KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ CHUỐI (2015)

VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ CHUỐI

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ CHUỐI (2015) WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM

------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ CHUỐI Chuyên ngành: Sƣ phạm Hoá học

Giáo viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS PHAN THỊ NGỌC MAI

HOÀNG THỊ MỸ HẠNH MSSV: 2111812

CẦN THƠ - 2015

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 

………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

i

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

 ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

ii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

 ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

iii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

LỜI CẢM ƠN

 Trong suốt quá trình thực hiện luận văn em đã học hỏi và tích lũy đƣợc nhiều kinh nghiệm quý báu về mặt kiến thức cũng nhƣ kinh nghiệm sống. Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, ngoài sự nổ lực của bản thân, em còn nhận đƣợc nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ rất tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Nay em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Cô Phan Thị Ngọc Mai, đã trực tiếp hƣớng dẫn và theo sát em trong quá trình thực hiện đề tài, luôn tận tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến để luận văn của em đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình hƣớng dẫn, đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm thí nghiệm.

Quý thầy, cô trong bộ môn Sƣ phạm Hoá học - Khoa sƣ phạm - Trƣờng Đại học Cần Thơ.

Gia đình, bạn bè và tập thể lớp Sƣ phạm Hoá học K37 những ngƣời luôn quan tâm giúp đỡ và đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua.

Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

iv

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

TÓM TẮT LUẬN VĂN Nhằm góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng bằng những vật liệu sẵn có, rẻ tiền mà đề tài “ Khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ chuối” đã đƣợc thực hiện.

Trong đề tài này, luận văn đã xử lí biến tính nguyên liệu vỏ chuối bằng axit citric để thu đƣợc vật liệu hấp phụ, sau đó tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ của vật liệu hấp phụ vừa chế tạo, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ nhƣ thời gian, pH, nồng độ đầu của ion Ni2+ ở nhiệt độ phòng, xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ của vật liệu hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir. Nồng độ của ion Ni2+ trƣớc và sau khi hấp phụ đƣợc xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA. Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 30 phút, pH thích hợp cho sự hấp phụ đối với ion Ni2+ là 6,0. Vỏ chuối biến tính bằng axit citric có khả năng hấp phụ tốt hơn vỏ chuối nguyên liệu. Độ hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ là 26,042 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ k = 0,028.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

v

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .............................................................i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................. ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................iv TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................. v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ x DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................xi PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 1

2.

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI ........................................................................................... 1

3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 1

PHẦN NỘI DUNG .......................................................................................................... 2 Chƣơng 1: CƠ SƠ LÍ THYẾT....................................................................................... 2

1.1.

Tổng quan về vỏ chuối .................................................................................... 2

1.1.1. Giới thiệu về cây chuối ................................................................................... 2 1.1.2. Thành phần vỏ chuối [26] ............................................................................... 3 1.2.

Biến tính vỏ chuối bằng acid citric [12] .......................................................... 3

1.3.

Giới thiệu sơ lƣợc về Niken [9, 13, 24] ........................................................... 3

1.3.1. Đặt tính của Niken .......................................................................................... 3 1.3.2. Nguồn phát sinh Ni ......................................................................................... 4 1.3.3. Độc tính của Ni ............................................................................................... 4

1.4.

Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải [20] .......................................................... 5

1.5.

Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng ................. 5

1.5.1. Phƣơng pháp kết tủa ....................................................................................... 5 1.5.2. Phƣơng pháp trao đổi ion................................................................................ 5 1.5.3. Phƣơng pháp hấp phụ ..................................................................................... 6 1.6.

Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [5, 10, 16, 17] ............................... 6

1.6.1. Các khái niệm cơ bản...................................................................................... 6 1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học................................................................. 6 1.6.3. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch ....................................................... 7 1.6.4. Sự hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ............................................................... 11 SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

vi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.6.5. Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................. 12 1.7.

Phƣơng pháp định lƣợng kim loại [22, 35] ................................................... 14

1.7.1. Phƣơng pháp phân tích trắc quang ............................................................... 14 1.7.2. Phƣơng pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) ................................................ 15 1.7.3. Phƣơng pháp phân tích thể tích .................................................................... 16 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 17 2.1.

Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ, thiết bị ........................................................ 17

2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 17 2.1.2. Hoá chất ........................................................................................................ 17 2.1.3. Thiết bị .......................................................................................................... 17 2.2.

Phƣơng pháp chuẩn độ complexon xác định Ni2+ ......................................... 17

2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp ....................................................................... 17 2.2.2. Cách tiến hành .............................................................................................. 18 2.3.

Quy trình xử lý và chế tạo vật liệu hấp phụ .................................................. 19

2.3.1. Xử lí nguyên liệu .......................................................................................... 20

2.3.2. Chế tạo VLHP ............................................................................................... 20 2.4.

Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và vỏ chuối nguyên liệu .................. 21

2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu.................................. 21 2.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ......................................................... 21 2.5.

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của VLHP ............... 21

2.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian .............................................................................. 21 2.5.2. Ảnh hƣởng của pH ........................................................................................ 22 2.5.3. Ảnh hƣởng của nồng độ - cân bằng hấp phụ ................................................ 22

2.5.4. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir ................................................................................. 23 Chƣơng 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ....................................................................... 24 3.1.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến tính vỏ chuối ..... 24

3.1.1. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian .................................................................. 24 3.1.2. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ axit citric ................................................... 25 3.2.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ chuối ..... 26

3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối ..................... 26

3.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ............................................ 26 3.3.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng ......................................................... 28

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

vii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian .................................................... 28 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH ............................................................. 29 3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Ni2+.......................... 31 3.4.

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ .......................... 32

3.5.

Một số nghiên cứu hấp phụ Ni2+ bằng vỏ chuối .......................................... 34

Chƣơng 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ....................................................................... 35 4.1.

Kết luận.......................................................................................................... 35

4.2.

Kiến nghị ....................................................................................................... 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 36 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 39

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

viii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ tài nguyên môi trƣờng QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam VLHP : Vật liệu hấp phụ

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

ix

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây chuối ......................................................................................................... 2 Hình 1.2: Vỏ chuối .......................................................................................................... 2 Hình 1.3: Ester hóa cellulose bằng acid citric ................................................................. 3 Hình 1.4: Sơ đồ định hƣớng các phân tử chất HĐBM trên bề mặt phân chia hai pha bản chất khác nhau .......................................................................................................... 9 Hình 1.5: Đƣờng đẳng nhiệt .......................................................................................... 14 Hình 1.6: Đồ thị sự phụ thuộc ....................................................................................... 14 Hình 2.1: Dung dịch Ni2+khi có..................................................................................... 18 Hình 2.2: Dung dịch Ni2+ sau ........................................................................................ 18 Hình 2.3 : Quy trinh xử lý và chế tạo VLHP................................................................. 19 Hình 2.4: Vỏ chuối nguyên liệu .................................................................................... 20 Hình 2.5: VLHP ............................................................................................................. 20 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình biến tính vỏ chuối . 24 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của của nồng độ axit citric đến quá trình biến tính vỏ chuối .................................................................................................................. 25 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ............................................................................................................................. 28 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ............................................................................................................................. 30 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cu2+đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP................................................................................................. 31 Hình 3.6: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với ion Ni2+ ................................. 33 Hình 3.7: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion Ni2+ ................................................................................................................................ 33

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

x

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp ......................5 Bảng 3.1: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình biến tính ..................24 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit citric đến quá trình biến tính 25 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối..........................26 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP .....................................................27 Bảng 3.5: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối và VLHP 27 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ...........28 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ......................29 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Ni2+của VLHP .............31 Bảng 3.9: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .............................................................................................................................................32 Bảng 3.10 Tổng hơp một số nghiên cứu hấp phụ ion Ni2+ từ vỏ chuối ...........................34

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

xi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, vấn đề bảo vệ môi trƣờng đang trở nên bức thiết, thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia và tổ chức trên thế giới.

Nƣớc đóng vai trò quan trọng đối với môi trƣờng sống và sức khỏe con ngƣời.

Việc mội trƣờng nƣớc ô nhiễm gây nên nhiều thiệt hại nghiêm trọng: dịch bệnh, ung thƣ, suy giảm nguồn lợi thủy hải sản… Nền công nghiệp phát triển kéo theo lƣợng nƣớc thải trong quá trình sản xuất đƣa vào môi trƣờng ngày càng lớn. Trong các loại nƣớc thải công nghiệp thì nƣớc thải chứa kim loại nặng đƣợc chú ý hơn cả do chúng gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đối với sức khỏe con ngƣời và hủy hoại môi sinh mạnh mẽ. Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng ra khỏi nƣớc nhƣ: phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp sinh hóa, phƣơng pháp hóa học…. Trong đó phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng rộng rãi nhất. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền và thân thiện với môi trƣờng.

Chuối đƣợc trồng phổ biến tại nhiều quốc gia đặc biệt là ở Việt Nam- một đất nƣớc nhiệt đới. Vỏ chuối chủ yếu đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc hoặc xem nhƣ một loại rác thải. Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền này luận văn quyết định chọn đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ chuối” 2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Chế tạo vật liệu hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp phụ từ đó khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ nhằm đƣa ra những điều kiện thích hợp để quá trình hấp phụ ion kim loại của vật liệu hấp phụ đạt hiệu suất cao nhất.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối.

- Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

1

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1: CƠ SƠ LÍ THYẾT 1.1. Tổng quan về vỏ chuối 1.1.1. Giới thiệu về cây chuối Chuối có tên khoa học là Musa paradisiaca L, thuộc họ Musaceae, là loài cây nhiệt đới đƣợc trồng ở Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Maylaysia, Việt Nam, các nƣớc Đông Phi, Tây Phi, Mỹ Latinh….Các loài chuối hoang dại đƣợc tìm thấy rất nhiều ở Đông Nam Á, do đó có thể cho rằng Đông Nam Á là quê hƣơng của chuối [6]. Ở Việt Nam, chuối đƣợc trồng nhiều ở các tỉnh phía Nam. Sản lƣợng chuối trong năm 2013 của cả nƣớc là 1,9 triệu tấn [4]. Cây chuối đƣợc trồng chủ yếu để lấy trái. Trong năm 2011, toàn thế giới tiêu thụ hơn 145 triệu tấn chuối [35]. Vỏ chuối là phần bao bọc bên ngoài phần thịt mềm, ngọt đƣợc gọi là thịt chuối. Ở các nƣớc phƣơng Tây, vỏ chuối đƣợc xem là rác thải hữu cơ. Còn ở các nƣớc phƣơng Đông, một phần vỏ chuối đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc một phần đƣợc xem nhƣ rác thải.

Hình 1.1: Cây chuối

Hình 1.2: Vỏ chuối

Theo ƣớc tính cứ 6 tấn chuối đƣợc tiêu thụ sẽ tạo ra 1 tấn vỏ chuối [35]. Nếu biết khai thác hợp lí thì đây sẽ là một nguồn nguyên liệu khổng lồ. Để tận dụng nguồn nguyên liệu này nhiều nghiên cứu khoa học đã đƣợc tiến hành trong đó nổi bậc nhất là việc ứng dụng vỏ chuối để sản xuất sinh khối, protein, ethanol, methane, pectin, chiết SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

2

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

xuất các enzym. Vỏ chuối cũng đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc và ứng dụng nhƣ một chất hấp phụ để loại bỏ các kim loại nặng.

1.1.2. Thành phần vỏ chuối [26] Thành phần của vỏ chuối gồm: cacbohiđrat 59 %, chất xơ 31,7 %, lipid thô 1,7 %, protein 0,9 % và khoáng chất.

Cacbohiđrat có chứa nhiều nhóm OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hiđro.

1.2. Biến tính vỏ chuối bằng acid citric [12] Quá trình hoạt hóa bao gồm các bƣớc ngâm vật liệu trong dung dịch axit citric sau đó sấy khô, các phân tử axit citric khi đó sẽ thấm sâu vào các mao quản của vật liệu, tiếp theo sấy ở nhiệt độ cao. Axit citric đầu tiên sẽ chuyển thành dạng anhydric, tiếp theo là phản ứng ester hóa xảy ra giữa anhydric axit và các nhóm hydroxy của xenlulozo. Tại vị trí phản ứng nhƣ vậy đã xuất hiện hai nhóm chức axit (từ axit citric) có khả năng trao đổi ion tốt hơn. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo dài thời gian phản ứng, quá trình ester hóa có thể tiếp tục xảy ra đối với các nhóm axit còn lại của axit citric làm giảm khả năng trao đổi ion ( hình 1.3).

O

O H2C

COOH

H2C

C

H2C O

HO C COOH H2C

- H2O

COOH

HO C C H2C

H2C

H2C

- H2O

COOH

HO C C

H2C

H2C

C

O OCe

COOH O

C O

H2C

HO C COOH

O

C OCe

HO C COOH

OH

O COOH

O H2C

Ce

C OCe

Ce

OH

C OCe

HO C COOH

O

H2C

C OCe O

Hình 1.3: Ester hóa Xenlulozơ bằng axit citric 1.3. Giới thiệu sơ lƣợc về Niken [9, 13, 24] 1.3.1. Đặt tính của Niken Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, nguyên tố niken (Ni) nằm ở ô số 28 thuộc phân nhóm phụ, nhóm 8, chu kỳ 4. Cấu hình electron của Ni: [Ar]3d84s2.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

3

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Niken là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim, dễ rèn, dễ dát mỏng và dễ đánh bóng… Niken đơn chất có tính từ, bị nam châm hút nhƣ sắt. Niken có nhiệt độ nóng chảy cao (tnc = 1453oC) và nhiệt độ sôi cao (ts = 3185oC), là kim loại có hoạt tính hoá học trung bình.

1.3.2. Nguồn phát sinh Ni Niken đƣợc phân bố chủ yếu trong các khoáng vật và có mặt trong các tế bào động thực vật. Nguồn niken lớn nhất do con ngƣời tạo ra là việc đốt cháy nhiên liệu và dầu ăn thừa, thải ra 26700 tấn Ni/năm trên toàn thế giới. Niken tập trung trong khói thải của động cơ diesel là 500  1000 mg/lít.

Niken có trong nƣớc thải của một số nhà máy luyện kim và hoá chất có sử dụng niken, đặc biệt là trong nƣớc thải của các cơ sở mạ điện và sản xuất thép. Các hợp chất niken sử dụng trong công nghệ mạ điện là NiSO4 và Ni(NO3)2.

Trong tự nhiên cũng có các nguồn phát sinh niken nhƣ: hoạt động của núi lửa, cháy rừng, bụi sao băng…

1.3.3. Độc tính của Ni Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trƣờng nƣớc, tích tụ trong các chất sa lắng, tích lũy trong cơ thể thực vật và một số loài thủy sinh. Niken có khả năng hoạt hoá một số enzim trong cơ thể, độc tính của niken đƣợc thể hiện khi nó có thể thay thế các kim loại thiết yếu trong các enzyme và gây ra sự đứt gãy các đƣờng trao đổi chất trong cơ thể sinh vật và ngƣời. Tiếp xúc lâu với niken có thể xuất hiện hiện tƣợng viêm da và dị ứng. Khi vào trong cơ thể, niken tan vào máu, kết hợp với albumin tạo thành hợp chất protein kim loại. Niken tích lũy trong các mô và đƣợc đào thải qua nƣớc tiểu. Nguy hiểm lớn nhất khi tiếp xúc với Niken là có thể mắc bệnh ung thƣ đƣờng hô hấp. Nhiễm độc niken có thể chia thành hai trƣờng hợp: - Nhiễm độc cấp tính: bệnh này thƣờng do Ni(CO)4 gây nên. Sự phục hồi sau khi nhiễm độc cấp tính rất chậm, hậu quả dẫn đến viêm phổi xơ hóa.

- Nhiễm độc mãn tính: nhiều nghiên cứu cho thấy những công nhân tinh chế Niken có nguy cơ mắc bệnh ung thƣ xoang mũi, thanh quản và phổi. Ngộ độc niken qua đƣờng hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu kéo dài sẽ làm tăng nguy cơ gây bệnh ác tính ở một số cơ quan khác nhƣ gây ung thƣ thanh quản, dạ dày, thận và một số phụ tạng khác (mô mềm).

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

4

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.4. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải [20] QCVN 40:2011/ BTNMT quy định giá trị tối đa cho phép các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả thải ra nguồn tiếp nhận nƣớc thải. ản 1.1: Giá trị C của các thôn số ô nhiễm tron nước thải côn n hiệp STT

Thông số

Đơn vị

1

Niken

mg/l

Giá trị C A

B

0,2

0,5

Trong đó: C: giá trị của thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp.

Cột A: quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.

Cột B: quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.

1.5. Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng 1.5.1. Phƣơng pháp kết tủa Nguyên tắc chung của phƣơng pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa vào dung dịch nƣớc, điều chỉnh pH của môi trƣờng để chuyển ion cần tách về dạng hợp chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dƣới dạng kết tủa.

Xuất phát từ phƣơng trình sau:   M(OH)  Mn  nOH   n

Ở đây n là hóa trị của các ion kim loại (n = 2, 3) Với quá trình kết tủa hiđroxit kim loại nặng, pH của dung dịch nƣớc ảnh hƣởng rất mạnh.

1.5.2. Phƣơng pháp trao đổi ion Đây là phƣơng pháp khá phổ biến sử dụng các chất có khả năng trao đổi ion (ionit hay còn gọi là nhựa trao đổi ion) với các cation kim loại nặng để giữ, tách các ion kim loại ra khỏi nƣớc. nRH  M n    R n M  nH  RCl  A    RA  Cl 

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

5

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.5.3. Phƣơng pháp hấp phụ Phƣơng pháp này sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động, có khả năng lƣu giữ các ion kim loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lƣu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực tƣơng tác giữa các phân tử (lực Vander Waals – hấp phụ vật lý), cũng có thể do sự tạo thành các liên kết hóa học, tạo phức chất giữa các ion kim loại với các nhóm chức (trung tâm hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa học), cũng có thể theo cơ chế trao đổi ion,…

1.6. Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [5, 10, 16, 17] 1.6.1. Các khái niệm cơ bản Hấp phụ (adsorption): là sự tích lũy các chất khí hay chất tan trên bề mặt phân chia pha thƣờng là chất rắn hay chất lỏng.

Chất hấp phụ (adsorbent) là chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấp phụ.

Chất bị hấp phụ (adsorbate) là chất có khả năng tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ.

Sự giải hấp (desorption): là quá trình ngƣợc lại với sự hấp phụ tức là chất bị hấp phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Độ hấp phụ (lƣợng chất bị hấp phụ): là lƣợng chất bị hấp phụ (thƣờng tính bằng mol) hấp phụ lên 1 cm2 lớp bề mặt và kí hiệu là a. Thứ nguyên của độ hấp phụ là: mol/cm2. Trong trƣờng hợp không biết bề mặt riêng thì độ hấp phụ tính cho một gam chất hấp phụ. Trong trƣờng hợp này thứ nguyên của độ hấp phụ là: mol/g.

Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra là do sự tƣơng tác của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực lƣợng tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lí (Physisorption)

Hấp phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấp phụ mang bản chất lực

Lực hấp thụ mang bản chất liên kết hóa

Vanderwaals. Không có trao đổi điện tử.

học. Có sự trao đổi điện tử.

Nhiệt hấp phụ vài kcal/mol.

Nhiệt hấp phụ vài chục kcal/mol.

Năng lƣợng hoạt hóa không quan trọng.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

Năng lƣợng hoạt hóa có thể quan trọng hay không quan trọng.

6

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Nhiệt độ thấp hấp phụ chiếm ƣu thể.

Nhiệt độ cao hấp phụ chiếm ƣu thế.

Hấp phụ thƣờng là đa lớp.

Hấp phụ đơn lớp.

Sự hấp phụ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt

Có tính chọn lọc. Chỉ hấp phụ những chất

độ, áp suất.

có khả năng tạo liên kết.

Hấp phụ mang bản chất thuận nghịch.

Hấp phụ mang bản chất bất thuận nghịch.

1.6.3. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch giống nhƣ sự giới hạn trên bề mặt rắnkhí, nhƣng hiện tƣợng phức tạp hơn nhiều vì sự có mặt của cấu tử thứ ba chính là môi trƣờng (dung môi). Các phân tử dung môi cũng có thể hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ nên sẽ có sự cạnh tranh giữa dung môi và chất tan. Ngoài ra, sự phức tạp thêm bởi tƣơng tác giữa dung môi và chất tan.

Khi khảo sát sự hấp phụ chất tan trên bề mặt rắn cần phân biệt hai trƣờng hợp: sự hấp phụ chất không điện ly khi trên bề mặt chỉ hấp phụ các phân tử của các chất bị hấp phụ và sự hấp phụ các chất điện ly khi trên bề mặt thƣờng có sự hấp phụ chọn lọc một số ion của chất điện ly có mặt trong dung dịch.

1.6.3.1. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ Đối với sự hấp phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấp phụ đƣợc tính theo biểu thức 1.1: a

(C0  Ccb ).V.M KL m .

(1.1)

Trong đó: C, Ccb là nồng độ lúc ban đầu và nồng độ cân bằng của chất hấp phụ (N).

V là thể tích dung dịch xảy ra sự hấp phụ (l). m: khối lƣợng chất hấp phụ (g). a là độ hấp phụ của chất hấp phụ (mg/g).  : hệ số đƣơng lƣợng.

MKL: khối lƣợng phân tử kim loại. Để khảo sát sự biến thiên của độ hấp phụ theo nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ thì ta có thể sử dụng phƣơng trình hấp phụ Freundlich hay phƣơng trình hấp phụ SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

7

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

của Langmuir (cả hai phƣơng trình này dùng tốt trong trƣờng hợp nồng độ dung dịch khá loãng). Tuy nhiên, ta cũng có thể sử dụng phƣơng trình lý thuyết Gibbs nhƣng việc xác định sức căng bề mặt trên giới hạn dung dịch - rắn không thực hiện đƣợc nên không thể sử dụng trực tiếp phƣơng trình này.

Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức 1.2: H

(C0  Ccb ) .100 (1.2) C0

Trong đó: C, Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (M). *Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp phụ phân tử:  Ảnh hưởng của dun môi: Dung môi càng bị hấp phụ kém trên chất hấp phụ thì sự hấp phụ chất tan lên bề mặt càng tốt. Hay nói cách khác đi là dung môi nguyên chất có sức căng bề mặt càng lớn thì khả năng bị hấp phụ lên bề mặt rắn càng kém và khả năng bị hấp phụ của chất tan trên bề mặt rắn càng cao. Vì vậy, sự hấp phụ chất tan trong dung dịch nƣớc thƣờng tốt hơn sự hấp phụ chất tan trong dung môi hữu cơ.

Một tiêu chuẩn khác cho dung môi trong sự hấp phụ là nhiệt thấm ƣớt của nó lên chất hấp phụ. Khi cho chất hấp phụ vào một chất lỏng thì lƣợng nhiệt thấm ƣớt q thoát ra bằng hiệu số của năng lƣợng bề mặt toàn phần của chất hấp phụ. q = S.(E1-E2)

(1.3)

Trong đó: S là bề mặt riêng.

E1 là năng lƣợng bề mặt toàn phần trên ranh giới chất hấp phụ - không khí.

E2 là năng lƣợng bề mặt toàn phần trên ranh giới chất hấp phụ - chất lỏng.

Sự khác biệt về tính phân cực trên ranh giới chất hấp phụ - chất lỏng bé hơn so với trên ranh giới chất hấp phụ - không khí nên E1 > E2 và q > 0. Nhiệt thấm ƣớt phụ thuộc vào các giá trị E1, E2, vào độ xốp và độ phân tán của chất hấp phụ.  Ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ Bản chất và độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hƣởng rất lớn đến sự hấp phụ trong dung dịch. Các chất hấp phụ phân cực hấp phụ tốt chất phân cực và ngƣợc lại các chất hấp phụ không phân cực hấp phụ tốt các chất không phân cực.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

8

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Kích thƣớc lỗ xốp cũng ảnh hƣởng đáng kể đến sự hấp phụ. Khi kích thƣớc chất tan nhỏ có thể đi sâu vào mao quản của chất hấp phụ vì vậy khi độ xốp tăng thì độ hấp phụ tăng và khi độ xốp giảm mà kích thƣớc chất tan tăng thì độ hấp phụ giảm.  Ảnh hưởng của tính chất chất bị hấp phụ Quy tắc Rahbinder đƣa ra sự phụ thuộc của độ hấp phụ vào độ phân cực của các chất trong hệ. Theo quy tắc này, chất C có thể bị hấp thụ trên bề mặt phân chia hai pha A và B khi hằng số điện môi của nó có giá trị trung gian giữa hằng số điện môi của A và B, tức là: ɛA > ɛC > ɛB hay ɛA < ɛC < ɛB. Quy tắc Rahbinder cho thấy rằng các phân tử chất hoạt động bề mặt phải định hƣớng trên bề mặt phân cách thế nào cho phần phân cực hƣớng về pha phân cực, còn phần không phân cực hƣớng về pha không phân cực (không khí đƣợc xem nhƣ là pha không phân cực). Điều này đƣợc mô tả ở hình 1.1.

o

Phaàn phaân cöïc

Phaàn khoâng phaân cöïc

Hình 1.4: Sơ đồ định hướn các phân tử chất HĐ M trên bề mặt phân chia hai pha bản chất khác nhau Từ quy tắc Rahbinder cho thấy mọi chất ƣa nƣớc phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng không phân cực hay phân cực yếu và ngƣợc lại mọi chất ghét nƣớc không phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng phân cực. Trên cơ sở này, trong thực tế ngƣời ta dùng các chất hấp phụ phân cực (silica gel, đất sét) để hấp phụ các chất hoạt động bề mặt từ môi trƣờng không phân cực và dùng chất hấp phụ không phân cực (than) để hấp phụ trong các môi trƣờng phân cực.

Bên cạnh đó còn có một số quy tắc khác nhƣ: theo sự tăng của phân tử lƣợng thì khả năng bị hấp phụ tăng lên. Chính vì thế, các alkaloid và phẩm màu thƣờng có phân tử khối lớn bị hấp phụ rất tốt. Ngoài ra, các chất thơm cũng bị hấp phụ tốt hơn các hợp chất mạch thẳng. 

Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

9

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Sự hấp phụ trong dung dịch diễn ra chậm hơn sự hấp phụ khí vì trong dung dịch thì sự giảm nồng trên bề mặt phân chia pha chỉ có thể đƣợc phục hồi bằng sự khuếch tán, mà sự khuếch tán trong dung dịch thƣờng xảy ra chậm. Vì vậy, để xúc tiến sự thiết lập cân bằng hấp phụ trong các trƣờng hợp này dung dịch thƣờng đƣợc khuấy hay lắc.

Sự hấp phụ các phân tử lớn lên chất hấp phụ xốp có kích thƣớc lỗ xốp nhỏ diễn ra rất chậm. Trong trƣờng hợp này cân bằng cân bằng hấp phụ đƣợc thiết lập rất lâu hoặc hoàn toàn không đạt tới đƣợc.

Khi tăng nhiệt độ thì sự hấp phụ trong dung dịch giảm xuống. Tuy nhiên thì ở mức độ thấp hơn so với sự hấp phụ khí.

1.6.3.2. Sự hấp phụ các chất điện ly Bản chất của chất hấp phụ có ý nghĩa quyết định trong sự hấp phụ các ion. Các ion của chất điện ly chỉ bị hấp phụ trên các bề mặt cấu tạo từ những phân tử phân cực hay ion. Vì vậy, sự hấp phụ ion còn gọi là sự hấp phụ phân cực.

Trên bề mặt của chất hấp phụ có một điện tích xác định và nó chỉ có thể hấp phụ các ion tích điện trái dấu với nó. Các ion có điện tích cùng dấu với bề mặt chất hấp phụ sẽ không bị hấp phụ nhƣng do tƣơng tác tĩnh điện chúng sẽ nằm cạnh các ion bị hấp phụ và tạo nên lớp điện tích kép. Đối với các ion cùng hóa trị thì ion nào có bán kính càng lớn thì khả năng bị hấp phụ càng cao. Vì các ion có bán kính lớn thì có tính phân cực lớn nên dễ bị hút gần bề mặt bởi các ion hay phân tử phân cực khác. Ngoài ra, bán kính ion càng lớn thì khả năng bị hydrate hóa càng kém nên tƣơng tác tĩnh điện giữa ion với bề mặt hấp phụ mạnh (lớp vỏ hydrate ngăn cản tƣơng tác tĩnh điện).

Cụ thể nhƣ khả năng bị hấp phụ tăng lên theo thứ tự sau: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+ Cl   Br   NO3  I   SCN 

Đối với các dung dịch có chứa các ion có hóa trị khác nhau thì điện tích của ion đóng vai trò quan trọng nhất. Ion có hóa trị càng cao thì nó bị hấp phụ càng mạnh.

1.6.3.3. Sự hấp phụ trao đổi Khi cho vào dung dịch chất điện ly một chất hấp phụ mà trên bề mặt của nó đã hấp phụ sẵn một chất điện ly nào đó thì có sự hấp phụ trao đổi xảy ra, tức là có sự trao SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

10

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

đổi ion giữa lớp điện kép của chất hấp phụ với môi trƣờng. Trong sự hấp phụ trao đổi, nếu chất hấp phụ lấy từ môi trƣờng một lƣợng ion nào đó thì đồng thời nó cũng phóng thích vào môi trƣờng một lƣợng tƣơng đƣơng các ion khác mang điện cùng dấu.

Sự hấp phụ trao đổi không chỉ diễn ra trên bề mặt chất hấp phụ mà còn có thể xảy ra bên trong thể tích chất hấp phụ nơi mà dung dịch tiếp xúc đƣợc. * Đặc điểm của hấp phụ trao đổi + Có tính đặc thù tức là sự trao đổi chỉ xảy ra đối với một số ion xác định. + Sự hấp phụ trao đổi luôn là bất thuận nghịch. + Sự hấp phụ trao đổi xảy ra chậm hơn sự hấp phụ các chất không điện li và rất chậm hơn khi ion trao đổi nằm sâu trong chất hấp phụ. + Sự hấp phụ trao đổi có thể gây nên sự trao đổi pH của môi trƣờng. Nếu chất hấp phụ có khả năng trao đổi ion H+ của nó với một cation nào khác trong môi trƣờng thì quá trình hấp phụ trao đổi làm giảm pH của môi trƣờng. Nếu chất hấp phụ trao đổi anion OH- của nó với một anion nào khác của môi trƣờng thì khi hấp phụ trao đổi xảy ra thì nó làm tăng pH của môi trƣờng.

Sự trao đổi ion trong hai trƣờng hợp này có thể đƣợc biểu diễn nhƣ sau:

Anionit OH  Na  Cl   Anionit Cl  Na  OH Cationit H  Na  Cl   Cationit Na  H  Cl  1.6.4. Sự hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc còn bị ảnh hƣởng nhiều bởi pH của môi trƣờng. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lƣỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dƣơng hoặc trung hoà. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hƣởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức [9, 10]. Đặc tính của ion kim loại tron môi trườn nước Để tồn tại đƣợc ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trƣờng nƣớc bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nƣớc, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo ra các cặp ion hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo đƣợc tạo ra nhờ phản ứng thủy phân.

Sự thuỷ phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi pH của dung dịch. Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố các dạng thuỷ phân, làm cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thƣớc ion kim loại có thể tạo phức, sự SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

11

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hƣởng đến cả dung lƣợng và cơ chế hấp phụ [9, 10].

1.6.5. Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 1.6.5.1. Cân bằng hấp phụ Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại pha mang.

Theo thời gian, lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngƣợc lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lƣợng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ: a = f (T, P hoặc C) Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc của a vào P hoặc C [a = fT (P hoặc C)] đƣợc gọi là đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ có thể đƣợc xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kính nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lí số liệu thực nghiệm [9, 14, 22].

1.6.5.2. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Một số luận điểm của thuyết hấp phụ Langmuir: a. Lực hấp phụ mang bản chất lực hóa học. b. Sự hấp phụ xảy ra trên các trung tâm hoạt động của chất hấp phụ. c. Do lực hấp phụ mang bản chất là lực hóa học nên có khả năng tiến đến bão hòa . Vì vậy, mỗi trung tâm hoạt động chỉ có thể hấp phụ một phân tử chất bị hấp phụ mà thôi. Do đó sự hấp phụ là đơn lớp. d. Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ đƣợc giữ bởi các trung tâm hoạt động trong một khoảng thời gian xác định. Tuy nhiên, trung tâm hoạt động lại chỉ có thể hấp phụ phân tử mới thay chỗ cho phân tử vừa mới đi ra…. Thời gian lƣu lại các phân tử ở trạng thái bị hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ thấp, thời gian này rất lâu, ở nhiệt độ cao khoảng 1000 2000 C thì thời gian đó khoảng 10-6 giây. e. Langmuir bỏ qua sự tƣơng tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ. Nói khác đi tức là thời gian lƣu lại các phân tử chất bị hấp phụ trên các trung tâm hoạt động không SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

12

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

phụ thuộc vào các trung tâm hoạt động bên cạnh bị chiếm bởi các phân tử chất bị hấp phụ khác.

Xuất phát từ các quan điểm nêu trên Langmuir đã xây dựng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt cho hệ hấp phụ rắn – dung dịch nhƣ sau: a  amax

kCcb 1  kCcb

(1.8)

Trong đó: Ccb là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l). a là độ hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g). amax là độ hấp phụ cực đại (mg/g). k là hằng số Langmuir.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ là rất nhỏ (Ccb << 1 hay kCcb << 1)  1+ kCcb ≈ 1.

Khi đó, phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir giống phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry mô tả sự phân bố vật chất giữa hai pha: a = amaxkCcb. Nhƣ vậy, ở nồng độ rất nhỏ thì độ hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ chất bị hấp phụ.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ càng lớn (Ccb >> 1 hay kCcb >> 1)  1+ kCcb ≈ kCcb. Khi đó, phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng a = amax, nghĩa là lƣợng chất bị hấp phụ không phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấp phụ. Khi đó, bề mặt chất hấp phụ đã bão hòa bởi một đơn lớp các phân chất bị hấp phụ.

Phƣơng trình 1.8 chứa hai thông số amax và hằng số k. Độ hấp phụ cực đại amax có một giá trị xác định tƣơng ứng với số tâm hấp phụ, còn hằng số k phụ thuộc tƣơng tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ và nhiệt độ. Từ các số liệu thực nghiệm có thể xác định amax và hằng số k bằng phƣơng pháp tối ƣu (hình 1.3) hay đơn giản là bằng phƣơng pháp đồ thị (hình 1.4). Để có đồ thị ở dạng tuyến tính, phƣơng trình 1.8 đƣợc viết thành: Ccb 1 1   C a amax k amax cb

(1.9)

Từ số liệu thực nghiệm vẽ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb có dạng nhƣ hình 1.3 và hình 1.4.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

13

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Ccb a

a

α M

O

Ccb

O

Ccb

Hình 1.5: Đườn đẳng nhiệt

Hình 1.6: Đồ thị sự phụ thuộc

hấp phụ Langmuir

của Ccb/a và Ccb

Từ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb dễ dàng tính đƣợc amax và hằng số k.

OM 

1 amax k

tg 

1 amax

 amax 

1 tg

Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng đơn giản, cho phép giải thích khá thỏa đáng các số liệu thực nghiệm [9, 14, 22].

1.7. Phƣơng pháp định lƣợng kim loại [22, 35] Để định lƣợng kim loại ta có ba phƣơng pháp chủ yếu là: phƣơng pháp phân tích thể tích, phƣơng pháp phân tích trắc quang và phƣơng pháp phân tích quang phổ nguyên tử.

1.7.1. Phƣơng pháp phân tích trắc quang Phƣơng pháp phân tích đo quang là phƣơng pháp phân tích công cụ dựa trên việc đo những tín hiệu bức xạ điện từ và tƣơng tác của bức xạ điện từ với chất nghiên cứu.

Phƣơng pháp này có ƣu điểm là tiến hành nhanh, thuận lợi. Có độ nhạy cao, độ chính xác đƣợc tới 10-6 mol/l. Tùy thuộc vào hàm lƣợng chất cần xác định mà có độ chính xác từ 0,2 tới 20%.

Cơ sở của phƣơng pháp phân tích trắc quang là định luật Lambe-Beer: Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc (cƣờng độ bức xạ ban đầu là I) đi qua một lớp dung dịch có bề dày l và có nồng độ là C, thì sau khi đi qua dung dịch cƣờng độ bức xạ bị SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

14

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

giảm đi (cƣờng độ của bức xạ đi ra khỏi dung dịch là I) do quá trình hấp thụ, phản xạ, tán xạ... Độ hấp thu quang của dung dịch tỷ lệ thuận với C và I:

I A  lg o  εlC (1.12) λ I Trong đó: A : độ hấp thụ λ

ε : hệ số hấp thu phân tử (l/mol.cm) l: bề dày khối dung dịch (cm) C: nồng độ dung dịch (mol/l) 1.7.2. Phƣơng pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) Sự xuất hiện phổ hấp thu nguyên tử: Khi chiếu một chùm tia bức xạ có những bƣớc sóng xác định vào nguyên tử ở trạng thái hơi tự do thì các nguyên tử đó sẽ hấp thu các bức xạ có bƣớc sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ của nó và nguyên tử chuyển lên trạng thái kích thích. Quá trình hấp thu năng lƣợng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó (phổ hấp thu nguyên tử).

Nguyên tắc của phép đo AAS: Chọn các điều kiện và trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái đầu sang trạng thái hơi của các nguyên tử tự do.

Chiếu chùm tia bức xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử ở trên.

Dùng hệ thống máy quang phổ hấp thu toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn ra một vạch phổ hấp thu của nguyên tố phân tích để đo cƣờng độ của nó.

Cƣờng độ vạch phổ hấp thu nguyên tử: A  a.C b λ

(1.13)

Trong đó: A : cƣờng độ vạch phổ hấp thu nguyên tử λ

C: nồng độ nguyên tố phân tích có trong dung dịch mẫu SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

15

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

a: hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện thực nghiệm để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố.

Phƣơng pháp nàu có ƣu điểm : -

Độ chính xác của máy AAS cao: RSD < 2%

-

Độ lặp lại rất tốt: RSD < 1%

-

Độ nhạy: rất nhạy, đo dƣợc hàm lƣợng tới ppb (microgam/ kg)

-

Phân tích đƣợc rất nhiều nguyên tố và thời gian phân tích nhanh

1.7.3. Phƣơng pháp phân tích thể tích Phân tích thể tích là phƣơng pháp phân tích định lƣợng dựa trên sự đo thể tích của dung dịch thuốc thử đã biết chính xác nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết với chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích và nồng độ dung dịch chuẩn đã dùng để tính ra hàm lƣợng chất cần xác định có trong dung dịch phân tích.

Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, phƣơng pháp phân tích thể tích có thể phân ra làm các loại nhƣ sau: -

Phƣơng pháp chuẩn độ axit-bazơ (phƣơng pháp trung hòa).

-

Phƣơng pháp chuẩn độ kết tủa.

-

Phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức.

-

Phƣơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử.

Phƣơng pháp này có ƣu điểm là đơn giản, tiến hành dễ dàng tuy nhiên độ chính xác không cao. Do đây là bƣớc đầu khảo sát sự hấp phụ của vỏ chuối biến tính nên luận văn chọn phƣơng pháp phân tích thể tích để định lƣợng nồng độ Ni

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

16

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1. Nguyên liệu Vỏ chuối đƣợc thu mua ở chợ An Thới - TPCT. 2.1.2. Hoá chất Các hoá chất đƣợc dùng là các hoá chất có độ ttinh khiết phân tích hoặc tinh khiết hoá học.

STT

Hoá chất

STT

Hoá chất

1

Axit Citrit

6

Murexit

2

Natri hiđroxit

7

Dung dịch Amoniac

3

Niken nitrat

8

Amoni clorua

4

EDTA

9

Natri clorua

5

Natri hiđrocacbonat

10

Axit nitric

2.1.3. Thiết bị STT

Dụng cụ và thiết bị

STT

Dụng cụ và thiết bị

1

Tủ sấy Memmert UM - 400

7

Bình định mức

8

Cốc thuỷ tinh

2

Máy khuấy từ Heidolph lustruments MR 1000

3

Máy đo pH Laqua Horiba

9

Phiễu lọc

4

Cân phân tích AND GR - 200

10

Erlen 100ml

5

Giấy đo pH

11

Pipet bầu 10ml

6

Đũa thuỷ tinh

12

Buret 25ml

2.2. Phƣơng pháp chuẩn độ complexon xác định Ni2+ 2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp Nguyên tắc của phép chuẩn độ định lƣợng Ni bằng EDTA dựa trên phản ứng tạo phức bền của Ni2+ với EDTA: Ni2+ + H2Y2-

NiY2- + 2H+

Chỉ thị là murexit 1% trong NaCl, pH =10 Murexit tạo phức màu vàng với Ni2+ trong môi trƣờng kiềm mạnh (pH = 10).

Tại điểm tƣơng đƣơng Murexit ở dạng H4Ind- màu tím, phản ứng xảy ra rất chậm, SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

17

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

phải thêm EDTA từ từ.

NiH4Ind+ (vàng) + H2Y2-  NiY2- + H4Ind- (tím) 2.2.2. Cách tiến hành 2.2.2.1. Chuẩn bị mẫu trắng Dùng pipet lấy chính xác 10 ml nƣớc cất cho vào erlen 100 ml. Thêm lƣợng chỉ thị murexit (bằng hạt đậu) + 5 ml dung dịch đệm có pH = 10 vào trong erlen. Đƣa lên buret 25 ml dung dịch EDTA 0,02N và chỉnh về vạch 0. Tiến hành chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển sang màu tím thì ngƣng chuẩn độ. Ghi lại thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ (V).

2.2.2.2. Chuẩn độ xác định nồng độ Ni2+ Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch Ni2+ cần xác định nồng độ cho vào erlen 100ml. Thêm lƣợng chỉ thị murexit (bằng hạt đậu) vào trong erlen. Đƣa lên buret 25ml dung dịch EDTA 0,02N, chỉnh về vạch 0. Tiến hành chuẩn độ đến khi dung dịch có ánh đỏ xuất hiện thì thêm 5ml dung dịch đệm có pH = 10 vào. Tiếp tục chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển sang màu tím thì ngƣng chuẩn độ. Khi gần điểm tƣơng đƣơng thì phải thêm EDTA thật chậm. Ghi thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ. Nồng độ Ni2+ (N) đƣợc tính theo công thức: CNi2 

Hình 2.1: Dung dịch Ni2+khi có mặt chỉ thị murexit SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

CEDTA .(VEDTA Vo ) (1.12) 10

Hình 2.2: Dung dịch Ni2+ sau chuẩn độ 18

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.2.2.3. Chuẩn bị hoá chất - Dung dịch gốc Ni(NO3)2: hòa tan 2,91g [Ni(NO3)2.6H2O] trong nƣớc cất và định mức thành 1000 ml ta đƣợc dung dịch Ni2+ 0,02N. - Chỉ thị Murexide (C8H4N5O8NH4.H2O): cân 1g murexide + 100g NaCl tinh khiết đã sấy khô, đựng trong lọ thủy tinh màu, đậy kín.

- Dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl: cân 5,35 g NH4Cl hòa tan trong 100ml nƣớc cất, thêm dung dịch NH4OH đậm đặc vào, đo bằng máy đo pH cho dến khi ta đƣợc dung dịch đệm có pH = 10.

- EDTA (0.02N) 2.3. Quy trình xử lý và chế tạo vật liệu hấp phụ

Vỏ chuối tƣơi

Làm sạch Phơi nắng Sấy 80C Vỏ chuối nguyên liệu

Nghiền nhỏ

Ngâm axit citric

Hoạt hoá

Ngâm rửa

Sấy khô

VLHP

Hình 2.3 : Quy trinh xử lý và chế tạo VLHP SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

19

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.3.1.Xử lí nguyên liệu Vỏ chuối thu về đƣợc rửa sạch bằng nƣớc máy, đem phơi nắng năm ngày, sau đó sấy đến khô ở 800C. Vỏ chuối khô đƣợc nghiền thành bột, tiếp tục rửa bột vỏ chuối bằng nƣớc cất đến khi nƣớc lọc trong. Sấy khô ở 80 C. Bột vỏ chuối khô đƣợc rây lấy kích thƣớc hạt  0,5 mm (vỏ chuối nguyên liệu).

2.3.2. Chế tạo VLHP 2.3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình biến tính Chuẩn bị 5 mẫu vỏ chuối mỗi mẫu cân 10g vỏ chuối nguyên liệu cho vào cốc + 100 ml axit citric 1M, ngâm qua đêm, lọc bớt axit dƣ, sau đó đem sấy ở 120 C lần lƣợt trong 4 giờ, 8 giờ, 12 giờ, 13 giờ, 14 giờ. Rửa sạch bằng nƣớc cất đến khi nƣớc rửa đạt pH = 7. Sau đó sấy khô và bảo quản trong các bao plastic. Đem 1 gam mỗi mẫu đi hấp phụ dung dịch Ni2+ 0,02N. Xác định nồng độ Ni2+ còn lại sau hấp phụ bằng dung dich EDTA 0,02N. Kết quả đƣợc liệt kê ở bảng phụ lục 1.

2.3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đến quá trình biến tính Cân 10 gam vỏ chuối nguyên liệu cho vào cốc, ngâm qua đêm với 100 ml axit citric có nồng độ thay đổi lần lƣợt là 0,2M, 0,6M, 0,8M, 1M, 1,2M. Lọt bớt axit, sau đó đem sấy ở 120 C trong khoảng thời gian tốt nhất là 12 giờ. Rửa sạch bằng nƣớc cất đến khi nƣớc rửa đạt pH = 7. Sau đó sấy khô và bảo quản trong các bao plastic. Đem mẫu đi hấp phụ dung dịch Ni2+ 0,02N. Xác định nồng độ Ni2+ còn lại sau hấp phụ bằng dung dich EDTA 0,02N. Kết quả đƣợc liệt kê ở bảng phụ lục 2.

Hình 2.4: Vỏ chuối n uyên liệu SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

Hình 2.5: VLHP

20

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và vỏ chuối nguyên liệu 2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu - Cân 0,5 gam vỏ chuối nguyên liệu cho vào cốc 100ml, thêm 50ml dung dịch Ni2+ 0,02N. - Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/ phút trong 30 phút ở nhiệt độ phòng. Lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Ni2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.12), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của vỏ chuối nguyên liệu theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm lặp lại 5 lần lấy kết quả trung bình.

2.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP - Cân 0,5 gam VLHP cho vào cốc 100ml, thêm 50ml dung dịch Ni2+ 0,02N. - Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/ phút trong 30 phút ở nhiệt độ phòng. Lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Ni2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.12), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm lặp lại 5 lần lấy kết quả trung bình.

2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của VLHP 2.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian - Cân 0,5 gam vỏ chuối nguyên liệu cho vào cốc 100ml, thêm 50ml dung dịch Ni2+ 0,02N. - Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/ phút trong khoảng thời gian lần lƣợt từ 10  60 phút ở nhiệt độ phòng. Lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

21

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

- Tính nồng độ ion Ni2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.12), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của vỏ chuối nguyên liệu theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

- Xác định thời gian tốt nhất để hấp phụ là 30 phút để nghiên cứu các thí nghiệm tiếp theo.

2.5.2. Ảnh hƣởng của pH - Cân 0,5 gam vỏ chuối nguyên liệu cho vào cốc 100ml, thêm 50ml dung dịch Ni2+ 0,02N có pH lần lƣợt từ 1  7.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/ phút với thời gian tốt nhất là 30 phút, ở nhiệt độ phòng. Lọc lấy dung dịch sau hấp phụ. Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Ni2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.12), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của vỏ chuối nguyên liệu theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

- Xác định pH tốt nhất để hấp phụ là 6.

2.5.3. Ảnh hƣởng của nồng độ - cân bằng hấp phụ - Cân chính xác 0,5 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Ni2+ với nồng độ đầu lần lƣợt 5.10-3 N, 1.10-2 N, 1,5.10-2 N, 2.10-2, 2,5.10-2 có pH = 6.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/phút trong khoảng thời gian 30 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó, dùng phễu lọc, xếp giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA ở các nồng độ xác định tƣơng ứng (N), ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ Ni2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức 1.12 , từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức 1.1 và hiệu suất hấp phụ theo công thức 1.2 . Mỗi thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

22

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.5.4. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir Từ các yếu tố đã khảo sát ở trên ta rút ra đƣợc điều kiện hấp phụ tốt nhất của VLHP và tiến hành xác định độ hấp phụ cực đại, hằng số cân bằng hấp phụ của VLHP theo phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir. Sử dụng các kết quả thu đƣợc khi khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ để tính toán độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ của VLHP vì các thí nghiệm này đƣợc thực hiện ở điều kiện tốt nhất đã đƣợc khảo sát (thời gian, pH).

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

23

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chƣơng 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến tính vỏ chuối 3.1.1. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian ản 3.1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời ian đến quá trình biến tính Nồn độ cân bằng Ccb

Độ hấp phụ a

(N)

(mg/g)

0,02

8,06.10-3

17,612

8

0,02

7,00.10-3

19,175

12

0,02

5,34.10-3

21,624

13

0,02

5,80.10-3

20,945

14

0,02

6,00.10-3

20,650

Thời gian

Nồn đầu Co (N)

4

Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng biến tính vỏ chuối đƣợc thể hiện trong hình 3.1.

25

a (mg/g)

20 15 10 5

0 0

5

10

15

Thời gian (giờ)

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời ian đến quá trình biến tính vỏ chuối Từ bảng 3.1 và hình 3.1 cho thấy từ 4  12 giờ độ hấp phụ tăng. Trong khoảng thời gian này xảy ra phản ứng este hoá giữa anhydric axit và xenlulozơ trong vỏ chuối.

Tại vị trí phản ứng bắt đầu xuất hiện hai nhóm chức axit có khả năng trao đổi ion tốt hơn nhóm OH của xenlulozơ. Từ 12 giờ trở đi độ hấp phụ giảm điều này có thể giải

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

24

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

thích là do phản ứng este hoá tiếp tục diễn ra trên hai nhóm axit còn lại kết quả chỉ còn một nhóm chức axit nên độ hấp phụ giảm.

Kết quả trên cho thấy thời gian tốt nhất cho quá trình biến tính vỏ chuối là 12 giờ.

3.1.2.Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ axit citric ản 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồn độ axit citric đến quá trình biến tính Nồn độ citric

Nồn đầu Co (N)

(M)

Nồn độ cân bằng Ccb

Độ hấp phụ a

(N)

(mg/g)

0,2

0,02

14,00.10-3

8,850

0,6

0,02

7,20.10-3

18,880

0,8

0,02

5,80.10-3

20,945

1,0

0,02

5,20.10-3

21,830

1,2

0,02

5,34.10-3

21,624

1,5

0,02

5,40.10-3

21,535

Từ số liệu ở bảng 3.2 ta vẽ đƣợc đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ axit citric đến quá trình bến tính.

25

a (mg/g)

20 15 10 5 0 0

0,5

1

1,5

2

Nồng độ citric (M)

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của của nồn độ axit citric đến quá trình biến tính vỏ chuối

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

25

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Từ đồ thị hình 3.2 ta thấy độ hấp phụ của vật liệu tăng nhanh khi tăng nồng độ axit citric từ 0,2M  1M. Nồng độ từ 1M  1,5M độ hấp phụ tăng không đáng kể gần nhƣ đạt cân bằng. Do đó luận văn chọn axit citric có nồng độ 1M làm nồng độ tốt nhất để biến tính vỏ chuối.

Tóm lại trong quá trình biến tính vỏ chuối bằng axit citric luận văn chọn: -

Nồng độ axit citric là 1M.

-

Thời gian hoạt hoá là 12 giở ở 120 C.

3.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ chuối 3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối Sau khi khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.3. ản 3.3: Kết quả khảo sát khả năn hấp phụ của n uyên liệu vỏ chuối Thể tích EDTA chuẩn độ

Vtb

(ml)

(ml)

Ccb (N)

Độ hấp phụ

Hiệu suất

a (mg/g)

hấp phụ H%

V1

V2

V3

Mẫu 1

9,5

9,5

9,6

9,53

1,906.10-2

2,773

4,7

Mẫu 2

9,6

9,6

9,6

9,60

1,920.10-2

2,360

4,0

Mẫu 3

9,6

9,6

9,6

9,60

1,920.10-2

2,360

4,0

Mẫu 4

9,6

9,5

9,6

9,57

1,914.10-2

2,537

4,3

Mẫu 5

9,6

9,6

9,6

9,60

1,920.10-2

2,360

4,0

1,916.10-2

2,478

4,2

Các iá trị trun bình

3.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP Sau khi khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.4.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

26

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

ản 3.4: Kết quả khảo sát khả năn hấp phụ của VLHP Thể tích EDTA chuẩn độ

Vtb

(ml)

(ml)

Ccb (N)

Độ hấp phụ

Hiệu suất

a (mg/g)

hấp phụ H%

V1

V2

V3

Mẫu 1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,140.10-2

25,370

43,0

Mẫu 2

5,7

5,7

5,7

5,7

1,140.10-2

25,370

43,0

Mẫu 3

5,7

5,8

5,7

5,73

1,146.10-2

25,193

42.7

Mẫu 4

5,7

5,7

5,7

5,7

1,140.10-2

25,370

43,0

Mẫu 5

5,8

5,8

5,8

5,8

1,160.10-2

24,780

42,0

1,145.10-2

25,217

42,74

Các iá trị trun bình

Từ các kết quả thu đƣợc ở bảng 3.3 và bảng 3.4 ta tiến hành so sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối và VLHP thu đƣợc bảng số liệu 3.5. ản 3.5: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của n uyên liệu vỏ chuối và VLHP N uyên liệu vỏ chuối

VLHP

C0 (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

H%

C0 (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

H%

0,02

1,916.10-2

2,478

4,2

0,02

1,145.10-2

25,217

42,74

Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy cả nguyên liệu vỏ chuối và VLHP đều có khả năng hấp phụ ion Ni2+. Do VLHP và nguyên liệu vỏ chuối đều có cấu trúc lỗ xốp nên đều có khả năng hấp phụ ion kim loại. Thành phần vỏ chuối có chứa xenlulozơ chứa nhiều nhóm hyđroxy đóng vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion. Tuy nhiên, khi so sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ chuối đối với ion Ni2+ kết quả cho thấy khả năng hấp phụ của VLHP tốt hơn nguyên liệu vỏ chuối rất nhiều. Sở dĩ nhƣ vậy là do khi hoạt hoá bằng acid citric các nhóm hyđroxy của nguyên liệu vỏ chuối đã đƣợc thay thế bằng nhóm chức acid (từ acid citric) nên VLHP có khả năng trao đổi ion tốt hơn.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

27

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng 3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 3. Sau đó tính kết quả trung bình của các thí nghiệm thu đƣợc bảng số liệu 3.6. ản 3.6: Ảnh hưởng của thời ian đến khả năn hấp phụ ion Ni2+ của VLHP Các thôn số hấp phụ Nồn đầu Co

Nồn độ cân bằng

Độ hấp phụ a

Hiệu suất hấp

(N)

Ccb (N)

(mg/g)

phụ H%

5

0,02

1,22.10-2

23,01

39

10

0,02

1,20.10-2

23,60

40

20

0,02

1,16.10-2

24,78

42

30

0,02

1,14.10-2

25,37

43

40

0,02

1,14.10-2

25,37

43

50

0,02

1,14.10-2

25,37

43

60

0,02

1,14.10-2

25,37

43

Thời gian

Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.3 25,5

a (mg/g)

25

24,5 24 23,5 23 22,5 0

10

20

30

40

50

60

70

thời gian (phút) Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời ian đến khả năn hấp phụ ion Ni2+ của VLHP SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

28

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Từ hình 3.3 cho thấy trong khoảng thời gian khảo sát (5 60 phút), 20 phút đầu quá trình hấp phụ xảy ra nhanh, độ hấp phụ cũng tăng nhanh nên đồ thị có đƣờng dốc thẳng đứng, sau 30 phút quá trình hấp phụ đạt cân bằng nên đồ thị là đƣờng thẳng nằm ngang. Ban đầu quá trình hấp phụ xảy ra nhanh là do lúc này bề mặt trống của VLHP rất lớn nên quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng. Sau một thời gian, bề mặt trống còn lại rất ít, mặt khác khi có chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ lúc này xuất hiện thêm lực đẩy tƣơng tác giữa các phân tử chất tan đã hấp phụ nên quá trình hấp phụ xảy ra chậm và dần đạt đến cân bằng [29].

Từ kết quả trên, luận văn chọn 30 phút là khoảng thời gian phù hợp nhất để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc bị ảnh hƣởng rất nhiều bởi pH của môi trƣờng.

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hƣởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ.

Bảng 3.7 và hình 3.4 cho thấy ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả loại bỏ Ni2+ của VLHP. ản 3.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năn hấp phụ ion Ni2+ của VLHP Các thôn số hấp phụ Nồn đầu Co

Nồn độ cân

Độ hấp phụ a

Hiệu suất hấp

(N)

bằng Ccb (N)

(mg/g)

phụ H%

1,00

0,02

1,982.10-2

0,531

0,9

2,06

0,02

1,680.10-2

9,440

16,0

3,01

0,02

1,316.10-2

20,178

34,2

4,00

0,02

1,280.10-2

21,240

36,0

5,01

0,02

1,200.10-2

23,600

40,0

6,00

0,02

1,142.10-2

25,311

42,9

7,20

0,02

1,080. 10-2

27,140

46,0

pH

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

29

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

30

a (mg/g)

25 20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

pH Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năn hấp phụ ion Ni2+ của VLHP Dãy pH khảo sát dao động từ 1 đến 7. Khi pH tăng từ 1 6 hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+ tăng nhanh. Sở dĩ nhƣ vậy là do trong môi trƣờng pH thấp, nồng độ H+ cao trong hỗn hợp sẽ xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa các cation kim loại với ion H+. Ion H+ có kích thƣớc nhỏ hơn nên dễ đi sâu vào các mao quản chất hấp phụ kết quả là các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ bị proton hoá sẽ mang điện tích dƣơng, đồng thời Ni cũng tồn tại ở dạng cation, lúc này xuất hiện lực đẩy tĩnh điện giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ làm giảm sự hấp phụ đối với ion kim loại. Tƣơng tự khi pH tăng ( pH < 7), sự hấp phụ cạnh tranh giữa các cation kim loại với ion H+ giảm, mặt khác nhóm cacboxyl của VLHP làm tăng điện tích âm trên bề mặt chất hấp phụ, kết quả là tăng lực hút tĩnh điện giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ nên sự hấp phụ đối với ion kim loại tăng [28]. Khi pH = 7.13 bắt đầu xuất hiện kết tủa Ni(OH)2 trong dung dịch, pH càng cao phức hyđroxo của cation kim loại càng nhiều sẽ cản trở sự hấp phụ của VLHP. Tuy nhiên khi xác định nồng độ Ni2+ sau hấp phụ thì lƣợng kết tủa Ni(OH)2 cũng đƣợc giữ lại trên giấy lọc do đó nồng độ Ni2+ giảm, độ hấp phụ tính đƣợc ở pH = 7,2 tăng nhƣng thực tế lƣợng Ni2+ hấp phụ lên bề mặt của VLHP giảm.

Từ kết quả trên, luận văn chọn pH = 6 là khoảng pH phù hợp nhất để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

30

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Ni2+ Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Ni2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 6. Sau đó tính kết quả trung bình của các thí nghiệm thu đƣợc bảng số liệu 3.8. ản 3.8: Ảnh hưởng của nồn độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Ni2+của VLHP Các thôn số hấp phụ Nồn đầu

Nồn độ cân bằng

Độ hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ

Co (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

H%

5,0.10-3

1,30.10-3

10,915

74,0

1,0.10-2

3,00.10-3

20,650

70,0

1,5.10-2

7,53.10-3

22,036

49,8

2,0.10-2

11,44.10-3

25,252

42,8

2,5.10-2

17,00.10-3

23,600

32,0

Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Ni2+ đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.5.

30,000 25,000

a (mg/g)

20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0

0,005

0,01

0,015 0,02 Nồng độ ban đầu Co (N)

0,025

0,03

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồn độ đầu của ion Ni2+đến khả năn hấp phụ ion Ni2+ của VLHP Từ số liệu thực nghiệm cho thấy, khi tăng nồng độ đầu Ni2+ thì độ hấp phụ của VLHP tăng dần. Khi nồng độ ion Ni2+ ban đầu còn thấp, các trung tâm hoạt động trên SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

31

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

bề mặt của VLHP vẫn chƣa đƣợc lắp đầy bởi các ion Ni2+. Do đó, khi nồng độ ion Ni2+ tăng thì độ hấp phụ tăng. Khi nồng độ đầu tăng đến một giá trị nào đó khi các trung tâm hoạt động đã đƣợc lắp đầy bởi ion Ni2+ thì khả năng hấp phụ của VLHP với ion Ni2+ sẽ đƣợc bão hoà. Ở nồng độ cao, các phân tử va chạm, cản trở chuyển động của nhau nên hạn chế khả năng hấp phụ.

3.4. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ Từ các kết quả thực nghiệm thu đƣợc sau khi khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu ion Ni2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP, luận văn đã tiến hành khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Sau đó tính kết quả trung bình của các thí nghiệm thu đƣợc bảng số liệu 3.9. ản 3.9: Số liệu n hiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nồn độ đầu

Nồn độ cân bằng

Độ hấp phụ

Co (mg/l)

Ccb (mg/l)

a (mg/g)

147,5

38,350

10,915

3,514

295,0

88,500

20,650

4,295

442,5

222,135

22,036

10,081

590,0

337,480

25,252

13,364

737,5

501,500

23,600

21,250

Ccb/a (g/l)

Đồ thị biểu diễn đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với ion Ni2+ đƣợc thể hiện trong hình 3.6.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

32

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

30 25

a (mg/g)

20 15 10 5 0

0,000

100,000

200,000 300,000 400,000 Nồng độ cân bằng Ccb (mg/l)

500,000

600,000

Hình 3.6: Đườn đẳng nhiệt hấp phụ Lan muir đối với ion Ni2+ Khi tăng nồng độ đầu thì độ hấp phụ tăng dần và khi nồng độ đầu tăng đến một giá trị nào đó, khi mà bề mặt trống của VLHP bị bão hòa bởi các phân tử chất tan thì phản ứng đạt cân bằng, độ hấp phụ tại thời điểm này lớn nhất. Dựa vào số liệu thực nghiệm thu đƣợc, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ccb/a vào Ccb theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt langmuir cho VLHP đƣợc mô tả nhƣ hình 3.7.

25 y = 0,0384x + 1,3741 R² = 0,9904

Ccb/a (g/l)

20

15

10

5

0 0,000

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

Nồng độ cân bằng Ccb (mg/l)

Hình 3.7: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion Ni2+ SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

33

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Từ đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính trên hình 3.6, ta xác định đƣợc nồng độ hấp phụ cực đại đối với ion Ni2+ là 26,042 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ k = 0,028.

Từ kết quả trên, có thể đánh giá khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP là khá tốt, đây là một loại vật liệu tốt để xử lí môi trƣờng.

3.5. Một số nghiên cứu hấp phụ Ni2+ bằng vỏ chuối ản 3.10 Tổn hơp một số n hiên cứu hấp phụ ion Ni2+ từ vỏ chuối Nguồn tài liệu G. Annadurai et al. (2002) Zahra Abbasi et al. (2013) Ashraf et al.

(2011)

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

a (mg/g) 6,88 8,91 22,00

34

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chƣơng 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Qua quá trình nghiên cứu và kết quả thực nghiệm thu đƣợc, có thể rút ra các kết luận sau: 1. Đã chế tạo thành công VLHP từ nguồn phế thải nông nghiệp là vỏ chuối thông qua quá trình este hóa bằng acid citric.

2. Đã khảo sát đƣợc một số yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+ theo phƣơng pháp hấp phụ tĩnh. Các kết quả thu đƣợc: - Nguyên liệu vỏ chuối sau khi xử lý có khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt hơn.

- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP là 30 phút.

- Khoảng pH để sự hấp phụ ion Ni2+ của VLHP xảy ra tốt nhất là pH = 6.

- Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác định đƣợc độ hấp phụ cực đại đối với ion Ni2+ là 26,042 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ k = 0,028.

4.2. Kiến nghị - Nghiên cứu sâu hơn các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của VLHP trong quá trình điều chế.

- Khảo sát các đặc điểm bề mặt: cấu trúc phân tử, cấu trúc xốp của nguyên liệu vỏ chuối và VLHP bằng phƣơng pháp phổ hấp phụ hồng ngoại IR và kính hiển vi điện tử quét (SEM).

- Mở rộng nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP đối với các ion kim loại nặng khác và ứng dụng vào xử lí nƣớc thải ở quy mô phòng thí nghiệm.

- Nghiên cứu khả năng giải hấp của VLHP và khả năng tái sử dụng của VLHP sau khi xử lý nƣớc thải.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

35

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Huy Bá (chủ biên) (2000), Độc học môi trường, Nhà xuất bản ĐH Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 2. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lí nước thải, Thanh niên, Hà Nội.Nhà xuất bản 3. Đặng Kim Chi (2005), Hóa học môi trường, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.

4. Nguyễn Viết Chiến, Báo cáo kết quả thực hiện kế hoạch 12 tháng năm 2013 ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn.

5. Nguyễn Tinh Dung (2002), Hóa học phân tích, phần III: Các phương pháp định lượng hoá học, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

6. Huỳnh Nguyễn Thái Duy, Nghiên cứu sản xuất nectar trong chuối.

7. Nguyễn Thùy Dƣơng (2008), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lí môi trường”, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Đại học Thái Nguyên.

8. Dƣơng Thị Hạnh (2005), “Nghiên cứu khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ tro bay để xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại nặng kẽm và niken”, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Đại học Quốc gia Hà Nội.

9. Đoàn Thị Hiếu, “Khảo xác khả năng hấp phụ Niken trong nước bằng vật liệu xương san hô”, Đại học dân lập Hải Phòng.

10. Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

11. Lò Văn Huynh (2002), Nghiên cứu sử dung than hoạt tính để loại bỏ một số chất hữu cơ trong môi trường nước, Luận án tiến sĩ Hóa học, Hà Nội.

12. Lê Thành Hƣng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm và Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính. Tạp chí Phát triển KH & CN, tập 11, số 8, 5- 12.

13. Th.S Huỳnh Kim Liên (2006), Hướng dẫn thực hành phương pháp phân tích công cụ, Đại học Cần Thơ.

14. Luận văn “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại năng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thăm dò xử lí môi trường”, Đại học Thái Nguyên.

15. Đoàn Thị Thanh Nhàn (1996), Giáo trình cây công nghiệp, Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội.

16. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II, Nhà xuất bản Giáo dục, Hải Phòng.

17. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình Hóa lí tập II, Nhà xuất bản Giáo dục.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

36

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

18. Đặng Văn Phi (2012), Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ một số ion kim loại nặng trong nước, Đại học Đà Nẵng.

19. Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường và sức khoẻ con người, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.

20. Tiêu chuẩn Việt Nam 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng.

21. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.

22. Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sƣơng (2000), Các phương pháp phân tích kim loại trong nước và nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Tp Hồ Chí Minh.

23. Phạm Nguyệt Tú (2006), Nghiên cứu sử dụng vật liệu chế tạo từ lõi ngô để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm dầu và một số kim loại nặng, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

24. Nguyễn Đức Vận (2004), Hóa vô cơ tập 2: Các kim loại điển hình , Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội 25. B.A. Anhwange ( 2008), “Chemical Composition of Musa sapientum (Banana) Peels”, Joumal of Food Technology, 6, pp. 263 – 266.

26. Malkoc E., Nuhoglu Y., 2005 Investigations of Nickel (II) Removal from Aqueous Solutions Using Tea Factory Waste, J. Hazardous Materials, B127,pp 27. David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw -Hill, The United States of America.

28. G. Kalyani, GB Rao, V. Saradhi, và P. Kumar, -Equilibrium (2009), “Kinetic studies on biosorption of zinc onto Gallus domesticus Shell Powder”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences vol. 4, pp. 39-49.

29. K.A.G Gusmao, L.V.A Gurgel, T.M.S Melo, L.F Gil (2012), “Application of succinylated sugarcane bagasse as adsorbent to remove methylene blue and gentian violet from aqueous solution – Kinetic and Equilibrium studies”,Dyes and Pigments, 92, pp. 967 – 974.

30. W.E. Marshall., L.H. Wartelle., D.E. Boler, M.M. Johns., C.A. Toles. (1999), “Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid”, Bioresource Technology 69, pp.

263-268.

31. M. Nameni, M.R. Alavi Moghdam, M. Arami (2008), “Adsorption of hexavalent chromium from aqueous solution by wheat bran”, International Journal of Environment Science Technology, 5, 2, pp. 161-168.

32. Karuppanna Periasamy and Chinnaiya Namasivayam (1994), “Process Development for Removal and Recovery of Cadmium of from Wasterwater by a Low-cost Absorbent: adsorption Rates and Equilibrium Studies”, Industrial and engineering Chemistry Research, 33, pp. 317-320.

33. Periasamy K., Namasivayam C., (1995), “Removal of Ni (II) from aqueous solution and nickel industry wastewater using an agricultural waste: peanut hull”, Waste Manage. 15, pp 63.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

37

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

34. S.S.VOIUTSKI (1973), “Hóa học chất keo”, tập I, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp.

35. “Banana peel”, online tại: http://en.wikipedia.org/wiki/Banana_peel, tài liệu đƣợc lấy vào ngày 1/5/2015.

36. Nguyễn Đăng Đức, (2008) “Giáo trình hoá học phân tích”, khoa Khoa Học Tự Nhiên và Xã Hội Đại học Thái Nguyên.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

38

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHỤ LỤC Phụ lục 1: kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời ian đến quá trình biến tính Thời

Thể tích EDTA chuẩn độ (ml)

gian

Vtb

Ccb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

4

4,0

4,1

4,0

4,03

8,06.10-3

17,612

8

3,5

3,5

3,5

3,50

7,00.10-3

19,175

12

2,7

2,7

2,6

2,67

5,34.10-3

21,624

13

2,9

2,9

2,9

2,9

5,80.10-3

20,945

14

3,0

3,0

3,0

3,0

6,00.10-3

20,650

(giờ)

Phụ lục 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồn độ axit citric đến quá trình biến tính.

Nồng độ

Thể tích EDTA chuẩn độ (ml)

citric

Vtb

Ccb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

0,2

7,0

7,0

7,0

7,00

14,00.10-3

8,850

0,6

4,6

4,6

4,6

4,60

9,20.10-3

15,930

0,8

3,2

3,2

3,1

3,17

6,34.10-3

20,149

1,0

2,7

2,7

2,6

2,67

5,34.10-3

21,624

1,2

2,7

2,6

2,7

2,67

5,34.10-3

21,624

1,5

2,6

2,6

2,6

2,60

5,20.10-3

21,830

(M)

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

39

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời ian đến khả năn hấp phụ của VLHP Thời gian (phút)

5

10

20

30

40

50

60

Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) Vtb

Ccb (N)

Hiệu suất

a (mg/g)

hấp phụ H%

V1

V2

M1

6,1

6,1

6,1

6,1

1,22.10-2

23,01

39

M2

6,1

6,1

6,1

6,1

1,22.10-2

23,01

39

M3

6,1

6,1

6,1

6,1

1,22.10-2

23,01

39

M1

6,0

6,0

6,0

6,0

1,20.10-2

23,60

40

M2

6,0

6,0

6,0

6,0

1,20.10-2

23,60

40

M3

6,0

6,0

6,0

6,0

1,20.10-2

23,60

40

M1

5,8

5,8

5,8

5,8

1,16.10-2

24,78

42

M2

5,8

5,8

5,8

5,8

1,16.10-2

24,78

42

M3

5,8

5,8

5,8

5,8

1,16.10-2

24,78

42

M1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M2

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M3

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M2

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M3

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M2

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M3

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M2

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

M3

5,7

5,7

5,7

5,7

1,14.10-2

25,37

43

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

V3

Độ hấp phụ

40

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năn hấp phụ của VLHP Thể tích EDTA chuẩn độ (ml)

pH

Vtb

Ccb (N)

Độ hấp

Hiệu suất

phụ a

hấp phụ

(mg/g)

H%

V1

V2

V3

M1

9,9

9,9

9,9

9,90

1,980.10-2

0,590

1,0

1,00 M2

10,0

9,9

9,9

9,93

1,986.10-2

0,413

0,7

M3

9,9

9,9

9,9

9,90

1,980.10-2

0,590

1,0

M1

8,4

8,4

8,4

8,4

1,680.10-2

9,440

16,0

2,06 M2

8,4

8,4

8,4

8,4

1,680.10-2

9,440

16,0

M3

8,4

8,4

8,4

8,4

1,680.10-2

9,440

16,0

M1

6,6

6,5

6,6

6,57

1,314.10-2

20,237

34,3

3,01 M2

6,6

6,6

6,6

6,6

1,320.10-2

20,060

34,0

M3

6,5

6,6

6,6

6,57

1,314.10-2

20,237

34,3

M1

6,4

6,4

6,4

6,4

1,280.10-2

21,240

36,0

4,00 M2

6,4

6,4

6,4

6,4

1,280.10-2

21,240

36,0

M3

6,4

6,4

6,4

6,4

1,280.10-2

21,240

36,0

M1

6,0

6,0

6,0

6,0

1,200.10-2

23,600

40,0

5,01 M2

6,0

6,0

6,0

6,0

1,200.10-2

23,600

40,0

M3

6,0

6,0

6,0

6,0

1,200.10-2

23,600

40,0

M1

5,7

5,7

5,7

5,7

1,140.10-2

25,370

43,0

6,00 M2

5,7

5,7

5,8

5,73

1,146.10-2

25,193

42,7

M3

5,7

5,7

5,7

5,7

1,140.10-2

25,370

43,0

M1

5,4

5,4

5,4

5,4

1,080. 10-2

27,140

46,0

7,20 M2

5,4

5,4

5,4

5,4

1,080. 10-2

27,140

46,0

M3

5,4

5,4

5,4

5,4

1,080. 10-2

27,140

46,0

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

41

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượn VLHP đến khả năn hấp phụ của VLHP sau mỗi thí n hiệm Khối

Thể tích EDTA chuẩn độ

lƣợng

(ml)

VLHP

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

Ccb (N)

Hiệu suất

phụ a

hấp phụ

(mg/g)

H%

V1

V2

V3

M1

5,7

5,7

5,7

5,70

1,140.10-2

25,370

43,0

M2

5,7

5,7

5,7

5,70

1,140.10-2

25,370

43,0

M3

5,7

5,7

5,7

5,70

1,140.10-2

25,370

43,0

M1

4,0

4,0

4,0

4,00

8,00.10-3

23,600

60,0

M2

4,0

4,0

4,0

4,00

8,00.10-3

23,600

60,0

M3

4,0

4,0

4,0

4,00

8,00.10-3

23,600

60,0

M1

2,9

2,9

2,9

2,9

5,80.10-3

20,945

71,0

M2

2,9

2,9

2,9

2,9

5,80.10-3

20,945

71,0

M3

2,9

2,9

2,9

2,9

5,80.10-3

20,945

71,0

M1

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M2

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M3

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M1

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M2

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M3

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M1

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M2

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

M3

2,8

2,8

2,8

2,8

5,60.10-3

16,992

72,0

(gam)

0,50

Vtb

Độ hấp

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

42

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồn độ đầu ion Ni2+ đến khả năn hấp phụ của VLHP sau mỗi thí n hiệm Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) C0 (N)

5,0.10-3

1,0.10-2

1,5.10-2

2,0.10-2

2,5.10-2

Vtb

Ccb (N)

a (mg/g)

H%

V1

V2

V3

M1

2,6

2,6

2,6

2,6

1,300.10-3

10,915

74,0

M2

2,6

2,6

2,6

2,60 1,300.10-3

10,915

74,0

M3

2,6

2,6

2,6

2,60 1,300.10-3

10,915

74,0

M1

3,0

3,0

3,0

3,00 3,000.10-3

20,650

70,0

M2

3,0

3,0

3,0

3,00 3,000.10-3

20,650

70,0

M3

3,0

3,0

3,0

3,00 3,000.10-3

20,650

70,0

M1

5,0

5,0

5,1

5,03 7,545.10-3

21,992

49,7

M2

5,0

5,0

5,1

5,03 7,545.10-3

21,992

49,7

M3

5,0

5,0

5,0

5,00 7,500.10-3

22,125

50,0

M1

5,7

5,7

5,8

5,73 11,46.10-3

25,193

42,7

M2

5,7

5,7

5,7

5,70 11,40.10-3

25,370

43,0

M3

5,8

5,7

5,7

5,73 11,46.10-3

25,193

42,7

M1

8,5

8,5

8,5

8,5

17,00.10-3

23,600

32,0

M2

8,5

8,5

8,5

8,5

17,00.10-3

23,600

32,0

M3

8,5

8,5

8,5

8,5

17,00.10-3

23,600

32,0

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

43

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM ------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ CHUỐI Chuyên ngành: Sư Phạm Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS PHAN THỊ NGỌC MAI

TRẦN QUẾ KHANH MSSV: 2111822 Lớp: Sư phạm Hóa học K37

CẦN THƠ – 2015

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

LỜI CẢM ƠN -----Để hoàn thành luận văn này em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô về kiến thức cũng như sự ủng hộ tinh thần của gia đình và bạn bè. Nay em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Cô Phan Thị Ngọc Mai, Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho em trong suốt quá trình em thực hiện luận văn.

Quý Thầy, Cô trong bộ môn Sư phạm Hóa học – Khoa Sư phạm – Trường Đại học Cần Thơ.

Gia đình, bạn bè và tập thể lớp Sư phạm Hóa học K37 những người đã quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian vừa qua.

Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Trần Quế Khanh

i

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN -----………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………

Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2015 Giáo viên hướng

Phan Thị Ngọc Mai

SVTH: Trần Quế Khanh

ii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN -----………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………

Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2015 Giáo viên phản biện

SVTH: Trần Quế Khanh

iii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN -----………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………

Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2015 Giáo viên phản biện

SVTH: Trần Quế Khanh

iv

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

TÓM TẮT LUẬN VĂN Nội dung của Đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu hấp phụ được chế tạo từ vỏ chuối” là nghiên cứu tạo ra một loại vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối được hoạt hóa bằng axit xitric 0,8M sau đó tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ vừa chế tạo được và so sánh với khả năng hấp phụ của nguyên liệu ban đầu. Ngoài ra chúng tôi còn khảo sát những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ như thời gian, pH, lượng chất hấp phụ, nồng độ ion Cu2+ ban đầu. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ của vật liệu hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir. Nồng độ ion Cu2+ trước và sau khi hấp phụ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA. Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 30 phút, pH thích hợp cho sự hấp phụ đối với ion Cu2+ là 5,0. Khi tăng nồng độ của dung dịch thì hiệu suất hấp phụ giảm. Vỏ chuối biến tính bằng axit xitric 0,8M có khả năng hấp phụ tốt hơn vỏ chuối nguyên liệu. Độ hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ là 45,25 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ là 0,039.

SVTH: Trần Quế Khanh

v

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................................... ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..............................................................iv TÓM TẮT LUẬN VĂN ..................................................................................................v MỤC LỤC ......................................................................................................................vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................x DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................xi PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................................1 2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI .................................................................................................1 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................1 PHẦN NỘI DUNG ..........................................................................................................2 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................2 1.1. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ ...................................................................................2 1.1.1. Tình hình, sản lượng chuối của nước ta ...............................................................2 1.1.2. Thành phần chính của vỏ chuối ............................................................................2 1.2. Tìm hiểu về quá trình hấp phụ ..................................................................................3 1.2.1. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ......................................................................3 1.2.2. Hiện tượng hấp phụ ..............................................................................................3 1.2.3. Hấp phụ trong môi trường nước ...........................................................................4 1.2.3.1. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch ........................................................4 1.2.3.2. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ… ........................................................................................................................4 1.2.3.3. Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nước ...................................6 1.2.4. Động học hấp phụ .................................................................................................7 1.2.5. Cân bằng hấp phụ .................................................................................................7 1.2.6. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ..................................................8 1.3. Phương pháp phân tích định lượng .........................................................................10 SVTH: Trần Quế Khanh

vi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.3.1. Phương pháp phân tích trắc quang…………………………………………….10 1.3.2. Phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử ....................................................11 1.3.3. Phương pháp phân tích thể tích ..........................................................................12 1.4. Tìm hiểu một số đặc điểm của đồng ......................................................................13 Chương 2: THỰC NGHIỆM .........................................................................................14 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ..................................14 2.1.1. Nguyên liệu.........................................................................................................14 2.1.2. Hóa chất ..............................................................................................................14 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị..............................................................................................14 2.2. CÁCH ĐỊNH LƯỢNG KIM LOẠI ĐỒNG VÀ CÁCH PHA HÓA CHẤT .........14 2.2.1. Cách định lượng kim loại đồng .........................................................................14 2.2.2. Cách pha hóa chất ...............................................................................................16 2.2.2.1. Cách pha dung dịch CuSO4 ..............................................................................16 2.2.2.2. Cách pha dung dịch EDTA ...............................................................................16 2.2.2.3. Cách pha dung dịch đệm...................................................................................16 2.3. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ .........................................................................17 2.3.1. Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP .........................17 2.3.2. Quy trình chế tạo VLHP ....................................................................................18 2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP vỏ chuối ...........................19 2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP .......................19 2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP.....................19 2.4.2.1. Ảnh hưởng của thời gian ..................................................................................19 2.4.2.2. Ảnh hưởng của pH............................................................................................20 2.4.2.4. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir ........................................................................................21 Chương 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .........................................................................22 3.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP………22 3.1.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu ...........................22 3.1.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP………………………………22 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP .........................23 3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian…………………………………….23 SVTH: Trần Quế Khanh

vii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH……………………………………………25 3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu………………………26 3.3. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ của VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir ...............................................................................................27 Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ.........................................................................30 4.1. Kết luận...................................................................................................................30 4.2. Kiến nghị ................................................................................................................30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................31

SVTH: Trần Quế Khanh

viii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Nguyên nghĩa

STT

Từ viết tắt

1

JECFA

2

FAO

3

WHO

World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

4

VLHP

Vật liệu hấp phụ (Vỏ chuối sau khi xử lý)

5

EDTA

Axit etilenđiamin tetraaxetic

The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (Ủy ban Chuyên gia FAO/WHO về Phụ gia Thực phẩm) Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

SVTH: Trần Quế Khanh

ix

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir……………………………………...10 Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb……………………………………..10 Hình 2.1: Dung dịch ion Cu2+ khi có mặt chỉ thị murexit…………………………….17 Hình 2.2: Dung dịch ion Cu2+ sau chuẩn độ…………………………………………..17 Hình 2.3: Phản ứng este hóa của axit xitric và xenlulozơ…………………………....19 Hình 2.4: Vỏ chuối nguyên liệu………………………………………………………20 Hình 2.5: Vật liệu hấp phụ…………………………………………………………....20 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP………………………………………………………………………………….25 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP………………………………………………………………………………….26 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP……………………………………………………………………28 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt Langmuir đối với ion Cu2+……………29 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion Cu2+……………………………………………………………………….......30

SVTH: Trần Quế Khanh

x

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thường gặp…………………………8 Bảng 2.1: Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP…………....18 Bảng 3.1: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu…………….23 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ củaVLHP…………………………….23 Bảng 3.3: So sánh độ hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP…………………..23 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP……..24 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu2+ của VLHP……………….26 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ của VLHP……..27 Bảng 3.7: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir……………………………………………………………………………...29

SVTH: Trần Quế Khanh

xi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay môi trường nước đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nguyên nhân là do nguồn nước thải ở các nơi này chưa được xử lý đã đưa ra môi trường ngoài. Điều này gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến hệ sinh thái cũng như sức khỏe của những người sống gần khu vực đó. Bởi vì trong nước thải thường chứa các ion kim loại nặng như Cu2+, Mn2+, Pb2+, Ni2+… với nồng độ vượt quá mức cho phép. Vì vậy việc nghiên cứu tìm ra biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước đang là nhiệm vụ cần thiết và cấp bách hiện nay. Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu để tìm ra hướng khắc phục tình trạng ô nhiễm.

Một số phương pháp thường được áp dụng đó là phương pháp vật lý, phương pháp hóa học… Trong đó phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, phụ phẩm trong nông nghiệp, công nghiệp như: bã đậu nành, vỏ chuối, xơ dừa, vỏ đậu phộng… đã được nhiều tác giả trên thế giới và trong nước nghiên cứu. Ưu điểm của phương pháp này là nguồn nguyên liệu dễ kiếm, có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền và không gây ô nhiễm môi trường.

Một trong những nguồn phụ phẩm nông nghiệp dễ tìm đó là vỏ chuối vì cây chuối là loại cây trồng rất phổ biến ở nước ta. Vỏ chuối với thành phần giàu xenlulozơ rất thích hợp để nghiên cứu biến đổi tạo ra vật liệu hấp phụ để hấp phụ những kim loại nặng có trong nước.

Từ những lý do trên, tôi chọn đề tài "Khảo sát khả năng hấp phụ ion trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ chuối".

2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Chế tạo vật liệu hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ ion của VLHP và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP nhằm đưa ra những điều kiện tốt nhất để quá trình hấp phụ kim loại nặng của VLHP đạt hiệu quả cao nhất.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối.

• Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng của nguyên liệu và VLHP. • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP.

SVTH: Trần Quế Khanh

1

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.

Giới thiệu về vật liệu hấp phụ

1.1.1. Tình hình, sản lượng chuối của nước ta Việt Nam là nước nhiệt đới và cũng là một trong những xứ sở của cây chuối với nhiều giống chuối rất quý như: chuối xiêm, chuối ngự, chuối laba… Các giống chuối của nước ta không chỉ phong phú về kích thước, hương vị mà còn có nhiều giá trị sử dụng khác nhau Ở nước ta, chuối cũng là loại trái cây có diện tích và sản lượng cao. Với diện tích chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam hằng năm, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn. Tuy nhiên diện tích trồng chuối lại không tập trung với quy mô công nghiệp. Do đặc điểm là cây ngắn ngày, nhiều công dụng và ít tốn diện tích nên chuối được trồng ở rất nhiều nơi trong các vườn cây ăn trái và hộ gia đình.

Cây chuối có rất nhiều giá trị sử dụng như: trái chuối có giá trị dinh dưỡng cao rất tốt cho sức khỏe con người, thân cây chuối được dùng làm thức ăn cho động vật, lá chuối dùng để gói đồ vật… Đặc biệt, ngày nay người ta còn nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để chế tạo vật liệu vật liệu hấp phụ những kim loại nặng để loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi nước, giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường nước hiện nay [18].

Trên thế giới cũng như trong nước đã có một số nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ các kim loại nặng như: Cu, Pb, Cr và đã đạt được những kết quả khả quan.

Tuy nhiên đây là một loại vật liệu tương đối mới nên chưa có nhiều đề tài nghiên cứu về nó. Ở Việt Nam, tại trường Đại học Đà Nẵng đã có Thạc sĩ Đặng Văn Phi nghiên cứu biến tính vỏ chuối bằng axit xitric 55% và đã tạo được vật liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ kim loại đồng đến 97,42%, chì 99,12%. Ở Đài Loan thì có các nhà khoa học nghiên cứu biến tính vỏ chuối bằng axit nitric tạo thành VLHP có độ hấp phụ đối với Cu2+ là 4,75 mg và Ni2+ là 6,01 mg trên 1 gam VLHP [1, 22].

1.1.2. Thành phần chính của vỏ chuối Vỏ chuối chiếm từ 1833% khối lượng của cả quả chuối.

Vật liệu lingoxelulozơ như vỏ chuối, xơ dừa, bã mía,… đã được nghiên cứu cho thấy có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng (đặc biệt hóa trị II trong nước) nhờ cấu

SVTH: Trần Quế Khanh

2

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polime như axit cacboxylic, phenolic, xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin…

Xenlulozơ là hợp chất polisaccarit do các mắt xích α–glucozơ [CH7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4–glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn khoảng từ 250000÷100000 đvC. Trong mỗi phân tử xenlulozơ có khoảng 1000÷15000 mắt xích glucozơ.

Hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl.

1.2.

Tìm hiểu về quá trình hấp phụ

1.2.1. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ Trong phương pháp hấp phụ người ta sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt riêng lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động, có khả năng lưu giữ các ion kim loại nặng trên bề mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực tương tác giữa các phân tử (lực Vander Waals – hấp phụ vật lý), cũng có thể do sự tạo thành các liên kết hóa học, tạo phức chất giữa các ion kim loại với các nhóm chức (trung tâm hoạt động) có trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa học), cũng có thể theo cơ chế trao đổi ion,…

1.2.2. Hiện tượng hấp phụ Hấp phụ là một hiện tượng bề mặt, đó là sự tích lũy các chất khí hay chất tan trên bề mặt phân chia pha thường là chất rắn hay chất lỏng.

Chất hấp phụ là chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấp phụ.

Chất bị hấp phụ là chất có khả năng tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ.

Sự giải hấp là quá trình ngược lại với sự hấp phụ tức là chất bị hấp phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Độ hấp phụ (dung lượng hấp phụ) là lượng chất bị hấp phụ (thường tính bằng mol) hấp phụ lên 1 cm2 lớp bề mặt kí hiệu là a. Thứ nguyên của độ hấp phụ là mol/cm2. Trong trường hợp không biết bề mặt riêng thì độ hấp phụ tính cho 1 gam chất hấp phụ. Trong trường hợp này, thứ nguyên của độ hấp phụ là mol/g.

Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân chia thành hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

SVTH: Trần Quế Khanh

3

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học có một số điểm khác nhau như sau [9] Hấp phụ vật lí (Physisorption)

Hấp phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấp phụ mang bản chất lực. Lực hấp thụ mang bản chất liên kết hóa Vanderwaals. Không có trao đổi điện tử.

học. có sự trao đổi điện tử.

Nhiệt hấp phụ vài kcal/mol.

Nhiệt hấp phụ vài chục kcal/mol.

Năng lượng hoạt hóa không quan trọng.

Năng lượng hoạt hóa có thể quan trọng hay không quan trọng.

Nhiệt độ thấp hấp phụ chiếm ưu thể.

Nhiệt độ cao hấp phụ chiếm ưu thế.

Hấp phụ thường là đa lớp.

Hấp phụ đơn lớp.

Sự hấp phụ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt Có tính chọn lọc. Chỉ hấp phụ những chất độ, áp suất.

có khả năng tạo liên kết.

Hấp phụ mang bản chất thuận nghịch.

Hấp phụ mang bản chất bất thuận nghịch.

1.2.3. Hấp phụ trong môi trường nước 1.2.3.1. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch giống với sự hấp phụ trên bề mặt rắn – khí, nhưng hiện tượng phức tạp hơn rất nhiều vì sự có mặt của cấu tử thứ ba là môi trường (dung môi). Các phân tử dung môi cũng có thể hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ nên sẽ có sự cạnh tranh giữa dung môi và chất tan. Ngoài ra, nguyên nhân gây ra sự phức tạp thêm này là do tương tác giữa chất tan với dung môi.

Khi khảo sát sự hấp phụ chất tan trên bề mặt rắn cần phân biệt hai trường hợp: sự hấp phụ chất không điện ly khi trên bề mặt chỉ hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ và sự hấp phụ chất điện ly khi trên bề mặt thường có sự hấp phụ chọn lọc một số ion của chất điện ly có mặt trong dung dịch.

1.2.3.2. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Đối với sự hấp phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấp phụ được tính theo biểu thức: a

 Co  Ccb   V m

(1.1)

Trong đó: Co, Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (M).

V là thể tích dung dịch xảy ra sự hấp phụ (l). m là khối lượng chất hấp phụ (g).

SVTH: Trần Quế Khanh

4

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

a là độ hấp phụ của chất hấp phụ (mol/g). Để khảo sát sự biến thiên của độ hấp phụ theo nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ có thể sử dụng phương trình hấp phụ Freundlich hay phương trình hấp phụ của Langmuir (cả hai phương trình này dùng tốt trong trường hợp nồng độ dung dịch khá loãng). Tuy nhiên, ta cũng có thể sử dụng phương trình lý thuyết Gibbs nhưng việc xác định sức căng bề mặt trên giới hạn dung dịch – rắn không thực hiện được nên không thể sử dụng trực tiếp phương trình này.

Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức 1.2: H 

 Co  Ccb  100 (1.2) Co

Trong đó: Co, Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (M).

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ phân tử trong dung dịch.  Ảnh hưởng của dung môi Các phân tử dung môi là đối thủ cạnh tranh với các phân tử chất tan trong quá trình hấp phụ. Nếu dung môi càng bị hấp phụ kém trên chất hấp phụ thì sự hấp phụ chất tan lên bề mặt rắn càng tốt. Hay nói khác đi là dung môi nguyên chất có sức căng bề mặt càng lớn thì khả năng bị hấp phụ lên bề mặt càng kém và khả năng bị hấp phụ của chất tan trên bề mặt rắn càng cao. Vì vậy, sự hấp phụ chất tan trong dung dịch nước thường tốt hơn sự hấp phụ chất tan trong dung môi hữu cơ.

Chất có phân tử không phân cực cho hiệu ứng nhiệt lớn trong sự thấm ướt bởi các chất lỏng không phân cực  Ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ Bản chất và độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng rất lớn đến sự hấp phụ trong dung dịch. Các chất hấp phụ phân cực hấp phụ tốt các chất phân cực và ngược lại các chất hấp phụ không phân cực hấp phụ tốt các chất không phân cực.

Kích thước lỗ xốp cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp phụ. Khi kích thước chất tan nhỏ có thể đi sâu vào trong mao quản của chất hấp phụ khi độ xốp của chất hấp phụ tăng làm cho độ hấp phụ tăng và khi độ xốp giảm mà kích thước chất tan tăng thì độ hấp phụ giảm.  Ảnh hưởng của chất bị hấp phụ Quy tắc Rehbinder đã đưa ra quy tắc về sự phụ thuộc của độ hấp phụ vào độ phân cực của các chất trong hệ. Theo quy tắc này, chất C có thể bị hấp phụ trên bề mặt

SVTH: Trần Quế Khanh

5

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

chia hai pha A và B khi hằng số điện môi của nó có giá trị trung gian giữa hằng số điện môi của A và của B, nghĩa là:  A   C   B hay là  A   C   B Đối với những chất hoạt động bề mặt mà phân tử có hai phần phần phân cực và phần không phân cực thì khi bị hấp phụ trên bề mặt phân chia pha sẽ có sự định hướng phân tử như sau: phần phân cực hướng về pha phân cực, phần không phân cực hướng về pha không phân cực.

Từ quy tắc Rehbinder có thể nói mọi chất ưa nước phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng không phân cực hay phân cực yếu và ngược lại mọi chất ghét nước không phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng phân cực. Trên cơ sở này, trong thực tế người ta dùng các chất hấp phụ phân cực (silicagel, đất sét) để hấp phụ các chất hoạt động bề mặt từ môi trường không phân cực và dùng chất hấp phụ không phân cực (than) để hấp phụ trong các môi trường phân cực.  Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ Sự hấp phụ trong dung dịch diễn ra chậm hơn sự hấp phụ khí vì trong dung dịch thì sự giảm nồng độ trên bề mặt phân chia pha chỉ có thể được phục hồi bằng sự khuếch tán, mà sự khuếch tán trong dung dịch thường xảy ra chậm. Vì vậy, để xúc tiến sự thiết lập cân bằng hấp phụ trong các trường hợp này người ta thường khuấy hay lắc dung dịch.

Sự hấp phụ các phân tử lớn lên chất hấp phụ xốp có kích thước mao quản nhỏ diễn ra chậm. Trong trường hợp này cân bằng hấp phụ được thiết lập rất lâu hoặc hoàn toàn không đạt tới được.

Khi tăng nhiệt độ thì sự hấp phụ trong dung dịch giảm xuống. Tuy nhiên, thường thì ở mức độ thấp hơn so với sự hấp phụ khí.

1.2.3.3. Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nước Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều của pH môi trường. Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị hiđrat hóa tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, các phức chất hiđroxo, các cặp ion hay phức chất khác. Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trường, các thành phần khác cùng có mặt mà hình thành các dạng tồn tại khác nhau.

SVTH: Trần Quế Khanh

6

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.2.4. Động học hấp phụ Sự hấp phụ vật lý trên các chất hấp phụ không xốp thường diễn ra rất nhanh vì vậy việc xác định tốc độ gặp rất nhiều khó khăn. Trong nhiều trường hợp cân bằng hấp phụ đạt được trong khoảng 1020 giây và 9095% chất bị hấp phụ đã liên kết với chất hấp phụ chỉ sau 12 giây. Trong thực tế, người ta chấp nhận rằng tốc độ hấp phụ được xác định bằng tốc độ mà chất bị hấp phụ tiến đến bề mặt chất hấp phụ tức là bằng tốc độ khuếch tán.

Sự hấp phụ vật lý diễn ra chậm có thể là do các nguyên nhân sau: Cấu tạo của chất hấp phụ. Đối với chất hấp phụ xốp thì sự xâm nhập của phân tử chất bị hấp phụ vào các lỗ xốp cần phải có thời gian tương đối dài.

Có thể sự hấp phụ vật lý kèm theo sự hấp phụ hóa học đòi hỏi thời gian dài hơn.

Có thể do bề mặt chất hấp phụ đã hấp phụ sẵn trong không khí hay hơi nước.

1.2.5. Cân bằng hấp phụ Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ: a = f(T, P hoặc C) Khi nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của lượng chất bị hấp phụ vào P hoặc C (a = f(P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể được xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thuyết, bản chất và kinh nghiệm xử lí số liệu thực nghiệm.

Trong các phương trình trên, a là độ hấp phụ, am là độ hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, po là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ. Các kí hiệu a, k, n là các hằng số.

Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng được trình bày ở bảng 1.1.

SVTH: Trần Quế Khanh

7

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Bảng 1.1: Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thường gặp Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Phương trình

Bản chất sự hấp phụ

Langmuir

a kC  ao 1 k  C

Vật lí và hóa học

Henry

a  kp

Vật lí và hóa học

Freundlich

a   Ccbn

Vật lí và hóa học

Shlygin-Frumkin-Temkin

a 1   p  ln Co am n

Hóa học

Brunauer-Emmett-Teller (BET)

1

 C  1  p p 1   a   po  p  a m  C a m  C po Vật lí, nhiều lớp

1.2.6. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết: - Lực hấp phụ mang bản chất lực hóa học - Sự hấp phụ xảy ra trên các trung tâm hoạt động của chất hấp phụ.

- Do lực hấp phụ mang bản chất là hóa học nên có khả năng tiến đến bão hòa.

Vì vậy, mỗi trung tâm hoạt động chỉ có thể hấp phụ một phân tử chất bị hấp phụ nên còn gọi là sự hấp phụ đơn lớp.

Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ được giữ bởi các trung tâm hoạt động trong một khoảng thời gian xác định. Tuy nhiên, trung tâm hoạt động lại có thể hấp phụ phân tử mới thay chỗ cho phân tử vừa mới đi ra… thời gian lưu lại các phân tử ở trạng thái bị hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ thấp thời gian này rất lâu, ở nhiệt độ cao khoảng 1000÷2000ºC thì thời gian đó khoảng 6÷10 giây.

Langmuir bỏ qua sự tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ. Điều đó có nghĩa là thời gian lưu lại các phân tử chất bị hấp phụ trên các trung tâm hoạt động không phụ thuộc vào các trung tâm hoạt động bên cạnh bị chiếm bởi các phân tử chất bị hấp phụ khác.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho hệ hấp phụ rắn – dung dịch được trình bày ở công thức 1.3: a  a max 

SVTH: Trần Quế Khanh

k  Ccb 1  k  Ccb

(1.3)

8

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Trong đó: Ccb là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l). a là độ hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g). amax là độ hấp phụ cực đại (mg/g). k là hằng số Langmuir.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ rất nhỏ (Ccb <<1)  1 + kCcb  1. Khi đó, phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir có dạng: a = amax×k×Ccb. Như vậy, ở nồng độ rất nhỏ thì độ hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ chất bị hấp phụ.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ càng lớn (Ccb >> 1)  1 + kCcb  kCcb. Khi đó, phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir có dạng: a = amax, nghĩa là độ hấp phụ sẽ đạt một giá trị không đổi khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ. Khi đó, bề mặt chất hấp phụ đã được bão hòa bởi một đơn lớp các phân tử chất bị hấp phụ.

Phương trình (1.3) chứa hai thông số là a và hằng số k. Độ hấp phụ cực đại amax có một giá trị xác định tương ứng với số tâm hấp phụ còn hằng số k phụ thuộc cặp tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ và nhiệt độ. Từ các số liệu thực nghiệm có thể xác định amax và hằng số k bằng phương pháp tối ưu (hình 1.3) hay đơn giản là bằng phương pháp đồ thị (hình 1.4).

Từ số liệu thực nghiệm vẽ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb có dạng như hình 1.1 và hình 1.2

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb

Từ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb dễ dàng tính được amax và hằng số k SVTH: Trần Quế Khanh

9

Luận văn tốt nghiệp OM 

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1

tg 

a max  k

1 a max

 a max 

1 tg

Để có đồ thị ở dạng tuyến tính, phương trình (1.3) được viết thành: Ccb 1 1    Ccb a k  a max a max

1.3.

(1.4)

Phương pháp phân tích định lượng

1.3.1. Phương pháp phân tích trắc quang Phương pháp phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại. Nguyên tắc của phương pháp phân tích trắc quang là dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thu bởi các chất hấp thu để tính hàm lượng của chất hấp thu.  Đặc trưng năng lượng của miền phổ Ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 200 nm bị hấp thu bởi oxi không khí, hơi nước và nhiều chất khác. Vì vậy chỉ có thể đo quang của bước sóng nhỏ hơn 200 nm bằng máy chân không. Ánh sáng có bước sóng từ 200400 nm được gọi là ánh sáng tử ngoại (UV), trong đó vùng có bước sóng từ 200300 nm được gọi là vùng tử ngoại xa, vùng từ 300400 nm gần vùng khả kiến nên được gọi là vùng tử ngoại gần. Ánh sáng có bước sóng trong khoảng từ 8002000 nm được gọi là ánh sáng hồng ngoại (IR). Sự hấp thu ánh sáng ở miền phổ này ít được sử dụng để giải quyết trực tiếp các nhiệm vụ phân tích nhưng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cấu tạo của phân tử. Ánh sáng vùng UV có bước sóng trong khoảng: 200400 nm. Ánh sáng vùng IR có bước sóng trong khoảng: 8002000 nm. Ánh sáng vùng VIS có bước sóng trong khoảng: 396760 nm.

Trong phương pháp trắc quang – Phương pháp hấp thu quang học, chúng ta thường sử dụng vùng phổ UV – VIS có bước sóng từ 200800 nm.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dựa vào định luật Lamber - Beer Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng λ I có cường độ Io qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng độ C. Bề dày dung dịch là l. Tại bề mặt dung dịch đo, một phần bức SVTH: Trần Quế Khanh

10

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

xạ bị phản xạ có cường độ IR, một phần bức xạ bị hấp thu có cường độ IA. Bức xạ ra khỏi dung dịch có cường độ I. Độ hấp thu quang của dung dịch tỷ lệ thuận với C và I: I A  lg o  ε  l  C (1.12)  I

Trong đó: A là độ hấp thụ λ

ε là hệ số hấp thu phân tử (l/mol.cm) l là bề dày khối dung dịch (cm) C là nồng độ dung dịch (mol/l) Phương pháp này có ưu điểm là tiến hành nhanh, thuận lợi, có độ nhạy cao. Độ chính xác cao tới khoảng 10-6 mol/l. Tùy vào hàm lượng chất cần xác định mà có độ chính xác 0,220%.

1.3.2. Phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử Vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là thành phần cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất hóa học. Nguyên tử bao gồm hạt nhân nguyên tử ở giữa và chiếm một thể tích rất nhỏ (khoảng 1/10000 thể tích của nguyên tử) và các điện tử (electron) chuyển động xung quanh hạt nhân trong phần không gian lớn của nguyên tử.

Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu cũng không phát năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu nhưng chùm tia sáng có những bước sóng, tần số xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì đám hơi nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển sang trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó là quá trình hấp thu năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử.  Nguyên tắc và trang bị của phép đo phổ hấp thu nguyên tử Chọn các điều kiện và một trang bị phù hợp để chuyển mẫu ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của nguyên tử tự do. Đó là quá trình hóa hơi nguyên tử. Những trang bị để thực hiện quá trình này gọi là hệ thống nguyên tử hóa mẫu.

SVTH: Trần Quế Khanh

11

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa được chế tạo. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thu những tia bức xạ xác định và tạo ra phổ hấp thu nguyên tử của nó.

Tiếp đó, nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu được tất cả các chùm sáng đó, phân li và chọn một vạch hấp thu của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ hấp thu của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thu của vạch phổ hấp thu nguyên tử.

Cường độ vạch phổ hấp thu nguyên tử: A  a  Cb λ

(1.13)

A là cường độ vạch phổ hấp thu nguyên tử λ

C là nồng độ nguyên tố phân tích có trong dung dịch mẫu a là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện thực nghiệm để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố. Ưu điểm: phương pháp này là có độ nhạy cao, độ chọn lọc cao 10-710-8 g/ml, quá trình hấp thụ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Được sử dụng rộng rãi để xác định vết kim loại do có độ nhạy cao. Ngoài ra không cần mất nhiều thời gian để làm giàu nguyên tố trước khi xác định cũng như cách tiến hành rất đơn giản.

Nhược điểm: chỉ xác định nồng độ trong phạm vi xác định vì phổ hấp thụ ít vạch, không phân tích được các nguyên tố khó bay hơi vì plasma nhiệt độ thấp. Hệ thống máy tương đối đắt tiền, tinh vi và phức tạp. Mặt khác, do có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết. Vì vậy môi trường phòng thí nghiệm phải không có bụi, dụng cụ, hóa chất sử dụng phải tinh khiết.

Phương pháp này chỉ xác định được thành phần nguyên tố của các chất có trong mẫu chứ không xác định được liên kết của nguyên tố.

1.3.3. Phương pháp phân tích thể tích Phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượng dựa trên sự đo thể tích của dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết với chất cần xác định nồng độ có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn đã dùng để tính ra hàm lượng chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích.

SVTH: Trần Quế Khanh

12

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, phương pháp phân tích thể tích được phân thành các loại sau: - Phương pháp chuẩn độ axit – bazơ (phương pháp trung hòa).

- Phương pháp chuẩn độ kết tủa.

- Phương pháp chuẩn độ tạo phức.

- Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử.

Giới hạn phát hiện nhỏ nhất của phương pháp này là khoảng 10-3 mol/l. Ưu điểm: phương pháp này dễ thực hiện, đơn giản.

Nhược điểm: độ chính xác không cao do sai số dụng cụ lớn, phải biết lựa chon thuốc thử thích hợp với từng loại dung dịch cần chuẩn độ.

1.4.

Tìm hiểu một số đặc điểm của đồng Đồng là một kim loại trong bảng tuần hoàn hóa học có kí hiệu là Cu, số hiệu

nguyên tử là 29. Đồng là kim loại dẻo, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn, bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn điện và dẫn nhiệt, vật liệu xây dựng, chế tạo các loại hợp kim, nguyên liệu cho các ngành luyện kim…

Trong tự nhiên Cu thường tồn tại dưới dạng muối Cu2+, chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục.

Ion Cu2+ tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm, bảo quản gỗ. Với nồng độ đủ lớn ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn. Ngoài ra với nồng độ tương đối nhỏ thì Cu còn là nguyên tố vi lượng cần thiết đối với động vật và thực vật. Nếu cơ thể người và động vật thiếu đồng sẽ bị suy nhược, thiếu máu, quá trình trao đổi protein diễn ra chậm. Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người đạt từ 60÷100 mg/kg thể trọng thì gây ngộ độc, buồn nôn; 30 gam sunfat đồng có tiềm năng gây tử vong ở người. Ở liều cao đồng tích lũy vào các bộ phận trong cơ thể như gan, thận,… và gây tổn thương đối với các cơ quan này dẫn đến thiếu máu, ảnh hưởng đến dạ dày và các bệnh đường ruột. Hít phải đồng có các triệu chứng như viêm da dị ứng tiếp xúc, gây ảnh hưởng đến gan và tụy và làm tổn thương tế bào phổi.

Những người thường xuyên tiếp xúc với đồng và hợp chất của đồng có hiện tượng mất màu của da. Năm 1982, JECFA (Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm) đã đề nghị giá trị tạm thời cho lượng đồng đưa vào cơ thể người có thể chịu đựng được là 10 mg/ngày.

SVTH: Trần Quế Khanh

13

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1.

NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ

2.1.1. Nguyên liệu Vỏ chuối già được lấy từ vườn chuối ở xã Thanh Đức, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long.

2.1.2. Hóa chất Các hóa chất được dùng là các hóa chất có độ tinh khiết phân tích hoặc tinh khiết hóa học.

STT

Hóa chất

Xuất xứ

1

Amoni clorua

Trung Quốc

2

Axit sunfuric

Trung Quốc

3

Đồng (II) sunfat

Trung Quốc

4

Dung dịch Amoniac

Trung Quốc

5

EDTA

Trung Quốc

6

Murexit

Trung Quốc

Natri hiđrocacbonat

7

Trung Quốc

Natri hiđroxit

8

Trung Quốc

2.1.3. Dụng cụ và thiết bị STT

2.2.

Dụng cụ và thiết bị

STT

Dụng cụ và thiết bị

1

Buret 25 ml

8

Máy đo pH

2

Cân phân tích

9

Máy khuấy từ

3

Chén sứ

10

Phễu lọc

4

Cốc thủy tinh

11

Pipet bầu 10 ml

5

Đũa thủy tinh

12

Rây 0,5 mm

6

Erlen 100 ml

13

Tủ sấy

7

Giấy đo pH

CÁCH ĐỊNH LƯỢNG KIM LOẠI ĐỒNG VÀ CÁCH PHA HÓA CHẤT

2.2.1. Cách định lượng kim loại đồng Để định lượng ion Cu2+ chúng tôi sử dụng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử là EDTA. EDTA (axit etylenđiamin tetraaxetic, H4Y) là thuốc thử được ứng dụng rộng rãi trong phương pháp chuẩn độ tạo phức. Phương pháp chuẩn độ sử dụng EDTA làm SVTH: Trần Quế Khanh

14

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

thuốc thử được gọi là phương pháp chuẩn độ complexon. Người ta thường dung EDTA dưới dạng muối đinatri Na2H2Y, thường gọi là complexon III (nhưng vẫn quen quy ước là EDTA). EDTA tạo phức bền với các cation kim loại và trong hầu hết các trường hợp phản ứng tạo phức xảy ra theo tỉ lệ 1:1.

M n   Y 4

MY

n  4

 Nguyên tắc của phép chuẩn độ định lượng đồng bằng EDTA: Dựa trên phản ứng tạo phức bền của Cu2+ với EDTA: Cu 2  H2 Y2  CuY2  2H

Phản ứng được tiến hành ở pH = 8, chất chỉ thị là murexit 1% trong NaCl. CuHInd   H2 Y2  CuY2  H4Ind

(vàng)

(tím)

 Công thức xác định hàm lượng Cu2+ trong mẫu Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch Cu2+ cần xác định nồng độ vào erlen 100 ml. Thêm một ít chất chỉ thị murexit 1% (khoảng bằng hạt đậu), 5 ml dung dịch NH4Cl 5% và dùng dung dịch NH3 1N chỉnh pH dung dịch đến 8. Chuẩn độ ion Cu2+ bằng dung dịch EDTA (N) có nồng độ xác định cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng nhạt sang màu tím thì ngừng chuẩn độ. Ghi thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ.

Nồng độ Cu2+ (N) được tính theo công thức: CCu 2 

CEDTA  VEDTA 10

Hình 2.1: Dung dịch ion Cu2+ khi có mặt chỉ thị murexit

SVTH: Trần Quế Khanh

Hình 2.2: Dung dịch ion Cu2+ sau chuẩn độ

15

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.2.2. Cách pha hóa chất 2.2.2.1.

Cách pha dung dịch CuSO4

Trong phòng thí nghiệm sử dụng CuSO4.5H2O nên để pha hóa chất đúng nồng độ cần dùng thì trước tiên cần phải sấy CuSO4.5H2O cho mất hết nước chuyển từ màu xanh lam sang màu trắng. Trong qua trình sấy khi CuSO4 đã chuyển sang màu trắng thì cần cân đi cân lại nhiều lần đến khi nào thấy khối lượng không đổi nữa thì ngừng sấy.

Khi pha 1 lít CuSO4 0,02N cân 1,6 gam CuSO4 đã sấy cho mất hết nước cho vào cốc 100 ml. Cho thêm một ít nước cất khuấy cho tan sau đó cho vào bình định mức 1000 ml. Tiếp theo tráng nước cất vài lần để lấy hết CuSO4 còn dính lại trong cốc tránh sai số khi pha. Sau đó thêm nước cất vào bình định mức đến vạch rồi đậy nút lắc đều dung dịch. Cuối cùng đổ dung dịch vừa lắc xong ra bình chưa ta có dung dịch CuSO4 0,02N. 2.2.2.2.

Cách pha dung dịch EDTA

Để pha EDTA đúng nồng độ cần dùng thì trước tiên cần phải sấy EDTA cho đến khi cân đi cân lại nhiều lần thấy khối lượng không đổi nữa thì ngừng sấy.

Khi pha 1 lít EDTA 0,02N cân 3,72 gam EDTA đã sấy cho mất hết nước cho vào cốc 100 ml. Cho thêm một ít nước cất khuấy cho tan sau đó cho vào bình định mức 1000 ml. Tiếp theo tráng nước cất vài lần để lấy hết EDTA còn dính lại trong cốc tránh sai số khi pha. Sau đó thêm nước cất vào bình định mức đến vạch rồi đậy nút lắc đều dung dịch. Cuối cùng đổ dung dịch vừa lắc xong ra bình chưa ta có dung dịch EDTA 0,02N. 2.2.2.3.

Cách pha dung dịch đệm

Dung dịch đệm cần dùng là NH4Cl 5%, pH = 8.

Cân 5 gam NH4Cl sau đó thêm nước cất vào cho đủ 100 gam ta được 100 gam dung dịch NH4Cl 5%. Tiếp theo chỉnh pH = 8 bằng cách để dung dịch muối vừa pha được lên máy khuấy từ sau đó dùng máy đo pH để đo pH của dung dịch. Tiếp theo dùng NH3 đặc để chỉnh pH cho đến khi có được dung dịch NH4Cl 5%, pH = 8.

Lưu ý: vì NH3 đặc có mùi rất xốc nên khi lấy phải để dung dịch trong tủ hút, có thể thêm một ít nước cho NH3 loãng hơn và dùng khăn ướt đậy lại như vậy sẽ giảm bớt mùi khi đem ra khỏi tủ hút.

SVTH: Trần Quế Khanh

16

Luận văn tốt nghiệp 2.3.

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

2.3.1. Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP được trình bày ở bảng 2.1 Bảng 2.1: Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP Các thông số hấp phụ Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Độ hấp phụ

C (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

0,6

0,02

6,61.10-3

21,55

0,8

0,02

6,44.10-3

43,52

1,0

0,02

3,48.10-3

41,73

1,5

0,02

3,82.10-3

39,55

2,0

0,02

4,58.10-3

34,69

Nồng độ axit xitric (M)

Trước khi chế tạo VLHP tôi đã khảo sát nồng độ axit xitric để tìm ra nồng độ thích hợp nhất cho quá trình biến tính vỏ chuối. Sau quá trình khảo sát nồng độ axit xitric thì khi sử dụng axit xitric có nồng độ 0,8M để biến tính vỏ chuối đã tạo ra được VLHP có khả năng hấp phụ tốt nhất.

SVTH: Trần Quế Khanh

17

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

2.3.2. Quy trình chế tạo VLHP Vỏ chuối tươi Làm sạch Phơi nắng Sấy 80C Vỏ chuối nguyên liệu

Nghiền nhỏ

Ngâm axit xitric 0,8 M Hoạt hoá Ngâm rửa Sấy khô VLHP

Phản ứng este hóa của axit xitric và xenlulozơ được trình bày ở hình 2.3.

O

O H2C

COOH

H2C

C

H2C O

HO

C

H2C

COOH

- H2O

HO

COOH

C

H2C

C

C

C

H2C

HO

OCe

H2C

COOH

- H2O

COOH

HO

COOH

H2C

COOH O

C

C

C

H2C

H2C

C O

O OCe

OCe

C

O O

HO

OH

O COOH

O H2C

Ce

C

Ce

OH

HO

C

H2C

C

OCe

COOH C

OCe

O

Hình 2.3: Phản ứng este hóa của axit xitric và xenlulozơ

SVTH: Trần Quế Khanh

18

Luận văn tốt nghiệp

Hình 2.4: Vỏ chuối nguyên liệu 2.4.

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Hình 2.5: Vật liệu hấp phụ

Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP vỏ chuối

2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP - Cân 0,5 gam vỏ chuối nguyên liệu (vật liệu) cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02N có pH bằng 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/phút trong 30 phút ở nhiệt độ phòng.

- Sau đó dùng phễu, xếp giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.7), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của vỏ chuối nguyên liệu (vật liệu) theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP 2.4.2.1.

Ảnh hưởng của thời gian

- Cân chính xác 0,5 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02N có pH bằng 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/phút trong khoảng thời gian lần lượt từ 10÷60 phút ở nhiệt độ phòng.

- Sau đó dùng phễu, xếp giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấp phụ.

- Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

SVTH: Trần Quế Khanh

19

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.7), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

Lấy thời gian tốt nhất vừa xác định được để khảo sát ảnh hưởng của pH. 2.4.2.2.

Ảnh hưởng của pH

- Cân 0,5 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ 0,02N có pH lần lượt từ 1÷5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/phút trong 30 phút ở nhiệt độ phòng.

- Sau đó dùng phễu, xếp giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấp phụ. Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA 0,02N, ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.7), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

Lấy pH tốt nhất vừa xác định được để khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP. 2.4.2.3.

Ảnh hưởng của nồng độ - Cân bằng hấp phụ

- Cân 0,5 gam VLHP cho vào cốc 100 ml, thêm vào 50 ml dung dịch Cu2+ với các nồng độ đầu lần lượt 5.10-3N; 0,01N; 0,015N; 0,02N; 0,025N ở pH = 5.

- Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 250 vòng/phút trong 30 phút, ở nhiệt độ phòng.

- Sau đó dùng phễu, xếp giấy lọc để lọc lấy dung dịch sau hấp phụ. Dùng pipet lấy chính xác 10 ml dung dịch sau hấp phụ đem chuẩn độ bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA ở các nồng độ xác định tương ứng (N), ghi nhận thể tích (ml) EDTA đã chuẩn độ, tiến hành chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình.

- Tính nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức (1.7), từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức (1.1) và hiệu suất hấp phụ theo công thức (1.2). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.

SVTH: Trần Quế Khanh

20

Luận văn tốt nghiệp 2.4.2.4.

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô

hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir Từ các yếu tố đã khảo sát ở trên chúng tôi rút ra được điều kiện tốt nhất cho quá trình hấp phụ của VLHP và tiến hành xác định độ hấp phụ cực đại, hằng số cân bằng hấp phụ của VLHP theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir. Chúng tôi sử dụng các kết quả thu được khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ để tính toán độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ của VLHP vì các thí nghiệm này đã được thực hiện ở những điều kiện tốt nhất đã được khảo sát (thời gian, pH).

SVTH: Trần Quế Khanh

21

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chương 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP

3.1.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu

3.1.1.

Sau khi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu đã thu được kết quả trình bày ở bảng 4.1.

Bảng 3.1: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) Lần 1

Lần 2

Lần 3

Vtb

Ctb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Mẫu 1

7,9

7,9

7,8

7,87

15,74.10-3

13,63

Mẫu 2

7,9

7,9

7,9

7,90

15,80.10-3

13,44

Mẫu 3

7,8

7,9

7,9

7,87

15,74.10-3

13,63

15,76.10-3

13,57

Các giá trị trung bình 3.1.2.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP

Sau khi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP đã thu được kết quả trình bày ở bảng 4.2.

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) Lần 1

Lần 2

Lần 3

Vtb

Ctb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Mẫu 1

3,3

3,3

3,3

3,30

13,40.10-3

21,12

Mẫu 2

3,3

3,3

3,2

3,27

13,46.10-3

20,93

Mẫu 3

3,3

3,2

3,3

3,27

13,46.10-3

20,93

13,44.10-3

20,99

Các giá trị trung bình

Bảng 3.3: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP Vỏ chuối nguyên liệu

VLHP

Co (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

Co (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

0,02

15,76.10-3

13,57

0,02

13,44.10-3

20,99

Mục đích của quá trình biến tính vỏ chuối là để tạo được VLHP có khả năng hấp phụ tốt hơn so với vỏ chuối nguyên liệu ban đầu. Vì thế cần phải so sánh khả năng hấp phụ của VLHP chế tạo được với nguyên liệu ban đầu. Dựa vào bảng 4.3 có thể thấy được cả vỏ chuối nguyên liệu và VLHP đều có khả năng hấp phụ ion Cu2+ do vỏ chuối SVTH: Trần Quế Khanh

22

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

nguyên liệu và VLHP đều có cấu trúc lỗ xốp. Tuy nhiên, VLHP có khả năng hấp phụ Cu2+ tốt hơn do trong thành phần của vỏ chuối có thành phần xenlulozơ. Các nhóm hiđroxyl trên xenlulozơ đóng vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion. Tuy nhiên các nhóm OH của vỏ chuối nguyên liệu đã được hoạt hóa bằng axit xitric thành các nhóm este có khả năng trao đổi lớn hơn làm cho bề mặt VLHP có nhiều lỗ xốp hơn nên có khả năng hấp phụ tốt hơn [7].

3.2.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP

3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ trong đó có yếu tố thời gian. Vì vậy khi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP thì kết quả sự ảnh hưởng của thời gian được kết quả trình bày ở phụ lục 1. Sau đó tính kết quả trung bình của các thí nghiệm thu được bảng số liệu bảng 4.4.

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP Các thông số hấp phụ Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Độ hấp phụ

C (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

10

0,02

7,96.10-3

38,53

20

0,02

6,82.10-3

41,66

30

0,02

6,44.10-3

43,39

40

0,02

6,44.10-3

43,46

50

0,02

6,46.10-3

43,33

60

0,02

6,44.10-3

43,33

Thời gian

SVTH: Trần Quế Khanh

23

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP được thể hiện trong hình 3.1.

44 43

a (mg/g)

42 41 40 39 38 0

10

20

30 40 thời gian (phút)

50

60

70

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP Sau khi khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP, dựa vào đồ thị có thể thấy được trong khoảng thời gian khảo sát (1060 phút), bắt đầu 10 phút đầu tiên quá trình hấp phụ xảy ra nhanh, độ hấp phụ tăng nhanh nên đồ thị có đường dốc thẳng đứng vì lúc này bề mặt trống của VLHP còn rất lớn nên các ion Cu2+ dễ dàng hấp phụ lên bề mặt của VLHP. Từ 3040 phút quá trình hấp phụ tăng chậm nên đồ thị là đường thẳng nghiêng do một số ion Cu2+ đã hấp phụ lên bề mặt VLHP nên số lỗ trống còn ít và do tương tác đẩy của các ion đã bị hấp phụ mà các ion Cu2+ còn lại sẽ rất khó để hấp phụ lên bề mặt VLHP. Từ 40 phút trở đi hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ tương đối ổn định nên đồ thị có đường thẳng gần như nằm ngang. Sở vĩ lúc này đồ thị có dạng nằm ngang là do các ion Cu2+ gần như đã lấp kín các lỗ trống trên bề mặt VLHP nên quá trình hấp phụ gần như là đạt cân bằng [20, 23].

Từ kết quả trên, chúng tôi cho rằng thời gian đạt cân bằng hấp phụ đối với ion Cu2+ là 30 phút và chọn khoảng thời gian này là khoảng thời gian tốt nhất để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo đối với ion Cu2+.

SVTH: Trần Quế Khanh

24

Luận văn tốt nghiệp 3.2.2.

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH Ngoài thời gian thì pH cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.

Khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP thu được kết quả sau mỗi thí nghiệm trình bày trong phụ lục 2 và bảng 4.5.

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu2+ của VLHP Các thông số hấp phụ Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Độ hấp phụ

C (N)

Ccb (N)

a (mg/g)

1,01

0,02

0,02

0,11

2,05

0,02

1,80.10-2

6,29

3,00

0,02

7,84.10-3

38,91

4,01

0,02

7,22.10-3

40,90

5,03

0,02

6,76.10-3

42,37

pH

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP được thể hiện trong hình 3.2.

50

a (mg/g)

40 30 20 10 0 0

1

2

3 pH

4

5

6

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP Khi khảo sát sự ảnh hưởng của pH thu được kết quả thực nghiệm khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ trong dung dịch tốt nhất là ở pH = 5, vì khi tăng pH lên lớn hơn 5 đã có dấu hiệu kết tủa hiđroxit Cu (II), chúng tôi chọn pH = 5 là pH tốt nhất để thực hiện các nghiên cứu các quá trình hấp phụ Cu2+ tiếp theo.

SVTH: Trần Quế Khanh

25

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Điều đó được giải thích: trong môi trường axit mạnh, các phần tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ được tích điện dương và bởi vậy lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện. Hơn nữa, nồng độ H+ hiện tại cao nên trong hỗn hợp có sự cạnh tranh giữa cation kim loại với H+ trong sự hấp phụ mà H+ có kích thước nhỏ và có số lượng lớn hon nhiều so với Cu2+ nên dễ dàng hấp phụ lên bề mặt VLHP so với Cu2+, kết quả là làm giảm sự hấp phụ ion Cu2+. Tương tự, pH tăng, nồng độ ion H+ giảm, trong khi nồng độ Cu2+ gần như không đổi và bởi vậy sự hấp phụ cation kim loại có thể giải thích giống sự trao đổi phản ứng H+ - Mn+ (M là kim loại) [14]. Tuy nhiên, nếu pH tăng cao hơn nữa có thể hình thành phức hiđroxo của kim loại nên sẽ làm hạn chế sự hấp phụ của VLHP. Ngoài ra, khi pH tăng cao sẽ làm xuất hiện kết tủa Cu(OH)2 sẽ làm sai lệch kết quả khi xác định khả năng hấp phụ của VLHP [28].

3.2.3.

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu Nồng độ ban đầu của dung dịch cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp

phụ của VLHP. Khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP thu được kết quả sau mỗi thí nghiệm trình bày trong phụ lục 4 và bảng 4.7.

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ của VLHP Các thông số hấp phụ Nồng độ đầu C (N)

Nồng độ cân bằng Ccb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

0,005

3,90.10-4

14,75

0,010

1,51.10-3

27,17

0,015

3,62.10-3

36,43

0,020

6,44.10-3

43,39

0,025

1,20 .10-2

41,60

SVTH: Trần Quế Khanh

26

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP được thể hiện trong hình 3.3.

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP Từ đồ thị hình 4.4 cho thấy, khi tăng nồng độ đầu ion Cu2+ tử 0,0050,020 N thì độ hấp phụ của VLHP tăng dần. Khi nồng độ ion Cu2+ ban đầu còn thấp, các trung tâm hoạt động trên bề mặt của VLHP vẫn chưa được lấp đầy bởi các ion Cu2+ nên các ion Cu2+ trong dung dịch dễ dàng hấp phụ lên bề mặt VLHP làm cho độ hấp phụ tăng rất nhanh và đồ thị có độ dốc lớn. Do đó khi nồng độ ion Cu2+ tăng thì hiệu quả xử lý tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ đầu của Cu2+ từ 0,0200,025N, thì lúc này các trung tâm trên đã được lấp kín bởi ion Cu2+ nên các ion Cu2+ khó tiếp xúc với VLHP khả năng hấp phụ của vật liệu với ion Cu2+ giảm rất nhanh. Bề mặt vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa dần bởi ion Cu2+ [27].

3.3.

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ của VLHP theo mô hình

hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir Từ các kết quả thu được sau khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP, chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir với bảng số liệu được trình bày ở bảng 4.8.

SVTH: Trần Quế Khanh

27

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Bảng 3.8: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir Nồng độ cân bằng Ccb

Độ hấp phụ a

(mg/L)

(mg/g)

160,00

12,48

14,75

0,85

320,00

48,32

27,17

1,78

480,00

115,84

36,43

3,18

640,00

206,08

43,39

4,76

800,00

384

41,60

9,23

Nồng độ đầu C (mg/L)

Ccb/a (g/L)

Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với ion Cu2+ được thể hiện trong hình 4.5.

50

a (mg/g)

40 30 20 10 0 0

100 200 300 400 nồng độ cân bằng Ccb (mg/L)

500

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt Langmuir đối với ion Cu2+ Khi tăng nồng độ đầu thì độ hấp phụ tăng dần và khi nồng độ đầu tăng đến một giá trị nào đó, khi mà bề mặt trống của VLHP bị bão hòa bởi các phân tử chất tan thì phản ứng đạt cân bằng, độ hấp phụ tại thời điểm này là lớn nhất. Từ hình 4.5 ta nhận thấy độ hấp phụ a phụ thuộc vào nồng độ cân bằng Ccb theo đường cong và đường cong này đang có dấu hiệu chuyển sang đường thẳng, nghĩa là phản ứng gần đạt cân bằng. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được đưa về dạng tuyến tính như hình 4.6.

SVTH: Trần Quế Khanh

28

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

10 y = 0,0221x + 0,5651 R² = 0,9957

8

Ccb/a (g/L)

6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

nồng độ cân bằng Ccb (mg/L) Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion Cu2+ Từ đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính trên hình 4.6, chúng tôi xác định được độ hấp phụ cực đại đối với ion Cu2+ là 45,25 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ k = 0,039.

Từ kết quả này chúng ta có thể đánh giá khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP là khá tốt. VLHP chế tạo từ vỏ chuối này có thể là một loại vật liệu tốt để xử lí môi trường.

SVTH: Trần Quế Khanh

29

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Các kết quả thu được đã đáp ứng được mục đích nghiên cứu ban đầu của đề tài: - Đã chế tạo thành công VLHP từ nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp là vỏ chuối bằng axit xitric.

- Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ theo phương pháp hấp phụ tĩnh. Các kết quả thu được: + Khả năng hấp phụ của VLHP cao hơn rất nhiều so với vỏ chuối nguyên liệu. + Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP là 30 phút. + Khoảng pH để sự hấp phụ ion Cu2+ của VLHP xảy ra tốt nhất là pH = 5. + Khi lượng VLHP tăng, độ hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ cũng tăng. + Trong khoảng nồng độ đầu đã khảo sát với ion Cu2+, thì khi nồng độ đầu tăng thì độ hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ tăng. + Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

4.2. Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo VLHP cũng như quá trình hấp phụ của VLHP. Từ đó có thể tạo ra VLHP có khả năng hấp phụ cao hơn.

- Sử dụng các phương pháp phân tích thể tích khác có độ chính xác cao hơn như: phân tích trắc quang, phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử để định lượng kim loại nặng.

- Mở rộng nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP đối với các ion kim loại nặng khác và ứng dụng vào xử lý nước thải ở quy mô phòng thí nghiệm.

- Nghiên cứu khả năng giải hấp của VLHP và khả năng tái sử dụng của VLHP sau khi xử lý nước thải.

SVTH: Trần Quế Khanh

30

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 1. Đặng Văn Phi (2012), “Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ một số ion kim loại nặng trong nước”, Đại học Đà Nẵng.

2. Hồ Sĩ Tráng (2005), Cơ sở hoá học gỗ và xenluloza, tập 1, Nxb Khoa học và kĩ thuật.

3. Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương (2000), Các phương pháp phân tích kim loại trong nước và nước thải, Nxb Khoa học và kĩ thuật.

4. Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Thị Như Quỳnh (2010), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than vỏ lạc, Tạp chí Phân tích Hóa lý và Sinh học, 15, 160-164.

5. Lê Hữu Thiềng, Hứu Thị Thùy (2011), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+, Ni2+ của than bã mía, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 86 (10), 107-113.

6. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước thải, Nxb Thống kê Hà Nội.

7. Lê Thành Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính, Tạp chí Phát triển KH&CN, 11 (8), 5-12.

8. Nguyễn Đình Huề (1982), Giáo trình hóa lí, Nxb Giáo dục.

9. Nguyễn Mộng Hoàng (2012), Giáo trình hóa keo, Đại học Cần Thơ.

10. Nguyễn Tinh Dung (2002), Hóa học phân tích, Nxb Giáo dục.

11. Nhan Hồng Quang (2009), Xử lí nước thải mạ điện Chrome bằng vật liệu Biomass, Tạp chí Khoa học và công nghệ, 3 (32), 1-9.

12. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hóa học môi trường cơ sở, Khoa Hóa học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội.

13. Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội.

14. Luận văn “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thăm dò xử lí môi trường”, Đại học Thái Nguyên.

15. Phùng Thị Kim Thanh (2012), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng (Cr2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+) bằng bã mía sau khi đã biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường”, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Thái Nguyên.

SVTH: Trần Quế Khanh

31

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

16. S.S.VOIUTSKI (1973), Hóa học chất keo, tập 1, Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp.

17. Tiêu chuẩn Việt Nam 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

18. XI. Venexki (1970), Những câu chuyện về kim loại, Nxb Khoa học và Kỹ thuật.

19. Thực trạng và phương hướng phát triển các loại cây ăn trái đến hết năm 2015 (2006), Trung tâm thông tin thương mại.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH 20. A.G.Liew Abdullah, M.A, Mohd Salled, M.K. Siti Mazlina, M.J. Megat Mohd Noor, M.R. Osman, R.Wagiran and S.Sobri (2005), “Azo dye removal by adsorption using waste biomass: sugarcane bagasse”, International Journal of Engineering and Technology, 2 (1), 8-13.

21. David Harvey (2000), Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, The United States of America.

22. G. Annadurai*, R.S. Juang** and D.J. Lee* (2002), Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels, Taiwan.

23. K.A.G Gusmao, L.V.A Gurgel, T.M.S Melo, L.F Gil (2012), “Application of succinylated sugarcane bagasse as adsorbent to remove methylene blue and gentian violet from aqueous solution – Kinetic and Equilibrium studies, Dyes and Pigments, 92, 967-974.

24. L.V. A. Gurgel, R.P.de Freitas, and L.F. Gil (2008), “Adsorption of Cu(II), Cd(II) and Pb(II) from aqueous single metal solution by sugarcane and mercerized sugarcane bagasse chemically modified with succinic anhydride”, Carbohydrate Polymers, 74, 922-929.

25. Osvaldo Karnitz Jr, L.V. A. Gurgel, J.C.P. de Melo, V.R. Botaro, T.M.S.Melo, R.P.de Freitas Gil and L.F. Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology, 98, 1291-1297.

26. Mykola, T. K., L. A. Kupchik, and B. K. Veisoc (1999), “Evaluation of pectin binding of heavy metal ions in aqueous solutions”, Chemosphere, 38 (11), 2591-2596.

SVTH: Trần Quế Khanh

32

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

27. M. Nameni, M.R. Alavi Moghdam, M. Arami (2008), “Adsorption of hexavalent chromium from aqueous solution by wheat bran”, International Journal of Environment Science Technology, 5 (2), 161-168.

28. Karuppanna

Periasamy

and

Chinnaiya

Namasivayam

(1994),

“Process

Development for Removal and Recovery of Cadmium of from Wasterwater by a Low-cost Absorbent: adsorption Rates and Equilibrium Studies”, Industrial and Engineering Chemistry Research, 33, 317-320.

29. Z. Reddad, C. Gerente, Y. Andres, M. C. Ralet. J. F. Thibault, and P. L. Cloirec (2002), “Ni(II) and Cu(II) binding properties of native and modified sugar beet pulp”, Carbohydrate Polymers, 49, 23-31.

30. Kareem, S.O. and Rahman R.A. (2013), “Utilization of banana peels for xitric acid production by Aspergillus niger”.

TRANG WED 31. http://www.thuvientailieu.vn/tai-lieu/de-tai-thuc-trang-o-nhiem-moi-truong-oviet-nam-hien-nay-27721/ 32. http://123doc.org/document/923624-nghien-cuu-su-dung-vo-chuoi-de-hap-phumot-so-ion-kim-loai-nang-trong-nuoc.htm?page=5 33. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852410003743

SVTH: Trần Quế Khanh

33

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm Thời gian (phút)

10

20

30

40

50

60

Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) Vtb

Ccb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

M1

3,9

4,0

4,0

3,97

7,94.10-3

38,59

M2

4,0

4,0

3,9

3,97

7,94.10-3

38,59

M3

4,0

4,0

4,0

4,0

8,00.10-3

38,40

M1

3,4

3,5

3,5

3,47

6,94.10-3

41,79

M2

3,5

3,5

3,5

3,5

7,00.10-3

41,60

M3

3,5

3,5

3,5

3,5

7,00.10-3

41,60

M1

3,2

3,3

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M2

3,2

3,2

3,3

3,23

6,46.10-3

43,33

M3

3,2

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

M1

3,2

3,2

3,3

3,23

6,46.10-3

43,33

M2

3,2

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

M3

3,2

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

M1

3,3

3,2

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M2

3,3

3,2

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M3

3,2

3,3

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M1

3,3

3,2

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M2

3,2

3,2

3,3

3,23

6,46.10-3

43,33

M3

3,2

3,2

3,2

3,2

6,40.10-3

43,33

SVTH: Trần Quế Khanh

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) pH

1,01

2,05

3,00

4,01

5,03

Vtb

Ccb (N)

Độ hấp phụ a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

M1

10,0

10,0

10,0

10,0

2,00.10-2

0,00

M2

9,9

10,0

10,0

9,97

1,99.10-2

0,32

M3

10,0

10,0

10,0

10,0

2,00.10-2

0,00

M1

9,0

9,0

9,1

9,03

1,81.10-2

6,08

M2

9,0

9,0

9,0

9,0

1,80.10-2

6,40

M3

9,0

9,0

9,0

9,0

1,80.10-2

6,40

M1

4,0

3,9

3,9

3,93

7,86.10-3

38,85

M2

3,9

3,9

4,0

3,93

7,86.10-3

38,85

M3

3,9

3,9

3,9

3,90

7,80. 10-3

39,04

M1

3,6

3,6

3,6

3,60

7,20.10-3

40,96

M2

3,7

3,6

3,6

3,63

7,26.10-3

40,77

M3

3,6

3,6

3,6

3,6

7,20.10-3

40,96

M1

3,4

3,4

3,3

3,37

6,74.10-3

42,43

M2

3,3

3,4

3,4

3,37

6,74.10-3

42,43

M3

3,4

3,4

3,4

3,4

6,80.10-3

42,24

SVTH: Trần Quế Khanh

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP sau mỗi thí nghiệm Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) C (N)

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

Vtb

Ccb (N)

a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

M1

0,7

0,8

0,8

0,77

3,85.10-4

14,77

M2

0,8

0,8

0,8

0,80

4,00.10-4

14,72

M3

0,7

0,8

0,8

0,77

3,85.10-4

14,77

M1

1,3

1,2

1,3

1,27

1,27.10-3

27,94

M2

1,3

1,3

1,3

1,30

1,30.10-3

27,84

M3

1,3

1,3

1,3

1,30

1,27.10-3

27,94

M1

2,2

2,2

2,2

2,20

3,30.10-3

37,44

M2

2,1

2,2

2,2

2,17

3,26.10-3

37,57

M3

2,2

2,2

2,2

2,20

3,30.10-3

37,44

M1

3,3

3,4

3,3

3,33

6,66.10-3

42,69

M2

3,3

3,4

3,3

3,33

6,66.10-3

42,69

M3

3,3

3,3

3,3

3,30

6,60.10-3

42,88

M1

4,8

4,7

4,7

4,73

1,20.10-2

41,60

M2

4,7

4,8

4,7

4,73

1,20.10-2

41,60

M3

4,7

4,7

4,8

4,73

1,20.10-2

41,60

SVTH: Trần Quế Khanh

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Phụ lục 4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP khi sử dụng những điều kiện tốt nhất đã khảo sát Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) C (N)

0,020

Vtb

Ccb (N)

a (mg/g)

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

Lần 1

Lần 2

Lần 3

M1

3,3

3,2

M2

3,2

M3

3,2

Phụ lục 5: Kết quả khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất để chế tạo VLHP Thể tích EDTA chuẩn độ (ml) C (N)

0,6

0,8

1,0

1,5

2,0

Vtb

Ccb (N)

a (mg/g)

Lần 1

Lần 2

Lần 3

M1

6,6

6,7

6,6

6,63

1,33.10-2

21,44

M2

6,6

6,6

6,6

6,60

1,32.10-2

21,76

M3

6,6

6,6

6,6

6,60

1,33.10-2

21,44

M1

3,2

3,3

3,2

3,23

6,46.10-3

43,33

M2

3,2

3,2

3,3

3,23

6,46.10-3

43,33

M3

3,2

3,2

3,2

3,20

6,40.10-3

43,52

M1

3,5

3,5

3,5

3,50

7,00.10-3

41,60

M2

3,5

3,5

3,4

3,47

6,94.10-3

41,79

M3

3,4

3,5

3,5

3,47

6,94.10-3

41,79

M1

3,9

3,8

3,8

3,83

7,66.10-3

39,49

M2

3,9

3,8

3,8

3,83

7,66.10-3

39,49

M3

3,8

3,8

3,8

3,80

7,60.10-3

39,68

M1

4,5

4,6

4,6

4,57

9,14.10-3

34,75

M2

4,6

4,6

4,5

4,57

9,14.10-3

34,75

M3

4,6

4,6

4,6

4,60

9,20.10-3

34,56

SVTH: Trần Quế Khanh