NGHIÊN CỨU TÁCH ION Cu
2+

TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU
HẤP PHỤ BENTONIT THUẬN HẢI
A STUDY ON THE REMOVAL OF Cu
2+
IONS IN AQUEOUS SOLUTIONS
USING THUANHAI BENTONITE LÊ TỰ HẢI
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT
Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian khuấy, pH dung dịch, nồng độ bentonit, nồng độ
Cu
2+
, nhiệt độ đến khả năng hấp phụ Cu
2+
trên bentonit Thuận Hải đã được khảo sát. Hiệu
suất hấp phụ tối ưu đạt 99,86% ở điều kiện: thời gian khuấy 80 phút, nồng độ bentonit 0,5 g/
100 ml dung dịch, nồng độ Cu
2+
150 mg/l, pH = 5,0. Các thông số nhiệt động của quá trình
hấp phụ được xác định ở nhiệt độ 30, 40, 50, 60
o
C. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ Cu
2+


C. The results show
that the sorption of Cu
2+
on bentonite is an endothermic and spontaneous process (H
o

27.16Kj/mol, G
o
< 0). The absorption of Cu
2+
on bentonite followed the Freundlich isotherm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng và động vật. Tuy nhiên, khi hàm
lượng đồng trong cơ thể người đạt từ 60 – 100 mg/1kg thể trọng thì gây ngộ độc buồn nôn.
Với loài vi khuẩn lam, khi nồng độ đồng trong nước 0,01 mg/l sẽ làm chúng chết. Ngoài ra,
ion Cu
2+
còn liên kết với màng tế bào, ngăn cản quá trình vận chuyển vật chất qua màng gây
ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất [1].
Sự ô nhiễm Cu
2+
trong môi trường nước được gây ra bởi các nhà máy luyện kim, công
nghệ mạ, các mỏ khoáng sản Một số phương pháp đã được sử dụng để tách Cu
2+
như điện
phân, thẩm thấu ngược, xử lý hoá học hay hấp phụ [2,3,4].
Trong công trình này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu quá trình tách Cu
2+

Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian khuấy, pH dung dịch, nồng độ bentonit, nồng
độ Cu
2+
, nhiệt độ đến quá trình hấp phụ đã được khảo sát.
Sau khi hấp phụ tại các khoảng thời gian xác định, huyền phù được ly tâm trong 30
phút (tốc độ 4000 vòng/phút) và phân tích nồng độ Cu
2+
trong dung dịch thu được bằng
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử trên máy AAS – 100 PE.
HiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô (%A) vµ h»ng sè ph©n bè K
d
®îc tÝnh nh sau [4]:
100.%
o
eo
C
CC
A

 (1)
)/(
3
gcm
m
V
C
CC
K
e
eo

90
100
0 20 40 60 80 100 120
thời gian (phút)
%A

Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ Cu
2+
Hình 1 cho thấy, khi thời gian khuấy tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng và cân bằng hấp
phụ đạt được sau 80 phút. Vì vậy, thời gian khuấy 80 phút được chọn làm thời gian tối ưu cho
các nghiên cứu tiếp theo.
3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch
Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ Cu
2+
được khảo sát trong vùng
pH = 1,5 ÷ 7,0 với điều kiện: nồng độ Cu
2+
150 mg/l, nồng độ bentonit 0,3 g/l, nhiệt độ 30
o
C,
thời gian khuấy 80 phút. Kết quả thu được thể hiện ở hình 2.
Trong vùng pH = 1,5 ÷ 5,0 hiệu suất quá trình hấp phụ tăng khi pH tăng và giảm nhẹ ở
pH = 6,0 ÷ 7,0. Nguyên nhân ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Cu
2+

trên bentonit
được giải thích như [5]. Đó là do sự hấp phụ cạnh tranh của H
+
và sự tích điện dương trên bề
mặt bentonit ở vùng pH thấp; còn ở vùng pH = 6,0 ÷ 7,0 đã có xuất hiện kết tủa Cu(OH)

d
vào nồng
độ bentonit được thể hiện ở hình 3.

Hình 3. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ bentonit đến hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố K
d

Kết quả cho thấy, hiệu suất hấp phụ và hằng số phân bố tăng khi nồng độ bentonit
tăng từ 0,1 đến 0,5 g/ 100 ml. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nồng độ bentonit thì hiệu suất hấp
phụ tăng không đáng kể, trong khi đó K
d
lại giảm. Vì vậy, nồng độ bentonit 0,5 g/ 100 ml là
nồng độ tối ưu cho quá trình tách Cu
2+
.
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu
2+


200000
300000
400000
500000
600000
75 125 175 225 275
C (Cu2+) mg/l
KdHỡnh 4. th nh hng ca nng Cu
2+
n hiu sut hp ph v hng s phõn b K
d
.

Nh vy, hiu sut hp ph v hng s phõn b K
d
gim mnh khi nng Cu
2+
tng.
3.5. ng ng nhit hp ph
Phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich đợc áp dụng cho quá trình hấp phụ Cu
2+

trên bentonit [4]:
e
C
n
K

Kt qu cho thy, s hp ph Cu
2+
trờn bentonit tuõn theo ng nhit hp ph
Freundlich. T th tớnh c giỏ tr K = 10
2,20

v n = 5,73. Giỏ tr ca n = 5,73 chng t
quỏ trỡnh hp ph Cu
2+
trờn bentonit xy ra tt.
3.6. nh hng ca nhit
Kho sỏt nh hng ca nhit n quỏ trỡnh hp ph Cu
2+
trong iu kin: nng
bentonit 0,5 g/ 100 ml, nng Cu
2+
150 mg/l, pH = 5,0, thi gian khuy 80 phỳt ti cỏc nhit
30, 40, 50, 60
o
C. Cỏc giỏ tr nhit ng H
o
, S
o
, G
o
c xỏc nh thụng qua phng
trỡnh sau [4]:
95
96
97

2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40
lnKd

Hỡnh 6. th lnK
d
1/T cho quỏ trỡnh hp ph Cu
2+

T th, cỏc giỏ tr nhit ng c tớnh toỏn v thu c kt qu sau: H
o
=
27,60Kj/mol, S
o
= 0,182 Kj/K.mol v G
o
= -27,546 Kj/mol, -29,366 Kj/mol, -31,186
Kj/mol, -33,006 Kj/mol cỏc nhit 303K, 313K, 323K, 333K tng ng.
Giá trị H
o
> 0, S
o
> 0 và sự giảm G
o
khi tăng nhiệt độ cho thấy quá trình hấp phụ
Cu
2+
trên bentonit là thu nhiệt và tự xảy ra. S tng entropi trong quỏ trỡnh hp ph Cu
2+
trờn
bentonit c gii thớch tng t nh [5].

[4] M. I. Panayotova, Kinetics and thermodynamics of copper ions removal from waste
water by use of zeolite, Waste Management 21 (2001) 671-676.
[5] Lờ T Hi, Nghiờn cu thnh phn, cu trỳc v kh nng hp ph ion Pb
2+
trong
dung dch nc ca bentonit Thun Hi, Hi ngh ton quc cỏc ti nghiờn cu c
bn trong lnh vc Hoỏ lý v Hoỏ lý thuyt, H Ni 12/2005, 25 32.
1/T .10
-
3