Nghiên cứu khả năng hấp thụ ion Cu 2+, Ni 2+ của than bùn Việt Yên - Bắc Giang

Đỗ Trà Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 71(9): 63 - 67

63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu
2+
, Ni
2+

CỦA THAN BÙN VIỆT YÊN - BẮC GIANG
Đỗ Trà Hương
*

Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT
Kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy than bùn Việt Yên - Bắc Giang sau khi được hoạt
hóa bằng H
2
SO
4
đặc, xử lý, kết dính bằng dung dịch poly vinylancol (PVA) và anđêhit focmic, cho thấy độ
xốp đã tăng hơn nhiều so với than bùn chưa hoạt hóa. Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hấp phụ và khả năng hấp phụ của than bùn Việt Yên - Bắc Giang sau khi hoạt hóa đối với Ni
2+
, Cu
2+
bằng
phương pháp hấp phụ tĩnh như ảnh hưởng của nồng độ, pH, thời gian. Tính được dung lượng hấp phụ cực

đại của than bùn theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với Ni
2+
là 15,6495 mg/g, đối với Cu
2+
là 10,4932
mg/g.
Từ khóa: hấp phụ, polyvinylancol, andehyt focmic, vật liệu, than bùn.


MỞ ĐẦU
Các ion kim loại nặng như Cu
2+
, Pb
2+
,
Zn
2+
...thường tìm thấy trong nước thải công
nghiệp, gây độc hại nghiêm trọng cho sự sống
dưới nước và trên mặt đất Để tiến hành phân
tích, xác định và xử lý các kim loại nặng trong
môi trường, đặc biệt trong môi trường nước có
thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, như:
phương pháp hóa học, phương pháp sinh học
hay phương pháp vật lý...Việc lựa chọn phương
pháp xử lý môi trường phải dựa vào bốn tiêu chí
là tính hiệu quả, tính kinh tế, thao tác đơn giản,
dễ thực hiện. Chính vì vậy các vật liệu hấp phụ
có nguồn gốc tự nhiên, giá thành rẻ đang thu hút
sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học [1-

5]. Trong bài báo này chúng tôi tiến hành khảo
sát khả năng hấp phụ của than bùn sau khi đã
hoạt hóa, xử lý, kết dính bằng PVA và anđêhit
focmic với các ion Cu
2+
và Ni
2+
.
THỰC NGHIỆM
Hóa chất và thiết bị
Hóa chất
- NiSO
4
. 6H
2
O, CuSO
4
. 5H
2
O, HNO
3
1%,
H
2
SO
4
1M, NaOH 0,094N, HCl 0,1M,
Polivinylancol ( PVA), Andehit fomic (HCHO),
NaCl
- Các hóa chất sử dụng để nghiên cứu đều có độ

tinh khiết PA.
Thiết bị dụng cụ


Tel: 0914273908
- Máy lắc, máy khuấy từ, máy đo pH, tử sấy,
máy lọc hút chân không, máy đo phổ hấp thụ
nguyên tử Themo - Anh và một số dụng cụ khác.
Chế tạo than bùn
Than bùn được lấy tại Việt Yên - Bắc Giang sau
khi loại bỏ sơ bộ đất đá, rễ cây, vỏ cây khô, rửa
sạch bằng nước cất để loại bỏ bớt huyền phù gây
đục, đem phơi khô ngoài không khí một tuần sau
đó nghiền nhỏ, rây cỡ hạt 200μm được than bùn
khô và được bảo quản trong bình hút ẩm.
1- Quá trình xử lí than bùn bằng H
2
SO
4
đặc:
Cân 200g than bùn đã được rây nhỏ cùng kích
cỡ, trộn đều với 100 ml H
2
SO
4
đặc trong cốc
thủy tinh có thể tích 1lit. Để hỗn hợp phản ứng
trong 3 giờ ở nhiệt độ phòng.
2- Gel hóa than bùn bằng dung dịch
polyvinylancol (PVA) và anđêhit focmic. Than

bùn sau khi xử lý bằng dung dịch H
2
SO
4
đặc cho
thêm 300ml nước cất đun sôi, sau đó bổ xung
đồng thời 100ml dung dịch PV 10% và 80ml
dung dịch anđêhit focmic 37%. Hỗn hợp được
tiến hành khuấy trộn đều đế khi “nhựa gel” than
bùn - PVA được tạo thành. Sau đó tiến hành phá
gel than bùn - PVA bằng 200ml nước và đun
sôi.
3- Tạo nhựa than bùn - PVA. Hỗn hợp trên
được bổ xung 100ml dung dịch PVA 5%, sau đó
khuấy đều và đun sôi. Quá trình này được lặp lại
5 - 6 lần cho đến khi tạo được vật liệu nhựa than
bùn -PVA. Các hạt nhựa than bùn -PVA được
rửa bằng nước cất cho đến khi đạt pH = 5,6 ÷
6,5, sau đó được làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ
65 ÷ 5
0
trong 24h. Nhựa than bùn - PVA tạo
Đỗ Trà Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 71(9): 63 - 67

64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

thành được cắt nhỏ và rây cỡ hạt 3mm để tiến
hành các thí nghiệm. Để khảo sát đặc điểm bề

mặt của than bùn sau khi đã được hoạt hóa,
chúng tôi tiến hành nghiên cứu chụp ảnh hiển vi
điện tử quét (SEM) bề mặt than bùn trước và sau
khi hoạt hóa bằng PVA và anđêhit fomic trên
thiết bị FESEM S-4800 của Viện Vật liệu - Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả
được chỉ ra trên hình 1 và 2.Qua ảnh SEM chụp
bề mặt của than bùn trước và sau khi hoạt hóa
cho thấy bề mặt than bùn sau khi hoạt hóa đã
xốp hơn nhiều so với than bùn chưa được hoạt
hóa.

Hình 1. Ảnh SEM bề mặt than bùn chưa hoạt hóa


Hình 2. Ảnh SEM bề mặt than bùn đã hoạt hóa

Các thí nghiệm nghiên cứu
- Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của
than bùn
- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến dung lượng
hấp phụ Cu
2+
, Ni
2+
của than bùn.
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến dung
lượng hấp phụ Cu
2+
, Ni

2+
của than bùn.
- Khảo sát dung lượng hấp phụ cục đại của than
bùn đối với Cu
2+
, Ni
2+
.

Nồng độ của Cu
2+
, Ni
2+
trước và sau khi hấp phụ
được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ
nguyên tử có ngọn lửa (F-AAS)
Dung lượng hấp phụ tính theo công thức:

m
V
cb
CC
q
)
0
( 


Trong đó:
- V là thể tích dung dịch (l).

- m là khối lượng chất hấp phụ (g).
- C
0
là nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l).
- C
cb
là nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ
(mg/l).
- q là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng
(mg/g).
Dung lượng hấp phụ cực đại được xác định theo
phương trình hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính.

cb
cb
max max
C 1 1
.C
q q q .b


Trong đó:
- q
max
là dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
- K là hằng số Langmuir
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của
than bùn
Chuẩn bị các cốc thuỷ tinh 100ml, cho vào mỗi

cốc 1g than bùn đã hoạt hóa và 50ml dung dịch
Ni
2+
, Cu
2+
có nồng độ 50,820 mg/l và 50,261
mg/l (các nồng độ này đã được xác định lại bằng
phương pháp hấp thụ nguyên tử). Khuấy đều
trong thời gian 10, 20, 30, 45, 60, 80 phút, ở
nhiệt độ phòng với tốc độ không đổi 250
vòng/phút. Lọc lấy dung dịch, sau đó xác định
lại nồng độ của Ni
2+
, Cu
2+
sau hấp phụ tương
ứng với thời gian khảo sát bằng phương pháp
hấp thụ nguyên tử FAAS. Kết quả được đưa ra ở
hình 3.
Trong khoảng thời gian khảo sát từ 10 - 80 phút
nhận thấy: khi tăng thời gian từ 10 -30 phút thì
hiệu suất hấp phụ Ni
2+
, Cu
2+
của than bùn đều
tăng.
Đỗ Trà Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 71(9): 63 - 67

65

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình hấp phụ Ni
2+
, Cu
2+

Từ 30-45 phút thì hiệu suất hấp phụ Cu
2+
của
than bùn tăng rất chậm, hầu như không đáng
kể, trong khi đó hiệu suất hấp phụ ion Ni
2+
của
than bùn vẫn tiếp tục tăng lên. Trong khoảng
thời gian còn lại hiệu xuất hấp phụ của than
bùn đối với cả hai ion này là khá ổn định. Như
vậy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Ni
2+
là
45 phút, với Cu
2+
là 30 phút. Các giá trị này
được sử dụng ở các thí nghiệm tiếp theo.
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng
hấp phụ của than bùn
Dùng dung dịch NaOH 0,1M và H

2
SO
4
0,1M để
điều chỉnh pH của dung dịch Ni
2+
, Cu
2+
có nồng
độ lần lượt là 50,820 mg/l và 50,261 mg/l đến
các giá trị pH khác nhau (các giá trị nồng độ này
đã được xác định lại bằng phương pháp hấp thụ
nguyên tử FAAS).

