Ứng Dụng Phương Pháp Phổ Hấp Thụ Nguyên Tử Để Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Fe(III) Và Ni(II)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN TRẦN TRUNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Fe(III) VÀ Ni(II) TRÊN VẬT LIỆU COMPOZIT POLYANILIN - VỎ LẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN TRẦN TRUNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Fe(III) VÀ Ni(II) TRÊN VẬT LIỆU COMPOZIT POLYANILIN - VỎ LẠC Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 84.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Minh Quý THÁI NGUYÊN - 2018 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới giáo TS Bùi Minh Q Khoa Hóa Học - Trường Đại khoa Học - Đại học Thái Nguyên Người trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo Khoa Hóa học, thầy phòng Đào tạo, thầy cô Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên giảng dạy giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè ln bên cạnh, ủng hộ động viên em lúc gặp phải khó khăn để em hồn thành trình học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Trần Trung a MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC BẢNG .e DANH MỤC CÁC HÌNH f MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung sắt niken 1.1.1 Tính chất vật lý trạng thái tự nhiên 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Tác dụng sinh hóa sắt niken 1.2 Giới thiệu chung vật liệu compozit sở PANi vỏ lạc 1.2.1 Tổng quan chung PANi 1.2.2 Tổng quan vỏ lạc 1.2.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu compozit PANi - PPNN 1.2.4 Một số đặc trưng vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 1.3 Đặc điểm trình hấp phụ 10 1.3.1 Các khái niệm 10 1.3.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 12 1.3.3 Động học hấp phụ 16 1.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 20 1.4.1 Nguyên tắc phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 20 1.4.2 Những ưu, nhược điểm phép đo AAS 22 1.4.3 Đối tượng phạm vi ứng dụng AAS 24 Chương 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu 26 b 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 26 2.2 Hóa chất - Thiết bị, dụng cụ 26 2.2.1 Hóa chất 26 2.2.2 Thiết bị - Dụng cụ 27 2.3 Thực nghiệm 27 2.3.1 Khảo sát phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 27 2.3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ Fe (III) Ni (II) compozit PANi - vỏ lạc 28 2.3.3 Nghiên cứu mẫu thực 29 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Đánh giá phép đo phổ F - AAS 31 3.1.1 Tổng hợp điều kiện xác định Fe Ni phép đo phổ AAS 31 3.1.2 Đường chuẩn xác định Fe Ni 31 3.1.3 Giới hạn phát giới hạn định lượng phép đo AAS 33 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ Fe (III) Ni (II) vật liệu PANi vỏ lạc 33 3.2.1 Ảnh hưởng pH 33 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 35 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ 37 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) 39 3.2.5 Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 40 3.2.6 Nghiên cứu động học hấp phụ vật liệu compozit 42 3.3 Nghiên cứu mẫu thực 44 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 c DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ Tên tiếng Việt Ký hiệu PANi Polyanilin C0 Nồng độ ban đầu VLHP Vật liệu hấp phụ Ce Nồng độ thời điểm cân C Nồng độ thời điểm t T Thời gian H Hiệu suất hấp phụ Q Dung lượng hấp phụ qe Dung lượng hấp phụ cân viết tắt PPNN TLTK Phụ phẩm nông nghiệp Tài liệu tham khảo Tên tiếng Việt qmax Dung lượng hấp phụ cực đại KL Hằng số Langmuir RL KF N k1, k2 Ea Tham số cân phương trình Langmuir Hằng số Freundlich Hệ số phương trình Freundlich Hằng số tốc độ bậc 1, bậc Năng lượng hoạt động trình hấp phụ R Hằng số khí T Nhiệt độ tuyệt đối m Khối lượng chất hấp phụ R2 Hệ số tương quan d DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Mối tương quan RL dạng mơ hình [12, 30] 14 Bảng 1.2 Một số mơ hình động học bậc 19 Bảng 1.3 Độ nhạy nguyên tố theo phép đo AAS 23 Bảng 2.1 Thời gian địa điểm lấy mẫu thực 29 Bảng 3.1 Các điều kiện xác định Fe, Ni phương pháp F-ASS [25] 31 Bảng 3.2 Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ Fe Ni 31 Bảng 3.3 Các thông số phân tích phương sai đường chuẩn xác định Fe Ni phép đo phổ AAS 32 Bảng 3.4 Giới hạn phát (LOD) giới hạn định lượng (LOQ) Fe Ni phép đo AAS 33 Bảng 3.5 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc vào pH 34 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc vào thời gian hấp phụ 35 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc vào khối lượng chất hấp phụ PANi - vỏ lạc 37 Bảng 3.8 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi vỏ lạc 39 Bảng 3.9 Các thông số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich ion Fe(III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 41 Bảng 3.10 Các tham số mô hình động học bậc bậc trình hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 43 Bảng 3.11 Kết tách loại ion Fe (III) Ni (II) khỏi mẫu thực 44 e DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phổ hồng ngoại compozit PANi - vỏ lạc 10 Hình 1.2 Ảnh SEM vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 10 Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [1] 13 Hình 1.4 Đồ thị phụ thuộc C/q vào C [1] 13 Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (a), đồ thị để tìm số phương trình Freundlich (b) [1] 15 Hình 1.6 Đồ thị phụ thuộc lg(qe - qt) vào t 17 Hình 1.7 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 20 Hình 1.8 Sơ đồ khối thiết bị AAS 22 Hình 3.1 Đồ thị đường chuẩn Fe (a) Ni (b) 32 Hình 3.2 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vào pH 34 Hình 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) theo thời gian vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 36 Hình 3.4 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vào khối lượng vật liệu hấp phụ PANi - vỏ lạc 38 Hình 3.5 Sư phụ thuộc dung lượng hấp phụ (a) hiệu suất hấp phụ (b) vào nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) vật liệu PANi vỏ lạc 40 Hình 3.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính q trình hấp phụ Fe (III) (hình a) Ni (II) (hình b)của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 41 Hình 3.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính q trình hấp phụ Fe (III) (hình a) Ni (II) (hình b)của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 41 Hình 3.8 Phương trình động học hấp phụ Fe (III) Ni (II) dạng tuyến tính bậc (hình a) bậc (hình b) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc 43 Bảng 3.9 Kết tách loại ion Fe (III) Ni (II) khỏi mẫu thực 44 f MỞ ĐẦU Nền cơng nghiệp ngày phát triển nguy ô nhiễm môi trường ngày cao, đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng 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, hàm lượng lớn chúng lại có độc tính cao nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Các kim loại nặng vào thể qua đường hơ hấp, tiêu hóa qua da Khi đó, chúng tác động đến trình sinh trưởng phát triển động thực vật Trong số kim loại nặng Fe(III) Ni(II) nguyên tố gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống sinh vật sống nói chung người nói riêng Mặc dù sắt coi nguyên tố vi lượng cần thiết cho người, vượt mức cho phép (0,3 mg/l), gây tình trạng ứ đọng sắt mơ tim, gan, tuyến nội tiết … dẫn đến rối loạn trầm trọng chức quan [35] Do vậy, sắt coi chất gây ô nhiễm thứ cấp chất gây thẩm mỹ cho nước Niken nguyên tố coi chất gây ung thư cho người thể người Đặc biệt độc tính niken tăng cường có thêm nguyên tố khác đồng, coban, sắt, kẽm [35] Vì vậy, cần có biện pháp loại bỏ ion kim loại môi trường nước Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách kim loại nặng khỏi môi trường hấp phụ phương pháp áp dụng rộng rãi cho kết khả thi [4, 5, 17] Một vật liệu hấp phụ quan tâm nghiên cứu vật liệu compozit polyanilin - vỏ lạc Với kết hợp polyme dẫn phụ phẩm nông nghiệp - vỏ lạc, loại vật liệu nhận nhiều quan tâm nhà khoa học nước [1113,16,17,30-,34] Xuất phát từ vấn đề nêu nên chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để nghiên cứu khả hấp phụ ion Fe(III) Ni(II) vật liệu compozit polyanilin- vỏ lạc” Nội dung luận văn: - Đánh giá phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định sắt niken - Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Fe(III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc theo yếu tố: thời gian, pH, khối lượng vật liệu hấp phụ nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ - Khảo sát động học hấp phụ cân hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt - Nghiên cứu mẫu thực Hình 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) theo thời gian vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Kết cho thấy, khoảng thời gian nghiên cứu từ ÷ 120 phút, nồng độ Fe (III) Ni (II) sau hấp phụ giảm theo thời gian, dẫn đến hiệu suất hấp phụ tăng Cụ thể: Đối với Fe (III): hiệu suất hấp phụ đạt 47,971 % sau phút; từ ÷ 60 phút, hiệu suất hấp phụ tăng dần đến 92,851 %; từ 60 ÷ 120 phút, hiệu suất hấp phụ tăng chậm H = 92,851 ÷ 92,866 %, đường biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào thời gian có dạng gần song song với trục hồnh, chứng tỏ hấp phụ đạt đến trạng thái cân khoảng thời gian từ 60 ÷ 120 phút Đối với Ni (II): sau phút, hiệu suất hấp phụ Ni (II) PANi - vỏ lạc thấp, đạt 7,660 %; từ ÷ 90 phút, hiệu suất hấp phụ tăng dần đến 68,250 %; từ 90 ÷ 120 phút, hiệu suất hấp phụ tăng chậm, đường biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào thời gian có dạng gần song song với trục hoành, chứng tỏ hấp phụ đạt đến trạng thái cân khoảng thời gian từ 90 ÷ 120 phút 36 Điều cho thấy, thời gian đạt đến cân hấp phụ ion kim loại vật liệu PANi - vỏ lạc khác Để trình hấp phụ ion kim loại diễn hồn tồn, chúng tơi lựa chọn thời gian hấp phụ Fe (III) Ni (II) 60 phút 90 phút cho nghiên cứu Tại thời điểm tương ứng, hiệu suất hấp phụ Fe (III) lớn hấp phụ Ni (II) Kết phần cho thấy khả hấp phụ Fe (III) PANi - vỏ lạc tốt so với Ni (II) 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ Tiến hành thí nghiệm mục 2.3.2.3, kết bảng 3.7 hình 3.4 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc vào khối lượng chất hấp phụ PANi - vỏ lạc Fe (III) Khối lượng Ni (II) (g) C (mg/l) H (%) C (mg/l) H (%) 0,01 2,126 78,740 5,923 40,770 0,02 1,945 80,550 4,782 52,180 0,03 1,534 84,660 4,239 57,610 0,04 0,982 90,180 3,789 62,110 0,05 0,717 92,830 3,208 67,920 0,06 0,717 92,830 3,192 68,080 0,08 0,717 92,830 3,199 68,010 0,1 0,717 92,830 3,219 67,810 37 Hình 3.4 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Fe (III) Ni (II) vào khối lượng vật liệu hấp phụ PANi - vỏ lạc Kết bảng 3.7 hình 3.3 cho thấy, hiệu suất hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) phụ thuộc vào khối lượng chất hấp phụ PANi - vỏ lạc Với ion Fe (III): Hiệu suất hấp phụ đạt cao (H = 78,740 %) khối lượng chất hấp phụ nhỏ m = 0,01 g; Khi khối lượng PANi - vỏ lạc tăng từ 0,01 ÷ 0,05 g, hiệu suất hấp phụ tăng lên 92,830 % Khi tiếp tục tăng lượng chất hấp phụ lên 0,10 g, hiệu suất hấp phụ không tăng Kết lượng Fe (III) cố định, tăng lượng chất hấp phụ đồng nghĩa với việc tăng diện tích bề mặt chất hấp phụ vị trí hấp phụ, hiệu suất hấp phụ tăng Tuy nhiên tiếp tục tăng khối lượng chất hấp phụ dẫn đến việc cân nồng độ Fe (III) dung dịch bề mặt chất hấp phụ PANi - vỏ lạc, hiệu suất hấp phụ không tăng [30,33] Như vậy, với m = 0,05 g tương đương với trình bão hòa tâm hấp phụ, lựa chọn m = 0,05 g cho nghiên cứu Với ion Ni (II): Tại khối lượng chất hấp phụ nhỏ (m = 0,01 g), hiệu suất hấp phụ Ni (II) PANi - vỏ lạc thấp (H = 40,770 %), hiệu suất hấp phụ tăng dần khối lượng PANi - vỏ lạc tăng đến m = 0,06 g (H = 38 68,080 %); Với khối lượng PANi - vỏ lạc tăng từ 0,05 đến 0,06 g, hiệu suất hấp phụ tăng ít, coi giá trị khối lượng có tượng cân nồng độ Ni (II) dung dịch bề mặt PANi - vỏ lạc [30,33] Tại m = 0,08 0,10 g, hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ (H = 67,810 %) Có thể giải thích tượng chồng chéo, chiếm chỗ vị trí hấp phụ vật liệu Ni (II), trình làm cho liên kết chất hấp phụ (PANI - vỏ lạc) bị hấp phụ (Ni (II)) bị đứt gãy, dẫn đến tượng giải hấp phụ làm hiệu suất hấp phụ giảm Để đảm bảo q trình cần hấp phụ, chúng tơi lựa chọn khối lượng PANi - vỏ lạc 0,05 g hai trình hấp phụ Fe (III) Ni (II) để thực nghiên cứu 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) Tiến hành thí nghiệm mục 2.3.2.4, kết bảng 3.8 hình 3.5 Bảng 3.8 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Co (mg/l) Fe (III) Ni (II) C (mg/l) q (mg/g) H (%) C (mg/l) q (mg/g) H (%) 0,329 4,671 93,424 1,458 3,542 70,840 10 0,715 9,285 92,851 3,175 6,825 68,250 15 1,117 13,883 92,551 6,342 8,658 57,720 20 1,524 18,476 92,380 9,151 10,849 54,245 30 2,343 27,657 92,190 15,278 14,722 49,073 40 3,149 36,851 92,128 22,943 17,057 42,643 50 3,992 46,008 92,016 29,176 20,824 41,648 39 (a) (b) Hình 3.5 Sư phụ thuộc dung lượng hấp phụ (a) hiệu suất hấp phụ (b) vào nồng độ ban đầu Fe (III) Ni (II) vật liệu PANi - vỏ lạc Kết nghiên cứu cho thấy, khoảng nồng độ khảo sát, nồng độ ban đầu dung dịch tăng từ ÷ 50 mg/l dung lượng hấp phụ ion tăng từ 4,671 ÷ 46,008 mg/g Fe (III), từ 3,542 ÷ 20,824 mg/g Ni (II); hiệu suất hấp phụ giảm từ 93,424 ÷ 92,016 % Fe (III), từ 70,840 ÷ 41,648 % Ni (II) Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu tuân theo phương trình (3.1) (3.2) với Fe (III), phương trình (3.3) (3.4) với Ni (II) với hệ số tương quan cao y = -5.10-5x2 + 0,9214x + 0,07; R² = (3.1) y = 0,001x2 - 0,0823x + 93,667; R² = 0,951 (3.2) y = -0,0028x2 + 0,5197x + 1,451; R² = 0,995 (3.3) y = 0,0147x2 - 1,4776x + 78,713; R² = 0,980 (3.4) 3.2.5 Nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Dựa vào kết khảo sát khả hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) theo nồng độ vật liệu compozit PANi - vỏ lạc, mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich xác lập để tính tốn thơng số động học hấp phụ Kết thể hình 3.6, 3.7 bảng 3.9 40 (a) (b) Hình 3.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính q trình hấp phụ Fe (III) (hình a) Ni (II) (hình b)của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Hình 3.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính q trình hấp phụ Fe (III) (hình a) Ni (II) (hình b)của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Bảng 3.9 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich ion Fe(III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Mơ hình Langmuir Ion R2 qmax KL (mg/g) (l/mg) Mơ hình Freundlich RL R2 n KF (mg/g) Fe (III) 0,9001 357,14 0,0065 0,29 ÷ 0,97 0,9998 1,06 12,45 Ni (II) 0,9567 27,17 0,4792 0,04 ÷ 0,75 0,9867 1,79 3,14 41 Sự phù hợp lý thuyết thực nghiệm mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt ion Fe (III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc định dựa yếu tố: - Hệ số tương quan R2 giá trị thực nghiệm mơ hình đề xuất - Hệ số n mơ hình đẳng nhiệt Freundlich: < n < 10 thuận lợi cho trình hấp phụ [12], - Tham số Langmuir RL: < RL < dạng thuận lợi [12], Từ kết thu bảng 3.9, nhận thấy hệ số tương quan R2 cao cho mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt (R2 > 0,90); giá trị hệ số n tham số RL nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ Các giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max KF Fe (III) lớn nhiều so với Ni (II) chứng tỏ khả hấp phụ Fe (III) PANi - vỏ lạc lớn Ni (II) Kết phù hợp với kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Fe (III) Ni (II) PANi - vỏ lạc Kết luận: Quá trình hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc phù hợp với hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich; dung lượng hấp phụ cực đại đạt 357,14 mg/g với hấp phụ Fe (III) 27,17 mg/g với hấp phụ Ni (II) PANi - vỏ lạc 3.2.6 Nghiên cứu động học hấp phụ vật liệu compozit Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng khả hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc theo thời gian, tiến hành nghiên cứu động học trình hấp phụ ion theo mơ hình động học hấp phụ bậc bậc Kết thể hình 3.8 bảng 3.10 Kết thu bảng 3.10 cho thấy: - Hệ số tương quan R2 mơ hình động học bậc (R2 > 0,97) gần tiến tới lớn so với mô hình động học bậc (R2 = 0,8209; 0,8886), - Giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân (q e) Fe (III) Ni (II) tính theo mơ hình động học bậc sát với dung lượng hấp phụ thực nghiệm 42 Điều chứng tỏ hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc phù hợp với mơ hình động học bậc Hình 3.8 Phương trình động học hấp phụ Fe (III) Ni (II) dạng tuyến tính bậc (hình a) bậc (hình b) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Bảng 3.10 Các tham số mơ hình động học bậc bậc trình hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc Mơ hình động học bậc Ion R qe k1 qthực Mơ hình động học bậc nghiệm (mg/g) (phút -1) (mg/g) R2 qe k2 (mg/g) (g/mg.phút) Fe (III) 0,8886 7,586 0,0928 9,287 0,9994 9,737 0,0210 Ni (II) 17,616 0,0702 6,833 0,9742 10,460 0,0017 0,8209 Sự hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) tn theo mơ hình động học bậc 2, áp dụng cơng thức (1.23) để xác định lượng hoạt động trình hấp phụ (Ea) hệ Kết cho thấy giá trị Ea Fe (III) Ni (II) 11,54 kJ/mol 11,91 kJ/mol, trình hấp phụ ion Fe (III) Ni (II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc trình hấp phụ vật lý [18] Kết phù hợp với kết xác định tham số n mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich, n nhỏ (n = 1,06; 1,97) chất lực hấp phụ thiên dạng vật lý, lực hấp phụ yếu [3,4] 43 3.3 Nghiên cứu mẫu thực Kết tách loại Fe (III) Ni (II) khỏi mẫu nước thải thể bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết tách loại ion Fe (III) Ni (II) khỏi mẫu thực CFe CNi (mg/l) (mg/l) M1 5,232 M2 M3 Mẫu Sau hấp phụ C H (mg/l) (%) - 1,509 71,16 2,230 - 0,421 81,12 1,235 - 0,212 82,83 (Dấu " - ” không phát được) Tại khu vực Thượng Cửu, Thanh Sơn, Phú Thọ nơi có bốn mỏ khai thác quặng sắt gồm: mỏ Đông Phương Hồng, Việt Đức, Thăng Long Tân Liên Thành Kết phân tích mẫu nước lấy khu vực cho thấy hàm lượng Fe (III) cao vượt tiêu chuẩn cho phép nước mặt nhiều lần theo Tiêu chuẩn Việt Nam chất lượng nước mặt TCVN 5942-95 Tuy nhiên với mẫu không xác định lượng niken, tiến hành xử lý loại bỏ Fe khỏi mẫu Kết xác định nồng độ sắt sau sử dụng vật liệu hấp phụ compozit PANi - vỏ lạc để xử lý mẫu nước cho thấy, nồng độ sắt mẫu nước giảm rõ rệt Hiệu suất xử lý đạt từ 71 ÷ 82 % Hiệu suất nhỏ so với thí nghiệm nghiên cứu Điều giải thích mẫu thực, ngồi sắt có ion kim loại khác bị hấp phụ vật liệu nghiên cứu, ảnh hưởng tới dung lượng hiệu suất hấp phụ, dẫn đến hiệu suất hấp phụ giảm Với mẫu M1, sau trình xử lý, hàm lượng sắt mẫu đạt mức B - nước mặt dùng cho mục đích khác 44 Với mẫu M2, M3, sau trình xử lý vật liệu PANi - vỏ lạc, hàm lượng sắt mẫu đạt mức dành cho nước sinh hoạt theo Tiêu chuẩn Việt Nam quy định hàm lượng sắt nước sinh hoạt TCVN: 2003 (hàm lượng sắt ≤ 0,5 mg/l) Từ kết xử lý sắt mẫu thực cho thấy, sử dụng vật liệu compozit PANi - vỏ lạc để xử lý loại bỏ sắt mẫu thực đạt tiêu chuẩn dùng cho nước mặt nước sinh hoạt 45 KẾT LUẬN Đã xây dựng đường chuẩn xác định sắt niken phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Xác định giới hạn phát giới hạn định lượng phép đo, với sắt 0,1071 mg/l 0,3571 mg/l, với niken 0,3123 mg/l 1,0409 mg/l Nghiên cứu khả hấp phụ ion Fe (III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc cho thấy: Khả hấp phụ Fe (III) Ni(II) compozit tốt môi trường axit yếu (pH = 6), thời gian đạt cân hấp phụ 60 phút với Fe (III) 90 phút với Ni (II); khối lượng PANi - vỏ lạc tối ưu 0,05 g cho 50 ml dung dịch chất nghiên cứu Sự hấp phụ ion Fe (III) Ni(II) vật liệu compozit PANi - vỏ lạc tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich, với dung lượng hấp phụ cực đại Fe (III) Ni (II) đạt 357,14 mg/g 27,17 mg/g (tính theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir) Q trình hấp phụ ion Fe (III) Ni(II) PANi - vỏ lạc tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc Vật liệu compozit PANi - vỏ lạc có khả loại bỏ sắt mẫu thực với hiệu suất cao 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Ngọc Ban, Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học Quốc gia, 2007, Hà Nội, Thi Binh Phan, Thi Tot Pham, Thi Xuan Mai, Minh Quy Bui and Thi Thanh Thuy Mai, Synthesis and characterization of nanostructured composite based on rice husk and polyaniline, Processdings of the sixth international workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, Halong City, Vietnam, 2012, Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lý nước, NXB Thanh niên, 1999, Hà Nội, Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước thải, NXB Thống kê, 2002, Hà Nội, Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hương, Vũ Kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng, Tổng hợp hóa học polyanilin hoạt hóa camphosulfonic axit, Tạp chí hóa học, 2009, Nguyễn Thùy Dương, Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dò sử lý mơi trường, Luận văn thạc sỹ khoa học hóa học, Đại học Sư phạmThái Nguyên, 2008, Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia, 2003, Hà Nội, Hoàng Xuân Lượng, Cơ học vật liệu composite, Học viện Kỹ thuật quân (tài liệu lưu hành nội bộ), 2003, Hà Nội, Trần Văn Nhân (chủ biên), Hóa lý (tập II), NXB Giáo dục, 1998, Hà Nội, Trần Văn Nhân, Hóa keo, NXB Đại học Quốc gia, 2004, Hà Nội, 10 Bùi Minh Quý, Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng Pb (II), Cr (VI) Cd (II), Luận văn tiến sĩ, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2015, Hà Nội 47 11 Bùi Minh Quý, Vi Thị Thanh Thủy, Vũ Quang Tùng, Phan Thị Bình, Tổng hợp nghiên cứu tính chất compozit PANi - mùn cưa, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - ĐHTN, 2012, 12 Bùi Minh Quý, Phan Thị Bình, Vũ Thị Thái Hà, Vũ Quang Tùng, Tổng hợp nghiên cứu khả hấp phụ Cr (VI) compozit PANi - vỏ lạc, Tạp chí Hóa học, 2012, 13 Bùi Minh Q, Phan Thị Bình, Nguyễn Thị Liên, Vũ Quang Tùng, Tổng hợp nghiên cứu khả hấp phụ Cr (VI) compozit PANi - vỏ đỗ, Tạp chí Hóa học, 2012, 14 Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức, Vật liệu compoziT - học công nghệ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001, 15 Nguyễn Thị Thu, Hóa keo, NXB Sư phạm, 2002, Hà Nội, 16 Nguyễn Thị Hân, “Xác định hàm lượng Cadimi Chì số loại rau xanh huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử F - AAS”, Luận văn thạc sĩ Khoa học Hóa Học, Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên, 2010, 17 Nguyễn Thị Thúy Nga, “ Nghiên cứu khả hấp phụ đồng, niken, sắt vật liệu oxit mangan kích thước nanomet mơi trường nước”, Luận văn thạc sĩ Khoa học Hóa Học , Đại Học Sư phạm Thái Nguyên 2011, 18 Bài giảng độc học môi trường Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam 19 Đặng Kim Chi,Hóa Học mơi trường, NXB Khoa Học-kỹ Thuật, 2001 20 Lâm Minh Triết “ Phương pháp Phân tích kim loại nặng nước nước thải ”, NXB Khoa học- kỹ Thuật, 2000 21 Trịnh Thị Thanh, “ Độc học môi trường sức khỏe người NXB khoa học kỹ thuật ( 2001) 22 Tiêu chuẩn Quốc Gia TCVN6663-1:2011(iso5667-1:2006) chất lượng nước - lấy mẫu - phần hướng dẫn lập chương chình lấy mẫu kỹ thuật lấy mẫu 48 23 Giáo trình hóa học mơi trường (PGS.TS Đặng đình bạch chủ biên , TS nguyễn Văn Hải) 24 Giáo trình Hóa vơ ( Thầy Hồng Nhâm), 25 Giáo trình phương pháp phân tích phổ ngun tử (NXB Đại học quốc gia Hà Nội , Phạm Luận.) 26 H,C, Trivedi, V,M, Patel, R,D, Patel, Adsorption of cellulose triacetate on calcium silicate, Eur, Polym, 1973 27 K, B, Hardiljeet et all, Kinetics and thermodynamics of cadmiumi on removal by adsorption onto nano Zerovalent iron particles, Journal of Hazardous Materials, 2010, 28 M, S, Rahmanifar, M, F, Mousavi, M, Shamsipur, M, Gheami, What is the limiting factor of the cycle - life of Zn - polyaniline rechargeable batteries, J, Power Sources, 2004, 29 Qin Li, Li Sun, Ya Zhang, Yan Qian, Jianping Zhai, Characteristics of equilibrium, kinetics studies for adsorption of Hg (II) and Cr (VI) by polyaniline/humic acid composite, Desalination 266, 2011, 30 R, Ansari and F, Raofie, Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using Sawdust Coated by Polyaniline, E-Journal of Chemistry, 2006, 31 Reza Ansari and Zahra Mosayebzadeh, Removal of Eosin Y, an Anionic Dye, from Aqueous Solutions Using Conducting Electroactive Polymers, Iranian Polymer Journal 19 (7), 2010, 32 Reza Ansari, Application of polyaniline and its composites for adsorption/ recovery of chromium (VI) from aqueous solutions, Acta Chim, Slov, 2006, 33 Yuh-Shan Ho, Augustine E, Ofomaja, Pseudo-second-order model for lead ion sorption from aqueous solutions onto palm kernel fiber, Journal of Hazardous Materials, 2006, 49 34 Ping Ge, Fenfting Li, Kinetics and Thermodynamic of heavy metal Cu (II) adsorption on mesoporous silicates, Polish J, of Environ,Stud, 2011, 20(2), 339 - 344, 31 S,Trasatti, L, Formaro, Kinetics and mechanism of the adsorption of glycolaldehyde on a smooth platinum electrode, J, Electroanal, Chem, 1968, (7) 343-364, 32 Y,S, Ho, G, McKay, A comparison of chemisorption kinetic models applied to pollutant removal on various sorbents, Process Saf, Environ, Protect, 1998, 76B, 332-340, 33 Y, S, Ho, Adsorption of heavy metals from waste streams by peat, Ph,D, Thesis, University of Birmingham, 1995, U,K, 34 A, Findon, O, Mckay and H,,S, Blair, Transport studies for the sorption of copper ions by chitosan, J,Environ,Sci,Health, 1993, A28, 173 - 185, 35 https://vi.wikipedia.org/wiki/sắt 50 ... hấp phụ hóa học 1.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 1.4.1 Nguyên tắc phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [8] phương pháp dùng để xác định nồng độ nguyên. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN TRẦN TRUNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Fe(III) VÀ Ni(II) TRÊN VẬT LIỆU COMPOZIT... nghiên cứu khả hấp phụ ion Fe(III) Ni(II) vật liệu compozit polyanilin- vỏ lạc” Nội dung luận văn: - Đánh giá phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định sắt niken - Khảo sát khả hấp phụ ion kim