NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG pdf

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 2
(
46
) Tập 2
/
N¨m 2008


122

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni
2+
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA
VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG
Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng (Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên)
1. Mở đầu
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã dẫn tới sự
tăng nhanh hàm lượng các ion kim loại nặng trong các nguồn nước thải. Đã có nhiều công trình
nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp tách loại các ion kim loại trong môi trường nước. Trong
đó, việc tận dụng các phụ phNm nông nghiệp làm vật liệu để hấp phụ các ion kim loại nặng đang
được nhiều người quan tâm[1],[2].
Nước ta là một nước nông nghiệp, do vậy nguồn phụ phNm nông nghiệp khá lớn. Một
trong những phụ phNm nông nghiệp có số lượng lớn là bã mía. Cùng với sự phát triển mạnh của
ngành mía đường, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng lớn bã mía. Bã mía chiếm
khoảng 26,8-32% lượng mía ép, bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozơ, 24%
hemixenlulozơ, và 22-25% lignin [3]. Các thành phần hữu cơ này có khả năng biến đổi để tạo ra
các tâm hấp phụ để hấp phụ các cation kim loại nặng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng bã
mía ứng dụng vào xử lí môi trường còn ít được quan tâm. Để góp phần vào việc tìm kiếm các

vật liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền cho việc xử lí môi trường, trong công trình này chúng tôi nghiên
cứu khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ bã mía đối với ion Ni
2+
và thử sử
dụng VLHP này để xử lí một mẫu nước thải có chứa ion Ni
2+
.
2.Thực nghiệm
2.1. Dụng cụ hoá chất
- Các hoá chất được sử dụng để nghiên cứu có độ tinh khiết PA.
- Nồng độ ion Ni
2+
được xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc thử
đimetylglyoxim và được đo trên máy UV 1700 Phamaspec (Shimadzu - Nhật Bản).
- pH của dung dịch được xác định bằng máy đo pH 900 Precisa (Thuỵ Sĩ).
- Máy lắc, máy nghiền bi, tủ sấy; các loại pipet, buret, bình tam giác,…
2.2.Chế tạo vật liệu hấp phụ
Bã mía được xử lí sơ bộ bằng cách ngâm trong nước cất 3-4 giờ, rửa sạch sau đó sấy khô
ở 100
0
C trong 24 giờ. Bã mía khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, rây và rửa bột bã mía
thu được bằng nước cất nóng trong 1 giờ, sấy khô ở 100
0
C; cuối cùng được rửa bằng dung môi
n-hexan/etanol (1:1) trên hệ thống sohxlet trong 4 giờ. Bã mía sau khi nghiền nhỏ, rửa và sấy
khô được hoạt hoá bằng anhydrit succinic thu được VLHP.[2]
2.3 Khảo sát dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni
2+

Cân chính xác 0,5g VLHP cho vào cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, thêm vào đó 50ml

dung dịch Ni
2+
, lắc đều trong 2 giờ. Lọc thu lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni
2+
còn lại. Từ đó
tính dung lượng hấp phụ của VLHP đối với Ni
2+
theo công thức:
0 f
C C
q .V
m
−
=

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 2
(
46
) Tập 2
/
N¨m 2008


123
Trong đó: C
0
, C
f

là nồng độ Ni
2+
trước và sau hấp phụ (mg/l); m là khối lượng VLHP
(gam); V là thể tích dung dịch (lit). Kết quả được chỉ ra ở bảng 1.
Bảng 1. Dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni
2+

Nồng độ Ni
2+
trước hấp phụ (mg/l) Nồng độ Ni
2+
sau hấp phụ (mg/l) Dung lượng hấp phụ (mg/g)
168,400 2,840 16,556
2.4 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Lấy 7 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP, thêm vào đó 50ml
dung dịch Ni
2+
, lắc trên máy lắc trong các khoảng thời gian khác nhau từ 10
÷
120 phút. Lọc thu
lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni
2+
còn lại. Kết quả được chỉ ra ở bảng 2 và hình 1.
Bảng 2. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ
Thời gian
(phút)
Nồng độ Ni
2+
trước hấp
phụ (mg/l)

Nồng độ Ni
2+
sau
hấp phụ (mg/l)
Dung lượng hấp
phụ (mg/g)
10
168,40 4,08 16,43
20
168,40 3,38 16,47
40
168,40 4,00 16,53
60
168,40 2,86 16,55
80
168,40 2,80 16,56
100
168,40 2,80 16,56
120
168,40 2,78 16,56

16.420
16.440
16.460
16.480
16.500
16.520
16.540
16.560
16.580

0 20 40 60 80 100 120 140
Thời gian (phút)
Dung lượng hấp phụ (mg/g)

Hình 1. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ theo thời gian
Qua bảng 2 và hình 1 chúng tôi thấy, trong khoảng thời gian khảo sát 10
÷
120 phút: từ
10 đến 60 phút dung lượng hấp phụ tăng nhanh, từ 60 phút trở đi dung lượng hấp phụ tăng chậm
và tương đối ổn định. Do đó, chúng tôi chọn thời gian 60 phút để nghiên cứu tiếp theo.
2.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ
Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch
Ni
2+
có pH khác nhau trong khoảng từ 1,47
÷
6,24. Tiến hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả
được chỉ ra ở bảng 3 và hình 2.
Bảng 3. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ
pH
Nồng độ Ni
2+
trước hấp phụ
(mg/l)
Nồng độ Ni
2+
sau hấp phụ
(mg/l)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)

1,47
172,60 15,34 15,726
2,40
172,00 8,26 16,374
4,06
177,40 4,26 17,314
5,10
182,00 4,36 17,764
6,24
184,80 7,12 17,768
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 2
(
46
) Tập 2
/
N¨m 2008


124

15.5
16
16.5
17
17.5
18
0 1 2 3 4 5 6 7
pH

Dung lượng hấp phụ (mg/g)

Hình 2. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH
Kết qủa ở bảng 3 và hình 2 cho thấy, khả năng hấp phụ của VLHP đối với Ni
2+
tốt nhất
trong khoảng pH từ 5
÷
6. Do đó, chúng tôi chọn giá trị pH trong khoảng này để N/C tiếp theo.
2.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni
2+
đến dung lượng hấp phụ
Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch
Ni
2+
có nồng độ khác nhau trong khoảng từ 56
÷
754mg/, các dung dịch có pH = 5,0. Tiến
hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả được chỉ ra ở bảng 4.
Bảng 4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni
2+
đến dung lượng hấp phụ
Nồng độ Ni
2+
trước hấp phụ C
0

(mg/l)
Nồng độ Ni
2+

sau hấp phụ C
f

(mg/l)
Dung lượng hấp phụ
q (mg/g)
56,00 0,38 5,57
192,00 11,60 18,04
293,00 22,74 27,03
412,00 61,00 35,10
754,00 162,00 59,20
Kết quả ở bảng 4 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, từ 56
÷
754ppm, khi nồng độ
tăng dung lượng hấp phụ tăng. N/C khả năng hấp phụ của VLHP theo mô hình đẳng nhiệt
Langmuir (dạng tuyến tính), chúng tôi thu được kết quả ở hình 3.
y = 0.0153x + 0.4165
R
2
= 0.9292
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200
C
f
(mg/l)
C

f
/q (g/l)

Hình 3. Đường đẳng nhiệt Langmuir
Từ kết quả hình 3, chúng tôi tính được dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với
ion Ni
2+
là: q
max
= 65,36(mg/g)
2.7. Thử xử lí một mẫu nước thải chứa Ni
2+
của nhà máy mạ điện Quốc phòng
Nước thải của nhà máy được lấy tại bể nước thải của phân xưởng mạ điện. Mẫu nước thải
sau khi gạn, lọc qua giấy lọc có pH = 5,10 (giá trị pH này nằm trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp
phụ đã khảo sát ở trên). Tiến hành sự hấp phụ trong điều kiện đã khảo sát ở trên thu được kết quả:
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 2
(
46
) Tập 2
/
N¨m 2008


125
- Nồng độ Ni
2+
trong mẫu nước thải trước hấp phụ: 17,0mg/l.

- Nồng độ Ni
2+
còn lại sau hấp phụ: 2,3mg/l.
- Hiệu suất hấp phụ đạt: 85,47%.
3. Kết luận
3.1 Đã chế tạo được VLHP từ bã mía.
3.2 Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni
2+
. Kết quả cho thấy:
- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 60 phút.
- pH tốt nhất cho sự hấp phụ: 5
÷
6.
- Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 56
÷
754mg/l, khi nồng độ Ni
2+
tăng dung lượng hấp
phụ tăng. Và dung lượng hấp phụ cực đại là: q
max
= 65,36mg/g.
3.3 Đã thử dùng VLHP để hấp phụ ion Ni
2+
trong nước thải của nhà máy mạ điện Quốc
phòng. Kết quả cho thấy có thể dùng VLHP chế tạo từ bã mía để tách loại ion Ni
2+
trong nước thải
Tóm tắt
Công trình này nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía đối với ion
Ni

2+
trong môi trường nước. Kết quả cho thấy VLHP này có khả năng hấp phụ tốt ion Ni
2+
và có
thể ứng dụng để xử lí môi trường.

Summary
Investigation of the adsorption abilities of Ni
2+
ions in aqueous solution on chemically
modified sugarcane bagasse and using for environmental treatment.
This work investigates of the adsorption abilities of Ni
2+
ions in aqueous solution on
chemically modified sugarcane bagasse. The results have shown that adsorption materials
derived from modified sugarcane bagasse has good absorption of Ni
2+
ions in aqueous solution.
It is possible to use this abssorption materials in environmenttal treatment.

Tài liệu tham khảo
[1]. Karuppanna Periasamy, Chinnaiya Namasivayam, Process development for removal and
recovery of cadmium from wastewater by a low-cost adsorbent: Adsorption rates and equilibrium
studies, Ind. Eng. Chem. Res, 1994, 33, 317-320.
[2]. 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, Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically
modified sugarcane bagasse, Bioresource Technology, 98, 2007, 1291-1297.
[3].Yong-Jae Lee, Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and
peroxode, The Department of Food Science, 2005.