khảo sát khả năng hấp phụ ion cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
--------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+
TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC
Chuyên ngành SƢ PHẠM HÓA HỌC
Giáo viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Th.S NGUYỄN MỘNG HOÀNG

NGÔ THỊ QUẾ ANH
MSSV: 2111794

Cần thơ- 2015


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, em đã học hỏi và tích lũy đƣợc
nhiều kiền thức và kinh nghiệm quý báu. Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố
gắng của bản thân, em còn nhận đƣợc sự ủng hộ, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn

bè. Nay em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến:
 Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, đã trực tiếp hƣớng dẫn và theo sát em trong quá
trình thực hiện đề tài, luôn tận tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến để luận văn của em
đƣợc hoàn chỉnh hơn.
 Cô Phan Thị Ngọc Mai, Thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình chỉ dẫn, đóng góp
ý kiến và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện đề tài nghiên
cứu này.
 Quý thầy cô trong bộ môn Sƣ phạm Hóa học – Khoa Sƣ phạm – Trƣờng Đại
học Cần Thơ đã tận tình giảng dạy và trang bị cho em vốn kiến thức quý báu trong
suốt thời gian học tập tại trƣờng.
 Gia đình, bạn bè và tập thể lớp Sƣ phạm Hóa học K37 – Khoa Sƣ phạm –
Trƣờng Đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ và đồng hành cùng em trong suốt thời
gian qua.
Xin chân thành cám ơn!

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

iv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nhằm góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc bởi kim loại nặng
bằng những vật liệu sẵn có, rẻ tiền nên em đã thực hiện đề tài “ Khảo sát khả năng
hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc”.
Trong đề tài này, chúng tôi đã xử lí hoạt hóa nguyên liệu vỏ lạc bằng axit citric
để thu đƣợc vật liệu hấp phụ, sau đó tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của

vật liệu hấp phụ vừa chế tạo, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ nhƣ
thời gian, pH, nồng độ đầu của ion Cu2+ ở nhiệt độ phòng, 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 của ion Cu2+ trƣớc và sau khi hấp phụ đƣợc xác định bằng
phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức với thuốc thử EDTA. Kết quả thực nghiệm cho thấy
thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 30 phút, pH thích hợp cho sự hấp phụ đối với ion
Cu2+ là 5,0. Khi tăng nồng độ của dung dịch thì hiệu suất hấp phụ giảm. Vỏ lạc biến
tính bằng axit citric có khả năng hấp phụ tốt hơn vỏ lạc nguyên liệu. Độ hấp phụ cực
đại của vật liệu hấp phụ là 46,95 mg/g và hằng số cân bằng hấp phụ k = 0,025.

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN...................................................................................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG 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 CÁC HÌNH ............................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................xi

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
1.

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................1

2.

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI .......................................................................................1

3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...........................................................................2

Chƣơng 1.
1.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 3

Giới thiệu sơ lƣợc về kim loại nặng ................................................................ 3

1.1.1.

Tình trạng nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng ...................................3

1.1.2.

Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con ngƣời và môi trƣờng .3

1.1.3.

Ảnh hƣởng của kim loại đồng đến con ngƣời và sinh vật .......................4

1.2.

Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng .................4

1.2.1.

Phƣơng pháp kết tủa ................................................................................4

1.2.2.

Phƣơng pháp trao đổi ion.........................................................................5

1.2.3.

Phƣơng pháp hấp phụ ..............................................................................5

1.3.

Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ ......................................................5

1.3.1.

Các khái niệm cơ bản [9, 16, 17] ............................................................. 5

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

vi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.3.2.

Các loại hấp phụ [3, 9, 15] .......................................................................6

1.3.3.

Sự hấp phụ trên giới hạn rắn - dung dịch [9, 16, 17] ............................... 6

1.3.4.

Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ............................................................ 10

1.3.5.

Cân bằng hấp phụ - các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ ....................10

1.4.

Giới thiệu về vật liệu hấp phụ - vỏ lạc .......................................................... 13

1.4.1.

Giới thiệu sơ lƣợc về cây lạc .................................................................13

1.4.2.

