Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ mn2+ trên vật liệu hấp thu tổng hợp từ bã chè

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
-------------------

MAI KHÁNH HÒA

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH
2+

HẤP PHỤ Mn TRÊN VẬT LIỆU HẤP THU
TỔNG HỢP TỪ BÃ CHÈ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

HÀ NỘI 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
-------------------


MAI KHÁNH HÒA

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH
2+

HẤP PHỤ Mn TRÊN VẬT LIỆU HẤP THU
TỔNG HỢP TỪ BÃ CHÈ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Người hướng dẫn khoa học

ThS. TRẦN QUANG THIỆN

HÀ NỘI 2018


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới ThS. Trần Quang Thiện
đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bài khóa luận của mình.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa hóa học – Trường
đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong thời
gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân luôn giúp đỡ, động viên, hỗ trợ
em trong quá trình làm khóa luận.
Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em
rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để bài khóa luận của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Sinh viên

Mai Khánh Hòa


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan khóa luận này là công trình nghiên cứu của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn nghiên cứu của ThS. Trần Quang Thiện. Trong quá trình
nghiên cứu, tôi có sử dụng tài liệu của một số tác giả dùng làm tài liệu tham
khảo để tôi tìm hiểu vấn đề nghiên cứu của mình. Các số liệu và kết quả trong
bài luận là hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kì công trình
khoa học nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Sinh viên

Mai Khánh Hòa


CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

AAS

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Atomic Absorption
Spectroscopy

ANi

Anilin

Aniline

BC

Bã chè

PANi

Polyanilin

PANi-BC

PANi-Bã chè

PPNN

Phụ phẩm nông nghiệp

IR

Phổ hồng ngoại

Infrared spectroscopy

SEM

Kính hiểm vi điện tử quét

Scanning electron
microscope

Polyaniline


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 1
3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 2
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN.............................................................................. 3
1.1. Polyanilin (PANi)....................................................................................... 3
1.1.1. Cấu trúc phân tử PANi ............................................................................ 3
1.1.2. Phương pháp tổng hợp PANi .................................................................. 3
1.2. Bã chè......................................................................................................... 4
1.2.1. Tổng quan về chè .................................................................................... 4
1.2.2. Các thành phần sinh hóa của chè ............................................................ 5
1.3. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng ............................................................... 6
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ........................................................... 7
1.5. Động học quá trình hấp phụ ....................................................................... 8
1.5.1. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ ........................................................... 8
1.5.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ............................................................ 8
1.5.3. Động học hấp phụ ................................................................................. 11
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 13
2.1. Hóa chất – Thiết bị................................................................................... 13
2.1.1. Hóa chất................................................................................................. 13
2.1.2. Thiết bị- Dụng cụ .................................................................................. 13
2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 13
2.2.1. Phương pháp kính hiểm vi điện tử quét (SEM) .................................... 13
2.2.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)......................................... 14
2.2.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)........................................................ 14
2.3. Thực nghiệm ............................................................................................ 15
2.3.1. Tổng hợp vật liệu .................................................................................. 15


2.3.1.1. Xử lý bã chè trước khi tổng hợp ........................................................ 15
2.3.1.2. Tổng hợp vật liệu ............................................................................... 16
2+

2.3.2. Khả năng hấp phụ của các vật liệu đối với Mn .................................. 16
2.3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian.................................................................... 16
2.3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ....................................................... 17
2.3.2.3. Ảnh hưởng của pH ............................................................................. 17
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 18
3.1. Tổng hợp vật liệu ..................................................................................... 18
3.1.1. Phổ hồng ngoại IR................................................................................. 18
3.1.2. Kết quả phân tích SEM ......................................................................... 19
3.2. Khả năng xử lý ion kim loại nặng............................................................ 19
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian....................................................................... 19
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu .......................................................... 21
3.2.3. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 22
3.3. Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................................ 24
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 27


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Mối tương quan của RL và dạng mô hình ...................................... 11
Bảng 3.1. Giá trị số sóng của các mẫu: PANi – BC, BC, PANi. ................... 18
Bảng 3.2. Các thông số của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của
2+

vật liệu hấp phụ gốc PANi- BC đối với Mn . ............................. 25


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử PANi ..................................................................... 3
Hình 1.2. Hình ảnh chè Tân Cương - Thái Nguyên ......................................... 4
Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................ 10
Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q vào C ................................................ 10
Hình 1.5. Đồ thị sự phụ thuộc của lg (qe-qt) vào t .......................................... 12
Hình 3.1. Phổ IR của các mẫu ........................................................................ 18
Hình 3.2. Phổ SEM của các mẫu PANi-BC, PANi, BC. ............................... 19
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến nồng độ cân bằng và hiệu suất
hấp phụ. C0=20mg/L, pH =7........................................................... 20
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ.
C0=20mg/L, pH =7.......................................................................... 20
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến nồng độ cân bằng và
hiệu suất hấp phụ. pH =7, t=120 phút............................................. 21
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến dung lượng hấp phụ.
pH=7, t=120 phút. ........................................................................... 22
Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến nồng độ cân bằng và hiệu suất hấp
phụ. C0 = 20mg/L, t=120 phút. ....................................................... 23
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ.
Co=20mg/L,t=120 phút. .................................................................. 23
Hình 3.9. Mối quan hệ giữa C/q và C theo phương trình hấp phụ đẳng
2+

nhiệt Langmuir của vật liệu PANi – BC đối với Mn . .................. 24
Hình 3.10. Mối quan hệ giữa tham số RL với nồng độ chất hấp phụ ban
2+

đầu C0 của Mn .............................................................................. 25


MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, ô nhiễm nguồn nước đang trở nên nghiêm
trọng ở nhiều quốc gia trên toàn cầu. Hàng ngày có rất nhiều nhà máy ở các
khu công nghiệp thải trực tiếp các chất có chứa ion kim loại nặng với hàm
lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép ra môi trường, cùng với lượng nước thải
từ các làng nghề tái chế kim loại, hoạt động giao thông vận tải và nước thải
sinh hoạt... Đây chính là nguyên nhân gây cho môi trường nước mặt, nước
ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng một cách nghiêm trọng.
Việc nghiên cứu các biện pháp bảo vệ và xử lý môi trường nước bị ô
nhiễm đang là mối quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới. Đã có nhiều phương
pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra khỏi môi trường nước
như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi
ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học…Trong đó, một trong
những phương pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là tận dụng
các phụ phẩm nông nghiệp như bã cà phê, vỏ lạc, vỏ trấu…làm vật liệu hấp
phụ ion kim loại nặng.
Trong một số nghiên cứu gần đây, để tăng hiệu suất hấp phụ ion kim
loại nặng, người ta tiến hành phối trộn polyanilin với phụ phẩm nông nghiệp.
Một trong những nguồn phụ phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn ở nước ta là
bã chè. Bã chè có khả năng tách kim loại và màu trong nước nhờ tính xốp và
thành phần xellulozo, đồng thời có khả năng tái sử dụng vật liệu, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường.
Xuất phát từ lý do trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu động học quá
2+

trình hấp phụ Mn trên vật liệu hấp thu tổng hợp từ bã chè.”
2. Mục tiêu nghiên cứu
2+

Nghiên cứu động học hấp phụ Mn trên vật liệu tổng hợp từ bã chè và
đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu.

1


3. Nội dung nghiên cứu
 Tổng hợp vật liệu.
2+
 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu Mn , thời gian, pH đến
khả năng hấp phụ của vật liệu.
 Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
4. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp kính hiểm vi điện tử quét SEM để xác định hình
dạng, cấu trúc bề mặt vật liệu.
 Phương pháp phổ hồng ngoại IR.
 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định hàm
lượng nguyên tố trong dung dịch trước và sau khi hấp phụ.
 Xử lí số liệu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Với nguồn nhiên liệu rồi rào, tận dụng chúng nhằm hạn chế lượng chất
2+

thải ra môi trường, việc nghiên cứu động học quá trình hấp phụ Mn trong
nước thải bằng vật liệu được tổng hợp từ bã chè là hết sức hữu ích. Vật liệu
tổng hợp được có tính khả thi, nâng cao hiệu quả kinh tế, được áp dụng rộng
rãi trong mọi lĩnh vực.

2


CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN
1.1. Polyanilin (PANi)

3


1.1.1. Cấu trúc phân tử PANi
PANi là một polime tạo thành từ phản ứng cộng hợp của nhiều phân tử
anilin trong điều kiện có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác. Dạng tổng quát
của PANi như sau:

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử PANi [4,9,17].
Với các giá trị a và b có thể thay đổi a,b = 0,1,2,3,4… Màu sắc, cấu trúc
mạch polime cũng thay đổi tùy thuộc vào sự có mặt của các tác nhân oxy hóa
khác nhau.
1.1.2. Phương pháp tổng hợp PANi
PANi là một trong những polime dẫn có khả năng tổng hợp đơn giản.
Vì vậy PANi ngày càng được quan tâm hiện nay. PANi được tổng hợp bằng 2
phương pháp là: phương pháp điện hóa và phương pháp hóa học [13].
- Phương pháp điện hóa:
PANi được tổng hợp theo con đường điện hóa bằng một số phương
pháp thường được sử dụng như: xung dòng, xung thế, dòng tĩnh, thế tĩnh, quét
tuần hoàn. Các quá trình hóa học đều xảy ra trên bề mặt điện cực nên đảm bảo
độ tinh khiết của PANi tương đối cao.
- Phương pháp hóa học:
Để chế tạo vật liệu PANi dạng bột với một khối lượng lớn người ta
dùng phương pháp hóa học. Chất oxi hóa thường được sử dụng trong phương
pháp này là ammonium persulfat, nó giúp tạo ra polimer có khối lượng phân
tử lớn và độ dẫn điện tối ưu hơn [12].
PANi có rất nhiều ứng dụng như: tích trữ và chuyển hóa năng lượng,
làm vật liệu nguồn điện , chống ăn mòn kim loại [6].Trong xử lý môi trường ô

4


nhiễm kim loại nặng, PANi được sử dụng như một vật liệu hấp phụ để xử lý
nguồn nước thải công nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt. Để tăng hiệu suất
hấp phụ, có thể tiến hành phối trộn PANi với các phụ phẩm nông nghiệp như:
mùn cưa, vỏ đỗ, vỏ lạc tạo thành vật liệu compozit [5]. Hướng nghiên cứu này
đang được nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm. Tác giả Bùi Minh Quý
đã tổng hợp thành công vật liệu compozit từ PANi và PPNN: mùn cưa, vỏ đỗ,
vỏ lạc, vỏ trấu. pH của dung dịch có ảnh hưởng đến cơ chế hấp phụ của cation
của PANi [14,15]:
+

 Nếu pH gần trung tính thì các cation có ái lực mạnh hơn proton H
nên sẽ tạo phức càng cua với imin (-N=).
 Nếu pH thấp (môi trường axit) hoặc cao (môi trường kiềm) thì cation bị
+
đẩy ra do ái lực của nó yếu hơn so với proton (H ) hay hidroxy (OH ).
1.2. Bã chè
1.2.1. Tổng quan về chè
Chè là một loại lá khô, đã qua chế biến và được tiêu thụ một lượng lớn
trên thế giới với nhiều giá trị sử dụng hữu ích của nó.Vì vậy, các sản phẩm
của chè ngày càng có giá trị hàng hóa và giá trị xuất khẩu cao, thị trường tiêu
dùng ổn định.

Hình 1.2. Hình ảnh chè Tân Cương - Thái Nguyên
Việt Nam là cái nôi của ngành chè thế giới với lượng sản xuất chè đứng
thứ 7 và xuất khẩu chè đứng thứ 5 toàn cầu, có 124 ha diện tích trồng chè và
hơn 500 cơ sở chế biến, công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô/năm. Trong
năm 2011 cả nước có diện tích trồng chè 133.000 ha, sản lượng thô đạt

5


888.600 tấn, xuất khẩu là 132.600 tấn [19]. Thị trường chủ yếu của Việt Nam
là các nước: Pakistan, Đài Loan, Nga…
1.2.2. Các thành phần sinh hóa của chè
Thành phần sinh hóa của bã chè biến đổi phức tạp. Tuy nhiên chúng
gồm một số thành phần chính sau [21]:
Nước: là thành phần chủ yếu trong búp chè, chiếm 75-82%, nước có
quan hệ sinh hóa đến quá trình biến đổi sinh hóa trong búp chè và hoạt động
của các men.
Tanin: là một trong những thành phần chủ yếu quyết định đến phẩm
chất của chè. Tatin chiếm khoảng 34% chất khô trong chè, được gọi chung là
hợp chất fenol.
Ankaloit: cafein là ankaloit nhiều nhất trong chè, hàm lượng từ 3-5 %,
nhiều hơn trong bã cà phê 2-3 lần.
Protein và axit amin:chiếm khoảng 15 %, thành phần có thể thay đổi
theo điều kiện canh tác, giống, mùa. Protein kết hợp với tatin làm giảm vị chát
của chè.
Gluxit và pectin: các gluxit không hòa tan chiếm tỉ lệ lớn. Xenlulozơ
và hemixenlulozơ tăng lên theo tuổi của lá.
Chất tro:hàm lượng tro trong chè tươi từ 4-5%, và trong chè khô từ 56%, giữ vai trò quan trọng trong hoạt động của cơ thể sống, ảnh hưởng trực
tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào.
Lignin: chiếm khoản 6,5%.
Ngoài ra còn một số thành phần khác.
Thành phần chính của lá chè là các gluxit gồm xenlulozơ,
hemixenlulozơ và một số chất khác. Trong đó, xenlulozơ và hemixenlulozơ
kết hợp với nhau gọi là holoxenluzơ. Do có nhiều nhóm – OH nên có liên kết
hidro trong phân tử. Điều này thuận lợi cho khả năng hấp phụ, chè được dùng
làm chất mang trong tổng hợp vật liệu compozit của PANi.

6


Xenlulozơ là một loại polysaccarit có khối lượng phân tử rất lớn
(1.000.000 - 2.400.000) được tạo thành từ các mắt xích - glucozơ nối với
nhau bởi các liên kết – 1,4- glicozit. Do mỗi mắt xích của xenlulozo có
chứa 3 nhóm – OH nên công thức của xenlulozơ được viết là
[C6H7O2(OH)3]n. Số lượng liên kết hidro nội phân tử và liên phân tử làm cho
nó có độ cứng và vững chắc.
Lignin là một hợp chất cao phân tử, cấu trúc vô định hình, tạo bởi các
mắt xích phenyl propan liên kết với nhau. Ligin tập trung ở mô hóa gỗ, là chất
kết dính tế bào, độ bền cơ học lớn, không tan trong nước…làm cho chúng có
tính hấp phụ và trao đổi ion cao. Qua một số nghiên cứu cho thấy lignin có
thể tách kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ cấu trúc lỗ xốp và các thành
phần như xenlulozo, hemixenlulozo, protein…[8 ,4,16].
Trước tình hình tiêu thụ chè trên thế giới và ở Việt Nam, cùng với sự
phát triển của ngành du lịch, nhu cầu sử dụng chè ngày càng nhiều tạo ra
lượng lớn bã chè bị thải bỏ. Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng chúng để tạo ra
vật liệu composite hấp phụ kim loại nặng trên cơ sở PANi có ý nghĩa khoa
học to lớn,vừa hạn chế được lượng phế thải ra môi trường, vừa tạo ra được
vật liệu xử lý nước rẻ tiền, dễ tổng hợp.
1.3. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng
Ở hàm lượng nhỏ, một số kim loại nặng là những nguyên tố vi lượng
cần thiết cho cơ thể con người và sinh vật, có vai trò quan trọng trong quá
trình trao đổi chất. Nhưng với hàm lượng lớn vượt quá mức cho phép thì
chúng lại thường có độc tính cao và ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
Trong những năm gần đây, cùng với sự gia tăng dân số trên toàn thế giới
kéo theo sự phát triển công nghiệp như vũ bão thì ô nhiễm môi trường nước gia
tăng nhanh chóng. Đặc biệt sự có mặt của kim loại nặng trong môi trường
nước vượt quá tiêu chuẩn gây ảnh hưởng không nhỏ đến con người và sinh vật.
Ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm nguồn nước do tích lũy kim loại nặng
cũng diễn ra hết sức nghiêm trọng.Theo báo cáo của môi trường quốc gia, tại
nhiều nơi, đặc biệt là các thành phố lớn xảy ra hiện tượng ô nhiễm nguồn
nước ngầm nghiêm trọng với hàm lượng các kim loại nặng như Pb, As, Mn

7


vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo một số nghiên cứu, một số làng nghề tái
chế kim loại thải ra một lượng lớn chất thải chưa qua xử lý ra môi trường.
Đây là những nguyên nhân gây ô nhiễm trực tiếp môi trường đất và nguồn
nước mặt. Trước tình trạng đó, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã
nghiên cứu nhiều biện pháp nhằm hạn chế tối đa hàm lượng kim loại nặng đi
vào nguồn nước. Phương pháp đang được cả thế giới quan tâm hiện nay là
phương pháp hấp phụ. Việc lựa chọn vật liệu hấp phụ tối ưu là hết sức quan
trọng vì nó quyết định đến hiệu suất xử lý đồng thời phải đảm bảo về mặt giá
thành sản phẩm áp dụng, mức độ phổ biến trên thị trường.
1.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
 Hiện tượng hấp phụ
Theo tác giả Nguyễn Đình Huề : Hấp phụ là sự tập tụ chất trên bề mặt
phân chia 2 pha thể tích (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất
mà trên bề mặt nó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ; còn chất được
tập tụ trên bề mặt phân chia gọi là chất bị hấp phụ [2].
Bề mặt tính với 1g chất hấp phụ gọi là bề mặt riêng của nó.
Sức căng bề mặt của vật liệu hấp phụ chủ yếu là các dạng liên kết như:
Liên kết Van de Van yếu, liên kết hidro, liên kết tĩnh điện,…
Độ xốp của chất hấp phụ có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ.
Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Đó là quá trình
đi ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.
Khi có lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ thì hiện
tượng hấp phụ xảy ra. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt
hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Trong một số trường hợp xảy ra cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

8


1.5. Động học quá trình hấp phụ
1.5.1. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ
 Dung lượng hấp phụ
Dung lượng hấp phụ (q) là lượng chất bị hấp phụ (độ hấp phụ) bởi 1
gam chất hấp phụ rắn trong điều kiện xác định về nhiệt độ và nồng độ, được
tính theo công thức:

9


(C
q 0
 C ).V
Trong đó:

(1.1)

m

q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
Co: hàm lượng dung dịch ban đầu (mg/L)
C: hàm lượng dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng của chất bị hấp
phụ (mg/L)
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L)
m: khối lượng chất hấp phụ (g)
 Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ (H) là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ (C)
và nồng độ dung dịch ban đầu Co.
H 

C0  C

100%

.

(1.2)

C0

1.5.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Khi hệ hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
Q = f (T, P hoặc C)

(1.3)

Ở nhiệt độ không đổi (T= const), đường biểu diễn q= fT (P hoặc C)
được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt. Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn
sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng
hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định [1].

10


Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì
đường hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình hấp phụ đẳng
nhiệt Herry, Freundlich, Langmuir…Bài khóa luận này em nghiên cứu cân
2+

bằng hấp phụ của VLHP đối với Mn
đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

trong môi trường nước theo mô hình

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Thuyết hấp phụ Langmuir được xây dựng trên cơ sở 3 luận điểm chính
sau [2]:
 Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác
định, sự hấp phụ có chọn lọc.
 Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nhiệt hấp phụ tại các vị trí là như
nhau.
 Không có sự tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ.
Phương trình Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ khí rắn, nhưng
cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước để phân tích các số
liệu thực nghiệm. Trong pha lỏng phương trình có dạng:


q  qmax

K LC
1 K LC

(1.4)

Trong đó:
KL: hằng số (cân bằng) hấp phụ Langmuir
q: dung lượng hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/ 1 đơn vị chất hấp phụ)
qmax: dung dịch hấp phụ tối đa của chất hấp phụ (lượng chất bị hấp
phụ/ 1đơn vị chất hấp phụ)
C: nồng độ dung dịch hấp phụ
Phương trình có thể viết dưới dạng:
C
C
qq

.
max
max q
1

KL 
C
C

(1.5)


Để xác định các hệ số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir,
người ta chuyển phương trình (1.5) về dạng tuyến tính:


q



1



1
(1.6)

.C
C K L .qmax qmax
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của C/q và C ta sẽ xác định được hằng số
trong phương trình của Langmuir.
q (mg/g)

C/q (g/L)

qmax


M
0

0

Ct (mg/L)

Hình 1.3. Đường hấp phụ đẳng nhiệt

C (mg/L)
Hình 1.4. Đồ thị sự phụ
thuộc của C/q vào C

Langmuir

Từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của C/q vào C ta tính được KL và qmax:

OM 

1
qmax .K L ;

tag  

1
qmax

(1.7)

Từ KL ta tính được tham số cân bằng RL:

RL 

1
1 K L .C 0

Trong đó: RL: Tham số cân bằng

(1.8)


Bảng 1.1. Mối tương quan của RL và dạng mô hình [14]:
Giá trị RL

Dạng mô hình

RL >1

Không phù hợp

RL = 1

Tuyến tính

0< RL<1

Phù hợp

RL = 0

Không thuận nghịch

Phương trình Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại và
mối tương quan giữa quá trình hấp phụ và giải hấp phụ thông qua hằng số
Langmuir KL. Sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm là cơ sở để lựa chọn
chất hấp phụ thích hợp cho hệ hấp phụ [10,11].
1.5.3. Động học hấp phụ
 Mô hình động học hấp phụ bậc 1
Theo đó, tốc độ qua trình hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào dung lượng
chất hấp phụ theo phương trình:


dqt
 k1 ( qe  tq)
dt

(1.9)

Trong đó:
-1

k1 - hằng số tốc độ phản ứng (thời gian )
qe, qt - dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t
(mg/g)
Tại t =0, qt = 0 thì:

qe
ln
 k1 t
q e q t

(1.10)

q t  q e (1 ek1t )

(1.11)

Phương trình 1.11 dạng tuyến tính bậc nhất:


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×