ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA

Họ tên sinh viên: Võ Thị Việt Trinh
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm

Đà Nẵng – 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CỦA
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sƣ phạm
Sinh viên thực hiện

: Võ Thị Việt Trinh

Lớp

: 12SHH

Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS. Lê Tự Hải


6. Ngày hoàn thành: Ngày 12 tháng 04 năm 2016

Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên)

(Ký và ghi rõ họ, tên)


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016
Kết quả điểm đánh giá:……
Ngày… tháng… năm 20..
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ, tên)


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gởi đến quý thầy cô ở khoa Hóa Học –
trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để
truyền đạt vốn tri thƣc quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trƣờng. Và đặc biệt trong bài khóa luận của mình em xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ nhiệt tình của thầy Lê Tự Hải. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ
chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Em xin đƣợc cảm ơn các anh chị, các bạn cũng nhƣ các đơn vị đo mẫu thí
nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác giúp đỡ em trong quá trình làm thực
nghiệm.
Bƣớc đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức
của em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ. Do vậy việc mắc phải những sai sót là điều

1.1.3. Thu hoạch và lọc nhựa ..........................................................................4
1.1.4. Thành phần hóa học ..............................................................................5
1.2. CELLULOSE ...............................................................................................6
1.2.1. Cấu trúc phân t ....................................................................................6
1.2.2. T nh chất vật lý .....................................................................................9


1.2.3. T nh chất hóa học ..................................................................................9
1.2.4. Trạng thái tự nhiên ................................................................................9
1.2.5 .

ng dụng ............................................................................................10

1.3. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH ......10
1.3.1. Khái quát chung ..................................................................................10
1.3.2. Các ion kim loại nặng và vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc .......................13
1.4. HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC ...............................14
1.4.1. Các khái niệm ......................................................................................14
1.4.2. Các m hình cơ bản của quá trình hấp phụ .........................................16
1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .....................................19
CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................21
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U ..........................................21
2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ..............................................21
2.1.1. Nguyên liệu .........................................................................................21
2.1.2. Hóa chất, dụng cụ................................................................................21
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U..............................................................21
2.2.1. Cách tiến hành .....................................................................................21
2.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .....................................22
CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................23
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................23

.........................................18
m

Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ....................................24
Hình 3.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................................25
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến khả năng hấp phụ ..................26
Hình 3.5. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với Zn (II) ......27


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tre có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ở khắp các làng quê Việt Nam. Từ
lâu, con ngƣời đã biết s dụng tre để làm nhà, làm đũa, vật dụng nông nghiệp. Tre
non làm thức ăn, tre kh làm củi đun, … Ngày nay, trong c ng nghiệp, tre còn đƣợc
dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy và làm thuốc chữa các bệnh ngứa, hen suyễn,
ho, …
Quá trình c ng nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay tạo điều kiện thuận lợi cho sự
phát triển của nền kinh tế xã hội, nhƣng nó cũng góp phần tạo ra lƣợng chất thải độc
hại tác động trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và động thực vật. Các ngành c ng
nghiệp nhƣ thuộc da, điện t , c ng nghiệp hóa dầu... đã gây

nhiễm nguồn nƣớc vì

chứa các ion kim loại độc hại nhƣ Cu, Pb, Ni, Cd, As… X lý nguồn nƣớc ô nhiễm
là vấn đề cấp bách của các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, các nhà khoa học đang
có xu hƣớng tìm đến các vật liệu xanh, thân thiện với m i trƣờng, có giá thành rẻ.
Đã có nhiều vật liệu đƣợc nghiên cứu nhƣ xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã m a, …
làm vật liệu hấp phụ, tuy nhiên chúng t i chƣa tìm thấy tài liệu về vật liệu từ tre. Do
vậy, trong đề tài nghiên cứu này chúng t i chọn vật liệu là dăm tre với nội dung
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của cellulose biến tính từ dăm

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN C U
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TRE
1.1.1. Phân loại khoa học
Tre (Bamboo) thuộc giới Plantae, bộ Poales, họ Poaceae, phân họ
Bambusoideae, liên tông Bambusodea, tông Bambusea [9].

