ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LÊ THỊ HÀ THU

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Co(II) VÀ Mn(II)
TRÊN VẬT LIỆU COMPOZIT POLYANILIN - VỎ LẠC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LÊ THỊ HÀ THU

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Co(II) VÀ Mn(II)
TRÊN VẬT LIỆU COMPOZIT POLYANILIN - VỎ LẠC
Ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI MINH QUÝ

THÁI NGUYÊN - 2018


1.1. Tổng quan chung về coban và mangan ..............................................
3
1.1.1. Tính chất vật lý................................................................................ 3
1.1.2. Tính chất hóa học ............................................................................
3
1.2. Tổng quan chung về vật liệu compozit trên cơ sở PANi và vỏ lạc ... 6
1.2.1. Giới thiệu chung về PANi ............................................................... 6
1.2.2. Vỏ lạc .............................................................................................. 8
1.2.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu compozit PANi - PPNN ... 9
1.2.4. Một số đặc trưng của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc................... 9
1.2.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về vật liệu hấp
phụ
Mn(II) và Co(II) ...................................................................................... 10
1.3. Đặc điểm quá trình hấp phụ .............................................................
12
1.3.1. Các khái niệm cơ bản ....................................................................
12
1.3.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ..................................................
13
1.3.3. Động học hấp phụ .........................................................................
17
1.3.4. Động học hấp phụ .........................................................................
20


1.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ...............................................
26
1.4.1. Nguyên tắc của phương pháp ........................................................
26
1.4.2. Hệ trang bị của phép đo AAS ....................................................... 28



c


d


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ
viết tắt
PANi
VLHP
PPNN
TLTK

Ký
hiệu
Polyanilin
C0
Vật liệu hấp phụ
Ce
Phụ phẩm nông nghiệp C
Tài liệu tham khảo
Ct
Ci
T
H
Q
qe

Nồng độ sau tái hấp thụ
Nồng độ sau giải hấp phụ
Thời gian
Hiệu suất hấp phụ
Dung lượng hấp phụ
Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cực đại
Hằng số Langmuir
Tham số cân bằng trong
phương
trình Langmuir Hằng số
Freundlich Hệ số trong phương
trình Freundlich Hằng số tốc độ
bậc 1, bậc 2
Năng lượng hoạt động quá
trình hấp phụ
Hằng số khí
Nhiệt độ tuyệt đối
Khối lượng chất hấp phụ
Độ dài tầng chuyển khối
Hiệu suất sử dụng cột hấp phụ
Hằng số tốc độ dòng chảy
Thể tích chảy qua cột hấp phụ
Hệ số tốc độ Thomas
Hệ số tốc độ Yoon-Nelson
Hệ số tốc độ Borhart-Adam
Thời gian để hấp phụ 50% chất
bị hấp phụ




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1.

Phổ hồng ngoại của compozit PANi - vỏ lạc ..................... 10

Hình 1.2.

Ảnh SEM của vật liệu compozit PANi - vỏ lạc ................. 10

Hình 1.3.

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................................ 15

Hình 1.4.

Đồ thị sự phụ thuộccủa C/q vào C ..................................... 15

Hình 1.5.

Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (a), đồ thị
để tm các hằng số trong phương trình Freundlich (b)
........... 16

Hình 1.6.

Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe - qt) vào t ............................ 18

Hình 1.7.


Hình 3.3.

Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụCo (II) và Mn
(II) trên PANi - vỏ lạc ........................................................ 40

Hình 3.4.

Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu Co(II), Mn(II) đến dung
lượng hấp phụ.....................................................................
42
c


Hình 3.5.

Ảnh hưởng củanồng độ ban đầu Co(II), Mn (II) đến hiệu suất
hấp phụ ...............................................................................
42

Hình 3.6.

Mô hình động học hấp phụ bậc 1 (a) và bậc 2 (b) dạng tuyến
tnh của Co (II) và Mn (II) trên compozit PANi - vỏ lạc ...... 42

c


Hình 3.7.
(b)

nghiệp và phi công nghiệp của con người là một trong những vấn đề hiện
hữu đối với tất cả các quốc gia trên thế giới. Hàng ngày, các chất thải từ
nhiều nguồn khác nhau thải ra môi trường là nguyên nhân chính gây ảnh
hưởng trực tiếp và gián tiếp tới hệ sinh thái và cuộc sống của con người.
Mangan (Mn) và coban (Co) là những nguyên tố thuộc nhóm kim loại
nặng. Mangan là nguyên tố vi lượng cơ bản của sự sống, giữ nhiều vai trò
quan trọng trong cơ thể. Mặc dù không gây ra các tác động trực tiếp
đến sức khỏe con người, nhưng nếu tiếp xúc, ăn uống, sử dụng nguồn
nước có nhiễm mangan trong thời gian dài cũng để lại những hậu quả
xấu, đặc biệt là đối với hệ thần kinh. Coban là nguyên tố được sử dụng
nhiều trong các ngành công nghiệp như: gốm sứ, thủy tinh, nhuộm, sơn,
pin, hóa dầu,… đồng vị Co - 60 được biết đến như một chất phóng xạ được
sử dụng nhiều trong y học và công nghiệp luyện thép,… [1,2]. Các nghiên
cứu cho thấy, nếu hàm lượng coban vượt quá mức cho phép sẽ gây giãn
mạch, suy tim, làm suy giảm tuyến giáp và gan. [1,2] Do vậy, việc loại bỏ
Mn (II) và Co (II) ra khỏi nguồn nước là một trong những vấn đề được các
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [3-10].
Có nhiều phương pháp nhằm loại bỏ Co (II), Mn (II) nói riêng và các ion
kim loại nặng nói chung ra khỏi dung dịch nước trong đó hấp phụ là phương
pháp được quan tâm bởi nhiều ưu điểm của nó so với các phương pháp khác
[3-10]. Vật liệu polyanilin (PANi) - vỏ lạc là vật liệu hấp phụ dạng compozit
với nhiều ưu điểm như dễ tổng hợp, tận dụng được nguồn phụ phẩm sẵn có
tại Việt Nam, khả năng tái sử dụng cao và thân thiện với môi trường. PANi vỏ lạc là vật liệu có khả năng hấp phụ nhiều kim loại nặng độc hại như Pb (II),
Cd (II), (II), Cr (VI), Cu (II), … [18 -20].
1


Nhằm nghiên cứu thêm khả năng hấp phụ của loại vật liệu này đối với
các ion khác nhau, để tăng khả năng ứng dụng của vật liệu, chúng tôi lựa
chọn đề tài: “Ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để nghiên

cứng và giòn. Mangan tạo nên hợp kim với nhiều kim loại. [10]
1.1.2. Tính chất hóa học
1.1.2.1. Tính chất hóa học của Coban [10]
Coban là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình.
Tác dụng với phi kim
Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, Co không tác dụng rõ rệt
ngay với những nguyên tố phi kim điển hình như O2, S, Cl2, Br2 vì có màng oxit
bảo vệ nhưng khi nung nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt
Tác dụng với oxi
Ở trên 3000C Co tạo nên CoO và niken bắt đầu tác dụng ở trên 5000C
tạo nên NiO.

3


o

30 0
2Co + O2 

2CoO

Tác dụng với halogen
Co + Cl2 t

o

CoCl2

4


Ở dạng bột: 3Mn + 2O 2 
to

Mn + Cl 2 

Mn3O4
MnCl2

Mn tác dụng với flo tạo nên MnF3, MnF4.


Tác dụng với axit[9]
Mn tác dụng mạnh với dung dịch loãng của các axit như HCl, H2SO4 giải
phóng H2.
Mn bị axit nitric không đặc và nguội thụ động hóa giống như crom và
tan trong axit đó khi đun nóng
3Mn + 8HNO3  3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Tác dụng với nước[10]
Trong dãy điện hóa, Mn đứng trước hiđro. Mn không tác dụng với nước
kể
cả khi đun nóng. Ở dạng bột nhỏ, Mn tác dụng với nước giải phóng
hidro: Mn + 2H2O  Mn(OH)2 + H2
Phản ứng này xảy ra mãnh liệt khi trong nước có muối amoni và
Mn(OH)2 tan trong dung dịch muối amoni như Mg(OH)2:
Mn(OH)2 + 2 NH  4 Mn2+ + 2NH3 + 2H2O
Tác dụng với dung dịch muối[10]
Mangan khử dược những ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa
(có thế điện cực chuẩn lớn hơn - 1,18V).
1.1.3. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc của coban (II) và mangan (II)

PANi là một trong số nhiều loại polyme dẫn điện và có tnh chất dẫn
điện tương tự với một số kim loại [7, 13, 18]. PANi là vật liệu đang được cả
thế giới quan tâm do có khả năng ứng dụng lớn, nguồn nhiên liệu rẻ tiền, dễ
tổng hợp. Ngoài ra, PANi còn có khả năng chịu nhiệt độ cao, bền cơ học, tồn
tại ở nhiều trạng thái oxy hóa - khử khác nhau và đặc biệt là khả năng điện
hóa rất cao. Người ta có thể nâng cao tính năng của PANi nhờ sử dụng kĩ
thuật cài các chất vô cơ hay hữu cơ.
a. Cấu trúc phân tử PANi
PANi là sản phẩm cộng hợp của nhiều phân tử anilin trong điều kiện có
mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác. Dạng tổng quát của PANi gồm 2 nhóm cấu
trúc [27, 29]:

a, b = 0, 1, 2, 3, 4, 5, …


Khi a = 0, ở trạng thái pernigranilin (PB - màu xanh thẫm)

Khi b = 0, ở trạng thái Leucoemaradin (LB - màu vàng)

Khi a = b, ở trạng thái Emeradin (EB - màu xanh)

Do các quá trình trên đều xảy ra thuận nghịch nên tương tự quá trình
oxi hóa, quá trình khử cũng xảy ra từng phần hoặc toàn phần. Trong quá trình
tổng hợp PANi người ta còn quan sát được các màu sắc khác nhau tương ứng
với cấu trúc khác nhau của PANi.
b. Phương pháp tổng hợp PANi
PANi được tổng hợp theo 2 phương pháp là phương pháp hóa học và
phương pháp điện hóa.
c. Phương pháp điện hóa
Quá trình điện hóa kết tủa polyme bao gồm cả khơi mào và phát triển

và nồng độ của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tnh chất lý hóa của PANi
[13, 18].
1.2.2. Vỏ lạc
Trong vật liệu compozit PANi - vỏ lạc, PANi đóng vai trò là chất nền và
vỏ lạc là cốt. PANi được phân bố trên bề mặt vỏ lạc nhằm mục đích làm tăng
độ bền của vật liệu và hạ giá thành sản phẩm.
Lạc là cây họ đậu được trồng có diện tch lớn nhất với diện tích gieo
trồng khoảng 20 ÷ 21 triệu ha/năm, sản lượng vào khoảng 25 ÷ 26 triệu tấn.
Ở Việt Nam lạc được trồng rộng rãi và phổ biến khắp cả nước.
Thành phần chính của vỏ lạc là gluxit gồm: Xenlulozơ, hemixenlulozơ,
lignin và một số hợp chất khác. Sự kết hợp giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