Nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bẹ chuối để hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) trong môi trường nước

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với NiII, FeIII, ZnII.. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với NiII ..... Mộ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HOÀNG THỊ NHẠN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ

BẸ CHUỐI ĐỂ HẤP PHỤ Ni(II), Fe(III), Zn(II)

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ

Mã ngành: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Hữu Thiềng

Thái Nguyên - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: đề tài này là do bản thân tôi thực hiện Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ các công trình nào khác Nếu sai sự thật tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN

HƯỚNG DẪN LUẬN VĂN

PGS.TS Lê Hữu Thiềng

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2015

Tác giả

Hoàng Thị Nhạn

XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG KHOA CHUYÊN MÔN

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa học của Trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Thái Nguyên Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá tình học tập và thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, các cán

bộ làm việc tại phòng Nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm khoa Hoá học trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã góp ý, giúp đỡ tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn cán bộ các phòng máy SEM, phòng máy BET - Viện khoa học Vật liệu, phòng máy IR - Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam; khoa xét nghiệm trung tâm y tế dự phòng tỉnh Bắc Kạn; các bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, ủng hộ, giúp đỡ người thân trong gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2015

Tác giả luận văn Hoàng Thị Nhạn

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục i

Danh mục các chữ viết tắt ii

Danh mục bảng iii

Danh mục hình iv

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Tài nguyên nước và sự ô nhiễm môi trường nước 2

1.1.1 Tài nguyên nước 2

1.1.2 Sự ô nhiễm môi trường nước 2

1.2 Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ con người 3

1.2.1 Kẽm 3

1.2.2 Niken 3

1.2.3 Sắt 4

1.3 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 4

1.3.1 Phương pháp kết tủa 5

1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 5

1.3.3 Phương pháp vi sinh 7

1.3.4 Phương pháp hấp thụ 8

1.4 Hấp phụ trong môi trường nước 13

1.4.1 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước 13

1.4.2 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước 14

1.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 15

1.6 Giới thiệu về bẹ chuối 15

1.6.1 Diện tích và sản lượng chuối 15

1.6.2 Thành ph n chính của bẹ chuối 16

1.7 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm và chất thải nông nghiệp làm VLHP 17

Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 21

2.1 Dụng cụ và hoá chất 21

2.1.1 Hoá chất 21

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 21

2.2 Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối 21

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 21

2.2.2 Chế tạo VLHP 22

2.3 Xác định đặc trưng bề mặt của các VLHP 22

2.3.1 Phổ hồng ngoại (IR) 22

2.3.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25

2.4 Xác định điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ 26

2.4.1 Xác định điểm đẳng điện của VLHP 1 27

2.4.2 Xác định điểm đẳng điện của VLHP 2 28

2.4.3 Xác định điểm đẳng điện của VLHP 3 29

2.5 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II), Zn(II), Fe(III) 30

2.6 Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 32

2.6.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của NLvà các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 33

2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 35

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 38 2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các

VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 42

2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 46

2.7 Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 53

2.7.1 Động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) 53

2.7.2 Động học hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) 61

2.7.3 Động học hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II) 69

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Diễn biến sản xuất chuối ở Việt Nam 16

Bảng 1.2 Thành ph n của bẹ chuối 16

Bảng 2.1 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP1 27

Bảng 2.2 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 28

Bảng 2.3 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP 3 29

Bảng 2.4 Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa 30

Bảng 2.5 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Ni(II) 31

Bảng 2.6 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Fe(III) 31

Bảng 2.7 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Zn(II) 32

Bảng 2.8 Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: stearic đến dung lượng hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) 33

Bảng 2.9 Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: fomanđehit đến dung lượng hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) 34

Bảng 2.10 Khảo sát sự thay đổi tỉ lệ NL: sunfuric đến dung lượng hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) 34

Bảng 2.11 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ 35

của các VLHP đối với Ni(II) 35

Bảng 2.12 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) 36

Bảng 2.13 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II) 38

Bảng 2.14 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) 39

Bảng 2.15 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) 40

Bảng 2.16 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Zn(II 41

Bảng 2.17 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) 43

Bảng 2.18 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Fe (III) 43Bảng 2.19 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của các VLHP đối với Zn (II) 45Bảng 2.20 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của VLHP1 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 46Bảng 2.21 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của các VLHP2 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II) 48Bảng 2.22 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đ u đến khả năng hấp phụ của VLHP3 đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II 50Bảng 2.23 Dung lượng cực đại và hằng số Langmuir 53Bảng 2.24 Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II) 53Bảng 2.25 Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với Ni(II) 58Bảng 2.26 Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với Ni(II) 60Bảng 2.27 Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Fe(III) 61Bảng 2.28: Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với Fe(III) 66Bảng 2.29 Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với Fe(III) 68Bảng 2.30 Số liệu khảo sát động học hấp phụ của các VLHP 69đối với Zn(II) 69Bảng 2.31 Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 của các VLHP đối với Zn(II) 74Bảng 2.32 Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 của các VLHP đối với Zn(II) 76

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Phổ IR của nguyên liệu 23

Hình 2.2 Phổ IR của VLHP1 23

Hình 2.3 Phổ IR của VLHP2 24

Hình 2.4 Phổ IR của VLHP3 24

Hình 2.5 Ảnh SEM của NL(a), VLHP1(b), VLHP2(c) 26

Hình 2.6 Ảnh SEM của NL (a); VLHP3 (b) 26

Hình 2.7 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 1 28

Hình 2.8 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP2 29

Hình 2.9 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP3 30

Hình 2.10 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni(II) 31

Hình 2.11: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) 32

Hình 2.12 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Zn(II) 32

Hình 2.13.Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp phụ Ni(II) 36

Hình 2.14 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp phụ Fe(III) 37

Hình 2.15 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian đối với sự hấp phụ Zn(II) 38

Hình 2.16 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ Ni(II) 40

Hình 2.17 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ Fe(III) 41

Hình 2.18 Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH đối với sự hấp phụ Zn(II) 42

Hình 2.19 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với sự hấp phụ Ni(II) 43

Hình 2.20 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với sự hấp phụ Fe(III) 44

Hình 2.21 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP đối với

sự hấp phụ Zn (II) 45Hình 2.22 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP1 đối với Ni(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II) 47Hình 2.23 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Fe(III)

(b) Sự phụ thuộc của C cb/q vào Ccb của Fe(III) 47Hình 2.24 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP1 đối với Zn(II) b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) 48 Hình 2.25.(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Ni(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni (II) 49Hình 2.26 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Fe(III) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) 49 Hình 2.27 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP2 đối với Zn(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) 50Hình 2.28 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Ni(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Ni(II) 51 Hình 2.29.(a) Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP3 đối với Fe(III) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Fe(III) 51 Hình 2.30 (a) Đường đẳng nhiệt hấp phụLangmuir của VLHP3 đối với Zn(II) (b) Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của Zn(II) 52Hình 2.31 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1 đối với Ni(II) 57Hình 2.32 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2 đối với Ni(II) 57Hình 2.33 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3 đối với Ni(II) 58Hình 2.34 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1 đối với Ni(II) 59Hình 2.35 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2 đối với Ni(II) 59

Hình 2.36 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3 đối với Ni(II) 60Hình 2.37 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1 đối với Fe(III) 64Hình 2.38 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2 đối với Fe(III) 65Hình 2.39 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3 đối với Fe(III) 66Hình 2.40 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1 đối với Fe(III) 67Hình 2.41 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2 đối với Fe(III) 67Hình 2.42 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3 đối với Fe(III) 68Hình 2.43 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP1 đối với Zn(II) 73Hình 2.44 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP2 đối với Zn(II) 73Hình 2.45 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 1 của VLHP3 đối với Zn(II) 74Hình 2.46 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP1 đối với Zn(II) 75Hình 2.47 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP2 đối với Zn(II) 76Hình 2.48 Đồ thị biểu diễn phương trình động học hấp phụ bậc 2 của VLHP3 đối với Zn(II) 76

Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước Một trong các phương pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là sử dụng các VLHP có nguồn gốc thực vật để tách kim loại ra khỏi môi trường nước Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác

Một trong các nguồn nguyên liệu sẵn có ở nước ta là bẹ chuối rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bẹ chuối để hấp phụ Ni(II), Fe(III), Zn(II) trong môi trường nước”

Thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng fomandehit, axit stearic, axit sunfuric…

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phổ IR, ảnh chụp SEM

- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo từ bẹ chuối theo phương pháp tĩnh Cụ thể là các yếu tố: pH, thời gian, nồng độ đ u, khối lượng VLHP

- Khảo sát động học hấp phụ của các VLHP đối với Ni(II), Fe(III), Zn(II)

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tài nguyên nước và sự ô nhiễm môi trường nước

1.1.1 Tài nguyên nước

Nước là thành ph n của sinh quyển, là tài nguyên quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên trái đất Nước đóng vai trò điều hoà các yếu tố của khí hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó Nước là tài nguyên quý giá, đáp ứng nhu c u đa dạng của con người trong sinh hoạt hàng ngày, trong nông nghiệp và trong sản xuất công nghiệp như: tạo ra điện năng, nhiều danh lam thắng cảnh hùng vĩ, nuôi trồng thuỷ sản, sản xuất lương thực

Nước bao phủ 71% diện tích của trái đất, trong đó có 97% là nước mặn còn 3% là nước ngọt Nhưng trên thực tế, trong 3% nước ngọt thì 3/4 lượng nước ngọt đó là con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, hoặc bị đóng băng, hoặc ở dưới dạng hơi , chỉ có 0,5% nước ngọt hiện diện trong sông, hồ, ao, suối mà con người đã và đang sử dụng Tuy nhiên bên cạnh

đó, nguồn nước còn bị ô nhiễm do các hoạt động của con người Do vậy, trên thực tế, nước để đáp ứng nhu c u của con người chiếm tỉ lệ không đáng kể [11]

1.1.2 Sự ô nhiễm môi trường nước

Nước tự nhiên là nước được hình thành của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh Do tác động của nhân sinh, nước tự nhiên bị ô nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước, làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng của nước dưới ảnh hưởng hoạt động của con người [4], [5]

- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển, tăng hàm lượng SO42-, NO3- trong nước

- Tăng hàm lượng của Ca, Mg, Si trong nước ng m và nước sông do mưa hoà tan, phong hoá cacbonat

- Tăng hàm lượng các kim loại nặng trong nước tự nhiên như: Pb,

Cd, Fe, Zn…

- Giảm nồng độ oxi hoà tan trong nước tự nhiên do quá trình oxi hoá có liên quan đến quá trình sống của sinh vật, các nguồn chứa nước và khoáng hoá các hợp chất hữu cơ… [11]

1.2 Ảnh hưởng của nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ con người

Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng Kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng c n thiết cho cơ thể người nhưng khi chúng tồn tại ở dạng ion và với nồng độ lớn, khi đi vào

cơ thể người thì chúng lại có độc tính cao [3], [15]

vì vậy kẽm đóng vai trò sinh học không thể thiếu đối với sức khoẻ con người

Sự thiếu hụt kẽm trong cơ thể sẽ gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan [4], [15]…

Nhưng nếu dư thừa, kẽm còn có khả năng gây ra ung thư đột biến, gây ngộ độc th n kinh, gây độc đến hệ miễn dịch

1.2.2 Niken

Đối với một số gia súc, vi sinh vật, thực vật, niken là một nguyên tố vi lượng Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hoá chất, luyện kim, điện tử… Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải Niken vào

cơ thể chủ yếu qua đường hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đ u; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ th n kinh trung ương, gan, thận; còn nếu tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm

da, xuất hiện dị ứng… [5], [8]

1.2.3 Sắt

Sắt chiếm ít nhất 5% của vỏ Trái đất và là một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú Nước mưa khi ngấm vào lòng đất và các t ng địa chất sẽ hòa tan sắt, từ đó sẽ ngấm vào các nguồn nước ng m, cũng chính

là nguồn nước giếng mà hiện tại người dân đang sử dụng rộng rãi Bên cạnh

đó, sắt cũng có thể xâm nhập vào nguồn nước thông qua ống rỉ sét dẫn nước Sắt hòa tan làm nước có mùi kim loại, khi hàm lượng sắt cao sẽ làm cho nước

có vị tanh, màu vàng và đục Các loại rau xanh được chế biến bằng nước nhiễm sắt sẽ làm mất đi màu sắc hấp dẫn vốn có của nó Với qu n áo, các vật dụng trong gia đình tạo ra các vết cáu bẩn, lắng cặn Vì vậy, sắt được coi là một thứ chất gây ô nhiễm thứ cấp hoặc chất gây mất thẩm mỹ cho nước

Chất sắt là một yếu tố c n thiết cho cơ thể con người, sắt không được coi là nguy hại đến sức khỏe con người ở mức độ vừa phải Trong thực tế, sắt

c n thiết cho sức khỏe vì nó tạo điều kiện vận chuyển oxy trong máu, giải độc gan, kiểm soát tín hiệu dẫn truyền th n kinh… Do đó thiếu sắt sẽ gây ra tình trạng thiếu máu thiếu sắt và ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hoá của tế bào

do thiếu hụt các men chứa sắt Ngược lại quá tải sắt trong cơ thể vượt quá giới hạn cũng gây ra ứ đọng sắt tại các mô như tim, gan, tuyến nội tiết dẫn đến rối loạn tr m trọng chức năng các cơ quan này [4], [5], [10]

1.3 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Một vài thập niên trở lại đây, do sự phát triển của kinh tế và sức sản xuất, lượng nước dùng cho sinh hoạt, sản xuất tăng lên rất nhiều Để đáp ứng nhu c u nước sinh hoạt và việc xử lý môi trường đòi hỏi phải có những biện pháp xử lý phù hợp đạt hiệu quả cao Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại nặng như các phương pháp hoá học, hoá lý hay sinh học có thể áp dụng các quá trình xử lý nhằm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải vào

môi trường [12]

1.3.1 Phương pháp kết tủa

Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại c n tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách khỏi nước thải bằng phương pháp lắng

Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng cách trung hoà đơn giản các chất thải axit Độ pH kết tủa cực đại của tất

cả các kim loại không trùng nhau, tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 10,5 tuỳ theo giá trị cực tiểu c n tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại Đối với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trò rất quan trọng Khi xử lý

c n chọn tác nhân trung hoà và điều chỉnh pH phù hợp

Phương pháp kết tủa hóa học rẻ tiền ứng dụng rộng nhưng hiệu quả không cao, phụ thuộc nhiều yếu tố (nhiệt độ, pH, bản chất kim loại) [5]

1.3.2 Phương pháp trao đổi ion

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột cationit và anionit Các vật liệu nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hoà tan Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy ion cùng dấu có trong dung dịch Đối với xử lý kim loại hoà tan trong nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch

biên màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion

* Khuyếch tán các ion qua lớp ngoài

* Chuyển ion đã khuyếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi

* Khuyếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi Ion

* Phản ứng hoá học trao đổi ion A và B

* Khuyếch tán các ion B bên trong hạt trao đổi tới biên giới phân pha

* Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng

* Khuyếch tán các ion B qua màng

* Khuyếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng

* Đặc tính của trao đổi ion:

+ Sản phẩm không hoà tan trong điều kiện bình thường

+ Sản phẩm được gia công hợp cách

+ Sự thay đổi trạng thái của trao đổi ion không làm phân huỷ cấu trúc vật liệu Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là tiến hành ở quy mô lớn và với nhiều loại kim loại khác nhau Tuy vậy lại tốn nhiều thời gian, tiến hành khá phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao [2]

1.3.3 Phương pháp vi sinh

Biện pháp sinh học sử dụng một đặc điểm rất quý của vi sinh vật , đặc điểm đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất là khả năng đồng hoá được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau của vi sinh vật, từ tinh bột, xenlulozơ, cả nguồn d u mỏ và dẫn xuất của nó đến các hợp chất cao phân tử khác như protein, lipit, cùng các kim loại nặng như chì, thuỷ ngân Thực chất của phương pháp này là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật (sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng) để biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân

tử có trong nước thải thành các hợp chất đơn giản hơn Trong quá trình dinh dưỡng này vi sinh vật sẽ nhận được các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản, nên sinh khối được tăng lên [2]

Biện pháp sinh học để xử lý nước thải có thể làm sạch hoàn toàn các loại nước thải công nghiệp chứa các loại chất bẩn hoà tan hoặc phân tán nhỏ

Do vậy biện pháp này thường dùng sau khi loại bỏ các tạp chất phân tán thô

ra khỏi chất thải

1.3.4 Phương pháp hấp thụ

So với các phương pháp khác, phương pháp hấp phụ có nhiều đặc tính

ưu việt hơn hẳn Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên

và các phế thải nông nghiệp sẵn có, dễ kiếm, rẻ tiền, quy trình xử lý đơn giản

Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý

nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng

* Cân bằng hấp phụ và dung lượng hấp phụ

Hấp phụ là sự tích luỹ các chất 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 được gọi là chất hấp phụ Chất được tích luỹ trên bề mặt gọi là chất 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 mà người ta chia làm hai loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học

Hấp phụ vật lí: Là sự hấp phụ gây ra bởi lực Vander Vaals (tương tác

yếu) giữa các ph n tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Quá trình hấp phụ vật

lí là quá trình thuận nghịch

Hấp phụ hoá học: Gây ra bởi các lực liên kết hoá học giữa các ph n tử

chất bị hấp phụ với ph n tử chất hấp phụ Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong một số hệ hấp phụ, xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật

lí và hấp phụ hoá học [7], [9]

Cân bằng hấp phụ: Sự hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, bên

cạnh quá trình hấp phụ còn có quá trình ngược lại gọi là quá trình phản hấp phụ, tức là có sự chuyển các ion hoặc phân tử bị hấp phụ từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch Sự diễn ra đồng thời hai quá trình ngược chiều nhau dẫn

tới trạng thái cân bằng động gọi là cân bằng hấp phụ

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

Trong một hệ hấp phụ, khi đạt tới trạng thái cân bằng, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất và nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích:

độ và nhiệt độ cho trước [9]

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

V C C

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 ph n tử chất bị hấp thụ

chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ

- Giai đoạn khuếch tán màng: Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến

bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản

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

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào

bề mặt chất hấp phụ

Quá trình hấp phụ được coi như một phản ứng nối tiếp bao gồm các giai đoạn nhỏ, trong đó giai đoạn chậm nhất quyết định tốc độ của cả 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 quá trình 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

Tốc độ hấp phụ (v) là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

V= dx/dt = β( C0 – Cf) = k( qm – q ) (1.2) Trong đó:

β: Hệ số chuyển khối

C0: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại nồng độ ban đ u (mg/l)

Cf: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại nồng độ t (mg/l) k: hằng số tốc độ hấp phụ

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

qm: dung lượng hấp phụ cực đại(mg/g)

Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng

độ dung dịch ban đ u

Trong quá trình hấp phụ tĩnh thì hiệu suất hấp phụ được tính theo công

thức: H(%) = [(C0 – Ct)/C0] 100% (1.3)

Trong đó:

H: hiệu suất hấp phụ

C0: nồng độ đ u của ion kim loại(mg/l)

Ct: nồng độ ion kim loại sau khi hấp phụ tại thời điểm t(mg/l) n: số đơn vị thể tích cơ sở

Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren:

)q(qkdt

dq

t e 1

t   (1.4)

Dạng tích phân của phương trình trên là:

t2,303

klgq

)qlg(qe  t  e  1 (1.5)

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

2 t e 2 t

) q (q k dt

1 q k

1 q

Từ các phương trình trên có thể xác định được giá trị thực nghiệm của

q theo t và tính được hằng số tốc độ biểu kiến k1, k2 Giá trị của hằng số tốc

độ biểu kiến là một trong các thông số để so sánh giữa các chất hấp phụ đối với cùng một chất bị hấp phụ [2]

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Trong một hệ hấp phụ, khi đạt trạng thái cân bằng lượng chất bị hấp

phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích:

a = f(T, P hoặc C) (1.8)

Ở nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn a= fT(P hoặc C) gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ Mối quan hệ a= fT(P hoặc C) được mô tả qua các phương trình hấp phụ Henry, Freundlich, Langmuir có thể sử dụng các phương trình hấp phụ để mô tả quá trình hấp phụ của VLHP Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng phương trình đẳng nhiệt Langmuir để mô tả quá trình hấp phụ của các VLHP

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là phương trình có cơ sở lý thuyết dựa vào việc nghiên cứu động học hấp phụ Phương trình này được xây dựng trên các giả thuyết là:

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

- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

- Bề mặt của 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

- Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

cb

cb

bC

bC q

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

+ Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.cCcb mô tả vùng

hấp phụ tuyến tính

+ Trong vùng nồng độ cao b.Ccb << 1 thì q = qmax. mô tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng đô chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong Để xác định các hằng số trong phương trình đăng nhiệt Langngmuir, đưa ra phương trình (1.9) về dạng phương trình đường thẳng:

cb cb

C q q b q

C

max max

1

Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt

Langmuir

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb

1.4 Hấp phụ trong môi trường nước

1.4.1 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước

Kim loại tồn tại trong nước có thể ở dạng ion hay dạng phức hidroxo tương ứng Dạng hidroxo được tạo thành nhờ các phản ứng thủy phân Sự

thủy 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 thủy 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 làm ảnh hưởng đến cả dung lượng và cơ chế hấp phụ [1], [2]

1.4.2 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 ph n gây tương tác là nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ

Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa các 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 ph n tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Các chất 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 hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến nhóm chức bề mặt cuả chất hấp phụ đến sự phân li các nhóm chức

Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP 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 thì sự hấp phụ sẽ bị cản trở [1], [2]

1.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Có nhiều phương pháp để xác định nồng độ ion kim loại nặng như phương pháp phân tích thể tích, phương pháp cực phổ, phương pháp trắc quang, phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử, Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

* Nguyên tắc của phương pháp

Nhiều tài liệu chuyên khảo đã đưa ra các phương pháp xác định hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu phân tích Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sẽ áp dụng khi thực hiện đề tài Nguyên tắc chung của phương pháp là: Chuyển cấu tử c n phân tích thành trạng thái hơi nguyên tử Sau đó chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các tia bức

xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ Khi đó phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử Dựa vào phổ hấp thụ nguyên tử xác định nồng độ của các nguyên tố trong mẫu phân tích

* Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc của cường độ vạch

hấp thụ (hay độ hấp thụ nguyên tử) vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử c n xác định trong mẫu theo phương trình A = K.Cb để có sự phụ thuộc tuyến tính giữa A và Cb [6]

1.6 Giới thiệu về bẹ chuối

1.6.1 Diện tích và sản lượng chuối

Chuối là loại cây ăn quả có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới ở Đông Nam Á và Úc Đây là loại ngắn ngày và cho sản lượng khá cao, trung bình

có thể đạt năng suất 20-30 tấn/ha

Ở nước ta, chuối là loại cây rất phổ biến chiếm 19% tổng diện tích cây

ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,5 triệu tấn

Các số liệu về diện tích và sản lượng chuối được cập nhật trong những năm g n nhất từ 2007 đến 2013 được thể hiện ở bảng 1.2 sau [19]

Bảng 1.1 Diễn biến sản xuất chuối ở Việt Nam

Theo tài liệu [17], tác giả K Sathasivam và cộng sự đã xác định được

thành ph n các chất trong thân cây chuối Kết quả được thể hiện ở bảng 1.3

nước ô nhiễm kim loại nặng

1.7 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 do 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 cacbonyl trong chất thải công nghiệp làm

cho chúng có thể tham gia sự khử hấp phụ và tái sinh dễ dàng hoặc có mặt của axit vô cơ đơn giản

Dưới đây giới thiệu một số kết quả nghiên cứu việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP:

* Rơm

Rơm được nghiền nhỏ và xử lý bằng dung dịch NaOH có khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại như: Cr(VI), Cu(II), Ni(II) Dung lương hấp phụ cực đại của rơm đối với Ni(II) và Cd(II) l n lượt là 35,08 mg/g và 144,1 mg/g [21]

* Bã mía

Bã mía được biến tính bằng nhiều phương pháp sẽ tạo ra những vật liệu khác nhau và có khả năng hấp phụ khác nhau như: biến tính bằng axit sunfuric, anhydrit sucxinic… Bã mía được đánh giá là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt không chỉ đối với các ion kim loại nặng mà còn có khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ độc hại [22]

Có khả năng hấp phụ đối tốt với nhiều ion kim loại nặng như Cd2+,

Zn2+… và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt là ion Cu2+ Vỏ đậu tương sau khi xử

lý với NaOH và axit xitric thì dung lượng hấp phụ cực đại lên đến 108mg/g [23]

* Vỏ quả cọ

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 - 150 m) được phủ khoảng 21% chitosan lên bề mặt có dung lượng hấp phụ cực đại đối với crom đến 154 mg/g ở

25oC Than vỏ cọ có khả năng hấp phụ chì đến 95,2 mg/g tại pH = 5 [16]

* Xơ dừa

Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với V5+

, Ni2+, Hg2+ Xơ

Cu(II): qmax = 18,450 mg/g

Ni(II): qmax = 13,569 mg/g

Cr(VI): qmax = 28,571 mg/g [18]

Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ

2.1 Dụng cụ và hoá chất

2.1.1 Hoá chất

- Nước cất

- Cồn tuyệt đối

- Axit stearic: C17H35COOH

- Axit nitric: HNO3

- Axit sunfuric: H2SO4

- Axit clohiđric: HCl

- Natri hidroxit: NaOH

- Natri clorua: NaCl

- Fomandehit: HCHO

- n-hexan: n-C6H14

- Niken (II) nitrat: Ni(NO3)2 .6H2O

- Sắt (III) nitrat: Fe(NO3)3.9H2O

- Kẽm (II) nitrat: Zn(NO3)2.6H2O

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ

- Máy quang phổ hấp phụ nguyên tử Thermo (Anh)

- Máy đo pH Precise 900 (Thuỵ Sỹ)

- Máy lắc

- Máy lọc hút chân không

- Tủ sấy Jeiotech (Hàn Quốc)

- Cân điện tử số 4

- Bình định mức, pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác

2.2 Chế tạo các VLHP từ bẹ chuối

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu (NL) bẹ chuối sau khi thu về tách lấy ph n vỏ bên ngoài, rửa bằng nước máy nhiều l n rồi rửa lại bằng nước cất, Sau đó sấy khô bằng máy sấy khoảng 80o

C

Bẹ chuối khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền thông dụng, rây để thu

được nguyên liệu có kích thước hạt cỡ từ 0,02÷0,05 mm

2.2.2 Chế tạo VLHP

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng axit stearic(VLHP1).

Trộn đều 1g NL l n lượt với 0,1; 0,2; 0,3 g axit stearic Cho vào mỗi hỗn hợp trên 100ml n-hexan và 2 giọt axit sunfuric đặc, khuấy đều, đun hồi lưu ở 650

C trong 6 giờ 15 phút Sau đó rửa bằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô ở 650C thu được VLHP1 [22]

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng fomanđehit (VLHP2).

Trộn đều 40g NL rồi trộn đều với dung dịch fomanđehit 1% theo tỉ lệ 1:4; 1:5; 1:6 (NL (g): fomanđehit (ml)), sau đó đem sấy ở 50oC trong 4 giờ Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai l n để loại bỏ fomanđehit

dư và sấy ở 80oC cho đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được VLHP2 [22]

* Chế tạo VLHP từ bẹ chuối qua xử lý bằng axit sunfuric (VLHP3)

Trộn đều 40g NL với 22ml dung dịch axit sunfuric đặc 98% theo tỉ lệ 1:0,5; 1:1; 1: 1,5 (NL (g): sunfunic (ml)), sau đó nung ở 1500C trong 24 giờ thu được nguyên liệu dạng than, sau đó rửa và lọc bằng nước cất nhiều l n cho hết axit dư, sấy khô ở 1100C trong 24 giờ thu được VLHP3 (than bẹ chuối) [22]

2.3 Xác định đặc trưng bề mặt của các VLHP

2.3.1 Phổ hồng ngoại ( IR)

Phổ IR của NL, VLHP1 (tỉ lệ NL(g) : stearic(g) = 1 : 0,2); VLHP2 (tỉ lệ NL(g) : fomadehit(ml) = 1:4); VLHP3 (tỉ lệ NL(g) : axit sunfuric (ml) = 1 : 1) được chỉ ra l n lượt các hình 2.1; 2.2; 2.3 và 2.4

Hình 2.1 Phổ IR của nguyên liệu

Hình 2.2 Phổ IR của VLHP1

đối với VLHP2) (hình 2.1 ÷ 2.3) tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp phụ

Hình 2.4 Phổ IR của VLHP3

Nhận xét:

Trên bề mặt của than tồn tại đồng thời nhóm chức axit và bazơ, những nhóm chức bề mặt axít thường hay gặp có ý nghĩa hơn trong quá trình hấp phụ Việc nhận biết từng nhóm chức gặp nhiều khó khăn do tính chất hóa học của các nhóm chức này thường bị thay đổi trong mối quan hệ với các nhóm chức bên cạnh

Trên phổ hồng ngoại của VLHP3 các dải hấp thụ ở các số sóng 2862,18

cm-1, 2932,86 cm-1, 1025,55 cm-1 và 1159,49 cm-1 có liên quan đến sự phân hủy các thành ph n hữu cơ như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin Nói chung các dải phổ của nhóm này đều có nguồn gốc từ nhóm cacboxyl, OH, trong cấu trúc của nguyên liệu, làm tăng các vị trí hấp phụ của VLHP [22], [23]

Như vậy, sự hoạt hóa NL bằng axit stearic, fomandehit và axit sunfuric

là có hiệu quả đã tạo ra các VLHP có điều kiện hấp phụ tốt hơn NL

2.3.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM)

* Tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của:

Hình 2.5 Ảnh SEM của NL(a), VLHP1(b), VLHP2(c)

Hình 2.6 Ảnh SEM của NL (a); VLHP3 (b)

Ảnh SEM từ hình 2.5, cho thấy các VLHP1, VLHP2 có độ xốp hơn rõ rệt so với NL Ở hình 2.6, VLHP3 có độ mịn hơn so với NL

* Theo phương pháp BET, kết quả xác định diện tích bề mặt riêng và kích thước hạt của VLHP3 là:

Diện tích bề mặt riêng: 936,822m2

/g

Đường kính hạt: 44,178nm

2.4 Xác định điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ

Tiến hành thí nghiệm như sau:

Chuẩn bị các dung dịch NaCl có nồng độ 0,1M,sau đó dùng dung dịch NaOH, HNO3 loãng điều chỉnh pH các dung dich về các giá trị pH =1, 2, 3,4,

Gọi pH ban đ u là pHi, pH sau khi cho các VLHP là pHj, ΔpH= pHi –

pHj Vẽ đồ thị ΔpH phụ thuộc vào pHi Điểm giao nhau của đường cong với tọa độ mà tại đó giá trị pH =0 là điểm đẳng điện (pHpzc) của VLHP [2]

2.4.1 Xác định điểm đẳng điện của VLHP 1

Kết quả giá trị điểm đẳng điện của VLHP1 được chỉ ra ở bảng 2.1 và hình 2.7

Bảng 2.1 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP1

Hình 2.7 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 1

Từ kết quả ở bảng 2.1 và hình 2.7 đã xác định được điểm đẳng điện

( pH pzc ) của VLHP1 là pH pzc = 6,2 Điều này cho thấy khi pH < pH pzc thì bề mặt

VLHP1 tích điện dương, khi pH > pH pzcthì bề mặt VLHP1 tích điện âm

2.4.2 Xác định điểm đẳng điện của VLHP 2

Kết quả giá trị điểm đẳng điện của VLHP được chỉ ra ở bảng 2.2 và hình 2.8

Bảng 2.2 Kết quả xác định điểm đẳng điện của VLHP