Nghiên cứu khả năng hấp phụ ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THỊ HẰNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN
TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi
trường

HÀ NỘI, 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

NGUYỄN THỊ HẰNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN
TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi
trường
Người hướng dẫn khoa học

Th.S ĐỖ THỦY TIÊN

HÀ NỘI, 2018


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Đỗ
Thủy Tiên - trường ĐH sư phạm Hà Nội 2 đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ
em hoàn thành bản khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Hóa
học đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dưới
mái trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo mọi
điều kiện, động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập.
Do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế, nên bản thân khóa luận
này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của
thầy, cô giáo cũng như toàn thể các bạn để khóa luận của em có thể hoàn
thiện hơn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hằng


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu
thực sự của cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,
nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS.Đỗ
Thủy Tiên.
Các số liệu và những kết quả đo được trong khóa luận là trung thực, do
cá nhân em tiến hành thí nghiệm.

Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hằng


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt

Tên đầy đủ

AC

Than hoạt tính (Activated carbon)

IR

Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared (IR) spectroscopy)

SEM

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Microscope)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VLHP

Vật liệu hấp phụ


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken ........................................... 3
Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken ................................................... 3
Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni

2+

trong nước thải

công nghiệp .................................................................................... 5
Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 9
Bảng 1.5. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh Đắk
Lắk và tỉnh Điện Biên .................................................................. 13
Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni (II) với các
nồng độ khác nhau........................................................................ 22
Bảng 3.2. Hiệu suất hấp phụ Ni (II) của các VLHP với nồng độ chất hoạt
hóa HNO3 khác nhau .................................................................... 23
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP............................................................................... 27
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni (II) .............................................................................. 28
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả
năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 29
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ của VLHP ........................................................ 31
Bảng 3.7. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni (II) của VLHP .................... 32
Bảng 3.8 . So sánh một số chất hấp phụ được sử dụng để loại bỏ các ion

Ni(II) trong nước .......................................................................... 34


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir............................................ 11
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni (II) ............................... 22
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3
đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP....................................... 23
Hình 3.3. Kết quả phân tích trên phổ hồng IR của than chưa biến tính ......... 24
Hình 3.4. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của than biến tính
bằng HNO3 ................................................................................... 25
Hình 3.5. Than chưa biến tính ...................................................................... 26
Hình 3.6. Than biến tính bằng HNO3............................................................ 26
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni
(II) của VLHP............................................................................... 27
Hình 3.8 . Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng
hấp phụ Ni(II)............................................................................... 28
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả
năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 30
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu Ni (II) đến hiệu
suất hấp phụ của VLHP ................................................................ 31
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với
Ni(II) ............................................................................................ 33
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với Ni (II) .......... 33


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken.............................................................. 3

1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken............................................... 3
1.1.2. Công dụng của niken .................................................................... 4
1.1.3. Ảnh hưởng của niken .................................................................... 4
1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước......................... 5
1.2. Phương pháp hấp phụ .......................................................................... 6
1.2.1. Các khái niệm ............................................................................... 6
1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........... 8
1.3. Giới thiệu vỏ cà phê........................................................................... 11
1.4. Than hoạt tính (AC) và cấu trúc bề mặt của AC ................................ 13
1.4.1. Giới thiệu về than hoạt tính ........................................................ 13
1.4.2. Các phương pháp sản xuất than hoạt tính................................... 13
1.4.3. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính ...................................... 15
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 17
2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 17
2.2. Hóa chất và dụng cụ .......................................................................... 17
2.2.1. Hóa chất ..................................................................................... 17
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ ................................................... 17
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 18
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu..................................................... 18
2.3.2. Phương pháp phân tích............................................................... 18
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................... 18
2.3.3.1. Xây dựng đường chuẩn Ni (II) .............................................. 18


2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê............... 19
2.3.3.3. Thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ Ni(II) của VLHP................................................................... 20
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 22
3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Ni (II) ................................ 22
3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của các vật liệu hấp phụ.. 22

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả năng
hấp phụ Ni(II)....................................................................................... 22
3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ............... 24
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II)
của VLHP................................................................................................. 26
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ...... 26
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II)
của VLHP............................................................................................. 27
3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II).. 29
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả năng hấp phụ
của VLHP............................................................................................. 30
3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ ................................................. 32
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 36


Khóa luận tốt
nghiệp

Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa
học

Trường ĐHSP Hà Nội
2

1


Khóa luận tốt
nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội
2
MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới nói chung và ở
nước ta nói riêng đang ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển của nhiều
ngành công nghiệp sản xuất, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi
trường và con người. Trong số các kim loại nặng thì niken có độc tính cao.
Ngộ độc niken cũng như các hợp chất của nó sẽ gây đau đầu, tức ngực, ho,
khó thở, tổn thương tim mạch- hệ hô hấp, suy thận,…[8,13,15,18]. Vì vậy
việc loại bỏ thành phần kim loại nặng đặc biệt là Ni (II) ra khỏi nguồn nước
ngầm hay nước thải công nghiệp đang là một trong những vấn đề quan trọng
cần phải giải quyết hiện nay.
Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phương pháp xử lý các
nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng như phương pháp kết tủa, trao đổi ion,
phương pháp sinh học, phương pháp hóa học ,…các phương pháp này thường
khá tốn kém hoặc có thể đưa vào môi trường những chất ô nhiễm khác. Trong
đó phương pháp hấp phụ có ưu điểm xử lý nhanh và cho kết quả rất khả thi
[12]. Than hoạt tính (AC) với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết
cho ứng dụng để thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong
xử lý nước thải [1]. Tuy nhiên giá của các loại AC là rất đắt tiền do hầu hết
các sản phẩm AC có nguồn gốc chung từ các nguyên liệu tự nhiên tốn kém
như gỗ hoặc than. Do đó việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như bã chè
[16], vỏ cà phê [29], bã mía [7], vỏ trấu [18] ,… đang được các nhà khoa học
quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả mà nó mang lại. Một trong các
nguồn phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là vỏ cà phê với
thành phần chính là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin rất thích hợp cho việc
nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước

trong đó có niken.

Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa
học

2


Từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ
Ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê”.
 Mục đích nghiên cứu
Chế tạo được các loại than hoạt tính với chất hoạt hóa là HNO3 từ vỏ cà
phê với nồng độ chất hoạt hóa khác nhau. Sau đó, đánh giá khả năng hấp phụ
Ni (II) trong nước của các VLHP chế tạo được và khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP (pH, thời gian, khối lượng,…).
 Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo các vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê.
- Đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP thông qua IR và SEM.
- Đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP chế tạo được, khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ (pH, thời gian, khối lượng,…).
- Xác định dung lượng của VLHP.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều chế được VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các
ion kim loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường.
Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở
Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp
với điều kiện kinh tế của Việt Nam.


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken
1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken
 Tính chất vật lý
Trong vỏ trái đất niken chiếm khoảng 0,015 % (theo khối lượng). Niken
(Z = 28) thuộc nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn.
Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken
SC B
Tấ á
2 [
8 r
Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Đặc
tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong thiên nhiên
niken có
58

60

61

62

64

5 đồng vị bền: Ni (67,7%) , Ni , Ni , Ni , Ni. Số oxi hóa phổ biến của
niken là + 2, mặc dù 0, +1, và +3 của phức niken cũng được quan sát.
Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong
khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng
lưu huỳnh trong quặng niken.
Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken [13]
Nhiệ N N

t h h
i i
đ1
5

Đ
ộĐ
ộ
d

 Tính chất hóa học
Niken là kim loại có tính hoạt động trung bình, khả năng phản ứng kém
hơn sắt và coban. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, nó không tác
dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố không kim loại điển hình như O 2, S,
Cl2, Br2 vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng nó phản ứng mãnh liệt nhất là


khi niken được chia nhỏ. Niken tinh khiết bền với không khí và nước, người
ta dùng niken để mạ ngoài các đồ bằng kim loại.
1.1.2. Công dụng của Niken
Niken có nhiều tính năng đặc biệt. Niken cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo
và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống.
Những hợp kim của nó với một số kim loại khác dùng trong kỹ thuật lại là
những hợp kim rất cứng, vì vậy người ta thường đưa vào thép để tăng độ
cứng, độ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các loại thép hợp kim đặc biệt [3].
Do tính chất khó bị oxi hóa nên niken được dùng trong công nghiệp mạ
để bảo vệ các kim loại dễ bị gỉ sét. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo ắc
quy kiềm có dung lượng cao và bền vững. Ngoài ra, hợp kim chứa 6%- 8%
niken (18%-20% crom) là thép không gỉ cao cấp, bền ăn mòn trong các môi
trường xâm thực mạnh. Vì vậy, chúng được dùng trong nhiều ngành công

nghiệp: chế tạo máy, hàng không, tên lửa, chế tạo ô tô, thiết bị y tế, xây
dựng,… Trong đời sống hàng ngày, hợp kim niken được dùng trong nhiều
làm dụng cụ gia đình, bộ đồ bếp.
1.1.3. Ảnh hưởng của Niken
Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện
kim, xi mạ, điện tử, ... Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, nó
gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh
hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận , còn nếu da tiếp xúc lâu
dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,… [8,13,15,18].
Hợp chất nikencacbonyl có độc tính cao (hơn khí CO 100 lần). Những nghiên
cứu đã cho thấy độc tính đặc biệt cao của nikencacbonyl thể hiện dưới dạng
hạt nhỏ, mịn lắng đọng trong phổi. Ở điều kiện ẩm của dịch phổi gây kích
ứng sưng huyết và phù nề phổi.


Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chứa niken (II) [1]. QCVN
40:2011/BTNMT quy định nồng độ của niken (II) trong nước thải
công nghiệp như sau:
Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni

2+

trong nước thải công nghiệp
N
g
uN
i

Đ
ơ

n
m
g

Trong đó:
Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tại khu
vực tiếp nhận nước thải.
1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước


Phương pháp sinh học:

- Hấp thụ sinh học
- Chuyển hóa sinh học
- Phương pháp bãi lau sậy
- Các quá trình sử dụng enzyme khác


Phương pháp kết tủa:

- Quá trình oxi hóa khử
- Quá trình kết tủa hiđroxit
- Quá trình kết tủa sunfit
- Quá trình photphat hóa



Quá trình điện hóa:

- Kết tủa điện hóa
- Thẩm tách điện hóa
- Đông tụ điện hóa
- Trao đổi ion điện hóa


Hấp phụ và trao đổi ion:

- Hấp phụ (vật lý, hóa học)
- Trao đổi ion


-9

Phương pháp màng: thẩm thấu ngược và lọc Nano (10 m),

- Vi lọc
- Quá trình màng lỏng


Ngoài ra, còn có các phương pháp như trích ly và phương pháp quang

hóa.
1.2. Phương pháp hấp phụ
1.2.1. Các khái niệm

 Hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn,
lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Trong đó, các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc
khí hấp phụ trên bề mặt chất rắn, xốp. Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp
phụ gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi
là chất bị hấp phụ; pha mang là hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ.
Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi
ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực
tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân
biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2].
Hấp phụ vật lý


Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa
phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm
ứng, định hướng, khuếch tán) liên kết này yếu dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học được gây ra bởi lực liên kết hóa học ( liên kết cộng hóa
trị, lực ion, lực liên kết phối trí) giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị
hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa
học thường lớn hơn 22 kcal/mol.
Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là
tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại cả
quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa 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 hóa học tăng lên [9], [11].
 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước [2]
Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít
nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ.
Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và

có chọn lọc giữa 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 bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng
về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ
tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại. Hấp phụ trong môi trường
nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch, độ xốp, sự phân bố lỗ
xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ.


 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: Khối lượng
phân tử, cấu trúc phân tử, loại và số lượng các nhóm chức, hàm lượng tro và
các hợp chất dễ bay hơi, diện tích bề mặt riêng, số lượng vi lỗ có trong vật
liệu, pH của môi trường hấp phụ và pH của vật liệu, liều lượng vật liệu hấp
phụ,thời gian hấp phụ, nồng độ chất hấp phụ.
1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
 Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp
phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha
mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp
phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở
lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng [9], [11].
- Dung lượng hấp phụ cân bằng: biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác

định về nồng độ và nhiệt độ [11].
Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
( C o −C
cb ) V


q=

m

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ (mg/g)
V: thể tích dung dịch (l)
m: khối lượng chất hấp phụ (g )
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)

(1.1)


- Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng ở trạng thái cân bằng.
- Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
dung dịch ban đầu.


H=
Trong đó:

( C o −C × 100%

cb )
Co

(1.2)

H: hiệu suất hấp phụ (%)
Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l).
 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ
T
B
S ê Pả
T n ưn
T
ậtn
1 L
m l
ậtK ý
2
l
ật ý

3 F
d v l
k
vý
4S 1 H
h v ó
lB Vật

p a
5 r 1
l
u 
C ýcác phương trình trên, v là thể tích chất bị hấp phụ, v là thể tích
Trong
0
hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, p0 là áp suất hơi bão


hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết trong cùng nhiệt độ. Các
ký hiệu KL, k, a, n là các hằng số.
Trong đề tài này, em nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP với ion
2+

kim loại nặng Ni trong môi trường nước theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các
giả thuyết:
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu
phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở Bảng 1.4 được xây
dựng cho hệ hấp phụ rắn - khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp
dụng cho hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir
được biểu diễn như sau:

q

=θ=

b.C cb
qm

(1.3)

1+b.Ccb

Trong đó:
q, qm : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
θ : độ che phủ
b : hằng số Langmuir
Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:
- Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb << 1 thì q = ���� . b. Ccb mô tả
vùng hấp phụ tuyến tính.


- Trong vùng nồng độ cao: b.Ccb >> 1 thì q = ��� mô tả vùng hấp
phụ
bão hòa.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng
nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình
đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, đưa phương trình (1.3) về dạng phương trình
đường thẳng: