nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía

8/18/2019 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-tong-hop-vat-lieu-hap-phu-mao-quan-trung-binh 1/51

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨ U TỔNG HỢ P VẬT LIỆU

HẤP PHỤ MAO QUẢN TRUNG BÌNHTỪ BÃ MÍA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨ U TỔNG HỢ P VẬT LIỆU

HẤP PHỤ MAO QUẢN TRUNG BÌNHTỪ BÃ MÍA

CÁN BỘ HƢỚ NG DẪN:

Ths. Huỳnh Thu Hạnh

SINH VIÊN THỰ C HIỆ NBùi Phong Phú (MSSV: 2102384)

Ngành: Công nghệ hóa học 2 - Khóa 36

Cần Thơ 12/2014

W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUY

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOng góp PDF bở i GV. Nguy ễ n Thanh Tú



GVHD: H u ỳnh Thu H ạnh SVTH: Bùi Phong Phú

LỜ I CẢM ƠN

------------

Trướ c hết, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã nhiệt tình truyền đạ t cho em

những kiến thức, kinh nghiệm và nhiều k ỹ năng bổ ích không thể thiếu trong công việc

và cuộc sống.

Em xin chân lờ i cảm ơn đến cô Huỳnh Thu Hạnh, giảng viên bộ môn Công nghệ

Hóa học – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ, hướ ng dẫn và

truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báo trong suốt quá trình học tập và làm luận

văn.

Chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ Hóa học – Khoa Công Nghệ - Trường Đại

học Cần Thơ, đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài.

Cảm ơn toàn thể các bạn lớp Công nghệ Hóa học K36 đã giúp đỡ, động viên tôi

trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Ngườ i viết

Bùi Phong Phú






LỜ I MỞ ĐẦU

Nướ c ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đớ i, r ất thuận lợi cho ngành mía đường phát

triển. Niên vụ sản xuất mía đườ ng 2006 - 2007, diện tích mía cả nước là 310,067ha, sản

lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn. Năm 2010, sản lượng đườ ng sản xuất trong

cả nước đạt 1,5 triệu tấn.

Phát triển sản xuất mía đường là một định hướng đúng đắn.Tuy nhiên, các nhà

máy sản xuất đường cũng thải ra một lượng không nhỏ bã mía. Theo tính toán của các

nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đườ ng sinh ra một lượ ng phế thải

khổng lồ 2,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi

trong các nhà máy sản xuất đườ ng, sinh ra 50.000 tấn tro. Tuy là phế thải nhưng trong tro

và bã bùn lại có nhiều chất hữu cơ, và đó cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm mạch

nướ c ngầm và nướ c mặt cũng bị ô nhiễm tr ầm tr ọng. Vì vậy, nhu cầu sử dụng vật liệu

hữu cơ, vô cơ để chế tạo các thiết bị lọc nước và hấ p phụ các kim loại ngày càng thu hút

sự quan tâm của các nhà khoa học.

Vật liệu vi mao quản đã đượ c ứng dụng r ộng rãi trong xúc tác và hấ p phụ, nhưngcó điểm hạn chế là không thích hợ p với các phân tử lớn. Để khắc phục nhược điểm trên

các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra vậ t liệu hấ p phụ mao quản trung bình từ bã

mía. Tuy nhiên, ở Việt Nam vật liệu này vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng r ộng rãi.

Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài: “ Nghiên cứ u t ổ ng hợ p vật liệu hấ p phụ

mao quản trung bình từ bã mía, ứ ng d ụng xử lí kim loại nặng trong nướ c”

Mục đích của đề tài là tổng hợ p vật liệu hấ p phụ mao quản trung bình từ bã mía.

Qua đó, mẫu xúc tác khi tổng hợp được phân tích bằng các phương pháp phân tích hóa lý

như phân tích phổ hồng ngoại. Sau đó ứng dụng xử lí kim loại nặng trong nướ c.






MỤC LỤC

Nhận xét đánh giá của các bộ hƣớ ng dẫn

Nhận xét và đánh giá của cán bộ chấm phản biện

Lờ i mở đầu .......................................................................................................................... i

Mục lục ............................................................................................................................... ii

Tóm tắt .............................................................................................................................. vi

Danh mục từ viết tắt ........................................................................................................ vii

Danh mục hình................................................................................................................ viii

Danh mục bảng ................................................................................................................. ix

PHẦ N 1. TỔ NG QUAN VỀ TÀI LIỆU ..................................................................... 1

1.1. .Giớ i thiệu về vật liệu mao quản. ..................................................................... 1

1.1.1. Vật liệu mao quản ...................................................................................... 1

1.1.2.

Vật liệu mao quản trung bình. .................................................................... 2

1.1.3. Phân loại mao quản trung bình ................................................................... 3

1.1.3.1. Phân loại thành phần. ...................................................................... 3

1.1.3.2.

Phân loại cấu trúc. ........................................................................... 3

1.1.4. Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình ......................................... 3

1.1.4.1.

Cơ chế định hướ ng theo tinh thể lỏng .............................................. 4

1.1.4.2. Cơ chế sắ p xế p ống.......................................................................... 5

1.1.4.3.

Cơ chế tạo lớ p trung gian................................................................. 5

1.1.4.4. Cơ chế gấ p ...................................................................................... 6

1.1.4.5.

Cơ chế phối hợ p tạo cấu trúc ........................................................... 6

1.2.

Giớ i thiệu về vật liệu hấ p phụ bã mía............................................................... 6

1.2.1.

Nguồn nguyên liệu. .................................................................................... 6






1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu .......................................................... 7

1.3.

Các phương pháp phân tích ............................................................................. 8

1.3.1. Khái quát về hấ p phụ .................................................................................. 8

1.3.1.1.

Hấ p phụ vật lí .................................................................................. 81.3.1.2.

Hấ p phụ hóa học .............................................................................. 9

1.3.1.3.

Phân biệt hấ p phụ vật lý và hấ p phụ hóa học .................................. 9

1.3.1.3.1.

Nhiệt hấ p phụ ............................................................................ 9

1.3.1.3.2. Lượ ng chất bị hấ p phụ ............................................................... 9

1.3.1.3.3.

Sự chọn lọc hấ p phụ .................................................................. 9

1.3.1.3.4.

Sự phụ thuộc của nhiệt độ ......................................................... 9

1.3.1.3.5.

Tính chất của các mối nối hấ p phụ ...........................................10

1.3.1.3.6. Năng lượ ng hoạt hóa hấ p phụ ...................................................10

1.3.1.3.7.

Tính thuận nghịch của hấ p phụ .................................................10

1.3.1.3.8.

Tr ạng thái của chất bị hấ p phụ ..................................................11

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấ p phụ .............................................11

1.3.2.1.

Ảnh hưở ng của dung môi ...............................................................11

1.3.2.2. Ảnh hưở ng của chấ p hấ p phụ và bị hấ p phụ....................................12

1.3.2.3.

Ảnh hưở ng của nhiệt độ..................................................................12

1.3.3. Các phương pháp phân tích hóa lý.............................................................13

1.3.3.1.

Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoài ................................13

1.3.3.2.

Phương pháp phân tích thành phần .................................................14

1.3.3.3.

Phương pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X ...........................15

1.3.3.4.

Phương pháp xác định diện tích bề mặt ..........................................15

1.3.3.5. Phương pháp electron UV-VIS. ......................................................16

1.3.3.6.

Sơ lượ c về đo kích thướ c hạt bằng Laser ........................................16

2. PHẦ N 2. THỰ C NGHIỆM ..............................................................................18

2.1.

Thiết bị, hóa chất ............................................................................................18

2.1.1.

Thiết bị......................................................................................................18

2.1.2.

Hóa chất ....................................................................................................18






2.1.2.1. Chuẩn bị dung dịch gốc ..................................................................18

2.1.2.2.

Chuẩn bị chất chỉ thị .......................................................................18

2.2. Nguyên liệu ....................................................................................................18

2.2.1.

Xử lí nguyên liệu.......................................................................................182.2.2.

Chế tạo vật liệu .........................................................................................19

2.3.

Khảo sát khả năng hấ p phụ của ion kim loại trong nướ c .................................19

2.3.1.

Định lượ ng kim loại ..................................................................................19

2.3.1.1. Khảo sát khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và VLHP

đối vớ i Cu2+

....................................................................................................19

2.3.1.2.

Khảo sát khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và VLHP

đối vớ i Pb2+

....................................................................................................20

2.3.2.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ của của VLHP .......21

2.3.2.1.

Ảnh hưở ng của thờ i gian ................................................................21

2.3.2.2.

Ảnh hưở ng của pH .........................................................................21

2.3.2.3. Ảnh hưở ng của nồng độ..................................................................21

PHẦ N 3. K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬ N ...............................................................22

3.1.

K ết quả phân tích hóa lý ................................................................................22

3.1.1.

K ết quả phân tích IR .................................................................................22

3.1.2. K ết quả chụ p SEM ....................................................................................23

3.1.3.

K ết quả đo kích thướ c hạt..........................................................................23

3.2.

K ết quả khảo sát khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và VLHP ........................24

3.2.1.

K ết quả khảo sát khả năng hấ p của nguyên liệu và VHHP đối vớ i Cu2+

.....24

3.2.2.

K ết quả khảo sát khả năng hấ p của nguyên liệu và VHHP đối vớ i Pb2+

.....25

3.3.

K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng tới quá trình hấ p phụ kim loại của

VLHP ..............................................................................................................25

3.3.1.

K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng tới quá trình hấ p phụ kim loại

của VLHP đối vớ i Cu2+

.......................................................................................................25

3.3.1.1.

K ết quả ảnh hưở ng của thờ i gian ....................................................25

3.3.1.2.

K ết quả ảnh hưở ng của pH .............................................................27






3.3.1.3. K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ .....................................................29

3.3.1.4.

Cân bằng hấ p phụ của ion Cu2+

.......................................................30

3.3.2. K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng tới quá trình hấ p phụ kim loại

của VLHP đối vớ i Pb

2+

......................................................................................................313.3.2.1.

K ết quả ảnh hưở ng của thờ i gian ....................................................31

3.3.2.2.

K ết quả ảnh hưở ng của pH .............................................................33

3.3.2.3.

K ết quả ảnh hưở ng của nồng độ .....................................................35

3.3.2.4. Cân bằng hấ p phụ ...........................................................................36

PHẦ N 4 K ẾT QUẢ VÀ KIẾ N NGHỊ .......................................................................38

4.1. K ết luận ........................................................................................................... 38

4.2. Kiến nghị ......................................................................................................... 39

Lờ i cảm ơn

Tài liệu tham khảo






TÓM TẮT

Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng hiện nay tr ở nên nghiêm trọng, gây ảnh hưở ng

đến sức khỏe của người và đờ i sống sinh vật vì thế vấn đề xử lí kim loại nặng trong nướ c

tr ở nên cấ p thiết hiện nay. Có rất nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng hiện nay

như: phương pháp kết tủa, phương pháp gia áp khuấy nổi,.....Tuy những phương pháp

này rất đắt tiền, do vậy phương pháp hấ p phụ đượ c xử dụng r ộng rãi hơn vì chi phí thấ p.

Các vật liệu hấp đượ c chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như: vỏ lạc, lõi ngô, bã mía, vỏ

tr ấu,... Từ đó tôi chọn đề tài nghiên cứu tổng hợ p vật liệu hấ p phụ mao quản trung bình từ

bã mía vớ i mục đích tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp và làm giảm ô nhiễm môi

trườ ng.

Bã mía đượ c chế tạo thành vật liệu hấ p phụ mao quản trung bình và tiến hành

nghiên cứu hấ p phụ ion kim loại Cu2+ và Pb2+ theo phương hấ p phụ bể gián đoạn và so

sánh vớ i vật liệu sơ khai ban đầu. K ết quả cho thây VLHP tốt hơn nguyên liệu sơ khai

với dung lượ ng hấ p phụ cực đại đối Pb2+

là 56,18 mg.g-1 và Cu2+

là 46,73 mg.g-1.






DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

VLMQ Vật liệu mao quản

MQTB Mao quản trung bình

SBA-16 Santa Barbara Amorphous - 16

MINR Minimum Ring

ĐHCT Định hướ ng cấu trúc

BET Brunauer-Emmett-Teller (đo diện tích bề mặt riêng)

I Tiền chất vô cơ

S Chất hoạt động bề mặt

MCM-41 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng

M41S Họ vật liệu MQTB gồm MCM-41, MCM-48,....

MCM-48 Họ vật liêu MQTB có cấu trúc lập phương

MCM-50 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lớ p

UV-VIS Ultraviolet-Visible (tử ngoại và khả kiến)

EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid

IR Phổ hồng ngoại

SEM Sanning Electron Microscopy (hiển thị điện tử quét)

VLHP Vật liệu hấ p phụ

Laser khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích






MỤC LỤC HÌNH

Hình 1-1. Sơ đồ thổng quát của vật liệu mao quản .......................................................... 3

Hình 1-2 Cơ chế định hướ ng cấu trúc tinh thể lỏng ......................................................... 5

Hình 1-3 Cơ chế sắ p xếp hình ống .................................................................................. 5

Hình 1-4 Cơ chế phối hợ p tạo cấu trúc ............................................................................ 6

Hình 1-5. Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía ........................................ 8

Hình 1-6 máy phân tích thành phần .............................................................................. 14

Hình 3-1. Phổ IR của nguyên liệu đầu .......................................................................... 22

Hình 3-2. Phổ IR của VLHP ......................................................................................... 22

Hình 3-3. Ảnh SEM của nguyên liệu ............................................................................ 23

Hình 3-4 Ảnh SEM của VLHP ..................................................................................... 23

Hình 3-5 Đồ thị phân bố đo kích thướ c hạt ................................................................... 24

Hình 3-6 Sự phụ thuộc của thời gian đến dung lượ ng hấ p phụ vớ i ion Cu2+

. ................. 27

Hình 3-7 Sự phụ thuộc của pH đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối vớ i ion Cu2+

. ... 28

Hình 3-8 Sự phụ thuộc của nồng đọ đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối vớ i

ion Cu2+. ........................................................................................................ 30

Hình 3-9 Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đối vớ i Cu2+

. ....................................... 31

Hình 3-10 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccbcủa Cu2+

...................................................... 31

Hình 3-11 Sự phụ thuộc của thờ i gian đến dung lượ ng hấ p phụ vớ i ion Pb2+

. ............... 33

Hình 3-12 Sự phụ thuộc của pH đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối vớ i

ion Pb2+

. ....................................................................................................... 34

Hình 3-13 Sự phụ thuộc của nồng độ đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối vớ i

ion Pb2+

. ....................................................................................................... 36

Hình 3-14 Đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đối vớ i Pb

2+

. ..................................... 36Hình 3-15 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccbcủa Pb

2+. ..................................................... 37






MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1-1 Thành phần hoá học của bã mía....................................................................... 7

Bảng 3-1 So sánh khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và VLHP đối vớ i Cu2+

. ............... 24

Bảng 3-2 So sánh khả năng hấ p phụ của nguyên liệu và VLHP đối vớ i ion Pb2+. ......... 25

Bảng 3-3 Ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Cu2+

. ...... 25

Bảng 3-4 Ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Cu2+

. ............... 27

Bảng 3-5 Ảnh hưở ng của nồng độ đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Cu2+

. ........ 29

Bảng 3-6 Ảnh hưở ng của thời gian đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Pb2+

. ....... 32

Bảng 3-7 Ảnh hưở ng của pH đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Pb2+. ............... 33

Bảng 3-8 Ảnh hưở ng của nồng độ đến khả năng hấ p của VLHP đối vớ i ion Pb2+

. ....... 35






PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

2.4. Giớ i thiệu về vật liệu mao quản

2.4.1.

Vật liệu mao quản

Thông thường ngườ i ta sử dụng các đại lượng sau đây để đặc trưng cho cấu trúc

của vật liệu r ắn:

Sự phân bố kích thướ c hạt

Hình dáng và kích thước các tậ p hợ p hạt

Bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượ ng: bao gồm diện

tích bề mặt bên trong và bên ngoài các hạt

riêng

chung S S

G

Thể tích lỗ xốp riêng (mao quản riêng) : là không gian rỗng tính cho một đơn vị

khối lượ ng; bao gồm độ r ỗng giữa các hạt và bên trong mỗi hạt (m3.g

-1)

Hình dáng mao quản: trong thực tế r ất khó xác định chính xác hình dáng của các

mao quản, song có 4 loại mao quản chính thường đượ c thừa nhận: mao quản hình trụ,

hình cầu, hình khe và hình chai. Trong đó loại mao quản thông 2 đầu với bên ngoài là có

lợ i nhất, tính chất xúc tác tăng. Còn đối vớ i mao quản chỉ thông một đầu vớ i bề mặt bên

ngoài thì ít hiệu quả, dễ xảy ra phản ứng phụ ở bên trong (vì sản phẩm chính tạo thành

chưa kịp đi ra ngoài thì bị chuyển hóa tiế p).

Phân bố kích thướ c của các mao quản hoặc phân bố lỗ xố p dựa trên những giả

thiết về hình dáng mao quản. Sự phân bố đó được xác định theo sự biến đổi của thể tích

hoặc bề mặt của lỗ xố p với kích thướ c mao quản.

Theo qui định của IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry),

có thể phân chia VLMQ thành 3 loại sau đây:

•

VLMQ lớ n: d > 50 nm

•

VLMQ trung bình: 2 < d < 50 nm

(m2.g-1)

(1.1)






• VLMQ vi mao quản : d < 2 nm

(d: đường kính trung bình của mao quản )

Kích thước trung bình của mao quản được xác định theo sự phân bố diện tích hay

thể tích nói trên. Song trong một số trườ ng hợp có thể tính toán một cách gần đúng theocông thức:

V d

nS

Trong đó: n: thừa số hình dáng

Vớ i mao quản hình trụ: n = 0,5

S: bề mặt riêng của VLMQ

V: thể tích mao quản

(Trích từ http://tailieu.vn/doc/ky-thuat-xuc-tac-1070907.html, ngày 23/11/2014)

2.4.2.

Vật liệu mao quản trung bình

Vật liệu mao quản trung bình được phát hiện do các nhà khoa học nghiên cứu tổng

hợp thành công vào đầu thập niên 90 của thế k ỷ 20. Hai nhóm nghiên cứu độc lập ngườ i

Nhật Bản và Mỹ vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, đượ c gọi là rây phân tử MQTB

(MMS). Đến nay có nhiều loại vật liêu MQTB khác ra đời như M41S, FSM, HMS, SBA-

15 và SBA-16,.. Các vật liệu có kích thướ c mao quản đồng đều và dao động khoảng 20 –

100A0, kích thước này rộng hơn kích thướ c của zeolite từ 3 đến 4 lần và diện tích bề mặt

riêng vô cùng lớ n (500 – 1000 m2.g

-1). Do có nhiều ưu điểm nên vật liệu MQTB có tiềm

năng phát triển lớn trong lĩnh vực xúc tác và hấ p phụ, khắc phục được nhược điểm của

vật liêu vi mao quản.

Theo danh pháp IUPAC, dựa trên kích thướ c mao quản, vật liệu r ắn xốp đượ c chia

là 3 loại: vi mao quản (đường kính d < 2nm), MQTB (2 < d < 50 nm) và đạ i mao quản d

> 50 nm. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011).

(1.2)



http://tailieu.vn/doc/ky-thuat-xuc-tac-1070907.html







2.4.3. Phân loại mao quản trung bình

2.4.3.1.

Phân loại thành phần

Vật liệu MQTB chứa silic gồm có: MCM-41, MCM-8, SBA-15, Ti-MCM-41, Al-

MCM-41, Fe-MCM-41... (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Vật liệu MQTB không chứa silic như: TiO2, Fe2O3, ZrO2,.... (Nguyễn Thị Trâm

Anh, 2011)

2.4.3.2. Phân loại cấu trúc

Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-16,...

Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16,...

Cấu trúc lớ p (laminar): MCM-50,...

Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1, L3,...

(Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

2.4.4. Cơ chế hình thành vật liệu mao quản trung bình

Hiện nay có rất nhiều cơ chế được đưa ra để giải thích quá trình hình thành các vật

liệu MQTB. Tuy nhiên các cơ chế này đều có một đặc điểm chung là có sự tương tác củachất ĐHCT vớ i chất vô cơ trong dung dịch. Để tổng hợ p mao quản trung bình cần có ít

nhất 3 thành phần: chất ĐHCT đóng vai trò làm tác nhân định hướ ng cấu trúc vật liệu,

nguồn vô cơ như để tạo nên mạng lướ i mao quản và dung môi ( nước, bazơ,…) thườ ng

đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình kết tinh. Sơ đồ chung có thể mô tả.

Hình 1.1. Sơ đồ thổng quát của vật liệu mao quản

Chất định hướ ng cấu+ Tiền chất Slicat






Do có nhiều loại tương tác khác nhau giữa các tiền chất vô cơ với các chất HĐBM

dẫn đến các cơ chế tổng hợp khác nhau, phương pháp tổng hợp khác nhau và kết quả là

tạo ra các hợ p chất MQTB có hình dáng và kích thướ c mao quản khác nhau. Có một số

cơ chế như:

2.4.4.1. Cơ chế định hƣớ ng theo tinh thể lỏng

Cơ chế định hướ ng theo tinh thể lỏng được các nhà nghiên cứu của hãng Mobil-

Oil đưa ra để giải thích cho sự hình thành của họ vật liệu mao quản trung bình M41S.

Cấu trúc vật liệu MQTB phụ thuộc vào độ dài của mạch cacbon cũng như nhóm chức của

chất ĐHCT, phụ thuộc vào nồng độ của chất ĐHCT. Theo cơ chế này trong dung dịch

các chất ĐHCT tự sắ p xếp thành pha tinh thể lỏng có dạng mixen ống, thành ống là các

đầu ưa nướ c của các phân tử chất ĐHCT và đuôi mạch hydrocacbon dài kỵ nước hướ ng

vào phía trong. Những mixen ống này đóng vai trò chất tạo cấu trúc và sắ p xếp thành cấu

trúc tinh thể dạng lục lăng.

Sau khi thêm nguồn silic vào dung dịch, các phần tử chứa silic tương tác với các

đầu phân cực của chất ĐHCT thông qua các tương tác tĩnh điện ( S I , S I

trong đó S là

chất ĐHCT, I là tiền chất vô cơ) hoặc tương tác hydro ( 0 0S I ) và hình thành nên lớp màng

silicat xung quanh mixen ống. Quá trình polymer hoá ngưng tụ silicat tạo nên tường vôđịnh hình của vật liệu oxyt silic MQTB. Cơ chế này đượ c thể hiện theo đường. Nhưng

trong những nghiên cứu về cơ chế hình thành bằng các phương pháp hiện đại thì ngườ i ta

đã đưa ra cơ chế hình thành cấu trúc tinh thể lỏng là theo đường, vì nồng độ chất hoạt

động bề mặt thấp hơn nhiều so vớ i nồng độ mixen tớ i hạn. Như vậy, các mixen ống

không tự sắ p xếp thành cấu trúc tinh thể lỏng mà cấu trúc này chỉ hình thành sau khi

thêm tiền chấtvô cơ, trong nghiên cứu này nguồn chất vô cơ là silicat, và các silicat ống

hình thành sau khi thêm nguồn silicat sẽ tự sắ p xếp thành cấu trúc lục lăng. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)






Hình 1.2 Cơ chế định hướ ng cấu trúc tinh thể l ỏng

2.4.4.2. Cơ chế sắp xếp ống

Bằng việc nghiên cứu phổ cộng hưở ng từ hạt nhân 14N, David thấy r ằng không

xuất hiện pha tinh thể lỏng trong quá trình tổng hợ p vật liệu MQTB MCM-41. Do vậy

ngườ i ta giả thiết r ằng ban đầu 2 hoặc 3 lớ p mỏng silicat phủ lên trên mỗi mixen ống chất

hoạt động bề mặt riêng biệt, các ống này bắt đầu sắ p xế p hỗn loạn, sau đó mớ i sắ p xế p

thành cấu trúc lục lăng, thực hiện quá trình gia nhiệt và làm già dẫn đến quá trình ngưng

tụ của silicat tạo thành hợ p chất MQTB. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Hình 1.3 Cơ chế sắ p xếp hình ố ng

2.4.4.3. Cơ chế tạo lớ p trung gian

Silicat tậ p hợp thành các lớp và giữa bề mặt tiếp xúc của các ống hình trụ có tương

tác. Cơ chế gồm các giai đoạn sau: hỗn hợp ban đầu có cấu trúc lớ p mỏng được hình

thành từ lực tĩnh điện giữa các anion silicat và cation chất hoạt động bề mặt. Khi các

phân tử silicat ngưng tụ, làm mật độ điện tích của chúng giảm. Cùng với quá trình này,các lớ p silicat bị uốn cong để cân bằng mật độ điện tích với nhóm chức của chất hoạt

động bề mặt. Do đó cấu trúc MQTB lớ p mỏng chuyển hoá thành cấu trúc mao quản trung

bình lục lăng. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)






2.4.4.4. Cơ chế gấp

Thay bằng sự tạo thành của các que mixen đượ c bao bọc bở i chất vô cơ, Steel et al

đưa ra nhận định r ằng những que mixen hình trụ sắ p xếp vào giữa những lớ p chất vô cơ.

Khi già hóa hỗn hợp, các lớp vô cơ sẽ dúm dó lại và phá vỡ mixen, sau đó chuyển thànhcấu trúc MQTB chứa chất hoạt động bề mặt. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

2.4.4.5. Cơ chế phối hợ p tạo cấu trúc

Steel nhận thấy ở điều kiện nhiệt độ thấp và độ pH cao (xấ p xỉ 14) và khi có mặt

silicat thì các phân tử chất hoạt động và silicat đồng tậ p hợ p tạo ra tinh thể lỏng dạng lục

lăng. Sấy và nung pha trên sẽ tạo ra vật liệu MQTB.

Các cơ chế này đều dựa trên sự tương tác của chất ĐHCT vớ i nguồn chất vô cơ.Tùy theo chất ĐHCT mà có sự tương tác khác nhau do đó đặc tính, cấu trúc khác nhau

được hình thành. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

Hình 1.4 Cơ chế phố i hợ p t ạo cấu trúc

2.5. Giớ i thiệu về vật liệu hấp phụ bã mía

2.5.1. Nguồn nguyên liệu.

Nướ c ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đớ i, r ất thuận lợi cho ngành mía đường phát

triển. Niên vụ sản xuất mía đườ ng 2006 - 2007, diện tích mía cả nước là 310,067 ha, sản






lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn. Theo quy hoạch phát triển mía đường đến

năm 2010, sản lượng đườ ng sản xuất trong cả nướ c phấn đấu đạt 1,5 triệu tấn.

Phát triển sản xuất mía đường là một định hướng đúng đắn.Tuy nhiên, các nhà

máy sản xuất đường cũng thải ra một lượng không nhỏ bã mía. Theo tính toán của cácnhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đườ ng sinh ra một lượ ng phế thải

khổng lồ: 2,5 triệu tấn bã mía. Trước đây 80% lượng bã mía này được dùng để đốt lò hơi

trong các nhà máy sản xuất đườ ng, sinh ra 50.000 tấn tro. Tuy là phế thải nhưng trong tro

và bã bùn lại có nhiều chất hữu cơ. Các chất này sau sẽ là nguyên nhân gây ô nhiễm môi

trường và ô nhiễm nguồn nướ c r ất nặng. Bã mía cũng có thể được dùng làm bột giấy, ép

thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra furfural là nguyên liệu cho ngành sợ i

tổng hợ p. Tr ong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm, nguồn nguyên liệu làm bột giấy,

làm sợ i từ cây rừng giảm đi thì bã mía là nguyên liệu quan tr ọng để thay thế.

2.5.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu

Bã mía chiếm khoảng 26,8 - 32% lượng mía ép. Trong bã mía chứa trung bình

khoảng 50% là nước, 48 ÷ 49% là xơ (trong đó chủ yếu là xenlulozơ và hemixenlulozơ) 1

- 2% là đường. Tùy theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học

có trong bã mía khô (xơ) có thể biến đổi. Hàm lượng % các thành phần hoá học chính của

bã mía đượ c chỉ ra trong bảng. (Hoàng Ngọc Hiền, CTV, 2008)

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của bã mía

Thành phần % khối lƣợ ng

Xenlulozơ 40 - 50

Hemixenlulozơ 20 - 25

Lignin 18 - 23

Chất hoà tan khác (tro, sáp, protein, …) 3 - 5






Hình 1-5. Hình ảnh các thành phần hoá học chính của bã mía

2.6.

Các phƣơng pháp phân tích 2.6.1. Khái quát về hấp phụ

Hấ p phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – r ắn, lỏng – r ắn,

khí lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấ p phụ đượ c gọi là chất hấ p

phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấ p phụ gọi là chất bị hấ p phụ. Ngượ c vớ i

quá trình hấ p phụ là quá trình giải hấ p phụ. Đó là quá trình đi ra của chất bị hấ p phụ

khỏi lớ p bề mặt chất hấ p phụ. Hiện tượ ng hấ p phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấ p

phụ và chất bị hấ p phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại

hấ p phụ là hấ p phụ vật lý và hấ p phụ hóa học. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.1.

Hấp phụ vật lí

Các phân tử chất bị hấ p phụ liên kết vớ i những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các

ion…) ở bề mặt phân chia pha bở i lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợ p của

nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướ ng. Trong hấ p

phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấ p phụ và chất hấ p phụ không tạo thành hợ p chất

hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấ p phụ chỉ bị ngưng tụ trên

bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấ p phụ. Ở hấ p phụ vật lí, nhiệt hấ p

phụ không lớ n. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

Lignin

Hemixenlulzơ

Xenlulozơ






2.6.1.2. Hấp phụ hóa học

Hấ p phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấ p phụ tạo hợ p chất hóa học vớ i

các phân tử chất bị hấ p phụ. Lực hấ p 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…). Nhiệt hấ p phụ hóa họclớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. Trong thực tế sự phân biệt hấ p phụ vật lí và hấ p phụ

hóa học chỉ là tương đối, vì ranh giớ i giữa chúng không rõ rệt. Trong một số quá trình

hấ p phụ xảy ra đồng thờ i cả hấ p phụ vật lí và hấ p phụ hóa học. (Tr ần Văn Nhân, CTV,

2006)

2.6.1.3.

Phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Có thể phân biệt hấ p phụ hóa học và lý học ở những điểm sau:

2.6.1.3.1.

Nhiệt hấp phụ

Nhiệt hấ p phụ hóa học khá lớ n, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng nhiệt của

phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấ p phụ khá bền và muốn đẩy chất bị hấ p

phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao.

Nhiệt hấ p phụ lý học thường không lớ n, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của

chất bị hấ p phụ ở điều kiện hấ p phụ và thườ ng nhỏ hơn 20 kJ/mol. (Tr ần Văn Nhân,

CTV, 2006)

2.6.1.3.2.

Lƣợ ng chất bị hấp phụ

Hấ p phụ hóa học xảy ra r ất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn lớ p).

Hấ p phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớ p). (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.3.3.

Sự chọn lọc hấp phụ

Hấ p phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất

r ắn và tính chất của chất bị hấ p phụ.

Hấ p phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất r ắn đều có tính chất

hấ p phụ lý học. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.3.4. Sự phụ thuộc của nhiệt độ

Hấ p phụ lý học thườ ng xảy ra ở nhiệt độ thấ p, khi nhiệt độ tăng thì lượ ng chất hấ p

phụ giảm.






Hấ p phụ hóa học thườ ng tiến hành ở nhiệt độ cao hơn hấ p phụ lý học, ở nhiệt độ

thấp thì lượ ng chất hấ p phụ hóa học giảm và khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tối ưu thì

lượ ng chất hấ p phụ hóa học cũng giảm. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.3.5.

Tính chất của các mối nối hấp phụ

Hấ p phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như mối nối

hóa học. Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị... Trong quá trình tạo thành

mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấ p phụ và chất hấ p phụ, tức là có tác dụng

điện tử phần tử hấ p phụ và bề mặt chất r ắn. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

Hấ p phụ lý học không hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấ p phụ

với các electron của chất r ắn r ất yếu. Giữa chất r ắn và phân tử bị hấ p phụ được coi như là2 hệ thống, không phải là một hợ p chất thống nhất. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.3.6. Năng lƣợ ng hoạt hóa hấp phụ

Hấ p phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượ ng hoạt hóa khá lớ n gần bằng

năng lượ ng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bở i khoảng cách giữa các nguyên

tử trong chất bị hấ p phụ và các trung tâm trên bề mặt chất r ắn.

Hấ p phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượ ng hoạt hóa bằng không. (Tr ầnVăn Nhân, CTV, 2006)

2.6.1.3.7. Tính thuận nghịch của hấp phụ

Hấ p phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở tr ạng thái

cân bằng động: hấ p phụ ⇔ nhả hấ p phụ

Hấ p phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ theo đặc

tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấ p phụ khác nhau.Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợ p chất hóa học, ví dụ như sự

hấ p phụ Oxy lên kim loại tạo Oxit kim loại, hoặc khi hấ p phụ lên than cho CO2, CO.

(Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)






2.6.1.3.8. Trạng thái của chất bị hấp phụ

HPVL: tr ạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấ p phụ không thay đổi. Lực giữa

chất hấ p phụ và chất bị hấ p phụ là lực Van der Waals.

HPHH: tr ạng thái của chất bị hấ p phụ thay đổi hoàn toàn

Nhiệt hấ p phụ : hpQ n mD

Trong đó: D: năng lượ ng tạo thành mối nối

ϕ: năng lượng phá vỡ mối nối

m,n: số mối nối tạo thành và bị phá vỡ tương ứng. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.2.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ

2.6.2.1. Ảnh hƣở ng của dung môi

Hấ p phụ trong dung dich là là hấ p phụ cạnh tranh, nghĩa là chất tan hấ p phụ càng

mạnh thì dung môi hấ p phụ càng yếu. Vì chất hoạt động bề mặt là có sức căng bề mặt

nhỏ, cho nên nếu dùng dung môi có sức căng bề càng lớ n (tức càng khó hấ p phụ) thì chất

tan càng dễ hấ p phụ. Vì vậy đối vớ i sự hấ p phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nướ c

(có sức căng bề mặt lớn) ưu việt hơn so vớ i so với dung môi hữu cơ (có sức căng bề mặt

bé). (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

Một số tiểu chuẩn khác để chọn dung môi thích hợ p cho sự hấ p phụ từ dung dịch

là nhiệt thấm ướt. Dung môi có nhiệt độ thấm ướt đối vớ i một bề mặt cho sẵn càng cao,

có nghĩa là tương tác dung môi và bề mặt càng mạnh thì chất tan càng khó hấ p phụ lên bề

mặt đó. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

Một quy luật thườ ng gặp là chất tan càng dễ tan thì càng khó hấ p phụ lên bề mặt,

là nguyên nhân làm đảo ngượ c quy tắc Traube. Ví dụ khi hấ p phụ các axit béo trên

silicagen (bề mặt ưa nước) trong dung môi benzene, thì khi tăng khối lượng phân tử của

axit, sự hấ p phụ không tăng như quy tắc Traube đòi hỏi, mà lại giảm, vì phân tử càng dài

thì càng dễ tan trong dung môi không phân cực. (Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

1.3






2.6.2.2. Ảnh hƣở ng của chấp hấp phụ và bị hấp phụ

Một quy luật thườ ng gặp là các chất phân cực dễ bị hấ p phụ trên bề mặt phân cực,

còn chất không phân cực – trên bề mặt phân cực.

Độ xố p của chất hấ p phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấ p phụ. Khi giảm kíchthướ c mao quản trong chất hấ p phụ xốp thì sự hấ p phụ từ dung dich thường tăng lên

nhưng chỉ trong chừng mực mà kích thướ c của mao quản không cản tr ở sự đi vào của

chất bị hấ p phụ. Nếu kích thướ c mao quản bé hơn khích thướ c của phân tử bị hấ p phụ thì

sự hấ p phụ sẽ bị cản tr ở. Đây cũng là một nguyên nhân làm đảo ngượ c qui tắc Traube. Ví

dụ khi hấ p phụ các axit béo trên chất hấ p phụ có mao quản nhỏ, thì vớ i sự kéo dài mạch

hidrocacbon đại lượ ng hấ p phụ (đặc trưng bằng hệ số k’ trong phương trình Freundlich

không tăng lên như quy tắc Traube đòi hỏi, mà lại giảm xuống như sau. Theo quy tắc giảm nhẹ đọ phân cực của Rebinder, thì chất C có khả năng Hấ p phụ

trên bề mặt phân cách giữa 2 pha A và B, nếu sự có mặt của C trong lớ p bề mặt làm giảm

sự chênh lệch của độ phân cực giữa các pha đó. Nói cách khác, nếu dùng độ thấm điện

môi ε để đặc trưng cho độ phân cực thì sự hấ p phụ chất C sẽ xảy nếu thỏa mãn điều kiện

ε A> εC> εB hoặc εA< εB< εC.

Dựa vào quy tắc này, ta có thể giải thích đượ c sự định hướ ng của phân tử chất hoạt

động bề mặt trên bề mặt phân cách pha: phần phân cực hướ ng về pha phân cực, phần

không phân cực hướ ng về pha không phân cực. Dựa trên cơ sở này mà trong thực tế

người ta thườ ng sử dụng những chất hấ p phụ phân cực (silicagen, đất xét, floriddin) để

hấ p phụ các hoạt động bề mặt trong môi trường không phân cực như benzene…..và

những chất hấ p phụ ko phân cực như (than) trong môi trường phân cực như nướ c. (Tr ần

Văn Nhân, CTV, 2006).

2.6.2.3. Ảnh hƣở ng của nhiệt độ

Khi tăng niệt độ, sự hấ p phụ trong dung dịch giảm, nhưng thườ ng ở mức độ ít hơn

so vớ i sự hấ p phụ khí. Tuy nhiên, đối vớ i những cấu tử hòa tan hạn chế mà khi tăng nhiệt

độ tan tăng lên, thì khả năng hấ p phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung

dịch được tăng lên, hình biểu diễn các trườ ng hợp khác nhau về ảnh hưở ng của nhiệt độ

đến sự hấ p phụ. Trong trườ ng hợ p sự hấ p phụ của Benzen trong dung môi n-hexan (hòa






tan không hạn chế) trên bề mặt SiO2 hydroxyl hóa, độ hấ p phụ khi nhiệt độ tăng, nhưng

đói vớ i sự hấ p phụ của naphtalen trong dung môi n-heptan và cũng trên chất hấ p phụ đó,

thì khi nhiệt độ tăng, độ hấ p phụ tăng. Nguyên nhân do naphtalen hòa tan hạn chế và kết

tinh trong n-heptan. Việc tăng nhiệt độ làm tăng nồng độ bão hòa của naphtalen trongdung dịch, dẫn đến sự tăng độ hấ p phụ. Còn nếu so sánh sự hấ p ở cùng một nồng độ thì

cũng như trong trườ ng hợp benzene, khi tăng nhiệt độ, độ hấ p phụ của naphtalen giảm.

(Tr ần Văn Nhân, CTV, 2006)

2.6.3. Các phƣơng pháp phân tích hóa lý

2.6.3.1.

Phƣơng pháp phân tích quang phổ hồng ngoài

Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kĩ thuật phân tích

hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan tr ọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại

vượt hơn các phương pháp phân tích cấu trúc khác ( nhiễu xạ tia X, cộng hưở ng từ điện

tử vv..) là phương pháp cung cấp thông tin về cấu trúc cấu trúc phân tử nhanh, không đòi

hỏi các phương pháp tính toán phức tạ p.

K ỹ thuật này dự trên hiệu ứng đơn giản là: các hợ p chất hóa học có khả năng hấ p

thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấ p thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của

các hợ p chất hóa học dao động vớ i nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấ p thụ

gọi là phổ hấ p thụ hồng ngoài.

Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm

chức đặc trưng và các liên kết trong phân tử hóa học, bở i vậy phỏ hồng ngoài của một

hợ p chất hóa học coi như “dấu vân tay” căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.

Phổ hấ p thụ hồng ngoại là phổ dao động quay vì hấ p thụ bức xạ hồng ngoại thì các

chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có đọ

dài sóng từ 0.8 đến 1000μm và chia thành 3 vùng:

Cận hồng ngoại ( near infrared) λ = 0.8 – 2.5 μm

Trung hồng ngoại ( medium infrared) λ = 2.5 – 50 μm

Viễn hồng ngoại ( far infrared) λ = 50 – 100 μm






Trong thực tế, phổ hồng ngoại thường đượ c ghi vớ i tr ục tung biểu diễn T% truch hoành

biểu diễn số sóng vớ i tr ị số giảm dần (4000 – 400 cm-1

). (Tr ần Anh Duy, CTV, 2011)

2.6.3.2. Phƣơng pháp phân tích thành phần

Cân 0.1 g mẫu cho vào cốc nhựa, thêm vào 10 ml axit HF, lắc nhẹ đến khi chất r ắn

hòa tan hoàn toàn ta thu đượ c dung dịch trong suốt.

Pha loãng dung dịch trên 1000 lần, sau đó đem đi phân tích bằng phương pháp phổ

hấ p phụ nguyên tử trên máy Spectro Genesis.

Phương pháp phân tích phổ hấ p phụ nguyên tử dùng để phân tích lượ ng nhỏ các

kim loại trong các mẫu khác nhau của các hợ p chất vô cơ và hữu cơ. Phương pháp này có

thể định lượng đượ c hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và 1 số á kim nồng độ

giớ i hạn cỡ ppm (microgram) đến nồng độ ppb (nanogram). (Nguyễn Thị Trâm Anh,

2011)

Hình 1-6 Máy phân tích thành phần

Nguyên tắc c ủa phương pháp

Trong điều kiện bình thường nguyên tử cũng không thu và không phát năng lượ ng

vớ i dạng bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở tr ạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững

và nghèo năng lượ ng nhất của nguyên tử. Nhưng khi nguyên tử ở tr ạng thái hơi tự do, ta

chiếu vào mẫu cần đo ánh sáng có cường độ nhất định, các điện tử của các nguyên tố tồn






tại trong mẫu sẽ chuyển từ tr ạng thái ở mức năng lượng cơ bản sang tr ạng thái kích thích

có mức năng lượng cao hơn khi nhận được năng lượng thích hợp. Khi nguyên tử ở tr ạng

thái năng lượng cao chúng kém bền và có xu hướ ng chuyển về tr ạng thái cơ bản, khi đó

chúng phát ra bức xạ có cùng năng lượ ng vớ i bức xạ hấ p thụ. Bằng các đo năng lượ ngchúng phát ra hình thành nên quang phổ mẫu, phổ sinh ra quá trình này gọi là phổ hấ p thu

nguyên tử. Từ phổ so sánh với đườ ng chuẩn xác định đượ c nồng độ nguyên tố. (Nguyễn

Thị Trâm Anh, 2011)

2.6.3.3. Phƣơng pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của

chất r ắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ.

K ỹ thuật nhiễu xạ tia X (thườ ng viết gọn là nhiễu xạ tia X) đượ c sử dụng để phân tích cấu

trúc chất r ắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống vớ i nhiễu xạ

điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa

tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử. (Wiki Pedia, 23/11/2014).

2.6.3.4. Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt

Hấp phụ khí là phương pháp thông dụng để đo diện tích bề mặt và phân bố kích

thước lỗ xốp của vật liệu. Hai đặc tính vật lý quan trọng này ảnh hưởng lớn đến tính năng

hoạt động của vật liệu.

Diện tích bề mặt của vật liệu thường được xác định bằng phân tích BET đường

hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 ở -196°C, nhưng đôi khi có thể sử dụng các đầu đo với khí hấp

phụ khác. Kích thước lỗ xốp trong khoảng meso đến microporous (đường kính trong

khoảng 0-500o

) được xác định bằng phân tích BJH hoặc DA đường hấp phụ đẳng nhiệt

khí N2 ở -196°C hoặc đường hấp phụ đẳng nhiệt khí CO2 ở -10°C nhằm nâng cao độ phângiải trong khoảng micropore. Thiết bị phân tích hấp phụ trọng lượng ngoài xác định các

thông số diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp theo mô hình lý thuyết, còn có thể đo trực

tiếp kích thước lỗ xốp bằng “probe size” (không cần tính toán dựa trên mô hình lý

thuyết). Thiết bị có độ chính xác và độ lặp lại cao, áp suất khảo sát lên tới 20 bar, với






phần mềm điều khiển và phân tích dễ sử dụng. Những lợi điểm quan trọng của hệ thống

thiết bị này là có giai đoạn định lượng khử khí mẫu đo, đo phân giải cao và khả năng

nâng cấp phần cứng dễ dàng nhằm phục vụ thêm các nghiên cứu hấp phụ khác.

(trích từ http://webcache.googleusercontent.com/, 23/11/2014)

2.6.3.5. Phƣơng pháp electron UV-VIS.

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV-VIS (Ultraviolet-Visible) là phương pháp

phân tích đượ c sử dụng r ộng rãi từ lâu.

Vùng sóng: tử ngoại (UV) 200 – 400 nm

Khả kiến (VIS) 400 – 800 nm

Phổ tử ngoại và khả kiến của các chất hữu cơ gắn liền với bướ c chuyển electrongiữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên

k ết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi

phải hấ p thụ năng lượ ng từ bên ngoài.

Các electron nằm ở obitan liên kết σ nhảy lên obitan phản liên kết σ*có mức năng

lượ ng cao nhất, ứng với bước sóng 120 – 150 nm, nằm ở vùng tử ngoại xa. Các electron

π và các electron p (cặ p electron tự do) nhảy lên obitan phản liên kết π*có mức năng

lượ ng lớn hơn, ứng với bước sóng nằm trong vùng tử ngoại 200 – 400 nm hay vùng khả

kiến 400 – 800 nm tùy theo mạch liên hợ p của phân tử.

Phổ tử ngoại và khả kiến liên quan chặt chẽ đến cấu tạo, nối đôi liên hợp và vòng

thơm. Đượ c ứng dụng r ộng rãi. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)

2.6.3.6.

Sơ lƣợ c về đo kích thƣớ c hạt bằng Laser

Laser được cho là một trong những phát minh ảnh hưở ng nhất trong thế k ỉ 20. Tia

sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác. Tia từ laser thường có

độ phân kì rất nhỏ, (độ chuẩn tr ực cao). Độ chuẩn tr ực tuyệt đối là không thể tạo ra, bở i

giớ i hạn nhiễu xạ. Ích lợ i của laser đối với các ứng dụng trong khoa học, công nghiệ p,

kinh doanh nằm ở tính đồng pha, đồng màu cao, khả năng đạt được cường độ sáng cực kì

cao, hay sự hợ p nhất của các yếu tố trên. Nước đượ c nạp điện đượ c sử dụng để giữ các



http://webcache.googleusercontent.com/







hạt, hiệu quả phun nướ c nạp điện được đánh giá qua kích thướ c, sự phân bố và điện tích

nạ p của các hạt nướ c.

Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of

R adiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng

lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt

nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong.

Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy

từ mức năng lượ ng thấp lên mức năng lượng cao hay ngượ c lại. Các quá trình này có thể

sinh ra hay hấ p thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng

(do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượ ng giữa các mức. Có

nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí. Thiết bị dùng trong thí nghiệm là

thiết bị Phase Doppler Particle Analyser (PDPA) bao gồm một lazer He-Ne. Tia laser

đượ c tạo từ laser He- Ne có công suất 10 mW, tần số 20 MHz, bước sóng không đổi 300

μm. (Trần Hồng Hà, 2009).

Phương pháp nạp điện cho nướ c b ằng c ảm ứ ng: trong phương pháp này điện

cực không trực tiế p tiếp xúc với dòng nướ c cần nạp mà để cách một khoảng cách, điện

cực sẽ cảm ứng lên bề mặt nước và sinh ra lực điện từ, lực này sẽ tác động lên các

electron của nước trung hoà và đẩy hoặc hút chúng qua đường dây nối vòi phun với đất,

khi các hạt nước được hình thành các hạt nướ c sẽ mất điện tích hoặc thừa điện tích sẽ

mang điện âm hoặc dương. Phương pháp nạ p bằng cảm ứng có thuận lợi là có thể nạ p ở

điện thế thấp, điện cực không trực tiế p tiếp xúc với nướ c do vậy không nguy hiểm. Khi

tăng điện thế nạ p khả năng nạp cho nước càng tăng khi tiế p tục tăng điện thế giữa điện

cực và mặt nướ c sẽ xuất hiện tia lửa điện (corona) sinh ra dòng rò qua điện cực tăng lên,do vậy điện tích nạp cho các hạt nướ c giảm xuống dẫn đến hiệu quả nạp cũng bị giảm r ất

nhanh. Phương pháp nạ p bằng cảm ứng cho nước đạt hiệu quả cao ở hiệu điện thế thấ p từ

1-5 kV so với các phương pháp nạp khác. (Trần Hồng Hà, 2009).






PHẦN 2. THỰ C NGHIỆM

2.1. Thiết bị, hóa chất

2.1.1.

Thiết bị

Máy lắc, máy nghiền bi, máy khuấy từ, máy đo pH, tủ sấy, cân điện tử 4 chữ số..

Các loại pipet, buret, bình tam giác, cốc, bình định mức, chén sứ

2.1.2. Hóa chất

2.1.2.1. Chuẩn bị dung dịch gốc

Dung dịch Cu2+

0.01M: hòa tan 2,4160g Cu(NO3)2.3H2O vào nướ c r ồi cho vào

bình định mức 100ml, thêm nướ c tớ i vạch.

Dung dịch Pb2+

0,01M: Hòa tan 3,3121g trong 20ml dung dịch HNO3 10% đun

nhẹ cho tan hết, cho vào bình định mức 1000ml thêm nướ c cất tớ i vạch.

Dung dịch axit xitric C6H7O8 0,6M: cân 62,0420g tinh thể axit xitric C6H7O8.H2O,

hòa tan bằng nướ c cất sau đó định mức tớ i 500ml.

Các dung dịch có nồng độ thấp hơn đượ c pha từ dung dịch gốc.

2.1.2.2. Chuẩn bị chất chỉ thị

Dung dịch EDTA 0,01M: Hòa tan 1,8612g EDTA trong nướ c cất, cho vào bình

định mức 500ml, thêm nướ c cất đến vạch. Bảo quản trong bình thủy tinh màu nâu.

Nghiền 1g chỉ thị murexit vớ i 100g NaCl khan (loại tinh khiết) trong cối sứ thành

bột mịn. Hỗn hợ p r ắn có nồng đọ chỉ thị là 1%.

2.2. Nguyên liệu

2.2.1. Xử lí nguyên liệu

Bã mía đượ c xử lí sơ bộ bằng cách ngâm trong nướ c cất 3 - 4 giờ , r ửa sạch sau đó

sấy khô ở 1000C trong 24 giờ.Bã mía khô đượ c nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, rây và

r ửa bằng nướ c cất nóng trong 1giờ , sấy khô ở 100oC. Nguyên liệu có kích thướ c hạt từ

0.1 – 0.2 mm.






2.2.2. Chế tạo vật liệu

Lấy 25g nguyên liệu cho vào cốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0,1M khuấy đều

trong 120 phút, lọc lấy phần bã rắn, r ửa sạch bằng nướ c cất đến môi trường trung tính,

sấy khô ở 85 – 90o

C. Sau đó, phần bã rắn tiế p tục được cho vào cốc chứa 150ml dung

dịch axit xitric 0,6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn, sấy ở 50oC trong 24 giờ, nâng

nhiệt độ lên 120oC trong 90 phút. Cuối cùng, rửa bằng nướ c cất nóng tới môi trườ ng

trung tính và sấy khô ở 85 – 90oC, thu đượ c VLHP.

2.3.

Khảo sát khả năng hấp phụ của ion kim loại trong nƣớ c

2.3.1. Định lƣợ ng kim loại

2.3.1.1.

Khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối vớ i Cu2+

Dựa trên phản ứng tạo phức của Cu2+

vớ i EDTA

2 2 2

2 2Cu H Y CuY H

Phản ứng đượ c tiến hành ở pH = 8. Chất chỉ thị là murexit 1% trong NaCl

2 2

4 ( ) 2 4 ( )vàng nhat tímCuH Ind H Y CuY H Ind

Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch Cu2+ vào bình nón 100ml, thêm 1 ít chất

chỉ thị murrexit, dùng dung dịch NH3 1N để chỉnh pH = 8 (thêm vài giọt NH3 tớ i khi

dung dịch có màu vàng nhạt thoáng đục). Chuẩn độ Cu2+

bằng dung dịch EDTA 0,01M

đến khi dung dịch chuyển sang màu tím. Ghi lại ml EDTA đã tiêu tốn, làm lại 3 lần lấy

trung bình.

2

0,01.

10

ADTA

Cu

V C

Lấy 6 bình tam giác dung tích 100ml, cho vào 3 bình mỗi bình 0,5gVLHP và 3 bình còn lại, mỗi bình 0,5g nguyên liệu, thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch chứa ion kim

loại Cu2+

có nồng độ xác định. Tiến hành lắc trên máy lắc trong 120 phút, lọc thu lấy

phần dung dịch. Xác định nồng độ ion kim loại còn lại trong dung dịch. Xác định nồng

2.1






độ ion kim loại còn lại trong dung dịch. Dung lượ ng hấ p phụ q(mg/g) và hiệu suất hấ p

phụ H(%) của VLHP và nguyên liệu đối vớ i mỗi kim loại được xác định theo công thức:

0 0( ).50 ( )

1000.0,5 10

cb cbC C C C

q

0

0

100cbC C

H C

Trong đó: Co, Ccb là nồng độ của ion ban đầu và sau khi hấ p phụ (mg/l).

2.3.1.2.

Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối

vớ i Pb2+

Sử dụng EDTA để xác định, định lượ ng Pb2+ tạo phức bền với môi trườ ng trung

tính hoặc kiềm.

2 2 2

2 2 Pb H Y PbY H

Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch Pb2+

vào bình tam giác dung tích 100ml.

Thêm 20ml nướ c cất, 5ml dung dịch KNaC4H4O6 1M, lắc đều r ồi thêm 5ml dung dịch

đệm amoni và một ít chỉ thị ET-OO. Đun nóng nhẹ đến khoảng 50oC và tiến hành chuẩn

độ Pb2+ bằng EDTA 0,01M. Chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu

xanh thì ngừng chuẩn độ. Ghi thể tích EDTA đã chuẩn độ. Nồng độ Pb2+

(mol/l) đượ c

tính theo công thức:

0.

EDTA

cb

C V C

V

Lấy 6 bình tam giác dung tích 100ml, cho vào 3 bình mỗi bình 0,5g VLHP và 3

bình còn lại, mỗi bình 0,5g nguyên liệu, thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch chứa ion kim

loại Cu2+

có nồng độ xác định. Tiến hành lắc trên máy lắc trong 120 phút, lọc thu lấy

phần dung dịch. Xác định nồng độ ion kim loại còn lại trong dung dịch. Dung lượ ng hấ p

phụ q(mg/g) và hiệu suất hấ p phụ H(%) của VLHP và nguyên liệu đối vớ i mỗi kim loại

được xác định theo công thức:






0 0( ).50 ( )

1000.0,5 10

cb cbC C C C

q

0

0

100cbC C

H

C

Trong đó: Co, Ccb là nồng độ của ion ban đầu và sau khi hấ p phụ (mg/l).

2.3.2.

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của của

VLHP

2.3.2.1. Ảnh hƣở ng của thờ i gian

Lấy 7 bình tam giác dung tích 100ml, đánh số từ 1 đến 7 và lần lượt cho vào mỗi

bình 0,5g VLHP và 50ml dung dịch chứa ion kim loại có nồng độ xác định. Tiến hành sự hấ p phụ trong các khoảng thời gian khác nhau: từ 10 đến 120 phút vớ i Pb2+, và từ 5 đến

90 phút vớ i Cu2+. Xác định nồng độ của ion kim loại còn lại sau mỗi khoảng thời gian đó

2.3.2.2. Ảnh hƣở ng của pH

Lấy 5 bình tam giác dung dịch 100ml, đánh số từ 1 đến 6 và lần lượt cho vào mỗi

bình 0,5g VLHP và 50ml dung dịch chứa ion kim loại có nồng độ xác định ở các giá trị

pH khác nhau (Cụ thể: Cu2+

từ 1,80 - 5,21, Pb2+

từ 1,00 - 4,94). pH của các dung dịch

được điều chỉnh bằng dung dịch HNO3 10% hoặc dung dịch NaOH 0,1N. Tiến hành sự

hấ p phụ trong khoảng thời gian cân bằng đối vớ i mỗi ion đã xác định đượ c ở mục 2.3.2.1

xác định nồng độ của ion còn lại trong dung dịch.

2.3.2.3.

Ảnh hƣở ng của nồng độ

Lấy 5 bình tam giác dung tích 100ml, đánh số từ 1 đến 5 và lần lượt cho vào mỗi

bình 0,5g VLHP và 50ml dung dịch chứa ion kim loại với các nồng độ khác nhau xác

định (Cụ thể: Pb2+ từ 252,54 - 2424,60mg.l-1, Cu2+ từ 60,80 - 632,53mg.l-1). Tiến hành sự

hấ p phụ trong khoảng thời gian và pH tối ưu vớ i mỗi ion kim loại đã xác định được như ở

mục trên, xác định nồng độ của ion kim loại còn lại trong dung dịch.






PHẦN 3. K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.4. K ết quả phân tích hóa lý

3.4.1.

K ết quả phân tích IR

Phổ IR của nguyên liệu đầu và VLHP được đưa ra trên hình 3.1 và hình 3.2.

Hình 3-1. Phổ IR của nguyên liệu đầu

Hình 3-2. Phổ IR của VLHP






Quan sát hình 3.1 và 3.2 ta thấy ở nguyên liệu ban đầu ta thấy xuất hiện pic 3420

với cường độ lớn đặc trưng cho sự hiện của nhóm OH xenlulozơ, tuy nhiên ở VLHP thì

cường độ nhóm chức giảm do có sự thay thế nhóm OH bởi nhóm Xitrat (vì đây là quá

trình hoạt hóa axit xitric)

3.4.2. K ết quả chụp SEM

Hình 3-3. Ả nh SEM của nguyên liệu

Hình 3-4 Ả nh SEM của VLHP

Ảnh kính hiển vi điện tử quét của VLHP và nguyên liệu đầu, cho thấy VLHP có

có bề mặt gồ ghề hơn so với nguyên liệu đầu.

3.4.3. K ết quả đo kích thƣớ c hạt

Kích thướ c hạt trung bình của VLHP phụ là 423,31 µm

Kích thướ c hạt nhỏ, nên diện tích bề mặt riêng lớ n, r ất thuận lợi cho quá trình hấ p

phụ.






Hình 3-5 Đồ thị phân bố đo kích thướ c hạt

3.5. K ết quả khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP

3.5.1.

K ết quả khảo sát khả năng hấp của nguyên liệu và VHHP đối

vớ i Cu2+

Bảng 3-1 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối vớ i Cu2+

Lần

Nguyên liệu VLHP

C0

(mg/l)

Ccb

(mg/l) H (%) q (mg/l)

C0

(mg/l)

Ccb

(mg/l) H (%) q (mg/l)

1 633,60 608,00 4,04 2,56 633,6 337,20 46,78 29,64

2 633,60 595,20 6,06 3,84 633,6 323,60 48,93 31,00

3 633,60 576,00 9,09 5,76 633,6 311,30 50,87 32,23

Trung bình 633,60 593,07 6,40 4,05 633,60 324,03 48,86 30,96

K ết quả bảng 3.1 cho thấy cả nguyên liệu và VLHP đều có khả năng hấ p phụ ion

kim loại Cu2+

Tuy nhiên, so sánh dung lượ ng hấ p phụ cũng như hiệu suất hấ p phụ của

VLHP và nguyên liệu đối vớ i mỗi ion kim loại Cu2+ chúng ta nhận thấy khả năng hấ p phụ

của VLHP tốt hơn nguyên liệu r ất nhiều. Điều này phù hợ p vớ i giả thiết về một số đặc

trưng cấu trúc của VLHP ở mục.

0.0000

200.0000

400.0000

600.0000

800.0000

1000.0000

1200.0000

1400.0000

1600.0000

K í c h t h ƣ ớ c h ạ t

phần trăm kích thƣớc hạt






3.5.2. K ết quả khảo sát khả năng hấp của nguyên liệu và VLHP đối vớ i Pb2+

Bảng 3-2 So sánh khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP đối vớ i ion Pb2+

Lần

Nguyên liệu VLHP

C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H

(%)

q

(mg/l)C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q

(mg/l)

1 2380,50 2277,00 4,35 10,35 2380,50 2080,40 12,61 30,02

2 2380,50 2235,60 6,09 14,49 2380,50 1956,40 17,81 42,41

3 2380,50 2214,90 6,96 16,56 2380,50 1988,70 16,46 39,19

Trung bình 2380,50 2242,50 5,80 13,80 2380,50 2008,48 15,63 37,20

K ết quả bảng 2.2 cho thấy cả nguyên liệu và VLHP đều có khả năng hấ p phụ ion

kim loại Pb2+

Tuy nhiên, so sánh dung lượ ng hấ p phụ cũng như hiệu suất hấ p phụ của

VLHP và nguyên liệu đối vớ i mỗi ion kim loại chúng ta nhận thấy khả năng hấ p phụ của

VLHP tốt hơn nguyên liệu r ất nhiều. Điều này phù hợ p vớ i giả thiết về một số đặc trưng

cấu trúc của VLHP.

3.6. K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣở ng tới quá trình hấp phụ kim loại

của VLHP

3.6.1. K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣở ng tới quá trình hấp phụ

kim loại của VLHP đối vớ i Cu2+.

3.6.1.1. K ết quả ảnh hƣở ng của thờ i gian

Bảng 3-3 Ảnh hƣở ng của thời gian đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Cu2+

.

Lần Thời gian (phút) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l)

Lần 1

5 633,60 454,40 28,28 17,92

10 633,60 313,60 50,51 32,00

20 633,60 307,20 51,52 32,64

5 633,60 454,40 28,28 17,92

45 633,60 300,80 52,53 33,28

60 633,60 294,40 53,54 33,92

90 633,60 294,40 53,54 33,92

Lần 2 5 633,60 467,20 26,26 16,64






Bảng 3-3 Ảnh hƣở ng của thời gian đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Cu2+

.

Lần Thời gian (phút) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l)

Lần 2

10 633,60 320,00 49,49 31,3620 633,60 313,60 50,51 32,00

30 633,60 307,20 51,52 32,64

45 633,60 300,80 52,53 33,28

60 633,60 300,80 52,53 33,28

90 633,60 288,00 54,55 34,56

Lần 3

5 633,60 448,00 29,29 18,56

10 633,60 307,20 51,52 32,64

20 633,60 300,80 52,53 33,28

30 633,60 294,40 53,54 33,92

45 633,60 294,40 53,54 33,92

60 633,60 294,40 53,54 33,92

90 633,60 275,20 56,57 35,84

Trung bình

5 633,60 456,53 27,95 17,71

10 633,60 313,60 50,51 32,00

20 633,60 307,20 51,52 32,64

30 633,60 300,80 52,53 33,28

45 633,60 298,67 52,86 33,49

60 633,60 296,53 53,20 33,71

90 633,60 285,87 54,88 34,77






Hình 3-6 sự phụ thuộc của thời gian đến dung lượ ng hấ p phụ vớ i ion Cu2+

Từ các kết quả ở bảng 3-3 và hình 3-6, chúng tôi thấy trong khoảng thờ i gian khảo

sát từ 5 đến 90 phút, thì khoảng từ 5 đến 10 phút đầu dung lượ ng hấ p phụ ion Cu2+ của

VLHP tăng nhanh và từ 10 đến 20 phút tiếp theo dung lượ ng hấ p phụ tăng chậm và sau

20 phút dung lượ ng hấ p phụ Cu2+ là tương đối ổn định. Do đó, chúng tôi cho rằng thờ i

gian đạt cân bằng hấ p phụ đối vớ i Cu2+

là từ 30 đến 60 phút và chọn khoảng thờ i gian

này để nghiên cứu tiếp theo đối vớ i Cu2+

.

3.6.1.2. K ết quả ảnh hƣở ng của pH

Bảng 3-4 Ảnh hƣở ng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Cu2+

.

Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l)

Lần 1

1,80 633,60 614,40 3,03 1,92

2,30 633,60 364,80 42,42 26,88

3,02 633,60 300,80 52,53 33,28

3,90 633,60 294,40 53,54 33,92

5,21 633,60 294,40 53,54 33,92

Lần 2

1,80 633,60 608,00 4,04 2,56

2,30 633,60 352,00 44,44 28,16

3,02 633,60 294,40 53,54 33,92

0

5

10

15

20

25

30

35

40

5 10 20 30 45 60 90

q ( m g / l )

Thời gian (phút)






Bảng 3-4 Ảnh hƣở ng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Cu2+

.

Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l)

Lần 23,90 633,60 294,40 53,54 33,92

5,21 633,60 300,80 52,53 33,28

Lần 3

1,80 633,60 608,00 4,04 2,56

2,30 633,60 352,00 44,44 28,16

3,02 633,60 300,80 52,53 33,28

3,90 633,60 300,80 52,53 33,28

5,21 633,60 294,40 53,54 33,92

Trung bình

1,80 633,60 610.13 3,70 2,35

2,30 633,60 356.27 43,77 27,73

3,02 633,60 298.67 52,86 33,49

3,90 633,60 296.53 53,20 33,71

5,21 633,60 296.53 53,20 33,71

Hình 3-7 S ự phụ thuộc của pH đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đố i vớ i ion Cu2+.

Từ các kết quả ở bảng 3-4 và hình 3-7, chúng tôi thấy trong khoảng pH khảo sát từ

1.8 đến 5.21, thì khoảng từ 1,8 đến 2,3 dung lượ ng hấ p phụ ion Cu2+

của VLHP tăng

nhanh và từ 2,3 đến 3,02thì dung lượ ng hấ p phụ tăng chậm và sau 3,02 thì dung lượ ng

hấ p phụ Cu2+ là tương đối ổn định. Do đó, chúng tôi cho rằng pH đạt cân bằng hấ p phụ

0

5

10

1520

25

30

35

40

1.8 2.3 3.02 3.9 5.21

q ( m g / l )

pH






đối vớ i Cu2+

là từ 3,02 đến 5,21 và chọn khoảng pH này để nghiên cứu tiếp theo đối vớ i

Cu2+

.

3.6.1.3. K ết quả ảnh hƣở ng của nồng độ

Bảng 3-5 Ảnh hƣở ng của nồng độ đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Cu2+.

Lần C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g)

Lần 1

60,80 19,20 68,42 4,16

162,13 51,20 68,42 11,09

312,53 102,40 67,24 21,01

478,93 217,60 54,57 26,13

632,53 294,40 53,46 33,81

Lần 2

60,80 19,20 68,42 4,16162,13 51,20 68,42 11,09

312,53 108,80 65,19 20,37

478,93 211,20 55,90 26,77

632,53 300,80 52,44 33,17

Lần 3

60,80 19,20 68,42 4,16

162,13 44,80 72,37 11,73

312,53 96,00 69,28 21,65

478,93 217,60 54,57 26,13

632,53 294,40 53,46 33,81

Trung bình

60.8 19.20 68.42 4.16

162.13 49.07 69.74 11.31

312.53 102.40 67.24 21.01

478.93 215.47 55.01 26.35

632.53 296.53 53.12 33.60






Hình 3-8 S ự phụ thuộc của nồng độ đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đố i vớ i ion Cu2+

.

Từ các kết quả ở bảng 3-5 và hình 3-7, chúng tôi thấy trong khoảng nồng độ khảo

sát từ 60,8 đến 632,53mg.l-1

, thì khi tăng nồng độ thì dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối

vớ i ion Cu2+

tăng, còn hiệu suất thì giảm.

3.6.1.4.

Cân bằng hấp phụ của ion Cu2+

Từ các kết quả thu được chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấ p phụ vớ i mỗi ion kim

loại theo mô hình đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir.

Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đối vớ i ion kim loại Cu2+chúng

tôi tính được các giá trị dung lượ ng hấ p phụ cực đại qmax và các hệ số Langmuir K của

kim loại Cu2+

là:

Dung lượ ng hấ p phụ cực đại qmax (mg.g-1): 46,73 mg.g-1

Hằng số Langmuir K: 0,00084

0

5

10

15

20

25

30

35

40

60.8 162.13 312.53 478.93 632.53

q ( m g / g )

C0 (mg/l)






Hình 3-9. Đường đẳ ng nhiệt hấ p phụ Langmuir đố i vớ i Cu2+

Hình 3-10. S ự phụ thuộc của C cb /q vào C cbcủa Cu2+.

3.3.2. K ết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣở ng tới quá trình hấp phụ kim loại

của VLHP đối vớ i Pb2+

.

3.3.2.1.

Ảnh hƣở ng của thờ i gian

0

5

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000 2500

q ( m g /

g )

Ccb (mg/l)

y = 0.0214x + 25.303

R² = 0.8997

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 500 1000 1500 2000 2500

C c b

/ q ( g / l )

Ccb (mg/l)






B ảng 3-6 Ảnh hưở ng c ủa th ời gian đế n kh ả năng hấ p c ủa VLHP đố i v ớ i ion Pb 2+ .

LầnThờ i gian

(phút) C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/l)

Lần I

10 2691,00 2380,50 11,54 31,05

20 2691,00 2359,80 12,31 33,12

40 2691,00 2277,00 15,38 41,40

60 2691,00 2214,90 17,69 47,61

80 2691,00 2214,90 17,69 47,61

100 2691,00 2214,90 17,69 47,61

120 2691,00 2214,90 17,69 47,61

Lần 2

10 2691,00 2380,50 11,54 31,05

20 2691,00 2339,10 13,08 35,19

40 2691,00 2297,70 14,62 39,33

60 2691,00 2235,60 16,92 45,54

80 2691,00 2235,60 16,92 45,54

100 2691,00 2235,60 16,92 45,54

120 2691,00 2152,80 20,00 53,82

Lần 3

10 2691,00 2421,90 10,00 26,91

20 2691,00 2359,80 12,31 33,12

40 2691,00 2297,70 14,62 39,3360 2691,00 2277,00 15,38 41,40

80 2691,00 2214,90 17,69 47,61

100 2691,00 2214,90 17,69 47,61

120 2691,00 2214,90 17,69 47,61

Trung bình

10 2691,00 2394,30 11,03 29,67

20 2691,00 2352,90 12,56 33,81

40 2691,00 2290,80 14,87 40,02

60 2691,00 2242,50 16,67 44,85

80 2691,00 2221,80 17,44 46,92

100 2691,00 2221,80 17,44 46,92

120 2691,00 2194,20 18,46 49,68






Hình 3-11 S ự phụ thuộc của thời gian đến dung lượ ng hấ p phụ vớ i ion Pb2+

.

Từ các kết quả ở bảng 3-6 và hình 3-11, chúng tôi thấy trong khoảng thờ i gian

khảo sát từ 10 đến 120 phút, thì khoảng từ 10 đến 60 phút đầu dung lượ ng hấ p phụ ion

Pb2+

của VLHP tăng đều và từ 60 đến 80 phút tiếp theo dung lượ ng hấ p phụ tăng chậm,

từ80 đến 100 phút thì dung lượ ng hấ p phụ Pb2+là tương đối ổn định và sau đó thì dung

lượ ng hấ p phụ tiế p tục tăng. Do đó, chúng tôi cho rằng thời gian đạt cân bằng hấ p phụ

đối vớ i Pb2+

từ 80 đến 100 phút và chọn khoảng thời gian này để nghiên cứu tiếp theo đối

vớ i Pb2+

.

3.3.2.2. Ảnh hƣở ng của pH

Bảng 3-7 Ảnh hƣở ng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Pb2+

.

Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g)

Lần 1

1,00 2691,00 2380,5 11.54 31.05

2,16 2691,00 2297,7 14.62 39.33

3,06 2691,00 2214,9 17.69 47.61

3,50 2691,00 2194,2 18.46 49.68

4,06 2691,00 2194,2 18.46 49.68

4,94 2691,00 2111,4 21.54 57.96

0

10

20

30

40

50

60

10 20 40 60 80 100 120

q ( m g / l )

Thời gian (phút)






Bảng 3-7 Ảnh hƣở ng của pH đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Pb2+

.

Lần pH C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g)

Lần 2

1,00 2691,00 2463,30 8,46 22,77

2,16 2691,00 2339,10 13,08 35,19

3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61

3,50 2691,00 2194,20 18,46 49,68

4,06 2691,00 2194,20 18,46 49,68

4,94 2691,00 2132,10 20,77 55,89

Lần 3

1,00 2691,00 2442,60 9,23 24,84

2,16 2691,00 2380,50 11,54 31,05

3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61

3,50 2691,00 2173,50 19,23 51,75

4,06 2691,00 2173,50 19,23 51,75

4,94 2691,00 2111,40 21,54 57,96

Trung bình

1,00 2691,00 2428,80 9,74 26,22

2,16 2691,00 2339,10 13,08 35,19

3,06 2691,00 2214,90 17,69 47,61

3,50 2691,00 2187,30 18,72 50,37

4,06 2691,00 2187,30 18,72 50,37

4,94 2691,00 2118,30 21,28 57,27

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2.16 3.06 3.5 4.06 4.94

q ( m g / l )

pH






Hình 3-12 S ự phụ thuộc của pH đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đố i vớ i ion Pb2+

.

Từ các kết quả ở bảng 3-7 và hình 3-12, chúng tôi thấy trong khoảng pH khảo sát

từ 1 đến 4,94. Khoảng từ 1 đến 3,06 thì dung lượ ng hấ p phụ ion Pb2+

của VLHP tăng đều

và từ 3,06 đến 3,05 thì dung lượ ng hấ p phụ tăng chậm, từ 3,5 đến 4,06 thì dung lượ ng

hấ p phụ Pb2+là tương đối ổn định và sau đó thì dung lượ ng hấ p phụ tiế p tục tăng. Do đó,

chúng tôi cho rằng pH đạt cân bằng hấ p phụ đối vớ i Pb2+

từ 3,5 đến 4,06 và chọn khoảng

thời gian này để nghiên cứu tiếp theo đối vớ i Pb2+

.

3.3.2.3.

Ảnh hƣở ng của nồng độ

Bảng 3-8 Ảnh hƣở ng của nồng độ đến khả năng hấp của VLHP đối vớ i ion Pb2+.

Lần C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) q (mg/g)

Lần 1

252,54 186,30 26,23 6,62

606,51 476,10 21,50 13,04

1211,00 952,20 21,37 25,88

1800,90 1490,40 17,24 31,05

2442,60 2070,00 15,25 37,26

Lần 2

252,54 198,72 21,31 5,38

606,51 476,10 21,50 13,04

1211,00 1035,00 14,53 17,60

1800,90 1593,90 11,49 20,70

2442,60 2111,40 13,56 33,12

Lần 3

252,54 186,30 26,23 6,62

606,51 434,70 28,33 17,18

1211,00 952,20 21,37 25,88

1800,90 1656,00 8,05 14,49

2442,60 2173,50 11,02 26,91

Trung bình

252,54 190,44 24,59 6,21

606,51 462,30 23,78 14,42

1211,00 979,80 19,09 22,08

1800,90 1580,10 12,26 23,12

2442,60 2118,30 13,28 32,43






Hình 3-13 S ự phụ thuộc của nồng độ đến dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đố i vớ i ion Pb2+.

Từ các kết quả ở bảng 3.8 và hình 3.12, chúng tôi thấy trong khoảng nồng độ khảo

sát từ 252,54 đến 1211mg.l-1

tăng nhanh, từ 1211 đến 1800.9 mg.l-1

thì tăng rất chậm và

sau đó thì lại tiế p tục tăng nhanh, do đó chung tôi cho rằng nồng độ cân bằng đạt hấ p phụ

của ion Pb2+

là từ 1211 đến 1800,9 mg.l-1

.

3.3.2.4.

Cân bằng hấp phụ

Hình 3-14 Đường đẳ ng nhiệt hấ p phụ Langmuir đố i vớ i Pb2+

0

5

10

15

20

25

30

35

252.54 606.51 1211 1800.9 2442.6

q ( m g / l )

C0 (mg/l)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000 2500






Hình 3-15 S ự phụ thuộc của C cb /q vào C cbcủa Pb2+.

Từ các kết quả thu được chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấ p phụ vớ i mỗi ion kim

loại theo mô hình đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir.

Từ mô hình đường đẳng nhiệt hấ p phụ Langmuir đối vớ i ion kim loại Pb2+chúng

tôi tính được các giá trị dung lượ ng hấ p phụ cực đại qmax và các hệ số Langmuir K của

kim loại Pb2+

là:

Dung lượ ng hấ p phụ cực đại qmax (mg.g-1): 47.62 mg.g-1

Hằng số Langmuir K : 0,00083

y = 0.0214x + 25.352

R² = 0.9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 500 1000 1500 2000 2500






PHẦN 4: K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1. K ết luận

Sau hơn 3 tháng học tậ p và nghiên cứu, đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu

tổng hợ p vật liệu hấ p phụ mao quản trung bình từ bã mía” đề tài đã hoàn thành các yêu

cầu sau:

Đã chế tạo đượ c VLHP từ bã mía và khảo sát một số đặc điểm cấu trúc và bề mặt

của VLHP. Khảo sát cấu trúc VLHP qua phổ hồng ngoại IR của VLHP cho thấy các

phân tử axit xitric đã este hóa các nhóm hydroxyl trên bã mía.

Khảo sát đặc điểm bề mặt của VLHP qua ảnh SEM cho thấy bã míasau khi hoạt

hóa có cấu tạo xốp hơn so với bã mía khi chưa hoạt hóa. Đã khảo sát khả năng hấ p phụ

của nguyên liệu và VLHP đối vớ i Pb2+

và Cu2+. K ết quả cho thấy cả nguyên liệu và

VLHP đều hấ p phụ được các ion kim loại này trong dung dịch. Tuy nhiên, khả năng hấ p

phụ của VLHP đối với các ion kim loại này là tốt hơn nhiều so với nguyên liệu . Đã

nghiên cứu ảnh hưở ng của một số yếu tố đến sự hấ p phụ của VLHP đối vớ i Pb2+

và Cu2+.

K ết quả thu đượ c cho thấy. Thời gian đạt cân bằng hấ p phụ:

- Pb

2+

: 80 đến 100 phút.

- Cu2+

: từ 30 đến 60 phút.

Khoảng pH tối ưu:

- Đối vớ i Pb2+

từ 3,5 đến 4,06

- Đối vớ i Cu2+

: từ 3,02 đến 5,21

Nồng độ ban đầu:

Trong các khoảng nồng độ đã khảo sát với các ion kim loại, khi nồng độ ion kim

loại tăng dung lượ ng hấ p phụ của VLHP đối với các ion kim loại tăng.Xác định đượ c

dung lượ ng hấ p phụ cực đại của VLHP đối vớ i Pb2+

và Cu2+. Cụ thể dung lượ ng hấ p phụ

cực đại của VLHP đốivới các ion kim loại là:






- Pb2+

: 56,18 mg.g-1

- Cu2+

: 46,73 mg.g-1

4.2. Kiến nghị

Để tăng cương khả năng xúc tác và hấ p phụ của vật liệu ta nên chức năng hóa bề

mặt hoặc gắng các kim loại chuyển tiếp vào vào thành mao quản hoặc bề mặt mao quản

để tăng thêm đọ bền và hoạt tính xúc tác cho quá trình hấ p phụ kim loại như: Ni2+,

Mn2+

,.....

Ứ ng dụng vật liệu cho quá trình phân hủy các hợ p chất hữu cơ như: metylen xanh,

metylen đỏ,.......

Nên phân tích thêm một số phương pháp phân tích hóa nữa như: phương pháp xác

định diện tích bề mặt (BET), Phương pháp quang phổ UV – VIS.






TÀI LIỆU THAM KHẢO

1

Lê Huy Bá, 2000. Độc học môi trườ ng , Nxb ĐH Quốc gia TP.HCM

2

Lê Văn Cát, 2002. H ấ p phụ và trao đổ i ion trong kĩ thuật xử lí nước và nướ c

thải.Nxb Thống kê, Hà Nội.

3 Tr ịnh Ngọc Châu, Triệu Thị Nguyệt, Vũ Đăng Độ, 2001. Nghiên cứ u khả năng sử

d ụng một số phụ phẩm nông nghiệp để hấ p thụ một số ionkim loại nặng trong

nướ c thải. Tuyể n t ập các công trình khoa học, H ội nghị khoa học l ần thứ hai -

ngành Hoá học, trường ĐH Quốc gia Hà Nội.

4

Nguyễn Tinh Dung , 2002. Hóa học phân tích, phần III : Các phương pháp định

lượng hoá học, Nxb Giáo dục, Hà Nội.

5

Tr ần Tứ Hiếu, 2003. Phân tích trắ c quang phổ hấ p thụ UV-Vis. Nxb Đại học

Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

6

Nguyễn Đình Huề, 1982. Giáo trình hóa lí . Nxb Giáo dục, Hà Nội.

7 P.P. Koroxtelev, 1974 Chuẩ n bị dung d ịch cho phân tích hoá học (Ngườ i dịch:

Nguyễn Tr ọng Biểu, Mai Hữu Đua,…). Nxb Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.

8 Hoàng Nhâm, 2001. Hóa vô cơ tậ p ba. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

9

Tr ần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, 1998. Hóa lí tậ p II . Nxb

Giáo dục, Hải Phòng.

10 Hồ Sĩ Tráng , 2005. Cơ sở hoá học gỗ và xennluloza, tậ p 1. Nxb Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội.

11 Lâm Minh Triết, Diệ p Ngọc Sương(Bá, 2000) , 2000. Các phương pháp phân tích

kim loại trong nước và nướ c thải. Nxb Khoa học và kĩ thuật, Tp Hồ Chí Minh.


nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ mao quản trung bình từ bã mía

Documents