Chế tạo, nghiên cứu hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4 D và Bentazon của than hoạt tính bã chè

Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [2,3,11].. 1.3 Trong đó: - q: dung lượng hấp phụ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HÀ NGỌC NGHĨA

CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ

THUỐC DIỆT CỎ 2,4-D VÀ BENTAZON CỦA

THAN HOẠT TÍNH BÃ CHÈ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2015

Trang 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ

THUỐC DIỆT CỎ 2,4-D VÀ BENTAZON CỦA

THAN HOẠT TÍNH BÃ CHÈ

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ TRÀ HƯƠNG

THÁI NGUYÊN - 2015

Trang 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN i http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Chế tạo, nghiên cứu hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4-D và bentazon của than hoạt tính bã chè” là do bản thân tôi thực hiện Các số liệu, kết

quả trong đề tài là trung thực Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm

Thái nguyên, tháng 4 năm 2015

Tác giả luận văn

PGS.TS ĐỖ TRÀ HƯƠNG

Trang 4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN ii http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS ĐỖ TRÀ HƯƠNG cô giáo

trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học

Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015

Tác giả

Trang 5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN iii http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục các hình v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 3

1.1.1 Các khái niệm 3

1.1.2 Động học hấp phụ 6

1.1.3 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 7

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 11

1.1.5 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước 11

1.2 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 12

1.3 Sơ lược về thuốc diệt cỏ 2,4-D, bentazon 13

1.4 Sơ lược về than hoạt tính 15

1.5 Giới thiệu về cây chè 16

1.6 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ sử dụng bã chè, các chất thải chè làm vật liệu hấp phụ 18

1.6.1 Sử dụng bã chè, các chất thải chè chưa biến tính 18

1.6.2 Sử dụng bã chè, các chất thải chè biến tính 20

1.7 Một số kết quả nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ 21

1.8 Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang 22

1.8.1 Nguyên tắc 22

1.8.2 Độ hấp thụ quang (A) 22

1.8.3 Phương pháp đường chuẩn 23

1.9 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu 24

1.9.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 24

1.9.2 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 24

1.9.3 Phương pháp phổ Raman 25

1.9.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT - IR) 25

Trang 6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN iv http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Chương 2: THỰC NGHIỆM 27

2.1 Dụng cụ và hóa chất 27

2.1.1 Dụng cụ 27

2.1.2 Hóa chất 27

2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D và bentazon 27

2.2.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ của 2,4-D 27

2.2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ của bentazon 28

2.3 Chế tạo vật liệu than hoạt tính từ bã chè 29

2.4 Khảo sát tính chất vật lý, đặc điểm bề mặt của TAC 29

2.5 So sánh hiệu suất hấp phụ TAC và CAC 30

2.6 Xác định điểm đẳng điện của TAC 30

2.7 Khảo sát các số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp 2,4-D và bentazon của TAC 31

2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của TAC 31

2.7.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 31

2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của TAC 32

2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của TAC 32

2.7.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của TAC 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của TAC 34

3.2 So sánh hiệu suất hấp phụ của TAC và CAC 39

3.3 Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ 41

3.4 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ 2,4-D, bebtazon của TAC theo phương pháp hấp phụ tĩnh 42

3.4.1 Ảnh hưởng của pH 42

3.4.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 44

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng TAC 47

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 50

3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của TAC 52

3.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 53

3.6 Khảo sát quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 55

3.7 Động học hấp phụ 2,4-D, bentazon của TAC 57

3.9 Nhiệt động lực học hấp phụ 2,4-D, bentazon của TAC 62

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Trang 7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN iv http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 8

Bảng 2.1: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch 2,4-D với các nồng độ khác nhau 28

Bảng 2.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch bentazon với các nồng độ khác nhau 29

Bảng 3.1: Bảng so sánh hiệu suất hấp phụ 2,4-D, bentazon của TAC và CAC 39

Bảng 3.2: Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 41

Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ 2,4-D và bentazon của TAC vào pH 42

Bảng 3.4: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào thời gian 44

Bảng 3.5: Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ Bentazonvào thời gian 45

Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào khối lượng TAC 47

Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ bentazon vào khối lượng TAC 48

Bảng 3.8: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lương hấp phụ 2,4-D và bentazon vào nhiệt độ 50

Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ 2,4-D và bentazon của TAC vào nồng độ 52

Bảng 3.10: Dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir 54

Bảng 3.11: Các hằng số của phương trình Freundlich 56

Bảng 3.12: Số liệu khảo sát động học hấp phụ 2,4-D 57

Bảng 3.13: Số liệu khảo sát động học hấp phụ bentazon 58

Bảng 3.14: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với 2,4-D và bentazon 61

Bảng 3.15: Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với 2,4-D và bentazon 61

Bảng 3.16: Kết quả tính KD tại các nhiệt độ khác nhau 63

Bảng 3.17: Các thông số nhiệt động đối vớiquá trình hấp phụ 2,4-D và Bentazon 64

Trang 8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN v http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 9

Hình 1.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 9

Hình 1.3: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 11

Hình 1.4: Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb 11

Hình 1.5: Hình ảnh than hoạt tính 15

Hình 1.6: Ô mạng tinh thểcacbon graphite 15

Hình 1.7: Mô hình liên kết của một lớp cacbon graphite 15

Hình 1.8: Hình ảnh cây chè 17

Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D 28

Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ bentazon 29

Hình 3.1: (a) Hình thái học bề mặt của bã chè và (b) TAC 34

Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của CAC 36

Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của TAC 37

Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ XRD của TAC và CAC 38

Hình 3.5: Phổ Raman của TAC và CAC 38

Hình 3.6: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ 2,4-D của TAC và CAC 40

Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ bentazon của TAC và CAC 40

Hình 3.8: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của TAC 41

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ 2,4-Dcủa TAC vào pH 43

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ bentazon của TAC vào pH 43

Hình 3.11: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ 2,4-D vào thời gian 46

Hình 3.12: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ bentazon vào thời gian 46

Hình 3.13 : Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ 2,4-Dvào khối lượng TAC 49

Hình 3.14: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ bentazon củavào khối lượng TAC 49

Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ 2,4-D của TAC vào nhiệt độ 51

Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ bentazon của TAC vào nhiệt độ 51

Trang 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN vi http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.17: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TAC đối với 2,4-D 53

Hình 3.18: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với 2,4-D 54

Hình 3.19: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TAC đối với bentazon 54

Hình 3.20: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với bentazon 54

Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lgq vào lgCcb đối với sự hấp phụ 2,4-D 56

Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgCcb đối với sự hấp phụ bentazon 56

Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 1 với 2,4-D 59

Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 1 với bentazon 60

Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 2 với 2,4-D 60

Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn phương trình bậc 2 đối với bentazon 61

Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKD vào 1/T 2,4-D 64

Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKD vào 1/T của bentazon 64

Trang 10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 1 http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước nông nghiệp, trong đó sản xuất lúa nước vẫn là chủ yếu, lượng hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng ngày càng tăng Sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ giúp tăng năng suất cây trồng, mang lại lợi ích kinh tế cho người dân Theo các chuyên gia, mỗi năm Việt Nam sử dụng đến 9 triệu tấn hóa chất thuộc 500 loại khác nhau, trong đó phần lớn là thuốc trừ sâu và còn lại là trừ cỏ, trừ bệnh

Tuy nhiên, khi sử dụng các thuốc bảo vệ thực vật thường xuyên không đúng qui cách, quá liều lượng, làm cho các hợp chất này xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông, hồ rồi thấm vào nguồn nước ngầm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật thủy sinh Hầu hết các thuốc trừ sâu này là những hợp chất hữu cơ bền vững không bị phân hủy trong môi trường theo thời gian, thậm chí khi di chuyển từ vùng này đến vùng khác, có thể rất

xa với nguồn xuất phát ban đầu vẫn không bị biến đổi Thuốc trừ sâu còn có hại cho cuộc sống vì độc tính, gây ung thư và đột biến của nó Ảnh hưởng có hại của thuốc trừ sâu đối với sức khỏe con người và môi trường đã dẫn đến việc áp dụng pháp luật nghiêm ngặt về chất lượng nước ở nhiều quốc gia…

Để xử lý loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, có thể sử dụng một số phương pháp sau: quang hóa, oxy hóa, hiếu khí, ozon hóa, hấp phụ … Trong đó hấp phụ là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp vì các vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường Các chất hấp phụ rẻ tiền, hiệu quả được chế tạo từ vật liệu tự nhiên hoặc vật liệu phế thải trong các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp là vấn đề đang

và được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới 4 mùa nằm ở khu vực Đông Nam Á, là một trong những chiếc nôi của cây chè Hiện nay, cả nước có khoảng 130 nghìn ha chè các loại, năng suất bình quân đạt hơn 77 tạ/ha, sản lượng chè của cả nước đạt gần 824 nghìn tấn búp tươi Trà Việt Nam được xuất khẩu sang 110 quốc gia và vùng lãnh thổ, giá trị xuất khẩu đạt gần 200 triệu USD/năm Việt Nam hiện đứng thứ 5 trên thế

Trang 11

giới về sản lượng và xuất khẩu trà với kế hoạch sản xuất đạt 1,2 triệu tấn chè thô và xuất khẩu 200.000 tấn chè chế biến vào năm 2015

Thái Nguyên là vùng chè trọng điểm của cả nước, với diện tích chè hơn 18.500ha, trong đó có gần 17.000ha chè kinh doanh, năng suất đạt 109 tạ/ha, sản lượng đạt gần 185 nghìn tấn Xác định chè là cây trồng mũi nhọn, những năm qua, tỉnh Thái Nguyên đã triển khai nhiều biện pháp để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm chè, trong đó có việc áp dụng quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt (VietGAP) Hiện nay, toàn tỉnh có 15 mô hình chè theo tiêu chuẩn VietGAP ở các huyện Đại Từ, Đồng Hỷ, Định Hóa, Võ Nhai, Phổ Yên, Phú Lương

Trong quá trình sản xuất chè, lá chè có chất lượng cao được lựa chọn để sản xuất chè xanh khô xuất khẩu, còn lá chè chất lượng thấp được sử dụng để sản xuất đồ uống trà và để tách polyphenol trong chè Một số lượng lớn bã chè để sản xuất đồ uống thường bị thải ra môi trường mà không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí về tài nguyên mà còn gây ra vấn đề vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy Các nghiên cứu cho thấy chè có thành phần chủ yếu là cellulose, hemicelluloses, lignin, tannin và cácprotein Trong đó cellulose, hemicelluloses, lignin và tannin là những chất có chứa những nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl và oxyl thơm…có khả năng hấp phụ các các chất bảo vệ thực vật trong môi trường nước

Vì những lí do đó mà tôi đã lựa chọn đề tài "Chế tạo, nghiên cứu hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4-D và bentazon của than hoạt tính bã chè”

Trang 12

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Phương pháp cơ học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hấp phụ và phương pháp hóa học Trong đó phương pháp hấp phụ là một phương pháp xử lý đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây, do nhiều đặc điểm ưu việt của nó Vật liệu hấp phụ có thể chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp và quá trình xử lý không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [7, 8, 9, 10, 13, 14, 17,32]

Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 gam chất hấp phụ

Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất

hấp phụ

Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ

Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ Tùy theo bản chất lực tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2,3,11]

1.1.1.1 Hấp phụ vật lý

Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao

Trang 13

Đặc điểm: Phân tử bị hấp phụ không chỉ tương tác với một nguyên tử mà với nhiều nguyên tử trên bề mặt Do vậy, phân tử hấp phụ có thể hình thành một hoặc nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ

Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ Nhiệt lượng tỏa

ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [2,3,11]

1.1.1.2 Hấp phụ hóa học

Định nghĩa: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…) Trong hấp phụ hóa 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 dẫn đến hình thành liên kết hóa học Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol

Hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, do đó mang tính đặc thù rõ rệt Đây không phải là một quá trình thuận nghịch

Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [2,3,11]

Cân bằng hấp phụ:

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi

đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha mang Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng

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

Trang 14

q = f(T, P) hoặc q = f(T, C) (1.1)

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

q = f(P) hoặc q = f(C) (1.2) Trong đó:

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g) T: Nhiệt độ

P: Áp suất C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/L) [6]

Dung lượng hấp phụ cân bằng:

Dung lượng hấp phụ cân bằnglà 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:

m

V C C

q ( o cb).

(1.3) Trong đó:

- q: dung lượng hấp phụ (mg/g)

- V: thể tích dung dịch (mL )

- m: khối lượng chất hấp phụ (g )

- Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)dung dịch đến

- Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L) Trong quá trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ bề mặt ngoài chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ [2,3,11]

Hiệu suất hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu

100.C

)C(CH

o

cb

o % (1.4) Trong đó:

H: Hiệu suất hấp phụ

Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)

Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)

Trang 15

1.1.2 Động học hấp phụ

+ Đối với hệ lỏng - rắn, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau:

- Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ

- Giai đoạn khuếch tán màng: phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản

- Giai đoạn khuếch tán trong mao quản: các phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử chất bị hấp phụ được gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ

Quá trình hấp phụ có thể được coi là một phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm nhất đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình Trong các quá trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán trong và ngoài có tốc độ chậm nhất Do đó các giai đoạn này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ quá trình động học hấp phụ Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn này và sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng [3]

C0: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm ban đầu (mg/L)

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm t (mg/L)

k : hằng số tốc độ hấp phụ

q : dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g)

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

Trang 16

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren

)q(qkdt

dq

t e 1 t

(1.7) Dạng tích phân của phương trình trên là:

t2,303

klgq

)qlg(qe t e 1 (1.8)

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

2 t e 2 t

)q(qkdt

1.qk

1q

t

(1.10)

Trong đó:

qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t (mg/g)

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến

1.1.3 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P hoặc C) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một nhiệt độ không đổi

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir… [2,3,11]

Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng nhất áp dụng cho hệ hấp

phụ rắn - khí được nêu ở bảng 1.1

Trang 17

Trong các phương trình trên:

v: thể tích chất bị hấp phụ, đặc trưng cho đại lượng hấp phụ thường biểu diễn bằng cm3 ở điều kiện tiêu chuẩn

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: là phương trình mô tả cân bằng

hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lý thuyết Phươngtrình Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết:

1 Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những trung tâm xác định

2 Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

3 Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Trang 18

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở bảng 1.1 được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn – khí Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước Khi đó có thể biểu diễn phương trình Langmuir như sau:

f

C b

C b q q

1

.

Khi tích số b.Cf 1 thì q = qmax: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

Khi tích số b.Cf 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương trình đường thẳng có dạng:

q

C f

=

max q

1 Cf +

b q

1 max

tan

m m

q

1

Trang 19

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng đơn giản, cho phép giải thích khá thỏa đáng các số liệu thực nghiệm

Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL

0< RL<1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL>1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi và

RL=1 thì sự hấp phụ là tuyến tính

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phương trình đơn giản mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry có dạng:

a = K.p hay q = K.Ccb (1.14) Trong đó:

a : là lượng chất bị hấp phụ (mol/g)

K: hằng số hấp phụ Henry

p : áp suất (mmHg)

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô

tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp [3]

n cb

C k

q 1 (1.15)

Trong đó:

k: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

n: Hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

Phương trình Freundlich phản ánh khá tốt số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của đường đẳng nhiệt hấp phụ, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất

bị hấp phụ

Để xác định các hằng số, đưa phương trình trên về dạng đường thẳng:

cb

C n k

Trang 20

Đây là phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lg q vào lg Ccb

Dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị k và n

tan = 1/n

OM = lgk

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ trong môi trường nước theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir,Freundlich

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ của các chất lên bề mặt chất rắn, đó là:

Nồng độ của chất tan trong chất lỏng (hoặc áp suất đối với chất khí)

Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, sự hấp phụ trong dung dịch giảm nhưng thường ở mức độ ít

Quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ

Ngoài ra, còn một vài yếu tố khác như sự thay đổi diện tích bề mặt của chất hấp phụ và sự thay đổi pH của dung dịch [2,3,11]

1.1.5 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 Do sự có mặt của nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa

Trang 21

chất bị hấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp đó

Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất

bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực

và ngược lại Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion như SO24 ,PO34 ,CrO24 … thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép Các ion hoặc các phân tử có độ phân cực cao trong nước bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nước, do đó bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn

sẽ được hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hyđrat nhỏ hơn

Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH Tại giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện dương Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trường, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất [2,3,11]

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản,… cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [2,3,11]

1.2 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước

Thực tế có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm 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

Trang 22

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

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

Công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành lớn và lâu đời ở Việt Nam

Do đặc thù sản xuất, ngành công nghiệp này tiêu thụ một lượng rất lớn nước và cũng tạo ra một lượng nước thải công nghiệp dệt nhuộm tương ứng từ các bước khác nhau trong quá trình nhuộm màu và hoàn thiện sản xuất Nước thải này có độ kiềm, độ màu và hàm lượng các chất hữu cơ, chất rắn độc hại rất cao do sử dụng rất nhiều loại hóa chất trong quy trình sản xuất Ngoài ra một số thuốc nhuộm còn có tính chất độc hại khi chúng thâm nhập vào thức ăn, nguồn nước sinh hoạt, là tác nhân gây ung thư khi con người tiếp nhận các nguồn trên

Việt Nam là một nước nông nghiệp, trong đó sản xuất lúa nước vẫn là chủ yếu, lượng hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng ngày tăng Sử dụng thuốc trừ sâu, diệt

cỏ giúp tăng năng suất cây trồng, mang lại lợi ích kinh tế cho người dân Tuy nhiên, khi sử dụng các thuốc bảo vệ thực vật thường xuyên không đúng qui cách, quá liều lượng, làm cho các hợp chất này xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông, hồ rồi thấm vào nguồn nước ngầm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật thủy sinh Hầu hết các thuốc trừ sâu này là những hợp chất hữu cơ bền vững không bị phân hủy trong môi trường theo thời gian, thậm chí khi di chuyển từ vùng này đến vùng khác,

có thể rất xa với nguồn xuất phát ban đầu vẫn không bị biến đổi

Ở mỗi quốc gia, trong đó có Việt Nam, việc xử lý các thành phần gây ô nhiễm này tới hàm lượng cho phép là điều bắt buộc trước khi nguồn nước thải được đưa trở lại tự nhiên [1, 2, 4, 12]

1.3 Sơ lƣợc về thuốc diệt cỏ 2,4-D, bentazon

Thuốc diệt cỏ hoạt chất 2,4-D; tên hóa học: Axit 2,4-Diclorophenoxiaxetic; là chất trừ cỏ dại thuộc hóa chất bảo vệ thực vật, được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cho phép sử dụng 2,4-D được nhiều nước trên thế giới cũng như Ủy ban

Trang 23

Tiêu chuẩn thực phẩm quốc tế cho phép dùng làm chất trừ cỏ dại Thuốc trừ cỏ hoạt chất 2,4 -D thường sử dụng ở dạng muối Natri, amin và este rất độc với mắt, xếp vào nhóm độc I, các 2,4-D khác xếp vào nhóm độc II Về độ độc cấp tính đối với động vật máu nóng, liều lượng ít nhất có thể gây chết tức thời 50% số cá thể đối với chuột

Dư lượng tối đa cho phép của 2,4-D mà không gây hại đến cơ thể người và vật nuôi khi ăn hạt lúa là 0,5 mg/kg Thời gian cách ly của 2,4- D được quy định từ ngày phun thuốc lần cuối đến ngày thu hoạch lúa là 42 ngày, mía 28 ngày Tiếp xúc với 2,4-D gây ra kích ứng nghiêm trọng mắt và da, buồn nôn, mệt mỏi và trong một số trường hợp hiệu ứng độc thần kinh bao gồm cả viêm dây thần kinh Trong các sản phẩm 2,4

D thường có một số lượng chất không được tổng hợp hết tạo nên mùi nặng khó chịu Trong tự nhiên, chúng tồn tại tương đối lâu và có thể chuyển hóa thành chất Dioxin Chất Dioxin có khả năng kích thích tế bào ung thư phát triển, gây đột biến tế bào và

dị dạng cơ thể người và động vật máu nóng

2,4-D có công thức phân tử là C8H6Cl2O3 Công thức cấu tạo [18, 19,21, 25]:

Khối lượng mol phân tử là 221,04 g

Bentazon là một loại thuốc diệt cỏ chọn lọc postemergence để điều trị cỏ cây con xuất hiện Sử dụng chủ yếu cho lúa, đậu nành, đậu phộng, lúa mì và các cây trồng khác, kiểm soát cỏ lá rộng và cỏ dại cói Tiếp xúc với bentazon cũng gây ra kích ứng mắt và đường hô hấp

Bentazon có công thức phân tử là C10H12N2O3S Công thức cấu tao [19]:

Trang 24

1.4 Sơ lƣợc về than hoạt tính

Hình 1.5: Hình ảnh than hoạt tính

Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình, một phần nữa có dạng tinh thể vụn graphite Ngoài cacbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên được ứng dụng như một chất để lọc hút nhiều loại hóa chất

Ở dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể của graphite nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn Trái lại, chúng chủ yếu nằm ở dạng bột và

là thành phần chính của than, muội, bồ hóng, nhọ nồi và than hoạt tính

Graphite là một dạng tinh thể có cấu trúc lớp, mỗi lớp là một tấm graphene, các tấm graphene này liên kết với nhau bằng một lực liên kết yếu như là một dạng liên kết Van Der Waals Bên trong mỗi lớp mỗi một nguyên tử cacbon liên kết phẳng với ba nguyên tử cacbon khác bên cạnh bằng liên kết cộng hóa trị với góc liên kết là

1200 Các elecron Л phân bố ngang qua cấu trúc lục giác của nguyên tử cacbon góp phần vào tính dẫn điện của graphite [22,28,30]

Hình 1.6: Ô mạng tinh thể

cacbon graphite

Hình 1.7: Mô hình liên kết của một

lớp cacbon graphite

Trang 25

Than hoạt tính được coi là một trong những vật liệu hấp phụ hiệu quả trong môi trường nước vì bề mặt xốp, diện tích bề mặt lớn do đó khả năng hấp phụ cao Than hoạt tính có thể được điều chế từ nhiều loại nguyên liệu tự nhiên cơ nguồn gốc cellulose như: vỏ trấu, sơ dừa, đậu tương, bẹ ngô, vỏ lạc… Đây là những nguồn nguyên liệu dồi dào, hàm lượng cacbon cao và chi phí sản suất thấp Có hai phương pháp chế tạo than hoạt tính là phương pháp vật lý và phương pháp hoạt hóa hóa học Phương pháp vật lý điều chế than hoạt tính bằng cách kích hoạt các vật liệu có nguồn gốc cellulose ở nhiệt độ cao trong cacbon dioxide, hơi nước… Phương pháp hoạt hóa hóa học được thực hiện bởi sự phân hủy nhiệt của nguyên liệu với những hóa chất như: ZnCl2, H3PO4, HCl và H2SO4, NaOH và NaCO3…. [28]

1.5 Giới thiệu về cây chè

Cây chè còn gọi là trà, tên khoa học là Camellia sinensis O.Ktze, thuộc họ chè Theaceae Nguồn gốc từ Trung Quốc, tại Việt Nam chè được trồng nhiều ở các tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang, Hà Giang, Thái Nguyên, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Đắc Lắc, Lâm Đồng…

Cây chè xanh tốt quanh năm, có hoa màu trắng, có khả năng cao hàng chục mét nhưng trong những trang trại được xén tỉa thấp hơn hai mét để tiện thu hái lá Hạt trà có thể ép để lấy dầu Lá trà dài chừng 2,5 - 4 cm và rộng từ 2 - 5cm Lá non và các

lá xanh lục nhạt được thu hoạch để sản xuất trà khi mặt bên dưới của lá còn các sợi lông tơ ngắn màu trắng Các lá già có màu lục sẫm Các độ tuổi khác nhau của lá trà tạo ra các sản phẩm khác nhau về chất lượng do thành phần hóa học trong các lá này khác nhau

Nước chè là đồ uống phổ biến thứ hai trên thế giới, sau nước uống Chế biến bằng cách ngâm lá, chồi hay cành của cây chè vào nước sôi chừng vài phút là dùng được Nước trà có mùi thơm, vị hơi đắng và chát Có tác dụng làm tăng tuổi thọ, giảm quá trình lão hóa cho người già, giảm huyết áp cao, giảm cholesterol, hạ men gan và

hạ đường trong máu người bệnh tiểu đường Qua chế biến thường có nhiều tên và loại trà khác nhau như: Trà tươi, trà lá, trà búp, trà cám, trà bột, trà mộc Trà lá loại khác nhau về lên men (ô-xy hóa) như trà xanh, trà đen, trà ô long, bạch trà, hồng trà Khi ướp các hương vị hoa được gọi là trà ướp hoa như trà sen (ướp với hoa sen), trà nhài (ướp với hoa nhài)…

Trang 26

Hình 1.8: Hình ảnh cây chè

Với sự thâm nhập của trà vào phương Tây, các thành phần hóa học củacây

chè bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1827 (Oudry) Đến nay, người ta phát hiện được trong thành phần của chè có 13 nhóm gồm 120-130 hoạt chất khác nhau:

Nhóm chất đường: glucoza, fructoza, tạo giá trị dinh dưỡng và mùi thơm khi

chế biến ở nhiệt độ cao

Nhóm tinh dầu: metyl salixylat, citronellol, tạo nên hương thơm riêng của mỗi

loại chè, chịu ảnh hưởng của khí hậu, loại đất và quy trình chế biến

Nhóm sắc tố: chất diệp lục, caroten, xanthophin, làm cho nước chè có thể từ

màu xanh nhạt đến xanh lục sẫm hoặc từ màu vàng đến đỏ nâu và nâu sẫm

Nhóm axít hữu cơ: gồm 8-9 loại khác nhau, có tác dụng tăng giá trị về mặt

thực phẩm và có chất tạo ra vị

Nhóm chất vô cơ: kali, phốtpho, lưu huỳnh, flo,magiê, canxi,

Nhóm vitamin: C, B1, B2, PP,…: hầu hết tan trong nước, do đó người ta nói

nước chè có giá trị như thuốc bổ

Nhóm glucozit: góp phần tạo ra hương chè và có thể làm cho nước chè có vị

đắng, chát và màu hồng đỏ

Nhóm chất chát (tanin): chiếm 15%-30% trong chè, sau khi chế biến thì nó trở

thành vị chát…

Trang 27

Nhóm chất nhựa: đóng vai trò tạo mùi thơm và giữ cho mùi không thoát đi

nhanh (chất này rất quan trọng trong việc chế biến trà rời thành trà bánh)

Nhóm chất keo (petin): giúp bảo quản trà được lâu vì có tính năng khó hút ẩm Nhóm ancal: cafein, theobromin, theophylin, adenin, guanin,

Nhóm protein và axit amin: tạo giá trị dinh dưỡng và hương thơm cho chè Nhóm enzim: là những chất xúc tác sinh học quan trọng trong quá trình biến

đổi của cơ thể sống

Chè được sản xuất ở gần 40 nước trên thế giới với diện tích 2,25 triệu ha, tập trung ở một số nước chủ yếu như: Trung Quốc 1,1 triệu ha, Ấn Độ 486 nghìn ha, Srilanca 190 nghìn ha, Thổ Nhĩ Kỳ 80 nghìn ha, Kenia 120 nghìn ha Sản lượng chè của các quốc gia này cũng chiếm khoảng 70% tổng sản lượng chè thế giới

Trong quá trình sản xuất chè, những lá chè có chất lượng cao được lựa chọn để sản xuất chè xanh khô, trong khi lá chè có chất lượng thấp được sử dụng để sản xuất đồ uống và để tách polyphenol, polysaccharide… Một số lượng lớn bã chè sau khi đã sử dụng thường bị vứt bỏ không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí tài nguyên, mà còn gây ra vấn đề vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy Các nghiên cứu cho thấy chè có thành phần chủ yếu là cellulose, hemicelluloses, lignin, tannin và các protein Trong đó cellulose, hemicelluloses, lignin và tannin là những chất có chứa những nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl và oxyl thơm…có khả năng hấp phụ các phẩm nhuộm trong môi trường nước [14, 21, 23]

1.6 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ sử dụng bã chè, các chất thải chè làm vật liệu hấp phụ

Trong nước việc nghiên cứu về khả năng hấp phụ của bã chè vẫn còn là một vấn đề khá mới mẻ [7,8,9,10] Tuy nhiên trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu

về khả năng hấp phụ của bã chè và ứng dụng trong việc xử lý môi trường Nghiên cứu này gồm hai mảng lớn là: khả năng hấp phụ của bã chè chưa biến tính và khả năng hấp phụ của bã chè biến tính Dưới đây là một số công trình nghiên cứu tiêu biểu:

1.6.1 Sử dụng bã chè, các chất thải chè chưa biến tính

N Nasuha và cộng sự [27] đã tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ metylen xanh (MB) từ dung dịch nước của chất thải chè Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện

Trang 28

với điều kiện khác nhau về: các nồng độ ban đầu (50- 500mg /L), pH 3-12, khối lượng vật liệu hấp phụ (0,05-1g ) và nhiệt độ ( 30-50°C) Các kết quả ở trạng thái cân bằng được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich Trong đó sự hấp thụ được mô tả tốt nhất theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại là 147mg/g, 154 mg/g và 156mg/g ở các nhiệt độ tương ứng

30, 40 và 50°C Ba mô hình động học, động học hấp phụ bậc 1, động học hấp phụ bậc

2 và khuếch tán trong hạt đã được sử dụng để mô tả các cơ chế hấp phụ Kết quả thực nghiệm cho thấy phương trình động học bậc hai là mô hình tốt nhất mô tả sự hấp phụ này với hệ số tương quan R2> 0,99 Từ đó cho thấy chất thải chè có tiềm năng lớn để được sử dụng như vật liệu hấp phụ hiệu quả cho việc loại bỏ metylen xanh Nghiên cứu này xuất phát từ thực tế ở Malaysia trong khi thu hoạch chè phát sinh lượng rất lớn các phần phụ phẩm như cành, thân hay lá chè già…Ước tính hơn 10.000 tấn chất thải chè được tạo ra mỗi năm

Ngoài ra, từ thực tế đó nhóm nghiên cứu này cũng đã nghiên cứu về khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo từ lá chè Trong nghiên cứu này, lá chè đã được

sử dụng như một vật liệu hấp phụ mới và chi phí thấp cho các thuốc nhuộm cation (metylen xanh) Tiến hành hấp phụ ở 30°C, các kết quả thử nghiệm được phân tích bằng các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich Trong đó, các kết quả được mô tả tốt nhất theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và khả năng hấp phụ đơn lớp được tìm thấy là 300,052 mg/g Kết quả cho thấy lá chè là chất thải có tiềm năng được sử dụng như một vật liệu hấp phụ chi phí thấp để loại bỏ metylen xanh trong dung dịch nước của nó

Md Tamez Uddin và cộng sự [23] dựa trên lượng bã chè lớn phát sinh từ các

hộ gia đình ở Bangladesh đã nghiên cứu và tiến hành đề xuất quy trình xử lí bã thải chè thành vật liệu hấp phụ Kết quả thu được dung lượng hấp phụ cực đại đạt là 85,16 mg/g cao hơn so với khả năng hấp phụ của một số vật liệu hấp phụ được nghiên cứu gần đây Cân bằng hấp phụ đạt được trong vòng 5 giờ cho nồng độ metylen xanh là 20-50 mg/L

N Dizadji và cộng sự [24] đã tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ đồng và crom bởi bã chè trong các dung dịch nước của nó tại các giá trị khác nhau của pH Trong

Trang 29

các thí nghiệm sự hấp phụ tốt nhất xảy ra trong dung dịch nước đồng nitrat ở khoảng

pH 5-6 Tương tự như vậy sự hấp phụ tối đa trong dung dịch kali cromat là ở pH 2-3 Dung lượng hấp phụ cực đại của Cu(II) là 60 mg/g ở pH = 5, dung lượng hấp phụcực đại của Cr(VI) là khoảng 19 mg/g ở pH = 2 Các dữ liệu thu được ở trạng thái cân bằng mô tả theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich Kết quả cũng cho thấy sự hấp phụ này tuân theo động học hấp phụ bậc 2 với R2> 0,99 cho ion Cu(II) và Cr (VI)

1.6.2 Sử dụng bã chè, các chất thải chè biến tính

Tác giả Xiaoping Yang [32] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của bã chè biến tính bằng kiềm như một vật liệu hấp phụ mới để loại bỏ Pb(II) trong dung dịch nước Nghiên cứu so sánh cho thấy tỷ lệ loại bỏ Pb(II) trên bã chè biến tính bằng kiềm cao hơn đáng kể so với trên bã chè chưa biến tính Nghiên cứu cho thấy rằng pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hấp phụ Pb(II) và pH tối ưu là khoảng 4,5 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 90 phút, quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc 2 Từ mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại là 64,10 mg/g ở 25°C

Tác giả P Panneerselvam [25] đã nghiên cứu việc loại bỏ ion Ni (II) trong dung dịch nước bởi bã chè phủ oxit nano Fe3O4 Những yếu tố ảnh hưởng tới sự hấp phụ chẳng hạn như thời gian tiếp xúc, pH, nồng độ, khối lượng vật liệu hấp phụ và nhiệt độ đã được nghiên cứu Giá trị của hằng số tốc độ đã được tìm thấy là 1,90 x 10-

2

min-1 tại nồng độ Ni (II) là 100 mg/L và ở 303K Hiệu suất hấp phụ giảm từ 99% xuống còn 87% khi tăng nồng độ Ni(II) trong dung dịch từ 50 đến 100 mg/l Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu suất hấp thụ Ni(II) tăng khi tăng nhiệt độ từ 303-323K và dung lượng hấp phụ cực đại là 38,3 mg/g

Ngoài ra, người ta còn có thể sử dụng chè làm nguồn nguyên liệu sản xuất than hoạt tính để tăng hiệu quả hấp phụ [30]

Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào trên thế giới và trong nước nghiên cứu về khả năng hấp phụ thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu của vật liệu hấp phụ chế tạo từ chè, các chất thải chè

Trang 30

1.7 Một số kết quả nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ

Có một số phương pháp sử dụng để loại bỏ thuốc trừ sâu trong môi trường nước bao như siêu âm kết hợp với phương pháp Fenton, ozon hóa, hấp phụ Trong

đó hấp thụ là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất và đã được chứng

minh là có hiệu quả trong việc loại bỏ thuốc trừ sâu trong môi trường nước

J.M Salmana, và cộng sự [19] đã chế tạo được than hoạt tính từ thân cây chuối kích hoạt bằng CO2 và hoạt hóa bằng KOH Tác giả đã dùng than hoạt tính này để nghiên cứu quá trình hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4-D và bentazon Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ 2,4-D, betazon trên than hoạt tính này tuân theo phương trình động học bậc hai Từ mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại đối với 2,4-D là 196,33 mg/g, với bentazon là 115,07mg/g ở 30°C

Tác giả Maryam Khoshnood và Saeid Azizian [22] đã nghiên cứu loại bỏ thuốc diệt cỏ 2,4-D trong môi trường nước bằng vật liệu nano cacbon graphite chế tạo

từ bông và giấy Kết quả đã tính được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu nano cacbon graphite chế tạo từ giấy là 77mg/g và từ bông là 33 mg/g

Tác giả I Pavlovic và cộng sự [26] đã chế tạo oxit hỗn hợp Mg-Al phối trộn với NaCl thành một vật liệu hấp phụ có hiệu quả các loại thuốc diệt cỏ có tính axit: 2,4-D, Clopyralid và picloram Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, pH, nồng độ đến khả năng hấp phụ các thuốc diệt cỏ này Kết quả chỉ ra rằng dung lượng hấp phụ có liên quan đến tính axit của thuốc diệt cỏ Giản đồ nhiễu xạ XRD và quang phổ FT-IR xác nhận sự hấp phụ của ba loại thuốc BVTV dạng anion trong các lớp hydrotalcite

Tác giả Haman Tavakkoli và cộng sự [17] đã chế tạo hai vật liệu perovskite LaFe0,9Co0,1O3 (LFCO1) và LaFe0,1Co0,9O3 (LFCO2) bằng phương pháp sol-gel Dùng hai loại vật liệu này để hấp phụ thuốc trừ sâu vitavax trong môi trường nước Kết quả đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu LFCO1 là 166,67 của LFCO2 là 142,86mg/g

H El Harmoudi và cộng sự [18] đã nghiên cứu chiết xuất chitin và chitosan từ

vỏ tôm sử dụng làm vật liệu hấp phụ loại bỏ thuốc diệt cỏ 2,4-D Sự hấp phụ 2,4-D phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của 2,4-D, thời gian tiếp xúc, pH và bản chất

Trang 31

chất hấp phụ Sự hấp phụ thuốc diệt cỏ này trên chitin và chitosan tối ưu ở pH 3,7

Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình dẳng nhiệt hấp phụ Langmuir tính được dung lượng hấp phụ cực đại 6 mg/g cho chitin và 11 mg/g cho chitosan…

1.8 Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang

LC I

I

(1.16) Trong đó:

A là độ hấp thụ (mật độ quang)

Io là cường độ của ánh sáng đi vào dung dịch

I là cường độ ánh sáng đi ra khỏi dung dịch

L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua

có dạng:

Trang 32

b x C L k

(1.18)Trong đó:

Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch

K : hằng số thực nghiệm

b : hằng số có giá trị 0 < b 1 Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx

Khi Cx nhỏ thì b =1, khi Cx lớn thì b < 1

Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có

bề dày xác định thì ε = const và L = const Đặt K = k.ε.L ta có:

b KC A

(1.19)Phương trình (1.19) là cơ sở để định lượng các chất theo phương pháp phổ hấp thụ quang phân tử UV -Vis (phương pháp trắc quang) Trong phân tích người ta chỉ

sử dụng vùng phổ nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ quang của mỗi chất và điều kiện thực nghiệm [5,6]

1.8.3 Phương pháp đường chuẩn

Để xác định nồng độ của các nguyên tố trong mẫu phân tích theo phương pháp

đo phổ hấp thụ phân tử, ta có thể tiến hành theo phương pháp đường chuẩn

Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ quang A vào nồng độ của cấu tử cần xác định trong mẫu b

+ Đo độ hấp thụ quang A của các dung dịch chuẩn

+ Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ của cấu tử cần nghiên cứu (phụ thuộc tuyến tính) A = f(C) Đồ thị này được gọi là đường chuẩn Đường chuẩn có dạng là đường thẳng đi qua gốc tọa độ

+ Pha chế các dung dịch phân tích với điều kiện như xây dựng đường chuẩn và đem đo độ hấp thụ quang A với điều kiện như xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng bước sóng) Dựa vào các giá trị độ hấp thụ quang A này và đường chuẩn tìm được nồng độ Cx [5,6]

Trang 33

1.9 Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu

1.9.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)

Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử quét là dùng chùm điện tử quét lên bề mặt mẫu vật và thu lại chùm tia phản xạ Qua việc xử lý chùm tia phản xạ này,

có thể thu được những thông tin về hình ảnh bề mặt mẫu để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét cho phép quan sát mẫu với độ phóng đại rất lớn, từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần

Chùm điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp Mỗi điện

tử phát ra này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình

Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình Độ sáng tối trên màn hình phụ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc

bề mặt của mẫu nghiên cứu Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được bức ảnh ba chiều rõ nét và không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp Tuy nhiên phương pháp này cho độ phóng đại nhỏ hơn phương pháp TEM

1.9.2 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen là một phương pháp hiệu quả dùng

để xác định đặc trưng lý hóa của vật liệu và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ Phương pháp này dùng để phân tích pha: kiểu

và lượng pha có mặt trong mẫu, ô mạng cơ sở, cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, sức căng cũng như phân bố electron Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc có nhiễu xạ cực đại và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff - Bragg

n = 2d.sin (1.20) Trong đó:

- n: bậc phản xạ; n có các giá trị nguyên n = 1, 2 ,3…

- : chiều dài bước sóng tia X

- d: khoảng cách giữa hai mặt tinh thể

Trang 34

- : là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ

1.9.3 Phương pháp phổ Raman

Trong quang phổ Raman, mẫu được chiếu xạ bởi chùm laser cường độ mạnh trong vùng tử ngoại-khả kiến (v0) và chùm ánh sáng tán xạ thường được quan sát theo phương vuông góc với chùm tia tới Ánh sáng tán xạ bao gồm hai loại : một được gọi là tán xạ Rayleigh, rất mạnh và có tần số giống với tần số chùm tia tới (v0); loại còn lại được gọi là tán xạ Raman, rất yếu có tần số là v0 v m, trong đó v mlà tần số dao động phân tử Vạch v0 v mđược gọi là vạch Stockes và vạch v0 v mgọi là vạch phản Stockes Do đó, trong quang phổ Raman, chúng ta đo tần số dao động (v m) như

là sự dịch chuyển so với tần số chùm tia tới (v0) Khác với phổ hồng ngoại, phổ tán

xạ Raman được đo trong vùng tử ngoại-khả kiến mà ở đó các vạch kích thích (laser) cũng như các vạch Raman cùng xuất hiện

Mặc dù phổ Raman và phổ Hồng ngoại có khả năng cung cấp thông tin về các tần số dao động theo cách tương tự nhau, những mỗi cái đều có những ưu điểm và những nhược điểm riêng: Nguyên tắc chọn lọc của phổ Raman và phổ Hồng ngoại khác nhau đáng kể Do đó, một số dao động này chỉ là Raman thì một số khác chỉ là Hồng ngoại, tức là một dao động có thể là Raman hay Hồng ngoại Tuy nhiên, các dao động hoàn toàn đối xứng thì luôn luôn là Raman

Dựa vào phổ Raman thu được ta có thông tin về mức năng lượng dao động của nguyên tử, phân tử hay mạng tinh thể

Các mức năng lượng này là đặc trưng dùng để phân biệt nguyên tử này với nguyên tử khác

1.9.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT - IR)

Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu, dựa vào các tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động – quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích Phổ dao động – quay của phân tử được phát sinh ra do sự chuyển dịch giữa các mức năng lượng dao động và quay (liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh trục liên

Trang 35

kết) Dạng năng lượng được sinh ra khi chuyển dịch giữa các mức này ở dạng lượng

tử hóa, nghĩa là chỉ có thể biến thiên một cách gián đoạn Hiệu số năng lượng (phát ra hay hấp thụ) được tính theo công thức Bohr:

Vùng phổ từ 4000 - 1500cm-1 được gọi là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết các vân hấp thu của các nhóm chức như OH, NH, C=O, C=N, C=C Vùng phổ nhóm chức tập trung vào bốn vùng mà ở mỗi vùng, tần số đặc trưng của nhóm có giá trị thay đổi phụ thuộc vào cấu tạo của phân tử: vùng 3650 -

X-H (X: O, N, C, S, P); vùng 2400 - 1900cm-1 gồm các vân do dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng 1900 - 1500cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và

do dao động biến dạng của nhóm -NH2 Vùng phổ 1500 - 700cm-1 mặc dù có chứa các vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đơn như C-C, C-N, C-O và các vân do dao động biến dạng của các liên kết C-H, C-C nhưng thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định các nhóm chức, vì ngoài vân hấp thụ trên còn có nhiều vân hấp thụ xuất hiện do tương tác mạnh giữa các dao động

Phổ hồng ngoại IR được chụp theo kĩ thuật ép viên với KBr theo tỷ lệ 1mg mẫu/100 mg KBr trên máy Shimadzu – Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Trang 36

Chương 2

THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ và hóa chất

2.1.1 Dụng cụ

- Cân điện tử 4 số Precisa XT 120A - Switland (Thụy Sỹ)

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc)

- Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sỹ)

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV mini 1240 (Shimadzu - Nhật Bản)

3 - Dung dịch NaCl 0,1M 6 - Bentazon

7 - Cồn tuyệt đối 8- NaOH 0,1M

2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D và bentazon

2.2.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ của 2,4-D

Tiến hành lập đường chuẩn theo các bước sau:

- Cân chính xác 0,025g 2,4-D trên cân điện tử 4 số Precisa XT 120A - Switland (Thụy Sỹ)

- Pha lượng chất 2,4-D trên vào bình định mức 500ml ta được dung dịch gốc

có nồng độ 50 mg/L

- Từ dung dịch gốc trên pha thành các dung dịch có nồng độ 25mg/L; 20mg/L; 15mg/L; 10mg/L; 8mg/L

Trang 37

Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trên ở bước sóng 665nm [19] theo thứ tự: mẫu trắng, dung dịch có nồng độ từ thấp đến cao Kết quả được ghi ở bảng 2.1 và hình 2.1

Bảng 2.1: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch 2,4-D

0,1 0,15

0,2 0,25

0 5 10 15 20 25 30

ABS Linear (ABS)

Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ 2,4-D 2.2.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ của bentazon

- Cân chính xác 0,020 gam bentazon trên cân điện tử 4 số Precia XT 120A (Thụy sỹ)

- Pha lượng chất bentazon trên vào bình định mức 500mL ta được dung dịch gốc có nồng độ 20mg/L

- Từ dung dịch gốc trên, pha thành các dung dịch có nồng độ 10mg/L, 8mg/L, 6mg/L, 4mg/L, 2mg/L

- Đo độ hấp thụ quang của các dung dịch trên ở bước sóng = 510nm [19] theo thứ tự mẫu trắng, dung dịch có nồng độ thấp đến cao Kết quả được ghi ở bảng 2.2 và hình 2.2

C (mg/L)

Trang 38

Bảng 2.2: Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch bentazon

Hình 2.2: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ bentazon

2.3 Chế tạo vật liệu than hoạt tính từ bã chè

Bã chè được rửa sạch dùng nước cất đun sôi để loại bỏ tất cả các hạt bụi bẩn Vật liệu thu được sau đó được phản ứng với với axit H2SO4 nồng độ 98% (tỷ lệ khối lượng bã chè: thể tích H2SO4 = 1: 1,5), duy trì nhiệt độ 90oC trong 4h Hỗn hợp sau phản ứng được làm nguội đến nhiệt độ phòng và được lọc, rửa sạch nhiều lần với nước cất, trung hòa bằng dung dịch natribicarbonat 1% để loại bỏ axit dư, sau đó tiếp tục được rửa sạch nhiều lần với nước cất, làm khô tại 120oC trong 24 giờ bằng tủ sấy Vật liệu thu được có màu đen mang ra nghiền nhỏ trong cối mã não, rây đến kích thước khoảng 180 -300 m và bảo quản trong bình hút ẩm [30] Vật liệu này được kí hiệu là TAC được sử dụng cho các phép đo khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý

và nghiên cứu sự hấp phụ 2,4-D, bentazon của vật liệu than hoạt tính chế tạo được

2.4 Khảo sát tính chất vật lý, đặc điểm bề mặt của TAC

Đặc điểm bề mặt TAC được xác định thông qua chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Cấu trúc, tính chất vật lý, các nhóm chức bề mặt của TAC được so sánh với

C (mg/L)

Trang 39

than hoạt tính thương mại trên thị trường do Công ty Showa - Nhật Bản sản xuất

(Commercial Activated Carbon- CAC) thông qua việc đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và

phổ Raman, phổ hồng ngoại (IR)

Cấu trúc của TAC được kiểm tra bởi máy nhiễu xạ kế D2 sử dụng bức xạ

Cu-Kα và phin lọc Ni có bước sóng λ = 0.1542 nm Các phép đo khảo sát cấu tạo phân tử của VLHP sử dụng máy quang phổ Raman Horiba Jobin Yvon Lab RAM HR 800 nguồn kích thích là Laze (He–Ne) với bước sóng kích thích là 632 nm Hình thái học của VLHP được khảo sát sử dụng kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-6500F hoạt động tại điện thế tại 15 kV Tất cả các phép đo trên được tiến hành tại Khoa Khoa học

và Kĩ thuật Vật liệu, Đại học Giao thông Quốc gia Đài Loan Phổ hồng ngoại (FTIR) được chụp theo kĩ thuật ép viên với KBr theo tỷ lệ 1mg mẫu/100 mg KBr trên máy Shimadzu – Nhật Bản tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

2.5 So sánh hiệu suất hấp phụ TAC và CAC

Cân lần lượt 0,05g TAC, CAC cho vào 2 bình eclen chứa 25mL dung dịch

2,4-D có nồng độ là 102,475mg/L và lắc trong vòng 150 phút, ở nhiệt độ phòng (~ 25oC), với tốc độ lắc 200 vòng/phút Sau đó đem mẫu đi li tâm để loại bỏ chất rắn rồi xác định lại nồng độ 2,4-D

Cân lần lượt 0,05g TAC và CAC cho vào 2 bình eclen chứa 25 mL dung dịch bentazon có nồng độ 97,487mg/L và lắc trong vòng 180 phút, ở nhiệt độ phòng (~ 25o

C), với tốc độ lắc 200 vòng/phút Sau đó đem mẫu đi li tâm để loại bỏ chất rắn rồi xác định lại nồng độ bentazon

2.6 Xác định điểm đẳng điện của TAC

Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pH ( pH i) được hiệu chỉnh tăng dần từ

2 đến 12 Lấy 11 bình nón cho vào mỗi bình 0,05g TAC Sau đó cho lần lượt vào các bình eclen 100mL dung dịch có pH tăng dần đã chuẩn bị sẵn Để trong vòng 48h, rồi xác định lại pH ( pH f) của các dung dịch trên Sự chênh lệch giữa pH ban đầu ( pH i)

và pH cân bằng (pH f) là pH pH i pH f , vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của

f

pH vàopH iđiểm giao giữa đường cong với tọa độ mà tại đó pH f =0 cho ta giá trị điểm đảng điện của TAC

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	1,59 MB