Tổng hợp, nghiên cứu vật liệu hấp phụ compozit từ polyanilin và các phụ phẩm nông nghiệp hướng đến ứng dụng xử lý môi trường

8/20/2019 Tổng hợp, nghiên cứu vật liệu hấp phụ compozit từ polyanilin và các phụ phẩm nông nghiệp hướng đến ứng dụng xử lý môi trường

http://slidepdf.com/reader/full/tong-hop-nghien-cuu-vat-lieu-hap-phu-compozit-tu-polyanilin 1/79

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

MÃ SỐ: DDH-07-11

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU HẤP PHỤ COMPOZIT TỪPOLYANILIN VÀ CÁC PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP HƢỚNG ĐẾN ỨNG

DỤNG XỬ LÝ MÔI TR ƢỜNG



MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ........................................................... 4

DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... 5DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. 7

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 8

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS ....................................................................... 10

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 12

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 14

1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng .......................................................................... 14

1.2. Ảnh hƣởng của một số kim loại nặng đến cơ thể con ngƣời .................................. 15

1.2.1. Ảnh hƣởng của crom ........................................................................................... 15

1.2.2. Ảnh hƣởng của chì............................................................................................... 16

1.2.3. Ảnh hƣởng của cadimi ........................................................................................ 17

1.3. Tổng quan chung về hấp phụ .................................................................................. 181.3.1. Các khái niệm cơ bản .......................................................................................... 18

1.3.2. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt ........................................................................ 19

1.3.3. Động học hấp phụ ................................................................................................ 22

1.4. Tổng quan chung về polyanilin .............................................................................. 24

1.4.1. Vài nét về Anilin ................................................................................................. 24



2.2. Pha chế hóa chất ..................................................................................................... 38

2.3. Tổng hợp vật liệu compozit .................................................................................... 38

2.3.1. Tổng hợp vật liệu compozit dạng muối ............................................................... 382.3.2. Tổng hợp vật liệu compozit dạng trung hòa ........................................................ 38

2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) của vật liệu

compozit polyanilin – chất mang .................................................................................. 39

2.4.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ ..................................................... 39

2.4.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của môi trƣờng hấp phụ pH ........................................... 39

2.4.3. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ ............................................... 39

2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu compozit trên mẫu thực .................... 39

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 42

3.1. Kết quả tổng hợp các vật liệu hấp phụ compozit polyanilin – chất mang ............. 42

3.2. Khảo sát một số đặc trƣng cấu trúc của vật liệu hấp phụ compozit polyanilin –

chất mang ....................................................................................................................... 433.2.1. Kết quả phổ hồng ngoại ....................................................................................... 43

3.2.2. Kết quả nghiên cứu ảnh SEM .............................................................................. 46

3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) của các vật liệu compozit ....... 49

3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ ......................................................... 49

h h h



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

APS: Amonipersunfat

KLN: kim loại nặng

MC: Mùn cƣa

PANi: Polyanilin

PĐa: Polyanilin – vỏ đỗ dạng muối

PĐb: Polyanilin – vỏ đỗ dạng trung hòa

PLa: Polyanilin – vỏ lạc dạng muối

PLb: Polyanilin – vỏ lạc dạng trung hòa

PMa: Polyanilin/mùn cƣa (dạng muối)

PMb : Polyanilin/mùn cƣa (dạng trung hòa)

VLHP: Vật liệu hấp phụ



DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .................................................................... 21

Hình 1.2. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C ........................................................................ 21

Hình 1.3. Đồ thị sự phụ thuộc của lq vào lg C ....................................................................... 22

Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t ................................................................ 24

Hình 1.5. Đồ thị sự phụ thuộc của t/qt vào t ........................................................................... 24

Hình 1.6. Sơ đồ tổng quát về sự hình thành PANi bằng con đƣờng điện hóa ...................... 29

Hình 1.7. Sơ đồ tổng hợp PANi bằng phƣơng pháp hóa học ................................................. 30

Hình 1.8. Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM............................................................ 34

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy đo phổ hấp phụ nguyên tử .............................. 36

Hình 2.1. Mẫu 2 ..................................................................................................................... 40

Hình 2.2. Mẫu 3 ..................................................................................................................... 40

Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của PANi ...................................................................................... 43

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của mùn cƣa ................................................................................. 43

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của vỏ lạc ..................................................................................... 44

Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của vỏ đỗ ...................................................................................... 44

Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của compozit PMa ........................................................................ 44

ổ ồ



Hình 3.24. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cd(II) vào pH của các vật liệu compozit.... 56

Hình 3.25. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Pb(II) vào pH của các vật liệu compozit .... 57

Hình 3.26. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Cr(VI) của các vậtliệu compozit .......................................................................................................................... 59

Hình 3.27. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Pb(II) của các vật

liệu compozit .......................................................................................................................... 59

Hình 3.28. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Cd(II) của các vật

liệu compozit .......................................................................................................................... 60

Hình 3.29. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Frendlich (b) dạng tuyến tính

quá trình hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit .............................................................. 61

Hình 3.30. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Frendlich (b) dạng tuyến tính

quá trình hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit ............................................................... 61

Hình 3.31. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Frendlich (b) dạng tuyến tínhquá trình hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit ............................................................... 61

Hình 3.32. Phƣơng trình động học hấp phụ Cr(VI) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của

các vật liệu compozit .............................................................................................................. 63

Hình 3.33. Phƣơng trình động học hấp phụ Pb(II) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của



DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số các kim loại nặng trong nƣớc thải công

nghiệp ........................................................................................................................... 15Bảng 1.2. Một số dạng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt ............................................. 19

Bảng 2.1. Thời gian và địa điểm lấy mẫu thực .............................................................. 40

Bảng 3.1. Hiệu suất tổng hợp các vật liệu compozit polyanilin – chất mang ............... 42

Bảng 3.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của các vật liệu hấp phụ ......................... 45

Bảng 3.3. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) theo thời gian của các vật liệu compozit ............ 49

Bảng 3.4. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) theo thời gian của các chất mang ....................... 50

Bảng 3.5. Hiệu suất hấp phụ Pb(II) theo thời gian của các vật liệu compozit ............. 51

Bảng 3.6. Hiệu suất và độ hấp phụ Pb(II) theo thời gian của các chất mang ............... 51

Bảng 3.7. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo thời gian của các vật liệu compozit ............. 52

Bảng 3.8. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo thời gian của các chất mang ........................ 53

Bảng 3.9. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) theo pH của các vật liệu compozit ...................... 55Bảng 3.10. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo pH của các vật liệu compozit .................... 56

Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất ................................................................ 56

Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu Cr(VI) đến dung lƣợng hấp phụ các vật

liệu compozit ................................................................................................................. 58

Ả ồ ầ ế ấ



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Đơn vị: Trƣờng Đại học Khoa học

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Tổng hợp, nghiên cứu vật liệu hấp phụ compozit từ polyaniline và các

phụ phẩm nông nghiệp hƣớng đến ứng dụng xử lý môi trƣờng

- Mã số: ĐH2011-07-11

- Chủ nhiệm: ThS. Bùi Minh Quý

- Cơ quan chủ trì: Trƣờng ĐH Khoa học

- Thời gian thực hiện: từ tháng 01năm 2011 đến tháng 12 năm 2012

2. Mục tiêu: - Tổng hợp vật liệu hấp phụ compozit từ polyaniline và các phụ phẩm nông

nghiệp.

- Khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của vật liệu hấp phụ trong

dung dịch nƣớc.

ế



4. Sản phẩm:

4.1. Sản phẩm khoa học:

- Bài báo đăng tạp chí cấp quốc gia: 03

- Bài báo đăng tạp chí cấp đại học: 02

- Bài đăng kỷ yếu hội nghị, hội thảo quốc gia: 02

4.2. Sản phẩm đào tạo:

- Sinh viên nghiên cứu khoa học: 04

5. Hiệu quả:

- Nâng cao năng lực nghiên cứu cho nhóm nghiên cứu.

- Phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo đại học và sau đại học của Trƣờng.

- Kết quả khoa học của đề tài là một phần luận án tiến sĩ của chủ nhiệm đề tài.

- Tăng cƣờng hợp tác nghiên cứu khoa học của cán bộ Đại học Thái Nguyên vớicác cơ sở đào tạo trong nƣớc.

- Kết quả của đề tài góp phần vào việc tìm ra đƣợc một loại vật liệu mới có khả

năng ứng dụng trong xử lý môi trƣờng và có hiệu quả kinh tế.

6. Khả năng áp dụng và phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu:

ể ế ấ ế



INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information: - Project title: Synthesis, study adsorbent composite materials based on

polyaniline and agricultural residues to treat environment.

- Code number: ĐH2011-07-11

- Coordinator: Bui Minh Quy

- Implementing institution: College of Sciences – Thai Nguyen Univesity.

- Duration: from 01/2011 to 12/2012

2. Objectives:

- Synthesis adsorbent composite based on polyaniline and agricultural residues.

- Study of ability adsorption of heavy metal ions by composite materials in

aqueous solution.

3. Research results:

- PANi – sawdust, PANi – bean shell, PANi – peanut shell composites were

successfully synthesized with salt form and neutral form by chemical method.



4.2. Training products:

- The thesis of student: 04

5. Effects:- Increase ability study for studying group.

- Serve for scientific study and education of College.

- The results of the study is part of the Dr. thesis of author.

- Enhance cooperation scientific of Thai Nguyen University officers with

educational institutions in the country.

- The results of the study contribute to finding a new adsorbent material abiliable

of applications in treatment environmental and economic benefits.

6. Transfer alternatives of reserach results andapplic ability:

- The results of the study can be applied for treatment wastewater in industrialareas, export processing zones if there are more technology study intensive.



MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Nền công nghiệp ngày càng phát triển thì nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng ngàycàng cao, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm kim loại nặng. Nó đang trở thành một vấn đề cấp

bách cần đƣợc giải quyết bởi tính chất độc hại của nó đối với các sinh vật sống nói

chung và con ngƣời nói riêng [14].

Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi

môi trƣờng nhƣ: phƣơng pháp hóa lý (phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi

ion, …), phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hóa học…Trong đó phƣơng pháp hấp

phụ là một phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến bởi nhiều ƣu điểm so với các phƣơng

pháp khác. [3,4, 20-24, 26-36]

Sau khi ba nhà khoa học A.J.Heeger, A.G MacDiarmid và H.Shirakawa giànhgiải thƣởng Nobel năm 2000 về polyme dẫn, các nhà khoa học trên thế giới ngày càng

quan tâm nghiên cứu nhiều hơn về khả năng ứng dụng của vật liệu này, đặc biệt là

polyanilin. Đây là vật liệu đƣợc xem nhƣ vật liệu lý tƣởng vì dẫn điện tốt, bền nhiệt,

dễ tổng hợp lại thân thiện với môi trƣờng.

ế ề



- Khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của vật liệu hấp phụ trong

dung dịch nƣớc.

3. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu 3.1. Cách tiếp cận

- Tổng hợp tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu.

- Tiến hành thực nghiệm: tổng hợp vật liệu và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến

khả năng hấp phụ các kim loại nặng của vật liệu hấp phụ đã tổng hợp.

3.2. Phương pháp nghiên cứu

- Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc, đặc điểm bề mặt nhƣ: Phƣơng pháp phổ

hồng ngoại IR; Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM).

- Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định hàm lƣợng các ion kim

loại trƣớc và sau khi hấp phụ. 4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

4.1. Đối tượng nghiên cứu

- Các phụ phẩm nông nghiệp: mùn cƣa, vỏ lạc, vỏ đỗ.

- Các ion kim loại nặng: chì, cadmi và crom.



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng Kim loại nặng (KLN) là một thuật ngữ chỉ nhóm các kim loại có khối lƣợng

riêng lớn hơn 4 g/cm 3 . Thuật ngữ này đƣợc sử dụng rộng rãi và thƣờng để chỉ các

nguyên tố Cu, Pd, Zn, Hg, Cd, Cr, Ni...[12]

KLN thƣờng không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa của cơ thể

sinh vật và thƣờng tích lũy trong cơ thể chúng. Vì vậy nếu hàm lƣợng cao thì chúng là

các nguyên tố gây độc hại với sinh vật và con ngƣời. [14]

Ngày nay do việc sử dụng các kim loại ngày càng nhiều trong công nghiệp dẫn đến

sự ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc tƣơng đối trầm trọng. Tại các thành phố lớn: nhƣ Hà

Nội, thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các cơ sở sản xuất công nghiệp đã và đang gây ô

nhiễm các nguồn nƣớc do không có các công trình, thiết bị xử lí kim loại nặng. Hơn thế

nữa các khu công nghiệp, khu chế suất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn…Hàng trăm

làng nghề trong cả nƣớc nhƣ đúc đồng , nhôm,…lƣu lƣợng hàng ngàn m3/ngày không qua

xử lí, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nƣớc và môi trƣờng khu vực. [2, 10]



Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số các kim loại nặng

trong nƣớc thải công nghiệp [16].

STT Nguyên tố Đơn vị Giá trị giới hạn A B C

1 Chì mg/l 0,1 0,5 1,0

2 Cadimi mg/l 0,005 0,010 0,500

3 Crom (VI) mg/l 0,05 0,10 0,50

4 Đồng mg/l 2,0 2,0 5,0

5 Niken mg/l 0,2 0,5 2,0

6 Mangan mg/l 0,5 1,0 5,0

Trong đó, nƣớc thải công nghiệp có giá trị nồng độ các chất thành phần bằng

hoặc nhỏ hơn giá trị quy định trong cột A có thể đổ vào các vực nƣớc đƣợc dùng làmnguồn cấp nƣớc sinh hoạt.

Nƣớc thải công nghiệp có giá trị nồng độ các chất thành phần nhỏ hơn hoặc

bằng giá trị quy định trong cột B chỉ đƣợc đổ vào các vực nƣớc dùng cho các mục đích

giao thông thuỷ, tƣới tiêu, bơi lội, nuôi thuỷ sản, trồng trọt...



2CrO 2

4+ 2H Cr

2O 2

7 + H

2O

Cr(VI) gây độc cho cơ thể qua gan, thần kinh và tim. Khi tiếp xúc trực tiếp với

Cr(VI), da có thể bị nổi phồng và loét sâu, thậm chí bị loét tới xƣơng. Nếu crom xâm

nhập theo đƣờng hô hấp sẽ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, thanh quản do

niêm mạc bị kích thích, sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nƣớc mũi. Nhiễm độc crom gây

ung thƣ phổi, ung thƣ gan và viêm thận.

Hàm lƣợng crôm cho phép trong nƣớc uống phần lớn đƣợc qui định là 0,05mg/l. 1.2.2. Ảnh hưởng của chì [3,12,14,32,34,36]

Chì tồn tại ở các dạng hóa trị : 0, +2, +4 trong đó muối chì hóa trị 2 là hay gặp

nhất và có độ bền cao nhất. Trong các hợp chất hữu cơ chì thƣờng có hóa trị 4. Trong

không khí chì kim loại bị oxy hóa tạo ra lớp màng oxit bảo vệ, trong nƣớc tạo ra lớp

hydroxit. Trong tự nhiên tồn tại các loại quặng galenit (PbS), cerusit (PbCO3) và

anglesit (PbSO4).

Chì đƣợc sử dụng để chế tạo acquy chì - axit và hợp kim. Hợp chất chì hữu cơ,

tetraethyl, tetramethyl chì đƣợc sử dụng với lƣợng khá lớn làm chất phụ gia xăng và



ngay cả ở nồng độ 1-30 g/l. Chì có khả năng bị hấp phụ tốt trên các chất sa lắng. Chì

có thể thâm nhập vào cơ thể ngƣời qua thức ăn, nƣớc uống và hít thở, chủ yếu do thức

ăn kể cả thông qua da. Chúng đƣợc tích tụ ở trong xƣơng, ít gây độc cấp tính trừtrƣờng hợp liều lƣợng rất cao. Nguy hiểm hơn là sự tích lũy lâu dài trong cơ thể của

lƣợng nhỏ trong thời gian dài. Trẻ sơ sinh, trẻ em dƣới sáu tuổi và phụ nữ có mang là

đối tƣợng nhạy cảm nhất với độc tố chì. Cơ chế tác dụng độc là sự kìm hãm hoạt động

của các enzym trong quá trình trao đổi chất của hồng cầu. Ban đầu chúng đƣợc liên

kết lỏng kẻo với hồng cầu và đƣợc thải ra khỏi cơ thể với tỉ lệ thấp, phần lớn chúng

đƣợc vận chuyển đến và tích tụ lại trong xƣơng, tóc. Triệu chứng thể hiện nhiễm độc

chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác động lên cả hệ thần kinh trung ƣơng và

ngoại vi.

Trên cơ sở liều lƣợng chịu đựng của cơ thể là 3,5 g/kg cơ thể trong ngày đối vớitrẻ em, nồng độ chì cho phép trong nƣớc uống của các quốc gia là 10-40 g/l.

1.2.3. Ảnh hưởng của cadimi [3,12,14,19,34,35]

Cadimi (Cd) là một kim loại tồn tại trong thiên nhiên dƣới dạng sulfua lẫn với

kẽm cacbonat (trong quặng kẽm) và dƣới các dạng hợp chất khác nhƣng ít hơn.



1.3. Tổng quan chung về hấp phụ

1.3.1. Các khái niệm cơ bản [3,4,7,9]

Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn,khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ,

còn chất đƣợc tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ .[5,7]

Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra do lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp

phụ. Tùy theo bản chất lực tƣơng tác mà ngƣời ta có thể chia hấp phụ thành 2 loại: hấp

phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

* Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử,

phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực Van der Walls yếu. Đó là tổng hợp

của nhiều loại lực khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hƣớng. Trong hấp

phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất

hoá học (không tạo thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ ngƣng tụ trên

bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Do vậy, trong quá trình

hấp phụ vật lý không có sự biến đổi đáng kể cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và

chất bị hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn, năng lƣợng tƣơn g tác



Dung lƣợng hấp phụ là lƣợng chất bị hấp phụ (độ hấp phụ) bởi 1 gam chất hấp

phụ rắn đƣợc tính theo công thức : q =

m

V C C ).( 0

q: lƣợng chất bị hấp phụ (mg/g).

C0, C: nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l).

V: thể tích dung dịch (l).

m: khối lƣợng chất hấp phụ (g).

*Hiệu suất hấp phụ(H)

Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung

dịch ban đầu.

H = 100.0

0

C

C C (%)

1.3.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [3,4,7,9]

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lƣợng chất bị hấp phụ là một

hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:

q = f (T, P hoặc C)



Trong các phƣơng trình trên, V – thể tích dung dịch chất bị hấp phụ, Vm – thể

tích dung dịch chất bị hấp phụ cực đại, P – áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, P0 – áp

suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ.

Ngƣời ta còn có thể sử dụng nhiều các dạng phƣơng trình đẳng nhiệt khác nhau

để mô tả cân bằng hấp phụ nhƣ: Dubinin, Frumkin, Tempkin tùy thuộc vào bản chất

của hệ và các điều kiện tiến hành quá trình hấp phụ.

Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP compozit

đối với các ion kim loại Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) trong môi trƣờng nƣớc theo mô hìnhđƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.

*Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Khi thiết lập phƣơng trình hấp phụ, Langmuir đã xuất phát từ các giả thuyết sau:

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.

Brunauer – Emmett –

Teller

(BET)

)( 0 P P V

P =

C V m.

1+

C V

C

m.

)1(.

0

1

P Vật lý, nhiều lớp



Nếu C << a tức nồng độ C rất nhỏ thì (2) có thể viết: q = qmax.a

C nghĩa là đại lƣợng

q tỉ lệ bậc nhất vào C. Đƣờng biểu diễn q – C là một đƣờng thẳng đi qua gốc tọa độ. Nếu C >> a thì (2) chuyển thành: q = qmax , nghĩa là đại lƣợng hấp phụ là một

hằng số. Khi đó, đƣờng biểu diễn ở vùng nồng độ lớn là một đƣờng thẳng song song.

Ở vùng nồng độ trung gian, đƣờng biểu diễn là một đoạn đƣờng cong.

Để xác định phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ngƣời ta chuyển

phƣơng trình (1) về dạng tuyến tính (3):

q

C =

max.

1

q K L +

max

1

q.C (3)

q (mg/g) C/q (g/l)



q: dung lƣợng hấp phụ.

C: nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng.

K F và n là những hằng số thực nghiệm. Khi C= 1, K F = q

Đối với sự hấp phụ khí hoặc hơi thì 1/n= 0,2 - 1 khi phƣơng trình Freundlich áp

dụng tốt cho vùng áp suất và nồng độ trung bình.

K F và n có thể xác định bằng phƣơng pháp đồ thị nhờ logarit hóa.

lgq = lg K F + 1/nlgC (1.6)

lg q

M



- Các phân tử chất bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ - giai đoạn hấp

phụ thực sự.

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết địnhhay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi

trƣờng nƣớc, quá trình khuếch tán thƣờng chậm và đóng vai trò quyết định.

Tốc độ của một quá trình hấp phụ đƣợc xác định bởi sự thay đổi nồng độ của

chất bị hấp phụ theo thời gian. Một vài mô hình động học hấp phụ đã đƣợc đƣa ra để

giải thích cơ chế hấp phụ

*) Mô hình động học hấp phụ bậc 1: Theo mô hình này, tốc độ của quá trình hấp

phụ phụ thuộc bậc nhất vào dung lƣợng chất hấp phụ [20,22,33,35,36].

1( )t e t

dqk q q

dt (5)

Trong đó:

- qe, qt: dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và tại thời điểm t (mg/g).

- k 1: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình động học bậc 1 (thời gian-1).

Áp dụng điều kiện biên tại thời điểm t = 0, q0 = 0 và t = t, qt = qt, phƣơng trình



Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe – qt) vào t

*) Mô hình động học hấp phụ bậc 2: Theo mô hình, tốc độ của quá trình hấp phụ

phụ thuộc bậc hai vào dung lƣợng của chất hấp phụ theo phƣơng trình: [20,22,33-36]2

2 ( )t e t

dqk q q

dt (7)

Trong đó: k 2: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình động học bậc 2 (g/mg.thời gian).

Áp dụng điều kiện biên cho bài toán tại t = 0 và t, phƣơng trình (7) có thể viết

dƣới dạng:

1 1

e t e

kt q q q

(8)

Hoặc về dạng tuyến tính: 2

2

1

t e e

t t

q k q q (9)

Từ đồ thị sự phụ thuộc của t/qt vào t,

ta xác định đƣợc qe và k 2. [13, 15]

t/qt



Anilin là hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C6H7 N, khối lƣợng phân tử

M = 93,13 g/mol. Là chất lỏng không màu nhƣng sẽ chuyển thành màu nâu khi gặp

không khí hoặc ánh sáng. Các đại lƣợng vật lý quan trọng đƣợc thể hiện dƣới đây: Khối lƣợng riêng: d = 1,023 g/cm3.

Độ nhớt: - Ở 20oC : 4,35 m.Pa.s.

- Ở 60oC : 1,62 m.Pa.s.

Độ tan: 3,7 g/ 100g H2O.

Nhiệt dung riêng: 2,06 J.g-1.K -1.

Nhiệt độ sôi: 184oC (101,3 kPa).

Nhiệt nóng chảy: -6oC.

* Tính chất hóa học:

• Tính bazơ: Anilin có tính bazơ là do trên nguyên tử Nitơ của nhóm – NH2 còn

cặp electron (p) chƣa phân chia. Tuy nhiên tính bazơ của anilin khá yếu (K b= 3,8.10-

10), vì cặp electron chƣa phân chia này liên hợp với hệ thống nối đôi của vòng benzen.

Tác dụng với axit tạo muối.

• Phản ứng axyl hóa:



Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (màu xanh thẫm) (PB)

Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (màu vàng) (LB)

Khi a = b, ở trạng thái Emeradin (màu xanh) (EB)

Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tƣơng tự quá trình oxi hóa,

quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần. Trong quá trình tổng hợp PANi

ngƣời ta còn quan sát đƣợc các màu sắc khác nhau tƣơng ứng với cấu trúc khác nhau

của PANi.



PANi có tính điện sắc vì màu của nó thay đổi do phản ứng oxi hóa- khử của

chúng. Màu sắc sản phẩm PANi có thể đƣợc quan sát tại các điện thế khác nhau (so

với điện cực calomen bão hòa) trên điện cực Pt nhƣ sau: màu vàng ( -0,2 V), màu xanhnhạt (0,0 V), màu xanh thẫm (0,65 V), các trạng thái tƣơng ứng với các trạng thái oxi

hóa khác nhau. Khi doping thêm các chất khác thì sự thay đổi màu sắc của PANi đa

dạng hơn. Ví dụ: doping thêm ion Cl thì màu sắc của PANi có thể thay đổi từ màu

vàng (trạng thái khử) sang màu xanh (trạng thái oxi hóa).

1.4.3.3. Khả năng tích trữ năng lượng

PANi có khả năng tích trữ năng lƣợng cao nên ngƣời ta thƣờng dùng nó là vật

liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ: thay thế MnO2 trong pin Laclanche để trở

thành acqui Zn/PANi có khả năng phóng nạp nhiều lần.

Cơ chế phản ứng trong quá trình phóng nạp acqui Zn/PANi xảy ra tại cực âm vàcực dƣơng nhƣ sau:

Tại cực âm: Zn → Zn2+ +2e-

Tại cực dƣơng:



hoàn, xung dòng, xung thế. Cho tới nay cơ chế tổng hợp PANi nói riêng và polymer

dẫn nói chung chƣa đƣợc lý giải một cách thuyết phục. Tuy nhiên về mặt tổng thể cơ

chế polymer hóa điện hóa PANi đƣợc mô tả gồm các giai đoạn trung gian chính: - Khuếch tán và hấp phụ anilin.

- Oxi hóa anilin.

- Hình thành polymer trên bề mặt điện cực.

- Ổn định màng polymer.

-

Oxi hóa khử bản thân màng polymer.

Theo cơ chế trên thì có 2 giai đoạn liên quan trực tiếp đến phản ứng là: giai

đoạn khuếch tán và giai đoạn hấp phụ, phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ monome và

giai đoạn oxi hóa anilin, phụ thuộc vào nồng độ anilin, đồng thời vào sự phân cực điện

hóa. Cả nồng độ monome và mật độ dòng đều có ảnh hƣởng trực tiếp tới tốc độ và

hiệu suất polymer hóa. Ngoài hai yếu tố trên thì tính chất polymer còn phụ thuộc vào

dung dịch điện ly, nhiệt độ, thời gian, pH, vật liệu làm điện cực nghiên cứu .

Phƣơng pháp điện hóa có thể gồm 3 loại phản ứng:

- Phản ứng điện hóa tạo ra các cation, radical oligome hòa tan.



Hình 1.6. Sơ đồ tổng quát về sự hình thành PANi bằng con đƣờng điện hóa





phân tán vào sơn để làm vật liệu chống ăn mòn. Đƣợc dùng để làm vật liệu anot hoặc

catot cho acqui, làm điốt phát quang hoặc lƣu trữ thông tin. Màng PANi dẫn điện còn

đƣợc sử dụng để tách hai axit vô cơ nhƣ HNO3 và H3PO4. Ngƣời ta còn sử dụng PANinhƣ một chất hấp phụ kim loại nặng khi cho dung dịch chứa kim loại nặng chảy qua

cột chứa PANi [1,2,5,8,10].

1.4.6 . Một số hướng nghiên cứu sử dụng vật liệu compozit PANi – chất mang làm

vật liệu hấp phụ

- Compozit PANi – mùn cƣa đƣợc sử dụng vật liệu để hấp phụ Cd(II) khỏi dung

dịch nƣớc. Nghiên cứu cho thấy, sự hấp phụ này tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

Freundlich và mô hình động học bậc 2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 20 phút tại

pH = 6. [24]

- PANi – mùn cƣa còn đƣợc sử dụng để hấp phụ nhiều ion kim loại nặng khác

nhƣ: As(III) tại pH = 12; Cr(VI) tại pH ≤ 2 và tại môi trƣờng trung tính pH = 7;

Pb(II), Hg(II) và Cd(II) ở môi trƣờng axit yếu pH = 6. [27-30].

- Compozit PANi – vỏ trấu: có khả năng hấp phụ kẽm tại pH = 3, thời gian đạt

cân bằng hấp phụ là 20 phút, dung lƣợng hấp phụ cực đại đạt 24,3 mg/g theo mô hình



Hemixenlulozơ là polysaccarit giống nhƣ xenlulozơ nhƣng có số mắt xích nhỏ hơn và

thƣờng bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và metyl.

Lignin là loại polime đƣợc tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai tròkết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ [12].

Lignocellulozơ nhƣ mùn cƣa là thành phần chính có chứa các polymer dễ biến

tính và có tính hấp phụ hoặc trao đổi ion cao. Các nghiên cứu cho thấy chúng có khả

năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nƣớc nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và các

thành phần polymer nhƣ xenlulozơ, hemixenllulozơ, pectin, lignin và protein. Các

polymer này có thể hấp phụ nhiều loại chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai.

Các hợp chất polyphenol nhƣ tannin, lignin trong gỗ đƣợc cho là những thành phần

hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng. Các vị trí anionic phenolic trong lignin có

ái lực mạnh đối với các kim loại nặng. Các nhóm hydroxyl trên xenlulozơ cũng đóng

một vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion của mùn cƣa do liên kết OH phân

cực chƣa đủ mạnh tạo ra liên kết yếu.

Việt Nam là một nƣớc có diện tích rừng khá lớn nên có sản lƣợng gỗ hàng năm

rất lớn. Với lƣợng mùn cƣa mỗi năm thu đƣợc thì việc sử dụng mùn cƣa để chế tạo



Ở Việt Nam, lạc đƣợc trồng rộng rãi khắp cả nƣớc. Trừ các loại đất quá dốc, đất

chua, đất chua mặn, đất sét...các loại đất khác đều trồng đƣợc lạc.

Theo nghiên cứu mới đây cho thấy, vỏ lạc – một trong những phụ phẩm lớn nhất,rẻ mạt của ngành công nghiệp thực phẩm, có thể sử dụng để cải tạo ruộng, lọc các

nguồn nƣớc bị nhiễm kim loại độc do các nhà máy thải ra, đặc biệt là ở các vùng đất,

nguồn nƣớc bị ô nhiễm ion kim loại nặng. Chúng có khả năng tách các kim loại nặng

hòa tan trong nƣớc nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và các thành phần polymer nhƣ

xellulozo, hemixenllulozo, lignin và protein. Các polyme này có thể hấp phụ nhiều loại

chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai.

1.5.3. Vỏ đỗ [2,18]

Thành phần chính của vỏ đỗ gồm: protein, lipit, gluxit. Protein của vỏ đỗ có chứa

các loại aminoaxit nhƣ methionin, trithophane, phenylanin, vanin,….nhƣng lại thiếu

hẳn một số các axit amin cần thiết khác mà đặc biệt là loại axit amin có chứa lƣu

huỳnh [16].

Vỏ đỗ xanh còn gọi là “lục đậu bì”, “lục đậu xác” có tính hàn,vị ngọt, công năng

thanh nhiệt, giải độc, tiêu khí nắng, lợi tiểu, tiêu phù thũng,….. Đặc biệt là khả năng



Phƣơng pháp phổ hồng ngoại có vai trò hết sức quan trọng trong việc phân tích

cấu trúc phân tử. Dựa theo tần số cƣờng độ để xác định sự tồn tại của các nhóm liên

kết trong phân tử. Sự chuyển dịch của tần số đặc trƣng và thay đổi cƣờng độ phản ánhsự tƣơng tác giữa các nhóm liên kết cạnh nhau trong phân tử.

Phổ IR của các chất mang và vật liệu compozit trong đề tài đƣợc chụp trên máy

IMPAC 410 – Nicolet (Đức) tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công

nghệ Việt Nam.

1.6.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

Kính hiển vi điện tử quét là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ

phân giải cao bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét lên bề

mặt. Việc tạo ảnh của mẫu đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức

xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu.

Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét đƣợc sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt và

cấu trúc lớp mỏng dƣới bề mặt trong điều kiện chân không hay khảo sát bề mặt điện

cực hoặc bề mặt bị ăn mòn, cũng nhƣ để phân tích thành phần hoá học của bề mặt.

Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét đƣợc mô tả ở hình 1.6:



Nếu mẫu đủ mỏng chùm tia sẽ xuyên qua mẫu đó là trƣờng hợp kính hiển vi điện

tử xuyên qua TEM kỹ thuật (TEM đƣợc dùng trong kỹ thuật để thăm dò khuyết tật

trong mạng tinh thể và khảo sát sự phân bố của các pha kim loại). Hiện nay, TEM

đƣợc cải tiến để thu nhận đƣợc hình ảnh trên một diện rộng và giảm thiểu phá huỷ mẫu

bởi các chùm tới cƣờng độ cao.

Nếu mẫu dày hơn thì sau khi tƣơng tác với bề mặt mẫu các sản phẩm tƣơng tác

(các điện tử thứ cấp) sẽ đi theo một hƣớng khác ra khỏi bề mặt mẫu. Các điện tử thứ

cấp này đƣợc detector 4 thu nhận, phân tích và chuyển đổi thành hình ảnh SEM. Đối

với mẫu không phải là kim loại muốn sử dụng kỹ thuật phản xạ này phải phủ trƣớc cho

mẫu một lớp màng mỏng kim loại cỡ 10nm để tránh hiện tƣợng điện tích tập trung trên

bề mặt mẫu.

Ảnh SEM của các vật liệu compozit trong đề tài đƣợc thực hiện trên máy FE –

SEM Hitachi S - 4800 (Nhật) tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và

Công nghệ Việt Nam.

1.6.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS

a. Nguyên tắc

Trong điều kiện thƣờng nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lƣợng

dƣới dạng các bức xạ lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Nhƣng khi nguyên tử ở



tố phân tích hƣớng vào khe đo để đo cƣờng độ của nó. Trong một giới hạn nhất định

của nồng độ, giá trị cƣờng độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần

phân tích theo phƣơng trình :

A = k.C.L (1.7)

Trong đó:

A : Cƣờng độ vạch phổ hấp thụ.

k : Hằng số thực nghiệm.

L : chiều dài môi trƣờng hấp thụ. C : Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.

5. Thu và ghi kết quả đo cƣờng độ vạch phổ hấp thụ.

b. Trang thiết bị hệ thống AAS

Dựa vào giá trị mật độ quang, ngƣời ta xác định nồng độ nguyên tử của nguyên

tố cần xác định trong thể tích mẫu. Mật độ quang của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồngđộ của nguyên tử chứa trong đó tại bƣớc sóng hấp thụ ứng với nguyên tố đó. Tính tỉ lệ

này đƣợc bảo toàn trong một nồng độ nhất định, tùy thuộc vào tính chất của nguyên tố

cần xác định và tính chất của đèn. Sự phụ thuộc trên là cơ sở thực tiễn của phƣơng

pháp phân tích hấp thụ nguyên tử định lƣợng.



Hàm lƣợng các kim loại trƣớc và sau khi hấp phụ đƣợc thực hiện trên máy đo

phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Thermo – Anh) tại Khoa Hóa Học – Trƣờng Đại Học

Khoa Học.

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất – Dụng cụ

Các dụng cụ và hóa chất đƣợc sử dụng trong quá trình làm thực nghiệm đƣợc

lấy từ phòng thí nghiệm của Khoa Hóa Học - Trƣờng ĐH Khoa Học - ĐH Thái

Nguyên.

2.1.1. Hóa chất - Anilin 99%, d= 1,023g/ml (Trung Quốc).

- Amonipersunfat dạng tinh thể trắng (Trung Quốc).

- Dung dịch HCl 37%, d=1,174g/ml (Merk – Đức).

- Cd(NO3)2 99,99% tinh thể trắng (Merk - Đức).



2.2. Pha chế hóa chất

- Dung dịch HCl 1M: Lấy 84 ml HCl 37% (d=1,174g/ml) cho vào bình định mức

1000ml, thêm nƣớc cất đến vạch định mức . - Dung dịch Cr(VI) nồng độ 1000 mg/l: cân một lƣợng chính xác 3,7350g tinh thể

K 2CrO4 99,99% hòa tan bằng nƣớc cất sau đó định mức tới 1000ml.

- Dung dịch Cd(II) nồng độ 1000 mg/l: cân một lƣợng chính xác 2,1023g tinh thể

Cd(NO3)2 99,99% hòa tan bằng nƣớc cất sau đó định mức tới 1000ml.

- Dung dịch Pb(II) nồng độ 1000 mg/l: cân một lƣợng chính xác 1,5980g thể

Pb(NO3)299,99%, hòa tan bằng nƣớc cất sau đó định mức tới 1000ml.

Từ các dung dịch có nồng độ 1000 mg/l pha loãng thành các dung dịch có nồng độ

nghiên cứu.

2.3. Tổng hợp vật liệu compozit2.3.1 . Tổng hợp vật liệu c ompozit dạng muối

- Lấy 200ml dung dịch HCl 1M cho vào cốc thủy tinh 500ml, đặt cốc trong chậu

thủy tinh đựng đá.

- Cho 4,65 (g) chất mang vào cốc khuấy đều, sau đó cho thêm 11,4 (g)



2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) của vật liệu

compozit polyanilin – chất mang

2.4.1. Nghiên c ứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ Chuẩn bị các dung dịch Cr(VI), Pb(II), Cd(II) nồng độ 20 mg/l.

- Sử dụng các cốc thủy tinh có dung tích 100ml, cân chính xác 0,02 g VLHP

(compozit, PANi, chất mang) cho vào các cốc.

- Thêm 50ml dung dịch Cr(VI), Pb(II), Cd(II) 20 mg/l vào mỗi cốc, tiến hành hấp

phụ trong các khoảng thời gian nghiên cứu xác định.- Sau đó lọc lấy dung dịch và đem đi xác định lại nồng độ bằng phƣơng pháp phổ

hấp thụ nguyên tử AAS.

2.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường hấp phụ pH

Chuẩn bị các dung dịch Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) có pH = 1, 2, 3, 4, 5, 6 nồng độ

20 mg/l.

- Sử dụng các cốc thủy tinh có dung tích 100ml, cân chính xác 0,02g VLHP vào

mỗi cốc.

- Thêm 50ml dung dịch nghiên cứu nồng độ 20 mg/l có pH = 1, 2, 3, 4, 5, 6 vào



Bảng 2.1. Thời gian và địa điểm lấy mẫu thực

Ký hiệumẫu

Thời gian lấymẫu

Địa điểm lấy mẫu

M1 13/03/2013 Tại trạm bơm cách nhà máy 15m M2 13/03/2013 Trong cống thải của nhà máy M3 13/03/2013 Trên miệng cống, ngoài mặt đƣờng M4 13/03/2013 Trong ao cách nhà máy 500mM5 13/03/2013 Trong cống thoát nƣớc cách nhà máy 20m M6 06/03/2012 Trong cống thải của nhà máy

Một số hình ảnh mẫu thực:



Mẫu lấy về đƣợc lọc cho hết các cặn bẩn và tiến hành đo phổ hấp thụ nguyên tử

AAS để xác định nồng độ các ion kim loại Cr(VI), Pb(II), Cd(II) ban đầu.

Quá trình hấp phụ: Lấy lần lƣợt 50 ml của từng mẫu nƣớc thải (điều chỉnh pHdung dịch đến pH tối ƣu) cho vào cốc 100 ml, cho VLHP compozit vào, tiến hành hấp

phụ trên máy khuấy từ trong các khoảng thời gian xác định. Sau đó lọc lấy dung dịch

và xác định nồng độ sau hấp phụ bằng máy phổ hấp phụ nguyên tử AAS.



CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả tổng hợp các vật liệu hấp phụ compozit polyanilin – chất mang Tổng hợp vật liệu hấp phụ PANi – chất mang theo 2 dạng: dạng muối và dạng

trung hòa, sản phẩm thu đƣợc ở dạng compozit. Hiệu suất tổng hợp trình bày trên bảng

3.1 đƣợc tính toán dựa trên cơ sở khối lƣợng của PANi hình thành so với khối lƣợng

monome ban đầu.

Công thức tính hiệu suất: H =compozit cm

anilin

m m

m.100%

Trong đó:

H: hiệu suất (%).

compozit m : khối lƣợng compozit (g).

cmm : khối lƣợng chất mang (g).

anilinm : khối lƣợng anilin (g).

Bảng 3.1. Hiệu suất tổng hợp các vật liệu compozit polyanilin – chất mang



3.2. Khảo sát một số đặc trƣng cấu trúc của vật liệu hấp phụ compozit polyanilin

– chất mang

3.2.1. Kết quả phổ hồng ngoại Để khảo sát đặc trƣng cấu trúc của vật liệu tổng hợp đƣợc, chúng tôi tiến hành

đo phổ hồng ngoại với các vật liệu: compozit, PANi và chất mang. Kết quả đƣợc thể

hiện trên hình từ 3.1 ÷ 3.9, kết quả tổng hợp trong bảng 3.2 .



Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của vỏ lạc



Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của compozit PMb



Hình 3.9. Phổ hồng ngoại cuả compozit PĐa



ứng. Dải phổ xuất hiện nhờ liên kết – N=quinoid=N – tại vị trí 1296 và 1104 cm-1, tại

1239 cm-1 do nhóm C-N+ vòng thơm, tại 599 cm-1 đặc trƣng cho sự hấp phụ của anion

Cl- . Kết quả trên đây chứng tỏ mẫu thu đƣợc có cấu trúc dạng muối của PANi tƣơng

tự nhƣ tài liệu đã công bố [1,5,25,28].

Trên đƣờng phổ của compozit dạng muối PMa, PLa, PĐa xuất hiện các dải phổ

đặc trƣng cho PANi dạng muối và chất mang, tuy nhiên cƣờng độ dải phổ trong vùng

xung quanh 3400 cm-1 giảm đi nhiều nhờ sự có mặt của PANi trong compozit.

Trên đƣờng phổ của compozit dạng trung hòa PMb, PLb, PĐb chỉ có các dải phổ đặc trƣng cho PANi và chất mang, không xuất hiện các dải phổ đặc trƣng cho PANi

dạng muối nhƣ dao động của liên kết C – N+ vòng thơm hay dải phổ đặc trƣng do sự

hấp phụ Cl- [5].

Kết quả phân tích phổ cho thấy, quá trình tổng hợp các vật liệu compozit theo

quá trình sau:

Bảng 3.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của các vật liệu hấp phụ



Số hóa bở i Trung tâm H ọc liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

g q p p g g ạ ậ ệ p p ụ

S sóng(cm-1)

VLHP

-OH N-HC-H

(vòngthơm)

C=C (vòngthơm)

Vòngquinoid

-N=quinoid=NC-N+ (vòng

thơm) Cl-

Quinoid= N-benzen

PANi3437,3240,1659,666

2860-2994

1490, 1581 1581 1296-1104 1239 599 -

Mùn cƣa 3413 - 2919 1454, 1465 - - -PMa 3431 2929 1459, 1569 1569 1293, 1106 1231 607 -

PMb 3448 29251736, 1592,

15051592 1244 - 1323

Vỏ lạc 3420 2929 1562,1670

PLa3437, 3252,1652

29291490,1580 1580 1107 1245 612

PLb 3437,3252, 29241586,1505,

16151586 1114

Vỏ đỗ 3428-3593

- 2929 1562-1655 - - - - -

PĐa 3417 3417, 32042927,2842

1567,1488 1567 1296, 1105 1242 611

PĐb 3482 3482, 3160 29361720,1659,

1543,14381543 1057 - - 1343



3.2.2. Kết quả nghiên cứu ảnh SEM

Ảnh hiển vi điện tử quét SEM đƣợc sử dụng để nghiên cứu cấu trúc, khảo sát

đặc điểm hình thái học bề mặt của các chất mang và compozit. Kết quả đƣợc thể hiện

trên hình từ 3.11 ÷ 1.19.

Hình 3.11. Ảnh SEM của mùn cƣa



Hình 3.14. Ảnh SEM của vỏ lạc



Hình 3.17. Ảnh SEM của vỏ đỗ



- Vỏ lạc sau khi nghiền cũng tồn tại ở dạng các thớ dài, chạy song song và khá

đều nhau, có kích thƣớc từ 6÷8 µm. Trong khi đó, vật liệu compozit ở cả 2 dạng muối

và trung hòa đều có cấu trúc dạng sợi, đƣờng kính khoảng 20 ÷ 40 nm. Bề mặt vật liệu

ở dạng compozit liên kết với nhau tạo thành vật liệu có độ xốp, rất thích hợp cho vật

liệu hấp phụ (hình 3.15a và 3.16a). Khi tổng hợp vật liệu compozit bằng phƣơng pháp

hóa học, PANi đã phủ lên trên bề mặt chất mang (vỏ lạc) và hình thành các sợi PANi

trong các hốc của chất mang làm tăng diện tích bề mặt của PANi và làm tăng khả nănghấp phụ của vật liệu (hình 3.15a và 3.16b).

- Vỏ đỗ có cấu trúc dạng sợi, kích thƣớc của vỏ đỗ không đồng đều, có những sợi

đƣờng kính 150 nm, nhƣng cũng có những sợi khoảng 30 ÷ 40 nm (hình 3.17). Vật

liệu compozit dạng muối có cấu trúc dạng tấm, kích thƣớc các tấm compozit này

không đồng đều, với đƣờng kính từ 20 đến 200nm, nhƣng chúng khá kết dính với

nhau. Trong khi đó, compozit dạng trung hòa có cấu trúc dạng sợi nhƣng không dài,

liên kết thành từng đám, mặt cắt ngang của các sợi là các đƣờng tròn với đƣờng kính

khoảng 20 ÷ 30nm .

3 3 N hiê ứ khả ă hấ h C (VI) Cd(II) à Pb(II) ủ á ật liệ



Bảng 3.4. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) theo thời gian của các chất mang ( C0 = 20mg/l)

Thời

gian

(phút)

C(mg/l) Hiệu suất hấp phụ (%)

Mùn

cƣa Vỏ lạc Vỏ đỗ

Mùn


5 17,89 13,19 10,05 10,53 34,03 49,76

10 17,43 12,19 9,62 12,86 39,06 51,91

20 16,73 12,24 8,97 16,36 38,79 55,13

30 16,73 11,63 8,80 16,33 41,83 55,99

60 16,52 11,01 8,51 17,38 44,96 57,43

90 16,33 10,69 8,04 18,35 46,53 59,78

120 15,62 8,90 8,06 21,89 55,48 59,68



Bảng 3.5. Hiệu suất hấp phụ Pb(II) theo thời gian của các vật liệu compozit ( C0 = 20mg/l)

Thờigian

(phút)

C (mg/l) Hiệu suất hấp phụ H (%)

PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb

5 11,47 8,96 9,86 42,66 55,20 50,70

10 11,67 5,9 8,64 41,65 70,50 56,80

15 9,39 4,94 8,04 53,05 75,30 59,80

30 8,99 3,36 4,68 55,07 83,20 76,60

60 8,83 3,16 3,58 55,84 84,20 82,10

90 7,72 4,04 5,16 61,43 79,80 74,20

120 7,54 3,90 5,04 62,29 80,50 74,80

Bảng 3.6. Hiệu suất và độ hấp phụ Pb(II) theo thời gian

của các chất mang ( C0 = 20mg/l)

Thời C (mg/l) H(%)



0

20

40

60

80

0 20 40 60 80 100 120

t (phút)

H ( % )

PMb

PLb

PĐb

Mùn cƣa

Vỏ lạc

Vỏ đỗ

Hình 3.21. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Pb(II) theo thời gian của các VLHP

Bảng 3.7. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo thời gian

của các vật liệu compozit ( C0 = 20mg/l)

Thời

gian

(phút)

C (mg/l) Hiệu suất hấp phụ H (%)


ấ ấ



Bảng 3.8. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo thời gian

của các chất mang ( C0 = 20mg/l)

Thờigian

(phút)

C (mg/l) H(%)Mùn


Mùn


5 19,45 17,45 18,26 2,75 12,74 8,71

10 19,05 17,24 18,17 4,74 13,81 9,16

20 18,97 16,94 17,98 5,13 15,28 10,12

30 18,80 16,86 17,87 5,99 15,72 10,62

60 18,91 16,78 17,53 5,44 16,08 12,34

90 18,92 16,86 17,53 5,39 15,68 12,35

120 18,78 16,86 17,51 6,09 15,69 12,46

40PMb

ế ể



Cr(VI) tăng lên rõ rệt. Theo kết quả nghiên cứu, sau khoảng 40 phút các đƣờng biểu

diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào thời gian có xu hƣớng tăng rất chậm,

gần nhƣ song song với trục hoành, chứng tỏ sự hấp phụ của vật liệu đạt gần cân bằng.

- Với ion Pb(II): Khi sử dụng VLHP là các chất mang: mùn cƣa, vỏ lạc, vỏ đỗ,

sau 120 phút hiệu suất hấp phụ Pb(II) thấp, chỉ đạt 6,19%; 20,55% và 15,20%. Trong

khi đó, hiệu suất hấp phụ tăng lên đáng kể từ 62,29% ÷ 80,50% khi sử dụng vật liệu

hấp phụ là các compozit. Sau 120 phút, hiệu suất hấp phụ Pb(II) của compozit PANi –

mùn cƣa, PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ lần lƣợt gấp 10,06; 3,92 và 4,92 lần hiệu

suất hấp phụ Pb(II) của các chất mang tƣơng ứng.

Trên đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào thời gian, ta nhận

thấy: khi sử dụng compozit PANi – vỏ đỗ và PANi – vỏ lạc, sau khoảng thời gian từ

30 ÷ 60 phút, hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể, sau 60 phút hấp phụ, hiệu suất

hấp phụ có xu hƣớng giảm; điều này có thể do mối liên kết giữa chất hấp phụ (vật liệu

compozit) và chất bị hấp phụ (ion Pb(II)) chƣa thật bền vững đã bị đứt gãy trong quá

trình khuấy trộn.

Khi sử dụng PANi – mùn cƣa làm chất hấp phụ, hiệu suất hấp phụ tăng dần,

i là để hấ h á i ki l i h hế ộ hầ l ili



compozit làm VLHP để hấp phụ các ion k im loại nặng, thay thế một phần polyanilin

nhằm giảm giá thành sản phẩm.

- Trong số các ion kim loại nghiên cứu hiệu suất hấp phụ Cd(II) của các vật liệu

hấp phụ là kém nhất, hiệu suất hấp phụ nhỏ hơn 50%; trong khi đó, hiệu suất hấp phụ

Cr(VI) và Pb(II) lớn hớn hẳn (> 70%)

- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ cuả các compozit với Cr(VI) và Cd(II) từ 40 ÷

120 phút, với hấp phụ Pb(II) thời gian đạt cân bằng hấp phụ khi sử dụng PANi – mùn

cƣa là 90 ÷ 120 phút; khi sử dụng PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ là 30 ÷ 60 phút.3.3.2 . Khảo sát ảnh hưởng của pH

Tiến hành các thí nghiệm nhƣ trong mục 2.4.2, kết quả đƣợc chỉ ra trong bảng

từ 3.9 ÷ 3.11 và hình từ 3.23 ÷ 3.25.

Bảng 3.9. Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) theo pH của các vật liệu compozit (C0 = 20mg/l)

pHC (mg/l) Hiệu suất hấp phụ H(%)

PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa

1 13,67 0,86 0,97 31.67 95,68 95,16

2 6.91 0,99 1,36 65,43 95,07 93,21

3 2 31 2 40 88 4 8 98



Bảng 3.10. Hiệu suất hấp phụ Cd(II) theo pH của các vật liệu compozit (C0 = 20mg/l)

pHC (mg/l) Hiệu suất hấp phụ H(%)


1 19,82 14,12 17,88 0,90 29,39 10,60

2 18,85 14,76 17,5 5,73 26,18 12,50

3 17,76 13,14 17,3 11,23 34,32 13,50

4 17,00 8,15 17,46 14,99 59,25 12,705 16,31 7,47 16,96 18,45 62,66 15,20

6 14,64 6,52 16,19 26,81 67,38 19,05



0

20

40

60

80

100

H ( % )

Hình 3.25. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Pb(II) vào pH

của các vật liệu compozit

*Nhận xét: Trong các môi trƣờng pH khảo sát ta thấy:

- Với ion Cr(VI): Ở môi trƣờng axit mạnh (pH=1, 2 , 3), sự hấp phụ ion Cr(VI)của các vật liệu compozit đều đạt hiệu suất lớn , vật liệu PMa có hiệu suất hấp phụ lớn

nhất tại pH = 3, Hmax

= 80,57%; các compozit PLa và PĐa đạt hiệu suất hấp phụ lớn tại

pH = 1 (HPLa = 95,68%, HPĐa = 95,16%). Ở môi trƣờng axit yếu (pH = 4, 5) thì độ hấp

h C (VI) ủ ả 3 ật liệ đề iả dầ à thấ hất ở ôi t ờ t tí h ( H 7)

trong nhóm amin hay imin với các cation kim loại lớn do đó khả năng hấp phụ ion



trong nhóm amin hay imin với các cation kim loại lớn, do đó khả năng hấp phụ ion

kim loại Cd(II) tăng lên. Còn ở môi trƣờng axit mạnh, polyanilin chuyển về dạng

không có các electron tự do, không có khả năng tạo phức với kim loại nên khả năng

hấp phụ kém.

* Từ các kết quả trên ta có thể rút ra kết luận sau:

- Khả năng hấp phụ các ion Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) của vật liệu compozit đều

phụ thuộc vào môi trƣờng hấp phụ.

- Khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của PANi – mùn cƣa tốt nhất ở môi trƣờng pH =3, của PANi – vỏ đỗ và PANi – vỏ lạc ở pH = 1. Khả năng hấp phụ Cd(II) và Pb(II)

của các compozit đạt hiệu suất cao nhất ở môi trƣờng pH = 6. Vì thế chúng tôi chọn

các môi trƣờng hấp phụ này cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ

Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu Cr(VI) đến dung lƣợng hấp phụ

các vật liệu compozit

C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g)



Hình 3.26. Sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Cr(VI)


Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu Pb(II) đến dung lƣợng hấp phụ


C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g)PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb 9,05 3,10 3,10 5,58 0,00 0,00 8,68 7,75 7,75

18,63 8,99 8,99 11,97 2,16 2,88 16,63 17,08 15,2829,23 13,75 13,75 20,09 5,05 6,48 22,85 21,75 18,18

37,40 17,99 17,99 25,60 8,67 9,63 29,50 23,30 20,90

Bảng 3 14 Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu Cd(II) đến dung lƣợng hấp phụ



Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu Cd(II) đến dung lƣợng hấp phụ


C0 (mg/l) C (mg/l) q (mg/g)

PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb

8,92 8,91 8,59 5,71 5,30 5,94 8,02 9,03 6,62

20,75 20,75 23,16 14,30 15,66 18,55 16,11 12,73 11,52

31,40 31,39 29,70 23,15 25,61 23,93 20,61 14,46 14,43

41,23 48,82 37,35 30,94 42,12 31,05 25,72 16,74 15,74

48,82 58,88 48,71 37,28 51,87 41,40 28,86 17,52 18,28

58,88 66,66 57,71 47,02 59,38 50,22 29,66 18,19 18,72

66,66 71,72 68,08 54,09 63,82 59,47 31,42 19,76 21,51

77,09 83,79 75,42 63,38 75,61 66,40 34,28 20,45 22,54

86,80 91,93 93,12 72,22 83,39 81,89 36,44 21,34 28,07

Dựa vào kết quả trên chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI)



Dựa vào kết quả trên, chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ion Cr(VI),

Pb(II) và Cd(II) của các compozit theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich. K ết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.29 ÷ 3.31 và bảng 3.15.

Hình 3.29. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Frendlich (b) dạng tuyến

tính quá trình hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

Bảng 3.15. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich



Bảng 3.15. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich


Kim

loại

Vậtliệu

hấp

phụ

Phƣơng trình Langmuir

dạng tuyến

tính

R 2 qmax

(mg/g)K L

Phƣơng

trình

Frendlich

dạng tuyến

tính

R 2 n K F

Cr(VI)

PMay = 0,0111x +

0,0503 0,9965 90,09 0,22y = 0,3574x

+ 1,3708 0,9114 2,80 23,50

PLay = 0,011x +

0,08690,997 90,91 0,13

y = 0,6075x

+ 1,09030,9896 1,65 12,32

PĐa y = 0,0173x +

0,2065

0,9971 57,80 0,08y = 0,5613x

+ 0,841

0,9961 1,78 6,94

Pb(II)

PMby=0,0101x+

0,59280,9289 99,01 0,02

y = 0,7178x

+ 0,4360,9798 1,39 2,73

PLby = 0,0379x +

0,02810,99 26,39 1,35

y = 0,4227x

+ 0,98410,8499 2,37 9,63

- Với Cr(VI): Quá trình hấp phụ Cr(VI) của compozit PANi – vỏ lạc và PANi –



Với Cr(VI): Quá trình hấp phụ Cr(VI) của compozit PANi vỏ lạc và PANi

vỏ đỗ phù hợp với cả 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich; Quá trình

hấp phụ Cr(VI) của compozit PANi – mùn cƣa phù hợp hơn với mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Langmuir. Theo đó dung lƣợng hấp phụ Cr(VI) cực đại của các compozit PANi

– mùn cƣa, PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ lần lƣợt là 90,09mg/g; 90,91 mg/g và

57,80 mg/g.

- Với Pb(II): Quá trình hấp phụ Pb(II) của compozit PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ

đỗ phù hợp hơn với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung lƣợng hấp phụcực đại lần lƣợt là 26,39 mg/g và 24,39 mg/g. Quá trình hấp phụ Pb(II) của compozit

PANi – mùn cƣa phù hợp hơn với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich.

- Với Cd(II): Quá trình hấp phụ Cd(II) của compozit PANi – vỏ lạc phù hợp với

cả 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Fr endlich với dung lƣợng hấp phụ cực

đại đạt 23,75 mg/g. Quá trình hấp phụ Cd(II) của compozit compozit PANi – mùn cƣa phù hợp hơn với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, qmax = 51,55 mg/g. Quá trình

hấp phụ Cd(II) của compozit PANi – vỏ đỗ phù hợp hơn với mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Frendlich.

3 3 5 Mô hì h độ h hấ h ủ á ật liệ it



Hình 3.33. Phƣơng trình động học hấp phụ Pb(II) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2

(b) của các vật liệu compozit

Bảng 3.16. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

Vật liệuMô hình động học bậc 1

qthực nghiệm Mô hình động học bậc 2

Ph t ì h d k Ph t ì h d k



65

hấp phụ ự g ệ

(mg/g)Phƣơng trình dạng

tuyến tính R 2

qe (mg/l)

k 1 (phút-1)

Phƣơng trình dạngtuyến tính

R 2 qe

(mg/l)k 2

(g/mg.phút)

PMa y = -0,0167x + 0,9558 0,9139 9.04 0.04 48.02 y = 0,0206x + 0,0351 0,9999 48.54 0.01

PLa y = -0,0218x + 1,0628 0,9818 11.56 0.05 36.13 y = 0.0271x + 0,0691 0,9999 36.90 0.01

PĐa y = -0,0154x + 0,656 0,8353 4.53 0.04 45.62 y = 0,0218x + 0,0205 1.00 45.87 0.02

Bảng 3.17. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

Vật liệuhấp phụ

Mô hình động học bậc 1 qthực nghiệm

(mg/g)

Mô hình động học bậc 2

Phƣơng trình dạng tuyến tính

R 2 qe

(mg/l)k 1

(phút-1)Phƣơng trình dạng

tuyến tính R 2

qe (mg/l)

k 2 (g/mg.phút)

PMb y = -0,0064x + 0,4236 0.8847 2.65 0.01 4.90 y = 0,1994x + 2.391 0.9772 5.02 0.02

PLb y = -0,0203x + 0,4343 0,9481 2.72 0.05 19.91 y = 0.0498x + 0,0537 1.0000 20.08 0.05PĐb y = -0,0064x + 0,2392 0.9593 1.73 0.01 18.72 y = 0,0535x + 0,0669 0.9996 18.69 0.04

Bảng 3.18. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cd(II) của các vật liệu compozit

Vật liệuhấp phụ

Mô hình động học bậc 1 qthực

nghiệm (mg/g)

Mô hình động học bậc 2

Phƣơng trình dạng tuyến tính

R 2 qe (mg/l)k 1

(phút-1)Phƣơng trình dạng

tuyến tính R 2

qe (mg/l)

k 2 (g/mg.phút)

PMb y = -0,0141x + 1.0607 0.8845 11.51 0.03 31.15 y = 0,0313x + 0,1438 0.9977 31.95 0.01

PLb y = -0,0063x + 0,96 0.8157 9.12 0.01 42.10 y = 0.0245x + 0.0258 0.9987 40.82 0.02

PĐ b y = -0,0056x + 1,1747 0.9664 14.96 0.01 41.05 y = 0,0258x + 0,0627 0.9950 38.76 0.01

Nhận xét: Kết quả trong các bảng 3.16 ÷ 3.18 cho thấy:



Các hệ số tƣơng quan R 2 trong phƣơng trình động học dạng tuyến tính quá trình hấp

phụ các ion kim loại Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) của các vật liệu hấp phụ compozit khá lớn.

Giá trị R 2 của mô hình động học bậc 2 lớn hơn so với mô hình động học bậc 1 đối với tất

cả các quá trình hấp phụ của các vật liệu hấp phụ .

Mặt khác, so sánh giá trị dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (qe) tính theo

mô hình và theo thực nghiệm của các vật liệu compozit, ta thấy qe theo mô hình động học

bậc 2 sát với các giá trị thực nghiệm hơn.Điều này chứng tỏ sự hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II), Cd(II) của các vật liệu

compozit PANi – mùn cƣa, PANi - vỏ lạc và PANi - vỏ đỗ phù hợp hơn với mô hình

động học bậc 2. Tốc độ hấp phụ của vật liệu tại thời điểm t phụ thuộc vào bình phƣơng

dung lƣợng đã hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

3.4 Ứng dụng xử lý kim loại nặng trong mẫu thực bằng các vật liệu compozit Bảng 3.19. Kết quả tách loại ion Pb(II) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy

Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các VLHP

CPANi – vỏ đỗ PANi – vỏ lạc PANi – mùn cƣa

M1, M2, M3 đã đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nƣớc thải đổ vào khu vực lấy nƣớc cung



cấp cho mục đích sinh hoạt (C < 0,1 mg/l).

Bảng 3.20. Kết quả tách loại ion Cd(II) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy

Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các vật liệu compozit

Mẫu C0

(mg/l)

PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi – mùn cƣa

Ccb

(mg/l)

H

(%)

Ccb

(mg/l)

H

(%)

Ccb

(mg/l)

H

(%)

M1 0,019 - 100 - 100 0.006 68,42

M2 0,268 0,056 79,03 0,077 71,25 0,164 38,77

M3 0,108 - 100 - 100 - 100

M4 0 Không xử lý


( Dấu " - ” hấp phụ hoàn toàn )

Bảng 3.21. Kết quả tách loại ion Cr(VI) ra khỏi nƣớc thải của nhà máy



Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các vật liệu compozit

Mẫu C0

(mg/l)

PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi – mùn cƣa

Ccb

(mg/l)

H

(%)

Ccb

(mg/l)

H

(%)

Ccb

(mg/l)

H

(%)






M6 0,452 0,067 85,18 0,072 84,07 0,081 82,08

Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân Sông Công cho thấy

hàm lƣợng ion Cr(VI) ở mẫu M6 cao và vƣợt tiêu chuẩn cho phép của nƣớc thải công

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ



1. Kết luận:

Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi – mùn cƣa, PANi – vỏ đỗ và PANi – vỏ lạc theo hai dạng: dạng muối và dạng trung hòa bằng phƣơng pháp hóa học. Vật liệu

có cấu trúc dạng sợi với đƣờng kính cỡ 30 ÷ 50 nm.

Các vật liệu compozit dạng muối có khả năng hấp phụ Cr(VI) khá tốt. Khả năng hấp

phụ Cr(VI) của compozit phụ thuộc vào môi trƣờng pH và đạt hiệu quả tốt nhất ở môi

trƣờng axit có pH = 1, 3. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ sau 40 phút. Dung lƣợng hấp phụcủa các vật liệu compozit tăng khi nồng độ ban đầu của Cr(VI) tăng.

Các vật liệu compozit dạng trung hòa có khả năng hấp phụ các cation Cd(II) và

Pb(II). Sự hấp phụ tốt nhất ở môi trƣờng axit yếu pH = 6. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ

với Cd(II) là 40 phút, với Pb(II) thời gian đạt cân bằng hấp phụ khi sử dụng PANi – mùn

cƣa là 90 phút; khi sử dụng PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ là 30 phút. Dung lƣợng hấp phụ của các vật liệu compozit tăng khi nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ Cd(II) và

Pb(II) tăng.

Đã xác định đƣợc mô hình hấp phụ đẳng nhiệt quá trình hấp phụ các ion Cr(VI),

Pb(II), Cd(II) của các vật liệu compozit và dung lƣợng hấp phụ cực đại tƣơng ứng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO



TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt

[1]. Nguyễn Việt Bắc, Chu Chiến Hữu, Bùi Hồng Thỏa, Phạm Minh Tuấn,“ polyanilin: Một số tính chất và ứng dụng” Tạp chí khoa học- Viện khoa Học và Công

Nghệ Việt Nam, tập 43, (2005).

[2]. Cao Thị Bình, “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu composit PANi/ chất

mang, ứng dụng trong xử lý môi trường” khóa luận tốt nghiệp, Đại Học Quốc Gia Hà Nội,

(2006).[3]. Lê Văn Cát, Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước thải, Nhà xuất bản

thống kê Hà Nội, 2002.

[4]. Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lý nước, Nhà xuất bản Thanh niên Hà

Nội, 1999.

[5]. Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hƣơng, Vũ kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng, “Tổng

hợp hóa học polyanilin hoạt hóa bằng camphosulfonic axit”, Tạp chí hóa học, T.47 (4A),

Tr. 44 – 48, 2009.

[6]. Phạm Luận. Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại Học Quốc Gia Hà

[15]. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4556 – 88 “ Nước thải, phương pháp lấy mẫu, vận



chuyển, và bảo quản mẫu”.

[16]. Tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp TCVN 5945-2005.

[17]. Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5999-1995 về Chất lƣợng nƣớ c lấy mẫu và Hƣớ ng

dẫn lấy mẫu nƣớ c thải.

[18]. Hồ Sĩ Tráng. Cơ sở hóa học gỗ và xenlulozo, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật,

(2006).

[19]. Bùi Văn Uy. Đồ chơi, đồ trang sức có chất độc cadimi: Tác hại kép, Báo sứckhỏe và đời sống , 22/2/2010.

Tài liệu tiếng Anh

[20]. Ali Kara & Emel Demirbel, “Kinetic, Isotherm and Thermodynamic Analysis on

Adsorption of Cr(VI) Ions from Aqueous Solutions by Synthesis and Characterization of

Magnetic-Poly (divinylbenzene-vinylimidazole) Microbeads”, Water Air Soil Pollut, 223,

pp 2387 – 2403, (2012).

[21]. Bulut Yasemin, Tez Zeki, “Removal of heavy metals from aqueous solution by

d t d ti ” J l f E i t l S i 19 160 166 (2007)

[27]. Thi Binh Phan, Ngoc Que Do, Thi Thanh Thuy Mai, “The adsorption ability of



Cr(VI) on sawdust- polyaniline nanocomposite”.Adv.Nat.Sci:Nanoscience and

Nanotechnology, 2010.

[28]. R. Asari and N.Khoshbakht Fahim,“ Application of polypyrole coated on wood

sawdust for removal of Cr(VI) ion from aqueous solutions”, Journal of Enggineering

Sciece and Technology (8.2008).

[29]. Reza Ansari, “ Application of polyaniline and its composites for adsorption/

recovery of chromium (VI) from aqueous solutions”. Acta Chim. Slov. Vol.53 pp.88-94.

(2006).

[30]. Reza Anseri, J.Feizy, Ali F.Delavar, “ Removal of Arsenic Ions from Aqueous

Solutions Using Conducting P olymers”, E-Journal of Chemistry, Vol. 5, No.4, pp. 853-

863, ( 2008).

[31]. R. Ansari, F. Raofie, “ Removal of Mercuric Ion from Aqueous Solutions Using

Sawdust Coated by Polyaniline”, E-Journal of Chemistry, Vol. 3, No.10, pp 35-43,

(2006).

[32]. R. Ansari, F. Raofie, “ Removal of Lead Ion from Aqueous Solutions Using

S d t C t d b P l ili ” E J l f Ch i t V l 3 N 10 49 59 (2006)

PHỤ LỤC

Bảng 1. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

C (mg/l) C (mg/l) log C q (mg/g) log q C/q



Co (mg/l) C (mg/l) log C q (mg/g) log q C/q

PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa

7,04 9,13 11,53 1,39 3,59 1,73 0,10 0,66 0,47 14,12 13,86 24,51 1,15 1,14 1,39 0,10 0,66 0,47

14,33 13,53 18,16 3,45 5,92 3,49 0,13 0,71 0,50 27,19 19,02 36,68 1,43 1,28 1,56 0,13 0,71 0,50

19,49 18,64 30,00 5,19 8,97 8,37 0,15 0,77 0,55 35,74 24,19 54,07 1,55 1,38 1,73 0,15 0,77 0,55

27,05 25,26 40,24 8,37 13,22 11,27 0,18 0,84 0,56 46,69 30,10 72,42 1,67 1,48 1,86 0,18 0,84 0,56

31,23 28,60 53,95 10,46 15,53 24,19 0,20 0,88 0,73 51,93 32,66 74,41 1,72 1,51 1,87 0,20 0,88 0,73

34,64 29,73 61,30 12,64 16,36 29,09 0,23 0,89 0,76 54,99 33,41 80,51 1,74 1,52 1,91 0,23 0,89 0,76

39,43 36,70 70,19 15,12 21,69 38,73 0,25 0,98 0,89 60,78 37,54 78,65 1,78 1,57 1,90 0,25 0,98 0,89

80,30 47,41 0,98 82,22 1,91 0,98

Bảng 2. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit

PMb PLb PĐb

Co

(mg/l)

C

(mg/l)lg C

q

(mg/g)lg q C/q

Co

(mg/l)

C

(mg/l)

q

(mg/g)C/q lgC lgq

Co

(mg/l)

C

(mg/l)

q

(mg/g)C/q lgC lgq

9,05 5,58 0,75 8,68 0,94 0,64 3,10 0,00 7,75 0,00 0,00 0,89 3,10 0,00 7,75 0,00 0,00 0,89

18,63 11,97 1,08 16,63 1,22 0,72 8,99 2,16 17,08 0,13 0,33 1,23 8,99 2,88 15,28 0,19 0,46 1,18

29,23 20,09 1,30 22,85 1,36 0,88 13,75 5,05 21,75 0,23 0,70 1,34 13,75 6,48 18,18 0,36 0,81 1,26

37,40 25,60 1,41 29,50 1,47 0,87 17,99 8,67 23,30 0,37 0,94 1,37 24,25 15,71 21,35 0,74 1,20 1,33

48,91 33,55 1,53 38,46 1,59 0,87 24,25 13,91 25,85 0,54 1,14 1,41 0,00

58,22 41,68 1,64 41,36 1,62 1,01

73,09 52,53 1,72 51,40 1,71 1,02



82,09 60,40 1,78 54,22 1,73 1,11

87,19 67,03 1,83 50,40 1,70 1,33

94,63 73,83 1,87 52,01 1,72 1,42

Bảng 3. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ Cd(II) của các vật liệu compozit

PMb PLb PĐb

C0

(mg/l)

C

(mg/l)

q

(mg/g)C/q lg C lg q

C0

(mg/l)

C

(mg/l)

q

(mg/g)C/q lg C lg q

C0

(mg/l)

C

(mg/l)

q

(mg/g)C/q lg C lg q

8,92 5,71 8,02 0,71 0,76 0,90 8,91 5,30 9,03 0,59 0,72 0,96 8,59 5,94 6,62 0,90 0,77 0,82

20,75 14,30 16,11 0,89 1,16 1,21 20,75 15,66 12,73 1,23 1,19 1,10 23,16 18,55 11,52 1,61 1,27 1,0631,40 23,15 20,61 1,12 1,36 1,31 31,39 25,61 14,46 1,77 1,41 1,16 29,70 23,93 14,43 1,66 1,38 1,16

41,23 30,94 25,72 1,20 1,49 1,41 48,82 42,12 16,74 2,52 1,62 1,22 37,35 31,05 15,74 1,97 1,49 1,20

48,82 37,28 28,86 1,29 1,57 1,46 58,88 51,87 17,52 2,96 1,71 1,24 48,71 41,40 18,28 2,27 1,62 1,26

58,88 47,02 29,66 1,59 1,67 1,47 66,66 59,38 18,19 3,26 1,77 1,26 57,71 50,22 18,72 2,68 1,70 1,27

66,66 54,09 31,42 1,72 1,73 1,50 71,72 63,82 19,76 3,23 1,80 1,30 68,08 59,47 21,51 2,76 1,77 1,33

77,09 63,38 34,28 1,85 1,80 1,54 83,79 75,61 20,45 3,70 1,88 1,31 75,42 66,40 22,54 2,95 1,82 1,35

86,80 72,22 36,44 1,98 1,86 1,56 91,93 83,39 21,34 3,91 1,92 1,33 93,12 81,89 28,07 2,92 1,91 1,45

Bảng 4. Các thông số xử lý động học hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

Thời gian

(phút)

q (mg/g) lg(qe-qt) t/qt (phút,g/mg)



(phút) PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa

5 37,29 27,17 40,43 1,03 0,95 0,72 0,13 0,18 0,12

10 40,74 27,67 41,35 0,86 0,93 0,63 0,25 0,36 0,24

15 44,15 31,53 42,43 0,59 0,66 0,50 0,34 0,48 0,35

30 46,46 34,09 45,06 0,19 0,31 -0,25 0,65 0,88 0,67

60 46,65 35,33 45,12 0,14 -0,09 -0,29 1,29 1,70 1,33

90 47,75 36,03 45,37 -0,57 -0,97 -0,59 1,88 2,50 1,98

120 48,02 36,13 45,62 - - - 2,50 3,32 2,63

Bảng 5. Các thông số xử lý động học hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit

Thời gian

(phút)

q (mg/g) lg(qe-qt) t/qt (phút,g/mg)

PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb PMb PLb PĐb

5 22,33 27,6 25,35 0,95 1,16 1,19 0,22 0,18 0,20

10 20,83 35,25 28,4 1,01 0,84 1,10 0,48 0,28 0,35

20 26,53 37,65 29,9 0,66 0,65 1,05 0,75 0,53 0,67

30 27,54 41,6 38,3 0,56 - - 1,09 0,72 0,78

60 27,92 42,1 41,05 0,51 - - 2,15 1,43 1,46

90 30,72 39,9 37,1 -0,37 0,34 0,60 2,93 2,26 2,43

120 31,15 40,25 37,4 - 0,27 0,56 3,85 2,98 3,21

Bảng 6. Các thông số xử lý động học hấp phụ Cd(II) của các vật liệu compozit

Thời gian q (mg/g) lg(qe-qt) t/qt (phút,g/mg)



Thời gian

(phút)

q ( g g) g(q q ) q (p g g)

PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa PMa PLa PĐa

5 2,12 17,26 17,02 0,44 0,42 0,23 2,36 0,29 0,29

10 2,32 17,47 17,10 0,41 0,39 0,21 4,32 0,57 0,58

15 2,96 18,65 17,44 0,29 0,10 0,11 5,07 0,80 0,86

30 3,64 19,57 17,58 0,10 -0,46 0,05 8,24 1,53 1,71

60 3,60 19,75 18,10 0,11 -0,80 -0,21 16,66 3,04 3,31

90 4,21 19,86 18,20 -0,16 -1,30 -0,29 21,40 4,53 4,94

120 4,90 19,91 18,72 - - - 24,49 6,03 6,41

Documents

Tổng hợp, nghiên cứu vật liệu hấp phụ compozit từ polyanilin và các phụ phẩm nông nghiệp hướng đến ứng dụng xử lý môi trường