de tai khoa hoc-Vinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ - ĐẠI HỌC HUẾ
HUE UNIVERSITY’S COLLEGE OF EDUCATION

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI)
BẰNG ĐÁ ONG BIẾN TÍNH
CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ
MÃ SỐ: 60440113
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC VIÊN

PGS – TS VÕ VĂN TÂN

NGUYỄN THẮNG VINH


Các nội dung chính của báo cáo
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Chương 2: Kỹ thuật thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Nội dung gồm các vấn đề chính:
1. Đá ong và ứng dụng của nó.
2. Đặc điểm, tính chất lý hóa của Crom.
3. Các trạng thái tồn tại của Crom.
4. Các phương pháp hấp phụ.
5. Các phương pháp xác định các thông số đặc trưng của đá ong biến

tính.
6. Một số phương trình động học của quá trình hấp phụ.


Chương 2. KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM
1. Biến tính đá ong chế tạo vật liệu hấp phụ
- Nghiền đá ong tự nhiên từ 0,074 – 1,000mm rửa sạch
và sấy khô.
- Đem vật liệu ngâm trong dung dịch Fe3+ (lấy dung
dịch Fe(NO3)3 tương ứng với tỉ lệ 20g/250ml và lắc
đều. Sau 1 giờ lắc đều gạn bỏ dung dịch và rửa sạch.
- Sau đó lấy vật liệu ngâm trong 250ml dung dịch NaOH
ở các nồng độ 0.1M trong 20 phút và điều chỉnh pH từ
7-8. Kết tinh thủy nhiệt. Sau đó rửa sạch và sấy khô và
thu được sản phẩm đá ong biến tính.


2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng đá ong biến tính
Sử dụng lượng đá ong biến tính thích hợp cho vào cột chiết, cho Cr(VI) có nồng độ biết
trước ở các điều kiện (pH, nhiệt độ, thời gian…). Sau đó hứng lấy Cr(VI) còn dư và xác định
nồng độ của Cr(VI) sau quá trình hấp phụ.
- Dung lượng hấp phụ Q được tính theo phương trình:

C0 − CCb
Q
=
.V
- Hiệu suất hấp phụ được tính theo phươngmtrình:

Trong đó:

H% =

C0 − Ccb
.100%
C0

Q: Dung lượng hấp phụ của Cr (VI) (mg/g).
Co: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L).
Ccb: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L).
V: Thể tích dung dịch (L).
m: Khối lượng chất hấp phụ (g).
H%: Hiệu suất hấp phụ của Cr(VI) (%)


Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Hình thái học bề mặt của vật liệu đá ong biến tính

Hình 3.1.a. Ảnh SEM của đá ong nguyên
khai


Hình 3.1.b. Ảnh SEM của đá ong biến tính


Từ ảnh SEM của vật liệụ đá ong nguyên khai và đá ong biến tính
trên các hình 3.1.a và hình 3.1.b, có thể thấy rằng trên bề mặt vật
liệu đá ong biến tính có nhiều mao quản hơn đá ong nguyên khai.
Nên vật liệu đá ong biến tính có khả năng hấp phụ ion Cr(VI) vào
các mao quản của nó. Để tiếp tục chứng minh khả năng hấp phụ

Cr(VI) của đá ong biến tính tốt hơn đá ong nguyên khai chúng tôi
chọn vật liệu đá ong biến tính để khảo sát phổ hồng ngoại, phổ
nhiễu xạ tia X và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp
phụ Cr(VI).


3.1.2. Phổ hồng ngoại IR của đá ong biến tính của trước hấp phụ
và sau hấp phụ

Hình 3.2.a. Phổ hồng ngoại của đá ong biến tính
trước hấp phụ Cr( VI)


Hình 3.2.b. Phổ hồng ngoại của đá ong biến tính
khi đã hấp phụ Cr(VI)


So sánh với các thông số của đá ong biến tính sau khi hấp phụ
Cr(VI) trên hình 3.2.b, có thể thấy rằng vạch phổ tại bước sóng
200,90 cm-1 đã dịch chuyển sang bước sóng 192,88 cm-1; vạch phổ
tại bước sóng 277,75 cm-1 đã dịch chuyển sang bước sóng 270,03
cm-1, vạch phổ tại bước sóng 1998,25 cm-1 đã dịch chuyển sang
bước sóng 1967,39 cm-1, xuất hiện vạch phổ có bước sóng 1350,17
cm-1 và 516,92 cm-1. Điều đó chứng tỏ Cr(VI) đã được hấp phụ lên
đá ong biến tính.


3.1.3. Phổ nhiễu xạ tia X của đá ong biến tính
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Da ong BT

400

200

d=4.274
d=4.177

Lin (Cps)

d=3.345

300

100

0
20

30

40

50

60

70

80

2-Theta - Scale
File: DaongBT.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi:
01-089-8934 (C) - Quartz alpha - SiO2 - Y: 86.03 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91370 - b 4.91370 - c 5.40470 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - 3 - 113

Hình 3.3. Phổ XRD của mẫu đá ong biến tính
Từ kết quả XRD trên hình 3.3, kết hợp với ảnh SEM trên hình 3.1b, có thể
kết luận mẫu vật liệu đá ong biến tính tồn tại dưới dạng vô định hình, có
độ xốp cao, thuận lợi cho việc sử dụng hấp phụ Cr(VI)


3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ dung dịch Cr(VI) bằng đá ong
biến tính
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cr(VI)
bằng đá ong biến tính
30
60

26
24
50

22
20

Dung l­îng
HiÖu suÊt

18
16

40

14
30

12
10
8

20

6

HiÖu suÊt hÊp phô (%)

Dung l­îng hÊp phô (mg/g)

28

4
2

10
0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Thêi gian, phót

Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất và dung lượng
hấp phu Cr(VI) bằng đá ong biến tính


Từ kết quả nghiên cứu ở hình 3.4, có thể nhận thấy rằng:
dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng dần khi
thời gian tăng. Khi tăng thời gian hấp phụ từ 10 đến 150
phút, khả năng hấp phụ Cr(VI) trên vật liệu tăng dần và
đạt cân bằng tại 150 phút. Khoảng thời gian sau thì dung
lượng hấp phụ tăng chậm dần và đạt đến trạng thái cân
bằng.

3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng đá ong
biến tính
HiÖu suÊt

HiÖu suÊt hÊp phô (%)

60

55

50

45

40

35

30
1

2

3

4

5

6

7

8

pH

Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
bằngđá ong biến tính


Từ hình 3.5 có thể nhận thấy rằng, khi pH tăng từ 1,2
đến 7,4 thì khả năng hấp phụ Cr(VI) trên đá ong biến
tính có tăng nhanh, do bán kính ion hiđrat hóa của
Cr(VI) lớn hơn H+. Khi pH thấp, quá trình hấp phụ
Cr(VI) xảy ra yếu do sự hấp phụ cạnh tranh ion H+ có
trong dung dịch. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) lớn nhất khi
pH = 6,2.


3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đến khả năng hấp phụ bằng
đá ong biến tính
50
60

40
50
35
30

Dung l­îng
HiÖu suÊt

25

40

30
20
15

HiÖu suÊt hÊp phô (%)

Dung l­îng hÊp phô (mg/g)

45

20

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Nång ®é, N

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đến hiệu suất và dung lượng
hấp phụ Cr(VI) bằng đá ong biến tính


Từ hình 3.6 có thể nhận thấy rằng khi tăng nồng độ Cr(VI) từ
0,01236 N đến 0,0536 N thì dung lượng hấp phụ trên Cr(VI) có xu
hướng tăng. Khi nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI) tăng thì khả
năng cạnh tranh của Cr(VI) với các ion khác trong dung dịch tăng
lên nên dung lượng hấp phụ Cr(VI) trên đá ong biến tính cũng tăng
lên.
Tuy nhiên khi nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI) lớn thì
nồng độ cân bằng của Cr(VI) sau quá trình hấp phụ vẫn còn nhiều,
hiệu suất hấp phụ tương đối thấp


3.2.4. Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu đến khả năng hấp phụ
Cr(VI) bằng đá ong biến tính
30

25

50
20
40
15

30

10

HiÖu suÊt hÊp phô (%)

Dung l­îng hÊp phô (mg/g)

60
Dung l­îng
HiÖu suÊt

20

5
0,15 - 0,35

0,35- 0,50

0,50 - 0,65

0,65 - 1,00

>1,00

KÝch th­íc h¹t (mm)

Hình 3.7. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất và
dung lượng hấp phụ Cr(VI) bằng đá ong biến tính

Từ hình 3.7 có thể thấy cỡ hạt càng lớn thì hiệu suất hấp
phụ càng yếu, cỡ hạt từ 0,15 đến 0,25 mm có dung lượng và
hiệu suất cao nhất, nghĩa là khả năng hấp phụ Cr(VI) là tốt
nhất, cỡ hạt <1,0 mm có dung lượng và hiệu suất hấp phụ
thấp nhất. Vì khi kích thước hạt nhỏ thì khả năng tiếp xúc
giữa đá ong biến tính và dung dịch Cr(VI) càng mạnh.


3.2.4. Ảnh hưởng của ion lạ Na+, Ca2+, Fe3+ đến khả năng hấp phụ
Cr(VI) bằng đá ong biến tính
60

Na(I)
Ca (II)
Fe (III)

HiÖu suÊt hÊp phô (%)

59

58

57

56

55

54
-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Nång ®é c¸c ion l¹ (M)

Hình 3.8. Ảnh hưởng của ion lạ Na+, Ca2+, Fe3+ tới khả năng hấp phụ
Cr(VI) của vật liệu đá ong biến tính


Từ hình 3.8 có thể thấy rằng:
- Khi có mặt các ion lạ Na+, Ca2+, Fe3+ thì ngoài việc hấp phụ
Cr(VI), đá ong biến tính còn hấp phụ thêm các ion lạ khi cho vào.
Vì vậy hiệu suất hấp phụ Cr(VI) sẽ giảm.
- Khả năng hấp phụ các ion lạ trên đá ong biến tính theo chiều Na

(I) > Ca (II) > Fe (III) vì bán kính ion các ion lạ này tăng dần nên
hiệu suất và dung lượng hấp phụ của Cr(VI) giảm ngược lại.


3.3.1. Phương trình động học của quá trình hấp phụ Cr(VI)
bằng đá ong biến tính theo phương trình Langmuir

y = 63.36461 + 0.05613x
2
R =0.9938

800
700

Ccb/Q, (g/l)

600
500
400
300
200
100
0

2000

4000

6000

8000

Ccb, (mg/l)

10000

12000

14000


3.3.2. Phương trình động học của quá trình hấp phụ Cr(VI) bằng
đá ong biến tính theo phương trình Freundlich

1.24
1.22
1.20

y = 0.49557 + 0.1766x
2
R = 0.97763

1.18

LgQ

1.16
1.14
1.12
1.10

1.08
1.06
1.04
3.2

3.4

3.6

LgCcb

3.8

4.0

4.2


Từ các kết quả của phương trình động học Langmuir và Freudlich có thể tính
được dung lượng hấp phụ như sau:
Từ phương trình Langmuir thu được có thể xác định dung lượng hấp phụ cực đại
Qmax của Cr(VI) trên đá ong biến tính là: 17,82 mg/g.
Từ phương trình Freundlich thu được có thể xác định dung lượng hấp phụ cực đại
Qmax của Cr(VI) trên đá ong biến tính là: 5,66 mg/g.
Từ kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả chính
xác quá trình hấp phụ Cr(VI) của đá ong biến tính ( vì giá trị lý thuyết là 17,82
mg/g xấp xỉ bằng giá trị thực nghiệm là 16,85mg/g).