- Trang Chủ
- Hoá học
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch nước bằng xơ dừa và than gáo dừa
Xem mẫu
- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI)
TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG XƠ DỪA VÀ THAN GÁO DỪA
TRẦN THỊ BÍCH THỦY
ĐOÀN HOÀNG PHƯƠNG THANH - VÕ THỊ LỢI
Khoa Hóa học
Tóm tắt: Vật liệu xơ dừa và than gáo dừa được hoạt hóa bằng dung dịch
HCl và khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch nước. Kết quả
khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr(VI) trên xơ dừa
và than gáo dừa hoạt hóa cho thấy thời gian hấp phụ đạt cân bằng là 60 phút,
tại pH= 1,30 với xơ dừa và pH = 1,52 với than gáo dừa. Khi có mặt các ion
lạ Na+, Ca2+ trong dung dịch Cr(VI) thì hiệu suất hấp phụ Cr(VI) bằng xơ
dừa và than gáo dừa hoạt hóa đều giảm và theo chiều Na+> Ca2+. Dung
lượng hấp phụ cực đại Cr(VI) trên xơ dừa hoạt hóa khoảng 4,24mg/g và than
gáo dừa hoạt hóa khoảng 0,24mg/g là phù hợp và tuân theo phương trình
động học Langmuir.
Từ khóa: Hấp phụ, Cr(VI), xơ dừa hoạt hóa, than gáo dừa hoạt hóa
1. MỞ ĐẦU
Nước sạch là một nguồn nguyên liệu rất quý giá, giữ một vai trò quan trọng trong quá
trình hình thành và phát triển sinh quyển, không thể không có sự sống khi không có
nước. Nước đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người và trong quá trình sản
xuất công nghiệp, nông nghiệp…Ngày nay do định hướng công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước, nền công nghiệp đang trên đà phát triển, các khu công nghiệp ngày càng
được xây dựng ở nhiều nơi. Do đó lượng nước thải ngày càng gia tăng; có thể trong
nước thải còn chứa một loạt các chất ô nhiễm ở dạng hữu cơ, vô cơ, vi sinh hoặc các
kim loại nặng: Cr(VI), Cr(III), Mn(II), Hg(II), Pb(II),…[1] là những thành phần gây ô
nhiễm và rất độc hại cho cơ thể động thực vật và môi trường. Đặc biệt nước thải từ công
nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, thuộc da,… có nhiều crom [2, 3]. Trong
dung dịch nước ion Cr(III) không độc nhưng Cr(VI) rất độc hại đối với môi trường và
cơ thể người, nó gây nguy hiểm cho gan, thận, đường hô hấp và còn gây ra các bệnh về
răng, miệng, kích thích da…
Trong công trình này, chúng tôi nghiên cứu, xử lí Cr(VI) có trong dung dịch nước bằng
xơ dừa và than gáo dừa là loại vật liệu đơn giản rẻ tiền, rất dễ kiếm trên toàn quốc.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu và phương pháp
2.1.1. Nguyên vật liệu - hóa chất nghiên cứu
- Các loại hóa chất: K2Cr2O7, HCl, H2SO4, muối Morh, điphenylamin, CaCl2, NaCl, là dạng
PA của Trung Quốc, than hoạt tính gáo dừa Bến Tre (than Bến Tre), nước cất một lần.
Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Sinh viên năm học 2016-2017
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế, tháng 12/2016: tr. 319-326
- 320 TRẦN THỊ BÍCH THỦY và cs.
- Nguyên vật liệu: Vỏ trái dừa già được thu gom tại các nhà hàng bán nước giải khác ở
thành phố Huế để sơ chế thành: Xơ dừa bằng cách bóc vỏ, xé nhỏ từ vỏ trái dừa, cắt
nhỏ, sấy khô đến trọng lượng không đổi. Than gáo dừa được điều chế bằng cách nung
gáo dừa trong điều kiện yếm khí, rồi nghiền nhỏ đến cỡ hạt xác định.
- Các dụng cụ và thiết bị sử dụng tại phòng Thí nghiệm Hóa Vô cơ Ứng dụng, khoa Hóa
học bao gồm: Các cốc thủy tinh dung tích từ 100 đến 1000mL, ống đong từ 10 đến
250mL, pipet và buret các cỡ từ 0,2 đến 25mL, cột sắc ký dung tích từ 10 đến 250mL,
cân kỹ thuật, cân phân tích…
2.1.2. Hoạt hóa vật liệu
- Sơ chế vật liệu: Xơ dừa được bóc vỏ, rửa sạch rồi sấy ở 80oC trong 2 giờ, sau đó cắt
nhỏ thành sợi khoảng 1cm. Gáo dừa phơi khô rồi nung ở điều kiện yếm khí thu được
than gáo dừa. Than gáo dừa được nghiền nhỏ qua rây 1mm.
- Hoạt hóa vật liệu: Các loại vật liệu được hoạt hóa bằng dung dịch HCl ở các điều kiện
xác định, để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl và thời gian hoạt hóa:
+ Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ HCl để hoạt hóa vật liệu bằng
cách lấy 100 gam vật liệu ngâm với 1L dung dịch HCl nồng độ lần lượt là 0,5M; 0,75M;
1M; 1,25M; 1,5M; 1,75M trong 1 giờ. Vật liệu sau khi hoạt hóa được rửa bằng nước
cất. Sau đó sấy lại ở 80oC trong 2 giờ, bảo quản trong các bao plastic.
+ Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa vật liệu được tiến hành
với 100 gam vật liệu ngâm với 1L dung dịch HCl có nồng độ xác định cho từng loại vật
liệu là xơ dừa hay than gáo dừa với thời gian lần lượt là: 5 phút, 15 phút, 30 phút, 45
phút, 1 giờ, 2 giờ. Vật liệu sau khi hoạt hóa xong, được rửa bằng nước cất. Rồi sấy lại ở
80oC trong 2 giờ và bảo quản trong các bao plastic.
2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu
Các loại vật liệu hấp phụ là xơ dừa và than gáo dừa sau khi hoạt hóa và than gáo dừa
Bến Tre được tiến hành hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch nước ở các điều kiện: thời gian,
pH và sự có mặt của các ion khác (Na+, Ca2+). Từ đó tính hiệu suất của quá trình hấp
CoCr(VI ) CsCr(VI )
phụ theo công thức: H% x100%
CoCr ( VI )
Với CoCr(VI ) (mg/L): nồng độ Cr(VI) trong dung dịch ban đầu
CsCr(VI ) (mg/L): nồng độ Cr(VI) trong dung dịch sau thí nghiệm hấp phụ
H% (%): hiệu suất hấp phụ Cr(VI) bằng xơ dừa, than gáo dừa
Nồng độ của dung dịch Cr(VI) được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung
dịch muối Morh 0,01M trong sự có mặt của chỉ thị điphenylamin.
- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG DUNG DỊCH NƯỚC... 321
Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, kết quả được đánh giá trên giá trị trung bình. Các số liệu
thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Excel và Origin.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chưa hoạt hóa
X¬ dõa
70 Than g¸ o dõa
Than BÕn Tre
60
50
HiÖu suÊt (%)
40
30
20
10
0 50 100 150 200 250
Thêi gian hÊp phô (phót)
Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của than gáo dừa, xơ dừa chưa hoạt
hóa và than Bến Tre
Từ hình 1, có thể thấy rằng: khi thời gian hấp phụ tăng từ 30 phút đến 240 phút thì hiệu
suất hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu này tăng lên, nhưng đến khoảng 60 phút thì khả
năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu này bảo hòa. Khả năng hấp phụ của các vật liệu
chưa hoạt hóa là: than gáo dừa chưa đến 40% và xơ dừa khoảng 40%, là kém hơn nhiều
so với than hoạt tính gáo dừa Bến Tre là 70%. Vì vậy cần phải hoạt hóa các loại vật liệu
này để tăng khả năng hấp phụ Cr(VI) là một yêu cầu cần thiết.
3.2. Nghiên cứu hoạt hóa vật liệu
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
90
80
70
HiÖu suÊt (%)
60
50
40
Than g¸ o dõa
30 X¬ dõa
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
Nång ®é HCl (M)
Hình 2. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
- 322 TRẦN THỊ BÍCH THỦY và cs.
Từ hình 2, có thể thấy rằng: khi nồng độ HCl dùng để hoạt hóa vật liệu tăng từ 0,5M đến
1,75M thì khả năng hấp phụ Cr(VI) tăng lên, nhưng đến khoảng 1,25M (đối với than gáo
dừa) và 1,5M (đối với xơ dừa) thì khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu bão hòa. Khả
năng hấp phụ tốt nhất đối với than gáo dừa (64,71%) và xơ dừa (92,05%) ở tại nồng độ
axit dùng để hoạt hóa lần lượt là 1,25M và 1,5M. Vì vậy có thể chọn các nồng độ HCl này
để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo. Xơ dừa cần hoạt hóa với HCl có nồng độ lớn hơn
so với than gáo dừa có thể giải thích do trong xơ dừa có hàm lượng các chất hữu cơ nhiều
hơn so với than gáo dừa nên cần lượng axit có nồng độ lớn hơn để hoạt hóa.
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
100 X¬ dõa
Than g¸ o dõa
90
80
HiÖu suÊt (%)
70
60
50
0 20 40 60 80 100 120
Thêi gian (phót)
Hình 3. Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
Từ hình 3, có thể thấy rằng khi thời gian hoạt hóa than gáo dừa bằng HCl 1,25M và thời
gian hoạt hóa xơ dừa bằng HCl 1,5M tăng lên thì hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của than gáo
dừa và xơ dừa đều tăng dần từ 5 phút đến 30 phút thì vật liệu là than gáo dừa bắt đầu
giảm. Nhưng xơ dừa vẫn tăng đến khoảng thời gian 60 phút mới bắt đầu giảm. Vì trong
xơ dừa có hàm lượng các chất hữu cơ lớn hơn than gáo dừa nên cần thời gian hoạt hóa
lâu hơn để có thể đạt hiệu suất hấp phụ tốt.
Khả năng hấp phụ tốt nhất đối với than gáo dừa hoạt hóa (79,99%) và xơ dừa hoạt hóa
(92,05%) ở tại thời gian hoạt hóa lần lượt là 30 phút và 60 phút. Do đó chọn các khoảng
thời gian này để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
Từ hình 4, có thể thấy rằng: khi thời gian hấp phụ tăng từ 15 phút đến 240 phút thì hiệu
suất hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu tăng lên, nhưng đến 60 phút thì khả năng hấp phụ
Cr(VI) của vật liệu đạt bão hòa. Điều này được giải thích: theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt,
các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển
ngược lại. Liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG DUNG DỊCH NƯỚC... 323
thời gian ngắn thì chưa đủ để các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụ được “lấp
đầy” bởi Cr(VI). Ngược lại, khi tời gian hấp phụ càng dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ
trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng lớn nên
hiệu quả hấp phụ gần như không tăng và dần đạt về trạng thái cân bằng.
Khả năng hấp phụ tốt nhất đối với than gáo dừa hoạt hóa (79,99%) và xơ dừa (92,05%)
ở tại thời gian hấp phụ là 60 phút. Chọn khoảng thời gian này để thực hiện các thí
nghiệm tiếp theo.
X¬ dõa
90 Than g¸ o dõa
80
HiÖu suÊt(%)
70
60
50
40
0 50 100 150 200 250
Thêi gian hÊp phô (phót)
Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ H+ đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
X¬ dõa
100
Than g¸ o dõa
95
90
HiÖu suÊt (%)
85
80
75
70
65
60
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Nång ®é HCl (M)
Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ H+ đến khả năng hấp phụ của vật liệu
- 324 TRẦN THỊ BÍCH THỦY và cs.
Từ hình 5, có thể thấy rằng: Khi pHtăng từ 1,05 đến 2 thì khả năng hấp phụ của vật liệu
tăng dần đến cực đại rồi giảm. Điều này có thể giải thích do khi nồng độ H+ tăngcó thể
làm tăng khả năng khuếch tán của các ion Cr(VI) trong dung dịch từ đó làm tăng khả
năng hấp phụ, nhưng khi nồng độ H+ lớnsẽ xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion H+ và
ion Cr(VI) làm giảm khả năng hấp phụ Cr(VI).
3.5. Ảnh hưởng của ion lạ đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu
100
Ca2+
90 Na+
80
HiÖu suÊt(%)
70
60
50
40
30
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Nång dé ion (M)
Hình 6. Ảnh hưởng của các ion Ca2+ và Na+ đến khả năng hấp phụ của xơ dừa hoạt hóa
90
80
70 Ca2+
Na+
60
HiÖu suÊt (%)
50
40
30
20
10
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Nång ®é ion (M)
Hình 7. Ảnh hưởng của các ion Ca2+ và Na+ đến khả năng hấp phụ của than gáo dừa hoạt hóa
Từ hình 6 và 7, có thể thấy rằng khi có mặt các ion lạ Ca2+; Na+ và khi nồng độ các ion
lạ này tăng dần từ 0M đến 0,09M thì khả năng hấp phụ Cr(VI) của các loại vật liệu đều
giảm. Điều này có thể giải thích do sự hấp phụ cạnh tranh giữa các ion lạ với ion Cr(VI)
làm giảm khả năng hấp phụ của các loại vật liệu.
- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG DUNG DỊCH NƯỚC... 325
Với cùng một nồng độ thì khi có mặt Na+ khả năng hấp phụ của các loại vật liệu giảm
mạnh hơn so với Ca2+. Điều này được giải thích là do bán kính ion Na+(0,95Å) bé hơn
so với Ca2+ (0,99Å) [4] nên khả năng hấp phụ Na+ tốt hơn so với Ca2+ làm hiệu suất hấp
phụ Cr(VI) giảm mạnh hơn khi có ion Na+.
3.6. Nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ Cr(VI) bằng xơ dừa và than gáo
dừa theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir
Hình 8 và 9 biểu diễn phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir của Cr(VI) trong
dung dịch nước bằng xơ dừa và than gáo dừa.
80
70 y = 0.2369x + 2.3072
60 R² = 0.9859
50
C/Г
40
30
20
10
0
0 50 100 150 200 250 300
Nồng độ Cr(VI) lúc cân bằng (mg/L)
Hình 8. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của xơ dừa hoạt hóa
Từ hình 8, ta có thể tính được khả năng hấp phụ cực đại của xơ dừa hoạt hóa là: Гmax =
4,24mg/g.
120
y = 4.0999x + 14.877
100
R² = 0.9627
80
C/Г
60
40
20
0
0 5 10 15 20 25
Nồng độ Cr(VI) lúc cân bằng (mg/L)
Hình 9. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của than gáo dừa hoạt hóa
- 326 TRẦN THỊ BÍCH THỦY và cs.
Từ hình 9 ta có thể tính được khả năng hấp phụ cực đại của than gáo dừa hoạt hóa là:
Гmax = 0,24mg/g.
Các kết quả này cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt mô tả chính xác quá trình hấp phụ
Cr(VI) bằng xơ dừa và than gáo dừa. Vì giá trị lí thuyết lần lượt là 4,24 (mg/g) và 0,24
(mg/g) xấp xỉ giá trị thực nghiệm là: 4,32 (mg/g) và 0,22 (mg/g).
4. KẾT LUẬN
4.1. Đã nghiên cứu hoạt hóa xơ dừa và than gáo dừa để có khả năng hấp phụ tốt Cr(VI)
trong dung dịch nước bằng dung dịch HCl trong điều kiện:
+ Xơ dừa: nồng độ HCl là 1,5M với thời gian hoạt hóa là 1 giờ.
+ Than gáo dừa: nồng độ HCl là 1,25M với thời gian hoạt hóa là 30 phút.
4.2. Đã nghiên cứu điều kiện để hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch nước đạt tối ưu ở
khoảng thời gian hấp phụ đạt cân bằng là 60 phút, tại pH= 1,30 với xơ dừa và pH =
1,52 với than gáo dừa.
4.3. Khi có mặt các ion lạ Na+, Ca2+ trong dung dịch Cr(VI) thì hiệu suất hấp phụ
Cr(VI) bằng xơ dừa và than gáo dừa đều giảm và theo chiều Na+> Ca2+.
4.4. Dung lượng hấp phụ cực đại Cr(VI) trên xơ dừa là khoảng 4,24 mg/g và than gáo
dừa là 0,24mg/g là phù hợp và tuân theo phương trình động học Langmuir.
Lời cám ơn: Các tác giả xin chân thành cám ơn PGS.TS. Võ Văn Tân đã tận tình cố vấn, để
công trình này được hoàn thành.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm và Nguyễn Xuân Thơm (2008).
Nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính, Tạp chí
Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 11, số 08, 5-12.
[2] Võ Văn Tân (2012). Giáo trình hóa học môi trường, NXB Đại học Huế.
[3] Lê Văn Cát (2002). Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước thải”, NXB
Thống kê.
[4] Hoàng Nhâm (2004). Hóa học vô cơ - Tập 2, NXB Giáo dục.
[5] Hoàng Nhâm (2004). Hóa học vô cơ - Tập 3, NXB Giáo dục.
TRẦN THỊ BÍCH THỦY
ĐOÀN HOÀNG PHƯƠNG THANH
VÕ THỊ LỢI
SV lớp Hóa 4B, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế
ĐT: 0126 663 6761, Email: bichthuy2203@gmail.com
nguon tai.lieu . vn
