NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA

Họ tên sinh viên: Võ Thị Việt Trinh
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm

Đà Nẵng – 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm
Sinh viên thực hiện

: Võ Thị Việt Trinh

Lớp

: 12SHH

Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS. Lê Tự Hải

Đà Nẵng – 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Võ Thị Việt Trinh
Lớp: 12SHH
1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của cellulose biến
tính từ dăm tre.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:
- Nguyên liệu: Cellulose đã biến tính
- Hóa chất: HNO3, NaOH, ZnSO4.7H2O, MnSO4.H2O.
- Dụng cụ: Máy đo pH, máy khuấy từ, tủ sấy, pipet, cốc, bình định mức, đũa thủy
tinh, phễu lọc.
3. Nội dung nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ ion Mn2+ và Zn2+ của
cellulose biến tính: ảnh hƣởng của pH, thời gian đạt cân bằng và của tỉ lệ rắn lỏng
từ đó rút ra nhận xét khả năng hấp phụ ion kẽm (II) và mangan (II) của cellulose
biến tính.
4. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài: Ngày 15 tháng 09 năm 2015

6. Ngày hoàn thành: Ngày 12 tháng 04 năm 2016

Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên)

(Ký và ghi rõ họ, tên)


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016
Kết quả điểm đánh giá:……
Ngày… tháng… năm 20..
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ, tên)


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gởi đến quý thầy cô ở khoa Hóa Học –
trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để
truyền đạt vốn tri thƣc quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trƣờng. Và đặc biệt trong bài khóa luận của mình em xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ nhiệt tình của thầy Lê Tự Hải. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ
chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Em xin đƣợc cảm ơn các anh chị, các bạn cũng nhƣ các đơn vị đo mẫu thí
nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác giúp đỡ em trong quá trình làm thực
nghiệm.
Bƣớc đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức
của em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ. Do vậy việc mắc phải những sai sót là điều

không thể tránh khỏi, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý thầy
cô và các bạn để bài báo cáo của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe !
Trân trọng !
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 04 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Võ Thị Việt Trinh


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................1
3.1. Đối tƣợng .....................................................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................1
4.1. Nghiên cứu lý thuyết ....................................................................................1
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ..............................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.............................................................................2
5.1. Ý nghĩa khoa học .........................................................................................2
5.2. Ý nghĩa thực tiễn ..........................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................2
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................3
TỔNG QUAN .............................................................................................................3
1.1. TRE ..............................................................................................................3
1.1.1. Phân loại khoa học ................................................................................3
1.1.2. Đặc điểm sinh thái.................................................................................3

1.1.3. Thu hoạch và lọc nhựa ..........................................................................4
1.1.4. Thành phần hóa học ..............................................................................5
1.2. CELLULOSE ...............................................................................................6
1.2.1. Cấu trúc phân t ....................................................................................6
1.2.2. T nh chất vật lý .....................................................................................9


1.2.3. T nh chất hóa học ..................................................................................9
1.2.4. Trạng thái tự nhiên ................................................................................9
1.2.5 .

ng dụng ............................................................................................10

1.3. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH ......10
1.3.1. Khái quát chung ..................................................................................10
1.3.2. Các ion kim loại nặng và vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc .......................13
1.4. HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC ...............................14
1.4.1. Các khái niệm ......................................................................................14
1.4.2. Các m hình cơ bản của quá trình hấp phụ .........................................16
1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .....................................19
CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................21
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U ..........................................21
2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ..............................................21
2.1.1. Nguyên liệu .........................................................................................21
2.1.2. Hóa chất, dụng cụ................................................................................21
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U..............................................................21
2.2.1. Cách tiến hành .....................................................................................21
2.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .....................................22
CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................23
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................23

3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ .................................................23
3.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ .................................................................24
3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ ...............................25
3.4. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ion theo Freundlich ........................................26


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................29
1. KẾT LUẬN .......................................................................................................29
2. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................30


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn của Bộ y tế về giới hạn hàm lƣợng kim loại nặng trong
nƣớc thải công nghiệp [3] .............................................................................11
Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ...................................23
Bảng 3.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................................25
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ ..................26
Hình 3.4. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với Mn (II) .....27

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Thân tre ...........................................................................................3
Hình 1.2. Cấu trúc phân t cellulose ...............................................................7
Hình 1.3. Cấu trúc phân t cellulose trong kh ng gian 3 chiều ......................7
Hình 1.4. Vi sợi cellulose ................................................................................8
Hình 1.5. Phản ứng màu của hydro – cellulose với iod ..................................9
Hình 1.6. Đồ thị sự phụ thuộc của lgCf vào lg

x

.........................................18
m

Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ....................................24
Hình 3.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................................25
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ ..................26
Hình 3.5. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với Zn (II) ......27


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tre có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ở khắp các làng quê Việt Nam. Từ
lâu, con ngƣời đã biết s dụng tre để làm nhà, làm đũa, vật dụng nông nghiệp. Tre
non làm thức ăn, tre kh làm củi đun, … Ngày nay, trong c ng nghiệp, tre còn đƣợc
dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy và làm thuốc chữa các bệnh ngứa, hen suyễn,
ho, …
Quá trình c ng nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay tạo điều kiện thuận lợi cho sự
phát triển của nền kinh tế xã hội, nhƣng nó cũng góp phần tạo ra lƣợng chất thải độc
hại tác động trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và động thực vật. Các ngành c ng
nghiệp nhƣ thuộc da, điện t , c ng nghiệp hóa dầu... đã gây

nhiễm nguồn nƣớc vì

chứa các ion kim loại độc hại nhƣ Cu, Pb, Ni, Cd, As… X lý nguồn nƣớc ô nhiễm
là vấn đề cấp bách của các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, các nhà khoa học đang
có xu hƣớng tìm đến các vật liệu xanh, thân thiện với m i trƣờng, có giá thành rẻ.
Đã có nhiều vật liệu đƣợc nghiên cứu nhƣ xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã m a, …
làm vật liệu hấp phụ, tuy nhiên chúng t i chƣa tìm thấy tài liệu về vật liệu từ tre. Do
vậy, trong đề tài nghiên cứu này chúng t i chọn vật liệu là dăm tre với nội dung
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của cellulose biến tính từ dăm

tre”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ trong nƣớc của cellulose biến
tính.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng
Dăm tre
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Quy mô phòng thí nghiệm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài.
1


- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài.
- Trao đổi với giáo viên hƣớng dẫn.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Khả năng hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ của vật liệu hấp phụ bằng phƣơng pháp
quang phổ hấp thụ nguyên t (AAS).
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Mn2+, Zn2+ trong nƣớc.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp tƣ liệu cho những nghiên
cứu về khả năng hấp phụ ion kim loại trong nƣớc, tạo ra hƣớng phát triển mới trong
việc x lý ion kim loại bằng vật liệu rẻ tiền, thân thiện với m i trƣờng.
6. Cấu trúc luận văn
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TRE
1.1.1. Phân loại khoa học
Tre (Bamboo) thuộc giới Plantae, bộ Poales, họ Poaceae, phân họ
Bambusoideae, liên tông Bambusodea, tông Bambusea [9].

Hình 1.1. Thân tre
1.1.2. Đặc điểm sinh thái
Tre là nhóm thực vật thân gỗ lâu năm, đƣợc coi là lớn nhất trong bộ Hòa thảo
(Poales). Thân tre có các lóng rỗng, các bó mạch nằm rải rác khắp thân tre thay vì
sắp xếp hình trụ nhƣ gỗ.
Tre là một trong các thực vật phát triển nhanh nhất trên thế giới. Một số loài
có khả năng phát triển 100 cm (39 inch) hoặc nhiều hơn mỗi ngày do hệ thống rễ
độc đáo. Tuy nhiên, tỷ lệ tăng trƣởng một phần phụ thuộc vào điều kiện thổ nhƣỡng
và khí hậu.

3


Tre có nhiều ý nghĩa về kinh tế và văn hóa đáng chú ý ở khu vực Nam Á,
Đ ng Nam Á và Đ ng Á. Tre đang đƣợc s dụng cho vật liệu xây dựng, là một
nguồn thực phẩm và là nguyên liệu linh hoạt cho nhiều sản phẩm.

1.1.3. Thu hoạch và lọc nhựa
a. Thu hoạch
Tre đƣợc s dụng cho mục đ ch xây dựng phải đƣợc thu hoạch khi các cây
đạt sức mạnh lớn nhất và lƣợng đƣờng trong nhựa ở mức thấp nhất, vì lƣợng đƣờng
cao dễ gây sâu bệnh.
Thu hoạch tre thƣờng đƣợc thực hiện theo các chu kỳ sau:
- Vòng đời của thân tre: Khi mỗi thân tre đã đƣợc 5 – 7 năm tuổi, cây lý
tƣởng đạt tới độ trƣởng thành trƣớc khi thu hoạch. Chặt hết hoặc làm giảm bớt số
cây, đặc biệt là các cây lâu năm nhằm đảm bảo ánh sáng và nguồn lực cho sự phát
triển mới. Việc duy trì tốt các cụm tre có thể cho năng suất gấp 3 – 4 lần so với một
cụm hoang dã.
Tùy theo chu kỳ sống đƣợc mô tả ở trên, tre đƣợc thu hoạch 2 – 3 năm hoặc
5 – 7 năm, tùy thuộc vào loài.
- Chu kỳ hàng năm: Tất cả sự tăng trƣởng của tre mới xảy ra vào mùa mƣa,
gây rối các cụm trong giai đoạn này sẽ có khả năng thiệt hại vụ tới. Đồng thời lƣợng
nhựa trong tre cũng cao nhất vào mùa mƣa và giảm dần vào mùa kh . Do đó, thời
gian thu hoạch tốt nhất là vào cuối mùa khô một vài tháng trƣớc khi bắt đầu ẩm ƣớt.
- Chu kỳ hàng ngày: Ban ngày là thời gian quang hợp của tre, làm sản sinh
lƣợng nhựa cao nhất. Những ngƣời thu hoạch truyền thống tin rằng thời gian thu
hoạch tốt nhất là lúc bình minh hoặc hoàng hôn.
b. Lọc nhựa
Lọc nhựa là loại bỏ các nhựa sau khi thu hoạch. Ở nhiều vùng trên thế giới,
lƣợng nhựa trong tre đƣợc giảm thông qua lọc sau thu hoạch. Một số cách thƣờng
dùng là:
- Tre cắt đƣợc nâng lên khỏi mặt đất và nghiêng so với phần còn lại của cụm
1 – 2 tuần cho đến khi lá chuyển sang màu vàng để cây tiêu thụ hết lƣợng nhựa.

4

- Một phƣơng pháp tƣơng tự để giảm lƣợng nhựa là để tre đứng trong nƣớc,
có thể trong một cái trống lớn hoặc trong một dòng suối.
- Tre cắt đƣợc ngâm trong một suối đang chảy trong 3 – 4 tuần.
- Bơm nƣớc qua tre tƣơi, đẩy nhựa cây ra ngoài.
Độ bền của tre liên quan trực tiếp với việc x lý từ thời điểm trồng, thu
hoạch, chế biến, vận chuyển và lƣu trữ.
1.1.4. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của tre tƣơng tự nhƣ gỗ [Higuchi, 1957]. Các thành
phần chính của tre là cellulose, hemicellulose và lignin, các thành phần này chiếm
trên 90% khối lƣợng của tre. Các thành phần phụ là nhựa, tannin, sáp và muối vô
cơ. Tuy nhiên, so với gỗ thì tre có hàm lƣợng kiềm, tro và silica cao hơn.
Yusoff [1992] nghiên cứu thành phần hóa học của tre một, hai, ba tuổi. Kết
quả chỉ ra rằng các thành phần holocellulose không khác nhau nhiều giữa các lứa
tuổi khác nhau của tre. Hàm lƣợng alpha-cellulose, lignin, chất trích ly, pentosan,
tro và silica tăng theo tuổi tre.
Holocellulose bao gồm alpha-cellulose và hemicellulose. Alpha-cellulose là
thành phần chính của tre. Khoảng 40 – 50% chất khô trong tre là alpha-cellulose.
Các phân t cellulose hoàn toàn tuyến t nh và có xu hƣớng mạnh tạo liên kết hydro
nội phân t và liên phân t . Bó của các phân t cellulose do đó tổng hợp lại với
nhau tạo thành các sợi rất nhỏ. Hemicellulose là các polisaccarit kh ng đồng nhất.
Giống cellulose, hầu hết các chức năng của hemicellulose là hỗ trợ vật liệu trong
thành tế bào. Alpha-cellulose là nguồn gốc chính của các tính chất cơ học của tre và
gỗ.
Nói chung, hàm lƣợng alpha-cellulose trong tre là 40 – 50%, phù hợp với các
báo cáo đã biết về hàm lƣợng cellulose trong gỗ mềm là 40 – 52% và gỗ cứng là 38
– 56%. Hàm lƣợng cellulose trong phạm vi này cho thấy tre là vật liệu phù hợp với
ngành công nghiệp giấy và bột giấy.
Lƣợng lignin trong tre cũng khoảng từ 20 – 26%, gần giống với phạm vi báo
cáo cho gỗ mềm là 24 – 37% và gỗ cứng là 17 – 30%. Hàm lƣợng lignin cao của tre

5


góp phần giúp tre chịu nhiệt tốt và tăng độ cứng của tre làm cho nó trở thành một
vật liệu xây dựng có giá trị.
Tre còn chứa các thành phần hữu cơ khác ngoài cellulose và lignin. Tre chứa
khoảng 2 – 6% tinh bột, 2% saccarit kh , 2 – 4% chất béo và 0,8 – 6% protein. Các
thành phần cacbohydrat của tre đóng vai trò quan trọng trong độ bền và dịch vụ
cuộc sống. Độ bền của tre là chống nấm mốc tấn c ng và đục liên quan chặt chẽ với
thành phần hóa học của tre. Độ bền của tre thay đổi từ 1 đến 36 tháng tùy thuộc vào
loài và điều kiện khí hậu. Sự hiện diện một lƣợng lớn tinh bột trong tre làm cho tre
rất dễ bị tấn công do nấm, bọ cánh cứng và c n trùng. Đáng chú ý là kể cả tre 12
tuổi cũng có tinh bột trong toàn thân tre, đặc biệt là trong các tế bào theo chiều dọc
của các mô.
Thành phần tro tre đƣợc tạo thành từ khoáng chất v cơ, chủ yếu là silica,
canxi và kali. Mangan và magie là hai khoáng chất phổ biến khác. Thành phần
silica có cao nhất trong lớp biểu bì, rất ít trong các nút và vắng mặt trong các lóng
tre. Hàm lƣợng tro trong một số loại tre có thể ảnh hƣởng bất lợi đến chế biến.
Số lƣợng các thành phần hóa học của tre thay đổi theo độ tuổi, chiều cao, lớp
và thành phần hóa học của tre tƣơng quan với tính chất vật lý và các thuộc t nh cơ
học của nó [8].
1.2. CELLULOSE
1.2.1. ấ

c h n

Cellulose là một polisaccarit, có phân t lƣợng từ 1.000.000 đến 2.400.000.
Có c ng thức chung là (C6H10O5)n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000 –
14000. Mỗi phân t cellulose gồm những đƣờng đa đƣợc cấu tạo từ các liên kết
glucose. Các phân t glucose nối với nhau ở vị tr β-1,4 bằng cầu nối oxi. Mỗi phân

t cellulose có thể cấu tạo từ 200 - 1000 phân t glucose.
Cellulose có dạng hình sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành
chùm nhờ các liên kết hidro giữa các nhóm –OH. Mạch cellulose xếp đối song song
tạo thành các sợi có đƣờng k nh 3,5nm. Mỗi phân t cellulose chứa khoảng 8000
gốc monosaccarit.

6


Cellulose có t nh chất của 1 tinh thể crystal và có t nh khúc xạ k p vì do cấu
tạo mà phân t có t nh định hƣớng kh ng gian 3 chiều sắp xếp song song với nhau.

n 1.2

n 1.3

p

p

n

n

cellulose

cellulose on

n

n3

7


Tóm lại, nhiều phân t

glucose → phân t

cellulose → micel → vi sợi

(fibrille) → sợi cellulose / fibril (macrofibril).

n 1 4.

cellulose

8


1.2.2.

nh chấ
Cellulose kh ng tan trong nƣớc và các dung m i hữu cơ nhƣng tan trong

dung dịch nƣớc svayde (Cu(OH)2 trong NH3), axit v cơ mạnh nhƣ HCl, HNO3... và
một số dung dịch muối nhƣ ZnCl2, PbCl2. Cellulose nguyên chất khó nhuộm màu,
trong phòng th nghiệm thƣờng nhuộm đỏ cellulose bằng carmin alune hay đỏ
Congo. Cellulose có phản ứng màu đặc sắc: ngâm mẫu vào dung dịch axit mạnh
H3PO4/ H2SO4/ ZnCl2, cellulose bị thủy giải thành hydro – cellulose, chất này gặp

iod sẽ có màu xanh.

