khảo sát khả năng hấp phụ ion ni2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ chuối

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM

------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+
TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ
CHUỐI
Chuyên ngành: Sƣ phạm Hoá học

Giáo viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS PHAN THỊ NGỌC MAI

HOÀNG THỊ MỸ HẠNH
MSSV: 2111812

CẦN THƠ - 2015


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN


…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN


…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN


…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

LỜI CẢM ƠN


Trong suốt quá trình thực hiện luận văn em đã học hỏi và tích lũy đƣợc nhiều
kinh nghiệm quý báu về mặt kiến thức cũng nhƣ kinh nghiệm sống. Để hoàn thành đề
tài nghiên cứu này, ngoài sự nổ lực của bản thân, em còn nhận đƣợc nhiều sự hỗ trợ và
giúp đỡ rất tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Nay em xin chân thành gửi lời cảm
ơn sâu sắc đến:
Cô Phan Thị Ngọc Mai, 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.
Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, Thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình hƣớng dẫn,
đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm thí
nghiệm.
Quý thầy, cô trong bộ môn Sƣ phạm Hoá học - Khoa sƣ phạm - Trƣờng Đại học
Cần Thơ.
Gia đình, bạn bè và tập thể lớp Sƣ phạm Hoá học K37 những ngƣời luôn quan
tâm giúp đỡ và đồng hành cùng em trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

iv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nhằm góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng bằng những vật liệu
sẵn có, rẻ tiền mà đề tài “ Khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp
phụ chế tạo từ vỏ chuối” đã đƣợc thực hiện.
Trong đề tài này, luận văn đã xử lí biến tính nguyên liệu vỏ chuối bằng axit
citric để thu đƣợc vật liệu hấp phụ, sau đó tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion
Ni2+ 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 Ni2+ 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 Ni2+ 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 Ni2+ là 6,0. Vỏ chuối biến tính bằng axit citric có khả năng hấp phụ tốt hơn vỏ
chuối nguyên liệu. Độ hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ là 26,042 mg/g và hằng số
cân bằng hấp phụ k = 0,028.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .............................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................. ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................. v
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 ........................................................................................... 1

3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 1

PHẦN NỘI DUNG .......................................................................................................... 2
Chƣơng 1: CƠ SƠ LÍ THYẾT....................................................................................... 2

1.1.

Tổng quan về vỏ chuối .................................................................................... 2

1.1.1. Giới thiệu về cây chuối ................................................................................... 2
1.1.2. Thành phần vỏ chuối [26] ............................................................................... 3
1.2.

Biến tính vỏ chuối bằng acid citric [12] .......................................................... 3

1.3.

Giới thiệu sơ lƣợc về Niken [9, 13, 24] ........................................................... 3

1.3.1. Đặt tính của Niken .......................................................................................... 3
1.3.2. Nguồn phát sinh Ni ......................................................................................... 4
1.3.3. Độc tính của Ni ............................................................................................... 4

1.4.

Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải [20] .......................................................... 5

1.5.

Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng ................. 5

1.5.1. Phƣơng pháp kết tủa ....................................................................................... 5
1.5.2. Phƣơng pháp trao đổi ion................................................................................ 5
1.5.3. Phƣơng pháp hấp phụ ..................................................................................... 6
1.6.

Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [5, 10, 16, 17] ............................... 6

1.6.1. Các khái niệm cơ bản...................................................................................... 6
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học................................................................. 6
1.6.3. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch ....................................................... 7
1.6.4. Sự hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ............................................................... 11
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

vi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.6.5. Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................. 12
1.7.

Phƣơng pháp định lƣợng kim loại [22, 35] ................................................... 14

1.7.1. Phƣơng pháp phân tích trắc quang ............................................................... 14
1.7.2. Phƣơng pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) ................................................ 15
1.7.3. Phƣơng pháp phân tích thể tích .................................................................... 16
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 17
2.1.

Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ, thiết bị ........................................................ 17

2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 17
2.1.2. Hoá chất ........................................................................................................ 17
2.1.3. Thiết bị .......................................................................................................... 17
2.2.

Phƣơng pháp chuẩn độ complexon xác định Ni2+ ......................................... 17

2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp ....................................................................... 17
2.2.2. Cách tiến hành .............................................................................................. 18
2.3.

Quy trình xử lý và chế tạo vật liệu hấp phụ .................................................. 19

2.3.1. Xử lí nguyên liệu .......................................................................................... 20

2.3.2. Chế tạo VLHP ............................................................................................... 20
2.4.

Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và vỏ chuối nguyên liệu .................. 21

2.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu.................................. 21

2.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ......................................................... 21
2.5.

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của VLHP ............... 21

2.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian .............................................................................. 21
2.5.2. Ảnh hƣởng của pH ........................................................................................ 22
2.5.3. Ảnh hƣởng của nồng độ - cân bằng hấp phụ ................................................ 22

2.5.4. Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp
phụ đẳng nhiệt của Langmuir ................................................................................. 23
Chƣơng 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ....................................................................... 24
3.1.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến tính vỏ chuối ..... 24

3.1.1. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian .................................................................. 24
3.1.2. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ axit citric ................................................... 25
3.2.

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu vỏ chuối ..... 26

3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối ..................... 26

3.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ............................................ 26
3.3.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng ......................................................... 28

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

vii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian .................................................... 28
3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH ............................................................. 29
3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu của ion Ni2+.......................... 31
3.4.

Xác định độ hấp phụ cực đại và hằng số cân bằng hấp phụ .......................... 32

3.5.

Một số nghiên cứu hấp phụ Ni2+ bằng vỏ chuối .......................................... 34

Chƣơng 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ....................................................................... 35
4.1.

Kết luận.......................................................................................................... 35

4.2.

Kiến nghị ....................................................................................................... 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 36
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 39

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTNMT : Bộ tài nguyên môi trƣờng
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
VLHP : Vật liệu hấp phụ

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

ix


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cây chuối ......................................................................................................... 2
Hình 1.2: Vỏ chuối .......................................................................................................... 2
Hình 1.3: Ester hóa cellulose bằng acid citric ................................................................. 3
Hình 1.4: Sơ đồ định hƣớng các phân tử chất HĐBM trên bề mặt phân chia hai pha

bản chất khác nhau .......................................................................................................... 9
Hình 1.5: Đƣờng đẳng nhiệt .......................................................................................... 14
Hình 1.6: Đồ thị sự phụ thuộc ....................................................................................... 14
Hình 2.1: Dung dịch Ni2+khi có..................................................................................... 18
Hình 2.2: Dung dịch Ni2+ sau ........................................................................................ 18
Hình 2.3 : Quy trinh xử lý và chế tạo VLHP................................................................. 19
Hình 2.4: Vỏ chuối nguyên liệu .................................................................................... 20
Hình 2.5: VLHP ............................................................................................................. 20
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình biến tính vỏ chuối . 24
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của của nồng độ axit citric đến quá trình biến
tính vỏ chuối .................................................................................................................. 25
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của
VLHP ............................................................................................................................. 28
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của
VLHP ............................................................................................................................. 30
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................................................................................................. 31
Hình 3.6: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với ion Ni2+ ................................. 33
Hình 3.7: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của VLHP đối với ion
Ni2+ ................................................................................................................................ 33

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp ......................5
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình biến tính ..................24
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit citric đến quá trình biến tính 25
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối..........................26
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP .....................................................27
Bảng 3.5: So sánh độ hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu vỏ chuối và VLHP 27
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ...........28
Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Ni2+ của VLHP ......................29
Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Ni2+của VLHP .............31
Bảng 3.9: Số liệu nghiên cứu cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir .............................................................................................................................................32
Bảng 3.10 Tổng hơp một số nghiên cứu hấp phụ ion Ni2+ từ vỏ chuối ...........................34

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

xi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, vấn đề bảo vệ môi trƣờng đang trở nên bức thiết, thu
hút sự chú ý của nhiều quốc gia và tổ chức trên thế giới.
Nƣớc đóng vai trò quan trọng đối với môi trƣờng sống và sức khỏe con ngƣời.
Việc mội trƣờng nƣớc ô nhiễm gây nên nhiều thiệt hại nghiêm trọng: dịch bệnh, ung
thƣ, suy giảm nguồn lợi thủy hải sản… Nền công nghiệp phát triển kéo theo lƣợng

nƣớc thải trong quá trình sản xuất đƣa vào môi trƣờng ngày càng lớn. Trong các loại
nƣớc thải công nghiệp thì nƣớc thải chứa kim loại nặng đƣợc chú ý hơn cả do chúng
gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đối với sức khỏe con ngƣời và hủy hoại môi sinh mạnh
mẽ.
Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng ra khỏi
nƣớc nhƣ: phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp sinh hóa, phƣơng pháp hóa học…. Trong
đó phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng rộng rãi nhất. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là
sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền và thân thiện với môi trƣờng.
Chuối đƣợc trồng phổ biến tại nhiều quốc gia đặc biệt là ở Việt Nam- một đất
nƣớc nhiệt đới. Vỏ chuối chủ yếu đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc hoặc xem nhƣ
một loại rác thải. Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền này luận văn quyết định
chọn đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ
vỏ chuối”
2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Chế tạo vật liệu hấp phụ, khảo sát khả năng hấp phụ ion Ni2+ trên vật liệu hấp
phụ từ đó khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ
nhằm đƣa ra những điều kiện thích hợp để quá trình hấp phụ ion kim loại của vật liệu
hấp phụ đạt hiệu suất cao nhất.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối.

- Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN NỘI DUNG
Chƣơng 1: CƠ SƠ LÍ THYẾT
1.1. Tổng quan về vỏ chuối
1.1.1. Giới thiệu về cây chuối
Chuối có tên khoa học là Musa paradisiaca L, thuộc họ Musaceae, là loài cây
nhiệt đới đƣợc trồng ở Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Maylaysia, Việt Nam, các nƣớc
Đông Phi, Tây Phi, Mỹ Latinh….Các loài chuối hoang dại đƣợc tìm thấy rất nhiều ở
Đông Nam Á, do đó có thể cho rằng Đông Nam Á là quê hƣơng của chuối [6].
Ở Việt Nam, chuối đƣợc trồng nhiều ở các tỉnh phía Nam. Sản lƣợng chuối
trong năm 2013 của cả nƣớc là 1,9 triệu tấn [4]. Cây chuối đƣợc trồng chủ yếu để lấy
trái. Trong năm 2011, toàn thế giới tiêu thụ hơn 145 triệu tấn chuối [35]. Vỏ chuối là
phần bao bọc bên ngoài phần thịt mềm, ngọt đƣợc gọi là thịt chuối. Ở các nƣớc
phƣơng Tây, vỏ chuối đƣợc xem là rác thải hữu cơ. Còn ở các nƣớc phƣơng Đông,
một phần vỏ chuối đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc một phần đƣợc xem nhƣ rác
thải.

Hình 1.1: Cây chuối

Hình 1.2: Vỏ chuối

Theo ƣớc tính cứ 6 tấn chuối đƣợc tiêu thụ sẽ tạo ra 1 tấn vỏ chuối [35]. Nếu
biết khai thác hợp lí thì đây sẽ là một nguồn nguyên liệu khổng lồ. Để tận dụng nguồn
nguyên liệu này nhiều nghiên cứu khoa học đã đƣợc tiến hành trong đó nổi bậc nhất là
việc ứng dụng vỏ chuối để sản xuất sinh khối, protein, ethanol, methane, pectin, chiết
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

2

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

xuất các enzym. Vỏ chuối cũng đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc và ứng dụng
nhƣ một chất hấp phụ để loại bỏ các kim loại nặng.
1.1.2. Thành phần vỏ chuối [26]
Thành phần của vỏ chuối gồm: cacbohiđrat 59 %, chất xơ 31,7 %, lipid thô 1,7
%, protein 0,9 % và khoáng chất.
Cacbohiđrat có chứa nhiều nhóm OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông
qua liên kết hiđro.

1.2. Biến tính vỏ chuối bằng acid citric [12]
Quá trình hoạt hóa bao gồm các bƣớc ngâm vật liệu trong dung dịch axit citric
sau đó sấy khô, các phân tử axit citric khi đó sẽ thấm sâu vào các mao quản của vật
liệu, tiếp theo sấy ở nhiệt độ cao. Axit citric đầu tiên sẽ chuyển thành dạng anhydric,
tiếp theo là phản ứng ester hóa xảy ra giữa anhydric axit và các nhóm hydroxy của
xenlulozo. Tại vị trí phản ứng nhƣ vậy đã xuất hiện hai nhóm chức axit (từ axit citric)
có khả năng trao đổi ion tốt hơn. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo dài thời gian phản ứng,
quá trình ester hóa có thể tiếp tục xảy ra đối với các nhóm axit còn lại của axit citric
làm giảm khả năng trao đổi ion ( hình 1.3).
O

O
H2C

COOH

H2C

C

H2C
O

HO C COOH
H2C

- H2O

COOH

HO C C
H2C

H2C

H2C

- H2O

COOH

HO C C

H2C

H2C

C

O
OCe

COOH
O

C
O

H2C

HO C COOH

O

C OCe

HO C COOH

OH

O
COOH

O
H2C

Ce

C OCe

Ce

OH

C OCe

HO C COOH

O

H2C

C OCe
O

Hình 1.3: Ester hóa Xenlulozơ bằng axit citric
1.3. Giới thiệu sơ lƣợc về Niken [9, 13, 24]
1.3.1. Đặt tính của Niken
Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, nguyên tố niken (Ni) nằm ở ô số 28
thuộc phân nhóm phụ, nhóm 8, chu kỳ 4. Cấu hình electron của Ni: [Ar]3d84s2.
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Niken là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim, dễ rèn, dễ dát mỏng và dễ đánh
bóng… Niken đơn chất có tính từ, bị nam châm hút nhƣ sắt. Niken có nhiệt độ nóng
chảy cao (tnc = 1453oC) và nhiệt độ sôi cao (ts = 3185oC), là kim loại có hoạt tính hoá
học trung bình.
1.3.2. Nguồn phát sinh Ni
Niken đƣợc phân bố chủ yếu trong các khoáng vật và có mặt trong các tế bào
động thực vật. Nguồn niken lớn nhất do con ngƣời tạo ra là việc đốt cháy nhiên liệu và
dầu ăn thừa, thải ra 26700 tấn Ni/năm trên toàn thế giới. Niken tập trung trong khói
thải của động cơ diesel là 500  1000 mg/lít.
Niken có trong nƣớc thải của một số nhà máy luyện kim và hoá chất có sử dụng
niken, đặc biệt là trong nƣớc thải của các cơ sở mạ điện và sản xuất thép. Các hợp chất
niken sử dụng trong công nghệ mạ điện là NiSO4 và Ni(NO3)2.
Trong tự nhiên cũng có các nguồn phát sinh niken nhƣ: hoạt động của núi lửa,
cháy rừng, bụi sao băng…

1.3.3. Độc tính của Ni
Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trƣờng nƣớc, tích tụ trong các
chất sa lắng, tích lũy trong cơ thể thực vật và một số loài thủy sinh. Niken có khả năng
hoạt hoá một số enzim trong cơ thể, độc tính của niken đƣợc thể hiện khi nó có thể
thay thế các kim loại thiết yếu trong các enzyme và gây ra sự đứt gãy các đƣờng trao
đổi chất trong cơ thể sinh vật và ngƣời. Tiếp xúc lâu với niken có thể xuất hiện hiện
tƣợng viêm da và dị ứng. Khi vào trong cơ thể, niken tan vào máu, kết hợp với
albumin tạo thành hợp chất protein kim loại. Niken tích lũy trong các mô và đƣợc đào
thải qua nƣớc tiểu. Nguy hiểm lớn nhất khi tiếp xúc với Niken là có thể mắc bệnh ung
thƣ đƣờng hô hấp. Nhiễm độc niken có thể chia thành hai trƣờng hợp:
- Nhiễm độc cấp tính: bệnh này thƣờng do Ni(CO)4 gây nên. Sự phục hồi sau
khi nhiễm độc cấp tính rất chậm, hậu quả dẫn đến viêm phổi xơ hóa.

- Nhiễm độc mãn tính: nhiều nghiên cứu cho thấy những công nhân tinh chế
Niken có nguy cơ mắc bệnh ung thƣ xoang mũi, thanh quản và phổi. Ngộ độc niken
qua đƣờng hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu kéo dài sẽ làm tăng nguy cơ
gây bệnh ác tính ở một số cơ quan khác nhƣ gây ung thƣ thanh quản, dạ dày, thận và
một số phụ tạng khác (mô mềm).
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.4. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải [20]
QCVN 40:2011/ BTNMT quy định giá trị tối đa cho phép các thông số ô nhiễm
trong nƣớc thải công nghiệp khi xả thải ra nguồn tiếp nhận nƣớc thải.
ản 1.1: Giá trị C của các thôn số ô nhiễm tron nước thải côn n hiệp
STT

Thông số

Đơn vị

1

Niken

mg/l

Giá trị C
A

B

0,2

0,5

Trong đó:
C: giá trị của thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp.
Cột A: quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp
khi xả vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
Cột B: quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp
khi xả vào nguồn nƣớc không dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt.
1.5. Một số phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng
1.5.1. 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

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.

1.5.2. 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 

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

1.5.3. 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,…

1.6. Các khái niệm cơ bản và các loại hấp phụ [5, 10, 16, 17]
1.6.1. Các khái niệm cơ bản
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.
1.6.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá 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.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

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

6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

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.

1.6.3. Sự hấp phụ trên giới hạn rắn – dung dịch
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.
1.6.3.1. Sự hấp phụ phân tử trong dung dịch và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá
trình hấp phụ
Đối với sự hấp phụ phân tử trong dung dịch thì độ hấp phụ đƣợc tính theo biểu
thức 1.1:
a

(C0  Ccb ).V.M KL
m .

(1.1)

Trong đó:
C, Ccb là nồng độ lúc ban đầu và nồng độ cân bằng của chất hấp phụ (N).
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 (mg/g).
 : hệ số đƣơng lƣợng.

MKL: khối lƣợng phân tử kim loại.
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
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

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

(C0  Ccb )
.100 (1.2)
C0

Trong đó:
C, Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (M).
*Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp phụ phân tử:
 Ảnh hưởng của dun 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 hữu cơ.
Một tiêu chuẩn khác cho dung môi trong sự hấp phụ là nhiệt thấm ƣớt của nó
lên chất hấp phụ. Khi cho chất hấp phụ vào một chất lỏng thì lƣợng nhiệt thấm ƣớt q
thoát ra bằng hiệu số của năng lƣợng bề mặt toàn phần của chất hấp phụ.
q = S.(E1-E2)

(1.3)

Trong đó:
S là bề mặt riêng.
E1 là năng lƣợng bề mặt toàn phần trên ranh giới chất hấp phụ - không khí.
E2 là năng lƣợng bề mặt toàn phần trên ranh giới chất hấp phụ - chất lỏng.
Sự khác biệt về tính phân cực trên ranh giới chất hấp phụ - chất lỏng bé hơn so
với trên ranh giới chất hấp phụ - không khí nên E1 > E2 và q > 0. Nhiệt thấm ƣớt phụ
thuộc vào các giá trị E1, E2, vào độ xốp và độ phân tán của chất hấp phụ.
 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.
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

8


Lun vn tt nghip

GVHD: TS Phan Th Ngc Mai

Kớch thc l xp cng nh hng ỏng k n s hp ph. Khi kớch thc cht

tan nh cú th i sõu vo mao qun ca cht hp ph vỡ vy khi xp tng thỡ hp
ph tng v khi xp gim m kớch thc cht tan tng thỡ hp ph gim.
nh hng ca tớnh cht cht b hp ph
Quy tc Rahbinder a ra s ph thuc ca hp ph vo phõn cc ca cỏc
cht trong h. Theo quy tc ny, cht C cú th b hp th trờn b mt phõn chia hai pha
A v B khi hng s in mụi ca nú cú giỏ tr trung gian gia hng s in mụi ca A
v B, tc l: A > C > B hay A < C < B.
Quy tc Rahbinder cho thy rng cỏc phõn t cht hot ng b mt phi nh
hng trờn b mt phõn cỏch th no cho phn phõn cc hng v pha phõn cc, cũn
phn khụng phõn cc hng v pha khụng phõn cc (khụng khớ c xem nh l pha
khụng phõn cc). iu ny c mụ t hỡnh 1.1.

o

Phan phaõn cửùc

Phan khoõng phaõn cửùc

Hỡnh 1.4: S nh hn cỏc phõn t cht H M trờn b mt phõn chia hai pha
bn cht khỏc nhau
T quy tc Rahbinder cho thy mi cht a nc phõn cc s hp ph tt cỏc
cht hot ng b mt t cỏc cht lng khụng phõn cc hay phõn cc yu v ngc li
mi cht ghột nc khụng phõn cc s hp ph tt cỏc cht hot ng b mt t cỏc
cht lng phõn cc. Trờn c s ny, trong thc t ngi ta dựng cỏc cht hp ph phõn
cc (silica gel, t sột) hp ph cỏc cht hot ng b mt t mụi trng khụng
phõn cc v dựng cht hp ph khụng phõn cc (than) hp ph trong cỏc mụi
trng phõn cc.
Bờn cnh ú cũn cú mt s quy tc khỏc nh: theo s tng ca phõn t lng thỡ
kh nng b hp ph tng lờn. Chớnh vỡ th, cỏc alkaloid v phm mu thng cú phõn
t khi ln b hp ph rt tt. Ngoi ra, cỏc cht thm cng b hp ph tt hn cỏc hp

cht mch thng.


nh hng ca thi gian v nhit

SVTH: Hong Th M Hnh

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

Sự hấp phụ 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.
1.6.3.2. 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.
1.6.3.3. 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
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

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
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 
1.6.4. Sự 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 [9, 10].
Đặc tính của ion kim loại tron môi trườn 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, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo ra các
cặp ion hay phức chất khác. Dạng phức hiđrxo đƣợc tạo ra nhờ phản ứng thủy 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
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hƣởng đến cả dung lƣợng và
cơ chế hấp phụ [9, 10].
1.6.5. Cân bằng hấp phụ - phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
1.6.5.1. Cân bằng 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.
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 [9,
14, 22].
1.6.5.2. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Một số luận điểm của thuyết hấp phụ Langmuir:
a. Lực hấp phụ mang bản chất lực hóa học.
b. Sự hấp phụ xảy ra trên các trung tâm hoạt động của chất hấp phụ.
c. 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 bị hấp phụ
mà thôi. Do đó sự hấp phụ là đơn lớp.
d. 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.
e. 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
SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai

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

kCcb
1  kCcb

(1.8)

Trong đó:

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 << 1 hay 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 >> 1 hay 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.
Phƣơng trình 1.8 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 tối ƣu (hình 1.3) hay đơn giản là bằng
phƣơng pháp đồ thị (hình 1.4).
Để có đồ thị ở dạng tuyến tính, phƣơng trình 1.8 đƣợc viết thành:
Ccb
1
1


C
a
amax k amax cb

(1.9)

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 1.3
và hình 1.4.

SVTH: Hoàng Thị Mỹ Hạnh

13