bỘ giÁo d Ục vÀ ĐÀo t Ạo ĐẠi h Ọc ĐÀ n Ẵng lÊ th Ị c Ẩm...

- 1 -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ TH Ị CẨM GIANG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC ION KIM LO ẠI Cu (II), Zn (II), Pb (II)

CỦA AXIT HUMIC

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ Mã số : 60 44 27

TÓM T ẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H ỌC

Đà Nẵng - 2011

- 2 -

Công trình ñược hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Mạnh Lực

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Tự Hải

Phản biện 2: PGS.TS. Lê Thị Liên Thanh

Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng

6 năm 2011.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại

- Trung tâm thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.

- 3 -

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài

Việc nghiên cứu chiết tách A.H lấy từ nguồn than bùn ñịa

phương và ứng dụng chúng làm chất hấp phụ các ion kim loại nặng ñể

xử lý kim loại nặng trong các nguồn nước thải là một ñề tài không chỉ

có ý nghĩa lý thuyết ñơn thuần mà còn có giá trị thực tiễn lớn lao.

2. Mục ñích nghiên cứu

Để góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường, tôi chọn ñề

tài: “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Zn(II),

Pb(II) của axit Humic” làm khóa luận thạc sĩ.

Trong ñề tài này, tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Đánh giá khả năng hấp phụ của axit humic.

- Xác ñịnh các ñiều kiện tối ưu của quá trình hấp phụ các ion

kim loại nặng: Cu2+, Zn2+, Pb2+ lên axit humic tách từ than bùn.

- Khảo sát khả năng tái hấp phụ của vật liệu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4. Phương pháp nghiên c ứu

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề t ài

Sự thành công của ñề tài sẽ góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu

các hợp chất cao phân tử về mặt lý thuyết và tạo ra một loại vật liệu có

khả năng hấp phụ các ion kim loại, ứng dụng trong tách làm giàu và

xử lí ô nhiễm môi trường.

6. Cấu trúc của luận văn:

Ngoài phần mở ñầu và kết luận, nội dung của luận văn ñược

chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Nguyên liệu - phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và bàn luận

- 4 -

Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ THAN BÙN VÀ AXIT HUMIC

1.1.1. Nguồn than bùn ở Việt Nam 1.1.1.1. Đặc ñiểm chung

1.1.1.2. Tính chất vật lý

1.1.1.3. Tính chất hoá học

1.1.2. Quá trình trao ñổi, tích tụ các kim loại trong than bùn

1.1.3. Thành phần và cấu tạo của axit humic

1.1.3.1. Sự hình thành axit humic

1.1.3.2. Thành phần nguyên tố trong axit humic

1.1.3.3. Cấu tạo của axit humic

1.1.3.4. Khả năng hấp phụ của axit humic

1.1.3.5. Phổ hồng ngoại của axit humic

1.2. HẤP PHỤ KIM LO ẠI NẶNG BẰNG AXIT HUMIC

1.2.1. Một số khái niệm

1.2.2. Phân loại quá trình hấp phụ

1.2.3. Cơ chế hấp phụ

1.2.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ

1.2.4.1. Phương trình hấp phụ Frendlich

1.2.4.2. Phương trình hấp phụ Langmuir

1.2.4.3. Thuyết hấp phụ ña phân tử của BET

1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ

1.2.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ

1.2.5.2. Ảnh hưởng của tính tương ñồng

1.2.5.3. Ảnh hưởng của pH

1.3. KIM LO ẠI NẶNG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TR ƯỜNG

1.3.1. Vấn ñề ô nhiễm môi trường

1.3.2. Các ion kim loại nặng

- 5 -

Chương 2. NGUYÊN LIỆU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. DỤNG CỤ VÀ HÓA CH ẤT

