Nghiên cứu khả năng hấp phụ mn ii fe iii của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây sen và thử nghiệm xử lý môi trường

Không chỉ mang ý nghĩa tinh thần, cây sen còn mang lại các giá trị kinh tế cho người dân như: lá sen, hạt sen, ngó sen dùng để chế biến thành thực phẩm hay thuốc đông y…Tuy nhiên sau mỗi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––––

VI THỊ LINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Mn(II), Fe(III) CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ CÂY SEN

VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––––

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Vũ Thị Hậu

THÁI NGUYÊN - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II), Fe(III)

của vật liệu hấp phụ chế tạo từ cây sen và thử nghiệm xử lý môi trường” là do

bản thân tôi thực hiện Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn

Vi Thị Linh

Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu

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

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên,tháng 9 năm 2018

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 3

1.2 Giới thiệu chung về ion kim loại nặng 3

1.2.1 Sơ lược về kim loại nặng 3

1.2.2 Giới thiệu về mangan và tác dụng sinh hóa của mangan 4

1.2.3 Giới thiệu về sắt và tác dụng sinh hóa của sắt 4

1.2.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp 5

1.3 Một số phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng 5

1.3.1 Phương pháp kết tủa 5

1.3.2 Phương pháp trao đổi ion 5

1.3.3 Phương pháp hấp phụ 6

1.3.4 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 6

1.4 Giới thiệu về than 12

1.5 Hấp phụ trong môi trường nước 14

1.5.1 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước 14

1.5.2 Đặc điểm của sự hấp phụ trong môi trường nước 14

1.6 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 15

1.6.1 Nguyên tắc 15

1.6.2 Phương pháp đường chuẩn 17

1.7 Giới thiệu về cây sen 17

1.8 Một số phương pháp đặc trưng vật liệu 18

1.8.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 18

1.8.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET) 19

1.8.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 19

1.8.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng (EDX) 20

Chương 2: THỰC NGHIỆM 24

2.1 Thiết bị và hóa chất 24

2.1.1 Thiết bị 24

2.1.2 Hóa chất 24

2.1.3 Pha chế các dung dịch 24

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen 25

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 25

2.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen 25

2.3 Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của TS chế tạo được 25

2.4 Xác định điểm đẳng điện của TS 26

2.5 Xác định chỉ số hấp phụ iot của TS 26

2.6 Xây dựng đường chuẩn xác định Mn(II) và Fe(III) 27

2.6.1 Xây dựng đường chuẩn Mn(II) 27

2.6.2 Xây dựng đường chuẩn Fe(III) 27

2.7 So sánh khả năng hấp phụ của NL và TS chế tạo được 28

2.8 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Mn(II), Fe(III) của TS theo phương pháp hấp phụ tĩnh 28

2.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 28

2.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 28

2.8.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng 28

2.8.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 29

2.8.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 29

2.9 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Mn(II), Fe(III) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 29

2.9.1 Chuẩn bị cột hấp phụ 29

2.9.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 30

2.9.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất giải hấp 30

2.10 Xử lý mẫu nước thải chứa Mn(II), Fe(III) theo phương pháp tĩnh 30

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Kết quả nghiên cứu một số đặc trưng hóa lí của TS chế tạo được 32

3.1.1 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 32

3.1.2 Diện tích bề mặt riêng 32

3.1.3 Phổ hồng ngoại IR 32

3.1.4 Xác định thành phần hóa học của TS 36

3.2 Điểm đẳng điện của TS 36

3.3 Chỉ số hấp phụ iot của TS 37

3.4 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Mn(II) và Fe(III) 38

3.4.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn Mn(II) 38

3.4.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn Fe(III) 39

3.5 Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của NL và TS 40

3.6 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Mn(II) và Fe(III) của TS 40

3.6.1 Ảnh hưởng của pH 40

3.6.2 Ảnh hưởng của thời gian 43

3.6.3 Ảnh hưởng của khối lượng 45

3.6.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 47

3.7 Nhiệt động lực học hấp phụ Mn(II), Fe(III) của TS 49

3.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 50

3.8 Kết quả khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Mn(II), Fe(III) theo phương pháp hấp phụ động đối với TS 53

3.8.1 Ảnh hưởng của tốc độ dòng 53

3.8.2 Kết quả giải hấp thu hồi Mn(II), Fe(III) 56

3.9 Kết quả xử lý nước thải chứa Mn(II), Fe(III) theo phương pháp hấp phụ tĩnh 59

KẾT LUẬN 60

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

5 Phổ tán sắc năng lượng Energy Dispersive X-ray Spectroscopy EDX

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại trong nước thải

công nghiệp 5

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của TS 36

Bảng 3.2 Kết quả xác định điểm đẳng điện của TS 36

Bảng 3.3 Kết quả xác định chỉ số iot của TS 37

Bảng 3.4 Kết quả xây dựng đường chuẩn Mn(II) 38

Bảng 3.5 Kết quả xây dựng đường chuẩn Fe(III) 39

Bảng 3.6 Kết quả so sánh khả năng hấp phụ của NL và TS 40

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của TS 41

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của TS 43

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của TS 45

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của TS 47

Bảng 3.11 Các thông số nhiệt động đối với quá trình hấp phụ Mn(II), Fe(III) của TS 49

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của TS 50

Bảng 3.13 Dung lượng hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b 52

Bảng 3.14 Khả năng hấp phụ Mn(II) của một số than hoạt tính chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp 53

Bảng 3.15 Nồng độ Mn(II), Fe(III) thoát ra khỏi cột hấp phụ ứng với các tốc độ dòng khác nhau 54

Bảng 3.16 Kết quả giải hấp Mn(II) bằng EDTA có nồng độ khác nhau 56

Bảng 3.17 Hiệu suất giải hấp Mn(II) ứng với nồng độ EDTA khác nhau 57

Bảng 3.18 Kết quả giải hấp Fe(III) bằng HNO3 có nồng độ khác nhau 58

Bảng 3.19 Hiệu suất giải hấp Fe(III) ứng với nồng độ axit HNO3 khác nhau 58

Bảng 3.20 Kết quả xử lý nước thải chứa Mn(II), Fe(III) 59

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 10

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb 10

Hình 1.3 Mô hình cột hấp phụ 11

Hình 1.4 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian 12

Hình 1.5 Hình ảnh hoa sen 18

Hình 3.1a Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu 32

Hình 3.1b Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của TS 32

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại IR của nguyên liệu 34

Hình 3.3 Phổ hồng ngoại IR của Than sen 35

Hình 3.4 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của TS 37

Hình 3.5 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ iot của TS 38

Hình 3.6 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Mn(II) 39

Hình 3.7 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) 39

Hình 3.8 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của NL và TS 40

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Mn(II) của TS 41

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ Fe(III) của TS 42

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ Mn(II) của TS 44

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ Fe(III) của TS 44

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng TS đến hiệu suất hấp phụ Mn(II) 46

Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng TS đến hiệu suất hấp phụ Fe(III) 46

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ Mn(II) 48

Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ

Fe(III) 48

Hình 3.17a Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKc vào 1/T của Mn(II) 49

Hình 3.17b Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKc vào 1/T của Fe(III) 49

Hình 3.18 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của Mn(II) 51

Hình 3.19 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu của Fe(III) 51

Hình 3.20 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TS đối với Mn(II) 51

Hình 3.21 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Mn(II) 51

Hình 3.22 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TS đối với Fe(III) 52

Hình 3.23 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Fe(III) 52

Hình 3.24 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Mn(II) 55

Hình 3.25 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Fe(III) 55

Hình 3.26 Ảnh hưởng của nồng độ EDTA đến khả năng giải hấp Mn(II) 57

Hình 3.27 Ảnh hưởng của nồng độ axit đến khả năng giải hấp Fe(III) 59

MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta đang trên đà phát triển mạnh

mẽ, không những ở thành thị mà cả ở nông thôn Những khu công nghiệp, cụm điểm công nghiệp ngày càng nhiều, những khu đô thị mới hiện đại mọc lên, sản xuất hàng hóa, chế biến nông sản, thực phẩm ngày càng trở nên sôi động Quá trình này đã đem lại những thành tựu to lớn cho đất nước, song kéo theo đó là vấn đề môi trường tự nhiên bị ô nhiễm nặng, gây tác động xấu đến sản xuất và đời sống con người

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng đối với đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người Tuy nhiên với tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hoá phát triển cùng

sự gia tăng dân số cũng là nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng Ở nước ta hiện nay, nước thải ở một số khu công nghiệp chỉ được xử lý sơ bộ, thậm chí chưa qua xử lý đã được thải ra môi trường Trong nước thải có chứa nhiều các chất độc hại là các chất hữu cơ hay các ion kim loại nặng như: Mn(II), Pb(II), Fe(III), Ni(II)…Khi nồng độ của các ion này vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người Vì Vậy việc tìm ra các biện pháp xử lý nhằm loại bỏ các thành phần độc hại ra khỏi nguồn nước đã và đang là vấn đề được quan tâm Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng

để tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước Trong đó việc tận dụng các phụ phẩm công, nông nghiệp để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường nước là phương pháp được nhiều nhà khoa học quan tâm

Như chúng ta đã biết hình ảnh hoa sen gắn liền với nét bình dị, dân dã nơi thôn quê, là biểu hiện của cốt cách tinh thần và ý chí vươn lên trước mọi khó khăn gian khổ của người Việt Không chỉ mang ý nghĩa tinh thần, cây sen còn mang lại các giá trị kinh tế cho người dân như: lá sen, hạt sen, ngó sen dùng để chế biến thành thực phẩm hay thuốc đông y…Tuy nhiên sau mỗi mùa thu hoạch một số bộ phận cây sen lại bị loại bỏ, để có thể khai thác hiệu quả giá trị sử dụng của cây sen chúng tôi lựa

chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Mn(II), Fe(III) của vật liệu hấp phụ

chế tạo từ cây sen và thử nghiệm xử lý môi trường”

Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen

- Nghiên cứu một số đặc trưng hóa lý của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp

đo diện tích bề mặt riêng (BET), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR)

- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Mn(II), Fe(III) của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh

- Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Mn(II), Fe(III) của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột

- Thử khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với mẫu nước thải thực chứa Mn(II), Fe(III) theo phương pháp hấp phụ tĩnh

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình trạng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay, Việt Nam đang phải đối mặt với thách thức lớn về tình trạng ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là tại các khu công nghiệp và đô thị Tại các thành phố lớn, lượng nước thải chưa qua xử lý của hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp xả thẳng ra môi trường là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước Ở khu vực nông thôn, tình trạng ô nhiễm nguồn nước cũng không ngừng gia tăng Theo thống kê, có 76% số dân đang sinh sống ở nông thôn, là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc chưa được xử lý nên thấm xuống đất hoặc rửa trôi làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng Bên cạnh đó, tình trạng

ô nhiễm do kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người cũng như đối với hệ sinh thái Kim loại nặng và độc

tố là các thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp, các kim loại nặng nói chung rất khó loại bỏ bằng các biện pháp xử lý nước thông thường và nếu chúng xâm nhập vào các nguồn nước sinh hoạt ở ngưỡng cao hơn cho phép sẽ gây nên những hậu quả nghiêm trọng như tỉ lệ người mắc các bệnh cấp và mãn tính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm da tiêu hóa, tiêu chảy và nguy cơ ung thư ngày càng cao Tại một số địa phương trường hợp bệnh nhân mắc bệnh ung thư, viêm nhiễm chiếm từ 40-50% nguyên nhân là do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm Theo đánh giá của các

Bộ Y tế và NN&PTNT, trung bình mỗi năm, Việt Nam có khoảng 9.000 người chết

vì nguồn nước ô nhiễm và điều kiện vệ sinh kém; trên 100.000 trường hợp mắc ung thư mới phát hiện mà một trong những nguyên nhân chính là do sử dụng nguồn nước

bị ô nhiễm Ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt ô nhiễm do kim loại nặng đang gây tổn thất lớn cho sức khỏe con người và cho các ngành sản xuất kinh doanh, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản

1.2 Giới thiệu chung về ion kim loại nặng

1.2.1 Sơ lược về kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Một vài kim loại nặng có thể cần thiết cho cơ thể sống bao gồm động vật, thực vật, các vi sinh

vật khi chúng chỉ ở một hàm lượng nhất định nào đó Tuy nhiên khi ở một hàm lượng lớn hơn giới hạn cho phép nó sẽ trở nên độc hại

Trong tự nhiên kim loại nặng tồn tại ở cả ba môi trường: môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí Trong đó môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa và rộng nhất, trong môi trường này kim loại nặng

có thể tồn tại dưới dạng ion và phức chất Nguồn nước có chứa kim loại nặng nếu được đưa đi tưới cây thì sẽ khiến cây trồng và đất trồng sẽ bị ô nhiễm kim loại nặng

Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn uống

1.2.2 Giới thiệu về mangan và tác dụng sinh hóa của mangan

Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các dạng sống, là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong sinh quyển, chiếm 0,1% trong vỏ trái đất Trong tự nhiên Mangan tồn tại trong đất, nước, trầm tích và trong các vật chất sinh học khác nhau Đây là nguyên tố rất cần cho sự phát triển sinh giới Về mặt dinh dưỡng mangan là một nguyên tố vi lượng, nhu cầu dinh dưỡng mỗi ngày từ 30-50µg/kg thể trọng Mangan là chất có tác dụng kích thích nhiều loại enzim trong cơ thể, có tác dụng đến sự trao đổi chất canxi và photpho trong cấu tạo xương

Mangan cũng trở thành kim loại có tính độc hại khi được hấp thụ ở nồng độ cao

Với con người, mangan gây ra hội chứng được gọi là “manganism”, gây ảnh hưởng

đến hệ thần kinh trung ương, bao gồm các triệu chứng như đau đầu, mất ngủ, viêm phổi, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt, thậm chí ảo giác Nó cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn [10]

1.2.3 Giới thiệu về sắt và tác dụng sinh hóa của sắt

Sắt là kim loại rất phổ biến, chiếm 5% khối lượng vỏ Trái Đất Trong tự nhiên, người ta chỉ gặp sắt ở trạng thái tự do trong các mảnh thiên thạch Nhưng hợp chất của sắt tồn tại dưới dạng quặng thì rất phong phú Nồng độ của sắt trong nước tự nhiên có thể từ 0,5-50mg/L Sắt còn có thể hiện diện trong nước uống do quá trình

keo tụ hóa học bằng hợp chất của sắt do sự ăn mòn trong ống dẫn nước

Sắt là một nguyên tố căn bản trong dinh dưỡng của con người Nước uống có

sự có mặt của sắt sẽ dẫn đến sự thay đổi mùi vị, ngoài ra độc tính của sắt còn dẫn đến

những hậu quả như chứng chán ăn, tiểu ít, tiêu chảy, hạ thân nhiệt, thêm vào đó có thể bị tắc nghẽn mạch máu của đường tiêu hóa, não, tim, gan, trên thận và tuyến ức Trường hợp ngộ độc sắt cấp tính thường xảy ra với gan và hệ tiêu hóa dẫn đến các căn bệnh như xơ gan [26, 34]

1.2.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp

QCVN 40:2011/BTNMT quy định nồng độ của ion kim loại trong nước thải công nghiệp như sau:

Bảng 1.1 Giá trị giới hạn nồng độ của một số ion kim loại

trong nước thải công nghiệp

từ dung dịch dưới dạng hiđroxit kim loại rất ít tan Trong phương pháp kết tủa đối với kim loại thì pH đóng vai trò rất quan trọng Khi xử lý cần chọn tác nhân trung hòa và điều chỉnh pH phù hợp Phương pháp này chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, đòi hỏi những quá trình xử lý thiếp theo [2]

1.3.2 Phương pháp trao đổi ion

Đây là một trong những phương pháp thường được dùng để tách kim loại nặng

ra khỏi nước thải Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là quá

trình trao đổi ion, quá trình này được tiến hành trong cột cationit và anionit Ionit được làm từ nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hyđrocacbon có các nhóm chức trao đổi ion Khi nhựa trao đổi ion đã bão hòa, người ta khôi phục lại cationit và anionit bằng dung dịch axit loãng hoặc dung dịch bazơ loãng Về mặt kỹ thuật hầu hết các kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương pháp trao đổi ion Tuy nhiên phương pháp này cần có nguồn kinh phí lớn, đặc biệt đối với nhà máy có quy mô lớn, lượng nước thải nhiều nên vẫn chưa được áp dụng phổ biến [1]

1.3.3 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp có tính ưu việt hơn hẳn so với phương pháp khác Vật liệu hấp phụ thường được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên, dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp, đặc biệt các vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành xử lý thấp, tức hiệu quả kinh tế cao [17] Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp hấp phụ với chất hấp phụ là vật liệu chế tạo từ cây sen để hấp phụ Mn(II) và Fe(III)

1.3.4 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

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

Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta chia hấp phụ thành hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý là quá trình xảy ra bởi lực VanderWaals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu,

dễ bị phá vỡ Hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch, các chất bị hấp phụ có thể dễ dàng bị tách ra khỏi chất hấp phụ khi thay đổi điều kiện hấp phụ Hấp phụ hoá học là

quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết hoá học giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số hệ hấp phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai qua trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [1, 17]

- 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 qua trình hấp phụ Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế

Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các yếu tố sau:

+ Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ + Tăng nhiệt độ

+ Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống thông qua thay đổi pH của môi trường + Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt chất rắn

+ Sử dụng tác nhân là vi sinh vật

Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ đã được sử dụng: phương pháp nhiệt, phương pháp hoá lý, phương pháp

vi sinh [1]

- 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 ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ [17]

Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

m

).VC(C

 (1.1) Trong đó:

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)

m: Khối lượng chất hấp phụ (g)

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

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

)C(CH

* Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ

Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấp phụ được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry, Freundlich và Langmuir…[17]

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry: mô tả sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ (áp suất) của chất bị hấp phụ trong pha thể tích ở trạng thái cân bằng:

q= K.C (1.6) Trong đó:

q: Lượng chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g)

K: Hằng số hấp phụ Henry

C: Nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng bằng hấp phụ (mg/g)

Phương trình này chỉ áp dụng trong vùng áp suất hoặc nồng độ không cao

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

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

tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp

Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:

qk.C cb1n (1.7) Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

C n k

q lg 1lg

(1.8)Trong đó:

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

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

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

bị hấp phụ

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir là phương trình mô tả cân bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lí thuyết

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn – lỏng

có dạng:

cb

cb

m axb.C1

b.Cq

q



 (1.9) Trong đó:

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

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

b: hằng số Langmuir

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

Khi b.Ccb<< 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính, lượng chất bị hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ của dung dịch

Khi b.Ccb>> 1 thì q = qmax : mô tả vùng hấp phụ bão hoà

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

C q q

C

cb cb

11

m ax

m ax



 (1.10) Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb sẽ xác định được các hằng số b và qmax trong phương trình (hình 1.2)

* Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột được mô tả như sau [1]:

Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:

Vùng 1 (đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào

Vùng 2 (vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng

độ ban đầu tới không

Vùng 3 (vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không

Hình 1.3 Mô hình cột hấp phụ

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ

Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu sự hấp phụ động trên cột Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài vùng chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó lượng chất hấp phụ cần thiết tăng lên

Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ của chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.4

1.Vùng hấp phụ bão hoà 2.Vùng chuyển khối 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ Lối vào

Lối ra

Hình 1.4 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ

trên cột hấp phụ theo thời gian

1.4 Giới thiệu về than

Than là một trong những chất có khả năng hấp phụ tốt và được sử dụng rộng rãi Thành phần hóa học chủ yếu của than là cacbon Việc lựa chọn nguyên liệu ban đầu cũng như quá trình hoạt hóa có liên quan chặt chẽ đến tính chất của than Than được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu giàu cacbon như: gỗ, mùn cưa,

bã mía, trấu, lõi ngô

Phương pháp chế tạo than thường được tiến hành theo hai giai đoạn: than hóa

và hoạt hóa than

Than hóa thường được tiến hành ở nhiệt độ 400 ÷ 500°C Quá trình này, nhiệt

độ làm bay hơi và phân hủy các thành phần không phải cacbon Trong quá trình này cần khống chế nhiệt độ và oxy để sự cháy và phân hủy mạng cacbon là ít nhất

Hoạt hóa than: là quá trình chế hóa than ở nhiệt độ cao trong môi trường hơi nước hoặc khí CO2 Trong quá trình này, một phần cacbon sẽ bị khí hóa bớt để tạo ra

độ xốp cần thiết cho than Bề mặt riêng của than hoạt tính dao động trong khoảng 1000m2/g, còn đường kính lỗ nhỏ từ 30- 90Ao Thường chọn nhiệt độ cho quá trình này là 750- 950° C [17]

300-Để chế tạo than có thể sử dụng tác nhân hóa học như axit photphoric [32] hoặc

sử dụng axit sunfuric Axit sunfuric đặc hấp thụ mạnh hơi nước, nó có thể lấy nước của nhiều hợp chất hữu cơ như xenlulozơ, đường và biến chúng thành cacbon gọi là sự than hóa [16]

Những tính chất đặc trưng của than

Than hoạt tính có những tính chất đặc trưng như: cấu trúc tinh thể, khối lượng riêng Ngoài ra than hoạt tính còn có những thông số cơ bản như: độ xốp, diện tích bề mặt, hệ mao quản và cấu trúc bề mặt [17]

t

C

C0

0

- Độ xốp là tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp trên thể tích của vật xốp

- Thể tích lỗ xốp riêng là không gian rỗng tính cho một đơn vị khối lượng

- Bề mặt riêng là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng

- Hình dáng mao quản: trong thực tế rất khó xác định chính xác hình dáng của các mao quản Song có bốn loại mao quản được thừa nhận là: mao quản hình trụ, hình cầu, hình khe, hình chai

- Phân bố kích thước của mao quản hay phân bố lỗ xốp dựa trên những giả thuyết về hình dáng mao quản Chúng được xác định theo sự biến đổi của thể tích hay diện tích bề mặt của mao quản với kích thước mao quản

Trong quá trình hấp phụ, yếu tố quan trọng đầu tiên để đánh giá khả năng hấp phụ của than là diện tích bề mặt riêng Thường thì diện tích bề mặt càng lớn sẽ có khả năng hấp phụ càng cao, do có nhiều trung tâm hấp phụ trên bề mặt than Kích thước của mao quản và sự phân bố kích thước cũng là những yếu tố quan trọng để chọn các loại than phù hợp với mục đích sử dụng Theo quy định của IUPAC, có thể chia mao quản thành ba loại dựa vào kích thước [21]

- Mao quản lớn: đường kính mao quản trung bình d ≥ 50 nm

- Mao quản trung bình: đường kính mao quản trung bình 2 nm <d < 50 nm

- Mao quản nhỏ: đường kính mao quản trung bình d < 2 nm

Đặc tính hóa học bề mặt của than

Khả năng hấp phụ của than hoạt tính được quyết định bởi cấu trúc vật lý và lỗ xốp của chúng, nhưng cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi cấu trúc hóa học Ngoài thành phần chính là cacbon, than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác (chiếm 5-10 % khối lượng than) Nhóm chức chứa oxy trên bề mặt than gọi là nhóm chức bề mặt Trong quá trình hoạt hóa, tác nhân hoạt hóa phá hủy một phần mạng cacbon tinh thể tạo nên độ xốp Nguyên tử cacbon trên bề mặt chưa bị bão hòa hóa trị tạo ra các gốc

tự do Các gốc tự do là trung tâm tạo ra các nhóm chức bề mặt với mật độ tùy thuộc vào diện tích bề mặt than, bản chất của tác nhân hoạt hóa, điều kiện hoạt hóa, điều kiện bảo quản than

Nhóm chức bề mặt than biểu hiện hai tính chất: axit hoặc bazơ Nhóm chức thể hiện đặc tính nào thì chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hoạt hóa, quá trình xử lý than Các nhóm chức bề mặt axit hay bazơ đều cùng tồn tại trên bề mặt một loại than, nhưng thường gặp nhóm axit nhiều hơn

Nhóm chức bề mặt ảnh hưởng đến đặc trưng bề mặt như tính ưa nước, độ phân cực, tính axit và đặc điểm hóa lý như khả năng xúc tác, dẫn điện Khả năng hấp phụ từ dung dịch của than đối với các chất có tính chất phân cực khác nhau phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt Phần lớn quá trình hấp phụ của các hợp chất kị nước thường giảm khi hàm lượng nhóm chức axit tăng Ngoài ra nhóm chức bề mặt cũng ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các phân tử trong mao quản

Trong môi trường nước, bề mặt của than tích điện nên hình thành lớp điện kép xung quanh bề mặt than Giá trị pH ở đó, mật độ điện tích các ion trên bề mặt ở trạng thái cân bằng (điểm điện tích bằng không) gọi là điểm đẳng điện Ở vùng pH dưới điểm đẳng điện, bề mặt tích điện dương; vùng pH cao hơn điểm đẳng điện, bề mặt tích điện âm Điểm đẳng điện của than xử lý nước nằm trong phạm vi rộng 2,2- 10,6 [8]

1.5 Hấp phụ trong môi trường nước

1.5.1 Đặc tính của ion kim loại trong môi trường nước

Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị hiđrat hoá tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, các phức chất hiđroxo, các cặp ion hay phức chất khác Tùy thuộc vào bản chất hóa học của ion, pH của môi trường, các thành phần khác cùng có mặt mà hình thành các dạng tồn tại khác nhau [1]

1.5.2 Đặc điểm của sự hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước diễn ra tương đối phức tạp Vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và dung môi tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nước - chất hấp phụ, cặp nào có tương tác mạnh hơn thì hấp phụ xảy ra với cặp

đó Thông thường, nồng độ chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phần tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Các chất hấp phụ chỉ có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ Điều này xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước

Tính chọn lọc của các cặp hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của chất bị hấp phụ trong nước

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại Đối với các chất có độ phân cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion như SO24,PO-

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

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ.Các chất có tính axit yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dương hoặc trung hòa tùy thuộc vào giá trị pH Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ, đến sự phân li của các nhóm chức [17]

Độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản của chất hấp phụ,… cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ

1.6 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử

1.6.1 Nguyên tắc

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử dựa trên tính chất vật lí của các chất có tính chất hấp thu chọn lọc dòng ánh sáng đơn sắc Đây là phương pháp phân tích được

sử dụng phổ biến nhất trong các phương pháp phân tích hóa lý

Nguyên tắc chung của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó ở một vùng phổ nhất định ứng với một bước sóng xác định, từ đó suy ra hàm lượng chất cần xác định X [9]

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

Trong đó:

- Io, 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

Như vậy, đường biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ

C của dung dịch phải có dạng y = a.x là một đường thẳng Tuy nhiên, do những yếu

tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (mức độ đơn sắc của ánh sáng,

sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ, hiệu ứng solvat hóa, hiệu ứng liên hợp ) nên đồ thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ Và biểu thức (1.13) có dạng:

= k.ε.l.Cx (1.14) Trong đó:

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

- k: hằng số thực nghiệm

- b: hằng số bản chất có giá trị nằm trong khoảng 0 < b ≤ 1 Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx

Giá trị b = 1 khi nồng độ Cx nhỏ, khi Cx tăng thì b xa dần giá trị 1

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

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

Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng UV-Vis thì luôn có một giá trị nồng

độ giới hạn Co xác định, sao cho:

- Với mọi giá trị Cx< Co: thì b = 1 và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng

độ Cx là tuyến tính

- Với mọi giá trị Cx> Co: thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi Cx tăng) và quan hệ giữa

độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là không tuyến tính

x

Phương trình (1.15) là cơ sở để định lượng các chất theo phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử Trong phân tích người ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy, tức giá trị ε của chất đó càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp [9]

1.6.2 Phương pháp đường chuẩn

Phương pháp đường chuẩn dựa trên sự phụ thuộc của độ hấp thụ phân tử vào vùng nồng độ nhỏ của cấu tử cần xác định trong mẫu theo phương trình: A = K.(Cx)b

để có sự phụ thuộc tuyến tính giữa A và C

Để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có hàm lượng chất phân tích tăng dần trong cùng điều kiện.Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn đó Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo được dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ các nguyên tố cần nghiên cứu, đồ thị A = f(C) được gọi là đường chuẩn

Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện như dung dịch chuẩn Đo độ hấp thụ quang A của chúng được các giá trị Ax Dựa vào các giá trị đo độ hấp thụ quang này và đường chuẩn xác định được nồng độ chất cần phân tích [7]

1.7 Giới thiệu về cây sen

Cây sen (N Nucifera Gaert.) thuộc chi Nelumbo Adans, họ sen –

Nelumbonaceae, bộ sen - Nelumbonales, phân lớp Mộc Lan - Magnoliales, lớp hai lá mầm - Dicotyledonae, ngành thực vật hạt kín - Angiospermea Trước đây cây sen chủ yếu mọc hoang dại theo trạng thái tự nhiên nhưng hiện nay ở một số nơi cây sen được trồng Cây sen đã mang lại hiệu quả kinh tế cao và còn được dùng làm cây cảnh ở các công sở, trường học Ở Việt Nam cây sen phân bố rộng rãi khắp mọi nơi trong các ao,

hồ, đầm lầy, hay ruộng sâu, các tỉnh trồng nhiều sen như Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nội, Thanh Hóa, Nghệ An và khu vực Đồng Bằng sông Cửu Long như Đồng Tháp, An Giang, Sóc Trăng, Long An [12]

Sen là một loại cây thủy sinh sống lâu năm, có hệ thống thân rễ phát triển, phân nhánh ngang nằm sâu ở lớp bùn đến 0,5m Từ các đốt vào phần đầu của thân rễ, hàng năm mọc lên nhiều lá Độ dài cuống lá tùy thuộc vào mức nước nông hay sâu để phiến

lá vượt lên khỏi mặt nước, thực hiện chức năng hô hấp và quang hợp Cây ra hoa, hoa

nở buổi sáng, thụ phấn buổi trưa hoặc đầu buổi chiều Khả năng tái sinh tự nhiên của sen chủ yếu từ hạt Tuy nhiên, các đoạn thân rễ cũng được sử dụng để nhân giống

Hình 1.5 Hình ảnh hoa sen

Giá trị của cây sen không chỉ dừng lại ở ý nghĩa về mặt tinh thần mà nó còn có giá trị kinh tế cao Các bộ phận của cây sen đều có thể được dùng làm thuốc trong đông y Hạt sen có vị ngọt, tính bình có tác dụng bổ dưỡng, an thần, trị các chứng tiêu chảy kéo dài, suy dinh dưỡng Gương sen có vị đắng chát, có tác dụng tiêu u, cầm máu, chữa táo bón Hoa sen có vị đắng, tính ấm có tác dụng trị thấp, cầm máu và chống mụn nhọt Nhị sen có tác dụng ích thận, thanh thần, bổ huyết, sáp tinh và chống băng huyết Lá sen có vị đắng, tính mát có tác dụng cầm máu, chữa an thần, hạ huyết

áp, băng huyết Lá sen có tác dụng an thần, trợ tim, hạ huyết áp nhẹ Ngó sen có tính mát, tác dụng chữa huyết áp Củ sen có nhiều chất dinh dưỡng như protein và vitamin

C, khi dùng làm thực phẩm có tác dụng tăng cường chức năng tim, dạ dày

1.8 Một số phương pháp đặc trưng vật liệu

1.8.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét

- Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy – SEM) dùng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu

- Nguyên lý: Phương pháp hiển vi điện tử quét hoạt động trên nguyên tắc dùng một chùm điện tử hẹp chiếu lên bề mặt mẫu, điện tử sẽ tương tác với bề mặt mẫu đo và phát ra các bức xạ thứ cấp (điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược ) và từ việc thu các

bức xạ thứ cấp này, ta sẽ thu được hình ảnh vi cấu trúc tại bề mặt mẫu Hiểu một cách đơn giản là dùng đèn soi lên bề mặt một vật và nhìn ánh sáng phản xạ để biết tấm hình

thù ra sao

1.8.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng sau:

0 0

) 1 (

1 )

P C

C V P

P V

P

m m







 Trong đó:

- Vm là thể tích chất hấp phụ cần thiết để tạo một lớp đơn phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt một gam chất ở áp suất cân bằng

Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu, dựa

vào các tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động – quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích Phổ dao động – quay của phân tử được phát sinh ra do sự chuyển dịch giữa các mức năng lượng dao động

và quay (liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh trục liên kết) Dạng năng lượng được sinh ra khi chuyển dịch giữa các mức này ở dạng lượng tử hóa, nghĩa là chỉ có thể biến thiên một cách gián đoạn Hiệu số năng lượng (phát ra hay hấp thụ) được tính theo công thức Bohr:

ΔE = hν (1.16) Trong đó, ΔE là biến thiên năng lượng, h là hằng số Planck, ν là tần số dao động (số dao động trong một đơn vị thời gian)

Phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn độ hấp thụ A, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 - 400cm-1) Hầu hết các nhóm nguyên tử trong hợp chất hữu cơ hấp thụ ở vùng 4000 - 650cm-1 Vùng phổ từ

4000 - 1500cm-1 được gọi là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết các vân hấp thụ 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 3650-2400cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X: O,

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

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

1.8.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng

Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử) Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X Tần số tia X phát ra đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ lệ phần trăm các nguyên tố này

1.9 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ

Phụ phẩm nông nghiệp có tính chất xốp và nhẹ do có tính chất sợi, là vật liệu lí tưởng để chế tạo chất hút bám cho hấp phụ kim loại Nhóm chức bề mặt cacboxyl và hyđroxyl có ái lực cao đối với các ion kim loại nặng Dùng biến đổi hoá học có thể làm phóng to diện tích bề mặt, vị trí hấp phụ, lỗ xốp của vật liệu này… do đó cải thiện được khả năng hấp phụ mà không ảnh hưởng đến môi trường [27]

Dưới đây là một số phụ phẩm nông nghiệp được chế tạo thành vật liệu hấp phụ

có khả năng xử lý nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại nặng

Bã mía: được biến tính bằng nhiều phương pháp sẽ tạo thành những vật liệu

khác nhau và khả năng hấp phụ khác nhau Bã mía được đánh giá là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt Bã mía khi được hoạt hoá bằng các tác nhân như: anhyđrit succinic,

axit xitric, fomanđehit, axit sunfuiric [28] để xử lý ô nhiễm kim loại nặng hay các hợp chất hữu cơ độc hại đã được nghiên cứu thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu ở Brazil, Ấn Độ, khoa Kỹ thuật - trường Đại học Putra Malaysia [34, 37, 38]

Vỏ lạc: Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách Cd2+ rất cao, chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7 g/l có thể hấp phụ rất tốt dung dịch chứa Cd2+

nồng độ 20 mg/L Nếu so sánh với các loại than hoạt tính thông thường thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần [23]

Vỏ đậu tương: Có khả năng hấp phụ tôt đối với nhiều ion kim loại nặng như

Cd2+, Zn2+, và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt hấp phụ rất tốt Cu2+ Vỏ đậu tương sau khi xử lý với Natri hiđroxit và axit xitric thì dung lượng hấp phụ cực đại lên tới

108 mg/g [41]

Lõi ngô: sau khi được xử lý bằng natri hiđroxit và axit photphoric thì hiệu quả

hấp phụ tương đối cao, dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cd2+ và Cu2+ lần lượt là 25mg/g và 69mg/g [40]

Xơ dừa: được chuyển thành than hoạt tính dùng để hấp phụ các ion kim loại

Cd2+, Ni2+, Cu2+ có trong nước thải công nghiệp Than xơ dừa là chất hấp phụ có hiệu quả đối với Cr(VI), V5+, Ni2+, Hg2+ Xơ dừa cũng được sử dụng để hấp phụ Co3+, Cr3+,

Ni2+ từ dung dịch [30]

Trấu: có tiềm năng để sử dụng làm chất hấp phụ chi phí thấp Roy đã chứng

minh vỏ trấu hấp phụ các kim loại nặng As, Cd, Cr, Pb ( trên 99%) và Sr (94%) Than

vỏ trấu loại bỏ 23,4 mg/g Cr(VI) trong dung dịch tại pH = 2 Daifullah sử dụng vỏ trấu loại bỏ các kim loại từ một hỗn hợp phức tạp chứa 6 kim loại nặng (Fe, Mn, Zn, Cu,

Cd và Pb) và hiệu quả đạt gần 100% Vỏ trấu biến tính được áp dụng cho sự hấp phụ Cr(VI) từ dung dịch [39]

Tác giả Hai Liu và cộng sự [32] đã nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ thân cây sen bằng cách than hóa bởi hai tác nhân H3PO4 40% và hỗn hợp H3PO4, pentaerythritol (PER) (tỉ lệ 0,2 mol H3PO4: 0,1 mol PER) thu được than AC-H3PO4 và AC-PER dùng để hấp phụ ion Ni2+ trong nước thải Kết quả nghiên cứu cho thấy cả diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của than hoạt tính AC-H3PO4 (SBET = 1418,78

m2/g; 1,253 cm3/g) cao hơn hẳn than AC-PER (SBET = 342,67 m2/g; 0,273 cm3/g) Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu về BET, SEM, FTIR, XPS cho thấy rằng than AC-PER

chứa nhiều các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt hơn AC-H3PO4 Việc thêm PER vào

quá trình than hóa thân sen chỉ làm giảm diện tích bề mặt riêng nhưng làm tăng đáng

kể số lượng nhóm chức bề mặt có tính axit của cacbon Điều đó được thể hiện thông qua dung lượng hấp phụ cực đại Ni2+ của AC-PER và AC-H3PO4 theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir là 0,92 mmol/g và 0,58 mmol/g

Tác giả Weifeng Liu [33] và cộng sự đã nghiên cứu so sánh khả năng loại bỏ norfloxacin khỏi dung dịch nước của hai vật liệu hấp phụ oxit nhôm hoạt hóa bằng Fe (Al2O3/Fe) và than hoạt tính chế tạo từ thân sen (LAC) Các kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu Al2O3/Fe loại bỏ norfloxacin tối đa 21,58 mmol/g ở pH = 6,5 và than LAC loại bỏ

norfloxacin tối đa 922,70 mmol/g ở pH = 5,5 theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir

Tác giả Hai Liu và cộng sự [31] nghiên cứu so sánh các đặc trưng vật lý, bước đầu nghiên cứu khả năng loại bỏ Cd(II) của than hoạt tính chế tạo từ thân sen bằng cách hoạt hóa bởi hai tác nhân H3PO4 85% (PPA) và Guanidine phosphate (GPP) thu được hai loại than AC-PPA và AC-GPP Kết quả nghiên cứu cho thấy mặc dù than AC-GPP có diện tích bề mặt riêng nhỏ hơn AC-PPA (491 m2/g và 1503 m2/g) nhưng khả năng hấp phụ Cd(II) của than AC-GPP cao gấp 3-4 lần so với AC-PPA và chứa nhiều các nhóm chức cơ bản vả tổng quát hơn trên bề mặt Việc than hóa bằng GPP đã làm xuất hiện các nhóm chức mới chứa Nitơ trên bề mặt than: O=C−NH− và C−NH2, các nhóm này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ Cd(II)

* Một số kết quả trong và ngoài nước về nghiên cứu hấp phụ ion Mn(II), Fe(III)

Tác giả Abdessalem Omri và cộng sự [25] đã nghiên cứu loại bỏ ion Mn(II) trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ là than hoạt tính chế tạo từ một loại hạt có tên Ziziphus spina Vật liệu chế tạo được có diện tích bề mặt là 914,23m2/g Tác giả đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại đối với quá trình hấp phụ Mn(II) của vật liệu hấp phụ là 172mg/g

Tác giả Abideen Idowu Adeogun [26] đã nghiên cứu sử dụng vỏ trấu, thân cây ngô để hấp Phụ các ion Mn(II) và Pb(II) trong nước Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại đối với Mn(II) đạt 8,52mg/g và đối với Pb(II) đạt 7,38 mg/g tương ứng trên vật liệu thô (UTCS) Trên vật liệu biến tính axit (ATCS) dung lượng hấp phụ cực đại đối với Mn(II) đạt 9,00 mg/g và đối với Pb(II) đạt 9,33 mg/g Nghiên cứu cho thấy quá trình hấp phụ Mn(II), Pb(II) đều phụ thuộc vào nhiệt độ, pH và nồng độ ion kim loại ban đầu

Tác giả Nguyễn Thùy Dương [4] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng: Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II), Pb(II) của vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thông qua quá trình xử lí hóa học bằng natrihidroxit và axit xitric Khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ các ion trên của vật liệu chế tạo và mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ đối các ion kim loại Cr(VI) là 7,4mg/g, Cu(II) là 7,67mg/g, Mn(II) là 3,04mg/g, Ni(II) là 3,44mg/g, Pb(II) là 32,36mg/g

Tác giả Hoàng Thị Nhạn [15] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng: Fe(III), Ni(II) của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bẹ chuối Kết quả cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ với Fe(III) và Ni(II) là 60 phút, pH hấp phụ tốt nhất là ở khoảng: pH

= 2,50 đối với Fe(III), pH= 5,00 đối với Ni(II) Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ đối với các ion kim loại Fe(III) là 26,32mg/g, Ni(II) là 25,00mg/g

Tác giả Nguyễn Thị Như Quỳnh [20] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng: Fe(III), Ni(II) , Cu(II) của vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc Kết quả cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ với Fe(III), Cu(II) là 40 phút và với Ni(II) là 60 phút,

pH hấp phụ tốt nhất là ở khoảng: pH = 2,50 đối với Fe(III), pH= 5,00 đối với Ni(II) và Cu(II) Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ đối các ion kim loại Fe(III) là 38,911mg/g, Ni(II) là 36,365mg/g và Cu(II) là 46,083 mg/g

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV mini-1420 (Shimadzu - Nhật Bản)

- Máy đo pH Precisa 900 (Thụy Sĩ)

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

- Máy lắc IKA Ks 260 basic (Anh)

- Máy khuấy từ

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc)

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

2.1.2 Hóa chất

- Dùng dung dịch chuẩn Fe(NO3)3 1000 mg/L ± 2 (Merck)

- Dùng dung dịch chuẩn Mn(NO3)2 1000 mg/L ± 2 (Merck)

Lấy 50mL dung dịch CH3COONa 2M vào bình định mức 500mL, thêm tiếp vào

đó 28mL dung dịch CH3COOH 2M, thêm nước cất đến vạch định mức và lắc đều thu được dung dịch đệm axetat có pH ~5 Sau đó dùng máy đo pH xác định lại pH dung dịch đệm axetat vừa pha và dùng dung dịch CH3COOH 2M và dung dịch CH3COONa 2M để điều chỉnh pH sao cho dung dịch đệm axetat được giữ ổn định tại pH=5

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu (NL) được sử dụng trong nghiên cứu này là cây sen (gồm: thân, lá, đài sen) lấy ở đầm sen xã Minh Tân, huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh Rửa sạch phần nguyên liệu đã chuẩn bị, sấy khô ở 800C, nghiền nhỏ, rây lấy bột mịn với kích thước hạt d ≤ 5 mm

2.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ cây sen

Tiến hành hoạt hóa nguyên liệu bằng axit H2SO4 98% với tỉ lệ 1:1 (m/V), sấy ở

1500C trong 24 giờ, rửa bằng nước cất đến pH trung tính, tiếp tục ngâm trong dung dịch NaHCO3 1% trong 24 giờ với tỉ lệ 1:20 (m/ V), rửa bằng nước cất đến pH trung tính, sấy khô ở 1500C trong 12 giờ Sau đó nghiền, rây ta thu được vật liệu hấp phụ là than sen (TS) [28]

2.3 Khảo sát một số đặc trưng vật liệu của TS chế tạo được

- Ảnh hiển vi điện tử quét

Ảnh hiển vi điện tử quét của NL và TS được chụp ở phòng thí nghiệm siêu cấu trúc - Khoa virut - Viện vệ sinh dịch tễ TW

- Diện tích bề mặt riêng

Diện tích bề mặt riêng của TS được xác định theo phương pháp BET trên máy TriStar 3000-Micromeritics (USA) tại khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

- Đo phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của NL và TS được đo dưới dạng viên nén trên máy Nicolet Nexus 670 của Mỹ tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

- Xác định thành phần hóa học của TS bằng phương pháp phổ tán sắc năng lượng tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.4 Xác định điểm đẳng điện của TS

Chuẩn bị các dung dịch NaCl 0,1M có pH tăng dần từ 3 đến 11 Lấy 9 bình tam giác cho vào mỗi bình 0,05g TS Sau đó cho lần lượt vào các bình tam giác 100mL dung dịch có pH tăng dần đã chuẩn bị Để trong vòng 24h rồi xác định lại pH của các dung dịch trên

Sự chênh lệch pH ban đầu (pHbđ) và pH cân bằng (pHcb) là ∆pH = pHbđ – pHcb,

vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ∆pH vào pHi, điểm giao nhau của đường cong với tọa độ mà tại đó giá trị ∆pH = 0 cho ta điểm đẳng điện cần xác định

2.5 Xác định chỉ số hấp phụ iot của TS

Chỉ số iot là hàm lượng iot đã hấp phụ trên 1 đơn vị trọng lượng khô của than hoạt tính, dùng để đánh giá khả năng hấp phụ của than trong môi trường nước Chỉ số hấp phụ iot của TS được xác định bằng phương pháp chuẩn độ thể tích

Tiến hành đo chỉ số iot:

Chuẩn bị 7 bình nón dung tích 250 mL Cho vào mỗi bình 0,05 gam TS, 50 mL dung dịch iot có nồng độ khác nhau, lắc đều trong 1 phút, sau đó lọc và chuẩn độ lượng iot còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0,01N với chất chỉ thị là hồ tinh bột

Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ 25°C (± 1° C)

Lượng iot trong dung dịch được tính theo công thức sau:

Q = (1.17) Trong đó:

- MI2 : khối lượng mol phân tử của I2 (g/mol)

- m: khối lượng than dùng để hấp phụ I2 (gam)

- C1: nồng độ ban đầu của dung dịch iot (mol/L)

- C2: nồng độ sau khi hấp phụ của dung dịch iot (mol/L)

- V: thể tích dung dịch (mL)

- Q: chỉ số iot (mg/g)

Căn cứ sự chênh lệch giữa nồng độ ban đầu (Cbđ) và nồng độ cân bằng (Ccb) ta xác định được lượng iot bị hấp phụ trên TS

2.6 Xây dựng đường chuẩn xác định Mn(II) và Fe(III)

2.6.1 Xây dựng đường chuẩn Mn(II)

Để xây dựng đường chuẩn Mn(II) theo phương pháp phổ hấp thụ phân tử ta pha các dung dịch Mn(II) có nồng độ: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 mg/L từ dung dịch Mn(II) 100 mg/L, dung dịch này được pha từ dung dịch chuẩn Mn(II) 1000 mg/L Các bước tiến hành như sau: Thêm 1,2 mL dung dịch H2SO4 1:1; 1,5mL dung dịch (NH4)2S2O8 bão hòa và 1mL dung dịch AgNO3 0,1N vào bình định mức 25mL đựng sẵn một thể tích xác định dung dịch Mn(II) sao cho sau khi thêm nước cất đến vạch định mức ta có các nồng độ Mn(II) tương ứng như trên Lần lượt chuyển toàn bộ các dung dịch vừa pha này vào các cốc thủy tinh 100mL, đun sôi nhanh hỗn hợp trên bếp điện 3÷4 phút, lấy xuống và làm nguội nhanh thu được dung dịch có màu tím, đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở bước sóng 526nm Với sự hỗ trợ của hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của Mn(II)

2.6.2 Xây dựng đường chuẩn Fe(III)

Để xây dựng đường chuẩn Fe(III) theo phương pháp phổ hấp thụ phân tử ta pha các dung dịch Fe(III) có nồng độ: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 mg/L từ dung dịch Fe(III) 100 mg/L, dung dịch này được pha từ dung dịch chuẩn Fe(III) 1000 mg/L Các bước tiến hành như sau: Thêm 2mL dung dịch hiđroquinone; 5,0mL dung dịch đệm axetat, 2mL dung dịch 1,10-phenantrolin 0,5% vào bình định mức 25mL đựng sẵn một thể tích xác định dung dịch Fe(III) sao cho sau khi thêm nước cất đến vạch định mức

ta có các nồng độ Fe(III) tương ứng như trên Dung dịch thu được có màu đỏ da cam,

đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở bước sóng 510 nm Với sự hỗ trợ của

hệ thống máy đo quang và phần mềm ta lập được đường chuẩn của Fe(III)

2.7 So sánh khả năng hấp phụ của NL và TS chế tạo được

Tiến hành so sánh khả năng hấp phụ của NL và TS như sau:

Cân 0,05 g các mẫu NL và TS vào bình eclen 100 mL Cho vào mỗi bình eclen riêng biệt 50 mL dung dịch Mn(II), Fe(III) có nồng độ đầu lần lượt là: 52,93 mg/L; 51,50 mg/L Tiến hành lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian 120 phút ở nhiệt độ phòng (~25oC) với tốc độ lắc 250 vòng/phút Sau đó, xác định nồng độ còn lại của Mn(II), Fe(III) trong dung dịch sau khi hấp phụ

2.8 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Mn(II), Fe(III) của TS theo phương pháp hấp phụ tĩnh

2.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH

Chuẩn bị các bình eclen có dung tích 100 mL; thêm vào các bình eclen chứa 0,05g TS 50 mL dung dịch ion Mn(II) có nồng độ đầu là 46,67 mg/L và cũng thêm vào các bình eclen chứa 0,05g TS 50mL dung dịch ion Fe(III) có nồng độ đầu đã được xác định là 53,78 mg/L Dùng dung dịch NaOH 0,1M và HCl 0,1M để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị tương ứng đối với Mn(II) là: 3,12; 4,09; 5,14; 6,06; 7,04; 8,15; đối với Fe(III) là: 1,08; 1,57; 2,11; 2;52 Tiến hành lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian 120 phút ở nhiệt độ phòng (~ 25oC) với tốc độ lắc 250 vòng/phút Xác định nồng độ còn lại của Mn(II); Fe(III) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

Chuẩn bị các bình eclen có dung tích 100 mL; thêm vào các bình eclen chứa 0,05g TS 50 mLdung dịch ion Mn(II) có nồng độ đầu là 47,65 mg/L; 50mL dung dịch ion Fe(III) có nồng độ đầu đã được xác định là 54,28 mg/L đã được điều chỉnh pH đến khoảng pH tối ưu đã xác định ở mục 2.8.1 Đem lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian khác nhau từ 5 ÷ 150 phút đối với Mn(II) và từ 10 ÷ 150 phút đối với Fe(III), ở nhiệt độ phòng (25oC ± 1) với tốc độ lắc 250 vòng/phút Sau đó xác định nồng độ còn lại của Mn(II) và Fe(III) trong dung dịch sau khi hấp phụ tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng

Chuẩn bị các bình eclen có dung tích 100 mL Cho vào các bình khối lượng TS thay đổi từ 0,01g đến 0,1g Tiến hành sự hấp phụ riêng biệt với 50 mL dung dịch

Mn(II) với nồng độ đầu là 44,54 mg/L đã được điều chỉnh về pH tối ưu như ở mục

2.8.1 và thời gian hấp phụ như ở mục 2.8.2

Cho vào các bình khối lượng TS thay đổi từ 0,02g đến 0,08g Tiến hành sự hấp phụ với 50 mL dung dịch Fe(III) có nồng độ đầu là 50,85 mg/L được điều chỉnh về pH tối ưu như ở mục 2.8.1, thời gian hấp phụ 120 phút ở nhiệt độ phòng 25oC ± 1

Xác định nồng độ còn lại của Mn(II) và Fe(III) trong dung dịch tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Chuẩn bị các bình bình eclen có dung tích 100 mL Cho vào mỗi bình eclen 50

mL dung dịch Mn(II) có nồng độ ban đầu là 53,74 mg/L và 50 mL dung dịch Fe(III) có nồng độ ban đầu là 51,32 mg/L với pH tối ưu như 2.8.1 Sử dụng máy khuấy từ gia nhiệt điều chỉnh nhiệt độ của mỗi bình lần lượt là 303K, 313K, 323K; rồi cho vào mỗi bình tam giác 0,05 gam TS Khuấy trong thời gian tối ưu tương ứng với mỗi ion đã khảo sát ở mục 2.8.2, tốc độ khuấy 250 vòng/phút Sau đó xác định lại nồng độ Mn(II), Fe(III) tương ứng với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn

2.8.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu

Chuẩn bị các eclen có dung tích 100 mL, cho vào mỗi eclen 0,05g TS Thêm vào đó 50 mL dung dịch Mn(II) có nồng độ khác nhau: 46,69 mg/L; 68,90 mg/L; 98,35 mg/L; 114,88 mg/L; 145,35 mg/L; 250,83 mg/L và 50 mL dung dịch Fe(III) có nồng độ tương ứng là: 22,68 mg/L; 48,53 mg/L; 73,30 mg/L; 100,37 mg/L; 128,71 mg/L; 156,95mg/L; (tiến hành thí nghiệm riêng biệt với từng ion) dung dịch được điều chỉnh đến giá trị pH tối ưu như 2.8.1; Tiến hành lắc với tốc độ 250 vòng/phút ở nhiệt

độ phòng trong khoảng thời gian cân bằng đối với mỗi ion đã được xác định ở mục 2.8.2 Xác định nồng độ còn lại của Mn(II) và Fe(III), biểu diễn sự phụ thuộc của

Ccb/q vào Ccb từ đó tính qmax

2.9 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Mn(II), Fe(III) bằng phương pháp hấp phụ động trên cột

2.9.1 Chuẩn bị cột hấp phụ