MỤC LỤC
PHỤ BÌA i
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10
1.1. Vật liệu mao quản 10
1.2. Sơ lược lịch sử và sự phát triển của zeolite 10
1.3. Phân loại zeolite 11
1.3.1. Theo nguồn gốc 11
1.3.3. Theo chiều hướng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản 11
1.3.4. Theo tỉ lệ Si/Al 11
1.4. Cấu trúc zeolite 12
1.5. Tính chất cơ bản của zeolite 14
1.5.1. Trao đổi cation 14
1.5.2. Tính chất xúc tác 14
1.5.3. Tính chất chọn lọc hình dạng 15
1.5.4 Một số tính chất khác 16
1.6. Tổng hợp zeolite 16
1.7. Ứng dụng của zeolite 17
1.7.1. Ứng dụng hấp phụ 17
1.7.2. Ứng dụng xúc tác 17
1.7.3. Ứng dụng trao đổi ion 18
1.8. Giới thiệu về zeolite 4A 18
1.8.1. Cấu trúc zeolite 4A 18
Zeolite 4A được tổng hợp đầu tiên vào năm 1956 bởi các nhà nghiên cứu ở tổ hợp Linde
Air Product thuộc tập đoàn Union. Khung aluminosilicate của zeolite 4A được tạo thành
bởi những bát diện cụt (gọi là những sodalite). Những sodalite này nối với nhau qua

4.1.2. Điều chế dung dịch Na4SiO4 từ tro trấu 31
4.1.3. Phân tích hàm lượng Na2O và SiO2 trong dung dịch lọc 32
4.2. Khảo sát các điều kiện thích hợp để tổng hợp zeolite 4A 33
4.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol SiO2/Al2O3 đến mức độ tinh thể hóa của vật liệu 33
4.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Na2O/SiO2 đến mức độ tinh thể hoá của vật liệu 38
4.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thuỷ nhiệt đến mức độ tinh thể hoá của vật liệu 40
4.2.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến mức độ tinh thể hoá của vật liệu 43
4.3. Đặc trưng của vật liệu zeolite 4A 45
4.3.1. Cấp hạt 45
2
4.3.2. Điểm điện tích không (PZC) của zeolite 4A 46
4.4. Khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ 48
4.4.1. Ảnh hưởng của pH đến độ bền của zeolite 48
4.4.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Zn2+ và xác định dung lượng hấp phụ
cực đại 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52
1. Kết luận 52
2. Kiến nghị 52
CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN 53
ĐẾN LUẬN VĂN 53
Trần Ngọc Tuyền, Nguyễn Đức Vũ Quyên (2010), “Nghiên cứu tổng hợp zeolit 4A từ tro
trấu”, Tạp chí Hóa học, số 5A, tập 48 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC
3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ
AAS……………….Atomic Absorption Spectrometry (Phương pháp phổ hấp thụ
nguyên tử)
FWHM…………… Full Width at Half Maximum (Độ rộng bán phổ)

Bảng 4.8. Thông số mạng lưới các mẫu từ ZA9 đến ZA11 37
Bảng 4.9. Tỷ lệ phối liệu các mẫu khảo sát từ ZB1 đến ZB8 38
Bảng 4.10. FWHM và kích thước hạt các mẫu khảo sát từ ZB3 đến ZB8 39
Bảng 4.11. Thông số mạng lưới các mẫu khảo sát từ ZB3 đến ZB8 40
Bảng 4.12. Điều kiện tổng hợp các mẫu khảo sát từ ZC1 đến ZC9 41
Bảng 4.13. Thông số mạng lưới tinh thể các mẫu khảo sát từ ZC4 đến ZC9 42
Bảng 4.14. FWHM và kích thước hạt các mẫu khảo sát từ ZC4 đến ZC9 42
Bảng 4.15. Điều kiện tổng hợp các mẫu khảo sát từ ZD1 đến ZD4 43
Bảng 4.16. Thông số mạng lưới tinh thể các mẫu khảo sát từ ZD1 đến ZD4 44
Bảng 4.17. FWHM và kích thước hạt các mẫu khảo sát từ ZD1 đến ZD5 44
Bảng 4.18. Điều kiện thích hợp để tổng hợp zeolite 4A từ tro trấu 45
Bảng 4.19. Nồng độ Al
3+
trong dung dịch 48
Bảng 4.20. Nồng độ Zn
2+
trong dung dịch trước và sau khi ngâm vật liệu 49
Bảng 4.21. Giá trị C
e
và C
e
/Q
e
tại pH 3 và 4 50
Bảng 4.22. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu 51
5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của zeolite 12
Hình 1.2. Kích thước các lỗ xốp của một vài loại zeolite 13
Hình 1.3. Sự hình thành tâm axit Bronsted của zeolite Y 14

và C
e
/Q
e
tại pH = 3 50
Hình 4.20. Đường hồi quy tuyến tính giữa C
e
và C
e
/Q
e
tại pH = 4 50
6
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề lớn của việc xử lý nước
thải. Kim loại nặng có mặt trong nhiều loại nước thải, trong đất và là tác nhân độc
hại cho cả môi trường và sức khỏe con người. Kẽm là một trong số đó. Hằng năm,
một cuộc thăm dò được tiến hành ở Anh và xứ Wale về chất thải có chứa kim loại
nặng từ phân gia súc đã cho thấy mức độ kim loại nặng cao nhất thải vào đất nông
nghiệp là kẽm (3,3 kg/ha) và đồng (2,2 kg/ha) tại khu vực chăn nuôi heo ở vùng
Tây Anglia và Humberside (Chambers et al., 1999). Trong đất, sự ô nhiễm kẽm có
thể gây nên sự giảm sút số lượng các vi sinh vật đất và ảnh hưởng đến các vi sinh
vật có lợi cho đất. Đối với cây trồng, sự dư thừa kẽm sẽ gây ra bệnh mất diệp lục,
dẫn đến cây không thể quang hợp. Ở gia súc, triệu chứng nhiễm độc kẽm mãn tính
biểu hiện ở sự chậm tăng trưởng, bỏ ăn, viêm dạ dày ruột, não, hạch lâm ba và lách
xuất huyết. Đối với con người, kẽm là vi khoáng thiết yếu cho cơ thể con người,
nhưng việc dư kẽm sẽ gây ra một số bệnh nguy hiểm như gây ung thư đột biến, ngộ
độc hệ thần kinh, ảnh hưởng đến sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn
nhiễm [37]. Hàm lượng kẽm cho phép có trong nước cấp sinh hoạt là 3,0 mg/l
(TCVN 6193 : 1996). Hiện đã có rất nhiều kỹ thuật được ứng dụng cho việc xử lý

không có lợi trong các hồ nuôi tôm cá thâm canh như làm giảm TAN (NH
3
và
NH
4
+
), H
2
S trong môi trường nước ngọt, làm giảm sự ô nhiễm môi trường sống của
cá tôm. Lợi dụng tính chất hấp phụ, các nhóm nghiên cứu còn chế tạo ra các loại
phân bón chứa zeolite. Zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dưỡng trong phân bón vào đất,
giúp tiết kiệm lượng phân bón, tăng độ phì nhiêu (do là vật liệu xốp nên làm xốp
đất), giữ độ ẩm và điều hoà độ pH cho đất (ở VN đất hơi chua trong khi zeolite lại
có tính kiềm) [38]. Trong lĩnh vực làm sạch nước, zeolite được sử dụng nhiều để
làm mềm nước bằng cách trao đổi cation Ca
2+
và Mg
2+
trong nước cứng bằng các
cation kim loại kiềm trong zeolite.
Bên cạnh đó, tính axit, chọn lọc hình dạng, cấu trúc ổn định là những tính
chất quan trọng nhất của zeolite, làm cho zeolite được sử dụng rộng rãi như là xúc
tác dị thể axit trong công nghiệp hoá chất và trong hoá dầu hay làm chất tẩy rữa
tổng hợp [7], [30], [39]. Và gần đây, tính bazơ và tính axit của zeolite được nhiều
nhà nghiên cứu quan tâm [14], [34].
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp thành công zeolite
từ các nguồn nguyên liệu giàu silic khác nhau như cao lanh (J. Park và cộng sự đã
nghiên cứu tổng hợp zeolite 4A bằng phương pháp siêu âm tiêu chuẩn trong 4-6 giờ
ở 60-70
o

phát triển khá mạnh ở nhiều tỉnh, tuy nhiên, sản xuất nông nghiệp ở nước ta vẫn
chiếm tỉ trọng lớn trong GDP của đất nước. Cây lúa vẫn được trồng nhiều ở hầu hết
các tỉnh. Chính vì vậy, một lượng lớn vỏ trấu được thải ra và những người nông dân
đã tận dụng chúng để làm nhiên liệu. Tuy nhiên, sau khi vỏ trấu được chuyển thành
tro thì ngoài việc làm phân bón cho cây trồng thì không được dùng vào mục đích
nào khác.
Sau khi tìm hiểu trong nhiều nghiên cứu và theo kết quả phân tích ban đầu,
chúng tôi nhận thấy rằng hàm lượng oxit silic trong tro trấu rất lớn, chiếm hơn 80%
về khối lượng. Hơn nữa, không giống như oxit silic từ cát, oxit silic trong tro trấu có
kích thước nhỏ, tồn tại chủ yếu ở dạng vô định hình nên dễ dàng được chiết ra khi
ngâm trong kiềm. Với ưu điểm này, trên thế giới, người ta đã sử dụng một ít tro trấu
trộn với xi măng để đúc bê tông tính năng cao và nghiên cứu tổng hợp nên các loại
vật liệu hấp phụ, đặc biệt là zeolite [12], [17], [33].
Xuất phát từ thực tế ứng dụng hữu hiệu của zeolite và nguồn nguyên liệu có
sẵn rẻ và nhiều, chúng tôi đã chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu tổng hợp, đặc
trưng và khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng của vật liệu zeolite 4A từ tro
trấu”. Trong đề tài này, chúng tôi sẽ nghiên cứu các điều kiện tổng hợp, khảo sát
một số đặc trưng và tính chất của zeolite 4A. Sau khi đã tổng hợp được vật liệu,
chúng tôi khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Zn
2+
trong nước sau khi hoạt
hóa vật liệu bằng NaCl 1M.
9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Vật liệu mao quản
Vật liệu có cấu trúc mao quản là vật liệu mà trong lòng nó có một hệ thống
lỗ xốp (pore) với kích thước từ vài đến vài chục nano mét và rất phát triển. Các lỗ
xốp này có thể ở dạng lồng (cage) hoặc các ống hình trụ. Việc sắp xếp các mao
quản có trật tự hay không tùy thuộc vào phương pháp và quá trình tổng hợp vật liệu.
Theo phân loại của IUPAC, vật liệu mao quản có dạng như sau:

1.3. Phân loại zeolite
Để phân loại zeolite, người ta thường dựa vào nguồn gốc, đường kính mao
quản, tỷ lệ Si/Al và chiều hướng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản
[14].
1.3.1. Theo nguồn gốc
Zeolite được chia làm 2 loại chính:
+ Zeolite tự nhiên có 40 loại, zeolite tự nhiên có được do đá và các lớp tro
núi lửa phản ứng với nước ngầm có tính kiềm. Những zeolite này được kết tinh và
lắng đọng trong môi trường qua hàng ngàn, hàng triệu năm ở đại dương và các đoạn
sông. Zeolite tự nhiên hiếm khi tinh khiết nên những zeolite tự nhiên ít được ứng
dụng thương mại, thường chỉ phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu khắt khe về
chất lượng, chẳng hạn như dùng làm chất độn trong phân tử tẩy rửa, chất hấp phụ.
+ Zeolite tổng hợp có trên 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng nhất
nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. Hầu hết các zeolite đều
được tổng hợp từ sự phân hủy các nguồn nhôm và silic trong dung dịch kiềm mạnh.
1.3.2. Theo đường kính mao quản Zeolite được chia làm 3 loại chính:
+ Zeolite có mao quản nhỏ (đường kính bé hơn 5 Ǻ) như zeolite A, P
+ Zeolite có mao quản trung bình (đường kính 5 - 6 Ǻ) như ZSM-5
+ Zeolite có mao quản lớn (đường kính 7 - 15 Ǻ) như zeolite X, Y
1.3.3. Theo chiều hướng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản
Zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều.
1.3.4. Theo tỉ lệ Si/Al
+ Zeolite hàm lượng silic thấp (Si/Al = 1 - 1,5) như zeolite A, X
11
+ Zeolite hàm lượng silic trung bình (Si/Al = 2 - 5) như zeolite Y, chabazit
+ Zeolite hàm lượng silic cao (ZSM-5)
1.4. Cấu trúc zeolite
Thuật ngữ zeolite ra đời năm 1956 bởi nhà khoáng vật học người Thụy Điển
tên Axel Fredrik Cronstedt. Zeolite là những tinh thể aluminosilicates vi mao quản
có sự sắp xếp một cách đều đặn các kênh và hốc có kích thước nano (hình 1.1). Các

cation được thay thế đó [39]. Hai tứ diện [AlO
4
]
-
lân cận nhau sẽ đẩy nhau làm cho
cấu trúc zeolte trở nên không bền vững. Do vậy, tỷ số giữa Si và Al trong zeolite là
đại lượng quan trọng (khi tỷ lệ Si/Al tăng thì độ bền của zeolite tăng) [7].
Công thức hóa học chung của zeolite là: M
2/n
O.Al
2
O
3
.ySiO
2
.wH
2
O
Trong đó, y là tỉ lệ mol SiO
2
/Al
2
O
3
(y = 2 ÷ 10), n là hóa trị của cation thêm vào, w
là số phân tử nước chứa trong các lỗ xốp của zeolite. Một vài zeolite thông dụng
như analcime, chabazite, clinoptilolite, heulandite, natrolite, phillipsite, and stilbite.
Ví dụ như natrolite có công thức phân tử là Na
2
Al

0,35-0,45nm
Zeolite 4A
14-ring
0,7-1nm
Zeolite UTD-1
12-ring
0,6-0,8nm
Zeolite Y
10-ring
0,45-0,6nm
ZSM-5
13
1.5. Tính chất cơ bản của zeolite
1.5.1. Trao đổi cation
Khả năng trao đổi cation là một trong những tính chất quan trọng của zeolite.
Do cấu trúc không gian 3 chiều bền vững nên khi trao đổi ion bộ khung zeolite
không bị thay đổi. Đây là đặc tính quý báu mà nhựa trao đổi ion hoặc các chất trao
đổi ion vô cơ khác không có được. Zeolite có khả năng trao đổi một phần hoặc hoàn
toàn các cation kim loại kiềm như Na
+
hoặc K
+
bằng các cation kim loại kiềm khác,
các cation kim loại kiềm thổ cho phản ứng bazơ hay các ion kim loại chuyển tiếp
hóa trị II hoặc hóa trị III như các kim loại đất hiếm (Ce, La ) cho các phản ứng oxy
hóa khử. Dung lượng và vận tốc trao đổi cation phụ thuộc nhiều vào đường kính
mao quản và kích thước của các cation. Vận tốc trao đổi lớn khi kích thước cation
bé và đường kính mao quản lớn. Khi cation có kích thước lớn hơn đường kính mao
quản thì sự trao đổi có thể diễn ra chậm trên bề mặt zeolite [5], [14], [35].
1.5.2. Tính chất xúc tác

Si
-
-
R-NH
3
+
R-NH
3
+
H
O
OO
O
Al
O
O
Si
H
O
OO
O
Al
O
O
Si
+ 2R-NH
2
14
Đối với các zeolite có tỉ số SiO
2

càng thấp.
1.5.3. Tính chất chọn lọc hình dạng
Vận tốc phản ứng không chỉ phụ thuộc vào hoạt tính của trung tâm hoạt động
mà còn phụ thuộc vào kích thước mao quản chứa trung tâm hoạt động, kích thước
và hình dáng phân tử. Nếu kích thước phân tử bé hơn kích thước mao quản thì phân
tử có thể vào trong mao quản và gặp trung tâm hoạt động. Tính chất này gọi là tính
chọn lọc hình dạng [5], [35]. Có 3 hình thức chọn lọc hình dạng là:
- Chọn lọc hình dạng đối với các chất tham gia phản ứng: chỉ những phân tử
chất phản ứng có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản mới được định vị trong
mao quản và được chuyển hóa.
- Chọn lọc hình dạng đối với sản phẩm phản ứng: sản phẩm có kích thước
phân tử nhỏ hơn kích thước mao quản mới có thể khuếch tán ra ngoài hệ mao quản.
Tâm Lewis
Tâm Bronsted
OO
O
OO
O
O
Al
Si
S i
A l
O
O
OO
O
O
O
Si

O
O
O
Al
+
O
O
Si
-
O
OO
O
Al
O
O
Si
+ H
2
O
15
- Chọn lọc hình dạng đối với các sản phẩm trung gian: hiện tượng này xảy
ra khi một vài phản ứng bị ngăn cản do kích thước của hợp chất trung gian không
phù hợp với kích thước mao quản của zeolite.
1.5.4 Một số tính chất khác
* Tính ổn định nhiệt độ: đối với một số zeolite bất kì thì khi nhiệt độ tăng lên
thì chúng bị mất nước, làm biến đổi cấu trúc tinh thể và cuối cùng dẫn đến sự phá
vỡ cấu trúc tinh thể. Các zeolite khác nhau, chịu ảnh hưởng nhiệt độ khác nhau [5].
* Tính ổn định axit: độ bền của zeolite đối với axit thường rất kém. Khi
zeolite tiếp xúc với axit thường xảy ra sự biến đổi cấu trúc tinh thể. Các loại zeolite
khác nhau thì khả năng bền vững trong các loại axit khác nhau là khác nhau [5].

Al
2
O
3
Hiđroxyt kiềm
+ NH
4
+
SiO
2
gel
zeolite
10 - 200
o
C
16
Vào đầu những năm 1960, các nhà nghiên cứu zeolite đã thêm một lượng
NH
4
+
vào gel nhôm silicat của kim loại kiềm, mục đích là để tạo ra ngay lập tức
zeolite giàu silic như omega và N-A hay ZK-4. Sơ đồ tổng hợp zeolite giàu silic đã
được trình bày ở hình 1.5b. Sự khác biệt quan trọng của việc tổng hợp các zeolite
giàu silic so với quá trình tổng hợp các zeolite hàm lượng silic thấp là sự thêm vào
hỗn hợp gel một lượng NH
4
+
và nhiệt độ kết tinh là cao hơn 100
o
C, khoảng từ 125 -

4
+
), H
2
S trong môi trường nước ngọt, làm giảm sự ô
nhiễm môi trường sống của cá tôm, 1g zeolite có khả năng làm giảm 0,12 mg TAN.
Trong trồng trọt, lợi dụng tính chất hấp phụ của zeolite, người ta tạo ra loại phân
bón chứa zeolite. Zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dưỡng trong phân bón vào đất, giúp
tiết kiệm lượng phân bón, tăng độ phì nhiêu (vật liệu xốp nên làm xốp đất), giữ độ
ẩm và điều hoà độ pH cho đất (đất chua trong khi zeolite lại có tính kiềm).
1.7.2. Ứng dụng xúc tác
Trong lĩnh vực xúc tác, đối với zeolite giàu silic với các cation nằm ở những
vị trí riêng biệt có hàm lượng silic cao khiến zeolite bền vững ở nhiệt độ cao trong
17
suốt quá trình sử dụng chất xúc tác nên loại zeolite này được sử dụng nhiều trong
lĩnh vực xúc tác các phản ứng hóa học, đặc biệt các phản ứng hữu cơ phức tạp.
Bảng 1.2. Các phản ứng có thể xúc tác của zeolite
Loại phản ứng Phản ứng cụ thể
Vô cơ
Oxi hóa H
2
S, Khử NH
3
thành NO, Oxi hóa và khử CO, Hiđro hóa
CO
2
, Điều chế H
2
từ nước
Hữu cơ

trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hoá và tăng trưởng.
1.8. Giới thiệu về zeolite 4A
1.8.1. Cấu trúc zeolite 4A
Zeolite 4A được tổng hợp đầu tiên vào năm 1956 bởi các nhà nghiên cứu ở
tổ hợp Linde Air Product thuộc tập đoàn Union. Khung aluminosilicate của zeolite
4A được tạo thành bởi những bát diện cụt (gọi là những sodalite). Những sodalite
18
này nối với nhau qua những vòng 4 cạnh kép tạo ra mao quản có cửa sổ hình vòng 8
cạnh với chiều rộng 4 Å (hình 1.6) [14], [21], [35].
Hình 1.6. Sự hình thành cấu trúc zeolite 4A
Như giới thiệu ở phần 1.4, cấu trúc của zeolite bao gồm các tứ diện [AlO
4
]
-
và SiO
4
liên kết với nhau qua cầu oxi. Để zeolite trung hòa điện, tại các rãnh và hố
của bộ khung thường chứa các cation trao đổi. Trong quá trình tổng hợp, người ta
có thể đưa chúng vào trong mạng lưới của zeolite ngay khi hoặc trước khi quá trình
đang diễn ra. Các cation này nằm bên ngoài khung hầu như không tuân theo tính
đối xứng cao của bộ khung nên chúng thường được gọi là “phần tử mất trật tự”.
Hình 1.7. Vị trí ion Na
+
trong vòng 8 oxi của zeolite 4A
Đối với zeolite loại 4A, cation thêm vào là Na
+
, ion này nằm lệch so với tâm
đối xứng của vòng 8 oxy (hình 1.7) nên có đến 4 vị trí tồn tại như nhau của ion Na
+
xung quanh tâm của vòng. Tuy nhiên, chỉ có duy nhất một ion Na

o
C trong 1 tiếng 30
phút và 95
o
C trong 2 tiếng 30 phút, sau đó tiến hành thử khả năng hấp phụ kim loại
nặng trong môi trường nước thải để ứng dụng nó trong lĩnh vực làm sạch nước thải
chứa nhiều kim loại nặng [18], [19], [20]. Zeolite 4A tổng hợp bằng phương pháp
siêu âm tiêu chuẩn trong 4-6 giờ ở 60-70
o
C từ cao lanh theo nghiên cứu của Jin
Park, Byoung Chan Kim và cộng sự (Hàn Quốc) có tỷ lệ số mol
SiO
2
/Al
2
O
3
:Na
2
O/SiO
2
:H
2
O/Na
2
O là 1,94:4:100 [16]. Cũng một nghiên cứu khác về
tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh hoạt hóa của S. Chandrasekhar (Ấn Độ) thì cho ra
tỷ lệ SiO
2
/Al

lĩnh vực này ngày càng lớn [1], [2].
1.9. Đẳng nhiệt hấp phụ
Mục đích của việc nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ là giải thích cơ chế của sự
kết hợp ion kim loại vào chất hấp phụ và ái lực tương đối của các ion kim loại đối
với chất hấp phụ, cả hai vấn đề trên chịu ảnh hưởng như thế nào bởi các điều kiện
môi trường khác nhau. Mục tiêu cần đạt được là đưa ra phương trình thích hợp nhất
mô tả quá trình hấp phụ. Trong chương này chúng tôi trình bày 2 mô hình đẳng
nhiệt hấp phụ phổ biến là Langmuir, Freundlich để mô tả cân bằng hấp phụ [35].
20
1.9.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Dựa trên giả thuyết sự hấp phụ là đơn lớp nghĩa là các chất bị hấp phụ hình
thành một lớp đơn phân tử và tất cả các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ có ái
lực như nhau đối với chất bị hấp phụ
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được biểu diễn như sau:
eL
eLm
e
CK
CKq
q
+
=
1
(1.1)
q
e
là lượng chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
C
e
là nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)


mLm
e
e
e
qKq
C
q
C 1
+=
(1.3)
(1.3) được gọi là phương trình đẳng nhiệt Langmuir loại 2
1.9.2. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Mô hình này dựa trên giả thuyết sự hấp phụ là đa lớp, bề mặt chất hấp phụ là
không đồng nhất với các tâm hấp phụ khác nhau về số lượng và năng lượng hấp
phụ. Quan hệ giữa dung lượng hấp phụ cân bằng và nồng độ cân bằng của chất hấp
phụ được biểu diễn bằng phương trình:
n
eLe
CKq
m
x
/1
==
(1.4)
x là lượng chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg)
m là lượng chất hấp phụ (g)
21
C
e

Ce
n
Kq
e
ln
1
lnln +=
(1.7)
22
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Chuẩn bị mẫu
- Phân tích hàm lượng oxit silic và nhôm oxit trong tro trấu.
- Điều chế dung dịch thủy tinh lỏng (Na
4
SiO
4
) từ tro trấu.
- Phân tích lại hàm lượng silic trong dịch lọc.
- Phân tích hàm lượng natri trong dịch lọc.
2.2. Khảo sát các điều kiện thích hợp để tổng hợp zeolite 4A
- Khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ mol SiO
2
/Al
2
O
3
, Na
2
O/SiO
2

Cân 1 gam tro trên cân phân tích (độ chính xác: 0,0001 gam). Cho mẫu vào
chén platin (Pt) chứa sẵn 5 gam chất chảy (Na
2
CO
3
hoặc K
2
CO
3
). Trộn thật đều mẫu
và chất chảy, sau đó phủ lên bề mặt mẫu 1 lớp mỏng chất chảy. Đậy nắp chén và
nung ở 950
o
C trong thời gian 30 phút đến khi hỗn hợp chảy đều. Sau khi làm nguội,
cho chén Pt vào cốc thuỷ tinh 250 ml có chứa sẵn 20 ml dung dịch HCl 1:2. Sau khi
khối rắn đã bong ra khỏi thành chén, khuấy đều và đun hỗn hợp trên bếp cách thủy
cho đến khi kiệt nước, thêm tiếp 5 ml dung dịch HCl 1:2 và tiếp tục đun cho đến
khô, nhằm chuyển tất cả các muối silicate về dạng H
2
SiO
3
kết tủa keo. Thêm
khoảng 30 ml nước cất, khuấy đều, lọc kết tủa trên giấy lọc băng xanh không tro,
rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất nóng (để tránh sự hấp phụ của các ion Al
3+
, Fe
3+
,
Ca
2+

Hàm lượng SiO
2
trong mẫu được tính theo công thức:
% SiO
2
=
100
a
)mm(
12
×
−
Trong đó: a là khối lượng ban đầu của mẫu phân tích
* Phân tích hàm lượng SiO
2
trong dung dịch lọc
Lấy 10ml dịch lọc thu được sau khi ngâm tro trong NaOH cho vào cốc thủy
tinh dung tích 250ml, thêm vào 10ml axit HCl đặc để kết tủa hết lượng SiO
2
có
trong dịch lọc, khuấy đều và đun hỗn hợp trên bếp cách thủy cho đến khi kiệt nước,
24
thêm tiếp 5 ml dung dịch HCl 1:2 và tiếp tục đun cho đến khô, nhằm chuyển tất cả
các muối silicate về dạng H
2
SiO
3
kết tủa keo. Thêm khoảng 30 ml nước cất, khuấy
đều, lọc kết tủa trên giấy lọc băng xanh không tro, rửa kết tủa nhiều lần bằng nước
cất nóng (để tránh sự hấp phụ của các ion Al

2
trong 1 lít dung dịch lọc được tính theo công thức:
C
SiO2
(g/L) =
1000
10
)(
12
×
− mm
3.2. Phân tích Al
2
O
3
Dung dịch lọc thu được trong quá trình xác định hàm lượng SiO
2
trong mục
3.1 được định mức đến 100ml. Lấy 10ml dung dịch này cho vào bình tam giác.
Thêm vào bình một lượng dư dung dịch Na
2
H
2
Y 0,05N, thêm tiếp khoảng 5ml dung
dịch đệm axetat và vài giọt chỉ thị PAN. Chuẩn độ lượng Na
2
H
2
Y dư bằng dung
dịch CuSO

2
Y thêm vào
V
2
, N
2
: thể tích và nồng độ dung dịch CuSO
4
3.3. Phân tích hàm lượng Na
2
O trong dịch lọc
Để phân tích hàm lượng natri trong dịch chiết được sau khi ngâm tro trong
NaOH, chúng tôi sử dụng phương pháp quang kế ngọn lửa.
Thực nghiệm: Từ dịch chiết ban đầu tiến hành pha loãng mẫu 2000 lần. Sau
đó dùng pipet hút chính xác 4,5 ml mẫu cho vào các ampul 10 ml có đánh số thứ tự
0, 1, 2, 3, 4. Dùng micro pipet lấy 500 µl nước cất cho vào ampul số 0, lấy 500 µl
dung dịch làm việc chuẩn nồng độ 20 mg/l cho vào ampul số 1, lấy 500 µl dung
dịch làm việc chuẩn nồng độ 40 mg/L cho vào ampul số 2 và tương tự như vậy cho
đến ampul số 4, lắc đều ta được dãy dung dịch thêm chuẩn với nồng độ thêm trong
25