- TÌM HIỂU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ NIKEN TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn : ThS. - NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh Mã SV: 121416 Lớp : MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: “Tìm hiểu khả năng hấp phụ Niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía” NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía - So sánh khả năng hấp phụ Niken của bã mía và vật liệu hấp phụ - Tìm các yếu tố tối ưu cho quá trình hấp phụ Niken của vật liệu hấp phụ. - Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và các vật liệu hấp phụ. - Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken. - Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Niken. - Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken. - Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Niken. - Kết quả hấp phụ Ni2+ bằng vật liệu hấp phụ. - Kết quả giải hấp vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M. - Kết quả tái sinh vật liệu hấp phụ. - Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. - Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. - Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken 42 Hình 3.4. - Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Ni2+ trong dung dịch. - Phương phấp hấp phụ. - Hiện tượng hấp phụ. - Hấp phụ trong môi trường nước. - Động học hấp phụ. - Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ. - Giới thiệu về vật liệu hấp phụ. - Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ. - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía. - Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ. - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ. - Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ. - Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu. - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ. - Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu hấp phụ. - Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken. - Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Niken. - Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken. - Khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Niken. - Kết quả khảo sát khả năng giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ. - Phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và đã mang lại hiệu quả cao. - Bã mía (phụ phẩm của ngành công nghiệp mía đường) đang được đánh giá là tiềm năng để chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm môi trường. - Chính vì vậy, trong luận văn này em chọn đề tài: “Tìm hiểu khả năng hấp phụ Niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía”. - Phương phấp hấp phụ . - Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ. - còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. - Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. - Đó là quá trình đi ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ. - Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 18 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. - Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn. - Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ. - Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. - 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. - Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 19 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng 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. - Khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu cơ có độ tan thấp hơn. - Do đó quá trình hấp phụ trên vật liệu hấp phụ đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật lý. - Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH của dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ… 1.3.6.3. - Các chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch. - 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. - Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 20 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng ♦ Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự. - Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. - Các phần 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 trở 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. - Trong đó: V: Thể tích dung dịch (l) m: khối lượng chất hấp phụ (g) Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l. - Như vậy lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt vật rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. - Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian cho đến khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng. - Sau một thời gian, xác định nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. - Lượng chất bị hấp phụ được tính theo công thức: m. - Ci – Cf ) .V Trong đó: m: khối lượng chất bị hấp phụ Ci: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Cf : Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) V: Thể tích dung dịch (ml) a. - Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. - Cf 6 khả năng hấp phụ Niken của vật liệu giảm (hiệu suất Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 40 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng của quá trình xử lý giảm). - Vậy khả năng hấp phụ Niken của vật liệu tốt nhất tại pH = 6. - Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken Chuẩn bị 6 bình tam giác 250 ml đánh số thứ tự từ 1 đến 6. - 1,1g vật liệu hấp phụ. - Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken Khối lƣợng vật liệu STT ABS Cf (mg/l) Hiệu suất. - hấp phụ (g Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ Niken: Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 41 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng 90 80 Hiệu suất. - Tiếp tục tăng khối lượng vật liệu hấp phụ thì hiệu suất quá trình hấp phụ Niken lại giảm. - Vậy khối lượng vật liệu hấp phụ tối ưu cho quá trình thí nghiệm là 0,7g. - Khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Ni- ken Lấy 5 bình tam giác dung tích 250 ml đánh số thứ tự từ 1 đến 5. - Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Ni2+ với nồng độ như trên và 0,7g vật liệu hấp phụ. - Kết quả khảo sát sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của Niken Tải trọng hấp STT Ci (mg/l) ABS Cf (mg/l) Tỷ lệ Cf/q phụ q (mg/g Từ kết quả trên ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf của niken và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf: 10 8 q (mg/l Cf(mg/l) Hình 3.4. - Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân bằng Cf của Ni2+ trong dung dịch Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 43 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng 5 y = 0,081x + 1,349 4 R² = 0,996 Tỷ lệ Cf/q Cf( mg/l) Hình 3.5. - Kết quả khảo sát khả năng giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ Lấy 50ml dung dịch Ni2+ nồng độ 58,5 mg/l và 0,7g bã mía cho vào bình tam giác 250ml đem lắc trong 80 phút tại pH = 6. - Kết quả hấp phụ Ni2+ bằng vật liệu hấp phụ Nguyên tố Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất. - Kết quả giải hấp vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M Lƣợng Ni2+ hấp phụ Lƣợng Ni2+ Hiệu suất STT Số lần rửa trong vật liệu đƣợc rửa giải. - 1 Lần Lần Lần Dựa vào bảng số liệu trên khả năng rửa giải vật liệu hấp phụ bằng HNO3 1M khá tốt. - Ban đầu trong vật liệu hấp phụ chứa 2,523 mg Ni2+ sau khi được rửa giải 3 lần thì chỉ còn lại 0,144mg Ni2+, hiệu suất đạt 94,29. - Kết quả tái sinh vật liệu hấp phụ Vật liệu hấp phụ Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất. - Bã mía Kết quả trên cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ sau khi giải hấp vẫn rất khả quan, hiệu suất đạt 80,64%. - Sinh viên: Nguyễn Thị Hạnh – MT1201 45 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng KẾT LUẬN Qua quá trình thực hiện đề tài khóa luận “Tìm hiểu khả năng hấp phụ Niken trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía.” em đã thu được một số kết quả như sau: 1. - Đã chế tạo được vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải là bã mía thông qua quá trình xử lý hóa học bằng natri hidroxit và axit citric. - Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và vật liệu hấp phụ đối với ion Ni2+. - Kết quả cho thấy cả nguyên liệu và vật liệu đều hấp phụ được ion kim loại này trong dung dịch. - Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của vật liệu là tốt hơn so với nguyên liệu (gấp 2,1 lần). - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Niken. - Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu là 80 phút. - Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu theo pH, kết quả cho thấy pH tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Ni2+ là pH = 6. - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ đối với ion Ni2+. - Kết quả thực nghiệm cho thấy khối lượng vật liệu hấp phụ tối ưu là 0,7g. - Mô tả quá trình hấp phụ của vật liệu đối với ion Ni2+ theo mô hình Langmuir và thu được giá trị tải trọng hấp phụ cực đại là qmax = 12,35(mg/g). - Khảo sát quá trình hấp phụ động của vật liệu, khả năng hấp phụ của vật liệu khá tốt