Nghiên cứu quá trình hấp phụ pb2+ trên vật liệu hấp phụ copozit polianilin vỏ lạc sau hoàn nguyên

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Thị Bình, giáo viên hướng
dẫn, đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận
này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa học – Trường
Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong phòng Điện hóa ứng dụng
– Viện hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ em rất
nhiều trong quá trình làm khóa luận này.
Cuối cùng em xin cảm ơn bạn bè, gia đình và những người thân đã
động viên, giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên

Mai Thị Tuyến

SV: Mai Thị Tuyến

1

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ theo thời gian......

10

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb .............................................................

10

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử anilin .....................................................

16

Hình 3.1: Đồ thị so sánh phần trăm hấp phụ Pb2+ của polianilin/vỏ
lạc trước và sau khi hoàn nguyên .....................................................

26

Hình 3.2: Sự hấp phụ Pb2+ của vật liệu trước và sau khi hoàn nguyên
theo Langmuir...................................................................................

SV: Mai Thị Tuyến

2

27

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .........................................................................

2

1.1.Giới thiệu chung về kim loại nặng .............................................................

2

1.1.1. Khái niệm ............................................................................................

2

1.1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng .........................................................

2

1.1.3. Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con người và môi trường

2

1.1.4. Chì và ảnh hưởng của chì tới sức khoẻ.................................................

3

1.1.4.1. Kim loại chì ......................................................................................

3

1.1.4.2. Ảnh hưởng của kim loại chì tới sức khỏe con người..........................

4

1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .........................................................

4

1.2.1. Các khái niệm

....................................................................................

4

1.2.1.1 Sự hấp phụ

....................................................................................

4

1.2.1.2 Giải hấp phụ

....................................................................................

6

1.2.1.3. Cân bằng hấp phụ ..............................................................................

6

1.2.1.4 . Dung lượng hấp phụ cân bằng..........................................................

7

1.2.1.5 Hiệu suất hấp phụ ...............................................................................

7

1.2.2.Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ...........................................

7

1.2.2.1.Mô hình động học hấp phụ .................................................................

7

1.2.2.2.Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản ...................................................

8

1.3. Tổng quan về vật liệu compozit ...........................................................

12

1.3.1.Khái niệm ............................................................................................

12

1.3.2.Ưu diểm

............................................................................................

12

1.3.3.Phân loại

............................................................................................

12

1.3.3.1.Phân loại theo hình dạng

................................................................

13

1.3.3.2.Phân loại theo bản chất, thành phần ..................................................

13

SV: Mai Thị Tuyến

3

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.3.3.3.Compozit polianilin/vỏ lạc

13

1.4. Tổng quan về vỏ lạc

..........................................................................

13

1.4.1. Năng suất và sản lượng lạc ..................................................................

13

1.4.2. Thành phần và tính chất của vỏ lạc ......................................................

15

1.5. Tổng quan về polianilin

..................................................................

16

1.5.1. Giới thiệu về anilin và polianilin ..........................................................

16

1.5.2. Cấu trúc của polianilin

..................................................................

17

1.5.3. Tính chất của Polianilin

..................................................................

17

1.5.4. Ứng dụng của polianilin

..................................................................

19

......................................................................

20

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................

22

2.1. Hóa chất và dụng cụ

..........................................................................

22

2.2. Tiến hành thí nghiệm

..........................................................................

23

2.2.1. Pha chế dung dịch và chuẩn bị vật liệu ................................................

23

2.2.2. Tổng hợp ..............................................................................................

23

1.6. Phương pháp nghiên cứu

2.2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb2+ của vật liệu compozit 24
polianilin/vỏ lạc trước và sau khi hoàn nguyên...................................
2.2.4. Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ ..............................................................

24

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................

25

3.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu ..............................................

25

3.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ theo mô hình Langmuir ...........................

27

3.3. Nghiên cứu dạng hấp phụ Langmuir......................................................

28

KẾT LUẬN .................................................................................................

30

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................

31

SV: Mai Thị Tuyến

4

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Diễn biến sản xuất lạc ở Việt Nam……………………………...

14

Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc……………………………………………….

15

Bảng 3.1: Khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu ban đầu theo nồng độ……... 25
Bảng 3.2: Khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu lần 1 theo nồng độ………...

25

Bảng 3.3: Khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu lần 2 theo nồng độ………...

26

Bảng 3.4: Các thông số hấp phụ Langmuir………………………………...

27

Bảng 3.5: Các giá trị RL cho biết hình dạng các đẳng nhiệt………………..

28

Bảng 3.6: Các giá trị của RL………………………………………………..

29

SV: Mai Thị Tuyến

5

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

MỞ ĐẦU
Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự
nóng bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng
quan trọng và cần thiết cho sự sống nhưng nước đang bị ô nhiễm nghiêm
trọng. Do đó, việc xử lý ô nhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề được
quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới.
Nguyên nhân chính gây dẫn đến ô nhiễm môi trường là do nguồn nước
thải, khí thải,… của các khu công nghiệp, khu chế xuất,… Các nguồn nước
thải này đều chứa các ion kim loại nặng như: Cu (II), Mn (II), Pb (II),…
nhưng trước khi đưa ra ngoài môi trường hầu hết chưa được xử lý hoặc xử lý
sơ bộ, do vậy đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước.

Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại
nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hoá lý (phương pháp hấp
phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hoá
học…Trong đó, phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế
tạo từ các nguồn tự nhiên như vỏ lạc, vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu,…để
tách loại và thu hồi các kim loại nặng đang được áp dụng rộng rãi và cho kết
quả khả thi. Loại vật liệu hấp phụ này có khả năng ứng dụng rất lớn trong kỹ
thuật xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng trong tương lai.
Phương pháp xử lý sử dụng VLHP có nhiều ưu việt so với các phương
pháp xử lý khác như giá thành xử lý không cao, tách loại được đồng thời nhiều
kim loại trong dung dịch, có khả năng tái sử dụng VLHP và thu hồi kim loại.
Vỏ lạc là một nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp phổ biến ở
Việt Nam và sản lượng hàng năm là rất lớn. Nhằm tận dụng nguồn nguyên
liệu dồi dào này, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu quá trình hấp phụ Pb2+
trên vật liệu hấp phụ compozit Polianilin/vỏ lạc sau khi hoàn nguyên” định
hướng tái sử dụng vật liệu hấp phụ.

SV: Mai Thị Tuyến

6

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu chung về kim loại nặng

1.1.1. Khái niệm
Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có khối lượng
riêng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thuỷ
quyển (các muối hoà tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng…)
và sinh quyển (trong cơ thể con người, động thực vật) [1].
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, khu chế xuất
đã dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn thải. Tại
các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các cơ
sở sản xuất công nghiệp đã và đang gây ô nhiễm các nguồn nước do không có
công trình hay thiết bị xử lý các kim loại nặng. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm
các kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập
trung rất là lớn. Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải từ các cơ sở sản xuất
giấy, luyện gang thép, kim loại màu chưa được xử lý thải trực tiếp ra sông
Cầu. Hàng trăm làng nghề đúc đồng, nhôm, chì thuộc các tỉnh lưu lượng hàng
ngàn m3/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và môi
trường khu vực. Theo các số liệu phân tích cho thấy, hàm lượng kim loại nặng
trong nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều xấp xỉ hoặc vượt quá tiêu chuẩn
cho phép [2,4,5].
1.1.3. Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con người và môi
trường
Các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là nguyên tố dinh dưỡng cần
thiết cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu như vượt

