1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê

Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê

Mục đích nghiên cứu của khóa luận là chế tạo được các loại than hoạt tính với chất hoạt hóa là HNO3 từ vỏ cà phê với nồng độ chất hoạt hóa khác nhau. Sau đó, đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) trong nước của các VLHP chế tạo được và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP (pH, thời gian, khối lượng,…). TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠ

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 47

Ngày tạo 4/2/2023 8:32:26 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.60 M

Tên tệp

Tải Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường HÀ NỘI, 2018
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường Người hướng dẫn khoa học Th.S ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI, 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Đỗ Thủy Tiên - trường ĐH sư phạm Hà Nội 2 đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản khóa luận tốt nghiệp này. Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Hóa học đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dưới mái trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo mọi điều kiện, động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập. Do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế, nên bản thân khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy, cô giáo cũng như toàn thể các bạn để khóa luận của em có thể hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hằng
  4. LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS.Đỗ Thủy Tiên. Các số liệu và những kết quả đo được trong khóa luận là trung thực, do cá nhân em tiến hành thí nghiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hằng
  5. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ AC Than hoạt tính (Activated carbon) IR Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared (IR) spectroscopy) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ
  6. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken ........................................... 3 Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken ................................................... 3 Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni2+ trong nước thải công nghiệp .................................................................................... 5 Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ .................................................. 9 Bảng 1.5. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh Đắk Lắk và tỉnh Điện Biên .................................................................. 13 Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch Ni (II) với các nồng độ khác nhau ........................................................................ 22 Bảng 3.2. Hiệu suất hấp phụ Ni (II) của các VLHP với nồng độ chất hoạt hóa HNO3 khác nhau .................................................................... 23 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP............................................................................... 27 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II) .............................................................................. 28 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 29 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ của VLHP ........................................................ 31 Bảng 3.7. Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni (II) của VLHP .................... 32 Bảng 3.8 . So sánh một số chất hấp phụ được sử dụng để loại bỏ các ion Ni(II) trong nước .......................................................................... 34
  7. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir............................................ 11 Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Ni (II) ............................... 22 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ....................................... 23 Hình 3.3. Kết quả phân tích trên phổ hồng IR của than chưa biến tính ......... 24 Hình 3.4. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của than biến tính bằng HNO3 ................................................................................... 25 Hình 3.5. Than chưa biến tính ...................................................................... 26 Hình 3.6. Than biến tính bằng HNO3............................................................ 26 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP............................................................................... 27 Hình 3.8 . Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni(II) ............................................................................... 28 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II) ..................................................................... 30 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu Ni (II) đến hiệu suất hấp phụ của VLHP ................................................................ 31 Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) ............................................................................................ 33 Hình 3.12. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với Ni (II) .......... 33
  8. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken .............................................................. 3 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken ............................................... 3 1.1.2. Công dụng của niken .................................................................... 4 1.1.3. Ảnh hưởng của niken .................................................................... 4 1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước ......................... 5 1.2. Phương pháp hấp phụ .......................................................................... 6 1.2.1. Các khái niệm ............................................................................... 6 1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ........... 8 1.3. Giới thiệu vỏ cà phê........................................................................... 11 1.4. Than hoạt tính (AC) và cấu trúc bề mặt của AC ................................ 13 1.4.1. Giới thiệu về than hoạt tính ........................................................ 13 1.4.2. Các phương pháp sản xuất than hoạt tính................................... 13 1.4.3. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính ...................................... 15 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 17 2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 17 2.2. Hóa chất và dụng cụ .......................................................................... 17 2.2.1. Hóa chất ..................................................................................... 17 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và dụng cụ ................................................... 17 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 18 2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu..................................................... 18 2.3.2. Phương pháp phân tích ............................................................... 18 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................... 18 2.3.3.1. Xây dựng đường chuẩn Ni (II) .............................................. 18
  9. 2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê............... 19 2.3.3.3. Thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP................................................................... 20 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 22 3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Ni (II) ................................ 22 3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của các vật liệu hấp phụ .. 22 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa HNO3 đến khả năng hấp phụ Ni(II)....................................................................................... 22 3.2.2. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ............... 24 3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP................................................................................................. 26 3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ...... 26 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP ............................................................................................. 27 3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni (II).. 29 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni (II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP ............................................................................................. 30 3.4. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ ................................................. 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 36
  10. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng đang ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp sản xuất, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và con người. Trong số các kim loại nặng thì niken có độc tính cao. Ngộ độc niken cũng như các hợp chất của nó sẽ gây đau đầu, tức ngực, ho, khó thở, tổn thương tim mạch- hệ hô hấp, suy thận,…[8,13,15,18]. Vì vậy việc loại bỏ thành phần kim loại nặng đặc biệt là Ni (II) ra khỏi nguồn nước ngầm hay nước thải công nghiệp đang là một trong những vấn đề quan trọng cần phải giải quyết hiện nay. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về phương pháp xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng như phương pháp kết tủa, trao đổi ion, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học ,…các phương pháp này thường khá tốn kém hoặc có thể đưa vào môi trường những chất ô nhiễm khác. Trong đó phương pháp hấp phụ có ưu điểm xử lý nhanh và cho kết quả rất khả thi [12]. Than hoạt tính (AC) với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết cho ứng dụng để thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong xử lý nước thải [1]. Tuy nhiên giá của các loại AC là rất đắt tiền do hầu hết các sản phẩm AC có nguồn gốc chung từ các nguyên liệu tự nhiên tốn kém như gỗ hoặc than. Do đó việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như bã chè [16], vỏ cà phê [29], bã mía [7], vỏ trấu [18] ,… đang được các nhà khoa học quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả mà nó mang lại. Một trong các nguồn phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là vỏ cà phê với thành phần chính là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo ra các vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước trong đó có niken. Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 1
  11. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni (II) của than hoạt tính biến tính từ vỏ cà phê”.  Mục đích nghiên cứu Chế tạo được các loại than hoạt tính với chất hoạt hóa là HNO3 từ vỏ cà phê với nồng độ chất hoạt hóa khác nhau. Sau đó, đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) trong nước của các VLHP chế tạo được và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ Ni (II) của VLHP (pH, thời gian, khối lượng,…).  Nội dung nghiên cứu - Chế tạo các vật liệu hấp phụ từ vỏ cà phê. - Đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP thông qua IR và SEM. - Đánh giá khả năng hấp phụ Ni (II) của VLHP chế tạo được, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ (pH, thời gian, khối lượng,…). - Xác định dung lượng của VLHP.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Điều chế được VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường. Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam. Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 2
  12. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên tố niken 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của niken  Tính chất vật lý Trong vỏ trái đất niken chiếm khoảng 0,015 % (theo khối lượng). Niken (Z = 28) thuộc nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn. Bảng 1.1 : Một số đặc điểm của nguyên tố niken STT Cấu hình electron Bán kính nguyên tử, AO 28 [Ar] 3d84s2 1,24 Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. Trong thiên nhiên niken có 5 đồng vị bền: 58Ni (67,7%) ,60Ni ,61Ni ,62Ni ,64 Ni. Số oxi hóa phổ biến của niken là + 2, mặc dù 0, +1, và +3 của phức niken cũng được quan sát. Trong tự nhiên, niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken. Bảng 1.2 : Một số hằng số vật lí của Niken [13] Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sôi, Nhiệt thăng Độ cứng Độ dẫn điện chảy, oC o C hoa, KJ/mol (thang Moxơ) 1453 3185 424 5 14  Tính chất hóa học Niken là kim loại có tính hoạt động trung bình, khả năng phản ứng kém hơn sắt và coban. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, nó không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố không kim loại điển hình như O 2, S, Cl2, Br2 vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng nó phản ứng mãnh liệt nhất là Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 3
  13. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 khi niken được chia nhỏ. Niken tinh khiết bền với không khí và nước, người ta dùng niken để mạ ngoài các đồ bằng kim loại. 1.1.2. Công dụng của Niken Niken có nhiều tính năng đặc biệt. Niken cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống. Những hợp kim của nó với một số kim loại khác dùng trong kỹ thuật lại là những hợp kim rất cứng, vì vậy người ta thường đưa vào thép để tăng độ cứng, độ bền nhiệt, chống ăn mòn cho các loại thép hợp kim đặc biệt [3]. Do tính chất khó bị oxi hóa nên niken được dùng trong công nghiệp mạ để bảo vệ các kim loại dễ bị gỉ sét. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo ắc quy kiềm có dung lượng cao và bền vững. Ngoài ra, hợp kim chứa 6%- 8% niken (18%-20% crom) là thép không gỉ cao cấp, bền ăn mòn trong các môi trường xâm thực mạnh. Vì vậy, chúng được dùng trong nhiều ngành công nghiệp: chế tạo máy, hàng không, tên lửa, chế tạo ô tô, thiết bị y tế, xây dựng,… Trong đời sống hàng ngày, hợp kim niken được dùng trong nhiều làm dụng cụ gia đình, bộ đồ bếp. 1.1.3. Ảnh hưởng của Niken Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, ... Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận , còn nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây hiện tượng viêm da, xuất hiện dị ứng,… [8,13,15,18]. Hợp chất nikencacbonyl có độc tính cao (hơn khí CO 100 lần). Những nghiên cứu đã cho thấy độc tính đặc biệt cao của nikencacbonyl thể hiện dưới dạng hạt nhỏ, mịn lắng đọng trong phổi. Ở điều kiện ẩm của dịch phổi gây kích ứng sưng huyết và phù nề phổi. Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 4
  14. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chứa niken (II) [1]. QCVN 40:2011/BTNMT quy định nồng độ của niken (II) trong nước thải công nghiệp như sau: Bảng 1.3. Giá trị giới hạn nồng độ của ion kim loại Ni2+ trong nước thải công nghiệp Giá trị C Nguyên tố Đơn vị A B Niken mg/l 0,2 0,5 Trong đó: Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tại khu vực tiếp nhận nước thải. 1.1.4. Các phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước  Phương pháp sinh học: - Hấp thụ sinh học - Chuyển hóa sinh học - Phương pháp bãi lau sậy - Các quá trình sử dụng enzyme khác  Phương pháp kết tủa: - Quá trình oxi hóa khử - Quá trình kết tủa hiđroxit - Quá trình kết tủa sunfit - Quá trình photphat hóa Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 5
  15. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2  Quá trình điện hóa: - Kết tủa điện hóa - Thẩm tách điện hóa - Đông tụ điện hóa - Trao đổi ion điện hóa  Hấp phụ và trao đổi ion: - Hấp phụ (vật lý, hóa học) - Trao đổi ion  Phương pháp màng: thẩm thấu ngược và lọc Nano (10-9m), - Vi lọc - Quá trình màng lỏng  Ngoài ra, còn có các phương pháp như trích ly và phương pháp quang hóa. 1.2. Phương pháp hấp phụ 1.2.1. Các khái niệm  Hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Trong đó, các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí hấp phụ trên bề mặt chất rắn, xốp. 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; pha mang là hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ. Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2]. Hấp phụ vật lý Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 6
  16. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán) liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học được gây ra bởi lực liên kết hóa học ( liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí) giữa bề mặt chất hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [9], [11].  Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước [2] Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp, 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 nước nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nước 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. 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. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trước tiên phụ thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực được hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngược lại. Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của dung dịch, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ. Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 7
  17. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: Khối lượng phân tử, cấu trúc phân tử, loại và số lượng các nhóm chức, hàm lượng tro và các hợp chất dễ bay hơi, diện tích bề mặt riêng, số lượng vi lỗ có trong vật liệu, pH của môi trường hấp phụ và pH của vật liệu, liều lượng vật liệu hấp phụ,thời gian hấp phụ, nồng độ chất hấp phụ. 1.2.2. Cân bằng hấp phụ - các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ  Cân bằng hấp phụ Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng [9], [11]. - Dung lượng hấp phụ cân bằng: biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ [11]. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức: (Co −Ccb )V q= (1.1) m Trong đó: q: dung lượng hấp phụ (mg/g) V: thể tích dung dịch (l) m: khối lượng chất hấp phụ (g ) Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 8
  18. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng ở trạng thái cân bằng. - Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu. (Co −Ccb ) H= × 100% (1.2) Co Trong đó: H: hiệu suất hấp phụ (%) Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l).  Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 1.4. Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ Tên đường đẳng nhiệt Bản chất sự STT Phương trình hấp phụ hấp phụ v KL.p Vật lý và Hóa 1 Langmuir  v0 1  K L . p học Vật lý và Hóa 2 Henry v  k. p học Vật lý và Hóa 3 Freundlich v  k. p1 / n (n  1) học v 1 4 Shlygin-Frumkin-Temkin  ln C 0 . p Hóa học vm a Brunauer-Emmett-Teller p 1 C  1 p Vật lý, nhiều 5   . (BET) v.( p0  p) vm C vm C p0 lớp Trong các phương trình trên, v là thể tích chất bị hấp phụ, v 0 là thể tích hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, p0 là áp suất hơi bão Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 9
  19. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết trong cùng nhiệt độ. Các ký hiệu KL, k, a, n là các hằng số. Trong đề tài này, em nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP với ion kim loại nặng Ni2+ trong môi trường nước theo mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết: - 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 tiểu phân 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 đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở Bảng 1.4 được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn - khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir được biểu diễn như sau: q b.C (1.3) = θ = 1+b.Ccb qm cb Trong đó: q, qm : dung lượng hấp phụ cân bằng, dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) θ : độ che phủ b : hằng số Langmuir Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l) Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ: - Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb
  20. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Trong vùng nồng độ cao: b.Ccb >> 1 thì q = 𝑞𝑚 mô tả vùng hấp phụ bão hòa. Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, đưa phương trình (1.3) về dạng phương trình đường thẳng: Ccb 1 1   .Ccb (1.4) q b.qm qm Ccb Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của vào C cb sẽ xác định được các hằng q số KL, qm trong phương trình. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng như Hình 1.1 và Hình 1.2. Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Langmuir 𝑪𝒄𝒃 vào Ccb 𝒒 1 1 tg   qm  1 qm tg ON  qm .K L 1.3. Giới thiệu vỏ cà phê Hiện nay, cà phê đang là mặt hàng nông sản đạt giá trị xuất khẩu lớn nhất của nước ta. Nó đã được trồng rộng rãi ở các tỉnh Điện Biên, Sơn La, Quảng Trị, Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu và 5 tỉnh Tây nguyên. Nguyễn Thị Hằng – K40B Sư phạm Hóa học 11
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược