Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự nóng
bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng
và cần thiết cho sự sống nhưng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó việc xử lý
ô nhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề được quan tâm không chỉ ở Việt
Nam mà trên toàn thế giới.
Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra
khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương
pháp trao đổi ion, ), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học Trong đó
phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ các nguồn 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.
75 trang |
Chia sẻ: franklove | Lượt xem: 2558 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu khả năng tách loại và thu hồi một số kim loại nặng trong dunh dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
---------------------
VŨ QUANG TÙNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI VÀ THU HỒI MỘT
SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT
LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Thái Nguyên, năm 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
---------------------
VŨ QUANG TÙNG
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI VÀ THU HỒI MỘT
SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG DUNG DỊCH NƯỚC BẰNG VẬT
LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ VỎ LẠC
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LÊ HỮU THIỀNG
Thái Nguyên, năm 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
Lời cảm ơn
Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới thầy giáo - PGS. TS. Lê Hữu Thiềng lời
biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Thầy là người đã trực tiếp giao đề tài và
tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học, các anh chị
và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
thực hiện đề tài. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi
công tác đã tạo điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt bản luận
văn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân yêu trong gia đình, đã
luôn động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2009
Học viên
Vũ Quang Tùng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4
MỤC LỤC
Mở đầu ......................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ......................................................................... 3
1.1 Giới thiệu chung về một số ion kim loại nặng ..................... 3
1.1.1. Các kim loại nặng .......................................................... 3
1.1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................. 5
1.1.3 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng đối với con người và
môi trường…………………………………………………………………..5
1.2. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ ................................... 6
1.2.1. Các khái niệm ................................................................ 6
1.2.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................... 9
1.3. Giới thiệu về nguyên liệu vỏ lạc .......................................... 15
1.3.1.Thành phần và tính chất của vỏ lạc ................................. 15
1.3.2. Một số hướng nghiên cứu vỏ lạc làm VLHP ................. 17
1.4.Giới thiệu sơ lược về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS) ......................................................................................................... 17
1.4.1.Nguyên tắc ..................................................................... 17
1.4.2. Điều kiện nguyên tử hóa mẫu…………………………..19
1.4.3. Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử…………………19
1.4.4. Phương pháp đường chuẩn……………………………..20
1.4.5. Ưu điểm của phép đo………………………………… 21
Chương 2: THỰC NGHIỆM .................................................................... 22
2.1. Thiết bị và hóa chất ............................................................. 22
2.1.1. Thiết bị .......................................................................... 22
2.1.2. Hóa chất ........................................................................ 22
2.2. Chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạc .................................. 23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
2.3. Các điều kiện tối ưu để xác định hàm lượng một số ion kim
loại nặng bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ............................. 24
2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng của VLHP chế tạo
từ vỏ lạc bằng phương pháp hấp phụ động trên cột 28
2.4.1. Chuẩn bị cột hấp phụ………………………………… 28
2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng…………………...29
2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu chất bị hấp phụ.... 36
2.5. Khảo sát khả năng thu hồi một số ion kim loại nặng ........44
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng giải hấp
các ion Cu
2+
, Pb
2+
và Ni ......................................................................... 44
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 đến sự thu hồi
các ion kim loại Cu2+ và Pb2+ .......................................................................48
2.6 Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu vỏ lạc ............52
2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu 52
2.7 Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP..................................61
2.8 Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi ion Ni
2+
trong nước thải
nhà máy Z159 bằng phương pháp hấp phụ trên VLHP chế tạo từ vỏ lạc
.................................................................................................................... 64
2.8.1 Khảo sát khả năng tách loại của ion Ni2+ ............................. 64
2.8.2 Khảo sát khả năng giải hấp của ion Ni2+ ............................. 65
KẾT LUẬN ................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 69
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, môi trường và ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thời sự nóng
bỏng được cả thế giới quan tâm. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng
và cần thiết cho sự sống nhưng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó việc xử lý
ô nhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề được quan tâm không chỉ ở Việt
Nam mà trên toàn thế giới.
Đã có nhiều phương pháp được áp dụng nhằm tách các ion kim loại nặng ra
khỏi môi trường nước như: phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương
pháp trao đổi ion, …), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học…Trong đó
phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ các nguồn 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 [7]. Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này, chúng tôi tập
trung nghiên cứu đề tài : "Nghiên cứu khả năng tách loại và thu hồi một số kim
loại nặng trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc".
Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện các nội dung sau:
Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2
Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ của VLHP bằng
phương pháp hấp phụ động.
Giải hấp thu hồi các kim loại nặng Cu2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Ni2+ .
Tái sử dụng VLHP.
Xử lý thăm dò khả năng hấp phụ của Ni2+ trong nước thải bằng VLHP.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về một số ion kim loại nặng
1.1.1 Các kim loại nặng
Đồng
Đồng là một nguyên tố vi lượng cần thiết đối với động vật và thực vật. Với
thực vật, nếu thiếu đồng, hàm lượng diệp lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra
quả và có thể bị chết. Ở cơ thể người và động vật khi thiếu đồng, hoạt tính của hệ
men giảm đi, quá trình trao đổi protein bị chậm lại, do đó làm các mô xương
chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược…Tuy nhiên, ở cơ thể người, thừa đồng
cũng rất nguy hiểm vì nó là một trong những nguyên nhân gây các bệnh về gan,
thận, nội tiết…[4, 7, 15].
Năm 1982, JECFA (Ủy ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm)
đã đề nghị giá trị tạm thời cho lượng đồng đưa vào cơ thể người có thể chịu đựng
được là 0,5 mg/kg thể trọng/ngày [16].
Chì
Các hợp chất của chì được sử dụng nhiều trong công nghiệp nhiên liệu (như
tetra metyl và tetra etyl chì), sản xuất thủy tinh, đồ gốm, hội họa, y học…
Tuy nhiên, chì là một nguyên tố điển hình cho tính độc. Tất cả các hợp chất có
hòa tan nguyên tố này đều độc. Chì xâm nhập vào cơ thể động vật chủ yếu qua
đường tiêu hóa, hô hấp và cả do sự hấp thụ của da. Nếu đi vào cơ thể, dù là với
lượng rất nhỏ nhưng chì cũng bị giữ lại và tập trung ở xương, dần dần thay thế
canxi dẫn tới sự thoái hóa xương. Khi bị nhiễm độc chì, tùy thuộc vào mức độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4
nhiễm độc, cơ thể người có thể mắc các bệnh như: đau khớp, viêm thận, cao huyết
áp vĩnh viễn, tai biến não, rối loạn bộ phận tạo huyết…
JECFA đã thiết lập giá trị tạm thời cho lượng chì đưa vào cơ thể trẻ sơ sinh và
thiếu nhi có thể chịu đựng được là 0,005 mg/kg thể trọng/ngày[3, 7, 16].
Mangan
Mangan là nguyên tố vi lượng trong cơ thể sống. Ion mangan là chất hoạt
hoá một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo chất diệp lục, tạo máu và sản
xuất kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Sự tiếp xúc nhiều với bụi
mangan làm suy nhược hệ thần kinh và tuyến giáp trạng [7].
Niken
Niken thường có mặt trong các chất sa lắng, trầm tích, trong thủy hải sản và
trong một số thực vật.
Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khả năng
tạo phức bền với các chất hữu cơ.
Niken có thể gây các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ưng thư đường
hô hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, các enzim mất hoạt tính, cản trở quá trình
tổng hợp protein của cơ thể. Cơ thể bị nhiễm niken chủ yếu qua đường hô hấp,
gây các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu, nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh
hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận và có thể sẽ gây ra các chứng
bệnh kinh niên. Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây ra hiện tượng viêm da,
xuất hiện dị ứng ở một số người [3, 10].
Cadmi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
Cadmi xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu do thức ăn, các nguồn từ thực
vật được trồng trên đất giàu cadmi hoặc nước bị nhiễm cadmi. Khi xâm nhập vào
cơ thể chúng được tích tụ trong xương và thận. Trong cơ thể người, cadmi gây
nhiễu loạn sự hoạt động của một số enzim nhất định, gây nên hội chứng tăng
huyết áp và ung thư phổi, làm rối loạn chức năng thận, gây thiếu máu, phá hủy
tủy xương [3, 7, 11]
1.1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, khu chế xuất đã
dẫn tới sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng trong các nguồn nước thải. Tại
các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hàng trăm các cơ sở
sản xuất công nghiệp đã và đang gây ô nhiễm các nguồn nước do không có công
trình hay thiết bị xử lý các kim loại nặng. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm kim loại
nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn.
Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép,
kim loại màu chưa được xử lý thải trực tiếp ra sông Cầu. Hàng trăm làng nghề
đúc đồng , nhôm, chì thuộc các tỉnh lưu lượng hàng ngàn m3/ngày không qua xử
lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và môi trường khu vực. Theo các số
liệu phân tích cho thấy, hàm lượng các kim loại nặng trong nguồn nước nơi tiếp
nhận nước thải đều xấp xỉ hoặc vượt quá tiêu chuẩn cho phép [1, 3, 4, 22].
1.1.3. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường
Các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết
cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên, nếu như vượt quá hàm
lượng cho phép, chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới sức khỏe con
người.
Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn.
Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
đẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái
lực lớn với các nhóm -SH. -SCH3 của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế, các
enzim bị mất hoạt tính , cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [3,4,10].
1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
1.2.1 Các khái niệm
- Sự hấp phụ
Sự hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí -
rắn, lỏng - rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử
của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả
năng hấp phụ càng mạnh.
Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1g chất hấp phụ.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.
Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất
bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ
vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực:
cảm ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây là những lực yếu, nên
liên kết hình thành không bền, dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận
nghịch cao.
Cấu trúc điện tử của các phần tử các chất tham gia quá trình hấp phụ vật lý
ít bị thay đổi. Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra
nhanh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7
Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên
kết mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết
những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp chất
bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó liên kết tạo
thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học thường không thuận nghịch và
không thể vượt quá một đơn lớp phân tử.
Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham gia
quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học. Sự
hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm.
Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương
đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại đồng thời cả
hai hình thức hấp phụ. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi
tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên
[1,2,5,8].
- Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá
trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp
phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về
hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên
tiết kiệm được thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp
phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng
phản ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có
lợi cho quá trình hấp phụ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8
Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu
hấp phụ nhờ vi sinh vật [1].
- Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng.
Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và
áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích [1,5,8].
q = f(T, P hoặc C) (1.1)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
T: Nhiệt độ
P: Áp suất
C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)
- Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng
độ và nhiệt độ [1,5,8]
0 .cb
C C
q V
m
(1.2)
Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)
C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9
Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
- Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ
dung dịch ban đầu.
0
0
.100cb
C C
H
C
(1.3)
1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
- Mô hình động học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai
đoạn kế tiếp nhau:
- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn
khuếch tán trong dung dịch.
- Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ
chứa các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.
- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.
Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
- Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là
giai đoạn hấp phụ thực sự.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay
khống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi
trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định [1,8].
- Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản
Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT ( P hoặc C) được gọi là
đường hấp phụ đẳng nhiệt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ
tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời
điểm đó ở một nhiệt độ xác định.
Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường
hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình như: phương trình hấp phụ
đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…[5,8]
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:
- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
- Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các
tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp
phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
xma
q
q
=
=
1
cb
cb
bC
bC
(1.4)
Trong đó:
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
: Độ che phủ
Ccb : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)
b : Hằng số Langmuir
Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ :
+ Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp
phụ tuyến tính.
+ Trong vùng nồng độ lớn b.Ccb >> 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ
bão hòa.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt
biểu diễn là một đoạn cong.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11
Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt Langmuir ta đưa
phương trình (1.4) về dạng đường thẳng:
q
Ccb
=
max
.1
q
Ccb
+
bq .
1
max
(1.5)
Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb / q vào Ccb sẽ xác định
được các hằng số b, qmax trong phương trình.
Hình 1.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của Ccb / q vào Ccb
tg
0
Ccb (mg/l)
N
Ccb/q
(g/l)
q
(mg/g)
0
Ccb(mg/l)
qmax
Số hóa