khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh với các nghiên cứu hoạt hóa bằng axit sunfuric

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 BÃ MÍA
HOẠT HÓA BẰNG AXIT XITRIC –
SO SÁNH VỚI CÁC NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA
BẰNG AXIT SUNFURIC
Chuyên ngành Sư phạm Hóa học
Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện:

Th.S NGUYỄN MỘNG HOÀNG

PHAN THỊ PHƯƠNG THẢO
MSSV: 2111862
Lớp: Sư phạm Hóa học K37

CẦN THƠ - 2015


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
LỜI CẢM ƠN

Từ những ngày đầu nhận được đề tài luận văn đến những giai đoạn cuối cùng

hoàn thành em đã gặp không ít những bỡ ngỡ và khó khăn nhưng qua đó em đã học
được rất nhiều bài học quý báu mà đôi khi những tiết học lí thuyết trên lớp em vẫn
chưa kịp nắm vững. Để có thể vượt qua được những khó khăn đó, riêng em đã không
ngừng phấn đấu cố gắng nhưng bên cạnh đó sự quan tâm, chỉ dạy của thầy cô và sự
động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè luôn là nguồn động lực giúp em cố gắng. Nay em
xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Cô Phan Thị Ngọc Mai, Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung
đã tận tình chỉ dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em có thể tiến hành những thí
nghiệm thực nghiệm.
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 bạn luôn
quan tâm, chia sẻ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN


.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

iv

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tiếp nối loạt đề tài nghiên cứu về chế tạo vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng để
xử lí môi trường từ các phụ phẩm của một số ngành công nghiệp chế biến mà đề tài
“Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía
hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh với các nghiên cứu hoạt hóa bằng axit
sunfuric” đã được thực hiện.
Trong đề tài này, chúng tôi chế tạo được một loại vật liệu hấp phụ từ bã mía
qua xử lí hoạt hóa bằng axit xitric, tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của
vật liệu hấp phụ chế tạo được, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ,
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 50 phút, pH thích hợp cho sự
hấp phụ đối với ion Cu2+ là 4. Khi tăng nồng độ của dung dịch thì hiệu suất hấp phụ
tăng. Bã mía biến tính bằng axit xitric có khả năng hấp phụ tốt hơn so với bã mía. Độ
hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ là 13,30 và hằng số cân bằng hấp phụ là 0,318.

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
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 ....................................................................................................2
3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 2
PHẦN NỘI DUNG..........................................................................................................3
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT .................................................................................3
1.1. Sự ô nhiễm môi trường nước ....................................................................................3
1.1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam và thế giới.............................. 3
1.1.1.1. Ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam .............................................................. 3
1.1.1.2.Ô nhiễm môi trường nước trên thế giới ............................................................... 4
1.1.2.Phân loại ô nhiễm môi trường nước .......................................................................4
1.1.2.1.Ô nhiễm sinh học của nước .................................................................................4
1.1.2.2. Ô nhiễm hoá học do chất vô cơ ..........................................................................4
1.1.2.3. Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợp ................................................................ 4
1.1.2.4. Ô nhiễm vật lý ....................................................................................................4
1.1.3. Tác dụng và tác hại của một số kim loại nặng đối với sức khỏe con người .........5
1.1.3.1. Tác dụng……………………………………………………………………….5
1.1.3.2. Tác hại…………………………………………………………………………5
1.2. Một số phương pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng ........................... 6
1.2.1. Phương pháp kết tủa .............................................................................................. 6

1.2.2. Phương pháp trao đổi ion ......................................................................................6
SVTT: Phan Thị Phương Thảo

vi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.2.3. Phương pháp hấp phụ ............................................................................................ 7
1.3. Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ ............................................................... 7
1.3.1. Các khái niệm cơ bản ............................................................................................ 7
1.3.2. Các loại hấp phụ ....................................................................................................7
1.4. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn - dung dịch .................................................................8
1.4.1.1. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng .......................... 8
1.4.1.2. Sự hấp phụ các chất điện li ...............................................................................10
1.4.1.3. Sự hấp phụ trao đổi........................................................................................... 11
1.4.2. Hấp phụ trong môi trường nước ..........................................................................11
1.4.3. Động học hấp phụ ................................................................................................ 12
1.4.4. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ..................................12
1.5. Phương pháp định lượng kim loạ ...........................................................................17
1.6. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ - bã mía ..................................................................19
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.....................................................................................23
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị ............................................................. 23
2.1.1. Nguyên liệu..........................................................................................................23
2.1.2. Hóa chất ...............................................................................................................23
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị .............................................................................................. 23
2.2. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ..........................................................................24
2.2.1. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ.......................................................................24

2.2.2. Khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất hoạt hóa bã mía nguyên liệu .....................25
2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và bã mía nguyên liệu .............................. 26
2.3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu ...........................................26
2.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP................................................................ 27
2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP ........................ 27
2.4.1. Ảnh hưởng của thời gian .....................................................................................27
2.4.2. Ảnh hưởng của pH............................................................................................... 28
2.4.3. Ảnh hưởng của lượng VLHP...............................................................................28
2.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ - Cân bằng hấp phụ ...................................................... 29
2.5. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ ...................................29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .....................................................................30
3.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP .................30
SVTT: Phan Thị Phương Thảo

vii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

3.1.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu ............................... 30
3.1.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ...................................................30
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ..................................................................31
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian .......................................................... 31
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ....................................................................33
3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP ....................................................34
3.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu ion Cu2+ ......................................35
3.3. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số hấp phụ ..................................................36
3.4. So sánh kết quả đạt được với các nghiên cứu hoạt hóa bằng axit sunfuric ............38

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ....................................................................39
4.1. Kết luận...................................................................................................................39
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 40

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT

Nguyên nghĩa

Từ viết tắt

Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ

1

FAO

2

WHO

World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

3

VLHP

Vật liệu hấp phụ (Bã mía sau khi xử lý)

4

EDTA

Axit etilenđiamin tetraaxetic

chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

ix


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ........................................................... 17
Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb ........................................................... 17
Hình 1.3: Dung dịch ion Cu2+ khi có mặt chỉ thị murexit .............................................19

Hình 1.4: Dung dịch ion Cu2+ sau chuẩn độ ..................................................................19
Hình 1.5: Hình ảnh các thành phần hóa học chính của bã mía .....................................21
Hình 2.1: Quy trình chế tạo VLHP từ bã mía................................................................ 24
Hình 2.2: Sơ đồ phản ứng este hóa của xenlulozơ và axit xitric ...................................25
Hình 2.3: Bã mía cắt nhỏ ............................................................................................... 26
Hình 2.4: Bã mía nguyên liệu ........................................................................................ 26
Hình 2.5: Bã mía nguyên liệu sau khi trộn với axit xitric 55% tỉ lệ 1:10 (g:ml) ..........26
Hình 2.6: Hình ảnh của VLHP ...................................................................................... 26
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ .................32
ion Cu2+ của VLHP........................................................................................................32
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của
VLHP ............................................................................................................................. 33
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ
ion Cu2+ của VLHP........................................................................................................35
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ đầu ion Cu2+ đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của
VLHP ............................................................................................................................. 36
Hình 3.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với ion Cu2+ ................................ 37
Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion
Cu2+ ................................................................................................................................ 37

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tác hại khi nhiễm một số ion kim loại nặng...................................................6
Bảng 1.2: Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công nghiệp và nước
cấp sinh hoạt ....................................................................................................................6
Bảng 1.3: Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thường gặp ........................................13
Bảng 2.1: Khảo sát nồng độ axit xitric tốt nhất hoạt hóa bã mía nguyên liệu ..............25
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của bã mía nguyên liệu ........................ 30
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ............................................30
Bảng 3.3: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của bã mía nguyên liệu và VLHP...31
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP ..........31
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu2+ của VLHP ......................... 33
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP ...34
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ của VLHP ..........35
Bảng 3.8: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của
Langmuir ....................................................................................................................... 36

SVTT: Phan Thị Phương Thảo

xi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
PHẦN MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là
tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con
người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Đối tượng
gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu

công nghiệp, hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn. Ô nhiễm môi trường
bao gồm 3 loại chính là: ô nhiễm đất, ô nhiễm nước và ô nhiễm không khí. Ở đây xin
được đề cập đến vấn đề ô nhiễm môi trường nước. Theo báo cáo giám sát của Uỷ ban
Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Quốc hội, tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ
thống xử lí nước thải tập trung ở một số địa phương rất thấp, có nơi chỉ đạt 15÷20%,
như tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Vĩnh Phúc. Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ
thống xử lí nước thải tập trung nhưng hầu như không vận hành vì để giảm chi phí.
Bình quân mỗi ngày, các khu, cụm, điểm công nghiệp thải ra khoảng 30.000 tấn chất
thải rắn, lỏng, khí và chất thải độc hại khác [16]. Ngoài các loại rác thải có thể quan sát
được bằng mắt thường thì thật chất vẫn còn một đối tượng gây ô nhiễm không kém
phần nguy hiểm mà chúng ta đôi khi khó quan sát được, đó là sự ô nhiễm kim loại
nặng. Các nguồn nước thải này thường chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu2+, Mn2+,
Pb2+... Nếu nồng độ các ion kim loại này vượt quá giới hạn cho phép sẽ ảnh hưởng đến
sức khỏe con người cũng như hệ sinh thái. Do đó, các nghiên cứu để tìm ra biện pháp
tối ưu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nước này đang rất được quan tâm.
Đã có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách
loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lí (phương pháp
hấp phụ, phương pháp trao đổi ion,…), phương pháp sinh hóa, phương pháp hóa
học… Trong đó, phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ
nguồn nguyên liệu tự nhiên, các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp như: vỏ lạc, vỏ
dừa, vỏ trấu, lõi ngô, rơm rạ, bã mía… để tách kim loại từ dung dịch nước đã được
nhiều tác giả trên thế giới và trong nước nghiên cứu. Phương pháp này có ưu điểm là
sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền và thân thiện với môi trường [10].
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Một trong các nguồn phụ phẩm công nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là bã
mía. Bã mía với thành phần chính là các xenlulozơ và hemixenlulozơ rất thích hợp cho
việc nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng
trong môi trường nước.
Xuất phát từ những lí do trên đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+
trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric – so sánh với các
nghiên cứu hoạt hóa bằng axit sunfuric” được chọn để nghiên cứu. Đây không phải
là một đề tài mới nhưng nội dung của đề tài này sẽ đánh trọng tâm vào việc khảo sát
và so sánh với các đề tài đã thực hiện trước đây, nhằm tìm ra một phương pháp tốt
nhất cho việc hấp phụ kim loại nặng từ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía.
2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Chế tạo vật liệu hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của vật liệu hấp
phụ, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ từ kết
quả thu được so sánh với các kết quả nghiên cứu trước đây nhằm đưa ra các điều kiện
tốt để tiến hành hấp phụ.
Ngoài ra, từ kết quả thu được so sánh và đánh giá khả năng hoạt hóa của axit
sunfuric và axit xitric để tìm ra chất hoạt hóa tốt hơn.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía hoạt hóa bằng axit xitric.
 Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ bằng phương
pháp thể tích.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

2

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1.1. Sự ô nhiễm môi trường nước
1.1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam và thế giới [17]
1.1.1.1. Ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam
Nước ta là một nước nông nghiệp, với nền công nghiệp chưa phát triển mạnh,
các khu công nghiệp và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã
xảy ra ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau.
Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nước nhất: dùng tưới lúa và hoa màu, chủ
yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng. Việc sử dụng nông dược và phân
bón hóa học càng góp thêm phần ô nhiễm môi trường nông thôn.
Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nước quan trọng, mỗi ngành có một loại
nước thải khác nhau. Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước làm cho Sông Cầu
thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số. Khu công nghiệp
Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của nhà máy hóa chất, thuốc trừ
sâu, giấy, dệt... xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể. Khu công nghiệp
Biên Hòa và thành phố Hồ Chí Minh tạo ra nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt
rất lớn, làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận.
Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số và các
đô thị. Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu thủ
công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nước ta.
Ðiều đáng nói là các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môi trường, chưa
qua xử lý gì cả, vì nước ta chưa có hệ thống xử lý nước thải nào đúng nghĩa như tên
gọi.
Nước ngầm cũng bị ô nhiễm, do nước sinh hoạt hay công nghiệp và nông
nghiệp. Việc khai thác tràn lan nước ngầm làm cho hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm

phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long, ven
biển miền Trung...

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.1.1.2. Ô nhiễm môi trường nước trên thế giới
Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ
đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển công
nghiệp. Ta có thể kể ra đây vài thí dụ tiêu biểu.
Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch. Nó trở thành ống
cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi
người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt.
Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng
không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18. Từ đó
vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh
hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính. Sông Rhin chảy qua
vùng công nghiệp hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai
nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào các
nguồn ô nhiễm thường xuyên.
Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng
khác. Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng.
1.1.2. Phân loại ô nhiễm môi trường nước
1.1.2.1. Ô nhiễm sinh học của nước

Do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men.
Do các nguồn thải đô thị hay kỹ nghệ có các chất thải sinh hoạt, phân, nước rữa
của các nhà máy đường, giấy...
1.1.2.2. Ô nhiễm hoá học do chất vô cơ
Do thải vào nước các chất nitrat, phosphat dùng trong nông nghiệp và các chất
thải do luyện kim và các công nghệ khác như Zn, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg là những
chất độc cho thủy sinh vật.
1.1.2.3. Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợp
Ô nhiễm này chủ yếu do hidrocarbon, nông dược, chất tẩy rửa...
1.1.2.4. Ô nhiễm vật lý
Các chất rắn không tan khi được thải vào nước làm tăng lượng chất lơ lững, tức
làm tăng độ đục của nước. Các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ, có thể được vi
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

khuẩn ăn. Sự phát triển của vi khuẩn và các vi sinh vật khác lại càng làm tăng độ đục
của nước và làm giảm độ xuyên thấu của ánh sang.
Trong nội dung đề tài này chúng ta sẽ quan tâm đến sự ô nhiễm hóa học do các
chất vô cơ.
1.1.3. Tác dụng và tác hại của một số kim loại nặng đối với sức khỏe con người
1.1.3.1. Tác dụng
Cơ thể con người có chứa khoảng 25÷27 nguyên tố hóa học thường gặp. Trong
đó bao gồm: 4 nguyên tố đa lượng: C, O, H, N, chúng là thành phần cơ bản tạo nên
nước, protein, xương, cơ,… chúng chiếm 96% trọng lượng cơ thể.

Còn lại có khoảng 4% trọng lượng cơ thể là các chất hóa học vô cơ hay còn
được gọi là các khoáng chất. Trong số đó có một số nguyên tố là thiết yếu và cần thiết
cho cơ thể sống nhưng chúng lại chỉ chiếm lượng nhỏ trong cơ thể, chúng thường được
gọi là các nguyên tố vi lượng (hay còn gọi là vi khoáng). Một số nguyên tố tiêu biểu
như: Fe, Zn, Mg, Mn, Cu, Ni, Se, Cr,… Vai trò của các kim loại này có thể kể đến
như:
+ Hỗ trợ các phản ứng hóa học trong cơ thể. Có trong thành phần của rất nhiều
enzyme cần thiết.
+ Giúp cơ thể sử dụng chất đạm, mỡ và đường.
+ Giúp làm vững chắc xương và điều khiển thần kinh, cơ.
+ Nguyên tố vi lượng còn điều hòa hoạt động của cơ thể, tương tác với các chất
khác như các vitamin,..
+ Một số nguyên tố vi lượng như sắt, kẽm, magiê có tác dụng chống căng thẳng
rất hiệu quả.
1.1.3.2. Tác hại [5]
Bên cạnh rất nhiều tác dụng có ích đối với cơ thể thì các nguyên tố kim loại
nặng này vẫn tồn tại một số nguy cơ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của con người
cũng như môi trường sống.
Một vài ảnh hưởng có thể xảy ra khi bị nhiễm độc kim loại nặng được trình bày
trong bảng sau:

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Bảng 1.1: Tác hại khi nhiễm một số ion kim loại nặng
Tên kim loại
Chì
Crom
Đồng

Tác hại
Giảm trí thông minh; các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,…
Gây nguy hiểm cho gan, thận và đường hô hấp; gây ra các bệnh về
răng, miệng, kích thích da,..
Gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận,..

Bảng 1.2: Nồng độ giới hạn của một số kim loại trong nước thải công nghiệp và
nước cấp sinh hoạt [5]
STT

Tên chỉ tiêu

Giá trị giới hạn (mg/l)
Nước thải công nghiệp

Nước thải nông nghiệp

1

Hàm lượng chì

0,10

0,01

2

Hàm lượng crom

0,05

0,05

3

Hàm lượng đồng

2,00

1,00

4

Hàm lượng mangan

0,50

0,50

5

Hàm lượng niken

0,20

0,10

1.2. Một số phương pháp xử lí nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng [10]
1.2.1. Phương pháp kết tủa
Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa vào
dung dịch nước, điều chỉnh pH của môi trường để chuyển ion cần tách về dạng hợp
chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa.
Xuất phát từ phương trình sau: M n  nOH 

M (OH )n 

Trong đó: n là hóa trị của các kim loại (n = 2, 3)
Với quá trình kết tủa hiđroxit kim loại nặng, pH của dung dịch nước ảnh hưởng
rất mạnh.
1.2.2. Phương pháp trao đổi ion
Đây là phương 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 nước.

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
nRH  M n   Rn M  nH 
RCl  A  RA  Cl 

1.2.3. Phương pháp hấp phụ
Trong phương pháp này 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,…
1.3. Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [3,6,7,10]
1.3.1. Các khái niệm cơ bản
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 và ký 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 chia thành hai loại hấp phụ: hấp phụ
vật lý và hấp phụ hóa học.
1.3.2. Các loại hấp phụ
Hấp phụ vật lí (Physisorption)

Hấp phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấp phụ mang bản chất lực Lực hấp phụ 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

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
hay không quan trọng.

Nhiệt độ thấp hấp phụ chiếm ưu thế.

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.

1.4. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn - dung dịch [3,6,7,10]
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.
1.4.1.1. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng
Đối với sự hấp phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấp phụ được tính theo biểu
thức 1.1:
(C  Ccb ).V (1.1)
a 
m
Trong đó: C, Ccb là nồng độ ban đầu và 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).
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:
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng
H

(Co  Ccb )
.100
Co

(1.2)

Trong đó: C, Ccb là nồng độ ban đầu và 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.
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
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
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

chất lỏng phân cực. Trên cơ sở này, trong thực tế người ta dùng các chất hấp phụ phân
cực (silica gel, 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.
1.4.1.2. Sự hấp phụ các chất điện li
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 tích điện cùng dấu với bề mặt chất hấp
phụ sẽ không bị hấp phụ nhưng do tương 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 hiđrat hóa càng kém nên tương tác tĩnh điện giữa ion với bề mặt hấp phụ
mạnh (lớp vỏ hiđrat ngăn cản tương tác tĩnh điện).
Cụ thể như khả năng bị hấp phụ tăng lên theo thứ tự sau:
Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
Mg+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+
Cl- < Br- < NO3- < I- < SCNĐối 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.
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.4.1.3. 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
đổi ion giữa lớp điện kép của chất hấp phụ lấy từ môi trường một lượng ion nào đó thì
đồng thời nó cũng phóng thích vào môi trường một lượng tương đương 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 được.
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 luôn là bất thuận nghịch.
+ Sự hấp phụ trao đổi xảy ra chậm hơn sự hấp phụ các chất không điện ly và
rất chậm khi ion trao đổi nằm sâu trong chất hấp phụ.
+ Sự hấp phụ trao đổi có thể gây nên sự thay đổi pH của môi trường. Nếu chất
hấp phụ có khả năng trao đổi ion H+ của nó với một cation nào khác trong môi trường
thì quá trình hấp phụ làm giảm pH của môi trường. Nếu chất hấp phụ trao đổi anion
OH của nó với một ion nào khác của môi trường thì quá trình hấp phụ làm tăng pH

của môi trường.
Sự trao đổi ion trong hai trường hợp này có thể được biểu diễn như sau:

 Cationit-Na+ + H+ + ClCationit-H+ + Na+ + Cl- 
 Anionit+Cl- + Na+ + OHAnionit+OH- + Na+ + Cl- 

1.4.2. Hấp phụ trong môi trường nước
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường.
Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nước.
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: Phan Thị Phương Thảo

11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.4.3. Động học hấp phụ [5]
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất
hấp phụ. Quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau:
+ Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch
tán trong dung dịch.
+ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa
các hệ mao quản – Giai đoạn khuếch tán màng.
+ Chất bị khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ - Giai đoạn
khuếch tán trong mao quản.

+ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn
hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định
hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ.
1.4.4. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt 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.
Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng được trình bày ở bảng 1.2.

SVTH: Phan Thị Phương Thảo

12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Bảng 1.3: 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

a 1  k.C

Vật lí và hóa học

Henry

a  k.p

Vật lí và hóa học

Freundlich

a  k.p n (n > 1)

Vật lí và hóa học

Shlygin-Frumkin-Temkin

a 1
 ln C .p
am n

Hóa học

Brunauer-Emmett-Teller
(BET)

1

p
a.(p  p)



1
(C  1) p

.
am C am C p 

Vật lí, nhiều lớp

Trong các phương trình trên, a là thể tích chất bị hấp phụ, am là thể tích 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.
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng đường đẳng nhiệt hấp
phụ thường được mô tả qua các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của Henry,
Freundlich và Langmuir, …

Dưới đây xin được trình bày về 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÷2000C thì thời gian đó khoảng 10-6 giây.
SVTH: Phan Thị Phương Thảo

13