1. Trang Chủ
  2. Công nghệ - Môi trường
  3. Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) của than hoạt tính biến tính bằng KOH từ vỏ cà phê

Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) của than hoạt tính biến tính bằng KOH từ vỏ cà phê

Nội dung nghiên cứu của khóa luận này gồm: Chế tạo vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê; khảo sát điều kiện tạo than hoạt tính để hấp phụ Cr(VI) (ảnh hưởng của nhiệt độ đốt than, tỉ lệ ngâm tẩm); đánh giá khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP điều chế từ vỏ cà phê (các yếu tố: pH dung dịch, thời gian hấp phụ, liều lượng VLHP, nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu). TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC -------------- TRƢƠNG THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Cr(VI) CỦA TH

Thể loại Tài liệu miễn phí Công nghệ - Môi trường

Số trang 51

Ngày tạo 4/2/2023 8:14:35 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.33 M

Tên tệp

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

Xem mẫu

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC -------------- TRƢƠNG THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Cr(VI) CỦA THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH BẰNG KOH 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 – 2017
  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 và PGS. TS. Ngô Kim Chi - Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 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 4 năm 2017 Sinh viên thực hiện Trƣơng Thị Thanh Nga
  3. 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 4 năm 2017 Sinh viên thực hiện Trƣơng Thị Thanh Nga
  4. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ VLHP Vật liệu hấp phụ IR Phương pháp phổ hồng ngoại TN Thí nghiệm
  5. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của crom.................................................... 4 Bảng 1.2: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ ...............................................13 Bảng 1.3: Sự khác nhau về thành phần trong vỏ cà phê trồng tại tỉnh ĐakLak và tỉnh Điện Biên .......................................................................................25 Bảng 3.1: Khả năng hấp phụ Cr(VI) của các mẫu than.................................30 Bảng 3.2: Khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP khi thay đổi pH của dung dịch hấp phụ. .............................................................................................32 Bảng 3.3: Khả năng hấp phụ ion C(VI) của VLHP khi thay đổi về thời gian khuấy ........................................................................................................33 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát về lượng VLHP ................................................35 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đến hiệu quả hấp phụ của VLHP ...........................................................................................36 Bảng 3.6: Các thông số khảo sát sự hấp phụ Cr(VI) của VLHP ....................38
  6. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ...........................................15 Ccb Hình 1.2. Sự phụ thuộc của vào Ccb.......................................................15 q Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ ngâm tẩm KOH và nhiệt cacbon hóa đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI). ..................................................................................31 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ Cr(VI) của VLHP .......................................................................................................32 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP ..........................................................................34 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng VLHP tới hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) .................................................................................................35 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu Cr(VI) đến hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP....................................................................37 Hình 3.6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) ...38 Hình 3.7. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với Cr(VI)...........................38 Hình 3.8. Kết quả phân tích trên phổ hồng ngoại IR của vật liệu ..................39
  7. MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom............................................................ 4 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom .............................................. 4 1.1.2. Công dụng của crom.................................................................... 5 1.1.3. Ảnh hưởng của crôm đến sức khỏe của con người và an toàn hệ sinh thái................................................................................................ 6 1.1.4. Một số phương pháp xử lý kim loại nặng ...................................... 8 1.2. Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ.......................................... 9 1.2.1. Hiện tượng hấp phụ ..................................................................... 9 1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước ..................................................10 1.2.3. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ............11 1.2.4. Đặc tính của quá trình hấp phụ ....................................................15 1.3. Than hoạt tính..................................................................................16 1.3.1. Đặc tính của than hoạt tính ..........................................................17 1.3.2. Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ.....19 1.3.3. Biến tính bề mặt than hoạt tính ....................................................22 1.4. Vỏ cà phê.........................................................................................24 1.4.1. Giới thiệu về vỏ cà phê ...............................................................24 1.4.2. Thành phần chính của vỏ cà phê..................................................25 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................. 26 2.1. Thiết bị và hóa chất ..........................................................................26 2.1.1. Thiết bị ......................................................................................26 2.1.2. Hóa chất.....................................................................................26 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................27 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ......................................................27
  8. 2.2.2. Phương pháp phân tích ...............................................................27 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm...........................................................27 2.2.3.1. Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguyên liệu vỏ cà phê....27 2.2.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP ..................28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 30 3.1. Kết quả tạo than và hiệu suất hấp phụ ion kim loại Cr(VI) .................30 3.2. Khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP ...........................................31 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP ......31 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ....33 3.2.3. Khảo sát về khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ...................34 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu đến hiệu suất hấp phụ .................................................................................36 3.3. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ.................................................38 3.4. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của bề mặt VLHP điều chế ............39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 41
  9. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người càng được nâng cao thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Hầu hết nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp không được xử lý mà được thải trực tiếp vào môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến đời sống và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng, những kim loại này có liên quan trực tiếp đến biến đổi gen, ung thư, cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường ngay ở cả hàm lượng nhỏ (ví dụ như Cr). Crom kim loại và các hợp chất Cr(III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng các hợp chất Cr(VI) lại là độc hại nếu nuốt hoặc hít phải [13]. Liều tử vong của các hợp chất Cr(VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà vật liệu. Các hợp chất Cr(VI) được sử dụng trong thuốc nhuộm và sơn cũng như trong thuộc da, nên các hợp chất này thông thường hay được tìm thấy trong đất và nước ngầm tại các khu công nghiệp. Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đang được quan tâm hiện nay. Công cuộc công nghiệp hóa đi kèm với tình trạng ô nhiễm ngày càng tăng. Trong đó, ô nhiễm do kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là mối đe dọa đối với sức khỏe con người và sự an toàn của hệ sinh thái. Việc loại trừ các thành phần chứa kim loại nặng độc hại ra khỏi nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là một trong những mục tiêu môi trường quan trọng cần phải giải quyết hiện nay. Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học,… Trong đó, phương pháp hấp phụ được SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 1
  10. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 áp dụng rộng rãi và cho kết quả rất khả thi [5]. Với mục tiêu là tìm kiếm nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền, dễ kiếm, có thể tái tạo được để hấp phụ, loại bỏ kim loại nặng trong nước là vấn đề em lựa chọn. Một trong những vật liệu được sử dụng để hấp phụ kim loại đang được nhiều nhà khoa học quan tâm là vật liệu có nguồn gốc sinh học như: lõi ngô, bã trà, bã mía, bùn chưng cất, vỏ trấu, mùn cưa, xỉ lò cao,… [11],[16]. Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng Cr(VI) của than hoạt tính biến tính bằng KOH từ vỏ cà phê”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo than hoạt tính được biến tính ở các điều kiện khác nhau. - Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) của VLHP chế tạo được. 3. Nội dung nghiên cứu - Chế tạo vật liệu hấp phụ trên nền vỏ cà phê. - Khảo sát điều kiện tạo than hoạt tính để hấp phụ Cr(VI) (ảnh hưởng của nhiệt độ đốt than, tỉ lệ ngâm tẩm). - Đánh giá khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP điều chế từ vỏ cà phê (các yếu tố: pH dung dịch, thời gian hấp phụ, liều lượng VLHP, nồng độ dung dịch Cr(VI) ban đầu). - Xác định dung lượng hấp phụ của VLHP. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Điều chế được VLHP từ vỏ cà phê để ứng dụng làm vật hấp phụ các ion kim loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường. Về mặt kinh tế thì đây là phế phụ phẩm 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. SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 2
  11. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 3
  12. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguyên tố Crom 1.1.1. Tính chất vật lý, hóa học của crom Crom là nguyên tố thuộc nhóm (VIB) trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có số thứ tự là 24, cấu hình electron lớp ngoài cùng là [Ar]3d54s 1. Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của crom Cấu hình electron [Ar]3d 54s 1 Năng lượng ion hóa, ev I1 6,76 I2 16,49 I3 30,95 Nhiệt độ nóng chảy, oC 1875 Nhiệt độ sôi, oC 2197 Nhiệt thăng hoa, KJ/mol 368,2 Bán kính nguyên tử, Ao 1,27 Crom lần đầu tiên được nhà bác học người Pháp Vocolanh điều chế vào năm 1797. Tên gọi crom (chrome) xuất phát từ tiếng Hi Lạp Chroma có nghĩa là “màu sắc” vì các hợp chất của crom đều có màu [10]. Crom là một nguyên tố tương đối phổ biến trong thiên nhiên. Trong vỏ trái đất, crom chiếm 6.10-3% tổng số nguyên tử. Khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO2)2]. Crom là một kim loại cứng, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Nó là chất không mùi, không vị và dễ rèn. Crom là nguyên tố thứ 21 phong phú nhất trong vỏ Trái Đất với nồng độ trung bình là 100ppm. Hợp chất của crom được tìm thấy trong môi trường do sự xói mòn của crom và trong các loại đá, có thể xuất hiện do núi SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 4
  13. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 lửa phun trào. Nồng độ trong đất là khoảng từ 1-3.000mg/kg, trong nước biển từ 5-800μg/l và trong các sông hồ là 26μg/l đến 5,2mg/l. Các trạng thái oxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái oxi hóa +6 là những chất có tính oxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được oxi thụ động hóa tạo thành một lớp màng mỏng bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình oxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới. 1.1.2. Công dụng của crom Crom được sử dụng trong ngành luyện kim để tăng khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề mặt [4]. Nó có thể là một thành phần của hợp kim, chẳng hạn như thép không gỉ để làm dao, kéo, dùng trong mạ crom, trong quá trình anot hóa (dương cực hóa nhôm), theo nghĩa đen là chuyển bề mặt nhôm thành ruby. Làm thuốc nhuộm và sơn: Oxit crom (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại với tên gọi phấn lục. Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của ngọc lục bảo. Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. Nó tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn. Là một xúc tác cromit được sử dụng làm khuôn để nung gạch ngói, các muối crom được sử dụng trong quá trình thuộc da, kali dicromat (K2Cr2O7) là một thuốc thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị làm bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò một tác nhân chuẩn độ. Nó cũng được sử dụng làm chất ổn định màu cho các thuốc nhuộm vải [18]. Oxit crom (hóa trị 4) (CrO2) được sử dụng sản xuất băng từ, tạo hiệu suất tốt hơn. Trong y học, crom như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 5
  14. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 thường duới dạng clorua crom (crom hóa trị 3). Ngoài ra nó còn được dùng làm phụ gia cho vào xăng, làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao [2],…. 1.1.3. Ảnh hƣởng của crôm đến sức khỏe của con ngƣời và an toàn hệ sinh thái Trong nước crom nằm ở 2 dạng hóa trị: anion Cr(III) và anion Cr(VI) là CrO42- và Cr2O72-. Hàm lượng crom trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên rất thấp nên người ta thường xác định tổng hàm lượng. Trong các nguồn nước thải, tùy theo mục đích phân tích, ta có thể định dạng riêng rẽ hàm lượng crom ở dạng không tan và dạng tan ở các dạng Cr(III) và Cr(VI). Nhìn chung, sự hấp thụ của crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Cr(III) là trạng thái oxi hóa ổn định nhất. Có thể thu được Cr(III) bằng cách hòa tan nguyên tố crom trong các axit như axit clohidric hay axit sunfuric. Cr(III) là một chất dinh dưỡng thiết yếu giúp cơ thể sử dụng các đường, protein, chất béo và sự thiếu hụt nó có thể sinh ra bệnh gọi là thiếu hụt crom. Ngược lại, Cr(VI) lại rất độc. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tùy thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hếp thụ) và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ hấp thụ 1% thì lượng hấp thụ của Cr(VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thụ qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều crom nhất. Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và khi tiếp xúc trực tiếp với da. Con đường xâm nhập, đào thải crom ở cơ thể người chủ yếu qua con đường thức ăn. Cr(VI) đi vào cơ thể gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với hàm lượng cao thì crom làm kết tủa các protein, các axitnucleic và ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào crom cũng được hòa tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l, sau đó chúng chuyền vào hồng cầu và SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 6
  15. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 hòa tan vào trong hồng cầu nhanh gấp 10-20 lần. Từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ chức phù tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng crom hòa tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm. Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III) nhưng độc tính của Cr(VI) lại cao hơn Cr(III) khoảng 100 lần. Nước thải sinh hoạt có thể chứa đựng crom tới 0,7μg/ml mà chủ yếu ở dạng Cr(VI), có độc tính với nhiều loại động vật có vú. Cr(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con người. Nếu crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/l gây rối loạn sức khỏe như nôn mửa… Khi xâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm –SH trong enzim và làm mất hoạt tính của enzim gây ra rất nhiều bệnh cho con người. Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da. Bề mặt da là bộ phận dễ bị ảnh hưởng, niêm mạc mũi dễ bị toét. Phần sụn của vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hóa. Khi crom xâm nhập theo con đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi). Nhiễm độc crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hóa kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim [1]. SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 7
  16. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.1.4. Một số phƣơng pháp xử lý kim loại nặng  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 hidroxit - Quá trình kết tủa sunfit - Quá trình photphat hóa  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. SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 8
  17. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.2. Giới thiệu chung về phƣơng pháp hấp phụ 1.2.1. Hiện tƣợng hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [2].  Hấp phụ vật lý Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion,...) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van de Van. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu và dễ bị phá vỡ. Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn [2].  Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí,...). Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ, nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800 kJ/mol. SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 9
  18. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 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 tang nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [3],[6]. 1.2.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất 3 thành phần gây tương tác là nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó. Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố như: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất hấp phụ trong môi trường nước. So với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử bị chậm lại. Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ. Đặc tính của ion kim loại nặng trong môi trường nước: Để tồn tại được ở trạng thái bền, các ion kim loại trong môi trường nước bị hydrat hóa tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước, các phức chất hidroxo, các SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 10
  19. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 cặp ion hay phức chất khác. Tùy thuộc vào bản chất hóa học của các ion, pH của môi trường, các thành phần khác cùng có mặt mà hình thành các dạng tồn tại khác nhau. 1.2.3. Cân bằng hấp phụ - Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Hấp phụ 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 lại pha thể tích (pha mang). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích. q = f (T, P hoặc C) (1) Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức sau: C  C  (2) q 0 V cb m Trong đó: q - dung lượng hấp phụ (mg/g). m - khối lượng vật liệu hấp phụ (g). V - thể tích của dung dịch chất bị hấp phụ. Co, Ccb - nồng độ ban đầu, nồng độ tại thời điểm cân bằng của dung dịch (mg/l). Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức sau: C 0  C cb  H .100 % C0 SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 11
  20. Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Đối với hệ rắn - lỏng, quá trình hấp phụ xảy ra theo các giai đoạn chính sau: + Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch: Các phần tử chất bị hấp phụ chuyển từ pha thể tích đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ. + Giai đoạn khuếch tán màng: Phần tử chất hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản. + Giai đoạn khếch tán trong mao quản: Các phần tử chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ. + Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn chặt vào bề mặt chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ có thể coi là một chuỗi phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm nhất đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình. Trong các quá trình động học hấp phụ, người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán trong và ngoài có tốc độ chậm nhất. Do đó, các giai đoạn này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn này và sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng. Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào P hoặc C (q = fT (P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm. Một số đường hấp phụ đẳng nhiệt được nêu trong bảng sau: SV: Trương Thị Thanh Nga – K39D Cử nhân Hóa Page 12
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