Ô nhiễm môi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội
quan tâm. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết
các cơ sở sản xuất chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường.
Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực
đang bị ô nhiễm nghiê m trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con
người, xiết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp
nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi
trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác
nhân gây ô nhiễm các nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người và các
sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó loại bỏ vì chúng
ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxy hoá. Trong số nhiều
phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm màu trong môi trường
nước, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Ưu
điểm của phương pháp này là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn
giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại.
Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ
lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) được sử dụng để loại bỏ các
chất gây độc hại trong môi trường nước. Bã mía (phụ phẩm của ngành công
nghiệp mía đường) đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các vật liệu
hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường.
Xuất phát từ những lí do trên, trong luận v ăn này chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật
liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường”.
56 trang |
Chia sẻ: nhungnt | Lượt xem: 2166 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp thụ methyl đỏ trong dung dịch nước của các vật liệu hấp thụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
NGUYỄN THỊ THANH TÚ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ
METHYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH
NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ
NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
NGUYỄN THỊ THANH TÚ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG
DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC
Thái Nguyên, 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
NGUYỄN THỊ THANH TÚ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG
DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO
TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG
Thái Nguyên, 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .............................................................................. 5
1.1. Nước thải dệt nhuộm . ............................................................................. 5
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm . .............................................................. 5
1.1.2. Thuốc nhuộm azo. ........................................................................ 7
1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm........... 8
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm ............. 8
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ. ........................................................ 9
1.2.1. Hiện tượng hấp phụ. ..................................................................... 9
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước. ................................................. 10
1.2.3. Động học hấp phụ. ...................................................................... 11
1.2.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ .......... 12
1.3. Giới thiệu về phương pháp phân tích trắc quang. ................................... 15
1.3.1. Cơ sở của phương pháp phân tích trắc quang .............................. 16
1.3.2. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang ............. 17
1.4. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ (VLHP) bã mía ....................................... 18
1.5. Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường...... 19
Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ ..................... 22
2.1. Hóa chất và thiết bị ................................................................................ 22
2.1.1. Hoá chất ..................................................................................... 22
2.1.2. Thiết bị ....................................................................................... 23
2.2. Chế tạo và khảo sát một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP ............... 23
2.2.1. Chế tạo các VLHP từ bã mía....................................................... 23
2.2.2. Một số đặc trưng cấu trúc của các VLHP .................................... 24
2.3. Định lượng metyl đỏ .............................................................................. 28
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các VLHP .................... 29
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các VLHP .......... 30
2.5.1. Ảnh hưởng của pH ...................................................................... 30
2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian ............................................................... 32
2.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng các VLHP ........................................ 36
2.5.4. Ảnh hưởng của kích thước các VLHP ......................................... 39
2.5.5. Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu .................................. 40
2.5.6. So sánh khả năng hấp phụ của VLHP 2 với than hoạt tính .......... 44
2.6. Xử lý thử 3 mẫu nước thải chứa metyl đỏ .............................................. 45
KẾT LUẬN ................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường nước hiện nay là một vấn đề được toàn xã hội
quan tâm. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết
các cơ sở sản xuất chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường.
Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực
đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con
người, xiết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp
nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi
trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:
dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác
nhân gây ô nhiễm các nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người và các
sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó loại bỏ vì chúng
ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxy hoá. Trong số nhiều
phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm màu trong môi trường
nước, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao. Ưu
điểm của phương pháp này là đi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn
giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại.
Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ
lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) được sử dụng để loại bỏ các
chất gây độc hại trong môi trường nước. Bã mía (phụ phẩm của ngành công
nghiệp mía đường) đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo các vật liệu
hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường.
Xuất phát từ những lí do trên, trong luận văn này chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật
liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường”.
Với mục đích đó, trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
1. Chế tạo các VLHP từ bã mía.
2. Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
hấp phụ của các VLHP chế tạo từ bã mía đối với metyl đỏ trong môi
trường nước
3. Thử xử lí một số mẫu nước thải chứa metyl đỏ bằng các VLHP chế
tạo được.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm
Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành quan trọng và có từ lâu
đời vì nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của loài người là may mặc. Sản lượng
dệt trên thế giới ngày càng tăng cùng với gia tăng về chất lượng sản phẩm, đa
dạng về mẫu mã, mầu sắc của sản phẩm. Chẳng hạn ở Ấn Độ, hàng năm sản
xuất khoảng 4000 triệu mét vải với lực lượng lao động của ngành xấp xỉ 95
vạn người trong 670 xí nghiệp. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may đang
trở thành một trong những ngành mũi nhọn trong các ngành công nghiệp, mục
tiêu của ngành là đến năm 2010 sản xuất 1 tỷ mét vải [3].
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công
đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải
chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử dụng nước trong
nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi theo mặt hàng khác nhau. Nhu cầu sử
dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 đến 65 lít và thải ra từ 10
đến 40 lít. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn
nước [3], [8].
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần
nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật
liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay
con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của
các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc
của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang
màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử không cố định
như:
C C
,
C N
,
N N
,
2NO
… Nhóm trợ màu là những
nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như:
2NH
,
OOC H
,
3SO H
,
OH
…
đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển
năng lượng của hệ điện tử [5].
- Khái quát về một số loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc,
phạm vi sử dụng. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
1. Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc
nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8].
2. Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên,
thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc
nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [8].
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến một số loại thuốc nhuộm nhằm làm
sáng tỏ hơn về loại thuốc nhuộm sử dụng trong phần thực nghiệm của luận văn.
● Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (
N N
) phân
tử thuốc nhuộm có một nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo,
triazo, polyazo).
● Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát
Ar–SO3Na. Khi hoà tan trong nước nó phân ly cho về dạng anion thuốc
nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92%
thuốc nhuộm azo.
● Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm,
bông cầm màu bằng tananh. Là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của
bazơ hữu cơ chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Trong các màu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
thuốc nhuộm bazơ, các lớp hoá học được phân bố: azo (43%), metin (17%),
triazylmetan (11%), arycydin (7%), antriquinon (5%) và các loại khác.
● Thuốc nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh chúng tan
trong nước phân ly thành ion: Ar–SO3Na → Ar–SO3
–
+ Na
+
, anion mang
màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tĩnh điện dương của vật liệu. Thuốc
nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit)
trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo,
10% là antraquinon, 5% là triarylmetan và 6% là lớp hoá học khác.
1.1.2. Thuốc nhuộm azo
Thuốc nhuộm azo chứa nhóm azo (
N N
) trong phân tử và các
nhóm trợ màu tuỳ theo đặc tính của nhóm trợ màu. Nếu nhóm trợ màu mang
tính bazơ có các nhóm đẩy electron mạnh như –NH2, –NR2… gọi là thuốc
nhuộm azo-bazơ. Nếu nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế – OH, –
COOH, –SO3H gọi là thuốc nhuộm azo-axit. Đây là họ thuốc nhuộm quan
trọng nhất và có số lượng lớn nhất chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc
nhuộm tổng hợp [5], [6].
Phần lớn thuốc nhuộm được sử dụng là thuốc nhuộm azo. Đây là phẩm
nhuộm có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của một hoặc một vài nhóm azo
( )N N
tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm. Metyl đỏ là một monoazo
thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dệt may và các ngành công nghiệp
khác. Metyl đỏ có thể gây các bệnh về mắt, da, đường hô hấp, đường tiêu hóa [9].
Công thức phân tử: C15H15N3O2
Công thức cấu tạo:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiều
trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành
công nghiệp thực phẩm. Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá
thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng
rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nước
ảnh hưởng tới con người và môi trường. Khi đi vào nguồn nước nhận như
sông, hồ…Với một nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu
sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây
bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật. Như vậy nó tác
động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong
nước thải. Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000
thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc đến cực
độc. Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2%
thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh [10], [16].
Đối với con người có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi.
Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có
thể gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất châu
Âu đã ngừng sản suất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy
trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [10].
1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm
Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt và xử lý khô. Xử lý ướt
gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa. Công đoạn xử lý ướt sử
dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1kg hàng dệt cần 50
300lít
nước tùy chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lượng nước này cỡ
88,4% sẽ thải ra ngoài, 11,6% lượng nước bay hơi trong quá trình gia công.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải
công nghiệp dệt nhuộm[8]
Sản xuất vải
sợi bông
Sản xuất vải sợi pha
(tổng hợp/bông, visco)
Sản xuất vải, sợi len và pha
(tổng hợp/len)
Giũ hồ Giũ hồ Giặt
Giặt Giặt Cacbon hóa (với len 100%)
Làm bóng Làm bóng Định hình ướt
Nấu – tẩy trắng Nấu – tẩy trắng Tẩy trắng (nếu yêu cầu)
Nhuộm Nhuộm Nhuộm
In hoa In hoa In hoa
Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải của công nghiệp dệt nhuộm
bao gồm:
Các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ,
pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi (trung bình chiếm 6% khối lượng xơ sợi).
Các hoá chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột,
H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3… các loại thuốc
nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hoá chất
sử dụng với từng loại vải, từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào
nước thải của từng công đoạn tương ứng [3].
1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ.
1.2.1. Hiện tượng hấp phụ.
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí-rắn,
lỏng-rắn, khí- lỏng, lỏng-lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
được gọi là chất hấp phụ; còn chất được tích luỹ trên bề mặt chất hấp phụ gọi
là chất bị hấp phụ.
Bản chất của hiện tượng hấp phụ là sự tương tác giữa các phân tử chất hấp
phụ và chất bị hấp phụ. Tuỳ theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân
biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học [1], [3], [4].
1.2.1.1. 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 liên kết Van Der Walls
yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm
ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ.
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 hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị
hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt
chất hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn [1], [3], [4].
1.2.1.2. Hấp phụ hoá học.
Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoá
học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên
kết hoá học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liên kết phối
trí...). Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hoá học lớn,
có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol [1], [3], [4].
1.2.2. Hấp phụ trong môi trường nước.
Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức
tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước,
chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ
xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề
mặt chất hấp phụ. Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó.
Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị
nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước.
So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có
tốc độ chậm hơn nhiều. Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi
nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân
tử chất tan chậm.
Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của
môi trường. Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị
hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau
ở các giá trị pH khác nhau) mà còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề
mặt chất hấp phụ [1], [3], [4].
Đặc tính của chất hữu cơ trong môi trường nước.
Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả
năng hấp phụ trên VLHP đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với
các chất hữu cơ có độ tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong
nước có thể dự đoán khả năng hấp phụ chúng trên VLHP.
Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hoà, ít
bị phân cực. Do đó quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu
theo cơ chế hấp phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ
thuộc vào: pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ… [5].
1.2.3. Động học hấp phụ.
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt
của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các
giai đoạn kế tiếp nhau:
♦ Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
♦ Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ
chứa các hệ mao quản - Giai đoạn khuếch tán màng.
♦ Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ -
Giai đoạn khuếch tán vào trong mao quản.
♦ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn
hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ
quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ [1], [3], [4].
1.2.4. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị
hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược
lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất
rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một
thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ
đạt cân bằng.
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng 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) (1.1)
Ở nhiệt độ không đổi (T=const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q
vào P hoặc C (q= fT (P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm
hoặc bán kinh nghiệm tuỳ thu