Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía và khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trong môi trường nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÃ MÍA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÃ MÍA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Thị Duyên Sinh viên thực : Nguyễn Hoàng Phương Lớp :12CHD Đà Nẵng – Năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA Độc lập - Tự - Hạnh Phúc   NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Phương Lớp: 12CHD Tên đề tài: Nghiên cứu biến tính bã mía axit citric khảo sát khả hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: Bã mía, cốc, tủ sấy, bình tam giác, giấy lọc, phễu lọc, cân phân tích… Nội dung nghiên cứu: Thăm dò khả hấp phụ hợp chất màu, hợp chất hữu ion kim loại nặng bã mía biến tính axit citric Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu hấp phụ (nồng độ axit citric, thời gian biến tính, nhiệt độ nung) Khảo sát khả hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước VLHP Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên Ngày giao đề tài: Ngày 26 tháng 08 năm 2015 Ngày hoàn thành: Ngày 20 tháng 04 năm 2016 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Lê Tự Hải TS Vũ Thị Duyên Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016 Kết điểm đánh giá: Ngày … tháng … năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM GVHD: TS Vũ Thị Duyên CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA Độc lập - Tự - Hạnh phúc   ĐỀ CƯƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Phương Lớp: 12CHD Tên đề tài: Nghiên cứu biến tính bã mía axit citric khảo sát khả hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: Bã mía, cốc, tủ sấy, bình tam giác, giấy lọc, phễu lọc… Nội dung nghiên cứu: Thăm dò khả hấp phụ hợp chất màu, hợp chất hữu ion kim loại nặng bã mía biến tính axit citric Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu hấp phụ (nồng độ axit citric, thời gian biến tính, nhiệt độ nung) Khảo sát khả hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước VLHP Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên Ngày giao đề tài: Ngày 26 tháng 08 năm 2015 Ngày hoàn thành: Ngày 20 tháng 04 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên TS Vũ Thị Duyên Nguyễn Hoàng Phương Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 27 tháng năm 2016 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên LỜI CẢM ƠN Em xin trân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường thầy khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, hết lòng giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian em học tập trường Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Vũ Thị Duyên, người tận tâm hướng dẫn, bảo cho em, cô theo sát giúp đỡ em suốt trình thực đề tài, đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy quản lí phịng thí nghiệm tạo điều kiện để em thực tốt luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em học tập nghiên cứu suốt thời gian qua Em xin kính chúc Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, quý thầy cô, đặc biệt thầy khoa Hóa, lời chúc sức khỏe thành công công tác đào tạo Em xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 27 tháng 04 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Hoàng Phương SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY MÍA .4 1.1.1 SƠ LƯỢC VỀ CÂY MÍA 1.1.2 BÃ MÍA 1.2 TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG .7 1.2.1 KHÁI QUÁT CHUNG 1.2.2 TÌNH TRẠNG NGUỒN NƯỚC BỊ Ô NHIỄM NGUỒN KIM LOẠI NẶNG 1.2.3 TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VỀ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG 1.2.4 GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI ĐỒNG 10 1.3 GIỚI THIỆU VỀ AXIT CITRIC (KÝ HIỆU: E330) 12 1.3.1 CẤU TẠO, DANH PHÁP 12 1.3.2 TÍNH CHẤT CỦA AXIT CITRIC .12 1.3.2.1 Tính chất vật lý 12 1.3.2.2 Tính chất hóa học 13 1.3.3 TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN 13 1.3.4 ỨNG DỤNG TRONG HÓA THỰC PHẨM 13 1.3.5 MỘT SỐ TÁC DỤNG KHÔNG MONG MUỐN 14 1.4 MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ 14 1.5 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 16 1.5.1 HIỆN TƯỢNG HẤP PHỤ 16 1.5.1.1 Hấp phụ vật lý 16 1.5.1.2 Hấp phụ hóa học .17 1.5.2 HẤP PHỤ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 18 1.5.3 ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ 19 1.5.4 CÂN BẰNG HẤP PHỤ - CÁC PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT 19 1.5.5 PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ LANGMUIR 20 1.5.6 PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ FREUNDLICH 21 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 1.5.7 PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ BET 21 1.5.8 HIỆU SUẤT VÀ HIỆU DUNG HẤP PHỤ 22 1.5.8.1 Dung lượng hấp phụ cân (q) 22 1.5.8.2 Hiệu suất hấp phụ (H%) 22 1.5.9 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 22 CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .24 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT 24 2.1.1 NGUYÊN LIỆU 24 2.1.2 THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ 24 2.1.3 HÓA CHẤT 24 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.2.1 THU GOM VÀ XỬ LÝ MẪU BÃ MÍA 26 2.2.1.1 Cách tiến hành 26 2.2.1.2 Xác định độ ẩm 26 2.2.2 THĂM DỊ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA BÃ MÍA BIẾN TÍNH: XANH METYLEN; AXIT AXETIC; ION KIM LOẠI (CU2+; ZN2+; PB2+) 27 2.2.2.1 Thăm dò khả hấp phụ xanh metylen bã mía biến tính .27 2.2.2.2 Thăm dị khả hấp phụ axit axetic bã mía biến tính 27 2.2.2.3 Thăm dò khả hấp phụ ion kim loại (Cu2+; Zn2+; Pb2+) bã mía biến tính 27 2.2.3 BIẾN TÍNH BÃ MÍA BẰNG AXIT CITRIC 27 2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp este hóa xenlulozo axit citric 27 2.2.3.2 Cách tiến hành 29 2.2.3.3 Các yếu tố cần khảo sát đến q trình biến tính bã mía axit citric .29 2.2.4 PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS) 30 2.2.4.1 Nguyên tắc 30 2.2.4.2 Cấu tạo máy quang phổ hấp phụ nguyên tử .31 2.2.4.3 Phương pháp đường chuẩn .31 2.2.5 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA VLHP 32 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 2.2.6 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CU (II) CỦA BÃ MÍA BIẾN TÍNH 32 2.2.6.1 Cách tiến hành 32 2.2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ cần khảo sát .34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36 3.1 XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH HĨA LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU BAN ĐẦU 36 3.1.1 THU GOM MẪU VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM 36 3.1.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA VLHP 37 3.2 NGHIÊN CỨU THĂM DÒ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA BÃ MÍA BIẾN TÍNH .38 3.2.1 HẤP PHỤ XANH METYLEN 38 3.2.2 HẤP PHỤ AXIT AXETIC .39 3.2.3 HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG (CU2+, ZN2+, PB 2+) 40 3.3 TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÃ MÍA BẰNG CÁCH BIẾN TÍNH BẰNG AXIT CITRIC 41 3.3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ AXIT CITRIC 41 3.3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BIẾN TÍNH 42 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian biến tính 43 3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ION KIM LOẠI CU2+ CỦA VLHP .45 3.4.1 THỜI GIAN ĐẠT CÂN BẰNG HẤP PHỤ 45 3.4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ RẮN : LỎNG ĐẾN HIỆU SUẤT HẤP PHỤ 46 3.4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CU2+ ĐẾN HIỆU SUẤT HẤP PHỤ .46 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 4.1 KẾT LUẬN .50 4.2 KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên DANH MỤC BẢNG - BIỂU Bảng 1.1 Thành phần lignocellulose bã mía Bảng 1.2 Giá trị giới hạn nồng độ chất ô nhiễm nước thải công nghiệp 10 Bảng 1.3 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 20 Bảng 2.1 Mật độ quang dung dịch chuẩn 33 Bảng 3.1 Kết khảo sát độ ẩm bã mía 36 Bảng 3.2 Mật độ quang dung dịch chuẩn 38 Bảng 3.3 Các điều kiện tối ưu để chế tạo VLHP từ bã mía .44 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên DANH MỤC HÌNH ẢNH – SƠ ĐỒ Hin ̀ h 1.1 Cây mía .4 Hình 1.2 Bã mía Hình 1.3 Ứng dụng bã mía Hình 1.4 Nước bị ô nhiễm kim loại nặng Hình 1.5 Tinh thể đồng 11 Hình 2.1 Phản ứng este hóa xenlulozo axit citric 28 Hình 2.2 Đường chuẩn phân tích Cu2+ .33 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU .35 Hình 3.1 Ngun liệu bã mía thơ dạng sợi (a) dạng xay (b) .36 