ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ CHUỐI

Header Page 1 of 161.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài
ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG
CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ CHUỐI

Giáo viên hướng dẫn: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kiều Duyên

Footer Page 1 of 161.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2016


Header Page 2 of 161.
LỜI CÁM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, em đã học hỏi và tích lũy
được nhiều kinh nghiệm quý báu về mặt kiến thức cũng như những kinh nghiệm sống.
Đề hoàn thành đề tài nghiên cứu này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em còn nhận được
nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ rất tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin chân
thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Cô Phan Thị Hoàng Oanh (Bộ môn Hóa lý- Khoa Hóa học- Trường Đại học Sư
phạm thành phố Hồ Chí Minh) đã đồng ý làm giáo viên hướng dẫn Khóa luận Tốt
nghiệp, định hướng cho em chọn đề tài và cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em
phát huy tính tự giác trong nghiên cứu, theo sát em trong quá trình thực hiện đề tài.

Thầy Nguyễn Ngọc Hưng và cô Nguyễn Thị Tuyết Nhung (Bộ môn Phân tích)
đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên em trong quá trình thực hiện khóa luận.
Thầy Trần Bửu Đăng (Bộ môn Đại cương- Vô cơ) đã giúp đỡ, tận tình chỉ dẫn,
đóng góp ý kiến và động viên em trong suốt quá trình làm đề tài.
Các anh chị sinh viên khóa 36, khóa 37 và các bạn khóa K38- những người
luôn ủng hộ và đồng hành cùng em trong thời gian qua.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2016
Nguyễn Thị Kiều Duyên

Footer Page 2 of 161.
VII


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 3 of 161.
MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN............................................................................................................................... I
MỤC LỤC ...................................................................................................................................II
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................... V
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................................ VI
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................VII
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ...................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về vỏ chuối ................................................................................................... 1
1.1.1. Giới thiệu về cây chuối ............................................................................................ 1
1.1.2. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối trên thế giới và Việt Nam ........................ 2

1.1.3. Thành phần hóa học của vỏ chuối ........................................................................... 3
1.1.4. Một số hướng nghiên cứu sử dụng vỏ chuối làm vật liệu hấp phụ xử lí môi
trường .................................................................................................................................. 4
1.2. Giới thiệu axit xitric ......................................................................................................... 5
1.2.1. Cấu tạo và một số đặc điểm về axit xitric ............................................................... 5
1.2.2. Nguồn axit xitric ....................................................................................................... 6
1.3. Phản ứng este hóa ............................................................................................................ 7
1.4. Giới thiệu về niken........................................................................................................... 8
1.4.1. Đặc tính của niken .................................................................................................... 8
1.4.2. Nguồn phát sinh niken ............................................................................................. 8
1.4.3. Độc tính của niken.................................................................................................... 8
1.5. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng ................................................................... 9
1.6. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng ............................ 10
1.6.1. Phương pháp kết tủa ............................................................................................... 10
1.6.2. Phương pháp trao đổi ion ....................................................................................... 10
1.6.3. Phương pháp điện hóa............................................................................................ 10
1.6.4. Phương pháp sinh học ............................................................................................ 10
1.6.5. Phương pháp hấp phụ............................................................................................. 11
1.7. Giới thiệu về hiện tượng hấp phụ.................................................................................. 11
1.7.1. Hiện tượng hấp phụ ................................................................................................ 11
1.7.2. Nhiệt động học của quá trình hấp phụ .................................................................. 12
1.7.3. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .......................................................................... 12
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 14

Footer Page 3 of 161.
II


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 4 of 161.
2.1. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................................... 14
2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 15
2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang ........................................................................ 15
2.2.1.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang .............................................. 15
2.2.1.2. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích trắc quang ................................ 16
2.2.1.3. Phương pháp định lượng niken bằng trắc quang .......................................... 16
2.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại ................................................................................ 17
2.2.2.1. Sự hấp thụ IR................................................................................................... 18
2.2.2.2. Sử dụng phổ IR ............................................................................................... 18
2.3. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET) .................................................. 19
2.4. Xử lí số liệu .................................................................................................................... 19
2.4.1. Khái niệm về phân tích phương sai ....................................................................... 19
2.4.2. Phân tích phương sai một yếu tố ........................................................................... 20
2.5. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ......................................................................................... 22
2.5.1. Dụng cụ, thiết bị ..................................................................................................... 22
2.5.2. Hóa chất .................................................................................................................. 22
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .......................................... 23
3.1. Xử lý nguyên liệu – chuẩn bị bột vỏ chuối .................................................................. 23
3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ ........................................................... 23
3.2.1. Chuẩn bị dung dịch thí nghiệm ............................................................................. 23
3.2.2. Dựng đường chuẩn xác định Ni2+ ........................................................................ 24
3.3. Biến tính vỏ chuối – Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng .................................................. 25
3.3.1. Ảnh hưởng của hỗn hợp axit xitric và nước cốt chanh đến quá trình biến tính . 25
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính ................................. 28
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính ................................................. 30
3.3.4. So sánh khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP ......................... 32
3.3.4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu ................................. 32

3.3.4.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP ......................................................... 32
3.4. Phổ IR của vỏ chuối nguyên liệu và vỏ chuối đã biến tính với axit xitric.................. 33
3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Ni2+ của vật liệu .................................. 34
3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ .................................................. 34
3.5.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ............................................................ 37
3.5.3. Ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ đến quá trình hấp phụ .......................................... 39
3.6. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Ni2+ theo Langmuir ................................................ 42
3.7. Diện tích bề mặt riêng (BET) ........................................................................................ 44
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ................................................................................ 45

Footer Page 4 of 161.
III


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 5 of 161.
4.1. Kết luận........................................................................................................................... 45
4.2. Kiến nghị ........................................................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 46
PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 48

Footer Page 5 of 161.
IV


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 6 of 161.
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Diện tích trồng chuối theo các vùng ................................................................ 2
Bảng 2. Sản lượng trồng chuối theo vùng .................................................................... 3
Bảng 3. Thành phần hóa học của vỏ chuối .................................................................. 3
Bảng 4. Hàm lượng các axit trong nước chanh ........................................................... 6
Bảng 5. Hàm lượng của một số axit trong nước chanh vỏ xanh ................................. 6
Bảng 6. Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải mạ điện ............................. 9
Bảng 7. Bảng qui hoạch thực nghiệm ......................................................................... 20
Bảng 8. Biểu diễn kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................... 21
Bảng 9. Giá trị mật độ quang của các dung dịch chuẩn Ni2+ .................................... 24
Bảng 10. Tỉ lệ axit xitric và nước chanh ..................................................................... 25
Bảng 11. Ảnh hưởng tỉ lệ axit xitric và nước chanh đến quá trình biến tính ........... 26
Bảng 12. Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................................. 27
Bảng 13. Ảnh hưởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính ...................... 28
Bảng 14. Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................................. 29
Bảng 15. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính ...................................... 30
Bảng 16. Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................................. 31
Bảng 17. Khảo sát khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu............................... 32
Bảng 18. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP....................................................... 33
Bảng 19.So sánh hiệu suất hấp phụ Ni2+ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP ......... 33
Bảng 20. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ ....................................... 35
Bảng 21. Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................................. 36
Bảng 22. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ................................................. 37
Bảng 23. Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ................................................................. 39
Bảng 24. Ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ đến quá trình hấp phụ ................................. 40
Bảng 25. . Kết quả tính phương sai 1 yếu tố ............................................................... 41
Bảng 26. Tổng kết các điều kiện hấp phụ Ni2+ của VLHP......................................... 42

Bảng 27. Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .......................... 43

Footer Page 6 of 161.
V


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 7 of 161.
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Một số giống chuối ở Việt Nam ..................................................................... 1
Hình 1.2. Vỏ chuối ......................................................................................................... 3
Hình 1.3. Cấu trúc của xenlulozơ .................................................................................. 4
Hình 1.4. Công thức cấu tạo của axit xitric .................................................................. 5
Hình 1.5. Phản ứng este hóa giữa xenlulozơ và axit xitric .......................................... 7
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của

𝑪𝑪𝒄𝒄𝒄𝒄
𝒒𝒒

vào 𝑪𝑪𝒄𝒄𝒄𝒄 .............................................................................13

Hình 1.7. Dạng đường chuẩn trong phân tích trắc quang......................................... 16

Hình 1.8. Phức niken đimetylglioxim .......................................................................... 17
Hình 3.1. Vỏ chuối nguyên liệu ................................................................................... 23
Hình 3.2. Đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ .......................................................... 25
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ axit xitric và nước chanh đến quá trình biến tính ... 27

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit xitric đến quá trình biến tính...................... 29
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa thời gian biến tính và hiệu suất hấp phụ ..................... 30
Hình 3.6. Phổ IR của vỏ chuối chưa biến tính ........................................................... 34
Hình 3.7. Phổ IR của vỏ chuối biến tính..................................................................... 34
Hình 3.8. Mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hấp phụ ..................................... 35
Hình 3.9. Mối quan hệ giữa pH và hiệu suất hấp phụ ............................................... 38
Hình 3.10. Mối quan hệ giữa nồng độ Ni2+ và hiệu suất hấp phụ ............................. 40
Hình 3.11. Mối quan hệ giữa nồng độ Ni2+ và dung lượng hấp phụ......................... 42
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn phương trình đẳng nhiệt Langmuir của Ni2+ ............... 43

Footer Page 7 of 161.
VI


Header Page 8 of 161.
MỞ ĐẦU

Nước đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người cũng như các
sinh vật khác. Tuy nhiên, hiện nay các nguồn nước đang đứng trước mối đe dọa của sự
ô nhiễm kim loại nặng do nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, thuốc trừ sâu
hóa học, ô nhiễm phóng xạ, các kim loại nặng chủ yếu như niken (Ni), đồng (Cu), chì
(Pb)… có chức năng sinh học đối với cơ thể sống, nhưng nó có thể tích lũy và trở nên
độc hại với sức khỏe khi hàm lượng vượt quá mức cho phép. Một lượng cực nhỏ các
chất này trong nước uống có thể hủy hoại sức khỏe con người, gây ra triệu chứng từ
chóng mặt đến hủy hoại gan và não. Tuy nhiên, rất khó phát hiện các kim loại này
trong nước, nhất là khi chúng hiện diện với hàm lượng thấp. Do đó việc chiết, tách ion
kim loại nặng từ dung dịch nước đã trở thành vấn đề đáng quan tâm của các nhà
nghiên cứu trên thế giới. Gần đây nhiều kỹ thuật khác nhau đã được sử dụng để loại bỏ
ion kim loại nặng, phương pháp thông thường được sử dụng gồm trao đổi ion, thẩm
thấu ngược… nhưng không được đánh giá cao do còn nhiều hạn chế về giá thành [28].

Nhiều nghiên cứu gần đây chứng minh rằng vỏ chuối, sợi dừa, bã mía, vỏ lạc và một
số loại phụ phẩm có nguồn gốc từ thực vật có thể loại bỏ những ion kim loại nặng và
độc hại như niken, chì, đồng… trong nước nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần
gồm các polime như axit cacboxylic, phenolic, xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin,
protein. Hơn nữa, các chất hấp phụ này là những nguyên liệu rẻ tiền, quy trình đơn
giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [3, 14, 17].
Chuối là loại trái cây nhiệt đới được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia và vùng
miền thế giới, đồng thời cũng chiếm một tỷ trọng đáng kể trong thương mại rau quả
toàn cầu. Theo ước tính cứ 6 tấn chuối được tiêu thụ sẽ tạo ra 1 tấn vỏ chuối, nếu biết
khai thác hợp lí thì đây sẽ là một nguồn nguyên liệu khổng lồ [7].
Với mục tiêu tìm một phụ phẩm nông nghiệp có khả năng hấp phụ kim loại
nặng trong nước, trong khóa luận này chúng tôi chọn đề tài khóa luận có nội dung
là“Điều chế và khảo sát ứng dụng của vật liệu hấp phụ từ vỏ chuối ”. Vỏ chuối là phụ
phẩm của các nhà máy sản xuất chuối sấy, có sẳn, rẻ tiền và dễ kiếm nên có thể coi
đây là một hướng phát triển trong công nghệ xử lí nước thải. Ứng dụng được chọn
khảo sát là khả năng hấp phụ ion Ni2+ của vật liệu hấp phụ đã điều chế được.

Footer Page 8 of 161.

VII


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 9 of 161.
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
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 được trồng ở Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Maylaysia, Việt Nam, các nước Đông Phi,
Tây Phi, Mỹ Latinh… các loài chuối hoang dại được tìm thấy rất nhiều ở Đông Nam
Á, do đó có thể cho rằng Đông Nam Á là quê hương của chuối [7].
Ở Việt Nam, chuối được trồng nhiều ở các tỉnh phía Nam. Sản lượng chuối trong
năm 2013 của cả nước là 1,9 triệu tấn. Cây chuối được trồng chủ yếu để lấy trái. Trong
năm 2011, toàn thế giới tiêu thụ hơn 145 triệu tấn chuối. Vỏ chuối là phần bao bọc bên
ngoài phần thịt mềm, ngọt được gọi là thịt chuối. Ở các nước phương Tây, vỏ chuối
được xem là rác thải hữu cơ. Còn ở các nước phương Đông, một phần vỏ chuối được
sử dụng làm thức ăn cho gia súc, một phần được xem như rác thải [7].
Các giống chuối ở Việt Nam
Chuối được trồng ở khắp các miền trên đất nước ta, tuy nhiên chất lượng và sản
lượng chuối ở miền Nam có phần nào cao hơn so với miền Trung và miền Bắc, do
điều kiện khí hậu miền Nam nóng và ấm phù hợp cho sự phát triển của chuối. Có
nhiều giống chuối, được phân biệt dựa vào hình dạng của cây chuối: chuối tiêu, chuối
sứ (chuối tây, chuối xiêm), chuối ngự, chuối mật (chuối lá), chuối tiêu, chuối cau
(chuối cơm), chuối hột.

Nải chuối tiêu

Nải chuối sứ

Nải chuối ngự

Hình 1.1. Một số giống chuối ở Việt nam

Footer Page 9 of 161.

1

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 10 of 161.
1.1.2. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối trên thế giới và Việt Nam
Khoảng 98% sản lượng chuối của thế giới được trồng ở những nước đang phát
triển và được xuất khẩu tới các nước phát triển. Vào năm 2004, tổng cộng có 130 nước
xuất khẩu chuối. Tuy nhiên, việc sản xuất cũng như xuất nhập khẩu chuối thường tập
trung vào một số nước nhất định. Mười nước sản xuất chính chiếm tới 75% sản lượng
chuối thế giới vào năm 2004. Trong đó Ấn Độ, Ecuador, Braxin và Trung Quốc chiếm
một nửa của toàn thế giới. Điều này càng ngày càng tăng lên cho thấy sự tập trung hóa
về phân phối chuối trên toàn thế giới [7].
 Xuất khẩu
Xuất khẩu chuối trên thế giới chủ yếu tập trung vào các nước đang phát triển.
Riêng Mỹ La Tinh và khu vực Caribe đã chiếm 70% lượng xuất khẩu chuối năm 2004.
Bốn nước xuất khẩu chuối nhiều nhất thế giới vào năm 2004 là Ecuador, Costa Rica,
Philippin, Colombia đã chiếm tới 63% xuất khẩu chuối trên toàn thế giới. Chỉ tính
riêng Ecuador đã chiếm 30%.
 Nhập khẩu
Chỉ riêng EU, Mỹ, Nhật đã chiếm đến 67% nhập khẩu trên toàn thế giới vào năm
2004. Lượng nhập khẩu chuối ngày càng lớn của một số thị trường nổi tiếng như Liên
bang Nga, Trung Quốc, Đông Âu.
Diện tích và sản lượng trồng chuối ở Việt Nam được trình bày ở Bảng 1 và Bảng 2.
Bảng 1. Diện tích trồng chuối theo các vùng (đơn vị: ha) [7]
Năm
Vùng
2001

2002

2003

2004

2005

Đồng bằng
sông Hồng

17900

18100

17546

17407

16400

Đồng bằng
Bắc Bộ

8900

6300

9021

8849

8700

Tây Bắc

2300

2200

2376

2668

2600

Duyên Hải
Nam Trung Bộ

10200

10500

10642

10713

11400

Tây Nguyên

2900

3400

3493

3630

3700

Footer Page 10 of 161.

