nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của than vỏ lạc và thử nghiệm xử lý môi trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM --- NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-

NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN VỎ LẠC

VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC PHÂN TÍCH

THÁI NGUYÊN - 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-

NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

CỦA THAN VỎ LẠC VÀ THỬ NGHIỆM

XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hữu Thiềng

Thái Nguyên, năm 2010

Em xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, đặc biệt các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá phân tích đã tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã quan tâm động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010

Học viên

Nguyễn Thị Như Quỳnh

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Tiêu chuẩn của Bộ Y tế về giới hạn hàm lượng sắt, đồng,

niken trong nước ăn uống

5

Bảng 2: Tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên môi trường về giới hạn hàm

lượng sắt, đồng, niken trong môi trường nước

5

Bảng 3: Các điều kiện đo phổ F-AAS của Fe, Cu, Ni 27

Bảng 4: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Cu 28

Bảng 5: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe 29

Bảng 6: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Ni 30

Bảng 7: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Cu2+

, Fe3+, Ni2+ của TVL 34

Bảng 8: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ của TVL 37

Bảng 9: Ảnh hưởng của khối lượng TVL đến dung lượng hấp phụ của TVL 39

Bảng 11: Các hằng số hấp phụ Langmuir của TVL 43

Bảng 12: Ảnh hưởng nồng độ đầu đến sự hấp phụ của than HG/T3491-1999 44

Bảng 13: Các hằng số hấp phụ Langmuir của than HG/T3491-1999 46

Bảng 14: Số liệu hấp phụ trên TVL trước khi giải hấp 46

xử lý bùn, tro từ lò đốt, mạ kim loại, hay sản xuất thiết bị điện, sơn, hợp kim…

Sự có mặt của lượng lớn ion kim loại nặng trở thành mối đe doạ do độc tính và

xu hướng tích luỹ sinh học trong các mô sống, gây ra nhiều bệnh và các rối loạn trong suốt chuỗi thức ăn Mục tiêu chính hiện nay là nghiên cứu và áp dụng phương pháp thích hợp và để phát triển các kỹ thuật phù hợp hoặc để ngăn ngừa

ô nhiễm hoặc làm giảm nồng độ các kim loại nặng trong môi trường nước xuống mức cho phép là việc làm cần thiết hiện nay

Loại bỏ kim loại theo phương pháp truyền thống như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp kết tủa, phương pháp chiết, thẩm thấu ngược… nhưng hầu hết các phương pháp này không hiệu quả, không kinh tế khi kim loại ở nồng độ cao, rất tốn kém và thường kèm theo sự ô nhiễm thứ cấp Những năm gần đây, việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ kim loại trong môi trường nước khá phổ biến và có thể dễ dàng tái sử dụng Sau khi liên tục sử dụng, than hoạt tính có thể không để lại bất kỳ tác động nào đến môi trường Tuy nhiên, than hoạt tính đang

sử dụng trên thị trường được chế tạo từ các nguyên liệu đắt tiền khó có thể tái tạo

và đang bị suy giảm như: than đá Vì vậy, việc chế tạo than từ các phụ phẩm công nông nghiệp sẵn có rẻ tiền để làm các vật liệu hấp phụ (VLHP) ion kim loại nặng độc hại trong dung dịch nước là một ý tưởng hay cho việc sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo như: vỏ lạc, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, xơ dừa…

Ở Việt Nam, lạc là cây nông sản tương đối phổ biến được trồng với diện tích lớn, hàng năm có thể tạo số lượng vỏ đáng kể Điều này dẫn tới yêu cầu chuyển đổi hữu ích những sản phẩm phụ, phế phẩm nông nghiệp nhằm tăng giá trị sản phẩm và cho ra những sản phẩm mới thân thiện với môi trường, chẳng hạn như than hoạt tính

Đã có nhiều nghiên cứu cho rằng, các phụ phẩm công nông nghiệp có thể được chuyển đổi thành than hoạt tính và được sử dụng để hấp phụ các ion kim loại khác nhau như: than vỏ lạc, than lõi ngô, than xơ dừa, than gáo dừa, than bã mía… Vỏ lạc được chuyển đổi thành than hoạt tính bằng cách sử dụng axit sunfuric để hoạt hoá cho thấy than vỏ lạc (TVL) là chất hấp phụ tốt các ion kim loại nặng Ở dạng hạt, TVL hấp phụ các ion Cd2+

, Cu2+, Fe3+, Pb2+, Ni2+ và Zn2+tốt hơn so với than hoạt tính hiện có trên thị trường

Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu khả năng

hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước của than vỏ lạc và thử nghiệm xử lý môi trường”

Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ than từ vỏ lạc

- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của TVL

- So sánh khả năng hấp phụ của TVL với than hoạt tính hiện có trên thị trường

- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion kim loại nặng bằng TVL theo phương pháp hấp phụ tĩnh

- Sử dụng TVL xử lý mẫu nước thải chứa Ni2+

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về đối tượng xử lý

1.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây

áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải

Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải

ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương) Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn

các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nguồn nước Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng [32]

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước do kim loại nặng

Kim loại nặng như Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, Fe thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các sinh vật và thường tích luỹ trong cơ thể chúng Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý chưa được triệt để Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác

Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiểm môi trường nước Nước bị ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu là do việc khai thác mỏ Do nhu cầu sử dụng của con người ngày càng tăng làm cho việc khai thác kim loại cũng tăng lên Tuy nhiên, việc xử lý nguồn nước thải từ việc khai thác mỏ chưa được quan tâm đúng mức càng làm cho kim loại nặng phát tán vào môi trường

Ngoài ra, việc gây ô nhiễm môi trường bởi các ion kim loại nặng còn ở việc sản xuất quặng và sử dụng thành phẩm Quá trình sản xuất này cũng làm

tăng cường sự có mặt của chúng trong môi trường [3,8]

Bên cạnh đó việc tái sử dụng lại các phế thải chứa ion kim loại nặng chưa được chú ý và quan tâm đúng mức

Đó là các nguồn chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng

Dưới đây là Quy chuẩn quy định cho phép về giới hạn hàm lượng sắt,

đồng, niken trong nước ăn uống và các thông số ô nhiễm trong nước mặt, nước

ngầm, nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận [14, 15, 16, 17]

Bảng 1: Tiêu chuẩn của Bộ Y tế về giới hạn hàm lượng sắt, đồng, niken trong

nước ăn uống

Bảng 2: Tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên môi trường về giới hạn hàm lượng sắt,

đồng, niken trong môi trường nước

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị

Giá trị giới hạn tối đa cho phép Chất lượng

nước ngầm

Chất lượng nước mặt

Nước thải công nghiệp

1.1.3 Sơ lược về một số kim loại nặng

* Đồng (Cu)

Đồng được phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là nguyên tố quan trọng Nó

có mặt ở hầu hết các bộ phận của cơ thể sống Nếu thiếu đồng sẽ gây thiếu máu, suy nhược, các mô xương chậm phát triển…Mỗi ngày cơ thể cần khoảng 1 - 2 mg/l, nhưng nếu kéo dài sẽ gây ngộ độc

Khi cơ thể bị ngộ độc có thể dẫn đến ngộ độc mãn tính, chứng sổ nước dạ dày và ruột Nhiễm độc đồng có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận, lượng lớn đồng hấp thụ qua đường tiêu hoá có thể gây tử vong.Đồng cũng độc hại với sinh vật thuỷ sản, ngay cả khi ở nồng độ rất nhỏ

Đồng được dùng chủ yếu trong ngành công nghiệp điện, các ngành thuộc

da, thuốc nhuộm, y học…[21, 23]

* Sắt (Fe)

Sắt là một trong những thành phần chính của thạch quyển (khoảng 5%) Sắt thường được phát hiện trong chất thải sinh hoạt, đặc biệt ở các thành phố có các nhà máy sản xuất sắt thép Sắt dễ dàng tạo phức sunfat trong các lớp trầm tích và trên nước mặt

Sự có mặt của sắt trong nước uống làm thay đổi mùi vị Các mùi vị của sắt

có trong nước uống có thể dễ dàng phát hiện ngay cả ở nồng độ thấp khoảng 1,8 mg/l Có rất nhiều vấn đề mà kết quả là do độc tính của sắt Chúng bao gồm chán

ăn, chứng tiểu ít, tiêu chảy, hạ thân nhiệt, thậm trí tử vong Thêm vào đó, bệnh nhân có thể bị tắc nghẽn mạch máu của đường tiêu hoá, gan, thận, não, tim, trên thận và tuyến ức Với ngộ độc sắt cấp tính, phần lớn xảy ra với đường tiêu hoá

và gan Kết quả là lưu trữ sắt bệnh, gan bị xơ gan [23, 30]

Nhiễm niken gây ngộ độc dẫn đến chóng mặt, nhức đầu, buồn nôn và nôn mửa, đau ngực, ho khan và khó thở, thở nhanh và chứng xanh da, làm tăng khả năng mắc bệnh ung thư đường hô hấp… Theo Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN24:2009/BTNMT quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận lượng niken là 0,2 mg/l, nhưng trong nước thải mạ điện nồng độ niken là rất cao (≥50mg/l) [16, 21, 23]

1.2 Phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

1.2.1 Sự hấp phụ

Hấp phụ là quá trình hoá lí thường gặp trong hầu hết các lĩnh vực: tự nhiên, kỹ thuật, công nghệ…

Hấp phụ là sự tích luỹ trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, khí - lỏng,

lỏng - rắn, lỏng - lỏng) Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp

phụ Chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ

Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học Hấp phụ vật lí gây ra bởi lực Van der Waals (tương tác yếu) còn hấp phụ hoá học gây

ra bởi lực liên kết hoá học (tương tác mạnh) [6, 9, 13]

* Hấp phụ vật lí

Hấp phụ vật lý là sự hấp phụ gây ra bởi lực Vander Waals (tương tác yếu) giữa các phân tử như: lực tĩnh điện, các lực tương tác phân tử (lực cảm ứng, lực đinh hướng, lực phân tán…) Các lực này xuất hiện tương ứng với bản chất của

bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Nếu phân tử không có mômen lưỡng cực mạnh hoặc nếu không có các tương tác đặc thù khác thì lực khuếch tán chiếm ưu thế Lực khuếch tán giảm nhanh theo khoảng cách cho nên lớp hấp phụ thứ nhất được giữ chặt trên bề mặt chất hấp phụ, lớp thứ 2, lớp thứ 3 được giữ yếu hơn Khi khoảng cách giữa hai phân tử giảm đến một mức độ nhất định sẽ xuất hiện lực đẩy Một đặc điểm khác của hấp phụ vật lý là phân tử không bị hấp phụ không phải chỉ tương tác với một nguyên tử, mà với nhiều nguyên tử trên bề mặt chất hấp phụ, ở đây tương tác tổng cộng của phân tử bị hấp phụ với toàn bộ bề mặt gây ra bởi lực khuếch tán bao giờ cũng lớn hơn so với một nguyên tử của bề mặt

Trong một hệ hấp phụ, ở trạng thái cân bằng, năng lượng tương tác được

mô tả bằng phương trình Lennard-Jones:

6 12

i i r

E Ar Br E (1.1) Trong đó:

E: năng lượng tương tác ở trạng thái cân bằng

A: hằng số đặc trưng cho lực hút

B: hằng số đặc trưng cho lực đẩy

ri: khoảng cách giữa phân tử chất bị hấp phụ và phân tử i của bề mặt

Er: các dạng năng lượng khác

Nhiệt lượng toả ra khi hấp phụ vật lý vào khoảng 2 ÷ 6 kcal/mol

Trong quá trình hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử, do đó xảy ra nhanh hơn Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hoá học của bề

mặt và không có sự biến đổi cấu trúc các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Hấp phụ vật lý có thể xảy ra đơn lớp hoặc đa lớp [6, 9]

* Hấp phụ hoá học

Hấp phụ hoá học là sự hấp phụ gây ra bởi lực liên kết hoá học Hấp phụ hoá học là hấp phụ đơn lớp Trong hấp phụ hoá học, có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn nên có thể dẫn đến hình thành liên kết hoá học Nhiệt lượng toả ra khi hấp phụ hoá học thường lớn hơn 22kcal/mol Sự hấp phụ hoá học đòi hỏi phải có ái lực hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Hấp phụ hoá học mang tính đặc thù cụ thể

Có những trường hợp tồn tại cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học trong một hệ Quá trình hấp phụ vật lý xảy ra ở vùng nhiệt độ thấp, quá trình này giảm khi tăng nhiệt độ đồng thời khả năng hấp phụ hoá học tăng lên

Sự hấp phụ là một quá trình thuận nghịch Bên cạnh quá trình hấp phụ còn có quá trình ngược lại là quá trình phản hấp phụ, tức là có sự chuyển các ion hoặc các phân tử bị hấp phụ từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch Sự diễn

ra đồng thời hai quá trình ngược nhau dẫn tới trạng thái cân bằng động gọi là

cân bằng hấp phụ [9]

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng hấp phụ như: bề mặt chất hấp phụ, pH, nồng độ chất bị hấp phụ, nhiệt độ, bản chất của các chất bị hấp

phụ, dung môi, sự có mặt của ion kim loại khác

1.2.2 Cân bằng hấp phụ - Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Đối với một hệ hấp phụ xác định, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích:

a = f(T, p) hoặc a = f(T, C) (1.2)

Ở một nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất (nồng độ):

a = ft(p) hoặc a = ft(C) (1.3) gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt Mối liên hệ a = ft(p) hoặc a = ft(C) được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Henry, Freundlich…[6, 9, 13]

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 dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

(Co C ).Vcb

q

m (1.4) Trong đó:

V: thể tích dung dịch (ml)

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)

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir là phương trình mô tả cân bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lí thuyết Phương trình Langmuir được thiết lập trên cơ sở các giả thuyết sau:

▪ Mỗi tiểu phân chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ 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 trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

▪ Các phân tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn - lỏng (trong môi trường) có dạng:

cb cb

m b C

C b q

q

1

.





 (1.5) Trong đó:

q : lượng chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g)

q m : lượng chất bị hấp phụ bão hoà đơn lớp (mg/g)

θ : độ che phủ

C cb : nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)

b : hằng số Langmuir

Mức độ che phủ bề mặt là tỉ lệ của lượng chất bị hấp phụ tại trạng thái cân bằng

so với lượng chất bị hấp phụ khi toàn bộ bề mặt được bão hoà bởi lớp đơn phân tử

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir thường áp dụng cho hấp phụ đơn lớp, trong khoảng nồng độ (áp suất) nhỏ và lớn Phương trình này mô tả sự hấp phụ cục bộ trên một bề mặt đồng nhất khi không có tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:

▪ Khi b.C cb << 1 thì q = qm.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ tuyến tính, lượng chất bị hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ của dung dịch

▪ Khi b.C cb >> 1 thì q = qm mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt

cb

q b

C q q

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ của Ccb/q vào Ccb sẽ xác định được các hằng số b, qm trong phương trình

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich được xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm, có xét đến tính không đồng nhất của bề mặt chất bị hấp phụ và sự phân bố của các tâm hoạt động và năng lượng của chúng theo quy luật hàm số mũ:

1/

f

qK C (1.7) Trong đó:

Kf và n là các hằng số đặc trưng cho hệ hấp phụ (còn gọi là các hằng số Freundlich)

Kf : biểu thị cho dung lượng hấp phụ

1/n : biểu thị cho cường độ hấp phụ

q : lượng chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g)

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich được sử dụng rộng rãi như là một phương trình kinh nghiệm phục vụ cho mục đích đánh giá định tính và dường như không dựa trên một cơ sở lý thuyết cụ thể nào Mặc dù phương trình này là đơn giản thuận tiện,

nó không phải luôn luôn mô tả đúng các số liệu thực nghiệm trong vùng nồng độ rộng [9]

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt phan rắn và áp suất (hoặc nồng độ) của chất bị hấp phụ trong pha thể tích ở trạng thái cân bằng:

.

qK C (1.8) Trong đó:

q : lượng chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g)

K: hằng số hấp phụ Henry

C: nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/g)

Phương trình này chỉ áp dụng trong vùng áp suất hoặc nồng độ không cao

1.3 Chất hấp phụ than

Than là chất có khả năng hấp phụ tốt và được sử dụng rộng rãi Than có thành phân hoá học chủ yếu là cacbon, có thể dùng than ở dạng hạt hoặc bột để làm chất hấp phụ Tính chất của than có liên quan chặt chẽ với nguồn nguyên liệu ban đầu cũng như quá trình hoạt hoá chúng Nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất than rất phong phú và đa dạng, các chất có nguồn gốc xenlulozơ như: vỏ trấu, vỏ lạc, bã mía, lõi ngô…các nguyên liệu chứa cacbon như: than đá, than bùn…

Phương pháp chế tạo than thường được tiến hành theo hai giai đoạn [9]:

* Than hoá: thường được tiến hành ở nhiệt độ 400 – 500oC Quá trình này nhiệt

độ làm bay hơi và phân huỷ các thành phần không phải là cacbon Trong quá trình này cần khống chế nhiệt độ và oxi để sự cháy và phân huỷ mạch cacbon là ít nhất

* Hoạt hoá than: được thực hiện bằng cách nung than trong môi trường hoá học ở một nhiệt độ xác định Trong quá trình này nhựa, các chất hữu cơ và một phần than sẽ bị khí hoá bớt để tạo ra độ xốp cần thiết cho than Bề mặt riêng của than hoạt tính dao động trong khoảng 300 – 1000 m2/g, đường kính lỗ nhỏ từ 30 – 90 Å Thường chọn nhiệt độ cho quá trình này là 750 – 950oC [9]

Ngoài ra, có thể sử dụng axit sunfuric đặc tác nhân hoá học để chế tạo than Axit sunfuric đặc hấp thụ mạnh hơi nước Nó có thể lấy nước của nhiều hợp chất hữu cơ như

xenlulozơ, đường và biến chúng thành cacbon gọi là sự than hoá [8]

C12H22O11 + H2SO4(đặc) → 12C + 11H2O

1.3.1 Những tính chất đặc trưng của than

Than hoạt tính cũng có những tính chất đặc trưng thông dụng của một số chất rắn như: cấu trúc tinh thể, khối lượng riêng Tuy nhiên, than hoạt tính còn

có một số thông số riêng liên quan đến khả năng hấp phụ là: độ xốp, diện tích bề

mặt, hệ mao quản và cấu trúc bề mặt…[9]

- Độ xốp là tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp trên thể tích của vật xốp

- Thể tích lỗ xốp riêng là không gian rỗng tính cho một đơn vị khối lượng

- Bề mặt riêng là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng

- Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng của các mao quản Song có bốn loại mao quản được thừa nhận là: mao quản hình trụ, hình cầu, hình khe, hình chai

Phân bố kích thước của mao quản hay phân bố lỗ xốp dựa trên những giả thuyết về hình dáng mao quản Chúng được xác định theo sự biến đổi của thể tích hay diện tích bề mặt của mao quản với kích thước mao quản

Trong quá trình hấp phụ, yếu tố quan trọng đầu tiên để đánh giá khả năng hấp phụ của than là diện tích bề mặt riêng Thường thì diện tích bề mặt càng lớn thì khả năng hấp phụ của chất hấp phụ càng cao., do có nhiều trung tâm hấp phụ trên

bề mặt Kích thước của mao quản và sự phân bố kích thước cũng là những yếu tố quan trọng để chọn các loại than cho phù hợp với mục đích sử dụng Theo quy định của IUPAC, có thể chia mao quản thành ba loại dựa vào kích thước [13]

Mao quản lớn: đường kính mao quản trung bình d > 50 nm

Mao quản trung bình: đường kính mao quản trung bình d < 50 nm

Mao quản nhỏ: đường kính mao quản trung bình d < 2nm

1.3.2 Đặc tính hoá học bề mặt của than

Khả năng hấp phụ của than không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc xốp của than, mà còn phụ thuộc vào đặc tính hoá học bề mặt than Ngoài thành phần chính là cacbon, than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác (chiếm 5 – 10% khối lượng than) Các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt than gọi là các nhóm chức bề mặt Trong quá trình hoạt hoá, tác nhân hoạt hoá phá huỷ một phần

mạng cacbon tinh thể tạo nên độ xốp Các nguyên tử cacbon trên bề mặt chưa bị bão hoà giá trị tạo ra các gốc tự do Các gốc tự do là trung tâm tạo ra các nhóm chức bề mặt với mật độ tuỳ thuộc vào diện tích bề mặt than, điều kiện hoạt hoá, bản chất của tác nhân hoạt hoá, điều kiện bảo quản than…

Các nhóm chức bề mặt than biểu hiện hai tính chất: axit hoặc bazơ Các nhóm chức thể hiện đặc tính nào là chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hoạt hoá, quá trình xử lý than

Các nhóm chức bề mặt axit hay bazơ đều cùng tồn tại trên bề mặt một loại than, nhưng thường gặp nhóm axit nhiều hơn Đặc trưng cho nhóm chức bề mặt axit như: cacboxyl, lacton…, đặc trưng cho nhóm chức bề mặt bazơ thường là: pyron, chromen…

Các nhóm chức bề mặt ảnh hưởng đến tính chất phân cực của bề mặt than Tính kị nước của bề mặt than giảm do có sự có mặt của các nhóm chức ưa nước

và các hợp chất của kim loại Khả năng hấp phụ từ dung dịch của than đối với chất có tính chất phân cực khác nhau phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt Phần lớn quá trình hấp phụ của các hợp chất kỵ nước thường giảm khi hàm lượng nhóm chức axit tăng Ngoài ra nhóm chức bề mặt cũng ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các phân tử trong mao quản

Trong môi trường nước, do bề mặt của than tích điện nên hình thành lớp điện kép xung quanh bề mặt than Giá trị pH ở đó, mật độ điện tích các ion trên

bề mặt ở trạng thái cân bằng (điểm điện tích bằng không) gọi là điểm đẳng điện

Ở vùng pH dưới điểm đẳng điện, bề mặt tích điện dương ; vùng pH cao hơn điểm đẳng điện, bề mặt tích điện âm Điểm đẳng điện của than xử lý nước nằm trong phạm vi rộng 2,2 – 10,6 Phần lớn các loại than có điểm đẳng điện nằm trong vùng axit (pH = 4 – 5) [18]

1.4 Hấp phụ trong môi trường nước

1.4.1 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp Vì trong hệ

có ít nhất ba thành phần gây tương tác là nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Hấp phụ trong môi trường nước (có sức căng bề mặt lớn) ưu việt hơn so với dung môi hữu cơ (có sức căng bề mặt nhỏ)

Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và dung môi Thông thường, nồng độ chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phần tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ Điều này xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng Chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn

Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ Các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dương hoặc trung hoà Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức [1, 2]

Tính chọn lọc và cạnh tranh của quá trình hấp phụ trong môi trường nước

bị ảnh hưởng bởi tính tương đồng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Một quy luật thường gặp là các chất phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn các chất không phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt không phân cực Tính chọn lọc và

tính cạnh tranh còn phụ thuộc vào kích thước phân tử của chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ

Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dịch thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thước của mao quản không cản trở

sự đi vào của chất hấp phụ Nếu kích thước mao quản bé hơn kích thước của phân tử bị hấp phụ thì sự hấp phụ sẽ bị cản trở [9]

1.4.2 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước

Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước

bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, tạo ra các phức chất hiđroxo, tạo

ra các cặp ion hay phức chất khác Dạng phức hiđrxo được tạo ra nhờ phản ứng thuỷ phân Sự thuỷ phân của ion kim loại trong dung dịch có thể chịu ảnh hưởng rất lớn bởi pH của dung dịch Khi pH của dung dịch thay đổi dẫn đến thay đổi phân bố các dạng thuỷ phân, làm cho thay đổi bản chất, điện tích, kích thước ion kim loại có thể tạo phức, sự hấp phụ và tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ, điều này ảnh hưởng đến cả dung lượng và cơ chế hấp phụ [1, 2]

1.5 Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F - AAS)

1.5.1 Nguyên tắc

Dựa trên khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của nguyên tử

cần đo ở trạng thái tự do Đối với mỗi nguyên tố vạch cộng hưởng là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của chính loại nguyên tử đó

Quá trình đo phổ hấp thụ nguyên tử được diễn ra gồm các giai đoạn:

1 Quá trình hoá hơi mẫu: chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi

2 Nguyên tử hoá đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên

tử tự do của các nguyên tố cần phân tích mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định kết quả của phép đo F - AAS

3 Chọn nguồn phát tia sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố phân tích và chiếu vào đám hơi nguyên tử đó Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện

4 Nhờ một hệ thống máy quang phổ, thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó trong một giới hạn nhất định về nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:

Aλ = k.C.L (1.9) Trong đó:

Aλ: Cường độ vạch phổ hấp thụ

k : hằng số thực nghiệm

L : chiều dài môi trường hấp thụ

C : nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ

5 Thu và ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ [7, 11]

1.5.2 Điều kiện nguyên tử hoá mẫu

Nguyên tử hoá mẫu là công việc quan trọng nhất của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Mục đích của quá trình này là tạo ra đám hơi nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định, để phép đo đạt kết quả chính xác với độ lặp lại cao

Ở phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F - AAS), tức là chỉ sử dụng năng lượng nhiệt của ngọn đèn khí để tạo hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định đến hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích và mọi yếu

tố khác ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đều có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích

1.5.3 Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử

Khi hướng vào lớp hơi nguyên tử tự do chùm bức xạ điện từ là tia phát xạ ra từ đèn catot rỗng làm bằng nguyên tố cần xác định có tần số đúng bằng tần số cộng hưởng của kim loại cần xác định sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ cộng hưởng để chuyển lên mức năng lượng kích thích gần nhất quá trình hấp thụ tuân theo định luật Lambe Bear Nghĩa là nếu chiếu một chùm sáng đơn sắc có cường độ ban đầu Io qua đám hơi nguyên tử tự do của nguyên tố cần phân tích có nồng độ N và bề dày L thì ta có:

( )

. K N L

o e I

I    (1.10) Trong đó:

I, Io: cường độ bức xạ điện từ trước và sau khi hấp phụ

Kυ : hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số υ

L : độ dày lớp hơi nguyên tử

N: số nguyên tử trong môi trường hấp thụ

Gọi Aλ là mật độ quang hay độ tắt nguyên tử của chùm tia sáng cường độ

Io sau khi qua môi trường hấp thụ Aλ được tính theo công thức:

L N K I

I

A  log o  2 , 303  . (1.11) Nếu các phép đo được thực hiện trên cùng một máy đo phổ hấp thụ nguyên tử thì L = const, nên có thể viết:

Aλ = K.N (1.15) Trong đó:

K: hằng số thực nghiệm phụ thuộc Kυ, L, nhiệt độ môi trường hấp thụ Gọi nồng độ nguyên tố ở mẫu phân tích là C Từ nhiều kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, trong một giới hạn nhất định của C, mối quan hệ giữa N và C được xác định theo công thức:

N=k.Cb (1.16)

Trong đó:

k: hằng số thực nghiệm phụ thuộc điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của nguyên tố (0<b ≤1)

Với mỗi vạch phổ ta luôn tìm được một giá trị Co mà với mọi giá trị:

C > Co thì 0 < b < 1, lúc này Aλ không phụ thuộc tuyến tính C

C < Co thì b = 1, lúc này Aλ phụthuộc tuyến tính C theo phương trình (1.17)

là sự kết hợp của (1.15) và (1.16):

Aλ = a.Cb ( với a = K.k) (1.17)

Trong đó a là hằng số thực nghiệm [7, 11]

1.5.4 Phương pháp đường chuẩn

Để xác định nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích theo phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, ta có thể tiến hành theo phương pháp đường chuẩn hoặc phương pháp thêm tiêu chuẩn Thực hiện đề tài này, chúng tôi tiến hành theo phương pháp đường chuẩn

Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ hấp thụ

(hay độ hấp thụ nguyên tử) vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử cần xác định trong mẫu theo phương trình Aλ =a.Cb để có sự phụ thuộc tuyến tính giữa Aλ và C

- Pha chế các dung dịch phân tích với điều kiện như dung dịch chuẩn và đem

đo độ hấp thụ nguyên tử Dựa vào các giái trị độ hấp phụ nguyên tử này và đường chuẩn tìm được nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu phân tích [7, 11]

1.6 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm và chất thải nông nghiệp làm VLHP

Phụ phẩm và chất thải nông nghiệp được làm xốp và nhẹ do có tính chất sợi, là vật liệu lí tưởng để chế tạo chất hút bám cho hấp phụ kim loại Nhóm chức bề mặt cacboxyl và hyđroxyl có ái lực cao đối với các ion kim loại nặng Biến đổi hoá học của chất thải có thể phóng to bề mặt diện tích, vị trí hấp phụ, lỗ khí… do đó cải thiện được khả năng hấp phụ, có thể bù đắp chi phí thấp, hiệu quả và không ảnh hưởng đến môi trường Sự khử hấp phụ và có thể tái sinh được thực hiện để thu hồi kim loại có giá trị từ hấp phụ Nhóm hyđroxyl và nhóm cacboxyl trong chất thải công nghiệp làm cho chúng có thể tham gia sự khử hấp phụ và tái sinh dễ dàng hoặc có mặt axit vô cơ đơn giản [24]

Việc nghiên cứu kỹ thuật chế tạo và sử dụng VLHP tự nhiên để tách loại các kim loại nặng từ các nguồn nước bị ô nhiễm là hướng nghiên cứu mới được phát triển trong khoảng trục năm gần đây Các nghiên cứu này được triển khai theo cả hai hướng là nghiên cứu cơ bản và triển khai công nghệ

Theo thống kê của Bộ công thương, tổng sản lượng lạc thế giới năm 2010/2011 dự báo đạt 34,76 triệu tấn, tăng 1,83 triệu tấn (+5,6%) so với sản lượng 32,92 triệu tấn của năm 2009/2010 Tổng diện tích lạc trên thế giới dự báo đạt 21,23 triệu ha, tăng so với 20,06 triệu ha của năm 2009/2010; năng suất bình quân sẽ đạt 1,64 tấn/ha, bằng năng suất của năm 2009/2010

Sản lượng lạc của một số nước trong năm 2010/2011 dự báo (đơn vị: triệu tấn): Mỹ 1,92; Trung Quốc 14,80; Ấn Độ 6,40; Pakixtan 0,10; Inđônêxia 1,25;

Myanmar 1,00; Việt Nam 0,55; Thái Lan 0,12; Achentina 3,47; Braxin 2,50; Ai Cập 0,19; Nigêria 1,55; Xênêgan 0,63; Sát 0,47; Ghana 0,44; Xuđăng 0,85; Côngô 0,37; Burkina Faso 0,35; Ghinê 0,26; Cammơrun 0,24; Mali 0,128; Malawi 0,27; Côtđivoa 0,15; Uganđa 0,15; CH Trung Phi 0,14

Tổng xuất khẩu lạc trên thế giới năm 2010/2011 dự báo đạt 2,35 triệu tấn, tăng nhẹ so với 2,20 triệu tấn của năm 2009/2010 Tổng sản lượng lạc đem ép dầu trên thế giới dự báo đạt 15,54 triệu tấn trong năm 2010/2011, so với 14,36 triệu tấn của năm 2009/2010 Tổng dự trữ lạc trên thế giới cuối niên vụ 2010/2011 dự báo đạt 1,19 triệu tấn, giảm nhẹ so với 1,24 triệu tấn của cuối niên vụ 2009/2010 [31]

Vỏ lạc sau khi biến đổi hoá học thành than hoạt tính được đánh giá là vật liệu

có khả năng hấp phụ tốt không chỉ với các ion kim loại nặng mà còn hấp phụ tốt các hợp chất hữu cơ độc hại [24]

Theo một loạt các báo cáo của K Periasamy và C Namasivayam (Ấn Độ) thì: Vỏ lạc loại bỏ Ni2+

tối đa 53,65mg/g tại pH = 4 ÷ 5 của hỗn hợp các ion Trong nghiên cứu cột, vỏ lạc loại bỏ được lượng Cu2+

tối đa là 65,57 mg/g tại

pH = 6 ÷ 10 từ các dung dịch đa ion 0,7g vỏ lạc hoạt hoá bằng axit sunfuric có thể loại bỏ Hg2+

, Cd2+tối đa lần lượt là 109,89 mg/g, 89,29 mg/g [24]

Theo nghiên cứu XU Tao và LIU Xiaoqin ( Trung Quốc) thì vỏ lạc được hoạt hoá bởi axit photphoric theo tỉ lệ 1:1 về khối lượng (vỏ lạc : axit H3PO4) tạo than loại bỏ đến 24,02 mg/g đối với Pb2+ Tiến hành so sánh với than thương mại thông thường cho thấy than vỏ lạc hấp phụ tốt hơn 10,3 lần [22]

Nhóm nghiên cứu của Kermit Wilson, Hoang Yang, Chung W Seo, Wayne E Marshall đã nghiên cứu sự hấp phụ Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ và Zn2+ của than chế tạo từ vỏ lạc và được so sánh với 3 loại than thương mại DARCO 12×20, NORIT C GRAN và MINOTAUR Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy than vỏ lạc

có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại trong dung dịch và có khả năng thay thế than thương mại trên thị trường Theo [21], lợi thế khi sử dụng than chế tạo từ vỏ lạc bao gồm:

Nguồn nguyên liệu rẻ tiền

Tác nhân hoạt hóa là các hợp chất vô cơ đơn giản và ít tốn kém

Quy trình sản xuất đơn giản

Theo đánh giá việc sử dụng chất thải nông nghiệp và công nghiệp như chất hấp phụ chi phí thấp của Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi và Shiv Prasad thuộc Viện nghiên cứu Nông nghiệp Ấn Độ [24] chỉ rõ: Vỏ lạc loại

bỏ tối đa Ni2+

đến 53,65 mg/g trong dung dịch có pH = 4 ÷ 5 Khi hấp phụ trên cột, Periasamy và Namasivayam đã quan sát thấy vỏ lạc hấp phụ tối đa lượng

Cu2+ là 65,57 mg/g trong môi trường có pH = 6 ÷ 10 Khoảng pH = 5 ÷ 7,5 là tối

ưu cho các quá trình hấp phụ Cu2+

của bột vỏ lạc và bột vỏ lạc viên Khả năng hấp phụ của vỏ lạc dạng than tốt hơn so với vỏ lạc chưa biến đổi hoá học Vỏ lạc sau khi được xử lý bằng axit hấp phụ các kim loại Cu2+, Ni2+, Cd2+, Zn2+ và Pb2+cho kết quả tốt hơn (19 – 34%) so với mẫu vỏ lạc không được xử lý bằng axit (5,7%) Chamarthy đã nghiên cứu và so sánh, hiệu quả hấp phụ riêng rẽ các ion

Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+, Zn2+ của vỏ lạc và một số loại vật liệu hấp phụ dạng hạt nhựa thương mại Duolite GT-73, Amberlite IRC-718 và cacboxymethycellulozơ cho thấy vỏ lạc hấp phụ bằng hoặc tốt hơn Johns báo cáo, than hoạt tính sản xuất từ vỏ lạc được hoạt hoá bằng CO2 hoặc hơi nước, sau đó là quá trình oxi hoá không khí, đã hấp phụ tốt các ion kim loại nặng Than vỏ lạc dạng hạt hấp phụ ion Cd2+

, Ni2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+ tốt hơn so với than hoạt tính trên thị trường [24]

Bã mía được hoạt hoá bằng các tác nhân như: anhyđrit succinic, axit

xitric, fomanđehit để xử lý ô nhiễm kim loại nặng hay các hợp chất hữu cơ độc

hại đã được nghiên cứu thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu ở Brazil, Ấn Độ, khoa Kỹ thuật - trường Đại học Putra Malaysia [24, 27, 29]

Mohan và Singh nghiên cứu tiềm năng của than hoạt tính được chế tạo từ bã mía

để loại bỏ Cd2+

và Zn2+ từ dung dịch nước Ayyappan nghiên cứu sử dụng than được chế tạo từ bã mía để hấp phụ Pb2+

theo thí nghiệm hàng loạt, sự khử hấp phụ của

Pb2+, từ than hấp phụ đã được tách rửa với HNO3 0,1M Than được lấy bằng cách rửa với dung dịch CaCl2 0,1M và tái sử dụng [24]

Xơ dừa được chuyển thành than hoạt tính dùng để hấp phụ các ion kim loại

Cd2+, Ni2+, Cu2+ có trong nước thải công nghiệp Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với Cr6+

, V5+, Ni2+, Hg2+ Xơ dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co3+

, Cr3+,

Ni2+ từ dung dịch [24, 25]

Vỏ cọ vốn có hàm lượng cacbon cao dùng để sản xuất than hoạt tính chất

lượng cao Than vỏ cọ (kích thước hạt 100 - 150µm) được phủ khoảng 21% chitosan lên bề mặt có khả năng loại bỏ Cr đến 154 mg/g ở 25o

C Than vỏ cọ có khả năng hấp phụ cao các ion Pb2+

(95,2 mg/g) tại pH = 5 [24, 26]

Trấu có tiềm năng để sử dụng làm chất hấp phụ chi phí thấp Roy đã chứng

minh vỏ trấu hấp phụ các kim loại nặng As, Cd, Cr, Pb ( trên 99%) và Sr (94%) Than

vỏ trấu loại bỏ 23,4 mg/g Cr(VI) trong dung dịch tại pH = 2 Daifullah sử dụng vỏ trấu loại bỏ các kim loại từ một hỗn hợp phức tạp chứa 6 kim loại nặng (Fe, Mn, Zn, Cu,

Cd và Pb) và hiệu quả đạt gần 100% Vỏ trấu biến tính được áp dụng cho sự hấp phụ Cr(VI) từ dung dịch [24]

Thomas Anish Johnson, Niveta Jain, H C Joshi và Shiv Prasad đã đánh giá so sánh khả năng hấp phụ kim loại của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp với than hoạt tính thương mại cho thấy: Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp tốt hơn của than thương mại Một số vật liệu như: than vỏ cọ được phủ

chitosan, than vỏ cọ, than được chế tạo từ phần lõi thân dừa, than vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt hơn than thương mại Vì vậy, chất hấp phụ từ chất thải nông nghiệp có thể thay thế tốt cho than thương mại [24]

Với mục đích sử dụng VLHP ion kim loại nặng, trong luận văn này chúng tôi sử dụng axit sunfuric để hoạt hoá vỏ lạc tạo TVL

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ, thiết bị, hoá chất

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị

- Cân điện tử 4 số Precisa XT 120A- Switland

- Máy đo pH Precisa 900 (Thuỵ Sĩ)

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc)

- Máy đo phổ hấp thụ nguyên tử Thermo (Anh)

- Máy lắc

- Máy li tâm

- Máy lọc hút chân không

` - Bình định mức, cốc thủy tinh, pipet các loại,

- Dung dịch chuẩn ion Fe3+ có nồng độ gốc 1000mg/l

- Dung dịch chuẩn ion Cu2+ có nồng độ gốc 1000mg/l

- Dung dịch chuẩn ion Ni2+ có nồng độ gốc 1000mg/l

- Các dung dịch khác: NaOH, H2SO4, NaHCO3

- Nước cất 1 lần, 2 lần

2.2 Chuẩn bị VLHP than từ vỏ lạc

Vỏ lạc sau khi được rửa sạch bằng nước cất hai lần, sấy khô ở 80o

C trong 24 giờ, nghiền nhỏ, rây thu lấy bột mịn (nguyên liệu đầu) Trộn nguyên liệu với axit sunfuric đặc theo tỉ lệ 1:1,8 (nguyên liệu: axit sunfuric) về khối lượng, sau đó đem sấy ở 150oC trong 24 giờ thu được nguyên liệu dạng than Than vỏ lạc được rửa bằng nước cất hai lần để loại bỏ axit dư, sấy khô ở 105o

C trong 24 giờ, nghiền nhỏ, rây thu lấy bột mịn có kích thước hạt từ 0,1 – 0,2 mm Tiếp theo, TVL được ngâm trong dung dịch NaHCO3 1% đến khi không thấy sủi bọt, vớt ra rửa sạch bằng nước cất hai lần và sấy ở 105oC cho đến khô thu được VLHP là than vỏ lạc (TVL) [19]

2.3 Định lượng Cu 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên

tử ngọn lửa (F-AAS)

Hàm lượng các ion Cu2+

, Fe3+, Ni2+ trước và sau khi hấp phụ được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS) Các điều

kiện đo phổ phù hợp đã khảo sát và chọn được chỉ ra ở bảng 3:

Bảng 3: Các điều kiện đo phổ F - AAS của Cu, Fe, Ni

(%I max)

Chiều cao đèn

(mm)

Tốc độ dòng khí

(ml/phút)

Khoảng tuyến tính

(mg/l)

2.4 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu 2+

, Fe 3+ , Ni 2+ theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

2.4.1 Đường chuẩn xác định nồng độ Cu 2+

Từ dung dịch gốc của ion Cu2+

có nồng độ 1000 mg/l, pha thành các nồng độ 0, 1, 2, 4, 6 và 8 mg/l

Tiến hành đo phổ hấp thụ nguyên tử được các giá trị thể hiện ở bảng 4