nghiên cứu tách ion pb2+ trong dung dịch nước bằng vật liêụ hấp phụ xenlulo chiết tách từ vỏ quả sầu riêng

- Sử dụng các điều kiện tối ưu để chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng - Khảo sát, tìm các điều kiện như : thời gian cân bằng, pH, tải trọng hấp phụ cực đại ảnh hưởng đến quá trình tách Pb2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Sư Phạm Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Hóa 

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH : Lê Hà Thị Ngọc Thanh

Lớp : 08CHP

1 Tên đề tài : Nghiên cứu tách ion Pb2+

trong dung dịch nước bằng vật liêụ hấp phụ xenlulo chiết tách từ vỏ quả sầu riêng

2 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ

* Dụng cụ : các loại pipet, bình định mức, cốc thủy tinh, bình tam giác, phễu lọc

3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát các điều kiện tối ưu : khối lượng NaOH, thời gian nấu, nhiệt độ nấu trong quá trình chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng

- Sử dụng các điều kiện tối ưu để chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng

- Khảo sát, tìm các điều kiện như : thời gian cân bằng, pH, tải trọng hấp phụ cực đại ảnh hưởng đến quá trình tách Pb2+

trong dung dịch nước của xenlulo

- Thử khả năng giải hấp, tái sử dụng của vật liệu hấp phụ xenlulo

4 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Tự Hải, cán bộ giảng dạy bộ môn Hóa lý –

Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng

5 Ngày giao đề tài : 22 tháng 12 năm 2011

6 Ngày hoàn thành đề tài : 20 tháng 05 năm 2012

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 05 năm 2012 Kết quả đánh giá : …………

Đà Nẵng, ngày……tháng … năm 2012

Lời cảm ơn

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Tự Hải đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên em trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và tạo mọi điều kiện

để em hoàn thành khóa luận này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giảng dạy các bộ môn và thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng đã dạy dỗ, giúp

đỡ em suốt trong thời gian học tập tại trường

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012

Sinh viên

Lê Hà Thị Ngọc Thanh

Hình 1.1: Cây sầu riêng 10

Hình 1.2: Vỏ quả sầu riêng 11

Hình 3.1: Ảnh hưởng của khối lượng NaOH đến % lignin bị loại 22

Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian nấu đến % lignin bị loại 23

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến % lignin bị loại 24

Hình 3.4 : Vỏ quả sầu riêng sau khi nấu 25

Hình 3.5 : Vỏ quả sầu riêng sau khi tẩy trắng 26

Hình 3.6 : Phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng 27

Hình 3.7 : Phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng so với phổ chuẩn trong thư viện phổ 27

Hình 3.8: Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ion Pb2+ của xenlulo 29

Hình 3.9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Pb2+ 30

Hình 3.10:Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 31

Bảng 2.1 Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ 18

Bảng 3.1:Ảnh hưởng của khối lượng NaOH đến % lignin bị loại 21

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian nấu đến % lignin bị loại 23

