Nghiên cứu khả năng hấp thụ của vật liệu hấp thu chế tạo từ vỏ lạc đối với các ion Cd2+ và Mn2+ trong môi trường nước

Ô nhiễm nguồn nước đã và đang trở thành vấn đề nghiêm trọng của toàn cầu. Đặc biệt với một nước đang phát triển như nước ta, nguồn nước thải của các khu công nghiệp, khu chế xuất,… thường chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu2+, Mn2+, Pb2+, Cd2+,…Những ion này với hàm lượng vượt quá tiêu chuNn cho phép sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe con người.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng hấp thụ của vật liệu hấp thu chế tạo từ vỏ lạc đối với các ion Cd2+ và Mn2+ trong môi trường nướcT¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪVỎ LẠC ĐỐI VỚI CÁC ION Cd2+ VÀ Mn2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚCNguyễn Thùy Dương, Lê Hữu Thiềng ( Trường ĐH Sư phạm- ĐH Thái Nguyên)1. Mở đầuÔ nhiễm nguồn nước đã và đang trở thành vấn đề nghiêm trọng của toàn cầu. Đặc biệtvới một nước đang phát triển như nước ta, nguồn nước thải của các khu công nghiệp, khu chếxuất,… thường chứa nhiều ion kim loại nặng như: Cu2+, Mn2+, Pb2+, Cd2+,…Những ion này vớihàm lượng vượt quá tiêu chuNn cho phép sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng không nhỏđến sức khỏe con người.Tận dụng các phụ phNm nông nghiệp chế tạo thành vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lýnước thải đang được nhiều người quan tâm. Hướng nghiên cứu này có nhiều ưu điểm là sử dụngnguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm thêm [2].Vỏ lạc là một phế thải rất phổ biến ở Việt Nam, có sản lượng hàng năm lên tới trên 150nghìn tấn. Thành phần chủ yếu của vỏ lạc là xenlulozơ, hemixenlulozo, lignin, …[1] có chứanhóm chức hiđroxyl, thuận lợi cho việc chế tạo vỏ lạc thành VLHP.2. Thực nghiệm2.1. Quy trình chế tạo VLHP từ nguyên liệu vỏ lạcVỏ lạc nguyên liệu được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi. Lấy 25g nguyên liệu cho vàocốc chứa 500ml dung dịch NaOH 0,1M, khuấy đều trong 120 phút, lọc lấy phần bã rắn, rửa sạchbằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô ở 85-90oC. Sau đó, phần bã rắn tiếp tục chovào cốc chứa 150ml dung dịch axit xitric 0,6M khuấy trong 30 phút, lọc lấy bã rắn, sấy ở 50oCtrong 24 giờ, nâng nhiệt độ lên 120oC trong 90 phút. Cuối cùng, rửa bằng nước cất nóng tới môitrường trung tính và sấy khô ở 85-90oC, thu được VLHP [3].2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ các ion Cd2+ và Mn2+ trên VLHPa. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHPCho một lượng chính xác VLHP vào một thể tích xác định dung dịch chứa từng ion kimloại Cd2+ và Mn2+ có nồng độ ban đầu khác nhau. Khảo sát quá trình hấp phụ trong các khoảngthời gian từ 10 đến 120 phút. Xác định nồng độ còn lại của ion kim loại trong các dung dịchbằng phương pháp hấp thụ nguyên tử(AAS)b. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của VLHPCho một lượng xác định VLHP vào dung dịch chứa từng ion kim loại Cd2+ và Mn2+ vớicác nồng độ ban đầu Ci khác nhau. Khảo sát quá trình hấp phụ trong khoảng thời gian đạt cânbằng hấp phụ ở trên. Xác định nồng độ cân bằng Cf của các ion kim loại. Tính dung lượng hấpphụ theo công thức:q=(C − C ).Vif(V: thể tích dung dịch ion kim loại, m: khối lượng VLHP)mDung lượng hấp phụ cực đại qmax của VLHP được tính theo phương trình hấp phụ đẳngnhiệt Langmuir dạng tuyến tính:126T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008Cfq=1q maxCf +1q max b(b: hằng số)c. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP bằng phương pháp hấp phụ động trên cộtDội liên tục dung dịch chứa từng ion Cd2+ và Mn2+ với nồng độ ban đầu Ci xác định quacột chứa VLHP với tốc độ dòng là 2ml/phút. Thể tích của VLHP trên cột là 10ml và thể tíchnày gọi là 1 bed volume. Cứ sau 10ml dung dịch (1 bed volume) dội qua cột tiến hành lấy mẫuđể phân tích hàm lượng ion kim loại còn lại Cf trong dung dịch. Lặp lại thao tác trên đến tổngthể tích dung dịch dội qua cột là 200ml.3. Kết quả và thảo luận3.1. Kết quả khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHPNguyên liệu vỏ lạc ban đầu được xử lý bằng NaOH để loại bỏ các pigmen màu và cáchợp chất hữu cơ dễ hòa tan, tiếp tục được este hóa bằng axit xitric. Kết quả của quá trình xử lýđược thể hiện qua phổ hồng ngoại (IR) thông qua sự dịch chuyển của nhóm cacbonyl từ vùng sốsóng 1737.86 cm-1 tới 1728.22 cm-1 (hình 1 và hình 2).Hình 1: Phổ IR của nguyên liệu ban đầuHình 2: Phổ IR của VLHPTiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của nguyên liệu ban đầu và VLHP,quan sát thấy VLHP có độ xốp cao hơn và diện tích bề mặt lớn hơn rõ rệt (hình 3 và hình 4).Hình 3: Ảnh chụp SEM của nguyên liệuHình 4: Ảnh chụp SEM của VLHP127T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 20083.2. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHPCác kết quả thực nghiệm cho thấy, khi sử dụng VLHP, thời gian đạt cân bằng của Cd2+là 20 phút và của Mn2+ là 70 phút (bảng 1 và hình 5).Bảng 1: Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụThời(phút)gianNồng độ(mg/l)cânbằng200180Mn2+183,711036,98143,002034,03141,344034,19139,027033,99133,8911034,05133,7815034,10133,80160140N ồng độ (m g/l)0Cd2+103,60120100Cd80Mn6040200050100150200Thời gian (phút)Hình 5: Ảnh hưỏng của thời gian đến sự hấp phụ3.3. Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ Cd2+ và Mn2+ của VLHPKhảo sát quá trình hấp phụ các ion Cd2+ và Mn2+ trên VLHP theo phương trình hấp phụđẳng nhiệt Langmuir thu được kết quả: dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với Cd2 ...