Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Zn(II), Pb(II) của axit humic

Header Page 1 of 126.

-1-

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ THỊ CẨM GIANG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CÁC ION KIM LOẠI Cu (II), Zn (II), Pb (II)
CỦA AXIT HUMIC

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số : 60 44 27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - 2011

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

-2-

Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Mạnh Lực

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Tự Hải

Phản biện 2: PGS.TS. Lê Thị Liên Thanh

Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng
6 năm 2011.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại
- Trung tâm thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

-3-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Việc nghiên cứu chiết tách A.H lấy từ nguồn than bùn ñịa
phương và ứng dụng chúng làm chất hấp phụ các ion kim loại nặng ñể
xử lý kim loại nặng trong các nguồn nước thải là một ñề tài không chỉ
có ý nghĩa lý thuyết ñơn thuần mà còn có giá trị thực tiễn lớn lao.
2. Mục ñích nghiên cứu
Để góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường, tôi chọn ñề
tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Zn(II),
Pb(II) của axit Humic” làm khóa luận thạc sĩ.

Trong ñề tài này, tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
- Đánh giá khả năng hấp phụ của axit humic.
- Xác ñịnh các ñiều kiện tối ưu của quá trình hấp phụ các ion
kim loại nặng: Cu2+, Zn2+, Pb2+ lên axit humic tách từ than bùn.
- Khảo sát khả năng tái hấp phụ của vật liệu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên c ứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề t ài
Sự thành công của ñề tài sẽ góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu
các hợp chất cao phân tử về mặt lý thuyết và tạo ra một loại vật liệu có
khả năng hấp phụ các ion kim loại, ứng dụng trong tách làm giàu và
xử lí ô nhiễm môi trường.
6. Cấu trúc của luận văn:
Ngoài phần mở ñầu và kết luận, nội dung của luận văn ñược
chia thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Nguyên liệu - phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và bàn luận

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

-4-

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN VÀ AXIT HUMIC
1.1.1. Nguồn than bùn ở Việt Nam
1.1.1.1. Đặc ñiểm chung

1.1.1.2. Tính chất vật lý
1.1.1.3. Tính chất hoá học
1.1.2. Quá trình trao ñổi, tích tụ các kim loại trong than bùn
1.1.3. Thành phần và cấu tạo của axit humic
1.1.3.1. Sự hình thành axit humic
1.1.3.2. Thành phần nguyên tố trong axit humic
1.1.3.3. Cấu tạo của axit humic
1.1.3.4. Khả năng hấp phụ của axit humic
1.1.3.5. Phổ hồng ngoại của axit humic
1.2. HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG BẰNG AXIT HUMIC
1.2.1. Một số khái niệm
1.2.2. Phân loại quá trình hấp phụ
1.2.3. Cơ chế hấp phụ
1.2.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ
1.2.4.1. Phương trình hấp phụ Frendlich
1.2.4.2. Phương trình hấp phụ Langmuir
1.2.4.3. Thuyết hấp phụ ña phân tử của BET
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ
1.2.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ
1.2.5.2. Ảnh hưởng của tính tương ñồng
1.2.5.3. Ảnh hưởng của pH
1.3. KIM LOẠI NẶNG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.3.1. Vấn ñề ô nhiễm môi trường
1.3.2. Các ion kim loại nặng

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

-5-

Chương 2. NGUYÊN LIỆU
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.1.1. Dụng cụ
2.1.2. Hóa chất
2.2. TINH CHẾ AXIT HUMIC TỪ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH
MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ
2.2.1. Tinh chế axit humic từ than bùn
2.2.2. Xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý của than bùn axit humic
2.2.2.1. Xác ñịnh hàm lượng tro
2.2.2.2. Xác ñịnh hàm lượng chất hữu cơ của than bùn
2.2.2.3. Xác ñịnh lượng nước hút ẩm không khí
2.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+, Zn2+, Pb2+
CỦA AXIT HUMIC
2.3.1. Hấp phụ bể
2.3.1.1. Khảo sát thời gian ñạt cân bằng hấp phụ
2.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến quá trình hấp phụ
2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến quá trình
hấp phụ
2.3.2. Hấp phụ cột
2.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua
cột) ñến khả năng hấp phụ
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến quá trình
hấp phụ
2.4. CHỤP PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU
KHI HẤP PHỤ
2.5. GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI HẤP PHỤ