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến % lignin bị loại 24

Bảng 3.4: Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng 28

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ion Pb2+ của xenlulo 28

Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Pb2+ 29

Bảng 3.7: Kết quả xác định tải trọng hấp phụ cực đại ion Pb2+ của xenlulo 31

Bảng 3.8: Dữ liệu giải hấp và tái sinh chất hấp phụ ion Pb2+ 32

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1.Nước 2

1.1.1 Nước sạch 2

1.1.2 Ô nhiễm nước 2

1.1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm nước 2

1.1.4 Chì 3

1.1.4.1 Vai trò cuả Pb 3

1.1.4.2 Pb tồn tại trong nước 3

1.1.4.3 Tác hại của Pb 3

1.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Pb TRONG NƯỚC 4

1.2.1 Phương pháp kết tủa hóa học 4

1.2.2 Phương pháp sinh học do hoạt động của vi sinh vật 4

1.2.3 Phương pháp hóa lý 5

1.3 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 5

1.3.1 Phương trình mô tả quá trình hấp phụ 6

1.3.2 Hấp phụ trong môi trường nước 8

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ 8

1.3.4 Ứng dụng của phương pháp hấp phụ 9

1.3.5 Sự hấp phụ của ion kim loại Pb2+ 10

1.4 CHIẾT TÁCH XENLULO TỪ VỎ QUẢ SẦU RIÊNG 10

1.4.1 Sầu riêng 10

1.4.1.1.Tên gọi 10

1.4.1.2 Hình thái học 10

1.4.1.3 Vỏ quả sầu riêng 11

1.4.2 Thành phần hóa học của vỏ quả sầu riêng 11

1.4.2.1 Xenlulo 11

CHƯƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 16

2.1 DỤNG CỤ- HÓA CHẤT 16

2.1.1 Dụng cụ 16

2.1.2 Hóa chất 16

2.2 Thực nghiệm 16

2.2.1 Nguyên liệu 17

2.2.2 Xử lý hóa bằng phương kiềm (phương pháp sođa) 17

2.2.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng 17

2.2.4 Tẩy trắng bột xenlulo thô 17

2.2.5 Phân tích sản phẩm xenlulo vỏ quả sầu riêng bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) 18

2.2.5.1 Sơ lược về cơ sở vật lý 18

2.2.5.4 Ứng dụng phổ hồng ngoại trong hóa học 18

2.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Pb2+ BẰNG XENLULO 19

2.3.1.Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 19

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH 20

2.3.3 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của sản phẩm ghép theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir 20

2.3.4 Khảo sát khả năng giải hấp và tái sử dụng chất hấp phụ 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH XENLULO VỎ QUẢ SẦU RIÊNG 21

3.1.1 Ảnh hưởng của khối lượng NaOH đến quá trình tách xenlulo theo phương pháp kiềm 21

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian nấu đến quá trình tách xenlulo theo phương pháp kiềm 22

3.2 TẨY TRẮNG BỘT XENLULO THÔ 26

3.3 Phân tích sản phẩm xenlulo vỏ quả sầu riêng bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) 26

3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH Pb2+ CỦA XENLULO 28

3.4.1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp phụ ion Pb2+ 28

3.4.2 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ ion Pb2+ 29

3.2.3 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại 30

3.2.4 Khả năng giải hấp và tái sử dụng của chất hấp phụ 32

KẾT LUẬN 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

MỞ ĐẦU

Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm… đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính chứa các kim loại nặng độc hại như Pb, Ni, Cd, As, Hg….Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến con người và đến môi trường Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn do chi phí xử lý cao, khả năng đầu tư thấp Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được nghiên cứu nhiều để xử lý nước vì chúng có các ưu điểm

là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc và trao đổi ion cao Các vật liệu biomass như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía … đã được nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer như xenlulo, hemicelluloses, pectin, lignin và protein Trong trường hợp này tôi xin được nghiên cứu một loại vật liệu biomass là vỏ quả sầu riêng bằng phương pháp chiết, tách xenlulo làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng Pb trong nước thải Nên đề tài

chúng tôi muốn thực hiện là : “NGHIÊN CỨU TÁCH ION Pb 2+ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ XENLULO CHIẾT TÁCH TỪ

VỎ QUẢ SẦU RIÊNG”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.Nước [13]

Nước là một hợp chất hóa học của ôxy và hiđrô, có công thức hóa học là

H2O Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều nghành khoa học và trong đời sống 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống

1.1.1 Nước sạch [14]

Được gọi là nước sạch khi nước phải trong, không màu, không mùi vị lạ, không chứa các mầm bệnh và các chất độc hại Muốn biết nước chúng ta đang sử dụng có sạch hay không cần đem nước đi xét nghiệm, nếu đạt tiêu chuẩn vệ sinh theo quy định của Bộ Y tế thì nước được xem là sạch

1.1.2 Ô nhiễm nước [15]

Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã

Hiện tượng ô nhiễm nước xảy ra khi các loại hoá chất độc hại, các loại vi khuẩn gây bệnh, virut, kí sinh trùng phát sinh từ các nguồn thải khác nhau như chất thải công nghiệp

từ các nhà máy sản xuất, các loại rác thải của các bệnh viện, các loại rác thải sinh hoạt bình thường của con người hay hoá chất, thuốc trừ sâu, phân bón hữu cơ sử dụng trong sản xuất nông nghiệp được đẩy ra các ao, hồ, sông, suối hoặc ngấm xuống dưới đất mà không qua xử lí hoặc với khối lượng quá lớn vượt quá khả năng tự điều chỉnh và tự làm sạch của các loại ao, hồ, sông, suối

1.1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm nước [17]

