Ứng Dụng Phương Pháp Phổ Hấp Thụ Nguyên Tử Để Đánh Giá Khả Năng Hấp Phụ Một Số Ion Kim Loại Nặng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐINH XUÂN THÀNH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG BẰNG VẬT LIỆU COMPOZIT PAN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐINH XUÂN THÀNH

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG BẰNG VẬT LIỆU

COMPOZIT PANi – VỎ LẠC

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Bùi Minh Quý

Thái Nguyên - 2017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm

ơn tới T.s Bùi Minh Quý – những người đã truyền cho tôi tri thức cũng như tâm huyết nghiên cứu khoa học, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô khoa hoá học – trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và thời gian

để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn

cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua

Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Đinh Xuân Thành

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Ảnh hưởng của các kim loại nặng 3

1.1.1 Tổng quan ảnh hưởng của các kim loại nặng 3

1.1.2 Tổng quan về mangan 4

1.2 Công nghệ chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở PANi và vỏ lạc 4

1.2.1 Tổng quan chung về PANi 4

1.2.2 Tổng quan về vỏ lạc 8

1.2.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu compozit PANi – PPNN 9

1.3 Đặc điểm quá trình hấp phụ trên vật liệu PANi – PPNN 10

1.3.1 Các khái niệm cơ bản 10

1.3.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 12

1.3.3 Động học hấp phụ 16

1.3.4 Hấp phụ động 20

1.4 Giới thiệu một số vấn đề cơ bản về phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 27

1.4.1 Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 27

1.4.2 Những ưu, nhược điểm của phép đo AAS 29

1.4.3 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS 31

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 32

2.1 Đối tượng nghiên cứu 32

2.2 Hóa chất – Thiết bị, dụng cụ 32

2.2.1 Hóa chất 32

2.2.2 Thiết bị - Dụng cụ 32

2.3 Thực nghiệm 33

2.3.1 Khảo sát về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 33

2.3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (VII) của compozit PANi – vỏ lạc 33

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Đánh giá về phép đo phổ AAS 36

3.1.1 Tổng hợp các điều kiện xác định Mn bằng phép đo phổ AAS 36

3.1.2 Đường chuẩn xác định Mn (VII) 36

3.1.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo AAS 37

3.2 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn (VII) của compozit PANi – vỏ lạc 38

3.2.1 Nghiên cứu hấp phụ tĩnh 38

3.2.2 Nghiên cứu hấp phụ động 48

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Mối tương quan của RL và dạng mô hình [12, 30] 15

Bảng 1.2 Một số mô hình động học bậc 2 19

Bảng 1.3 Độ nhạy của các nguyên tố theo phép đo AAS 30

Bảng 3.1 Các điều kiện đo F-ASS xác định Mn trong nước 36

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn(VII) 36

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc vào pH 38

Bảng 3.4 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc vào thời gian hấp phụ 40

Bảng 3.5 Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 41

Bảng 3.6 Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của ion Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 42

Bảng 3.7 Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của ion Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 43

Bảng 3.8 Các tham số trong mô hình động học bậc 1 và bậc 2 quá trình hấp phụ Mn (VII) của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 45

Bảng 3.9 Hiệu suất giải hấp phụ Mn (VII) trên PANi – vỏ lạc với các dung dịch giải hấp khác nhau 46

Bảng 3.10 Hiệu suất hấp phụ ion Mn (VII) khi sử dụng vật liệu tái hấp phụ PANi – vỏ lạc 47

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ Mn(VII) 48

của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 48

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Mn(VII) 49

của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 49

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ Mn(VII) của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 50

Bảng 3.14 Các tham số và phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng chảy, khối lượng chất hấp phụ và nồng độ Mn(VII) ban đầu theo mô hình Thomas 54

Bảng 3.15 Các tham số và phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng chảy, khối lượng chất hấp phụ và nồng độ Mn(VII) ban đầu theo mô hình Yoon-nelson 54 Bảng 3.16 Các tham số và phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng chảy, khối lượng chất hấp phụ và nồng độ Mn(VII) ban đầu theo mô hình Bohart - adam 55

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát về sự hình thành PANi bằng con đường điện hóa 6

Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp PANi bằng phương pháp hóa học 8

Hình 1.4 Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C [1] 14

Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [1] 14

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (a), đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich (b) [1] 15

Hình 1.6 Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t 17

Hình 1.7 Đường cong thoát của cột hấp phụ [3,4] 21

Hình 1.8 Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C0/Ce)-1] vào t 22

Hình 1.9 Đồ thị sự phụ thuộc In[Ce/(Co-Ce)] vào t 23

Hình 1.10 Máy Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 27

Hình 1.11 Sơ đồ khối thiết bị AAS 28

Hình 2.1 Mô hình cột hấp phụ theo phương pháp hấp phụ động 35

Hình 3.2 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Mn (VII) vào pH của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 39

Hình 3.3 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Mn (VII) theo thời gian của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 40

Hình 3.4 Sư phụ thuộc của dung lượng hấp phụ (a) và hiệu suất hấp phụ (b) vào nồng độ ban đầu Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 41

Hình 3.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Freundlich (b) dạng tuyến tính quá trình hấp phụ Mn (VII) của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 42

Hình 3.6 Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của ion Mn (VII) trên vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 43

Hình 3.7 Phương trình động học hấp phụ Mn (VII) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc 44

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của ln(Cs/Ce) vào Cs của Mn(VII) trên compozit PANi – vỏ lạc ở 30oC 46

Hình 3.9 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Mn (VII) khi sử dụng vật liệu tái hấp phụ PANi – vỏ lạc 47

Hình 3.10 Đường cong thoát của Mn (VII) tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ ban đầu của Mn (VII) Co = 49,396mg/l 48Hình 3.11: Đường cong thoát của Mn (VII) tại các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc

độ dòng chảy Q = 0,5 ml/phút 49Hình 3.12 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến đường cong thoát 50của Mn(VII) , Q = 0,5 ml/phút, C0 = 49,396mg/l 50Hình 3.13 Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ Mn(VII) ban đầu 51

Co = 49,396 mg/l, H = 0,6 cm 51Hình 3.14 Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart – Adam (c) dạng tuyến tính tại các nồng độ ban đầu của Mn(VII), tốc độ dòng chảy Q

= 0,5 ml/phút, pH=6 52Hình 3.15 Phương trình động học Thomas (a), Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c) dạng tuyến tính tại các chiều cao cột hấp phụ khác nhau, nồng độ Mn(VII) ban đầu Co = 49,396 mg/l, Q = 0,5 ml/phút 53Bảng 3.17 Độ dài tầng chuyển khối L 56

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ

VLHP Vật liệu hấp phụ Ce Nồng độ tại thời điểm cân bằng PPNN Phụ phẩm nông nghiệp C Nồng độ tại thời điểm t

TLTK Tài liệu tham khảo Ct Nồng độ sau tái hấp thụ

T Thời gian

H Hiệu suất hấp phụ

Q Dung lượng hấp phụ

qe Dung lượng hấp phụ cân bằng

qmax Dung lượng hấp phụ cực đại

1

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường bởi kim loại nặng do các hoạt động công nghiệp và phi công nghiệp của con người là một trong những vấn đề hiện hữu đối với tất cả các quốc gia trên thế giới Hàng ngày, các chất thải từ nhiều nguồn khác nhau thải ra môi trường là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới hệ sinh thái và cuộc sống của con người

Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi trường như: phương pháp cơ học, phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, …), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học… Trong đó phương pháp hấp phụ là một phương pháp được sử dụng phổ biến bởi nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác [4, 5]

Polyanilin là một trong những polyme dẫn được các nhà khoa học trên thế giới ngày càng quan tâm nghiên cứu nhiều hơn về khả năng ứng dụng của vật liệu

đó Đây là vật liệu được xem như vật liệu lý tưởng vì dẫn điện tốt, bền nhiệt, dễ tổng hợp lại thân thiện với môi trường [30] Polyanilin (PANi) cũng đã được biến tính, lai ghép với nhiều vật liệu vô cơ, hữu cơ thành dạng compozit nhằm làm tăng khả năng ứng dụng của nó trong thực tế Một trong những vật liệu sử dụng để lai ghép với PANi đang được các nhà khoa học quan tâm là các phụ phẩm nông nghiệp (PPNN) [19, 27, 28, 30 – 32] Hướng nghiên cứu này còn có nhiều ưu điểm là tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, phù hợp với đặc điểm kinh tế Việt Nam là một nước nông nghiệp Tuy nhiên ở Việt Nam, hướng nghiên cứu này là mới và còn ít được khai thác Loại vật liệu compozit này đã và đang được thế giới quan tâm nghiên cứu, đặc biệt là xem xét đến khả năng ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại nặng

Mangan là một trong những nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng và cũng là nguyên tố vi lượng cơ bản của sự sống, giữ nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như: tác động đến sự hô hấp tế bào, sự phát triển xương, chuyển hóa gluxit và hoạt động của não Mặc dù không gây ra các tác động trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng nếu tiếp xúc, ăn uống, sử dụng nguồn nước có nhiễm mangan trong thời gian dài cũng để lại những hậu quả xấu, đặc biệt là đối với hệ thần kinh Vì vậy, nếu có thể, con người nên lựa chọn cho mình giải pháp để có thể sử dụng nguồn nước sạch

2

và an toàn, để bảo vệ sức khỏe thay vì vẫn sử dụng nguồn nước lẫn nhiều tạp chất như hiện nay

Xuất phát từ vấn đề nêu trên, tôi chọn đề tài: “Ứng dụng phương pháp phổ

hấp thụ nguyên tử để đánh giá khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng bằng vật liệu compozit PANi – vỏ lạc."

Nội dung chính của luận văn:

- Đánh giá phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

- Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại Mn (VII) của vật liệu compozit PANi – vỏ lạc theo các yếu tố: thời gian, pH, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ

- Khảo sát động học hấp phụ và cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich

- Khảo sát khả năng giải hấp phụ và tái sử dụng chất hấp phụ

- Nghiên cứu hấp phụ động thông qua các yếu tố: thời gian, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ, từ đó nghiên cứu một số mô hình hấp phụ động của Mn (VII) trên compozit PANi – vỏ lạc

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Ảnh hưởng của các kim loại nặng

1.1.1 Tổng quan ảnh hưởng của các kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 và thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự

do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng ion do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm

Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsen, cadimi, nickeN… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magie, coban, mangan, molybdi và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật [3,6]

Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nicken, chì, arsen, cadimi, nhôm, platin và đồng ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng

sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc [6] Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua:

- Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân

- Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuỗi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

- Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng

0.1-10 mg/l

4

1.1.2 Tổng quan về mangan

Mangan, là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Mn và số nguyên tử 25 Nó được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hợp với sắt), và trong một số loại khoáng vật Ở dạng nguyên tố tự do, mangan là kim loại

quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ

Mangan tồn tại trong tự nhiên rất nhiều và có thể nói, dạng tồn tại trong nước của chúng là ít gây hậu quả nhất Tuy nhiên sử dụng nguồn nước chứa mangan lâu ngày cũng gây ra nhiều hậu quả không tốt cho sức khỏe con người

Mn không có khả năng gây đột biến cũng như hình thành các bệnh nguy hiểm như ung thư, cũng không ảnh hưởng đến sinh sản…nhưng nó có liên quan mật thiết đến hệ thần kinh, gây ra các độc tố hình thành hội chứng manganism với các triệu chứng gần như tương tự bệnh Parkinson Nếu lượng Mn hấp thu vào cơ thể cao có thể gây độc với phổi, hệ thần kinh, thận và tim mạch Khi hít phải Mangan với lượng lớn

có thể gây hội chứng nhiễm độc ở động vật, gây tổn thương thần kinh

Mn đặc biệt có hại cho trẻ bởi cơ thể trẻ em dễ dàng hấp thụ được rất nhiều

Mg trong khi tiết thải ra ngoài thì rất ít Điều đó dẫn đến sự tích tụ Mn trong cơ thể trẻ, gây ra các hậu quả nghiêm trọng Vì vậy, các chuyên gia y tế khuyến cáo phụ

nữ đang mang thai và trẻ em tuyệt đối tránh tiếp xúc và sử dụng nguồn nước nhiễm

Mn Sử dụng nguồn nước bị nhiễm Mangan trong thời gian dài, nhiễm độc mangan

từ nước uống làm giảm khả năng ngôn ngữ, giảm trí nhớ, giảm khả năng vận động liên quan đến tay và chuyển động của mắt, nếu nhiễm độc mangan lâu ngày có thể dẫn đến triệu chứng thần kinh không bình thường như dáng đi và ngôn ngữ bất thường Với khả năng không gây ung thư ở người nhưng Mangan vẫn có tác động xấu tới cơ thể con người chúng ta [6]

1.2 Công nghệ chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở PANi và vỏ lạc

1.2.1 Tổng quan chung về PANi

PANi là một trong số nhiều loại polyme dẫn điện và có tính chất dẫn điện tương tự với một số kim loại [2, 6, 29] PANi là vật liệu đang được cả thế giới quan tâm do có khả năng ứng dụng lớn, nguồn nhiên liệu rẻ tiền, dễ tổng hợp Ngoài ra, PANi còn có khả năng chịu nhiệt độ cao, bền cơ học, tồn tại ở nhiều trạng thái oxy hóa – khử khác nhau và đặc biệt là khả năng điện hóa rất cao Người ta có thể nâng cao tính năng của PANi nhờ sử dụng kĩ thuật cài các chất vô cơ hay hữu cơ

5

1.2.1.1 Cấu trúc phân tử PANi

PANi là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác Dạng tổng quát của PANi gồm 2 nhóm cấu trúc [27, 29]:

Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (PB – màu xanh thẫm)

Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (LB – màu vàng)

Khi a = b, ở trạng thái Emeradin (EB – màu xanh)

Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tương tự quá trình oxi hóa, quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần Trong quá trình tổng hợp PANi người ta còn quan sát được các màu sắc khác nhau tương ứng với cấu trúc khác nhau của PANi

1.2.1.2 Phương pháp tổng hợp PANi

PANi được tổng hợp theo 2 phương pháp là phương pháp hóa học và phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa

Quá trình điện hóa kết tủa polyme bao gồm cả khơi mào và phát triển mạch xảy ra trên bề mặt điện cực Ta có thể điều chỉnh các thông số đặc biệt của quá trình trùng hợp điện hóa và tạo ra sản phẩm polyme có tính chất cơ lý, điện, quang tốt

Các phương pháp điện hóa thường dùng để tổng hợp PANi như dòng tĩnh, thế tĩnh, quét tuần hoàn, xung dòng, xung thế Cho tới nay cơ chế tổng hợp PANi nói riêng và polyme dẫn nói chung chưa được lý giải một cách thuyết phục Tuy

a, b = 0, 1, 2, 3, 4, 5, …

6

nhiên về mặt tổng thể cơ chế polyme hóa điện hóa PANi được mô tả gồm các giai đoạn trung gian chính:

- Khuếch tán và hấp phụ anilin

- Oxi hóa anilin

- Hình thành polyme trên bề mặt điện cực

- Ổn định màng polyme

- Oxi hóa khử bản thân màng polyme

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát về sự hình thành PANi bằng con đường điện hóa

Theo cơ chế trên thì có 2 giai đoạn liên quan trực tiếp đến phản ứng là giai đoạn khuếch tán và giai đoạn hấp phụ đều phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ monome

và giai đoạn oxi hóa anilin cũng như vào sự phân cực điện hóa Cả nồng độ

7

monome và mật độ dòng đều có ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ và hiệu suất polyme hóa Ngoài hai yếu tố trên thì tính chất polyme còn phụ thuộc vào dung dịch điện ly, nhiệt độ, thời gian, pH, vật liệu làm điện cực nghiên cứu

Phương pháp điện hóa có thể gồm 3 loại phản ứng:

- Phản ứng điện hóa tạo ra các cation, radical oligome hòa tan

- Phản ứng hóa học trong dung dịch dime hóa và tạo ra các oligom hòa tan

có trọng lượng phân tử lớn hơn

- Phản ứng điện hóa phát triển mạch polyme

Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu dạng bột với lượng lớn Người ta thường sử dụng amoni pesunfat làm chất oxi hóa trong quá trình tổng hợp PANi và nhờ nó mà có thể tạo ra polyme có khối lượng phân tử lớn

và độ dẫn điện tối ưu hơn so với các chất oxi hóa khác Phản ứng trùng hợp anilin xảy ra trong môi trường axit (H2SO4, HCl, HClO4, …) hay môi trường có hoạt chất oxi hóa như các tetrafluoroborat khác nhau (NaBF4, NO2BF4, Et4NBF4) Tác nhân oxi hóa, bản chất của môi trường điện ly và nồng độ của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất lý hóa của PANi

Quá trình tạo PANi bắt đầu cùng với quá trình tạo gốc cation anilinium, đây

là giai đoạn quyết định tốc độ của quá trình Hai gốc cation kết hợp lại để tạo ra N – phenyl – 1,4 – phenylendiamine hoặc gốc không mang điện sẽ kết hợp với gốc cation anilinium tạo thành dạng trime, trime này dễ dàng bị oxi hóa thành một gốc cation mới và lại dễ dàng kết hợp với một gốc cation anilinium khác để tạo thành dạng tetrame Phản ứng chuỗi xảy ra liên tiếp cho đến khi tạo thành polyme có khối lượng phân tử lớn Bản chất của phản ứng polyme hóa này là tự xúc tác [2, 29].

Lạc là cây họ đậu được trồng có diện tích lớn nhất với diện tích gieo trồng khoảng 20 ÷ 21 triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25 ÷ 26 triệu tấn Ở Việt Nam lạc được trồng rộng rãi và phổ biến khắp cả nước

Thành phần chính của vỏ lạc là gluxit gồm: Xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin và một số hợp chất khác Sự kết hợp giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ được gọi là holoxenlulozơ có chứa nhiều nhóm –OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hidro

9

Xenlulozơ là polysaccarit cao phân tử do có các mắt xích  - glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4 – glycozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn khoảng từ 250000 ÷ 1000000 đ.v.C Trong mỗi phân tử xenlulozơ

có khoảng 1000 ÷ 15000 mắt xích glucozơ [12] Trong các xenlulozơ có sẵn các nhóm chức hidroxyl (–OH), hemixenlulozơ và cấu trúc lignin được coi như những nhóm chức tiềm năng cho việc sử dụng vỏ trấu làm vật liệu hấp phụ

Hemixenlulozơ là polysaccarit phức hợp còn gọi là copolyme, vì trong mạch

đại phân tử tồn tại nhiều loại mắt xích saccarit khác nhau Khi bị thủy phân đến cùng, hemixenlulozơ tạo ra các monosaccarit như hexazo (D – glucozơ, D – mannozơ, D – galactozơ), pentozơ (D – xylozơ, L – arabinozơ), cũng như dẫn xuất của saccarit như metoxyuronic Ngoài ra còn thu được axit axetic [12]

Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan C6C3 Lignin giữ vai trò kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ Lignin phần lớn có cấu tạo không gian, do đó, không hòa tan trước khi bị phân hủy [12]

Các polyme này dễ biến tính và có tính hấp phụ hoặc trao đổi ion cao Các nghiên cứu cho thấy chúng có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và các thành phần polyme như xenlulozơ, hemixenlulozơ, pectin, lignin và protein Các polyme này có thể hấp phụ nhiều loại chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai Các hợp chất polyphenol như tanin, lignin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng Các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng Các nhóm hydroxyl trên xenlulozơ cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion do liên kết –OH phân cực chưa đủ mạnh tạo ra liên kết yếu [12]

1.2.3 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu compozit PANi – PPNN

Theo các công trình đã công bố, vật liệu compozit lai ghép giữa PANi và PPNN làm chất hấp phụ có thể tổng hợp bằng phương pháp hóa học theo hai cách: trực tiếp và gián tiếp PPNN được nghiên cứu trong đề tài này là vỏ lạc

Tổng hợp trực tiếp:

Phương pháp này được polyme hóa trực tiếp lên vỏ lạc với sự có mặt của chất oxi hóa như KIO3 [12], (NH4)2S2O8 [12], K2Cr2O7 [12] dưới điều kiện có

10

khuấy ở nhiệt độ thấp (≤ nhiệt độ phòng) Sau khi lọc rửa và xử lý sạch monome bằng tráng axeton, sản phẩm được sấy ở nhiệt độ 40 ÷ 600C trong vòng vài giờ Các tác giả đã chứng minh compozit thu được có diện tích bề mặt riêng lớn hơn so với vật liệu PANi riêng rẽ [12], đó cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến khả năng hấp phụ kim loại nặng được cải thiện

Tổng hợp gián tiếp:

Phương pháp gián tiếp hay còn gọi là phương pháp tẩm được tiến hành qua 2 bước Bước đầu tiên, PANi dạng bột được tổng hợp riêng rẽ bằng phương pháp hóa học [30], sau đó được hòa tan trong dung dịch axit focmic (1%) thành dạng dung dịch Bước tiếp theo là vỏ lạc được tẩm trong dung dịch PANi trong 2 giờ ở nhiệt

độ phòng để thành dạng compozit với PANi tồn tại ở dạng muối hoặc ở dạng trung hòa nếu ngâm trong NaOH 0,5M trong vòng 2 giờ [12, 19, 27]

1.3 Đặc điểm quá trình hấp phụ trên vật liệu PANi – PPNN

1.3.1 Các khái niệm cơ bản

Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ [4,

5, 10, 11, 14]

Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta có thể chia hấp phụ thành 2 loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý:

Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân

tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực Van-der-Walls yếu Đó là tổng hợp của nhiều loại lực khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng 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 tạo thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Do vậy, trong quá trình hấp phụ vật lý không có sự biến đổi đáng kể cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn, năng

11

lượng tương tác thường ít khi vượt quá 10 kcal/mol, phần nhiều từ 3 ÷ 5 kcal/mol

và năng lượng hoạt hóa không vượt quá 1 kcal/mol [4, 5]

Hấp phụ hóa học:

Xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoá học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học tương đương với nhiệt phản ứng hóa học và có thể đạt tới giá trị 100 kcal/mol Cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều có sự biến đổi sâu sắc, tạo thành liên kết hóa học

Trong thực tế, sự phân biệt hấp thụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [4, 5, 11, 14]

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 [4, 5, 11, 14]

Hiệu suất giải hấp phụ:

Hiệu suất giải hấp phụ (H) là tỉ số giữa nồng độ dung dịch sau khi giải hấp phụ (Ci) và nồng độ dung dịch trước khi bị hấp phụ (C)

.100%

i o

C H C

Hiệu suất hấp phụ (H) là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ (C) và nồng

độ dung dịch ban đầu C0 [12, 27, 29]

.100%

o o

Ở nhiệt độ không đổi (T = const), 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 [4, 5, 10, 11, 14]

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 hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…

Người ta còn có thể sử dụng nhiều các dạng phương trình đẳng nhiệt khác nhau để mô tả cân bằng hấp phụ như: Dubinin, Frumkin, Tempkin tùy thuộc vào bản chất của hệ và các điều kiện tiến hành quá trình hấp phụ

Khóa luận này sẽ nghiên cứu cân bằng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (VLHP) đối với ion kim loại Mn (VII) trong môi trường nước theo mô hình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich

13

1.3.2.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Khi thiết lập phương trình hấp phụ [4, 5, 10, 11, 14], Langmuir đã xuất phát

từ các giả thuyết sau:

- 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 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 Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ khí rắn, nhưng cũng

có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước để phân tích các số liệu thực nghiệm Trong pha lỏng phương trình có dạng:

max

1

L L

q: Dung lượng hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/l đơn vị chất hấp phụ)

qmax: Dung lượng hấp phụ tối đa của chất hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ /l đơn vị chất hấp phụ)

C: Nồng độ dung dịch hấp phụ

Phương trình (1.5) có thể viết dưới dạng:

max 1

L

C

q q

C K





(1.6)

sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm, do vậy đây là cơ sở để lựa chọn chất hấp phụ thích hợp cho hệ hấp phụ [18, 24]

1.3.2.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Khi nghiên cứu về khả năng hấp phụ trong pha lỏng, trong trường hợp chất hấp phụ có lỗ xốp, Freundlich thiết lập được phương trình đẳng nhiệt trên cơ sở số liệu thực nghiệm [4, 5, 10, 11, 14]

q = KF.Cl/n (1.10)

Trong đó:

KF là hằng số hấp phụ Freundlich Nếu C = 1 đơn vị thì a = KF tức là KF chính là dung lượng hấp phụ tại C = 1, vậy nó là đại lượng có thể dùng để đặc trưng cho khả năng hấp phụ của hệ, giá trị KF lớn đồng nghĩa với hệ có khả năng hấp phụ cao

Hình 1.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (a), đồ thị để tìm các

hằng số trong phương trình Freundlich (b) [1]

16

l/n (n > 1) là bậc mũ của C luôn nhỏ hơn 1, l/n đặc trưng định tính cho bản chất lực tương tác của hệ, nếu l/n nhỏ (n lớn) thì hấp phụ thiên về dạng hóa học và ngược lại, nếu l/n lớn (n nhỏ) thì bản chất lực hấp phụ thiên về dạng vật lý, lực hấp phụ yếu

Với hệ hấp phụ lỏng – rắn, n có giá trị nằm trong khoảng từ 1 ÷ 10 thể hiện

sự thuận lợi của mô hình [12] Như vậy, n cũng là một trong các giá trị đánh giá được sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm

Vì l/n luôn nhỏ hơn 1 nên đường biểu diễn của phương trình (1.9) là một nhánh của đường parabol, và được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich (hình 1.5, a)

Để xác định các hằng số trong phương trình Freundlich, người ta cũng sử dụng phương pháp đồ thị (hình 1.5, b) Phương trình Freundlich có thể viết dưới dạng:

k1: Hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình động học bậc 1 (thời gian-1)

qe, qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g)

Áp dụng điều kiện biên tại thời điểm t = 0 và qt = 0, phương trình (1.11) trở thành:

Hình 1.6 Đồ thị sự phụ thuộc của lg(q e – q t ) vào t

Phương trình (1.12) được gọi là phương trình động học bậc 1 [12, 23] Ngay

từ khi công bố, phương trình đã sớm được áp dụng cho quá trình hấp phụ của triaxetat xenlulozơ từ clorofom trên canxi silicat [23] Trong suốt 4 thập kỉ tiếp theo

k2: Hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình giả động học bậc 2 (g/mg.thời gian)

qe, qt: Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g)

Áp dụng điều kiện biên cho bài toán tại t = 0 và qt = 0, phương trình (1.16)

có thể viết dưới dạng:

2 2 2

1

e t

e

q k t q

 [12]

Nếu coi quá trình hấp phụ tuân theo mô hình giả động học bậc 2 thì năng lượng hoạt động quá trình hấp phụ có thể được xác định theo công thức [18]:

k2 = k0 exp (- Ea/RT) (1.22) Trong đó: k2: Hằng số cân bằng hấp phụ (g/mg.phút)

k0: Hằng số tốc độ đầu

Ea: Năng lượng hoạt hóa (kJ/mol)

R: Hằng số khí

T: Nhiệt độ tuyệt đối (K)

Trong phương trình (1.22) k0 có thể được thay bằng h và ta có:

k2 = h exp(- Ea/RT) (1.23)

Do đó: Ea = RT (ln h – ln k2) (1.24)

Giá trị năng lượng hoạt hóa sẽ cho biết tính chất của hệ hấp phụ [18]:

- Nếu Ea = 5 ÷ 25 kJ/mol hấp phụ giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là hấp phụ vật lý; Ea < 21 kJ/mol là sự khuếch tán ngoài; Ea = 21 ÷ 40 kJ/mol là khuếch tán trong

Ce: nồng độ cân bằng trong dung dịch (mmol/ml)

Cs: nồng độ pha rắn tại thời điểm cân bằng (mmol/g)

Kỹ thuật liên tục hay còn gọi là kỹ thuật dòng với phương thức thực hiện là nguyên liệu được liên tục đưa vào cột hấp phụ và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Kỹ thuật liên tục còn gọi là phương pháp hấp phụ động

Hấp phụ động là kỹ thuật có nhiều ưu điểm trong thực tiễn ứng dụng, tuy vậy việc thiết kế đúng một hệ hấp phụ khá phức tạp, trong nhiều trường hợp cần phải tiến hành nghiên cứu dạng pilot trước khi thiết kế hệ hoạt động sản xuất

Một thiết bị chứa chất bị hấp phụ gọi là cột hấp phụ Một dòng chất (lỏng, khí) chứa chất bị hấp phụ được đưa liên tục vào cột Chất bị hấp phụ được giữ lại trong cột và chỉ xuất hiện ở phía đầu ra khỏi cột khi chất hấp phụ đã bão hòa dung

21

lượng Nếu theo dõi sự biến đổi của nồng độ chất hấp phụ theo thời gian, tức là theo

dõi dải nồng độ theo thời gian (t  L C) sẽ nhận được đường cong thoát (hình 1.7)

Hình 1.7 Đường cong thoát của cột hấp phụ [3,4]

Mục tiêu thực tiễn của nghiên cứu động lực hấp phụ là xác định (thiết kế) được thời gian hoạt động của một cột hấp phụ từ các số liệu thực nghiệm, đánh giá

sự hao hụt dung lượng hấp phụ khi sử dụng phương pháp dòng chảy

Dựa vào mối quan hệ giữa nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (C0)

và tại thời điểm t (Ct) vào thời gian, người ta đã đưa ra một số mô hình hấp phụ cho hệ hấp phụ động, như: Mô hình Clack, Thomas, Bohart – Adams; Yoon – Nelson, Wang, Wolborska Dưới đây là một số mô hình động học hấp phụ của hệ hấp phụ động

Vùng bão hòa Vùng hấp phụ Vùng vật liệu compozit sạch

Đường cong hoạt động

Hấp phụ hoàn toàn

Giới hạn hoạt động

22

1.3.4.1 Mô hình Thomas

Mô hình Thomas dựa trên giả thiết cho rằng quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc hai và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; đồng thời Thomas cũng bỏ qua quá trình chuyển khối bên trong và bên ngoài của chất hấp phụ Do đó tốc độ quá trình khuếch tán được quyết định bởi phản ứng trên bề mặt giữa chất bị hấp phụ và dung lượng chưa bị sử dụng của chất hấp phụ [32] Phương trình có dạng như sau [31-35]:

C0,Ce: nồng độ đầu vào vào đầu ra của dung dịch hấp phụ (mg/l)

q0: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

m: khối lượng chất hấp phụ (g) Q: Tốc độ dòng chảy (ml/phút)

V: lượng thể tích chảy qua cột hấp phụ (ml) KT: Hằng số tốc độ Thomas (ml/phút/mg)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln (C0/Ct – 1) vào V (theo

phương trình 1.27) hoặc ln (C0/Ct – 1) vào t (theo phương trình 1.28), ta sẽ xác định

được các hệ số trong phương trình

Hình 1.8 Đồ thị sự phụ thuộc ln[(C0/Ce)-1] vào t

ln (C 0 /C e -1)

23

1.3.4.2 Mô hình Yoon – Nelson

Mô hình này dựa trên giả thiết cho rằng độ giảm tốc độ của quá trình hấp phụ

tỉ lệ với tỉ số giữa nồng độ sau khi hấp phụ và nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ [31] Phương trình Yoon-Nelson [31-35] có dạng:

τ: Thời gian để hấp phụ 50% chất bị hấp phụ (phút) t: Thời gian (phút)

Hình 1.9 Đồ thị sự phụ thuộc In[Ce/(Co-Ce)] vào t

Mô hình Yoon – Nelson không chỉ đơn giản hơn các mô hình khác mà các tham số trong mô hình cũng không đòi hỏi chi tiết về các tính chất của chất hấp phụ

và chất bị hấp phụ, cũng như các tham số của mô hình hấp phụ dạng tĩnh

Từ phương trình (1.30), xây dựng đồ thị phụ thuộc của ln [Ce/(C0 - Ce)] vào

t ta xác định được các hệ số trong phương trình động học Yoon – Nelson (hình 1.9)

24

1.3.4.3 Mô hình Bohart – Adam (B - A)

Mô hình Bohart – dam được xây dựng dựa trên giả thiết tốc độ hấp phụ tỉ

lệ với nồng độ thoát của chất bị hấp phụ và dung lượng hấp phụ còn lại của chất hấp phụ (residue adsorptive capacity) [32,34] Phương trình có dạng:

(1.31)

(1.32) Trong đó:

qr: dung lượng hấp phụ còn lại của chất hấp phụ (mg/g)

KB: Hệ số động học trong phương trình Bohart – Adam (l/mg.phút)

q t

q C z

25

Hay:

(1.36)

(1.37) Trong đó: No: Nồng độ bão hòa của chất bị hấp phụ (mg/l)

Biểu thức (1.35) chính là thời gian hoạt động của cột hấp phụ, trong đó số hạng đầu tiên chính là dung lượng tĩnh của hệ hấp phụ, số hạng thứ hai là sự hao hụt dung lượng hấp phụ trong điều kiện động

Biểu thức (1.36) và (1.37) là phương trình Bohart – Adam dạng tuyến tính

Mô hình Bohart – Adam (B-A) bao gồm các tham số quan trọng của hệ hấp phụ như Co, Q, N0, H; và từ đó có thể tính toán gần đúng ảnh hưởng của mỗi tham

số trong mô hình

Mô hình B-A đã thành công trong việc dự đoán dạng đường cong thoát và tối

ưu hóa các tham số, mặc dầu đó là mối quan hệ “thô”

Các tham số N0 và KB trong phương trình B-A có thể xác định khi xây dựng

phương trình sự phụ thuộc của ln[(Co/C)-1] vào t hoặc ln(C/C 0 ) vào t Từ đó tiên

đoán được hiệu suất hấp phụ tại các điều kiện khác nhau dựa trên phương trình (1.34) Việc áp dụng mô hình thời gian hoạt động cũng giống như mô hình B-A, sau khi xác định các điều kiện về nồng độ của chất lỏng, N0 và KB cũng được xác định dựa trên đồ thị dạng đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của t vào H Từ đó, dự đoán được mối quan hệ của sự hấp phụ vào các điều kiện nghiên cứu Tuy nhiên, vì

N0 và KB không phải là hằng số khi các tham số khác thay đổi, điều này có thể dẫn đến việc các dự đoán của mô hình sẽ không thỏa mãn Đặc biệt, tại thời điểm nồng

độ ban đầu giảm 50%, hay C0/C = 0,5 và t = t1/2, phương trình (1.35) trở thành:

(1.38)

Do đó, N0 có thể tính được bằng phương trình phụ thuộc của t1/2 vào H

26

Bằng cách thay vào (1.35) ở dạng phù hợp hay các tham số riêng, mô hình thời gian hoạt động thường được áp dụng như một công cụ mạnh mẽ để xác định điều kiện hoạt động tối ưu

Dựa vào mô hình B-A, ta xác định được độ dài tầng chuyển khối L và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ 

Trong đó: tb: Thời gian tại Ce=2%.Co (phút)

ts: Thời gian tại Ce=90%.Co (phút)

L: Độ dài tầng chuyển khối (cm)

om) (1.44)

(1.39)(1.40)