1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LO ẠI NẶNG

CCuu22++ VÀ Zn2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LI ỆU SiO2 TÁCH T Ừ VỎ TRẤU

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Mã số: 60 44 27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H ỌC

Đà Nẵng - Năm 2012

2

Công trình ñược hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: GS.TS. ĐÀO HÙNG CƯỜNG

Phản biện 2: TS. NGUYỄN THỊ BÍCH TUY ẾT

Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 30

tháng 11 năm 2012

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. Lý do chọn ñề tài

Ngày nay, cùng với sự gia tăng các hoạt ñộng công nghiệp là

việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác ñộng tiêu cực trực tiếp ñến

môi trường, ñặc biệt là sự ảnh hưởng nghiêm trọng của môi trường

nước. Các hoạt ñộng khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công

nghiệp ñiện tử, mạ ñiện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm.... ñã

tạo ra các nguồn ô nhiễm môi trường nước chính chứa các kim loại

nặng như Cu, Zn, Pb, Ni, As... và những hợp chất hữu cơ ñộc hại.

Những chất này có liên quan trực tiếp ñến các biến ñổi gan, ung thư

cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng ñến môi trường dù chỉ ở hàm

lượng nhỏ.

Do ñó, nghiên cứu tách các ion kim loại nặng và hợp chất

hữu cơ ñộc hại từ các nguồn nước bị ô nhiễm là vấn ñề quan trọng

nhằm bảo vệ sức khỏe cộng ñồng và thu hút sự quan tâm của nhiều

nhà khoa học. Đã có nhiều phương pháp ñược sử dụng, trong ñó

phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu ñiểm và ñược sử dụng rộng

rãi hơn cả bởi các ưu ñiểm như xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị và

ñặc biệt là có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ.

Trong phương pháp hấp phụ thì các vật liệu khoáng sét hay

vật liệu biến tính từ các phế phẩm nông nghiệp (Biomass) như tro

trấu, sơ dừa, vỏ lạc, bã mía, vỏ sắn,… ñược xem là các loại vật liệu

hấp phụ có nhiều triển vọng.

Theo một số tài li ệu và khảo sát sơ bộ chúng tôi nhận thấy

trong trấu có chứa lượng lớn SiO2 với cấu trúc xốp nên có thể ñược

sử dụng làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại nặng và các chất hữu

cơ trong nước.

4

Việc nghiên cứu tách SiO2 từ vỏ trấu ñể ứng dụng làm vật liệu

hấp phụ ion kim loại nặng và một số hợp chất hữu cơ trong nước sẽ

có ý nghĩa thực tiễn trong việc sử dụng một cách có hiệu quả nguồn

vỏ trấu khổng lồ, giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường, ñồng

thời tạo ra một loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền từ nguồn nguyên liệu phế

thải của cây lúa. Vì vậy, chúng tôi chọn ñề tài: “Nghiên cứu hấp

phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong nước bằng vật liệu SiO2

tách từ vỏ trấu” ñể nhằm tìm hiểu về một loại vật liệu hấp phụ rẻ

tiền, có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng trong xử lý môi trường.

2. Mục tiêu của ñề tài

Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng

trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu : Vỏ trấu lấy từ Núi Thành - Quảng

Nam.

+ Phạm vi nghiên cứu: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến

quá trình hấp phụ ion kim loại của vỏ trấu sau khi biến tính, từ ñó rút

ra nhận xét, khả năng hấp phụ ion kim loại của vỏ trấu.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lí thuyết

- Thành phần và tính chất của SiO2.

- Thành phần của vỏ trấu, tro trấu.

- Các phương pháp hấp phụ và giải hấp.

- Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

- Phương pháp kính hiển vi ñiện tử quét (SEM).

- Phương pháp ño ñẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ

(BET).

- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD).

5

- Phổ hồng ngoại (IR).

4.2. Phương pháp thực nghiệm

Xác ñịnh thành phần và ñặc tính hóa lý của vỏ trấu.

• Xác ñịnh thành phần và ñặc tính hóa lý của tro trấu.

• Khảo sát một số tính chất vật lý của vỏ trấu.

• Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến quá trình tách

SiO2 từ vỏ trấu.

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ bể một

số ion kim loại nặng (Cu2+, Zn2+) của vỏ trấu biến tính.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

So sánh khả năng hấp phụ của vỏ trấu khi chưa biến tính và

biến tính nhằm tạo ra một vật liệu hấp phụ cao, hiệu quả nhưng giá

thành lại rẻ ñối với các ion kim loại nặng trong nước.

6. Bố cục luận văn

Ngoài phần mở ñầu, kết luận - kiến nghị và tài liệu tham khảo,

luận văn gồm có các chương như sau :

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận luận

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Sơ lược về Silic ñioxit

1.2. Kim loại ñồng và kẽm

1.3. Giới thi ệu về phương pháp hấp phụ

1.4. Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

2.2. Pha chế hóa chất

6

Thêm dung dịch HCl 4M Rửa bằng nước cất

Sấy ở 1000c

Nung ở 5500C

Dung dịch Hỗn hợp dạng gel

SiO2.nH2O

SiO2

Tro trấu

Vỏ trấu

1/ Rửa sạch, phơi khô 2/ Đốt 3/ Nung ở 8000C

1/ Thêm dung dịch NaOH 5M 2/ Đun nóng. 3/ Lọc.

2.3. Xác ñịnh thành phần và một số ñặc tính hóa lý của vỏ tr ấu 2.4. Xác ñịnh thành phần và ñặc tính hóa lý của tro tr ấu

2.5. Quá trình tách silic ñioxit (SiO2) từ vỏ trấu

Hình 2.1. Sơ ñồ tách SiO2 từ vỏ trấu.

2.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến quá trình tách

SiO2 từ vỏ trấu

2.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ bể

Cu2+ và Zn2+

2.8. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hấp phụ cột

Cu2+ và Zn2+

7

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả xác ñịnh thành phần hóa học và một số ñặc tính hóa

lý của vỏ trấu

3.1.1. Kết quả xác ñịnh thành phần hóa học của vỏ trấu

Hình 3.1. Vỏ trấu.

Kết quả xác ñịnh thành phần nguyên tố của vỏ trấu ñược

trình bày ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả xác ñịnh thành phần nguyên tố của vỏ trấu Nguyên tố Phần trăm khối

lượng (%) Nguyên tố Phần trăm khối

lượng (%) C 30,68 Si 9,81 O 55,01 P 0,02 H 3,35 S 0,05

Mg 0,09 K 0,28 Al 0,58 Ca 0,15

* Nhận xét: Từ bảng 3.1 ta thấy trong thành phần của vỏ trấu

thì chủ yếu chứa các nguyên tố C, H, O, Si ( chiếm tới 98,85%) còn

lại các nguyên tố khác là không ñáng kể.

Trong ñó, hàm lượng Si chiếm tỉ lệ tới 9,81 % (tương ñương

với phần trăm SiO2 là 21,02%) nên thuận lợi cho việc tách SiO2 ñể sử

dụng cho quá trình hấp phụ.

3.1.2. Kết quả xác ñịnh ñộ ẩm của vỏ trấu

8

Vỏ trấu sau khi làm sạch phơi khô thì hàm lượng nước trong

ñó vẫn chiếm một tỉ lệ ñáng kể (8,96%).

3.1.3. Kết quả xác ñịnh hàm lượng tro

Hàm lượng tro trong vỏ trấu là 10,32 %.

3.2. Kết quả xác ñịnh thành phần hóa học của tro tr ấu

Trấu ñem ñốt và nung ñến hoàn toàn trong lò nung khoảng 8

giờ ta ñược kết quả như hình 3.2 và 3.3.

Hình 3.2. Vỏ trấu sau khi ñốt Hình 3.3. Tro trấu sau khi nung

Kết quả xác ñịnh thành phần nguyên tố của tro trấu ñược

trình bày ở bảng 3.4.

Bảng 3.4. Kết quả xác ñịnh thành phần phần trăm nguyên tố trong

tro trấu

Nguyên tố Phần trăm khối

lượng (%) Nguyên tố

Phần trăm khối lượng (%)

C 3.50 S 0.17 O 48.78 Cl 0.33 Na 0.11 K 3.08 Mg 0.35 Ca 0.93 Si 42.31 Mn 0.21 P 0.22

* Nhận xét : Từ kết quả xác ñịnh trong bảng 3.3 trên ta thấy

tro trấu sau khi nung chỉ còn lại chủ yếu là 2 nguyên tố Si và O

9

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 1 2 3 4 5 6 7

Nồng ñộ NaOH (mol/l)

Khố

i lượ

ng S

ilic

ddio

xxit

(gam

)

(chiếm tới 91.09 %), nguyên tố cacbon trong quá trình nung ñã bị oxi

hóa ñi một lượng lớn.

Trong tro trấu lúc này chủ yếu chứa SiO2 với hàm lượng gần

bằng 90.66 (%) thuận tiện cho việc tách SiO2 ra khỏi tro trấu.

3.3. Tách silic ñioxit từ vỏ trấu

3.3.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến quá trình tách ñioxit từ

vỏ trấu

Tiến hành thí nghiệm với 5 gam tro trấu, 100ml dung dịch

NaOH với các nồng ñộ như trong bảng 3.5, thời gian ñun là 1,5 giờ

ta thu ñược kết quả ở bảng 3.5.

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến quá trình tách SiO2 từ

vỏ trấu. Nồng ñộ NaOH

(M) Khối lượng SiO2

(gam) Nồng ñộ NaOH

(M) Khối lượng SiO2

(gam) 2 2,74 4,5 4,19

2,5 2,79 5 4,28 3 3,04 5,5 4,30

3,5 3,87 6 4,31 4 4,11

Kết quả trên ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.4 sau:

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến quá trình tách SiO2 từ

vỏ trấu

10

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.5 và ñồ thị hình 3.4 ta thấy khi

nồng ñộ NaOH tăng lên thì khối lượng SiO2 tách ra tăng lên. Từ

nồng ñộ NaOH lớn hơn 5M thì khối lượng SiO2 tách ra tăng lên

không ñáng kể.Từ kết quả trên chúng tôi chọn nồng ñộ NaOH là 5M

cho các quá trình tách NaOH sau này.

3.3.2. Kết quả xác ñịnh ñộ tinh khiết của silic ñioxit

Silic ñioxit ñược tách ra từ quá trình trên ñược kết quả trong hình

3.5.

Hình 3.5. Silic ñioxit

Kết quả xác ñịnh ñộ tinh khiết của SiO2 ñược trình bày ở

bảng 3.6.

Bảng 3.6. Kết quả xác ñịnh thành phần phần trăm nguyên tố trong

silic ñioxit

Nguyên tố O Na Si Cl

Phần trăm khối lượng (%) 52,22 1,95 41,46 2,37

* Nhận xét: Từ bảng 3.6 trên ta nhận thấy trong mẫu silic

ñioxit tách ra thì phần trăm của 2 nguyên tố Si và O là chủ yếu,

chứng tỏ trong mẫu này silic ñioxit chiếm tỉ lệ cao (88,84%) thuận

lợi cho việc sử dụng vật liệu này ñể hấp phụ ion kim loại.

3.3.3. Kết quả chụp SEM của mẫu Silic ñioxit

11

001001001001001001001001 1.0 mm1.0 mm1.0 mm1.0 mm1.0 mm

Kết quả chụp ảnh

SEM ñược trình bày ở hình

3.6.

Hình 3.6. Ảnh chụp SEM của Silic ñioxit

Từ kết quả chụp SEM trên ta thấy bề mặt của Silic ñioxit có

nhiều lỗ trống, cấu trúc xốp thuận lợi cho việc hấp phụ ion kim loại

nặng trong nước.

3.3.4. Kết quả ño phổ hồng ngoại (IR) của mẫu Silic ñioxit

Kết quả ño ñược trình bày trong hình 3.6.

Hình 3.7. Phổ Hồng ngoại (IR) của Silic ñioxit

Từ hình 3.7 ta thấy: Phổ hồng ngoại của silic ñioxit xuất hiện

các píc ñặc trưng ở 3446,2 cm-1; 1099,3 cm-1, 806,8 cm-1 và 467 cm-

12

1. Trong ñó píc ở 3446,2 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng kéo căng nhóm

O-H gắn trong nhóm silanol tự do (Si-O-H). Píc ở 1099,3 cm-1 ñặc

trưng cho dao ñộng hóa trị của nhóm siloxan (Si-O-Si). Píc ở 806,8

cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng của cả nhóm SiOH. Píc ở 467 cm-1 ñặc

trưng cho dao ñộng biến dạng góc trong nhóm siloxan (Si-O-Si).

3.3.5. Kết quả ño phổ nhiễu xạ (XRD) của mẫu silic ñioxit

Kết quả ño XRD của mẫu silic ñioxit ñược trình bày trong

hình 3.8.

Hình 3.8. Kết quả ño XRD của mẫu silic ñioxit

* Nhận xét: Từ kết quả ño XRD trên có thể khẳng ñịnh silic

ñioxit ñược tách ra tồn tại dưới dạng vô ñịnh hình (chỉ có 2 pic xuất

hiện ở 31,691o và 45,442o với cường ñộ rất thấp), có ñộ xốp cao,

thuận lợi cho việc sử dụng hấp phụ ion kim loại nặng trong nước.

3.3.6. Kết quả ño xác ñịnh diện tích bề mặt riêng (BET) của mẫu

silic ñioxit

13

Hình 3.9. Kết quả ño BET của mẫu silic ñioxit

* Nhận xét: : Silic ñioxit có diện tích bề mặt riêng là 116,56

m2/g, ñường kính mao quản trung bình 311,21 A0. Diện tích bề mặt

riêng và ñường kính trung bình của silic ñioxit là khá lớn nên thuận

lợi cho quá trình hấp phụ ion kim loại nặng trong nước.

3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ bể của silic ñioxi ñối với ion

Cu2+ và Zn2+

3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến quá trình hấp

phụ bể Cu2+ và Zn2+

Lấy vào mỗi cốc 100ml dung dịch của Cu2+ và Zn2+ nồng ñộ

20mg/l, pH = 6,0. Cho vào mỗi cốc 1,0 gam silic ñioxit. Khuấy ñều

trên máy khuấy từ ở nhiệt ñộ phòng (khoảng 30oC) trong các khoảng

thời gian là 50 phút, 100 phút, 150 phút, 200 phút, 250 phút. Kết quả

ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến quá trình hấp phụ ion Cu2+, Zn2+

trên SiO2 ñược trình bày ở bảng 3.7.

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến quá trình hấp phụ bể

của Cu2+ và Zn2+

Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+

Mẫu

Thời

gian

(phút)

Ci

(mg/l) Cf

(mg/l)

q

(mg/g) H (%)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g) H (%)

1 50 20 2,733 1,727 86,34 5,780 1,422 71,10

2 100 20 2,235 1,777 88,83 4,770 1,523 76,15

3 150 20 1,916 1,808 90,42 3,728 1,627 81,36

4 200 20 1,904 1,810 90,48 3,688 1,631 81,56

5 250 20 1,900 1,810 90,50 3,680 1,632 81,60

Hiệu suất hấp phụ ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.11.

14

65

70

75

80

85

90

95

0 50 100 150 200 250 300

Thời gian khu ấy (phút)

Hiệ

u suất

hấp

phụ

(%

)

Hiệu suất Cu

Hiệu suất Zn

Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian khuấy ñến hiệu suất hấp phụ bể

Cu2+ và Zn2+

* Nhận xét: Khi thời gian khuấy tăng lên từ 50 phút ñến 150

phút thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ tăng lên nhanh theo.

Từ thời gian 150 phút trở ñi thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp

phụ tăng lên không ñáng kể. Do ñó thời gian khuấy là 150 phút ñối

với cả 2 ion Cu2+ và Zn2+ ñược chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ñến quá trình hấp phụ bể Cu2+

và Zn2+

Lấy vào mỗi cốc 100ml dung dịch Cu2+ và Zn2+ nồng ñộ

20mg/l. Điều chỉnh pH ở các dung dịch lần lượt là 2,0 ñến 9,0 ( sử

dụng dung dịch HCl và NaOH ñể ñiều chỉnh pH). Cho vào mỗi cốc

1,0 gam silic ñioxit. Khuấy ở nhiệt ñộ khoảng 30oc trong khoảng thời

gian là 150 phút (thời gian khuấy tối ưu). Kết quả ñược trình bày ở

bảng 3.8.

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH ñến quá trình hấp phụ bể Cu2+ và Zn2+

Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+

Mẫu Ci

(mg/l) pH Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%) pH

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%)

1 20 2,0 11,502 0,850 42,49 2,0 10,350 0,965 48,25

15

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10

pH dung d ịch

Hiệ

u suấ

t hấp

phụ

(%

)

Hiệu suất Cu

Hiệu suất Zn

2 20 3,0 10,446 0,955 47,77 3,0 9,480 1,052 52,60

3 20 4,0 9,060 1,094 54,70 4,0 9,410 1,059 52,95

4 20 5,0 7,584 1,242 62,08 5,0 6,750 1,325 66,25

5 20 6,0 1,916 1,808 90,42 6,0 3,728 1,627 81,36

6 20 7,0 1,556 1,844 92,22 7,0 1,264 1,874 93,68

7 20 8,0 1,560 1,844 92,20 8,0 1,280 1,872 93,60

8 20 9,0 1,564 1,844 92,18 9,0 1,286 1,871 93,57

Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất hấp phụ bể Cu2+ và Zn2+

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.8 và ñồ thị hình 3.13 ta thấy khi

pH tăng lên thì hiệu suất hấp phụ và tải trọng hấp phụ tăng nhanh

theo. Đến pH bằng 7,0 thì hiệu suất hấp phụ và tải trọng hấp phụ dao

ñộng không ñáng kể nên chúng tôi chọn pH bằng 7,0 cho các quá

trình hấp phụ tiếp theo. Đồng thời ta thấy sự hấp phụ Zn2+ của Silic

ñioxit phụ thuộc nhiều vào pH.

3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn – lỏng ñến quá trình hấp

phụ bể Cu2+ và Zn2+

Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng SiO2/thể tích dung dịch ñược

khảo sát trong ñiều kiện: nồng ñộ Cu2+, Zn2+ 20 mg/l, pH = 7,0, thời

gian khuấy 150 phút, nhiệt ñộ 30oC. Tỉ lệ khối lượng SiO2/thể tích

dung dịch thay ñổi từ 0,4 ÷ 3,0 g/100 ml. Kết quả sự phụ thuộc của

16

65

70

75

80

85

90

95

100

0 1 2 3 4 5 6

Khối lương Silic ñioxit (gam)

Hiệ

u suất hấp

phụ (%

)

Hiệu suất Cu

Hiệu suât Zn

hiệu suất và tải trọng hấp phụ Cu2+, Zn2+ vào nồng ñộ SiO2 ñược thể

hiện ở bảng 3.9.

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn – lỏng ñến quá trình hấp phụ bể

Cu2+và Zn2+

Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+ Mẫu Ci

(mg/l) 2SiOm

(gam)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%)

2SiOm

(gam)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%)

1 20 0,4 5,887 3,528 70,57 0,4 3,919 4,020 80,41

2 20 0,8 4,275 1,966 78,63 0,8 2,397 2,200 88,02

3 20 1,2 1,156 1,570 94,22 1,2 0,664 1,611 96,68

4 20 1,6 0,914 1,193 95,43 1,6 0,636 1,210 96,82

5 20 2,0 0,912 0,954 95,44 2,0 0,424 0,979 97,88

6 20 2,5 0,910 0,764 95,45 2,5 0,424 0,783 97,88

7 20 3,0 0,910 0,764 95,45 3,0 0,420 0,653 97,90

Hiệu suất hấp phụ ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.15.

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng ñến hiệu suất hấp phụ bể

Cu2+ và Zn2+

17

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.9 và ñồ thị 3.15 ta nhận thấy

khi tăng khối lượng của silic ñioxit từ 0,4 ñến 1,6 gam ñối với dung

dịch Cu2+ và từ 0,4 gam ñến 2,0 gam ñối với các dung dịch Zn2+ thì

hiệu suất hấp phụ tăng theo và tải trọng hấp phụ giảm xuống. Và từ

khối lượng ñó trở ñi thì hiệu suất hấp phụ thay ñổi không ñáng kể

nữa nên chúng tôi chọn tỉ lệ rắn lỏng 1,6 gam SiO2/100ml dung dịch

Cu2+ nồng ñộ 20mg/l và 2 gam SiO2/100ml dung dịch Zn2+ nồng ñộ

20mg/l cho các quá trình hấp phụ tiếp theo.

3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến quá

trình hấp phụ bể

Bảng 3.10 trình bày kết quả ảnh hưởng của nồng ñộ Cu2+,

Zn2+ ñến quá trình hấp phụ ở ñiều kiện: thời gian khuấy 150 phút,

nồng ñộ SiO2 1,6g/ 100 ml cho hấp phụ Cu2+ và 2,0 g/100 ml cho

hấp phụ Zn2+, nhiệt ñộ 30oC. Nồng ñộ Cu2+, Zn2+ thay ñổi từ 5,0 ÷

30 mg/l.

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến hấp phụ bể

Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+

Mẫu Ci

(mg/l) Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

Cf/q

(g/l) H (%)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

Cf/q

(g/l)

H

(%)

1 5 0,013 0,312 0,042 99,75 0,033 0,248 0,133 99,34

2 10 0,123 0,617 0,199 98,77 0,191 0,490 0,390 98,09

3 15 0,234 0,923 0,254 98,44 0,312 0,734 0,425 97,92

4 20 0,914 1,193 0,766 95,43 0,424 0,979 0,433 97,88

5 25 1,423 1,474 0,965 94,31 0,818 1,209 0,677 96,73

6 30 1,779 1,764 1,009 94,07 1,242 1,438 0,864 95,86

Tải trọng ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.16.

18

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 5 10 15 20 25 30 35

Nồng ñộ ion kiam lo ại (mg/l)

Tải

trọng

hấp

phụ (m

g/g)

Tải trọng Cu

Tải trọng Zn

y = 0.5477x + 0.2113

R2 = 0.9443

y = 0.5596x + 0.1207

R2 = 0.9563

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1 1.5 2

Nồng ñộ ion kim lo ại còn l ại Cf (mg/l)

Đại lượ

ng hấp

phụ C

f/q (g/

l)

Cf/q (Cu)

Cf/q (Zn)

Linear (Cf/q (Zn))

Linear (Cf/q (Cu))

Hình 3.16. Ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến tải trọng

hấp phụ bể Cu2+ và Zn2+

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.10 và ñồ thị hình 3.16 ta thấy

khi nồng ñộ Cu2+ và Zn2+ tăng lên thì tải trọng hấp phụ tăng lên một

cách gần như tuyến tính và hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ.

3.5. Phương trình ñẳng nhiệt hấp phụ

Kết quả ñược trình bày trong hình 3.18.

Hình 3.18. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với ion

Cu2+ và Zn2+ trong hấp phụ bể

* Nhận xét: Kết quả ở hình 3.18 cho thấy ñại lượng hấp phụ

Cf/q của Cu2+ và Zn2+ lên silic ñioxit trong hấp phụ bể tăng dần theo

19

chiều tăng nồng ñộ ñầu của ion kim loại. Dựa vào phương trình ñẳng

nhiệt: y = 0,5596x + 0,1207 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại

Cu2+ của silic ñioxit trong hấp phụ bể là qmax = 1,787 (mg/g) và ái lực

hấp phụ b = 4,636 và dựa vào phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,5477x

+ 0,2113 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại Zn2+ của silic ñioxit

trong hấp phụ bể là qmax = 1,826 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 2,592.

Như vậy, tải trọng hấp phụ cực ñại Cu2+ và Zn2+ của silic ñioxit trong

hấp phụ bể tương ñối cao và ái lực hấp phụ mạnh.

3.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ cột của silic ñioxit ñối với ion

Cu2+ và Zn2+

3.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc ñộ dòng ñến quá trình hấp phụ

cột Cu2+ và Zn2+

Hình 3.19. Cột nhồi Silic ñioxit trong hấp phụ cột

Cột nhồi dùng cho hấp phụ ion Cu2+ ñược nhồi 1,6 gam Silic

ñioxit (tỉ lệ rắn lỏng tối ưu trong hấp phụ bể) và cột nhồi dung cho

hấp phụ Zn2+ ñược nhồi 2 gam Silic ñioxit (tỉ lệ rắn lỏng tối ưu trong

hấp phụ bể) .

Cho 100ml dung dịch Cu2+ và Zn2+ nồng ñộ 20mg/l, pH bằng

7,00 ( là pH tối ưu trong hấp phụ bể) chảy qua cột nhồi Silic ñioxit

20

98.2

98.4

98.6

98.8

99

99.2

99.4

99.6

99.8

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Vận tốc dòng (ml/ph)

Hiệ

u suất

hấp

phụ

(%

)

H(%) Cu

H(%) Zn

với tốc ñộ dòng lần lượt là 2,00ml/ph; 1,00ml/ph; 0,67ml/ph;

0,50ml/ph; 0,40 ml/phút (tương ứng với thời gian khuấy 100ml dung

dịch ion kim loại trong hấp phụ bể), hứng lấy dung dịch thu ñược

trong bình tam giác 250ml rồi ñem xác ñinh nồng ñộ ta thu ñược kết

quả theo bảng 3.11.

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tốc ñộ dòng ñến quá trình hấp phụ cột

Cu2+ và Zn2+

Dung dịch Cu2+. Dung dịch Zn2+.

Mẫu V(ml/ph) Ci

(mg/l) Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

H

(%)

1 0,40 20 0,092 1,244 99,54 0,058 0,997 99,71

2 0,50 20 0,097 1,244 99,52 0,060 0,997 99,70

3 0,67 20 0,105 1,243 99,48 0,062 0,997 99,69

4 1,00 20 0,271 1,233 98,65 0,136 0,993 99,32

5 2,00 20 0,317 1,230 98,41 0,223 0,989 98,88

Hiệu suất hấp phụ ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.20.

Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc ñộ dòng ñến quá trình hấp phụ cột

Cu2+ và Zn2+

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.12 và hình 3.16 ta thấy khi tốc

ñộ dòng chảy tăng lên thì hiệu suất hấp phụ giảm xuống. Ở tốc ñộ

21

dòng 0,67ml/ph và nhỏ hơn thì hiệu suất hấp phụ tăng lên nhẹ. Như

vậy chúng tôi chọn tốc ñộ dòng chảy là 0,67ml/ph cho các quá trình

hấp phụ cột tiếp theo.

3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến quá

trình hấp phụ cột

Cho 100ml dung dịch Cu2+ và Zn2+ nồng ñộ lần lượt là 5mg/l;

10mg/l; 15mg/l; 20mg/l; 25mg/l; 30mg/l có pH bằng 7,00 ( là pH tối

ưu trong hấp phụ bể) chảy qua cột nhồi Silic ñioxit với tốc ñộ dòng

0,67ml/ph là tốc ñộ dòng tối ưu, hứng lấy dung dịch thu ñược trong

bình tam giác 250ml rồi ñem xác ñinh nồng ñộ Cu2+ và Zn2+ ta thu

ñược kết quả theo bảng 3.12.

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến quá trình

hấp phụ cột

Dung dịch Cu2+ Dung dịch Zn2+

Mẫu Ci

(mg/l) Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

Cf/q

(g/l) H (%)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g)

Cf/q

(g/l)

H

(%)

1 5 0,014 0,312 0,045 99,72 0,008 0,250 0,032 99,84

2 10 0,033 0,623 0,053 99,67 0,023 0,499 0,046 99,77

3 15 0,058 0,934 0,062 99,61 0,041 0,748 0,055 99,73

4 20 0,104 1,244 0,084 99,48 0,062 0,997 0,062 99,69

5 25 0,186 1,551 0,120 99,26 0,148 1,243 0,119 99,41

6 30 0,243 1,860 0,131 99,19 0,189 1,491 0,127 99,37

Tải trọng hấp phụ ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.22.

22

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 5 10 15 20 25 30 35

Nồng ñộ ion kim lo ại (mg/l)

Tải t

rọng

hấp

phụ

(m

g/g)

Tải trọng Cu

Tải trọng Zn

y = 0.5383x + 0.0312

R2 = 0.9836

y = 0.3932x + 0.0407

R2 = 0.9883

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Nồng ñộ ion kim lo ạ i còn l ạ i Cf (mg/l)

Đại

lượ

ng hấp

phụ

Cf/q

(g/

l)

Cf/q (g/l) Cu

Cf/q (g/l) Zn

Linear (Cf/q (g/l) Zn)

Linear (Cf/q (g/l) Cu)

Hình 3.22. Ảnh hưởng của nồng ñộ ion Cu2+ và Zn2+ ñến tải trọng

hấp phụ cột

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.13 và ñồ thị hình 3.22 ta thấy

khi nồng ñộ Cu2+ và Zn2+ tăng lên thì tải trọng hấp phụ tăng lên một

cách gần như tuyến tính và hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ.

Từ kết quả trên, xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại.

Hình 3.23. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir ñối với ion

Cu2+ và Zn2+ trong hấp phụ cột

* Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.13 và hình 3.23 cho thấy ñại

lượng hấp phụ Cf/q của Cu2+ và Zn2+ lên silic ñioxit trong hấp phụ

cột tăng dần theo chiều tăng nồng ñộ ñầu của ion kim loại. Dựa vào

phương trình ñẳng nhiệt: y = 0,3932x + 0,0407 ta tính ñược tải trọng

23

hấp phụ cực ñại Cu2+ của silic ñioxit trong hấp phụ cột là qmax =

2,543 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 9,662 và dựa vào phương trình

ñẳng nhiệt: y = 0,5383x + 0,0312 ta tính ñược tải trọng hấp phụ cực

ñại Zn2+ của silic ñioxit trong hấp phụ cột là qmax = 1,858 (mg/g) và

ái lực hấp phụ b = 17,250. Như vậy, tải trọng hấp phụ cực ñại Cu2+

và Zn2+ của silic ñioxit trong hấp phụ cột khá cao và ái lực hấp phụ

mạnh.

3.7. Nghiên cứu khả năng tái hấp phụ bể Cu2+ và Zn2+ của Silic

ñioxit

Lấy vào mỗi cốc 100ml Cu2+ và Zn2+ nồng ñộ 20mg/l. Điều

chỉnh pH bằng 7,00 (pH tối ưu). Cho vào mỗi cốc 1,6 gam silic

ñioxit ñối với dung dịch Cu2+ và 2,0 gam Silic ñioxit ñối với dung

dịch Zn2+. Khuấy trên máy khuấy từ ở nhiệt ñộ phòng (khoảng 30oc)

trong khoảng thời gian là 150 phút (thời gian khuấy tối ưu). Lọc lấy

nước lọc ñi xác ñịnh nồng ñộ ion. Phần rắn còn lại ñem giải hấp bằng

HCl 4M, thời gian khuấy là 150 phút (bằng thời gian hấp phụ), lọc

lấy phần rắn và rửa bằng nước cất ñến môi trường trung tính và tiếp

tục ñem hấp phụ lần 2 và lần 3 theo những thao tác như trên ta ñược

kết quả theo bảng 3.13 sau:

Bảng 3.13. Kết quả tái hấp phụ bể Cu2+ và Zn2+ của Silic ñioxit.

Dung dịch Cu2+. Dung dịch Zn2+.

Mẫu

Số

lần

hâp

phụ

Ci

(mg/l) Cf

(mg/l)

q

(mg/g) H (%)

Cf

(mg/l)

q

(mg/g) H (%)

1 Lần 1 20 0,912 1,193 95,44 0,422 0,979 97,89

2 Lần 2 20 0,926 1,192 95,37 0,580 0,971 97,10

3 Lần 3 20 2,470 1,096 87,65 0,694 0,965 96,53

Hiệu suất hấp phụ ñược thể hiện trong ñồ thị hình 3.24 và 3.25 sau

24

86

88

90

92

94

96

98

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Số lần hấp phụ

Hiệ

u suất hấp

phụ

(%

)

H (%) Cu

Zn (%) Zn

Hình 3.25. Đồ thị kết quả hiệu suất hấp phụ trong tái hấp phụ bể

Cu2+ và Zn2+ của Silic ñioxit

* Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.11 và hình 3.25 ta thấy khi tái

sử dụng Silic ñioxit thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ giảm

xuống. Tuy nhiên với lần 2, lần 3 thì hiệu suất vẫn cao nên có thể coi

Silic ñioxit là một vật liệu hấp phụ tốt và có thể tái sử dụng nhiều

lần.

KẾT LUẬN VÀ KI ẾN NGHỊ

1. Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu thu ñược ñã trình bày ở trên,

chúng tôi ñi ñến một số kết luận sau:

1.1. Xác ñịnh ñược một số ñặc tính hóa lý của vỏ trấu và tro trấu

- Xác ñịnh ñược thành phần của vỏ trấu, tro trấu: thành phần

của vỏ trấu chủ yếu là các nguyên tố C, O,H và Si (98,85%) trong ñó

có 9,81% Silic ñioxit và thành phần của tro trấu chủ yếu là 2 nguyên

tố Si và O (91,09%) trong ñó có 42,31 % Si.

- Xác ñịnh ñược ñộ ẩm của vỏ trấu là 8,96%, hàm lượng tro

của vỏ trấu là 10,32%.

1.2. Xác ñinh ñược quy trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu và một số

ñặc tính hóa lý của Silic ñioxit

25

- Xác ñinh quy trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu và nồng ñộ

NaOH tối ưu cho quá trình tách Silic ñioxit từ vỏ trấu là 5M.

- Xác ñinh ñược ñộ tinh khiết của Silic ñioxit tách ra là

88,84 (%)

- Xác ñinh ñược một số ñặc tính của Silic ñioxit tách ra

bằng cách chụp ảnh SEM, ño phổ hồng ngoại (IR), ño phổ nhiễu xạ

XRD, ño BET.

1.3. Xác ñịnh ñược ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình hấp

phụ bể Cu2+ và Zn2+

Đối với quá trình hấp phụ bể Cu2+ : thời gian khuấy tối ưu là

150 phút; pH tối ưu là 7,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 1,6 gam

SiO2/100ml dung dịch Cu2+ 20mg/l. Và khi sử dụng ñồng thời các

ñiều kiện trên thiếu hiệu suất hấp phụ là 95,43 (%). Tải trọng hấp

phụ cực Cu2+ của silic ñioxit trong hấp phụ bể là qmax = 1,787 (mg/g)

và ái lực hấp phụ b = 4,636.

- Đối với quá trình hấp phụ bể Zn2+ : thời gian khuấy tối ưu

là 150 phút; pH tối ưu là 7,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 2 gam

SiO2/100ml dung dịch Zn2+ 20mg/l. Và khi sử dụng ñồng thời các

ñiều kiện trên thiếu hiệu suất hấp phụ là 97,88 (%). Tải trọng hấp

phụ cực Zn2+ của silic ñioxit trong hấp phụ bể là qmax = 1,826 (mg/g)

và ái lực hấp phụ b = 2,592.

1.4. Xác ñịnh ñược ảnh hưởng của các ñiều kiện ñến quá trình hấp

phụ cột Cu2+ và Zn2+

+ Đối với quá trình hấp phụ cột Cu2+ thì vận tốc dòng tối ưu

là 0,67ml/phút, pH =7,00; nồng ñộ dung dịch Cu2+ thì hiệu suất hấp

phụ là 99,48 (%). Tải trọng hấp phụ cực ñại qmax = 2,543 và ái lực

hấp phụ b = 9,662. Cao hơn so với hấp phụ bể.

26

+ Đối với quá trình hấp phụ cột Zn2+ thì vận tốc dòng tối ưu

là 0,67ml/phút, pH = 7,00; nồng ñộ dung dịch Zn2+ thì hiệu suất hấp

phụ là 99,69 (%). Tải trọng hấp phụ cực ñại qmax = 1,858 và ái lực

hấp phụ b = 17,250. Cao hơn so với hấp phụ bể.

1.5. Xác ñinh ñược khả năng tái hấp phụ của Silic ñioxit ñối với

các ion kim loại Cu2+ và Zn2+

Khả năng tái hấp phụ của Silic ñioxit ñối với các ion kim

loại Cu2+ và Zn2+ là rất cao, có thể tái sử dụng vật liệu này nhiều lần.

2. Kiến nghị

Tiếp tục nghiên cứu khả năng hấp phụ của Silic ñioxit ñối

với các ion kim loại nặng khác ñể xử lí ô nhiễm môi trường nước.

Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng của tro trấu từ ñó

sử dụng cho hợp lí tro trấu hay là Silic ñioxit tách ra từ tro trấu ñể

giảm chi phí.

Đi sâu vào nghiên cứu khả năng hấp phụ cột của Silic ñioxit

do hiệu suất hấp phụ cột của Silic ñioxit ñối với các ion kim loại

nặng rất cao.