Nghiên cứu và chế tạo VLHP tím tinh thể từ cây sen

giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấpphụ vật lý và hấp phụ hóa học [1].Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

(ký, họ tên)

TS Vũ Thị Hậu Đào Thị Thoa

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của cô giáo TS Vũ

Thị Hậu trong suốt quá trình hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm khoa

Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em

trong suốt quá trình thực nghiệm

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,

ủng hộ, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu

Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em

hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018

Tác giả

MỤC LỤC

TrangTrang phụ bìa

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Nước ta là nước có ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển vì vậy hàng nămnước thải của ngành công nghiệp này chiếm một lượng đáng kể Đặc điểm nổi bật củanước thải dệt nhuộm là chứa nồng độ cao chất màu hữu cơ bền vi sinh, những hợp chấtmàu là những chất ô nhiễm dễ nhận thấy nhất bởi màu sắc của chúng.

Hoa sen là loài hoa quen thuộc được trồng phổ biến ở các ao hồ và rất có ýnghĩa đối với người dân Việt Nam Không chỉ vậy các bộ phận của cây sen từ hạt, lá cho đến củ đều có lợi ích kinh tế cao như: nhụy sen dùng để ướp trà, lá sen

để chữa bệnh, hạt sen dùng làm thực phẩm… Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam sau khi thu hoạch hạt sen thì thân sen bị thải bỏ, không được sử dụng vào mục

đích nào Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài:“Chế tạo và nghiên cứu

khả năng hấp phụ phẩm nhuộm hoạt tính tím tinh thể trong môi trường

nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây sen”.

Với mục đích đó trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu những nội dung sau:

- Chế tạo VLHP từ cây sen

- Xác định một số đặc trưng hóa lý của VLHP: điểm đẳng điện, phổ hồng ngoại (IR), xác định diện tích tích bề mặt riêng (BET)

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ tím tinh thể của VLHP chế tạo được theo phương pháphấp phụ tĩnh:

+ Ảnh hưởng của pH

+ Ảnh hưởng của thời gian

+ Ảnh hưởng của khối lượng

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ

+ Ảnh hưởng của nồng độ đầu

TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm

1.1.1 Định nghĩa và phân loại thuốc nhuộm

1.1.1.1 Định nghĩa về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu, rất đadạng về màu sắc cũng như chủng loại, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quangphổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiệnquy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Đặc điểm nổi bậtcủa các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân huỷ bởi nhữngđiều kiện tác động khác và môi trường Màu sắc của thuốc có được là do cấu trúc hoáhọc: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhómtrợ màu

Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ electron π

không cố định như: C> = <C , C> = −N , − = − N N , −NO2…

Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận electron như: −NH2, − C OO H ,

3

SO H

− , − OH … đóng vai trò tăng cường của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển

năng lượng của hệ electron [7]

1.1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sửdụng Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng được phân loại thành các loạikhác nhau Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:

Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm

antraquinon, thuốc nhuộm inđizo, thuốc nhuộm phenazin, thuốc nhuộm triarylmetan,thuốc nhuộm phtaloxiamin

Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc

nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơcation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [7]

Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm phổ biến thường được

sử dụng trong thực tế và liên quan đến thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệmcủa đề tài

Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo ( − = − N N ) phân tử thuốc

nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (điazo, triazo, polyazo)

Thuốc nhuộm trực tiếp: Là thuốc nhuộm tự bắt màu trực tiếp với tơ sợi khôngqua giai đoạn gia công trung gian, loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar-

SO3Na Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắtmàu vào sợi Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo.Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, bông cầm màubằng tananh Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ chúng dễ tantrong nước cho cation mang màu Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá họcđược phân bố: azo (43%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antraquinon (5%) vàcác loại khác

Thuốc nhuộm axit: Là các loại muối sunfonat natri của các hợp chất hữu cơkhác nhau, được coi như là muối của axit hữu cơ mạnh và một bazo mạnh chúng tantrong nước phân ly thành ion:

Anion mang màu, thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vậtliệu Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu tơ sợi protein (len, tơ tằm,polyamit) trong môi trường axit Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axitazo, 10% là antraquion, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác [7]

1.1.2 Giới thiệu về tím tinh thể

Tím tinh thể hay tím gentian (còn gọi là Methyl Violet 10B, hexamethylpararosaniline chloride hoặc pyoctanin(e) là thuốc nhuộm triarylmethan Loại thuốcnhuộm này được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để phân loại

vi khuẩn Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic, từng đượccoi là chất sát trùng hàng đầu Tác dụng y học của chất này đã được thay thế bởi cácloại thuốc mới, mặc dù nó vẫn nằm trong danh sách của Tổ chức Y tế thế giới

Công thức phân tử: C25N3H30Cl.

Công thức cấu tạo của tím tinh thể

Phân tử gam: 407,979 g/mol; Nhiệt độ nóng chảy: 205 °C

Khi hòa tan trong nước, tím tinh thể có màu tím-lam Màu của thuốc nhuộm phụthuộc vào độ axit của dung dịch Ở pH 1,0 thuốc nhuộm có màu xanh lá cây trong khivới dung dịch axit mạnh (pH khoảng -1), thuốc nhuộm có màu vàng

Màu sắc khác nhau của thuốc nhuộm là do phân tử thuốc nhuộm thay đổi trạngthái khác nhau Ở dạng màu vàng, cả ba nguyên tử nitơ có điện tích dương trong đó 2nguyên tử nhận proton,trong khi ở dạng có màu xanh lá cây, thuốc nhuộm có 2nguyên tử nitơ thay đổi điện tích Ở pH trung tính, cả hai proton nhận thêm chuyểnvào dung dịch, chỉ còn lại một trong các nguyên tử nitơ mang điện tích dương pKa

khi mất 2 proton vào khoảng 1,15 và 1,8 [20]

1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.2.1 Các khái niệm

- Hấp phụ: là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn - khí,

rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - lỏng) Trong đó:

+ 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 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 rakhỏi 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 hấpphụ vật lý và hấp phụ hóa học [1].

Hấp phụ vật lý

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

Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc Quá trình hấp phụ vật lý là một quátrình thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ Nhiệtlượng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộcvào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chấthấp phụ và bị hấp phụ

1.2.1.1. Hấp phụ hóa học

Định nghĩa: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết cộnghóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…) Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electrongiữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quátrình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học Nhiệt lượngtỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol

Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tươngđối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồngthời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

1.2.1.2. Cân bằng hấp phụ

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi đãhấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha mang Theo thờigian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ dichuyển 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 đạttrạng 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

q= f(T, p) hoặc q= f(T,C)

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

q= f(p) hoặc q = f(C)Trong đó:

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

P: Áp suấtC: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)

1.2.1.3. Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vịkhối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độcho trước

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

V C C

q= ( o − cb)

(1.1)Trong đó:

- q: dung lượng hấp phụ (mg/g)

- V: thể tích dung dịch (lit)

- m: khối lượng chất hấp phụ (g)

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

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

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 dung dịch đến bề mặt ngoàichất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ

Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng ở trạng thái cân bằng.

Hiệu suất hấp phụ

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

o cb o

- 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)

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấpphụ đẳng nhiệt được mô tả qua một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sựhấp phụ đó như: Langmuir, Freundlich, Henry,… [1], [2], [4]

Trong các phương trình trên:

v: thể tích chất bị hấp phụ ở áp suất tương đối P/P0, tính bằng cm3

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir [4]: là phương trình mô tả cân

bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lý thuyết Phương trình Langmuir đượcxây dựng dựa trên các giả thuyết:

1 Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những trungtâm 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 tiểuphân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trêncác trung tâm bên cạnh

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 phụtrong môi trường nước Khi đó có thể biểu diễn phương trình Langmuir như sau:

( )ax

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

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

+ Khi tích số b.Ccb>> 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 cóthể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phươngtrình đường thẳng có dạng:

ax ax

tan

tan

m m

q q

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich [4]: Đây là phương trình thực

nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ khí hoặc chất tan trong chất lỏng lên chất hấp phụ rắn

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich được xây dựng dựa trên giả thuyết:

- Do tương tác đẩy giữa các phân tử, phân tử hấp phụ sau bị đẩy bởi các phân tửhấp phụ trước, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng độ che phủ bề mặt

- Do bề mặt không đồng nhất, các phân tử hấp phụ trước chiếm các trung tâmhấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn các trung tâm hấp phụ

q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm t

Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich phản ảnh khá sát số liệu thựcnghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt

Để xác định được các hệ số k, n cần đưa phương trình về dạng đường thẳng:

lgq = lg k +

1

lgC cb n

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lgq vào lgC cb sẽ xác định được các hằng số

k, n ứng với từng nhiệt độ và so sánh chúng với hệ khác trong cùng điều kiện

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

1.2.2. 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 giảmnhưng 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 chấthấp phụ và sự thay đổi pH của dung dịch

1.2.3. Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước diễn ra khá phức tạp, vì trong hệ có ít nhất bathành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt củanước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bịhấp phụ và nước tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chấthấp 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 bịhấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước củachất 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 vàngược lại Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số

dạng phức oxy anion như

2 4

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 phụcủa 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 Cácchất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bịphân li, tích điện âm, dương hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH Tại giá trị pH bằngđiểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặtchất hấp phụ tích điện âm và dưới giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện dương Đốivới các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhómchức 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 [1]

Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản, …cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [1]

Đối với các hợp chất hữu cơ, trong môi trường nước chúng có độ tan khác nhau

do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau Phần lớn các chất hữu cơ tồntại trong nước dạng phân tử trung hòa, ít bị phân cực nên quá trình hấp phụ trênVLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý Khả năng hấp phụ cácchất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào: pH của môi trường, lượng chất hấp phụ, nồng

độ chất bị hấp phụ…

Tóm lại hấp phụ trong môi trường nước có cơ chế phức tạp do yếu tố hấp phụ hỗnhợp, sự biến đổi bản chất hóa học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào môi trường

1.3. Phương pháp phân tích xác định hàm lượng tím tinh thể

Để xác định hàm lượng tím tinh thể chúng tôi dùng phương pháp phân tíchtrắc quang Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét về phương pháp này nhằm làm sáng tỏhơn những vấn đề sẽ trình bày trong thực nghiệm

Phân tích trắc quang là phương pháp phân tích quang học dựa trên việc đo độhấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác định ở một vùng phổ nhất định Trongphương pháp này, chất cần phân tích được chuyển thành một hợp chất có khả nănghấp thụ năng lượng ánh sáng, hàm lượng của chất được xác định bằng cách đo độ hấpthụ năng lượng ánh sáng của hợp chất màu

Phương pháp phân tích trắc quang do có độ nhạy, độ chính xác, độ chọn lọckhá cao nên thường được dùng để xác định hàm lượng nhỏ, trung bình và hàm lượnglớn của các nguyên tố của các đối tượng phân tích trong nhiều đối tượng phân tích.

Trong phương pháp này phản ứng hóa học tạo ra hợp chất màu đóng vai tròquan trọng, nó quyết định độ nhạy, độ chính xác, độ chọn lọc và thời gian phân tích

Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích trắc quang là muốn xác địnhmột cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo

độ hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X [3]

Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ năng lượng ánh sáng Lambert-Beer Biểu thức của định luật:

A = lg

0

I I

= ε

LC (1.5)

Trong đó:

I0, I: lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch

L: là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua

Aλ = kε

L(Cx)b (1.7)

Có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng bằng phương pháp trắcquang Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp so màubằng mắt, phương pháp dãy chuẩn nhìn màu… các phương pháp này đơn giản khôngcần máy móc phức tạp nhưng chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần địnhlượng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ngưỡng cho phép của một chất nào đó có đạthay không Các phương pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đườngchuẩn, phương pháp dãy tiêu chuẩn, phương pháp cân bằng, phương pháp thêm,phương pháp vi sai phân tích định lượng bằng trắc quang… có rất nhiều phương phápnhưng tùy theo điều kiện đối tượng cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp Trong

đề tài này, chúng tôi sử dụng phương pháp đường chuẩn để định lượng tím tinh thể

Phương pháp đường chuẩn

Từ phương trình cơ sở A = K.(Cx)b về nguyên tắc, để xây dựng một đườngchuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải pha chế một dung dịchchuẩn có nồng độ hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b=1) Tiếnhành đo độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn đó Từ các giá trị độ hấp thụquang A đo được dựng đồ thị A = f (C), đồ thị A = f(C), gọi là đường chuẩn

Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiệngiống như xây dựng đường chuẩn Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện

như khi xây dựng đường chuẩn (cùng dung dịch so sánh, cùng cuvet, cùng bướcsóng) được giá trị Ax Áp các giá trị đo được vào đường chuẩn sẽ tìm được các giá trịnồng độ C tương ứng [3].

1.4. Giới thiệu về cây sen

Sen là loại cây phân bố rất nhiều ở các vùng nhiệt đới, rất quen thuộc vớingười dân Việt Nam chúng ta

Sen có tên khoa học là Nelumbo nucifera Gaertn hay Nelumbium speciosumWilld, thuộc họ Nelumboaceae, là một trong những loại thực vật hạt trần phát triển rấtsớm trên Trái Đất, có nguồn gốc từ châu Á, xuất phát từ Ấn Độ sau đó lan ra TrungQuốc và vùng Đông Bắc châu Úc [19]

Ở Việt Nam, cây sen được trồng trong ao hồ khắp cả nước, đặc biêt tại các vùngĐồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên (Đồng Bằng Sông Cửu Long), An Giang,Hưng Yên, Bắc Ninh, Hà Nam [19]

Sen là loài thực vật thủy sinh, rễ, thân, cuống lá đều nằm dưới mặt nước, chỉ cóphiến lá nằm ngay trên mặt nước và cuống hoa vươn khỏi mặt nước.

+ Thân rễ (ngó sen) mập, mọc bò dài trong bùn, bén rễ ở những mấu, từ đó mọclên thân và lá

+ Lá hình tròn, vượt lên khỏi mặt nước, đường kính 30-40 cm, màu lục xám,mép nguyên lượn sóng, giữa lá thường trũng xuống, mặt sau đôi khi điểm nhữngđốm màu tía, gân hình khiên, hằn rõ; cuống lá dính vào giữa lá, dài 1 m hay hơn, cónhiều gai cứng nhọn

+ Đài sen dạng hình nón ngược mép lồi lõm, non màu vàng khi già chuyển màuxanh, nhẹ, xốp là bộ phận đế của hoa sen phát triển thành chứa hạt

Hiện nay ở Việt Nam, sau khi thu hoạch hạt thì các bộ phận của cây sen hầu hết

bị thải bỏ, ít được sử dụng Theo thống kê, ước tính nước ta có trên dưới 3000ha diệntích trồng sen với năng suất bình quân 30.000-45.000 đài sen/ha Như vậy, ta thấyhàng năm sau mỗi vụ thu hoạch sẽ có một số lượng rất lớn bộ phận của cây sen bịloại bỏ không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí tài nguyên, mà còn gây ravấn đề vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy Thành phần hóa học của cây senbao gồm các loại alkaloid là: nuciferin, N-nornuciferin, N-norarmepavin vàisoquercitrin…[5] có chứa các nhóm -OH, -NH có khả năng hấp phụ các phẩmnhuộm trong môi trường nước, thêm đặc tính nhẹ, xốp và chứa 40% là xenlulozo,thân sen có khả năng biến tính trở thành vật liệu hấp phụ tốt

1.5. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ tím tinh thể

Những năm gần đây, các nhà khoa học trong và ngoài nước có xu hướngnghiên cứu nhằm tìm ra những vật liệu hấp phụ có chi phí thấp, tận dụng được nhữngphụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp hoặc chất thải để loại bỏ một số hợp chất hữu cơtrong nước như: tím tinh thể, metyl đỏ…Các vật liệu này có ưu điểm là giá thành rẻ,hiệu quả cao và còn giảm thiểu được bùn hóa học, bùn sinh học

Tác giả Karla Aparecida Guimaraes Gusmao cùng cộng sự [14] đã sử dụng vậtliệu bã mía hoạt hóa bằng EDTA đianhidrit để hấp phụ metylen xanh và tím tinh thểcho thấy khả năng hấp phụ tối đa cho metylen xanh và tím tinh thể lần lượt là 202,43mg/g và 327,83 mg/g với thời gian hấp phụ là 30 phút ở pH=5

Tác giả Bruno Christiano Silva Ferreira cùng cộng sự [11] đã sử dụng vật liệu

bã mía đã hoạt hóa thành công bởi axit Meldrum (C₆H₈O₄) bằng cách sử dụng một hệ

thống không dung môi VLHP rất hiệu quả trong việc loại bỏ tím tinh thể ra khỏinước trong điều kiện pH= 7.0; thời gian đạt cân bằng là 12 giờ cho dung lượng hấpphụ cực đại là 692,1 mg/g ở 45 theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir.

Tác giả Sreerag Pius Gopi và cộng sự [13] đã sử dụng Chitin nano whiskersđược chiết suất từ vỏ tôm thông qua các quá trình kiềm hóa, tẩy trắng và xử lí thủyphân bởi axit để loại bỏ tím tinh thể khỏi nước thải cho thấy dung lượng hấp phụ cựcđại là 39,56 mg/g

M Rajeswari Kulkarni cùng cộng sự [16] của mình đã sử dụng rễ bột của lụcbình để khử màu của thuốc nhuộm tím tinh thể Xử lý thuốc nhuộm tối đa đạt được ở

pH = 7.8 và quá trình hấp phụ đã đạt đến trạng thái cân bằng ở 120 phút Khả nănghấp phụ tối đa là 322,58 mg/g

Một số tác giả cũng tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ tím tinh thể trên cácloại vật liệu hấp phụ khác nhau như: rơm lúa mì [12], gỗ mùn cưa [10], vỏ hạt hướngdương [15], than hoạt tính từ vỏ trấu [17], bentonit [9] … kết quả thu được cho thấy khảnăng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với tím tinh thể cho dung lượng hấp phụ cựcđại khá cao

1.6. Một số phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu

1.6.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Phân tích phổ hồng ngoại để xác định được vị trí của vân phổ và cường độ,hình dạng vân phổ Phổ hồng ngoại thường được ghi dưới dạng đường cong sự phụthuộc của phần trăm truyền qua (100I0/I) hoặc độ hấp thụ vào số sóng (cm-1) Sự hấpphụ của các nhóm nguyên tử được thể hiện bởi những vân phổ ứng với các đỉnh phổ

ở các số sóng xác định gọi là tần số

Phổ hồng ngoại có vai trò hết sức quan trọng trong việc phân tích cấu trúcphân tử Dựa vào tần số cường độ để xác định sự tồn tại của các nhóm liên kết trongphân tử sự chuyển dịch của tần số đặc trưng và thay cường độ phản ánh sự tương tácgiữa các nhóm liên kết cạnh nhau trong phan tử Hầu hết các nhóm nguyên tử tronghợp chất hữu cơ thu ở vùng 4000 – 650 cm-1 Vùng phổ từ 4000 – 1500 cm-1 được gọi

là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết các vân hấp phụ 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 – 2400 cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X: O, N, C, S, P); vùng