2.1.1. Dụng cụ

2.1.2. Hóa chất

2.2. TINH CHẾ AXIT HUMIC T Ừ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH

MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ

2.2.1. Tinh chế axit humic từ than bùn

2.2.2. Xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý của than bùn axit humic

2.2.2.1. Xác ñịnh hàm lượng tro

2.2.2.2. Xác ñịnh hàm lượng chất hữu cơ của than bùn

2.2.2.3. Xác ñịnh lượng nước hút ẩm không khí

2.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Cu2+, Zn2+, Pb2+

CỦA AXIT HUMIC

2.3.1. Hấp phụ bể

2.3.1.1. Khảo sát thời gian ñạt cân bằng hấp phụ

2.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến quá trình hấp phụ

2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến quá trình

hấp phụ

2.3.2. Hấp phụ cột

2.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua

cột) ñến khả năng hấp phụ

2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ


hấp phụ

2.4. CHỤP PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU

KHI H ẤP PHỤ

2.5. GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI H ẤP PHỤ

- 6 -

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. TINH CHẾ AXIT HUMIC T Ừ THAN BÙN VÀ XÁC ĐỊNH

MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA LÝ

3.1.1. Địa ñiểm lấy mẫu và ñặc tính nguyên liệu

3.1.2. Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn

3.1.3. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý của than

bùn khô và axit humic

Hình 3.3. Sơ ñồ tinh chế axit humic từ than bùn

Axit humic tinh ch ế (A.H/I)

Xác ñịnh một số ñặc tính hóa lý

Lượng nước hút ẩm Hàm lượng tro

IR, SEM, TG/DTA

Nước Than bùn nguyên liệu (dạng sệt)

Than bùn khô Cát (loại bỏ)

Khuấy ñều, ñể lắng, lọc qua rây. Để khô ngoài không khí

Xử lý ngâm với NaOH 0,2N, ñể lắng, lọc gạn thu lấy dung dịch

H2SO4 ñặc Dung dịch humat natri pH = 1, ñể lắng trong 48h, lọc

gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc trên giấy lọc

NaOH Axit humic thô

pH = 1, ñể lắng trong 48h, lọc gạn nhiều lần ñến pH = 7, lọc trên giấy lọc, sấy khô ở 65oC. Lặp lại quá trình 2 lần

- 7 -

3.1.3.1. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh hàm lượng tro

* Cách tiến hành: Nung mẫu ở nhiệt ñộ 700°C trong lò nung,

thời gian 4 giờ. Kết quả thí nghiệm ñược trình bày ở bảng 3.1

Bảng 3.1. Kết quả xác ñịnh hàm lượng tro axit humic tinh chế

Axit

Humic

Mẫu m1 (gam) m2 (gam) m3 (gam) Hàm lượng

tro (%)

1 31,524 32,616 31,565 3,75

2 30,039 31,113 30,081 3,91

A.H

thô

3 32,207 33,245 32,247 3,85

1 31,383 32,303 31,405 2,39

2 30,225 31,364 30,252 2,37

A.H/I

3 30,150 31,206 30,175 2,37

Nhận xét: Ta thấy: Hàm lượng tro giảm dần theo thứ tự A.H

thô > A.H/I. Chứng tỏ: axit humic sau khi ñược tinh chế thì hàm

lượng tro có giảm. Tuy nhiên, giảm không ñáng kể nên chỉ dừng lại ở

axit humic tinh chế 2 lần.

Axit humic ñã tinh chế có hàm lượng tro trung bình chỉ còn

2,38%. Như vậy, quá trình tinh chế axit humic có kết quả tốt.

3.1.3.2. Kết quả xác ñịnh hàm lượng hữu cơ

Hàm lượng hữu cơ của axit humic tinh chế (A.H/I) ñược xác

ñịnh theo phương pháp Turin (qua 3 lần thí nghiệm và lấy giá trị trung

bình) = 24,3%.

3.1.3.3. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh lượng nước hút ẩm

Cách tiến hành: Sấy mẫu ở nhiệt ñộ khoảng 100-105°C trong

tủ sấy, thời gian 4 giờ. Kết quả ñược trình bày ở bảng 3.2.

Nhận xét: Khả năng hấp thụ nước của axit humic ñã qua tinh

chế lớn hơn axit humic thô và càng tinh chế thì khả năng hấp thụ nước

càng cao. Hệ số khô kiệt của A.H/I: k = 0.9415.

- 8 -

Bảng 3.2. Kết quả xác ñịnh lượng nước hút ẩm

Axit

humic

Mẫu m1 (g) m2 (g) m3 (g) Hàm lượng

nước ẩm

N (%)

Hệ số

khô

kiệt (k)

1 31,536 32,542 32,490 5,41 0,9459

2 30,144 31,139 31,088 5,36 0,9464

A.H

thô

3 32,227 33,243 33,192 5,32 0,9468

1 31,383 32,381 32,326 5,80 0,9420

2 30,155 31,158 31,103 5,83 0,9417

A.H/I

3 30,212 31,223 31,167 5,91 0,9409

3.1.4. Phổ hồng ngoại, ảnh SEM và phổ phân tích nhiệt vi sai của

axit humic

Kết quả phân tích hồng ngoại cho phép ta ñánh giá sự có mặt

của các nhóm chức và khẳng ñịnh phần nào cấu trúc phân tử của

chúng. Đối chiếu với phổ hồng ngoại của một số mẫu [8], nhận thấy

có một số dải hấp thụ chính ñại diện cho các nhóm chức hoặc các mối

liên kết; mức ñộ hấp thụ tăng hay giảm và sự xê dịch của chúng là tùy

thuộc vào loại axit humic của từng nguồn than bùn khác nhau.

Bảng 3.3. Những dải hấp thụ hồng ngoại chính ở mẫu axit humic tinh

chế và axit humic [8]

Dải tần số (cm-1)

Axit humic [8]

Axit humic thô

Axit humic tinh chế

Nhóm chức/liên kết tương ứng

3395.00 3431 3411

2920.80 2925 2920 OH có liên kết hyñro

1624.00 1630 1622 C – H béo hóa trị

1458.10 1390 1386 N – H, C=N, C–C thơm

1031.50 1118 1029 C=C thơm

- 9 -

Nhận xét: Từ bảng ta thấy, axit humic tinh chế lấy từ nguồn

than bùn ở hồ Bàu Sấu, Liên Chiểu, Đà Nẵng có dải phổ tương ñương

với axit humic mẫu. Như vậy quá trình tinh chế axit humic cho kết

quả tốt.

Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của axit humic thô

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của axit humic tinh chế

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

GIANG A-H-2Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0

0.550

0.56

0.57

0.58

0.59

0.60

0.61

0.62

0.63

0.64

0.65

0.66

0.67

0.68

0.69

0.70

0.71

0.72

0.73

0.74

0.750

cm-1

A

3411

2920

2849

1622

1386

1244

1029

526


Resolution: 4cm-1



GIANG A-H-1Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0

0.210

0.22

0.23

0.24

0.25

0.26

0.27

0.28

0.29

0.30

0.31

0.32

0.33

0.34

0.350

cm-1

A

3431

2925

2854

1630

13901261 1118

699

588 499

- 10 -

Hình 3.7. Ảnh SEM của axit humic ở các kích thước khác nhau

Hình 3.8. Phân tích nhiệt vi sai của axit Humic

Trên giản ñồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt ở

135,50C (ứng với ñộ giảm khối lượng là 11,98%), ñó có thể là do quá

trình mất nước hấp phụ trong phân tử axit Humic. Và hiệu ứng tỏa

nhiệt ở 5870C (ñộ giảm khối lượng là 32,53%) ứng với sự cháy.

- 11 -

3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION M 2+

CỦA AXIT HUMIC

Hình 3.9. Sơ ñồ nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại của A.H

3.2.1. Hấp phụ bể

3.2.1.1. Khảo sát thời gian ñạt cân bằng hấp phụ

Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C, 0.3 gam axit humic, 50ml

dung dịch M2+ 250 (mg/l), pH = 5, thời gian thay ñổi từ 10 - 150

phút. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.10.

0

5

10

15

20

25

30

10 20 40 60 90 120 150

Thời gian (phút)

Tải

trọng

hấp

phụ (m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến tải trọng hấp phụ

Nhận xét: Từ kết quả khảo sát cho thấy:

Axit humic (A.H/I)

Hấp phụ ion Zn2+, Cu2+, Pb2+ trong môi trường nước

A.H/II

Hấp phụ bể Hấp phụ cột

Thời gian

pH Nồng ñộ ñầu Nồng ñộ ñầu Tốc ñộ chảy pH

Khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ

- 12 -

Thời gian tăng thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng.

Thời gian ñầu tải trọng hấp phụ khá thấp và tăng chậm. Nguyên nhân

ở ñây là do cấu trúc của axit humic, thời gian ñầu quá trình khuyếch

tán dung dịch vào trong hạt chưa ñáng kể, sự hấp phụ mới chỉ xảy ra

trên bề mặt chất hấp phụ nên khả năng hấp phụ còn thấp.

Khoảng thời gian tiếp theo, tải trọng hấp phụ tăng nhanh và

tăng gần như tuyến tính. Thời gian sau ñó thì sự hấp phụ gần như bão

hòa, tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng lên không ñáng kể.

Lúc này, sự hấp phụ xảy ra cả bên trong chất hấp phụ nên khả năng

hấp phụ tăng cao dần cho ñến khi ñạt cân bằng.

Như vậy: Thời gian ñạt cân bằng hấp phụ của Cu2+ là 90 phút,

của Zn2+ và Pb2+ là 60 phút. Có thể chọn thời gian thích hợp cho

những nghiên cứu tiếp theo.



dung dịch M2+ 250 (mg/l), pH thay ñổi từ 2 - 6, thời gian là 90 phút

ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ và Pb2+, khuấy ñều bằng máy khuấy

từ. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.11.

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6

pH

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ


- 13 -

+ Khả năng hấp phụ ion M2+ của axit humic phụ thuộc rất lớn

vào pH của dung dịch hấp phụ, phù hợp với qui luật chung của quá

trình tạo phức giữa các ion kim loại với phối tử thuộc nhóm các axit

yếu HnL.

+ Ở pH thấp, khả năng hấp phụ của axit humic không ñáng

kể, và khả năng ñó tăng khi pH của dung dịch hấp phụ tăng từ 2 - 5.

Nguyên nhân là do sự kém ổn ñịnh của phức chelat tạo thành giữa ion

kim loại và axit humic ở vùng pH thấp. Mặt khác, các phối tử L liên

kết chặt chẽ với ion H+ nên không có hoặc kém có khả năng tương tác

phối trí với các ion kim loại. Lúc này phản ứng phối trí giữa ion kim

loại với ñôi ñiện tử tự do ở nguyên tử N hay O cạnh tranh với phản

ứng proton hóa nhóm amino – NH2 thành NH3+. Vì vậy, nồng ñộ ion

M2+ còn lại sau khi hấp phụ càng cao khi pH của dung dịch hấp phụ

càng thấp.

+ Tại pH = 5, khả năng hấp phụ của axit humic là lớn nhất.

Khi pH > 5, khả năng hấp phụ giảm và giảm chậm. Nguyên nhân là ở

pH cao, nhóm amino không bị proton hóa và ion kim loại dễ dàng liên

kết với nhóm amino. Vì vậy, nồng ñộ ion M2+ còn lại sau khi hấp phụ

càng thấp khi pH của dung dịch hấp phụ càng cao.

Mặt khác, ở pH > 5 có sự tạo thành một lượng kết tủa

M(OH)2. Và kể từ giá trị pH ≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện hiện tượng hòa

tan một lượng nhỏ humic thành humat. Trong thí nghiệm tạo môi

trường pH = 6 ñã sử dụng dung dịch NaOH và ñiều này làm tăng pH

cục bộ. Có thể là khi ñó, một lượng nhỏ humic ñã tan ra và tạo với ion

M2+ humat tan hoặc thể keo chui ñược qua giấy lọc.

Như vậy: Có thể chọn pH = 5 cho các nghiên cứu tiếp theo.


hấp phụ. Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại

- 14 -


dung dịch M2+, [M 2+] thay ñổi từ 50 - 300 (mg/l), pH = 5, thời gian 90

phút ñối với Cu2+, 60 phút ñối với Zn2+ và Pb2+. Kết quả ñược trình

bày ở hình 3.12.

0

5

10

15

20

25

30

50 100 150 200 250 300

Nồng ñộ (mg/l)

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng ñộ ñầu M2+ ñến tải trọng hấp phụ


Khi tăng nồng ñộ ñầu ion M2+ từ 100 - 300 (mg/l) ñưa vào thì

hiệu suất hấp phụ (% tương ñối) giảm xuống (giảm chậm ở vùng nồng

ñộ cao). Tuy nhiên lượng tuyệt ñối kim loại bị kết tủa tăng lên.

Khi nồng ñộ kim loại thấp thì hiệu suất hấp phụ tăng: nồng ñộ

ñầu ion M2+ 50mg/l thì hiệu sất hấp phụ ñạt 45% - 66%. Điều này chỉ

ra khả năng thuận lợi ñể sử dụng axit humic vào mục ñích tách các ion

kim loại nặng khỏi môi trường nước.

Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại: Kết quả ñược trình bày ở

hình 3.13, 3.14, 3.15.

y = 0,0503x + 1,5706R2 = 0,9824

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200

Nồng ñộ (mg/l)

Đại

lượ

ng hấp

phụ (g

/l)

Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir với Cu2+

- 15 -

y = 0,0521x + 1,2468R2 = 0,9968

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 50 100 150 200

Nồng ñộ (mg/l)

Đại

lượ

ng hấp

phụ

(g/

l)

Hình 3.14. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với Zn2+

y = 0,034x + 0,5041R2 = 0,9919

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 50 100 150

Nồng ñộ (mg/l)

Đại

lượ

ng h

ấp p

hụ

(g/

l)

Hình 3.15. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với Pb2+

Từ kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ ñẳng nhiệt

Langmuir mô tả khá chính xác sự hấp phụ của M2+ lên axit humic.

Điều này ñược thể hiện qua hệ số tương quan R2 của phương trình hồi

qui.

Từ phương trình thu ñược có thể xác ñịnh tải trọng hấp phụ

cực ñại của các ion M2+ như sau:

+ Đối với ñồng là: qmax = 19,88 (mg/g).

+ Đối với kẽm là: qmax = 19,19 (mg/g).

+ Đối với chì là: qmax = 29,41 (mg/g).

Giá trị ái lực hấp phụ của Cu2+ = 0,032; của Zn2+ = 0,042; của

Pb2+ = 0,067, cho phép thấy axit humic có ái lực với ion Pb2+ > Zn2+ >

Cu2+.

- 16 -

Như vậy, quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá

trình hấp phụ ion M2+ của axit humic (kích thước hạt < 0.5mm) ở ñiều

kiện tĩnh thu ñược kết quả như sau:

- Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, q max = 19,88 (mg/g), b =

0,032, H = 63,70%.

- Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 19,19 (mg/g), b =

0,042, H = 69,36%.

- Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 29,41 (mg/g), b =

0,067, H = 85,10%. 3.2.2. Hấp phụ cột

3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ chảy (của dung dịch dội qua

cột) ñến khả năng hấp phụ

* Điều kiện tiến hành: Nhiệt ñộ 30°C; dội 200ml dung dịch

M2+ 250 (mg/l), pH = 4 qua cột axit humic, ñiều chỉnh cho dung dịch

chảy ra với tốc ñộ thay ñổi: 1; 2; 3; 4; 5 (ml/phút). Thu dung dịch

chảy ra thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.

Kết quả ñược trình bày ở hình 3.16, 3.17, 3.18, 3.19, 3.20.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọng

hấp

phụ (

mg/

g)

1 ml

2 ml

3 ml

4 ml

5 ml

Hình 3.16. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Cu2+

- 17 -

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

1 ml

2 ml

3 ml

4 ml

5 ml

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Zn2+

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

1 ml

2 ml

3 ml

4 ml

5 ml

Hình 3.18. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ Pb2+

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1 2 3 4 5

Tốc ñộ chảy (ml/phút)

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.19. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến tải trọng hấp phụ trung

bình ion M2+

- 18 -

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

Tốc ñộ chảy (ml/phút)

Hiệ

u su

ất h

ấp p

hụ

(%

)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc ñộ chảy ñến hiệu suất hấp phụ trung

bình của M2+.

Từ kết quả khảo sát cho thấy:

Tốc ñộ chảy ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng hấp phụ. Nhìn

chung khi tốc ñộ chảy tăng từ 1 - 5 (ml/phút) thì tải trọng hấp phụ

cũng như hiệu suất hấp phụ giảm và giảm gần như tuyến tính. Điều

này có thể giải thích là do khi tốc ñộ chảy lớn, thời gian ñể ñạt cân

bằng hấp phụ sẽ giảm. Hiệu suất hấp phụ trung bình ñạt giá trị cao

nhất khi tốc ñộ chảy là 1 (ml/phút). Ở những tốc ñộ chảy khác nhau, ta

thấy lúc ñầu khả năng hấp phụ tăng và ñều ñạt giá trị cực ñại ở phân

ñoạn thứ 2, tại ñó tốc ñộ chảy ñã ổn ñịnh, sau ñó thì giảm dần ở những

phân ñoạn tiếp theo.

Vậy: Có thể chọn tốc ñộ chảy là 1 (ml/phút) cho các nghiên

cứu tiếp theo.



M2+ 250 (mg/l), pH thay ñổi từ 2 - 6 qua cột axit humic, ñiều chỉnh

cho dung dịch chảy ra với tốc ñộ 1 (ml/phút). Thu dung dịch chảy ra

thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.


- 19 -

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

pH = 2

pH = 3

pH = 4

pH = 5

pH = 6

Hình 3.21. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Cu2+

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

pH = 2

pH = 3

pH = 4

pH = 5

pH = 6

Hình 3.22. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Zn2+

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

pH = 2

pH = 3

pH = 4

pH = 5

pH = 6

Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ ion Pb2+

- 20 -

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

2 3 4 5 6

pH

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH ñến tải trọng hấp phụ trung bình ion

M2+

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2 3 4 5 6

pH

Hiệ

u su

ất hấp

phụ

(%

)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.25. Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất hấp phụ trung bình

ion M2+


+ Khả năng hấp phụ của axit humic tăng nhanh khi pH của

dung dịch hấp phụ tăng từ 2 - 4. Nguyên nhân là do sự kém ổn ñịnh

của phức chelat tạo thành giữa ion kim loại và axit humic ở vùng pH

thấp, H+ của dung dịch ñệm bám trên bề mặt axit humic ngăn cản quá

trình tạo phức chelat.

+ Tại pH = 4, khả năng hấp phụ của axit humic là lớn nhất.

+ Khi pH > 4, khả năng hấp phụ giảm chậm dần. Nguyên

nhân là ở pH cao, nhóm amino không bị proton hóa và ion kim loại dễ

dàng liên kết với nhóm amino làm nồng ñộ ion M2+ còn lại sau khi hấp

- 21 -

phụ càng thấp khi pH của dung dịch hấp phụ càng cao. Mặt khác, ở

pH >5 có sự tạo thành một lượng kết tủa M(OH)2. Và kể từ giá trị pH

≥ 5.5, bắt ñầu xuất hiện hiện tượng hòa tan một lượng nhỏ humic

thành humat tan hoặc thể keo chui ñược qua giấy lọc.

Như vậy: Có thể chọn pH = 4 cho các nghiên cứu tiếp theo.


hấp phụ


M2+, [M 2+] thay ñổi từ 100 - 300 (mg/l), pH = 4 qua cột axit humic,

ñiều chỉnh cho dung dịch chảy ra với tốc ñộ 1 (ml/phút). Thu dung

dịch chảy ra thành từng phân ñoạn, mỗi phân ñoạn là 25ml.


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng h

ấp p

hụ

(m

g/g)

100 mg/l

150 mg/l

200 mg/l

250 mg/l

300 mg/l

Hình 3.26. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Cu2+ ñến tải trọng hấp phụ

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọ

ng hấp

phụ

(m

g/g)

100 mg/l

150 mg/l

200 mg/l

250 mg/l

300 mg/l

Hình 3.27. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Zn2+ ñến tải trọng hấp phụ

- 22 -

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

1 2 3 4 5 6 7 8

Phân ñoạn

Tải

trọng

hấp

phụ (m

g/g)

100 mg/l

150 mg/l

200 mg/l

250 mg/l

300 mg/l

Hình 3.28. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion Pb2+ ñến tải trọng hấp phụ

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

100 150 200 250 300

Nồng ñộ ñầu (mg/l)

Tải

trọng

hấp

phụ (m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.29. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ

trung bình

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100 150 200 250 300

Nồng ñộ ñầu (mg/l)

Hiệ

u su

ất hấp

phụ (

%)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.30. Ảnh hưởng nồng ñộ ñầu ion M2+ ñến tải trọng hấp phụ

trung bình


Khi tăng nồng ñộ ñầu của ion M2+ (trong khoảng 100 - 300

(mg/l)) thì tải trọng hấp phụ tăng chậm và hiệu suất hấp phụ thay ñổi

không ñáng kể. Nghĩa là khả năng hấp phụ ion M2+ của cột axit humic

bị ảnh hưởng không lớn bởi sự thay ñổi nồng ñộ ñầu ion M2+.

- 23 -

Kết luận: Quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến khả

năng hấp phụ ion M2+ trong nước bằng cột axit humic (kích thước hạt

là 1mm) thu ñược một số kết quả sau:

- Đối với Cu2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút, pH = 4, H = 83.15%

- Đối với Zn2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút), pH = 4, H = 71.35%

- Đối với Pb2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút, pH = 4, H = 89.41%

3.4. PHỔ HỒNG NGOẠI IR CỦA AXIT HUMIC SAU KHI H ẤP

PHỤ ION M 2+

Hình 3.31. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Cu2+

Hình 3.32. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Zn2+


Resolution: 4cm-1



GIANG A-H-Cu2+Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0

0.3450

0.350

0.355

0.360

0.365

0.370

0.375

0.380

0.385

0.390

0.395

0.400

0.405

0.410

0.415

0.420

0.425

0.430

0.435

0.440

0.445

0.4500

cm-1

A

3709

3425

2921

2364

1632

13881251

1121

1013885

589 503


Resolution: 4cm-1



GIANG A-H-Zn2+Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0

0.270

0.28

0.29

0.30

0.31

0.32

0.33

0.34

0.35

0.36

0.37

0.38

0.39

0.40

0.41

0.42

0.43

0.44

0.450

cm-1

A

3409

2921

2850

1701

1622

1388

1246

1030

536

- 24 -

Hình 3.33. Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion Pb2+

Phổ hồng ngoại của axit humic sau khi hấp phụ ion M2+ ñược

trình bày ở hình 3.31, 3.32, 3.33. Đối chiếu với phổ hồng ngoại của

axit humic trước khi ñem hấp phụ, chúng tôi nhận thấy: chúng ñều có

một số dải hấp thụ chính ñại diện cho các nhóm chức hoặc các mối

liên kết. Tuy nhiên, mức ñộ hấp thụ có sự xê dịch ñáng kể.

3.5. GIẢI HẤP PHỤ VÀ TÁI H ẤP PHỤ

3.5.1. Giải hấp phụ

* Điều kiện tiến hành: Cho 1 gam axit humic (A.H/I – M2+)

vào 3 bình tam giác có chứa sẵn 200ml dung dịch axit HCl 0,1N (pH

= 1) hoặc dung dịch ñệm (pH = 3, pH = 5). Hỗn hợp ñược khuấy ñều

bằng máy khuấy từ, ở nhiệt ñộ phòng trong 4 giờ rồi lọc.

Bảng 3.31. Kết quả giải hấp phụ ion kim loại từ axit humic ở các pH

khác nhau.

Lượng ion kim loại giải hấp phụ (%) M 2+

pH = 1 pH = 3 pH = 5

Cu2+ 82,33 52,21 31,35

Zn2+ 85,65 56,77 35,21

Pb2+ 89,45 62,11 38,23


Resolution: 4cm-1



GIANG A.H.Pb2+Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0

0.2100

0.215

0.220

0.225

0.230

0.235

0.240

0.245

0.250

0.255

0.260

0.265

0.270

0.275

0.280

0.285

0.290

0.295

0.3000

cm-1

A

3415

2923

2854

1627

13861251

1120

1025

521

- 25 -

Từ bảng 3.31 cho thấy, khả năng giải hấp phụ các ion kim loại

M2+ ra khỏi axit humic tương ñối dễ dàng và khả năng ñó tăng dần

theo chiều giảm pH. Điều này ñược giải thích như sau: phức chelat tạo

thành giữa ion kim loại và axit humic bền trong môi trường pH cao

hơn là ở pH thấp.

Như vậy: Có thể chọn pH = 1 cho các quá trình giải hấp phụ.

3.5.2. Tái hấp phụ

Điều kiện tiến hành: Tiến hành tái hấp phụ các ion kim loại

lên axit humic (A.H/II – M2+) như quá trình hấp phụ với các ñiều kiện

tối ưu ñã tìm ñược cho mỗi loại ion.

- Đối với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).

- Đối với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).

- Đối với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, C = 250 (mg/l).

0

5

10

15

20

25

30

Ban ñầu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5

Số chu trình h ấp ph ụ

Tải t

rọng

hấp

phụ

(m

g/g)

Cu (II)

Zn (II)

Pb (II)

Hình 3.34. Khả năng tái hấp phụ ion kim loại M2+ lên axit humic.

Từ hình 3.34 cho thấy sau khi giải hấp phụ ion kim loại M2+ ra

khỏi axit humic rồi tiến hành tái hấp phụ ion kim loại M2+ thì khả

năng hấp phụ của axit humic giảm nhưng không thay ñổi nhiều. Tải

trọng hấp phụ ion M2+ của axit humic sau 5 lần thực hiện chu trình hấp

phụ - giải hấp giảm không ñáng kể (Cu2+: 18,42%; Zn2+: 18,38%;

Pb2+: 19,84%) so với lần hấp phụ ñầu tiên. Như vậy, axit humic có thể

ñược sử dụng nhiều lần ñể hấp phụ ion kim loại.

- 26 -

KẾT LUẬN VÀ KI ẾN NGHỊ * K ết luận: Từ các kết quả nghiên cứu thu ñược ñã trình bày ở trên, chúng tôi ñi ñến một số kết luận sau:

1. Tiến hành tinh chế axit humic từ axit humic thô của phòng thí nghiệm (ở dạng humat natri). Hàm lượng tro của axit humic tinh chế 2 lần còn khoảng 2.38%, hàm lượng nước hút ẩm không khí khoảng 5.85%. Tiến hành chụp phổ hồng ngoại IR, ảnh SEM, phân tích nhiệt TG/DTA chứng minh sự có mặt của một số nhóm chức.

2. Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ của axit humic (hạt < 0.5mm) ở ñiều kiện tĩnh (hấp phụ bể) thu ñược một số kết quả: - Với Cu2+: t = 90 phút, pH = 5, q max = 19.88 (mg/g), H = 63.70%. - Với Zn2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 19.19 (mg/g), H = 69.36%. - Với Pb2+: t = 60 phút, pH = 5, q max = 29.41 (mg/g), H = 85.10%.

3. Đã nghiên cứu hấp phụ ion M2+ của axit humic (kích thước hạt là 1mm) bằng cột (hấp phụ cột) thu ñược một số kết quả:

- Đối với Cu2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút), pH = 4, H = 83.15% - Đối với Zn2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút), pH = 4, H = 71.35% - Đối với Pb2+: Tốc ñộ = 1 (ml/phút), pH = 4, H = 89.41% 4. Chụp phổ hồng ngoại IR của axit humic sau khi hấp phụ

ion M2+, ñối chiếu với phổ hồng ngoại của axit humic trước khi hấp phụ, thấy chúng ñều có một số dải hấp thụ chính ñại diện cho các nhóm chức hoặc mối liên kết, mức ñộ hấp thụ có sự xê dịch ñáng kể. Đó là do sự có mặt của các ion M2+ bị hấp phụ trên axit humic ban ñầu nên ñộ rõ nét của ñám phổ riêng biệt bị giảm.

5. Tiến hành giải hấp phụ ở 3 khoảng pH khác nhau ñối với mỗi ion kim loại và chọn pH = 1 cho quá trình tái hấp phụ. Thực hiện chu trình hấp phụ - giải hấp 5 lần cho thấy tải trọng hấp phụ giảm không ñáng kể so với lần hấp phụ ñầu tiên: Cu2+: 18,42%, Zn2+: 18,38%, Pb2+: 19,84%. Axit humic có thể ñược sử dụng nhiều lần ñể hấp phụ ion kim loại. * Ki ến nghị: Tiếp tục nghiên cứu quá trình hấp phụ của axit humic ñối với các ion kim loại khác, ứng dụng trong tách làm giàu và xử lí Z nhiễm môi trường. Mở rộng nghiên cứu tác dụng của axit umic trên nhiều lĩnh vực khác nhau như: nông nghiệp, công nghiệp,…

bỘ giÁo d Ục vÀ ĐÀo t Ạo ĐẠi h Ọc ĐÀ n Ẵng lÊ th Ị c Ẩm...

Documents