Khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.35 MB, 84 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
TRỊNH THU NGUYÊN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II)
CỦA THAN CHẾ TẠO TỪ THÂN CÂY SEN
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Thái Nguyên - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
TRỊNH THU NGUYÊN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI), Ni(II)
CỦA THAN CHẾ TẠO TỪ THÂN CÂY SEN
VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.01.18
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Thị Hậu
Thái Nguyên - 2017
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II)
của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng” là do bản thân
Ơ
N
tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin
N
H
chịu trách nhiệm.
.Q
H
Ư
N
G
Đ
Trịnh Thu Nguyên
Xác nhận
của giáo viên hƣớng dẫn
10
00
B
của Trƣởng khoa chuyên môn
TR
ẦN
Xác nhận
TS. Vũ Thị Hậu
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
PGS. TS. Nguyễn Thị Hiền Lan
Skype :
/>
ẠO
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Tác giả luận văn
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2017
i
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Thị Hậu, cô giáo trực
Ơ
xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau
N
tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn.Em
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
quá trình học tập và nghiên cứu.
Đ
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, xong do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của
G
bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót. Em rất
H
Ư
N
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và
hoàn thiện hơn.
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
Em xin trân trọng cảm ơn!
TR
ẦN
những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được
D
IỄ
N
Đ
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2017.
Skype :
/>
TP
ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành
ÀN
Cuối cùng emxin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu..
N
H
Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái
ii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cảm ơn .................................................................................................................... ii
H
Ơ
Mục lục ........................................................................................................................ iii
N
Lời cam đoan ................................................................................................................. i
U
Y
Danh mục bảng biểu ..................................................................................................... v
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
Đ
1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước bởi các ion kim loại nặng ........................... 3
N
G
1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người ....................................... 4
H
Ư
1.2.1. Giới thiệu về kim loại nặng ................................................................................ 4
1.2.2. Tác dụng sinh hóa của Crom .............................................................................. 4
TR
ẦN
1.2.3. Tác dụng sinh hóa của Niken.............................................................................. 5
1.2.4. Quy chuẩn Việt Nam về nước thải chứa ion kim loại nặng ............................... 5
B
1.3. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ ............................................................ 6
10
00
1.3.1. Các khái niệm ..................................................................................................... 6
1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ......................................................... 7
Ó
A
1.4. Giới thiệu về than................................................................................................. 12
H
1.4.1. Những tính chất đặc trưng của than .................................................................. 13
-L
Í-
1.4.2. Đặc tính hóa học bề mặt của than ..................................................................... 13
1.5. Hấp phụtrong môi trường nước .......................................................................... 14
ÁN
1.5.1. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước ...................................... 14
1.5.2. Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước ............................................ 15
D
IỄ
N
Đ
ÀN
1.6. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng ................................ 16
Skype :
/>
TP
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
TO
Danh mục các hình ...................................................................................................... vi
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
Danh mục từ viết tắt..................................................................................................... iv
1.6.1. Định lượng Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp trắc quang ................................ 16
1.7. Giới thiệu về cây sen............................................................................................ 16
1.8. Một số kết quả trong và ngoài nước về nghiên cứu hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) . 18
1.9. Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu ............................................ 21
1.9.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 21
1.9.2. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) ................................................. 22
iii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................... 23
2.1. Thiết bị và hóa chất.............................................................................................. 23
2.1.1. Thiết bị .............................................................................................................. 23
H
Ơ
2.2. Chế tạo TTS từ thân cây sen ................................................................................ 23
N
2.1.2. Hóa chất ............................................................................................................ 23
.Q
2.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt của TTS chế tạo được ................................................ 24
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
2.5. Xác định chỉ số hấp phụ iot của TTS ................................................................... 24
G
Đ
2.6. Khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI), Ni(II) ....................... 25
H
Ư
N
2.7. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp trắc quang . 26
2.7.1. Xây dựng đường chuẩn xác định Cr(VI) .......................................................... 26
TR
ẦN
2.7.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Ni(II) ............................................................ 26
2.8. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) của
B
TTS theo phương pháp hấp phụ tĩnh .......................................................................... 26
10
00
2.8.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .................................................................... 26
A
2.8.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH .............................................................................. 26
H
Ó
2.8.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) ........................... 27
Í-
2.8.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng TTS ......................................................... 27
-L
2.8.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................... 27
ÁN
2.9. So sánh khả năng hấp phụ của than thị trường và TTS chế tạo được ................. 28
2.10. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của than thị trường đối với Cr(VI),
D
IỄ
N
Đ
ÀN
Ni(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .................................................... 28
Skype :
/>
2.4. Xác định điểm đẳng điện của TTS chế tạo được ................................................. 24
TO
U
Y
2.2.2. Quy trình chế tạo TTS từ thân cây sen ............................................................. 24
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ........................................................................................ 23
2.11. Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp hấp
phụ động trên cột ........................................................................................................ 28
2.11.1. Chuẩn bị cột hấp phụ .................................................................................................. 28
2.11.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng .......................................................................... 29
2.11.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit giải hấp ........................................................... 29
2.12. Xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp tĩnh ..................... 29
iv
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 30
3.1. Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt của TTS chế tạo được ................................... 30
3.1.1. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)........................................................................ 30
H
Ơ
3.2. Điểm đẳng điện của TTS ..................................................................................... 31
N
3.1.2. Diện tích bề mặt riêng (BET) ........................................................................... 31
U
Y
3.4. Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI), Ni( .............. 33
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
3.5.Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cr(VI), Ni(II) .............................................. 35
Đ
3.5.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Cr(VI)...................................................... 35
N
G
3.5.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của Ni(II) ....................................................... 36
H
Ư
3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI), Ni(II) của TTS. 37
TR
ẦN
3.6.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ......................................................... 37
3.6.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ................................................................. 39
3.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng TTS ......................................................... 41
10
00
B
3.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................... 43
3.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu và dung lượng hấp phụ ion Cr(VI),
Ó
A
Ni(II) theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .................................................... 45
H
3.7. So sánh khả năng hấp phụ của than thị trường và TTS chế tạo được ................. 47
-L
Í-
3.8. So sánh dung lượng hấp phụ cực đại của TTT đối với Cr(VI), Ni(II) theo mô
hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ............................................................................. 48
ÁN
3.9. Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Cr(VI), Ni(II) bằng phương pháp
hấp phụ động trên cột.................................................................................................. 50
D
IỄ
N
Đ
ÀN
3.9.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng ................................................... 50
Skype :
/>
TP
3.4.2. Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Ni(II) .................... 34
TO
3.4.1. Kết quả khảo sát cực đại hấp phụ ánh sáng của dung dịch Cr(VI)................... 33
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
3.3. Chỉ số hấp phụ iot của TTS ................................................................................. 32
3.9.2. Kết quả giải hấp thu hồi Cr(VI), Ni(II)............................................................. 52
3.10. Xử lý nước thải chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh .............. 55
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 58
PHỤ LỤC
v
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Từ viết tắt
Từ nguyên gốc
1
Abs
Absorbance
2
BET
Brunaur – Emmetle – Teller
3
Nd
Not detecter
4
NL
Nguyên liệu
5
ppm
Part per million
6
SEM
Scanning Electron Microscopy
7
TTS
Than thân sen
8
TTT
Than thị trường
9
UV-Vis
10
00
A
Ó
H
Í-L
ÁN
TO
ÀN
D
IỄ
N
Đ
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
TR
ẦN
Ultraviolet Visble
Skype :
/>
H
Ư
N
G
Đ
ẠO
TP
.Q
U
Y
N
H
Ơ
N
TT
B
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
iv
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
N
H
Ơ
Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đồ thị xác định điểm đẳng điện của TTS ........................31
Bảng 3.2: Bảng số liệu xác định chỉ số iot của TTS ....................................................32
Bảng 3.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Cr(VI) ở các bước sóng
N
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp......5
G
Đ
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của TTS ..........................37
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của TTS ...................................39
H
Ư
N
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất của TTS .....................................41
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ của TTS đối với
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
Cr(VI), Ni(II) ............................................................................................43
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) đến dung lượng
và hiệu suất hấp phụ của TTS ..................................................................45
Bảng 3.12: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của TTS với
Cr(VI), Ni(II) ............................................................................................46
Bảng 3.13: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ của TTT và TTS .....................47
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI), Ni(II) đến dung lượng
và hiệu suất hấp phụ của TTT ..................................................................48
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Bảng 3.15: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir của TTT với
Cr(VI), Ni(II) ............................................................................................50
Bảng 3.16: Nồng độ Cr(VI), Ni(II) sau khi ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc
độ dòng khác nhau ...................................................................................50
Bảng 3.17: Kết quả giải hấp Cr(VI) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau...52
Bảng 3.18: Hiệu suất giải hấp Cr(VI) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO 3
khác nhau .................................................................................................53
Bảng 3.19: Kết quả giải hấp Ni(II) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau.... 54
Skype :
/>
TP
ẠO
Bảng 3.5: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) ........................................................35
Bảng 3.6: Số liệu xây dựng đường chuẩn Ni(II) .........................................................36
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
.Q
Bảng 3.4: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni(II) ở các bước sóng
khác nhau....................................................................................................34
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
U
Y
khác nhau....................................................................................................33
Bảng 3.20: Hiệu suất giải hấp Ni(II) trên TTS ứng với nồng độ axit HNO 3
khác nhau .................................................................................................54
Bảng 3.21: Kết quả xử lý Cr(VI), Ni(II) trong nước thải ............................................55
v
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ...................................................................10
H
Ơ
Hình 1.3. Mô hình cột hấp phụ ....................................................................................11
N
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ..........................................................10
.Q
Hình 1.5. Hình ảnh cây sen ..........................................................................................17
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
Hình 3.1b. Than thân sen (TTS) ..................................................................................30
Đ
Hình 3.2. Đồ thị xác định điểm đẳng điện của TTS ....................................................32
N
G
Hình 3.3. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ iot của TTS ............................................33
H
Ư
Hình3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của Cr(VI) vào bước sóng ...34
TR
ẦN
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của Ni(II) vào bước sóng ....35
Hình 3.6. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) .............................................36
B
Hình 3.7. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) ..............................................36
10
00
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Cr(VI)
của TTS .....................................................................................................38
Ó
A
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Ni(II)
H
của TTS .....................................................................................................38
-L
Í-
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cr(VI) của TTS ...40
ÁN
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Ni(II) của TTS ....40
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khối lượng TTS đến quá trình hấp
phụ Cr(VI) .................................................................................................42
D
IỄ
N
Đ
ÀN
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khối lượng TTS đến quá trình hấp
Skype :
/>
Hình 3.1a. Thân sen tự nhiên (NL) ..............................................................................30
TO
U
Y
phụ theo thời gian ......................................................................................12
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
Hình 1.4. Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp
phụ Ni(II)...................................................................................................42
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ
Cr(VI) của TTS .........................................................................................44
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ
Ni(II) của TTS ...........................................................................................44
vi
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTS đối với Cr(VI)...............................46
Hình3.17. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb của TTS đối với Cr(VI) ..................................46
Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTS đối với Ni(II) ................................46
Ơ
Hình 3.20. Đồ thị so sánh hiệu suất hấp phụ của TTT và TTS ...................................47
N
Hình 3.19. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb của TTS đối với Ni(II) ..................................46
U
Y
Hình 3.22. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của TTT đối với Cr(VI) .........................49
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
Hình 3.25. Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Cr(VI).......................51
Đ
Hình3.26. Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ của Ni(II)...................51
N
G
Hình 3.27. Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Cr(VI) trên TTS ......53
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
H
Ư
Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự giải hấp Ni(II) trên TTS........55
D
IỄ
N
Đ
Skype :
/>
TP
Hình 3.24. Sự phụ thuộc của Ccb/qvào Ccb của TTT đối với Ni(II) .............................49
ÀN
Hình 3.23. Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTT đối với Ni(II) ................................49
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
Hình 3.21. Đường đẳng nhiệt Langmuir của TTT đối với Cr(VI) ..............................49
vii
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
MỞ ĐẦU
Tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực
ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Nguồn nước thải của
Ơ
N
các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt chưa được xử lý hoặc xử lý chưa triệt để vẫn
N
H
hàng ngày thải ra môi trường nước. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và
.Q
thể chúng ta. Kim loại nặng có thể tiếp xúc với màng tế bào, ảnh hưởng tới quá trình
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Đ
phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách các kim loại nặng ra
G
khỏi môi trường nước. Một trong các phương pháp đang được nhiều người quan tâm
H
Ư
N
hiện nay là việc sử dụng than hoạt tính được chế tạo từ các phụ phẩm công nông
nghiệp (vỏ lạc, bã mía, xơ dừa…) để làm vật liệu hấp phụ tách loại các kim loại nặng
TR
ẦN
ra khỏi môi trường nước. Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu
rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác.
10
00
B
Ở Việt Nam, cây sen được trồng phổ biến từ Bắc vào Nam. Mọc ở nhiều ao
hồ, có sức sống mãnh liệt. Cây sen là cây đa dụng, tất cả các bộ phận của cây sen
A
đều có thể sử dụng làm thực phẩm hoặc làm thuốc cho con người. Hoa, hạt, lá non
H
Ó
và ngó sen ăn được. Nhụy hoa phơi khô dùng để ướp chè, tâm sen được sử dụng
Í-
trong y học như là một loại thuốc có tác dụng an thần và thanh nhiệt. Lá sen có đặc
-L
điểm không thấm nước, hiện tượng này đã được ứng dụng trong khoa học vật liệu
ÁN
để chế tạo ra loại vật liệu xây dựng có bề mặt tự làm sạch. Sau khi sen ra hoa và kết
trái, cây lụi tàn đi, giá trị của thân cây sen vẫn chưa được khai thác hiệu quả. Xuất
ÀN
phát từ thực tế và nhu cầu quản lý, tái sử dụng nước, chúng tôi đã chọn đề tài
Skype :
/>
ẠO
phân chia DNA, dẫn đến thai chết, sự dị dạng, quái thai cho các thế hệ sau. Có nhiều
TO
lượng kim loại nặng vượt quá ngưỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dài tới cơ
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng. Nếu hàm
D
IỄ
N
Đ
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen
và thử nghiệm xử lý môi trƣờng”.
Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về:
-
Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sen.
-
Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo
diện tích bề mặt riêng (BET), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).
1
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
-
www.facebook.com/daykem.quynhon
Khảo sát khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh.
-
Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Ni(II), Cr(VI) của TTS chế tạo được
Thử khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với mẫu nước thải thực chứa
Ơ
.Q
Skype :
/>
D
IỄ
N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10
00
B
TR
ẦN
H
Ư
N
G
Đ
ẠO
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
U
Y
N
H
Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh.
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
-
N
theo phương pháp hấp phụ động trên cột.
2
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc bởi các ion kim loại nặng
Ơ
N
Trên bề mặt Trái Đất 71% diện tích được bao phủ bởi lớp nước. Tổng lượng
H
nước trên Trái Đất là 1.454.000.000km3. Nhưng chỉ có 2,5% là nước ngọt. Đến
.Q
số ít nước ngọt đó đã tạo ra sự khác biệt giữa Trái Đất và các hành tinh khác.
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
trình sinh- địa- hóa, nước đóng vai trò rất quan trọng trong những hoạt động sống của
G
Đ
sinh vật, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Thế nhưng hiện nay, nguồn
N
tài nguyên quý giá đó đang suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng lẫn chất lượng do
H
Ư
những tác động của con người. Trong những năm gần đây, do sự phát triển về kinh tế,
TR
ẦN
kéo theo là sự gia tăng dân số nên nguồn tài nguyên nước ngày càng bị ô nhiễm bởi
các kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp và giao thông vận tải. Với
B
sự phát triển của công – nông nghiệp và giao thông vận tải, ô nhiễm môi trường nước
10
00
ở nước ta tập trung điển hình tại 3 lưu vực sông gồm sông Cầu, sông Nhuệ - Đáy và
sông Đồng Nai. Theo số liệu của Sở Tài nguyên & Môi trường Hà Nội, sông Nhuệ
Ó
A
có chiều dài 64km từ cống Liên Mạc (Từ Liêm) đến xã Đông Lỗ (Ứng Hòa), sông
H
Đáy dài gần 100km từ xã Vân Nam (Phúc Thọ) đến xã Yến Vĩ (Mỹ Đức) nhưng đang
Í-
phải tiếp nhận nước thải từ 700 đầu mối thuộc địa bàn 24/29 quận, huyện, thị xã với
-L
khối lượng 80.000m3 chất thải/ngày, trong đó có 11 khu công nghiệp tập trung, 47
ÁN
cụm công nghiệp và 1.350 làng nghề cùng chất thải từ các khu đô thị, dân cư, cơ sở y
tế, nhà hàng, khách sạn, du lịch, thương mại... Kết quả quan trắc của Trung tâm Quan
D
IỄ
N
Đ
ÀN
trắc môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường) cho thấy, mức độ ô nhiễm sông Đáy,
Skype :
/>
Có thể nói, nước ngọt là nguồn sống của sinh giới. Nước tham gia vào hầu hết quá
TO
hồ sông suối, trong khí quyển, nước ngầm và trong cơ thể sinh vật. Tuy nhiên, chính
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
N
98,8% nước ngọt ở dạng băng tuyết, tập trung ở hai cực, số còn lại là nước ở các ao
sông Nhuệ, sông Cầu Bây, lượng khuẩn coliform vượt hàng chục lần, chỉ tiêu như
BOD5, COD, NH4+, SS cùng các chất dinh dưỡng chứa nitơ, phốt pho, chất hữu cơ,
chất thải rắn độc hại như đồng, chì, thủy ngân, asen... đều vượt quá tiêu chuẩn nhiều
lần. Theo đánh giá của Bộ Y tế và Bộ TN&MT, trung bình mỗi năm ở Việt Nam có
khoảng 9.000 người chết vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém; hằng năm có
khoảng 200.000 trường hợp mắc ung thư mới phát hiện mà một trong những nguyên
3
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
nhân chính là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm. Tại một số địa phương, khi quan sát
các trường hợp ung thư, viêm nhiễm phụ khoa chiếm từ 40 đến 50% là do từng sử
dụng nguồn nước bị ô nhiễm [2]. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải vượt
N
ngưỡng các quy chuẩn sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và khi tích lũy trong cơ thể con
Ơ
người, nó sẽ gây các rối loạn về thận, gan, tim mạch, thần kinh… Do đó, sự ô nhiễm
U
Y
tìm cách khắc phục.
.Q
TP
1.2.1. Giới thiệu về kim loại nặng
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Đ
kim loại nặng có thể cần thiết cho cơ thể sinh vật, chúng được coi là nguyên tố vi
G
lượng. Một số lại không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể gây
H
Ư
N
độc hại nghiêmtrọng nếu hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép [12].
TR
ẦN
1.2.2. Tác dụng sinh hóa của Crom
Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo
màu tốt) nên Crom ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp.
10
00
B
Đặc biệt là công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt các nhiên liệu
hóa thạch… là nguồn gốc gây ô nhiễm Crom. Crom là kim loại được xếp vào nhóm
A
có khả năng gây bệnh ung thư. Crom tồn tại ở hai dạng oxi hóa chính là +3 và +6,
H
Ó
trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III).
Í-
Crom xâm nhập vào cơ thể con người theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và
-L
tiếp xúc trực tiếp. Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozo, nhưng với hàm
ÁN
lượng lớn có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men. Dù
xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào, Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ
D
IỄ
N
Đ
ÀN
0,001mg/l sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ
Skype :
/>
ẠO
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Một số
TO
1.2. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con ngƣời
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
nguồn nước bởi các kim loại nặng đã và đang là vấn đề được cả thế giới quan tâm và
hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận,
gan. Phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn
Crom(III) và có thể thấm qua màng tế bào.
Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, thủng vách ngăn mũi,
viêm da tiếp xúc... khi con người làm các công việc phải tiếp xúc với Crom hoặc các
hợp chất của Crom. Crom còn kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước
4
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành
mũi. Nhiễm độc Crom có thể gây mụn, mụn cơm, viêm gan, viên thận, ung thư phổi,
đau răng, tiêu hoá kém. Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Crom(VI) dễ bị nổi
N
phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung
Ơ
thư phổi, ung thư gan [12].
N
H
1.2.3. Tác dụng sinh hóa của Niken
.Q
Đ
Niken là một tác nhân gây ung thư cho người. Niken chủ yếu gây ra ung thư ở
G
mũi, nhưng cũng gây ung thư phổi, thanh quản, dạ dày và thận. Tiếp xúc với các đồ
H
Ư
N
vật kim loại chứa Niken, như tiền hay đồ trang sức là một trong những nguyên nhân
thường thấy gây ra bệnh viêm da tiếp xúc dị ứng. Cơ thể thiếu Niken sẽ làm thay đổi
TR
ẦN
chuyển hóa glucose và làm giảm khả năng dung nạp glucose [1],[ 12].
1.2.4. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải chứa ion kim loại nặng
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm
H
Ó
A
trong nƣớc thải công nghiệp
-L
ÁN
1
ÀN
TO
2
Đ
Nguyên tố
Đơn vị
Crom (VI)
Niken (II)
Í-
STT
IỄ
N
D
10
00
thải công nghiệp như sau:
B
QCVN 24:2009/BTNMT quy định về nồng độ của ion kim loại trong nước
Giá trị giới hạn
A
B
mg/l
0,05
0,10
mg/l
0,20
0,50
Trong đó:
Skype :
/>
ẠO
học. Nó cũng được giải phóng trong quá trình khí hóa than đá.
TP
công nghiệp là các pin, công tắc điện và các loại tương tự, xúc tác điện và xúc tác hóa
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
nghiệp khác việc sử dụng niken đang có xu hướng gia tăng. Sử dụng Niken trong
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
Niken tồn tại trong các quặng, nhưng trong công nghiệp luyện kim và các công
- Cột A quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước
sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp
nước sinh hoạt [11].
5
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
1.3. Giới thiệu chung về phƣơng pháp hấp phụ
1.3.1. Các khái niệm
1.3.1.1. Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng-rắn,
Ơ
N
khí-lỏng, lỏng-lỏng). Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút
U
Y
pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ.
.Q
Đ
dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hoá học gây ra bởi lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp
G
phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
H
Ư
N
Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là
tương đối vì ranh giới giữa chúng không r rệt. Một số trường hợp tồn tại cả quá trình
TR
ẦN
hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật
lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hoá học tăng
B
lên [3].
10
00
1.3.1.2. Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. Giải
Ó
A
hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ.
H
Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông
-L
Í-
qua các yếu tố sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
ÁN
- Tăng nhiệt độ.
TO
- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của
D
IỄ
N
Đ
ÀN
môi trường.
Skype :
/>
aals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu,
ẠO
Vander
TP
người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Tu theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi
- Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt
chất rắn.
- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.
Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương pháp tái sinh vật
liệu hấp phụ đã được sử dụng: phương pháp nhiệt, phương pháp hoá lý, phương pháp
vi sinh[3].
6
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
1.3.1.3. Dung lƣ ng hấp phụ c n b ng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và
N
nhiệt độ [9].
H
(1.1)
.Q
TP
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).
ẠO
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l).
Đ
m: khối lượng chất hấp phụ (g).
N
G
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l).
TR
ẦN
1.3.1.4. Hiệu suất hấp phụ
H
Ư
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l).
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung
B
dịch ban đầu.
(C o C cb )
.100 %
Co
10
00
H
(1.2)
Ó
A
1.3.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
Í-
H
1.3.2.1. Mô hình động học hấp phụ
-L
Đối với hệ hấp phụ lỏng- rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các giai
ÁN
đoạn chính sau:
TO
- Khuếch tán của các chất bị hấp phụ từ pha lỏng tới bề mặt chất hấp phụ.
D
IỄ
N
Đ
ÀN
- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ.
- Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm
Skype :
/>
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Trong đó:
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
(C o C cb ).V
m
U
Y
q
Ơ
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
hấp phụ.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định
toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình
khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định [1].
Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:
7
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
v
dx
dt
(1.3)
Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian:
N
dx
(C0 Ccb ) k(q max q) (1.4)
dt
Ơ
V
U
Y
x: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l).
.Q
Đ
Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t (mg/l).
N
G
k: hằng số tốc độ hấp phụ.
H
Ư
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g).
TR
ẦN
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren
(1.5)
10
00
B
dqt
k1 (qe qt )
dt
lg( qe qt ) lg qe
H
Ó
A
Dạng tích phân của phương trình trên là:
k1
t (1.6)
2,303
ÁN
-L
Í-
Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:
dqt
k 2 (qe qt ) 2 (1.7)
dt
TO
Dạng tích phân của phương trình này là:
Đ
ÀN
t
1
1
t (1.8)
qt k 2 .qe2 qe
Skype :
/>
ẠO
Co: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu (mg/l).
IỄ
N
D
TP
: hệ số chuyển khối.
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
t: thời gian (giây).
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
Trong đó:
Trong đó:
qe, qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t (mg/g).
k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1.
thời gian-1) biểu kiến.
8
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
1.3.2.2. Các mô hình đ ng nhiệt hấp phụ
Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường
đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời
H
Ơ
một nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một
N
điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở
U
Y
.Q
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ny
Đ
ng nhi t h p ph
G
h nh
ẠO
phụ Henry, Freundlich vàLangmuir,…[3].
H
Ư
N
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry: là phương trình đẳng nhiệt đơn giản
mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và
TR
ẦN
nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng. Đối với hệ lỏng-rắn,
phương trình có dạng:
(1.9)
10
00
B
q= K.C
Trong đó:
A
K: hằng số hấp phụ Henry
H
Ó
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
Í-
C: nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l)
-L
Phương trình này được áp dụng cho vùng nồng độ thấp.
ÁN
h nh
ng nhi t h p ph
un i h
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô
D
IỄ
N
Đ
ÀN
tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp.
Skype :
/>
hấp phụ được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng nhiệt hấp
TO
của chất bị hấp phụ.
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết
Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:
1
q k . Ccbn (1.10)
Hoặc dạng phương trình đường thẳng:
1
lg q lg k lg Ccb (1.11)
n
9
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
Trong đó:
k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.
n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1.
Ơ
đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt tức là ở vùng nồng độ thấp của chất
.Q
b.Ccb
(1.12)
1 b.Ccb
ẠO
q q max
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
Trong đó:
H
Ư
b: hằng số Langmuir.
N
qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).
G
Đ
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).
TR
ẦN
Khi tích số b.Ccb<< 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
Khi tích số b.Ccb>> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hoà.
B
Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:
10
00
Ccb
1
1
Ccb
(1.13)
q qmax
qmax .b
A
Thông qua đồ thị biểu diễn sự phụthuộc Ccb/q vào Ccb sẽ xác định các hằng số
H
Ó
b và qmax trong phương trình (hình 1.2).
Í-L
α
TO
qmax
Ccb/q
ÁN
q
D
IỄ
N
Đ
ÀN
N
0
0
Ccb
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
ngmui
Skype :
/>
ng nhi t
U
Y
h nh h p ph
N
H
bị hấp phụ.
N
Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban
Ccb
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Ccb/q
Langmuir
vào Ccb
10
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ở đây:
tanα =
www.facebook.com/daykem.quynhon
1
ON =
q max
1
q max .b
1
1 b.Co
H
Ơ
(1.14)
N
RL
N
Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL
Đ
Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ. Sau một
N
G
thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
H
Ư
Vùng 1 (đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân
TR
ẦN
bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2 (vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ
B
ban đầu tới không.
10
00
Vùng 3 (vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra,
Ó
H
Lối vào
A
nồng độ chất bị hấp phụ bằng không.
-L
Í-
1.Vùng hấp phụ bão hoà
ÁN
2.Vùng chuyển khối
Đ
ÀN
TO
3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ
Lối ra
Skype :
/>
ẠO
Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau:
TP
1.3.2.3. Quá trình hấp phụ động trên cột
IỄ
N
D
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
lợi và RL = 1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
U
Y
Khi 0 < RL< 1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL > 1 thì sự hấp phụ là không thuận
Hình 1.3. Mô hình cột hấp phụ
Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển
theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển
khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của
11
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép. Tiếp theo cột hấp phụ
được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ.
Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng
N
dần theo thời gian. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ của chất bị hấp phụ trên cột
U
Y
.Q
C0
H
Ư
N
t
Hình 1.4. Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ
TR
ẦN
trên cột hấp phụ theo thời gian
1.4. Giới thiệu về than
B
Một trong những chất có khả năng hấp phụ tốt và được sử dụng rộng rãi là than.
10
00
Than có thành phần hóa học chủ yếu là cacbon, có thể dùng than dạng hạt hoặc bột để
làm chất hấp phụ. Tính chất của than có liên quan chặt chẽ với nguồn nguyên liệu ban
Ó
A
đầu cũng như quá trình hoạt hóa chúng. Nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất than rất
H
phong phú và đa dạng, các chất có nguồn gốc xenlulozo như: tre, nứa, gỗ, vỏ trấu, vỏ
-L
Í-
lạc, bã mía, mùn cưa.., các nguyên liệu chứa cacbon như: than đá, than bùn...
ÁN
Phương pháp chế tạo than thường được tiến hành theo hai giai đoạn: than hóa và hoạt
TO
hóa than [9].
Than hóa thường được tiến hành ở nhiệt độ 400 ÷ 500°C. Quá trình này, nhiệt
D
IỄ
N
Đ
ÀN
độ làm bay hơi và phân hủy các thành phần không phải cacbon. Trong quá trình này
Skype :
/>
0
G
Đ
ẠO
TP
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
C
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
Ơ
hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.4.
cần khống chế nhiệt độ và oxy để sự cháy và phân hủy mạng cacbon là ít nhất.
Hoạt hóa than: là quá trình chế hóa than ở nhiệt độ cao trong môi trường hơi
nước hoặc khí CO2. Trong quá trình này, một phần cacbon sẽ bị khí hóa bớt để tạo ra
độ xốp cần thiết cho than. Bề mặt riêng của than hoạt tính dao động trong khoảng
300-1000m2/g, còn đường kính lỗ nhỏ từ 30- 90A°. Thường chọn nhiệt độ cho quá
trình này là 750- 950°C [9].
12
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
1.4.1. Những tính chất đặc trƣng của than
Cũng như các chất hấp phụ khác, than hoạt tính cũng có những tính chất đặc
trưng thông dụng của một chất rắn như: cấu trúc tinh thể, khối lượng riêng. Ngoài ra
N
còn có những thông số liên quan đến khả năng hấp phụ là: độ xốp, diện tích bề mặt,
H
U
Y
Thể tích lỗ xốp riêng là không gian rỗng tính cho một đơn vị khối lượng.
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Đ
hình cầu, hình khe, hình chai.
N
G
Phân bố kích thước của mao quản hay phân bố lỗ xốp dựa trên những giả
H
Ư
thuyết về hình dáng mao quản. Chúng được xác định theo sự biến đổi của thể tích hay
TR
ẦN
diện tích bề mặt của mao quản với kích thước mao quản.
Trong quá trình hấp phụ, yếu tố quan trọng đầu tiên để đánh giá khả năng hấp
B
phụ của than là diện tích bề mặt riêng. Thường thì diện tích bề mặt càng lớn sẽ có khả
10
00
năng hấp phụ càng cao, do có nhiều trung tâm hấp phụ trên bề mặt than. Kích thước
của mao quản và sự phân bố kích thước cũng là những yếu tố quan trọng để chọn các
Ó
A
loại than phù hợp với mục đích sử dụng. Theo quy định của IUPAC, có thể chia mao
H
quản thành ba loại dựa vào kích thước [10].
-L
Í-
Mao quản lớn: đường kính mao quản trung bình d ≥ 50 nm.
ÁN
Mao quản trung bình: đường kính mao quản trung bình 2 nm
TO
Mao quản nhỏ: đường kính mao quản trung bình d< 2 nm.
1.4.2. Đặc tính hóa học bề mặt của than
Đ
IỄ
N
D
ẠO
của các mao quản. Song có bốn loại mao quản được thừa nhận là: mao quản hình trụ,
Khả năng hấp phụ của than không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc xốp của than, mà
Skype :
/>
TP
Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng
ÀN
Bề mặt riêng là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng.
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
Độ xốp là tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp trên thể tích của vật xốp.
Ơ
hệ mao quản và cấu trúc bề mặt...[9].
còn phụ thuộc vào đặc tính hóa học bề mặt than. Ngoài thành phần chính là cacbon,
than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác (chiếm 5-10 % khối lượng than). Các
nhóm chức chứa oxy trên bề mặt than gọi là nhóm chức bề mặt. Trong quá trình
hoạt hóa, tác nhân hoạt hóa phá hủy một phần mạng cacbon tinh thể tạo nên độ xốp.
Các nguyên tử cacbon trên bề mặt chưa bị bão hòa hóa trị tạo ra các gốc tự do. Các
13
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
/>plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon
gốc tự do là trung tâm tạo ra các nhóm chức bề mặt với mật độ tùy thuộc vào diện
tích bề mặt than, điều kiện hoạt hóa, bản chất của tác nhân hoạt hóa, điều kiện bảo
quản than...
N
Các nhóm chức bề mặt than biểu hiện hai tính chất: axit hoặc bazơ. Các nhóm
Ơ
chức thể hiện đặc tính nào là chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hoạt hóa, quá trình xử
U
Y
than, nhưng thường gặp nhóm axit nhiều hơn.
.Q
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 /
Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
ẠO
chất của kim loại. Khả năng hấp phụ từ dung dịch của than đối với các chất có tính
Đ
chất phân cực khác nhau phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt. Phần lớn quá trình
N
G
hấp phụ của các hợp chất kị nước thường giảm khi hàm lượng nhóm chức axit tăng.
H
Ư
Ngoài ra nhóm chức bề mặt cũng ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các phân
TR
ẦN
tử trong mao quản.
Trong môi trường nước, do bề mặt của than tích điện nên hình thành lớp điện
kép xung quanh bề mặt than. Giá trị pH ở đó, mật độ điện tích các ion trên bề mặt ở
10
00
B
trạng thái cân bằng(điểm điện tích bằng không)gọi là điểm đẳng điện. Ở vùng pH
dưới điểm đẳng điện, bề mặt tích điện dương; vùng pH cao hơn điểm đẳng điện, bề
Ó
A
mặt tích điện âm. Điểm đẳng điện của than xử lý nước nằm trong phạm vi rộng 2,2-
H
10,6. Phần lớn các loại than có điểm đẳng điện nằm trong vùng axit (pH = 4-5) [6].
-L
Í-
1.5. Hấp phụtrong môi trƣờng nƣớc
1.5.1. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
ÁN
Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít
nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự có
D
IỄ
N
Đ
ÀN
mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa
Skype :
/>
TP
kị nước của bề mặt than giảm do sự có mặt của các nhóm chức ưa nước và các hợp
TO
Các nhóm chức bề mặt ảnh hưởng đến tính chất phân cực của bề mặt than. Tính
DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST> : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN
N
H
lý than.Các nhóm chức bề mặt axit hay bazơ đều cùng tồn tại trên bề mặt một loại
chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ;
nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó.
Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp
phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của
chất bị hấp phụ trong nước. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất
14
Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial
www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
