Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) của than hoạt tính biến tính bằng KOH từ vỏ cà phê (2017)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - - TRƢƠNG THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Cr(VI) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG KOH TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa Cơng nghệ - Mơi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI – 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới ThS Đỗ Thủy Tiên – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội PGS TS Ngơ Kim Chi Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới thầy, giáo khoa Hóa học nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập mái trường ĐH Sư phạm Hà Nội Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ em trình học tập Do điều kiện thời gian trình độ hạn chế, nên thân khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy, giáo tồn thể bạn để khóa luận em hoàn thiện Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực Trƣơng Thị Thanh Nga LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân em, thực sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm hướng dẫn khoa học ThS Đỗ Thủy Tiên Các số liệu kết đo khóa luận trung thực, cá nhân em tiến hành thí nghiệm Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực Trƣơng Thị Thanh Nga DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ VLHP Vật liệu hấp phụ IR Phương pháp phổ hồng ngoại TN Thí nghiệm DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số số vật lý crom Bảng 1.2: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ .13 Bảng 1.3: Sự khác thành phần vỏ cà phê trồng tỉnh ĐakLak tỉnh Điện Biên .25 Bảng 3.1: Khả hấp phụ Cr(VI) mẫu than .30 Bảng 3.2: Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP thay đổi pH dung dịch hấp phụ 32 Bảng 3.3: Khả hấp phụ ion C(VI) VLHP thay đổi thời gian khuấy 33 Bảng 3.4: Kết khảo sát lượng VLHP 35 Bảng 3.5: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến hiệu hấp phụ VLHP 36 Bảng 3.6: Các thông số khảo sát hấp phụ Cr(VI) VLHP 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 15 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Ccb vào Ccb .15 q Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ ngâm tẩm KOH nhiệt cacbon hóa đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) 31 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ Cr(VI) VLHP .32 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian khuấy tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 34 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng VLHP tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) 35 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 37 Hình 3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP Cr(VI) 38 Hình 3.7 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cr(VI) 38 Hình 3.8 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR vật liệu 39 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên tố Crom 1.1.1 Tính chất vật lý, hóa học crom 1.1.2 Công dụng crom 1.1.3 Ảnh hưởng crôm đến sức khỏe người an toàn hệ sinh thái 1.1.4 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng 1.2 Giới thiệu chung phương pháp hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 10 1.2.3 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 11 1.2.4 Đặc tính trình hấp phụ 15 1.3 Than hoạt tính 16 1.3.1 Đặc tính than hoạt tính 17 1.3.2 Ảnh hưởng nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ 19 1.3.3 Biến tính bề mặt than hoạt tính 22 1.4 Vỏ cà phê .24 1.4.1 Giới thiệu vỏ cà phê .24 1.4.2 Thành phần vỏ cà phê 25 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1 Thiết bị hóa chất 26 2.1.1 Thiết bị 26 2.1.2 Hóa chất 26 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 27 2.2.2 Phương pháp phân tích .27 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 27 2.2.3.1 Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguyên liệu vỏ cà phê 27 2.2.3.2 Khảo sát khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Kết tạo than hiệu suất hấp phụ ion kim loại Cr(VI) 30 3.2 Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 31 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ VLHP 31 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ 33 3.2.3 Khảo sát khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ 34 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ 36 3.3 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ .38 3.4 Kết khảo sát số đặc điểm bề mặt VLHP điều chế 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật sống người nâng cao nhu cầu nước ngày nhiều, ô nhiễm môi trường nước xảy ngày nghiêm trọng Hầu thải sinh hoạt nước thải công nghiệp không xử lý mà thải trực tiếp vào môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến đời sống ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng, kim loại có liên quan trực tiếp đến biến đổi gen, ung thư, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường hàm lượng nhỏ (ví dụ Cr) Crom kim loại hợp chất Cr(III) thông thường không coi nguy hiểm cho sức khỏe, hợp chất Cr(VI) lại độc hại nuốt hít phải [13] Liều tử vong hợp chất Cr(VI) độc hại khoảng nửa thìa trà vật liệu Các hợp chất Cr(VI) sử dụng thuốc nhuộm sơn thuộc da, nên hợp chất thơng thường hay tìm thấy đất nước ngầm khu cơng nghiệp Ơ nhiễm môi trường vấn đề quan tâm Cơng cơng nghiệp hóa kèm với tình trạng nhiễm ngày tăng Trong đó, ô nhiễm kim loại nặng thải từ ngành công nghiệp mối đe dọa sức khỏe người an toàn hệ sinh thái Việc loại trừ thành phần chứa kim loại nặng độc hại khỏi nguồn nước, đặc biệt nước thải công nghiệp mục tiêu môi trường quan trọng cần phải giải Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,… Trong đó, phương pháp hấp phụ SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội áp dụng rộng rãi cho kết khả thi [5] Với mục tiêu tìm kiếm nguyên liệu có sẵn tự nhiên, rẻ tiền, dễ kiếm, tái tạo để hấp phụ, loại bỏ kim loại nặng nước vấn đề em lựa chọn Một vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại nhiều nhà khoa học quan tâm vật liệu có nguồn gốc sinh học như: lõi ngơ, bã trà, bã mía, bùn chưng cất, vỏ trấu, mùn cưa, xỉ lò cao,… [11],[16] Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) than hoạt tính biến tính KOH từ vỏ cà phê” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo than hoạt tính biến tính điều kiện khác - Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) VLHP chế tạo Nội dung nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ vỏ cà phê - Khảo sát điều kiện tạo than hoạt tính để hấp phụ Cr(VI) (ảnh hưởng nhiệt độ đốt than, tỉ lệ ngâm tẩm) - Đánh giá khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP điều chế từ vỏ cà phê (các yếu tố: pH dung dịch, thời gian hấp phụ, liều lượng VLHP, nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu) - Xác định dung lượng hấp phụ VLHP Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điều chế VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật hấp phụ ion kim loại nặng, ion kim loại gây ô nhiễm môi trường Về mặt kinh tế phế phụ phẩm nơng nghiệp sẵn có tiềm Việt Nam, dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội TN3: Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ VLHP Chuẩn bị bình hình nón có dung tích 250ml chứa sẵn 100ml dung dịch Cr(VI): 20mg/l pH tối ưu chọn TN2 Thêm vào bình 0,1g VLHP Khuấy từ khoảng thời gian khác từ 15-180 phút, tốc độ khuấy 120v/ph điều kiện nhiệt độ phòng Lọc bỏ bã rắn dung dịch, sau đem đo độ hấp phụ quang bước sóng 540nm để xác định hàm lượng Cr(VI) lại Xác định thời gian tối ưu cho thí nghiệm khảo sát TN4: Khảo sát ảnh hƣởng liều lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Chuẩn bị bình có dung tích 250ml chứa sẵn 100ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ 20mg/l ổn định pH tối ưu (tìm TN2) Cho VLHP vào bình với khối lượng từ 0,1- 0,6g Thời gian khuấy tối ưu (tìm TN3), tốc độ khuấy 120vòng/phút Lọc bỏ bã rắn dung dịch, sau đem đo độ hấp phụ quang bước sóng 540nm để xác định hàm lượng Cr(VI) lại Xác định liều lượng tối ưu VLHP (m g) cho thí nghiệm khảo sát TN5: Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ Cr(VI) ban đầu đến khả hấp phụ VLHP Cân m g khối lượng VLHP (đã tìm TN4) cho vào 10 bình nón có dung tích 250ml chứa sẵn 100ml dung dịch Cr(VI) có nồng độ thay đổi từ 10100mg/l mơi trường pH tối ưu (tìm TN2), thời gian khuấy tối ưu (tìm TN3), tốc độ khuấy 120v/phút, nhiệt độ phòng Lọc bỏ bã rắn dung dịch, sau đem đo độ hấp phụ quang bước sóng 540nm để xác định hàm lượng Cr(VI) lại Sau lựa chọn nồng độ Cr(VI) ban đầu tối ưu để VLHP đạt hiệu suất hấp phụ cao SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 29 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết tạo than hiệu suất hấp phụ ion kim loại Cr(VI) Bảng 3.1: Khả hấp phụ Cr(VI) mẫu than Khối Tỷ lệ Nhiệt lượng ngâm vỏ cà tẩm phê KOH Thời Lượng Cr(VI) độ gian than nung nung hấp (phút) phụ (g) Abs đầu Cr(VI) Hiệu suất lại hấp phụ (%) (g) 50 1:2 700 30 0.1 20 0.146 4.324 78.376 50 800 30 0.1 20 0.125 3.706 81.467 50 900 30 0.1 20 0.143 4.236 78.818 700 30 0.1 20 0.137 4.059 79.701 50 800 30 0.1 20 0.136 4.031 79.848 50 900 30 0.1 20 0.15 4.442 77.787 50 1:4 82 Hiệu suất hấp phụ (%) 81 80 79 Tỷ lệ 1:2 78 Tỷ lệ 1:4 77 76 75 Cacbon hóa 700°C Cacbon hóa 800°C Cacbon hóa 900°C SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 30 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ ngâm tẩm KOH nhiệt cacbon hóa đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) Nhiệt độ q trình than hóa ảnh hưởng đáng kể tới khả hấp phụ Cr(VI) than hoạt tính biến tính Kết nghiên cứu cho thấy với tỷ lệ ngâm tẩm than hóa mẫu nhiệt độ 700-800-900oC hiệu hấp phụ Cr(VI) có khác đáng kể Nhìn chung, với tỉ lệ ngâm tẩm khác nung điều kiện nhiệt độ khác cho thấy có biến đổi tương tự nhau: Khi tăng nhiệt độ từ 700-800oC hiệu suất hấp phụ tăng dần, từ 800-900oC hiệu suất hấp phụ lại giảm dần, đạt hiệu suất cao than hóa 800oC Nhìn vào Bảng 3.1 hình 3.1 cho ta thấy vỏ cà phê cacbon hóa nhiệt độ 800OC tỷ lệ ngâm Vỏ cà phê: KOH = 1:2 30 phút hiệu hấp phụ ion Cr(VI) cao Trong nghiên cứu chọn mẫu vật liệu than hóa nhiệt độ 800oC với tỷ lệ ngâm tẩm Vỏ cà phê : KOH = 1:2 làm VLHP cho thí nghiệm khảo sát 3.2 Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP 3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ VLHP Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo dung dịch hấp phụ có độ pH thay đổi thể Bảng 3.2 Hình 3.2 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 31 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.2: Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP thay đổi pH dung dịch hấp phụ Mẫu pH Co(mg/l) Ccòn lại (mg/l) H% 20 6.503 67.484 20 6.061 69.692 20 5.826 70.864 20 4.206 78.965 20 3.412 82.939 20 2.911 85.442 20 2.882 85.589 20 2.823 85.883 10 20 3.088 84.559 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 12 pH dung dịch Cr(VI) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ Cr(VI) VLHP SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 32 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Kết cho thấy khoảng pH từ 2÷7 hiệu suất hấp phụ tăng gần tuyến tính Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) ổn định cao khoảng 9, tăng pH =10 hiệu suất hấp phụ bắt đầu giảm nhẹ Môi trường pH cao khả hấp phụ VLHP cation kim loại tăng khả hấp phụ giảm pH giảm Điều giải thích sau: mơi trường axit mạnh, phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ tích điện dương lực tương tác lực đẩy tĩnh điện Hơn nữa, nồng độ ion H+ cao nên hỗn hợp phản ứng cạnh tranh với cation kim loại hấp phụ, kết làm giảm hấp phụ cation kim loại Do vậy, ta chọn pH=7 dùng làm pH tối ưu Kết sử dụng cho thí nghiệm 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo thời gian cân khác với nồng độ ban đầu 20mg/l khối lượng VLHP 0.1g thể qua Bảng 3.3 Hình 3.3 Bảng 3.3: Khả hấp phụ ion Cr(VI) VLHP thay đổi thời gian khuấy Mẫu Thời gian (phút) Co (mg/l) Ccòn lại (mg/l) H% 15 20 8.652 56.738 30 20 6.414 73.813 60 20 5.472 72.636 90 20 4.501 77.493 120 20 3.618 81.909 150 20 3.676 81.615 180 20 3.339 82.203 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 33 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 100 Hiệu suất hấp phụ (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 100 Thời gian (phút) 150 200 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian khuấy tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) VLHP Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc chất hấp phụ chất bị hấp phụ, thời gian ngắn chưa đủ để trung tâm hoạt động bề mặt chất hấp phụ “lấp đầy” Cr(VI) Ngược lại thời gian dài lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước lớn nên hiệu hấp phụ gần không tăng dần đạt đến trạng thái cân Kết nghiên cứu cho thấy khoảng 15÷120 phút hiệu hấp phụ Cr(VI) tăng tương đối nhanh từ 56.73÷ 81.9% dần ổn định khoảng thời gian 120 ÷180 phút Do vậy, thời gian tiếp xúc 120 phút lựa chọn để thực thí nghiệm 3.2.3 Khảo sát khối lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo khối lượng khác nhau, pH=7, thời gian cân 120 phút thể Bảng 3.4 Hình 3.4 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 34 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.4: Kết khảo sát lượng VLHP Khối lượng Co (mg/l) Ccb (mg/l) H% 0.1 20 7.298 63.509 0.2 20 5.413 72.930 0.3 20 4.412 77.935 0.4 20 2.558 87.208 0.5 20 1.292 93.538 0.6 20 1.233 93.832 Hiệu suất (%) Mẫu 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Lượng VLHP (g) Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng VLHP tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) Việc tăng hiệu hấp phụ vật liệu hấp phụ Cr(VI) việc tăng số lượng vị trí hấp phụ Tuy nhiên đến giá trị định hiệu hấp phụ cực đại việc tăng liều lượng chất hấp phụ khơng ý nghĩa Kết thể Hình 3.4 cho thấy khoảng 0.1-0.5 g hiệu suất hấp phụ Cr(VI) tăng tương đối nhanh dần ổn định khoảng khối SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 35 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp lượng VLHP 0.5-0.6 g Do chọn liều lượng chất hấp phụ 0.5g để sử dụng cho thí nghiệm 3.2.4 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ VLHP nghiên cứu theo nồng độ dung dịch Cr(VI) khác với pH = 7, thời gian cân 120 phút khối lượng VLHP tối ưu 0.5g thể qua Bảng 3.5 Hình 3.5 Bảng 3.5: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) đến hiệu hấp phụ VLHP Mẫu Co (mg/l) Ccb (mg/l) H% 0.173 96.526 10 0.703 92.963 20 2.205 88.974 30 6.061 79.794 40 12.126 69.684 50 19.721 60.556 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 36 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hiệu suất hấp phụ (% ) 120 100 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 Nồng độ Cr(VI) (mg/l) Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đầu Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) VLHP Kết nghiên cứu cho thấy nồng độ cao khả hấp phụ Cr(VI) than giảm Ở nồng độ từ 5-10mg/l tải trọng xử lý cao giảm dần tăng nồng độ từ 20-60mg/l Điều giải thích nồng độ Cr(VI) ban đầu thấp, trung tâm hoạt động bề mặt VLHP chưa lấp đầy bới ion Cr(VI) Do đó, nồng độ Cr(VI) tăng hiệu xử lý tăng lên Tuy nhiên, đến thời điểm đó, trung tâm che phủ Cr(VI), khả hấp phụ vật liệu với Cr(VI) giảm nhanh Bề mặt VLHP trở nên bão hòa dần Cr(VI) Qua khảo sát, VLHP hấp phụ tốt nồng độ Cr(VI) 5mg/l Đường đẳng nhiệt hấp phụ mơ hình tốn học mô tả phân bố hàm lượng Cr(VI) nước, dựa giả định liên quan đến đồng nhất/ không đồng VLHP Qua kết số liệu thực nghiệm xử lý theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 37 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 3.6: Các thông số khảo sát hấp phụ Cr(VI) VLHP Ccb (mg/l) q (mg/g) Ccb/q (g/l) 0.173693 0.965261423 0.179944 10 0.703603 1.859279322 0.378428 20 2.205016 3.558996703 0.619561 30 6.061587 4.787682525 1.26608 40 12.12612 5.57477626 2.175176 50 19.7215 6.055699482 3.256684 y = 1.132ln(x) + 2.6743 R² = 0.9877 y = 0.1548x + 0.2552 R² = 0.9971 3.5 2.5 1.5 0.5 Ccb/q (g/l) q (mg/g) Co (mg/l) 0 10 15 Ccb (mg/l) 20 25 Hình 3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP 10 20 Ccb (mg/l) 30 Hình 3.7 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb Cr(VI) Cr(VI) Từ đồ thị ta tính giá trị tải trọng hấp phụ Cr(VI) cực đại số Langmuir: = = = = = 6.46 (mg/g) SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa = 0.607 Page 38 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Kết cho thấy dung lượng hấp phụ Cr(VI)cực đại VLPH 6.46 mg/g số Langmuir 0.607 3.4 Kết khảo sát số đặc điểm bề mặt VLHP điều chế Hình 3.8 Kết phân tích phổ hồng ngoại IR vật liệu Từ kết phổ hồng ngoại cho thấy than biến tính KOH tồn liên kết: -OH (3629.55 cm-1, 3649.75 cm-1), =C-H (1648.23 cm-1, 1654.94 cm-1), C-H (1400.49 cm-1),… Như trình ngâm tẩm vật liệu dung dịch KOH làm hoạt hóa nhóm chức bề mặt vật liệu, dựa vào thay đổi số sóng pic bề rộng độ mạnh pic SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 39 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp với nội dung đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) than hoạt tính biến tính KOH từ vỏ cà phê”, em rút số kết luận sau: Đã chế tạo VLPH từ nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp vỏ cà phê qua q trình biến tính KOH Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ VLHP: - Khảo sát nhiệt độ nung từ 700-900oC tỷ lệ ngâm tẩm KOH 1:2 1:4, kết thấy nung 800oC tối ưu với tỷ lệ ngâm tẩm vỏ cà phê : KOH 1:2, thời gian nung 30 phút, cho hiệu hấp phụ cao - Khảo sát cho thấy pH hấp phụ tối ưu pH=7 - Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ 120 phút - Khảo sát liều lượng hấp phụ tối ưu 0.5gram - Khảo sát nồng độ Cr(VI) ban đầu tối ưu đem hấp phụ 5mg/l Mơ tả q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại VLHP Cr(VI) 6.46 mg/g Kết phân tích phổ hồng ngoại IR VLHP cho thấy VLHP có khả hấp phụ tốt Kiến nghị: Với làm khóa luận này, em hy vọng đề tài hữu ích cho việc áp dụng xử lý mẫu nước thải chứa ion Cr(VI) Qua nghiên cứu em đưa kết luận sử dụng vật liệu vỏ cà phê biến tính KOH để hấp phụ xử lý tách Crom khỏi nguồn nước bị ô nhiễm Từ kết em kiến nghị sử dụng than hoạt tính biến tính vỏ cà phê để xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt cho nước uống, nước thải công nghiệp mạ điện SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 40 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: Nguyễn Dương Tuấn Anh, Nguyễn Văn Dục, “Ô nhiễm nước kim loại nặng khu vực công nghiệp Thượng Đình”, Tạp chí khoa học, Đại học quốc gia Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật lí nước nước thải, Nxb Thống Kê Lò Văn Huynh (2002), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính để loại bỏ số chất hữu môi trường nước”, Luận văn tiến sĩ Hóa học, Hà Nội Hồng Nhâm (2003), Hố học vơ tập 3, Nxb Giáo dục Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lý tập 2, Nxb Giáo dục Sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2014), Báo cáo sản lượng cà phê từ năm 2009 đến năm 2013, Đắk Lắk Ngô Thị Trang (2010), Nghiên cứu ác định dạng Crom nước trầm tích phương pháp hóa lí đại, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Thái Nguyên Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 10 Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vơ tập 2: Các kim loại điển hình, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 41 Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tiếng nƣớc ngồi: 11 Dqbrowski A., Podkoscielny P., Hbicki Z., Baczak M (2005), “Adsorption of phenolic compounds by activated carbon, a critical review,’’ Chemosphere, 58, pp.1049-1070 12 Moreno C (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation”, Carbon, 38, pp.1995–2001 13 Donald G., Barceloux G (1999), “Chromium”, Clinical Toxicology 37 (2): 173–194 14 Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas M.M.A., Orfao J.J.M (1999), “Modification of the surface chemistry of activated carbons”, Carbon, 37, pp 1379-1389 15 Selvaraj, K., Manonmani, S and Pattabhi, S (2003), “Removal of hexavalent chromium using distillery sludge,” Bioresource Technology, vol 89, no 2, pp 207–211 16 Selvi, K., Pattabi, S., Kaadirvelu, K.K (2001) “Removal of Cr6+ from aqueous solution by adsorption onto activated carbon”, Bioresour Technol, 80, pp 87–90 17 Dakiky, M., Khamis, M., Manassra, A., Mereb, M (2002) “Selective adsorption of chromium(VI) in industrial wastewater using low-cost abundantly available adsorbents”, Adv Environ Res, 6, pp 533–540 18 Tailuan Nguyen, Andrew D Sutton, Marcin Brynda, James C Fettinger, Gary J Long, Philip P Power (2005), "Synthesis of a Stable Compound with Fivefold Bonding Between Two Chromium(VI) Centers", Science, vol 310, no 5749, pp 796-797 19 Paraskeva P., Kalderis D., Diamadopoulos E 2008, “Production of Aativated Carbon from Agricultural by Products’’, J.Chem Technol Biotechnol, 83, pp.581-592 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 42 Khóa luận tốt nghiệp 20 Trường ĐHSP Hà Nội Vassileva P., Tzvetkova P., Nickolov R (2008), “Removal of ammonium ions from aqueous solutions with coal-based activated carbons modi fied by oxidation”, Fuel, 88(2), pp.387-390 21 Baral, S.S., Das, S.N., Rath, P (2006), “Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorption on treated sawdust”, Biochem Eng J, 31, pp.216–222 22 Babel, S., Kurniawan, T.A (2004), “Cr6+ removal from synthetic wastewater using coconut shell charcoal and commercial activated carbon modified with oxidizing agents and/or chitosan”, Chemosphere, 54, pp.951– 967 23 Dubey, S.P., Gopal, K (2007),“Adsorption of chromium (VI) on low cost adsorbents derived from agricultural waste material: a comparative study”, J Hazard Mater, 145, pp.465–470 24 Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L (2007), “Activated carbon with excellent chromium(VI) adsorption performance prepared by acid base surface modification”, Journal of Hazardous Materials, 141, pp.315319.16 25 Srivastava, S.K., Gupta, V.K., and Mohan, D (1997), “Removal of lead and chromium by activated slag-a blast-furnace waste”, Journal of Environmental Engineering, vol 123, no 5, pp 461– 468 26 Park Geun II, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung (2002), “Effect of Two-step Surface Modification of Activated Carbon on the Adsorpotion Characteristics of Metal Ions in Wastewater”, Carbon Science, Vol 3(4), pp 219-225 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 43 ... hoạt tính biến tính điều kiện khác - Nghiên cứu khả hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) VLHP chế tạo Nội dung nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ vỏ cà phê - Khảo sát điều kiện tạo than hoạt tính. .. cất, vỏ trấu, mùn cưa, xỉ lò cao,… [11],[16] Vì vậy, em lựa chọn đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) than hoạt tính biến tính KOH từ vỏ cà phê Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo than. .. cạnh góc chủ yếu bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng biến tính than hoạt tính thay đổi đặc trưng hấp phụ tương tác hấp phụ than hoạt tính  Biến tính bề mặt than hoạt tính tác nhân oxi hóa: Bản