Nền công nghiệp ngày càng phát triển thì nguy cơ ô nhiễm môi trường nước ngày càng cao, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm kim loại nặng. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống của các sinh vật sống nói chung và con người nói riêng. Vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp nhằm loại bỏ chúng ra khỏi nguồn nước là vấn đề rất cấp bách hiện nay. Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn, dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm. Ở hàm lượng nhỏ một số kim loại nặng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người và sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi có hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Các kim loại nặng đi vào cơ thể qua con đường hô hấp, tiêu hóa và qua da. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH, SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể. Nhôm oxit được biết đến như một chất hấp phụ truyền thống với các ion kim loại nặng. Nhôm oxit cũng được biến tính với nhiều vật liệu khác nhau nhằm tăng dung lượng hấp phụ và ứng dụng của nó trong thực tế. Một trong những vật liệu được lựa chọn để biến tính với nhôm oxit là polyanilin (PANi), đây là một polyme dẫn dễ tổng hợp lại thân thiện với môi trường. Việc kết hợp giữa polyanilin và nhôm oxit ngoài việc tăng dung lượng hấp phụ còn hướng đến khả năng tái sử dụng vật liệu nhờ những đặc tính riêng của polyanilin. Tuy nhiên hướng nghiên cứu ở Việt Nam còn ít được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi lựa chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm một số kim loại nặng trong môi trường nước bằng vật liệu nano compozit polyanilin nhôm oxit”.
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU NANO COMPOZIT POLYANILIN - NHƠM OXIT Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2019 A-GIỚI THIỆU LUẬN VĂN Tính cấp thiết đề tài Nền cơng nghiệp ngày phát triển nguy nhiễm mơi trường nước ngày cao, đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng Ô nhiễm kim loại nặng nước gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống sinh vật sống nói chung người nói riêng Vì việc nghiên cứu phương pháp nhằm loại bỏ chúng khỏi nguồn nước vấn đề cấp bách Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc dạng nguyên tố tự nguy hiểm sinh vật sống dạng cation khả gắn kết với chuỗi cacbon ngắn, dẫn đến tích tụ thể sinh vật sau nhiều năm Ở hàm lượng nhỏ số kim loại nặng nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể người sinh vật phát triển bình thường, có hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Các kim loại nặng vào thể qua đường hô hấp, tiêu hóa qua da Khi đó, chúng sẽ tác động đến q trình sinh hóa nhiều trường hợp dẫn đến những hậu nghiêm trọng Về mặt sinh hóa, kim loại nặng có lực lớn với nhóm –SH, -SCH nhóm enzym thể Vì thế, enzym bị hoạt tính, cản trở q trình tởng hợp protein thể Nhôm oxit biết đến chất hấp phụ truyền thống với ion kim loại nặng Nhơm oxit biến tính với nhiều vật liệu khác nhằm tăng dung lượng hấp phụ ứng dụng thực tế Một những vật liệu lựa chọn để biến tính với nhơm oxit polyanilin (PANi), polyme dẫn dễ tổng hợp lại thân thiện với môi trường Việc kết hợp giữa polyanilin nhơm oxit ngồi việc tăng dung lượng hấp phụ hướng đến khả tái sử dụng vật liệu nhờ những đặc tính riêng polyanilin Tuy nhiên hướng nghiên cứu Việt Nam quan tâm nghiên cứu Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, lựa chọn thực đề tài: “Nghiên cứu khả xử lý ô nhiễm số kim loại nặng môi trường nước vật liệu nano compozit polyanilin - nhôm oxit” Đối tượng nội dung nghiên cứu luận văn 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài loại vật liệu: polyanilin, nhôm oxit, compozit dạng polyanilin – nhôm oxit; Các ion kim loại nặng: Cr (VI) Pb (II) 2.2 Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu nano compozit PANi – nhôm oxit - Phân tích xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu thông qua phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray) - Đánh giá nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả loại bỏ ion Cr (VI) Pb (II) môi trường nước vật liệu tổng hợp - Nghiên cứu mơ hình hấp phụ động học trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu compozit PANi – nhôm oxit Những đóng góp luận văn Đã tởng hợp thành công vật liệu nano compozit polyanilin – nhôm oxit phương pháp hóa học Vật liệu compozit có kích cỡ nanomet cấu trúc dạng sợi Vật liệu có khả hấp phụ ion kim loại nặng Cr (VI) Pb (II) môi trường nước với dung lương hấp phụ cực đại tương ứng 48,31 mg/g 44,05 mg/g Bố cục luận văn Luận văn có 54 trang bao gồm: Mở đầu: trang Chương 1: Tổng quan 28 trang Chương 2: Thực nghiệm trang Chương 3: Kết thảo luận 17 trang Kết luận: trang Phần tài liệu tham khảo trang B-NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN Nội dung gồm nội dung sau: 1.1 Tổng quan số chất độc hại nước 1.2 Tổng quan vật liệu compozit polyanilin - nhơm oxit 1.3 Tình hình nghiên cứu nước giới vật liệu hấp phụ Cr (VI), Pb (II) 1.4 Tổng quan phương pháp hấp phụ 1.5 Các phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu - Các loại vật liệu: polyanilin, nhôm oxit, compozit dạng polyanilin - nhôm oxit - Các ion kim loại nặng: Cr (VI) Pb (II) - Các yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ: thời gian hấp phụ, môi trường pH, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp tổng hợp vật liệu - Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu: FT-IR, SEM, XRD - Phương pháp phân tích hàm lượng Cr (VI) Pb (II); AAS, UV-Vis - Phương pháp xử lý số liệu: sử dụng phần mềm Exel, Origin 2.2 Thiết bị hóa chất 2.2.1 Thiết bị dụng cụ + Hệ thống máy đo UV-Vis Jasco V- 770 (Nhật Bản); máy phổ hấp thụ nguyên tử AAS + Cân phân tích + Máy khuấy từ + Tủ sấy, bình hút ẩm, tủ hút + Các loại pipet, pipet man, bình định mức, cốc thuỷ tinh, ống đong, phễu,… 2.2.2 Hóa chất Bảng 2.1 Các hóa chất cần dùng STT 10 11 12 Tên hóa chất Axit clohidric Muối amonipesunfat Anilin Axit photphoric Muối Kalicromat Axeton Methanol Thuốc thử Điphenylcacbazit Nhơm clorua Saccarozo Chì nitrat Axit nitric Cơng thức hóa học HCl 37% (NH4)2S2O8 C6H5NH2 H3PO4 K2CrO4 C3H6O CH3OH C13H14N4O4 Xuất Xứ Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc AlCl3 C12H22O11 Pb(NO3)2 HNO3 Trung Quốc Trung Quốc Merck, Đức Merck, Đức 2.3 Tổng hợp vật liệu nano compozit PANi – Al2O3 2.3.1 Tổng hợp vật liệu Al2O3 Vật liệu Al2O3 tổng hợp phương pháp sol – gel, sử dụng sacrozo để làm chất kết dính: Trộn 10g nhơm clorua AlCl3 tinh khiết với g saccarozo (C 12H22O11) chén nung nung nhiệt độ 850 oC thời gian Sau để nguội lò, ta thu hợp chất màu trắng, nhơm oxit Vật liệu sử dụng để tổng hợp vật liệu compozit PANi – Al 2O3 2.3.2 Tổng hợp vật liệu compozit PANi – Al2O3 Vật liệu compozit PANi – Al2O3 tổng hợp môi trường axit HCl 1M, chất oxi hóa amonipersunfat Cho 1,02 g nhơm oxit Al2O3 vào cốc chứa 40 mL dung dịch HCl 1M Hệ đặt vào chậu thủy tinh đựng hỗn hợp đá muối để làm lạnh Kiểm tra để nhiệt độ dung dịch đảm bảo từ ÷ C Thêm từ từ 4,56 g amonipersunfat vào cốc phản ứng điều kiện có khuấy Nhỏ từ từ aniline vào hỗn hợp với tỉ lệ số mol nhôm oxit : anilin : Sau khoảng 10 phút, dung dịch cốc bắt đầu xuất màu xanh, thời điểm polyme hình thành, chuyển sang màu xanh đen Tiếp tục cho phản ứng tiến hành thời gian nhiệt độ từ ÷ 0C máy khuấy từ, tiếp tục để hỗn hợp qua đêm cho q trình polyme hóa xảy hoàn toàn 2.4 Pha chế dung dịch - Pha dung dịch HCl: Lấy 83 mL HCl 37% cho vào bình định mức 1000 mL, thêm nước cất đến vạch định mức thu HCl 1M - Pha dung dịch H3PO4: Lấy 70 mL axit photphoric (H3PO4, ρ =1,69 g/mL) cho vào 100 mL nước thu dung dịch H 3PO4 e ghi rõ nồng độ axit thu - Pha dung dịch Cr (VI): Pha dung dịch Cr (VI) nồng độ 1000 mg/L: cân lượng xác 3,7380g tinh thể K2CrO4 cho vào bình định mức 1000 mL có chứa sẵn 100 mL dung dịch HCl 10%, lắc cho tan, định mức nước cất Từ dung dịch Cr (VI) 1000 mg/L trên, tiến hành pha dung dịch Cr (VI) có nồng độ khác để nghiên cứu - Pha thuốc thử diphenylcacbazit (DPC): Hòa tan 1g diphenylcacbazit (C13H14N4O) 100ml axeton C3H6O axit hóa giọt axit axetic đặc Bảo quản bình nâu, tủ lạnh nhiệt độ 4oC Dung dịch bền hai tuần - Pha dung dịch Pb (II) nồng độ 1000 mg/l: cân lượng xác 1,598g tinh thể Pb(NO3)2 cho vào bình định mức 1000 ml có chứa sẵn 200 ml dung dịch HNO 10%, lắc cho tan, để nguội, định mức nước cất Từ dung dịch này, tiến hành pha thành dung dịch Pb (II) có nồng độ khác để nghiên cứu 2.5 Xác định nồng độ Cr (VI) Pb (II) 2.5.1 Xác định nồng độ Cr (VI) phương pháp trắc quang 2.5.2 Xác định nồng độ Pb (II) phương pháp AAS 2.6 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu nano compozit PANi - Al2O3 2.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH 2.6.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ 2.6.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu compozit PANi - Al2O3 3.1.1 Kết phân tích FT-IR Kết phân tích phở FT - IR PANi hình 3.1 cho thấy: vị trí hấp thụ ν = 2904,80 cm -1; 2980,02 cm-1 3199,91 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm C – H phân tử PANi Pic 2353,16 cm-1 tương ứng với dao động nhóm amin N – H khơng bão hòa Pic vị trí 1452,40 cm -1; 1543,05 cm-1; 1645,28 cm-1 tương ứng với dao động liên hợp C = C Pic ν = 1280,73 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị C – N thơm Pic vị trí ν = 779,24 cm -1; 869,90 cm-1; 948,98 cm-1 tương ứng với dao động biến dạng C – H Các giá trị đặc trưng cho liên kết phân tử PANi [28] Trong phổ FT – IR vật liệu PANi – Al 2O3 (hình 3.2), ngồi pic đặc trưng cho liên kết PANi xuất dải hấp thụ nhẹ từ 428,20 cm-1 đến 690,52 cm-1 đặc trưng cho liên kết Al – O Al2O3 [28] Chứng tỏ, vật liệu có tồn Al 2O3 để tạo vật liệu dạng composite Sự tồn Al 2O3 vật liệu làm cho vị trí pic đặc trưng cho PANi bị dịch chuyển nhẹ Cụ thể: Pic ν = 2904,80 cm-1; 2978,09 cm-1 3206, 62 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị nhóm C - H Pic vị trí ν = 1656,85 cm-1; 1552,70 cm-1; 1448,54 cm-1 tương ứng với liên kết liên hợp C=C Pic vị trí ν = 1226,73 cm-1; 1284,59 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị C – N thơm Pic vị trí ν = 786,96 cm-1; 873,75 cm-1 tương ứng với dao động biến dạng C – H Điều chứng tỏ, vật liệu compozit PANi – Al 2O3 tổng hợp thành cơng phương pháp hóa học Hình 3.1 Phổ FT- IR PANi Hình 3.2 Phổ FT – IR PANi – nhôm oxit 3.1.2 Kết phân tích XRD Kết nhiễu xạ tia X vật liệu Al2O3 cho thấy, giản đồ nhiễu xạ tia X xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho Al 2O3 dạng gamma vị trí 2θ: 37,54 o; 46,05o 67,06o [22, 29, 30] Ngoài giản đồ tồn đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho Al 2O3 dạng delta Điều chứng tỏ Al2O3 tổng hợp bao gồm dạng γ -Al2O3 δ -Al2O3 Kết giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu PANi, Al 2O3 PANi – Al2O3 hình 3.4 cho thấy, giản đồ nhiễu xạ tia X PANi – Al2O3 đỉnh nhiễu xạ đặc trưng PANi vị trí 2θ: 15o; 25,80o; 27,01o [13], có xuất đỉnh đặc trưng cho Al2O3 vị trí 2θ: 37,55 o; 46,03o; 66,99o Điều chứng tỏ tổng hợp thành công vật liệu dạng compozit PANi - Al 2O3 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M2 600 500 Lin (Cps) 400 300 100 d=1.393 d=1.970 d=2.406 200 10 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta - Scale File: QuyTN M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 m 00-016-0394 (D) - Aluminum Oxide - delta-Al2O3 - Y: 33.40 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.94300 - b 7.94300 - c 23.50000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I (0) - 32 - 1482.64 00-048-0367 (D) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 37.18 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X Al2O3 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X Al2O3, PANi PANi – Al2O3 3.1.3 Kết phân tích đặc điểm hình thái học Kết phân tích ảnh SEM vật liệu PANi (Hình 3.5a) cho thấy PANi tồn dạng sợi ngắn, khơng đồng có chỗ kết đám, số tồn dạng sợi ngắn riêng rẽ Dạng sợi ngắn PANi có đường kính khoảng 50 ÷ 60 nanomet Trong Al2O3 (hình 3.5b) tồn dạng đám nano, bề mặt vật liệu xốp (a) (b) Hình 3.5 Ảnh SEM PANi (hình a) Al2O3 (hình b) Kết phân tích ảnh SEM PANi – Al 2O3 (hình 3.6) cho thấy vật liệu tồn dạng sợi ngắn, kết đám Trên bề mặt vật liệu có hình thành lỗ xốp, bề mặt vật liệu có những chỗ sáng có tồn Al 2O3 Những sợi vật liệu PANi – Al2O3 có độ dài khoảng 200 ÷ 300 nanomet (a) (b) Hình 3.6 Ảnh SEM PANi – Al2O3 3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định ion 3.2.1 Xây dựng đường chuẩn xác định ion Cr (VI) phương pháp trắc quang UV - Vis Kết xác định độ hấp thụ quang mẫu chuẩn ion Cr (VI) thể bảng 3.1 hình 3.7 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ ion Cr (VI) Nồng độ Cr(VI) (mg/L) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Độ hấp thụ – Abs 0,0945 0,1640 0,1790 0,2601 0,3502 0,4315 Hình 3.7 Đường chuẩn xác định ion Cr (VI) phường pháp trắc quang Phương trình hồi quy tuyến tính giữa mật độ quang nồng độ ion Cr (VI) có hệ số tương quan R2 = 0,9997 gần đến Do sử dụng đường chuẩn để xác định nồng độ Cr (VI) mẫu phân tích 3.2.2 Xây dựng đường chuẩn xác định Pb phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS Bảng 3.2 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ chì C Độ hấp thụ - Abs (mg/L) 0 0,0096 0,0180 0,0450 0,0699 10 0,0865 15 0,1265 10 Hình 3.8 Đường chuẩn xác định Pb phương pháp AAS Phương trình hồi quy tuyến tính giữa độ hấp thụ nồng độ chì có hệ số tương quan cao, R2 = 0,9994, gần đến Do sử dụng đường chuẩn để xác định nồng độ chì mẫu phân tích 3.3 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 3.3.1 Ảnh hưởng pH Tiến hành thí nghiệm mục 2.6.1, kết thể bảng 3.3 hình 3.9 Bảng 3.3 Ảnh hưởng dung lượng hấp phụ pH đến hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 pH Cr (VI) C0 = 14,32 mg/L Ce q H (mg/L) (mg/g) (%) 1,87 12,45 86,92 14,32 100 14,32 100 14,32 100 14,32 100 14,32 100 11 Pb (II) C0 = 16,75 mg/L Ce q H (mg/L) (mg/g) (%) 10,12 6,63 39,55 9,81 6,94 41,42 4,52 12,23 73,01 7,75 9,00 53,73 7,84 8,91 53,18 7,94 8,81 52,59 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 Trong khoảng giá trị pH nghiên cứu nhận thấy: Với hấp phụ ion Cr (VI) PANi – nhôm oxit: Hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) giá trị