit hay môi trường ăn mòn Trong thực tế, PANi dạng kích thước nano được phân tán vào sơn để làm vật liệu chống ăn mòn

Một trong các ứng dụng quan trọng khác của PANi là làm vật liệu cho nguồn điện Ắc quy polyme thường có năng lượng, chu kỳ phóng nạp cao Điện cực polyme có thể đóng vai trò anot hoặc catot trong ắc quy

Người ta còn sử dụng PANi như một chất hấp phụ kim loại nặng khi cho

1.2.2 Tổng quan về vỏ lạc

Lạc là cây họ đậu được trồng có diê ̣n tích lớn nhất với diê ̣n tích gieo trồng khoảng 20÷21 triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25÷26 triê ̣u tấn Ở Viê ̣t Nam la ̣c được trồng rô ̣ng rãi và phổ biến khắp cả nước

Vỏ lạc chiếm 25÷35 % khối lượng ha ̣t, với sản lượng khoảng 500000 tấn hàng năm thì khối lượng vỏ la ̣c có thể lên tới 150000 tấn/ năm Vỏ la ̣c có giá tri ̣ dinh dưỡng và thường được nghiền thành cám làm thức ăn chăn nuôi, làm phân bón cho cây trồng

Ba ̉ ng 1.1: Thành phần dinh dưỡng vỏ lạc

gọi là holoxenlulozo có chứa nhiều nhóm –OH, thuâ ̣n lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hidro [2,23,18]

1.2.3 Một số phương pháp tổng hợp compozit PANi – vỏ lạc

Theo các công trình đã công bố, vật liệu compozit lai ghép giữa PANi và vỏ lạc làm chất hấp phụ có thể tổng hợp bằng pháp hóa học theo hai cách: trực tiếp và gián tiếp

Tổng hợp trực tiếp:

Phương pháp này được polyme hóa trực tiếp lên vỏ lạc với sự có mặt của chất oxy hóa như KIO3, (NH4)2S2O8 , K2Cr2O7 dưới điều kiện có khuấy ở nhiệt độ thấp (≤ nhiệt độ phòng) Sau khi lọc rửa và xử lý sạch monome bằng tráng axeton,

minh compozit thu được có diện tích bề mặt riêng lớn hơn so với vật liệu PANi riêng rẽ, đó cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến khả năng hấp phụ kim loại nặng được cải thiện

Tổng hợp gián tiếp:

Phương pháp gián tiếp hay còn gọi là phương pháp tẩm được tiến hành qua 2 bước Bước đầu tiên, PANi dạng bột được tổng hợp riêng rẽ bằng phương pháp hóa học, sau đó được hòa tan trong dung dịch axit foocmic (1%) thành dạng dung dịch Bước tiếp theo, vỏ lạc sau khi nghiền đến kích thước xác định sẽ được tẩm trong dung dịch PANi trên trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng để thành dạng compozit

bề mặt của chất hấp phụ [16,14]

Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học [25]

 Hấp phụ vật lý: gây ra bởi lực VanderWalls giữa phần tử chất bị hấp phụ

và bề mặt chất hấp phụ, lực liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ

 Hấp phụ hoá học: gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp

phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi nhiệt độ tăng khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hoá học tăng lên

1.2.4.2 Hiện tượng giải hấp phụ

Giải hấp là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ [7,11,16]

Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các yếu tố sau:

- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ

- Tăng nhiệt độ

- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trường

- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt chất rắn

- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ đã được sử dụng: phương pháp nhiệt, phương pháp hóa lý, phương pháp vi sinh

C : nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

C C H

C



(1.2) Trong đó: m : khối lượng chất hấp phụ (g)

C : nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

Áp dụng điều kiện biên tại thời điểm t = 0 và qt=0, phương trình trở thành:

k

tg  

Hình 1.4: Đồ thị sự phụ thuộc của lg (q e -q t ) vào t

Phương trình (1.4) được gọi là phương trình động học bậc 1 Ngay từ khi công bố, phương trình đã sớm được áp dụng cho quá trình hấp phụ của triaxetat cellulozơ từ clorofom trên canxi silicat Trong suốt 4 thập kỉ tiếp theo cho đến nay, phương trình động học này đã được áp dụng phổ biến cho việc nghiên cứu động học hấp phụ với các chất ô nhiễm trong môi trường nước [11,23]

2 2 21

e t

e

q k t q

q k t



gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…

Người ta còn có thể sử dụng nhiều các dạng phương trình đẳng nhiệt khác nhau để mô tả cân bằng hấp phụ như: Dubinin, Frumkin, Tempkin tùy thuộc vào bản chất của hệ và các điều kiện tiến hành quá trình hấp phụ

Khóa luận này sẽ nghiên cứu cân bằng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (VLHP) compozit PANi - vỏ lạc đối với MB và MO trong môi trường nước theo mô hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich

a Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ chất khí hoặc chất tan lên chất hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp [2,6]

Trong đó: A là lượng chất (mg, mmol) bị hấp phụ bởi 1 g chất hấp phụ

C là nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ

β và α đều là hằng số, riêng α luôn luôn nhỏ hơn 1

Để tính các hằng số trong phương trình Freundlich, người ta cũng dùng

phương pháp đồ thị Phương trình Freundlich có thể viết dưới dạng:

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lg A vào lg C sẽ xác định được các

giá trị k, n, 1/n (n>1) là bậc mũ của C luôn nhỏ hơn 1, nó đặc trưng định tính cho

bản chất lực tương tác của hệ, nếu 1/n nhỏ (n lớn) thì hấp phụ thiên về dạng hóa học

và ngược lại, nếu 1/n lớn (n nhỏ) thì bản chất hấp phụ thiên về dạng vật lý, lực hấp

phụ yếu

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a), đồ thị để tìm các hằng số

trong phương trình Freundlich (b)

Với hệ số hấp phụ lỏng – rắn, n có giá trị nằm tròng khoảng từ 1÷10 thể hiện

sự thuận lợi của mô hình Như vậy, n cũng là một trong các giá trị đánh giá được sự

phù hợp của mô hình với thực nghiệm

Vì 1/n luôn nhỏ hơn 1 nên đường biểu diễn của phương trình (1.12) là một

nhánh của đường parabol, và được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (a)

Để xác định các hằng số trong phương trình Freundlich, người ta cũng sử dụng

phương pháp đồ thị (b)

Phương trình Freundlich có thể viết dưới dạng:

b Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là phương trình mô tả cân bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lý thuyết [2,5]

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định

- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Phương trình có dạng:

L L

q = qmax 1 / L

C

K C = q

Trong đó 1/b được thay thế bằng a – là một hằng số

Nếu C << a tức nồng độ a rất nhỏ thì (1.15) có thể viết: q = qmax nghĩa là đại lượng q tỉ lệ bậc nhất vào C Đường biểu diễn q – C là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ

Nếu C >> a thì (1.15) chuyển thành: q = qmax nghĩa là đại lượng hấp phụ là một hằng số Khi đó, đường biểu diễn ở vùng nồng độ lớn là một đường thẳng song song Ở vùng nồng độ trung gian, đường biểu diễn là một đoạn đường cong

Hình 1.6: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir, người ta dùng phương pháp đồ thị Muốn vậy ta biểu diễn phương trình (1.15) dưới dạng khác:

Theo phương trình này C/q phụ thuộc bậc nhất vào C đường biểu diễn trên

hệ tọa độ C/q – C cắt trục tung tại M ta có:

Hình 1.7: Đồ thị tìm các hằng số của phương trình Langmuir

1

Hằng số k0 được xác định từ phương trình phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs khi

Cs tiến dần đến 0 [2, 6, 7]

Trong đó:

T: nhiệt độ tuyệt đối (K)

Kỹ thuật liên tục hay còn gọi là kỹ thuật dòng với phương thức thực hiện là nguyên liệu được liên tục đưa vào cột hấp phụ và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Kỹ thuật liên tục còn gọi là phương pháp hấp phụ động

Hấp phụ động là kỹ thuật có nhiều ưu điểm trong thực tiễn ứng dụng, tuy vậy việc thiết kế đúng một hệ hấp phụ khá phức tạp, trong nhiều trường hợp cần phải tiến hành nghiên cứu dạng pilot trước khi thiết kế hệ hoạt động sản xuất

Một thiết bị chứa chất bị hấp phụ gọi là cột hấp phụ Một dòng chất (lỏng, khí) chứa chất bị hấp phụ được đưa liên tục vào cột Chất bị hấp phụ được giữ lại trong cột và chỉ xuất hiện ở phía đầu ra khỏi cột khi chất hấp phụ đã bão hòa dung lượng Nếu theo dõi sự biến đổi của nồng độ chất hấp phụ theo thời gian, tức là theo

Hình 1.8: Đường cong thoát của cột hấp phụ

Mục tiêu thực tiễn của nghiên cứu động lực hấp phụ là xác định (thiết kế) được thời gian hoạt động của một cột hấp phụ từ các số liệu thực nghiệm, đánh giá

sự hao hụt dung lượng hấp phụ khi sử dụng phương pháp dòng chảy

Dựa vào mối quan hệ giữa nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu

Vùng bão hòa Vùng hấp phụ Vùng vật liệu compozit sạch

Đường cong hoạt động

Hấp phụ hoàn toàn

Giới hạn hoạt động

Điểm ngắt Thời gian hoạt động

(C0) và tại thời điểm t (Ct) vào thời gian, người ta đã đưa ra một số mô hình hấp phụ cho hệ hấp phụ động, như: Mô hình Clack, Thomas, Bohart – Adams; Yoon – Nelson, Wang, Wolborska Dưới đây là một số mô hình động học hấp phụ của hệ hấp phụ động

1.3.1 Mô hình Thomas

Mô hình Thomas dựa trên giả thiết cho rằng quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc hai và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; đồng thời Thomas cũng bỏ qua quá trình chuyển khối bên trong và bên ngoài của chất hấp phụ Do đó tốc độ quá trình khuếch tán được quyết định bởi phản ứng trên bề mặt giữa chất bị hấp phụ và dung lượng chưa bị sử dụng của chất hấp phụ Phương trình có dạng như sau:

m: khối lượng chất hấp phụ (g) Q: Tốc độ dòng chảy (ml/phút)

V: lượng thể tích chảy qua cột hấp phụ (ml) KT: Hằng số tốc độ Thomas (ml/phút/mg)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln (C0 /C t – 1) vào V (theo phương trình 1.18) hoặc ln (C 0 /C t – 1) vào t (theo phương trình 1.19), ta sẽ xác định

được các hệ số trong phương trình

Hình 1.9 Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C 0 /C e )-1] vào t 1.3.2 Mô hình Yoon – Nelson

Mô hình này dựa trên giả thiết cho rằng độ giảm tốc độ của quá trình hấp phụ

tỉ lệ với tỉ số giữa nồng độ sau khi hấp phụ và nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ [2,3] Phương trình Yoon-Nelson có dạng:

τ: Thời gian để hấp phụ 50% chất bị hấp phụ (phút) t: Thời gian (phút)

Hình 1.10: Đồ thị sự phụ thuộc In[C e /(C 0 -C e )] vào t

Mô hình Yoon – Nelson không chỉ đơn giản hơn các mô hình khác mà các tham số trong mô hình cũng không đòi hỏi chi tiết về các tính chất của chất hấp phụ

và chất bị hấp phụ, cũng như các tham số của mô hình hấp phụ dạng tĩnh

Từ phương trình (1.21), xây dựng đồ thị phụ thuộc của ln [Ce /(C 0 - C e )] vào t

ta xác định được các hệ số trong phương trình động học Yoon – Nelson (hình 1.10)

1.3.3 Mô hình Bohart – Adam (B - A)

Mô hình Bohart – dam được xây dựng dựa trên giả thiết tốc độ hấp phụ tỉ lệ với nồng độ thoát của chất bị hấp phụ và dung lượng hấp phụ còn lại của chất hấp phụ (residue adsorptive capacity) Phương trình có dạng:

adsorptive capacity) [1,2] Phương trình có dạng:

Q: tốc độ dòng chảy (ml/phút) C: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l) z: biên độ dải nồng độ (cm)

Điều kiện biên của bài toán:

t m

q t

q C z

(1.26) Hay:

Biểu thức (1.26) chính là thời gian hoạt động của cột hấp phụ, trong đó số hạng đầu tiên chính là dung lượng tĩnh của hệ hấp phụ, số hạng thứ hai là sự hao hụt dung lượng hấp phụ trong điều kiện động

Biểu thức (1.27 và (1.28) là phương trình Bohart – Adam dạng tuyến tính

Mô hình Bohart – Adam (B-A) bao gồm các tham số quan trọng của hệ hấp

số trong mô hình

Mô hình B- đã thành công trong việc dự đoán dạng đường cong thoát và tối

ưu hóa các tham số, mặc dầu đó là mối quan hệ “thô”

phương trình sự phụ thuộc của ln[(C0 /C)-1] vào t hoặc ln(C/C 0 ) vào t Từ đó tiên

đoán được hiệu suất hấp phụ tại các điều kiện khác nhau dựa trên phương trình (1.31) Việc áp dụng mô hình thời gian hoạt động cũng giống như mô hình B-A, sau

dựa trên đồ thị dạng đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của t vào H Từ đó, dự đoán được mối quan hệ của sự hấp phụ vào các điều kiện nghiên cứu Tuy nhiên, vì

đến việc các dự đoán của mô hình sẽ không thỏa mãn Đặc biệt, tại thời điểm nồng

(1.29)

Do đó, N0 có thể tính được bằng phương trình phụ thuộc của t1/2 vào H Bằng cách thay vào (1.32) ở dạng phù hợp hay các tham số riêng, mô hình thời gian hoạt động thường được áp dụng như một công cụ mạnh mẽ để xác định điều kiện hoạt động tối ưu

Ngoài các mô hình trên còn có các mô hình khác mô tả quá trình hấp phụ động như dưới đây:

Hấp phụ động là quá trình được ứng dụng rộng rãi nhất trong nghiên cứu về hấp phụ, tuy nhiên do sự phức tạp của hệ thống cột hấp phụ và sự thiếu hụt của lý thuyết chất rắn nên các mô hình toán học mô tả chúng khó khăn và phức tạp hơn so với hấp phụ tĩnh Để lựa chọn hay phát triển một mô hình phù hợp, cần phải xem xét đồng thời cả hai yếu tố là sự chính xác và sự phù hợp

Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo

sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X

Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer – Lambert - Beer Biểu thức của định luật:

của dung dịch ánh sáng đi qua

Do đó nếu đo A tại một bước sóng λ nhất định với cuvet có bề dày l xác định

thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đường thẳng Tuy nhiên,

do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của

thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ Do vậy biểu thức (1.35) có dạng:

Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet

có bề dày xác định thì ε = const và l = const Đặt K = k.ε.l ta có: