Nghiên cứu khả năng hấp phụ methylen xanh trên vật liệu hấp phụ điều chế từ cành cây keo lá tràm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

-------------

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METHYLEN
XANH TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ ĐIỀU CHẾ TỪ
CÀNH CÂY KEO LÁ TRÀM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

SINH VIÊN :
LỚP
:
CBHD
:

Đà Nẵng - 2015

NGUYỄN VĂN MẠNH
11CHP
Mai Văn Bảy


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HOÁ

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Mạnh
Lớp:

: 11 CHP

1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ methylen xanh trên vật liệu hấp
phụ điều chế từ cành cây keo lá tràm
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị: cành keo lá tràm, máy khuấy từ, máy pH,
máy quang phổ V-530, tủ sấy, bình tam giác, phễu lọc, giấy lọc...
3. Nội dung nghiên cứu: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo
VLHP: q trình hoạt hóa bằng axit H3PO4 (nồng độ axit, nhiệt độ ngâm mẫu, nhiệt độ
nung mẫu), hoạt hóa bằng kiềm NaOH (tỉ lệ mThan : mNaOH, nhiệt độ nung mẫu); khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ chất màu của VLHP (pH, thời gian đạt
cân bằng, tỉ lệ rắn : lỏng) và so sánh với than hoạt tính thị trường, từ đó rút ra nhận xét
về khả năng hấp phụ chất màu của VLHP.
4. Giáo viên hướng dẫn: Th.S. Mai Văn Bảy
5. Ngày giao đề tài: Ngày 26 tháng 10 năm 2014
6. Ngày hoàn thành: Ngày 10 tháng 04 năm 2015.


Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng…năm 2015

Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 2015
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HĨA

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ CƢƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN MẠNH
Lớp: 11CHP
1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ methylen xanh trên vật liệu hấp
phụ điều chế từ cành cây keo lá tràm
2. Nguyên liệu hóa chất, dụng cụ và thiết bị chính: Nguyên liệu, dụng cụ và thiết
bị: cành keo lá tràm, máy khuấy từ, máy pH, máy quang phổ V-530, tủ sấy, bình tam
giác, phễu lọc, giấy lọc...
3. Nội dung nghiên cứu: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo
VLHP: quá trình hoạt hóa bằng axit H3PO4 (nồng độ axit, nhiệt độ ngâm mẫu, nhiệt độ
nung mẫu), hoạt hóa bằng kiềm NaOH (tỉ lệ mThan : mNaOH, nhiệt độ nung mẫu); khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ chất màu của VLHP (pH, thời gian đạt
cân bằng, tỉ lệ rắn : lỏng) và so sánh với than hoạt tính thị trường, từ đó rút ra nhận xét
về khả năng hấp phụ chất màu của VLHP
4. Giáo viên hướng dẫn: Th.S. Mai Văn Bảy
5. Ngày giao đề tài: Ngày 36/10/2014
6. Ngày hoàn thành: Ngày 10/04/2015
Giáo viên hƣớng dẫn

Sinh viên
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày…tháng… năm 20....


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Mai Văn Bảy và cô
Giang Thị Kim Liên đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để em có thể hồn thành tốt khóa
luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt là các
thầy cơ quản lí phịng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện cho em có thể hồn thành khóa
luận một cách thuận lợi.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã giúp đỡ tơi trong việc tìm kiếm
tài liệu và đóng góp ý kiến cho tơi trong suốt q trình hồn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Văn Mạnh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1
2. Tính mới của đề tài ............................................................................................. 2
3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2
4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 3

5.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ................................................................ 3
5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm .......................................................... 3
6. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................................ 3
6.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 3
6.2. Ý nghĩa kinh tế - xã hội .................................................................................... 3
6.2.1. Về mặt kinh tế ................................................................................................ 4
6.2.2. Về mặt xã hội ................................................................................................. 4
7. Cấu trúc đề tài: .................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 5

1.1. Giới thiệu chung về methylen xanh ................................................................ 5
1.1.1. Cấu tạo, tính chất, sản xuất và ứng dụng của Methylen xanh .................... 5
1.1.1.1. Cấu tạo, tính chất của Methylen xanh ....................................................... 5
1.1.1.2. Một số ứng dụng của methylen xanh ......................................................... 6
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm methylen xanh trong nước thải và ảnh hưởng của
methylen xanh đến môi trường và con người ......................................................... 6
1.1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm methylen xanh trong nước thải ................................ 6
1.1.2.2. Ảnh hưởng của methylen xanh đến môi trường và con người ................ 7
1.2. Cơ sở lý thuyết hấp phụ ................................................................................... 7
1.2.1. Khái niệm ........................................................................................................ 7


1.2.1.1. Hấp phụ ....................................................................................................... 7
1.2.1.2. Giải hấp phụ ................................................................................................ 8
1.2.1.3. Hấp phụ trong môi trường nước ................................................................ 9
1.2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ......................................... 10
1.2.2. Cân bằng hấp phụ ........................................................................................ 10
1.2.2.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng ................................................................. 11

1.2.2.2. Hiệu suất hấp phụ ..................................................................................... 11
1.2.3. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ ............................................... 12
1.2.3.1. Mơ hình động học hấp phụ ...................................................................... 12
1.2.3.2. Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản ........................................................ 12
1.2.3.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .......................................... 13
1.2.3.4. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry ................................................ 14
1.2.3.5. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................ 15
1.2.4. Động học hấp phụ ........................................................................................ 16
1.2.7. Giới thiệu một số nghiên cứu về chất hấp phụ Methylen trong nước thải 16
1.2.7.1. Than hoạt tính ........................................................................................... 16
1.2.7.3. Các vật liệu hấp phụ khác ........................................................................ 17
1.3. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu c y keo lá tràm ........................................ 18
1.3.1. Sơ lược chi keo ............................................................................................. 19
1.3.2. Sơ lược về keo lá tràm .................................................................................. 21
1.3.3. Phân loại keo lá tràm ................................................................................... 22
1.3.4. Đặc điểm keo lá tràm .................................................................................. 22
1.3.5. Sự ph n bố .................................................................................................... 23
1.3.6. Hướng sử dụng ............................................................................................ 27
1.3.7. Thành phần hóa học của cây keo lá tràm ................................................... 28
CHƢƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 29


2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ ................................................................. 29
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 29
2.1.2. Thiết bị và dụng cụ ....................................................................................... 29
2.1.3. Hóa chất ....................................................................................................... 29
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 31
2.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM ............................................. 31

2.2.2. Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS ................................................. 31
2.2.2.1. Giới thiệu về phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS ........................ 31
2.2.2.2. Các phương pháp phân tích định lượng .................................................. 33
2.2.3. Sơ đồ nghiên cứu ......................................................................................... 35
2.2.4. Thu gom và xử l m u cành keo ................................................................. 35
2.2.4.1. Cách tiến hành .......................................................................................... 35
2.2.4.2. ác định độ m .......................................................................................... 35
2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo VLHP ................... 36
2.2.5.1. Q trình hoạt hóa bằng H3PO4 .............................................................. 36
2.2.5.2. Q trình hoạt hóa bằng NaOH ............................................................... 37
2.2.6. ác định đặc tính hóa l của ngun liệu thô và VLHP ............................ 37
2.2.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ methylen xanh
của VLHP ............................................................................................................... 38
2.2.8. So sánh hiệu suất hấp phụ methylen xanh của VLHP và than hoạt tính
thị trường ................................................................................................................ 39
2.2.9. Giải hấp ......................................................................................................... 39
CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................... 40

3.1. Thu gom mẫu và xác định độ ẩm .................................................................. 40
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế tạo VLHP ................... 41
3.2.1. Q trình hoạt hóa bằng axit H3PO4 .......................................................... 41
3.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung m u đến hiệu suất q trình hoạt hóa .. 41


3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm m u đến hiệu suất q trình hoạt hóa .. 42
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit H3PO4 đến hiệu suất quá trình hoạt hóa.. 43
3.2.2. Q trình hoạt hóa bằng NaOH .................................................................. 44
3.2.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ mthan: mNaOH ............................................................ 45

3.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tham ........................................................ 46
3.2.3. Các điều kiện tối ưu để chế tạo than hoạt tính từ cành cây keo lá tràm... 46
3.3. Xác định đặc tính hóa lý của ngun liệu thơ và VLHP ............................ 47
3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ methylen xanh
của VLHP ............................................................................................................... 49
3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy ................................................................. 49
3.4.2. Ảnh hưởng của pH ....................................................................................... 50
3.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP .............................................................. 51
3.5. X y dựng đƣờng đẳng nhiệt .......................................................................... 52
3.6. Giải hấp phụ và tái hấp phụ .......................................................................... 53
3.6.1 Giải hấp phụ .................................................................................................. 53
3.6.2 Tái hấp phụ ................................................................................................... 54
3.7. So sánh với than hoạt tính thị trƣờng ......................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 58


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sự phân bố keo lá tràm trên thế giới ......................................................... 24
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của gỗ keo lá tràm .................................................... 28
Bảng 3.1. Độ ẩm của bột cành keo lá tràm ................................................................ 40
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đến hiệu suất quá trình hoạt hóa ....... 41
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hiệu suất q trình hoạt hóa ...... 42
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit H3PO4 đến hiệu suất q trình hoạt hóa ...... 44
Bảng 3.5. Ảnh hưởng tỷ lệ của mthan: mNaOH đến hiệu suất hấp phụ .......................... 45
Bảng 3.6. Khảo sát nhiệt độ nung than ...................................................................... 46
Bảng 3.7. Các điều kiện tối ưu để chế tạo than hoạt tính từ cành keo lá tràm .......... 47
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ............................ 49
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH .................................................................................... 50
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP .......................................................... 51
Bảng 3.11. Các thông số tối ưu .................................................................................. 52

Bảng 3.12. Xây dựng đường đẳng nhiệt ................................................................... 53
Bảng 3.13. Kết quả giải hấp ....................................................................................... 54
Bảng 3.14. Kết quả tái hấp phụ ................................................................................. 55
Bảng 3.15. Kết quả so sánh ...................................................................................... 55


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo và ảnh của methylen xanh ................................................. 5
Hình 1.2. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. .......................................................... 14
Hình 1.3. Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce ....................................................................... 14
Hình 1.4. Acacia homalophylla ..................................................................................... 20
Hình 1.5. Acacia formosa

.......................................................................................... 20

Hình 1.6. Acacia catechu

.......................................................................................... 20

Hình 1.7. Acacia farnesiana .......................................................................................... 20
Hình 1.8. Acacia greggii

.......................................................................................... 21

Hình 1.9. Acacia dealbata

.......................................................................................... 21

Hình 1.10. Acacia mangium .......................................................................................... 21
Hình 1.11. Acacia auriculiformis ................................................................................... 21

Hình 1.12. Keo lá tràm

.......................................................................................... 23

Hình 1.13. Lá keo lá tràm

.......................................................................................... 23

Hình 1.14. Hoa keo lá tràm .......................................................................................... 23
Hình 1.15. Quả keo lá tràm .......................................................................................... 23
Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang ............................................ 32
Hình 2.2. Đường chuẩn của phương pháp đo quang ..................................................... 33
Hình 2.3. Sơ đồ nghiên cứu .......................................................................................... 35
Hình 3.1. Bột keo ban đầu

.......................................................................................... 40

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đến hiệu suất q trình hoạt hóa ............ 42
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hiệu suất q trình hoạt hóa ........... 43
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit H3PO4 đến hiệu suất quá trình hoạt hóa .......... 44
Hình 3.5. Ảnh hưởng tỷ lệ của mthan: mNaOH đến hiệu suất hấp phụ ............................... 45
Hình3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung than đến hiệu suất hấp phụ ............................. 46
Hình 3.7. Ảnh SEM của VLHP khi hoạt hóa bằng axit H3PO4 ..................................... 47
Hình 3.8. Ảnh SEM của VLHP khi hoạt hóa bằng NaOH ............................................ 48
Hình 3.9. Hình ảnh VLHP điều chế được ...................................................................... 49


Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ............................... 50
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ................................................... 51
Hình 3.12. Ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất hấp phụ ...................................... 52

Hình 3.13. Đồ thị Freudlich .......................................................................................... 53


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay đã và đang gây ra những hậu quả vô cùng
to lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của con người trên toàn cầu. Việc giải quyết
vấn đề ô nhiễm luôn được đặt ra trong mọi khía cạnh trong cuộc sống, từ các việc nhỏ
nhất diễn ra hàng ngày tại mỗi gia đình cho đến các quy trình sản xuất tại nhà máy, xí
nghiệp, các điểm dịch vụ, giải trí….tất cả đều quan tâm chú trọng đến việc làm thế nào
để giảm thiểu việc phát sinh ra các chất gây ơ nhiễm mơi trường.Ơ nhiễm mơi trường
nước là một vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Ở Việt Nam, các nguồn nước mặt và
nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Việc xả thải thuốc nhuôm
trực tiếp ra môi trường đã gây nên hậu quả vô cùng nghiêm trọng trong môi trường
nước.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: dệt may,
cao su, giấy, mỹ phẩm… Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm các
nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người, các sinh vật sống. Trong số nhiều
phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm màu trong môi trường nước,
phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao.
Hiện nay, than hoạt tính là một chất hấp phụ rất tốt và linh hoạt, được sử dụng
rộng rãi để phụ nhiều chất khí, chất lỏng, chất hòa tan trong nước. Nguyên liệu điều
chế than hoạt tính tương đối phong phú, đa dạng. Một trong những loại nguyên liệu
được chú ý là các loại phế phẩm nơng nghiệp như cành keo lai, bã mía, xơ dừa... Đây
là những vật liệu rẻ tiền, sẵn có,... nhưng việc sử dụng chúng để tạo ra các loại vật liệu
hấp phụ nhằm xử lý nước thải cịn ít được quan tâm.
Cho đến nay cũng đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về khả năng xử lý chất ô
nhiễm của các phụ phẩm, phế phẩm nông nghiệp như xơ dừa, lục bình, vỏ lạc, bã cà

2

phê, mùn cưa, chitin, cành keo lá tràm…..trong số đó cành keo lá tràm được xem như
nguồn nguyên liệu dồi dào, dễ tìm kiếm, giá thành khơng cao.
Với những ưu điểm của keo lá tràm, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu khả
năng hấp phụ methylen xanh trên vật liệu hấp phụ điều chế từ cành cây keo lá tràm”.
Đề tài nhằm nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ methylen xanh trong nước thải của
than đốt từ cành cây keo lá tràm, từ đó góp phần tạo thêm một loại chất hấp phụ có giá
thành thấp mà khả năng xử lý hiệu quả.

2. Tính mới của đề tài
Đề xuất một nghiên cứu mới về vật liệu hấp phụ hiệu quả, rẻ tiền cũng như một
ứng dụng mới cho cành cây keo lá tràm.

3. Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát khả năng hấp phụ methylen xanh của tro keo và các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình hấp phụ.
- So sánh tính chất và khả năng hấp phụ của than hoạt tính điều chế từ cành keo
lá tràm so với các vật liệu hấp phụ truyền thống khác.
- So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính điều chế từ cành keo lá tràm với
các vật liệu hấp phụ từ phụ phẩm, phế phẩm của nông nghiệp đã được nghiên cứu
trước đây.
- So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính điều chế từ cành keo lá tràm với
than hoạt tính thị trường.
- Bước đầu xác định diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính điều chế từ cành
keo lá tràm.

4. Phạm vi nghiên cứu

3

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ methylen xanh bằng
vật liệu hấp phụ điều chế từ cành cây keo lá tràm.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
5.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập tài liệu trong và ngồi nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
Tổng quan cơ sở lý thuyết sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý methylen xanh.
- Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lập kế hoạch nghiên cứu xử lý.
- Xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thí nghiệm.
5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Lập kế hoạch thí nghiệm để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp
phụ.
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu.
- Dựa trên các lý thuyết về xác suất thống kê, xử lý các số liệu nhận được trong
q trình thí nghiệm.

6. Ý nghĩa của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ Methylen xanhcủa than hoạt tính điều
chế từ cành keo lá tràm.
- Thử nghiệm 1 loại chất hấp phụ mới từ cây keo lá tràm, dễ sản xuất, giá thành
thấp, nguồn gốc tự nhiên, hiệu quả hấp phụ cao hơn một số loại chất hấp phụ có nguồn
gốc từ phụ phẩm nơng nghiệp đã được nghiên cứu trước đây.
- Vừa giảm được 1 lượng chất thải vào môi trường.
6.2. Ý nghĩa kinh tế - xã hội

4

6.2.1. Về mặt kinh tế
Tận dụng được một nguồn nguyên liệu rẻ tiền để làm chất hấp phụ có khả năng
thay thế được các loại chất hấp phụ có giá cao trên thị trường.
- Giảm chi phí vận hành xử lý nước thải chứa Methylen xanh.
6.2.2. Về mặt xã hội
Góp phần giải quyết được 1 loại phụ phẩm lâm nghiệp, giúp nơng dân có thêm
một hướng để tiêu thụ cành cây keo lá tràm.

7. Cấu trúc đề tài
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan
Chương 2 : Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và bàn luận.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo


5

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về methylen xanh
1.1.1. Cấu tạo, tính chất, sản xuất và ứng dụng của Methylen xanh
1.1.1.1. Cấu tạo, tính chất của Methylen xanh
Cơng thức phân tử: C16H18ClN3S.3H2O

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo và ảnh của methylen xanh

Xanh methylen là một hợp chất thơm dị vịng, được tổng hợp cách đây hơn 120
năm,cơng thức hóa học làC16H18N3SCl. Một số tên gọi khác như là
tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium
chloride. Đây là một hợp chất có mày xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phịng. Dạng
dung dịch 1% có pH từ 3-4,5. [14]
Xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử,
kiềm, dichromate, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc như: Cl2,
NO, CO, SO2, CO2, H2S. Xanh methylen nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể.
Xanh methylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh methylen bị oxy
hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Q trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào.
[17][19].


6

1.1.1.2. Một số ứng dụng của methylen xanh
Xanh methylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm
vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in; trong xây dựng như để kiểm nghiệm đánh giá chất
lượng bê tông và vữa; và được sử dụng trong y học.
Trong thủy sản, xanh methylen được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong việc điều
trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng. Ngồi ra, xanh methylen cũng được cho
là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu.
Bệnh này thể hiện dạng hemoglobin bất thường trong máu làm cho việc vận chuyển
oxy trong máu khó khăn. Những hợp chất có thể gây ra hiện tượng trên có thể do sử
dụng kháng sinh, hàm lượng NO2-, NO3- trong nước và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật
[17][19].
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm methylen xanh trong nước thải và ảnh hưởng của
methylen xanh đến môi trường và con người
1.1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm methylen xanh trong nước thải
Nguồn gốc cơ bản phát sinh ô nhiễm methylen xanh trong nước là chất thải từ

các cơ sở sản xuất sử dụng methyl xanh để nhuộm màu xanh cho các sản phẩm. Một số
nhà máy dệt may tuy có hệ thống xử lý nước thải nhưng vẫn chưa xử lý được triệt để
hàm lượng các chất hữu cơ màu cũng là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường nước.
Ở các cơ sở nhuộm nhỏ lẻ xuất hiện ở nhiều nơi trong các thành phố thì hầu như xả
thải trực tiếp nước thải nhuộm ra hệ thống thoát nước của cộng đồng gây những hậu
quả nghiêm trọng về sức khỏe và gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước [12].
Bên cạnh đó, methylen xanh cịn được sử dụng trong quá trình sản xuất dược
phẩm. Đây cũng là một nguồn phát sinh methylen xanh gây ô nhiễm môi trường nước
khi rửa các trang thiết bị điều chế dược phẩm và một lượn nhỏ methylen xanh có thể bị
hao hụt trong quá trình điều chế dược liệu [12].


7

1.1.2.2. Ảnh hưởng của methylen xanh đến môi trường và con người
Bên cạnh những mặt tích cực về tính sát khuẩn nhẹ, có tác dụng trong việc chữa
trị một số bệnh cho người thì nó cịn có tác dụng ức chế sinh học khi sử dụng, có thể
gây tan máu cấp, dùng kéo dài có thể dẫn đến thiếu máu do tăng phá hủy hồng
cầu. Người khi tiếp xúc với methylen xanh ở nồng độ lớn có thể thấy buồn nơn, nơn,
đau bụng; chóng mặt, đau đầu, sốt; hạ huyết áp, đau vùng trước tim; kích ứng bàng
quang; da có màu xanh. Methylen xanh cũng gây tác động mạnh theo đường tiêu hóa.
Đặc biệt, khi ăn hoặc uống các sản phẩm có chứa Methylen xanh lượng cao có thể ảnh
hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe vì methylen xanh có khả năng gây tác động mạnh
theo đường tiêu hóa[17][19].
Đối với mơi trường nước, khi tiếp nhận một lượng lớn Methylen xanh vào thì
với tính khử trùng của methylen xanh có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn có lợi cho sinh
vật trong môi trường nước. Gây các ảnh hưởng xấu đến môi trường nước và hệ sinh
thái sử dụng nguồn nước này [7].

1.2. Cơ sở lý thuyết hấp phụ

1.2.1. Khái niệm
1.2.1.1. Hấp phụ
- Hấp phụ là quá trình tập hợp các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của
một chất lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí –
lỏng, khí – rắn [1][5]
- Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của
pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp
phụ càng mạnh. Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1g chất hấp
phụ [1][5].
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất
hấp phụ.


8

- Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị
hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý và
hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm
ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây là những lực yếu, nên liên kết
hình thành khơng bền, dễ bị phá vỡ. Nói cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử
của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (khơng hình
thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại
trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu, do đó sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận
nghịch. Nhiệt hấp phụ khơng lớn [1][5].
- Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên
kết mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết
những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp
chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó liên kết
tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học thường khơng thuận nghịch và

không thể vượt quá một đơn lớp phân tử [1][5].
- Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham gia
quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học. Sự hấp
phụ hóa học cịn địi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm.
- Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối
vì ranh giới giữa chúng khơng rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại đồng thời cả hai hình
thức hấp phụ. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả
năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên .
1.2.1.2. Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá trình
này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là
phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.


9

Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết
kiệm được thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở
trạng thái nguyên vẹn [4].
Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung mơi, sử dụng
phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi
cho q trình hấp phụ.
Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc
sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi [4].
Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ nhờ vi sinh vật [4].
1.2.1.3. Hấp phụ trong môi trường nước
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn
rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh
tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào tương tác
mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào
các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kỵ nước của chất
hấp phụ, mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước [12].
So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong mơi trường nước thường có tốc
độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với
bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử chất tan chậm [12].
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi
trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các
chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH khác
nhau) mà cịn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ [12].


10

Hệ hấp phụ trong nước bị chi phối bởi tính chất ưa nước và kỵ nước, là hệ quả
của tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nước. Một số chất hữu cơ như
hydrocacbon, dẫn xuất halogen của nó có độ tan rất hạn chế trong nước do tính kỵ
nước của chúng. Do tính chất đó chúng ln có khuynh hướng khơng chịu hịa hợp, tìm
cách cụm lại với nhau (tạo nhũ) hoặc tìm tới những đối tượng dễ hịa hợp hơn là các
chất khơng phân cực như than, các khoáng vật, các hạt chất hữu cơ, các hạt sa lắng và
hấp phụ trên đó.
Trong mơi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp phụ
trên vật liệu hấp phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với chất hữu cơ
có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự đốn được
khả năng hấp phụ chúng trên vật liệu hấp phụ. Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong
nước dạng phân tử trung hịa, ít bị phân cực. Do đó q trình hấp phụ trên vật liệu hấp
phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý [12].
1.2.1.4. 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


11

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi 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.
Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp
suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích.
q = f(T, P hoặc C)

(1.1)

Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: Nhiệt độ
P: Áp suất
C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)

1.2.2.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng
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 trong điều kiện xác định về nồng độ và
nhiệt độ.
(1.2)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)
C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
1.2.2.2. Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung
dịch ban đầu.


12

(1.3)
1.2.3. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ.
1.2.3.1. Mơ hình động học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai đoạn
kế tiếp nhau:
- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn khuếch
tán trong dung dịch.
- Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa
các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.
- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ. Đây
là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
- Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai

đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay khống
chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong mơi trường nước, q
trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trị quyết định.
1.2.3.2. Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản
Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P hoặc C) được gọi là đường
hấp phụ đẳng nhiệt.
Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại
một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó
ở một nhiệt độ xác định.
Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấp
phụ đẳng nhiệt được mơ tả qua các phương trình như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Henry, Freundlich, Langmuir…


13

1.2.3.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:
-

Tất cả các tâm hoạt hóa đều có tính chất như nhau.

-

Số tâm hoạt hóa khơng thay đổi theo thời gian.

-

Mỗi tâm hoạt hóa chỉ có thể hấp phụ một phân tử bị hấp phụ.

-

Giữa các phân tử bị hấp phụ khơng có tác động qua lại.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
(1.4)
Trong đó:
qe : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
qm : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
θ : Độ che phủ
Ce : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
KL : Hằng số Langmuir (1/mg)
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ :
+ Trong vùng nồng độ nhỏ KL.Ce << 1 thì qe = qm.KL.Ce mơ tả vùng hấp phụ
tuyến tính.
+ Trong vùng nồng độ lớn KL.Ce >> 1 thì qe = qm.KL.Ce mơ tả vùng hấp phụ
bão hòa.
Khi nồng độ chất 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 Langmuir ta đưa
phương trình (1.4) về dạng đường thẳng:
(1.5)