›

Khóa luận Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê

pdf 44 trang thiennha21 15/04/2022 3120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_kha_nang_hap_phu_niii_cua_than_cacbon_h.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== LÊ THỊ HỒNG NHUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN CACBON HÓA TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS. ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI - 2018
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ====== LÊ THỊ HỒNG NHUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) CỦA THAN CACBON HÓA TỪ VỎ CÀ PHÊ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS. ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI - 2018
  3. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới Ths. Đỗ Thủy Tiên – Trường Đại học 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 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 Lê Thị Hồng Nhung SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  4. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân em, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của ThS. Đỗ Thủy Tiên. Các số liệu và những kết quả đo đƣợc trong khóa luận là trung thực, do cá nhân em tiến hành thí nghiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện Lê Thị Hồng Nhung SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  5. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ VLHP Vật liệu hấp phụ. IR Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (Infrared (IR) spectroscopy). TOC Tổng lƣợng cacbon hữu cơ. SEM Phƣơng pháp điện tử quét SEM. TN Thí nghiệm SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  6. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Niken 3 1.1.1.Tính chất vật lí, hóa học của Niken 3 1.1.2. Công dụng của Niken. 3 1.1.3. Ảnh hƣởng của Niken. 4 1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ. 4 1.2.1. Các khái niệm. 4 1.2.2. Cân bằng hấp phụ. 7 1.2.3. Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ. 9 1.3. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP 11 1.3.1. Giới thiệu về vỏ cà phê 12 1.3.2. Thành phần chính của vỏ cà phê 13 1.4. Giới thiệu về công nghệ cacbon hóa, than cacbon hóa. 14 1.4.1. Công nghệ cacbon hóa. 14 1.4.2. Than cacbon hóa. 14 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 16 2.2. Hóa chất và dụng cụ. 16 2.2.1. Hóa chất 16 2.2.2. Thiết bị 16 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. 17 2.3.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu. 17 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích. 17 2.3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm. 17 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  7. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 2.3.3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn Ni(II). 17 2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê. 17 2.3.3.3. Quy trình thực nghiệm. 18 2.3.3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. 18 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn Ni(II). 21 3.2. Tính toán khả năng tạo than từ vỏ cà phê trong lò nung chứa khí Argon. 21 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung than, thời gian nung đến khả năng hấp phụ NI(II) của các vật liệu . 23 3.4. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP 24 3.4.1. Phổ IR của vật liệu. 24 Hình 3.4. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của vật liệu 24 3.4.2. Kết quả chụp SEM. 25 3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP . 25 3.5.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. 25 3.5.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. 27 3.5.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. 28 3.5.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP 30 3.6. Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  8. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí của Niken 3 Bảng 1.2: Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 9 Bảng 1.3. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh Đắk Lắk và tỉnh Điện Biên 13 Bảng 1.4: Kích thƣớc và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa trên các vật liệu khác nhau 15 Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp phụ quang của dung dịch Ni(II) với các nồng độ khác nhau. 21 Bảng 3.2: Hiệu suất tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ khác nhau. 22 Bảng 3.3: Hiệu suất hấp phụ kim loại Ni(II) của các VLHP 23 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. 26 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ của VLHP. 27 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. 29 Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP. 30 Bảng 3.8: Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni(II) của VLHP 31 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  9. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 11 Hình1.2: Sự phụ thuộc của vào Ccb 11 Hình 3.1: Đƣờng chuẩn Ni(II) 21 Hình 3.2: Hiệu suất tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ khác nhau. 22 Hình 3.3: Hiệu quả hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ và thời gian nung khác nhau. 23 Hình 3.4: Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của vật liệu 24 Hình 3.5: Hình thái học bề mặt của VLHP 25 Hình 3.6: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. 26 Hình 3.7: Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ của VLHP. 28 Hình 3.8: Ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. 29 Hình 3.9: Ảnh hƣởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP 31 Hình 3.10: Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Ni(II) 32 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của VLHP đối với Ni(II) 32 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG LỚP: K40B-SP HÓA
  10. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Đất nƣớc ta đang ngày càng phát triển theo hƣớng Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp là sự gia tăng về số lƣợng chất thải gây ô nhiễm môi trƣờng. Lƣợng chất thải này bao gồm nhiều thành phần nhƣ vô cơ, hữu cơ và đặc biệt là kim loại nặng. Một phần kim loại nặng này nằm trong nƣớc thải, chúng rất khó bị loại bỏ bằng các biện pháp xử lý nƣớc thải thông thƣờng và nếu chúng xâm nhập vào các nguồn nƣớc sinh hoạt ở mức cao hơn cho phép sẽ là nguồn gốc của nhiều bệnh hiểm nghèo, đe dọa sức khỏe và tính mạng con ngƣời. Phần còn lại tích lũy trong đất, gián tiếp đi vào chuỗi thức ăn và gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời và sinh vật sống [5].Vì vậy, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp đang là vấn đề đang đƣợc quan tâm. Hiện nay, Niken đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, nên nó thƣờng có mặt trong nƣớc thải công nghiệp, hoặc bùn thải. Niken xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đƣờng hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu tiếp xúc nhiều với Niken sẽ ảnh hƣởng đến phổi, hệ thần kinh trung ƣơng, gan, thận. Da tiếp xúc với Niken sẽ gây hiện tƣợng viêm da, xuất hiện dị ứng, Vì vậy, việc loại trừ các thành phần chứa kim loại nặng Ni(II) độc hại ra khỏi nguồn nƣớc, đặc biệt là nƣớc thải công nghiệp là một trong những mục tiêu bảo vệ môi trƣờng quan trọng cần phải giải quyết hiện nay. Đã xuất hiện nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc nhƣ: phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học, Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng rộng rãi và cho kết quả rất tốt [5]. Với mục tiêu là tìm kiếm nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, dễ kiếm, rẻ tiền, có thể tái tạo lại đƣợc để hấp phụ, loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc (ví dụ nhƣ lõi ngô, bã trà, bã mía, bùn chƣng cất, vỏ trấu, mùn cƣa, xỉ lò cao, ) là vấn đề mà em lựa chọn. Và vỏ cà phê đang là nguyên liệu đƣợc rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Chính vì vậy SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 1 LỚP: K40B-SP HÓA
  11. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê"  Mục đích: - Điều chế đƣợc các VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Ni(II) trong nƣớc. - Tìm đƣợc các điều kiện tối ƣu (pH, thời gian hấp phụ, liều lƣợng VLHP, nồng độ Ni(II) ban đầu) trong quá trình hấp phụ Ni(II).  Nội dung nghiên cứu: - Điều chế than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau. - Tính toán hiệu suất tạo than từ vỏ cà phê trong lò nung chứa khí Argon. - Đánh giá khả năng hấp phụ Ni(II) của các VLHP đƣợc điều chế từ vỏ cà phê. - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ Ni(II) của mẫu VLHP đã chọn. - Xác định dung lƣợng hấp phụ cực đại của VLHP đã chọn.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Điều chế đƣợc VLHP có nguồn gốc tự nhiên 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 trƣờng. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 2 LỚP: K40B-SP HÓA
  12. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Niken 1.1.1.Tính chất vật lí, hóa học của Niken Niken (Z = 28) thuộc nhóm VIIIB trong Bảng tuần hoàn, cấu Hình electron là: [Ar] 3d84s2. Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí của Niken Cấu hình electron [Ar]3d84s2 Năng lƣợng ion hóa, kJ/mol I1 737,1 I2 1753,0 I3 3395 Nhiệt độ nóng chảy, ◦C 1728 Nhiệt độ sôi, ◦C 3186 Nhiệt thăng hoa, KJ/mol 377,5 Vào năm 1804, nhà Hóa học ngƣời Đức Richter đã rất khó khăn khi cho Niken sunfat kết tinh lại 32 lần và rồi kết quả là ông đã thu đƣợc Niken tinh khiết. Đến hơn nửa thế kỷ sau, vào khoảng năm 1865, ngƣời ta đã tìm ra đƣợc những mỏ Niken rất lớn trên đảo Tân Calêđoni. Trong tự nhiên, Niken xuất hiện ở dạng hợp chất với lƣu huỳnh trong khoáng chất millerit, với asen trong khoáng chất niccolit, và với asen cùng lƣu huỳnh trong quặng Niken. Niken là kim loại có màu trắng bạc, bề mặt bóng láng. Niken nằm trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi. 1.1.2. Công dụng của Niken. Ở điều kiện bình thƣờng, nó trơ với oxi trong không khí nên thƣờng đƣợc dùng trong các thiết bị hóa học (điện cực), và trong một số hợp kim nhƣ bạc Đức (German silver), thép không rỉ, pin sạc, . SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 3 LỚP: K40B-SP HÓA
  13. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Niken là một nguyên tố cần thiết cho vi sinh vật và thực vật để thực hiện các phản ứng quan trọng của sự sống. Niken đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, 1.1.3. Ảnh hưởng của Niken. Trong vỏ Trái đất, hàm lƣợng Niken chiếm khoảng 0.015%. Trong đất, lƣợng Niken có thể đạt 5-50mg/kg. Trong nƣớc tự nhiên, hàm lƣợng Niken thƣờng nhỏ hơn 0.02mg/l nhƣng trong nƣớc sinh hoạt (nƣớc máy) do quá trình hòa tan từ các thiết bị, hàm lƣợng Niken có thể lên đến 1mg/l. Thức ăn hàng ngày của chúng ta cũng có chứa Niken, lƣợng xâm nhập vào cơ thể khoảng 0.1-0.3 mg/ngày. Khoảng 60-70% lƣợng Niken đƣợc dùng trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ, điện tử, Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trƣờng nƣớc, có khả năng tạo phức khá bền với các chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp. Vì vậy, phần lớn nó thƣờng có mặt trong nƣớc thải công nghiệp, hoặc bùn thải. Nó gây ra nhiều ảnh hƣởng đến môi trƣờng và con ngƣời: + Là độc chất đối với động vật và thực vật sống dƣới nƣớc. + Làm biến đổi các tính chất lý hóa của nƣớc, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn. + Ảnh hƣởng đến đƣờng ống dẫn nƣớc, mạch nƣớc ngầm, gây ăn mòn hệ thống cống rãnh. + Niken xâm nhập vào cơ thể con ngƣời chủ yếu qua đƣờng hô hấp, nó gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu. Nếu tiếp xúc nhiều với Niken sẽ ảnh hƣởng đến phổi, hệ thần kinh trung ƣơng, gan, thận. Da tiếp xúc với Niken sẽ gây hiện tƣợng viêm da, xuất hiện dị ứng, 1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ. 1.2.1. Các khái niệm.  Hấp phụ: Là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn - khí, rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Trong đó: SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 4 LỚP: K40B-SP HÓA
  14. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 + Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử nằm tiếp xúc với nó của pha khác. + Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. + Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ. Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngƣợc 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 tƣơng tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ngƣời ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [3]. - Hấp phụ vật lý: + Định nghĩa: 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 hƣớng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. + Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [3]. - Hấp phụ hóa học: + Định nghĩa: Hấp phụ hóa học là phƣơng pháp hấp phụ đƣợc gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thƣờng lớn hơn 22 kcal/mol. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tƣơng đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trƣờng 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 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 5 LỚP: K40B-SP HÓA
  15. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 năng hấp phụ hóa học tăng lên [7].  Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc là hấp phụ hỗn hợp, vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tƣơng tác là: nƣớc - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của nƣớc nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và nƣớc tạo ra các cặp hấp phụ là: chất bị hấp phụ - chất hấp phụ; nƣớc - chất hấp phụ, cặp nào có tƣơng 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 nƣớc, tính ƣa nƣớc hoặc kị nƣớc của chất hấp phụ, mức độ kị nƣớc của chất bị hấp phụ trong nƣớc. Vì vậy, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ trƣớc tiên phụ thuộc vào tính tƣơng đồng về độ phân cực giữa chúng: chất bị hấp phụ không phân cực đƣợc hấp phụ tốt trên chất hấp phụ không phân cực và ngƣợc lại. Đối với các chất có độ phân 2- cực cao, ví dụ các ion kim loại hay một số dạng phức oxy anion nhƣ SO4 , 3- 2- PO4 ,CrO4 thì quá trình hấp phụ xảy ra do tƣơng tác tĩnh điện thông qua lớp điện kép. Các ion hoặc các phân tử có độ phân cực cao trong nƣớc bị bao bọc bởi một lớp vỏ là các phân tử nƣớc, do đó bán kính (độ lớn) của các ion, các phân tử chất bị hấp phụ có ảnh hƣởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tƣơng tác tĩnh điện. Với các ion cùng hóa trị, ion nào có bán kính lớn hơn sẽ đƣợc hấp phụ tốt hơn do độ phân cực cao hơn và lớp vỏ hyđrat nhỏ hơn. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc còn bị ảnh hƣởng nhiều bởi pH của dung dịch. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ và các chất hấp phụ có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lƣỡng tính sẽ bị phân li, tích điện âm, dƣơng hoặc trung hoà tùy thuộc giá trị pH. Tại giá trị pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất hấp phụ bằng không, trên giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện âm và dƣới giá trị đó bề mặt chất hấp phụ tích điện dƣơng. Đối với các chất trao đổi ion diễn biến của hệ cũng phức tạp do sự phân li của các nhóm chức và các cấu tử trao đổi cũng phụ thuộc vào pH của môi trƣờng, đồng thời trong hệ cũng xảy ra cả quá trình hấp phụ và tạo phức chất. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 6 LỚP: K40B-SP HÓA
  16. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thƣớc mao quản cũng ảnh hƣởng tới sự hấp phụ. Đối với các hợp chất hữu cơ, trong môi trƣờng nƣớc chúng có độ tan khác nhau do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau. Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nƣớc dạng phân tử trung hòa, ít bị phân cực nên quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào: pH của môi trƣờng, lƣợng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ .  Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc: Để tồn tại đƣợc ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trƣờng nƣớc bị hydrat hóa tạo ra lớp vỏ là các phân tử nƣớc, các phức chất hidroxo, các cặp ion hay phức chất khác. Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trƣờng, các thành phần khác cùng có mặt mà Hình thành các dạng tồn tại khác nhau  Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ về cơ bản ảnh hƣởng bởi các yếu tố sau : - Khối lƣợng phân tử ; - Cấu trúc phân tử ; - Loại và số lƣợng các nhóm chức ; - Hàm lƣợng tro và các hợp chất dễ bay hơi; - Diện tích bề mặt riêng ; - Số lƣợng vi lỗ có trong vật liệu ; - pH của môi trƣờng hấp phụ và pH của vật liệu; - Liều lƣợng vật liệu hấp phụ; - Thời gian hấp phụ; - Nồng độ chất hấp phụ. 1.2.2. Cân bằng hấp phụ. Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 7 LỚP: K40B-SP HÓA
  17. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngƣợc 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 [7]. + Dung lƣợng hấp phụ cân bằng: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ [7]. Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức: ( ) q = (1.1) Trong đó: - q: dung lƣợng hấp phụ (mg/g) - V: thể tích dung dịch (l) - m: khối lƣợng chất hấp phụ (g ) - Co: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) - Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) Trong quá trình hấp phụ, các phần tử bị hấp phụ không bị hấp phụ đồng thời, bởi vì các phần tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngoài chất hấp phụ và sau đó khuếch tán vào sâu bên trong hạt của chất hấp phụ [5]. + Dung lƣợng hấp phụ bão hòa: là dung lƣợng 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. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 8 LỚP: K40B-SP HÓA
  18. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 ( ) H = . 100% (1.2) 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). 1.2.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. Một số đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt đƣợc nêu trong Bảng sau: Bảng 1.2: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ Tên đƣờng đẳng Bản chất sự hấp STT Phƣơng trình nhiệt hấp phụ phụ v K L .p 1 Langmuir Vật lý và Hóa học v0 1 K L .p 2 Henry Vật lý và Hóa học v k.p 3 Freundlich Vật lý và Hóa học 1/ n v k.p (n 1) Shlygin-Frumkin- v 1 4 ln C0 .p Hóa học Temkin vm a Brunauer- p 1 C 1 p . Emmett-Teller 5 v.( p0 p) vmC vmC p0 Vật lý, nhiều lớp (BET) Trong các phƣơng trình trên, v là thể tích chất bị hấp phụ, v0 là thể tích hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, p0 là áp suất hơi bão SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 9 LỚP: K40B-SP HÓA
  19. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM 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 các VLHP với ion kim loại nặng Ni2+ trong môi trƣờng nƣớc theo mô hình đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đƣợc 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 lƣợng hấp phụ trên các tiểu phân là nhƣ nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh. Phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở Bảng 1.2 đƣợc xây dựng cho hệ hấp phụ rắn - khí. Tuy nhiên, phƣơng trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc. Khi đó phƣơng trình Langmuir đƣợc biểu diễn nhƣ sau: (1.3) = θ = Trong đó: q, qm : dung lƣợng hấp phụ cân bằng, dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g) : độ che phủ b : hằng số Langmuir Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l) Phƣơng trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trƣng của hệ: - Trong vùng nồng độ nhỏ: b.Ccb > 1 thì q = mô tả vùng hấp phụ bão hòa. Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đƣờng đẳng SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 10 LỚP: K40B-SP HÓA
  20. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, đƣa phƣơng trình (1.3) về dạng phƣơng trình đƣờng thẳng: Ccb 1 1 (1.4) .Ccb q b.qm qm C Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của cb vào C sẽ xác định đƣợc các hằng q cb số KL, qm trong phƣơng trình. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng nhƣ Hình 1.1 và Hình 1.2. Hình 1.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình1.2: Sự phụ thuộc của vào Langmuir C cb 1 ON q .K m L 1.3. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP Ngày nay, trên Thế giới và Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều đề tài khoa học nhằm tìm các giải pháp sử dụng vật liệu hấp phụ từ các phế phẩm nông nghiệp có nguồn gốc tự nhiên để loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc thải công nghiệp. Nhiều công trình trong số đó đã đƣợc ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống và cho hiệu quả tốt, mở ra một hƣớng đi mới cho công nghệ xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Bã mía: đƣợc đánh giá nhƣ phƣơng tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nƣớc SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 11 LỚP: K40B-SP HÓA
  21. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 và đƣợc ví nhƣ than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng nhƣ: Cr(III), Ni(II), Cu(II) Bên cạnh khả năng tách loại kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu [18] Lõi ngô: một nhóm nghiên cứu ở trƣờng Đại học North Carolina, Hoa kỳ tiến hành nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý lõi ngô bằng dung dịch NaOH và H3PO4 để chế tạo VLHP kim loại nặng. Hiệu quả xử lý của VLHP tƣơng đối cao. Dung lƣợng hấp phụ cực đại của hai ion kim loại nặng Cu2+ và Cd2+ lần lƣợt là 0,39 mmol/g và 0,62 mmol/g [15] Vỏ đậu tương: Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng nhƣ Cd2+, Zn2+, và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt là ion Cu2+. Vỏ đậu tƣơng sau khi xử lý với NaOH và axit citric thì dung lƣợng hấp phụ cực đại lên tới 108mg/g [19]. 1.3.1. Giới thiệu về vỏ cà phê Cà phê là một trong những mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ lực của Việt Nam đƣợc trồng chủ yếu ở các tỉnh Điện Biên, Sơn La, Quảng Trị, Bình Phƣớc, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu và 5 tỉnh Tây nguyên. Tổng diện tích cà phê cả nƣớc là 614.545ha, trong đó Tây Nguyên chiếm tỷ lệ khoảng 92% (Cục Trồng trọt, 2012) [10]. Đắk Lắk là tỉnh có diện tích trồng cà phê lớn nhất cả nƣớc. Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Đắk Lắk, sản lƣợng cà phê thành phẩm thu đƣợc hàng năm khoảng là 460.000 tấn, với tỷ lệ vỏ cà phê chiếm 40% thì hàng năm sẽ thải ra gần 200.000 tấn vỏ khô cà phê [1]. Những năm trƣớc đây, sau mỗi vụ thu hoạch, phơi khô, các nông hộ tập trung xay xát vất vỏ cà phê bừa bãi ra ven đƣờng, gò đồi, hoặc chất thành đống đốt gây ô nhiễm môi trƣờng. Một vài năm gần đây nông dân đã biết tận dụng vỏ trấu, vỏ cà phê để làm phân compost, tuy nhiên việc làm phân compost không phải là ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho ngƣời dân. Chính vì vậy việc tận dụng vỏ cà phê để chế tạo than hoạt tính là một hƣớng nghiên cứu mới có nhiều triển vọng về mặt kinh tế cũng nhƣ ứng dụng cải thiện môi trƣờng. Vỏ cà phê đƣợc nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 12 LỚP: K40B-SP HÓA
  22. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 trong nƣớc nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein. Than hoạt tính chế tạo từ vỏ cà phê có cấu trúc dạng sợi, hệ mao quản có kích thƣớc nhỏ 0,4 đến 1,8nm. Có thể thấy vỏ cà phê rất thích hợp để làm vật liệu cacbon hóa, vừa tiết kiệm chi phí vật liệu, đồng thời tận dụng đƣợc lƣợng vỏ cà phê thải ra góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. 1.3.2. Thành phần chính của vỏ cà phê [11] Bảng 1.3. Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh Đắk Lắk và tỉnh Điện Biên STT Thành phần vỏ cà phê Trồng tại Đắk Lắk Trồng tại Điện Biên 1 % hemicelluloses 9,187 13,06 2 % lignin 19,58 19,182 3 % celluloses 61,473 67,758 Thành phần chính của vỏ cà phê là Gluxit gồm xenlulozo, hemixenlulozo, lignin và một số hợp chất khác. Sự kết hợp giữa xenlulozo và hemixenlulozo có chứa nhiều nhóm –OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hidro. Xenlulozo là polisaccarit cao phân tử do các mắt xích -glucoza [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết -1,4-glucozit. Phân tử khối của xenlulozo rất lớn khoảng từ 100000-250000 đ.v.c. Trong mỗi phân tử xenlulozo có khoảng 1000-15000 mắt xích glucozo. Hemixenlulozo là polisaccarat giống nhƣ xenlulozo nhƣng có số mắt xích nhỏ hơn và thƣờng bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và metyl. Lignin là loại polime đƣợc tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai trò kết nối giữa xenlulozo và hemixenlulozo. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 13 LỚP: K40B-SP HÓA
  23. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 1.4. Giới thiệu về công nghệ cacbon hóa, than cacbon hóa. 1.4.1. Công nghệ cacbon hóa. Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có mặt trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu. Các hợp chất hữu cơ phân hủy dƣới tác dụng của nhiệt và tạo thành cacbon. Quá trình cacbon hóa có thể chia thành 2 giai đoạn: sấy khô và đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu. Có một số sự khác biệt giữa phƣơng pháp thiêu đốt truyền thống và công nghệ cacbon hóa. Phƣơng pháp thiêu đốt truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành khí thải và tro, sinh ra nhiều khí thải độc hại. Ngƣợc lại phƣơng pháp nhiệt phân biến chất thải thành các loại nhiên liệu giàu năng lƣợng bằng việc đốt các chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý nhiệt lại hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải đƣợc biến thành các chất trung gian, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lƣợng. Dƣới tác dụng của nhiệt, các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành nƣớc, khí và than tổng hợp. Nhiệt phân trong công nghệ cacbon hóa là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ 300-800°C và trong môi trƣờng chứa khí Argon. Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân (ngƣợc quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí và than rắn đƣợc sinh ra. Than ở dạng rắn là hợp chất của các nguyên liệu khó cháy với cacbon. Khí tổng hợp đƣợc sinh ra là hỗn hợp của các khí gồm cacbon monoxit, hydro, metan và 1 số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi [12]. 1.4.2. Than cacbon hóa. Qua các nghiên cứu của Viện Công nghệ Môi trƣờng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam từ năm 2006 đến nay cho thấy lƣợng chất thải rắn phát sinh hằng năm khoảng 15 triệu tấn(hơn 40 nghìn tấn/ngày), trong đó khoảng 80% là rác sinh hoạt. Tiếp đó là chất thải phát sinh từ các khu công nghiệp 2,6 triệu tấn chiếm khoảng 17%, thêm vào đó là gần 1500 làng nghề (tập trung chủ yếu ở SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 14 LỚP: K40B-SP HÓA
  24. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 vùng nông thôn miền Bắc) thải ra 774.000 tấn chất thải công nghiệp mỗi năm. Chất thải chủ yếu tập trung ở các vùng đô thị. Ở đô thị, tuy dân số chỉ chiếm 24% dân số cả nƣớc nhƣng lƣợng rác thải chiếm tới 50% tổng lƣợng chất thải của cả nƣớc với 6 triệu tấn/năm [12] Trong thời gian qua do nhiều lý do, ngƣời ta chọn phƣơng pháp đơn giản nhất là chôn lấp, thế nhƣng với lƣợng rác càng ngày càng tăng [tính đến năm 2012 thì lƣợng rác đƣợc thu gom để chôn lấp hằng ngày tại thủ đô Hà Nội và các quận ngoại thành đã lên đến 4200 tấn/ ngày. Theo tính toán của bãi chôn lấp Nam Sơn- Sóc Sơn - Hà Nội thì chỉ hết năm 2013 bãi rác sẽ hết chỗ chôn lấp, không thể dễ gì tìm đƣợc diện tích đất đủ rộng để làm bãi chôn lấp. Một công nghệ mới đƣợc ra đời dựa trên nguyên lý sự đốt cháy, nhƣng trong môi trƣờng thiếu oxi đó là công nghệ xử lý chất thải rắn bằng phƣơng pháp cacbon hóa, công nghệ này cho phép thu hồi năng lƣợng nhƣ: nhiệt năng hoặc làm nguyên, nhiên liệu sạch (than sạch, than hoạt tính). Phƣơng pháp này giúp xử lý ô nhiễm môi trƣờng và giảm lƣợng rác thải cho bãi chôn, đây là yếu tố quan trọng chính của quá trình xử lý chất thải. Sau khi tiến hành phân tích chất lƣợng sản phẩm thông qua các chỉ tiêu đánh giá nhiệt năng nhƣ TOC và nhiệt trị; chỉ tiêu đánh giá vật liệu lọc nhƣ kích thƣớc mao quản và diện tích bề mặt riêng. Bảng 1.4: Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa trên các vật liệu khác nhau [11],[16] Vật liệu Kích thƣớc mao quản Diện tích bề mặt cacbon hóa (mg/g) Vải Kích thƣớc Rất nhỏ, 1-2 nm 60-70 Giấy Kích thƣớc Rất nhỏ, l-2nm 50-70 Tre Kích thƣớc nhỏ, 10-20 μm 300-400 Gỗ Kích thƣớc nhỏ, 50-150 μm 100 - 300 Vỏ cà phê Kích thƣớc Rất nhỏ, 0,4-1,8nm SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 15 LỚP: K40B-SP HÓA
  25. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu + Vật liệu: Vỏ cà phê. + Dung dịch Ni(II) có nồng độ xác định. 2.2. Hóa chất và dụng cụ. 2.2.1. Hóa chất - Nƣớc cất 2 lần. - Dung dịch nƣớc brom bão hòa. - Dung dịch amoniac đặc. - Thuốc thử đimetyl glyoxim 1,2%: Hòa tan 1,2g Đimetyl glyoxim trong 125ml rƣợu etylic, dùng đũa khuấy đều. - Dung dịch chuẩn Ni(II) 1000mg/l: Hòa tan 4,477g muối NiSO4.6H2O trong nƣớc cất 2 lần rồi định mức đến 1000ml, ta đƣợc dung dịch Ni(II) 1000mg/l. Sau đó pha loãng thành dung dịch làm việc có nồng độ xác định. 2.2.2. Thiết bị - Máy nghiền 3A4KW, - Cân phân tích OHAUS-Mỹ, - Tủ sấy Trung Quốc, - Máy khuấy từ gia nhiệt IKA 4 vị trí hoạt động cùng chế độ, - Máy so màu ShimaDzu UV-Vis1800, - Máy đo pH cầm tay, - Lò nung dạng ống CARBOLITE. - Ngoài ra còn có các dụng cụ phân tích khác nhƣ: Bình tam giác, bình định mức, pipet, đũa thủy tinh, bát sứ, giấy lọc, SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 16 LỚP: K40B-SP HÓA
  26. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. 2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu. Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích các tài liệu, công trình nghiên cứu có liên quan đến lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trƣờng. 2.3.2. Phương pháp phân tích. + Phương pháp phổ hồng ngoại (IR): xác định sự có mặt một số nhóm chức đặc trƣng của bio-adsorbent. + Phương pháp SEM: xác định cấu trúc của bio-adsorbent. + Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử UV-VIS: Xác định hàm lƣợng ion kim loại nặng trong mẫu nƣớc nghiên cứu trƣớc và sau khi hấp phụ. 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm. 2.3.3.1. Xây dựng đường chuẩn Ni(II). Trong môi trƣờng amoniac yếu có mặt chất oxy hóa mạnh, ion Ni2+ sẽ tạo với thuốc thử đimetyl glyoxim một phức màu đỏ thuận lợi cho việc định lƣợng Ni(II) theo phƣơng pháp trắc quang. Hàm lƣợng Ni(II) đƣợc xác định theo cƣờng độ hấp thụ màu của phức chất ở bƣớc sóng λ = 550nm.  Cách tiến hành. - Chuẩn bị 7 bình định mức có dung tích 50ml rồi cho lần lƣợt: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12ml dung dịch Ni(II) nồng độ 5mg/l. - Tiến hành lần lƣợt cho vào từng bình: + 10ml dung dịch nƣớc brom bão hòa. + 12ml dung dịch ammoniac đặc. + 4ml dung dịch thuốc thử đimetyl glyoxim. + Thêm nƣớc cất tới vạch định mức. Sau 5-10 phút thì đem đo phổ tại bƣớc sóng 휆= 550nm bằng máy đo UV- VIS. 2.3.3.2. Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê. Vỏ cà phê đƣợc lấy ở Đắk Lắk trong cùng một thời điểm lấy mẫu để đảm bảo các thí nghiệm có tính đồng nhất. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 17 LỚP: K40B-SP HÓA
  27. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2  Tiền xử lý vỏ cà phê : Vỏ cà phê đƣợc rửa sạch để loại bỏ bụi và đất, sau đó đem sấy khô ở 105oC trong 3 giờ, rồi đƣợc nghiền nhỏ sao cho các hạt có kích thƣớc đồng đều từ 1.5 – 2.0mm.  Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa: Tiến hành nung 10g vỏ cà phê đã xay nhỏ trong lò nung chứa khí argon ở các nhiệt độ 300oC, 400oC, 500oC, 600oC trong khoảng thời gian 60 phút. + Sau đó chọn ra mẫu than có khả năng hấp phụ Ni(II) cao nhất để khảo sát thời gian nung vật liệu (30p, 60p, 90p).Sau đó chọn mẫu tốt nhất để làm VLHP cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.  Tính toán hiệu suất tạo than từ vỏ cà phê trong lò nung chứa khí Argon. Tiến hành nung 10g vỏ cà phê đã xay nhỏ trong lò nung chứa khí argon ở các nhiệt độ 300oC, 400oC, 500oC, 600oC trong khoảng thời gian 30 phút. Sau khi nung, cân lại khối lƣợng than thu đƣợc rồi tính toán hiệu suất tạo than trong các khoảng nhiệt độ khác nhau. 2.3.3.3. Quy trình thực nghiệm. Đánh giá khả năng hấp phụ Ni(II) của các VLHP chế tạo đƣợc với các điều kiện sau: + Khối lƣợng VLHP: 0.5g + Thể tích dung dịch Ni(II) có nồng độ xác định: 50ml. + Thời gian khuấy: 90phút, tốc độ khuấy: 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng. + Sau đó lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, tiến hành xác định hàm lƣợng Ni(II) còn lại trong các mẫu ở bƣớc sóng 550nm. Lựa chọn mẫu tốt nhất làm VLHP cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo. 2.3.3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 18 LỚP: K40B-SP HÓA
  28. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 TN1: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. + Cân 0,5 gam VLHP vào bình nón cỡ 100ml đánh số thứ tự (6 bình). + Thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch chứa Ni(II) nồng độ xác định ở pH lần lƣợt là: 2, 3, 4, 5, 6, 7. + Đem khuấy từ trong 90 phút với tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng. + Lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, sau đó đem đi đo độ hấp thụ quang ở bƣớc sóng 550nm để xác định hàm lƣợng Ni(II) còn lại. Xác định pH tối ƣu để thực hiện các thí nghiệm khảo sát tiếp theo. TN2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. + Cân 0.5 gam VLHP cho vào các bình nón cỡ 100ml (7 bình). + Thêm 50ml dung dịch chứa Ni(II) nồng độ xác định đƣợc ổn định ở pH tối ƣu (tìm đƣợc ở TN1). + Đem khuấy từ trong các khoảng thời gian khác nhau (20, 40, 60, 80, 90, 100, 120 phút) với tốc độ khuấy 120v/p ở nhiệt độ phòng. + Lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, sau đó đem đi đo độ hấp thụ quang ở bƣớc sóng 550nm để xác định hàm lƣợng Ni(II) còn lại. Xác định thời gian tối ƣu để thực hiện các thí nghiệm khảo sát tiếp theo. TN3: Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến khả năng hấp phụ Ni(II). + Chuẩn bị 6 bình chứa 50ml dung dịch Ni(II) nồng độ xác định ổn định ở pH tối ƣu. + Cho VLHP vào mỗi bình với khối lƣợng từ 0,1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6gram. Thời gian khuấy tối ƣu (tìm đƣợc ở TN2), tốc độ khuấy là 120 vòng/phút ở nhiệt độ phòng. + Lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, sau đó đem đi đo độ hấp thụ quang ở SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 19 LỚP: K40B-SP HÓA
  29. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 bƣớc sóng 550nm để xác định hàm lƣợng Ni(II) còn lại. Xác định liều lƣợng tối ƣu của VLHP (m gam) để thực hiện các thí nghiệm khảo sát tiếp theo. TN4: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. + Cân m gam VLHP (liều lƣợng tối ƣu tìm đƣợc ở TN3) cho vào 6 bình nón có dung tích 100ml có sẵn 50ml dung dịch Ni(II) với các nồng độ thay đổi: 10mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l, 50mg/l, 60mg/l ổn định ở môi trƣờng pH tối ƣu (TN1), thời gian khuấy tối ƣu (TN2), tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng. + Lọc bỏ bã rắn trong dung dịch, sau đó đem đi đo độ hấp thụ quang ở bƣớc sóng 550nm để xác định hàm Ni(II) còn lại. Sau đó lựa chọn nồng độ Ni(II) ban đầu tối ƣu để VLHP đạt hiệu suất hấp phụ cao nhất. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 20 LỚP: K40B-SP HÓA
  30. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn Ni(II). Bảng 3.1. Kết quả đo độ hấp phụ quang của dung dịch Ni(II) với các nồng độ khác nhau. STT 1 2 4 5 6 7 Nồng độ 0 0.2 0.6 0.8 1 1.2 (mg/l) ABS 0 0.025 0.074 0.097 0.124 0.147 Đường chuẩn Ni y = 0.1227x + 0.0001 0.2 R² = 0.9998 0.15 0.1 ABS 0.05 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Nồng độ Ni(II) (mg/l) Hình 3.1: Đường chuẩn Ni(II) Từ Hình 3.1, ta thấy phƣơng trình đƣờng chuẩn dùng để xác định nồng độ Niken sau quá trình hấp phụ có dạng: y=0.1227x + 0.0001. 3.2. Tính toán khả năng tạo than từ vỏ cà phê trong lò nung chứa khí Argon. Hiệu suất tạo than khi nung vỏ cà phê đã qua xử lý ở các nhiệt độ khác nhau đƣợc thể hiện dƣới Bảng 3.2 và Hình 3.2 dƣới đây: SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 21 LỚP: K40B-SP HÓA
  31. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Bảng 3.2: Hiệu suất tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ Khối Khối Hiệu STT nung lƣợng lƣợng suất (%) (oC) đầu(g) sau(g) 1 300 10 7.52 75.2 2 400 10 5.39 53.9 3 500 10 3.69 36.9 4 600 10 2.64 26.4 80 70 60 50 40 30 20 Hiệu Hiệu hấpsuất phụ (%) 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Nhiệt độ nung (oC) Hình 3.2: Hiệu suất tạo than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ khác nhau. Từ Bảng 6 và Hình 4 ta thấy: Hiệu suất tạo than từ vỏ cà phê giảm dần khi thay đổi nhiệt độ từ 300÷6000C. Khi nung vỏ cà phê ở 3000C thì hiệu suất tạo than là lớn nhất do quá trình than hóa xảy ra không hoàn toàn. Ngƣợc lại, khi nung ở 6000C thì hiệu suất tạo than thấp nhất do quá trình than hóa xảy ra hoàn toàn, tạo ra nhiều tro bay nên khối lƣợng than tạo thành nhỏ. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 22 LỚP: K40B-SP HÓA
  32. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung than, thời gian nung đến khả năng hấp phụ NI(II) của các vật liệu . Với khối lƣợng VLHP là 0.5 gam, nồng độ đầu Ni(II) là 25.32mg/l, thời gian khuấy là 90 phút, trong môi trƣờng pH=2, với tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng. Hiệu suất hấp phụ của các VLHP nghiên cứu với nhiệt độ nung than, thời gian nung khác nhau đƣợc thể hiện qua Bảng 3.3. Bảng 3.3: Hiệu suất hấp phụ kim loại Ni(II) của các VLHP STT Mẫu Co(mg/l) Ccl (mg/l) H(%) 1 300-60 25.32 11.24 55.61 2 400-60 25.32 9.85 61.08 3 500-60 25.32 17.76 29.86 4 600-60 25.32 18.41 27.29 5 400-30 25.32 9.69 61.73 6 400-90 25.32 13.77 45.63 70.00 70.00 60.00 60.00 50.00 50.00 40.00 40.00 30.00 30.00 Hiệu suất(%) Hiệu suất(%) 20.00 20.00 10.00 10.00 0.00 0.00 0 200 400 600 800 0 50 100 Nhiệt độ nung (0C) Thời gian nung (phút) Hình 3.3: Hiệu quả hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa từ vỏ cà phê ở các nhiệt độ và thời gian nung khác nhau. Nhiệt độ của quá trình than hóa ảnh hƣởng đáng kể đến khả năng hấp phụ Ni(II) của than cacbon hóa. Kết quả cho thấy, khi nung than ở 300oC, 400oC, 500oC, 600oC trong khoảng thời gian 60p thì thấy hiệu suất hấp phụ SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 23 LỚP: K40B-SP HÓA
  33. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Ni(II) ở 400oC là cao nhất. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: Ở nhiệt độ thấp (300oC) thì quá trình cacbon hóa chƣa xảy ra hoàn toàn. Khi nhiệt độ than hóa tăng lên (500oC , 600oC) quá trình phân hủy cacbon diễn ra mạnh hơn, hàm lƣợng cacbon trong than và các gốc hoạt động hấp phụ giảm do bị oxi hóa [12]. Vì vậy than hóa ở nhiệt độ 500oC và 600oC khả năng hấp phụ Ni(II) giảm dần. Từ Hình 3.3 cho thấy vỏ cà phê đƣợc than hóa ở nhiệt độ 4000C trong thời gian 30 phút cho hiệu quả hấp phụ Ni(II) cao nhất. Vì vậy trong nghiên cứu này, em chọn mẫu vật liệu đƣợc than hóa ở nhiệt độ 4000C với thời gian nung than là 30p làm VLHP cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo. 3.4. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP 3.4.1. Phổ IR của vật liệu. Hình 3.4: Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của vật liệu Từ kết quả phổ hồng ngoại cho thấy trên than tồn tại các liên kết: -OH (3645.46 cm-1), N-H (3485.37 cm-1), =C-H (3097.68 cm-1), C=C (1573.91 cm-1), SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 24 LỚP: K40B-SP HÓA
  34. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Dựa vào sự thay đổi số sóng của pic và bề rộng cũng nhƣ độ mạnh của pic, ta có thể ngâm tẩm vật liệu với các hóa chất khác nhau để làm hoạt hóa các nhóm chức của bề mặt vật liệu. 3.4.2. Kết quả chụp SEM. Hình 3.5: Hình thái học bề mặt của VLHP Kết quả đánh giá Hình thái học bề mặt của than cacbon hóa thông qua dữ liệu ảnh SEM ở độ phóng đại 2.000 lần thể hiện trong Hình 3.5 có thể thấy, trên mẫu than cacbon hóa chƣa biến tính khá trơ và phản quang, có ít vi lỗ và không đồng đều. 3.5. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ Ni(II) của VLHP . 3.5.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. Hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP nghiên cứu trong môi trƣờng pH khác nhau với khối lƣợngVLHP là 0.5 gam, nồng độ đầu Ni(II) là 25.32mg/l, thời gian khuấy là 90 phút, với tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng đƣợc thể hiện qua Bảng 3.4 và Hình 3.6. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 25 LỚP: K40B-SP HÓA
  35. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. Co Ccl STT pH H(%) (mg/l) (mg/l) 1 2 25.32 11.89 53.04 2 3 25.32 5.29 79.11 3 4 25.32 3.58 85.87 4 5 25.32 2.68 89.41 5 6 25.32 0.64 97.46 6 7 25.32 1.87 92.63 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 Hiệu Hiệu hấpsuất phụ (%) 20.00 0.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 pH Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. Dựa vào kết quả ở Bảng 3.4 và Hình 3.6, em thấy trong khoảng pH từ 2 6 hiệu suất hấp phụ Ni(II) tăng nhanh (từ 53.04% - 97.46%) rồi giảm dần ở pH từ 6÷7. Do vậy, em chọn pH= 6 dùng làm pH tối ƣu. Kết quả này đƣợc sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 26 LỚP: K40B-SP HÓA
  36. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 3.5.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo thời gian hấp phụ khác nhau với khối lƣợng VLHP là 0,5 gam, nồng độ đầu Ni(II) là 25.32 mg/l, thời gian khuấy là 20p, 40p, 60p, 80p, 90p, 100p, 120p trong môi trƣờng pH tối ƣu (pH=6) với tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng đƣợc thể hiện qua Bảng 3.5 và Hình 3.7. Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ của VLHP. Thời gian Co Ccl STT H(%) (phút) (mg/l) (mg/l) 1 20 25.32 11.40 54.97 2 40 25.32 11.08 56.26 3 60 25.32 10.67 57.87 4 80 25.32 7.33 71.06 5 90 25.32 0.64 97.46 6 100 25.32 2.76 89.09 7 120 25.32 2.68 89.41 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 27 LỚP: K40B-SP HÓA
  37. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 Hiệu Hiệu hấpsuất phụ (%) 20.00 0.00 0 20 40 60 80 100 120 140 Thời gian hấp phụ (phút) Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ của VLHP. Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt thì các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngƣợc lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian ngắn thì chƣa đủ đến các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụ đƣợc “lấp đầy” bởi Ni(II). Ngƣợc lại khi thời gian dài thì lƣợng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều, tốc độ di chuyển ngƣợc lại vào trong nƣớc càng lớn nên hiệu quả hấp phụ gần nhƣ không tăng (hoặc có xu hƣớng giảm). Kết quả nghiên cứu cho thấy trong khoảng 20÷90 phút hiệu quả hấp phụ Ni(II) tăng tƣơng đối nhanh (từ 54.97 ÷ 97.46%) và có xu hƣớng giảm trong khoảng thời gian 100 ÷120 phút. Do vậy, thời gian tiếp xúc 90 phút đƣợc lựa chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo. 3.5.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo liều lƣợng VLHP khác nhau (từ 0.1 đến 0,6g) với nồng độ đầu Ni(II) là 25.32mg/l, thời gian khuấy là 90phút, trong môi trƣờng pH=6 với tốc độ khuấy là 120v/phút, ở nhiệt độ phòng đƣợc thể hiện qua Bảng 3.6 và Hình 3.8. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 28 LỚP: K40B-SP HÓA
  38. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. STT Khối lƣợng (g) Co (mg/l) Ccl (mg/l) H(%) 1 0.1 25.32 8.96 64.63 2 0.2 25.32 6.51 74.28 3 0.3 25.32 5.70 77.50 4 0.4 25.32 1.21 95.20 5 0.5 25.32 0.64 97.46 6 0.6 25.32 0.81 96.81 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 Hiệu suất hấp(%)phụ Hiệusuất 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Liều lƣợng VLHP (g) Hình 3.8: Ảnh hưởng của liều lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ Ni(II) của VLHP. Việc tăng hiệu quả hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với Ni(II) là do việc tăng số lƣợng các vị trí hấp phụ. Tuy nhiên đến một giá trị nhất định hiệu quả hấp phụ là cực đại thì việc tăng liều lƣợng chất hấp phụ không còn ý nghĩa. Dựa vào Bảng 3.6 và Hình 3.8, em thấy trong khoảng 0,1g - 0,4g hiệu suất hấp phụ Ni(II) tăng tƣơng đối nhanh từ 64.63 97.46%), ở liều lƣợng 0,4g – 0,5g hiệu suất hấp phụ tăng chậm và dần ổn định trong khoảng khối SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 29 LỚP: K40B-SP HÓA
  39. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 lƣợng VLHP 0.5-0.6g. Do vậy, em chọn khối lƣợng VLHP đem đi hấp phụ đối với dung dịch Ni(II) là 0.5g. Kết quả này đƣợc sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo. 3.5.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP Hiệu suất hấp phụ của VLHP nghiên cứu theo nồng độ Ni(II) ban đầu khác nhau với khối lƣợng VLHP là 0.5g, thời gian khuấy là 90 phút, trong môi trƣờng pH=6, tốc độ khuấy là 1280v/phút, ở nhiệt độ phòng đƣợc thể hiện qua Bảng 3.7 và Hình 3.9. Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP. Nồng độ Co Ccl STT Ni(II) đầu H (%) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 1 10 10 0.32 96.82 2 20 20 1.21 93.93 3 30 30 3.82 87.26 4 40 40 8.63 78.42 5 50 50 14.82 70.35 6 60 60 22.97 61.71 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 30 LỚP: K40B-SP HÓA
  40. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 Hiệu suất hấp(%)phụ Hiệusuất 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 Nồng độ Ni(II) (mg/l) Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ Ni(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ Ni(II) của VLHP. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ càng cao thì lƣợng Ni(II) bị hấp phụ càng giảm. Ở nồng độ từ 10mg/l tải trọng xử lý cao và giảm dần khi tăng nồng độ từ 10-60 mg/l. Qua khảo sát, VLHP hấp phụ tốt nhất ở nồng độ Ni(II) ban đầu là 10mg/l. 3.6. Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 3.8: Các thông số khảo sát sự hấp phụ Ni(II) của VLHP Co STT Ccb(mg/l) q(mg/g) Ccb/q (g/l) (mg/l) 1 10 0.32 0.968 0.33 2 20 1.21 1.879 0.64 3 30 3.82 2.618 1.46 4 40 8.63 3.137 2.75 5 50 14.82 3.518 4.21 6 60 22.97 3.703 6.20 SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 31 LỚP: K40B-SP HÓA
  41. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 y = 0.6471ln(x) + 1.7337 y = 0.2569x + 0.3832 Langmuir R² = 0.9988 Ccb/q R² = 0.9977 4.000 8.00 3.000 6.00 2.000 4.00 q (mg/g) 1.000 Ccb/q(g/l) 2.00 0.000 0.00 0 10 20 30 0 10 20 30 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Hình 3.10: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 3.11: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Langmuir của VLHP đối với Ni(II) Ccb của VLHP đối với Ni(II) = = = 3.89 (mg/g) = = = 0.67 Kết quả cho thấy dung lƣợng hấp phụ Ni(II) cực đại của VLPH là 3.89 mg/g và hằng số Langmuir là 0.67. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 32 LỚP: K40B-SP HÓA
  42. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua một thời gian nghiên cứu em đã thu đƣợc những kết quả sau: 1. Tính toán đƣợc hiệu suất tạo than từ vỏ cà phê trong lò chứa khí Argon. 2. Đã chế tạo đƣợc than cacbon hóa từ vỏ cà phê với các điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau sau đó hấp phụ Ni(II) ở điều kiện pH =2, thời gian khấy là 90phút, lƣợng than hấp phụ là 0.5g và nồng độ dung dịch Ni(II) ban đầu là 25.32mg/l cho thấy hiệu quả hấp phụ khá cao (hiệu suất trên 97%). Đã xác định đƣợc loại than có khả năng hấp phụ Ni(II) tốt hơn là than đƣợc nung ở nhiệt độ 400oC, thời gian nung 30 phút ( đạt hiệu suất hấp phụ 97.14%). 3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ Ni(II) của mẫu VLHP đã chọn và tìm ra đƣợc các điều kiện tối ƣu cho quá trình hấp phụ là: pH = 6, thời gian hấp phụ là 90 phút, liều lƣợng hấp phụ là 0,5g, nồng độ Niken ban đầu 10mg/l. 4. Mô tả quá trình hấp phụ theo mô Hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Ni(II) là 3.89mg/g và hằng số Langmuir là 0.67. Kiến nghị: + Cần tiếp tục nghiên cứu khả năng biến tính than cacbon hóa để nâng cao hiệu suất xử lý chất ô nhiễm, mang lại hiệu quả thực tiễn cao. + Cần làm các thí nghiệm so sánh hiệu suất hấp phụ Ni(II) giữa than cacbon hóa và than đã đƣợc biến tính. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 33 LỚP: K40B-SP HÓA
  43. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Báo cáo sản lƣợng cà phê từ năm 2009 đến năm 2013 của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Đắk Lắk, tháng 5 năm 2014. 2. Lê Huy Bá, (2000), Độc học môi trƣờng, Nhà xuất bản đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. 3. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nƣớc và nƣớc thải, Nxb Thống Kê. 4. Nguyễn Tinh Dung, (2002), Hóa học phân tích, phần III: Các phƣơng pháp định lƣợng hoá học, Nxb Giáo dục Hà Nội. 5. Vũ Đăng Độ (1998), Hóa học và sự ô nhiễm môi trƣờng, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 6. Hoàng Nhâm, (2001), Hóa vô cơ tập 3, Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội. 7. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Giáo trình hóa lý tập 2 8. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza, Nxb Khoa học và kỹ thuật. 9. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga,(2002), Giáo trình công nghệ xử lí nƣớc thải, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 10. Nguyễn Thị Hạnh, (2012), khóa luận tốt nghiệp Đại học, Tìm hiểu khả năng hấp phụ niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía, Đại học dân lập Hải Phòng. 11. Trƣơng Thị Thanh Nga, (2017), khóa luận tốt nghiệp Đại học, “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Ni(II) của than hoạt tính biến tính bằng KOH từ vỏ cà phê”, đại học sƣ phạm Hà Nội 2. 12. Trần Thị Phƣơng (2014) “Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa sản xuất từ lõi ngô”. 13. Trịnh Thị Thanh, (2001), Độc học môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời, Nhà xuất bản Đại Học quốc gia Hà Nội. 14. Tiêu chuẩn Việt Nam 2005, Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng 15. E.Clave., J. Francois., L. Billon, B. De Jeso., M.F.Guimon (2004), “Crude and Modified Corncobs as complexing Agents for water SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 34 LỚP: K40B-SP HÓA
  44. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 decontamination” , Journal of Applied Polymer Science, vol91, pp.820 – 826. 16. Fekadu Shemekite, 2014. Coffee husk composting: An investigation of the process using molecular and non-molecular tools [Accessed 12 January 2016] 17. Nobuhito Kamikuri, Yoshihiro Hamasuna, Daisuke Tashima et al (2014). Low-cost Activated Carbon Materials Produced from Used Coffee Grounds for Electric Double-layer Capacitors. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), 3, 492-500. 18. Osvaldo Kamitz Jr., Leancho Vinicius Alves Alves Gurgel, Ju’lio Ce’sar Perin de Melo, Vagner Roberto Botaro, Tania Marcia Sacramento Melo, Rossimiriam Pereira de Freitas Gil, Laurent Frideric Gil (2007), “Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresource Technology 98, pp. 1291 – 1297. 19. W.E. Marshall., L.H. Wartelle., D.E. Boler, M.M. Johns., C.A. Toles (1999), “Enhanced metal adsorption by soybean hulls modified with citric acid” Bioresource Technology 69, pp.263 – 268. SV: LÊ THỊ HỒNG NHUNG 35 LỚP: K40B-SP HÓA