ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

---------

NGUYỄN ĐÌNH CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM

Đà Nẵng, 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

---------

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
ION Pb2+, Cu2+ TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC

Sinh viên thực hiện
Lớp
Giáo viên hướng dẫn


- dung dịch HNO3 10%, axit xitric, NaOH.
- Dung dịch Pb2+, Cu2+ đã pha với nồng độ chính xác.
- Nước cất.
- Giấy lọc.
* b. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
- Máy khuấy từ
- Máy sấy
- Cân phân tích
- Phểu lọc puchner
Và các dụng cụ thí nghiệm khác như: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình
định mức, bình tam giác, ống đong, pipet…
3. Nội dung nghiên cứu:
- Điều chế vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.
- Đánh giá khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ lạc.
- So sánh khả năng hấp phụ ion Pb2+ và Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ
lạc.
i


4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Văn Tạc.
5. Ngày giao đề tài: Ngày 15 tháng 8 năm 2015.
6. Ngày hoàn thành: Ngày 20 tháng 4 năm 2016.
Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày …tháng …năm 2016.
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày …… tháng …... năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

1.2.1. Khái niệm và phân loại hấp phụ ........................................................ 5
1.2.2. Các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt ................................................. 7
1.2.3. Một số phương trình cơ bản của sự hấp phụ .................................... 8
1.2.4. Đặc tính của quá trình hấp phụ ....................................................... 14
1.2.5. Phổ hấp thu nguyên tử (AAS) và hiển vi điện tử truyền qua (SEM)
...................................................................................................................... 15
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 17
2.1. Thiết bị và hóa chất .............................................................................. 17
2.1.1. Thiết bị ............................................................................................. 17
2.1.2. Hoá chất ........................................................................................... 17
2.2. Chế tạo nguyên liệu hấp phụ từ vỏ lạc.................................................. 17
2.2.1.Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc ................................ 17
2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ ion Pb2+ và ion Cu2+ ............................... 18
2.3.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ............... 18
2.3.2. Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ............. 18
2.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp
phụ ................................................................................................................ 19
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 21
3.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm của bề mặt VLHP điều chế ......... 21
iv


3.2. Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP điều chế ................................ 22
3.2.1. Khảo sát về thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ...................... 22
3.2.2. Khảo sát về khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................... 24
3.2.3. Khảo sát về nồng độ dung dịch Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ
...................................................................................................................... 25
3.3. Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP điều chế ................................ 26
3.3.1. Khảo sát về thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ ...................... 26
3.3.2. Khảo sát về khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ ................... 27

Bảng 2.1

Quy trình hấp phụ VLHP dựa vào thời gian khuấy

18

Bảng 2.2

Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về khối lượng

19

Bảng 2.3
Bảng 3.1

Quy trình hấp phụ VLHP thay đổi về nồng độ ban đầu
Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi về

20
23

thời gian khuấy
Bảng 3.2

Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối

24

lượng VLHP
Bảng 3.3


30

đầu
Bảng 3.8

Độ hấp phụ khi thay đổi về nồng độ dung dịch Cu 2+ ban
đầu

vi

30


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Năm loại đường hấp phụ theo Brunauer

08

Hình 1.2

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich


22

Hình 3.3

Ảnh chụp SEM của nguyên liệu

22

Hình 3.4

Ảnh chụp SEM củaVLHP

22

Hình 3.5

Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi về thời

23

gian khuấy
Hình 3.6

Khả năng hấp phụ ion Pb2+ của VLHP khi thay đổi khối

24

lượng VLHP
Hình 3.7


nhau
Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến tính

32

Hình 3.13 Đường đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến tính

32

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
VLHP

Vật liệu hấp phụ

T

Nhiệt độ

t

Thời gian

COD

Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa hóa học)


tự nhiên như vỏ trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu, rau câu,.... để tách loại và thu hồi
các kim loại nặng từ dung dịch nước đã được một số tác giả trên thế giới và
trong nước nghiên cứu . Loại VLHP này có khả năng ứng dụng rất lớn trong kỹ
thuật xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng trong tương lai.
Phương pháp xử lý sử dụng VLHP sinh học có nhiều ưu việt so với các
phương pháp xử lý khác như giá thành xử lý không cao, tách loại được đồng
thời nhiều kim loại trong dung dịch, có khả năng tái sử dụng VLHP và thu hồi
kim loại.
Vỏ lạc là một nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam có sản lượng hàng
năm rất lớn. Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này, chúng tôi tập trung
nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ trên vật liệu
hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc.”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ và đánh giá khả năng hấp phụ ion
Pb2+, Cu2+.

1


3. Phạm vi nghiên cứu
Vỏ lạc: ở Quảng Nam
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Điều chế vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc.
- Đánh giá khả năng hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ của VLHP điều chế từ vỏ lạc.
- So sánh khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ và Pb2+.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều chế được VLHP từ bã đậu để ứng dụng làm vật hấp phụ các ion kim
loại nặng, những ion kim loại gây ô nhiễm môi trường.
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có
các chương như sau:


2011 2012 2013 2014 2015
223.8 219.3 216.3 230 240
2.09 2.14 2.28 2.3
2.29
468.7 468.4 492.6 530 550
Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam
Với sản lượng như vậy, lượng vỏ lạc mỗi năm thu được vào khoảng 150

nghìn tấn (chiếm khoảng 30-32% sản lượng lạc).
Do đó, việc sử dụng vỏ lạc để chế tạo VLHP vừa có ý nghĩa về mặt khoa
học vừa góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào này.
3


1.1.2. Thành phần chính của vỏ lạc
Vỏ hạt chiếm khoảng 30% khối lượng hạt. Với sản lượng lạc hàng năm
khoảng 500000 tấn thì khối lượng vỏ lạc có thể lên tới 150000 tấn/năm. Vỏ lạc
có giá trị dinh dưỡng, thường được dùng để nghiền thành cám làm thức ăn cho
gia súc hoặc phân bón cho cây. Sau đây là kết quả phân tích thành phần vỏ lạc.
Bảng 1.2. Thành phần chính của vỏ lạc
Thành phần

Nước

protein lipit

gluxit

Đạm

Hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ nhưng có số mắt xích
nhỏ hon và thường bao gồm nhiều loại mắt xích có chứa nhóm axetyl và metyl.
Lignin là loại polime được tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ
vai trò kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ.
1.1.3. một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu
hấp phụ
- Vỏ

lạc: Được sử dụng để chế tạo than hoạt tính với khả năng tách Cd 2+ rất

cao, chỉ cần hàm lượng than hoạt tính là 0,7 g/1 có thể hấp phụ rất tốt dung dịch
4


chứa Cd2+ nồng độ 20 mg/1. Nếu so sánh với các loại than hoạt tính thông
thường thì khả năng hấp phụ của nó cao gấp 31 lần.
-Vỏ đậu tương: Có khả năng hấp phụ tốt đối với nhiều ion kim loại nặng
như Cd2+, Zn2+... và một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt hấp phụ rất tốt Cu 2+. vỏ
đậu tương sau khi xử lý với natri hiđroxit và axit xitric thì dung lượng hấp phụ
cực đại lên tới 108 mg/g.
- Bã

mía: Được đánh giá như phương tiện lọc chất bẩn từ dung dịch nước và

được ví như than hoạt tính trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng như Cr3+,
Ni2+, Cu2+. .. Bên cạnh khả năng tách các kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả
năng hấp phụ tốt đối với dầu.
- Lõi

ngô: Sau khi được xử lý bằng natri hiđroxit và axit photphoric thì hiệu

 Năng lượng hoạt hóa: E = 0.
 Có thể hấp phụ đơn lớp hay đa lớp.
 Quá trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ thấp.
 Không có tính chọn lọc.
 Tốc độ quá trình hấp phụ nhanh.


Hấp phụ hoá học: là quá trình hấp phụ có các đặc điểm:
 Lực hấp phụ là lực hóa học.
 Quá trình là bất thuận nghịch.
 Entanpy hấp phụ từ 40 – 800 kJ/mol.
 Năng lượng hoạt hóa thường nhỏ.
 Chỉ là hấp phụ đơn lớp.
 Quá trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ cao.
 Có tính chọn lọc.
6


 Tốc độ quá trình hấp phụ chậm được xác định theo phương
trình:
 Ea

khp  k0 Ze RT

(1.1)

Trong đó:
khp:

hằng số tốc độ hấp phụ hóa học.

Dạng III: đặc trưng cho hấp phụ mà nhiệt hấp phụ của nó là bằng hay thấp
hơn nhiệt ngưng tụ của chất bị hấp phụ.
Dạng IV và V: tương ứng với sự hấp phụ dạng II và III có kèm theo
ngưng tụ mao quản, nó đặc trưng cho hệ hấp phụ trên các vật thể xốp.

x

x

I

II

x

C0

C0
x

III

x

IV

C0
V

C0

lượng hấp phụ đơn vị.

x (mol hoặc gam): lượng chất bị hấp phụ.
m (gam):

khối lượng vật hấp phụ.

Ccb (mg/l):

nồng độ cân bằng của cấu tử hấp phụ.

K, n:

hằng số.

