Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê

Sự hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nƣớc của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê Ďã Ďƣợc nghiên cứu trong các điều kiện khác nhau về nhiệt độ và nồng độ dầu của Ni(II). Việc sử dụng các phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 1, bậc 2 và các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich và Toth để mô tả các số liệu thực nghiệm cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo quy luật động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 và cân bằng hấp phụ được mô tả tốt nhất bằng mô hình đẳng nhiệt hấp phụ tốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci. 2016, Vol. 61, No. 4, pp. 50-57 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2016-0009 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Ni(II) TRONG DUNG DỊCH NƢỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH CHẾ TẠO TỪ VỎ HẠT CÀ PHÊ Lê Văn Khu và Lƣơng Thị Thu Thủy Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Sự hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nƣớc của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê Ďã Ďƣợc nghiên cứu trong các Ďiều kiện khác nhau về nhiệt Ďộ và nồng Ďộ Ďầu của Ni(II). Việc sử dụng các phƣơng trình Ďộng học hấp phụ biểu kiến bậc 1, bậc 2 và các mô hình Ďẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich và Toth Ďể mô tả các số liệu thực nghiệm cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo quy luật Ďộng học hấp phụ biểu kiến bậc 2 và cân bằng hấp phụ Ďƣợc mô tả tốt nhất bằng mô hình Ďẳng nhiệt hấp phụ Toth. Dung lƣợng hấp phụ Ni(II) cực Ďại của than chế tạo từ vỏ hạt cà phê và biến tính bằng axit nitric Ďạt tới 0,1597 mmol/g. Kết quả này cho thấy có thể sử dụng than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê Ďể loại bỏ Ni(II) ra khỏi nguồn nƣớc ô nhiễm. Từ khóa: Than hoạt tính, Ni(II), hấp phụ, Ďẳng nhiệt hấp phụ, Ďộng học hấp phụ. 1. Mở đầu Sự phát thải kim loại nặng từ các ngành công nghiệp trong quá trình sản xuất dẫn Ďến vấn Ďề ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Các kim loại nặng không có khả năng bị phân hủy sinh học, có xu hƣớng tích lũy trong chuỗi thức ăn nên có ảnh hƣởng khá lâu dài. Trong số các kim loại nặng, việc xử lí niken rất Ďƣợc quan tâm [1] do nó Ďƣợc sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, Ďặc biệt là ngành xi mạ và pin Ni-Cd [2, 3]. Khi cơ thể tiếp xúc trực tiếp với niken sẽ có thể bị viêm da, một số hợp chất của niken là chất gây ung thƣ và dễ dàng bị hấp thụ qua da [4]. Xử lí kim loại nặng bằng phƣơng pháp hấp phụ ngày càng Ďƣợc chú ý nhờ việc hạ giá thành khi sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên hay các phế thải nông nghiệp và công nghiệp [5, 6]. Cà phê hiện Ďƣợc trồng rất phổ biến ở Việt Nam, kèm theo Ďó là lƣợng vỏ hạt cà phê thải ra môi trƣờng và là nguồn tiềm ẩn gây ô nhiễm. Với thành phần xenlulozơ chiếm khoảng 68%, vỏ hạt cà phê lại là nguồn nguyên liệu giàu cacbon Ďể có thể sản xuất than hoạt tính. Dung lƣợng hấp phụ của than hoạt tính phụ thuộc nhiều vào cấu trúc xốp và lƣợng nhóm chức trên bề mặt than [7]. Vì thế, việc lựa chọn nguồn nguyên liệu, hoạt hóa và biến tính Ďều Ďóng vai trò quan trọng tới khả năng hấp phụ của than hoạt tính. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu Ďặc trƣng cấu trúc và khảo sát khả năng hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nƣớc của than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê trƣớc và sau khi biến tính bằng axit nitric và axit xitric. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm * Chế tạo và biến tính than Vỏ hạt cà phê (dòng Arabica) Ďƣợc lấy tại huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La. Việc chuyển vỏ cà phê thành than hoạt tính Ďƣợc thực hiện theo quy trình tƣơng tự nhƣ mô tả chi tiết trong tài liệu [8]. Một cách tóm tắt vỏ cà phê sau khi Ďƣợc rửa sạch bụi bẩn bằng nƣớc và sấy khô, Ďƣợc than hóa ở 500 oC. Sản phẩm than hóa sau Ďó Ďƣợc trộn với KOH với tỉ lệ khối lƣợng than/KOH là 1/3 và Ďƣợc hoạt hóa tại 750 o C trong 60 phút. Than thu Ďƣợc Ďƣợc rửa bằng dung dịch HCl 0,1 M, rồi bằng nƣớc cất Ngày nhận bài: 15/3/2016. Ngày nhận Ďăng: 27/3/2016. Tác giả liên lạc: Lê Văn Khu, Ďịa chỉ e-mail: lvkhu.hnue@gmail.com 50 Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê sau Ďó Ďƣợc sấy khô và bảo quản trong bình hút ẩm. Mẫu than thu Ďƣợc Ďƣợc kí hiệu là AC-CF. Quá trình biến tính than Ďƣợc thực hiện bằng cách ngâm 5 gam than AC-CF trong 50mL mỗi dung dịch axit: nitric 2M và xitric 2M trong 12 giờ. Sau Ďó rửa các mẫu than nhiều lần bằng nƣớc cất và sấy khô ở 120 o C trong 15 giờ. Các mẫu than biến tính Ďƣợc kí hiệu lần lƣợt là AC-Nitric và AC- Xitric, tƣơng ứng lần lƣợt với các tác nhân sử dụng Ďể biến tính than. * Xác định đặc trưng hóa lí của than Phổ FT-IR Ďƣợc Ďo trên máy FT-IR NEXUS 670, Nicolet. Các Ďƣờng Ďẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 ở 77K Ďƣợc xây dựng trên máy TRI START 3000 Micromeritics. * Nghiên cứu sự hấp phụ Ni(II) trong dung dịch nước Dung dịch Ni(II) Ďƣợc pha từ muối NiSO4.6H2O (Sigma-Aldrich) bằng nƣớc cất hai lần. Nồng Ďộ Ni(II) trƣớc và sau hấp phụ Ďƣợc xác Ďịnh bằng phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử AAS. Các Ďƣờng Ďẳng nhiệt hấp phụ Ni(II) Ďƣợc xây dựng tại bốn nhiệt Ďộ khác nhau (10, 20, 30 và 40 oC) bằng cách cho 0,1 g than vào bình nón có nút nhám dung tích 100 mL có chứa 50 mL dung dịch Ni(II) có nồng Ďộ Ďầu khác nhau (0,08  0,31 mmol/L). Toàn bộ hỗn hợp sau Ďó Ďƣợc Ďặt trong máy lắc Ďiều nhiệt và lắc trong 15 h với tốc Ďộ lắc 120 vòng/phút. Cuối cùng hỗn hợp Ďƣợc lọc tách than và nồng Ďộ Ni(II) còn lại trong dung dịch Ďƣợc xác Ďịnh. Động học của quá trình hấp phụ Ďƣợc nghiên cứu bằng cách cho 200 mL dung dịch Ni(II) có nồng Ďộ xác Ďịnh (0,12  0,39 mmol/L) vào bình cầu, dung tích 250 mL. Toàn bộ hệ Ďƣợc Ďặt trên máy Ďiều nhiệt ở nhiệt Ďộ xác Ďịnh (10  40 oC), có khuấy từ với tốc Ďộ khuấy 200 vòng/phút. Sau khi nhiệt Ďộ ổn Ďịnh (khoảng 30 phút), cho vào bình cầu 200 mg than và bắt Ďầu tính mốc thời gian tiếp xúc. Sau các khoảng thời gian xác Ďịnh hỗn hợp nghiên cứu Ďƣợc lấy ra khỏi bình cầu (3 mL/lần), lọc lấy phần dung dịch Ďể xác Ďịnh nồng Ďộ còn lại. Lƣợng Ni(II) bị hấp phụ tại thời Ďiểm t (q t) và tại thời Ďiểm cân bằng (q e) Ďƣợc tính theo các công thức: (C  Ct ).V (C  Ce ).V (1) (2) qt  o qe  o m m trong Ďó Co, Ct và Ce lần lƣợt là nồng Ďộ Ni(II) (mmol/L) ban Ďầu, tại thời Ďiểm t và khi Ďạt cân bằng; V là thể tích dung dịch Ni(II) nghiên cứu (L), m là lƣợng than sử dụng (g). 2.2. Kết quả và thảo luận 2.2.1. Đặc trƣng hóa lí của các mẫu than Hình 1 biểu diễn phổ FT-IR của các mẫu than nghiên cứu. Dễ nhận thấy tất cả các mẫu than Ďều có hình dạng phổ FT-IR tƣơng tự nhau. Trong khoảng số sóng từ 500 Ďến 4000 cm-1, ...