2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 11 of 161.
Bảng 2. Sản lượng trồng chuối theo vùng (đơn vị: tấn) [7]
Năm

Vùng
Đồng bằng
sông Hồng
Đồng bằng
Bắc Bộ
Tây Bắc

Duyên Hải
Nam Trung Bộ
Tây Nguyên

2001

2002

2003

2004

2005

17900

18100

17546

17407

16400

8900

6300

9021

8849

8700

2300

2200

2376

2668

2600

10200

10500

10642

10713

11400

2900

3400

3493

3630

3700

1.1.3. Thành phần hóa học của vỏ chuối
Vỏ chuối chiếm 20- 30% khối lượng của trái. Tuỳ theo loại chuối và đặc điểm nơi
trồng chuối mà các thành phần hoá học của vỏ chuối có thể biến đổi.

Hình 1.2. Vỏ chuối
Hàm lượng phần trăm các chất chính có trong vỏ chuối được trình bày ở Bảng 3.
Bảng 3. Thành phần hóa học của vỏ chuối [9]
Chất

% khối lượng

Xenlulozơ

4,5 – 4,6

Đường

1,61 – 1,97

Protein

1,40 – 1,45

Footer Page 11 of 161.

3

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 12 of 161.
Xenlulozơ: Xenlulozơ là một polime hợp thành từ các mắc xích β-glucozơ nối
với nhau bởi các liên kết β-1,4-glicozit, phân tử xenlulozơ không phân nhánh, không
xoắn.

Hình 1.3. Cấu trúc xenlulozơ
1.1.4. Một số hướng nghiên cứu sử dụng vỏ chuối làm vật liệu hấp phụ xử lí môi
trường
Với thành phần chính là các hợp chất polime có nhiều nhóm hiđroxyl, vỏ chuối
có thể làm vật liệu hấp phụ tốt. Trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều nhà khoa học
nghiên cứu vật liệu hấp phụ này để xử lý môi trường.
Ba tác giả Arunakumara, Budddhi Charana Walpola và Min-Ho Yoon đã sử dụng
vỏ chuối để hấp phụ các ion Pb2+, Ni2+, Zn2+, Cu2+, Co2+. Kết quả nghiên cứu cho thấy
dung lượng hấp phụ cực đại đối với các ion Pb2+, Ni2+, Zn2+, Cu2+, Co2+ lần lượt là
7,97 mg/g; 6,88 mg/g; 5,8 mg/g; 4,75 mg/g; 2,55 mg/g [24].
Tác giả M.A. Hossain cùng với cộng sự của mình cũng đã nghiên cứu sử dụng vỏ
chuối để hấp phụ ion Cu2+ và kết quả thu được ở pH= 6 là tối ưu và dung lượng hấp
phụ cực đại là 28 mg/g [26].
Theo tác giả Zahra Abbasi và các cộng sự dùng vỏ chuối để hấp phụ ion Co2+ và
Ni2+. Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại đối với Co2+ là 9,02 mg/g; Ni2+ là
8,91 mg/g [22].
Tác giả M.S. Mahmoud đã sử dụng vỏ chuối để hấp phụ ion Mn2+. Kết quả cho
thấy khả năng hấp phụ ion Mn2+ đạt tối ưu sau khi khuấy 1 giờ, nhiệt độ và pH tối ưu
lần lượt là 22oC và 5. Dung lượng hấp phụ cực đại là 11,806 mg/g [27].

Nhóm các tác giả M.N.A. Al-Azzawi, S.M. Shartooh và S.A.K. Al-Hiyaly cũng
nghiên cứu dùng vỏ chuối làm vật liệu hấp phụ các ion Cr3+, Ni2+, Zn2+. Kết quả
nghiên cứu cho thấy pH và nhiệt độ tối ưu lần lượt là 5 và 25oC. Dung lượng hấp phụ
cực đại của Cr3+ là 76 mg/g; Ni2+ là 19 mg/g và Zn2+ là 66 mg/g [23].

Footer Page 12 of 161.

4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 13 of 161.
Việc sử dụng vỏ chuối để hấp phụ ion kim loại nặng cũng được nhóm tác giả
khác ở Braxin thực hiện. Renata S.D. Castro cùng các cộng sự đã dùng vỏ chuối biến
tính với axit humic để hấp phụ ion Cu2+ và Pb2+. Kết quả thu được dung lượng hấp phụ
cực đại đối với các ion Cu2+ và Pb2+ lần lượt là 20,97 mg/g và 41,44 mg/g [25].
Hai tác giả Sunil Rajoriya và Balpreet kaur đã chế tạo các VLHP từ vỏ chuối
biến tính bằng axit xitric để hấp phụ ion Zn2+trong dung dịch nước. Nghiên cứu cũng
thu được kết quả là vỏ chuối sau khi biến tính có khả năng hấp phụ ion Zn2+ cao hơn
nhiều so với vỏ chuối ban đầu. Hai tác giả cũng đã khảo sát các điều kiện tối ưu cho
quá trình hấp phụ: pH tối ưu là 4, nhiệt độ đạt cân bằng hấp phụ nằm trong khoảng
30oC ÷35oC [29].

Ở nước ta có tác giả Đặng Văn Phi thuộc trường Đại học Đà Nẵng cũng nghiên

cứu việc biến tính vỏ chuối bằng axit xitric để hấp phụ hai ion là Cu2+ và Pb2+. Nghiên
cứu cũng thu được kết quả là khả năng hấp phụ hai ion này của vỏ chuối sau biến tính

cao hơn nhiều so với nguyên liệu đầu. Tác giả cũng đã khảo sát được các điều kiện tối
ưu cho quá trình hấp phụ: pH tối ưu là 6 và thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 60 phút
đối với cả hai ion Cu2+ và Pb2+; dung lượng hấp phụ cực đại đối với ion Cu2+ là 7,704
mg/g và 24,272 mg/g đối với ion Pb2+ [15].
Như vậy, khi biến tính khả năng hấp phụ của vỏ chuối tăng, cụ thể khi biến tính
với axit xitric sẽ cho hiệu suất hấp phụ cao, hơn nữa giá thành của axit xitric lại rẻ, do
đó trong nghiên cứu này chúng tôi biến tính vật liệu hấp phụ bằng axit xitric.
1.2. Giới thiệu axit xitric
1.2.1. Cấu tạo và một số đặc điểm về axit xitric

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của axit xitric
Axit xitric là một axit hữu cơ thuộc loại yếu, có công thức phân tử là C 6 H 8 O 7 .
Là một triaxit, có những tính chất chung của một axit cacboxylic. Ở điều kiện thường,

Footer Page 13 of 161.

5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 14 of 161.
axit xitric tồn tại ở dạng tinh thể khan hoặc dạng monohiđrat (C 6 H 8 O 7 .H 2 O). Axit
xitric nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 153oC, phân hủy thành CO 2 và nước ở nhiệt độ
khoảng 175oC [31].
Thời gian gần đây axit xitric được sử dụng làm tác nhân este hóa xenlulozơ.
James D. MC Sweeny (2006) đã dùng axit xitric hoạt hóa gỗ Aspen, Wayne
E.Marshall (2006) dùng axit xitric hoạt hóa vỏ đậu nành đều nhận thấy một sự gia tăng

đáng kể khả năng tách loại các ion kim loại tan trong nước [30].
1.2.2. Nguồn axit xitric
Theo các kết quả nghiên cứu, nguồn axit xitric dùng để biến tính chủ yếu là axit
xitric thương mại, tuy nhiên một số nghiên cứu cho thấy axit xitric còn có nhiều trong
các loại trái cây thuộc họ chanh, cam, quít; đặc biệt là nhiều nhất trong chanh.
Bảng 4. Hàm lượng của axit xitric trong một số loại trái cây (g/l) [28]
Trái cây

Hàm lượng axit xitric (g/l)

Chanh vỏ xanh

73,936

Chanh vỏ vàng

61,497

Nho

21,907

Cam

13,918

Quýt

12,735

Bảng 5. Hàm lượng của một số axit trong chanh vỏ xanh (g/l) [28]
Axit

Hàm lượng (g/l)

Oxalic

0,094

Tartaric

0,073

Malic

1,465

Lactic

1,545

Xitric

73,936

Ascorbic

0,718

Bên cạnh đó, ngoài axit xitric, trong nước cốt chanh còn có một số axit khác

như axit malic, axit oxalic, axit ascorbic,… hỗ trợ tăng tâm hấp phụ cho vật liệu. Do

Footer Page 14 of 161.

6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 15 of 161.
vậy, điểm mới trong đề tài này là chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của hỗn hợp axit xitric
thương mại và nước cốt chanh đến quá trình biến tính vật liệu hấp phụ.
1.3. Phản ứng este hóa
Quá trình hoạt hóa bao gồm các bước: ngâm vật liệu trong dung dịch axit xitric
bão hòa, sau đó sấy khô, các phân tử axit xitric khi đó sẽ thẩm thấu vào các mao quản
của vật liệu. Tiếp theo nung ở khoảng 120oC trong 8 giờ. Axit xitric đầu tiên sẽ
chuyển thành dạng anhyđric, tiếp theo là phản ứng este hóa xảy ra giữa anhyđric axit
và các nhóm hiđroxyl của xenlulozơ. Tại vị trí phản ứng như vậy đã xuất hiện hai
nhóm chức axit (từ axit xitric) có khả năng trao đổi ion. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo
dài thời gian phản ứng, quá trình este hóa có thể tiếp tục xảy ra đối với các nhóm axit
còn lại của axit xitric làm giảm khả năng trao đổi ion [30].

Hình 1.5. Phản ứng este hóa giữa xenlulozơ và axit xitric
So với các biện pháp biến tính xenlulozơ trước đó, phương pháp sử dụng axit
xitric có nhiều ưu điểm như điều kiện phản ứng đơn giản, tác nhân axit không độc
hại, giá thành không cao. Phương pháp này được nhiều tác giả khác ứng dụng rất
hiệu quả cho các phụ phẩm nông nghiệp như xơ dừa, bông vải, trấu… đó là các loại
vật liệu xốp dễ dàng cho axit xitric ngấm vào bên trong. Còn đối với một số gỗ cứng,

biện pháp này có hiệu quả không cao.

Footer Page 15 of 161.

7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 16 of 161.
1.4. Giới thiệu về niken
1.4.1. Đặc tính của niken
Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, nguyên tố niken (Ni) nằm ở ô số 28,
nhóm VIIIB, chu kỳ 4. Cấu hình electron của Ni: [Ar]3d84s2.
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 như sắt, nhiệt độ nóng chảy cao (145oC)
và nhiệt độ sôi cao (3185 oC), là kim loại có hoạt tính hoá học trung bình [19].
1.4.2. Nguồn phát sinh niken
Niken được phân bố chủ yếu trong các khoáng vật và có mặt trong các tế bào
động thực vật. Nguồn niken lớn nhất do con người 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 điezen là 500 ÷ 1000 mg/lít.

Niken có trong nước thải của một số nhà máy luyện kim và hoá chất có sử dụng

niken, đặc biệt là trong nước thải của các cơ sở mạ điện và sản xuất thép.
Trong tự nhiên cũng có các nguồn phát sinh niken như: hoạt động của núi lửa,
cháy rừng, bụi sao băng...[2].

1.4.3. Độc tính của niken
Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, 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 được thể hiện khi nó có thể thay thế các kim loại thiết
yếu trong các enzim và gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất trong cơ thể sinh vật
và người. Tiếp xúc lâu với niken có thể xuất hiện hiện tượng 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 được đào thải qua nước tiểu. Nguy hiểm lớn
nhất khi tiếp xúc với niken là có thể mắc bệnh ung thư đường hô hấp. Nhiễm độc
niken có thể chia thành hai trường hợp:
- Nhiễm độc cấp tính: bệnh này thường 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 thư xoang mũi, thanh quản và phổi. Ngộ độc niken qua đường
hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu kéo dài sẽ làm tăng nguy cơ gây bệnh ác

Footer Page 16 of 161.

8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 17 of 161.
tính ở một số cơ quan khác như gây ung thư thanh quản, dạ dày, thận và một số phụ
tạng khác (mô mềm).
Hàm lượng cho phép của niken trong nước uống theo TCVN là 0.01mg/l [2, 4, 5].
1.5. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng

Ngày nay do sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông
nghiệp và dịch vụ, dẫn đến nguồn nước đang bị ô nhiễm và ảnh hưởng trực tiếp tới
môi trường, sức khỏe con người. Đặc biệt vấn đề nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng
đang được quan tâm. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm kim loại nặng của nước
như hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp luyện kim, công nghiệp sản xuất hóa chất,
sơn, thuốc nhuộm… Trong số đó, nước thải ngành công nghiệp xi mạ nói chung và mạ
điện nói riêng có chứa hàm lượng cao muối vô cơ và kim loại nặng. Tùy theo kim loại
của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm chính có thể là đồng, niken, kẽm,… và cũng tùy vào
muối kim loại sử dụng mà nước thải có chứa cả các độc tố khác như sunfat, xianua,
amonium, …
Chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải ngành mạ điện được trình bày ở
Bảng 6.
Bảng 6. Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải mạ điện [1]
Chỉ tiêu

Đơn vị

pH

Nước thải chưa

Tiêu chuẩn kiểm soát

xử lí

TCVN 5945-1995
Loại B

Loại C

3,11

5,5 – 9,0

5,0 – 9,0

Niken

mg/l

5 – 85

1,0

2,0

Crom

mg/l

1 – 100

0,1

0,5

Kẽm

mg/l

2 – 150

2

5

Đồng

mg/l

15 – 200

1

5

Sắt

mg/l

1–5

5

10

Xianua

mg/l

1 – 50

0,1

0,2

Footer Page 17 of 161.

9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 18 of 161.
1.6. Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng
1.6.1. Phương pháp kết tủa
Nguyên tắc chung của phương pháp kết tủa là thêm một tác nhân tạo kết tủa vào
dung dịch nước, điều chỉnh pH của môi trường để chuyển ion cần tách về dạng hợp
chất ít tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa, thường sử dụng chất kiềm cho
vào dung dịch chứa ion kim loại cần kết tủa đến khi kết tủa hoàn toàn và sau đó lắng,
loại bỏ kết tủa. Chất kiềm ở đây thường được dùng là Ca(OH) 2 nhờ ưu điểm giá thành
rẻ và không độc hại [8].
1.6.2. Phương pháp trao đổi ion
Nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion: dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp,
các chất cao phân tử có gốc hyđrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion. Quá trình
trao đổi ion được tiến hành trong cột cationit và anionit. Các vật liệu nhựa này có thể
thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và
cũng không bị biến mất hoặc hoà tan. Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này

trao đổi với ion cùng dấu có trong dung dịch. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong
nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch [8, 12].
nRH + Mn+ R n M + nH+
1.6.3. Phương pháp điện hóa
Đây là phương pháp tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải
có chứa kim loại nặng cho dòng điện một chiều chạy qua. Phương pháp này cho phép
tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không bổ sung thêm hóa chất, nhưng lại thích
hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao (trên 1g/l) và chi phí điện năng là khá lớn
[12].
1.6.4. Phương pháp sinh học
Một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng
trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ ong, tảo… Với phương pháp
này, nước thải cần có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và phải bổ sung đủ chất
dinh dưỡng (nitơ, photpho), các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển
của các loài thực vật như rong tảo. Phương pháp này cần diện tích lớn và nếu nước thải
có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém [12].

Footer Page 18 of 161.

10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 19 of 161.
1.6.5. Phương pháp hấp phụ
Phương 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 lưu giữ các ion kim loại nặng trên bề

mặt VLHP. Việc lưu giữ các ion kim loại nặng có thể do lực tương tác giữa các phân
tử (lực Vander Waals – hấp phụ vật lý), cũng có thể do sự tạo thành các liên kết hóa
học, tạo phức chất giữa các ion kim loại với các nhóm chức (trung tâm hoạt động) có
trên bề mặt VLHP (hấp phụ hóa học), cũng có thể theo cơ chế trao đổi ion.
Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất nhiễm bẩn nhỏ và có
thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc qua các biện pháp xử lý hoá
học. Đây chính là ưu điểm của phương pháp hấp phụ so với các phương pháp xử lí đã
đề cập ở trên. Một số chất hấp phụ thường được dùng: cacbon hoạt tính, zeolit, bã mía,
vỏ chuối…[8, 12].
1.7. Giới thiệu về hiện tượng hấp phụ
1.7.1. Hiện tượng hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa các pha (lỏng – rắn, khí
– rắn, khí – lỏng). Chất mà trên bề mặt của nó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ,
chất được tích lũy trên bề mặt đó gọi là chất bị hấp phụ. Sự hấp phụ phụ thuộc vào bản
chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, vào nhiệt độ, vào nồng độ dung dịch (nếu sự hấp
phụ xảy ra trong pha lỏng) hoặc áp suất (nếu sự hấp phụ xảy ra trong pha khí). Tùy
theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta phân
biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý:
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử bị hấp phụ liên kết với các tiểu phân (nguyên
tử, ion, phân tử) ở bề mặt chất hấp phụ bởi lực liên kết Van der Waals yếu. Lực đó bao
gồm các lực hút như lực tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và định hướng. Sự hấp phụ vật lý
luôn là một quá trình thuận nghịch, nhiệt hấp phụ nhỏ, vào khoảng vài chục kJ/mol.
Hấp phụ hóa học:
Trong hấp phụ hóa học, lực tương tác giữa các tiểu phân là lực liên kết hóa học
(liên kết ion, cộng hóa trị, phối trí). Hấp phụ hóa học là quá trình bất thuận nghịch.
Nhiệt hấp phụ của quá trình lớn, khoảng vài trăm kJ/mol.
Trong thực tế, sự hấp phụ vật lý và hóa học chỉ mang tính chất tương đối, vì ranh giới
giữa chúng không thật rõ ràng. Trong một số trường hợp xảy ra đồng thời cả hai quá

Footer Page 19 of 161.

11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 20 of 161.
trình hấp phụ, các chất bị hấp phụ trên bề mặt do các lực vật lý và sau đó liên kết với
chất hấp phụ bởi các lực hóa học [8,12].
1.7.2. Nhiệt động học của quá trình hấp phụ
Hấp phụ là một quá trình tự diễn biến, vì vậy quá trình hấp phụ luôn kèm theo
sự giảm năng lượng tự do của hệ (ΔG). Do kết quả của sự định cư trên bề mặt của các
phân tử chất bị hấp phụ nên số bậc tự do của chúng giảm và do đó entropi của hệ giảm
(hệ chuyển từ vô trật tự sang có trật tự).
Theo nhiệt động học thì:
Nếu quá trình đẳng tích: ΔF = ΔU – T.ΔS
Nếu quá trình đẳng áp: ΔG = ΔH – T. ΔS

-

Hai hàm G và S đều giảm, do đó H cũng phải giảm. Do vậy, quá trình hấp phụ luôn
tỏa nhiệt [18].
1.7.3. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Trong một hệ hấp phụ, quá trình hấp phụ xảy ra đến lúc nồng độ của chất bị hấp
phụ trong môi trường xung quanh và trên bề mặt chất hấp phụ xác lập thành một cân
bằng động. Có nhiều mô hình nghiên cứu quá trình hấp phụ, tuy nhiên với những kết
quả thực nghiệm chúng tôi chọn mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir để nghiên

cứu phù hợp.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir [13, 18].
Theo Langmuir, bán kính tác dụng của lực hấp phụ nhỏ, mỗi trung tâm hấp phụ
một phân tử và như vậy trên bề mặt tạo thành một lớp hấp phụ đơn phân tử. Các phân
tử đã bị hấp phụ không cản trở sự hấp phụ các phân tử khác ở trên bề mặt còn trống.
Phương trình có dạng:

q = qmax
Trong đó:

𝑏𝑏.𝐶𝐶𝑓𝑓

1+𝑏𝑏.𝐶𝐶𝑓𝑓

(1)

- q (mg/g) là dung lượng hấp phụ
- q max (mg/g) là dung lượng hấp phụ cực đại
- b (l/g) là hằng số liên quan tới nhiệt hấp phụ (ái lực hấp phụ)
- C f (mg/l) là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng

Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, có
thể chuyển phương trình về dạng phương trình đường thẳng:

Footer Page 20 of 161.

12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 21 of 161.
𝐶𝐶𝑓𝑓
𝑞𝑞

=

1

𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

Cf +

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của

Ccb
q

1

vào Ccb sẽ xác định được các hằng số b và

q max trong phương trình (2). Đồ thị sự phụ thuộc của
Ccb
q

(2)

𝑏𝑏.𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

Ccb
q

vào Ccb có dạng như sau:

α

N

O
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của

𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑞𝑞

vào 𝐶𝐶𝑐𝑐𝑐𝑐

Ccb (mg/l)

Theo phương trình (2), ta có hệ số góc của phương trình là:
tgα =

Footer Page 21 of 161.

1

qmax

 q max =

1

tgα

13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 22 of 161.
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
 Chế tạo vật liệu từ vỏ chuối theo sơ đồ sau:
Vỏ chuối tươi

Làm sạch

Cắt nhỏ

+ sấy 1050C, 8h
Vỏ chuối khô
+ nghiền nhỏ

Vỏ chuối
nguyên liệu
+ axit xitric

Vỏ chuối tẩm
axit xitric
+ sấy 550C, 24h
+ nâng lên 120oC trong 8h

Vỏ chuối
biến tính
+ rửa bằng nước cất
+ sấy 55oC trong 8h

Vật liệu hấp phụ
(VLHP)

Footer Page 22 of 161.

