Chương 3 : Kết quả và thảo luận
3.2. Biến tính than hoạt tính bằng brom
3.2.1. Hàm lượng brom hấp phụ trên than hoạt tính
3.2.1.1. Xác định nồng độ dung dịch brom
Để xác định nồng độ dung dịch brom, ta dùng dung dịch KI 0,1M. Lượng iot sinh ra sau phản ứng được tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,05M.
Sử dụng pipet hút chính xác 5ml dung dịch brom cho vào bình tam giác. Thêm vào đó dung dịch KI 0,1M dư.
Br2 + 2I‾ → 2Br‾ + I2
Tiến hành chuẩn độ đến mất màu I2 sinh ra bằng dung dịch Na2S2O3 0,05M. I2 + 2S2O32‾ → 2I‾ + S4O62‾
Kết quả được thể hiện tại bảng 3.2:
Bảng 3.2: Kết quả chuẩn độ xác định nồng độ brom
STT 2 2 3 Na S O V (ml) 2 2 3 Na S O n nI2 nBr2 mBr2(g) C% 1. 12,7 6,35.10-4 3,175.10-4 3,175.10-4 0,0508 1,016 2. 12,8 6,4.10-4 3,2.10-4 3,2.10-4 0,0512 1,024 3. 12,5 6,25.10-4 3,125.10-4 3,125.10-4 0,05 1
Vậy, sau khi chuẩn độ xác định nồng độ dung dịch brom ta thu được kết quả như sau: (dd brom) 1.016 1.024 1 C% 1.013% 3
3.2.1.2. Hàm lượng brom hấp phụ trên than hoạt tính
Tiến hành ngâm tẩm than hoạt tính bằng dung dịch brom theo các tỉ lệ khối lượng khác nhau, lần lượt là:
+ 10g C/ 0,3g Br2 (CB1): Hút chính xác 30ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều thấy dung dịch mất màu hoàn toàn. Chứng tỏ brom đã bị hấp phụ hồn tồn vào than hoạt tính.
+ 10g C/ 0,5g Br2 (CB2): Hút chính xác 50ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều thấy dung dịch mất màu hoàn toàn. Chứng tỏ brom đã bị hấp phụ hoàn toàn vào than hoạt tính.
+ 10g C/ 0,7g Br2 (CB3): Hút chính xác 70ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều thấy dung dịch mất màu hoàn toàn. Chứng tỏ brom đã bị hấp phụ hồn tồn vào than hoạt tính.
+ 10g C/ 0,9g Br2 (CB4): Hút chính xác 90ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều thấy dung dịch mất màu hoàn toàn. Chứng tỏ brom đã bị hấp phụ hồn tồn vào than hoạt tính.
+ 10g C/ 1,2g Br2 (CB5): Hút chính xác 120ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều trong 1h. Dung dịch sau khi lắc có màu vàng. Cho thêm vào lượng KI dư, rồi chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,05M. Để dung dịch mất màu ta mất 12.5ml dd Na2S2O3.
Br2 + 2KI → 2KBr + I2 I2 + 2S2O32‾ → 2I‾ + S4O62‾
2 2 3 2 Na S O 4 Br n 12,5.0,05 n 3,125.10 2 2.1000
Vậy, lượng brom hấp phụ trên than hoạt tính là:
2
4 Br (bihapphu)
m 1, 2 3,125.10 .160 1,15g
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá khả năng mang bromua của than hoạt tính
STT Tỉ lệ Ký hiệu mo(gam) ms(gam)
1. 10g C/ 0,3g Br2 CB1 0,3 0,3
2. 10g C/ 0,5g Br2 CB2 0,5 0,5 3. 10g C/ 0,7g Br2 CB3 0,7 0,7 4. 10g C/ 0,9g Br2 CB4 0,9 0,9 5. 10g C/ 1,2g Br2 CB5 1,2 1,15
Trong đó: mo: khối lượng brom đem ngâm tẩm; ms: khối lượng brom hấp phụ trên than hoạt tính.
Sự hấp phụ brom trên than gồm cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, đồng thời với quá trình chuyển Br2 thành Br─ do các q trình phản ứng của Br2 với các nhóm trên bề mặt cacbon. Brom được cố định trên bề mặt than có độ bền nhiệt cao.
Hình 3.3. Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa lượng Br2 đem ngâm tẩm với lượng Br2 mang trên than
lượng Br2. Tại mo = 1,2 gam thì than đã hấp phụ cực đại brom với khối lượng tương ứng là ms = 1,15 gam.
3.2.2. Tính chất vật lý của vật liệu
3.2.2.1. Xác định bề mặt riêng của than (BET)
Diện tích bề mặt của than được xác định bằng sự hấp phụ khí N2. Đường hấp phụ đẳng nhiệt của N2 được xác định ở vùng áp suất tương đối từ 0 tới 1 và ở nhiệt độ 77,35K. Diện tích bề mặt được xác định từ đồ thị BET trong vùng áp suất tương đối từ 0 – 0,3.
Hình 3.4 và Hình 3.5 là kết quả chụp BET của hai mẫu: than hoạt tính và mẫu than đã biến tính brom CB4.
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET của than biến tính CB4
Từ đồ thị BET ta tính được diện tích bề mặt của than hoạt tính là 853,4773 ± 37,9284 m²/g, cịn đối với than biến tính brom là 614,3706 ± 27,3382 m²/g. Chứng tỏ diện tích bề mặt của than biến tính bằng brom nhỏ hơn than chưa biến tính. Điều này có thể được giải thích là do khi biến tính bằng Br2, bề mặt xốp của than tác dụng với Br2 thông qua các phản ứng oxi hóa làm cho các lỗ xốp lớn lên. Đồng thời với việc các gốc Br─ bám trên bề mặt các lỗ xốp đã làm cho bề mặt riêng của than giảm.
Điều này có thể làm giảm khả năng hấp phụ vật lý của than hoạt tính biến tính so với than hoạt tính. Nhưng làm tăng khả năng hấp phụ hóa học của than biến tính so với than hoạt tính. Đặc biệt đối với hơi Hg, do ái lực của brom với Hg kim loại là rất lớn nên khả năng giữ Hg trên than biến tính cao.
3.2.2.2. Phổ IR của một số vật liệu
Các nhóm chức tồn tại trên than hoạt tính và than biến tính được xác định bằng phổ hấp thụ hồng ngoại. Do mẫu ở dạng rắn thường khuếch tán ánh sáng mạnh, nên để có một lớp khuếch tán ánh sáng ít, thuận lợi cho quá trình đo người ta dùng phương pháp nghiền chất với bột KBr tinh khiết. KBr không hấp thụ trong vùng trên 400cm-1 vì vậy có thể nghiên cứu chất trong vùng hấp thụ rộng.
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của than hoạt tính