Về nguyên nhân : theo tổ chức y tế Thế Giới WHO đưa ra một số nguyên

nhân gây ô nhiễm nguồn nước như sau :

- Nhiễm bẩn do các chất hữu cơ phân hủy từ động thực vật và các chất thải công nghiệp

- Nhiễm bẩn do vi trùng, vi rút

- Nhiễm bẩn do các chất thải công nghiệp, chất thải rắn

- Nhiễm bẩn do dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ

- Nhiễm bẩn do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và công nghiệp

- Nhiễm bẩn do các chất phóng xạ

- Nhiễm bẩn do các hóa chất bảo vệ thực vật

- Nhiễm bẩn do các chất hữu cơ tổng hợp sử dụng trong công ngiệp

- Nhiễm bẩn do chất vô cơ làm phân bón dùng trong nông nghiệp

- Nhiễm bẩn do từ các nhà máy nhiệt điện

 Có rất nhiều chất gây ô nhiễm nước ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người , trong đó phải kể đến kim loại nặng Pb gây ngộ độc không nhỏ cho sinh vật và con người

Chì lại là thành phần chính tạo nên ắc quy sử dụng cho xe, chất nhuộm trắng trong sơn

Chì được sử dụng như thành phần màu trong tráng men, được dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân…

1.1.4.2 Pb tồn tại trong nước

Pb có trong nước là do ba nguyên nhân chính :

- Do Pb được dùng trong việc chế tạo các tút nối của hệ thống ống dẫn nước

- Do Pb trong khói bụi của phương tiện đi lại ở những nơi sản xuất Pb và acquy

- Do Pb có trong nước thải của các nghành công nghiệp

1.1.4.3 Tác hại của Pb

Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, tuy nhiên đây là nguyên tố kim loại có tính độc hại cao đối với cơ thể người và sinh vật Việc nhiễm

độc Pb có thể là cấp tính hoặc tích lũy nhiều năm qua chuỗi thức ăn của hệ sinh thái Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật Pb làm sự phát triển của bộ não trẻ em bị ảnh hưởng, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá huỷ hồng cầu

Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hoá glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng (>0,5 – 0,8 ppm) gây ra

sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não Xương là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với phot phat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó

1.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Pb TRONG NƯỚC [2], [5], [8]

1.2.1 Phương pháp kết tủa hóa học

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH Ở một giá trị pH nhất định của dung dịch, nồng độ kim loại vượt quá nồng độ bão hòa thì sẽ bị kết tủa Để có kết tủa Pb thì ở pH kiềm yếu hoặc kiềm Để điều chỉnh pH, các hóa chất thường dùng là sữa vôi, sô đa và xút Nhưng phương pháp này có nhược điểm là nước sau xử lý bị kiềm hóa nên phải xử

lý kiềm Như vậy chi phí xử lý sẽ tăng lên rất nhiều, không có hiệu quả kinh tế

1.2.2 Phương pháp sinh học do hoạt động của vi sinh vật

Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển khối như bèo tây, bèo tổ ong, tảo,… với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và phải có đủ chất dinh dưỡng (nitơ, phôtpho,…) và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của chúng

Phương pháp này cũng có rất nhiều hiệu quả Nhưng ta sử dụng sinh vật sống

để xử lý thì việc tìm hiểu các yếu tố môi trường như : thời gian sinh trưởng phát triển, nhiệt độ, khí hậu, thổ nhưỡng, chất dinh dưỡng, nồng độ kim loại nặng… phù

hợp là điều rất khó thực hiện, nên phương pháp này cũng rất ít được áp dụng vào thực tế

1.2.3 Phương pháp hóa lý

Là phương pháp quan trọng để làm sạch nước, bao gồm rất nhiều các phương pháp khác nhau Trong đó phương pháp hấp phụ có rất nhiều ưu điểm và được sử dụng phổ biến nhất

độ C trong thể tích hoặc áp suất P và nhiệt độ T, Γ = f(T,P) hoặc Γ = (T,C)

Đường biểu diễn Γ = f(T,P) hoặc Γ = (T,C) ở T = const được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ

Tùy theo bản chất của lực hấp phụ người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

- Sự hấp phụ vật lí thực hiện bằng lực phân tử là lực yếu, do đó nhiệt hấp phụ thường bé, khoảng 2-6 kcal/mol và là quá trình thuận nghịch

- Sự hấp phụ hóa học bằng lực liên kết hóa học là lực mạnh nên nhiệt hấp phụ thường lớn khoảng vài chục kcal/mol và là quá trình bất thuận nghịch

Các loại vật liệu hấp phụ :

- Vật liệu khoáng sét trong tự nhiên như : bentonit, zeolit, diatomit…

- Vật liệu khoáng sét tổng hợp như : silicagel, co-polyme của styrene/divinylbenzen…

- Vật liệu sinh khối (biomass) như : sơ dừa, vỏ lạc, cùi bắp…

- Polyme sinh học như : chitin, chitosan…

- Than hoạt tính

1.3.1 Phương trình mô tả quá trình hấp phụ

Phương trình hấp phụ Fredlich

Sự hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có sự hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ C hay áp suất P ở nhiệt độ không đổi là quan trọng nhất Sự phụ thuộc này gọi là sự hấp phụ đẳng nhiệt các đường hấp phụ đẳng nhiệt có hai đoạn thẳng

Tại vùng có P hay C có giá trị bé, Γ tỉ lệ bậc nhất với C hoặc P

Tại vùng có P hay C cao, đường biểu diễn gần như song song với trục hoành, sự hấp phụ đã bão hòa và Γ = Γmax không phụ thuộc vào nồng độ

Đường hấp phụ Fredlich giống như một nhánh của parabol nên để giải hấp dùng công thức sau :

Γ = x/m = k.p1/n

Trong đó : x là số mol chất bị hấp phụ; m là khối lượng vật hấp phụ (gram); p là

áp suất cân bằng của khí quanh vật hấp phụ; k và n là hằng số

Nếu sự hấp phụ xảy ra trong dung dịch thì: Γ = x/m = β.C1/n

Các hằng số 1/n và β trong phương trình Fredlich bằng phương pháp đồ thị: lgΓ = lgk + 1/n.lgC., do vậy có thể xác định 1/n và β

Phương trình hấp phụ Langmuir

Những luận điểm cơ bản

Langmuir đưa ra lí thuyết về sự hấp phụ lí học đơn phân tử :

- Hấp phụ do lực hóa trị gây ra

- Sự hấp phụ chỉ xảy ra trên những hóa trị tự do của các nguyên tử hay phân tử

bề mặt chất phân tử được gọi là tâm hấp phụ

- Quá trình hấp phụ tạo ra trên bề mặt một “ phức chất hấp phụ” nằm cân bằng với phân tử chưa bị hấp phụ Thời gian lưu lại của phân tử trung tâm phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ càng cao thì sự hấp phụ càng giảm, thời gian lưu càng thấp Giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tồn tại một cân bằng động

- Các phân tử bị hấp phụ không tương tác với nhau, nghĩa là các phân tử ở tâm hấp phụ không bị ảnh hưởng bởi các phân tử bên cạnh

Phương trình hấp phụ Langmuir

Γ Là đại lượng hấp phụ tính bằng thể tích chất bị hấp phụ ở điều kiện tiêu chuẩn; Γmax là đại lượng hấp phụ cực đại khi 100% bề mặt bị che phủ (thể tích đơn lớp)

Đại lượng b = k/k’ có ý nghĩa của hằng số cân bằng hấp phụ được gọi là hệ số hấp phụ, nó tăng theo hàm số mũ với nhiệt hấp phụ:

Γ = Γmax bP/(1+bP)

ở áp suất thấp, khi bP <= 1 ta có Γ = Γmax bP

lgΓ

tα= 1/n lgβ

lgC Xác định hệ số trong phương trình Fredlich

ở áp suất cao, khi bP >= 1 ta có Γ = Γmax ứng với sự hấp phụ cực đại

Thuyết hấp phụ đa phân tử của BET

Trong một số trường hợp, sự hấp phụ không chỉ tạo đơn lớp phân tử mà thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau

Tác giả Braunauer-Emmet-Tellar bằng con đường nhiệt động học đưa ra phương trình hấp phụ đẳng nhiệt dựa trên quan điểm sau:

- Hấp phụ vật lí tạo nhiều lớp đơn phân tử

- Lớp hấp phụ đầu tiên được hình thành do lực tương tác vandecvan giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Các lớp tiếp theo được hình thành do sự ngưng

tụ khí Nhiệt hấp phụ của lớp thứ hai và tất cả các lớp tiếp theo thì bằng nhau

và bằng nhiệt hóa lỏng của khí, còn nhiệt hấp phụ của lớp thứ nhất thì khác

- Các phân tử chất hấp phụ chỉ tương tác với các phân tử trước hoặc sau nó mà không tương tác với các phân tử bên cạnh

Là quá trình hấp phụ hỗn hợp, tuân theo cơ chế cạnh tranh, cặp chất hấp phụ

- bị hấp phụ có tương tác lớn, độ bền cao chiếm ưu thế về thành phần so với tương tác yếu

Hấp phụ trong dung dịch nước chậm hơn nhiều so với quá trình khuyếch tán chậm, mà nguyên nhân là tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước, đồng thời tương tác với chất hấp phụ

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ

Yếu tố ảnh hưởng đến độ chọn lọc và cạnh tranh hấp phụ là tính tương đồng, những chất có bản chất giống nhau tương tác mạnh hơn so với tương tác giữa các chất có bản chất khác nhau

Các chất có độ phân cực cao tương tác tốt hơn với các chất phân cực và ngược lại với các chất không phân cực

Tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ có tính cộng hợp, tức là lực tương tác chung bằng tổng các lực thành phần, là hệ quả của tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nước

Quá trình hấp phụ xảy ra sẽ làm thay đổi một số tính chất của hệ

Quá trình hấp phụ sẽ làm thay đổi tính chất điện tích bề mặt của hệ keo trong

đó, tạo điều kiện cho quá trình tạo thành các tập hợp lớn hơn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình keo tụ, lắng, lọc

Quá trình hấp phụ sẽ làm thay đổi hoạt tính bề mặt của chất rắn tác động trực tiếp đến quá trình tạo mầm trong kết tủa, hòa tan khoáng vật, ăn mòn, xúc tác, xúc tác quang hóa hệ oxy hóa khử và một số quá trình có liên quan đến bề mặt chất rắn

 Hấp phụ phân tử

Là quá trình hấp phụ mà trong đó cấu trúc phân tử của chất bị hấp phụ về cơ bản không thay đổi cấu trúc điện tử trước và sau khi hấp phụ Quá trình đó thường xảy ra với phân tử trung hòa

 Hấp phụ Polime

Hấp phụ polyme trên chất rắn chủ yếu là do tương tác vật lý, lực vandecvancủa nhóm –CH2 trong mạch với chất hấp phụ Do lực tương tác này có tính cộng hợp nên khả năng hấp phụ cuả polyme mạch dài cao hơn polyme mạch ngắn cùng loại

1.3.4 Ứng dụng của phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các hợp chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý cục bộ Khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có tính độc cao

Tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất và cấu trúc của chất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất các chất hấp phụ

Trong trường hợp tổng quát , quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn :

- Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ

- Thực hiện quá trình hấp phụ

- Di chuyển chất bên trong hạt hấp phụ

1.3.5 Sự hấp phụ của ion kim loại Pb 2+

Sự hấp phụ của ion Pb2+được nghiên cứu bằng nhiều vật liệu khác nhau như : than gỗ hoạt tính, đất sét, chất rắn oxit… Khả năng hấp phụ của ion kim loại này rất tốt có thể lên tới hơn 90% trong những điều kiện xác định Phương pháp hấp phụ đối với Pb được coi là phương tiện quan trọng trong quản lý nồng độ của ion Pb2+

trong nước cũng như trong nước thải

1.4 CHIẾT TÁCH XENLULO TỪ VỎ QUẢ SẦU RIÊNG

1.4.1 Sầu riêng [14]

1.4.1.1.Tên gọi

Sầu riêng là loại cây ăn quả thuộc

chi Durio (chi sầu riêng) được biết đến

rộng rãi tại Đông Nam Á, người Khmer gọi

là turen và người Mã Lai - Nam Dương gọi

là Djoerian (về sau viết là Doerian) Ngày

nay hầu hết các quốc gia trên thế giới gọi

loài cây/trái này là Durian hoặc có ký ngữ

Trái sầu riêng chín sau 3 tháng sau khi thụ phấn Trái có thể dài tới 40 cm và đường kính 30 cm, nặng từ 1 đến 5 kg Trái có thể mọc trên thân cây cành Sầu riêng

có thể có trái sau khi trồng 4 tới 5 năm Màu của trái có thể từ xanh sang nâu, hình dạng thuôn đến tròn Bên ngoài có lớp vỏ cứng bao với gai nhọn, và mùi nồng đặc trưng tỏa từ thịt bên trong Nhiều người xem đó là thơm, nhưng có người cho đó là thối Cả hai kết quả phẩm bình, tuy mâu thuẫn nhưng đều có lý Trong trái sầu riêng

