Nghiên cứu quá trình hấp phụ Cd2+ trên vật liệu hấp phụ compozit PANi vỏ trấu sau khi hoàn nguyên

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, giới đường phát triển mức độ tồn cầu hóa vấn đề nhiễm môi trường cấp thiết Trong bối cảnh chung tồn giới, mơi trường Việt Nam xuống cấp cục mà nguyên nhân nguồn nước thải, khí thải… từ khu công nghiệp, khu chế xuất… thải bỏ trực tiếp ngồi mơi trường chưa qua xử lý Các nguồn nước thải chứa ion kim loại nặng với hàm lượng vượt giới hạn cho phép Do gây nhiễm, đặc biệt mơi trường nước, hậu không nước mặt mà nước ngầm bị nhiễm trầm trọng Đã có nhiều phương pháp sử dụng để loại bỏ ion kim loại khỏi môi trường nước như: phương pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion…) Trong đó, phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rãi cho kết khả thi [6] Một vật liệu sử dụng để hấp phụ kim loại nặng nhiều người quan tâm là: vỏ trấu, bã mía, lõi ngơ… [11, 14, 18] Phương pháp có nhiều ưu điểm, kể tới: nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, dễ xử lý, không làm môi trường nước bị ô nhiễm thêm, hấp phụ chọn lọc, hiệu tái sử dụng vật liệu hấp phụ Việt Nam nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo làm vật liệu hấp phụ nhằm xử lý nước thải quan tâm [2] Với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu compozit hợp thành từ polyanilin phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu trình hấp phụ Cd2+ vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ trấu sau hoàn nguyên” định hướng tái sử dụng vật liệu hấp phụ SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung nguyên tố Cd [5, 10] Cd nằm ô 48, chu kì 5, nhóm IIB, thuộc nhóm kim loại nặng nguy hiểm Ion Cd2+ tồn nước thải sản xuất ngành công nghiệp thu hồi kim loại (như mạ điện), cơng nghiệp sơn, cơng nghiệp pin Nó di động đất, trao đổi hòa tan nước [12] 1.1.1 Tính chất lý- hóa Cd 1.1.1.1 Tính chất đơn chất Bảng 1.1: Một số số hóa lý Cd [10] Cấu hình electron [Kr]4d105s2 Năng lượng ion hóa thứ (eV) 8.99 Khối lượng nguyên tử 112 Cấu trúc tinh thể Lục giác bó chặt Bán kính ngun tử (A0) 1,56 Thế điện cực chuẩn (V) -0,402 Nhiệt độ nóng chảy ( C ) 321 Nhiệt độ sôi ( C ) 767 Nhiệt thăng hoa (kJ/mol) 112 Tỉ khối 8.63 Độ âm điện 13 SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Trong vỏ Trái đất, Cd tồn dạng khoáng vật Griolit (CdS), quặng Blende Calanin có chứa khoảng 3% Cd Trong thiên nhiên, Cd có dồng vị bền, 112 Cd (24,07%) 114 Cd (28,86%) Cd kim loại có màu trắng bạc, khơng khí ẩm, chúng dần bị bao phủ màng oxit nên ánh kim Cd mềm, dễ nóng chảy, dẻo, dát mỏng, kéo sợi Khi cháy, Cd cho lửa màu xanh lam Cd tương đối hoạt động, bền nhiệt độ thường khơng khí ẩm có màng oxit bảo vệ Cd tác dụng với đơn chất phi kim: halogen, S nguyên tố không kim loại P, Si Cd tác dụng với hợp chất: nhiệt độ thường, bền với nước có màng oxit, nhiệt độ cao, khử nước biến thành oxit: t Cd + H 2O   CdO + H (1.1) Do E= - 0,402 V (khá âm), Cd dễ dàng tác dụng với axit khơng có tính oxi hóa giải phóng H2: Cd + 2H +  Cd 2+ + H Cd + 4HNO3,d  Cd(NO3 ) + 2NO + 2H 2O (1.2) (1.3) 3Cd +8HNO3,l 3Cd(NO3 ) +2NO + 4H 2O (1.4) 1.1.1.2 Các hợp chất Cd [5] Ion Cd2+ ion độc, thường tồn dạng muối halogenua CdX2 (X: halogen) Cd(NO3)2 SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Ion Cd2+ có khả tạo phức với nhiều phối tử khác nhau, thường có số phối trí đặc trưng a) Cadimioxit CdO có màu từ vàng nâu đen phụ thuộc trình chế hóa nhiệt CdO khó nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy: 1813 C , thăng hoa đun nóng, độc Trong thiên nhiên, tồn dạng khống vật Monteponit CdO khơng tan nước, tan axit tan kiềm nóng chảy CdO điều chế cách đốt cháy kim loại khơng khí nhiệt phân muối hidroxit hay muối nitrat, cacbonat b) Hidroxit Cd(OH)2 Cd(OH)2 kết tủa nhầy, màu trắng, tan nước Cd(OH)2 khơng thể rõ tính lưỡng tính, tan dung dịch axit, không tan dung dịch kiềm, tan kiềm nóng chảy, tan dung dịch NH3 tạo thành amoniacat Cd(OH)2 tạo cho dung dịch muối Cd2+ tác dụng với dung dịch kiềm c) Muối Cd(II) Các muối halgenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat, axetat Cd(II) dễ tan nước Còn muối sunfua, cacbonat, orthophotphat muối bazơ tan Đa số muối đơn giản khơng có màu, CdS có màu vàng, Cd 2SCl2 màu da cam, muối đihalogenua dạng tinh thể màu trắng SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Các muối bị thủy phân dung dịch nước: Cd 2+ + 2H2O Cd(OH)2 + 2H+ (1.5) 1.1.2 Ứng dụng tác hại Cd 1.1.2.1 Ứng dụng Cd [1, 8] Trong công nghiệp, Cd ứng dụng chủ yếu làm lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định PVC, chất tạo màu nhựa thủy tinh, sản xuất pin Kim loại Cd dùng công nghiệp luyện kim chế tạo đồ nhựa Hợp chất cadimi dùng phổ biến để làm phi 1.1.2.2 Tác hại Cd [2, 5] Các kim loại nặng có nồng độ vi lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho phát triển bình thường người Tuy nhiên, vượt hàm lượng cho phép gây tác động nguy hại đến sức khỏe người Cd xâm nhập môi trường qua nước thải phân tán ô nhiễm ô nhiễm từ phân bón… Cd xâm nhiễm vào nước uống ống nước mạ kẽm không tinh khiết từ mối hàn vài loại chất gắn kim loại Tuy vậy, lượng Cd thường không  g/l Thực phẩm nguồn cadimi nhiễm vào thể, chủ yếu ăn uống nguồn từ thực vật trồng đất giàu Cd nước bị nhiễm Cd Theo nhiều nhà chuyên gia hút thuốc nguyên nhân đáng kể gây nhiễm cadimi Đã có chứng cho thấy Cd gây ung thư qua đường hơ hấp Hít thở bụi Cd thường xuyên làm hại phổi, vào phổi Cd thấm vào máu, phân phối khắp nơi SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Cd có độc tính cao động vật thủy sinh người Khi bị nhiễm độc Cd, tùy theo mức độ nhiễm bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt gây tổn thương thận dẫn đến protein niệu Ngoài ảnh hưởng tới nội tiết, máu, tim mạch…Nhiễm độc Cd xảy Nhật dạng bệnh “ itai itai” “ouch ouch” làm xương trở nên giòn nồng độ cao, Cd gây đau thận, thiếu máu phá hủy tủy xương Phần lớn Cd xâm nhập vào thể, chúng tích tụ xương, đào thải, phần (1%) giữ lại thận Cd liên kết với protein tạo metallotionein có thận Phần lại giữ lại thể, tích lũy với tuổi tác Khi lượng Cd lớn, chiếm chỗ Zn 2+ enzym quan trọng, gây rối loạn hoạt động số enzym định gây nên chứng bệnh hội chứng rối loạn chức thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư Lượng đưa vào thể hàng tuần chịu đựng (PTWI)  g/kg thể trọng Tiêu chuẩn lượng Cd2+ theo WHO cho nước uống 0,003 mg/l 1.2 Quá trình hấp phụ [3, 7] 1.2.1 Các khái niệm  Sự hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí - rắn, lỏng rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng) Chất hấp phụ chất mà phần tử lớp bề mặt có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Chất bị hấp phụ chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ, chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung bề mặt chất hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học - Hấp phụ vật lí gây lực VanderWalls yếu, tổng hợp nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng lực định hướng.Trong hấp phụ vật lí, chất bị hấp phụ bị ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại mà khơng có hình thành liên kết hóa học Nhiệt hấp phụ vật lí thường khơng lớn (khoảng 2-6 kcal/mol), xảy nhanh, nhiệt độ thấp, khơng đòi hỏi hoạt hóa phân tử, phụ thuộc vào chất hóa học bề mặt - Hấp phụ hóa học gây lực liên kết hóa học, lực hấp phụ khơng thể vượt q lớp đơn phân tử Nhiệt hấp phụ hóa học lớn (ít thấp 22 kcal/mol) Sự hấp phụ hóa học đòi hỏi hoạt hóa phân tử nên xảy chậm, nhiệt độ cao đòi hỏi phải có lực hóa học bề mặt chất bị hấp phụ  Giải hấp phụ Giải hấp phụ trình ngược lại trình hấp phụ Đây trình chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để tiếp tục sử dụng lại nên mang đặc trưng hiệu kinh tế Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ quan tâm đây: Phương pháp thay đổi pH: lợi dụng giá trị pH khơng thuận lợi cho q trình hấp phụ chất, thay đổi giá trị pH để thuận lợi cho trình giải hấp phụ SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Phương pháp nhiệt: sử dụng khơng khí nóng nhiệt cho trường hợp chất bị hấp phụ bay sản phẩm phân hủy nhiệt chúng có khả bay Phương pháp áp suất: nhiệt độ khơng đổi, áp suất giảm khả hấp phụ giảm chất khí bị hấp phụ thoát khỏi bề mặt vật liệu hấp phụ  Dung lượng hấp phụ cân Dung lượng hấp phụ cân khối lượng chất bị hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện nồng độ nhiệt độ xác định Dung lượng hấp phụ tính sau: q= (C0 - C) V m (1.6) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân (mg/g) C0: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) C: Nồng độ dung dịch đạt cân hấp phụ (mg/l) V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lượng chất hấp phụ (g) SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học  Hiệu suất hấp phụ Là tỷ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ nồng độ dung dịch ban đầu, tính bởi: H= (C0 -C) 100 (%) C0 (1.7) 1.2.2 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Q trình hấp phụ mơ tả dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân chất bị hấp phụ dung dịch thời điểm nhiệt độ xác định Khi chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng đường đẳng nhiệt hấp phụ mơ tả qua phương trình đẳng nhiệt: phương trình Freundlich, phương trình Langmuir…  Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình Langmuir thiết lập với giả thiết - Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tâm xác định, - Mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân, - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất, lượng hấp phụ trung tâm nhau, không phụ thuộc có mặt tiểu phân hấp phụ trung tâm bên cạnh Phương trình hấp phụ Langmuir xây dựng cho hệ hấp phụ khí - rắn có dạng: SV: Trần Thị Xuyên Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 10 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội q=q max Khoa Hóa học K LC 1+ K LC (1.8) Trong đó: q: dung lượng hấp phụ thời điểm cân (mg/g), qmax: dung lượng hấp phụ cực đại có giá trị xác định tương ứng với số tâm hấp phụ (mg/g), C: Nồng độ chất bị hấp phụ trạng thái cân (mg/l), KL: Hằng số Langmuir (phụ thuộc tương tác chất hấp phụ, chất bị hấp phụ nhiệt độ) Khi nồng độ chất bị hấp phụ nhỏ: KL.C1, q = qmax Tức dung lượng hấp phụ đạt đến giá trị không đổi tăng nồng độ chất bị hấp phụ Khi bề mặt chất hấp phụ bão hòa đơn lớp phân tử bị hấp phụ Bằng thực nghiệm xác định KL qmax theo đồ thị biểu diễn phương trình Langmuir dạng: C 1 = + C q K Lq max q max (1.9) Từ số liệu thực nghiệm, dựng đồ thị phụ thuộc C/q theo C Đường biểu diễn có độ dốc là: tanα = SV: Trần Thị Xuyên q max Từ xác định qmax KL 10 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 10 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 22 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học 1.4.2 Thiết bị phép đo Máy hấp thụ nguyên tử gồm khối chính: - Phần 1: Nguồn xạ cộng hưởng (có thể đèn catot rỗng, đèn cao tần hình cầu phát hồ quang tia lửa điện…), đèn catot rỗng sử dụng phổ biến - Phần 2: Thiết bị nguyên tử hóa Thiết bị chế tạo theo kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu là: a) Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu lửa đèn khí (F- AAS) b) Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu khơng lửa (ETA- AAS) c) Kĩ thuật hóa lạnh (CV- AAS) - Phần 3: Bộ phận phát tia đơn sắc Có nhiệm vụ thu, phân ly chọn tia sáng (vạch phổ cần đo) hướng vào nhân quang điện để phát đo tín hiệu hấp thụ AAS vạch phổ - Phần 4: Thiết bị ghi phổ Dòng quang điện nhận từ nhân quang điện tử khuếch đại (nhờ phận khuếch đại) để đo máy thị tín hiệu SV: Trần Thị Xuyên 22 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 22 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 23 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Tổng hợp vật liệu compozit PANi/ vỏ trấu 2.1.1 Hóa chất thiết bị  Hóa chất - Anilin 99%, d = 1,023 g/ml (Nhật) - Amonipersunfat (Merk) - Dung dịch HCl 36,5 % (Merk) - Dung dịch NH3 25% (TQ) - Methanol, axeton (TQ)  Dụng cụ: - Cốc thủy tinh 25, 50, 100, 1000 ml Đức - Đũa, đĩa thủy tinh, thìa thủy tinh nhựa - Các phễu lọc (sứ thủy tinh) - Giấy lọc giấy thử pH - Pipet 1, 2, 5, 10, 20 ml Đức - Bình định mức 50, 100 ml Đức - Bình tam giác 250 ml - Cối chày sứ, cối chày mã não - Rây SV: Trần Thị Xuyên 23 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 23 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 24 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học  Thiết bị - Máy hút chân không (Ý) - Tủ sấy chân không SPT – 2000 (Ba Lan) - Cân phân tích (Thụy Sĩ) cân kĩ thuật (Trung Quốc) - Máy khuấy từ IKA (Đức) - Thiết bị đo hồng ngoại IMOACT 410 – Nicolet (FT- IR) - Thiết bị chụp phổ X- Ray (máy D5000 – Siemenns, Đức) - Máy xay sinh tố 2.1.2 Pha chế, tổng hợp vật liệu  Chuẩn bị dung dịch vật liệu: - Dung dịch HCl 1M dung dịch anilin 0,1M: Lấy 70,69 ml nước cất cho vào bình định mức 100ml Thêm 8,4 ml dung dịch HCl; 0,91 ml C6H5NH2 vào bình định mức lắc - Pha dung dịch (NH4)2S2O8 0,1M: Cân 2,282 g amonipersunfat cho vào cốc thủy tinh loại 250ml có vạch, sau pha thành 20ml nước cất - Vỏ trấu rửa đất cát, sấy khô tủ sấy 50 0C , để nguội Dùng máy xay nghiền nhỏ thành bột Sau dung rây phân loại bột thành hai loại với kích thước khác nhau, rửa siêu âm bột vỏ trấu dung dịch axeton sấy khô 500C  Tổng hợp - Lấy dung dịch HCl 1M C6H5NH2 0,1M vừa pha cho vào bình tam giác 250ml Đặt bình vào chậu nước đá có bổ sung thêm muối ăn SV: Trần Thị Xuyên 24 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 24 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 25 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học để giữ lạnh Bật máy khuấy từ, sau cho bột vỏ trấu từ từ vào bình tam giác, khuấy - Tiếp theo đổ dung dịch (NH4)2S2O8 vừa pha vào buret, cho chảy từ từ xuống bình tam giác khuấy Để máy khuấy hoạt động 9h, tắt máy, để dung dịch qua đêm, sau tiến hành lọc rửa  Thu sản phẩm Lọc rửa nước cất để rửa axit (dùng máy hút chân không) đến pH = Sau cho NH3 vào để tạo dạng trung hòa (hút tự nhiên tủ hút, cho lần NH3), để 40 phút Lọc rửa lại nước cất đến pH = dừng lại Sau dùng dung dung dịch methanol : axeton (1:1) để trôi monome dư lại q trình tổng hợp (hút tự nhiên tủ hút) Cuối dùng nhíp lấy sản phẩm cho vào đĩa thủy tinh sạch, sấy khô phẩm 3h (500C), bảo quản sản phẩm lọ thủy tinh có nút nhám 2.2 Hồn ngun vật liệu hấp phụ compozit PANi/ vỏ trấu Compozit PANi/ vỏ trấu sau hấp phụ, lọc rửa, sau tiến hành hồn ngun dựa vào việc thay đổi pH: - Compozit xử lí dung dịch HCl 1M pH = để lại bỏ ion cadimi - Rửa vật liệu cho axit nước cất đến pH = - Trung hòa hỗn hợp dung dịch NH3 lọc rửa lại nước cất đến pH = - Sau rửa dung dịch metanol : axeton = 1:1 - Vật liệu hấp phụ sau hồn ngun sấy khơ 50 0C giờ, bảo quản sản phẩm bình hút ẩm để sử dụng lại SV: Trần Thị Xuyên 25 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 25 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 26 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học 2.3 Hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu sau hoàn nguyên - Pha dung dịch Cd2+ với nồng độ ban đầu khác khoảng từ đến 15 mg/l - Cho mg vật liệu hấp phụ 40 ml dung dịch hấp phụ vào ống ly tâm 50 ml, lắc với tốc độ 300 vòng/ phút thời gian 40 phút - Sau đem ly tâm thời gian 20 phút với tốc độ 1800 vòng/ phút - Tiến hành lọc lấy dung dịch đem phân tích nồng độ cadimi dư lại SV: Trần Thị Xuyên 26 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 26 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 27 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu Bảng 3.1: Nồng độ ion Cd2+ (mg/l) hấp phụ compozit PANi/ vỏ trấu sau hoàn nguyên so với ban đầu Co Ban đầu C0 Lần Lần (mg/g) (mg/g) (mg/l) (mg/g) (mg/g) 5,07 3,84 4,52 2,82 2,32 10,808 7,316 9,17 3,79 4,07 15,858 5,318 14,22 5,24 5,52 Từ giá trị bảng 3.1, tính phần trăm hấp phụ mẫu compozit PANi/ vỏ trấu ban đầu sau hoàn nguyên theo phương trình (1.7) ta thu kết đưa bảng 3.2 sau: Bảng 3.2: Khả hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu ban đầu sau hoàn nguyên C0 % hấp phụ C0 % hấp phụ % hấp phụ (mg/l) (ban đầu) (mg/l) (hoàn nguyên lần 1) (hoàn nguyên lần 2) 5,07 75,74 4,52 62,39 51,33 10,808 67,69 9,17 41,33 44,38 15,858 33,53 14,22 36,85 38,82 SV: Trần Thị Xuyên 27 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 27 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 28 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Từ số liệu thu được, xây dựng đồ thị biểu diễn phần trăm hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu phụ thuộc nồng độ ban đầu Co (hình 3.1) 80 % hấp phụ 60 40 20 Ban đầu Lần Lần 0 10 15 20 Co (mg/l) Hình 3.1: Phần trăm hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu Từ kết bảng 3.2 hình 3.1 ta thấy: - Khả hấp phụ vật liệu giảm nồng độ ban đầu tăng lên - Khả hấp phụ vật liệu sau hoàn nguyên thấp so với vật liệu ban đầu 3.2 Nghiên cứu hấp phụ theo mơ hình Langmuir Xác định dung lượng hấp phụ q theo phương trình (1.6), thu kết ghi bảng 3.3 3.4 SV: Trần Thị Xuyên 28 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 28 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 29 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Bảng 3.3: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ q compozit PANi/ vỏ trấu chế tạo vào nồng độ ban đầu C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/ q (g/l) 5,07 1,23 51,2 0,0240 10,808 3,492 97,55 0,0358 15,858 10,54 70,91 0,1486 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ q compozit PANi/ vỏ trấu sau hoàn nguyên vào nồng độ ban đầu Sau hoàn nguyên lần Sau hoàn nguyên lần C0 mg/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q (g/l) C (mg/l) q (mg/g) C/q (g/l) 4,52 1,7 37,6 0,0452 2,2 30,93 0,0711 9,17 5,38 50,53 0,1065 5,1 54,27 0,0940 14,22 8,98 69,87 0,1285 8,7 73,6 0,1182 Với số liệu thu bảng 3.3 3.4, ta xây dựng đồ thị biểu diễn C/q theo C đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính (1.9) compozit PANi/ vỏ trấu tương ứng (hình 3.2) SV: Trần Thị Xuyên 29 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 29 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 30 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học 0.16 C/q (g/l) 0.12 0.08 Ban đầu Lần1 Lần 0.04 0.00 10 15 C (mg/l) Hình 3.2: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính compozit PANi/ vỏ trấu Từ đồ thị hình 3.2 ta xác định dung lượng hấp phụ cực đại thông số Langmuir tương ứng với compozit PANi/ vỏ trấu thể bảng 3.5 Bảng 3.5: Các thông số Langmuir xác định từ hình 3.2 Hấp phụ Phương trình Langmuir R2 qmax (mg/g) KL (l/mg) Ban đầu y = 0,0129x – 0,0002 0,9808 77,5194 -64,5 Lần y = 0,0115x + 0,0320 0,9345 86,9565 0,359375 Lần y = 0,0072x + 0,0559 0,9979 138,8889 0,128801 SV: Trần Thị Xuyên 30 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 30 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 31 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Từ Bảng 3.5 nhận thấy dung lượng hấp phụ cực đại qmax compozit PANi/ vỏ trấu sau hoàn nguyên tăng lên so với ban đầu Với compozit sau hoàn nguyên lần 2, giá trị qmax= 138,8889 (mg/g) tăng gấp 1,6 lần so với qmax compozit hoàn nguyên lần gấp 1,8 lần so với qmax compozit ban đầu Từ cho thấy khả hấp phụ compozit sau hoàn nguyên tốt 3.3 Nghiên cứu dạng hấp phụ Langmuir vật liệu Tham số RL trình hấp phụ xác định theo phương trình sau [14]: RL = (3.1) 1+q max C0 Trong đó: qmax: dung lượng hấp phụ cực đại Co: nồng độ Cd2+ ban đầu Giá trị RL tính trình hấp phụ ion Cd2+ compozit thể bảng 3.6 Bảng 3.6: Giá trị tham số hấp phụ RL compozit C0 (mg/l) Ban đầu C0 (mg/l) Lần Lần 5,070 0,002538 4,52 0,002538 0,001025 10,808 0,001192 9,17 0,001253 0,000481 15,858 0,000813 14,22 0,000808 0,000328 SV: Trần Thị Xuyên 31 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 31 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 32 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học Theo tài liệu [14], giá trị RL nằm khoảng < RL < trình hấp phụ thuận lợi Kết bảng 3.6 cho thấy tất giá trị RL trình hấp phụ compozit ban đầu hay sau hoàn nguyên lần nằm khoảng giá trị < RL < 1, ta kết luận q trình hấp phụ thuận lợi SV: Trần Thị Xuyên 32 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 32 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 33 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, em rút kết luận đây:  Đã tổng hợp vật liệu compozit polyanilin/vỏ trấu phương pháp hóa học PANi tồn dạng trung hòa  Q trình hấp phụ Cd2+ vật liệu PANi/vỏ trấu tn theo mơ hình hấp phụ Langmuir Dung lượng hấp phụ Cd2+ cực đại compozit PANi/vỏ trấu tăng theo số lần hoàn nguyên  Dung lượng hấp phụ Cd2+ cực đại compozit PANi/vỏ trấu hoàn nguyên lần 138,8889 mg/g lớn gấp 1,8 lần so với ban đầu 1,6 lần so với hoàn nguyên lần  Quá trình hấp phụ Cd2+ vật liệu ban đầu sau hoàn nguyên dạng hấp phụ thuận lợi SV: Trần Thị Xuyên 33 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 33 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 34 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Thị Lệ Chi (2010), Phân tích dạng kim loại Chì (Pb) Cadimi (Cd) đất trầm tích phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, Luận văn thạc sĩ, Đại học sư phạm- Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thùy Dương (2008), Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng bề mặt vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dò xử lý mơi trường, Luận văn thạc sĩ, Đại học sư phạm- Đại học Thái Nguyên Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lí, Nxb Giáo dục, Hà Nội Phạm Luận (1998), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Hồng Nhâm (2001), Hóa học vơ tập ba, Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyên Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lí, tập 2, Nxb Giáo dục Phan Thanh Phương (2009), Xác định hàm lượng Cd Pb rau xanh thành phố Thái Nguyên, Luận văn thạc sỹ, Đại học Sư phạmĐại học Thái Nguyên SV: Trần Thị Xuyên 34 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 34 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 35 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội 10 Khoa Hóa học Mai Thị Thanh Thùy (2005), Tổng hợp polyanilin dạng bột phương pháp xung dòng vng ứng dụng nguồn điện hóa học, Luận văn thạc sỹ khoa học Hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vơ tập 2: Các kim loại điển hình, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Tiếng Anh 11 12 Ansari R (2006), “Application of polyanilinne and its composites for adsorpotion/ recovery of chromium (VI) from aqueous solutions”, Acta Chim Slov Vol.53, pp 88-94 Ansari R., Raofie F (2006), “Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline”, E-Journal of ChemistryVol 3, No 10, pp 49 – 59 13 Borole D D., Kapadi U R., Kumbhar P P., Hundiwale D G (2002), “Influence of inorganic and organic supporting electrolytes on the electrochemical synthesis of polyaniline, poly (o- toluidine) and their copolyme thin film”, Material Letters 56, pp 658-691 14 Ghorbani M., Eisazadeh H and Ghoreyshi A.A (2012), “ Removal of Zinc Ions from Aqueous Solution Using Polyaniline Nanocomposite Coated on Rice Husk”, Iranica Journal of Energy & Environment (1), pp 83-88, ISSN 2079-2115 15 Hoa Y.S, Wang C.C (2004), “Preudo- isotherms for the sorption of cadmium ion onto tree fern”, Process Biochemistry, Vol 39, pp 759763 16 Mansour M.S., Ossman M E., Farag H A (2011), “Removal of Cd (II) ion from waste water by adsorption onto polyaniline coated on sawdust”, Desalination 272, pp 301-305 SV: Trần Thị Xuyên 35 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 35 of 103 K35A – SP Hóa Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 36 of 103 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa Hóa học 17 Nguyễn Hồng Minh (2003), Synthesis and Characteristic studies Polyaniline By Chemical Oxidative Polymeriation Master of Materials Sience – Ha Noi University of Technology 18 http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_com posite 19 http://www.vaas.org.vn/images/caylua/12/38_trau.htm 20 tainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/bitstream/ /5030/2/ngoductung_c1.doc SV: Trần Thị Xuyên 36 Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 36 of 103 K35A – SP Hóa ... bề mặt chất bị hấp phụ  Giải hấp phụ Giải hấp phụ trình ngược lại trình hấp phụ Đây trình chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để tiếp tục... trăm hấp phụ mẫu compozit PANi/ vỏ trấu ban đầu sau hoàn nguyên theo phương trình (1.7) ta thu kết đưa bảng 3.2 sau: Bảng 3.2: Khả hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu ban đầu sau hoàn nguyên. .. trăm hấp phụ ion Cd2+ compozit PANi/ vỏ trấu Từ kết bảng 3.2 hình 3.1 ta thấy: - Khả hấp phụ vật liệu giảm nồng độ ban đầu tăng lên - Khả hấp phụ vật liệu sau hoàn nguyên thấp so với vật liệu