Than hoạt tính được chọn thử nghiệm là than hoạt tính thị trường (loại than thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm ở các trường học). Quy trình phủ được thực hiện trong sơ đồ khối sau:
* Sơ đồ khối:
Hình 2.1.Sơ đồ khối phương pháp phủ oxit kim loại lên than hoạt tính
* Các bước thực hiện:
- Bước 1: Rửa và sấy than
Than hoạt tính rửa tới khi pH ≈ 7 được sấy khô trong không khí ở khoảng 40 – 50oC, sấy tiếp ở 150oC trong 24h và bảo quản trong lọ kín.
- Bước 2: Phân tán muối kim loại trên than bằng phương pháp phủ
Quá trình nhúng được thực hiện với m(g) than (đã rửa, sấy khô). Lượng oxit kim loại được tính theo lượng kim loại (ion kim loại) và quy ra lượng muối tương ứng cần dùng. Lượng muối sau khi xác định được pha ra thể tích nước thích hợp để tạo thành một dung dịch đủ nhúng cho m(g) than.
Sau lần nhúng thứ nhất, than được để khô tự nhiên ngoài không khí rồi nhúng lần thứ 2, thứ 3 đến khi hết dung dịch đã pha.
- Bước 3: Sấy và nung than 1.6.4.Hệ thống lò nung:
Hình 2.2.Sơ đồ hệ thống nung than
Ghi chú :
1: Bình khí Nitơ 3: Bộ nguồn gia nghiệt 5: Bộ hiển thị nhiệt độ 2: Lò phản ứng 4: Can nhiệt (đầu dò) 6: Ống thải khí Nitơ Dây điện trở được quấn trong các con sứ, được cố định trên một bản kẽm nhỏ bao quanh lò nhiệt phân, tiếp đến là lớp bông thủy tinh (đảm bảo lớp bông thủy tinh không được tiếp xúc với dây điện trở trong quá trình gia nhiệt) và ngoài cùng là lớp kẽm lớn bao bên ngoài tạo thành một hình trụ để đặt lò phản ứng vào.
Hộp điện được đặt bên cạnh thiết bị phản ứng, nối dây điện với điện trở để gia nhiệt. Nối đầu dò nhiệt độ từ hộp điện vào bên ngoài bình phản ứng. Bình khí N2 được gắn với lưu lượng kế, từ đó dẫn tới lò phản ứng. Lò nhiệt phân được nối với thiết bị ngưng tụ bằng mặt bích, trên mặt bích có 2 lỗ khoan-một lỗ dùng để đưa đầu dò nhiệt độ vào, một lỗ dùng để dẫn khí từ thiết bị phản ứng sang thiết bị ngưng tụ.
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 2.2. Hóa chất
- Than hoạt tính sử dụng cho phòng thí nghiệm - Phenol (Trung Quốc, độ tinh khiết 98%)
- Metylen xanh (Trung Quốc, độ tinh khiết 98%) - Khí N2
- Muối CuCl2.6H2O (Trung Quốc, độ tinh khiết 99%) - Muối FeCl3.6H2O (Trung Quốc, độ tinh khiết 99%) - Muối NiCl2.6H2O (Trung Quốc, độ tinh khiết 99%) - Muối CoCl2.6H2O (Trung Quốc, độ tinh khiết 99%)
2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ của các chất
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn, xác định nồng độ của một số chất cần thiết [13]
* Nồng độ đương lượng gam hay nồng độ đương lượng:
Nồng độ đương lượng số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch. CN= số đương lượng gam chất tan (nsố ldung dịch (v) ) [13]
Trong đó:
n= MĐ , với Đ: Là số đương lượng gam và Đ = M
Z: Số electron trao đổi trong 1 mol, số H+(OH-) hay ion tham gia phản ứng trung hòa. * Mối liên hệ: CM= C% 10 M CN= C% 10 Đ CN= .
* Pha dung dịch có nồng độ đương lượng(CN) :
- Đối với chất rắn : Lượng cân chất rắn cần lấy để pha Vml dung dịch có nồng độ CN
mcân = CN. Đ. V.100
1000.p [13]
Với : m - khối lượng cân chất rắn(g)
CN - nồng độ đương lượng dung dịch vần pha V - thể tích cần pha (ml)
p - độ tinh khiết chất rắn (%)
- Đối với chất lỏng: thể tích chất lỏng đậm đặc cần dùng để pha V(ml) dung dịch có nồng độ CN
Vdamdac = CN. Đ. V.100
1000.d.C% [13] Với : Vdamdac - thể tích dung dịch đậm đặc (ml)
V - thể tích dung dịch cần pha(ml)
D - khối lượng riêng (tỷ trọng) của dung dịch (g/ml) C% - nồng độ % của dung dịch đậm đặc
Từ 2 công thức (2.1) và (2.2) ta có thể pha một số dung dịch với nồng độ dương lượng xác định cho quá trình tẩm than hoạt tính và khảo sát độ hấp phụ của than hoạt tính đã thành chất hấp phụ-xúc tác.
2.3.2. Metylen xanh
a) Giới thiệu metylen xanh
Thuốc nhuộm metylen xanh là một chất được sử dụng rất thông dụng trong kỹ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong у học. Metylen xanh khó phân hủy khi thải ra môi trường làm mất vẻ đẹp mĩ quan của môi trường, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người.
- Công thức phân tử: C16H18ClN3S.3H2O - Công thức cấu tạo:
b) Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau. Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa: Phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng... Nước thải dệt nhuộm thường không ổn định và đa dạng. Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên thường thải trực tiếp ra môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu của nước thải dệt nhuộm. Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Cụ thể đối với con người gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi, ung thư.. đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật. Với những tác hại trên, việc nghiên cứu ra than hoạt tính thích hợp để hấp phụ tốt metylen xanh là cần thiết.
c) Xác định đường chuẩn của metylen xanh
- Dung dịch đo quang: Metylen xanh 250mg/l, 200mg/l, 150mg/l, 100mg/l, 50mg/l.
- Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 655nm - Số liệu thực tế thu được:
Bảng 2.1.Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn metylen xanh Nồng độ (mg/l) 50 100 150 200 250
ABS 0,54 0,93 1,49 1,82 2,13
Hình 2.3.Đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh.
2.3.3. Phenol
a) Giới thiệu về phenol
- Phenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43°C.
- Để lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước.
- Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ. Phenol rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da.
- Phenol tan vô hạn ở 660C. b) Tác hại của phenol:
Phenol và các dẫn xuất của phenol là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người và mọi sinh vật sống. Trên góc độ môi trường phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại chất gây ô nhiễm. Đây là nhóm tương đối bền , có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và có khả năng gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người. Khi xâm nhập vào cơ thể các phenol nói chung và Clophenol nói riêng gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu.
c) Xác định đường chuẩn của phenol
* Pha hóa chất:
- Phenol: Hòa tan 0,1g phenol vào nước cất (đun sôi để nguội) định mức 1000ml (phenol 100mg/l)
- Dung dịch đệm: Dung dịch NH4Cl (20g/l) được điều chỉnh độ pH = 10 bằng NH4OH.
- Dung dịch 4-amino antipyrin 20g/l.
- Dung dịch Kali hexaxyanoferat (III) 80g/l.
Theo thứ tự trên, các mẫu 0,1,2,3,4,5 tương ứng mẫu trắng 1,2,3,4 và mẫu 5. Lắc đều các mẫu, ở nhiệt độ phòng trong vòng 15 phút. Sau đó tiến hành đo độ hấp phụ trên máy quang phổ Thermo Spectronic 200 ở bước sóng 490nm.
Cho lần lượt hóa chất vào các bình định mức 10ml theo thứ tự.
Bảng 2.2.Bảng pha hóa chất xây dựng đường chuẩn phenol
THỨ TỰ MẪU (ml) 0 1 2 3 4 5 1 Phenol chuẩn (100mg/l)(ml) 0 1 2 3 4 5 2 Đệm (NH4Cl + NH4OH) (ml) 2 2 2 2 2 2 3 4-amino antipyrin (ml) 2 2 2 2 2 2
4 Kali hexaxyanoferat (III) (ml) 1 1 1 1 1 1
5 Nước cất (ml) 5 4 3 2 1 0
Tổng thể tích (ml) 10 10 10 10 10 10
- Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 450nm - Kết quả đo độ hấp thụ theo bảng số liệu sau:
Hình 2.4.Các mẫu chuẩn của phenol
Bảng 2.3.Đo độ hấp thụ Abs của hợp chất phenol
Hàm lượng phenol (mg/l) 10 20 30 40 50
Abs 0.522 0,787 0,946 1,248 1,426
- Đường chuẩn:
2.3.4. NiCl2.6H2O (Nickel chloride herahydrate M=237,59g/mol) a) Giới thiệu Niken [1] a) Giới thiệu Niken [1]
Nikel là một kim loại thuộc nhóm VIII của bảng tuần hoàn. Số nguyên tử là 28 và khối lượng nguyên tử 58,71. Ni có thể xuất hiện trong một số trạng thái oxi hóa nhưng chỉ có Nikel(II) bền vững trên dãy pH rộng và điều kiện oxy hóa– khử trong môi trường đất. Bán kính ion của Ni (II) là 0.065nm (gần với bán kính ion của Fe, Mg, Cu và Zn). Nikel có thể thay thế các kim loại thiết yếu trong các enzym kim loạivà gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất.
Đặc tính cơ học: Cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, nikel xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asenic trong khoáng chất niccolit, và với asenic cùng lưu huỳnh trong quặng nikel. Ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong không khí và trơ với ôxi nên thường được dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v.., cho các thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim, như bạc Đức. Nikel có từ tính, và nó thường được dùng chung với Co, cả hai đều tìm thấy trong sắt từ sao băng. Nó là thành phần chủ yếu có giá trị cho hợp kim nó tạo nên. Nikel là một trong năm nguyên tố sắt từ.
b) Tác hại Nikel
Nikel xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, da, mắt, và hô hấp. Tác hại của việc nhiễm độc bởi nikel có thể gây ra các triệu chứng như nhức đầu, choáng váng, dị ứng trên da. Nếu tích luỹ nikel trong cơ thể với nồng độ cao có thể dẫn đến ung thư gan, ung thư tuyến tiền liệt, rối loạn tim mạch, những khiếm khuyết khi sinh con. Với những tác hại này việc hấp phụ Ni2+ trong nước và khí thải là cần thiết. Đồng thời Ni2+ còn có màu đỏ tươi dễ khảo sát nồng độ trong điều kiện phòng thí nghiệm nên được chúng tôi chọn làm dung dịch thử độ hấp phụ của than hoạt tính.
Nikel là kim loại nặng, khó hấp phụ. Do đó cần thiết để nghiên cứu ra loại than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt Ni2+ để giảm tác hại của ion kim loại này đến sức khỏe con người.
c) Xác định đường chuẩn của dung dịch NiCl2:
- Dung dịch đo quang: Ni2+ 200; 400 ; 600 ; 800 ; 1000 mg/l - Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 390n
- Số liệu thực tế đo quang thu được:
Bảng 2.4.Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn dung dịch Ni2+
Nồng độ (mg/l) 200 400 600 800 1000
ABS 0,086 0,175 0,255 0,343 0,436
- Đường chuẩn:
Hình 2.6.Đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch NiCl2
2.3.5. CoCl2.6H2O (Cobalt chloride herahydrate M=237,93g/mol) a) Giới thiệu về Cobalt [12] a) Giới thiệu về Cobalt [12]
- Nguyên tử Co có 27 electron, được phân bố thành 4 lớp: 2e, 8e, 15e, 2e. - Là nguyên tố d.
-
Cấu hình e nguyên tử: 1s22s22p63s23p63d74s2 hay viết gọn là [Ar]3d74s2
- Co có số oxi hóa phổ biến là +2, ngoài ra còn có số oxi hóa là +3. - Cấu hình e của Co2+: 1s22s22p63s23p63d7
b) Tác hại của Co2+
60
Co là nguồn phát ra tia gamma mạnh nên tiếp xúc với nó sẽ dẫn đến nguy cơ ung thư. Nuốt 60Co sẽ khiến coban thâm nhập vào mô tế bào và quá trình thải ra rất chậm chạp. 60Co là yếu tố rủi ro gây tranh cãi về vấn đề hạt nhân vì nguồn nơtron sẽ chuyển hóa 59Co thành đồng vị này.
c) Xây dựng đường chuẩn của dung dịch CoCl2:
- Dung dịch đo quang: CoCl2 (được pha từ muối CoCl2.6H2O) 200; 400; 600; 800; 1000 mg/l
- Bước sóng đạt Abs tối đa: λ = 510nm - Số liệu thực tế đo quang thu được:
Bảng 2.5.Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn dung dịch CoCl2
Nồng độ (mg/l) 200 400 600 800 1000
ABS 0,08 0,22 0,29 0,38 0,62
- Đường chuẩn:
2.3.6. FeCl3.6H2O a) Giới thiệu sắt a) Giới thiệu sắt
- Sắt là kim loại chuyển tiếp, có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4.
- Cấu hình e: [Ar]3d64s2. Cấu hình đơn chất tinh thể lập phương tâm khối (Fe) hay lập phương tâm diện (Fe).
- Các quặng chứa sắt: Manhetit (Fe3O4); Hemantit đỏ (Fe2O3); Xiderit (FeCO3); Pirit (FeS2); Hemantit nâu (Fe2O3.nH2O)
- Fe3+ có cấu hình e: 1s22s22p63s23p63d5, ion Fe3+ có mức õi hóa cao nhất nên trong các phản ứng hóa học chỉ thể hiện tính oxi hóa.
b) Xây dựng đường chuẩn của Fe3+(mà cụ thể được pha từ muối FeCl3 99% theo công thức II.1)
- Dung dịch đo quang: FeCl3 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1N - Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 430nm
- Số liệu đo quang thu được:
Bảng 2.6.Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn dung dịch FeCl3 Nồng độ (N) 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
ABS 0,63 0,82 1,17 1,44 1,67
- Đường chuẩn:
2.3.7. CuCl2.6H2O
a) Giới thiệu về đồng
- Đồng là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm IB, chu kì 4, có số hiệu nguyên tử là 29.
- Nguyên tử Cu có 29 electron, được phân bố thành 4 lớp: 2e, 8e, 18e, 1e. - Là nguyên tố d.
- Cấu hình e nguyên tử: 1s22s22p63s23p63d104s1 hay viết gọn là [Ar]3d104s1
[Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
- Các muối Cu (II) đều độc.
- Trong tất cả dung dịch muối Cu (II) với anion không màu đều có màu xanh lam của ion Cu2+ bị hiđrat hóa.
-
Cấu hình e của Cu2+: 1s22s22p63s23p63d9
b) Xây dựng đường chuẩn của dung dịch CuCl2.6H2O (mà cụ thể được pha từ muối CuCl2 99% theo công thức II.1)
- Dung dịch đo quang: CuCl2 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1N - Bước sóng đạt ABS tối đa: λ = 430nm
- Số liệu đo quang thu được:
Bảng 2.7.Số liệu thực tế xây dựng đường chuẩn dung dịch CuCl2
Nồng độ (N) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ABS 0,73 0,98 1,47 1,80 2,36
Hình 2.9.Đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch CuCl2 2.4. Khảo sát phương pháp phủ trên than hoạt tính
2.4.1. Nhúng than hoạt tính trong dung dịch FeCl3
a) Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Fe3+ đến khả năng hấp phụ của than
- Chuẩn bị 4 mẫu than (đã được sấy khô như nêu ở mục 1.6.3), mỗi mẫu 10 gam được chứa trong 4 cốc thủy tinh có thể tích 100ml ta gọi ký hiệu lần lượt là: Mẫu 1, Mẫu 2, Mẫu 3, Mẫu 4, và Mẫu 0 là mẫu than hoạt tính ban đầu. - Dung dịch nhúng đầu tiên tôi chọn là Fe3+0,4N mà cụ thể được pha từ muối FeCl3 với độ tinh khiết 99% theo công thức (II.1).
- Pha dung dịch Fe3+ 0.4N lần lượt thành các dung dịch Fe3+ 0,3N; 0,2N; 0,1N đều có thể tích 90ml. Sau đó, tiến hành nhúng lần thứ nhất với 30ml dung dịch cho các mẫu với các nồng độ dung dịch Fe3+ tương ứng theo bảng 2.8:
Bảng 2.8.Nồng độ tương ứng của các mẫu Tên mẫu Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
Nồng độ Fe3+(N) 0,4 0,3 0,2 0.1 - Sau 24 giờ tiến hành hút chân không và nhúng 4 mẫu lần thứ 2.
- Sau 24 giờ tiếp theo, tiến hành hút chân không, để khô tự nhiên ngoài không khí, sau đó nhúng mẫu lần thứ 3.
- Sau 24 giờ tiếp, tiến hành hút chân không (4 dung dịch thừa thu được trong quá trình hút chân không được giữ lại và tiến hành đo quang để xác định nồng độ Fe3+ còn thừa).
- Các mẫu đều được nhúng ở pH tối ưu đối với việc hấp phụ dung dịch Fe3+ đối với than hoạt tính là từ 7-8 và thời gian tối đa sau mỗi đợt nhúng ít nhất là