NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ METYL DA CAM TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ COMPOZIT POLYANILIN – VỎ LẠC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (284.99 KB, 5 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ METYL DA CAM TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU

HẤP PHỤ COMPOZIT POLYANILIN – VỎ LẠC

Bùi Minh Quý*, Phạm Thị Thu Hà, 
Trương Hồng Quân, Nguyễn Thị Phượng

Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo này nghiên cứu quá trình hấp phụ metyl da cam trong dung dịch nước trên vật liệu hấp
phụ compozit polyanilin (PANi) – vỏ lạc. Ảnh hưởng của pH, thời gian đạt cân bằng hấp phụ và
nồng độ ban đầu của metyl da cam đã được nghiên cứu. Các kết quả thực nghiệm cho thấy: vật
liệu compozit PANi – vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt metyl da cam ở giá trị pH = 6, thời gian đạt
cân bằng hấp phụ là 20 phút, nồng độ ban đầu của metyl da cam tăng thì dung lượng hấp phụ tăng.
Quá trình hấp phụ metyl da cam trên PANi – vỏ lạc tuân theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 250 mg/g. Quá trình hấp phụ tn theo mơ hình
động học hấp phụ bậc 2. Đây là quá trình hấp phụ vật lý với năng lượng hoạt động hóa q trình
hấp phụ đạt 19,66 kJ/mol.

Từ khóa: metyl da cam, hấp phụ, polyanilin – vỏ lạc, mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, mơ 
hình động học bậc 2

GIỚI THIỆU*

Ơ nhiễm môi trường nước, đặc biệt là ô
nhiễm do các hợp chất hữu cơ mang màu
đang được nhiều nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu. Metyl da cam (MO) là hợp chất
màu có công thức phân tử C14H14

N3O3SNa,với cơng thức cấu tạo được thể hiện

trong hình 1.

Hình 1. Cơng thức cấu tạo của MO 
Đây là hợp chất thuộc nhóm azo được dùng
nhiều trong các ngành công nghiệp dệt
nhuộm, in ấn... [4]. Các nghiên cứu gần đây
cho thấy đây là các hợp chất độc, có hại cho
con người thậm chí cịn có thể gây ung thư
đường ruột. Màu sắc của MO còn gây ảnh
hưởng đến môi trường sinh thái [8]. Do vậy
việc loại bỏ MO ra khỏi môi trường nước là vô
cùng cần thiết, cần được quan tâm nghiên cứu.
Polyanilin – vỏ lạc là loại vật liệu tồn tại ở
dạng compozit. Đây là vật liệu có nhiều ưu
điểm như dễ tổng hợp, tận dụng được nguồn
phụ phẩm nông nghiệp sẵn có ở Việt Nam, lại

Tel: 0915 836448, Email:

thân thiện với môi trường [2,5,7]. Các nghiên
cứu đến nay đã khẳng định, PANi – vỏ lạc có
khả năng loại bỏ một số các kim loại nặng ra
khỏi nguồn nước như Cr (VI), Pb (II), Cd (II)
nhưng chưa có nhiều nghiên cứu về khả năng
loại bỏ các hợp chất màu của PANi – vỏ lạc

[2,5,7].

Bài báo này đánh giá khả năng hấp phụ MO
của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc từ đó
khẳng định thêm hiệu quả xử lý nguồn nước
bị ô nhiễm của vật liệu này.

THỰC NGHIỆM

Vật liệu hấp phụ PANi - vỏ lạc được tổng hợp
theo quy trình như tài liệu đã công bố [2].
Nghiên cứu khả năng loại bỏ MO ra khỏi môi
trường nước thông qua nghiên cứu ảnh hưởng
của pH, thời gian đạt cân bằng hấp phụ và
nồng độ ban đầu của MO. Nồng độ MO trước
và sau hấp phụ được xác định bằng phương
pháp phổ hấp thụ phân tử UV – Vis (U –
2900, Hitachi, Nhật).

Nghiên cứu ảnh hưởng của pH: Cân chính

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ:

Sử dụng giá trị pH tối ưu đã xác định ở thí
nghiệm trước, cố định khối lượng chất hấp
phụ PANi – vỏ lạc là 0,10 g, thể tích dung
dịch MO là 50 ml, nồng độ dung dịch MO là
99,26 mg/l. Thay đổi thời gian hấp phụ t = 5,
10, 20, 30, 60, 90, 120 phút.

Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 
MO: Sử dụng giá trị pH và thời gian tối ưu đã

xác định ở các thí nghiệm trước, cố định khối
lượng chất hấp phụ PANi – vỏ lạc là 0,10 g,
thể tích dung dịch MO là 50 ml, thay đổi nồng
độ ban đầu của MO từ 51,23 đến 999,98 mg/l.
Dung lượng và hiệu suất hấp phụ được xác
định theo phương trình (1) và (2) [2,5-8].

( 0 t)
t

C C V

q

m


 (1)

1 (2)

Trong đó: C0, Ct: lần lượt là nồng độ dung

dịch MO ban đầu và tại thời điểm t (mg/l); V:
thể tích dung dịch MO được lấy để hấp phụ
(ml); m: khối lượng chất hấp phụ PANi - vỏ
lạc (g); H: hiệu suất quá trình hấp phụ (%).

Động học quá trình hấp phụ được xác định
theo phương trình động học bậc 1 (3) và động
học bậc 2 (4) dạng tuyến tính [5,6,8]:

log(qe – qt) = logqe - 1

2.303 k

t

(3)

2
2

1

t e e

t

q



k q



q

(4)

Trong đó: qe, qt: dung lượng hấp phụ của

MO trên compozit PANi - vỏ lạc tại thời
điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g); k1:

hằng số tốc độ hấp phụ bậc 1 (phút-1

); k2:

hằng số tốc độ hấp phụ bậc 2 (g.mg-1

. Phút

-1); t: thời gian hấp phụ (phút).

Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt được xác định
theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
(5) và mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich
(6) dạng tuyến tính [5,6,8]:

1

e e

e m L m

C

q



q K



q

(5)

logqe = logKF +

1

F

N

log Ce (6)

Trong đó: qm: dung lượng hấp phụ cực đại

(mg/g); KL: hệ số Langmuir (l/mg); KF: hệ số

Freundlich (mg/g); Ce là nồng độ dung dịch

tại thời điểm cân bằng (mg/l)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng 
hấp phụ MO của vật liệu hấp phụ 
compozit PANi – vỏ lạc

Kết quả trên hình 2 cho thấy, hiệu suất hấp
phụ của MO trên PANi - vỏ lạc phụ thuộc vào
pH của môi trường. Tại pH = 1 ÷ 5, hiệu suất
hấp phụ khá ổn định. Tại pH = 6 hiệu suất
hấp phụ đạt giá trị cao nhất (H = 91,92%),
đồng thời đây cũng là giá trị pH cần thiết của
nước thải công nghiệp sau khi xử lý [1]. Do
vậy chúng tôi sử dụng kết quả này cho các
nghiên cứu tiếp theo.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả 
năng hấp phụ MO của vật liệu compozit 
PANi – vỏ lạc

Kết quả (Hình 3) cho thấy hiệu suất hấp phụ
tăng nhanh từ 0 ÷ 5 phút. Từ 10 ÷ 120 phút,

hiệu suất hấp phụ tăng rất chậm. Trong
khoảng thời gian này, đường biểu diễn sự phụ
thuộc của hiệu suất hấp phụ vào thời gian có
xu hướng nằm ngang, gần như song song với
trục hồnh, chứng tỏ q trình đã đạt đến cân
bằng hấp phụ. Để đảm bảo quá trình hấp phụ
đã đạt đến trang thái cân bằng, chúng tôi lựa
chọn thời gian hấp phụ t = 20 phút cho các
nghiên cứu tiếp theo.

Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời
gian hấp phụ, chúng tơi tiến hành nghiên cứu
động học q trình hấp phụ MO trên PANi –
vỏ lạc theo 2 mô hình động học hấp phụ bậc 1
và bậc 2.

Kết quả trên hình 4 và bảng 1 cho thấy, hệ số
tương quan R2

tính theo mơ hình động học
hấp phụ bậc 2 là tuyệt đối (R2

= 1,000), trong
khi đó giá trị này rất nhỏ với mơ hình động

học hấp phụ bậc 1 (R2

= 0,2602). Mặt khác,
giá trị dung lượng hấp phụ cân bằng tính theo
mơ hình động học bậc 2 (qe = 49,50 mg/g)

gần với giá trị xác định theo thực nghiệm
(qthực nghiệm = 49,57 mg/g – tại C0 = 99,26 mg/l,

V = 50 ml, mPANi - vỏ lạc = 0,10 g, t = 20 phút,

pH = 6) so với mơ hình động học bậc 1 (qe =

0,31 mg/g). Do vậy quá trình hấp phụ MO
trên PANi - vỏ lạc phù hợp hơn với mơ hình
động học hấp phụ bậc 2.

Từ kết luận này có thể xác định năng lượng
hoạt động quá trình hấp phụ (Ea) của hệ theo

công thức (7) [3]:
Ea = RT [ln (k2qe

) – ln k2] (7)

Trong đó: Ea là năng lượng hoạt động hóa

(kJ/mol); R là hằng số khí; T là nhiệt độ tuyệt
đối (K)

Kết quả tính tốn cho giá trị Ea = 19,66 kJ/

mol ở 300C, như vậy quá trình hấp phụ MO

của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc có bản
chất là hấp phụ vật lý với sự khuếch tán ngồi
đóng vai trị chính [3].

Hình 4. Phương trình động học hấp phụ dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) 
Bảng 1. Các tham số trong mơ hình động học hấp phụ

Động học bậc 1 q thực nghiệm

(mg/g)

Động học bậc 2

R2 qe (mg/g) k1 (phút-1) R2 qe (mg/g) k2 (g.mg-1.phút-1)

0,2602 0,31 0,04 49,53 1,0000 49,50 1,36

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 
MO đến khả năng hấp phụ của vật liệu 
PANi – vỏ lạc

Kết quả cho thấy, khi nồng độ ban đầu của
MO tăng thì dung lượng hấp phụ tăng (hình

5), hiệu suất hấp phụ giảm (hình 6). Dung

lượng hấp phụ MO tăng nhanh ở khoảng

nồng độ nhỏ hơn 600 mg/l, tăng chậm ở

khoảng nồng độ lớn hơn 600 mg/l.

Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất
hấp phụ MO vào nồng độ ban đầu có thể
được biểu diễn bằng phương trình (8) và (9)
với hệ số tương quan R2 cao, lần lượt bằng

0,9959 và 0,9705.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

y = -0,0003x2 + 0,4511x + 6,197 (8)

y = -0,0365x + 90,309 (9)
Dựa vào kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ
ban đầu MO, chúng tôi tiến hành khảo sát mơ
hình hấp phụ đẳng nhiệt của MO trên compozit
PANi – vỏ lạc theo 2 mơ hình hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir và Freundlich (Hình 7).

Kết quả các tham số của hai mơ hình trong
bảng 2 cho thấy hệ số tương quan R2

với cả 2
mô hình đều khá cao (R2> 0,98). Theo bảng

3, giá trị tham số Langmuir RL xác định theo

phương trình (10) [5], [6] có giá trị trong
khoảng RL = 0,33 ÷ 0,49 là khoảng thuận lợi

cho mơ hình. Dung lượng hấp phụ cực đại của

PANi – vỏ lạc tính theo mơ hình hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir đạt qm = 250,00 mg/g.

1

L

R

K C





(10)

Tuy nhiên với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt
Freundlich, NF = 0,40 không nằm trong

khoảng thuận lợi cho mô hình NF từ 1 ÷ 10

[6], [8]; hằng số Freundlich KF = 0,05.10
-2

mg/g là quá nhỏ, chứng tỏ tại nồng độ MO
bằng 1 mg/l, dung lượng hấp phụ của PANi –

vỏ lạc tính theo mơ hình Freundlich chỉ đạt
0,05.10-2 mg/g, điều này không phù hợp với
các giá trị thực nghiệm thu được.

Do vậy, quá trình hấp phụ MO trên PANi –
vỏ lạc phù hợp với mơ hình hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir.

Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu MO đến 
dung lượng hấp phụ

Hình 6. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu MO đến 
hiệu suất hấp phụ

Hình 7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Freundlich (b) dạng tuyến tính

Bảng 2. Các tham số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich

Langmuir Freundlich

KL (l/mg) qm (mg/g) R2 NF KF (mg/g) R2

0,02 250,00 0,9844 0,40 0,05.10-2 0,9790

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Bảng 3. Mối tương quan của RL và dạng mơ hình

[5], [6]

Giá trị RL Dạng mơ hình 
RL > 1 Khơng phù hợp

RL = 1 Tuyến tính

0 < RL < 1 Phù hợp

RL = 0 Không thuận nghịch

KẾT LUẬN

1. Vật liệu hấp phụ compozit PANi – vỏ lạc
có khả năng hấp phụ tốt metyl da cam tại pH
= 6, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 20
phút, dung lượng hấp phụ tăng khi nồng độ
ban đầu của metyl da cam tăng.

2. Quá trình hấp phụ metyl da cam trên PANi-
vỏ lạc tn theo mơ hình động học hấp
phụ bậc hai, đây là quá trình hấp phụ vật lý
với khuếch tán ngồi đóng vai trị chính.
3. Q trình hấp phụ metyl da cam tn theo
mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với
dung lượng hấp phụ cực đại lớn, đạt qm =

250,00 mg/g.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bộ Tài nguyên Môi trường, QCVN 40:2011.
2. Bùi Minh Quý, Phan Thị Bình, Vũ Thị Thái Hà,
Vũ Quang Tùng (2012), “Tổng hợp và nghiên cứu

khả năng hấp phụ Cr(VI) của compozit PANi – vỏ
lạc”, Tạp chí Hóa học, 50(3), tr. 389 – 393. 
3. T.S Anirudhan, P.S Suchithra (2010),
“Equilibrium, kinetic and thermodynamic
modeling for the adsorption of heavy metals onto
chemical modified hydrotacite”, Indian Journal of 
Chemistry Tecnology, 17, pp. 247-259.

4. H. Berneth and A. G. Bayer (2003), Ullmann’s 
Encyclopedia of Industrial Chemistry, 
Wiley-VCH Press, Berlin.

5. M.Q. Bui, T.B. Phan, D.L. Vu (2013), “Pseudo
– isotherms for cadmium ion onto peanut shell –
polyaniline nanocompsite”, Vietnam Journal of 
Chemistry, 51 (5), pp. 529 – 533.

6. Y.S. Ho, C.C. Wang (2004), “Pseudo-isotherms
for the sorption of cadmium ion onto tree fern”,
Process biochemistry, 39, pp.759-763.

7. T.B. Phan, T.T. Phan, T.X. Mai and M.Q. Bui
(2012), “Adsorption of Pb(II) and Cd(II) ions
onto nanostructured composite based on peanut
shell and polyaniline”, Processdings of the sixth
international workshop on Advanced Materials
Science and Nanotechnology, Halong City,
Vietnam, pp. 329 – 333.

8. M. V. Subbaiah, Dong-Su Kim (2016),

“Adsorption of methyl orange from aqueous
solution by aminated pumpkin seed powder:
Kinetics, isotherms, and thermodynamic studies”,
Ecotoxicology and Environmental Safety, 128, pp. 
109–117.

SUMMARY

STUDING REMOVAL OF METHYL ORANGE IN AQUEOUS SOLUTION BY 
POLYANILINE – PEANUT SHELL COMPOSITE ADSORBENT

Bui Minh Quy*, Pham Thi Thu Ha, 
Truong Hong Quan, Nguyen Thi Phuong

University of Sience - TNU

This paper was studied the adsorption of methyl orange (MO) onto polyaniline - peanut shell
(PANi - PS) composite in aqueous solution. Effects of pH, contact time and initial concentration of
MO were studied. The experimental results showed that: PANi – PS composite adsorpbed MO
very well at value pH 6, equilibrium contact time of 20 minutes, the equilibrium capacity of PANi
– PS increase with the increase of initial concentration of MO. The adsorption of MO onto PANi –
PS followed pseudo – Langmuir adorption isotherm model, the maximum adsorption capacity of
that composite was 250 mg/g. The adsorption followed pseudo-second order kinetic model very
well. This was physical adsorption with activation energy of adsorption equal 19.66 kJ/mol.

Keywords: methyl orange, adsorption, polyaniline – peanut shell, pseudo – Langmuir adorption 
isotherm model, pseudo-second order kinetic model.

Ngày nhận bài: 17/5/2017; Ngày phản biện: 12/6/2017; Ngày duyệt đăng: 30/9/2017

</div>

NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ METYL DA CAM TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ COMPOZIT POLYANILIN – VỎ LẠC

<b>NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ METYL DA CAM TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU </b>

<b>HẤP PHỤ COMPOZIT POLYANILIN – VỎ LẠC </b>

2.303

<i>k</i>

<i>t</i>

1

<i>t</i>

<i>t</i>

<i>q</i>



<i>k q</i>



<i>q</i>

1

<i>C</i>

<i>C</i>

<i>q</i>



<i>q K</i>



<i>q</i>

1

<i>N</i>

1

1

<i>R</i>

<i>K C</i>





Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về