KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION CROM (VI) TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ĐIỀU CHẾ TỪ MỤN DỪA ĐÃ LOẠI LIGNIN

Đã có nhiều công trình ngiên cứu về xử lý Cr VI bằng phương pháp hấp phụ được công bố như “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr trên vỏ trấu và ứng dụng xử lý tách Cr khỏi nguồn nước thải” của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



HUỲNH HỮU TRUNG

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION CROM (VI) TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ĐIỀU CHẾ

TỪ MỤN DỪA ĐÃ LOẠI LIGNIN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH HÓA HỌC

MÃ NGÀNH 52440112

Cần Thơ, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



HUỲNH HỮU TRUNG

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION CROM (VI) TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ĐIỀU CHẾ

TỪ MỤN DỪA ĐÃ LOẠI LIGNIN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Trường Đại học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Khoa học Tự nhiên Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán bộ hướng dẫn: Ts Lương Huỳnh Vủ Thanh Tên đề tài: “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Crom (VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ điều chế từ mụn dừa đã loại lignin” Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hữu Trung MSSV: B1303999

Lớp Hóa học 1 – Khóa 39

Nội dung nhận xét: Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp: ………

………

Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp: Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: ………

………

Những vấn đề còn hạn chế: ……… ………

………

Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ………

………

Kết luận, đề nghị và điểm: ………

………

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

Cán bộ hướng dẫn

Lương Huỳnh Vủ Thanh

Trường Đại học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa học Tự nhiên Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán bộ phản biện: ………

Tên đề tài: “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Crom (VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ điều chế từ mụn dừa đã loại lignin” Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hữu Trung MSSV: B1303999 Lớp Hóa học 1 – Khóa 39

Nội dung nhận xét: Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp: ………

………

Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp: Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: ………

………

Những vấn đề còn hạn chế: ……… ………

………

Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ………

………

Kết luận, đề nghị và điểm: ………

………

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

Cán bộ phản biện

Trường Đại học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa học Tự nhiên Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán bộ phản biện: ………

Tên đề tài: “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Crom (VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ điều chế từ mụn dừa đã loại lignin” Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hữu Trung MSSV: B1303999 Lớp Hóa học 1 – Khóa 39

Nội dung nhận xét: Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp: ………

………

Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp: Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: ………

………

Những vấn đề còn hạn chế: ……… ………

………

Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ………

………

Kết luận, đề nghị và điểm: ………

………

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

Cán bộ phản biện

LỜI CẢM ƠN

Quá trình hoàn thành luận văn cũng đồng thời là quá trình để em học hỏi

và thu thập kiến thức nhiều hơn cho bản thân Để hoàn thành được luận văn này không chỉ là sự cố gắng của riêng bản thân em mà còn là những sự giúp đỡ nhiệt tình, động viên, chỉ dẫn của các thầy cô, người thân, bạn bè thân thiết Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô khoa Khoa học Tự nhiên và Khoa Công nghệ đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh đã luôn tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội đồng chấm luận văn

đã dành thời gian quý báu đọc và đưa ra những nhận xét giúp em hoàn thiện luận văn

Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân luôn bên cạnh ủng

hộ, khích lệ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Chúc mọi người nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt

Xin trân trọng cám ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Hữu Trung

TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này, mụn dừa (hợp chất cellulose-lignin) được xử lý với nước và NaOH để loại bỏ phần lớn lignin và tạp chất, sau đó sản phẩm được nung ở nhiệt độ 200 C trong 6 giờ Vật liệu hấp phụ thu được sẽ được ứng dụng cho việc loại bỏ Cr(VI) bằng phương pháp hấp phụ Các phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR), hấp phụ (BET), cấu trúc pha

và thành phần pha (XRD), điện tích bề mặt (pHpzc) và số tâm axit được sử dụng

để xác định thành phần cấu trúc và các đặc tính của VLHP Quá trình hấp phụ

Cr (VI) tối ưu khi pH 2 trong thời gian 20 phút ở nhiệt độ phòng (25±1℃) với nồng độ Cr (VI) ban đầu là 100 mg/L đạt hiệu suất hấp phụ 95,23% Ngoài ra, quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai

và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Từ khóa: Cr(IV), than hoạt tính, mụn dừa, hấp phụ, nước

LỜI CAM ĐOAN

Em là Huỳnh Hữu Trung (B1303999) sinh viên của lớp Hóa Học 1 K39

khoa Khoa Học Tự Nhiên, trường Đại học Cần Thơ xin cam kết đề tài luận văn

“Khảo sát khả năng hấp phụ ion Crom (VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ

điều chế từ mụn dừa đã loại lignin” được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên

cứu của em và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH BẢNG vii

DANH SÁCH HÌNH viii

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Nguyên liệu mụn dừa 4

2.2 Than hoạt tính 4

2.2.1 Định nghĩa 4

2.2.2 Thành phần than hoạt tính 5

2.2.3 Chế tạo than hoạt tính 5

2.2.4 Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính 7

2.2.5 Đặc tính hóa học của bề mặt than hoạt tính 8

2.3 Cơ sở lý thuyết về quá trình hấp phụ 9

2.3.1 Khái niệm 9

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ 11

2.3.3 Cân bằng hấp phụ 11

2.3.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 12

2.3.5 Động học hấp phụ 16

2.4 Giới thiệu về Crom 17

2.4.1 Tên gọi và vị trí 17

2.4.2 Tính chất vật lý 17

2.4.3 Tính chất hóa học 17

2.4.4 Hợp chất Crom (VI) 18

2.4.5 Các công dụng của Crom 19

2.4.6 Đặc tính của Crom 19

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 Thiết bị , dụng cụ, hóa chất 21

3.1.1 Thiết bị và dụng cụ 21

3.1.2 Hóa chất 21

3.2 Phương pháp điều chế VLHP 21

3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 21

3.2.2 Phương pháp biến tính VLHP 21

3.2.3 Hiệu suất điều chế VLHP 23

3.3 Các phương pháp đánh giá tính chất của VLHP được điều chế 23

3.3.1 Phân tích nhiệt trong lượng (TGA) 23

3.3.2 Cấu trúc và thành phần pha (XRD) 23

3.3.3 Diện tích bề mặt riêng (SBET) 23

3.3.4 Phổ hồng ngoại FT-IR 23

3.3.5 Tổng số tâm axit trên bề mặt VLHP 23

3.3.6 Điện tích bề mặt (pHpzc) 24

3.4 Đường chuẩn nồng độ Crom (VI) 24

3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Crom (VI) của VLHP 25

3.5.1 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Crom (VI) 25

3.5.2 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ Crom (VI) 25

3.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ Crom (VI) ban đầu đến khả năng hấp phụ 26

3.5.4 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Crom (VI) 26

3.5.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Crom (VI) 26

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27

4.1 Hiệu suất điều chế 27

4.1.1 Kết quả đo TGA 27

27

4.1.2 Hiệu suất của quá trình điều chế VLHP 28

4.2 Các phương pháp đánh giá tính chất của VLHP 28

4.2.1 Cấu trúc và thành phần pha (XRD) 28

4.2.2 Diện tích bề mặt riêng (SBET) 29

4.2.3 Phổ hồng ngoại FT-IR 30

4.2.4 Tổng số tâm axit trên bề mặt VLHP 31

4.2.5 Điện tích bề mặt (pHpzc) 32

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của VLHP 33

4.3.1 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI) 33

4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 34

4.3.3 Động học hấp phụ 35

4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đầu đến khả năng hấp phụ 37

4.3.5 Đẳng nhiệt hấp phụ 38

4.3.6 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Crom (VI) 43

4.3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 44

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

5.1 Kết luận 45

5.2 Kiến nghị 45

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 46

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1 Danh mục hóa chất 21

Bảng 3.2 Đường chuẩn nồng độ Crom (VI) 24

Bảng 4.1 Hiệu suất chế tạo than 28

Bảng 4.2 So sánh số tâm axit của các than hoạt tính 31

Bảng 4.3 Điện tích bề mặt VLHP 32

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI) 33

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI) 34

Bảng 4.6 Tính toán phương trình giả định bậc 1 35

Bảng 4.7 Tính toán phương trình giả định bậc 2 36

Bảng 4.8 Các tham số phương trình giả định bậc 1 và bậc 2 36

Bảng 4.10 Kết quả khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt C0 = 50÷300 mg/L, pH = 2, lượng VLHP = 0,2 g; to = 30 oC; t = 20 (phút) 38

Bảng 4.11 Các hằng số đẳng nhiệt hấp phụ Cr(VI) của VLHP 39

Bảng 4.12 So sánh các nghiên cứu trong và ngoài nước với các vật liệu hấp phụ Cr(VI) 40

Bảng 4.13 Các giá trị của 2 phương trình đẳng nhiệt Tempkin và D-R 41

Bảng 4.14 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Crom (VI) 43

Bảng 4.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ ion Cr(VI) 44

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Ảnh mụn dừa thô 4

Hình 2.2 Kích thước các lỗ xốp trong than hoạt tính 7

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce 14

Hình 2.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 14

Hình 3.1 Sơ đồ điều chế VLHP từ mụn dừa 22

Hình 3.2 Đường chuẩn xác định nồng độ Crom (VI) 25

Hình 4.1 Đồ thị phân tích nhiệt trọng lượng TGA 27

Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X của VLHP 28

Hình 4.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 của mẫu ở 77K 29

Hình 4.4 Phổ hồng ngoại FT-IR của VLHP 30

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc số mol NaOH phản ứng vào thời gian31 Hình 4.6 Đồ thị biểu thị quan hệ giữa pHban đầu và pHsau của dung dịch KCl ngâm với VLHP 32

Hình 4.7 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào pH 33

Hình 4.8 Sự phụ thuộc của các Cr(VI) theo pH 33

Hình 4.9 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào thời gian 34

Hình 4.10 Động học hấp phụ Cr(VI) của VLHP theo phương trình phản ứng giả định bậc 1 35

Hình 4.11 Động học hấp phụ Cr(VI) của VLHP theo phương trình phản ứng giả định bậc 2 36

Hình 4.12 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ đầu của Cr(VI) 37 Hình 4.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich 38

Hình 4.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 39

Hình 4.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 39

Hình 4.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Tempkin 42

Hình 4.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Dubinin - Radushkevich 42

Hình 4.18 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào khối lượng VLHP43 Hình 4.19 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào nhiệt độ 44

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

pzc Point of zero charge: điểm đẳng điện

TGA Thermal gravimetric analysis: phân tích nhiệt trong

lượng XRD X-ray Diffraction: tinh thể học tia X

FTIR Fourier Transform Infrared Radiation: quang phổ

hồng ngoại biến đổi Fourier BET Brunauer – Emmett – Teller: đẳng nhiệt hấp phụ -

khử hấp phụ nitơ UV-Vis Ultraviolet-Visible: phổ hấp phụ phân tử

qe Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

C0 Nồng độ dung dịch Cr (VI) lúc ban đầu

Ce Nồng độ dung dịch Cr (VI) lúc cân bằng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Việt nam cũng như các nước khác hiện đang đứng trước thách thức lớn về nạn ô nhiễm môi trường nước Đặc biệt là nguồn nước tại các khu công nghiệp

và đô thị Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình trạng ô nhiễm nước như sự gia tăng dân số, mặt trái của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu và nhận thức của người dân về vấn đề môi trường còn chưa cao Đặc biệt trong quá trình hoạt động của các khu công nghiệp, số lượng nước thải thông qua xử lí trước khi thải ra môi trường chiếm một lượng rất ít Có thể do nhiều nguyên nhân, trong đó không thể không kể đến sự khó khăn trong kỹ thuật và quy trình xử lí, cũng như chi phí xử lí Nước thải của các khu công nghiệp thường là độc hại Một trong số đó là nước thải của ngành xi mạ, nồng độ các chất hữu cơ thấp nhưng hàm lượng các kim loại nặng rất cao Chúng là độc chất tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất hóa lí của nước Ngoài ra nếu không được xử

lí, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp sẽ tồn đọng trong cơ thể con người gây ra các bệnh nghiêm trọng như viêm loét da, viêm đường hô hấp, ung thư,…

Trong số những loại kim loại nặng có trong nước thải xi mạ, các hợp chất của crôm (VI) là độc hại nếu nuốt hay hít phải Liều tử vong của các hợp chất

Cr (VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà vật liệu Phần lớn các hợp chất Cr (VI) gây kích thích mắt, da và màng nhầy, có thể gây bệnh đối với những người có

cơ địa dị ứng Chính vì vậy, việc xác định hàm lượng Cr (VI) là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước Từ đó, có biện pháp xử lý thích hợp, đảm bảo có nước sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm sạch môi trường

Đã có nhiều công trình ngiên cứu về xử lý Cr (VI) bằng phương pháp hấp phụ được công bố như “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr trên vỏ trấu và ứng dụng xử lý tách Cr khỏi nguồn nước thải” của Lê Thị Tình – Đại Học Khoa Học

Tự Nhiên (2011)[1], “Hấp phụ Cr(VI) trong môi trường nước bằng Vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH”của Đỗ Trà Hương và các cộng sự trên Vietnam Journal of Chemistry[2], “Nghiên cứu hoạt hóa bùn đỏ bằng axit sulfuric và khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI)” của Nguyễn Tuấn Dung và các cộng sự trên Vietnam Journal of Chemistry[3], “Removal of hexavalent chromium using distillery sludge” của K Selvaraj và các cộng sự trên Bioresource Technology (2003)[4], “Removal of hexavalent chromium from aqueous solutions by D301,

D314 and D354 anion-exchange resins” của Taihong Shi và các cộng sự trên Journal of Hazardous Materials (2009)[5]

Các nghiên cứu cho thấy những phụ phẩm nông nghiệp như: bã mía, bã cà phê, vỏ lạc, vỏ trấu,… có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong nước nhờ cấu trúc có nhiều lỗ xốp Bản thân chúng có khả năng hấp phụ chưa cao Vì thế cần phải biến tính nhằm tăng khả năng hấp phụ cho các vật liệu trên

Ở Việt Nam, mụn dừa là phụ phẩm từ việc tách chỉ xơ dừa khi thải trực tiếp ra môi trường nước sẽ gây ảnh hưởng tới vẽ mỹ quan và môi trường sống của các loài thủy sản Trong đó mụn dừa là một cellulose-lignin có hàm lượng cacbon thấp (40 – 50%) nhưng tạo được diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc xốp, có thể sử dụng phương pháp hoạt hóa chế tạo[6] Một số nghiên cứu sử dụng mụn dừa để làm than hoạt tính như tác giả K Santhy and P Selvapathy đã hoạt hóa mụn dừa với dung dịch KOH 10% và nung ở 700 – 750 C, sau đó rửa với dung dịch HCl 10% sản phẩm than thu được có diện tích bề mặt riêng 877

m2.g-1[7] Trong khi đó, tác giả C Namasvayam và D Sangeetha đã sử dụng mụn dừa được rửa sạch và phơi khô ngoài ánh sáng mặt trời 5 giờ trước khi hoạt hóa với ZnCl2 theo tỉ lệ 1:2 (mụn dừa:ZnCl2) và nung ở 700 oC trong vòng 1 giờ Sản phẩm than thu được có diện tích bề mặt riêng là 910 m2.g-1, khả năng trao đổi cation với dung lượng 1.614 mĐ.g-1[8] Mụn dừa được hoạt hóa với hexandecyltrimethyl ammonium (HDTMA) bromide 2%, lắc trong 5 giờ ở nhiệt

độ phòng , rửa lại nhiều lần bằng nước cất, sấy sản phẩm ở 60oC trong 8 giờ, thu được sản phẩm than hoạt tính có có diện tích bề mặt riêng là 1.9 m2.g-1 và

có dung lượng trao đổi cation là 1.33 mĐ.g-1, dung lượng trao đổi anion là 3.5 mĐ.g-1 là nghiên cứu của C Namasivayam, MV Sureshkumar[9] Trong nghiên cứu của tác giả C Namasivayam và K Kadirvelu, mụn dừa được than hóa ở nhiệt độ 400 oC có diện tích bề mặt riêng là 346 m2.g-1, than hóa ở 600 oC có diện tích bề mặt riêng là 392 m2.g-1 và than hóa ở 800 oC có diện tích bề mặt riêng là 507 m2.g-1 Nhiệt độ càng tăng hiệu suất thu hồi than giảm từ 60 còn 55.2%[10, 11]

Nhằm tận dụng nguồn phế phẩm mụn dừa, góp phần cải thiện môi trường

và xử lí các kim loại nặng trong nước thải, đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Crom (VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ điều chế từ mụn dừa đã loại lignin” đã được thực hiện

1.2 Mục tiêu đề tài

Chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa đã loại bỏ lignin từ các nhóm nghiên cứu khác

Đánh giá các tính chất hóa lý của vật liệu hấp phụ (VLHP) tạo ra

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Crom (VI) trong nước bằng VLHP được tạo ra

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu mụn dừa

Mụn dừa là phụ phẩm từ công nghệ sản xuất gáo dừa, chỉ xơ dừa và mụn dừa được xem là nguồn gây ô nhiễm nguồn nước nên nhiều cách sử dụng chúng

đã được đề ra như sử dụng mụn dừa trồng cây xanh, trộn với hỗn hợp dinh dưỡng để cải tạo đất và một số ứng dụng khác

Mụn dừa được thu lại từ các cơ sở sản xuất xơ dừa Đây là một loại bã nông nghiệp khi thải xuống sông có thể gây ô nhiễm nguồn nước Mụn dừa là vật liệu cellulose-lignin, có màu nâu, kích thước từ 0,2 - 4 mm

Hình 2.1 Ảnh mụn dừa thô Thành phần của mụn dừa gồm: Cellulose (35%), Lignin (25,2%), Pentosan (7,5%), Chất béo và nhựa (1,8%) và các chất khác (31,2%)[12]

Sau khi đã được loại lignin từ một nhóm nghiên cứu khác, mụn dừa đã được thu lại để tiến hành khảo sát

Than hoạt tính được dùng làm vật liệu hấp phụ từ thời thượng cổ Người

Ai Cập đã dùng than hoạt tính như chất hấp phụ trong y học và làm vật liệu để tinh chế dược phẩm Làm sạch nước uống bằng cách lọc qua than gỗ của người Hindu Từ khoảng năm 1900-1901 công nghiệp sản xuất than bắt đầu phát triển

để thay thế cho than xương làm vật liệu tinh chế trong công nghiệp sản xuất đường Trong giai đoạn này than hoạt tính được sản xuất bằng cách than hóa hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật với chất xúc tác là hơi nước hoặc CO2 Than hoạt tính được sử dụng suốt trong chiến tranh thế giới thứ nhất trong các mặt nạ phòng khí độc để bảo vệ binh lính

Nguồn nguyên liệu đầu vào để chế tạo than hoạt tính chủ yếu là các loại than tự nhiên và các hợp chất cellulose Các loại than tự nhiên có hàm lượng cacbon cao nhưng than hoạt tính tạo ra có diện tích bề mặt riêng nhỏ (500 –

1000 m2.g-1) và quá trình hoạt hóa chủ yếu là hoạt hóa vật lý Nhưng các hợp chất cellulose-lignin tuy có hàm lượng cacbon thấp nhưng lại tạo đuợc than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn (700 – 1400 m2.g-1), độ xốp cao, có thể dùng phương pháp hoạt hóa để điều chế[6]

2.2.2 Thành phần than hoạt tính

Cacbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính với hàm lượng khoảng

85 – 95% Bên cạnh đó than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác như hydro, nitơ, lưu huỳnh và oxi Các nguyên liệu khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường là 88% C, 0,5% H, 0,5% N, 1% S, 6 – 7% O Tuy nhiên hàm lượng oxi trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1 – 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu,

cách điều chế[13]

2.2.3 Chế tạo than hoạt tính

Có hai phương pháp điều chế than hoạt tính chính là than hóa và hoạt hóa Phương pháp than hóa là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu ban đầu đưa

nó về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban đầu cho than, chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hóa than Các yếu tố có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và hiệu suất của quá trình than hóa là nhiệt độ xử lý cuối, tốc độ nâng nhiệt và thời gian ủ nhiệt Tốc

độ nâng nhiệt thấp sẽ cho hiệu suất thu hồi than cao do phản ứng dehydrat hóa được tăng lên và làm cho vật liệu ổn định hơn Thời gian nhiệt phân và tốc độ nâng nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng đến độ xốp của sản phẩm Để tăng diện

tích bề mặt riêng, giải phóng các lỗ xốp, người ta có thể tiếp tục thực hiện quá trình hoạt hóa

Phương pháp hoạt hóa là dưới tác dụng của nhiệt và tác nhân hoạt hóa sẽ bào mòn mạng lưới tinh thể cacbon, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ

có kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động trên bề mặt Có thể hoạt hóa bằng phương pháp hoạt hóa hóa học hay hoạt hóa vật lý[14] Phương pháp hoạt hóa vật lý thường tiến hành theo hai giai đoạn: than hóa

và hoạt hóa Giai đoạn than hóa là giai đoạn đốt yếm khí tại 350 – 500 oC nhằm loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu đưa nguyên liệu trở về dạng cacbon

Bước hoạt hóa là phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao (1000 – 1100 oC) Trong quá trình oxy hóa một số cacbon

bị đốt cháy thành khí CO, CO2 khí này bay đi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên lỗ xốp Tác nhân oxy hóa có thể là hơi nước, không khí, khí cacbonic, khí thải Do phản ứng với oxy tỏa nhiệt nên nhiệt độ hoạt hóa thường thấp và khó điều khiển, phản ứng với hơi nước, khí CO2 thu nhiệt nên tiến hành ở nhiệt

độ cao hơn và dễ khống chế được quá trình, chính vì vậy nên nó là phương án sản xuất thông dụng nhất

Ưu điểm: Sản phẩm thu được sạch

Nhược điểm: Sản phẩm thu được có khả năng hấp phụ không cao, thời gian hoạt hóa tiến hành tương đối lâu, nhiệt độ hoạt hóa rất cao

Hoạt hóa là quá trình bào mòn mạng lưới tinh thể cacbon dưới tác dụng của nhiệt và tác nhân hoạt hóa, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ có kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động trên bề mặt

Hoạt hóa hóa học là phương pháp đưa các tác nhân hoạt hóa gồm một hoặc một hóa chất vào nguyên liệu, sau đó than hóa nguyên liệu theo nhiệt độ và thời gian thích hợp trong môi trường yếm khí Các hóa chất vô cơ khi đốt cháy sẽ phân hủy ra các khí có tính oxy hóa hoặc phân hủy các phân tử chất hữu cơ qua phản ứng dehydrat hóa

Tác nhân hóa học được đưa vào là các chất vô cơ như kiềm, muối cacbonat, sunfat, sunfat kiềm, cacbonat, clorua, photphat của kiềm thổ, kẽm clorua, axit sunfuric, axit photphoric Chúng được dùng riêng lẻ hay phối hợp với nhau theo

tỉ lệ để tạo các hiệu ứng cần thiết

Ưu điểm: nhiệt độ hoạt hóa thấp hơn so với phương pháp hoạt hóa vật lý, thời gian hoạt hóa ngắn, hiệu quả hoạt hóa cao do tạo ra sản phẩm có độ xốp lớn và tạo các tâm hoạt động

Nhược điểm: diện tích bề mặt không cao, sản phẩm bị lẫn hoá chất hoạt hóa, chi phí đầu tư lớn[6, 15]

2.2.4 Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính

Độ xốp của than hoạt tính là do sự sắp xếp ngẫu nhiên của các tinh thể với các liên kết ngang giữa chúng, làm cho than hoạt tính có một cấu trúc xốp khá phát triển Chúng có tỉ trọng tương đối thấp (bé hơn 2 g.cm-3) và mức độ graphit hóa thấp Quá trình hoạt hóa ngoài việc làm sạch bề mặt than khỏi các hợp chất hữu cơ cũng như làm sạch các dạng cacbon không tổ chức, giải phóng các lỗ xốp Quá trình hoạt hóa làm tăng thể tích và đường kính lỗ Cấu trúc lỗ và sự phân bố cấu trúc lỗ có quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban đầu và phương pháp than hóa Trong giai đoạn cuối cùng của quá trình điều chế than diễn ra sự đốt cháy các vách ngăn giữa các lỗ cạnh nhau làm tăng diện tích các

lỗ lớn và giảm diện tích các vi lỗ

Than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển và đặc trưng bởi cấu trúc có nhiều mao quản tạo nên nhiều lỗ xốp có kích thước khác nhau Khó có thể xác định chính xác về hình dạng của lỗ xốp, có một số dạng mao dẫn được xác định như

là mao dẫn mở cả hai đầu hoặc có một đầu kín, thông thường có dạng rảnh, dạng chữ V và nhiều dạng khác

Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm Một cách phân loại lỗ xốp được IUPAC chấp nhận đó là dựa vào khoảng cách giữa các thành của một

lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống và chia thành 3 nhóm: lỗ xốp nhỏ, lỗ xốp trung bình và dạng lỗ xốp lớn

Hình 2.2 Kích thước các lỗ xốp trong than hoạt tính Tóm lại, cấu trúc lỗ xốp than hoạt tính có ba loại, mỗi loại đều thể hiện một chức năng riêng trong quá trình hấp phụ Diện tích bề mặt riêng và thể tích riêng phụ thuộc lớn vào nguyên liệu và phương pháp chế tạo Đồng thời tính chất khác của than hoạt tính cũng liên hệ chặt chẽ đến cấu trúc xốp nên những thông tin này rất quan trọng[6]

2.2.5 Đặc tính hóa học của bề mặt than hoạt tính

Khả năng hấp phụ của than hoạt tính được quyết định bởi cấu trúc vật lý

và lỗ xốp của chúng nhưng cũng chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc hóa học Thành phần hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực Van der Walls

Sự phức tạp của cấu trúc vi tinh thể do sự có mặt của các lớp graphit cháy không hoàn toàn trong cấu trúc, gây biến đổi về sự sắp xếp các electron trong khung cacbon và kết quả là tạo ra các electron độc thân và hóa trị không bảo hòa Môi trường chế tạo chất hấp phụ luôn gắn liền với oxy khí quyển, hơi nước

và chất hoạt hóa nên các liên kết hóa học hình thành trên bề mặt thường chứa oxy, các nhóm này được gọi là nhóm chức bề mặt và tạo nên cấu trúc bề mặt của chất hấp phụ

Các nhóm chức bề mặt thường có tính axit hay bazơ yếu tùy thuộc vào vị trí mà nó định vị và nguyên tử bên cạnh mà nó tạo liên kết Loại nhóm chức và mật độ của chúng trên bề mặt than hoạt tính có thể đánh giá qua phổ hồng ngoại hoặc chuẩn độ trực tiếp

Bằng các biện pháp biến tính người ta có thể tăng thêm hoặc loại bỏ bớt các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ Oxy hóa than hoạt tính với hydro peroxit hoặc axit nitric tạo thêm các nhóm axit trên bề mặt tăng cường tính chất hấp phụ kim loại nặng hoặc phóng xạ của than và làm tăng tính ưa nước của bề mặt Xử lý nhiệt làm giảm mật độ của nhóm chức, đưa năng lượng bề mặt chất hấp phụ về dạng đồng nhất hơn

Nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy rằng các nguyên tử khác loại hoặc các loại phân tử được liên kết với cạnh hoặc góc của các lớp thơm hoặc với các nguyên tử cacbon ở các vị trí khuyết làm tăng các hợp chất cacbon – oxy, cacbon – hydro, cacbon – nitơ, cacbon – lưu huỳnh, cacbon – halogen trên bề mặt, chúng được biết đến như là các nhóm bề mặt, hoặc các phức bề mặt Các nguyên

tử khác loại này có thể xác nhập trong lớp cacbon tạo ra các hệ thống vòng loại khác nhau Do các cạnh này chứa các tâm hấp phụ chính, sự có mặt của các hợp chất bề mặt hay các loại phân tử làm biến đổi đặc tính bề mặt và đặc điểm của than hoạt tính[6]

2.3 Cơ sở lý thuyết về quá trình hấp phụ

2.3.1 Khái niệm

2.3.1.1 Hấp phụ

Hấp phụ là quá trình tập hợp các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của một chất lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn

Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng lớn Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 g chất hấp phụ

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

Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất

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

Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây là những lực yếu, nên liên kết hình thành không bền, dễ bị phá vỡ Nói cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu, do đó sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên kết mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp chất bề mặt Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ Vì vậy hấp phụ hóa học thường không thuận nghịch và không thể vượt quá một đơn lớp phân tử Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại đồng thời

cả hai hình thức hấp phụ 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

2.3.1.2 Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế

Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:

Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết kiệm được thời gian, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn

Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ

Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi

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

2.3.1.3 Hấp phụ trong môi trường nước

Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kỵ nước của chất hấp phụ, mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước

So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường

có tốc độ chậm hơn nhiều Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân

tử chất tan chậm

Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ

Hệ hấp phụ trong nước bị chi phối bởi tính chất ưa nước và kỵ nước, là hệ quả của tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nước Một số chất hữu

cơ như hydrocacbon, dẫn xuất halogen của nó có độ tan rất hạn chế trong nước

do tính kỵ nước của chúng Do tính chất đó chúng luôn có khuynh hướng không chịu hòa hợp, tìm cách cụm lại với nhau (tạo nhũ) hoặc tìm tới những đối tượng

dễ hòa hợp hơn là các chất không phân cực như than, các khoáng vật, các hạt chất hữu cơ, các hạt sa lắng và hấp phụ trên đó

Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau Khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với chất hữu cơ có độ tan thấp hơn Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự đoán được khả năng hấp phụ chúng trên vật liệu hấp phụ Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hòa, ít bị phân cực

Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo

cơ chế hấp phụ vật lý

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

 Khối lượng phân tử;

 Cấu trúc phân tử;

 Loại và số lượng các nhóm chức;

 Hàm lượng tro và các hợp chất dễ bay hơi;

 Diện tích bề mặt riêng;

 Số lượng vi lỗ có trong vật liệu;

 pH của môi trường hấp phụ;

 Liều lượng vật liệu hấp phụ;

Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ

và áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích

q = f (T, P hoặc C) 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)

 Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn

vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ

Co: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/L)

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

2.3.4 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

2.3.4.2 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản

Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P hoặc C) được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt

Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định

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 như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich, Langmuir, Tempkim, Dubinin – Radushkevich,…

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:

 Tất cả các tâm hoạt hóa đều có tính chất như nhau

 Số tâm hoạt hóa không thay đổi theo thời gian

 Mỗi tâm hoạt hóa chỉ có thể hấp phụ một phân tử bị hấp phụ

 Giữa các phân tử bị hấp phụ không có tác động qua lại

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

𝑞𝑒

𝑞𝑚 = 𝜃 = 𝐾𝐿𝐶𝑒

1+𝐾𝐿𝐶𝑒 (2.2) Trong đó:

qe: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

qm: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Trong vùng nồng độ lớn KL.Ce >> 1 thì qe = qm.KL.Ce mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Khi nồng độ chất 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 đẳng nhiệt Langmuir ta đưa phương trình (2.2) về dạng đường thẳng:

𝐶𝑒

𝑞𝑒 = 1.𝐶𝑒

𝑞𝑚 + 1

𝑞𝑚.𝐾𝐿 (2.3)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ce /qe vào Ce sẽ xác định được các hằng số qm, KL trong phương trình

𝑡𝑔𝛼 = 1

𝑞𝑚 ⇒ 𝑞𝑚 =

1𝑡𝑔𝛼𝑂𝑁

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Là phương trình rút ra từ thực nghiệm, đây là phương trình được ứng dụng rộng rãi nhất để mô tả các đường đẳng nhiệt hấp phụ

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:

Phương trình Freudlich được áp dụng rất tốt cho quá trình hấp phụ các chất trong môi trường nước Bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất, nhiệt hấp phụ vi phân không thay đổi khi dộ che phủ thay đổi và có sự tương tác lẫn nhau giữa các phân tử bị hấp phụ

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Tempkin

Mô hình đẳng nhiệt Tempkin giả định rằng: nhiệt hấp thụ của tất cả các phân tử trên bề mặt vật liệu giảm tuyến tính với mật độ bao phủ do tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ và sự hấp phụ được đặc trưng bởi sự phân

bố đồng đều của các nguồn năng lượng liên kết, cho đến một số năng lượng liên kết tối đa

Đường đẳng nhiệt Temkin được biểu diễn bởi phương trình sau đây:

𝑞𝑒 = 𝑅𝑇

Hoặc với dạng tuyến tính như sau:

𝑞𝑒 = 𝐵𝑙𝑛𝐾𝑇 + 𝐵𝑙𝑛𝐶𝑒 (2.7) Trong đó

B = RT/bT,

T là nhiệt độ tuyệt đối (K)

R là hằng số khí (có giá trị bằng 8,314.10-3kJ/mol.K)

bT là hằng số Temkin, có liên quan đến nhiệt hấp phụ (kJ/mol)

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin được lựa chọn để đánh giá khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với các chất bị hấp phụ

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin - Radushkevich

Mô hình đẳng nhiệt Dubinin – Radushkevich (D-R) là mô hình thực nghiệm được dùng để xác định bản chất của quá trình hấp phụ (vật lý hoặc hóa học)

Dạng tuyến tính của mô hình D-R:

𝑙𝑛𝑞𝑒 = 𝑙𝑛𝑞𝑚− 𝛽𝜀2 (2.8) Trong đó:

qe: lượng ion kim loại bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu (mg/g)

qm (mg/g) là khả năng hấp phụ tối đa (mg/g)

𝛽 là hằng số của năng lượng hấp phụ (mol2/J2),

ε là thế Polanyi

Với 𝜀 = 𝑅𝑇𝑙𝑛(1 + 1

𝐶𝑒) (T là nhiệt độ dung dịch (K) và R là hằng số khí và bằng 8,314.10-3

và 8 - 16 kJ/ mol là quá trình hấp phụ hóa học

2.3.5 Động học hấp phụ

Động học hấp phụ là một bộ thông số quan trọng trong việc áp dụng các quá trình hấp phụ vào xử lý nước, nó dùng để dự đoán tốc độ tách chất ô nhiễm

ra khỏi dung dịch nước Tuy nhiên các tham số động học thực rất khó xác định

vì quá trình hấp phụ rất phức tạp, vì vậy người ta thường áp dụng các phương trình động học hình thức để xác định các hằng số tốc độ biểu kiến Sử dụng 2