phân tích khả năng hấp phụ của ion Zn2+ lên vật liệu xơ mướp

Nội dung nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất biến tính xơ mướp: nồng độ axitcitric, tỉ lệ rắn : lỏng, thời gian nung; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấpp

KHOA HÓA -

Đề tài

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

TỪ XƠ MƯỚP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân khoa học

Sinh viên thực hiện : Trần Thị Thanh Hiếu

Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Thị Duyên

KHÓA HÓA

-NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trần Thị Thanh Hiếu

Lớp: 11CQM

1.Tên đề tài: nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ mướp và khảo sát khả năng

hấp phụ ion Zn2+ trong môi trường nước

2.Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:

- Dụng cụ: Các loại pipet, bình tam giác, bình định mức, cốc thủy tinh, phễu lọc,…

Và các loại máy móc cần thiết khác

3 Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất biến tính xơ mướp: nồng độ axitcitric, tỉ lệ rắn : lỏng, thời gian nung; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấpphụ ion kẽm (II) của xơ mướp biến tính: pH, thời gian đạt cân bằng, nồng độ xơ mướp,

từ đó rút ra nhận xét khả năng hấp phụ ion kẽm (II) của xơ mướp biến tính

1 Giáo viên hướng dẫn: TS: Vũ Thị Duyên

2 Ngày giao đề tài: Ngày tháng năm 2014

3 Ngày hoàn thành: Ngày tháng năm 2015

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng… tháng … năm 2015Kết quả điểm đánh giá:

Và đặc biệt trong bài khóa luận của mình em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệttình của cô Giang Thị Kim Liên và cô Vũ Thị Duyên Các cô đã tận tình chỉ bảo,

Em xin được cảm ơn các anh chị, các bạn cũng như các đơn vị đo mẫu thí nghiệm

đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức của

em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ Do vậy việc mắc phải những sai sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn

để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe !

Trân trọng !

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thanh Hiếu

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

1.1.3 Giới thiệu về kim loại kẽm 2

1.3.2 Các mô hình cơ bản của quá tình hấp phụ 10

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 12

1.4 Giới thiệu về cây mướp 13

1.4.1 Đặc điểm của cây mướp 13

1.4.2 Ứng dụng của mướp 15

1.5 Phổ hấp phụ nguyên tử (AAS) 17

1.5.1 Nguyên tắc 17

1.5.2 Phương pháp đường chuẩn 18

1.6 Phổ IR và SEM 19

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất 21

2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 21

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 21

2.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.2.1 Thu gom và xử lí xơ mướp 22

2.2.2 Biến tính xơ mướp bằng axit citric 23

2.2.3 Khảo sát một số đặc tính hóa lí của xơ mướp chưa biến tính và xơ mướp đã biến tính 25

2.2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion kẽm (II) của xơ mướp biến tính 25

2.2.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ đối vối ion kẽm (II) 26

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Kết quả xác định đặc tính hóa lý của nguyên liệu ban đầu 28

3.2.1 Nồng độ axit citric 31

3.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng 32

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian nung 33

3.3 Đặc trưng của nguyên liệu thô và xơ mướp biến tính 35

3.3.1 Hình dạng bên ngoài 35

3.3.2 Phổ IR 36

3.3.3 Ảnh SEM 37

3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ ion kẽm (II) 39

3.4.1 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp thụ 39

3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 41

3.4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng 42

3.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Hình 1.2 Quặng kẽm……… ……….6 Hình 1.3 Công thức cấu tạo của axit Citric……….……… 9 Hình 1.4 Cây và quả mướp……… …

17

Hình 1.5 Xơ mướp……….18 Hình 1.6 Xơ mướp làm gạch ốp từ xơ mướp………

Hình 3.3 Hiệu suất hấp phụ axit axetic và Zn 2+ bởi xơ mướp chưa biến tính…….…32

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến hiệu suất hấp phụ ion Zn 2+ bằng xơ mướp……….……33

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn: lỏng đến hiệu suất hấp phụ ion Zn 2+ của xơ

mưóp……….…35

Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất biến tính xơ mướp…….….…36 Hình 3.7a Xơ mướp chưa biến tính………….……….……… 37 Hình 3.7b Xơ mướp biến tính……….…… ….38

Hình 3.9a Ảnh SEM xơ mướp chưa biến tính……….…… ….40

Hình 3.9b Ảnh SEM xơ mướp biến tính……… 41

Hình 3.10 Hiệu suất hấp phụ của xơ mướp chưa biến tính và xơ mướp đã biến tính……… ……41

Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Zn 2+ ……… …….42

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ……….… 44

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ xơ mướp đến hiệu suất hấp phụ………45

Hình 3.14 Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich……… 46

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Hiệu suất hấp phụ axit axetic và Zn2 của xơ mướp chưa biến tính……… 31

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit citric đến hiệu suất biến tính xơ mướp… …33

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn: lỏng đến hiệu suất biến tính xơ mướp……….… 34

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất biến tính xơ mướp…….……36

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion kẽm (II)……….…… 42

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ion kẽm (II)… … 43

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ xơ mướp đến hiệu suất hấp phụ ion kẽm (II) ….44

công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, hoạt động khai khoáng ngàycàng tăng là nguyên nhân làm cho môi trường bị phá hủy trầm trọng, làm cho nhiệt độtrái đất tăng, lỗ thủng tầng ozon ngày càng lớn, mưa axit, nghịch đảo nhiệt… Ô nhiễmmôi trường, trong đó vấn đề về ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề bức xúc của toàncầu.

Việt Nam là quốc gia có nguồn nước khá phong phú về trữ lượng và khá tốt vềchất lượng Nhưng ngày nay tình trạng suy thoái nước và ô nhiễm nguồn nước đangphổ biến ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn Không ít nguồn nước do tác độngcủa con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gâybệnh, nhất là các chất độc hại như kim loại nặng

Nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm trên là do nước thải sinh hoạt, nước thải củacác sông nhánh không được xử lý và với chất thải của các cơ sở sản xuất công nghiệp

và tác nhân ô nhiễm phân tán do các cơ sở công nghiệp nhỏ và tiểu thủ công đều trựctiếp hoặc gián tiếp thải vào các dòng sông gây ra hiện tượng ô nhiễm nguồn nước nặngnề

Quá trình sản xuất nông nghiệp đóng góp một lượng đáng kể vào sự gia tănghàm lượng kim loại nặng trong nước Các loại hóa chất bảo vệ thực vật đặc biệt làphân photpho có chứa các kim loại nặng như As, Pb, Hg… Thông qua hoạt độngphun, bón thuốc hay sự rửa trôi đất có chứa các chất này mà kim loại nặng có mặttrong nước Theo các chuyên gia, mỗi năm Việt Nam sử dụng đến 9 triệu tấn hóa chất

Hiện nay, ở Việt Nam vấn đề ô nhiễm môi trường nước còn xảy ra khá nghiêmtrọng ở các làng nghề tái chế kim loại Theo một số nghiên cứu thì hàm lượng các kimloại nặng trong nước thải của các làng nghề tái chế kim loại hầu hết đều cao hơn tiêuchuẩn cho phép nhiều lần và đều thải trực tiếp vào môi trường mà không qua xử lý,hàm lượng các kim loại nặng như Cu, Pb và Zn trong nước thải rất cao Đặc biệt là Pbtrong nước thải có nơi cao gấp 100 lần tiêu chuẩn cho phép Đây là những nguy cơ gây

ô nhiễm đất và các nguồn nước mặt trong khu vực

Ô nhiễm kim loại nặng trong nước ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con ngườicũng như môi trường sống tự nhiên

Vì vậy, việc sử dụng các nguyên liệu có sẵn trong thiên nhiên để xử lý nướcđang là hướng đi mới vì chúng có các ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạođược và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấpphụ hoặc trao đổi ion cao

Trong đề tài này, trình bày kết quả “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơmướp và khảo sát khả năng hấp phụ ion Zn2+ trong môi trường nước”

2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ mướp

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ ion kẽm (II) bằng xơ mướpbiến tính (pH, thời gian, nồng độ xơ mướp)

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Xơ mướp

- Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp hóa học để biến tính xơ mướp.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính và quá trình hấp phụ của xơmướp biến tính, từ đó so sánh khả năng hấp phụ với xơ mướp chưa biến tính

4 Phương pháp nghiên cứu

a Nghiên cứu lý thuyết

- Tổng quan tài liệu về:

+ Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng và kim loại kẽm (II)

+ Các phương pháp hấp phụ và các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

+ Thành phần và tính chất của mướp và xơ mướp

+ Thu gom và xử lý mẫu xơ mướp

+ Xác định độ ẩm toàn phần

+ Khảo sát đặc tính hóa lý của xơ mướp: SEM

+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất biến tính xơ mướp: nồng độ axitnitric, tỉ lệ rắn: lỏng, thời gian nung

+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ ion kẽm (II) bằng xơmướp biến tính pH, thời gian khuấy, nồng độ của xơ mướp biến tính

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

- Đề tài nghiên cứu góp phần làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyênngành hóa – môi trường

- Tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải chế tạo vật liệu hấp phụ góp phầngiải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

6 Bố cục đề tài

Khóa luận gồm có 51 trang, bao gồm các phần:

Mở đầu ( 3 trang)

Chương 1: Tổng quan lý thuyết ( 24 trang)

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu ( 6 trang)

Chương 3: Kết quả và bàn luận (19 trang)

Kết luận và kiến nghị (2 trang)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng

1.1.1 Đại cương về kim loại nặng:

Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có khối lượng riêng lớn vàthường có tính độc đối với sự sống Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ônhiễm môi trường Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên hoặc từhoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp, nông nghiệp và hàng hải…

Có một số kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợpchất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua củađất, của nước mưa Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán vàonguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất Sau đó qua nhiều giai đoạn khác nhau

đi vào chuỗi thức ăn của con người Khi đã nhiễm vào cơ thể, kim loại nặng có thể tích

tụ lại trong các mô Đồng thời với quá trình đó cơ thể lại đào thải kim loại nặng.Nhưng các nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim loại nặng thường nhanh hơn tốc độđào thải rất nhiều [12]

1.1.2 Ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v thường không thamgia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể 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 ởnồng độ cao của các kim loại nặng trong nước Trong một số trường hợp, xuất hiệnhiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật

Hình 1.1 Nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trườngnước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêucầu Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinhvật và con người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người.Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và cácthành phần môi trường liên quan khác Ðể hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cườngbiện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi trong môi trường có nguy

cơ bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn nước thải [15]

1.1.3 Giới thiệu về kim loại kẽm

Kẽm là nguyên tố kim loại lưỡng tính, kí hiệu là Zn và có số hiệu nguyên tử là

30 Nó là nguyên tố đầu tiên trong nhóm IIB của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóahọc Kẽm, trên một số phương diện, có tính chất hóa học giống với magiê, vì ion củachúng có bán kính giống nhau và có trạng thái oxy hóa duy nhất ở điều kiện bìnhthường là +2

Hình 1.2 Quặng kẽm

Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật và sức khỏe con người.Cũng giống như vitamin, kẽm là chất quan trọng, không thể thiếu của cơ thể Vì cơ thểkhông tự sản sinh được kẽm nên điều quan trọng là phải ăn nhiều các thực phẩm giàukẽm hằng ngày Kẽm có nhiều trong các loại thịt động vật như: hàu, trứng, trai, sò, lạc,đào, cà rốt, tiểu mạch, bánh mì bột thô, khoai tây…

Kẽm được bổ sung vào cơ thể thường dưới dạng các hợp chất trong thành phầnchất hữu cơ, như kẽm oxit, kẽm sulfat, kẽm gluconat, hay kẽm acetat [13]

787,1F) và điểm sôi (907 °C) tương đối thấp Điểm sôi của nó là một trong số nhữngđiểm sôi thấp nhất của các kim loại chuyển tiếp, chỉ cao hơn thủy ngân và cadimi.

Một số hợp kim với kẽm như đồng thau, là hợp kim của kẽm và đồng Các kimloại khác có thể tạo hợp kim 2 phần với kẽm như nhôm, antimon, bitmut, vàng, sắt, chì,thủyngân, bạc, thiếc, magiê, coban, niken, telua và natri Tuy cả kẽm và zirconi không

có tính sắt từ, nhưng hợp kim của chúng ZrZn2 lại thể hiện tính chất sắt từ dưới 35 K

Tính chất hóa học

Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với ôxy và các ákim khác, có phản ứng với axít loãng để giải phóng hiđrô Trạng thái ôxi hóa phổ biếncủa kẽm là +2

Tính chất hóa học của kẽm đặc trưng bởi trạng thái ôxi hóa +2 Khi các hợp chất

ở trạng thái này được hình thành thì các electron lớp s bị mất đi, và ion kẽm có cấu

hình electron [Ar]3d10.Quá trình này cho phép tạo 4 liên kết bằng cách tiếp nhận thêm

4 cặp electron theo quy tắc bộ tám Dạng cấu tạo hóa học lập thể là tứ diện và các liênkết có thể được miêu tả như sự tạo thành của các orbitan lai ghép sp3 của ionkẽm Trong dung dịch, nó tạo phức phổ biến dạng bát diện là [Zn(H2O)6]2+ Sự bayhơi của kẽm khi kết hợp với kẽm clorua ở nhiệt độ trên 285 °C chỉ ra sự hìnhthành Zn2Cl2, một hợp chất kẽm có trạng thái ôxi hóa +1 Không có hợp chất kẽm nào

mà kẽm có trạng thái ôxi hóa khác +1 hoặc +2 Các tính toán chỉ ra rằng hợp chất kẽm

có trạng thái ôxi hóa +4 không thể tồn tại

Tính chất hóa học của kẽm tương tự tính chất của các kim loại chuyển tiếp nằm

ở vị trí cuối cùng của hàng đầu tiên như niken và đồng, mặc dù nó có lớp d được lấpđầy electron, do đó các hợp chất của nó là nghịch từ và hầu như không màu Bán kínhion của kẽm và magiê gần như bằng nhau Do đó một số muối của chúng có cùng cấutrúc tinh thể và trong một số trường hợp khi bán kính ion là yếu tố quyết định thì tínhchất hóa học của kẽm và magiê là rất giống nhau Còn nếu không thì chúng có rất ít nét

tương đồng Kẽm có khuynh hướng tạo thành các liên kết cộng hóa trị với cấp độ caohơn và nó tạo thành các phức bền hơn với các chất cho N- và S Các phức của kẽm hầuhết là có phối vị 4 hoặc 6, tuy nhiên phức phối vị 5 cũng có [13].

Ứng dụng

Kim loại kẽm chủ yếu được dùng làm chất chống ăn mòn, ở dạng mạ Năm

2009 ở Hoa Kỳ, 55% tương đương 893 tấn kẽm kim loại được dùng để mạ

Kẽm phản ứng mạnh hơn sắt hoặc thép và do đó nó sẽ dễ bị ô xy hóa cho đếnkhi nó bị ăn mòn hoàn toàn Một lớp tráng bề mặt ở dạng bằng ôxít và carbonat(Zn5(OH)6(CO3)2) là một chất ăn mòn từ kẽm Lớp bảo vệ này tồn tại kéo dài ngay cảsau khi lớp kẽm bị trầy xướt, nhưng nó sẽ giảm theo thời gian khi lớp ăn mòn kẽm bịtróc đi Kẽm được phủ lên theo phương pháp hóa điện bằng cách phun hoặc mạ nhúngnóng Mạ được sử dụng trên rào kẽm gai, rào bảo vệ, cầu treo, mái kim loại, thiết bịtrao đổi nhiệt, và bộ phận của ô tô

Độ hoạt động tương đối của kẽm và khả năng của nó bị ôxy hóa làm nó có hiệuquả trong việc hi sinh anot để bảo vệ ăn mòn catot Ví dụ, bảo vệ catot của một đườngống được chôn dưới đất có thể đạt hiệu quả bằng cách kết nối các anot được làm bằngkẽm với các ống này Kẽm có vai trò như một anot (âm) bằng các ăn mòn một cáchchậm chạp khi dòng điện chạy qua nó đến ống dẫn bằng thép Kẽm cũng được sử dụngtrong việc bảo vệ các kim loại được dùng làm catot khi chúng bị ăn mòn khi tiếp xúcvới nước biển Một đĩa kẽm được gắn với một bánh lái bằng sắt của tàu sẽ làm chậmtốc độ ăn mòn so với không gắn tấm kẽm này Các ứng dụng tương tự như gắn kẽmvào chân vịt hoặc lớp kim loại bảo vệ lườn tàu

Tính độc

Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho cơ thể, tuy nhiên nếu hàm lượng kẽm vượtquá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sựhấp thu đồng và sắt Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực

vật, động vật không xương sống, và thậm chí là cả động vật có xương sống Năm

1982, United States Mint bắt đầu đúc xu bằng đồng mạ kẽm nhưng chủ yếu là làm từkẽm Với các đồng kẽm mới, có khả năng gây ngộ độc kẽm, và có thể gây tử vong

Các con chó đôi khi cũng nuốt các đồng xu và chỉ có cách dùng thuốc để loạichúng ra khỏi cơ thể Hàm lượng kẽm trong một số đồng xu có thể gây ra ngộ độc kẽm,

mà thường gây tử vong ở chó, vì nó gây ra các chứng thiếu máu (hemolytic anemia)

nghiêm trọng, và cũng làm cho gan và thận bị tổn thương; các chứng nôn mửa và tiêu

các con vẹt uống các loại nước ép trái cây trong các hộp mạ kẽm có thể làm cho chúng

bị ngộ độc kẽm hàng loạt [13]

1.2 Axit citric

1.2.1 Cấu tạo phân tử

Tên quốc tế là Axit 2-hydroxypropan-1,2,3-trycacboxylic, còn có tên khác là Axit3-hydroxypentanedioic axit 3-cacboxylic hay Citrat hydro hay E330 [12]

Công thức phân tử: C6H8O7, thường tồn tại dạng ngậm 1 phân tử nước:

C6H8O7.H2O Công thức cấu tạo:

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của axit citric 1.2.2 Tính chất vật lí

Ở nhiệt độ phòng, axít citric là chất bột kết tinh màu trắng Nó có thể tồn tại dướidạng khan (không chứa nước) hay dưới dạng ngậm một phân tử nước (monohydrat).Dạng khan kết tinh từ nước nóng, trong khi dạng monohydrat hình thành khi axít citrickết tinh từ nước lạnh Dạng monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung

nóng tới trên 74 °C Axít citric cũng hòa tan trong etanol khan tuyệt đối (76 phần axítcitric trên mỗi 100 phần etanol) ở 15 °C.

1.2.3 Tính chất hóa học

Về cấu trúc hóa học, axít citric chia sẻ các tính chất của các axít cacboxylic khác:làm quỳ tím hóa đỏ, phản ứng với kim loại, với oxit kim loại, với bazơ, với muối vàphản ứng este hóa…

Tính axit của axit citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl-COOH, mỗi nhómcarboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat Các muối citract dung làmdung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch axit

Axít citric là một trong chuỗi các hợp chất tham gia vào ôxi hóa sinh lý các chấtbéo, protein và cacbohydrat thành điôxít cacbon và nước

Chuỗi các phản ứng hóa học này là trung tâm của gần như mọi phản ứng trao đổichất và là nguồn của hai phần ba năng lượng có nguồn gốc từ thực phẩm trong các sinhvật bậc cao Nó được Hans Adolf Krebs phát hiện Krebs đã nhận Giải Nobel Sinh lý

và Y khoa năm 1953 cho phát hiện này Chuỗi các phản ứng này được biết đến dưới

nhiều tên gọi khác nhau, như chu trình axít citric, chu trình Krebs hay chu trình axít

tricacboxylic (hay chu trình TCA).

Khi bị nung nóng trên 175 °C, nó bị phân hủy để giải phóng điôxítcacbon và nước [12]

1.2.4 Trạng thái tự nhiên

Axít citric tồn tại trong một loạt các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả củachi Citrus Các loài chanh có hàm lượng cao axít citric; có thể tới 8% khối lượng khôtrong quả của chúng (1,38-1,44 gam trên mỗi aoxơ nước quả) Hàm lượng của axítcitric trong quả cam, chanh nằm trong khoảng từ 0,005 mol/L đối với các loài cam vàbưởi chùm tới 0,030 mol/L trong các loài chanh Các giá trị này cũng phụ thuộc vàocác điều kiện môi trường gieo trồng

1.2.5 Điều chế

Trong kỹ thuật sản xuất này, hiện tại vẫn là công nghệ sản xuất công nghiệp

chính cho axít citric, các mẻ cấy nấm Aspergillus niger được nuôi trong môi trường

chứa sucroza hayglucoza để sinh ra axít citric Nguồn đường là nước ngâm ngô côđặc, nước rỉ đường, tinh bột ngô thủy phân hay các dung dịch đường rẻ tiền khác Saukhi nấm được lọc ra khỏi dung dịch được tạo thành, axít citric được cô lập bằng kếttủa nó với vôi tôi (hydroxit canxi) để tạo ra muối citrat canxi, từ đó axít citric đượcsinh ra bằng xử lý muối này với axít sulfuric.

Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi bề mặt pha thể tích đến tập trung trên bềmặt chất hấp phụ [1], [7]

Thông thường, quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt

Tùy theo bản chất lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người taphân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực VanderWaals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, lien kết này yếu, dễ bị phá

vỡ Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần

tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ Trong thực tế sự phân biệt giữa hấpphụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt.Một số trường hợp tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình hóa học Ở vùng nhiệt độthấp, xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm vàkhả năng hấp phụ hóa học tăng lên

Giải hấp phụ:

Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phủa khỏi bề mặt chất hấp phụ Giải hấp phụdựa trên nguyên tắc sử dụng các hóa chất bất lợi đối với quá trình hấp phụ Giải hấpphụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể sử dụng lại nên nó mang đặctrưng về hiệu quả kinh tế

Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:

- Phương pháp nhiệt: được sử dụng cho trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sảnphẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi

- Phương pháp hóa lý: có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên tiết kiệmthời gian, công tháo dở, vận chuyển, không vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chấthấp phưở trạng thái nguyên vẹn Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiếtvới dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa khử, áp đặt các điều kiện là dịch chuyển cânbằng không có lợi cho quá trình hấp phụ

- Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ nhờ vi sinh vật

Cân bằng hấp phụ:

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phujkhi đãhấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang (hỗn hợptiếp xúc với chất hấp phụ) Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặtchat hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn Đếnmột thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì quá trình hấp phụđạt cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng (q)

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khốilượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ.Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

q =

Hiệu suất hấp phụ (H%)

Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch chấp bị hấp phụ trên nồng độdung dịch ban đầu Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức:

H (%) = Trong đó:

C0: Nồng độ dung dịch trước khi hấp phụ (mg/l)

Cf : Nồng độ dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l)

Ccb: Nồng độ của dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

- Khuếch tán của các chất hếp phụ từ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ

- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ

Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chổ các trung tâm hấpphụ

Henry, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Friendlich, phương trình đẳng nhiệt hấp phụLangmuir, thuyết hấp phụ đa phân tử của BET… [8] [10].

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phương trình đơn giản mô tả sựtương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nộng độ hoặc

áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng

q; dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

Cf: nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Friendlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Friendlich là phương trình thực nghiệm mô tả

sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp

Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:

Mô hình hấp phụ Friendlich là một mô hình phổ biến và phù hợp với các số liệuthực nghiệm về hấp phụ dị thể.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Để thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ, Langmuir đưa ra các giả định sau:các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử, năng lượng hấp phụ của các đơnphân tử là đồng nhất, sự hấp phụ là thuận nghịch, tương tác giữa các phân tử chất bịhấp phụ có thể bỏ qua

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir có dạng:

Trong đó:

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

b: hằng số Langmuir

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Nhìn chung tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, bảnchất và cấu trúc của chất tan, loại và tính chất các chất hấp phụ [8]

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian

Tốc độ quá trình hấp phụ của các chất khác nhau trên những chất hấp phụ khácnhau thay đổi trong khoảng khá rộng Sự hấp phụ trong dung dịch xảy ra chậm hơnnhiều sơ với pha khí vì sự khuếch tán xảy ra chậm hơn

Ảnh hưởng của tính tương đồng

Những chất có bản chất giống nhau tương tác mạnh hơn so với tương tác giữacác chất có bản chất khác nhau[8]

Ảnh hưởng của pH

Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pH của môi trường Sự thay đổi

pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị hấp phụ, các nhóm chức

bề mặt, thế oxy hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất

Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại nặng

Với nồng độ loãng, các ion kim loại chuyển động tự do, có khả năng hấp phụtốt Ở nộng độ cao, có sự va chạm, cản trở chuyển động lẫn nhau, hạn chế khả nănghấp phụ

Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất rắn

Diện tích bề mặt chất rắn đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hấp phụ củamột hệ: diện tích càng lớn khả năng hấp phụ càng cao

Ngoài các yếu tố trên, quá trình hập phụ còn chịu ảnh hưởng của bản chất củamối liên kết chất bị hấp phụ - chất hấp phụ

1.4 Giới thiệu về cây mướp

1.4.1 Đặc điểm của cây mướp

Mướp là một loại cây thảo dạng dây leo Lá mọc so le, dạng tim, có 5-7 thùy córăng Hoa đơn tính, các hoa đực tập hợp thành chùm dạng chùy, các hoa cái mọc đơnđộc Quả dài 25-30cm hay hơn, rộng 6–8 cm, hình trụ thuôn, khi già thì khô, bên trong

có nhiều xơ dai [14]

Hình 1.4 Cây và quả mướp

Mướp là cây rau của mùa hè, ưa khí hậu nóng và ẩm, ánh sáng nhiều Khả năngchịu hạn tốt cần nhiều nước nhưng không chịu ngập úng Trồng được trên nhiều loạiđất Do diện tích thân và lá lớn lên tiêu thụ nhiều nước và chất dinh dưỡng

Mướp là một loài dây leo Thân có góc cạnh, màu lục nhạt lá to, đường kính từ

15 - 25cm Phiến lá chia thành hình 3 cạnh hay hình mác Mép lá có răng cưa Cuống

lá dài 10 – 12cm Mặt lá nháp, tua cuốn phân nhánh hoa màu vàng Hoa đực mọc thànhchùm, hoa cái mọc đơn độc, quả hình thoi hay hình trụ Quả lúc đầu mẫm sau khô,không mở Quả dài 25 cm đến 100 cm, có khi hơn Mặt ngoài vỏ quả màu lục nhạt,trên có những đường màu đen, chạy dọc theo chiều dài quả Hạt rất nhiều, hình trứng,màu nâu nhạt dài 12 mm, rộng 8 -9 mm hơi có rìa Khi quả chín vỏ ngoài hạt cũng nhưchất nhầy tróc hết, còn lại khối sơ cứng, dai, không bị nước làm mục hỏng Khi ngâmvào nước sẽ phồng lên và mềm, có thể dùng cọ tắm rất tốt, rửa bát rất sạch Mướp ta códạng hình cho quả to, vỏ màu xanh xẫm Mướp được trồng vào mùa xuân Nông dântrồng để lấy quả ăn, nấu canh hay xào Quả già dùng làm xơ mướp để rửa bát và có thể

ép làm mũ Mướp còn dùng làm thuốc Trong quả mướp có chất saponin, chất nhầy,xylan, chất bép protein (1.5%) vitamin B và C, muối nitrat Trong nhân hạt có 41 – 45

% chất dầu[14]

Hình 1.5 Xơ mướp 1.4.2 Ứng dụng của mướp

Mướp được xem như một loại mỹ phẩm chăm sóc da lành tính Tác dụng làmđẹp kỳ diệu của mướp hương đã được phụ nữ Nhật Bản tìm tòi và ứng dụng từ rất lâu.Mướp hương không chỉ có công hiệu trị nám, tàn nhang mà còn giữ ẩm, làm trắng,căng mịn da; đồng thời làm tăng sản xuất tế bào mới và giảm sự xuất hiện sẹo, giải độcmột cách tự nhiên, chống oxy hóa, chống lão hóa

Theo đông y quả mướp có vị ngọt, tính bình, thanh nhiệt, trừ thấp, lợi tiểu, tiêuđờm, mát máu, giải độc, thông kinh mạch, làm ra sữa, khỏi lở sưng đau nhức và bổ khí

an thai

Lá mướp có vị ngọt, chua, mát, tính hàn, có tác dụng thanh nhiệt, trừ đờm, chỉkhái, giải độc, chỉ huyết Dùng trị ho cấp tính và mạn tính, nhiều đờm, đờm dính máu.Hằng ngày dùng 10 - 15g, sắc uống; hoặc lấy lá tươi, rửa sạch, thêm chút muối ăn, giãnát, vắt lấy nước uống, trị viêm họng, họng sưng đau Còn có tác dụng trừ phù thũng,trị mụn nhọt sưng đỏ Có thể lấy lá bánh tẻ, rửa sạch, giã nát, đắp lên mụn nhọt hoặclên vết thương để tiêu viêm, tiêu sưng

Rễ mướp có vị ngọt, tính bình, có tác dụng thông kinh, hoạt lạc, thanh nhiệt giải độc, tiêu viêm, thanh trừ nội nhiệt, nhuận tràng, trị phế ung, viêm mũi, viêm xoang, ho,đau nửa đầu, viêm tuyến vú

Thân cây mướp có vị ngọt, tính bình, có tác dụng hoạt huyết thông lạc, thanhnhiệt giải độc Sau khi thu hái, đem phơi khô, cắt thành từng đoạn 3-5cm, sao vàng,nghiền thành bột mịn uống với nước sôi để nguội, ngày 2-3 lần, mỗi lần 8-12g, có tácdụng thông mũi, trị bệnh viêm mũi mạn tính, viêm cuốn mũi[14].

Gốc cây mướp, sau khi rửa sạch, cạo bỏ lớp vỏ bên ngoài, thái nhỏ, sao vàng,sắc uống có tác dụng tiêu viêm Trị viêm xoang, viêm mũi, mũi ngứa, chảy nước mũi,nước mũi có mùi hôi, tanh

Xơ mướp có vị ngọt tính bình, có tác dụng thông kinh, hoạt lạc, thanh nhiệt, hóađàm, lợi thủy, tiêu thũng Có thể lấy những quả mướp chín, già, khô trên giàn; hoặc háicác quả mướp già, phơi khô hoặc sấy khô, bóc bỏ vỏ, bỏ hạt Khi cần nhiều xơ mướp,

có thể, sau khi thu hái các quả mướp già, bó lại thành bó, ngâm xuống nước vài ngàycho thịt mướp rữa ra, sau đó rửa sạch xơ, rồi đem phơi khô, sấy khô Lấy xơ này, cắtthành từng đoạn 1 - 2cm, sao vàng, nghiền thành bột mịn, uống ngày 2 - 3 lần, mỗi lần

8 - 10g, để thông kinh, hoạt lạc, trừ phong thấp, lợi tiểu, giải độc Dùng trong cáctrường hợp đau tức sườn ngực, đau cơ

Ngoài ra xơ mướp còn được ứng dụng để chế tạo gạch ốp, làm bông tắm và một

số dụng cụ trong nhà

Hình 1.6 Xơ mướp làm gạch ốp từ xơ mướp

Hình 1.7 Xơ mướp làm bông tắm và một sơ vật dụng trong nhà khác

1.5 Phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)

1.5.1 Nguyên tắc

Trong điều kiện thường nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượngdưới dạng bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Nhưng khi nguyên tử ở trạngthái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có nănglượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặt trừng của nguyên tố

đó thì chúng sẽ hấp phụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp phụ nguyên tử [15]

Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp phụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụnguyê tử được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng

cơ bản Vì vậy muốn thực hiện được phép đo AAS cần phải thực hiện các công việcsau đây:

Chuyển mẫu phân tích từ trạng thai ban đầu thành trạng thái hơi

Nguyên tử hóa đám hơi đó, phân li các nguyên tử tạo ra đám hơi nguyên tử tự

do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạđơn sắc

Chọn nguồn có tia sáng có bước sóng phụ hợp với nguyên tố phân tích và chiếuvào đám hơi nguyên tử đó Phổ hấp phụ sẽ xuất hiện

Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi điqua môi trường hấp thụ, phân li chũng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo củanguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó.

Thu và ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ

Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử

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 địnhtheo công thức:

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 C0 mà vối mọi giá trị:

C>C0 thì 0<b<1, lúc này Aλ không phụ thuộc tuyến tính C

C>C0 thì b=1, lúc này Aλ phụ thuộc tuyến tính C theo phương trình

Aλ=a.Cb

Trong đó:

a: hằng số thực nghiệm, a=k.K

1.5.2 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 nguyêntử) vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử cần xác định trong mẫu theo phương trình Aλ vàC

Kỹ thuật thực nghiệm

Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có hàm lượng chất phân tích tăng dần trongcùng điều kiện về lượng thuốc thử, độ axit…

Đo độ hấp thụ nguyên tử của các nguyên tố nghiên cứu trong dãy dung dịchchuẩn.

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ nguyên tử vào nồng độcác nguyên tố cần nghiên cứu Đồ thị này được gọi là đường chuẩn

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 giá trị độ hấp thụ nguyên tử này và đường chuẩntìm được nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu phân tích [10]

1.6 Phổ IR và SEM

1.6.1 Phổ hồng ngoại (IR)

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dựa vào khả năng hấp thụ bức xạ hồngngoại của các phân tử khi dao động Tuy nhiên, chỉ có những phân tử khi dao động gây

ra sự dao động sự thay đổi momen lưỡng cực điện từ thì mới có hiệu ứng này

Nguyên tắc của phương pháp này là chiếu một chum tia đơn sắc qua chất ta cầnphân tích với số song nằm trong vùng hồng ngoại, một phần năng lượng bị hấp thụ sẽgiảm cường độ tia tới Sự hấp thụ năng lượng này tuân theo định luật Lambe Beer:

Độ dài liên kết giữa các nguyên tử và góc hóa trị tăng giảm tuần hoàn do phân

tử bị hấp thụ năng lượng sẽ làm xê dịch các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cânbằng của nó Đường cong biễu diễn phụ thuộc của độ truyền qua vào nước sóng được