Hình 4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá
trình hấp phụ Cu
2+

Chuẩn bị các cốc thuỷ tinh 100ml, cho vào mỗi
cốc 1g than bùn đã hoạt hóa và 50ml dung dịch
Ni
2+
, Cu
2+
có nồng độ như trên. Khảo sát quá
trình hấp phụ ở các giá trị pH trên với thời gian
hấp phụ là thời gian đạt cân bằng hấp phụ với
mỗi loại than, ở nhiệt độ phòng, với tốc độ
khuấy không đổi là 250 vòng/phút. Xác định lại
nồng độ còn lại của ion Ni

2+
, Cu
2+
trong dung
dịch tương ứng với các giá trị pH đó. Kết quả
được đưa ra ở hình 4, 5.

Hình 5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến
quá trình hấp phụ Ni
2+

Từ hình 4, 5 nhận thấy, khi pH tăng thì hiệu suất
hấp phụ của than bùn đối với cả hai ion Ni
2+
,
Cu
2+
đều tăng. Ở vùng pH thấp hiệu suất hấp
phụ của than bùn đối với cả hai ion đều thấp,
điều này được giải thích là do ở vùng pH thấp
khả năng phân cực của các nhóm chức trên bề
mặt than bùn là thấp, chúng phân ly kém nên
khả năng hấp phụ của than bùn là thấp. Bề mặt
than bùn được xem như bao gồm các vị trí hấp
phụ tích điện và trung hòa điện tích, trong môi
trường nước có mặt các ion kim loại nặng, các
ion này có xu hướng hấp phụ lên các vị trí tích
điện âm và thay thế các ion khác cũng như ion
H
+

gắn trên các vị trí tích điện âm. Vì vậy, ở
vùng pH thấp thì hầu như tất cả các vị trí tích
điện âm đều được gắn bởi H
+
, nồng độ H
+
ở môi
trường ngoài cao khi đó các ion kim loại nặng
khó bị hấp phụ lên các vị trí tích điện âm. Còn ở
vùng pH cao hơn, khả năng phân cực của các
nhóm chức trên bề mặt than bùn là tăng lên, do
đó khả năng hấp phụ của than bùn cũng tăng lên.
Tuy nhiên, ở pH gần bằng 6 bắt đầu xuất hiện
kết tủa Ni(OH)
2
, còn với pH gần bằng 5 thì xuất
hiện kết tủa của Cu(OH)
2
trong dung dịch. Do
vậy, đã lựa chọn pH hấp phụ tốt nhất đối với ion
Ni
2+
là trong khoảng 5 đến 5,5 còn với ion Cu
2+
là
trong khoảng pH từ 4 đến 4,5. Các giá trị này được
sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến khả
năng hấp phụ của than bùn
0

5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 20 40 60 80 100
t (phút )
H (% )
Cu
Ni
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7
pH
H (%)
0
10
20
30
40

50
60
0 1 2 3 4 5 6 7
pH
H (%)
Đỗ Trà Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 71(9): 63 - 67

66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Thay đổi nồng độ của dung dịch Ni
2+
, Cu
2+
theo
thứ tự tăng dần, pH được điều chỉnh đến giá trị
tại đó hiệu suất hấp phụ tốt nhất, thời gian mà
cân bằng hấp phụ xảy ra, ở nhiệt độ phòng, tốc
độ khuấy 250 vòng/phút không đổi. Sau đó xác
định lại nồng độ còn lại của ion Ni
2+
, Cu
2+
tương
ứng với các nồng độ đã khảo sát. Kết quả được
thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất
hấp phụ
Cu

2+
Ni
2+

C
o
(mg/l)
C
cb
(mg/l)
H
(%)
C
o
(mg/l)
C
cb
(mg/l)
H
(%)
9,986 2,008 79,89 10,015 1,795 82,08
20,057 6,192 69,13 19,936 4,946 75,19
25,320 11,391 55,01 25,186 10,052 60,09
50,387 32,193 36,12 50,079 26,266 47,55
100,008 79,956 20,05 99,955 71,238 28,73
Từ bảng 1 nhận thấy khi tăng nồng độ trong
khoảng nồng độ không lớn lắm thì hiệu suất hấp
phụ ion Ni
2+
¸ và Cu

2+
của than đều giảm. Điều
này hoàn toàn phù hợp với lí thuyết Từ các kết
quả đã khảo sát ở trên chúng tôi đã tiến hành
khảo sát quá trình hấp phụ ion Cu
2+
, Ni
2+
trên
than bùn theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir. Kết quả thể hiện trên hình 6 và 7.

Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của C
cb
/q vào
C
cb
của Cu
2+
trên than bùn

Hình 7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của C
cb
/q vào
C
cb
của Ni
2+
trên than bùn
Từ các hình 6,7 xác định được các hằng số của

phương trình đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả
được thể hiện trên bảng 2.
Bảng 2. Các hằng số Langmuir đối với ion Ni
2+
, và
Cu
2+

q
max
(mg/g) b
Ni
2+
Cu
2+
Ni
2+
Cu
2+

15,6495 10,4932 0,1393 0,2349
KẾT LUẬN
1. Đã hoạt hoá được than bùn Việt Yên - Bắc
Giang thông qua quá trình hoạt hoá, xử lý, và
kết dính bằng PVA và anđêhit focmic.
2. Khảo sát bề mặt than bùn đã được hoạt hóa
bằng kính hiển vi điện tử quét SEM cho thấy
than bùn sau khi hoạt hoá có độ xốp cao.
3. Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình hấp phụ và khả năng hấp phụ của than bun

Việt Yên - Bắc Giang đối với Ni
2+
và Cu
2+
bằng
phương pháp hấp phụ tĩnh. Kết quả thu được
như sau:
- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ với các ion
Ni
2+
và Cu
2+
lần lượt là 45 phút và 30 phút.
- pH hấp phụ tốt nhất đối với Ni
2+
trên than bùn
là từ 5 ÷ 5.5; đối với ion Cu
2+
là 4 ÷ 4.5.
- Khi tăng nồng độ dung dịch Ni
2+
, Cu
2+
thì hiệu
suất hấp phụ đều giảm.
- Sự hấp phụ các ion Ni
2+
và Cu
2+
của than bùn

đã hoạt hóa, được mô tả khá tốt theo mô hình
đẳng nhiệt Langmuir. Điều này thể hiện qua hệ
số hồi quy của phương trình đối với ion Ni
2+
là
0,9933, đối với ion Cu
2+
là 0,9988. Mô tả quá
trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir đã xác định được dung lượng hấp phụ
cực đại của than bùn Việt Yên - Bắc Giang đối
với các ion Ni
2+
là 15,6495 mg/g và Cu
2+
là
10,4932 mg/g.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
y = 0.0953x + 0.3987
R
2
= 0.9988
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100

Ccb (mg/l)
Ccb/q(g/mg
Đỗ Trà Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 71(9): 63 - 67

67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

[1]. Ngô Thị Mai Việt, Phạm Tiến Đức, Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu, Chu Đình Bính. (2008). Đánh giá khả năng hấp
phụ một số ion kim loại nặng trên đá ong biến tính. Tạp chí Phân tích, hóa, lý và sinh học Tập 13, số 3, pp 15-21.
[2]. Lê Hữu Thiềng, Hoàng Ngọc Hiền (2008). Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu
2+
và Pb
2+
trên vật liệu hấp phụ chế
tạo từ bã mía, Tạp chí Phân tích, hóa, lý và sinh học Tập 13, số 3, pp 77-82.
[3]. E. Erdem, N. karapinar, R. Dogar, R. Bayrak, M. Acikyldiz, and M, Yalcin (2004). The removad of heavy metal
cation by natural zeolites, Journal of Colloid and Interface Sience 280, pp 309-314.
[4]. Tivette Vaughan, Chung W. seo and Wayne, E. Mashall. (2001). Remove of selected metal ions from solution
using modified corncobs. Bioresource Technology, Volume 82, issue 3, pp 274-251.
[5]. Shaobin Wang, Z. H. Zhu, Anthony Coomes. F Haghseresht, G. Q. Lu. (2004). The physical and suface
chemical characteristics of activated carbons and the adsortion of metylene blu from waste water. Journal of
Colloid and Interface Sience 284, pp 400-446.

SUMMARY
STUDY ON Cu
2+
AND Ni
2+
ADSORPTION CAPACITY

OF VIETYEN - BAC GIANG PEAT WAT

Do Tra Huong


College of Education – Thai Nguyen University

Peat wat found in Viet Yen - Bac Giang had been treated by H
2
SO
4
and then by polyvinylancol (PVA) and
formic aldehyde to make adsorbed materials. SEM pictures show that sponginess of peat wat had increased
after treatment. Metallic ions (Cu
2+
, Ni
2+
) adsorption of the materials had been studied using stable adsorption
process. Values of maximum adsorption capacity of the materials are 10.4932 mg/g and 15.6495 mg/g on Ni
2+

and on Cu
2+
respectively had been calculated.
Key word: Adsortion, polyvinylancol, formic andehyt, peat wat, material.




Tel: 0914273908