Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía, ứng dụng xử lí kim loại nặng trong nước

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
KHOA CÔNG NGHỆ
TRƢỜNG -----------ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
NGHIÊN
CỨU
TỔNG
HỢP
VẬT LIỆU
HẤP PHỤ
MAO
QUẢN
TRUNG
BÌNH
HẤP PHỤ MAO
TRUNG BÌNH
TỪQUẢN
BÃ MÍA
TỪ BÃ MÍA

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
Ths. Huỳnh Thu Hạnh

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Bùi Phong Phú (MSSV: 2102384)
Ngành: Công nghệ hóa học 2 - Khóa 36

Cần Thơ 12/2014

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

LỜI CẢM ƠN
-----------Trước hết, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã nhiệt tình truyền đạt cho em
những kiến thức, kinh nghiệm và nhiều kỹ năng bổ ích không thể thiếu trong công việc
và cuộc sống.
Em xin chân lời cảm ơn đến cô Huỳnh Thu Hạnh, giảng viên bộ môn Công nghệ
Hóa học – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và
truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báo trong suốt quá trình học tập và làm luận

văn.
Chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ - Trường Đại
học Cần Thơ, đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài.
Cảm ơn toàn thể các bạn lớp Công nghệ Hóa học K36 đã giúp đỡ, động viên tôi
trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Người viết

Bùi Phong Phú

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, rất thuận lợi cho ngành mía đường phát
triển. Niên vụ sản xuất mía đường 2006 - 2007, diện tích mía cả nước là 310,067ha, sản
lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn. Năm 2010, sản lượng đường sản xuất trong
cả nước đạt 1,5 triệu tấn.
Phát triển sản xuất mía đường là một định hướng đúng đắn.Tuy nhiên, các nhà
máy sản xuất đường cũng thải ra một lượng không nhỏ bã mía. Theo tính toán của các

nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải
khổng lồ 2,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi
trong các nhà máy sản xuất đường, sinh ra 50.000 tấn tro. Tuy là phế thải nhưng trong tro
và bã bùn lại có nhiều chất hữu cơ, và đó cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm mạch
nước ngầm và nước mặt cũng bị ô nhiễm trầm trọng. Vì vậy, nhu cầu sử dụng vật liệu
hữu cơ, vô cơ để chế tạo các thiết bị lọc nước và hấp phụ các kim loại ngày càng thu hút
sự quan tâm của các nhà khoa học.
Vật liệu vi mao quản đã được ứng dụng rộng rãi trong xúc tác và hấp phụ, nhưng
có điểm hạn chế là không thích hợp với các phân tử lớn. Để khắc phục nhược điểm trên
các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã
mía. Tuy nhiên, ở Việt Nam vật liệu này vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ
mao quản trung bình từ bã mía, ứng dụng xử lí kim loại nặng trong nước”
Mục đích của đề tài là tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía.
Qua đó, mẫu xúc tác khi tổng hợp được phân tích bằng các phương pháp phân tích hóa lý
như phân tích phổ hồng ngoại. Sau đó ứng dụng xử lí kim loại nặng trong nước.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

MỤC LỤC

Nhận xét đánh giá của các bộ hƣớng dẫn
Nhận xét và đánh giá của cán bộ chấm phản biện
Lời mở đầu .......................................................................................................................... i
Mục lục ............................................................................................................................... ii
Tóm tắt .............................................................................................................................. vi
Danh mục từ viết tắt ........................................................................................................ vii
Danh mục hình................................................................................................................ viii
Danh mục bảng ................................................................................................................. ix

PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU ..................................................................... 1
1.1.

.Giới thiệu về vật liệu mao quản. ..................................................................... 1

1.1.1. Vật liệu mao quản ...................................................................................... 1
1.1.2. Vật liệu mao quản trung bình. .................................................................... 2
1.1.3. Phân loại mao quản trung bình ................................................................... 3
1.1.3.1.

Phân loại thành phần. ...................................................................... 3

1.1.3.2.

Phân loại cấu trúc. ........................................................................... 3

1.1.4. Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình ......................................... 3

1.2.

1.1.4.1.

Cơ chế định hướng theo tinh thể lỏng .............................................. 4

1.1.4.2.

Cơ chế sắp xếp ống.......................................................................... 5

1.1.4.3.

Cơ chế tạo lớp trung gian................................................................. 5

1.1.4.4.

Cơ chế gấp ...................................................................................... 6

1.1.4.5.

Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc ........................................................... 6

Giới thiệu về vật liệu hấp phụ bã mía............................................................... 6

1.2.1. Nguồn nguyên liệu. .................................................................................... 6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

SVTH: Bùi Phong Phú

1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu .......................................................... 7
1.3.

Các phương pháp phân tích ............................................................................. 8

1.3.1. Khái quát về hấp phụ.................................................................................. 8
1.3.1.1.

Hấp phụ vật lí .................................................................................. 8

1.3.1.2.

Hấp phụ hóa học.............................................................................. 9

1.3.1.3.

Phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học .................................. 9

1.3.1.3.1. Nhiệt hấp phụ ............................................................................ 9
1.3.1.3.2. Lượng chất bị hấp phụ ............................................................... 9
1.3.1.3.3. Sự chọn lọc hấp phụ .................................................................. 9
1.3.1.3.4. Sự phụ thuộc của nhiệt độ ......................................................... 9

1.3.1.3.5. Tính chất của các mối nối hấp phụ ...........................................10
1.3.1.3.6. Năng lượng hoạt hóa hấp phụ ...................................................10
1.3.1.3.7. Tính thuận nghịch của hấp phụ .................................................10
1.3.1.3.8. Trạng thái của chất bị hấp phụ ..................................................11
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ .............................................11
1.3.2.1.

Ảnh hưởng của dung môi ...............................................................11

1.3.2.2.

Ảnh hưởng của chấp hấp phụ và bị hấp phụ....................................12

1.3.2.3.

Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................................12

1.3.3. Các phương pháp phân tích hóa lý.............................................................13
1.3.3.1.

Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoài ................................13

1.3.3.2.

Phương pháp phân tích thành phần .................................................14

1.3.3.3.

Phương pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X ...........................15

1.3.3.4.

Phương pháp xác định diện tích bề mặt ..........................................15

1.3.3.5.

Phương pháp electron UV-VIS. ......................................................16

1.3.3.6.

Sơ lược về đo kích thước hạt bằng Laser ........................................16

2. PHẦN 2. THỰC NGHIỆM ..............................................................................18
2.1. Thiết bị, hóa chất ............................................................................................18
2.1.1. Thiết bị......................................................................................................18
2.1.2. Hóa chất ....................................................................................................18

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.2.

SVTH: Bùi Phong Phú

2.1.2.1.

Chuẩn bị dung dịch gốc ..................................................................18

2.1.2.2.

Chuẩn bị chất chỉ thị .......................................................................18

Nguyên liệu ....................................................................................................18

2.2.1. Xử lí nguyên liệu.......................................................................................18
2.2.2. Chế tạo vật liệu .........................................................................................19
2.3.

Khảo sát khả năng hấp phụ của ion kim loại trong nước .................................19

2.3.1. Định lượng kim loại ..................................................................................19
2.3.1.1.

Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP

đối với Cu2+ ....................................................................................................19
2.3.1.2.

Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP

đối với Pb2+ ....................................................................................................20
2.3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của của VLHP .......21

2.3.2.1.

Ảnh hưởng của thời gian ................................................................21

2.3.2.2.

Ảnh hưởng của pH .........................................................................21

2.3.2.3.

Ảnh hưởng của nồng độ..................................................................21

PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................22
3.1.

Kết quả phân tích hóa lý ................................................................................22

3.1.1. Kết quả phân tích IR .................................................................................22
3.1.2. Kết quả chụp SEM ....................................................................................23
3.1.3. Kết quả đo kích thước hạt..........................................................................23
3.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP ........................24
3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp của nguyên liệu và VHHP đối với Cu2+.....24
3.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp của nguyên liệu và VHHP đối với Pb2+ .....25
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ kim loại của
VLHP ..............................................................................................................25
3.3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ kim loại
của VLHP đối với Cu2+.......................................................................................................25
3.3.1.1.

Kết quả ảnh hưởng của thời gian ....................................................25

3.3.1.2.

Kết quả ảnh hưởng của pH .............................................................27

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

SVTH: Bùi Phong Phú

3.3.1.3.

Kết quả ảnh hưởng của nồng độ .....................................................29

3.3.1.4.

Cân bằng hấp phụ của ion Cu2+.......................................................30

3.3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ kim loại
của VLHP đối với Pb2+ ......................................................................................................31
3.3.2.1.

Kết quả ảnh hưởng của thời gian ....................................................31

3.3.2.2.

Kết quả ảnh hưởng của pH .............................................................33

3.3.2.3.

Kết quả ảnh hưởng của nồng độ .....................................................35

3.3.2.4.

Cân bằng hấp phụ ...........................................................................36

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................38
4.1. Kết luận ........................................................................................................... 38
4.2. Kiến nghị ......................................................................................................... 39
Lời cảm ơn
Tài liệu tham khảo

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

TÓM TẮT

Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng hiện nay trở nên nghiêm trọng, gây ảnh hưởng
đến sức khỏe của người và đời sống sinh vật vì thế vấn đề xử lí kim loại nặng trong nước
trở nên cấp thiết hiện nay. Có rất nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng hiện nay
như: phương pháp kết tủa, phương pháp gia áp khuấy nổi,.....Tuy những phương pháp
này rất đắt tiền, do vậy phương pháp hấp phụ được xử dụng rộng rãi hơn vì chi phí thấp.
Các vật liệu hấp được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ lạc, lõi ngô, bã mía, vỏ
trấu,... Từ đó tôi chọn đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ
bã mía với mục đích tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp và làm giảm ô nhiễm môi
trường.
Bã mía được chế tạo thành vật liệu hấp phụ mao quản trung bình và tiến hành
nghiên cứu hấp phụ ion kim loại Cu2+ và Pb2+ theo phương hấp phụ bể gián đoạn và so
sánh với vật liệu sơ khai ban đầu. Kết quả cho thây VLHP tốt hơn nguyên liệu sơ khai
với dung lượng hấp phụ cực đại đối Pb2+ là 56,18 mg.g-1 và Cu2+ là 46,73 mg.g-1.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
IUPAC

International Union of Pure and Applied Chemistry

VLMQ

Vật liệu mao quản

MQTB

Mao quản trung bình

SBA-16

Santa Barbara Amorphous - 16

MINR

Minimum Ring

ĐHCT

Định hướng cấu trúc

BET

Brunauer-Emmett-Teller (đo diện tích bề mặt riêng)

I

Tiền chất vô cơ

S

Chất hoạt động bề mặt

MCM-41

Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng

M41S

Họ vật liệu MQTB gồm MCM-41, MCM-48,....

MCM-48

Họ vật liêu MQTB có cấu trúc lập phương

MCM-50

Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớp

UV-VIS

Ultraviolet-Visible (tử ngoại và khả kiến)

EDTA

Ethylendiamin Tetraacetic Acid

IR

Phổ hồng ngoại

SEM

Sanning Electron Microscopy (hiển thị điện tử quét)

VLHP

Vật liệu hấp phụ

Laser

khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1-1. Sơ đồ thổng quát của vật liệu mao quản .......................................................... 3
Hình 1-2 Cơ chế định hướng cấu trúc tinh thể lỏng ......................................................... 5
Hình 1-3 Cơ chế sắp xếp hình ống .................................................................................. 5
Hình 1-4 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc............................................................................ 6
Hình 1-5. Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía ........................................ 8
Hình 1-6 máy phân tích thành phần .............................................................................. 14
Hình 3-1. Phổ IR của nguyên liệu đầu .......................................................................... 22
Hình 3-2. Phổ IR của VLHP ......................................................................................... 22
Hình 3-3. Ảnh SEM của nguyên liệu ............................................................................ 23
Hình 3-4 Ảnh SEM của VLHP ..................................................................................... 23
Hình 3-5 Đồ thị phân bố đo kích thước hạt ................................................................... 24
Hình 3-6 Sự phụ thuộc của thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Cu2+. ................. 27
Hình 3-7 Sự phụ thuộc của pH đến dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+.... 28
Hình 3-8 Sự phụ thuộc của nồng đọ đến dung lượng hấp phụ của VLHP đối với
ion Cu2+. ........................................................................................................ 30
Hình 3-9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Cu2+........................................ 31
Hình 3-10 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccbcủa Cu2+...................................................... 31
Hình 3-11 Sự phụ thuộc của thời gian đến dung lượng hấp phụ với ion Pb2+. ............... 33
Hình 3-12 Sự phụ thuộc của pH đến dung lượng hấp phụ của VLHP đối với
ion Pb2+. ....................................................................................................... 34
Hình 3-13 Sự phụ thuộc của nồng độ đến dung lượng hấp phụ của VLHP đối với
ion Pb2+. ....................................................................................................... 36
Hình 3-14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với Pb2+. ..................................... 36
Hình 3-15 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccbcủa Pb2+. ..................................................... 37

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1-1 Thành phần hoá học của bã mía. ...................................................................... 7
Bảng 3-1 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với Cu2+. ............... 24
Bảng 3-2 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối với ion Pb2+.......... 25
Bảng 3-3 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Cu2+. ...... 25
Bảng 3-4 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Cu2+. ............... 27
Bảng 3-5 Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Cu2+. ........ 29
Bảng 3-6 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Pb2+. ....... 32
Bảng 3-7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Pb2+. ............... 33
Bảng 3-8 Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp của VLHP đối với ion Pb2+. ....... 35

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.4.

Giới thiệu về vật liệu mao quản

2.4.1. Vật liệu mao quản
Thông thường người ta sử dụng các đại lượng sau đây để đặc trưng cho cấu trúc
của vật liệu rắn:
 Sự phân bố kích thước hạt
 Hình dáng và kích thước các tập hợp hạt
Bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng: bao gồm diện
tích bề mặt bên trong và bên ngoài các hạt

Sriêng 

Schung

(m2.g-1)

(1.1)

G

Thể tích lỗ xốp riêng (mao quản riêng) : là không gian rỗng tính cho một đơn vị
khối lượng; bao gồm độ rỗng giữa các hạt và bên trong mỗi hạt (m3.g-1)

Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng của các
mao quản, song có 4 loại mao quản chính thường được thừa nhận: mao quản hình trụ,
hình cầu, hình khe và hình chai. Trong đó loại mao quản thông 2 đầu với bên ngoài là có
lợi nhất, tính chất xúc tác tăng. Còn đối với mao quản chỉ thông một đầu với bề mặt bên
ngoài thì ít hiệu quả, dễ xảy ra phản ứng phụ ở bên trong (vì sản phẩm chính tạo thành
chưa kịp đi ra ngoài thì bị chuyển hóa tiếp).
Phân bố kích thước của các mao quản hoặc phân bố lỗ xốp dựa trên những giả
thiết về hình dáng mao quản. Sự phân bố đó được xác định theo sự biến đổi của thể tích
hoặc bề mặt của lỗ xốp với kích thước mao quản.
Theo qui định của IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry),
có thể phân chia VLMQ thành 3 loại sau đây:
•

VLMQ lớn: d > 50 nm

•

VLMQ trung bình: 2 < d < 50 nm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

•

VLMQ vi mao quản : d < 2 nm

(d: đường kính trung bình của mao quản )
Kích thước trung bình của mao quản được xác định theo sự phân bố diện tích hay
thể tích nói trên. Song trong một số trường hợp có thể tính toán một cách gần đúng theo
công thức:

d

V
nS

(1.2)

Trong đó: n: thừa số hình dáng
Với mao quản hình trụ: n = 0,5
S: bề mặt riêng của VLMQ
V: thể tích mao quản
(Trích từ ngày 23/11/2014)
2.4.2. Vật liệu mao quản trung bình
Vật liệu mao quản trung bình được phát hiện do các nhà khoa học nghiên cứu tổng
hợp thành công vào đầu thập niên 90 của thế kỷ 20. Hai nhóm nghiên cứu độc lập người
Nhật Bản và Mỹ vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, được gọi là rây phân tử MQTB
(MMS). Đến nay có nhiều loại vật liêu MQTB khác ra đời như M41S, FSM, HMS, SBA15 và SBA-16,.. Các vật liệu có kích thước mao quản đồng đều và dao động khoảng 20–
100A0, kích thước này rộng hơn kích thước của zeolite từ 3 đến 4 lần và diện tích bề mặt
riêng vô cùng lớn (500 – 1000 m2.g-1). Do có nhiều ưu điểm nên vật liệu MQTB có tiềm

năng phát triển lớn trong lĩnh vực xúc tác và hấp phụ, khắc phục được nhược điểm của
vật liêu vi mao quản.
Theo danh pháp IUPAC, dựa trên kích thước mao quản, vật liệu rắn xốp được chia
là 3 loại: vi mao quản (đường kính d < 2nm), MQTB (2 < d < 50 nm) và đại mao quản d
> 50 nm. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.4.3. Phân loại mao quản trung bình
2.4.3.1.

Phân loại thành phần

Vật liệu MQTB chứa silic gồm có: MCM-41, MCM-8, SBA-15, Ti-MCM-41, AlMCM-41, Fe-MCM-41... (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
Vật liệu MQTB không chứa silic như: TiO2, Fe2O3, ZrO2,.... (Nguyễn Thị Trâm
Anh, 2011)
2.4.3.2.

Phân loại cấu trúc

Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-16,...
Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16,...
Cấu trúc lớp (laminar): MCM-50,...
Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1, L3,...
(Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
2.4.4. Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình
Hiện nay có rất nhiều cơ chế được đưa ra để giải thích quá trình hình thành các vật
liệu MQTB. Tuy nhiên các cơ chế này đều có một đặc điểm chung là có sự tương tác của
chất ĐHCT với chất vô cơ trong dung dịch. Để tổng hợp mao quản trung bình cần có ít
nhất 3 thành phần: chất ĐHCT đóng vai trò làm tác nhân định hướng cấu trúc vật liệu,
nguồn vô cơ như để tạo nên mạng lưới mao quản và dung môi ( nước, bazơ,…) thường
đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết tinh. Sơ đồ chung có thể mô tả.

Chất định hướng cấu +
trúc

Tiền chất Slicat

Hình 1.1. Sơ đồ thổng quát của vật liệu mao quản

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

Do có nhiều loại tương tác khác nhau giữa các tiền chất vô cơ với các chất HĐBM
dẫn đến các cơ chế tổng hợp khác nhau, phương pháp tổng hợp khác nhau và kết quả là
tạo ra các hợp chất MQTB có hình dáng và kích thước mao quản khác nhau. Có một số
cơ chế như:
2.4.4.1. Cơ chế định hƣớng theo tinh thể lỏng
Cơ chế định hướng theo tinh thể lỏng được các nhà nghiên cứu của hãng MobilOil đưa ra để giải thích cho sự hình thành của họ vật liệu mao quản trung bình M41S.
Cấu trúc vật liệu MQTB phụ thuộc vào độ dài của mạch cacbon cũng như nhóm chức của
chất ĐHCT, phụ thuộc vào nồng độ của chất ĐHCT. Theo cơ chế này trong dung dịch
các chất ĐHCT tự sắp xếp thành pha tinh thể lỏng có dạng mixen ống, thành ống là các
đầu ưa nước của các phân tử chất ĐHCT và đuôi mạch hydrocacbon dài kỵ nước hướng
vào phía trong. Những mixen ống này đóng vai trò chất tạo cấu trúc và sắp xếp thành cấu
trúc tinh thể dạng lục lăng.
Sau khi thêm nguồn silic vào dung dịch, các phần tử chứa silic tương tác với các
đầu phân cực của chất ĐHCT thông qua các tương tác tĩnh điện ( S  I  , S  I  trong đó S là
chất ĐHCT, I là tiền chất vô cơ) hoặc tương tác hydro ( S 0 I 0 ) và hình thành nên lớp màng
silicat xung quanh mixen ống. Quá trình polymer hoá ngưng tụ silicat tạo nên tường vô
định hình của vật liệu oxyt silic MQTB. Cơ chế này được thể hiện theo đường. Nhưng
trong những nghiên cứu về cơ chế hình thành bằng các phương pháp hiện đại thì người ta
đã đưa ra cơ chế hình thành cấu trúc tinh thể lỏng là theo đường, vì nồng độ chất hoạt
động bề mặt thấp hơn nhiều so với nồng độ mixen tới hạn. Như vậy, các mixen ống
không tự sắp xếp thành cấu trúc tinh thể lỏng mà cấu trúc này chỉ hình thành sau khi
thêm tiền chấtvô cơ, trong nghiên cứu này nguồn chất vô cơ là silicat, và các silicat ống
hình thành sau khi thêm nguồn silicat sẽ tự sắp xếp thành cấu trúc lục lăng. (Nguyễn Thị
Trâm Anh, 2011)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

Hình 1.2 Cơ chế định hướng cấu trúc tinh thể lỏng
2.4.4.2. Cơ chế sắp xếp ống
Bằng việc nghiên cứu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 14N, David thấy rằng không
xuất hiện pha tinh thể lỏng trong quá trình tổng hợp vật liệu MQTB MCM-41. Do vậy
người ta giả thiết rằng ban đầu 2 hoặc 3 lớp mỏng silicat phủ lên trên mỗi mixen ống chất
hoạt động bề mặt riêng biệt, các ống này bắt đầu sắp xếp hỗn loạn, sau đó mới sắp xếp
thành cấu trúc lục lăng, thực hiện quá trình gia nhiệt và làm già dẫn đến quá trình ngưng
tụ của silicat tạo thành hợp chất MQTB. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Hình 1.3 Cơ chế sắp xếp hình ống
2.4.4.3. Cơ chế tạo lớp trung gian
Silicat tập hợp thành các lớp và giữa bề mặt tiếp xúc của các ống hình trụ có tương
tác. Cơ chế gồm các giai đoạn sau: hỗn hợp ban đầu có cấu trúc lớp mỏng được hình
thành từ lực tĩnh điện giữa các anion silicat và cation chất hoạt động bề mặt. Khi các
phân tử silicat ngưng tụ, làm mật độ điện tích của chúng giảm. Cùng với quá trình này,
các lớp silicat bị uốn cong để cân bằng mật độ điện tích với nhóm chức của chất hoạt
động bề mặt. Do đó cấu trúc MQTB lớp mỏng chuyển hoá thành cấu trúc mao quản trung
bình lục lăng. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.4.4.4.

Cơ chế gấp

Thay bằng sự tạo thành của các que mixen được bao bọc bởi chất vô cơ, Steel et al
đưa ra nhận định rằng những que mixen hình trụ sắp xếp vào giữa những lớp chất vô cơ.
Khi già hóa hỗn hợp, các lớp vô cơ sẽ dúm dó lại và phá vỡ mixen, sau đó chuyển thành
cấu trúc MQTB chứa chất hoạt động bề mặt. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
2.4.4.5. Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc
Steel nhận thấy ở điều kiện nhiệt độ thấp và độ pH cao (xấp xỉ 14) và khi có mặt
silicat thì các phân tử chất hoạt động và silicat đồng tập hợp tạo ra tinh thể lỏng dạng lục
lăng. Sấy và nung pha trên sẽ tạo ra vật liệu MQTB.
Các cơ chế này đều dựa trên sự tương tác của chất ĐHCT với nguồn chất vô cơ.
Tùy theo chất ĐHCT mà có sự tương tác khác nhau do đó đặc tính, cấu trúc khác nhau
được hình thành. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Hình 1.4 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc
2.5.

Giới thiệu về vật liệu hấp phụ bã mía

2.5.1. Nguồn nguyên liệu.
Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, rất thuận lợi cho ngành mía đường phát
triển. Niên vụ sản xuất mía đường 2006 - 2007, diện tích mía cả nước là 310,067 ha, sản

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn. Theo quy hoạch phát triển mía đường đến
năm 2010, sản lượng đường sản xuất trong cả nước phấn đấu đạt 1,5 triệu tấn.
Phát triển sản xuất mía đường là một định hướng đúng đắn.Tuy nhiên, các nhà
máy sản xuất đường cũng thải ra một lượng không nhỏ bã mía. Theo tính toán của các
nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải
khổng lồ: 2,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi
trong các nhà máy sản xuất đường, sinh ra 50.000 tấn tro. Tuy là phế thải nhưng trong tro
và bã bùn lại có nhiều chất hữu cơ. Các chất này sau sẽ là nguyên nhân gây ô nhiễm môi

trường và ô nhiễm nguồn nước rất nặng. Bã mía cũng có thể được dùng làm bột giấy, ép
thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra furfural là nguyên liệu cho ngành sợi
tổng hợp. Trong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy,
làm sợi từ cây rừng giảm đi thì bã mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế.
2.5.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu
Bã mía chiếm khoảng 26,8 - 32% lượng mía ép. Trong bã mía chứa trung bình
khoảng 50% là nước, 48 ÷ 49% là xơ (trong đó chủ yếu là xenlulozơ và hemixenlulozơ) 1
- 2% là đường. Tùy theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học
có trong bã mía khô (xơ) có thể biến đổi. Hàm lượng % các thành phần hoá học chính của
bã mía được chỉ ra trong bảng. (Hoàng Ngọc Hiền, CTV, 2008)
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của bã mía
Thành phần

% khối lƣợng

Xenlulozơ

40 - 50

Hemixenlulozơ

20 - 25

Lignin

18 - 23

Chất hoà tan khác (tro, sáp, protein, …)

3-5

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

Lignin

Hemixenlulzơ

Xenlulozơ

Hình 1-5.Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía
2.6.

Các phƣơng pháp phân tích

2.6.1. Khái quát về hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn,
khí lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp
phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Ngược với
quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Đó là quá trình đi ra của chất bị hấp phụ

khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại
hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.1.

Hấp phụ vật lí

Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các
ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của
nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Trong hấp
phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất
hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên
bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp
phụ không lớn. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.6.1.2.

Hấp phụ hóa học

Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với
các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông
thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…). Nhiệt hấp phụ hóa học
lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ
hóa học chỉ là tương đối, vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong một số quá trình
hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học. (Trần Văn Nhân, CTV,
2006)
2.6.1.3.

Phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Có thể phân biệt hấp phụ hóa học và lý học ở những điểm sau:
2.6.1.3.1. Nhiệt hấp phụ
Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng nhiệt của
phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn đẩy chất bị hấp
phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao.
Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của
chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol. (Trần Văn Nhân,
CTV, 2006)
2.6.1.3.2. Lƣợng chất bị hấp phụ
Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn lớp).
Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp). (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.3.3. Sự chọn lọc hấp phụ
Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất
rắn và tính chất của chất bị hấp phụ.
Hấp phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính chất
hấp phụ lý học. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.3.4. Sự phụ thuộc của nhiệt độ

Hấp phụ lý học thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì lượng chất hấp
phụ giảm.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

Hấp phụ hóa học thường tiến hành ở nhiệt độ cao hơn hấp phụ lý học, ở nhiệt độ
thấp thì lượng chất hấp phụ hóa học giảm và khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tối ưu thì
lượng chất hấp phụ hóa học cũng giảm. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.3.5. Tính chất của các mối nối hấp phụ
Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như mối nối
hóa học. Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị... Trong quá trình tạo thành
mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, tức là có tác dụng
điện tử phần tử hấp phụ và bề mặt chất rắn. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
Hấp phụ lý học không hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấp phụ
với các electron của chất rắn rất yếu. Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được coi như là
2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.3.6. Năng lƣợng hoạt hóa hấp phụ
Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần bằng
năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa các nguyên

tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn.
Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không. (Trần
Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.1.3.7. Tính thuận nghịch của hấp phụ
Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở trạng thái
cân bằng động: hấp phụ ⇔ nhả hấp phụ
Hấp phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ theo đặc
tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp phụ khác nhau.
Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất hóa học, ví dụ như sự
hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxit kim loại, hoặc khi hấp phụ lên than cho CO2, CO.
(Trần Văn Nhân, CTV, 2006)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.6.1.3.8. Trạng thái của chất bị hấp phụ
HPVL: trạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không thay đổi. Lực giữa
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là lực Van der Waals.
HPHH: trạng thái của chất bị hấp phụ thay đổi hoàn toàn
Nhiệt hấp phụ :

Qhp  n  mD

1.3

Trong đó: D: năng lượng tạo thành mối nối
ϕ: năng lượng phá vỡ mối nối
m,n: số mối nối tạo thành và bị phá vỡ tương ứng. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ
2.6.2.1.

Ảnh hƣởng của dung môi

Hấp phụ trong dung dich là là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là chất tan hấp phụ càng
mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu. Vì chất hoạt động bề mặt là có sức căng bề mặt
nhỏ, cho nên nếu dùng dung môi có sức căng bề càng lớn (tức càng khó hấp phụ) thì chất
tan càng dễ hấp phụ. Vì vậy đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nước
(có sức căng bề mặt lớn) ưu việt hơn so với so với dung môi hữu cơ (có sức căng bề mặt
bé). (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
Một số tiểu chuẩn khác để chọn dung môi thích hợp cho sự hấp phụ từ dung dịch
là nhiệt thấm ướt. Dung môi có nhiệt độ thấm ướt đối với một bề mặt cho sẵn càng cao,
có nghĩa là tương tác dung môi và bề mặt càng mạnh thì chất tan càng khó hấp phụ lên bề
mặt đó. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
Một quy luật thường gặp là chất tan càng dễ tan thì càng khó hấp phụ lên bề mặt,
là nguyên nhân làm đảo ngược quy tắc Traube. Ví dụ khi hấp phụ các axit béo trên
silicagen (bề mặt ưa nước) trong dung môi benzene, thì khi tăng khối lượng phân tử của
axit, sự hấp phụ không tăng như quy tắc Traube đòi hỏi, mà lại giảm, vì phân tử càng dài
thì càng dễ tan trong dung môi không phân cực. (Trần Văn Nhân, CTV, 2006)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

2.6.2.2.

SVTH: Bùi Phong Phú

Ảnh hƣởng của chấp hấp phụ và bị hấp phụ

Một quy luật thường gặp là các chất phân cực dễ bị hấp phụ trên bề mặt phân cực,
còn chất không phân cực – trên bề mặt phân cực.
Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm kích
thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dich thường tăng lên
nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của mao quản không cản trở sự đi vào của
chất bị hấp phụ. Nếu kích thước mao quản bé hơn khích thước của phân tử bị hấp phụ thì
sự hấp phụ sẽ bị cản trở. Đây cũng là một nguyên nhân làm đảo ngược qui tắc Traube. Ví
dụ khi hấp phụ các axit béo trên chất hấp phụ có mao quản nhỏ, thì với sự kéo dài mạch
hidrocacbon đại lượng hấp phụ (đặc trưng bằng hệ số k’ trong phương trình Freundlich
không tăng lên như quy tắc Traube đòi hỏi, mà lại giảm xuống như sau.
Theo quy tắc giảm nhẹ đọ phân cực của Rebinder, thì chất C có khả năng Hấp phụ
trên bề mặt phân cách giữa 2 pha A và B, nếu sự có mặt của C trong lớp bề mặt làm giảm
sự chênh lệch của độ phân cực giữa các pha đó. Nói cách khác, nếu dùng độ thấm điện
môi ε để đặc trưng cho độ phân cực thì sự hấp phụ chất C sẽ xảy nếu thỏa mãn điều kiện

ε A> εC> εB hoặc εA< εB< εC.
Dựa vào quy tắc này, ta có thể giải thích được sự định hướng của phân tử chất hoạt
động bề mặt trên bề mặt phân cách pha: phần phân cực hướng về pha phân cực, phần
không phân cực hướng về pha không phân cực. Dựa trên cơ sở này mà trong thực tế
người ta thường sử dụng những chất hấp phụ phân cực (silicagen, đất xét, floriddin) để
hấp phụ các hoạt động bề mặt trong môi trường không phân cực như benzene…..và
những chất hấp phụ ko phân cực như (than) trong môi trường phân cực như nước. (Trần
Văn Nhân, CTV, 2006).
2.6.2.3.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ

Khi tăng niệt độ, sự hấp phụ trong dung dịch giảm, nhưng thường ở mức độ ít hơn
so với sự hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với những cấu tử hòa tan hạn chế mà khi tăng nhiệt
độ tan tăng lên, thì khả năng hấp phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung
dịch được tăng lên, hình biểu diễn các trường hợp khác nhau về ảnh hưởng của nhiệt độ
đến sự hấp phụ. Trong trường hợp sự hấp phụ của Benzen trong dung môi n-hexan (hòa

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

tan không hạn chế) trên bề mặt SiO2 hydroxyl hóa, độ hấp phụ khi nhiệt độ tăng, nhưng
đói với sự hấp phụ của naphtalen trong dung môi n-heptan và cũng trên chất hấp phụ đó,
thì khi nhiệt độ tăng, độ hấp phụ tăng. Nguyên nhân do naphtalen hòa tan hạn chế và kết
tinh trong n-heptan. Việc tăng nhiệt độ làm tăng nồng độ bão hòa của naphtalen trong
dung dịch, dẫn đến sự tăng độ hấp phụ. Còn nếu so sánh sự hấp ở cùng một nồng độ thì
cũng như trong trường hợp benzene, khi tăng nhiệt độ, độ hấp phụ của naphtalen giảm.
(Trần Văn Nhân, CTV, 2006)
2.6.3. Các phƣơng pháp phân tích hóa lý
2.6.3.1.

Phƣơng pháp phân tích quang phổ hồng ngoài

Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kĩ thuật phân tích
hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại
vượt hơn các phương pháp phân tích cấu trúc khác ( nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện
tử vv..) là phương pháp cung cấp thông tin về cấu trúc cấu trúc phân tử nhanh, không đòi
hỏi các phương pháp tính toán phức tạp.
Kỹ thuật này dự trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất hóa học có khả năng hấp
thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của
các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ
gọi là phổ hấp thụ hồng ngoài.
Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm
chức đặc trưng và các liên kết trong phân tử hóa học, bởi vậy phỏ hồng ngoài của một
hợp chất hóa học coi như “dấu vân tay” căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.
Phổ hấp thụ hồng ngoại là phổ dao động quay vì hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì các
chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có đọ
dài sóng từ 0.8 đến 1000μm và chia thành 3 vùng:
 Cận hồng ngoại ( near infrared)

λ = 0.8 – 2.5 μm

 Trung hồng ngoại ( medium infrared)

λ = 2.5 – 50 μm

 Viễn hồng ngoại ( far infrared)

λ = 50 – 100 μm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

SVTH: Bùi Phong Phú

GVHD: Huỳnh Thu Hạnh

Trong thực tế, phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn T% truch hoành
biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm-1). (Trần Anh Duy, CTV, 2011)
2.6.3.2.

Phƣơng pháp phân tích thành phần

Cân 0.1 g mẫu cho vào cốc nhựa, thêm vào 10 ml axit HF, lắc nhẹ đến khi chất rắn

hòa tan hoàn toàn ta thu được dung dịch trong suốt.
Pha loãng dung dịch trên 1000 lần, sau đó đem đi phân tích bằng phương pháp phổ
hấp phụ nguyên tử trên máy Spectro Genesis.
Phương pháp phân tích phổ hấp phụ nguyên tử dùng để phân tích lượng nhỏ các
kim loại trong các mẫu khác nhau của các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Phương pháp này có
thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và 1 số á kim nồng độ
giới hạn cỡ ppm (microgram) đến nồng độ ppb (nanogram). (Nguyễn Thị Trâm Anh,
2011)

Hình 1-6 Máy phân tích thành phần
Nguyên tắc của phương pháp
Trong điều kiện bình thường nguyên tử cũng không thu và không phát năng lượng
với dạng bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững
và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, ta
chiếu vào mẫu cần đo ánh sáng có cường độ nhất định, các điện tử của các nguyên tố tồn

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM