Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại cu2+ trong nước bằng vật liệu bã cà phênano fe3o4

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - PHẠM MINH KHIÊM NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Cu2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU BÃ CÀ PHÊ/NANO Fe3O4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng - Năm 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Cu2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU BÃ CÀ PHÊ/NANO Fe3O4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực hiện: PHẠM MINH KHIÊM Lớp: 11CHP Giảng viên hướng dẫn: TS BÙI XUÂN VỮNG Đà Nẵng - Năm 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên: PHẠM MINH KHIÊM Lớp: 11CHP Tên đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại Cu2+ nước bằng vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4” Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ: a) Nguyên liệu: Bã cà phê b) Hóa chất: CuSO4.5H2O, FeCl3.6H2O, FeCl2.4H2O, NH4OH, axit pecloric c) Dụng cụ, thiết bị: Máy pH, máy khuấy từ, máy quang phổ hấp phụ phân tử UV-Vis, tủ sấy, giấy lọc dụng cụ thủy tinh khác Nội dung nghiên cứu: - Điều chế nano Fe3O4, vật liệu hấp phụ bã cà phê/nano Fe3O4 - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion kim loại đồng nước bằng vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 chế tạo như: Khối lượng vật liệu hấp phụ, thời gian, pH, dung lượng hấp phụ Giáo viên hướng dẫn: Bùi Xuân Vững Ngày giao đề tài: Ngày 10 tháng năm 2014 Ngày hoàn thành: Ngày 24 tháng năm 2015 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn PGS TS Lê Tự Hải TS Bùi Xuân Vững Sinh viên đã hoàn thành nộp báo cáo cho khoa ngày …… Tháng …….năm 2015 Kết điểm đánh giá: Ngày… tháng… năm 2015 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Khóa ḷn tốt nghiệp q trình vận dụng kiến thức lý thuyết đã học lớp vào nghiên cứu thực nghiệm Từ giúp ta hiểu sâu chất kiến thức đã học Trong thời gian vừa qua đã đem lại cho kiến thức bổ ích nhiều kinh nghiệm quý báo Đến hơm tơi đã hồn thành đề tài khóa ḷn Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: - Thầy giáo TS Bùi Xuân Vững, giảng viên khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã định hướng giúp đỡ tơi tận tình suốt q trình làm khóa ḷn - Các thầy giáo trường đặc biệt thầy khoa Hóa – trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báo suốt năm học vừa qua - Các thầy, quản lý phịng thí nghiệm đã tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian thực hiện đề tài - Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn lớp đã nhiệt tình, động viên giúp đỡ để hoàn thành đề tài Mặc dù đã cố gắng hồn thành khóa ḷn phạm vi cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận cảm thơng góp ý thấy bạn để khóa ḷn hồn thiện Đà Nẵng, ngày 26 tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện Phạm Minh Khiêm MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc đề tài: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vai trị nước nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.1.1 Vai trò nước 1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nước kim loại nặng 1.1.3 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng nước 1.2 Giới thiệu kim loại đồng 1.2.1 Tính chất phân bố đồng môi trường 1.2.2 Độc tính đồng 1.3 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng nước 10 1.3.1 Phương pháp sinh học 10 1.3.2 Phương pháp sử dụng vi tảo 10 1.3.3 Phương pháp hoá học 11 1.3.4 Phương pháp hóa lý 11 1.4 Tổng quan phương pháp hấp phụ 11 1.4.1 Các khái niệm phân loại hấp phụ 12 1.4.2 Các mơ hình trình hấp phụ 14 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 18 1.5 Giới thiệu bã cà phê 19 1.6 Gıớı thıệu nano sắt từ Fe3O4 21 1.7 Phương pháp UV – VIS 23 1.7.1 Sự hấp thụ ánh sáng dung dịch màu 23 1.7.2 Các định luật hấp thụ ánh sáng 23 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 26 2.1 Nguyên liệu, hóa chất dụng cụ 26 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 26 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 26 2.2 Tiến hành thực nghiệm 27 2.2.1 Xử lý bã cà phê chuẩn bị hóa chất 27 2.2.2 Điều chế vật liệu bã cà phê/ nano Fe3O4 27 2.2.3 Khảo sát trình hấp phụ ion kim loại đồng nước bằng bã cà phê/nano Fe3O4 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Một số đặc trưng cấu trúc bã cà phê vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 33 3.1.1 Ảnh SEM vật liệu 33 3.1.2 Nhiễu xạ XRD 34 3.1.3 Phổ hồng ngoại IR 35 3.1.4 Diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET 36 3.2 Hiệu suất tạo nano Fe3O4 36 3.3 Nghiên cứu khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã cà phê ion Cu2+ 37 3.3.1 Đường chuẩn Cu2+ 37 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ mẫu vật liệu 38 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ Cu2+ 38 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Cu2+ 41 3.3.6 Dung lượng hấp phụ 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IR Infrared (phổ hồng ngoại) ppm parts per million ( phần triệu) SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) T Nhiệt độ t Thời gian XRD X-ray Diffraction ( Nhiễu xạ tia X) VLHP Vật liệu hấp phụ UV-VIS Ultrviolet – Visible ( Tử ngoại Khả kiến ) DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Hiệu suất điều chế Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa 37 Bảng 3.2 Đường chuẩn ion Cu2+ 37 Bảng 3.3 Khảo sát khả hấp phụ mẫu vật liệu 38 Bảng 3.4 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ Cu2+ 38 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ Cu2+ 40 Bảng 3.6 Ảnh hưởng pH 41 Bảng 3.7.Ảnh hưởng nồng độ ion Cu2+ đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 43 Bảng 3.8 Bảng giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ VLHP với ion kim loại Cu2+ 43 Bảng 3.9 Giá trị xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir 44 Bảng 3.10 Các thơng số phương trình hấp phụ Langmuir 44 Bảng 3.11 Dung lượng hấp phụ cực đại bã cà phê/nano Fe3O4, bã đậu nành,vỏ lac, vỏ trấu ion Cu2+ 44 Bảng 3.12 Bảng giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mơ hình Freundlich 45 Bảng 3.13 Các thông số phương trình hấp phụ Freundlich 45 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 16 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cs/q vào Cs 16 Hình 1.3 Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 17 Hình 1.4 Tiêu thụ cà phê đầu người số nước (kg/người/năm) 20 Hình 1.5 Đồ thị mơ tả phụ thuộc tuyến tính mật độ quang D (trục tung) nồng độ C ( trục hoành) 25 Hình 2.1 Sơ đồ điều chế nano Fe3O4 28 Hình 2.2 Dung dịch Fe3O4 trước vào sau cho NH4OH 29 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình điều chế vật liệu hấp phụ bã cà phê /nano Fe3O4 29 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu bã cà phê 33 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 33 Hình 3.3 Nhiễu xạ tia X bột Fe3O4 34 Hình 3.4 Nhiễu xạ tia X bã cà phê/nano Fe3O4 35 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại IR bã cà phê 35 Hình 3.6 Phổ hồng ngoại IR bã cà phê/Fe3O4 36 Hình 3.7 Đường chuẩn Cu2+ 37 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ 39 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ 39 Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến tải trọng hấp phụ Cu2+ 40 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ 41 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH tải trọng hấp phụ 42 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ 42 Hình 3.14 Đường cong đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP với ion kim loại Cu2+ 43 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir 44 Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt theo Freundlich 45 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với gia tăng hoạt động công nghiệp việc sản sinh chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến mơi trường nước Ngun nhân dẫn đến nhiễm môi trường nước hoạt động khai thác mỏ, nước thải khu công nghiệp, khu chế xuất … Hầu hết nguồn nước thải chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu(II), Mn(II), Pb(II),… trước đưa ngồi mơi trường chưa xử lý, xử lý sơ bộ, vậy đã gây ô nhiễm môi trường nước Đây chất có liên quan trực tiếp đến biến đổi gan, ung thư ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường dù hàm lượng nhỏ Do đó, nghiên cứu tách loại ion kim loại nặng từ nguồn nước bị ô nhiễm vấn đề quan trọng nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Đã có nhiều phương pháp sử dụng, phương pháp dùng vật liệu hấp phụ sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm xử lý nhanh, tách loại đồng thời nhiều kim loại dung dịch, dễ chế tạo đặc biệc phương pháp sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, nước ta nước nơng nghiệp có nguồn phế thải nơng nghiệp dồi thuận lợi cho việc phát triễn phương pháp Trong phương pháp hấp phụ vật liệu biến đổi từ tính từ phế phẩm bã cà phê, tro trấu, vỏ lạc… xem loại vật liệu hấp phụ có nhiều triễn vọng [7] Cà phê thức uống phổ biến giới [21] Cùng với nhu cầu sống ngày tăng nhu cầu tiêu thụ cà phê ngày cao Và song song với điều lượng bã cà phê thải lớn không phần lớn chúng đem đổ thu gom làm phân bón, chưa tận dụng hết tiềm loại phế phẩm Bã cà phê vật liệu lignocellulose, có khả tách kim loại nặng hịa tan màu nước nhờ vào cấu trúc xốp Oxit sắt từ Fe3O4 có kích thước nano phân bố vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 sẽ làm cho vật liệu có diện 34 3.1.2 Nhiễu xạ XRD - Kích thước hạt tính dựa vào kết phân tích XRD áp dụng cơng thức t Scherrer: K  B.COS Trong đó: ▪  (Å): độ dài bước sóng tia X, dùng anot Cu, (K  ) = 1,54056Å ▪ K: hệ số (lấy giá trị K= 0,9) ▪ t: kích thước hạt tinh thể ▪ B: bề rộng chiều cao pic (radian) ▪  : góc Bragg (độ) Kích thước hạt tính dựa vào dải phổ đặc trưng có cường độ lớn a) Giãn đồ XRD bột nano Fe3O4 Hình 3.3 Nhiễu xạ tia X bột Fe3O4 Nhận xét: Theo cơng thức ta tính kích thước hạt đỉnh 2=35.53o, B= 0.72 o, kích thước t = 11,6 nm Vậy Fe3O4 điều chế theo phương pháp đồng kết tủa đạt kích thước nano 35 b) Giãn đồ XRD bã cà phê/nano Fe3O4 Hình 3.4 Nhiễu xạ tia X bã cà phê/nano Fe3O4 Nhận xét: Giãn đồ nhiễu xạ cho thấy pick có dịch chuyển lên so với mẫu bột Fe3O4 Theo công thức ta tính kích thước hạt đỉnh 2=35.65o, B=2,01o kích thước t = 4,15 nm Vậy hạt nano Fe3O4 điều chế theo phương pháp đồng kết tủa đã phân bố vào bã cà phê 3.1.3 Phổ hồng ngoại IR Hình 3.5 Phổ hồng ngoại IR bã cà phê 36 Hình 3.6 Phổ hồng ngoại IR bã cà phê/Fe3O4 Nhận xét: phổ hồng ngoại bã cà phê bã cà phê/Fe3O4 với pick đặc trưng cenllulose, q trình phân bố nano Fe3O4 khơng làm thay đổi liên kết bã cà phê 3.1.4 Diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET - Theo kết đo BET Phịng thí nghiệm cơng nghệ vật liệu thân thiện môi trường, Viện tiên tiến Khoa học Công nghệ, Đại học bách khoa Hà Nội diện tích bề mặt riêng BET bã cà phê 0.0411 m2/g, kính thước lỗ rỗng trung bình 183.409 Ao, bã cà phê/nano Fe3O4 0.1259 m2/g, kính thước lỗ rỗng trung bình 786.549 Ao, chứng tỏ trình phân bố hạt nano Fe3O4 vào bã cà phê đã làm tăng diện tích bề mặt riêng VLHP, tăng khả hấp phụ bã cà phê - Theo số tài liệu khác diện tích bề mặt riêng bã cà phê vào khoảng 2-4 m2/g, thấp so với than hoạt tính, đường kính lỗ trống bã cà phê tốt cho trình hấp phụ 3.2 Hiệu suất tạo nano Fe3O4 - Sau điều chế hạt nano từ tính Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa Cân lượng oxít sắt sau sấy (m), ta m1=0.425g, m2=0.407g, m3=0.413g Hiệu suất tạo Fe3O4 tính theo cơng thức 37 H= m Clt × 100 (%) Bảng 3.1 Hiệu suất điều chế Fe3O4 phương pháp đồng kết tủa Khối lượng Fe3O4 tạo Khối lượng lí thuyết mlt Hiệu suất Hiệu suất trung thành m (g) (g) (%) bình (%) m1=0.425 91.6 m2=0.407 0.464 89.4 87.7 m3=0.413 89 Nhận xét: Hiệu suất điều chế Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa khoảng 90 %, hiệu suất tương đối sử dụng để điều chế oxit sắt phục vụ cho việc phân tán vào bã cà phê 3.3 Nghiên cứu khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã cà phê ion Cu2+ 3.3.1 Đường chuẩn Cu2+ Bảng 3.2 Đường chuẩn ion Cu2+ C (ppm) 40 60 80 100 120 D 0,0301 0,0419 0,0601 0,0706 0,0845 0.09 0.08 Mật độ quang 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 y = 0.0007x + 0.0024 R² = 0.995 0.02 0.01 0 20 40 60 80 100 C (ppm) Hình 3.7 Đường chuẩn Cu2+ 120 140 38 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ mẫu vật liệu Bảng 3.3 Khảo sát khả hấp phụ mẫu vật liệu Ccb Hiệu (ppm) suất 0,0548 74,86 25,1 1,257 100 0,052 70,86 29,1 1,457 100 0,0501 68,14 31,9 1,593 100 0,0484 65,71 34,3 1,714 C0 Vật liệu m (g) Bã cà phê 100 M5 M7 M10 (ppm) D q (mg/g) Nhận xét: Ta thấy hiệu suất hấp phụ vật liệu tăng dần, phụ thuộc vào tỉ lệ bã cà phê dung dịch Fe3O4, tăng lượng dung dịch Fe3O4 lên hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ vật liệu tăng, ta đã biết bã cà phê hấp phụ tốt ion kim loại, Fe3O4 phân tán vào làm tăng khả hấp phụ vật liệu lực Fe3O4 ion Cu2+ tốt hơn, ta chọn vật liệu M7 có tỉ lệ 5g bã cà phê + 7ml dd Fe3O4 làm vật liệu để khảo sát yếu tố 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ Cu2+ Bảng 3.4 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến trình hấp phụ Cu2+ m (g) C0 (ppm) D Ccb (ppm) q (mg/g) Hiệu suất (%) 0,1 100 0,0673 92,7143 3,64286 7,3 0,5 100 0,0568 77,7143 2,22857 22,3 100 0,0502 68,2857 1,58571 31,7 1,5 100 0,0495 67,2857 1,09048 32,7 100 0,0465 63,000 0,925 37,0 39 Dung lượng hấp phụ 3.5 2.5 1.5 0.5 0 0.5 1.5 Khối lượng VLHP 2.5 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến dung lượng hấp phụ Hiệu suất % 40 30 20 10 00 0.1 0.5 1.5 Khối lượng (g) Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Nhìn vào bảng 3.4 đồ thị hình 3.8, 3.9 ta nhận thấy tăng khối lượng VLHP từ 0,1 đến gam hiệu suất hấp phụ tăng theo tải trọng hấp phụ giảm xuống Và từ khối lượng gam trở hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể, nên chọn 1,0 gam VLHP cho trình hấp phụ 40 * Giải thích: Tải trọng hấp phụ giảm dần khối lượng VLHP tăng lên nhiều so với lượng Cu2+ bị hấp phụ Hiệu suất hấp phụ tăng dần có nhiều phân tử VLHP thể tích nên bề mặt tiếp xúc VLHP với ion Cu2+ tăng lên, ion kim loại vào mao quản VLHP tăng lên Khi khối lượng 1,0 gam cân bằng hấp phụ dường thiết lập, tổng diện tích bề mặt tiếp xúc chúng khơng đổi nên hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ Cu2+ Kết ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ ion Cu2+ VLHP chế tạo từ bã cà phê trình bày bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ Cu2+ Thời gian Co(ppm) D Ccb q (mg/g) Hiệu suất 20 100 0,0677 93,286 0,3357 6,7 30 100 0,0657 90,429 0,4786 9,6 45 100 0,0593 81,286 0,9357 18,7 60 100 0,0508 69,143 1,5429 30,9 75 100 0,0496 67,429 1,6286 32,6 90 100 0,0501 68,143 1,5929 31,9 Dung lượng hấp phụ (min) 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 80 100 Thời gian khuấy Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian khuấy đến tải trọng hấp phụ Cu2+ 41 35 30 25 20 Hiệu suất % 15 10 05 00 Hiệu suất 20 30 45 60 75 Thời gian (phút) 90 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.5 đồ thị hình 3.10, 3.11 ta thấy thời gian khuấy tăng lên từ 20 phút đến 60 phút tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên nhanh theo Đến thời gian khuấy 60 phút trở tải trọng hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng lên khơng đáng kể Do đó, thời gian khuấy 60 phút chọn cho thí nghiệm * Giải thích: Khi thời gian khuấy tăng lên ion Cu2+ vào mao quản VLHP nhiều hơn, hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ tăng lên Khi 60 phút đã đạt cân bằng hấp phụ, ion Cu2+ đã vào tối đa nên dù thời gian khuấy có tăng lên hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ tăng lên không đáng kể 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Cu2+ Bảng 3.6 Ảnh hưởng pH Ccb Hiệu suất (ppm) (%) 0,0569 77,871 22,1 1,1064 100 0,0558 76,329 23,7 1,1836 100 0,0545 74,429 25,6 1,2786 100 0,0511 69,571 30,4 1,5214 100 0,0524 71,429 28,6 1,4286 pH Co(ppm) D 100 q (mg/g) 42 Tải trọng hấp phụ 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 pH Hiệu suất Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH tải trọng hấp phụ 35 30 25 20 15 10 05 00 Hiệu suất pH Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ * Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.6 đồ thị hình 3.12 3.13 ta thấy pH tăng lên hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ tăng nhanh theo Đến pH bằng 5,0 hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ cao có xu hướng giảm * Giải thích: Trong môi trường axit mạnh (pH thấp) phần tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ tích điện dương vậy lực tương tác lực đẩy tĩnh điện, bên cạnh nồng độ H+ cao sẽ xảy cạnh tranh với cation kim loại trình hấp phụ nên làm giảm hiệu suất hấp phụ Khi pH tăng lên nồng độ ion 43 H+ giảm xuống khả cạnh tranh H+ giảm nên hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ tăng lên Tuy nhiên pH tăng cao diễn kết tủa tạo muối ion Cu2+ làm giảm khả hấp phụ Đến pH bằng 5,00 đạt cân bằng hấp phụ nên hiệu suất hấp phụ tải trọng hấp phụ thay đổi không đáng kể 3.3.6 Dung lượng hấp phụ Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ ion Cu2+ đến hiệu suất dung lượng hấp phụ C0 (ppm) D Ccb (ppm) q (mg/g) Hiệu suất (%) 60 0,0292 38,286 1,0857 36,19 80 0,0412 55,429 1,2286 30,714 100 0,0523 71,286 1,4357 28,714 120 0,0657 90,429 1,4786 24,643 Từ kết trên, xác định tải trọng hấp phụ cực đại Bảng 3.8 Bảng giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ VLHP với ion kim loại Cu2+ Nồng độ sau hấp phụ (Ccb) Dung lượng hấp phụ (q) 38.286 55.429 71.286 90.429 1.0857 1.2286 1.4357 1.4786 1.6 1.5 q (mg/g) 1.4 1.3 1.2 1.1 y = 0,4889ln(x) - 0,7012 0.9 R² = 0,9582 0.8 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ccb Hình 3.14 Đường cong đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir VLHP với ion kim loại Cu2+ 44 Bảng 3.9 Giá trị xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir Ccb 38.286 55.429 71.286 90.429 Ccb/q 35.263 45.116 49.652 61.159 70 y = 0,479x + 17,207 R² = 0,9849 60 Ccb/q 50 40 30 30 50 70 Ccb 90 110 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir Theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir dung lượng hấp phụ cực đại VLHP 2.088 (mg/g) Bảng 3.10 Các thông số phương trình hấp phụ Langmuir qmax (mg/g) b R2 2.088 0.029 0.9849 - So sánh dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu với bã đậu, vỏ lạc, vỏ trấu Bảng 3.11 Dung lượng hấp phụ cực đại bã cà phê/nano Fe3O4, bã đậu nành,vỏ lạc, vỏ trấu 7 ion Cu2+ Tên vật liệu qmax(mg/g) Bã cà phê/nano 2,088 Bã đậu nành Vỏ lạc Vỏ trấu 1,467 10,17 2,543 Nhận xét: Từ bảng 3.11 cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại bã cà phê/nano Fe3O4 thấp so VLHP chế tạo từ vỏ lạc, vỏ trấu lớn so với VLHP chế tạo từ bã đậu nành Tuy nhiên chênh lệch không đáng kể 45 Bảng 3.12 Bảng giá trị xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mơ hình Freundlich Log Ccb 1.583 1.7437 1.853 1.9563 Log q 0,0357 0.0894 0.1571 0.1698 0.2 y = 0,3834x - 0,571 R² = 0,9605 0.15 Log q 0.1 0.05 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Log Ccb Hình 3.16 Phương trình đẳng nhiệt theo Freundlich Theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich, giá trị n VLHP 2.61 chứng tỏ trình hấp phụ tốt giá trị n nằm khoảng đến 10 phù hợp với loại vật liệu có bề mặt chất hấp phụ không đồng với tâm hấp phụ khác số lượng lượng hấp phụ Bảng 3.13 Các thơng số phương trình hấp phụ Freundlich n kf R2 2.61 0,269 0.9605 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại Cu2+ nước bằng vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4” rút số kết luận sau: Điều kiện tối ưu cho trình điều chế nano Fe3O4 bã cà phê/nano Fe3O4 - Tỉ lệ Fe3+ : Fe2+ 2:1 hiệu suất tạo nano Fe3O4 89.4% - Tỉ lệ để điều chế bã cà phê/nano Fe3O4 5g cà phê : 7ml dung dịch nano Fe3O4 Kết nghiên cứu cho thấy nồng độ đồng 100ppm, khối lượng VLHP g; thời gian khuấy 60 phút; pH hiệu xuất hấp phụ đạt khoảng 30% dung lượng hấp phụ cực đại Cu2+ bã cà phê/nano Fe3O4 qmax = 2.088 (mg/g) Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu để nâng cao khả hấp phụ vật liệu bã cà phê - Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với ion kim loại khác với nước thải thực tế 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Duy Cam, Vũ Quang Lợi, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Ngọc Khánh (2010), “Nghiên cứu khả tách kim loại nặng dung dịch nước vật liệu Aluminosilicat xốp”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, số 26, 178-182 [2] Nguyễn Văn Dục, Nguyễn Dương Tuấn Anh, Ô nhiễm nước kim loại nặng khu vực cơng nghiệp, tạp chí khoa học, NXB ĐHQG Hà Nội [3] Nguyễn Thùy Dương, (2008), “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dị xử lý mơi trường”, Ḷn văn thạc sĩ khoa học, Đại học Thái Nguyên [4] Dương văn Đẩu, Trần Yến Mi Lê Văn Nhạn (2011), Khảo sát ảnh hưởng nồng độ tiền chất lên kích thước hạt từ tính hạt nano oxit sắt từ Fe3O4, Tạp chí khoa học 2011, trường Đại học Cần Thơ [5] Lò Văn Huynh, Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính để loại bỏ số chất hữu môi trường nước [6] Lê Tự Hải, Bài giảng vật liệu hấp phụ xử lý môi trường, Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng [7] Nguyễn Ngọc Linh, Lê Đức Trung, Nguyễn Thị Thanh Thúy, Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng bùn thải công nghiệp [8] Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ phổ hấp thụ nguyên tử, Phần II, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [9] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, (2002) NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội [10] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Giáo trình hóa lý tập 2, (1997) NXB Giáo Dục [11] Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trường sức khỏe người, (2000), NXB ĐHQG Hà Nội [12] Bùi Xuân Vững, Bài giảng môn phương pháp phân tích cơng cụ, (2009), Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng 48 Tiếng nước [13] Antonio Zuorro, Antonella Di Battista, Roberto Lavecchia (2013), Magnetically Modified Coffee Silverskin for the Removal off Xenobiotics from Watewater, Chemical engineering transactions Vol 35, 2013 [14] Iov Safarik, Katerina Horska, Barbora Svobodova, Mirka Safarikova (2012), Magnetically modified spent coffee grounds dyes removal, Eur Food Res Technol (2012) 234:345-350 [15] Lina F Ballesteros, José A Teixeira, Solange I Mussatto (2014), chemical, Functional, and Structural Properties of Spent Coffee Grounds and Coffe Silverskin, Food Bioprocess Technol (2014) 7:3493-3503 [16] Roh J Etal (2011), Wate Coffee-grounds as potential biosorbents for removal of acid dye 44 from aqueous solution, Korean Journal of Chemical Engineering 29(7):903 – 907 Trang wed [17] http://diendanmoitruong.com/threads/o-nhiem-kim-loai-nang-trong-nuoc-p1.240/ - pp xử lý [18]http://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/19171/1_BeThiNhung_MT1202.pdf?sequen ce=1 [19] http://tailieu.vn/doc/nuoc-va-ve-sinh-nuoc-717216.html [20] http://tailieuso.udn.vn/bitstream/TTHL_125/4963/2/Tomtat.pdf [21] http://vi.wikipedia.org/wiki/Cà_phê [22] http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%93ng [23] http://suckhoedoisong.vn/tin-y-duoc/10-cong-dung-tuyet-voi-cua-ba-ca-phe20130424104841688.htm [24] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tong-hop-diesel-sinh-hoc-tu-ba-ca-phe-9051 [25] http://user.hus.edu.vn/nguyenhoanghai/che-tao-hat-nano-o-xit-sat [26] http://tai-lieu.com/tai-lieu/de-tai-thiet-ke-tram-xu-ly-nuoc-thai-cho-nha-mayche-bien-ca-phe-cong-ty-tnhh-ho-phuong-tai-huyen-duc-trong-tinh-lam-4565 [27] http://xulymoitruong.com/xu-ly-nuoc-thai-san-xuat-caf-1714 ... HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Cu2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU BÃ CÀ PHÊ/NANO Fe3O4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực... trình hấp phụ ion kim loại đồng nước bằng bã cà phê/nano Fe3O4 Xác định hiệu xuất hấp phụ kim loại đồng nước bã cà phê/nano Fe3O4 bằng phương pháp đo quang: Hiệu suất hấp phụ đồng nước sử... Fe3O4 lên hiệu suất hấp phụ ion Cu2+ vật liệu tăng, ta đã biết bã cà phê hấp phụ tốt ion kim loại, Fe3O4 phân tán vào làm tăng khả hấp phụ vật liệu lực Fe3O4 ion Cu2+ tốt hơn, ta chọn