Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 4 1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................................ 4 1.1.1. Đại cương về kim loại nặng ....................................................................... 4 1.1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước ............................................................ 4 1.1.3. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người ............... 5 1.1.3.1. Tính chất độc hại của chì .................................................................... 6 1.1.3.2. Tính chất độc hại của Cadimi ............................................................. 6 1.1.3.3. Tính chất độc hại của crom ................................................................. 7 1.1.3.4. Tính chất độc hại của niken ................................................................ 7 1.1.3.5. Tính chất độc hại của kim loại đồng ................................................... 8 1.1.3.6. Tính chất độc hại của Mangan ............................................................ 9 1.1.4. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng ...................... 9 1.2. Tổng quan về kim loại chì ............................................................................ 10 1.2.1. Khái niệm chung về chì ........................................................................... 10 1.2.2. Tính chất vật lí ......................................................................................... 11 1.2.3. Tính chất hóa học ..................................................................................... 12 1.2.4. Ứng dụng ................................................................................................. 13 1.3. Axit citric ....................................................................................................... 16 1.3.1. Cấu tạo phân tử ........................................................................................ 16 1.3.2. Tính chất vật lí ......................................................................................... 17 1.3.3. Tính chất hóa học ..................................................................................... 17 1.3.4. Trạng thái tự nhiên ................................................................................... 17 1.3.5. Điều chế ................................................................................................... 18 1.3.6. Ứng dụng ................................................................................................. 18 1.4. Giới thiệu về sự hấp phụ .............................................................................. 18 1.4.1. Các khái niệm .......................................................................................... 18 1.4.2. Động học hấp phụ .................................................................................... 21 1.4.2.1. Mô hình động học hấp phụ ............................................................... 21 1.4.2.2. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ ....................................................... 22 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ .......................................... 24 1.5. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ vỏ trấu ........................................................ 25 1.5.1. Thành phần chính của vỏ trấu .................................................................. 27 1.5.2. Một số phụ phẩm nông nghiệp khác có thể làm VLHP........................... 28 1.6. Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ..................................................................... 29 1.6.1. Nguyên tắc ............................................................................................... 29 1.6.2. Phương pháp đường chuẩn ...................................................................... 31 1.7. Phổ IR và SEM ............................................................................................. 31 1.7.1. Phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................. 31 1.7.2. Ảnh SEM ................................................................................................. 32 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 33 2.1. Thiết bị và nguyên liệu, hóa chất ................................................................ 33 2.1.1. Thiết bị ....................................................................................................... 33 2.1.2. Nguyên liệu và hóa chất .......................................................................... 33 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 33 2.2.1. Biến tính vỏ trấu bằng axit citric ............................................................. 33 2.2.1.1. Cơ sở lí thuyết của phương pháp biến tính ....................................... 34 2.2.1.2. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ trấu ............................... 34 2.2.2. Khảo sát một số đặc tính hóa lí của vỏ trấu chưa biến tính và vỏ trấu đã biến tính ............................................................................................................. 34 2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ của vỏ trấu biến tính ...................................................................................................... 35 2.2.3.1. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu ban đầu và vật liệu hấp phụ đã được hoạt hoá ........................................................................................................... 35 2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP ............................................................................................................. 35 2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP ............................................................................................................. 35 2.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP ................................................................................... 36 2.2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP .......................................................................................... 36 2.2.4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ ............................................ 36 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 38 3.1. Đặc trưng bề mặt của VLHP ....................................................................... 38 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .............. 39 3.2.1. So sánh khả năng hấp phụ của vật liệu ban đầu và vật liệu hấp phụ đã được hoạt hoá ...................................................................................................................... 39 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ ................... 39 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP ..... 41 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP ............................................................................................. 42 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP ................................................................................................... 43 3.3. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ .............................. 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 49
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - Họ tên sinh viên : Huỳnh Thị Thanh Thuyền Lớp : 12SHH Đề Tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm Đà Nẵng - 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - Đề Tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Pb2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm Sinh viên thực : Huỳnh Thị Thanh Thuyền Lớp : 12SHH Giáo viên hướng dẫn : TS Đinh Văn Tạc Đà Nẵng - 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Thị Thanh Thuyền Lớp: 12SHH Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu khảo sát khả hấp phụ ion Pb2+ môi trường nước Thiết bị, nguyên liệu hóa chất: Thiết bị dụng cụ : - Máy khuấy từ - Máy sấy MEMERT (Đức) - Cân phân tích MYWEIGH i201 (Mỹ) - Máy đo phổ hồng ngoại (IR) - Máy đo pH cầm tay điện tử số - Máy chụp SEM JSM 6490 – JEOL – Japan - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) - peckin Elmer AAS 800 Và dụng cụ thí nghiệm khác như: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình định mức, bình tam giác, ống đong, pipet, giấy lọc,… Nguyên liệu hóa chất: - Vỏ trấu phơi khô - Axit citric - Nước cất - Dung dịch NH3 - HNO3 đặc - Pb(NO3)2 - Các hóa chất thông dụng khác, hóa chất sử dụng thuộc loại tinh khiết phân tích Nội dung nghiên cứu: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ vỏ trấu biến tính: pH, thời gian, nồng độ ion kim loại, hàm lượng chất hấp phụ Giáo viên hướng dẫn: TS Đinh Văn Tạc Ngày giao đề tài: Ngày… tháng năm 2015 Ngày hoàn thành: Ngày… tháng năm 2016 Chủ nhiệm khoa (Kí ghi rõ họ tên) Giáo viên hướng dẫn (Kí ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng… năm 2016 Kết điểm đánh giá: Ngày tháng … năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Kí ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Hóa Học phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa Học – trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng tận tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận Đặc biệt khóa luận mình, em xin chân thành cảm ơn TS Đinh Văn Tạc giao đề tài giúp đỡ em tận tình chu đáo, đầy tâm huyết suốt trình nghiên cứu hoàn thiện khóa luận Em xin cảm ơn anh chị, bạn đơn vị đo mẫu thí nghiệm tạo điều kiện thuận lợi hợp tác giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do việc mắc phải sai sót điều tránh khỏi, em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn để báo cáo em hoàn thiện Cuối em xin kính chúc quý thầy cô bạn dồi sức khỏe ! Trân trọng ! Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2016 Sinh viên thực Huỳnh Thị Thanh Thuyền MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 1.1.1 Đại cương kim loại nặng .4 1.1.2 Ô nhiễm kim loại nặng nước 1.1.3 Ảnh hưởng ô nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe người .5 1.1.3.1 Tính chất độc hại chì 1.1.3.2 Tính chất độc hại Cadimi .6 1.1.3.3 Tính chất độc hại crom 1.1.3.4 Tính chất độc hại niken 1.1.3.5 Tính chất độc hại kim loại đồng 1.1.3.6 Tính chất độc hại Mangan 1.1.4 Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải chứa ion kim loại nặng 1.2 Tổng quan kim loại chì 10 1.2.1 Khái niệm chung chì 10 1.2.2 Tính chất vật lí 11 1.2.3 Tính chất hóa học 12 1.2.4 Ứng dụng 13 1.3 Axit citric .16 1.3.1 Cấu tạo phân tử 16 1.3.2 Tính chất vật lí 17 1.3.3 Tính chất hóa học 17 1.3.4 Trạng thái tự nhiên 17 1.3.5 Điều chế 18 1.3.6 Ứng dụng 18 1.4 Giới thiệu hấp phụ 18 1.4.1 Các khái niệm 18 1.4.2 Động học hấp phụ 21 1.4.2.1 Mô hình động học hấp phụ .21 1.4.2.2 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ .22 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 24 1.5 Giới thiệu vật liệu hấp phụ vỏ trấu 25 1.5.1 Thành phần vỏ trấu 27 1.5.2 Một số phụ phẩm nông nghiệp khác làm VLHP 28 1.6 Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .29 1.6.1 Nguyên tắc .29 1.6.2 Phương pháp đường chuẩn 31 1.7 Phổ IR SEM .31 1.7.1 Phổ hồng ngoại (IR) .31 1.7.2 Ảnh SEM 32 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Thiết bị nguyên liệu, hóa chất 33 2.1.1 Thiết bị .33 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất 33 2.2 Phương pháp nghiên cứu .33 2.2.1 Biến tính vỏ trấu axit citric .33 2.2.1.1 Cơ sở lí thuyết phương pháp biến tính .34 2.2.1.2 Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ trấu .34 2.2.2 Khảo sát số đặc tính hóa lí vỏ trấu chưa biến tính vỏ trấu biến tính .34 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ vỏ trấu biến tính 35 2.2.3.1 So sánh khả hấp phụ vật liệu ban đầu vật liệu hấp phụ hoạt hoá 35 2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP .35 2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP .35 2.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP 36 2.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP 36 2.2.4 Đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Đặc trưng bề mặt VLHP .38 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 39 3.2.1 So sánh khả hấp phụ vật liệu ban đầu vật liệu hấp phụ hoạt hoá 39 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 39 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ VLHP .41 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP .42 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP 43 3.3 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nước bị ô nhiễm kim loại nặng Hình 1.2 Quặng chì 11 Hình 1.3 Bình ăcquy 13 Hình 1.4 Súng chì 14 Hình 1.5 Pha lê 15 Hình 1.6 Tranh sơn dầu pha chì (sơn chì) 16 Hình 1.7 Công thức cấu tạo axit citric .16 Hình 1.8 Cây lúa 26 Hình 1.9 Vỏ trấu 27 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu chưa hoạt hóa 38 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu hoạt hóa 38 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .40 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ .41 Hình 3.5 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 43 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 44 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ VLHP .45 Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính 46 Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính 47 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Giới hạn nồng độ ô nhiễm nước thải công nghiệp 10 Bảng 1.2 Diện tích, suất, sản lượng lúa Việt Nam giai đoạn 2005-2012 27 Bảng 1.3 Thành phần hóa học vỏ trấu 28 Bảng 3.1 Hiệu suất hấp phụ Pb2+ nồng độ khác vật liệu chưa hoạt hóa hoạt hóa 39 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 40 Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 41 Bảng 3.4 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 42 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến dung lượng hấp phụ VLHP 45 36 thời gian khác nhau: 10, 30, 50, 70, 90 (phút) Lọc xác định nồng độ ion kim loại lại sau khoảng thời gian 2.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 0.2, 0.5, 0.8, 1.5, 3.0, 5.0 g VLHP 50ml dung dịch Pb2+ 50ppm Tiến hành hấp phụ khoảng thời gian pH tối ưu xác định mục 2.2.3.2 2.2.3.3, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch 2.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 1.5g VLHP 50ml dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ tương ứng 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100 ppm Tiến hành hấp phụ khoảng thời gian pH tối ưu xác định mục 2.2.3.2 2.2.3.3, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch 2.2.4 Đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả thông qua nhiều dạng phương trình đẳng nhiệt Chúng chọn khảo sát dạng đường đẳng nhiệt Freundlich Langmuir Dạng phương trình đường thẳng phương trình Frieundlich : lg q = lgk + Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g) Cf : Nồng độ ion sau hấp phụ (ppm) K, n: số phụ thuộc vào nhiệt độ lgCf n 37 Dạng phương trình đường thẳng phương trình Langmuir: Ccb 1 = Ccb + q q max b.q max Trong đó: q : dung lượng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) qMax : dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) b : số langmuir 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng bề mặt VLHP Để thấy đặc điểm bề mặt VLHP, tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) bề mặt VLHP nguyên liệu Kết thể hình 3.1 3.2 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu chưa hoạt hóa Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu hoạt hóa Qua ảnh SEM VLHP nguyên liệu thấy bề mặt VLHP xốp so với bề mặt nguyên liệu 39 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 3.2.1 So sánh khả hấp phụ vật liệu ban đầu vật liệu hấp phụ hoạt hoá Chuẩn bị cốc 100ml cốc đầu lấy vào cốc 50ml dung dịch Pb2+ có nồng độ 100ppm, 50ppm, 10ppm cho tiếp 1g vật liệu chưa hoạt hoá cốc tương tự lấy 1g vật liệu hoạt hóa Khuấy từ không gia nhiệt thời gian 50 phút Lọc tiến hành đo mật độ quang Xác định nồng độ dung dịch sau lọc Kết bảng 3.1 Bảng 3.1 Hiệu suất hấp phụ Pb2+ nồng độ khác vật liệu chưa hoạt hóa hoạt hóa 10 ppm Nồng độ ban đầu VL chưa hoạt hóa VL hoạt hóa 50 ppm 100 ppm Cf H% Cf H% Cf H% 2,41 75,9 13,94 72,12 30,1 69,9 1,65 83,5 9,14 81,72 23,35 76,65 Nhận xét: Qua trình tiến hành thí nghiệm, số liệu thu cho thấy vật liệu hoạt hoá vật liệu chưa hoạt hoá có thay đổi nồng độ ion Pb 2+ sau hấp phụ hiệu suất hấp phụ, ta thấy vật liệu sau hoạt hoá nồng độ lại ion Pb2+ nhỏ so với vật liệu chưa hoạt hoá, hiệu suất hấp phụ vật liệu sau hoạt hoá lớn so với vật liệu chưa hoạt hoá Các thí nghiệm tiến hành vật liệu hoạt hóa 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 1g VLHP 50ml dung dịch Pb2+ 50ppm khoảng pH từ 1÷7 pH dung dịch 40 điều chỉnh HNO3 NH3 Khuấy dung dịch máy khuấy từ nhiệt độ phòng Thời gian khuấy 50 phút, lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ lại ion kim loại dung dịch Kết bảng 3.2 hình 3.3 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ pH Co (ppm) 50 50 50 50 50 50 50 Cf (ppm) 22,66 19,08 17,01 15,39 14,35 14,72 17,16 H% 54,68 61,84 65,98 69,22 71,3 70,56 65,68 H% 80 70 60 50 40 H% 30 20 10 pH 0 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.3 cho thấy tăng pH từ 1÷5 hiệu suất hấp phụ tăng nhanh từ 51,67% đến 71,30% đạt cao pH = (71,30%), sau tiếp tục tăng pH hiệu suất hấp thụ giảm xuống Giải thích: Trong môi trường axit mạnh, nồng độ ion H+ lớn nên xảy hấp phụ cạnh tranh ion H+ bề mặt vật liệu hấp phụ kết làm giảm hấp phụ 41 ion Pb2+ Khi tăng pH nồng độ H+ giảm, nồng độ cation kim loại gần không đổi nên hiệu suất hấp phụ ion kim loại tăng Tuy nhiên pH >5 phần ion Pb2+ tồn dạng kết tủa Pb(OH)2 nên hiệu suất hấp phụ giảm xuống Vì chọn pH =5 làm tối ưu để khảo sát yếu tố 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ VLHP Lấy cốc dung tích 100ml chứa 50ml dung dịch Pb2+ 50ppm, đánh số từ đến cho vào cốc 1g VLHP Tiến hành hấp phụ khoảng thời gian khác nhau: 10, 30, 50, 70, 90 (phút) Lọc xác định nồng độ ion kim loại lại sau khoảng thời gian Kết bảng 3.3 hình 3.4 Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Thời Gian (Phút) 10 30 50 70 90 Co(ppm) 50 50 50 50 50 Cf (ppm) 20,3 13,85 8,87 8,89 9,15 H% 59,4 72,3 82,26 82,22 81,7 H% 90 80 70 60 50 H% 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian (phút) Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ 42 Nhận xét: Qua số liệu thực nghiệm cho thấy, thời gian khuấy (thời gian tiếp xúc VLHP với ion kim loại) lâu nồng độ ion kim loại lại dung dịch giảm (giảm từ 20,3ppm xuống 9,15ppm) hay hiệu suất hấp phụ tăng (tăng từ 59,4ppm đến 81,7ppm) Với thời gian khuấy 40 phút, nồng độ ion Pb2+ gần không đổi Chứng tỏ khoảng thời gian hấp phụ đạt cân Vì vậy, chọn thời gian khuấy 50 phút làm thời gian tối ưu cho thí nghiệm Giải thích: Khi thời gian khuấy tăng lên ion Pb2+ vào mao quản VLHP nhiều hơn, hiệu suất hấp phụ tăng lên Khi đạt cân hấp phụ, ion Pb2+ vào tối đa nên dù thời gian khuấy có tăng lên hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+của VLHP Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5g VLHP 50ml dung dịch Pb2+ 50ppm Tiến hành hấp phụ điều kiện pH=5 thời gian khuấy 50 phút, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch Kết bảng 3.4 hình 3.5 Bảng 3.4 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Khối lượng 0,5 1,5 2,5 Co (ppm) 50 50 50 50 50 Cf (ppm) 18,16 13,02 10,75 10,22 9,72 H% 63,68 73,96 78,5 79,56 80,56 VLHP (g) 43 H% 85 80 75 70 H% 65 60 0.5 1.5 2.5 3.5 Khối lượng VLHP (gam) Hình 3.5 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Nhận xét: Kết cho thấy tăng khối lượng VLHP hiệu suất hấp phụ tăng theo Khi khối lượng VLHP tăng từ 0.5÷1.5g hiệu suất hấp phụ tăng nhanh từ 1.5÷2.5g hiệu suất có tăng không đáng kể Chứng tỏ trình hấp phụ đạt cân khối lượng 1.5g Vì vậy, chọn khối lượng VLHP tối ưu 1.5g Giải thích: Hiệu suất hấp phụ tăng dần khối lượng VLHP tăng có nhiều phân tử VLHP thể tích nên bề mặt tiếp xúc VLHP với ion Pb2+ tăng lên, khả ion kim loại vào mao quản VLHP tăng lên Đến cân hấp phụ thiết lập, tổng diện tích bề mặt tiếp xúc chúng không đổi nên hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ VLHP Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 1.5g VLHP 50ml dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ tương ứng 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100ppm Tiến hành hấp phụ điều kiện pH=5 thời gian 44 khuấy 50 phút, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch Kết bảng 3.5 hình 3.6 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ C0 (ppm) 10 20 30 40 50 70 100 Cf (ppm) 2,19 5,36 8,33 11,73 16,41 23,48 40,12 H% 78,1 73,2 72,23 70,68 67,18 66,46 59,88 H% 85 80 75 70 H% 65 60 C0 (ppm) 55 20 40 60 80 100 120 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ Nhận xét: Dựa vào kết bảng 3.5 hình 3.6 ta thấy hiệu suất hấp phụ tỉ lệ nghịch với nồng độ ion Pb2+ ban đầu Khi nồng độ tăng từ 10÷100ppm hiệu suất hấp phụ giảm từ 75.63% xuống 69.43% Giải thích: Cùng lượng VLHP với nồng độ loãng, ion kim loại chuyển động tự do, có khả hấp phụ tốt Ở nồng độ cao, có va chạm nên cản trở chuyển động lẫn hạn chế khả hấp phụ 45 3.3 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion Pb2+ Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả thông qua nhiều dạng phương trình đẳng nhiệt Chúng chọn khảo sát dạng đường đẳng nhiệt Freundlich Langmuir Để vẽ đường đẳng nhiệt hấp phụ ta tiến hành thí nghiệm sau : Lấy cốc dung tích 100ml, đánh số từ đến cho vào cốc 1.5g VLHP 50ml dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ tương ứng 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100ppm Tiến hành hấp phụ điều kiện pH=5 thời gian khuấy 50 phút, xác định nồng độ ion kim loại lại dung dịch Kết bảng 3.6 hình 3.7, 3.8, 3.9 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại đến dung lượng hấp phụ VLHP C0 (ppm) 10 20 30 40 50 70 100 Ccb (ppm) 2,19 5,36 8,33 11,73 16,41 23,48 40,12 Qcb (mg/g) 0,26 0,49 0,72 0,94 1,12 1,55 1,996 Qcb (mg/g) 2.5 1.5 Qcb 0.5 0 10 20 30 40 50 Ccb (ppm) Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến dung lượng hấp phụ VLHP 46 Ccb/Qcb y = 0.2832x + 8.9758 R² = 0.9645 25 20 15 10 Ccb 0 10 20 30 40 50 Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính Khi xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir ta thu phương trình đường thẳng y = 0,2832x + 8,9758 R2 = 0,9645 R2 = 0,9645 > 0,85 nên trình hấp phụ ion Pb2+ vỏ trấu biến tính tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir Từ phương trình đường thẳng ta xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax VLHP ion Pb2+ lực hấp phụ b là: 47 Log Qcb y = 0.7182x - 0.8187 R² = 0.9949 0.4 0.2 0 0.5 1.5 -0.2 Log Ccb -0.4 -0.6 -0.8 Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich dạng tuyến tính Khi xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Freundlich ta thu phương trình đường thẳng y = 0,7182x – 0,8187 R2 = 0,9949 R2 = 0,9949 > 0,85 nên trình hấp phụ ion Pb2+ vỏ trấu biến tính tuân theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich Nhận xét: Từ kết thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Frendlich mô tả tương đối xác hấp phụ ion Pb2+ lên VLHP nghiên cứu (thể qua hệ số tương quan R2 phương trình hồi qui) Đồng thời, cho phép khẳng định VLHP nghiên cứu có khả hấp phụ ion Pb2+ 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu kết thực nghiệm rút kết luận sau: - Đã chế tạo thành công vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp vỏ trấu thông qua trình xử lý hoá học axit xitric Đã xác định đặc trưng bề mặt vật liệu hấp phụ kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các kết cho thấy vật liệu hấp phụ có độ xốp lớn, có tác dụng nâng cao hiệu suất hấp phụ ion kim loại - Đã so sánh khả hấp phụ vật liệu ban đầu vật liệu hấp phụ hoạt hoá, thấy vật liệu biến tính hấp thụ ion kim loại Pb2+ tốt - Đã khảo sát đưa điều kiện tối ưu để hấp thụ ion kim loại lên vỏ trấu biến tính sau: + Thời gian đạt cân hấp phụ: 50 phút + Khoảng pH tối ưu: pH = + Khối lượng VLHP tối ưu: 1,5 gam + Nồng độ ion kim loại tối ưu: 10 ppm - Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Frendlich phương trình Langmuir Xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax VLHP ion Pb2+ lực hấp phụ b theo phương trình Langmuir là: qmax= 3,531mg/g b = 0,032 Kiến nghị Cần có nghiên cứu thêm cấu trúc (diện tích bề mặt) thành phần (các polime) để hiểu rõ nguyên nhân giúp vỏ trấu có khả hấp phụ tốt Trên sở đó, đề nghị phương pháp biến tính để nâng cao hiệu suất hấp phụ định hướng loại vật liệu có khả hấp phụ tốt 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn Việt Nam 2005, tài nguyên môi trường Nguyễn Thùy Dương, Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dò xử lí môi trường, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên Lê Tự Hải (2013), Bài giảng vật liệu hấp phụ xử lý môi trường, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Trần Thị Thanh Hiếu, Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ mướp khảo sát khả hấp phụ ion Zn2+ môi trường nước, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học sư phạm – Đại học Đà Nẵng, 2011 Nguyễn Đình Huề, Hóa lí, tập 2, NXB Giáo dục, 2000 Nguyễn Đình Long, Nghiên cứu biến tính xơ dừa chế tạo làm vật liệu hấp phụ số ion kim loại nặng nước, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học sư phạm – Đại học Đà Nẵng, 2012 Lê Phú Tơ (2013), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía khảo sát khả xử lý Ni2+ môi trường nước, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), Nghiên cứu khả hấp thụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý môi trường , Luận văn thạc sĩ hóa học, Thái Nguyên Vũ Quang Tùng, Nghiên cứu khả tách loại thu hồi mộ số kim loại nặng dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên, 2009 10 Bùi Xuân Vững (2009), Giáo trình phân tích công cụ, Trường đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng 11 http://doc.edu.vn/tai-lieu/giao-trinh-thuc-tap-hoa-ly-60742/ 12 http://www.cantholib.org.vn/Database/Content/2460.pdf 50 13 http://tusach.thuvienkhoahoc.com/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc_b%E1%BB%8 B_%C3%B4_nhi%E1%BB%85m_kim_lo%E1%BA%A1i_n%E1%BA%B7ng_nh %C6%B0_th%E1%BA%BF_n%C3%A0o%3F 14 https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%C3%AC 15 http://doan.edu.vn/do-an/tim-hieu-ve-chi-pb-5386/ 16 http://luanvan.co/luan-van/de-tai-doc-hoc-chi-54211/ 17 http://luagiongnongtin.com/Tin-tuc/nhng-iu-thu-v-v-cay-lua.html 18 https://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_citric [...]... các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng Mặt khác Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nước thải còn ít được quan tâm Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu và khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ trong môi trường nước 2 Mục tiêu nghiên. .. nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố : pH, thời gian, nồng độ của ion kim loại, hàm lượng VLHP đến sự hấp phụ Pb2+ trên vật liệu được chế tạo 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vỏ trấu - Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp hóa học để biến tính vỏ trấu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vỏ trấu. .. chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ. .. rệt Một số trường hợp tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên Giải hấp phụ Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ Giải hấp phụ là phương... và xử lý mẫu vỏ trấu 3 + Khảo sát đặc tính hóa lý của vỏ trấu: SEM + Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion Pb2+ bằng vỏ trấu biến tính: pH, thời gian, nồng độ của ion kim loại, hàm lượng VLHP 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Đề tài nghiên cứu góp phần làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên ngành hóa – môi trường - Tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải chế tạo. .. chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước Trong nước, các ion kim loại bị bao bọc bởi một lớp vỏ các phân tử nước tạo nên các ion bị hidrat hoá Bán kính (độ lớn) của lớp vỏ hidrat ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do lớp vỏ hidrat là yếu tố cản trở tương tác tĩnh điện Với các ion cùng điện tích thì ion có... giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất là ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu... chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ - Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ 22 - Giai đoạn hấp phụ thực sự : các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc đọ chậm nhất sẽ quyết định toàn bộ quá trình động học hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định Tốc độ hấp phụ v... đến quá trình hấp phụ của vỏ trấu biến tính, từ đó so sánh khả năng hấp phụ với vỏ trấu chưa biến tính 4 Phương pháp nghiên cứu a Nghiên cứu lý thuyết - Tổng quan tài liệu về: + Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng và kim loại chì + Các phương pháp hấp phụ và các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ + Giới thiệu về vật liệu hấp phụ vỏ trấu + Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) + Phương pháp kính... vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn Phương pháp hóa lý có thể thực hiên theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ - Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của chất hấp phụ nhờ vi sinh vật 20 Hấp phụ trong môi trường nước Trong nước, tương