Hình 3.2 Ảnh SEM độ phóng đại x150; x300 x2000 37 Hình 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ xanh metylen 38 Hình 3.4 Hiệu suất hấp phụ xanh metylen bã mía biến tính axit citric nồng độ 0.2M -1M .39 Hình 3.5 Hiệu suất hấp phụ axit axetic VLHP axit citric nồng độ 0.2-1M 39 Hình 3.6 Hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng Pb2+; Cu2+; Zn2+ VLHP 41 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ VLHP 42 Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ biến tính đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía .43 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian biến tính 1200C đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ 44 Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính 45 Hình 3.11 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn:lỏng đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính .46 Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ion Cu2+ 47 Hình 3.13 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir 47 Hình 3.14 Dạng tuyến tính phương trình Freundlich 48 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 85.5 Hiệu suất (%) 85 84.5 84 83.5 83 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Nồng độ (M) 12Hình 3.4 Hiệu suất hấp phụ xanh metylen bã mía biến tính axit citric nồng độ 0.2M -1M 3.2.2 Hấp phụ Axit axetic Vật liệu hấp phụ sau biến tính axit citric cho sau thăm dò khả hấp phụ xanh metylen đem hấp phụ axit axetic Kết thực nghiệm đưa hình 3.5 4.5 Hiệu suất (%) 3.5 2.5 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Nồng độ (M) 13Hình 3.5 Hiệu suất hấp phụ axit axetic VLHP axit citric nồng độ 0.2-1M SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 39 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Dun Bã mía biến tính axit citric có khả hấp phụ tốt xanh metylen lại hấp phụ axit axetic Hiệu suất hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ axit citric dao động từ 0.5% đến 4.5% Sử dụng axit citric bão hòa hiệu suất hấp phụ đạt 18.7% Điều giải thích xanh metylen chứa nhóm chức bazơ (N), có khả phản ứng với nhóm OH axit citric gắn bã mía Cơng thức cấu tạo Xanh metylen: N H3C N + S CH3 N CH3 Cl- CH3 Công thức cấu tạo este xenlulozo axit citric 3.2.3 Hấp phụ ion kim loại nặng (Cu2+, Zn2+, Pb 2+) Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nặng môi trường nước VLHP biến tính axit citric bão hịa Kết thực nghiệm cho thấy, bã mía sau biến tính có khả hấp phụ tốt ba loại ion: Cu2+, Zn2+, Pb2+ (hình 3.6) Hiệu suất hấp phụ dao động từ 76% ion Pb2+ đến 88.1% Cu2+ SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 40 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 90 88.1 88 86 83.33 Hiệu suất (%) 84 82 80 78 76 76 74 72 70 Pb2+ (10ppm) Zn2+ (10ppm) Cu2+ (10ppm) 14Hình 3.6 Hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng Pb2+; Cu2+; Zn2+ VLHP Hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ thấp so với hai ion Cu2+ Zn2+ giải thích bán kính ion Pb2+ lớn nhiều so với Cu2+ Zn2+ (bán kính ion Pb2+ (1.12 Å), ion Zn2+ (0.74 Å) ion Cu2+ (0.72 Å)) Kết nghiên cứu thăm dị cho thấy bã mía biến tính axit citric có khả hấp phụ tốt hợp chất hữu chứa nhóm chức bazơ ion kim loại nặng Trong ba loại ion khảo sát, VLHP có khả hấp phụ ion Cu2+ tốt nên luận văn tối ưu hóa q trình tổng hợp VLHP nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ ion Cu2+ môi trường nước 3.3 Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ bã mía cách biến tính axit citric Ảnh hưởng yếu tố đến khả biến tính bã mía axit citric đánh giá qua khả hấp phụ ion Cu (II) điều kiện: nồng độ Cu2+ 10mg/l, tỉ lệ khối lượng vật liệu hấp phụ 1gam: 50 ml dung dịch, thời gian hấp phụ 60 phút 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ axit citric Ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính nghiên cứu điều kiện: tỉ lệ rắn : lỏng = : 50, thời gian biến tính (thời gian nung 1200C) 3h, nồng độ axit thay đổi từ 0.2M ÷ 1M mẫu biến tính axit citric bão hịa SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 41 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính vào nồng độ axit citric thể hình 3.7 90 85 Hiệu suất (%) 80 75 70 65 60 55 50 45 40 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Nồng độ axit citric (M) 15Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ axit citric đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ VLHP Kết từ hình 3.7 cho thấy, hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ tăng nồng độ axit citric tăng từ 0.2M đến 0.8M Tiếp tục tăng nồng độ axit từ 0.8M đến bão hòa (133g/100ml) M hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ tăng nhẹ tương đối ổn định Hiệu suất hấp phụ nồng độ axit citric 1M đạt 84.02% Hiệu suất hấp phụ tăng tăng nồng độ axit citric giải thích phản ứng xenlulozo axit citric thuộc loại phản ứng thuận nghịch Tăng nồng độ chất tham gia cân dịch chuyển theo chiều tạo nhiều sản phẩm Tuy nhiên trung tâm hấp phụ bão hòa axit citric việc tăng nồng độ axit khơng làm thay đổi khả hấp phụ vật liệu Vì vậy, chọn nồng độ axit citric 1M cho khảo sát 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ biến tính Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính nghiên cứu điều kiện: nồng độ axit citric 1M, biến tính thời gian 3h nhiệt độ thay đổi từ 800-2000C SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 42 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính vào nhiệt độ biến tính thể hình 3.8 90 85 Hiệu suất (%) 80 75 70 65 60 55 50 80 100 120 140 160 180 200 Nhiệt độ biến tính (0C) 16Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ biến tính đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía Nhiệt độ nung tăng hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ tăng sau giảm dần Hiệu suất hấp phụ đạt cực đại nhiệt độ 1200C: H% = 84.02% Tăng nhiệt độ nung qua nhiệt độ sôi nước giúp cho nước sinh phản ứng este hóa bị bay nên cân dịch chuyển theo chiều tạo nhiều sản phẩm Tuy nhiên nhiệt độ cao nhóm OH lại axit citric gắn xenlulozo bị este hóa tách nước, làm giảm số trung tâm hấp phụ nên hiệu suất hấp phụ giảm Vì vậy, tơi chọn nhiệt độ biến tính 1200C 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian biến tính Ảnh hưởng thời gian biến tính đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía nghiên cứu điều kiện: nồng độ axit citric 1M, biến tính nhiệt độ 1200C thời gian thay đổi từ 30 phút - 4h Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính vào thời gian biến tính thể hình 3.9 SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 43 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 30 80 130 180 230 Thời gian biến tính (phút) 17Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian biến tính 1200C đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ Từ đồ thị (hình 3.9) ta thấy tăng thời gian biến tính hiệu suất hấp phụ tăng nhanh, sau gần khơng thay đổi Kết thực nghiệm giải thích tương tự ảnh hưởng nhiệt độ biến tính đến hiệu suất hấp phụ vật liệu Thời gian biến tính tăng, lượng nước bay lớn hiệu biến tính tăng Vì vậy, tơi chọn thời gian biến tính (240 phút) Tóm lại, điều kiện tối ưu để chế tạo VLHP từ bã mía thể bảng 3.3 sau: 7Bảng 3.3 Các điều kiện tối ưu để chế tạo VLHP từ bã mía Yếu tố khảo sát Điều kiện tối ưu Nồng độ axit citric (M) Nhiệt độ biến tính (0C) 120 Thời gian biến tính (h) SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 44 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3.4 GVHD: TS Vũ Thị Duyên Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion kim loại Cu2+ VLHP 3.4.1 Thời gian đạt cân hấp phụ Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ bã mía biến tính nghiên cứu điều kiện: nồng độ Cu2+ 10mg/l, tỉ lệ khối lượng vật liệu hấp phụ : dung dịch hấp phụ : 50ml dung dịch, thời gian thay đổi từ phút đến 90 phút Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính vào thời gian hấp phụ thể hình 3.10 100 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100 Thời gian biến tính (phút) 18Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính Từ kết hình 3.10 cho thấy, thời gian hấp phụ tăng từ phút đến 60 phút hiệu suất hấp phụ tăng Cân hấp phụ đạt sau 60 phút với hiệu suất 88.1%, tăng thời gian đến 90 phút hiệu suất hấp phụ gần khơng thay đổi Khi thời gian hấp phụ tăng lên ion Cu2+ vào mao quản VLHP nhiều Khi đạt cân hấp phụ, ion Cu2+ vào tối đa nên dù thời gian hấp phụ có tăng lên hiệu suất hấp phụ khơng thay đổi Vì vậy, thời gian hấp phụ 60 phút chọn làm thời gian tối ưu cho thí nghiệm SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 45 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 3.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn : lỏng đến hiệu suất hấp phụ Ảnh hưởng tỉ lệ rắn : lỏng đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính nghiên cứu điều kiện: nồng độ Cu2+ 10mg/l, thời gian hấp phụ 60 phút, tỉ lệ khối lượng vật liệu hấp phụ: dung dịch hấp phụ thay đổi như: 1g VLHP : 25ml dung dịch, 1g VLHP : 50ml dung dịch, 1g VLHP : 75ml dung dịch, 1g VLHP : 100ml dung dịch, 1g VLHP : 200ml dung dịch Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính vào tỉ lệ rắn : lỏng thể hình 3.11 90 Hiệu suất (%) 85 80 75 70 65 60 55 50 50 100 150 200 Tỉ lệ rắn : lỏng (gam : ml) 19Hình 3.11 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn:lỏng đến hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính Từ kết hình 3.11 cho thấy, giảm tỉ lệ rắn: lỏng từ 1:50 đến 1: 200 hiệu suất hấp phụ giảm từ 88.1% xuống 55.68% Thể tích lỏng lớn hiệu suất thấp số trung tâm hấp phụ khơng đổi mà lượng chất cần hấp phụ lại tăng lên nên dung lượng hấp phụ tăng % chất bị hấp phụ giảm 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ Cu2+ đến hiệu suất hấp phụ VLHP hấp phụ Cu2+ có nồng độ ban đầu C0 thay đổi từ - 20ppm Quá trình hấp phụ thực điều kiện hấp phụ tối ưu: thời gian hấp phụ 60 phút, tỉ lệ rắn : lỏng gam : 50ml Dùng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử xác định nồng độ Cu2+ lúc cân Cf Đồ thị phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ion Cu2+ thể hình 3.12 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 46 Hiệu suất (%) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 10 15 Nồng độ (ppm) 20 25 20Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ion Cu2+ Từ kết hình 3.12 cho thấy, tăng nồng độ Cu2+ hiệu suất hấp phụ giảm từ 96% đến 80% Nồng độ Cu2+ lớn hiệu suất thấp số trung tâm hấp phụ không đổi mà lượng chất cần hấp phụ lại tăng lên nên dung lượng hấp phụ tăng % chất bị hấp phụ giảm Trên sở số liệu ảnh hưởng nồng độ Cu2+ đến trình hấp phụ, tiến hành xây dựng đường đẳng nhiệt Langmuir Freundlich - Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Đường đẳng nhiệt Langmuir xây dựng cách vẽ đồ thị phụ thuộc Cf/q vào Cf, Cf nồng độ ion Cu2+ cịn lại sau hấp phụ; q tải trọng hấp phụ Kết thể hình 3.13 y = 1.1163x + 0.9717 R² = 0.9675 Cf/q 0 Cf 21Hình 3.13 Dạng tuyến tính phương trình Langmuir SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 47 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên Từ kết hình 3.13 cho thấy, giá trị R2 = 0.9675 > 0.85 => kết luận: hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir Từ phương trình đường thẳng y = 1.1163x + 0.9717, xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax VLHP ion Cu2+ lực hấp phụ b là: qmax = 0.8958 b = 1.149 Nhận xét: Từ kết thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ tả tương đối xác hấp phụ ion Cu2+ lên VLHP nghiên cứu (thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui) Đồng thời, cho phép khẳng định VLHP nghiên cứu có khả hấp phụ ion Cu2+ Từ phương trình thu được, chúng tơi xác định dung lượng hấp phụ cực đại qmax VLHP ion Cu2+ lực hấp phụ b - Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Đường đẳng nhiệt Freundlich xây dựng cách vẽ đồ thị phụ thuộc log(x/m) logCf; Cf nồng độ ion Cu2+ lại sau hấp phụ, x: lượng chất bị hấp phụ, x/m: khối lượng chất bị hấp phụ gam vật liệu hấp phụ Kết thể hình 3.14 0.8 y = 0.691x + 0.3477 R² = 0.49 0.6 0.4 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0.2 logCf 0.2 -0.4 -0.6 Log(x/m) -0.8 22Hình 3.14 Dạng tuyến tính phương trình Freundlich SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 48 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên Từ kết hình 3.14 cho thấy, giá trị R2 = 0.49 < 0.85 => kết luận: hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính khơng tn theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich Như trình hấp phụ ion Cu2+ bã mía biến tính tuân theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 49 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu hoàn thành với số kết sau: - Độ ẩm bã mía ban đầu 7.73% - Liên hệ tính chất bề mặt (SEM) với khả hấp phụ vật liệu - Đã nghiên cứu khả hấp phụ bã mía ion kim loại nặng (Cu2+; Zn2+; Pb2+), hợp chất màu (Xanh metylen) hợp chất hữu (axit axetic) Kết nghiên cứu thăm dị cho thấy bã mía biến tính axit citric có khả hấp phụ tốt hợp chất hữu chứa nhóm chức bazo ion kim loại nặng Trong ba loại ion khảo sát, VLHP có khả hấp phụ ion Cu2+ tốt - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình biến tính bã mía như: nồng độ axit citric, thời gian biến tính, nhiệt độ nung Điều kiện để thu VLHP có khả hấp phụ tốt xác định là:  Nồng độ axit citric: 0.1M  Thời gian biến tính:  Nhiệt độ nung: 1200C - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion Cu2+ VLHP, tìm điều kiện tối ưu để hấp phụ ion Cu2+ lên VLHP sau:  Thời gian hấp phụ: 60 phút  Tỉ lệ rắn : lỏng: 1gam : 50ml  Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ion Cu2+: tăng nồng độ Cu2+ hiệu suất hấp phụ giảm từ 96% đến 80% - Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Xác định dung lượng hấp phụ cực đại lực hấp phụ là: qmax = 0.8958 b = 1.149 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 50 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4.2 - GVHD: TS Vũ Thị Duyên Kiến nghị Tiến hành nghiên cứu khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã mía với số ion kim loại nặng khác để từ đánh giá khả hấp phụ bã mía cách hồn thiện tối ưu - Hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ lên VLHP nghiên cứu tốt nên đề nghị ứng dụng vật liệu xử lý mơi trường SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 51 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội, 2002 Nguyễn Văn Dục, Nguyễn Dương Tuấn Anh, Ô nhiễm nước kim loại nặng khu vực công nghiệp Thượng Đình, Tạp chí khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008 Nguyễn Tinh Dung, Hóa học phân tích, phần 3: Các phương pháp định lượng hố học, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2002 Trần Tứ Hiếu, Phân tích trắc quang phổ hẩp thụ UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2003 Trần Tứ Hiếu, Hóa học phân tích, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2004 Nguyễn Sinh Hoa, Giáo trình hóa keo, NXB Xây dựng, Hà nội, 1998 Nguyễn Đình Huề, Giáo trình hóa lí, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 P.P Koroxtelev, Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hố học (Người dịch: Nguyễn Trọng Biểu, Mai Hữu Đua, ), NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 1974 Hồng Nhâm, Hóa vơ tập ba, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2001 10 Nguyễn Đình Huề, Giáo trình hóa lí, NXB Giáo dục, Hà nội, 2000 11 Nguyễn Thị Thu, Hóa keo, NXB Đại học Sư phạm, 2002 12 Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý hóa keo, NXB Giáo dục, 2001 13 Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lỉ nước thải, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 2005 14 PGS-TS Lê Tự Hải, Giáo trình vật liệu hấp phụ xử lý môi trường, Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng 15 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Hóa lí tập 2, NXB Giáo dục, Hải Phòng, 1998 16 Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5945-2005, TCVN 5502-2003, TCVN 4573- 88, TCVN4574-88, TCVN4577-88, TCVN4578-88 17 Nguyễn Đức Vận, Hóa vơ tập 2: Các kim loại điển hình, NXB Khoa học SVTH: Nguyễn Hồng Phương - Lớp 12CHD 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Vũ Thị Duyên kĩ thuật, Hà Nội, 2004 18 Hồ Viết Q, Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội, 2005 19 Phạm Luận, Cơ sở lý thuyết phương pháo phân tích phổ phát xạ phổ hấp thụ nguyên tử, phần 2, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội,1998 20 Luận văn từ đề tài nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ SVTH: Nguyễn Hoàng Phương - Lớp 12CHD 53 ... ảnh hưởng tới khả hấp phụ ion Cu2+ vật liệu chế tạo từ bã mía Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 3.2 Đối tượng nghiên cứu Bã mía Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo VLHP từ bã mía cách biến tính... phụ ion kim loại vật liệu tự nhiên nói riêng, tơi nhận thấy bã mía có khả hấp phụ tốt ion kim loại Cu2+ Do đó, tơi chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía khảo sát khả hấp phụ. ..ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÃ MÍA VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