Header Page 1 of 89.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

NGUYỄN HOÀI NAM

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ
MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HÒA TAN TRONG NƯỚC
TRÊN NỀN VẬT LIỆU SẮT HYDROXIT CÓ MẶT PHỤ GIA
SiO2 VÀ SẮT KIM LOẠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI – 2014

Footer Page 1 of 89.


Header Page 2 of 89.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

NGUYỄN HOÀI NAM


Nguyễn Hoài Nam

Footer Page 3 of 89.


Header Page 4 of 89.

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Chung và GS.TSKH
Đỗ Ngọc Khuê đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và
hoàn thiện bản luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng, Ban lãnh đạo cùng toàn thể các anh
chị em cán bộ nhân viên thuộc Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt nam, Viện Hóa học Vật liệu – Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo – Viện Khoa học và Công nghệ quân
sự và Viện Công nghệ mới đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và
hoàn thành luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô, anh chị và bạn đồng nghiệp khác đã
giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến bổ ích giúp tôi để hoàn thiện bản luận án này.

Nguyễn Hoài Nam

Footer Page 4 of 89.


Header Page 5 of 89.


Footer Page 5 of 89.


Header Page 6 of 89.

2.4.1 Tổng hợp vật liệu 1 thành phần (1TP) ..................................................... 46
2.4.2 Tổng hợp vật liệu 2 thành phần (2TP) ..................................................... 46
2.4.3 Tổng hợp vật liệu 3 thành phần (3TP) ..................................................... 47
2.5 Các phương pháp phân tích .............................................................................49
2.5.1 Xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu ............................................ 49
2.5.2 Xác định pha tinh thể bằng nhiễu xạ tia X ............................................... 50
2.5.3 Xác định hình thái học bề mặt bằng hiển vi điện tử quét......................... 51
2.5.4 Xác định thành phần hóa học của vật liệu ............................................... 52
2.5.5 Phương pháp quang phổ hồng ngoại ........................................................ 52
2.5.6 Phương pháp phân tích nhiệt .................................................................... 53
2.5.7 Phương pháp xác định nồng độ chất hữu cơ ............................................ 53
2.6 Phương pháp nghiên cứu động học hấp phụ ...................................................57
2.6.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ................................................... 57
2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ hấp phụ chất hữu
cơ.............................................................................................................. 58
2.7 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ.........................................59
2.7.1 Theo qui luật Langmuir............................................................................ 59
2.7.2 Theo qui luật Freundlich .......................................................................... 60
2.8 Phương pháp xác định các thông số động học ................................................60
2.9 Phương pháp xác định các thông số nhiệt động ..............................................62
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................63
3.1 Kết quả tổng hợp vật liệu hấp phụ trên cơ sở Fe(OH)3, SiO2 và bột sắt
kim loại dùng cho nghiên cứu hấp phụ 2,4-D và TNT ..................................63
3.1.1 Kết quả khảo sát lựa chọn điều kiện tối ưu cho quá trình điều chế vật
liệu hấp phụ.............................................................................................. 63

i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
G

Biến thiên năng lượng tự do Gibss (kJ/mol)

H

Biến thiên entanpi (kJ/mol)

S

Biến thiên entropi (kJ/mol.K)

1TP

Vật liệu một thành phần

2,4-D

Axít 2,4-Diclorophenoxy acetic (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid)

2TP10

Vật liệu hai thành phần

3TP10


DOM

Chất hữu cơ hòa tan (Dissolved Organic Matter)

DSAC

Than hoạt tính từ vỏ hạt điều (Date Stones Activated Carbon)

DTA

Phân tích nhiệt vi sai (Differential thermal analysis)

EDX

Quang phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray
spectroscopy )

GAC

Than hoạt tính dạng hạt (Granular Activated Carbon)

HA

Axít Humic (Humic acid)

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography)

IOCS


KL

Hằng số Langmuir

LDH

Hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxides)

m

Khối lượng (g)

NOM

Chất hữu cơ tự nhiên (Natural Organic Matter)

P

Áp suất tại thời điểm cân bằng của chất bị hấp phụ (mmHg)

P0

Áp suất bão hòa của chất bị hấp phụ (mmHg)

PAC

Than hoạt tính dạng bột (Powdered Activated Carbon)

q


TGA

Nhiệt trọng lượng (Thermal Gravimetric Analysis)

TNT

Thuốc nổ TNT (2,4,6-Trinitrotoluene)

US EPA

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa kỳ (United States Environmental
Protection Agency)

UV-VIS

Quang phổ UV-Vis (Ultraviolet-Visible spectroscopy)

V

Thể tích (lít) hoặc Thể tích khí bị hấp phụ (cm3/g)

v/ph

Vòng/phút

Vm

Thể tích khí bị hấp phụ tối đa (cm3/g)


Bảng 3.15: Hằng số nhiệt động học của quá trình hấp phụ TNT bằng các loại vật liệu
khác nhau ........................................................................................................ 131
Bảng 3.16: Các hằng số hấp phụ TNT theo mô hình động học phản ứng bậc 1 ............... 133
Bảng 3.17: Các hằng số hấp phụ TNT theo mô hình động học phản ứng bậc 2 ............... 136
Bảng 3.18: Hằng số hấp phụ theo mô hình động học bậc 2 của một số vật liệu ............... 136

Footer Page 10 of 89.


Header Page 11 of 89.

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Sơ đồ mô tả các giai đoạn của quá trình hấp phụ ................................................ 10
Hình 1.2: Đường cong động học hay biến thiên nồng độ theo thời gian ............................. 11
Hình 1.3: Cấu trúc không gian của Fe(OH)3 và α-FeOOH.................................................. 20
Hình 1.4: Ảnh hưởng của pH dung dịch tới điện tích trên bề mặt Fe(OH)3 ........................ 21
Hình 1.5: Mô phỏng sản phẩm hấp phụ của anion L- hay L2- lên Fe(OH)3 ......................... 22
Hình 1.6: Sơ đồ tổng hợp các loại sắt (III) ôxít từ muối sắt (III) bằng phương pháp
thủy phân ............................................................................................................. 23
Hình 1.7: Sơ đồ mô tả sự liên kết giữa FeOOH và Si(OH)4 ................................................ 27
Hình 1.8: Công thức cấu tạo phân tử của 2,4-D và 2,4,5-T ................................................. 32
Hình 1.9: Công thức cấu tạo của các chất thuộc nhóm dioxin ............................................ 33
Hình 1.10: Công thức cấu tạo của 2,3,7,8-TCDD ............................................................... 34
Hình 1.11: Công thức cấu tạo phân tử TNT ........................................................................ 34
Hình 1.12: Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ 2,4-D bằng DSAC .................................. 39
Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ 2TP trên cơ sở Fe(OH)3 ...................................... 47
Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ 3TP trên cơ sở Fe(OH)3 ...................................... 48

Hình 3.14: Phổ phân tích EDX của mẫu vật liệu ................................................................. 78
Hình 3.15: Đường cong phân tích nhiệt của ferrihidrit [41] ................................................ 81
Hình 3.16: Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu vật liệu .................................................... 82
Hình 3.17: Phổ hồng ngoại của các mẫu vật liệu................................................................. 83
Hình 3.18: Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ BET của các vật liệu ............................................... 84
Hình 3.19: Đồ thị phân bố kích thước mao quản ................................................................. 85
Hình 3.20: Hiệu suất hấp phụ 2,4-D của các vật liệu có tỷ lệ phụ gia khác nhau ............... 87
Hình 3.21: Biến thiên nồng độ 2,4-D trong dung dịch ........................................................ 89
Hình 3.22: Khối lượng 2,4-D bị hấp phụ theo thời gian ...................................................... 90
Hình 3.23: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất hấp phụ 2,4-D của các vật liệu ...................... 91
Hình 3.24: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ 2,4-D ........................................ 93
khi giữ nguyên hàm lượng và nồng độ chất hấp phụ, chất bị hấp phụ. ............................... 93
Hình 3.25: Ảnh hưởng của nồng độ 2,4-D tới quá trình hấp phụ 2,4-D .............................. 95
Hình 3.26: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu tới quá trình hấp phụ 2,4-D....................... 97
Hình 3.27: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới quá trình hấp phụ 2,4-D ................................ 98
Hình 3.28: Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ 2,4-D theo mô hình Langmuir............................... 100
Hình 3.29: Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ 2,4-D theo mô hình Freundlich ............................. 102
Hình 3.30: Đồ thị tương quan giữa lnKcb và 1/T của quá trình hấp phụ 2,4-D ................. 104
Hình 3.31: Mô hình động học phản ứng giả bậc 1 hấp phụ 2,4-D .................................... 107
Hình 3.32: Mô hình động học phản ứng giả bậc 2 hấp phụ 2,4-D .................................... 109
Hình 3.33: Hiệu suất hấp phụ TNT của vật liệu có tỷ lệ phụ gia khác nhau ..................... 111
Hình 3.34: Biến thiên nồng độ TNT theo thời gian ........................................................... 113
Hình 3.35: Khối lượng TNT bị hấp phụ theo thời gian ..................................................... 114
Hình 3.36: Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ TNT ............................................... 116

Footer Page 12 of 89.


Header Page 13 of 89.


Có nhiều phương pháp có thể áp dụng để xử lý loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan
trong nước như: lọc bằng màng, phân huỷ bằng các tác nhân ôxy hoá hoá học, phân
huỷ quang hoá xúc tác, hấp phụ .v.v. Mỗi một phương pháp xử lý đều có những ưu
điểm và nhược điểm riêng [36], [43], [45], [57], [59], [104]. Trong các phương pháp
đã đề cập ở trên thì hấp phụ là phương pháp phổ biến và thường được áp dụng nhất.
Các nhà khoa học đã thực hiện nghiên cứu và khảo sát nhiều loại vật liệu hấp phụ có
nguồn gốc khác nhau như vật liệu tự nhiên, vật liệu tổng hợp hay vật liệu biến tính.
Tuy nhiên do chi phí đầu tư cho vật liệu hấp phụ thường rất lớn nên hiện nay đang có
xu hướng tìm kiếm các loại vật liệu khác để thay thế mà có giá thành rẻ xuất phát từ
các sản phẩm hay phụ phẩm nông nghiệp, các chất thải hay phụ phẩm công nghiệp
hoặc vật liệu khoáng .v.v. [105].
Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm trong
nước bằng hấp phụ sử dụng sắt (III) hydroxit đây là một loại vật liệu hấp phụ vô cơ
đã được biết đến từ lâu và rất phổ biến trong tự nhiên. Ưu điểm của sắt (III) hydroxit
là diện tích bề mặt riêng lớn, có khả năng hấp phụ được rất nhiều ion vô cơ và hữu
cơ, đồng thời dễ dàng tổng hợp bằng các hóa chất phổ thông và giá rẻ. Tuy nhiên do
kích thước hạt của sắt (III) hydroxit nhỏ nên gây trở lực lọc lớn và rất khó để tách
loại ra khỏi nước sau khi sử dụng. Vì vậy sắt (III) hydroxit cần phải được chế tạo ở
dạng viên hoặc hạt tuy nhiên khi ngâm trong nước thì hạt vẫn bị vỡ ra. Do đó, một số
nghiên cứu đã thực hiện tăng cường độ bền cơ học cho sắt (III) hydroxit hạt bằng

Footer Page 14 of 89.


Header Page 15 of 89.

2

cách sử dụng chất phụ gia SiO2. Kết quả cho thấy độ bền cơ học của vật liệu tăng lên
đáng kể, tuy nhiên dung lượng hấp phụ của vật liệu lại bị giảm khi tỷ lệ Si/Fe tăng


Header Page 16 of 89.

3

(Fe(OH)3), vật liệu 2TP (Fe(OH)3+SiO2) và vật liệu 3TP (Fe(OH)3+ SiO2+ Fe0).
- Động học và nhiệt động học của quá trình hấp phụ của 2,4-D, TNT bằng vật
liệu trên cơ sở sắt (III) hydroxit có mặt phụ gia SiO2 và sắt kim loại.
- Mô hình xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm 2,4-D, TNT bằng vật liệu trên cơ
sở sắt (III) hydroxit có mặt phụ gia SiO2 và sắt kim loại.
 Các nội dung chính luận án cần giải quyết:
- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện thực nghiệm nhằm thiết lập
qui trình chế tạo vật liệu hấp phụ trên cơ sở sắt (III) hydroxit có mặt phụ gia SiO2 và
sắt kim loại; xác định các thông số đặc trưng của vật liệu này.
- Nghiên cứu đặc điểm nhiệt động học và động học quá trình hấp phụ 2,4-D
bằng vật liệu đã chế tạo; xác định sự ảnh hưởng của một số yếu tố như thời gian tiếp
xúc, nồng độ 2,4-D, khối lượng vật liệu hấp phụ, pH, nhiệt độ dung dịch tới quá trình
hấp phụ.
- Nghiên cứu đặc điểm nhiệt động học và động học quá trình hấp phụ TNT bằng
vật liệu đã chế tạo; xác định sự ảnh hưởng của một số yếu tố như thời gian tiếp xúc, nồng
độ TNT, khối lượng vật liệu hấp phụ, pH, nhiệt độ dung dịch tới quá trình hấp phụ.
- Đánh giá hiệu quả xử lý và đề xuất phương án công nghệ sử dụng vật liệu hấp
phụ trên cơ sở sắt (III) hydroxit có mặt phụ gia SiO2 và bột sắt kim loại để xử lý các
nguồn nước bị ô nhiễm.
 Những đóng góp mới của luận án:
- Thiết lập qui trình chế tạo vật liệu hấp phụ trên cơ sở sắt (III) hydroxit có mặt
phụ gia SiO2 và sắt kim loại.
- Xác định được đặc điểm về động học và nhiệt động học (dựa trên mô hình
Langmuir, Freundlich, Lagergren, Ho) của quá trình hấp phụ của 2,4-D, TNT trong
môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ trên cơ sở sắt (III) hydroxit có mặt phụ gia

Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết lớn hơn nhiều
so với lực tạo thành các hợp chất đó. Hấp phụ hóa học được đặc trưng bởi lực liên
kết hóa học như liên kết ion, cộng hóa trị và phối trí. Hấp phụ hóa học là quá trình
hấp phụ đơn lớp. Trong quá trình hấp phụ, cấu trúc của vật liệu hấp phụ bị thay đổi
và quá trình này gần như không thuận nghịch. Nếu quá trình hấp phụ xảy ra theo kiểu
hấp phụ hóa học thì rất khó để thực hiện hoàn nguyên (tái sinh) chất hấp phụ.
Tuy nhiên, để phân biệt quá trình hấp phụ xảy ra theo kiểu hấp phụ vật lý hay
hấp phụ hóa học là rất khó [17], [18], [70]. Dựa trên một số chỉ tiêu đặc trưng của
quá trình hấp phụ trình bày trong bảng 1.1 có thể nhận định quá trình hấp phụ theo
kiểu hấp phụ vật lý hay hấp phụ hóa học [18].

Footer Page 17 of 89.


Header Page 18 of 89.

5

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu để phân biệt hấp phụ hoá học và hấp phụ vật lý [18]
Chỉ tiêu

Hấp phụ hoá học

Hấp phụ vật lý

Entanpy hấp phụ (ΔHhp)

40 – 800 kJ/mol

8 – 20 kJ/mol

mặt vật liệu

Tốc độ hấp phụ

Nhiệt độ hấp phụ

Số lớp hấp phụ
Tính đặc thù

1.1.2 Vật liệu hấp phụ
1.1.2.1 Giới thiệu và phân loại vật liệu hấp phụ
Ngày nay, vật liệu hấp phụ rất đa dạng và phong phú. Do đó có thể phân loại
vật liệu hấp phụ bằng nhiều cách khác nhau như [17]:
- Phân loại theo cấu tạo hình học:
a. Vật liệu mao quản dạng hạt liên kết: được hình thành từ những hạt ban đầu có
kích thước khác nhau gắn lại, khe hở giữa các hạt tạo thành mao quản, ví dụ
như các gel khô như MgO hoạt tính .v.v.
b. Vật liệu mao quản dạng tổ ong: được hình thành nhờ một hệ các mao quản
thông với nhau và với môi trường ngoài tạo thành mạng lưới 3 chiều trong pha
rắn. Ví dụ như than hoạt tính, thủy tinh xốp.
c. Vật liệu mao quản hỗn tạp: trong đó cấu trúc mao quản vừa ở dạng liên kết
vừa ở dạng tổ ong.
- Phân loại theo độ đồng nhất về kích thước mao quản:
a. Vật liệu mao quản đơn phân tán: đây là vật liệu chỉ có một cực đại trên đường

Footer Page 18 of 89.


Header Page 19 of 89.


zeolit nhân tạo thì zeolit loại A và loại X thường được sử dụng làm vật liệu hấp phụ.

Footer Page 19 of 89.


Header Page 20 of 89.

7

Trong zeolit loại A các cation dùng để trao đổi nằm gần cửa sổ giữa các ô. Ví dụ,
zeolit loại 4A có chứa ion Na ở vị trí này và nó chỉ cho các phân tử có kích thước nhỏ
hơn 4Å đi qua, hiệu ứng này được gọi là rây phân tử. Zeolit loại X có cửa sổ lớn hơn
nhiều, nó được hình thành bởi 12 vòng và nó được gọi là zeolit 13X [107]. Ứng dụng
của zeolit cũng rất đa dạng, zeolit loại A với cation là Na được dùng để làm khan và
hấp phụ CO2 trong khí tự nhiên. Zeolit loại A có cation K được dùng để làm khô các
khí đã craking có chứa C2H4. Zeolit loại X với cation là Na được dùng để tách xylen
còn dạng có cation Ca dùng để loại bỏ mecaptan trong khí tự nhiên [110].
Nhôm hoạt tính là dạng nhôm ôxít xốp (γ-Al2O3) có diện tích bề mặt lớn và
công thức chung là Al2O3.nH2O. Nhôm ôxít có diện tích bề mặt riêng khoảng 150 –
500 m2/g với đường kính mao quản từ 15 – 60Å (1,5 – 6 nm). Độ xốp khoảng 40 –
76% với trọng lượng riêng là 1,8 – 0,8 g/cm3. Bề mặt của nhôm ôxít phân cực hơn so
với silica gel và thể hiện bản chất lưỡng tính của nhôm. Nhôm hoạt tính có dung
lượng hấp phụ nước ở nhiệt độ cao lớn hơn so với silica gel nên nó thường được dùng
để làm khô các chất khí nóng. Nhôm hoạt tính sử dụng để làm khô các chất khí như
Ar, He, H2, các anken có khối lượng phân tử thấp (C1 – C3), clo, HCl, SO2, NH3 và
floroankan. Các ứng dụng khác của nhôm hoạt tính gồm sắc ký và tách nước từ các
dung dịch như kerosen, aromatic, các phần gasolin và hydrocacbon clo hóa [110].
Sắt ôxít đã được biết đến từ rất lâu và sử dụng rất nhiều trong các hoạt động
của con người. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, sắt ôxít được quan
tâm nghiên cứu nhiều hơn nhằm phát triển rộng hơn nữa các ứng dụng của nó. Cho


Công thức hóa học

Tên gọi

-FeOOH

Goethit

Fe5HO8.4H2O

Ferrihydrit

-FeOOH

Akaganeit

-Fe2O3

Hematit

-FeOOH

Lepidocrocit

-Fe2O3

Maghemit

’-FeOOH

Các chất hấp phụ polyme gồm có nhiều chất hấp phụ không ion hóa được sử
dụng trong phân tích sắc ký. Để có thể đáp ứng các yêu cầu của công nghiệp thì các
nhựa này được tổng hợp ở dạng hạt cầu với đường kính khoảng 0,5 mm. Nhựa này
thường được đồng trùng hợp styren/divinyl benzen và este của axít acrylic/divinyl
benzen. Diện tích bề mặt riêng khoảng 750 m2/g. Tính hấp phụ chọn lọc của nhựa có
được là do cấu trúc mạng, sự phân bố kích thước mao quản, diện tích bề mặt và hóa
tính của mạng. Ứng dụng chủ yếu của chất hấp phụ dạng này là để thu hồi các chất
hữu cơ hòa tan trong nước như phenol, benzen, các chất hữu cơ clo hóa, chất diệt cỏ,
chất hoạt động bề mặt .v.v.
Bảng 1.3: Kích thước lỗ của than hoạt tính
Các thông số của
mao quản

Đơn vị

Mao quản
nhỏ

Mao quản
trung bình

Mao quản
lớn

nm


được dùng để loại bỏ ion NH4+, các kim loại nặng và làm mềm nước .v.v. [107].
Khoáng sét (clays): cũng giống như zeolit khoáng sét có trong tự nhiên và cũng
có thể tổng hợp được. Khoáng sét chứa các lớp aluminosilicat có khả năng hấp phụ
các phân tử khác vào giữa. Montmorillonit là một khoáng sét có diện tích bề mặt
riêng lên tới 150 – 250 m2/g nếu xử lý bằng axít. Khoáng này có giá thành rẻ và có
thể sử dụng để tái chế dầu khoáng, hấp phụ chất độc hóa học, phẩm nhuộm [110].

Footer Page 22 of 89.


Header Page 23 of 89.

10

1.1.3 Động học và nhiệt động học quá trình hấp phụ
1.1.3.1 Đặc điểm chung
Quá trình hấp phụ của một chất lên chất hấp phụ thường trải qua ba giai đoạn
chính (hình 1.1) bao gồm: di chuyển trong dung dịch đến bề mặt chất hấp phụ, phân
tán và di chuyển trong các mao quản của vật liệu, hấp phụ lên vật liệu [101]. Tốc độ
của toàn bộ quá trình phụ thuộc vào tốc độ của giai đoạn chậm nhất gọi là giai đoạn
quyết định tốc độ. Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào một số yếu tố
như diện tích bề mặt riêng, nồng độ chất hấp phụ, vật tốc dịch chuyển và cơ chế hấp
phụ theo kiểu vật lý hay hóa học.

Hình 1.1: Sơ đồ mô tả các giai đoạn của quá trình hấp phụ
Sự hấp phụ có thể xảy ra trên bề mặt phía ngoài hoặc trong các mao quản lớn,
trung bình, nhỏ và siêu nhỏ của chất hấp phụ. Thông thường, diện tích bề mặt riêng
của các mao quản có kích thước trung bình và lớn thường nhỏ hơn rất nhiều so với
các mao quản nhỏ và siêu nhỏ. Đồng thời, số lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt của
các mao quản này cũng không đáng kể [92].

K cb =

[AB]
[A]

(1.1)

Trong đó:
[AB]:

Hàm lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ (mg/g).

[A]:

Nồng độ của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm
cân bằng (mg/l).

[B]:

Hàm lượng chất hấp phụ (g/l).

Lượng chất bị hấp phụ sẽ xác định được thông qua việc xác định nồng độ của
chất tan trong dung dịch trước và sau khi hấp phụ. Khi đã xác định lượng chất bị hấp
phụ trong một đơn vị khối lượng của chất hấp phụ ta sẽ có được dung lượng hấp phụ
của một vật liệu và tính theo công thức 1.2:

Footer Page 24 of 89.


Header Page 25 of 89.

Ce

(1.3)

Trong đó:
Kcb: Hằng số cân bằng hay hằng số phân bố (l/g).
qe:

Khối lượng chất bị hấp phụ (mg/g).

Ce :

Nồng độ của chất bị hấp phụ (mg/l).

Hằng số phân bố có 2 loại là: Kcb biểu kiến và K0cb tiêu chuẩn nhiệt động.
Kcb biểu kiến là hằng số cân bằng tại điều kiện thường được xác định thông
qua sự biến thiên của nồng độ chất tan trong dung dịch.
K0cb tiêu chuẩn nhiệt động được xác định khi nồng độ chất bị hấp phụ được
thay bằng hoạt độ. Trong thực tế, K0cb tiêu chuẩn nhiệt động được xác định tại nồng
độ chất bị hấp phụ rất loãng, khi đó hệ số hoạt độ gần bằng 1.
1.1.3.4 Đẳng nhiệt hấp phụ
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ (q) là
một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
q = f(T,P hoặc C)

(1.4)

Tại nhiệt độ không đổi (T = constant), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào
P hoặc C được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ:
q = f(P hoặc C)T