n 1.5
1.2.3.

nh chấ h

ản n mà

o – cellulose

od

học

Tác dụng với dung dịch axit v cơ và hữu cơ (phản ứng este hóa). V dụ nhƣ
đun nóng cellulose trong hỗn hợp axit nitric đặc và axit sunfuric đặc thu đƣợc
cellulose nitrat.
o

H SO , t
 [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
[C6H7O2(OH)3]n+ 3nHNO3 
2

4

Do cellulose đƣợc cấu tạo bởi các mắt x ch β-D-Glucose liên kết với nhau
bằng liên kết 1,4–Glucozit, do vậy liên kết này thƣờng kh ng bền. Đun nóng
cellulose trong dung dịch axit v cơ đặc nó bị thủy phân tạo ra các glucose.



H ,t
 nC6H12O6
[C6H10O5]n + nH2O 

1.2.4.

o

ạng h i ự nhi n
Cellulose là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, tạo nên bộ

khung của cây. Cellulose là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên chiếm
khoảng 50% cacbon hữu cơ của kh quyển.
9


Cellulose chiếm khoảng 50% trong gỗ, các sợi b ng vải có thể chứa cellulose
nguyên chất 100%. Trung bình cellulose chiếm từ 40-50% vách tế bào. Ngoài ra
cellulose còn có trong vi khuẩn và vài động vật bậc thấp.
1.2. .

ng dụng
Cellulose có ý nghĩa kinh tế rất lớn vì tất cả hàng dệt có nguồn gốc thực vật

và giấy đều tr ch từ cellulose có vách tế bào thực vật. Những nguyên liệu chứa
cellulose nhƣ b ng đay gai gỗ thƣờng đƣợc dùng trực tiếp (k o sợi dệt vải, xây
dựng, làm đồ gỗ) hoặc chế biến thành giấy.
Cellulose là nguyên liệu sản xuất tơ nhân tạo: tơ visco, tơ đồng amoniac, tơ

axetat, thuốc súng kh ng khói và chế tạo phim ảnh. Ngày nay cellulose dùng chế
tạo các sản phẩm hữu cơ có giá trị.
1.3. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH
1.3.1. Khái quát chung
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên t lƣợng cao và
thƣờng có độc t nh đối với sự sống. Kim loại nặng thƣờng liên quan đến vấn đề ô
nhiễm m i trƣờng. Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên hoặc từ
hoạt động của con ngƣời, chủ yếu là từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp),
nông nghiệp và hàng hải...
Có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có
một số hợp chất có thể hoà tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do
độ chua của đất, của nƣớc mƣa. 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 đất. Sau đó qua
nhiều giai đoạn khác nhau đi vào chuỗi thức ăn của con ngƣời. Khi đã nhiễm vào cơ
thể, kim loại nặng có thể tích tụ lại trong các m . Đồng thời với quá trình đó cơ thể
lại đào thải dần kim loại nặng. Nhƣng các nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim
loại nặng thƣờng nhanh hơn tốc độ đào thải rất nhiều. Dƣới đây là giới hạn hàm
lƣợng kim loại nặng trong nƣớc ăn uống theo tiêu chuẩn của Bộ y tế (bảng 1.1)

10


Bảng 1.1. Tiêu chuẩn c a Bộ y tế v gi i hạn àm lư ng kim loại nặng trong nư c
thải công nghiệp [2]
TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị C
A

B

C

40

40

o

1

Nhiệt độ

2

pH

-

6-9

5,5-9

3

Mùi

-

Không khó

Không khó

chịu

chịu

-

20

70

4

Độ mầu (Co-Pt ở pH = 7)

5

BOD5 (200C)

mg/l

30

50

6

COD

mg/l

50

100

7

Chất rắn lơ l ng

mg/l

50

100

8

Asen

mg/l

0,05

0,1

9

Thuỷ ngân

mg/l

0,005

0,01

10

Chì

mg/l

0,1

0,5

11

Cadimi

mg/l

0,005

0,01

12

Crom (VI)

mg/l

0,05

0,1

13

Crom (III)

mg/l

0,2

1

14

Đồng

mg/l

2

2

15

Kẽm

mg/l

3

3

16

Niken

mg/l

0,2

0,5

17

Mangan

mg/l

0,5

1

18

Sắt

mg/l

1

5

19

Thiếc

mg/l

0,2

1

20

Xianua

mg/l

0,07

0,1

21

Phenol

mg/l

0,1

0,5

22

Dầu mỡ khoáng

mg/l

5

5

23

Dầu động thực vật

mg/l

10

20

24

Clo dƣ

mg/l

1

2

11


TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị C
A

B

25

PCB

mg/l

0,003

0,01

26

Hoá chất bảo vệ thực vật

mg/l

0,3

1

mg/l

0,1

0,1

lân hữu cơ
27

Hoá chất bảo vệ thực vật
Clo hữu cơ

28

Sunfua

mg/l

0,2

0,5

29

Florua

mg/l

5

10

30

Clorua

mg/l

500

600

31

Amoni (t nh theo Nitơ)

mg/l

5

10

32

Tổng Nitơ

mg/l

15

30

33

Tổng Phôtpho

mg/l

4

6

34

Coliform

MPN/10

3000

5000

0ml
35

Tổng hoạt độ phóng xạ α

Bq/l

0,1

0,1

36

Tổng hoạt độ phóng xạ β

Bq/l

1,0

1,0

Trong đó:
- Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công

nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đ ch
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 các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc không dùng cho mục đ ch
cấp nƣớc sinh hoạt.
- Thông số clorua không áp dụng đối với nguồn tiếp nhận là nƣớc mặn và
nƣớc lợ.

12


1.3.2. Các ion kim loại nặng và vấn đề ô nhiễm nguồn nước
a. Kẽm on nư
Trong nƣớc, kẽm thƣờng tồn tại dƣới dạng cation hóa trị II hoặc dƣới dạng
các ion phức với xianua, cacbonat, sunfua…
Kẽm trong nƣớc thiên nhiên chủ yếu do các nguồn nƣớc thải đƣa vào, đặc
biệt nƣớc thải của các nhà máy, các x nghiệp luyện kim, c ng nghiệp hóa chất, các
nhà máy sợi tổng hợp.
Kẽm rất cần thiết cho sự sinh trƣởng của các sinh vật nổi trên biển. Tuy
nhiên, hàm lƣợng kẽm ngày càng tăng cao trong nƣớc biển, do sự

nhiễm m i

trƣờng từ các nguồn thải có chứa kẽm và các hợp chất của kẽm nhƣ thuốc bảo vệ
thực vật, thuốc chuột, sơn, tấm lợp t n tráng kẽm. Vì vậy, kẽm đã cản trở quá trình
quang hợp của các loài thực vật nổi trên biển. Ðiều này, có thể gây nên nhiều hậu
quả nghiêm trọng cho m i trƣờng vì rằng, sinh vật nổi là mắt x ch đầu tiên của
chuỗi thực phẩm và là thức ăn của nhiều loại cá.
b M n n on nư
Sự có mặt của mangan ở nồng độ thấp là cần thiết cho sức khỏe của con

ngƣời. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, mangan lại gây ra nhiều tác động tiêu cƣc. Hầu
hết các trƣờng hợp nhiễm độc mangan xảy ra đối với c ng nhân c ng nghiệp làm
việc trong các nhà máy sản xuất gang th p hoặc trong các khu khai thác mỏ.
Mangan đƣợc hấp thụ vào cơ thể th ng qua h hấp sẽ làm tổn thƣơng phổi với các
mức độ khác nhau nhƣ: ho, viêm phế quản cấp t nh, viêm cuống phổi, ù tai, run
chân tay và t nh dễ bị k ch th ch.
Sự nhiễm độc mangan cũng xuất hiện khi con ngƣời s dụng nguồn nƣớc ăn
uống có nồng độ mangan cao trong một thời gian dài. Một cậu b 10 tuổi dùng nƣớc
sinh hoạt có nồng độ mangan cao gấp 3 lần so với tiêu chuẩn cho ph p của WHO
(0,4 mg/L) trong thời gian 5 năm có biểu hiện khả năng ghi nhớ dƣới mức trung
bình. Nhiễm độc mangan từ nƣớc uống làm giảm khả năng ng n ngữ, giảm tr nhớ,
giảm khả năng vận dụng sự kh o l o của đ i tay và tốc độ chuyển động của mắt.
Phơi nhiễm mangan lâu dài (hơn 10 năm) đã dẫn đến những triệu chứng thần kinh
kh ng bình thƣờng ở ngƣời cao tuổi nhƣ dáng đi và ng n ngữ bất thƣờng [10].
13


1.4. HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC
1.4. .
a. ự

c h i ni m
pp
Hấp phụ là sự t ch lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (kh – rắn, lỏng –

rắn, kh - lỏng, lỏng – lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần t ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần t ở
pha khác, nằm tiếp xúc với nó.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi bề mặt pha thể t ch đến tập trung trên
bề mặt chất hấp phụ

Th ng thƣờng, quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Tùy theo bản chất lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, ngƣời
ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực
Vander Waals giữa phần t chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này
yếu, dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất
hấp phụ và phần t chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Trong thực tế
sự phân biệ giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối vì ranh giới
giữa chúng kh ng r rệt. Một số trƣờng hợp tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình
hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả
năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [6], [7].
b.

ả

pp
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải

hấp phụ dựa trên nguyên tắc s dụng các hóa chất bất lợi đối với quá trình hấp phụ.
Giải hấp phụ là phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể s dụng lại nên nó
mang đặc trƣng về hiệu quả kinh tế.
Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
- Phƣơng pháp nhiệt: Đƣợc s dụng cho trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
- Phƣơng pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên
tiết kiệm thời gian, c ng tháo dỡ, vận chuyển, kh ng vỡ vụn chất hấp phụ và có thể
thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên v n. Phƣơng pháp hóa lý có thể thực hiện
14


theo cách: Chiết với dung m i, s dụng phản ứng oxi hóa kh , áp đặt các điều kiện

là dịch chuyển cân bằng kh ng có lợi cho quá trình hấp phụ.
- Phƣơng pháp vi sinh: Là phƣơng pháp tái tạo khả năng hấp phụ nhờ vi sinh
vật [3].
c.

nb n

pp

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần t chất bị hấp phụ
khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại pha mang
(hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lƣợng chất bị hấp phụ t ch tụ
trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngƣợc trở lại pha mang
càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì
quá trình hấp phụ đạt cân bằng [6], [7].
n lư n

pp

n b n (q)

Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lƣợng chất hấp phụ ở trang thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và
nhiệt độ. Dung lƣợng hấp phụ đƣợc t nh theo c ng thức:
(C0  Ccb ).V
m

q =

(1.1)

d. Hiệu su t h p ph (H%)
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch chất bị hấp phụ trên nồng
độ dung dịch ban đầu. Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức:
H (%) =

C0  C f
C0

.100

(1.2)

Trong đó:
C0: Nồng độ của dung dịch trƣớc khi hấp phụ (mg/l)
Cf: Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l)
Ccb: Nồng độ của dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g)
H: Hiệu suất hấp phụ (%)
V: Thể tích dung dịch đem hấp phụ (l)
m: Khối lƣợng chất hấp phụ (g)

15


c m h nh c

1.4.2.
a M

n

ộn

ọ

ản củ

nh hấ

hụ

pp

Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các
giai đoạn ch nh sau:
- Khuếch tán của các chất hấp phụ từ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ.
- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ.
- Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phần t bị hấp phụ chiếm chỗ các trung
tâm hấp phụ.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết
định toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong m i trƣờng nƣớc,
quá trình khuếch tán thƣờng chậm và đóng vai trò quyết định.
Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:
v=

b

m

n

pp

dx
dt

(1.3)

n n ệ

Có thể m tả quá trình hấp phụ dựa vào đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đƣờng
đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ tại một thời
điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở
một nhiệt độ xác định. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc thiết lập bằng cách cho một
lƣợng các định chất hấp phụ vào một lƣợng cho trƣớc dung dịch có nồng độ đã biết
của chất bị hấp phụ.
Với chất hấp phụ là rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ đƣợc m tả th ng qua phƣơng trình đẳng nhiệt: phƣơng trình đẳng nhiệt
hấp phụ Henry, phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phƣơng trình đẳng
nhiệt hấp phụ Langmuir… [6], [7].
M

n

n n ệ

pp

n

Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phƣơng trình đẳng nhiệt đơn giản
m tả sự tƣơng quan tuyến t nh giữa lƣợng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và
nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng:

16