14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 23 of 161.
 Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố sau đến quá trình biến tính vỏ chuối:
+ nồng độ axit xitric.
+ thời gian biến tính.
+ tỉ lệ hỗn hợp axit xitric và nước cốt chanh.
 Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố sau đến quá trình hấp phụ Ni2+ bằng vỏ
chuối đã biến tính:

+ thời gian.
+ pH.
+ nồng độ Niken.
 So sánh khả năng hấp phụ của vỏ chuối nguyên liệu và VLHP.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp phân tích trắc quang
2.2.1.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học
dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xạ thuộc
vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.
Khi chiếu các bức xạ điện từ qua dung dịch của các chất thì chất sẽ hấp thụ chọn
lọc một phần năng lượng bức xạ làm cho phân tử bị kích thích lên trạng thái năng
lượng cao hơn. Ở trạng thái kích thích, phân tử không bền vững và sau một thời gian
ngắn (khoảng 10-8 giây) phân tử sẽ giải phóng năng lượng thừa để trở về trạng thái ban
đầu bền hơn. Năng lượng thừa sẽ được giải phóng ra dưới một trong ba dạng: hóa
năng, quang năng và nhiệt năng. Trong đó quá trình giải phóng quang năng được sử
dụng làm cơ sở cho phương pháp phân tích trắc quang để xác định nồng độ các chất
dựa trên định luật cơ bản về hấp thụ ánh sáng.
Phương trình của định luật cơ bản về hấp thụ ánh sáng (định luật Bouguer –
Lambert – Beer):

Trong đó:

A = log

Io
I

= εlC

A: độ hấp thụ quang (mật độ quang).
I o : cường độ tia sáng chiếu đến dung dịch.
I: cường độ tia sáng ló ra sau khi đi qua lớp dung dịch.

Footer Page 23 of 161.

15


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 24 of 161.
ε: hệ số hấp thụ phân tử gam (cm2/mol), là đại lượng xác định, phụ thuộc
vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ.
l: chiều dày lớp dung dịch (cm).
C: nồng độ mol/lít của chất cần xác định.
Giá trị A được xác định bằng máy trắc quang, sau đó đựa vào phương trình trên
để suy ra nồng độ chất cần xác định [6, 10].
2.2.1.2. Phương pháp đường chuẩn trong phân tích trắc quang
Khi phân tích hàng loạt mẫu, để rút ngắn thời gian chuẩn bị và thời gian tính toán
kết quả, ta dùng phương pháp đường chuẩn.
Trước hết phải pha một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất chuẩn tăng dần.
Thêm lượng thuốc thử, điều chỉnh pH, dung môi vào cả dãy dung dịch với lượng như
nhau. Đem đo độ hấp thụ quang của cả dãy dung dịch, lập đồ thị A = f(C) gọi là đường
chuẩn.
A

Ax

Cx
C
Hình 1.7. Dạng đường chuẩn trong phân tích trắc quang
2.2.1.3. Phương pháp định lượng niken bằng trắc quang
Nguyên tắc của phương pháp này là khi có mặt chất oxi hóa thì Ni2+ sẽ bị oxi
hóa đến trạng thái oxi hóa cao hơn là Ni3+ (nếu chất oxi hóa là iot) hoặc Ni4+ (nếu chất
oxi hóa là amoni pesunfat). Niken ở trạng thái oxi hóa cao (Ni3+ hoặc Ni4+) sẽ tạo phức
với đimetylglyoxim (HDim). Tạo các phức tan trong nước có màu nâu đỏ, hấp thụ cực
đại ở bước sóng λ = 470 nm và có hệ số hấp thụ ε = 1300. Thông thường dùng chất oxi
hóa là I 2 trong KI vì I 2 không oxi hóa HDim, là phối tử tạo phức với ion Niken.

Footer Page 24 of 161.

16


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

Header Page 25 of 161.

Hình 1.8. Phức Niken đimetylglyoxim
Trong khóa luận này chúng tôi chọn phương pháp đường chuẩn để định lượng
niken trong dung dịch. Các dung dịch chứa niken có nồng độ xác định khác nhau sẽ
được đo mật độ quang, sau đó dùng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng
đường chuẩn A - C i :
A = a + bC
Trong đó:

A: mật độ quang
C: nồng độ của Ni2+
a, b: các hằng số tính được
Đường chuẩn A - C i thu được dùng để tính nồng độ của Ni2+ trong các thí
nghiệm sau này. Dung dịch Ni2+ sau khi khuấy với VLHP được lọc bằng giấy lọc đem
đi đo mật độ quang A để xác định nồng độ [3, 6, 10, 21].
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành đo trắc quang xác định nồng độ trên máy
V – 630 UV – Vis Spectrophotometer tại phòng Phân tích trung tâm 1 của khoa Hóa
học, trường Đại học Sư phạm TP.HCM.
2.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại
Phương pháp phổ hồng ngoại là một chuyên đề khá rộng trong các phương pháp
phổ ứng dụng trong hóa học. Trong luận văn này, chúng tôi chỉ trình bày một số nội
dung của phương pháp phổ này nhằm phục vụ cho việc biện luận các kết quả thực
nghiệm ở chương sau [16].
Phổ hồng ngoại (IR) là một trong các kĩ thuật phân tích quan trọng. Một trong
các lợi thế của phổ IR là hầu như bất kì mẫu nào và ở trạng thái nào cũng có thể
nghiên cứu được (chất lỏng, dung dịch, bột nhão, bột khô, phim, sợi, khí và các bề

Footer Page 25 of 161.

17