Cấu tạo và thành phần chính của vỏ lạc ................................................14

1.4.3. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP....15
Phƣơng pháp định lƣợng kim loại [5, 8, 22, 26] ...........................................16

1.5.

Chƣơng 2.

THỰC NGHIỆM ................................................................................... 18

Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị ....................................................18

2.1.
2.1.1

Nguyên liệu ............................................................................................ 18

2.1.2

Hóa chất .................................................................................................18

2.1.3

Dụng cụ và thiết bị .................................................................................18

2.2.

Xác định nồng độ đồng bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon ................19

2.3.

Chế VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc ..................................................................20

2.3.1

Quy trình chế tạo VLHP ........................................................................20

2.3.2

Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính vỏ

lạc

22

2.4.

Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ lạc ......................22

2.4.1.

Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc ............................... 22

2.4.2.

Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ..................................................23

2.5.

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của VLHP ...............23

2.5.1.

Ảnh hƣởng của thời gian .......................................................................23

2.5.2.

Ảnh hƣởng của pH .................................................................................23

2.5.3.

Ảnh hƣởng của lƣợng VLHP .................................................................24

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

vii


Luận văn tốt nghiệp
2.5.4.
2.6.

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Ảnh hƣởng của nồng độ - cân bằng hấp phụ .........................................24

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp

phụ đẳng nhiệt của Langmuir ....................................................................................25
Chƣơng 3.
3.1.

KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ................................................................... 26

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính

vỏ lạc 26
3.2.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ lạc..........28

3.2.1.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc ..................28

3.2.2.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP .....................................28

3.3.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng .........................................................30

3.3.1.

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian .............................................30

3.3.2.

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH ......................................................32

3.3.3.

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng VLHP ......................................33

3.3.4.

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cu2+ ..................35

3.4.

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ .......................... 36

Chƣơng 4.

Chƣơng 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ................................................. 39

4.1.

Kết luận..........................................................................................................39

4.2.

Kiến nghị .......................................................................................................39

Chƣơng 5.

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 40

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 43

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

1

EDTA

Nguyên nghĩa
Axit etilenđiamin tetraacetic
Food and Agriculture Organization of the United Nation (Tổ

2

FAO

chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives

3

JECFA

(Ủy ban Chuyên gia FAO/WHO về Phụ gia Thực phẩm)

4

VLHP

Vật liệu hấp phụ (Vỏ lạc sau khi hoạt hóa)

5

WHO

World Health Organization (Tổ chức Y tế thế giới)

6

HĐBM

Hoạt động bề mặt

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

ix

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ định hƣớng các phân tử chất HĐBM trên bề mặt phân chia hai pha
bản chất khác nhau ..........................................................................................................8
Hình 1.2: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .......................................................... 13
Hình 1.3: Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a và Ccb .........................................................13
Hình 1.4: Cấu tạo vỏ lạc ................................................................................................ 15
Hình 2.1: Dung dịch Cu2+ khi có mặt chỉ thị murexit .................................................20
Hình 2.2: Dung dịch Cu2+ sau chuẩn độ ......................................................................20
Hình 2.3: Vỏ lạc.............................................................................................................21
Hình 2.4: Vỏ lạc nguyên liệu .........................................................................................21
Hình 2.5: Vỏ lạc nguyên liệu sau khi xử lí với NaOH 0,1 M .......................................21
Hình 2.6: Hình ảnh của VLHP ......................................................................................21
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính
của vỏ lạc .......................................................................................................................27
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+
của VLHP ......................................................................................................................31
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của
VLHP ............................................................................................................................. 32
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ ion
Cu2+ của VLHP ............................................................................................................34
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Cu2+đến khả năng hấp
phụ ion Cu2+ của VLHP ............................................................................................... 35
Hình 3.6: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với ion Cu2+ ............................... 37
Hình 3.7: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion
Cu2+ .............................................................................................................................. 38

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ............................................6
Bảng 1.2 Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ thƣờng gặp ..............................................11
Bảng 1.3: Diện tích và sản lƣợng lạc của Viêt Nam từ 2008 – 2014 [36, 37] ..............14
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của các VLHP ......................................27
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc .........................28
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ............................................29
Bảng 3.4: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc và VLHP ....29
Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP ........30
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP..................32
Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của lƣợng VLHP đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP..34
Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ của VLHP .........35
Bảng 3.9: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir .......................................................................................................................37

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

xi

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

PHẦN MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, ô nhiễm môi trƣờng là vấn đề thời sự không chỉ ở Việt Nam mà là
vấn đề toàn cầu. Trong đó, ô nhiễm môi trƣờng nƣớc rất đƣợc quan tâm vì nƣớc là
nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng, cần thiết cho sự sống. Một trong những nguyên
nhân chính dẫn đến nguồn nƣớc bị ô nhiễm là nƣớc thải từ các khu công nghiệp, khu
chế xuất, làng nghề, từ các hoạt động khai thác mỏ, … thải ra môi trƣờng mà chƣa qua
xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ. Các nguồn nƣớc thải này đều chứa nhiều ion kim loại nặng
nhƣ: Cu2+, Mn2+, Pb2+, Fe3+, Ni2+,Cd2+, Zn2+, …. Với nồng độ vƣợt quá giới hạn cho
phép, các ion này ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ hệ sinh
thái. Vì vậy, nghiên cứu để tìm ra phƣơng pháp thích hợp xử lí ô nhiễm môi trƣờng
nƣớc là việc làm cần thiết và cấp bách hiện nay.
Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu và áp dụng nhằm tách loại các ion
kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc nhƣ: phƣơng pháp hóa lý (phƣơng pháp hấp
phụ, phƣơng pháp trao đổi ion, …), phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học, …
Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ các phụ phẩm
nông nghiệp, công nghiệp nhƣ: vỏ trấu, bã mía, xơ dừa, lõi ngô, bã đậu nành, vỏ chuối,
… để tách loại các kim loại nặng từ dung dịch nƣớc đã đƣợc nhiều tác giả trên thế
giới và trong nƣớc nghiên cứu. Hƣớng nghiên cứu này có ƣu điểm là sử dụng nguồn
nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, dễ kiếm và thân thiện với môi trƣờng [6].
Ở Việt Nam, lạc là cây nông sản khá phổ biến đƣợc trồng với diện tích lớn, tạo
ra lƣợng vỏ đáng kể hàng năm [14]. Vỏ lạc với thành phần chính là các xenlulozơ,
hemixenlulozơ và lignin rất thích hợp cho việc nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ ion
kim loại năng trong môi trƣờng nƣớc [21].
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Khảo sát khả năng hấp
phụ ion Cu2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc”.

2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Chế tạo vật liệu hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của vật liệu hấp
phụ. Từ đó, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ
nhằm đƣa ra các điều kiện tốt nhất để giúp cho quá trình hấp phụ ion kim loại của vật
liệu hấp phụ đạt hiệu quả cao.
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.
Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ bằng phƣơng pháp phân tích
thể tích.
Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

PHẦN NỘI DUNG

Chƣơng 1.
1.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu sơ lƣợc về kim loại nặng

1.1.1. Tình trạng nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay nƣớc ta đang phát triển kinh tế theo hƣớng công nghiệp hóa – hiện đại
hóa. Các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng phát triển và mở rộng hơn nên ô
nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề đáng đƣợc quan tâm. Nguồn nƣớc thải
của các cơ sở sản xuất, nƣớc thải sinh hoạt của ngƣời dân chƣa đƣợc xử lí hoặc xử lí
không triệt để vẫn đang hàng ngày thải ra môi trƣờng nƣớc. Hoạt động của các khu
công nghiệp luyện gang thép, kim loại màu, kim loại mạ, khai thác mỏ, … ít nhiều gây
ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Bên cạnh đó, hàng trăm làng nghề thủ công nhƣ: đúc đồng,
nhôm, chì, … cũng chƣa có biện pháp xử lí nƣớc thải có hiệu quả trƣớc khi thải ra môi
trƣờng nƣớc. Theo số liệu phân tích cho thấy, hàm lƣợng các ion kim loại nặng trong
môi trƣờng gần các khu công nghiệp đều xấp xỉ hoặc vƣợt quá giới hạn cho phép.
Không giống nhƣ các chất ô nhiễm hữu cơ, các ion kim loại nặng không thể phân hủy
thành sản phẩm cuối cùng vô hại.[3, 4, 7]
1.1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con ngƣời và môi trƣờng
Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lƣợng là các nguyên tố dinh dƣỡng cần
thiết cho sự phát triển của sinh vật. Tuy nhiên, khi hàm lƣợng của chúng vƣợt quá giới
hạn cho phép chúng lại thƣờng có độc tính cao, gây các tác động hết sức nguy hại dến
sức khỏe con ngƣời và sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc là
nƣớc thải các ion kim loại nặng của các khu công nghiệp, khu chế xuất thải ra ngoài
môi trƣờng. Một số hợp chất kim loại nặng khi thải ra môi trƣờng bị tích tụ và đọng lại
trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác
nhau. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nƣớc

ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm. Các kim loại nặng thƣờng xâm nhập vào cơ thể theo
chu trình thức ăn. Ngoài ra còn thông qua con đƣờng hô hấp, tiếp xúc gây ảnh hƣởng
đến sức khỏe con ngƣời và sinh vật. Ở ngƣời, kim loại nặng có thể tích tụ vào nội tạng
nhƣ gan, thận, xƣơng khớp gây nhiều căn bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ, thiếu máu, ngộ
độc, …[1, 15, 28]. Về mặt sinh hóa, các ion kim loại có ái lực lớn với nhóm -SH,
-SCH3 của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế các enzim bị mất hoạt tính, cản trở quá
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

trình tổng hợp protein trong cơ thể [7]. Quá trình đó đƣợc thể hiện ở phƣơng trình sau:
SH
[Enzim]

S
2+

+M

+
M + 2H

[Enzim]

SH

S

1.1.3. Ảnh hƣởng của kim loại đồng đến con ngƣời và sinh vật
Đồng là kim loại màu đỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy. Trong công
nghiệp, đồng là kim loại màu quan trọng nhất, đƣợc dùng chủ yếu trong công nghiệp
điện, ngành thuộc da, công nghiệp nhuộm, y học, …[16].
Đồng là một nguyên tố vi lƣợng cần thiết đối với động vật và thực vật. Với
thực vật, nếu thiếu đồng, hàm lƣợng diệp lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra quả
và có thể bị chết. Ở cơ thể ngƣời và động vật, đồng có trong thành phần của một số
protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan. Khi thiếu đồng, hoạt tính của hệ enzym
giảm đi, quá trình trao đổi protein bị chậm lại, do đó làm các mô xƣơng chậm
phát triển, thiếu máu, suy nhƣợc, …[7, 14, 25].
Tuy nhiên, ở cơ thể ngƣời, thừa đồng cũng rất nguy hiểm. Năm 1982, JECFA
(Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm) đã đề nghị giá trị tạm thời
cho lƣợng đồng đƣa vào cơ thể ngƣời có thể chịu đựng đƣợc là 0,5 mg/kg thể
trọng/ngày [20]. Nếu hàm lƣợng đồng trong cơ thể lớn thì cơ thể sẽ bị nhiễm độc và
có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận; lƣợng lớn đồng hấp thụ qua đƣờng
tiêu hoá có thể gây tử vong. Khi hàm lƣợng đồng trong cơ thể ngƣời đạt từ 60 100
mg/kg thể trọng thì gây ngộ độc, buồn nôn; 30 gam sunfat đồng có khả năng gây tử
vong ở ngƣời. Hít phải đồng có các triệu chứng nhƣ viêm da dị ứng, ảnh hƣởng đến
gan tụy và làm tổn thƣơng phổi. Những ngƣời thƣờng xuyên tiếp xúc với đồng và hợp
chất của đồng có hiện tƣợng mất màu da [7, 14, 25].
1.2. Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng
1.2.1. Phƣơng pháp kết tủa
Nguyên tắc chung của phƣơng pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa vào
dung dịch nƣớc, điều chỉnh pH của môi trƣờng để chuyển ion cần tách về dạng hợp
chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dƣới dạng kết tủa.
Xuất phát từ phƣơng trình sau:


 M(OH) 
Mn  nOH 

n

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Ở đây n là hóa trị của các ion kim loại (n = 2, 3)
Với quá trình kết tủa hiđroxit kim loại nặng, pH của dung dịch nƣớc ảnh hƣởng
rất mạnh.
1.2.2. Phƣơng pháp trao đổi ion
Đây là phƣơng 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 nƣớc.
nRH  M n  
 R n M  nH 
RCl  A  
 RA  Cl 

1.2.3. Phƣơng pháp hấp phụ
Phƣơng pháp này 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 lƣu giữ các ion kim loại nặng trên bề
mặt VLHP. Việc lƣu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực tƣơng 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
1.3.1. Các khái niệm cơ bản [9, 16, 17]
Hấp phụ (adsorption): là sự tích lũy các chất khí hay chất tan trên bề mặt phân
chia pha thƣờng là chất rắn hay chất lỏng.
Chất hấp phụ (adsorbent) là chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấp phụ.
Chất bị hấp phụ (adsorbate) là chất có khả năng tích lũy trên bề mặt chất hấp
phụ.
Sự giải hấp (desorption): là quá trình ngƣợc lại với sự hấp phụ tức là chất bị hấp
phụ đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ.
Độ hấp phụ (lƣợng chất bị hấp phụ): là lƣợng chất bị hấp phụ (thƣờng tính bằng
mol) hấp phụ lên 1 cm2 lớp bề mặt và kí hiệu là a. Thứ nguyên của độ hấp phụ là:
mol/cm2. Trong trƣờng hợp không biết bề mặt riêng thì độ hấp phụ tính cho một gam
chất hấp phụ. Trong trƣờng hợp này thứ nguyên của độ hấp phụ là: mol/g.
Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra là do sự tƣơng tác của chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ. Tùy theo bản chất của lực lƣợng tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.3.2. Các loại hấp phụ [3, 9, 15]
Ngƣời ta chia thành hai loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Sự

khác biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đƣợc cho trong bảng 1.1.
ảng 1.1: So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Hấp phụ vật lí (Physisorption)

Hấp phụ hóa học (Chemisorption)

Lực hấp phụ mang bản chất lực

Lực hấp thụ 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 lƣợng hoạt hóa không quan trọng.

Năng lƣợng hoạt hóa có thể quan trọng
hay không quan trọng

Nhiệt độ thấp hấp phụ chiếm ƣu thể.

Nhiệt độ cao hấp phụ chiếm ƣu thế.

Hấp phụ thƣờng 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.

1.3.3. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn - dung dịch [9, 16, 17]
Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch giống nhƣ sự giới hạn trên bề mặt rắnkhí, nhƣng hiện tƣợng phức tạp hơn nhiều vì sự có mặt của cấu tử thứ ba chính là môi
trƣờng (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, sự phức tạp thêm bởi
tƣơng tác giữa dung môi và chất tan.
Khi khảo sát sự hấp phụ chất tan trên bề mặt rắn cần phân biệt hai trƣờng hợp:
sự hấp phụ chất không điện ly khi trên bề mặt chỉ hấp phụ các phân tử của các chất bị
hấp phụ và sự hấp phụ các chất điện ly khi trên bề mặt thƣờng có sự hấp phụ chọn lọc
một số ion của chất điện ly có mặt trong dung dịch.
1.3.3.1. Sự hấp phụ trong dung dịch và các yếu tố ảnh hưởng
Đối với sự hấp phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấp phụ đƣợc tính theo biểu
thức 1.1:
a

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

(Co  Ccb )  V

m

(1.1)

6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Trong đó: Co , Ccb là nồng độ lúc ban đầu và nồng độ cân bằng của chất hấp phụ (M).
V là thể tích dung dịch xảy ra sự hấp phụ (l).
m: khối lƣợng 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 thì ta có thể sử dụng phƣơng trình hấp phụ Freundlich hay phƣơng trình hấp phụ
của Langmuir (cả hai phƣơng trình này dùng tốt trong trƣờng hợp nồng độ dung dịch
khá loãng). Tuy nhiên, ta cũng có thể sử dụng phƣơng trình lý thuyết Gibbs nhƣng việc
xác định sức căng bề mặt trên giới hạn dung dịch-rắn không thực hiện đƣợc nên không
thể sử dụng trực tiếp phƣơng trình này.
Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức 1.2:
H

(Co  Ccb )
 100
Co

(1.2)

Trong đó: Co , Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (M).
*Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ phân tử:
 Ảnh hưởng của dung môi:
Dung môi càng bị hấp phụ kém trên chất hấp phụ thì sự hấp phụ chất tan lên bề
mặt càng tốt. Hay nói cách khác đi là dung môi nguyên chất có sức căng bề mặt càng
lớn thì khả năng bị hấp phụ lên bề mặt rắn 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 nƣớc thƣờng
tốt hơn sự hấp phụ chất tan trong dung môi hƣu cơ.
 Ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ
Bản chất và độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hƣởng rất lớn đến sự hấp phụ
trong dung dịch. Các chất hấp phụ phân cực hấp phụ tốt chất phân cực và ngƣợc lại các
chất hấp phụ không phân cực hấp phụ tốt các chất không phân cực.
Kích thƣớc lỗ xốp cũng ảnh hƣởng đáng kể đến sự hấp phụ. Khi kích thƣớc chất
tan nhỏ có thể đi sâu vào mau quản của chất hấp phụ thì khi độ xốp tăng thì độ hấp phụ
tăng và khi độ xốp giảm mà kích thƣớc chất tan tăng thì độ hấp phụ giảm.
 Ảnh hưởng của tính chất chất bị hấp phụ
Quy tắc Rehbinder đƣa ra 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 thụ trên bề mặt phân chia hai pha
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

A và B khi hằng số điện môi của nó có giá trị trung gian giữa hằng số điện môi của A
và B, tức là: ɛA > ɛC > ɛB hay ɛA < ɛC < ɛB.
Quy tắc Rehbinder cho thấy rằng các phân tử chất hoạt động bề mặt phải định

hƣớng trên bề mặt phân cách thế nào cho phần phân cực hƣớng về pha phân cực, còn
phần không phân cực hƣớng về pha không phân cực. (Không khí đƣợc xem nhƣ là pha
không phân cực). Điều này đƣợc mô tả ở hình 1.1.

Hình 1.1: Sơ đồ định hƣớng các phân tử chất HĐ M trên bề mặt phân chia hai
pha bản chất khác nhau
Từ quy tắc Rehbinder có thể nói mọi chất ƣa nƣớc phân cực sẽ hấp phụ tốt các
chất hoạt động bề mặt từ các chất lỏng không phân cực hay phân cực yếu và ngƣợc lại
mọi chất ghét nƣớc không phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất hoạt động bề mặt từ các
chất lỏng phân cực.
Bên cạnh đó còn có một số quy tắc khác nhƣ: theo sự tăng của phân tử lƣợng
thì khả năng bị hấp phụ tăng lên. Chính vì thế, các alkaloid và phẩm màu thƣờng có
phân tử khối lớn bị hấp phụ rất tốt. Ngoài ra, các chất thơm cũng bị hấp phụ tốt hơn
các hợp chất mạch thẳng.
 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ
Sự hấp thụ trong dung dịch diễn ra chậm hơn sự hấp phụ khí vì trong dung dịch
thì sự giảm nồng trên bề mặt phân chia pha chỉ có thể đƣợc phục hồi bằng sự khuếch
tán, mà sự khuếch tán trong dung dịch thƣờng xảy ra chậm. Vì vậy, để xúc tiến sự thiết
lập cân bằng hấp phụ trong các trƣờng hợp này dung dịch thƣờng đƣợc khuấy hay lắc.
Sự hấp phụ các phân tử lớn lên chất hấp phụ xốp có kích thƣớc lỗ xốp nhỏ diễn
ra rất chậm. Trong trƣờng hợp này cân bằng cân bằng hấp phụ đƣợc thiết lập rất lâu
hoặc hoàn toàn không đạt tới đƣợc.
Khi tăng nhiệt độ thì sự hấp phụ trong dung dịch giảm xuống. Tuy nhiên thì ở
mức độ thấp hơn so với sự hấp phụ khí.

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

8

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

1.3.3.2. Sự hấp phụ các chất điện ly
Bản chất của chất hấp phụ có ý nghĩa quyết định trong sự hấp phụ các ion. Các
ion của chất điện ly chỉ bị hấp phụ trên các bề mặt cấu tạo từ những phân tử phân cực
hay ion. Vì vậy, sự hấp phụ ion còn gọi là sự hấp phụ phân cực.
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 có điện tích cùng dấu với bề mặt chất hấp
phụ sẽ không bị hấp phụ nhƣng do tƣơng 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 hydrate hóa càng kém nên tƣơng tác tĩnh điện giữa ion với bề mặt hấp phụ
mạnh (lớp vỏ hydrate ngăn cản tƣơng tác tĩnh điện).
Cụ thể nhƣ khả năng bị hấp phụ tăng lên theo thứ tự sau:
Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+
Cl   Br   NO3  I   SCN 

Đối 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.
1.3.3.3. 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 với môi trƣờng. Trong sự hấp phụ trao đổi,
nếu chất hấp phụ lấy từ môi trƣờng một lƣợng ion nào đó thì đồng thời nó cũng phóng
thích vào môi trƣờng một lƣợng tƣơng đƣơng 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 đƣợc.
* 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 là bất thuận nghịch.
+ Sự hấp phụ trao đổi xảy ra chậm hơn sự hấp phụ các chất không điện li và rất
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

chậm hơn khi ion trao đổi nằm sâu trong chất hấp phụ.
+ Sự hấp phụ trao đổi có thể gây nên sự trao đổi pH của môi trƣờng. Nếu chất
hấp phụ có khả năng trao đổi ion H+ của nó với một cation nào khác trong môi trƣờng
thì quá trình hấp phụ trao đổi làm giảm pH của môi trƣờng. Nếu chất hấp phụ trao đổi
anion OH- của nó với một anion nào khác của môi trƣờng thì khi hấp phụ trao đổi xảy
ra thì nó làm tăng pH của môi trƣờng.
Sự trao đổi ion trong hai trƣờng hợp này có thể đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Anionit OH  Na  Cl 
 Anionit Cl  Na  OH
Cationit H  Na  Cl 
 Cationit Na  H  Cl 

1.3.4. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc còn bị ảnh hƣởng nhiều bởi pH của môi
trƣờng. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất có

tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lƣỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dƣơng hoặc trung
hoà. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hƣởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp
phụ do sự phân ly các nhóm chức [2, 3].
Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước.
Để tồn tại đƣợc ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trƣờng nƣớc bị
hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nƣớc, các phức chất hiđroxo, tạo ra các cặp ion
hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo đƣợc tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân. Sự thuỷ
phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi pH của dung
dịch. Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố các dạng thuỷ phân, làm
cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thƣớc ion kim loại có thể tạo phức, sự hấp phụ và
tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hƣởng đến cả dung lƣợng và cơ chế hấp
phụ [2, 3].
1.3.5. Cân bằng hấp phụ - các phƣơng 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 ngƣợc lại pha mang
Theo thời gian, lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ
di chuyển ngƣợc 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.

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lƣợng 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)
Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc của a vào P
hoặc C (a = fT(P hoặc C)) đƣợc gọi là đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ có thể đƣợc xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kính nghiệm
tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lí số liệu thực nghiệm [3,
9, 15].
Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng đƣợc nêu ở bảng 1.2 [15]
ảng 1.2 Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ thƣờng gặp
Đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ
Langmuir

Phƣơng trình

Bản chất sự hấp phụ

a
k.C

ao 1  k.C

Vật lí và hóa học

a  k.p

Vật lí và hóa học

Henry

1

Freundlich

a  k.p

Shlygin-Emmett-Temkin

a 1
 ln Co .p
am n

Brunauer-Emmett-Teller

p
a.(po  p)

(BET)



n

(n >1)

1
(C  1) p

.
am C am C po

Vật lí và hóa học
Hóa học

Vật lí, nhiều lớp

Trong các phƣơng trình trên, a là thể tích chất bị hấp phụ, am là thể tích chất 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 và n là các
hằng số.
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, đƣờng đẳng nhiệt hấp
phụ thƣờng đƣợc mô tả qua các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt của Henry,
Freundlich, Langmuir,...

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

* Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmiur
Một số luận điểm của thuyết hấp phụ Langmuir:
- 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 lực 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 hấp phụ mà
thôi. Do đó sự hấp phụ là đơn lớp.
- Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ đƣợc giữ bởi các trung tâm hoạt động trong

một khoảng thời gian xác định. Tuy nhiên, trung tâm hoạt động lại chỉ có thể hấp phụ
phân tử mới thay chỗ cho phân tử vừa mới đi ra…. Thời gian lƣu 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.
- Langmuir bỏ qua sự tƣơng tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ. Nói khác đi
tức là thời gian lƣu lại các phân tử chất bị hấp phụ trên các trung tâm hoạt động không
phụ thuộc vào các trung tâm hoạt động bên cạnh bị chiếm bởi các phân tử chất bị hấp
phụ khác.
Xuất phát từ các quan điểm nêu trên Langmuir đã xây dựng phƣơng trình hấp
phụ đẳng nhiệt cho hệ hấp phụ rắn – dung dịch nhƣ sau:
a  amax

Trong đó:

kCcb
1  kCcb

(1.5)

Ccb là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l).
a là độ hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).
amax là độ hấp phụ cực đại (mg/g).
k là hằng số Langmuir.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ là rất nhỏ (Ccb<< 1hay kCcb<< 1) 1+ kCcb ≈ 1.
Khi đó, phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir giống phƣơng trình hấp phụ đẳng
nhiệt Henry mô tả sự phân bố vật chất giữa hai pha: a = amaxkCcb. Nhƣ vậy, ở nồng độ
rất nhỏ thì độ hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ chất bị hấp phụ.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ càng lớn (Ccb >> 1hay kCcb >> 1) 1+ kCcb≈ kCcb.
Khi đó, phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng a = amax, nghĩa là lƣợng

chất bị hấp phụ không phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấp phụ. Khi đó, bề mặt chất hấp
phụ đã bão hòa bởi một đơn lớp các phân chất bị hấp phụ.
SVTH: Ngô Thị Quế Anh

12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Mộng Hoàng

Phƣơng trình 1.5 chứa hai thông số amax và hằng số k. Độ hấp phụ cực đại amax
có một giá trị xác định tƣơng ứng với số tâm hấp phụ, còn hằng số k phụ thuộc tƣơng
tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ và nhiệt độ. Từ các số liệu thực nghiệm có thể
xác định amax và hằng số k bằng phƣơng pháp tốt nhất (hình 1.2) hay đơn giản là bằng
phƣơng pháp đồ thị (hình 1.3).
Để có đồ thị ở dạng tuyến tính, phƣơng trình 1.5 đƣợc viết thành:

Ccb
1
1


C
a
amax k amax cb

(1.6)

Từ số liệu thực nghiệm vẽ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a theo Ccb. Đƣờng đẳng

nhiệt hấp phụ Langmuir và đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb có dạng nhƣ hình 1.2
và hình 1.3.

Ccb
a

a

α
M

O

Ccb

Ccb

O

ình 1.2: Đường đẳng nhiệt hấp

ình 1.3: Đồ thị sự phụ
thuộc của Ccb/a và Ccb

phụ Langmuir

Từ đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/a vào Ccb dễ dàng tính đƣợc amax và hằng số k.

OM 

1
amax k

(1.7)

tg 

1
amax

 amax 

1
tg

(1.8)

1.4. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ - vỏ lạc
1.4.1. Giới thiệu sơ lƣợc về cây lạc
Lạc, còn đƣợc gọi là đậu phộng (danh pháp khoa học là Arachis hypogaea), là
một loài cây thực phẩm thuộc họ Đậu có nguồn gốc tại Trung và Nam Mỹ.

SVTH: Ngô Thị Quế Anh

13