pH = ÷ cao (H > 85 %), chứng tỏ khả hấp phụ ion Cr (VI) vật liệu PANi – nhôm oxit tốt môi trường axit Ở giá trị pH = ÷ 6, hiệu suất hấp phụ đạt 100%, hiệu suất hấp phụ giảm pH = Với hấp phụ ion Pb (II) PANi – nhôm oxit: Hiệu suất hấp phụ ion Pb (II) tăng từ 39,55 % lên 73,01 % pH tăng từ đến 3; pH tiếp tục tăng lên 6, hiệu suất hấp phụ giảm xuống 52,59 % Tại pH = 3, hiệu suất hấp phụ đạt giá trị cực đại Hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) PANi – nhôm oxit lớn ion Pb (II), phần chứng tỏ khả compozit PANi – nhôm oxit hấp phụ ion Cr (VI) tốt so với hấp phụ ion Pb (II) Để thuận lợi cho việc khảo sát ảnh hưởng khác nghiên cứu, lựa chọn pH = pH =3 giá trị pH tối ưu để thực nghiên cứu cho trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – nhôm oxit 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng khoảng thời gian hấp phụ khác nồng độ ban đầu, kết thể bảng 3.4 hình 3.10 12 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ ion Cr(VI) Pb (II) PANi – Al2O3 Thời gian (phút) 10 40 60 80 120 Cr (VI) C0 = 32,93 mg/L Ct q (mg/L) (mg/g) 6,85 26,08 6,20 26,73 3,15 29,78 2,39 30,54 1,89 31,04 1,72 31,21 H (%) 79,21 81,19 90,44 92,75 94,27 94,79 Pb (II) C0 = 16,75 mg/L Ct q H (mg/L) (mg/g) (%) 10,12 6,63 39,58 9,45 7,30 43,58 5,12 11,63 69,43 4,03 12,72 75,94 4,02 12,73 76,00 4,01 12,74 76,06 Hình 3.10 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vào thời gian Nhận xét: Trong khoảng thời gian nghiên cứu ta thấy: Dung lượng hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu compozit PANi – Al2O3 tăng dần theo thời gian Trong thời gian khảo sát hấp phụ từ ÷ 120 phút, hiệu suất hấp phụ tăng từ 79,2141% đến 94,7921 % với trình hấp phụ ion Cr (VI); tăng từ 39,58 % đến 76,06 % với trình hấp phụ ion Pb (II) Trong khoảng thời gian từ 80 phút đến 120 phút với hấp phụ ion Cr (VI), từ 60 ÷ 120 phút với hấp phụ ion Pb (II) trình hấp phụ gần đạt đến trạng thái cân bằng, hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể, đường biểu diễn gần dạng nằm ngang song song với trục hồnh (hình 3.9) 13 Do vậy, chúng tơi chọn thời điểm t = 80 phút t = 60 phút tương ứng với ion Cr (VI), Pb (II) thời điểm đạt cân hấp phụ dung lượng hấp phụ thời điểm t = 120 phút vật liệu compozit PANi – Al2O3 làm dung lượng hấp phụ cân (q e) để nghiên cứu mơ hình động học hấp phụ 3.3.3 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) Pb (II) PANi – Al2O3 STT Co (mg/L) 13,37 14,32 14,64 18,63 21,59 23,17 Cr (VI) Ce q (mg/L) (mg/g) 1,40 11,97 1,77 12,55 1,79 12,85 2,25 16,38 2,89 18,70 3,21 19,96 H (%) 89,54 87,62 87,78 87,91 86,59 86,14 Co (mg/L) 9,89 16,75 19,76 30,25 39,99 48,68 Pb (II) Ce q (mg/L) (mg/g) 2,23 7,66 4,03 12,72 5,25 14,51 9,5 20,75 15,13 24,86 19,34 29,34 H (%) 77,46 75,94 73,43 68,59 62,17 60,27 Hình 3.81 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu ion Cr (VI) đến dung lượng hiệu suất hấp phụ PANi – nhôm oxit Hình 3.92 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu ion Pb (II) đến dung 14 lượng hiệu suất hấp phụ PANi – nhôm oxit Nhận xét: Kết bảng 3.5 hình 3.11 cho thấy, nồng độ ban đầu ion Cr (VI) tăng từ 13,37 mg/L đến 23,17 mg/L hiệu suất hấp phụ giảm từ 89,54 % xuống 86,14 %, dung lượng hấp phụ tăng từ 11,97 mg/g đến 19,96 mg/g Khi nồng độ ban đầu ion Pb (II) tăng từ 9,89 mg/L đến 48,68 mg/L hiệu suất hấp phụ giảm từ 47,46 % xuống 60,27 %; dung lượng hấp phụ tăng từ 7,66 mg/g đến 29,34 mg/g (bảng 3.5 hình 3.12) Điều chứng tỏ, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng hiệu suất hấp phụ giảm, dung lượng hấp phụ tăng Kết trùng với kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ nhiều nghiên cứu [20 – 22, 27, 32] 3.3.4 Khảo sát mơ hình động học hấp phụ Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ, tiến hành nghiên cứu động học hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu hấp phụ compozit PANi – Al2O3 theo mơ hình động học bậc bậc Kết thể hình 3.13, 3.14 bảng 3.6 Hình 3.103 Phương trình động học tuyến tính bậc trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 15 Hình 3.114 Phương trình động học tuyến tính bậc q trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi - Al2O3 Bảng 3.6 Các tham số mơ hình động học bậc 1, PANi – Al2O3 theo thời gian Ion Cr (VI) Pb (II) Mơ hình động học bậc qe k1 R2 (mg/g) (phút-1) qthực (mg/g) Mơ hình động học bậc qe k2 R2 (mg/g) (g/mg.phút) nghiệm 7,12 0,0435 0,9810 31,22 31,65 0,0182 0,9999 3,99 -0,0005 0,8810 12,74 13,64 0,0106 0,9981 Nhận xét: Kết bảng 3.6 cho thấy: Đối với trình hấp phụ Cr (VI): Các hệ số tương quan R nghiên cứu động học trình hấp phụ Cr (VI) PANi – Al 2O3 lớn, gần đến Giá trị R mơ hình động học bậc (R = 0,9999) lớn so với mơ hình động học bậc (R2 = 0,9810) Tuy nhiên, so sánh giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân tính theo mơ hình theo thực nghiệm vật liệu PANi – Al2O3, ta thấy qe theo mơ hình động học bậc 31,6456 (mg/g) sát với giá trị thực nghiệm (qthực nghiệm = 31,2164 mg/g) Điều chứng tỏ, trình hấp phụ ion Cr (VI) vật liệu 16 PANi –Al2O3 phù hợp với mơ hình động học bậc Tương tự, trình hấp phụ ion Pb (II) PANi Al2O3, hệ số tương quan R mơ hình động học bậc lớn mơ hình động học bậc 1; giá trị dung lượng hấp phụ cân mơ hình động học bậc 13,64 mg/g sát với giá trị thực nghiệm (q e = 12,74 mg/g) so với q e tính theo mơ hình động học bậc (qe = 3,99 mg/g) Điều chứng tỏ, trình hấp phụ ion Pb (II) vật liệu PANi –Al 2O3 phù hợp với mơ hình động học bậc Q trình hấp phụ tn theo mơ hình động học bậc 2, xác định lượng hoạt động hóa học q trình hấp phụ theo công thức (3.1) [17, 20, 27, 31]: Ea = RT [ln (k2qe2) - ln k2] (3.1) Trong đó: Ea: Năng lượng hoạt động hóa học (kJ/mol), R: Hằng số khí (8,314 J/mol), T: Nhiệt độ tuyệt đối (K); Kết cho thấy lượng hoạt động hóa học trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) composite PANi – Al 2O3 30 0C 17,41 kJ/mol 13,17 kJ/mol Giá trị nằm khoảng từ ÷ 25 kJ/mol, trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) composite PANi – Al2O3 hấp phụ vật lý [17, 20, 27, 31] Kết tính tốn Ea với trình hấp phụ ion cho thấy, lượng hoạt động hóa học Cr (VI) lớn Pb (II) chứng tỏ trình hấp phụ ion Pb (II) PANi – Al2O3 dễ dàng so với trình hấp phụ ion Cr (VI); điều trùng hợp với kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ thời gian đạt cân hấp phụ ion Pb (II) nhanh so với ion Cr (VI) 3.3.5 Khảo sát mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Từ kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, tiến hành khảo sát hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) compozit PANi – Al 2O3 theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich Kết thể hình 3.15, 17 3.16 bảng 3.7 Hình 3.125 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính q trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 Hình 3.136 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính q trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 Bảng 3.2 Các thông số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 18 Langmuir Freundlich Ion Cr (VI) Pb (II) Mơ hình hấp phụ Langmuir qmax KL R2 (mg/g) 48,31 4,63 0,9692 44,05 10,52 0,9896 Mơ hình hấp phụ Freundlich KF n R2 (mg/g) 1,64 9,484 0,9753 1,68 5,188 0,9841 Độ phù hợp mơ hình Freundlich thể qua hệ số n tính tốn từ mơ hình, n nằm khoảng từ ÷ 10 mơ hình phù hợp với thực nghiệm [19, 23] Bảng 3.3 Sự phụ thuộc tính chất mơ hình hấp phụ vào tham số RL [22] RL Tính chất mơ hình RL> Bất thuận lợi RL = Đường thẳng < RL< Thuận lợi RL = Không thuận lợi Nhận xét: Kết tính tốn cho thấy RL có giá trị nằm khoảng thuận lợi từ 0,0065 ÷ 0,0159 nồng độ ban đầu ion Cr (VI) tăng từ 13,37 ÷ 32,93 mg/L ; từ RL = 0,0095 ÷ 0,0044 nồng độ ban đầu ion Pb (II) tăng từ 9,89 ÷ 48,68 mg/L; hệ số N theo mơ hình hấp phụ Freundlich nằm khoảng thuận lợi trình hấp phụ, n = ÷ 10; Điều chứng tỏ hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu compozit theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Langmuir mơ hình thuận lợi cho hấp phụ Kết xử lý theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho thấy hệ số tương quan R2 VLHP cao, lớn 0,96 Điều chứng tỏ, trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) tuân theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo Langmuir ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 48,31 mg/g 44,05 mg/g, số Freundlich trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) 9,4842 mg/g 5,188 mg/g 19 Kết tính tốn giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max số Freundlich KF cho thấy, giá trị ứng với trình hấp phụ ion Cr (VI) lớn so với trình hấp phụ ion Pb (II), điều chứng tỏ khả hấp phụ ion Cr (VI) PANi - Al 2O3 tốt so với khả hấp phụ ion Pb (II) vật liệu hấp phụ KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công vật liệu Al 2O3 theo phương pháp sol – gel vật liệu nano compozit PANi – Al 2O3 theo phương pháp hóa học Cấu trúc vật liệu chứng minh phương pháp FT-IR XRD Al2O3 tồn chủ yếu dạng delta gamma; PANi – Al2O3 tồn dạng sợi, có chiều dài từ 200 ÷ 300 nm Đã xây dựng đường chuẩn để xác định nồng độ ion Cr (VI) theo phương pháp trắc quang khoảng nồng độ từ ÷ 2,5 mg/L; đường chuẩn để xác định nồng độ ion Pb (II) phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS khoảng nồng độ chì từ ÷ 15 mg/L Vật liệu compozit PANi – Al2O3 có khả hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) môi trường nước Hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) đạt kết tối ưu pH = 2÷ 6, thời gian đạt cân hấp phụ t = 80 phút, dung lượng hấp phụ tăng nồng độ ban đầu Cr (VI) tăng Hiệu suất hấp phụ ion Pb (II) đạt kết tối ưu pH = 3, thời gian đạt cân hấp phụ t = 60 phút, dung lượng hấp phụ tăng nồng độ ban đầu Pb (II) tăng Quá trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) compozit PANi – Al 2O3 phù hợp với mơ hình động học bậc 2, trình hấp phụ hấp phụ vật lý Sự hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) compozit PANi – Al2O3 tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Dung lượng hấp phụ cực đại ion Cr (VI) Pb (II) PANi – Al2O3 tính theo phương trình Langmuir 48,31 mg/g 44,05 mg/g 20 ... mg/g 44,05 mg/g Bố cục luận văn Luận văn có 54 trang bao gồm: Mở đầu: trang Chương 1: Tổng quan 28 trang Chương 2: Thực nghiệm trang Chương 3: Kết thảo luận 17 trang Kết luận: trang Phần tài liệu... môi trường nước vật liệu nano compozit polyanilin - nhôm oxit” Đối tượng nội dung nghiên cứu luận văn 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài loại vật liệu: polyanilin, nhôm oxit,... động học trình hấp phụ ion Cr (VI) Pb (II) vật liệu compozit PANi – nhơm oxit Những đóng góp luận văn Đã tổng hợp thành công vật liệu nano compozit polyanilin – nhơm oxit phương pháp hóa học