NGHIÊN cứu hấp PHỤ ĐỒNG của MCM41 ZEOLIT

44 40 2
  • Loading ...
1/44 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 04/05/2019, 15:03

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT AAS CTAB DLHP ĐHCT IUPAC KLK KLKT MQTB M41S Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Cetyltrimetylamoni bromua Dung lượng hấp phụ Định hướng cấu trúc Hiệp hội hóa học ứng dụng quốc tế Kim loại kiềm Kim loại kiềm thổ Mao quản trung bình Họ vật liệu MQTB bao gồm MCM-41, MCM- MCM-41 MCM-41Y 14 N-NMR 48, MCM-50 Họ vật liệu MQTB có cấu trúc lục lăng Vật liệu MQTB biến tính zeolit Phổ cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng đồng vị 14 TLTK VLHP N Tài liệu tham khảo Vật liệu hấp phụ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC BIỂU BẢNG MỞ ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ khu công nghiệp tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng (Hg, As, Cu, Pb, …) nguồn nước thải làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người hệ sinh thái Vấn đề loại bỏ kim loại nặng từ nước thải nước thải công nghiệp trở thành vấn đề quan trọng để trì chất lượng nước Có nhiều phương pháp áp dụng để nhằm tách ion kim loại nặng khỏi mơi 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 phương pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên vỏ trấu, bã mía, lõi ngơ, vỏ đậu, bả đậu, … để tách loại thu hồi kim loại nặng từ dung dịch nước số tác giả giới nước nghiên cứu Phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ sinh học có nhiều ưu việt so với phương pháp khác tách loại đồng thời nhiều kim loại dung dịch, có khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ thu hồi kim loại Mặt khác, phương pháp sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, đặc biệt nước ta nước nơng nghiệp có nguồn phế thải nông nghiệp dồi thuận lợi cho việc phát triển phương pháp Đồng nguyên tố cần thiết cho hoạt động phát triển đồng thời chất độc hại thể người sinh vật khác, việc nghiên cứu giải pháp xử lý đồng cần thiết MCM-41 loại vật liệu mao quản trung bình tổng hợp thành cơng vào năm 1990s Nhờ có ưu điểm diện tích bề mặt lớn, hệ mao quản đồng trật tự cao nên MCM-41 kỳ vọng chất mang lý tưởng lĩnh vực xúc tác hấp phụ Đặc biệt, việc tổng hợp thành công vật liệu MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu năm gần mở triển vọng lớn cho việc ứng dụng vật liệu Đồng thời việc biến tính MCM-41 zeolit nhằm nâng cao khả hấp phụ MCM-41 quan tâm Xuất phát từ thực tế đó, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cu(II) lên vật liệu zeolit-MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu” cho khóa luận với mong muốn đánh giá khả hấp phụ vật liệu đồng tiềm tái sử dụng lại loại vật liệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu mao quản trung bình (MQTB) 1.1.1 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình Vật liệu có cấu trúc mao quản vật liệu mà lòng có hệ thống lỗ xốp (pore) với kích thước từ vài đến vài chục nanomet phát triển Các lỗ xốp có dạng lồng (cage) ống hình trụ Việc xếp mao quản có trật tự hay khơng tùy thuộc vào phương pháp q trình tổng hợp vật liệu Theo phân loại IUPAC, dựa kích thước mao quản, vật liệu mao quản có dạng sau: - Vật liệu vi mao quản (micropore) có đường kính mao quản nhỏ nm - Vật liệu mao quản trung bình (mesopore) có đường kính mao quản từ đến 50 nm - Vật liệu mao quản lớn (macropore) có đường kính mao quản lớn 50 nm d ≤ nm Vi mao quản (Micropore) nm < d ≤ 50 nm d > 50 nm Mao quản trung bình Mao quản lớn (Mesopore) (Macropore) Hình 1.1 Phân loại vật liệu mao quản của IUPAC Quá trình phát hiện, nghiên cứu tổng hợp sử dụng vật liệu mao quản có