SV: Mai Thị Tuyến

7

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

quá hàm lượng cho phép, chúng lại gây ra những tác động hết sức nguy hại
tới sức khoẻ con người.
Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn.
Khi đó, chúng sẽ tác động tới các quá trình sinh hoá và trong nhiều trường hợp
dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hoá, các kim loại nặng có ái
lực lớn với các nhóm -SH, -SCH3 của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế, các
enzim bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [4,5].
1.1.4. Chì và ảnh hưởng của chì tới sức khoẻ
1.1.4.1. Kim loại chì
Chì là kim loại nặng có thể tìm thấy ở tất cả các môi trường, chủ yếu là
do các hoạt động của con người gây ô nhiễm như đốt các nhiên liệu hoá
thạch, khai thác mỏ, các hoạt động sản xuất.
Người ta thường tìm thấy chì trong galen (PbS) là quặng chì quan trọng
nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3).
Chì là kim loại có màu xám và có khối lượng riêng lớn nhất do có cấu
trúc lập phương.
Chì được dùng chế tạo các bản ắc quy, vỏ dây cáp, đầu đạn, ống dẫn
nước và dùng để chế tạo thiết bị để bảo vệ khỏi các tia phóng xạ.
Chì phản ứng chậm với nước khi có mặt của oxi tạo ra hiđroxit:

2Pb  O2  2H2O  2Pb(OH )2

(1.1)

Lượng khí CO2 hoà tan trong nước cũng ảnh hưởng mạnh đến tính bền
của chì đối với nước. Người ta thấy rằng, với nồng độ thấp, khí CO2 đã làm
cho các ống dẫn nước bằng chì bền hơn do tạo ra lớp PbCO3 thực tế không
tan (tích số tan của PbCO3 bằng 1.10-13); nhưng khi nồng độ CO2 trong nước
lớn hơn sẽ tạo ra Pb(HCO3)2 dễ tan hơn:

PbCO3  CO2  H2O  Pb(HCO3 )2

(1.2)

gây ra hiện tượng ngộ độc chì khi uống nhiều loại nước có chứa CO2 [14].

SV: Mai Thị Tuyến

8

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.1.4.2. Ảnh hưởng của kim loại chì tới sức khỏe con người
Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con người và động
vật. Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn hệ thần kinh ngoại biên. Chì
tác động lên hệ enzim, nhất là enzim có nhóm hoạt động chứa hiđro. Người bị
nhiễm độc chì sẽ rối loạn một số chức năng cơ thể, thường là rối loạn bộ phận

tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể gây nên những
triệu chứng như đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai
biến não, nếu nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật của chì là
sau khi thâm nhập vào cơ thể sống, nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian.
Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và thức ăn bị
nhiễm chì. Khi vào cơ thể nó bị tích tụ lại rồi đến một lúc nào đó mới gây độc
hại.
Chì tích đọng ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi bằng cách
trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua quá trình kìm hãm sự chuyển hoá vitamin
D. Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn hệ thần kinh ngoại biên. Chì
có tác động lên hệ enzim đặc biệt là hệ enzim vận chuyển hiđro.
Tiêu chuẩn tối đa cho phép của WHO nồng độ chì trong nước uống
không được quá 0,05 mg/ml [1].
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.2.1. Các khái niệm
1.2.1.1 Sự hấp phụ
Sự hấp phụ là quá trình tích luỹ chất trên bề mặt phân cách các pha (khí
- rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các
phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng
lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.

SV: Mai Thị Tuyến

9

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 g chất hấp
phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.
Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt
hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm
ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hidro… đây là những lực yếu, nên
liên kết hình thành không bền vững dễ bị phá vỡ. Vì vậy, hấp phụ vật lý có
tính thuận nghịch cao.
Cấu trúc điện tử của các phần tử các chất tham gia quá trình hấp phụ
vật lý ít bị thay đổi. Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó
xảy ra nhanh.
Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học, trong đó có những lực
liên kết mạnh như liên kết ion, lực liên kết cộng hoá trị, lực liên kết phối trí…
gắn kết những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ
thành những hợp chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng
trăm kJ/mol), do đó liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy, hấp phụ hoá
học thường không thuận nghịch và không thể vượt quá một đơn lớp phân tử.
Trong hấp phụ hoá học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất
tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên
kết hoá học. Sự hấp phụ hoá học còn đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó xảy ra
chậm.
Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là
tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại
đồng thời cả hai hình thức hấp phụ. 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

hoá học tăng lên [2,3,6,9].

SV: Mai Thị Tuyến

10

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.2.1.2 Giải hấp phụ
Giải hấp là sự ra đi của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá
trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp
phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về
hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
 Phương pháp hoá lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ
nên tiết kiệm thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn
chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
Phương pháp hoá lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử
dụng phản ứng oxi hoá khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân
bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ.
 Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay
hơi hoặc sản phẩm phân huỷ nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
 Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật
liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [2].
1.2.1.3. Cân bằng hấp phụ

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá
trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ
đạt trạng thái cân bằng.
Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ
và áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích [2,6,9].
q = f (T, P hoặc C)

(1.3)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: nhiệt độ
P: áp suất
C: nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)

SV: Mai Thị Tuyến

11

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.2.1.4 . Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định
về nồng độ và nhiệt độ [2,6,9].

q

C0  Ccb
.V
m

(1.4)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: thể tích dung tích chất bị hấp phụ (l)
m: khối lượng chất bị hấp phụ (g)
C0: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
1.2.1.5 Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch đã hấp phụ và nồng
độ dung dịch ban đầu.

H

C0  Ccb
.100
C0

(1.5)

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
1.2.2.1 Mô hình động học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt

giai đoạn kế tiếp nhau:
 Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
 Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ
chứa các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.

SV: Mai Thị Tuyến

12

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

 Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp
phụ. Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
 Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là
giai đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định
hay khống chế chủ yếu 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
[2,9].
1.2.2.2 . Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản [6,9]
Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P hoặc C) được gọi là
đường hấp phụ đẳng nhiệt.
Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp
phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ

tại thời điểm đó tại một nhiệt độ xác định.
Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì
đường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình như: phương
trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir.
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:
 Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác
định.
 Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.
 Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân
hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.

SV: Mai Thị Tuyến

13

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng:

q
qmax

 

K L .Ccb
1  K L .Ccb

(1.6)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
 : độ che phủ

Ccb: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
KL : hằng số Langmuir
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
 Trong vùng nồng độ nhỏ KL.Ccb << 1 thì q = qmax. KL.Ccb mô tả vùng
hấp phụ tuyến tính.
 Trong vùng nồng độ lớn KL.Ccb >> 1 thì q = qmax. KL.Ccb mô tả vùng
hấp phụ bão hòa.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong.
Để tính các hằng số trong phương trình Langmuir ta đưa phương trình
ở trên về dạng đường thẳng:

Ccb Ccb
1


q qmax qmax .K L

(1.7)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb sẽ xác định
được các hằng số b, qmax trong phương trình.

SV: Mai Thị Tuyến

14

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

q (mg/g)

qcb

tcb

t (phút)

Hình 1.1: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ theo thời gian

Ccb/q
(g/l)

tan 
(1/qmax*KL)

Ccb (mg/l)

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb
Trong đó:

tan  

SV: Mai Thị Tuyến

1

(1.8)

qmax
15

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Điểm cắt trục tung có giá trị bằng

1
, từ đây ta có thể tính được
qmax .K L

hằng số Langmuir KL.
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry là phương trình đơn giản mô tả
sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và
nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng:
a = K.P

(1.9)

hay q = K.Ccb

(1.10)

Trong đó:
a: lượng chất bị hấp phụ (mol/g)
K: hằng số hấp phụ Henry
p: áp suất (mmHg)
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
Ccb: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l) [6,9].
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thực
nghiệm mô tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi
một lớp.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:
1/ n
q  k .Ccb

(1.11)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
k: hằng số hấp phụ Freundlich
Ccb: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
n: hằng số, luôn lớn hơn 1

SV: Mai Thị Tuyến

16

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Để xác định các hằng số, phương trình trên được chuyển về dạng
đường thẳng:

1
lgq = lgk+ lgCcb
n

(1.12)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgCcb sẽ xác định
được các giá trị k, n [6,9].
1.3. Tổng quan về vật liệu compozit [12]
1.3.1 Khái niệm

Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp từ hai (hoặc nhiều) vật liệu có bản
chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật
liệu thành phần khi đứng riêng rẽ.
Vật liệu compozit được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo
cho compozit có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo
cho các thành phần của compozit liên kết, làm việc được với nhau.
1.3.2 Ưu điểm
 Khả năng áp dụng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm
theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau.
 Khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện
khắc nhiệt của môi trường.
 Khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu
môi trường, dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao,
bền vững với ăn mòn hoá học, độ dẫn điện, dẫn nhiệt thấp.
 Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khai được các
thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.
1.3.3 Phân loại
Vật liệu compozit được phân loại theo hình dạng và theo bản chất thành
phần.

SV: Mai Thị Tuyến

17

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.3.3.1 Phân loại theo hình dạng
 Vật liệu compozit độn dạng sợi: khi vật liệu tăng cường có dạng sợi,
ta gọi đó là compozit độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng
cơ lý tính cho polime nền.
 Vật liệu compozit độn dạng hạt: khi vật liệu tăng cường có dạng hạt,
các tiểu phân hạt độn phân tán vào polimer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó
không có kích thước ưu tiên.
1.3.3.2 Phân loại theo bản chất, thành phần
 Compozit nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi
hữu cơ (polyamide, kevlar…), sợi khoáng (thuỷ tinh, carbon…), sợi
kim loại (Bo, nhôm…)
 Compozit nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo),
hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, nitơ)…
 Compozit nền kim loại: nền kim loại (hợp kim titan, hợp kim
nhôm…) cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si,
C)…
1.3.3.3 Compozit polianilin/vỏ lạc
Compozit polianilin/vỏ lạc là sự lai ghép giữa một polime dẫn điện với
phụ phẩm nông nghiệp. Nó được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong
môi trường axit với sự có mặt của chất oxi hóa [12]. Polianiin được phân tán
đều trên bề mặt vỏ lạc cũng như trong các hang lỗ xốp để tạo ra compozit có
tính chất hóa lý tốt hơn so với từng chất riêng rẽ ban đầu.
1.4. Tổng quan về vỏ lạc
1.4.1. Năng suất và sản lượng lạc
Lạc là cây công nghiệp ngắn ngày, được phát hiện và gieo trồng
khoảng 500 năm nay, giá trị kinh tế của lạc được chú ý khoảng 250 năm trở
lại đây.

SV: Mai Thị Tuyến

18

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Cây lạc có giá trị kinh tế cao và có nhiều công dụng, đặc biệt được
dùng làm thực phẩm trong công nghiệp thực phẩm, trong kỹ nghệ, trong trồng
trọt,…
Phụ phẩm cây lạc gồm: khô dầu, vỏ hạt và thân lá.
Cho đền thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, trên thế giới, lạc là cây họ đậu có
diện tích lớn nhất, hiện nay đứng hàng thứ hai trong số các cây lấy dầu thực
vật (về diện tích và sản lượng) với diện tích gieo trồng vào khoảng 20 - 21
triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25,5 - 26 triệu tấn.
Ở Việt Nam, lạc được trồng rộng rãi trên khắp cả nước. Trừ các loại đất
quá dốc, quá chua, đất chua mặn, đất sét,…các loại đất khác đều trồng được
lạc [8,12].
Các số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng lạc được cập nhật trong
những năm gần nhất từ 2001 đến nay được thể hiện trong bảng 1.1
Bảng 1.1: Diễn biến sản xuất lạc ở Việt Nam
Năm

Diện tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (tấn)

2001

244 600

14,84

363 100

2002

246 700

16,23

400 400

2003

246 800

16,46

406 200

2004

258 700

17,44

451 100

2005

260 000

17,42

453 000

2006

246 700

18,70

462 500

2007

254 600

19,80

505 000

SV: Mai Thị Tuyến

19

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.4.2. Thành phần và tính chất của vỏ lạc
Bảng 1.2: Thành phần vỏ lạc [8]
Thành phần

Nước

Protein

Lipit

Gluxit

Đạm

Lân

Kali

10

4,2

2,6

18,5

1,8

0,2

0,5

Phần trăm
(%)

Vỏ hạt chiếm khoảng 25 - 85% khối lượng hạt. Với sản lượng lạc hàng
năm khoảng 500 000 tấn thì khối lượng vỏ lạc có thể lên tới 150 000 tấn/
năm. Vỏ lạc có giá trị dinh dưỡng, thường được dùng để nghiền thành cám
làm thức ăn cho gia súc hoặc phân bón cho cây. Việc sử dụng vỏ lạc để chế
tạo vật liệu hấp phụ vừa có ý nghĩa về mặt khoa học vừa góp phần tận dụng
nguồn phụ phẩm dồi dào này.
Thành phần chính của vỏ lạc là gluxit, gồm: xenlulozơ, hemixenlulozơ,
lignin và một số hợp chất khác.
Sự kết hợp giữa xenlulozơ và hemixelulozơ được gọi là holoxenlulozơ
có chứa nhiều nhóm –OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết
hiđro.
Xenlulozơ là polisaccarit cao phân tử do có các mắt xích β - glucozơ
[C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4 - glycozit. Phân tử khối của
xenlulozơ rất lớn khoảng từ 250 000 - 1000 000 đ.v.C. Trong mỗi phân tử
xenlulozơ có khoảng 1000 - 15000 mắt xích glucozơ.
Hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ nhưng có số mắt

xích nhỏ hơn và thường bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và
metyl.
Lignin là loại polime được tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin
giữ vai trò kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ.

SV: Mai Thị Tuyến

20

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

1.5. Tổng quan về polianilin [13,15,17 ]
1.5.1. Giới thiệu về anilin và polianilin
Cấu trúc Aniline:
Anilin là hợp chất hữu cơ, có công thức gốc chức C6H5NH2, khối lượng
phân tử M = 93,13 g/mol, là chất lỏng màu vàng nhạt nhưng sẽ chuyển sang
màu vàng nâu khi gặp không khí hoặc ánh sáng.
Anilin có cấu trúc hình chóp. Góc tạo liên kết C - N và đường phân
giác của góc H - N - H là 142,50.
Hiệu ứng cộng hưởng của nhóm -NH2 vào vòng benzen góp phần làm
tăng độ phân cực của anilin.
Anilin có tính kiềm yếu và rất độc, chỉ hoà tan một phần rất nhỏ trong
nước, nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ: ete, etanol, benzen,…

Hình 1.3. Cấu trúc phân tử anilin [11]

Polianilin:
Polianilin được phát hiện năm 1983 và được dùng như thuốc nhuộm
đen như bông (cotton) với tên gọi là “black aniline”. Nghiên cứu về hợp chất
này nhằm đề xuất cấu trúc polime và phát hiện các dạng oxi hoá khác nhau
của PANi đã được biết đến từ thế kỷ 20. Mãi cho đến gần đây, khả năng dẫn
điện của PANi mới được phát hiện. Cũng giống như polime dẫn điện khác nó
cũng có trạng thái oxi hoá khử, tuy nhiên trạng thái oxi hoá hoá của nó bền
hơn polypynide và có độ dẫn điện lớn hơn polyacetylen.

SV: Mai Thị Tuyến

21

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

Dạng cơ bản của anilin ứng với trạng thái oxi hoá của nó là emeraldine
và được coi là chất cách điện, độ dẫn điện của nó là   1010  / cm . Khi xử lý
trong dung dịch HCl ta thu được dạng muối tương ứng hydrocloric
emeraldine là một loại doping của polime, polime không thay đổi trong suốt
quá trình proton hoá, dạng emeraldine hydrocloric được coi là có dạng chuyển
vị và có dạng dẫn polaron, mà chủ yếu là dạng tích điện dương của nguyên tử N.
1.5.2. Cấu trúc của polianilin
Polianilin gồm 2 nhóm cấu trúc chính, trong đó 0 ≤ y ≤ 1

PANi có thể tồn tại nhiều trạng thái oxi hoá khử khác nhau. Với mỗi

trạng thái có một cấu trúc mạch polime khác nhau và có màu sắc khác nhau.
Ngoài ba trạng thái cơ bản: pernigranlin (màu xanh tím),
leucoemeraldin (màu vàng), emeraldin (màu xanh lá cây), do hoạt hoá cao của
nhóm (-NH-) và mã cấu trúc (=NH-), PANi thường tạo muối với các axit
thành dạng muối emeraldin có tính chất dẫn điện tốt.
1.5.3. Tính chất của Polianilin
 Tính chất hoá học:
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính chất hoá học mạnh nhất của
polianiline là thuộc tính trao đổi anion và là tính khác biệt với những polime
trao đổi ion thông thường. Lý do có thể do sự phân tán điện tích trên
polianilin. Ảnh hưởng của cấu hình điện tích cũng đã được chỉ ra trong các
nghiên cứu khi xảy ra tương tác axit amin lên polianilin. Ví dụ cho thấy trong
hai axit amin với mật độ điện tích tương tự, nhưng các cấu hình phân tử khác

SV: Mai Thị Tuyến

22

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

nhau, khả năng tương tác với polianilin khác nhau rõ ràng. Các nghiên cứu
đến sắc ký đã cho thấy rằng polianilin có khả năng hút nước lớn hơn so với
polypyrol dẫn tới tăng mật độ điện tích.
 Tính dẫn điện
Polianilin có hệ thống nối đôi liên hợp dọc toàn bộ mạch phân tử hoặc

trên những đoạn lớn của mạch nên nó là một hợp chất hữu cơ dẫn điện.
Polianilin có thể tồn tại cả ở trạng thái cách điện và cả ở trạng thái dẫn điện.
Trong đó, trạng thái muối emeraldin có độ dẫn điện cao nhất và ổn định.
Polianilin được mô tả như một chất vô định hình màu sẫm. Màu của nó
có thể thay đổi từ xanh lá cây nhạt cho đến màu tím biếc. PANi rất bền với
các dung môi, không tan trong axit, kiềm…PANi có tỉ khối khá lớn, có độ
mịn cao và độ xốp cao. Độ dẫn điện của PANi bao gồm cả độ dẫn điện ion và
độ dẫn điện điện từ.
Đặc tính dẫn điện của PANi được quyết định bởi hai yếu tố quan trọng
là trạng thái oxi hóa của polime và mức độ proton hóa của nguyên tử nitơ
trong khung. Độ dẫn điện của PANi phụ thuộc vào môi trường khác nhau và
pH của dung dịch.
Tuy nhiên, tính dẫn điện của PANi sẽ thay đổi khi ta doping vào mạch
polime một số ion lạ, ví dụ: Cl  , Br  , I  , ClO4 …Nguyên nhân dẫn tới sự tăng
độ dẫn là do khi ta doping thêm các ion lạ vào mạch polianilin thì polianilin
chuyển sang dạng muối dẫn làm tăng tính dẫn của polianilin.
 Tính điện sắc
PANi có tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng oxi hoá khử
của màng. Người ta đã chứng minh PANi thể hiện được rất nhiều màu sắc từ
màu vàng nhạt đến màu xanh lá cây, xanh thẫm và tím đen.
Màu sắc sản phẩm PANi có thể được quan sát tại các điện thế khác
nhau (so với điện cực calomen bão hoà) trên điện cực Pt: màu vàng (-0,2V),

SV: Mai Thị Tuyến

23

Khóa luận tốt nghiệp

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

màu xanh nhạt (0,0V), màu xanh thẫm (0,65V), các màu sắc này tương ứng
với các trạng thái oxi hoá khác nhau. Khi doping thêm các chất khác nhau thì
sự thay đổi màu sắc của PANi còn đa dạng hơn nhiều.
Nhờ vào tính điện sắc đó ta có thể quan sát và biết được trạng thái tồn
tại của PANi ở môi trường nào.
 Khả năng tích trữ năng lượng
PANi ngoài khả năng dẫn điện còn có khả năng tích trữ năng lượng
cao do vậy người ta sử dụng làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ:
ắc quy, tụ điện. PANi có thể thay thế MnO2 trong pin do MnO2 là chất độc hại
với môi trường. Ngoài ra, pin dùng PANi có thể dùng phóng nạp nhiều lần.
Đây là ứng dụng có nhiều triển vọng trong công nghiệp năng lượng.
1.5.4. Ứng dụng của polianilin
Do những tính chất ưu việt của PANi nên nó được ứng dụng vô cùng
rộng rãi trong công nghiệp: chế tạo điện cực của pin, thiết bị điện sắc, chống
ăn mòn kim loại, xử lý môi trường…
Do tính dẫn điện nên nó có thể thay thế một số vật liệu truyền thống:
silic, gecman đắt tiền, hiếm. Nhờ tính bán dẫn mà người ta có thể sử dụng vào
việc chế tạo các thiết bị điện, điện tử: đi ốt, tranzito, linh kiện bộ nhớ, tế bào
vi điện tử… Ngoài ra, nó còn khả năng tích trữ năng lượng nên có thể sử dụng
làm hai bản của điện cực, tụ điện.
Màng PANi có thể tồn tại ở các trạng thái oxi hóa khử khác nhau tương
ứng với các màu sắc khác nhau tùy thuộc pH của dung dịch điện ly và thế đặt
vào. Nhờ tính chất này polianilin phủ lên vật liệu vô cơ như: nhôm, sắt,
platin… để tạo ra linh kiện hiển thị điện sắc gồm hai điện cực, ví dụ: chế tạo
màn hình tinh thể lỏng.
PANi có ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ kim loại, do khả năng

bám dính cao, có thế điện dương nên màng PANi có khả năng chống ăn mòn

SV: Mai Thị Tuyến

24

Khóa luận tốt nghiệp


Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học

cao, có triển vọng khả quan thay thế một số màng phủ gây độc hại, ô nhiễm
môi trường.
Ngoài ra, do PANi có khả năng hấp phụ kim loại nặng nên người ta có
thể dùng nó để hấp phụ các kim loại nặng có trong nước thải công nghiệp
cũng như nước thải dân dụng để tăng quá trình hấp phụ và làm giảm giá thành
sản phẩm người ta phủ lên chất mang như: mùn cưa, vỏ lạc, vỏ trứng, vỏ
trấu…(phụ phẩm nông nghiệp có ích, rẻ tiền) một lớp màng PANi mỏng.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Ở điều kiện thường, nguyên tử không phát ra năng lượng dưới dạng
bức xạ. Lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản, là trạng thái bền vững và
nghèo nhất của nguyên tử. Khi nguyên tử ở trạng thái tự do, nếu ta chiếu một
chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các 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 phát ra trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã
nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào và chuyển lên trạng thái cơ bản.
Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự

do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và
tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó [7,10].
Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ
hấp thụ nguyên tử được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái tự do và ở
mức năng lượng cơ bản. Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo AAS cần phải
thực hiện các công việc sau:
 Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành
trạng thái hơi. Đó là các quá trình hoá hơi mẫu.
 Nguyên tử hoá đám hơi đó, phân ly các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên
tử tự do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả

SV: Mai Thị Tuyến

25

Khóa luận tốt nghiệp