Hình 1.1 Cây sầu riêng

chín, theo các chuyên gia hóa học, có hơn 100 chất, trong đó có một số thuộc ête (ether) thơm, và một số ête thối, có thành phần lưu huỳnh Thơm hay thối là kết quả của khứu giác cá nhân: tiếp nhận ête thơm trước tiên, hay tiếp nhận ête thối trước tiên

mà thôi

1.4.1.3 Vỏ quả sầu riêng

Là phần bỏ đi từ quả sầu riêng Trong 1quả sầu

riêng phần vỏ chiếm tới 60 – 70% khối lượng

- Trong phân tích xử lý nước thải

Cũng được ứng dụng rất nhiều trong việc chiết tách làm vật liệu hấp phụ : dầu tràn, kim loại nặng

1.4.2 Thành phần hóa học của vỏ quả sầu riêng [1], [3], [7], [11]

Trong vỏ quả sầu riêng có hai thành phần cấu trúc cơ bản là xenlulo chiếm khoảng 80% và lignin chiếm khoảng 20 % Chúng khác nhau về trọng lượng phân

khô là 1.45, khi khô xenlulo dai và khi thẩm nước nó mềm đi

Xenlulo không tan trong nước và các dung môi hữu cơ nhưng tan trong dung dịch Schweizer (dung dịch Cu(OH)2 tan trong ammoniac NH3),axit vô cơ mạnh như: HCl, HNO3…và một số dung dịch muối: ZnCl2,PbCl2…

Phản ứng với acid vô cơ:

Đun nóng xenlulo trong hỗn hợp acid nitric đặc và acid sunfuric đặc thu được xenlulo nitrat

Phương trình phản ứng:

H2SO4(đặc),t0

[C6H7O2(OH)3]n+3nHNO3(đặc) [C6H7O2(ONO2)3]n+3nH2O

Xenlulo trong tự nhiên

Xenlulo là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, tạo nên bộ khung của cây

Xenlulo là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên, chiếm khoảng 50% cacbon hữu cơ của khí quyển

1.4.2.2 Lignin

Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm đi dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số hợp chất hóa học Trong gỗ, bản thân lignin có màu trắng Lignin có cấu trúc phức tạp, là một polyphenol có mạng không gian mở Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi cây hoặc vị trí của nó trong gỗ Cấu trúc đơn vị cơ bản là phenyl propan Từ đơn vị cơ bản là phenyl propan và cấu trúc điển hình được đề

nghị cho lignin là Guaicyl propan (G), Syringyl propan (S) và Parahydroxylphenyl propan (P)

Lignin rất dễ bị oxi hóa trong điều kiện trung bình, cho sản phẩm là axit thơm như axit benzoic, protocacheuic Lignin bị oxi hóa trong điều kiện mạnh hơn cho sản phẩm là axit như axetic, oxalic, succinic

1.4.3 Chiết tách xenlulozo từ vỏ quả sầu riêng [1], [7], [12]

Trong vỏ quả sầu riêng có hai thành phần chủ yếu là xenlulo và lignin Nên chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng thực chất là quá trình loại bỏ lignin từ vỏ sầu riêng

Để loại bỏ lignin từ vỏ quả sầu riêng, ta thực hiện quá trình nấu với tác chất nấu thích hợp Tác chất có tác dụng thúc đẩy quá trình nấu và làm cho việc tách xenlulo diễn ra dễ dàng và với hiệu suất cao hơn

Để tách xenlulo thì trong thực tế, người ta sử dụng rất nhiều tác chất nấu khác nhau nhưng việc sử dụng tác chất nấu NaOH đạt được hiệu suất cao và giảm thiểu được nguy cơ ô nhiễm môi trường hơn những tác chất khác Nên, trong khóa luận này chúng tôi sử dụng tác chất nấu là NaOH

Trong quá trình nấu với tác chất nấu là NaOH xảy ra rất nhiều phản ứng, nhưng có một số phản ứng quan trọng như sau :