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

-6-

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. TINH CHẾ AXIT HUMIC TỪ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH
MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ
3.1.1. Địa ñiểm lấy mẫu và ñặc tính nguyên liệu
3.1.2. Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn
Nước

Than bùn nguyên liệu (dạng sệt)
Khuấy ñều, ñể lắng, lọc qua
rây. Để khô ngoài không khí

Cát (loại bỏ)

Than bùn khô
Xử lý ngâm với NaOH 0,2N, ñể
lắng, lọc gạn thu lấy dung dịch

H2SO4 ñặc

Dung dịch humat

natri

pH = 1, ñể lắng trong 48h, lọc
gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc
trên giấy lọc
NaOH

Axit humic thô
pH = 1, ñể lắng trong 48h, lọc
gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc trên
giấy lọc, sấy khô ở 65oC. Lặp lại
quá trình 2 lần
Axit humic tinh chế (A.H/I)
Xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý

Lượng nước hút ẩm

Hàm lượng

IR, SEM, TG/DTA

tro

Hình 3.3. Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn
3.1.3. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý của than
bùn khô và axit humic

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

-7-

3.1.3.1. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh hàm lượng tro
* Cách tiến hành: Nung mẫu ở nhiệt ñộ 700°C trong lò nung,
thời gian 4 giờ. Kết quả thí nghiệm ñược trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1. Kết quả xác ñịnh hàm lượng tro axit humic tinh chế
Axit

Mẫu

m1 (gam)

m2 (gam)

m3 (gam)

Humic

Hàm lượng
tro (%)

A.H

1

31,524

32,616

31,565

3,75

thô

2

30,039

31,113

30,081

3,91

3

32,207

33,245

32,247

3,85

1

31,383

32,303

31,405

2,39

2

30,225

31,364

30,252

2,37

3

30,150

31,206

30,175

2,37

A.H/I

Nhận xét: Ta thấy: Hàm lượng tro giảm dần theo thứ tự A.H
thô > A.H/I. Chứng tỏ: axit humic sau khi ñược tinh chế thì hàm
lượng tro có giảm. Tuy nhiên, giảm không ñáng kể nên chỉ dừng lại ở

axit humic tinh chế 2 lần.
Axit humic ñã tinh chế có hàm lượng tro trung bình chỉ còn
2,38%. Như vậy, quá trình tinh chế axit humic có kết quả tốt.
3.1.3.2. Kết quả xác ñịnh hàm lượng hữu cơ
Hàm lượng hữu cơ của axit humic tinh chế (A.H/I) ñược xác
ñịnh theo phương pháp Turin (qua 3 lần thí nghiệm và lấy giá trị trung
bình) = 24,3%.
3.1.3.3. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh lượng nước hút ẩm
Cách tiến hành: Sấy mẫu ở nhiệt ñộ khoảng 100-105°C trong
tủ sấy, thời gian 4 giờ. Kết quả ñược trình bày ở bảng 3.2.
Nhận xét: Khả năng hấp thụ nước của axit humic ñã qua tinh
chế lớn hơn axit humic thô và càng tinh chế thì khả năng hấp thụ nước
càng cao. Hệ số khô kiệt của A.H/I: k = 0.9415.

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

-8-

Bảng 3.2. Kết quả xác ñịnh lượng nước hút ẩm
Axit

Mẫu

m1 (g)

m2 (g)

m3 (g)

humic

Hàm lượng

Hệ số

nước ẩm

khô

N (%)

kiệt (k)

A.H

1

31,536

32,542

32,490

5,41

0,9459

thô

2

30,144

31,139

31,088

5,36

0,9464

3

32,227

33,243

33,192

5,32

0,9468

1

31,383

32,381

32,326

5,80

0,9420

2

30,155

31,158

31,103

5,83

0,9417

3

30,212

31,223

31,167

5,91

0,9409

A.H/I

3.1.4. Phổ hồng ngoại, ảnh SEM và phổ phân tích nhiệt vi sai của
axit humic
Kết quả phân tích hồng ngoại cho phép ta ñánh giá sự có mặt
của các nhóm chức và khẳng ñịnh phần nào cấu trúc phân tử của
chúng. Đối chiếu với phổ hồng ngoại của một số mẫu [8], nhận thấy
có một số dải hấp thụ chính ñại diện cho các nhóm chức hoặc các mối
liên kết; mức ñộ hấp thụ tăng hay giảm và sự xê dịch của chúng là tùy
thuộc vào loại axit humic của từng nguồn than bùn khác nhau.
Bảng 3.3. Những dải hấp thụ hồng ngoại chính ở mẫu axit humic tinh
chế và axit humic [8]
Dải tần số (cm-1)
Nhóm chức/liên kết
tương ứng
Axit humic Axit humic Axit humic
[8]

thô

tinh chế

3395.00

3431

3411

2920.80

2925

2920

OH có liên kết hyñro

1624.00

1630

1622

C – H béo hóa trị

1458.10

1390

1386

N – H, C=N, C–C thơm

1031.50

1118

1029

C=C thơm

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

-9-

Nhận xét: Từ bảng ta thấy, axit humic tinh chế lấy từ nguồn
than bùn ở hồ Bàu Sấu, Liên Chiểu, Đà Nẵng có dải phổ tương ñương
với axit humic mẫu. Như vậy quá trình tinh chế axit humic cho kết
quả tốt.
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

Date: 4/28/2011

Resolution: 4cm-1

GIANG A-H-1

0.350
0.34
0.33
0.32
0.31
3431

0.30
0.29

A

0.28

1630

0.27

2925

0.26

2854
1390
1261

0.25

1118
588

499

699

0.24

0.23
0.22
0.210
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400.0

cm-1

Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của axit humic thô
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai

Date: 4/28/2011

Resolution: 4cm-1

DT:01684097382

GIANG A-H-2

0.750
0.74
0.73
0.72
0.71
0.70
0.69

3411
1622

0.68
0.67

0.66

2920

1244

0.65
A

2849

0.64

1386
1029

0.63

526

0.62
0.61
0.60
0.59
0.58
0.57
0.56
0.550
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

cm-1

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của axit humic tinh chế

Footer Page 9 of 126.

800

600

400.0


Header Page 10 of 126.

- 10 -

Hình 3.7. Ảnh SEM của axit humic ở các kích thước khác nhau

Hình 3.8. Phân tích nhiệt vi sai của axit Humic
Trên giản ñồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt ở
135,50C (ứng với ñộ giảm khối lượng là 11,98%), ñó có thể là do quá
trình mất nước hấp phụ trong phân tử axit Humic. Và hiệu ứng tỏa
nhiệt ở 5870C (ñộ giảm khối lượng là 32,53%) ứng với sự cháy.

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

- 11 -

3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION M2+
CỦA AXIT HUMIC
Axit humic (A.H/I)
Hấp phụ ion Zn2+, Cu2+, Pb2+
trong môi trường nước

Hấp phụ cột

Hấp phụ bể
Thời
gian

Nồng ñộ ñầu

pH

Tốc ñộ chảy

Nồng ñộ ñầu

pH

A.H/I
I
Khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ
Hình 3.9. Sơ ñồ nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại của A.H
3.2.1. Hấp phụ bể
3.2.1.1. Khảo sát thời gian ñạt cân bằng hấp phụ
Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml
dung dịch M2+ 250 (mg/l), pH = 5, thời gian thay ñổi từ 10 - 150
phút. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.10.
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

30
25
20
Cu (II)
15

Zn (II)
Pb (II)

10
5
0
10

20

40

60

90

120

150

Thời gian (phút)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến tải trọng hấp phụ
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

- 12 -

Thời gian tăng thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng.
Thời gian ñầu tải trọng hấp phụ khá thấp và tăng chậm. Nguyên nhân
ở ñây là do cấu trúc của axit humic, thời gian ñầu quá trình khuyếch
tán dung dịch vào trong hạt chưa ñáng kể, sự hấp phụ mới chỉ xảy ra
trên bề mặt chất hấp phụ nên khả năng hấp phụ còn thấp.
Khoảng thời gian tiếp theo, tải trọng hấp phụ tăng nhanh và
tăng gần như tuyến tính. Thời gian sau ñó thì sự hấp phụ gần như bão
hòa, tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng lên không ñáng kể.
Lúc này, sự hấp phụ xảy ra cả bên trong chất hấp phụ nên khả năng
hấp phụ tăng cao dần cho ñến khi ñạt cân bằng.
Như vậy: Thời gian ñạt cân bằng hấp phụ của Cu2+ là 90 phút,
của Zn2+ và Pb2+ là 60 phút. Có thể chọn thời gian thích hợp cho
những nghiên cứu tiếp theo.
3.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ
Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml
dung dịch M2+ 250 (mg/l), pH thay ñổi từ 2 - 6, thời gian là 90 phút
ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ và Pb2+, khuấy ñều bằng máy khuấy
từ. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.11.
Tải trọng hấp phụ (m g/g)

30
25
20
Cu (II)
15

Zn (II)

Pb (II)

10
5
0
2

3

4

5

6

pH

Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:

Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

- 13 -

+ Khả năng hấp phụ ion M2+ của axit humic phụ thuộc rất lớn
vào pH của dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung của quá
trình tạo phức giữa các ion kim loại với phối tử thuộc nhóm các axit

yếu HnL.
+ Ở pH thấp, khả năng hấp phụ của axit humic không ñáng
kể, và khả năng ñó tăng khi pH của dung dịch hấp phụ tăng từ 2 - 5.
Nguyên nhân là do sự kém ổn ñịnh của phức chelat tạo thành giữa ion
kim loại và axit humic ở vùng pH thấp. Mặt khác, các phối tử L liên
kết chặt chẽ với ion H+ nên không có hoặc kém có khả năng tương tác
phối trí với các ion kim loại. Lúc này phản ứng phối trí giữa ion kim
loại với ñôi ñiện tử tự do ở nguyên tử N hay O cạnh tranh với phản
ứng proton hóa nhóm amino – NH2 thành NH3+. Vì vậy, nồng ñộ ion
M2+ còn lại sau khi hấp phụ càng cao khi pH của dung dịch hấp phụ
càng thấp.
+ Tại pH = 5, khả năng hấp phụ của axit humic là lớn nhất.
Khi pH > 5, khả năng hấp phụ giảm và giảm chậm. Nguyên nhân là ở
pH cao, nhóm amino không bị proton hóa và ion kim loại dễ dàng liên
kết với nhóm amino. Vì vậy, nồng ñộ ion M2+ còn lại sau khi hấp phụ
càng thấp khi pH của dung dịch hấp phụ càng cao.
Mặt khác, ở pH > 5 có sự tạo thành một lượng kết tủa
M(OH)2. Và kể từ giá trị pH ≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện hiện tượng hòa
tan một lượng nhỏ humic thành humat. Trong thí nghiệm tạo môi
trường pH = 6 ñã sử dụng dung dịch NaOH và ñiều này làm tăng pH
cục bộ. Có thể là khi ñó, một lượng nhỏ humic ñã tan ra và tạo với ion
M2+ humat tan hoặc thể keo chui ñược qua giấy lọc.
Như vậy: Có thể chọn pH = 5 cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến quá trình
hấp phụ. Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại

Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

- 14 -

Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml
dung dịch M2+, [M2+] thay ñổi từ 50 - 300 (mg/l), pH = 5, thời gian 90
phút ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ và Pb2+. Kết quả ñược trình
bày ở hình 3.12.
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

30
25
20
Cu (II)
15

Zn (II)
Pb (II)

10
5
0
50

100

150

200

250

300

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu M2+ ñến tải trọng hấp phụ
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:
Khi tăng nồng ñộ ñầu ion M2+ từ 100 - 300 (mg/l) ñưa vào thì
hiệu suất hấp phụ (% tương ñối) giảm xuống (giảm chậm ở vùng nồng
ñộ cao). Tuy nhiên lượng tuyệt ñối kim loại bị kết tủa tăng lên.
Khi nồng ñộ kim loại thấp thì hiệu suất hấp phụ tăng: nồng ñộ
ñầu ion M2+ 50mg/l thì hiệu sất hấp phụ ñạt 45% - 66%. Điều này chỉ
ra khả năng thuận lợi ñể sử dụng axit humic vào mục ñích tách các ion
kim loại nặng khỏi môi trường nước.
Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại: Kết quả ñược trình bày ở
hình 3.13, 3.14, 3.15.
Đại lượng hấp phụ (g/l)

12
y = 0,0503x + 1,5706
R2 = 0,9824

10
8
6
4
2
0
0

50

100

150

200

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir với Cu2+

Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

- 15 -

10
Đại lượng hấp phụ (g/l)

9

y = 0,0521x + 1,2468
R2 = 0,9968

8
7
6

5
4
3
2
1
0
0

50

100

150

200

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.14. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với Zn2+
5
y = 0,034x + 0,5041
R2 = 0,9919

Đại lượng hấp phụ (g/l)

4,5
4
3,5
3
2,5

2
1,5
1
0,5
0
0

50

100

150

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.15. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với Pb2+
Từ kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ ñẳng nhiệt
Langmuir mô tả khá chính xác sự hấp phụ của M2+ lên axit humic.
Điều này ñược thể hiện qua hệ số tương quan R2 của phương trình hồi
qui.
Từ phương trình thu ñược có thể xác ñịnh tải trọng hấp phụ
cực ñại của các ion M2+ như sau:
+ Đối với ñồng là: qmax = 19,88 (mg/g).
+ Đối với kẽm là: qmax = 19,19 (mg/g).
+ Đối với chì là: qmax = 29,41 (mg/g).
Giá trị ái lực hấp phụ của Cu2+ = 0,032; của Zn2+ = 0,042; của
Pb2+ = 0,067, cho phép thấy axit humic có ái lực với ion Pb2+ > Zn2+ >
Cu2+.

Footer Page 15 of 126.

Header Page 16 of 126.

- 16 -

Như vậy, quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá
trình hấp phụ ion M2+ của axit humic (kích thước hạt < 0.5mm) ở ñiều
kiện tĩnh thu ñược kết quả như sau:
- Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, q

max

= 19,88 (mg/g), b =

max

= 19,19 (mg/g), b =

max

= 29,41 (mg/g), b =

0,032, H = 63,70%.
- Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, q
0,042, H = 69,36%.
- Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, q
0,067, H = 85,10%.
3.2.2. Hấp phụ cột
3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua

cột) ñến khả năng hấp phụ
* Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch
2+

M 250 (mg/l), pH = 4 qua cột axit humic, ñiều chỉnh cho dung dịch
chảy ra với tốc ñộ thay ñổi: 1; 2; 3; 4; 5 (ml/phút). Thu dung dịch
chảy ra thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.
Kết quả ñược trình bày ở hình 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20.

