ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐINH TRIỆU TỒN NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ METYLEN XANH, PHẨM ĐỎ ĐH 120 BẰNG VẬT LIỆU BÃ CHÈ VÀ THĂM DỊ XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: HỐ PHÂN TÍCH Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐỖ TRÀ HƯƠNG 1-22,24-41,44-46,50-65,67-68,71-98 23,42,43,47,48,49,66,69,70 Thái Ngun– 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 bằng vật liệu bã chè và thăm dò xử lý mơi trường” là do bản thân tơi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tơi xin chịu trách nhiệm. Thái ngun, tháng 4 năm 2014 Tác giả luận văn ĐINH TRIỆU TỒN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. ĐỖ TRÀ HƯƠNG cơ giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo Khoa Hóa học, các thầy cơ Khoa sau Đại học, các thầy cơ trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Ngun đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong q trình học tập, nghiên cứu, để hồn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Ngun và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cơ giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hồn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Ngun, tháng 4 năm 2014 Tác giả ĐINH TRIỆU TỒN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng, iv Danh mục các hình v Danh mục từ viết tắt MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN 4 1.1. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 4 1.1.1. Các khái niệm 4 1.1.2. Động học hấp phụ 7 1.1.3. Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt 9 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ 15 1.1.5. Đặc điểm chung của hấp phụ trong mơi trường nước 15 1.2. Các nguồn gây ơ nhiễm mơi trường nước 16 1.3. Sơ lược về thuốc nhuộm 17 1.3.1. Định nghĩa thuốc nhuộm 17 1.3.2. Phân loại thuốc nhuộm 18 1.4. Giới thiệu về VLHP bã chè 21 1.5. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH120 trong mơi trường nước và sử dụng bã chè, các chất thải chè làm vật liệu hấp phụ. 24 1.5.1. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh 24 1.5.2. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ phẩm nhuộm đỏ ĐH120 25 1.5.3. Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã thải chè làm vật liệu hấp phụ 26 1.6. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang: 29 1.6.1. Ngun tắc 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv 1.6.2. Độ hấp thụ quang (A) 29 1.6.3. Phương pháp đường chuẩn 30 1.7. Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm 31 1.7.1. Phương pháp phổ Hồng ngoại (IR) 31 1.7.2. Phương pháp hiển vi điện tử qt (SEM) 32 1.7.3. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 32 Chương 2: THỰC NGHIỆM 34 2.1. Thiết bị và hóa chất 34 2.1.1. Thiết bị 34 2.1.2. Hố chất 34 2.2. Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) 34 2.3. Khảo sát tính chất bề mặt của VLHP chế tạo được 35 2.4. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ 35 2.5. Lập đường chuẩn xác định nồng độ 35 2.5.1. Lập đường chuẩn xác định nồng độ của metylenxanh 35 2.5.2. Lập đường chuẩn xác định nồng độ của phẩm đỏ ĐH120 36 2.6. Khảo sát các số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP 37 2.6.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 37 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của VLHP 38 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của VLHP 38 2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP39 2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của VLHP 39 2.6.6. Nghiên cứu giải hấp phụ 39 2.7. Xử lý thử mẫu nước thải dệt nhuộm 40 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt hấp phụ của bã chè (VLHP) 41 3.2. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v 3.3. Khảo sát các số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP 44 3.3.1. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 44 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của VLHP 48 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của VLHP 53 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của VLHP 55 3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP57 3.4. Khảo sát dung lượng hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 58 3.5. Khảo sát q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 60 3.6. Khảo sát q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin 62 3.7. Nghiên cứu giải hấp phụ 64 3.8. Động học hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP 67 3.9. Nhiệt động lực học hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH120 của VLHP 72 3.10: Xử lý thử mẫu nước thải dệt nhuộm 75 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 9 Bảng 2.1: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch metylen xanh với các nồng độ khác nhau 36 Bảng 2.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch phẩm đỏ ĐH120 với các nồng độ khác nhau 37 Bảng 3.1: Các đặc tính quang phổ hồng ngoại của VLHP 42 Bảng 3.2: Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 43 Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào thời gian 45 Bảng 3.4: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 vào thời gian 46 Bảng 3.5: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào pH 49 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ phẩm ỏ ĐH 120 của VLHP vào pH 50 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào khối lượng VLHP 53 Bảng 3.8 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lương hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH120 vào nhiệt độ 55 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào nồng độ 57 Bảng 3.10: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 59 Bảng 3.11: Các hằng số của phương trình Freundlich 61 Bảng 3.12: Sự phụ thuộc lnC cb vào nồng độ đối với q trình hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH 120 63 Bảng 3.13 : Các hằng số của phương trình Temkin 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v Bảng 3.14: Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào pH trong q trình giải hấp metylen xanh, phẩm đỏ ĐH120 65 Bảng 3.15: Số liệu khảo sát động học hấp phụ metylen xanh 67 Bảng 3.16: Số liệu khảo sát động học hấp phụ phẩm đỏ ĐH120 68 Bảng 3.17: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với metylen xanh và phẩm đỏ ĐH 120 71 Bảng 3.18: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với metylen xanh và phẩm đỏ ĐH 120 71 Bảng 3.19: Kết quả tính K D tại các nhiệt độ khác nhau 73 Bảng 3.20: Các thơng số nhiệt động đối với q trình hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 74 Bảng 3.21: Kết quả đo TOC, COD mẫu nước thải 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 11 Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của C f /q vào C f 11 Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 12 Hình 1.4: Sự phụ thuộc lgq vào lgC cb 12 Hình 1.5: Sự phụ thuộc của e q vào cb Cln 14 Hình 1.6: Cơng thức cấu tạo của metylen xanh 19 Hình 1.7: Cơng thức cấu tạo của MB + 19 Hình 1.8: Cơng thức cấu tạo của phẩm đỏ ĐH120 [8] 20 Hình 1.9 : Hình ảnh cây chè 23 Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 36 Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ phẩm đỏ ĐH 120 37 Hình 3.1: Phổ FT – IR của VLHP 41 Hình 3.2: Ảnh hiển vi điện tử qt (SEM) của VLHP trước khi hấp phụ metylen xanh 42 Hình 3.3: Ảnh hiển vi điện tử qt (SEM) của VLHP sau khi hấp phụ metylen xanh 43 Hình 3.4: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 44 Hình 3.5: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào thời gian 47 Hình 3.6: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ phẩm đỏ ĐH120 vào thời gian 47 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của metylen xanh vào pH 48 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của phẩm đỏ ĐH 120 vào pH 49 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào pH 50 Hình 3.10: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ phẩm đỏ ĐH120 vào pH 51 Hình 3.11 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào khối lượng VLHP 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vi Hình 3.12: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP vào khối lượng VLHP 54 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ metylen xanh của VLHP vào nhiệt độ 56 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP vào nhiệt độ 56 Hình 3.15: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với metylen xanh 58 Hình 3.16: Sự phụ thuộc của C cb /q ào C cb đối với metylen xanh 58 Hình 3.17: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với phẩm đỏ 59 ĐH 120 59 Hình 3.18: Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb đối với phẩm đỏ ĐH 120 59 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lgq vào lgC cb đối với sự hấp phụ metylen xanh 60 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgC cb đối với sự hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 61 Hình 3.21: Sự phụ thuộc của q vào lnCcb đối với sự hấp phụ metylen xanh của VLHP 62 Hình 3.22: Sự phụ thuộc của q vào lnC cb đối với sự hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP 62 Hình 3.23 : Đồ thị thể hiện q trình giải hấp phụ metylen xanh của VLHP 66 Hình 3.24: Đồ thị thể hiện q trình giải hấp phụ phẩm đỏ ĐH 120 của VLHP 66 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 1 với metylen xanh 69 Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 1 với phẩm đỏ ĐH 120 69 Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 2 với metylen xanh 70 Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 2 đối với phẩm đỏ ĐH 120 70 Hình 3.29: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnK D vào 1/T của metylen xanh 73 Hình 3.30: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnK D vào 1/T của phẩm đỏ ĐH120 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ [...]... tơi nghiên cứu các nội dung sau: 1 - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè 2 - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của vật liệu chế tạo bằng phương pháp hấp thụ tĩnh như thời gian, pH, khối lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ đầu, nhiệt độ 3 - Nghiên cứu cơ chế hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của vật liệu bã chè 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/... giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng khơng rõ rệt Trong nhiều q trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [9] Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một q trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi... 1.5 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH1 20 trong mơi trường nước và sử dụng bã chè, các chất thải chè làm vật liệu hấp phụ Các nghiên cứu về sự hấp phụ metylen xanh và phẩm nhuộm đỏ ĐH1 20 trên các vật liệu hấp phụ khác nhau trước đây đã đươc nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều dựa trên sự hấp phụ của các vật liệu đắt tiền, ít phổ biến (ví dụ: than hoạt tính,... http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 4 - Mơ tả q trình hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của vật liệu chế tạo được theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich, Temkin 5 - Tính tốn một số thơng số nhiệt động lực học 6 - Xác định động học q trình hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè 7 - Thử nghiệm xử lý mơi trường 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/... Sự hấp phụ này có thể đạt cân bằng hấp phụ sau 1 giờ Battacharyya và cộng sự [21] dựa trên lượng bã thải chè lớn phát sinh từ các hộ gia đình ở Bangladesh đã nghiên cứu và tiến hành đề xuất quy trình xử lí bã thải chè thành vật liệu hấp phụ Kết quả thu được dung lượng hấp phụ cực đại đạt là 85,16 mg/g cao hơn so với khả năng hấp phụ của một số vật liệu hấp phụ được nghiên cứu gần đây Cân bằng hấp phụ. .. bản chất lực tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2, 9] 1.1.1.1 Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là q trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ứng, định hướng,... phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 bằng vật liệu bã chè và thăm dò xử lý mơi trường Đây là hướng nghiên cứu phù hợp với mục tiêu “Hình thành và phát triển ngành cơng nghiệp tái chế chất thải” trong chiến lược bảo vệ mơi trường quốc gia của Việt Nam đến năm 2020 và tận dụng nguồn vật liệu phế thải trong ngành cơng nghiệp chè thế mạnh của q hương Thái Ngun Với mục đích đó, trong đề tài này chúng tơi nghiên. .. cơ nói chung và metylen xanh và phẩm đỏ ĐH1 20 nói riêng Những lợi thế chính của các vật liệu này bao gồm: chi phí thấp, hiệu quả cao, giảm thiểu bùn hóa học hoặc sinh học 1.5.1 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh Kumar và các cộng sự [20] đã nghiên cứu các cơ chế hấp phụ metylen xanh của tro bay và chứng minh rằng tro bay có thể được sử dụng như một vật liệu hấp phụ để loại bỏ metylen xanh... giữa chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với... cân bằng hấp phụ (mg/l) 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Trong q trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ khơng bị hấp phụ đồng thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngồi chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ [9] Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và . tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Đề tài: Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 bằng vật liệu bã chè và thăm dò xử lý mơi trường . VLHP bã chè 21 1.5. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ metylen xanh và phẩm đỏ ĐH1 20 trong mơi trường nước và sử dụng bã chè, các chất thải chè làm vật liệu hấp phụ. 24 1.5.1. Một số hướng nghiên. ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐINH TRIỆU TỒN NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ METYLEN XANH, PHẨM ĐỎ ĐH 120 BẰNG VẬT LIỆU BÃ CHÈ VÀ THĂM DỊ XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG Chun ngành: