Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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 TỪ
POLYANILIN VÀ CÁC PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP HƢỚNG ĐẾN ỨNG
DỤNG XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG
Chủ nhiệm đề tài: ThS. BÙI MINH QUÝ
1.4.6. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng vật liệu compozit PANi – chất mang làm vật
liệu hấp phụ 31
1.5. Giới thiệu về chất mang 31
1.5.1. Mùn cƣa 31
1.5.2. Vỏ lạc 32
1.5.3. Vỏ đỗ 33
1.6. Các phƣơng pháp nghiên cứu 33
1.6.1. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR 33
1.6.2. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 34
1.6.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 35
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 37
2.1. Hóa chất – Dụng cụ 37
2.1.1. Hóa chất 37
2.1.2. Thiết bị - Dụng cụ 37
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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 38
2.3.2. 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
PMb : Polyanilin/mùn cƣa (dạng trung hòa)
VLHP: Vật liệu hấp phụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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(q
e
– q
t
) vào t 24
Hình 1.5. Đồ thị sự phụ thuộc của t/q
t
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
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 tính
quá 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
các vật liệu compozit 64
Hình 3.34. Phƣơng trình động học hấp phụ Cd(II) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của
các vật liệu compozit 64
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số các kim loại nặng trong nƣớc thải công
nghiệp 15
Bảng 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 55
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.
3. Kết quả nghiên cứu:
- 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 kích cỡ nanomet.
- Các vật liệu compozit có khả năng hấp phụ khá tốt các ion kim loại nặng
Cr(VI), Pb(II) và Cd(II). Khả năng hấp phụ của vật liệu compozit phụ thuộc vào pH
của môi trƣờng hấp phụ, thời gian hấp phụ và nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ.
- 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.
- Sự hấp phụ các ion Cr(VI), Pb(II) và Cd(II) của các vật liệu compozit tuân theo
mô hình động học hấp phụ bậc 2.
- Bƣớc đầu thăm dò và xử lý nƣớc thải của nhà máy Kẽm điện phân – Sông Công
(Thái Nguyên) cho thấy: các vật liệu compozit này có khả năng hấp phụ các ion kim
loại Cr(VI), Cd(II) và Pb(II) có trong mẫu nƣớc thải theo tiêu chuẩn cho phép của
nƣớc thải công nghiệp.
ThS. Bùi Minh Quý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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.
Composite are nanometer size.
- The composites could be suitable used for adsorption of Cr(VI), Pb(II), Cd(II)
ions. Ability adsorption depend on pH, contact time and initial concentration of
adsorbate.
- Determined adsorption isotherm models for adsorption of ions onto composites
and the maximum adsorption capacity of its.
- The adsorption of ions onto composites followed pseudo – second order kinetic
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nền công nghiệp ngày càng phát triển thì nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng ngày
càng 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 giành
giải thƣởng Nobel năm 2000 về polyme dẫn, các nhà khoa học trên thế giới ngày càng
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.
- Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ: pH, thời gian
hấp phụ, nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Bƣớc đầu thực hiện nghiên cứu cơ bản trong phòng thí nghiệm và có thử
nghiệm đối với một số mẫu thật.
5. Nội dung nghiên cứu:
- Tổng hợp vật liệu compozit từ polyanilin và các chất mang: mùn cƣa, vỏ đỗ, vỏ lạc.
- Phân tích đặc trƣng cấu trúc vật liệu và hình dạng bề mặt vật liệu thông qua phổ
hồng ngoại IR và nghiên cứu ảnh SEM.
- Khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại crom(VI), chì(II) và cadimi(II) của
vật liệu compozit theo các yếu tố: thời gian, pH và nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ.
- Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich.
- Khảo sát mô hình động học hấp phụ của vật liệu hấp phụ.
- Bƣớc đầu thăm dò nghiên cứu, xử lý mẫu nƣớc thải của một khu công nghiệp
trên địa bàn Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
máy sản xuất cơ khí, chế tạo máy động lực nhƣng từ năm 2011 đến nay vẫn chƣa có hệ
thống xử lí nƣớc thải, hoặc chỉ có hệ thống xử lý lặng cặn sơ bộ rồi thải thẳng ra sông
đem theo rất nhiều dầu mỡ kim loại nặng độc hại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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
giao thông thuỷ, tƣới tiêu, bơi lội, nuôi thuỷ sản, trồng trọt
Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất thành phần
lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhƣng không vƣợt quá giá trị quy định trong cột C
chỉ đƣợc phép đổ vào các nơi đƣợc quy định.
1.2. Ảnh hƣởng của một số kim loại nặng đến cơ thể con ngƣời
1.2.1. Ảnh hưởng của crom [3,12,28,29]
Crom là một trong những nguyên tố phổ biến trong tự nhiên. Trong vỏ trái đất,
crom chiếm 6.10
3
% tổng số nguyên tử. Crom đƣợc tìm thấy trƣớc tiên ở dạng quặng
sắt cromit (FeOCrO
3
).
Crôm đƣợc sử dụng để chế tạo thép crôm, thép không gỉ, hợp kim. Crôm (VI)
oxit, cromat, bicromat là những chất oxy hóa mạnh hay đƣợc sử dụng. Crôm (II) dạng
muối là chất khử trong các phản ứng hữu cơ. Nguồn nƣớc thải chứa nhiều crôm là
nƣớc thải quá trình thuộc da và mạ điện.
Crom tồn tại ở ba hóa trị là Cr(II), Cr(III), Cr(VI) nhƣng chỉ có Cr(VI) là độc
hại nhất tới môi trƣờng. Cr(VI) tồn tại trong môi trƣờng ở 2 dạng cromat CrO
2
4
và
dicromat Cr
2
O
2
7
. Cr
2
O
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 (PbCO
3
) và
anglesit (PbSO
4
).
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
dầu bôi trơn mặc dù xu hƣớng hiện nay đang là hạn chế và loại bỏ. Nồng độ chì trong
thức ăn và không khí có xu hƣớng giảm dần nên sự thâm nhập của nó vào cơ thể chủ
yếu do nguồn nƣớc. Tại 20
0
C độ tan của chì nitrat là 522g/l, của chì clorua là 9,9g/l và
chì sunfat là 42 g/l.
Trong môi trƣờng nƣớc tính năng của hợp chất chì đƣợc xác định chủ yếu thông
qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ
thuộc vào các yếu tố khác nhƣ độ muối (hàm lƣợng ion khác) của nƣóc, điều kiện oxy
hóa khử. Chì trong nƣớc máy có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ trọng khiêm tốn, chủ
yếu là đƣờng ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Hàm lƣợng phụ thuộc vào pH,
độ cứng, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc. Dạng tồn tại của chì trong nƣớc là dạng có hóa trị
hai, với nồng độ trên 0,1mg/l nó kìm hãm quá trình oxy hóa vi sinh các hợp chất hữu
cơ và đầu độc các sinh vật bậc thấp trong nƣớc và nếu nồng độ đạt tới 0,5mg/l thì kìm
hãm quá trình oxy hóa amoniac thành nitrat (nitrification).
Cũng nhƣ phần lớn các kim loại nặng, chì đƣợc tích tụ lại trong cơ thể thực vật
sống trong nƣớc. Với các loại thực vật bậc cao hệ số làm giàu có thể lên đến 100 lần
và ở loại bèo có thể đạt tới trên 46 ngàn lần. Các vi sinh vật bậc thấp bị ảnh hƣởng xấu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN
Liều lƣợng 30mg đủ dẫn đến cái chết. Đầu độc cấp tính có thể gây ra với hơi cadmi, ví
dụ do hàn vật liệu chứa cadmi.
Hàm lƣợng cho phép của cadmi trong nƣớc uống của WHO và nhiều quốc gia là
3-5 g/l.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 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 tƣơng tác
thƣờng ít khi vƣợt quá 10kcal/mol, phần nhiều từ 3 – 5 kcal/mol và năng lƣợng hoạt
hóa không vƣợt quá 1 kcal/mol.
*Hấp phụ hóa học: Xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học
với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học
thông thƣờng (liên kết ion, cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học
tƣơng đƣơng với nhiệt phản ứng hóa học và có thể đạt tới giá trị 100kcal/mol. Cấu
100.
0
0
C
CC
(%)
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)
Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đƣờng biểu diễn q = f
T
(P hoặc C) đƣợc gọi là
đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung
lƣợng 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.
Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đƣờng hấp
phụ đẳng nhiệt đƣợc mô tả qua các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry,
Freundlich, Langmuir…
Một số đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt thông dụng đƣợc nêu ở bảng 1.2
Bảng 1.2. Một số dạng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt
Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt
Phƣơng trình
Bản chất của sự hấp phụ
Henry
q = K
H
. P
Vật lý và hóa học
Freundlich
– 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 hình
đƣờng 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.
- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lƣợng hấp phụ trên các trung
tâm là nhƣ nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các
trung tâm bên cạnh.
Phƣơng trình Langmuir áp dụng cho quá trình hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc
có dạng:
q = q
max
.
CK
CK
L
L
.1
.
(1)
Trong đó: q là lƣợng chất bị hấp phụ trên 1cm
3
bề mặt chất bị hấp phụ.
CV
m
.
1
+
CV
C
m
.
)1(
.
0
1
P
Vật lý, nhiều lớp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN Nếu C << a tức nồng độ C rất nhỏ thì (2) có thể viết: q = q
max
.
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 = q
max
, nghĩa là đại lƣợng hấp phụ là một
Hình 1.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir
Hình 1.2. Đồ thị sự phụ thuộc của C/q
vào C
Từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của C/q vào C ta sẽ tính đƣợc K
L
và q
max
:
OM
=
L
Kq .
1
max
; tgα =
max
1
q
*Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phƣơng trình thực nghiệm mô tả
và n có thể xác định bằng phƣơng pháp đồ thị nhờ logarit hóa.
lgq = lg K
F
+ 1/nlgC (1.6)
Hình 1.3. Đồ thị sự phụ thuộc của lq vào lg C
Từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lg q vào lg C ta sẽ tính đƣợc K
F
và n :
OM
= lg K
F
; tgα =
n
1
1.3.3. Động học hấp phụ [3,4]
Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai
đoạn kế tiếp nhau:
- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
Trong đó:
- q
e
, q
t
: 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, q
0
= 0 và t = t, q
t
= q
t
, phƣơng trình
(5) trở thành:
lg (q
e
– q
t
) = lgq
e
– k
1
t/2,303 (6)
Phƣơng trình (6) là có dạng tuyến tính bậc nhất. Từ (6) ta xác định đƣợc q
e
Hình 1.4. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(q
e
– q
t
) 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
et
dq
k 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:
11
e t e
kt
q q q
(8)
Hoặc về dạng tuyến tính:
2
của nó nhờ sử dụng kĩ thuật doping các chất vô cơ hay hữu cơ.
1.4.1. Vài nét về Anilin
* Tính chất vật lý:
M
0 t t/q
tSố hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN Anilin là hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C
6
H
7
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/cm
3
.
Độ nhớt: - Ở 20
o
C : 4,35 m.Pa.s.
- Ở 60
o
C : 1,62 m.Pa.s.
5
NH
2
+ CH
3
COOH → C
6
H
5
– NH – CO – CH
3
+ H
2
O
- Phản ứng với rƣợu:
C
6
H
5
NH
2
+ CH
3
OH → C
6
H
5
– NH – CH
3
+ H
a, b = 0, 1, 2, 3, 4, 5…
N
H
N
H
N N
=
=
a
b
Copyright: Tài liệu đại học ©