Các giá trị Ccb, K và n được xác định bằng thực nghiệm đối với từng chất
bị hấp phụ và vật hấp phụ. Do đó việc lựa chọn vật hấp phụ cho một quá trình
hấp phụ cụ thể nào đó có ý nghĩa rất quan trọng.
 Thuyết hấp phụ Langmuir
Những luận điểm được đưa ra khi xây dựng thuyết:

9


 Sự hấp phụ do lực hóa trị gây ra và xảy ra trên các hóa trị tự do
của các nguyên tử hay phân tử bề mặt vật hấp phụ.
 Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.
 Sự hấp phụ là thuận nghịch.
 Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau có thể bỏ
qua.

Kt:

hằng số tốc độ hấp thụ.

Kn:

hằng số tốc độ giải hấp.

Từ phương trình Langmuir:
 Khi C (P) nhỏ: KC  1 (hoặc KP  1) thì    m KC , nghĩa là độ
hấp phụ tỷ lệ thuận với nồng độ (hoặc áp suất).
 Khi C (P) lớn: KC  1 (hoặc KP  1) thì    m .
Như vậy, lúc đầu sự hấp phụ tăng tỷ lệ với nồng độ và áp suất, sau đó dần
dần chậm lại và ở những nồng độ (hoặc áp suất) lớn có sự bão hòa bề mặt bởi
lớp đơn phân tử của chất bị hấp phụ. Có thể thấy rõ điều này trên những đường
hấp phụ có dạng như hình 1.4.

10


Với những trường hợp hấp phụ đơn lớp trên chất ít xốp, dạng đường cong
hấp phụ đẳng nhiệt có thể tương ứng khá tốt với phương trình Langmuir. Đối
với trường hợp hấp phụ hai chất A và B, phương trình Langmuir có dạng:
A 

K AC A
1  K AC A  K B C B

(1.4)


A0:

bề mặt chiếm bởi một phân tử chất bị hấp phụ ở lớp đơn
phân tử.

11


0 :

thể tích của 1 mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

m :

thể tích khí bị hấp phụ khi quá trình hấp phụ đạt cực đại.

 Thuyết hấp phụ BET (Bruanuer – Emmett – Teller)
Phương trình BET dựa trên ba giả thuyết cơ bản sau:
 Entanpy hấp phụ của các phân tử không thuộc lớp hấp phụ thứ nhất
và bằng entanpy hóa lỏng.
 Không có sự tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ.
 Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất hơi bão hòa.
Thuyết hấp phụ BET mô tả quá trình hấp phụ đa lớp dựa vào đường biểu
diễn của một số trường hợp có hình chữ S.
Điều này được giải thích là do ngưng tụ mao quản hoặc bán kính tác dụng
của lực phân tử lớn hơn của các hóa trị dư trong thuyết Langmuir, khi đó sự hấp
phụ không chỉ tạo lớp đơn phân tử mà nhiều lớp chồng lên nhau.

A


C:

thừa số năng lượng.

Từ số liệu thực nghiệm có thể xác định được và từ đó có thể tính được bề
mặt riêng của chất cần nghiên cứu theo phương trình (1.9).
m 

22400 S0

NA

(1.9)

Trong đó:
 : yếu tố hình học phụ thuộc sự sắp xếp của phân tử chất bị hấp phụ.

Phương trình BET bao quát cả ba trong số năm trường hợp được phân loại
của các loại đường hấp phụ đẳng nhiệt.
 Khi C lớn, phương trình được đưa về phương trình Langmuir:



cx

 m 1  cx

(1.10)

Vậy đường hấp phụ đẳng nhiệt dạng I (hình 1.8) là một trường hợp

hấp phụ. Dung lượng hấp phụ là một đại lượng dễ đo và đặc trưng tốt cho khả
năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ. Trên cùng một cấu tử bị hấp phụ, vật hấp
phụ nào có dung lượng hấp phụ lớn hơn thì có đặc tính hấp phụ tốt hơn. Một lợi
thế khác của quá trình xử lý ô nhiễm bằng phương pháp hấp phụ đó là khả năng
hoàn nguyên vật liệu hấp phụ do đặc tính thuận nghịch của quá trình hấp phụ.
 Quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt
Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng Loavadie áp dụng cho quá trình
hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt nên việc giảm nhiệt độ sẽ có lợi cho quá trình hấp
phụ còn ở nhiệt độ cao sẽ thuận lợi cho quá trình giải hấp. Tuy vậy, trong một
vài quá trình hấp phụ việc tăng nhiệt độ ban đầu lại xúc tiến cho quá trình hấp
phụ, điều này liên quan đến năng lượng hoạt hóa. Các tiểu phân ban đầu cần một

14