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,4
1,2
1

1 ml

0,8

2 ml
3 ml

0,6

4 ml

0,4

5 ml

0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.16. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Cu2+

Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

- 17 -

0,9

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

0,8
0,7
1 ml

0,6

2 ml

0,5

3 ml

0,4

4 ml

0,3

5 ml

0,2
0,1
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Zn2+

Tải trọng hấp phụ (m g/g)

1,6
1,4
1,2

1 ml

1

2 ml

0,8

3 ml

0,6

4 ml
5 ml

0,4
0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.18. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Pb2+

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,6
1,4
1,2
1

Cu (II)

0,8

Zn (II)

0,6

Pb (II)

0,4
0,2
0
1

2

3

4

5

Tốc ñộ chảy (ml/phút)

Hình 3.19. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ trung
bình ion M2+

Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

- 18 -

100

Hiệu suất hấp phụ (%)

90
80
70
60

Cu (II)

50

Zn (II)

40

Pb (II)

30
20
10
0
1

2

3

4

5

Tốc ñộ chảy (ml/phút)

Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến hiệu suất hấp phụ trung
bình của M2+.
Từ kết quả khảo sát cho thấy:
Tốc ñộ chảy ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng hấp phụ. Nhìn
chung khi tốc ñộ chảy tăng từ 1 - 5 (ml/phút) thì tải trọng hấp phụ
cũng như hiệu suất hấp phụ giảm và giảm gần như tuyến tính. Điều
này có thể giải thích là do khi tốc ñộ chảy lớn, thời gian ñể ñạt cân
bằng hấp phụ sẽ giảm. Hiệu suất hấp phụ trung bình ñạt giá trị cao
nhất khi tốc ñộ chảy là 1 (ml/phút). Ở những tốc ñộ chảy khác nhau, ta
thấy lúc ñầu khả năng hấp phụ tăng và ñều ñạt giá trị cực ñại ở phân
ñoạn thứ 2, tại ñó tốc ñộ chảy ñã ổn ñịnh, sau ñó thì giảm dần ở những
phân ñoạn tiếp theo.
Vậy: Có thể chọn tốc ñộ chảy là 1 (ml/phút) cho các nghiên
cứu tiếp theo.

3.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ
* Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch
M

2+

250 (mg/l), pH thay ñổi từ 2 - 6 qua cột axit humic, ñiều chỉnh

cho dung dịch chảy ra với tốc ñộ 1 (ml/phút). Thu dung dịch chảy ra
thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.
Kết quả ñược trình bày ở hình 3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25.

Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

- 19 -

Tải trọng hấp phụ (m g/g)

1,4
1,2
1

pH = 2

0,8

pH = 3

pH = 4

0,6

pH = 5

0,4

pH = 6

0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.21. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Cu2+
0,9
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

0,8
0,7
pH = 2

0,6

pH = 3

0,5

pH = 4
0,4

pH = 5

0,3

pH = 6

0,2
0,1
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.22. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Zn2+
Tải trọng hấp phụ (m g/g)

1,6
1,4
1,2
pH = 2
1

pH = 3

0,8

pH = 4

0,6

pH = 5
pH = 6

0,4
0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Pb2+

Footer Page 19 of 126.

Header Page 20 of 126.

- 20 -

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,6
1,4
1,2
1

Cu (II)

0,8

Zn (II)

0,6

Pb (II)

0,4
0,2
0
2

3

4

5

6

pH

Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ trung bình ion
M2+
100

Hiệu suất hấp phụ (%)

90
80
70
60

Cu (II)

50

Zn (II)

40

Pb (II)

30
20
10

0
2

3

4

5

6

pH

Hình 3.25. Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất hấp phụ trung bình
ion M2+
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:
+ Khả năng hấp phụ của axit humic tăng nhanh khi pH của
dung dịch hấp phụ tăng từ 2 - 4. Nguyên nhân là do sự kém ổn ñịnh
của phức chelat tạo thành giữa ion kim loại và axit humic ở vùng pH
thấp, H+ của dung dịch ñệm bám trên bề mặt axit humic ngăn cản quá
trình tạo phức chelat.
+ Tại pH = 4, khả năng hấp phụ của axit humic là lớn nhất.
+ Khi pH > 4, khả năng hấp phụ giảm chậm dần. Nguyên
nhân là ở pH cao, nhóm amino không bị proton hóa và ion kim loại dễ
dàng liên kết với nhóm amino làm nồng ñộ ion M2+ còn lại sau khi hấp

Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

- 21 -

phụ càng thấp khi pH của dung dịch hấp phụ càng cao. Mặt khác, ở
pH >5 có sự tạo thành một lượng kết tủa M(OH)2. Và kể từ giá trị pH
≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện hiện tượng hòa tan một lượng nhỏ humic
thành humat tan hoặc thể keo chui ñược qua giấy lọc.
Như vậy: Có thể chọn pH = 4 cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến quá trình
hấp phụ
* Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch
M , [M2+] thay ñổi từ 100 - 300 (mg/l), pH = 4 qua cột axit humic,
2+

ñiều chỉnh cho dung dịch chảy ra với tốc ñộ 1 (ml/phút). Thu dung
dịch chảy ra thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.
Kết quả ñược trình bày ở hình 3.26, 3.27, 3.28, 3.29, 3.30.
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,4
1,2
1

100 mg/l

0,8

150 mg/l
200 mg/l

0,6

250 mg/l

0,4

300 mg/l

0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.26. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Cu2+ ñến tải trọng hấp phụ
1

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

0,9
0,8
0,7

100 mg/l

0,6

150 mg/l

0,5

200 mg/l

0,4

250 mg/l

0,3

300 mg/l

0,2
0,1
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.27. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Zn2+ ñến tải trọng hấp phụ

Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

- 22 -

1,8
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,6
1,4
100 mg/l

1,2

150 mg/l

1

200 mg/l

0,8

250 mg/l

0,6

300 mg/l

0,4
0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Phân ñoạn

Hình 3.28. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Pb2+ ñến tải trọng hấp phụ
1,8
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

1,6
1,4
1,2
Cu (II)

1

Zn (II)

0,8

Pb (II)

0,6
0,4
0,2
0
100

150

200

250

300

Nồng ñộ ñầu (mg/l)

Hình 3.29. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ
trung bình
100

Hiệu suất hấp phụ (%)

90
80
70
60

Cu (II)

50

Zn (II)

40

Pb (II)

30
20
10
0
100

150

200

250

300

Nồng ñộ ñầu (mg/l)

Hình 3.30. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ
trung bình
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:
Khi tăng nồng ñộ ñầu của ion M2+ (trong khoảng 100 - 300
(mg/l)) thì tải trọng hấp phụ tăng chậm và hiệu suất hấp phụ thay ñổi
không ñáng kể. Nghĩa là khả năng hấp phụ ion M2+ của cột axit humic
bị ảnh hưởng không lớn bởi sự thay ñổi nồng ñộ ñầu ion M2+.

Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

- 23 -

Kết luận: Quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến khả
năng hấp phụ ion M2+ trong nước bằng cột axit humic (kích thước hạt
là 1mm) thu ñược một số kết quả sau:
- Đối với Cu2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút, pH = 4, H = 83.15%
- Đối với Zn2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút), pH = 4, H = 71.35%
- Đối với Pb2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút, pH = 4, H = 89.41%
3.4. PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU KHI HẤP
PHỤ ION M2+
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

Date: 4/28/2011

Resolution: 4cm-1

GIANG A-H-Cu2+

0.4500
0.445
0.440
0.435
0.430
0.425
0.420
0.415

0.410
3425

0.405
0.400
A

0.395
0.390
0.385
0.380
3709

0.375

1632
2921

0.370

589
1388

503

1121
1251

0.365
2364

1013

0.360

885

0.355
0.350
0.3450
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400.0

cm-1

Hình 3.31. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Cu2+
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

Date: 4/28/2011

Resolution: 4cm-1

GIANG A-H-Zn2+

0.450
0.44
0.43
0.42
0.41
3409

0.40

0.39

1622

0.38
2921

0.37
A

1701

0.36

1246
2850

0.35

1388

0.34

1030

0.33
0.32
536

0.31

0.30
0.29
0.28
0.270
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400.0

cm-1

Hình 3.32. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Zn2+

Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

- 24 BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai

Date: 4/28/2011

Resolution: 4cm-1

DT:01684097382

GIANG A.H.Pb2+

0.3000
0.295
0.290
0.285
0.280

0.275
0.270
0.265
3415

0.260
0.255

1627

A
0.250
2923

0.245
1251

2854

0.240

1386

1120

521
1025

0.235
0.230

0.225
0.220
0.215
0.2100
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400.0

cm-1

Hình 3.33. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Pb2+
Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion M2+ ñược
trình bày ở hình 3.31, 3.32, 3.33. Đối chiếu với phổ hồng ngoại của
axit humic trước khi ñem hấp phụ, chúng tôi nhận thấy: chúng ñều có
một số dải hấp thụ chính ñại diện cho các nhóm chức hoặc các mối
liên kết. Tuy nhiên, mức ñộ hấp thụ có sự xê dịch ñáng kể.
3.5. GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI HẤP PHỤ
3.5.1. Giải hấp phụ
* Điều kiện tiến hành: Cho 1 gam axit humic (A.H/I – M2+)
vào 3 bình tam giác có chứa sẵn 200ml dung dịch axit HCl 0,1N (pH
= 1) hoặc dung dịch ñệm (pH = 3, pH = 5). Hỗn hợp ñược khuấy ñều
bằng máy khuấy từ, ở nhiệt ñộ phòng trong 4 giờ rồi lọc.
Bảng 3.31. Kết quả giải hấp phụ ion kim loại từ axit humic ở các pH
khác nhau.
M

2+

Lượng ion kim loại giải hấp phụ (%)
pH = 1

pH = 3

pH = 5

2+

82,33

52,21

31,35

2+

85,65

56,77

35,21

2+

89,45

62,11

38,23

Cu
Zn
Pb

Footer Page 24 of 126.

Header Page 25 of 126.

- 25 -

Từ bảng 3.31 cho thấy, khả năng giải hấp phụ các ion kim loại
M

2+

ra khỏi axit humic tương ñối dễ dàng và khả năng ñó tăng dần

theo chiều giảm pH. Điều này ñược giải thích như sau: phức chelat tạo
thành giữa ion kim loại và axit humic bền trong môi trường pH cao
hơn là ở pH thấp.
Như vậy: Có thể chọn pH = 1 cho các quá trình giải hấp phụ.
3.5.2. Tái hấp phụ
Điều kiện tiến hành: Tiến hành tái hấp phụ các ion kim loại
lên axit humic (A.H/II – M2+) như quá trình hấp phụ với các ñiều kiện
tối ưu ñã tìm ñược cho mỗi loại ion.
- Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).
- Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).
- Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).

Tải trọng hấp phụ (mg/g)

30
25
20
Cu (II)
15

Zn (II)
Pb (II)

10
5
0
Ban ñầu

Lần 1

Lần 2

Lần 3

Lần 4

Lần 5

Số chu trình hấp phụ

Hình 3.34. Khả năng tái hấp phụ ion kim loại M2+ lên axit humic.
Từ hình 3.34 cho thấy sau khi giải hấp phụ ion kim loại M2+ ra
khỏi axit humic rồi tiến hành tái hấp phụ ion kim loại M2+ thì khả
năng hấp phụ của axit humic giảm nhưng không thay ñổi nhiều. Tải
trọng hấp phụ ion M2+ của axit humic sau 5 lần thực hiện chu trình hấp
phụ - giải hấp giảm không ñáng kể (Cu2+: 18,42%; Zn2+: 18,38%;
Pb2+: 19,84%) so với lần hấp phụ ñầu tiên. Như vậy, axit humic có thể
ñược sử dụng nhiều lần ñể hấp phụ ion kim loại.

Footer Page 25 of 126.