Hình 1.1. Thân tre
1.1.2. Đặc điểm sinh thái
Tre là nhóm thực vật thân gỗ lâu năm, đƣợc coi là lớn nhất trong bộ Hòa thảo
(Poales). Thân tre có các lóng rỗng, các bó mạch nằm rải rác khắp thân tre thay vì
sắp xếp hình trụ nhƣ gỗ.
Tre là một trong các thực vật phát triển nhanh nhất trên thế giới. Một số loài
có khả năng phát triển 100 cm (39 inch) hoặc nhiều hơn mỗi ngày do hệ thống rễ
độc đáo. Tuy nhiên, tỷ lệ tăng trƣởng một phần phụ thuộc vào điều kiện thổ nhƣỡng
và khí hậu.

3


Tre có nhiều ý nghĩa về kinh tế và văn hóa đáng chú ý ở khu vực Nam Á,
Đ ng Nam Á và Đ ng Á. Tre đang đƣợc s dụng cho vật liệu xây dựng, là một
nguồn thực phẩm và là nguyên liệu linh hoạt cho nhiều sản phẩm.

- Một phƣơng pháp tƣơng tự để giảm lƣợng nhựa là để tre đứng trong nƣớc,
có thể trong một cái trống lớn hoặc trong một dòng suối.
- Tre cắt đƣợc ngâm trong một suối đang chảy trong 3 – 4 tuần.
- Bơm nƣớc qua tre tƣơi, đẩy nhựa cây ra ngoài.
Độ bền của tre liên quan trực tiếp với việc x lý từ thời điểm trồng, thu
hoạch, chế biến, vận chuyển và lƣu trữ.
1.1.4. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của tre tƣơng tự nhƣ gỗ [Higuchi, 1957]. Các thành
phần chính của tre là cellulose, hemicellulose và lignin, các thành phần này chiếm
trên 90% khối lƣợng của tre. Các thành phần phụ là nhựa, tannin, sáp và muối vô
cơ. Tuy nhiên, so với gỗ thì tre có hàm lƣợng kiềm, tro và silica cao hơn.
Yusoff [1992] nghiên cứu thành phần hóa học của tre một, hai, ba tuổi. Kết
quả chỉ ra rằng các thành phần holocellulose không khác nhau nhiều giữa các lứa
tuổi khác nhau của tre. Hàm lƣợng alpha-cellulose, lignin, chất trích ly, pentosan,
tro và silica tăng theo tuổi tre.
Holocellulose bao gồm alpha-cellulose và hemicellulose. Alpha-cellulose là
thành phần chính của tre. Khoảng 40 – 50% chất khô trong tre là alpha-cellulose.
Các phân t cellulose hoàn toàn tuyến t nh và có xu hƣớng mạnh tạo liên kết hydro
nội phân t và liên phân t . Bó của các phân t cellulose do đó tổng hợp lại với
nhau tạo thành các sợi rất nhỏ. Hemicellulose là các polisaccarit kh ng đồng nhất.
Giống cellulose, hầu hết các chức năng của hemicellulose là hỗ trợ vật liệu trong
thành tế bào. Alpha-cellulose là nguồn gốc chính của các tính chất cơ học của tre và
gỗ.
Nói chung, hàm lƣợng alpha-cellulose trong tre là 40 – 50%, phù hợp với các
báo cáo đã biết về hàm lƣợng cellulose trong gỗ mềm là 40 – 52% và gỗ cứng là 38
– 56%. Hàm lƣợng cellulose trong phạm vi này cho thấy tre là vật liệu phù hợp với
ngành công nghiệp giấy và bột giấy.
Lƣợng lignin trong tre cũng khoảng từ 20 – 26%, gần giống với phạm vi báo
cáo cho gỗ mềm là 24 – 37% và gỗ cứng là 17 – 30%. Hàm lƣợng lignin cao của tre


t cellulose có thể cấu tạo từ 200 - 1000 phân t glucose.
Cellulose có dạng hình sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành
chùm nhờ các liên kết hidro giữa các nhóm –OH. Mạch cellulose xếp đối song song
tạo thành các sợi có đƣờng k nh 3,5nm. Mỗi phân t cellulose chứa khoảng 8000
gốc monosaccarit.

6


Cellulose có t nh chất của 1 tinh thể crystal và có t nh khúc xạ k p vì do cấu
tạo mà phân t có t nh định hƣớng kh ng gian 3 chiều sắp xếp song song với nhau.

n 1.2

n 1.3

p

p

n

n

cellulose

cellulose on

n


iod sẽ có màu xanh.

n 1.5
1.2.3.

nh chấ h

ản n mà

o – cellulose

od

học

Tác dụng với dung dịch axit v cơ và hữu cơ (phản ứng este hóa). V dụ nhƣ
đun nóng cellulose trong hỗn hợp axit nitric đặc và axit sunfuric đặc thu đƣợc
cellulose nitrat.
o

H SO , t
 [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
[C6H7O2(OH)3]n+ 3nHNO3 
2

4

Do cellulose đƣợc cấu tạo bởi các mắt x ch β-D-Glucose liên kết với nhau
bằng liên kết 1,4–Glucozit, do vậy liên kết này thƣờng kh ng bền. Đun nóng
cellulose trong dung dịch axit v cơ đặc nó bị thủy phân tạo ra các glucose.

axetat, thuốc súng kh ng khói và chế tạo phim ảnh. Ngày nay cellulose dùng chế
tạo các sản phẩm hữu cơ có giá trị.
1.3. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH
1.3.1. Khái quát chung
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên t lƣợng cao và
thƣờng có độc t nh đối với sự sống. Kim loại nặng thƣờng liên quan đến vấn đề ô
nhiễm m i trƣờng. Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên hoặc từ
hoạt động của con ngƣời, chủ yếu là từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp),
nông nghiệp và hàng hải...
Có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có
một số hợp chất có thể hoà tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do
độ chua của đất, của nƣớc mƣa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể
phát tán rộng vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm đất. Sau đó qua
nhiều giai đoạn khác nhau đi vào chuỗi thức ăn của con ngƣời. Khi đã nhiễm vào cơ
thể, kim loại nặng có thể tích tụ lại trong các m . Đồng thời với quá trình đó cơ thể
lại đào thải dần kim loại nặng. Nhƣng các nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim
loại nặng thƣờng nhanh hơn tốc độ đào thải rất nhiều. Dƣới đây là giới hạn hàm
lƣợng kim loại nặng trong nƣớc ăn uống theo tiêu chuẩn của Bộ y tế (bảng 1.1)

10


Bảng 1.1. Tiêu chuẩn c a Bộ y tế v gi i hạn àm lư ng kim loại nặng trong nư c
thải công nghiệp [2]
TT

Thông số

Đơn vị



-

Không khó

Không khó

chịu

chịu

-

20

70

4

Độ mầu (Co-Pt ở pH = 7)

5

BOD5 (200C)

mg/l

30

50


9

Thuỷ ngân

mg/l

0,005

0,01

10

Chì

mg/l

0,1

0,5

11

Cadimi

mg/l

0,005

0,01


15

Kẽm

mg/l

3

3

16

Niken

mg/l

0,2

0,5

17

Mangan

mg/l

0,5

1


21

Phenol

mg/l

0,1

0,5

22

Dầu mỡ khoáng

mg/l

5

5

23

Dầu động thực vật

mg/l

10

20


0,003

0,01

26

Hoá chất bảo vệ thực vật

mg/l

0,3

1

mg/l

0,1

0,1

lân hữu cơ
27

Hoá chất bảo vệ thực vật
Clo hữu cơ

28

Sunfua


mg/l

5

10

32

Tổng Nitơ

mg/l

15

30

33

Tổng Phôtpho

mg/l

4

6

34

Coliform

nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đ ch
cấp nƣớc sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công
nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nƣớc không dùng cho mục đ ch
cấp nƣớc sinh hoạt.
- Thông số clorua không áp dụng đối với nguồn tiếp nhận là nƣớc mặn và
nƣớc lợ.

12


1.3.2. Các ion kim loại nặng và vấn đề ô nhiễm nguồn nước
a. Kẽm on nư
Trong nƣớc, kẽm thƣờng tồn tại dƣới dạng cation hóa trị II hoặc dƣới dạng
các ion phức với xianua, cacbonat, sunfua…
Kẽm trong nƣớc thiên nhiên chủ yếu do các nguồn nƣớc thải đƣa vào, đặc
biệt nƣớc thải của các nhà máy, các x nghiệp luyện kim, c ng nghiệp hóa chất, các
nhà máy sợi tổng hợp.
Kẽm rất cần thiết cho sự sinh trƣởng của các sinh vật nổi trên biển. Tuy
nhiên, hàm lƣợng kẽm ngày càng tăng cao trong nƣớc biển, do sự

nhiễm m i

trƣờng từ các nguồn thải có chứa kẽm và các hợp chất của kẽm nhƣ thuốc bảo vệ
thực vật, thuốc chuột, sơn, tấm lợp t n tráng kẽm. Vì vậy, kẽm đã cản trở quá trình
quang hợp của các loài thực vật nổi trên biển. Ðiều này, có thể gây nên nhiều hậu
quả nghiêm trọng cho m i trƣờng vì rằng, sinh vật nổi là mắt x ch đầu tiên của
chuỗi thực phẩm và là thức ăn của nhiều loại cá.
b M n n on nư
Sự có mặt của mangan ở nồng độ thấp là cần thiết cho sức khỏe của con

Th ng thƣờng, quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Tùy theo bản chất lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, ngƣời
ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực
Vander Waals giữa phần t chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này
yếu, dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất
hấp phụ và phần t chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Trong thực tế
sự phân biệ giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối vì ranh giới
giữa chúng kh ng r rệt. Một số trƣờng hợp tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình
hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả
năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [6], [7].
b.

ả

pp
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải

hấp phụ dựa trên nguyên tắc s dụng các hóa chất bất lợi đối với quá trình hấp phụ.
Giải hấp phụ là phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể s dụng lại nên nó
mang đặc trƣng về hiệu quả kinh tế.
Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
- Phƣơng pháp nhiệt: Đƣợc s dụng cho trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
- Phƣơng pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ nên
tiết kiệm thời gian, c ng tháo dỡ, vận chuyển, kh ng vỡ vụn chất hấp phụ và có thể
thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên v n. Phƣơng pháp hóa lý có thể thực hiện
14


theo cách: Chiết với dung m i, s dụng phản ứng oxi hóa kh , áp đặt các điều kiện


d. Hiệu su t h p ph (H%)
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch chất bị hấp phụ trên nồng
độ dung dịch ban đầu. Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức:
H (%) =

C0  C f
C0

.100

(1.2)

Trong đó:
C0: Nồng độ của dung dịch trƣớc khi hấp phụ (mg/l)
Cf: Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l)
Ccb: Nồng độ của dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g)
H: Hiệu suất hấp phụ (%)
V: Thể tích dung dịch đem hấp phụ (l)
m: Khối lƣợng chất hấp phụ (g)

15


c m h nh c

1.4.2.
a M


n

pp

dx
dt

(1.3)

n n ệ

Có thể m tả quá trình hấp phụ dựa vào đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đƣờng
đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ tại một thời
điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở
một nhiệt độ xác định. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc thiết lập bằng cách cho một
lƣợng các định chất hấp phụ vào một lƣợng cho trƣớc dung dịch có nồng độ đã biết
của chất bị hấp phụ.
Với chất hấp phụ là rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đƣờng đẳng nhiệt
hấp phụ đƣợc m tả th ng qua phƣơng trình đẳng nhiệt: phƣơng trình đẳng nhiệt
hấp phụ Henry, phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phƣơng trình đẳng
nhiệt hấp phụ Langmuir… [6], [7].
M

n

n n ệ

pp

n