khảo sát động học quá trình hấp phụ ion kim loại lên humin

TÓM TẮT
Humin là một vật liệu được chiết xuất từ than bùn, có khả năng hấp phụ rất tốt. Vật liệu
này rẻ tiền nên việc ứng dụng khả năng hấp phụ của humin vào vấn đề xử lý nước thải bị
nhiễm ion kim loại nặng và các chất hữu cơ là rất khả quan.
Kim loại nặng trong môi trường nước thải nếu không được xử lý triệt để sẽ gây nguy hiểm
rất nhiều cho con người và hệ sinh vật
Trong nghiên cứu lần này chúng tôi thực hiện khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại chì
và đồng và khảo sát động học hấp phụ. Quá trình nghiên cứu được bắt đầu từ việc tách
humin thô từ than bùn Kiên Giang và rửa humin ta được humin, tiến hành hoạt hóa humin
sạch với KOH ta được humin hoạt hóa. Tiến hành khảo sát hấp phụ theo trình tự thay đổi
PH (4,5,6,7,8 – Pb; 3,4,5,6,7 - Cu), thay đổi nồng độ ( 5,10,15,20,25), thay đổi thời gian
hấp phụ (10,20,40,60,80,100) cuối cùng là khảo sát động học và giải hấp phụ với axit HCl
với thời gian giải hấp thay đổi.
Kết quả quá trình nghiên cứu cho thấy humin hoạt hóa và humin sạch hấp phụ kim loại
nặng rất hiệu quả. Cụ thể ở điều kiện tối ưu dung lượng hấp phụ của các kim loại như sau:
Pb – HMS: pH =5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 5.83 mg/g; Pb – HMHH: pH =5, T = 60p,
Co = 10ppm  Q = 14.47 mg/g; Cu – HMHH: pH =5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14.29
mg/g. Hiệu quả giải hấp phụ: Pb – HMS: H = 72.4%; Pb – HMHH: H = 81.5%; Cu –
HMHH: H = 83.5%. Kết quả nghiên cứu đã thể hiện khả năng hấp phụ cũng như giải hấp
phụ của kim loại trên humin hoạt hóa tốt hơn nhiều so với humin sạch và kim loại Pb tốt
hơn đôi chút so với kim loại đồng. Ngoài ra quá trình động học hấp phụ đã cho thấy đây là
hấp phụ đa lớp chủ yếu là hấp phụ vật lý.


ABSTRACT
Humin is a material that is extracted from the peat, with very good absorption capacity.
This material is inexpensive, so the application of Humin adsorption capacity at wastewater
treatment issues contaminated heavy metal ions and organic matter is very positive.
Heavy metals in waste water environment if not handled thoroughly will greatly endanger
people and ecosystems.
In this study we carried out surveys adsorption capacity of lead and copper metal ion and

adsorption kinetics study. The research process begins by splitting crude Humin peat from
Kien Giang and we are Humin Humin laundering, conducting clean activation with KOH
Humin Humin we be activated. Adsorption survey conducted in the order changed PH
(4,5,6,7,8 - Pb; 3,4,5,6,7 - Cu), changing concentrations (5,10,15,20 , 25), change the time
adsorption (10,20,40,60,80,100) finally examined the adsorption kinetics and hydrochloric
acid desorption time change.
Research results show that the process of activating and Humin Humin clean adsorbed
heavy metals very effectively. Specifically in optimal conditions adsorption capacity of the
following metals: Pb - HMS: pH = 5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 5.83 mg / g; Pb HMHH: pH = 5, T = 60p, Co = 10ppm  Q = 14:47 mg / g; Cu - HMHH: pH = 5, T =
60p, Co = 10ppm  Q = 14:29 mg / g. Adsorption efficiency solutions: Pb - HMS: H =
72.4%; Pb - HMHH: H = 81.5%; Cu - HMHH: H = 83.5%. Research results have shown
the absorption capacity as well as the adsorption of metal on activated Humin better than
metal Humin Pb clean and slightly better than copper. Also the adsorption kinetics showed
multilayer adsorption is mainly physical adsorption.


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................... 11
1.1

KHÁI QUÁT VỀ THAN BÙN ................................................................ 11

1.2

THÀNH PHẦN CỦA THAN BÙN .......................................................... 11

1.2.1

Thành phần nguyên tố và hợp chất hữu cơ ................................................ 11

a)

Thành phần nguyên tố ...............................................................................11

b)

Hợp chất hữu cơ ........................................................................................11

1.2.2

Chất mùn .................................................................................................... 12

1.3

HUMIN ...................................................................................................... 17

1.3.1

Đặc điểm của humin .................................................................................. 17

1.3.2

Thành phần hóa học của humin ................................................................. 17

a)

Hợp chất hữu cơ ........................................................................................17

b)

Thành phần nguyên tố................................................................................18

1.3.3

Một vài ứng dụng của humin ..................................................................... 20

1.3.4

Một số phương pháp xử lý humin thô ....................................................... 21

a)

Phương pháp bazơ (phương pháp kiềm chảy) ...........................................21

b)

Phương pháp axit .......................................................................................21

1.4

QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ........................................................................... 22

1.4.1

Hiện tượng hấp phụ ................................................................................... 22

1.4.2

Các loại hấp phụ ........................................................................................ 22

a)

Hấp phụ vật lý ............................................................................................ 22

b)

Hấp phụ hóa học ........................................................................................23

c)

Phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ..................................23

1.4.3

Cấu trúc chất hấp phụ ................................................................................ 24

a)

Cấu trúc hóa học........................................................................................24

b)

Cấu trúc xốp............................................................................................... 25

1.5

BẢN CHẤT CỦA CHẤT BỊ HẤP PHỤ TRONG MÔI TƯỜNG NƯỚC
....................................................................................................................27

1.6

CÂN BẰNG HẤP PHỤ............................................................................. 27

1.6.1

Dung lượng hấp phụ ................................................................................. 27

1.6.2

Tốc độ hấp phụ .......................................................................................... 28

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

1


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

1.6.3

Cân bằng hấp phụ hệ một cấu tử ............................................................... 29

a)

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir ........................................................... 30

b)

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich .........................................................31
CƠ CHẾ HẤP PHỤ ................................................................................... 31

1.7
1.7.1

Sự hấp phụ trên ranh giới lỏng – rắn ......................................................... 31

1.7.2

Sự hấp phụ phân tử .................................................................................... 32

1.7.3

Sự hấp phụ chất điện li .............................................................................. 32

1.7.4

Hấp phụ trao đổi ion .................................................................................. 33
ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ ............................................................................ 34

1.8
1.8.1

Quá trình truyền khối ................................................................................. 34

1.8.2

Khuếch tán phân tử .................................................................................... 35

a)

Định luật khuếch tán ..................................................................................35

a)

Khuếch tán trong nước...............................................................................36

1.8.3

Chuyển khối trong hệ hấp phụ ................................................................... 37

a)

Chuyển khối qua màng ...............................................................................38

b)

Chuyển khối trong hạt chất hấp phụ: ........................................................39

1.9

GIẢI HẤP PHỤ ......................................................................................... 41

1.9.1

Giải hấp bằng phương pháp nhiệt .............................................................. 41

1.9.2

Giải hấp bằng phương pháp hóa lý ............................................................ 42

1.10

TỔNG QUAN VỀ ĐỘC CHẤT KIM LOẠI CHÌ VÀ ĐỒNG ................. 42

1.10.1 Kim loại chì ............................................................................................... 42
a)

Đường xâm nhập vào cơ thể ......................................................................43

b)

Độc tính ......................................................................................................43

c)

Tác hại của chì ........................................................................................... 43

1.10.2 Kim loại đồng ............................................................................................ 45
a)

Chuyển hóa và độc tính .............................................................................45

b)

Biện pháp kỹ thuật .....................................................................................46

1.11

CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. ...... 46

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM .................................................................................... 49
2.1

HUMIN SẠCH .......................................................................................... 50

2.1.1

Dựng đường chuẩn và khảo sát hấp phụ .................................................... 50

a)

Dựng đường chuẩn ....................................................................................50

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

2


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

b)

Quá trình hấp phụ .......................................................................................... 50

2.1.2

Ảnh hưởng của ph đến khả năng hấp phụ Pb2+ ......................................... 50

2.1.3

Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ ........................................ 51

2.1.4

Khảo sát động học Pb2+ của humin sạch .................................................... 51

a)

Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ......................51

b)

Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ Pb2+.....................................51

2.1.5

Khảo sát thời gian giải hấp phụ Pb2+ của humin sạch ............................... 51

2.2

HUMIN HOẠT HÓA ................................................................................ 52

2.2.1

Dựng đường chuẩn và khảo sát hấp phụ. ................................................... 52

a)

kim loại Cu2+ .............................................................................................. 52

b)

khảo sát sự hấp phụ Pb2+ ...........................................................................52

2.2.2

Ảnh hưởng của ph đến khả năng hấp phụ.................................................. 53

a)

kim loại Cu2+ .............................................................................................. 53

b)

kim loại Pb2+ .............................................................................................. 53

2.2.3

Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ ........................................ 53

a)

Ion kim loại Cu2+ .......................................................................................53

b)

Ion kim loại Pb2+........................................................................................53

2.2.4

khảo sát động học của humin hoạt hóa ...................................................... 54

a)

Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ......................54

b)

ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ của humin hoạt hóa.............54

2.2.5

Khảo sát thời gian giải hấp phụ của humin hoạt tính ................................ 55

a)

Kim loại Cu2+ ............................................................................................. 55

b)

Kim loại Pb2+ ............................................................................................. 55

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 56
3.1

HUMIN SẠCH (HMS) .............................................................................. 56

3.1.1

Đường chuẩn phổ hấp thu nguyên tử Pb2+ (HMS) .................................... 56

3.1.2

Khảo sát hấp phụ ion Pb2+ (HMS) ............................................................. 56

3.1.3

Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMS) ........................ 57

3.1.4

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMS)... 58

3.1.5

Khảo sát động học hấp phụ (HMS) ........................................................... 59

a)

ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS) ..........59

b)

ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMS)..................................60

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

3


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

3.1.6
3.2

Giải hấp phụ humin sạch (HMS) ............................................................... 61
HUMIN HOẠT HÓA (HMHH) ................................................................ 62

3.2.1

Dựng đường chuẩn và khảo sát hấp phụ Pb2+, Cu2+ (HMHH) .................. 62

a)

Đường chuẩn phổ hấp thu nguyên tử Cu2+ (HMHH) ................................ 62

b)

Khảo sát hấp phụ Cu2+ (HMHH) ............................................................... 62

c)

Dựng đường phổ hấp thu nguyên tử Pb2+ (HMHH) ..................................63

d)

Khảo sát hấp phụ Pb2+ (HMHH) ............................................................... 63

3.2.2

Ảnh hưởng của pH đến dung lượng Pb2+, Cu2+ (HMHH) ......................... 64

a)

Kim loại Cu2+ (HMHH) .............................................................................64

b)

Kim loại Pb2+ (HMHH) .............................................................................65

3.2.3

Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ Pb2+, Cu2+ (HMHH) ....... 66

a)

Kim loại Cu2+ (HMHH) .............................................................................66

b)

Kim loại Pb2+ (HMHH) .............................................................................67

3.2.4

Khảo sát động học quá trình hấp phụ (HMHH) ........................................ 68

a)
Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Cu2+, Pb2+
(HMHH) ..............................................................................................................68
b)

Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMHH) ............................. 69

3.2.5

Giải hấp phụ (HMHH) .............................................................................. 73

a)

Kim loại cu2+ (HMHH) ..............................................................................73

b)

Kim loại Pb2+(HMHH) ..............................................................................73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 74
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 74
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

4


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Phương pháp phân tách các thành phần than bùn. ........................... 13
Hình 1.2 a) Ảnh SEM bề mặt của humin sau khi đã ép thành đĩa ................ 17
b) Ảnh SEM của humin ................................................................. 17
Hình 1.3 Phổ XRD của humin ........................................................................ 19
Hình 1.4 Phổ IR của humin và acid humic ..................................................... 20
Hình 1.5 Dạng thường gặp của các đường cong hấp phụ đẳng nhiệt ............. 28
Hình 1.6 Đường động học tiêu biểu theo nhiệt độ .......................................... 28
Hình 1.7 Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cs+( ∆), Sr2+(○), Gd3+(●)
bởi humin. ......................................................................................... 48
Hình 3.1 Phường trình đường chuẩn Pb2+ (HMS) .......................................... 56
Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH đến khả hiệu quả hấp phụ Pb2+ (HMS) ............ 57
Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu quả hấp phụ Pb2+ (HMS) ........... 58
Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS) 59
Hình 3.5 Đường động học hấp phụ Langmuir (HMS).................................... 60
Hình 3.6 Đường động học hấp phụ Fruendlich (HMS) .................................. 60
Hình 3.7 Phương trình đường chuẩn Cu2+ (HMHH) ...................................... 62
Hình 3.8 Phương trình đường chuẩn Pb2+ (HMHH) ....................................... 63
Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu2+ (HMHH) .............. 64
Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMHH) ......... 65

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cu2+(HMHH) . 66
Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+(HMHH) .. 67
Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ
(HMHH) ............................................................................................ 68
Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ
(HMHH) ............................................................................................ 69
Hình 3.15 Đường động học hấp phụ Langmuir Cu2+ (HMHH)...................... 70
Hình 3.16 Đường động học hấp phụ Fruendlich Cu2+ (HMHH) .................... 70
Hình 3.17 Đường động học hấp phụ Langmuir Pb2+ (HMHH) ...................... 71
Hình 3.18 Đường động học hấp phụ Fruendlich Pb2+ (HMHH) .................... 72

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

5


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính tan của các hợp chất humic ..................................................... 13
Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố của axit humic, axit fulvic và humin .......... 15
Bảng 1.3 Đặc tính hóa học của các hợp chất humic ....................................... 16
Bảng 1.3 Một số khuyến cáo đối với hôn hợp hơi kim loại đồng .................. 46
Bảng 1.4 Dung lượng hấp phụ Cu(II) (to phòng) của các hợp chất humic ..... 46
Bảng 1.5 Dung lượng hấp phụ Cd(II) (t0 phòng) của các hợp chất humic ..... 46
Bảng 1.6 Dung lượng hấp phụ Cd(II) của humin ở to phòng......................... 47
Bảng 1.7 Dung lượng hấp phụ Ni(II) của humin ............................................ 47

Bảng 1.8 Dung lượng hấp phụ Cr(III) của humin........................................... 47
Bảng 1.9 Dung lượng hấp phụ 1-naphthol 10ppm lên Humin ....................... 48
Bảng 3.1 Nồng độ và Abs của dãy chuẩn kim loại Pb2+ (HMS) .................... 56
Bảng 3.2 Khảo sát hiệu quả hấp phụ Pb2+ của humin sạch (PH=5) (HMS) ... 56
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của ph đến dung lượng hấp phụ (HMS) ....................... 57
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ (HMS) .............. 58
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ (HMS)59
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ (HMS) ...................... 60
Bảng 3.7 Các giá trị hằng số Langmuir, Fruendlich và R2 (HMS) ................. 60
Bảng 3.8 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả giải hấp (HMS) ... 61
Bảng 3.9 Nồng độ và dãy chuẩn Cu2+ (HMHH) ............................................. 62
Bảng 3.10 Khảo sát hấp phụ Cu2+ (HMHH) ................................................... 62
Bảng 3.11 Nồng độ và dãy chuẩn Pb2+ (HMHH) ........................................... 63
Bảng 3.12 Khảo sát hấp phụ Pb2+ (HMHH) ................................................... 63
Bảng 3.13 Ảnh hưởng của ph đến khả năng hấp phụ Cu2+ (HMHH) ............. 64
Bảng 3.14 Ảnh hưởng của ph đến dung lượng hấp phụ Pb2+ (HMHH) ......... 65
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Cu2+(HMHH) . 66
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của nồng độ đến dung lượng hấp phụ Pb2+(HMHH) . 67
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Cu2+
(HMHH) ............................................................................................ 68
Bảng 3.18 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng hấp phụ Pb2+
(HMHH) ............................................................................................ 69
SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

6


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Bảng 3.19 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ Cu2+ (HMHH) ........ 69
Bảng 3.20 Các giá hệ số Langmuir, Fruendlich và R2 của Cu2+ (HMHH) ..... 70
Bảng 3.20 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ hấp phụ Pb2+ (HMHH) ......... 71
Bảng 3.21 Các hệ số Langmuir, Fruendlich và R2 của Pb2+ (HMHH) ........... 72
Bảng 3.22 Các thông số của quá trình giải hấp Cu2+ ...................................... 73
Bảng 3.23 Các thông số của quá trình giải hấp Pb2+....................................... 73

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

7


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
DD:

Dung dịch

FA:

Axit fulvic

HA:

Axit humic

HEM:

Hồng máu cầu

HM:

Humin

HMHH:

Humin hoạt hóa

HMS:

Humin sạch

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

8


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

PHẦN MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nước thải của các khu công nghiệp gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng rất nhiều
đến sức khỏe con người, đặc biệt là nước thải có chứa kim loại nặng vượt ngưỡng nồng
độ cho phép. Mặc khác humin một vật liệu có trong bã than bùn có khả năng hấp phụ

rất tốt ion kim loại nặng. Trước vấn đề như thế chúng tôi quyết định thực hiện đề tài
nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng từ humin hoạt hóa.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
 Phân lập humin từ than bùn Kiên Giang.
 Khảo sát hấp phụ và giải hấp phụ Pb2+ trên humin sạch; Cu2+, Pb2+ trên humin
hoạt hóa để nghiên cứu bản chất hấp phụ của kim loại lên humin và động học của
quá trình hấp phụ.
 Sử dụng phương pháp hấp thu nguyên tử AAS phân tích kim loại một cách hiệu
quả, loại trừ các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình phân tích để kết quả thu được là
chính xác nhất
Trên những kết quả thu được chúng tôi có những cơ sở để định hướng cho những
nghiên cứu cũng như ứng dụng của humin thu được từ nguồn bã thải than bùn cũng như
than bùn trong việc xử lý nước thải bị nhiễm kim loại một cách hiệu quả nhất.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng:
Vật liệu hấp phụ: humin sạch, humin hoạt hóa.
Vật liệu bị hấp phụ: Cu2+, Pb2+.
Phạm vi nghiên cứu:
Khảo sát động học hấp phụ và giải hấp phụ Pb2+ (10ppm) trên humin sạch.
Khảo sát động học hấp phụ và giải hấp phụ Cu2+, Pb2+ (10ppm) trên humin hoạt
hóa.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Ý nghĩa khoa học:
-

Tạo ra một loại vật liệu mới có khả năng hấp phụ kim loại nặng.
Định hướng cho những nghiên cứu tiếp theo về humin trên những như dữ liệu có
được từ việc nghiên cứu đề tài.

Ý nghĩa khoa học:

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

9


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

-

-

Tận dụng phế phẩm từ việc chiết tách humic từ than bùn là humin tao ra một vật
liệu hấp phụ, góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường nói chung và công tác
xử lý nước thải kim loại nặng nói riêng.
Đa dạng hóa các loại vật liệu hấp phụ đối với kim loại trong công tác xử lý nước
thải.

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

10


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN
1.1

KHÁI QUÁT VỀ THAN BÙN [1]

Than bùn là sản phẩm phân hủy của thực vật, màu đen hoặc nâu. Đây là một hỗn
hợp của thực vật đầm lầy đủ loại: mùn, vật liệu vô cơ và nước, trong đó di tích thực vật
chiếm hơn 60%.
Than bùn là loại vật liệu có thể chứa tới 50 – 60% carbon khi khô, nên than bùn là
loại nhiên liệu đốt cháy và sau khi cháy để lại 5 – 50% chất tro. Khi cháy, than bùn phát
ra nhiều khói và có mùi hôi, nhiệt lượng khoảng 2000 – 5000 kcal/kg.
Than bùn được hình thành do sự phân hủy của các giống, loài thực vật xảy ra trong
nước dưới ảnh hưởng của khí hậu ẩm ướt. Vật liệu bị phân hủy tích tụ ngay tại nơi của
thực vật sinh sống. Các giống loài thực vật phát triển trong nước, sau khi chết bị than
hóa hoặc mùn hóa trong điều kiện không có không khí. Sự than hóa hoặc mùn hóa là kết
quả của sự phân hủy của thực vật dưới tác động của các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm).
Hiện tượng này đòi hỏi một thời gian lâu dài hàng trăm hoặc hàng ngàn năm.
1.2
THÀNH PHẦN CỦA THAN BÙN
1.2.1 Thành phần nguyên tố và hợp chất hữu cơ
a)
Thành phần nguyên tố [2]
Đây là tỉ lệ phần trăm của các nguyên tố trong than. Thành phần nguyên tố của
than bùn thay đổi theo mẫu vật phân tích, thành phần thực vật, mức độ phân hủy của
thực vật và theo cả độ sâu của mỏ than.
Trong các nguyên tố tạo than, thành phần carbon, oxy, hydro là nổi bật vì nó
chiếm hầu hết thành phần của than. Phần còn lại dành cho nhiều khoáng chất khác, trong
đó mỗi khoáng chất chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ. Các nguyên tố thường gặp trong các loại
than bùn là: N, P, K, Na, S, Al, Fe…
b)

Hợp chất hữu cơ [1]

Thành phần các chất hữu cơ hoàn toàn phụ thuộc vào thực vật tạo than, mức độ
phân hủy và môi trường trong đó than bùn được hình thành. Những nghiên cứu về than
bùn đã xác định được năm nhóm hợp chất hữu cơ căn bản trong than bùn sau đây:
 Các chất hữu cơ hòa tan trong nước: chủ yếu là polisacarit, đơn đường và
một ít tanin. Thành phần của các hợp chất này dao động từ 5 – 10% tùy theo
mức độ phân hủy.
 Các hợp chất hòa tan trong Este và rượu: gồm axit béo, sáp, resin…Thành
phần các hợp chất này dao động trong một khoảng rộng, liên quan chặt chẽ
SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

11


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

đến thực vật tạo than và càng tăng khi tuổi than càng lớn.
 Xenlulozơ và hemixenlulozơ: chiếm khoảng 5 – 40%. Lignin và các dẫn
xuất từ lignin: thường có thành phần lớn nhất vì lignin ít bị rửa trôi hơn các
chất khác, lignin cũng rất bền đối với sự tác động của vi sinh vật. Thành
phần này thường dao động trong khoảng 20 – 50%.
 Hợp chất nitơ: thường chiếm một tỉ lệ thấp, dao động từ 0.3 – 4%.
Các thành phần hữu cơ trong than bùn có thể xếp loại theo các chất mùn và các
chất không phải là chất mùn:
Các chất không phải mùn như các cacbuahyđrô, prôtêin, aminoaxit…Các axit hữu
cơ bậc thấp có trong than bùn được khoáng hóa nhanh bởi các vi sinh vật, vì vậy tuổi

thọ của chúng trong đất rất ngắn.
Các chất mùn: ngược lại có cấu trúc phức tạp, có tính axit và thường có màu tối,
chủ yếu là các hợp chất thơm đa điện li và một phần là các hợp chất chứa hyđro với khối
lượng phân tử khoảng 300 đến 100.000. Chúng là những bậc trung gian của quá trình
khoáng hóa các chất hữu cơ trong bùn và ảnh hưởng đến khả năng hút nước, khả năng
trao đổi ion của than bùn cũng như khả năng liên kết các ion kim loại.
Các thành phần hữu cơ trong than bùn có khả năng hấp phụ và trao đổi ion trong
những điều kiện pH thích hợp.
1.2.2 Chất mùn
Chất mùn là sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ. Chất mùn hiện diện dưới dạng
keo giàu carbon, thường có màu nâu hoặc đen. Ở trạng thái khô, chất mùn có màu đen,
cứng giòn có khả năng hấp thụ nhiều nước và chất dinh dưỡng.
Chất mùn hòa tan từng phần trong các dung dịch kiềm, bị kết tủa trong các axit và
đặc biệt là rất bền dưới tác dụng của các vi sinh vật trong điều kiện yếm khí. Ngược lại,
trong điều kiện thoáng khí, chất mùn có thể bị biến đổi bởi một số các loại nấm [1].
Thành phần hóa học của chất mùn gồm có: carbon, oxy, hydro và nitơ. Ngoài các
chất cơ bản trên đây, chất mùn còn chứa lưu huỳnh, photpho, natri, kali, canxi và một
số nguyên tố vi lượng khác.
Trên cơ sở độ hòa tan, người ta chia chất mùn thành 03 dạng: axit fulvic, axit humic
và humin như sau:

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

12


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Hình 1.1 Phương pháp phân tách các thành phần than bùn.
Axit fulvic: tan được trong nước, có màu nâu; tan trong axit thường có màu vàng
hoặc nâu vàng. Axit fulvic có hàm lượng các nhóm chức axit cao và cũng hòa tan được
trong kiềm. Chúng có khối lượng phân tử không cao lắm, thành phần carbon thường nhỏ
hơn 55%.
Axit humic: không tan trong nước, không tan trong rượu, hòa tan trong các dung
dịch kiềm và khi pH giảm (axit hóa) thì lại kết tủa. Các axit humic có khối lượng phân
tử từ 20.000 đến 100.000, có thành phần carbon khoảng 58%.
Humin: gồm các chất cao phân tử còn lại, không tan trong mọi điều kiện pH, có
màu đen, xuất hiện do quá trình già hóa của axit fulvic và axit humic.
Bảng 1. 1: Tính tan của các hợp chất humic
Chất mùn

Tan trong
Nước

Kiềm

Axit

Axit fulvic

+

+

+

Axit humic

-

+

-

Humin

-

-

-

Ghi chú: (+) : tan;

(-) : không tan

Nếu lấy chất mùn chiết với bazơ mạnh rồi cho sản phẩm tan trong axit thì ta có:
 Humin là những sản phẩm gốc thực vật không chiết được.
 Axit humic là những sản phẩm kết tủa trong quá trình axit hóa.
 Axit fulvic là những chất hữu cơ còn lại trong dung dịch axit.
Các hợp chất humic có trong chất mùn ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của nước
như tính chất axit, bazơ, tính hấp phụ và đặc tính tạo phức [3].

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

13

Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Ví dụ các axit fulvic có ảnh hưởng đến đặc tính của nước trong khi đó humin không
tan và axit humic tác động đến chất lượng nước thông qua trao đổi cation, các chất hữu
cơ…với nước.
Cho đến nay người ta đã biết được các hợp chất humic là những chất điện ly có
phân tử lượng cao, từ vài trăm (axit fulvic) tới vài vạn (axit humic và humin). Chúng
không phải là những phân tử riêng lẻ mà liên kết với nhau (humin, axit humic và axit
fulvic). Các hợp chất humic này hình thành một bộ khung carbon có chứa các gốc thơm,
một số nhóm oxi hoạt động và có thể có cả những nhóm giống prôtêin và cacbuahyđro.
Các thành phần này có thể dễ dàng bị hyđro hóa từ các hạt nhân thơm mà lại bền với
phản ứng sinh học.
Công thức phân tử của một loại axit humic được đề nghị:

Thông thường các hợp chất humic chứa 45 – 55 %C, 35 – 45 %O, 3 – 6 %H, 1 –
5 %N và 0 – 1 %S. Khi phân hủy các hợp chất humic có thể thu được một số sản phẩm
phân hủy điển hình như sau:

Theo Buffle, axit fulvic có cấu tạo như sau:

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

14


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Các hợp chất humin có thể tạo phức với ion kim loại từ các nhóm cacboxyl và
phenolic hydroxyl:

Bảng 1. 2: Thành phần nguyên tố của axit humic, axit fulvic và humin [2]
Thành phần (%)

Axit fulvic
(FA)

Axit humic
(HA)

Humin
(HM)

C

50.00

48.10

51.35

H

4.40

4.90

6.36

O

39.20

40.10

38.59

N

2.80

3.00

3.20

S

3.60

3.90

0.50

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

15

Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Bảng 1.3 Đặc tính hóa học của các hợp chất humic [4][5]

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

16


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

1.3

HUMIN

1.3.1 Đặc điểm của humin
Humin gồm các chất cao phân tử xuất hiện do quá trình già hóa của axit humic và
axit fulvic. Nó là thành phần bền nhất của than bùn, được tách ra bằng cách hòa tan than
bùn trong dung dịch NaOH pH khoảng 13. Khi đó thì axit humic và axit fulvic đã tan
hết.
Về màu sắc thì humin có màu từ nâu đến đen tùy vào mức độ già hóa các axit.
Humin cũng là thành phần có khối lượng phân tử cao nhất trong than bùn và có
cấu trúc phức tạp.

a)

Hình 1.2:

b)

a) Ảnh SEM bề mặt của humin sau khi đã ép thành đĩa [6]
b) Ảnh SEM của humin [7]

1.3.2 Thành phần hóa học của humin
a)

Hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ có trong humin cũng dựa trên cơ sở những hợp chất hữu cơ có
trong than bùn. Đó là những hợp chất bền trong môi trường kiềm.
Các hợp chất béo có mạch cacbon dài: thành phần này chiếm chủ yếu trong humin,
khoảng 50%. Chính nó đã quyết định đến độ tan của humin trong nước cũng như trong
môi trường kiềm. Các hợp chất xenlulozơ và hemixenlulozơ: chiếm khoảng 30 – 35%.
Các hợp chất aromatic và polyaromatic: chiếm khoảng 15%. Thành phần này đặc
trưng cho mức độ phân hủy của humin. Theo thời gian, dưới sự tác động của các vi sinh
vật kỵ khí thì các hợp chất béo bị oxy hóa thành các hợp chất aromatic và sinh ra CO2.
Các hợp chất amid hay cacboxylic: thành phần này khá ít chỉ chiếm khoảng 3%.
SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

17


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Nhưng khi tách humin ra khỏi than bùn bằng dung dịch NaOH thì hầu hết các nhóm
chức axit (-COOH) đều bị chuyển thành các muối natri (-COONa). Ngoài ra, còn có số
lượng lớn các nhóm chức trên bề mặt [25] đã quyết định phần nào cơ chế hấp phụ các
chất của humin.
Một đặc điểm nữa là thành phần của humin chiếm một tỉ lệ nhỏ trong than bùn
(6.84 %) còn phần lớn là các vật chất khoáng (55.48 %), nếu tính riêng đối với các hợp
chất humic thì humin chiếm khoảng 15.9 %.
b)

Thành phần nguyên tố

Humin có bản chất là chất hữu cơ nên các nguyên tố cơ bản của nó vẫn là C, H, O,
N…. Tùy vào mỗi loại than bùn gốc tạo humin mà hàm lượng của các nguyên tố trên
thay đổi. Hàm lượng của C và O luôn cao hơn H rất nhiều. Hơn nữa do trong các loại
than thì than bùn là loại có nhiều oxy nhất nên trong humin thì hàm lượng oxy cũng
thường cao hơn cacbon [5].
Tuy nhiên, người ta thường sử dụng tỉ lệ giữa các nguyên tố: H/C và O/C để đánh
giá về tính chất cũng như là mức độ phân hủy của humin.
Tỉ lệ H/C có thể nằm trong khoảng từ 2 (trong các hợp chất béo) đến 1 (trong
naphthalene hay trong polyaromatic) [8].
Tỉ lệ O/C có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 2 (trong CO2) và cao hơn trong những
mẫu ẩm.
Ngoài ra trong humin còn chứa một số khoáng vô cơ của các nguyên tố Si, Al, Fe,
Ca…. Các khoáng này chiếm một hàm lượng không lớn, nên nó cũng không ảnh hưởng
nhiều đến cơ chế hấp phụ của humin.
Kết quả chụp phổ XRD (hình 1.3) [7] đã khẳng định sự có mặt các khoáng vô cơ
(quartz – SiO2; aluminosilicat...) trong humin.

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

18


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Hình 1.3: Phổ XRD của humin
Tóm lại, về kết quả phân tích nguyên tố trong humin thì không cho một công thức
phân tử cụ thể mà chỉ cung cấp thông tin chung về thành phần các nguyên tố, bởi do
humin hay nói chung là các hợp chất humic là hỗn hợp của nhiều thành phần các chất
[4].
Kết quả phổ chụp IR của humin và axit humic (hình 1.4) theo [9] như sau:

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

19


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Hình 1.4. Phổ IR của humin và acid humic
Theo [9], trong humin và axit humic có rất nhiều dao động của các nhóm chức. Ví
dụ, dao động của nhóm –OH: khoảng 3400 cm-1; metoxyl (CH3O-): 1089cm-1; C=O và
C-O là khoảng 1700 cm-1 và ở 1050-1251 cm-1. Bên cạnh đó, còn thấy có dao động SiO ở 1050 cm-1 và ở 3698 và 3621 cm-1 .
1.3.3 Một vài ứng dụng của humin
Sử dụng làm chất độn trong phân bón: từ than bùn người ta chiết axit humic để
làm phân bón (bằng cách trao đổi các ion K+ hay NH4+ với H+ làm thành phân đạm hay

kali), còn phần bã là humin thì có thể làm chất độn thêm vào phân để tăng hàm lượng
mùn trong phân [10].

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

20


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

Cũng như than bùn và các loại chất mùn khác thì humin cũng được dùng làm chất
đốt. Tức là phần bã thải thu được sau khi chiết axit humic, một phần dùng làm chất độn,
một phần đem làm than đốt.
So với axit fulvic và axit humic, thì phản ứng của humin với các ion kim loại thấp
hơn do các nhóm chức bề mặt của humin đã bị chiếm đóng bởi các khoáng vô cơ (quartz
– SiO2, khoáng sét, ferrihydrite – FeOOH, gibbsite – Al(OH)3) thông qua các cầu nối
cation. Tuy vậy, với số lượng lớn các nhóm chức trên bề mặt, cũng như khả năng không
bị hòa tan, thì humin là một vật liệu hấp phụ rất tốt.
Vì vậy, một ứng dụng quan trọng của humin là nó được sử dụng trong lĩnh vực xử
lý nước, vì nó có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng (các ion Cu, Pb, Hg, Ni, Cr,
Cd...) cũng như các chất độc hữu cơ có trong nước. Điều này đã được nhiều nhà khoa
học nghiên cứu và đang được tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng một cách tốt nhất loại vật
liệu humin này.
1.3.4 Một số phương pháp xử lý humin thô
a)

Phương pháp bazơ (phương pháp kiềm chảy)

SiO2 là một oxit axit và Al2O3 là một oxit lưỡng tính, chúng đều tác dụng tốt với
kiềm đặc biệt ở nhiệt độ cao.
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
Cho bazơ tác dụng với mẫu humin ở nhiệt độ cao sẽ làm phá vỡ cấu trúc của mẫu
chuyển SiO2, Al2O3 thành các muối tan từ đó loại bỏ chúng qua quá trình lọc rửa.
Bazơ được sử dụng để kiềm chảy có thể là KOH, NaOH, Na2CO3… Nhiệt độ kiềm
chảy từ 450-500oC đối với kiềm mạnh và 900-10000C đối với kiềm yếu. Thời gian gia
nhiệt từ 30-60 phút.
Nhận xét: phương pháp này có ưu điểm là không độc hại, thời gian phản ứng
nhanh. Nhưng lại gặp khó khăn trong quá trình lọc rửa, quá trình nung phức tạp vì phải
đảm bảo sao cho humin không bị cháy trong quá trình nung và khi nung ở nhiệt độ cao
humin có thể mất đi khả năng hấp phụ.
b)

Phương pháp axit
 Phương pháp sử dụng hỗn hợp axit HCL và HF.

Đối với phương pháp này người ta loại bỏ SiO2, Al2O3 và các hợp chất khác trong
humin bằng hỗn hợp HF, HCl.
SiO2 tác dụng được với HF tạo thành SiF4 dễ bay hơi khi nung nóng hoặc tạo thành
các phức tan trong nước có thể loại bỏ trong quá trình lọc rửa.
SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

21


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
SiF4 + 2HF → H2SiF6
Al2O3 có thể tác dụng đồng thời với HF, HCl:
Al2O3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Al3+ +3F- → AlF3 (hoặc AlF63-)
Nhận xét: Phương pháp này đơn giản loại bỏ được một lượng lớn các hợp chất vô
cơ. Tuy nhiên các phản ứng trên xảy ra chậm và HF là hợp chất axit rất độc.
 Phương pháp rửa bằng axit HCl
Than bùn trong quá trình hình thành, tồn tại và trong quá trình khai thác, tồn chứa
ở bãi thải đã hấp phụ một lượng lớn kim loại nặng. Điều này làm giảm đáng kể khả năng
hấp phụ của humin. Phương pháp rửa thực hiện quá trình loại bỏ các kim loại nặng trong
humin bằng việc trao đổi H+ với axit mạnh như HCl, việc này nhằm phục hồi các nhóm
chức COOH trên bề mặt humin - tác nhân chính của quá trình hấp phụ.
Nhận xét: Phương pháp này thực hiện đơn giản, thời gian ngắn, chi phí thấp.
Tuy vậy, trong humin vẫn tồn tại một lượng lớn SiO2, Al2O3.
1.4

QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ

1.4.1 Hiện tượng hấp phụ [10]
Hấp phụ trong môi trường nước được hiểu là sự tăng nồng độ của một chất tan
(chất bị hấp phụ) lên bề mặt một chất rắn (chất hấp phụ). Chất đã bị hấp phụ chỉ tồn tại
trên bề mặt chất rắn, không phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích chất hấp phụ nên
nó còn được gọi là quá trình phân bố hai chiều, khác với quá trình hấp thụ mà trong đó
chất tan sau khi được làm giàu phân bố đều khắp thể tích chất hấp thụ.
1.4.2 Các loại hấp phụ
Người ta phân ra làm hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
a)

Hấp phụ vật lý

Khi đã được hấp phụ lên bề mặt chất rắn, nếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất
bị hấp phụ không lớn, cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ ít thay đổi, nhiệt hấp phụ tỏa
ra nhỏ thì người ta gọi nó là hấp phụ vật lý.
Trong sự hấp phụ vật lý, chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt chất hấp phụ bởi
những lực vật lý như lực tĩnh điện, lực tán xạ, cảm ứng và lực định hướng…, không có
sự trao đổi electron giữa hai chất này.
Sự hấp phụ vật lý ít có tính chất chọn lọc và là thuận nghịch. Hấp phụ vật lý là hấp
SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

22


Khóa Luận tốt nghiệp
Nghiên Cứu Động Học Quá trình Hấp phụ ion Kim loại Nặng Lên Humin

phụ không định vị, các phần tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển trên bề mặt hấp
phụ.
Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ vật lý nhỏ (từ 8 -10 kJ/mol). Khi nồng độ (áp
suất) chất bị hấp phụ tăng thì lượng chất bị hấp phụ (thường được biểu diễn bằng số mol
dư trên 1m2 bề mặt) sẽ tăng và đạt giá trị lớn nhất khi bề mặt chất hấp phụ được phủ kín
hết.
Trong hấp phụ vật lý, quá trình hấp phụ tự diễn ra. Chất bị hấp phụ có xu hướng
bám trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ, quá trình này bị cản trở bởi quá trình ngược –
quá trình giải hấp, là quá trình khuyếch tán nhằm đạt đến phân bố cân bằng chất nhờ
chuyển động nhiệt. Nồng độ chất bị hấp phụ càng cao thì lượng chất hấp phụ càng nhiều.
Nhiệt độ càng cao, thì hấp phụ vật lý càng thấp. Đối với mỗi nhiệt độ có một trạng thái
cân bằng riêng. Giải hấp là quá trình ngược lại với quá trình hấp phụ nên là quá trình

thu nhiệt.
b)

Hấp phụ hóa học

Nếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ lớn sẽ làm biến đổi cấu trúc
điện tử của các nguyên tử dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học, nhiệt tỏa ra lớn ngang
với nhiệt phản ứng hóa học, quá trình đó gọi là hấp phụ hóa học. Khi bị hấp phụ lên bề
mặt một chất rắn, chất bị hấp phụ chiếm chỗ của một cấu tử nào đấy và “đẩy” nó ra khỏi
vị trí mà nó đã “gắn” trên đó thì hiện tượng đó gọi là trao đổi ion. Do những đặc thù
riêng về bản chất giữa cặp chất hấp phụ – chất bị hấp phụ, chúng có thể tạo ra các loại
phức chất. Ranh giới phân chia rõ ràng giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học là rất
khó.
Do hấp phụ hóa học nhờ lực hóa học nên giải hấp diễn ra khó khăn và thường giải
hấp chất khác thay cho chất bị hấp phụ. Thực chất giải hấp phụ không phải là đưa phân
tử ra khỏi bề mặt chất hấp phụ, mà là do sự phân hủy hợp chất bề mặt tạo thành trong
hấp phụ hóa học. Hấp phụ hóa học, giống như phản ứng hóa học có đặc điểm riêng,
nghĩa là các chất bị hấp phụ xác định mới có thể tương tác với chất hấp phụ. Năng lượng
hoạt hóa tăng khi tăng mức che phủ bề mặt bởi các phân tử hấp phụ hóa học. Điều này
có thể giải thích là do có các tâm hoạt động và năng luợng hoạt hóa khác nhau.
Các lớp đa phân tử hình thành trong hấp phụ hóa học gồm các hợp chất mới được
gọi là hợp chất bề mặt, chúng không được coi là một pha mới hay một chất mới. Thực
tế, giữa các phân tử chất bị hấp phụ và nguyên tử (phân tử) chất hấp phụ xuất hiện liên
kết hóa học, trong khi đó các nguyên tử bề mặt của chất hấp phụ vẫn tương tác với nhau.
Năng lượng tạo thành liên kết hóa học giữa các phân tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không đủ mạnh để đứt các nguyên tử bề mặt của chất hấp phụ trong mạng lưới tinh thể.
c)

Phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [11]

SVTH: Nguyễn Hoàn Thật
GVHD: Vũ Lê Vân Khánh

23