lịch sử lâu đời Đầu tiên người ta phát số khống nhơm silicat tự nhiên có cấu trúc trật tự với hệ thống vi mao quản phát triển chúng ứng dụng xúc tác hấp phụ Sau đó, nhà khoa học tổng hợp vật liệu vi mao quản có cấu trúc mong muốn việc sử dụng hợp chất hữu chất điều khiển cấu trúc gọi chất định hướng cấu trúc Vào năm thập niên 60 70 kỉ trước, tổng hợp vật liệu vi mao quản zeolit thu hút ý nhiều nhà khoa học Cũng thời gian này, nhiều vật liệu zeolit thương mại hóa chúng đóng góp vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa chất Tuy vậy, zeolit thể nhược điểm đường kính mao quản bé (d < 20 Å) khơng thích hợp cho chuyển hóa phần tử có kích thước lớn (cồng kềnh) Đến năm 1992, nhà nghiên cứu hãng Mobil Oil tổng hợp thành cơng họ vật liệu có kích thước mao quản từ đến 20 nm việc sử dụng chất hoạt động bề mặt chất tạo cấu trúc Đây vật liệu silicat có cấu trúc trật tự, gọi vật liệu rây phân tử mao quản trung bình (MQTB) Với đường kính mao quản đồng đều, kích thước mao quản trung bình (dao động khoảng 20 đến 100 Å), rộng kích thước mao quản zeolit từ đến lần diện tích bề mặt riêng vơ lớn (500 - 1000 m2/g), vật liệu MQTB mở hướng phát triển to lớn lĩnh vực xúc tác hấp phụ, khắc phục nhược điểm vật liệu zeolit trước Tùy theo điều kiện tổng hợp như: chất chất hoạt động bề mặt, chất chất phản ứng, nhiệt độ tổng hợp, giá trị pH mà kích thước cấu trúc mao quản khác hình thành cấu trúc lục lăng (MCM41), cấu trúc lập phương (MCM-48), cấu trúc lớp (MCM-50) Vật liệu MCM41 đời xem bước đột phá lớn lĩnh vực xúc tác dị thể Loại vật liệu có cấu trúc mao quản đồng đều, kích thước mao quản rộng (> nm) với độ trật tự cao diện tích bề mặt riêng lớn (lên đến 1000 m 2/g) Các ưu cho phép vật liệu MCM-41 tham gia vào trình chuyển hóa phân tử dầu nặng, sản phẩm từ hợp chất thiên nhiên, xử lý phân tử gây nhiễm có kích thước lớn [1] 1.1.2 Phân loại vật liệu mao quản trung bình 1.1.2.1 Phân loại theo cấu trúc * Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-15,… * Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16,… * Cấu trúc lớp (laminar): MCM-50,… * Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1, L3,…[1] a Lục lăng b Lập phương c Lớp Hình 1.2 Các dạng cấu trúc vật liệu MQTB 1.1.2.2 Phân loại theo thành phần * Vật liệu MQTB chứa silic: MCM-41, Al-MCM-41, Ti-MCM-41, FeMCM-41, MCM-48, SBA-15,… * Vật liệu MQTB không chứa silic : ZrO2, TiO2, Fe2O3, [1] 1.1.3 Ứng dụng vật liệu mao quản trung bình Vật liệu mao quản có bề mặt riêng vơ lớn dẫn đến hoạt tính xúc tác cao Với cấu trúc lỗ xốp xác định kích thước mao quản rộng, vật liệu MQTB áp dụng cho q trình chuyển hố phân tử kích thước lớn thường gặp tổng hợp hữu mà vật liệu cấu trúc mao quản nhỏ zeolit tỏ khơng phù hợp Do đó, mở khả cho nhiều phản ứng xúc tác dị thể Các vật liệu mao quản ứng dụng q trình xử lý hiđro hóa, ankyl hóa, polime hóa, oxi hóa, hiđroxi hóa ứng dụng bẻ gãy mạch polietilen thành hiđrocacbon, Nhờ có bề mặt riêng lớn, có khả tạo nhóm chức bề mặt khác nhau, vật liệu MQTB chất mang cho nhiều loại xúc tác Ngoài vật liệu MQTB dùng làm chất hấp phụ quan trọng cho xử lý mơi trường Ví dụ xử lý nước thải phẩm nhuộm, Dựa vật liệu MQTB, nhà nghiên cứu phát triển loại thiết bị giải phóng thuốc phản ứng có kích thích bên ngồi, chẳng hạn độ pH, nhiệt độ, xạ ánh sáng thuốc thử oxi hóa khử,… qua phát triển tiềm ứng dụng hệ thuốc sinh hóa theo mục tiêu kiểm sốt Nhờ có diện tích bề mặt thể tích mao quản lớn mà vật liệu MQTB sử dụng thiết bị lưu trữ lượng, ví dụ lưu trữ hiđro Vật liệu MQTB có lỗ xốp lớn dẫn đến số điện môi thấp nên sử dụng ngành cơng nghiệp điện tử mạch tích hợp [4] 1.2 Vật liệu mao quản trung bình MCM-41 1.2.1 Đặc điểm cấu trúc MCM-41 Năm 1992, nhà nghiên cứu công ty dầu mỏ Mobil lần sử dụng chất tạo cấu trúc tinh thể lỏng để tổng hợp họ rây phân tử mao quản trung bình M41S (đại diện MCM-41, MCM-48 MCM-50) MCM-41 loại vật liệu mao quản trung bình nghiên cứu nhiều MCM-41 có hệ mao quản đồng với kích thước mao quản cỡ - 50 nm, hình lục lăng, chiều, xếp sít tạo nên cấu trúc tổ ong Nhóm khơng gian MCM-41 P6mm (hình 1.3) Sự phân bố kích thước mao quản hẹp trật tự cao cấu trúc MCM-41 có diện tích bề mặt riêng lớn đến khoảng 1000 - 1200 m2/g [1] Tự lắp ráp bề mặt Nguồn silica Bề mặt Ngưng tụ nguồn silica Loại bỏ bề mặt Hình 1.3 Mơ hình mao quản xếp theo dạng lục lăng 1.2.2 Tổng hợp và chế hình thành vật liệu MQTB MCM-41 1.2.2.1 Chất định hướng cấu trúc Templat hay chất ĐHCT tác nhân định hình mạng lưới cấu trúc q trình hình thành vật liệu Sự có mặt templat gel góp phần làm ổn định mạng lưới nhờ tương tác hiđro, tương tác tĩnh điện, tương tác Van der Walls Tác nhân định hình cấu trúc vật liệu thơng qua định hình chúng Để tổng hợp vật liệu MQTB MCM-41, người ta sử dụng chất ĐHCT CTAB [1] 1.2.2.2 Cơ chế hình thành vật liệu MQTB Có nhiều chế đưa để giải thích q trình hình thành loại vật liệu MQTB Các chế có đặc điểm chung có tương tác chất ĐHCT với tiền chất vô dung dịch Để tổng hợp vật liệu MQTB cần có hợp phần: + Chất ĐHCT đóng vai trò làm tác nhân ĐHCT vật liệu + Nguồn vơ silic nhằm hình thành nên mạng lưới mao quản + Dung mơi (nước, bazơ,…) đóng vai trò chất xúc tác q trình kết tinh Dung mơi Chất ĐHCT + Tiền chất silicat Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát hình thành vật liệu MQTB a) Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng (Liquid Crystal Templating) Cơ chế nhà nghiên cứu hãng Mobil đề nghị để giải thích hình thành vật liệu M41S CHƯƠNG 2: MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích Nghiên cứu hấp phụ Cu(II) lên vật liệu MCM-41Y với nguồn silic chiết từ tro trấu 2.2 Nội dung Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Cu(II) lên vật liệu MCM-41Y: + Ảnh hưởng nồng độ + Ảnh hưởng nhiệt độ 2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Trong điều kiện bình thường, ngun tử khơng thu khơng phát lượng, lúc nguyên tử tồn trạng thái Nhưng nguyên tử trạng thái tự do, ta chiếu chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám nguyên tử ngun tử tự hấp thụ xạ có bước sóng định ứng với tia mà phát q trình phát xạ Lúc nguyên tử nhận xạ chuyển lên trạng thái kích thích có lượng cao trạng thái Đó tính chất đặc trưng ngun tử trạng thái Q trình gọi trình hấp thụ lượng nguyên tử tự trạng thái tạo phổ nguyên tử nguyên tố Phổ sinh trình gọi phổ hấp thụ nguyên tử Phương pháp AAS (Atomic absorption Spectroscopy) dựa khả hấp thụ chọn lọc xạ cộng hưởng nguyên tử trạng thái tự Quá trình phân tử trạng thái tập hợp tác dụng nhiệt biến thành nguyên tử tự gọi q trình ngun tử hóa Các nguyên tử tự hấp thụ xạ điện từ tuân theo định luật xạ (định luật Bouguer – Lambert – Beer): A =log I0 =ε.l.C I Trong đó: A: mật độ quang I0, I: cường độ ánh sáng trước sau bị nguyên tử tự hấp thụ ε : hệ số hấp thụ mol phân tử, phụ thuộc vào bước sóng λ l: độ dày lớp nguyên tử Phép đo AAS đơn giản, nhanh, áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học Ứng dụng để phân tích chất có nồng độ nhỏ mẫu phân tích với độ xác, độ nhạy độ chọn lọc cao Giới hạn phát khoảng 10 -5 – 10-6, sai số phân tích dao động từ – 10% [11] Trong khóa luận này, nồng độ Cu(II) trước sau hấp phụ xác định phương pháp AAS máy SHIMADZU – 6800, Sở kiểm nghiệm dược phẩm Thừa Thiên Huế 2.4 Thực nghiệm 2.4.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị - (CH3COO)2Cu.H2O, nguồn gốc Merck - MCM-41Y tác giả [8] tổng hợp - Máy khuấy từ - Tủ sấy - Máy li tâm - Cốc 500 mL 2.4.2 Đánh giá hoạt tính hấp phụ Hoạt tính hấp phụ MCM-41Y đánh giá qua trình hấp phụ Cu(II) dung dịch nước Dung dịch Cu(II) pha từ muối (CH3COO)2Cu.H2O 2.4.2.1 Ảnh hưởng nồng độ Cu(II) đến trình hấp phụ Quy trình tiến hành sau: Cho 250 mL dung dịch Cu(II) (nồng độ a mg/L) vào cốc có dung tích 500 mL, thêm vào cốc 250 mg chất hấp phụ, tiến hành khuấy từ 30 0C Sản phẩm lấy theo thời điểm: 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 180 phút, 240 phút, 300 phút, 360 phút, li tâm tách chất rắn đem xác định nồng độ dung dịch lại phương pháp AAS Quá trình hấp phụ thực với dung dịch Cu(II) có nồng độ: 170 mg/L, 317 mg/L, 365 mg/L, 420 mg/L Từ kết thu được, chọn nồng độ 420 mg/L để khảo sát trình q= C0 - C t V (mg/g) m DLHP tính theo cơng thức: Trong đó: Co: nồng độ ban đầu Cu(II) (mg/L) Ct: nồng độ Cu(II) sau thời gian t (mg/L) m: khối lượng chất hấp phụ (g) V: thể tích dung dịch Cu(II) (L) 2.4.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Từ kết trên, chọn nồng độ 420 mg/L để tiến hành khảo sát trình hấp phụ Cu(II) theo nhiệt độ, quy trình tiến hành sau: Cho 200 mL dung dịch Cu(II) có nồng độ 420 mg/L vào cốc có dung tích 500 mL, thêm vào cốc 200 mg chất hấp phụ, tiến hành khuấy từ nhiệt độ 20 0C, 30 0C, 40 0C, 50 0C Sản phẩm lấy theo thời điểm: 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 180 phút, 240 phút, 300 phút, 360 phút, li tâm tách chất rắn đem xác định nồng độ dung dịch lại phương pháp AAS CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong khóa luận này, chúng tơi tiến hành nghiên cứu hai yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Cu(II) lên vật liệu MCM-41Y nồng độ Cu(II) ban đầu nhiệt độ 3.1 Ảnh hưởng nồng độ Cu(II) đến trình hấp phụ Nồng độ ban đầu Cu(II) đóng vai trò quan trọng q trình hấp phụ Để đánh giá mức độ ảnh hưởng nồng độ Cu(II) ban đầu đến trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y theo thời gian tiến hành khảo sát trình hấp phụ với nồng độ Cu(II) khác (170; 317; 365; 420 mg/L) nhiệt độ khơng đổi (30 0C) Q trình mơ tả mục 2.4.2.1 kết thực nghiệm trình bày hình 3.1 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn DLHP Cu(II) lên MCM-41Y theo thời gian các nồng độ khác Kết hình 3.1 cho thấy, nồng độ ban đầu Cu(II) tăng từ 170 mg/L đến 420 mg/L DLHP tăng Kết tăng nồng độ ban đầu Cu(II) làm tăng số lượng ion Cu(II) dung dịch, từ làm tăng cường tương tác ion Cu(II) với MCM-41Y Ngoài ra, lực chuyển khối tăng tăng nồng độ, làm tăng hấp phụ Cu(II) Các kết cho thấy trình hấp phụ xảy nhanh khoảng 60 phút đầu (đạt gần 90%), sau q trình xảy chậm lại lúc tâm hấp phụ MCM-41Y gần bão hòa thời gian đạt cân 300 phút Sự hấp phụ xảy nhanh thể giảm màu sắc dung dịch Cu(II) Theo nghiên cứu tác giả [8], hấp phụ Cu(II) lên MCM-41 DLHP cân nồng độ 365 mg/L 79,2 mg/g Theo nghiên cứu chúng tôi, điều kiện khảo sát, sử dụng MCM-41Y DLHP cân 226,75 mg/g, lớn gấp 2,86 lần so với MCM-41 Như MCM-41Y có khả hấp phụ tốt nhiều so với MCM-41 3.2 Động học trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Các tham số động học trình hấp phụ khó xác định q trình hấp phụ phức tạp, bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Do đó, người ta thường ứng dụng phương trình động học hình thức để xác định số tốc độ biểu kiến [5] Trong phần này, hai mơ hình động học dùng để khảo sát hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y là: phương trình động học biểu kiến bậc phương trình động học biểu kiến bậc hai * Mơ hình động học bậc Dựa vào số liệu thực nghiệm biểu diễn ln (q e - qt) theo t, ta đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc biểu kiến q trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y mơ tả hình 3.2 Hình 3.2 Đồ thị mơ tả động học hấp phụ bậc nhất biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Các tham số động học phương trình động học hấp phụ bậc biểu kiến ghi bảng 3.1 sau: Bảng 3.1 Một số tham số của phương trình động học bậc nhất biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Nồng độ Dạng phương trình (mg/L) động học 170 317 365 420 y = -0,0198x + 4,5229 y = -0,0161x + 4,9224 y = -0,0127x + 4,6495 y = -0,013x + 4,9304 q1LT q2TN R2 0,9362 0,8908 0,8739 0,8889 k1 (phút-1) 0,0198 0,0161 0,0127 0,0130 q1LT qTN (mg/g) 92,10 137,33 104,53 138,43 (mg/g) 115,50 199,75 226,75 266,50 : giá trị DLHP cân tính theo phương trình động học : giá trị DLHP cân tính theo nồng độ đầu nồng độ cân Từ đồ thị hình 3.2 kết bảng 3.1 cho thấy hệ số tương quan R2 lớn Tuy nhiên, giá trị DLHP tính theo phương trình động học bậc giá trị tính từ nồng độ Cu(II) ban đầu số tốc độ k chênh lệch nhiều nên trình hấp phụ Cu(II) MCM-41Y khơng tn theo phương trình động học biểu kiến bậc Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [12, 14, 21, 22] nghiên cứu động học trình hấp phụ Cu(II) lên vật liệu khác *Mơ hình động học bậc hai Biểu diễn (t/qt) theo t, ta đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y hình 3.3 Hình 3.3 Đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Các tham số động học phương trình động học hấp phụ bậc hai biểu kiến ghi bảng 3.2 sau: Bảng 3.2 Một số tham số của phương trình động học bậc hai biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Nồng độ (mg/L) Dạng phương trình động học k2 R (g/mg.phút LT q ) (mg/g) q2TN (mg/g ) 0,997 170 y = 8,1.10-3x + 0,1872 0,999 3,50.10-4 123,46 115,5 199,7 317 y = 4,8.10-3x + 0,0743 0,999 3,10.10-4 208,33 226,7 365 y = 4,2.10-3x + 0,0631 0,999 2,80 10-4 238,10 266,5 420 y = 3,6.10-3x + 0,0524 2,47 10-4 277,78 Từ đồ thị biểu diễn hình 3.3 kết bảng 3.2 cho thấy hệ số tương quan R2 lớn (~1), đồng thời có tương đồng giá trị DLHP tính theo phương trình động học bậc hai giá trị tính từ nồng độ Cu(II) ban đầu, bên cạnh số tốc độ k chênh lệch Kết chứng tỏ phương trình động học bậc hai biểu kiến mơ tả phù hợp q trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [12, 14, 18, 20, 21] nghiên cứu động học trình hấp phụ Cu(II) lên vật liệu khác 3.3 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Để tìm mối liên hệ DLHP nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân qua đánh giá khả hấp phụ chất hấp phụ, so sánh khả hấp phụ chất hấp phụ khác tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại, tiến hành nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Có hai mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ khảo sát mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Vì vậy, mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y khảo sát dựa hai mơ hình Bảng 3.3 Các tham số của mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y C0 (mg/l) 170 317 365 420 Ce (mg/l) 54,50 117,25 138,25 153,50 qe (mg/g) 115,50 199,75 226,75 266,50 1/Ce 1/qe ln Ce ln qe 1,83.10-2 8,53.10-3 7,23.10-3 6,51.10-3 8,66.10-3 5,01.10-3 4,41.10-3 3,75.10-3 3,9982 4,7643 4,9291 5,0337 4,7493 5,2971 5,4238 5,5854 Trên sở số liệu bảng 3.3, xây dựng đồ thị biễu diễn phụ thuộc 1/qe theo 1/Ce ln Ce theo ln qe ta đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hình 3.4) đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (hình 3.5) Hình 3.4 Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Hình 3.5 Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Các thông số nhiệt động mơ hình Langmuir mơ hình Freundlich hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y tính tốn trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4 Thơng số nhiệt động của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Đẳng nhiệt Langmuir KL (L/mg) Qm (mg/g) R2 3,5389.10-3 714,29 0,9917 Đẳng nhiệt Freundlich KF n R2 5,2662 1,2994 0,9885 Từ kết hình 3.4 3.5 cho thấy hệ số tương quan mơ hình đẳng nhiệt Langmuir (0,9917) hệ số tương quan mơ hình đẳng nhiệt Freundlich (0,9885) tương đối cao chứng tỏ trình hấp phụ Cu(II) tn theo hai mơ hình đẳng nhiệt Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [16, 21], khác với nghiên cứu tác giả [12, 15] trình bày bảng 3.5 Bảng 3.5 So sánh mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ của số nghiên cứu khác Vật liệu Mơ hình đẳng nhiệt R2 TLTK Hạt nano cacbon Langmuir Freundlich RL = 0,997 RF = 0,992 [16] Nhựa SK112H Langmuir Freundlich RL = 0,9860 RF = 0,9797 [21] Đất sét tự nhiên (RS, RY, TS) Langmuir Than hoạt tính Langmuir Langmuir Freundlich MCM-41Y RL(RS) = 0,9891 RL(RY) = 0,9946 RL(TS) = 0,9893 RL = 0,990 RL = 0,9917 RF = 0,9885 [12] [15] Khóa luận Sự phù hợp cao hai mơ hình đẳng nhiệt chứng tỏ xảy hấp phụ đơn lớp bề mặt chất hấp phụ không đồng Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [23] Giá trị 1/n nằm khoảng (0,1; 1) cho thấy trình hấp phụ thuận lợi Dung lượng hấp phụ cực đại 714,29 mg/g, cao so với nghiên cứu tác giả [2, 14, 18] trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6 So sánh DLHP cực đại của số nghiên cứu khác Vật liệu Vỏ lạc Cac bon hoạt tính chế tạo từ bã nho Nano oxit sắt từ chức hóa nhóm amin MCM-41Y Điều kiện thực nghiệm mVLHP = 1000 mg CCu(II) = 5,58 ÷ 399,76 mg/L VCu(II) = 50 mL pH = ÷ T = 298 K mVLHP = 100 mg CCu(II) = 10 ÷ 100 mg/L VCu(II) = 50 mL pH = T = 318 K mVLHP = 2,5 mg CCu(II) = ÷ 18 mg/L VCu(II) = 25 mL pH = T = 298 K mVLHP = 250 mg CCu(II) = 170 ÷ 317 mg/L VCu(II) = 250 mL T = 303 K Qm (mg/g) TLTK 7,67 [2] 43,47 [14] 28,7 [18] 714,29 Khóa luận 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Tùy thuộc vào chất trình hấp phụ hấp phụ vật lí hay hóa học mà ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ khác Vì vậy, chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Q trình mơ tả mục 2.4.2.2 kết trình bày hình 3.6 sau: Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn DLHP Cu(II) (420 mg/L) lên MCM-41Y các nhiệt độ khác Từ kết hình 3.6 cho thấy DLHP Cu(II) tăng theo chiều nhiệt độ từ 20 đến 50 0C Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [16, 19] Kết tăng nhiệt độ, vận tốc ion Cu(II) tăng, từ tăng cường tương tác ion Cu(II) với MCM-41Y, đồng thời số lượng ion Cu(II) nhận đủ lượng để tương tác với bề mặt MCM-41Y tăng lên Mặc khác, nhiệt độ tăng gây nên hiệu ứng trương nở cấu trúc bên vật liệu làm cho ion Cu(II) xâm nhập sâu nhiều [16] Như kết trình bày mục 3.2, trình hấp phụ Cu(II) MCM-41Y tn theo mơ hình động học bậc hai Vì mơ hình động học bậc hai biểu kiến sử dụng để đánh giá thơng số liên quan Kết trình bày hình 3.7 bảng 3.7 Hình 3.7 Đồ thị mơ tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y các nhiệt độ khác Bảng 3.7 Một số tham số của phương trình động học bậc hai biểu kiến biểu diễn quá trình hấp phụ Cu(II) (420 mg/L) lên MCM41-Y các nhiệt độ khác Nhiệt độ (K) 293 303 313 323 1/T R2 3,413.10-3 3,300.10-3 3,195.10-3 3,096.10-3 0,997 0,9994 0,9999 k2 (g/mg.phút) 1,17.10-4 2,20.10-4 3,70.10-4 5,17.10-4 ln k2 -9,0517 -8,4217 -7,9007 -7,5684 Từ kết hình 3.7 bảng 3.7 cho thấy trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y nhiệt độ khác tuân theo phương trình động học bậc hai biểu kiến Đồng thời nhiệt độ tăng giá trị số tốc độ k tăng Quá trình hấp phụ Cu(II) MCM-41Y tuân theo phương trình động học bậc hai biểu kiến giả thiết số tốc độ k phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình Arrhenius thì: ln k2 =- Ea +ln k0 R T Trong đó: Ea lượng hoạt hóa trình hấp phụ, k số Từ giá trị bảng 3.7, biểu diễn phụ thuộc ln k vào 1/T thu đồ thị hình 3.8 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc của ln k2 vào 1/T của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y Do phương trình Arrhenius có dạng: ln k2= -4719,9.1/T + 7,1088 Thay số vào ta tính giá trị lượng hoạt hóa trình hấp phụ: Ea= 4719,9.1,987 =9,3784 (Kcal/mol) 1000 Năng lượng hoạt hóa q trình hấp phụ xấp xỉ 9,4 Kcal/mol chứng tỏ trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y chủ yếu mang chất hấp phụ hóa học Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả [18, 19] Như Cu(II) hấp phụ lên vật liệu MCM-41Y theo chế trao đổi ion KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận Từ kết nghiên cứu đề tài, chúng tơi rút số kết luận sau: Đã đánh giá khả hấp phụ Cu(II) lên vật liệu MCM-41Y Kết cho thấy tăng nồng độ Cu(II) nhiệt độ khả hấp phụ tăng Khả hấp phụ vật liệu MCM-41Y tốt nhiều so với vật liệu MCM41 Vật liệu MCM-41Y hấp phụ tốt Cu(II) dung dịch nước với dung lượng hấp phụ cực đại 714,29 mg/g Quá trình hấp phụ Cu(II) MCM41Y tuân theo phương trình động học bậc hai biểu kiến phù hợp hai mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Q trình hấp phụ chủ yếu mang chất hấp phụ hóa học với lượng hoạt hóa 9,3784 (Kcal/mol) Từ kết thấy vật liệu MCM-41Y vật liệu tiềm việc xử lý nước ô nhiễm đồng * Kiến nghị Trên số kết bước đầu phạm vi khóa luận tốt nghiệp, có điều kiện đề tài mở rộng theo hướng sau: Tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu hấp phụ vật liệu MCM-41Y kim loại nặng khác asen, chì, cadmi,… chất hữu gây ô nhiễm Nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu sau hấp phụ ảnh hưởng ion kim loại nặng khác đến trình hấp phụ đồng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Ngọc Ánh (2015), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản trung bình MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu, Khóa luận tốt nghiệp, Khoa Hóa học, Đại học Sư phạm Huế [2] Nguyễn Thùy Dương (2009), Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dò xử lý mơi trường, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa phân tích, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên [3] Trần Văn Đức (2012), Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu 2+ Zn2+ nước vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, Đại học Đà Nẵng [4] Nguyễn Thị Ngọc Hà (2016), Nghiên cứu tổng hợp chất xúc tác vật liệu MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa lý thuyết hóa lý, Khoa hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế [5] Lê Thị Diệu Lan (2013), Nghiên cứu khả hấp phụ asen vật liệu Al – CTAB – Betonit, Khóa luận tốt nghiệp, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế [6] Trần Thị Ngọc Ngà (2013), Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu 2+ Pb2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, Đại học Đà Nẵng [7] Hồng Nhâm (2005), Hóa học vơ tập 3, Nhà xuất Giáo dục [8] Nguyễn Thị Hồng Sương (2015), Nghiên cứu tinh thể hóa vật liệu mao quản trung bình MCM-41, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa vơ cơ, Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế [9] Trịnh Thị Thanh (2012), Độc học môi trường sức khỏe người, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [10] Huỳnh Thị Thảo Trang, Phan Hoàng Minh Duy (2013), Nghiên cứu loại bỏ ion Cu2+ nước thải Sargassum Mcclurei, Bản tin Khoa học giáo dục, Trường Đại học Yersin, Đà Lạt [11] Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh [12] A T Sdiri, T Higashi (2014), F Jamoussi, Adsorption of copper and zinc onto natural clay in single and binary systems, Journal of Cleaner Production 124, 1081-1092 [13] Brian N Papas, Jerry L Whitten (2016) Adsorption of copper on a γalumina support, Surface Science 651, 22–27 [14] Demiral H, Gungor C.(2016), Adsorption of copper(II) from aqueous solutions on activated carbon prepared from grape bagasse, Journal of Cleaner Production 124, 103-113 [15] Dragan D Milenković1, Milutin M Milosavljević2, Aleksandar D Marinković3, Veljko R Đokić3, Jelena Z Mitrović4 and Aleksandar Lj Bojić4 (2013), Removal of copper(II) ion from aqueous solution by high-porosity activated carbon, Water SA Vol.39, 515-521 [16] Iman Mobasherpour, Esmail Salahi, Mohsen Ebrahimi (2014), Thermodynamics and kinetics of adsorption of Cu(II) from aqueous solutions onto multi-walled carbon nanotubes, Journal of Saudi Chemical Society 18, 792–801 [17] Jamal A Abudaia, Mohamed O Sulyman, Khalad Y Elazaby, and Salah M Ben-Ali (2013), Adsorption of Pb (II) and Cu (II) from Aqueous Solution onto Activated Carbon Prepared from Dates Stones, International Journal of Environmental Science and Development, Vol 4, No [18] Li H., Xiao D.L, He H., Lin R., Zuo P.L (2013), Adsorption behavior and adsorpption mechanism of Cu(II) ions on amino-functionalized magnetic nanoparticles, Trans Nonferruos Met Soc, China, 23, 2657-2665 [19] Mohamed Z., Abdelkarim A., Ziat K., Mohamed S (2016), Adsorption of Cu(II) onto natural clay: Equilibrum and thermodynamic studies, J Mater Environ Sci, (2), 566-570 [20] Muslim a., Zulfian, Ismayanda M H., Devrina E., Fahmi H (2015), Adsorption of Cu(II) from the aqueous solution by chemical activated adsorbent of areca catechu shell, Journal of Engineering Science and Technology Vol 10, No.12, 1654 – 1666 [21] Saad Salman, Fariha Idrees BS, Mohammad Usman, Abd Ullah and Muhammad Salim Khan (2016), Kinetics and Equilibrium Studies of Cu(II) Ions Adsorption from Aqueous Solutions and Kalpani River on TP260H, SK112H and DMSCH, Journal of Environmental & Analytical Toxicology [22] Soon-An Ong, Eiichi Toorisaka, Makoto Hirata, Tadashi Hano (2013), Comparative study on kinetic adsorption of Cu(II), Cd(II) and Ni(II) ions from aqueous solutions using activated sludge and dried sludge, Appl Water Sci, 321-325 [23] V Balakrishnan, S Arivoli, A Shajudha Begum and A Jafar Ahamed (2010), Studies on the adsorption mechanism of Cu(II) ions by a new activated carbon, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 176190 ... chất hấp phụ chất bị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lí gây lực Van der Waals phần tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ, liên kết yếu, dễ bị phá vỡ Hấp phụ. .. vật lí hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp xảy trình hấp phụ vật lí, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lí giảm khả hấp phụ hóa học tăng lên [2] *Giải hấp phụ Giải hấp phụ trình chất bị hấp phụ khỏi... trình hấp phụ - Phương pháp vi sinh: phương pháp tái tạo khả hấp phụ chất hấp phụ nhờ vi sinh vật *Cân hấp phụ Hấp phụ vật lí trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp
- Xem thêm -

Xem thêm: NGHIÊN cứu hấp PHỤ ĐỒNG của MCM41 ZEOLIT, NGHIÊN cứu hấp PHỤ ĐỒNG của MCM41 ZEOLIT, CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU, CHƯƠNG 2: MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Từ khóa liên quan

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn