Nghiên cứu tách ion pb2+ trong dung dịch nước bằng vật liêụ hấp phụ xenlulo chiết tách từ vỏ quả sầu riêng

  • Số trang: 44 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 16 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Hóa  NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH : Lê Hà Thị Ngọc Thanh Lớp : 08CHP 1. Tên đề tài : Nghiên cứu tách ion Pb2+ trong dung dịch nƣớc bằng vật liêụ hấp phụ xenlulo chiết tách từ vỏ quả sầu riêng. 2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ * Dụng cụ : các loại pipet, bình định mức, cốc thủy tinh, bình tam giác, phễu lọc. * Hóa chất : - Vỏ quả sầu riêng - NaOH - HCl - Nƣớc oxy già - Nƣớc Javen - Trilon B, kí hiệu là Na2H2Y - Pb(NO3)2 - ETOO - Dung dịch đệm - Nƣớc cất * Máy móc : - Bộ lọc chân không - Cân phân tích - Tủ sấy - Máy quang phổ hồng ngoại IR thuộc khoa hóa trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đã Nẵng - Bếp cách thủy - Bếp điều nhiệt 3. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các điều kiện tối ƣu : khối lƣợng NaOH, thời gian nấu, nhiệt độ nấu trong quá trình chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng. - Sử dụng các điều kiện tối ƣu để chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng - Khảo sát, tìm các điều kiện nhƣ : thời gian cân bằng, pH, tải trọng hấp phụ cực đại ảnh hƣởng đến quá trình tách Pb2+ trong dung dịch nƣớc của xenlulo. - Thử khả năng giải hấp, tái sử dụng của vật liệu hấp phụ xenlulo. 4. Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS. Lê Tự Hải, cán bộ giảng dạy bộ môn Hóa lý – Khoa Hóa – Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Đà Nẵng. 5. Ngày giao đề tài : 22 tháng 12 năm 2011 6. Ngày hoàn thành đề tài : 20 tháng 05 năm 2012 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 05 năm 2012. Kết quả đánh giá : ………… Đà Nẵng, ngày……tháng ….. năm 2012 Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Tự Hải đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, động viên em trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa luận này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giảng dạy các bộ môn và thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng đã dạy dỗ, giúp đỡ em suốt trong thời gian học tập tại trƣờng. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Sinh viên Lê Hà Thị Ngọc Thanh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cây sầu riêng ........................................................................................ 10 Hình 1.2: Vỏ quả sầu riêng ................................................................................... 11 Hình 3.1: Ảnh hƣởng của khối lƣợng NaOH đến % lignin bị loại .......................... 22 Hình 3.2: Ảnh hƣởng của thời gian nấu đến % lignin bị loại .................................. 23 Hình 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ nấu đến % lignin bị loại ................................... 24 Hình 3.4 : Vỏ quả sầu riêng sau khi nấu ................................................................ 25 Hình 3.5 : Vỏ quả sầu riêng sau khi tẩy trắng ........................................................ 26 Hình 3.6 : Phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng ........................................ 27 Hình 3.7 : Phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng so với phổ chuẩn trong thƣ viện phổ. ............................................................................................................... 27 Hình 3.8: Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ion Pb2+ của xenlulo.... 29 Hình 3.9: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Pb 2+ ...... 30 Hình 3.10:Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir ......................................... 31 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ ..................................... 18 Bảng 3.1:Ảnh hƣởng của khối lƣợng NaOH đến % lignin bị loại ........................... 21 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của thời gian nấu đến % lignin bị loại ................................. 23 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ nấu đến % lignin bị loại................................... 24 Bảng 3.4: Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của xenlulo vỏ quả sầu riêng ...................................................................................................................... 28 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ion Pb2+ của xenlulo .. 28 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Pb2+ ...... 29 Bảng 3.7: Kết quả xác định tải trọng hấp phụ cực đại ion Pb2+ của xenlulo ........... 31 Bảng 3.8: Dữ liệu giải hấp và tái sinh chất hấp phụ ion Pb2+ ................................. 32 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 2 1.1.Nƣớc ................................................................................................................ 2 1.1.1. Nƣớc sạch ...................................................................................................... 2 1.1.2. Ô nhiễm nƣớc ................................................................................................ 2 1.1.3. Nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc ..................................................................... 2 1.1.4. Chì ................................................................................................................ 3 1.1.4.1. Vai trò cuả Pb ............................................................................................. 3 1.1.4.2. Pb tồn tại trong nƣớc................................................................................... 3 1.1.4.3. Tác hại của Pb ............................................................................................ 3 1.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Pb TRONG NƢỚC ......................................... 4 1.2.1. Phƣơng pháp kết tủa hóa học ......................................................................... 4 1.2.2. Phƣơng pháp sinh học do hoạt động của vi sinh vật ....................................... 4 1.2.3. Phƣơng pháp hóa lý ....................................................................................... 5 1.3. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ ........................................................................... 5 1.3.1. Phƣơng trình mô tả quá trình hấp phụ ............................................................ 6 1.3.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ..................................................................... 8 1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới hấp phụ .................................................................. 8 1.3.4. Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ .............................................................. 9 1.3.5. Sự hấp phụ của ion kim loại Pb2+ ................................................................. 10 1.4. CHIẾT TÁCH XENLULO TỪ VỎ QUẢ SẦU RIÊNG .................................. 10 1.4.1. Sầu riêng ..................................................................................................... 10 1.4.1.1.Tên gọi ...................................................................................................... 10 1.4.1.2. Hình thái học ............................................................................................ 10 1.4.1.3. Vỏ quả sầu riêng ....................................................................................... 11 1.4.2. Thành phần hóa học của vỏ quả sầu riêng .................................................... 11 1.4.2.1 Xenlulo ...................................................................................................... 11 1.4.2.2. Lignin ...................................................................................................... 12 1.4.3. Chiết tách xenlulozo từ vỏ quả sầu riêng ..................................................... 13 CHƢƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................. 16 2.1. DỤNG CỤ- HÓA CHẤT................................................................................ 16 2.1.1. Dụng cụ ...................................................................................................... 16 2.1.2. Hóa chất ..................................................................................................... 16 2.2. Thực nghiệm................................................................................................... 16 2.2.1. Nguyên liệu ................................................................................................. 17 2.2.2. Xử lý hóa bằng phƣơng kiềm (phƣơng pháp sođa) ....................................... 17 2.2.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết xenlulo từ vỏ quả sầu riêng ...................................................................................................................... 17 2.2.4. Tẩy trắng bột xenlulo thô ............................................................................ 17 2.2.5. Phân tích sản phẩm xenlulo vỏ quả sầu riêng bằng phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) ..................................................................................................... 18 2.2.5.1. Sơ lƣợc về cơ sở vật lý .............................................................................. 18 2.2.5.4. Ứng dụng phổ hồng ngoại trong hóa học ................................................... 18 2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Pb2+ BẰNG XENLULO ................................................................................................ 19 2.3.1.Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................................... 19 2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH ......................................................................... 20 2.3.3. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của sản phẩm ghép theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir ...................................................................................................... 20 2.3.4. Khảo sát khả năng giải hấp và tái sử dụng chất hấp phụ ............................... 20 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 21 3.1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH XENLULO VỎ QUẢ SẦU RIÊNG ....................................................................... 21 3.1.1. Ảnh hƣởng của khối lƣợng NaOH đến quá trình tách xenlulo theo phƣơng pháp kiềm .............................................................................................................. 21 3.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian nấu đến quá trình tách xenlulo theo phƣơng pháp kiềm ...................................................................................................................... 22 3.1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nấu đến quá trình tách xenlulo theo phƣơng pháp kiềm ...................................................................................................................... 23 3.2. TẨY TRẮNG BỘT XENLULO THÔ ............................................................ 26 3.3. Phân tích sản phẩm xenlulo vỏ quả sầu riêng bằng phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) ..................................................................................................... 26 3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH Pb2+ CỦA XENLULO ............. 28 3.4.1. Ảnh hƣởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp phụ ion Pb2+ ................... 28 3.4.2. Ảnh hƣởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ ion Pb2+ ...................... 29 3.2.3. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại ............................................................... 30 3.2.4. Khả năng giải hấp và tái sử dụng của chất hấp phụ ...................................... 32 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 34 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái. Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm… đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính chứa các kim loại nặng độc hại nhƣ Pb, Ni, Cd, As, Hg….Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến con ngƣời và đến môi trƣờng. Đối với những nƣớc đang phát triển nhƣ Việt Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nƣớc thải gặp nhiều khó khăn do chi phí xử lý cao, khả năng đầu tƣ thấp. Các phụ phẩm nông nghiệp do đó đƣợc nghiên cứu nhiều để xử lý nƣớc vì chúng có các ƣu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo đƣợc và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc và trao đổi ion cao. Các vật liệu biomass nhƣ mùn cƣa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía … đã đƣợc nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nƣớc nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ xenlulo, hemicelluloses, pectin, lignin và protein. Trong trƣờng hợp này tôi xin đƣợc nghiên cứu một loại vật liệu biomass là vỏ quả sầu riêng bằng phƣơng pháp chiết, tách xenlulo làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng Pb trong nƣớc thải. Nên đề tài chúng tôi muốn thực hiện là : “NGHIÊN CỨU TÁCH ION Pb2+ TRONG DUNG DỊCH NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ XENLULO CHIẾT TÁCH TỪ VỎ QUẢ SẦU RIÊNG”. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.Nƣớc [13] Nƣớc là một hợp chất hóa học của ôxy và hiđrô, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ nhƣ tính lƣỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thƣờng của khối lƣợng riêng) nƣớc là một chất rất quan trọng trong nhiều nghành khoa học và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất đƣợc nƣớc che phủ nhƣng chỉ 0,3% tổng lƣợng nƣớc trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nƣớc uống. 1.1.1. Nƣớc sạch [14] Đƣợc gọi là nƣớc sạch khi nƣớc phải trong, không màu, không mùi vị lạ, không chứa các mầm bệnh và các chất độc hại. Muốn biết nƣớc chúng ta đang sử dụng có sạch hay không cần đem nƣớc đi xét nghiệm, nếu đạt tiêu chuẩn vệ sinh theo quy định của Bộ Y tế thì nƣớc đƣợc xem là sạch. 1.1.2. Ô nhiễm nƣớc [15] Ô nhiễm nƣớc là sự biến đổi nói chung do con ngƣời đối với chất lƣợng nƣớc, làm nhiễm bẩn nƣớc và gây nguy hiểm cho con ngƣời, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã. Hiện tƣợng ô nhiễm nƣớc xảy ra khi các loại hoá chất độc hại, các loại vi khuẩn gây bệnh, virut, kí sinh trùng phát sinh từ các nguồn thải khác nhau nhƣ chất thải công nghiệp từ các nhà máy sản xuất, các loại rác thải của các bệnh viện, các loại rác thải sinh hoạt bình thƣờng của con ngƣời hay hoá chất, thuốc trừ sâu, phân bón hữu cơ... sử dụng trong sản xuất nông nghiệp đƣợc đẩy ra các ao, hồ, sông, suối hoặc ngấm xuống dƣới đất mà không qua xử lí hoặc với khối lƣợng quá lớn vƣợt quá khả năng tự điều chỉnh và tự làm sạch của các loại ao, hồ, sông, suối. 1.1.3. Nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc [17] Về nguyên nhân : theo tổ chức y tế Thế Giới WHO đƣa ra một số nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nƣớc nhƣ sau : - Nhiễm bẩn do các chất hữu cơ phân hủy từ động thực vật và các chất thải công nghiệp. - Nhiễm bẩn do vi trùng, vi rút. 3 - Nhiễm bẩn do các chất thải công nghiệp, chất thải rắn. - Nhiễm bẩn do dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ. - Nhiễm bẩn do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và công nghiệp. - Nhiễm bẩn do các chất phóng xạ. - Nhiễm bẩn do các hóa chất bảo vệ thực vật. - Nhiễm bẩn do các chất hữu cơ tổng hợp sử dụng trong công ngiệp. - Nhiễm bẩn do chất vô cơ làm phân bón dùng trong nông nghiệp. - Nhiễm bẩn do từ các nhà máy nhiệt điện.  Có rất nhiều chất gây ô nhiễm nƣớc ảnh hƣởng đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời , trong đó phải kể đến kim loại nặng Pb gây ngộ độc không nhỏ cho sinh vật và con ngƣời. 1.1.4. Chì [6], [18] 1.1.4.1. Vai trò cuả Pb Chì đã đƣợc con ngƣời biết đến từ thời thƣợng cổ. Chì trong vỏ trái đất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6×10-3 % về khối lƣợng. Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3). Chì lại là thành phần chính tạo nên ắc quy sử dụng cho xe, chất nhuộm trắng trong sơn. Chì đƣợc sử dụng nhƣ thành phần màu trong tráng men, đƣợc dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân… 1.1.4.2. Pb tồn tại trong nước Pb có trong nƣớc là do ba nguyên nhân chính : - Do Pb đƣợc dùng trong việc chế tạo các tút nối của hệ thống ống dẫn nƣớc Do Pb trong khói bụi của phƣơng tiện đi lại ở những nơi sản xuất Pb và acquy. - Do Pb có trong nƣớc thải của các nghành công nghiệp. 1.1.4.3. Tác hại của Pb Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, tuy nhiên đây là nguyên tố kim loại có tính độc hại cao đối với cơ thể ngƣời và sinh vật. Việc nhiễm 4 độc Pb có thể là cấp tính hoặc tích lũy nhiều năm qua chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Không khí, nƣớc và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi ngƣời, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Pb làm sự phát triển của bộ não trẻ em bị ảnh hƣởng, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá huỷ hồng cầu. Khi hàm lƣợng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hoá glucoza tạo ra năng lƣợng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lƣợng chì trong máu nằm trong khoảng (>0,5 – 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Xƣơng là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tƣơng tác với phot phat trong xƣơng rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó. 1.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Pb TRONG NƢỚC [2], [5], [8] 1.2.1. Phƣơng pháp kết tủa hóa học Phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc là độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH. Ở một giá trị pH nhất định của dung dịch, nồng độ kim loại vƣợt quá nồng độ bão hòa thì sẽ bị kết tủa. Để có kết tủa Pb thì ở pH kiềm yếu hoặc kiềm. Để điều chỉnh pH, các hóa chất thƣờng dùng là sữa vôi, sô đa và xút. Nhƣng phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là nƣớc sau xử lý bị kiềm hóa nên phải xử lý kiềm. Nhƣ vậy chi phí xử lý sẽ tăng lên rất nhiều, không có hiệu quả kinh tế. 1.2.2. Phƣơng pháp sinh học do hoạt động của vi sinh vật Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nƣớc sử dụng kim loại nhƣ chất vi lƣợng trong quá trình phát triển khối nhƣ bèo tây, bèo tổ ong, tảo,… với phƣơng pháp này, nƣớc thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và phải có đủ chất dinh dƣỡng (nitơ, phôtpho,…) và các nguyên tố vi lƣợng cần thiết khác cho sự phát triển của chúng. Phƣơng pháp này cũng có rất nhiều hiệu quả. Nhƣng ta sử dụng sinh vật sống để xử lý thì việc tìm hiểu các yếu tố môi trƣờng nhƣ : thời gian sinh trƣởng phát triển, nhiệt độ, khí hậu, thổ nhƣỡng, chất dinh dƣỡng, nồng độ kim loại nặng….. phù 5 hợp là điều rất khó thực hiện, nên phƣơng pháp này cũng rất ít đƣợc áp dụng vào thực tế. 1.2.3. Phƣơng pháp hóa lý Là phƣơng pháp quan trọng để làm sạch nƣớc, bao gồm rất nhiều các phƣơng pháp khác nhau. Trong đó phƣơng pháp hấp phụ có rất nhiều ƣu điểm và đƣợc sử dụng phổ biến nhất . 1.3. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ [4] Hấp phụ là quá trình tập trung các phân tử khí, chất lỏng hay chất rắn trên bề mặt phân cách giữa các pha. Hiện tƣợng hấp phụ xảy ra do sự tƣơng tác giữa các nguyên tử trên bề mặt chất rắn với các chất tan, trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định hƣớng và lực tán xạ. Quá trình ngƣợc với sự hấp phụ gọi là sự giải hấp. Lƣợng nhiệt giải phóng trong quá trình hấp phụ gọi là nhiệt hấp phụ. Lƣợng chất hấp phụ trên một đơn vị diện tích bề mặt hoặc trên trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ gọi là đại lƣợng hấp phụ kí hiệu Γ. Đối với một hệ xác định, đại lƣợng hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ C trong thể tích hoặc áp suất P và nhiệt độ T, Γ = f(T,P) hoặc Γ = (T,C). Đƣờng biểu diễn Γ = f(T,P) hoặc Γ = (T,C) ở T = const đƣợc gọi là đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực hấp phụ ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. - Sự hấp phụ vật lí thực hiện bằng lực phân tử là lực yếu, do đó nhiệt hấp phụ thƣờng bé, khoảng 2-6 kcal/mol và là quá trình thuận nghịch. - Sự hấp phụ hóa học bằng lực liên kết hóa học là lực mạnh nên nhiệt hấp phụ thƣờng lớn khoảng vài chục kcal/mol và là quá trình bất thuận nghịch. Các loại vật liệu hấp phụ : - Vật liệu khoáng sét trong tự nhiên nhƣ : bentonit, zeolit, diatomit… - Vật liệu khoáng sét tổng hợp nhƣ : silicagel, co-polyme của styrene/divinylbenzen… - Vật liệu sinh khối (biomass) nhƣ : sơ dừa, vỏ lạc, cùi bắp… - Polyme sinh học nhƣ : chitin, chitosan… - Than hoạt tính 6 1.3.1. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ Phƣơng trình hấp phụ Fredlich Sự hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có sự hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ C hay áp suất P ở nhiệt độ không đổi là quan trọng nhất. Sự phụ thuộc này gọi là sự hấp phụ đẳng nhiệt. các đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt có hai đoạn thẳng. Γ T1 T2 C (P) Hấp phụ đẳng nhiệt ở T1 và T2, (T1= 1 ta có Γ = Γmax ứng với sự hấp phụ cực đại. Thuyết hấp phụ đa phân tử của BET Trong một số trƣờng hợp, sự hấp phụ không chỉ tạo đơn lớp phân tử mà thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau. Tác giả Braunauer-Emmet-Tellar bằng con đƣờng nhiệt động học đƣa ra phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt dựa trên quan điểm sau: - Hấp phụ vật lí tạo nhiều lớp đơn phân tử. - Lớp hấp phụ đầu tiên đƣợc hình thành do lực tƣơng tác vandecvan giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Các lớp tiếp theo đƣợc hình thành do sự ngƣng tụ khí. Nhiệt hấp phụ của lớp thứ hai và tất cả các lớp tiếp theo thì bằng nhau và bằng nhiệt hóa lỏng của khí, còn nhiệt hấp phụ của lớp thứ nhất thì khác. - Các phân tử chất hấp phụ chỉ tƣơng tác với các phân tử trƣớc hoặc sau nó mà không tƣơng tác với các phân tử bên cạnh. P/V(P0-P) = 1/Vm.C + (C-1)/Vm.C . p/p0 P0 : áp suất hơi bão hòa V : thể tích khí bị hấp phụ bởi áp suất P Vm : thể tích khí bị hấp phụ bởi lớp thứ nhất C : thừa số năng lƣợng C =e∆q/RT; trong đó ∆q là hiệu số nhiệt hấp phụ trong lớp đơn phân tử và nhiệt hóa lỏng. 1.3.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc Là quá trình hấp phụ hỗn hợp, tuân theo cơ chế cạnh tranh, cặp chất hấp phụ - bị hấp phụ có tƣơng tác lớn, độ bền cao chiếm ƣu thế về thành phần so với tƣơng tác yếu. Hấp phụ trong dung dịch nƣớc chậm hơn nhiều so với quá trình khuyếch tán chậm, mà nguyên nhân là tƣơng tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nƣớc, đồng thời tƣơng tác với chất hấp phụ. 1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới hấp phụ Yếu tố ảnh hƣởng đến độ chọn lọc và cạnh tranh hấp phụ là tính tƣơng đồng, những chất có bản chất giống nhau tƣơng tác mạnh hơn so với tƣơng tác giữa các chất có bản chất khác nhau. 9 Các chất có độ phân cực cao tƣơng tác tốt hơn với các chất phân cực và ngƣợc lại với các chất không phân cực. Tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ có tính cộng hợp, tức là lực tƣơng tác chung bằng tổng các lực thành phần, là hệ quả của tƣơng tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với nƣớc. Quá trình hấp phụ xảy ra sẽ làm thay đổi một số tính chất của hệ. Quá trình hấp phụ sẽ làm thay đổi tính chất điện tích bề mặt của hệ keo trong đó, tạo điều kiện cho quá trình tạo thành các tập hợp lớn hơn ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình keo tụ, lắng, lọc. Quá trình hấp phụ sẽ làm thay đổi hoạt tính bề mặt của chất rắn tác động trực tiếp đến quá trình tạo mầm trong kết tủa, hòa tan khoáng vật, ăn mòn, xúc tác, xúc tác quang hóa hệ oxy hóa khử và một số quá trình có liên quan đến bề mặt chất rắn.  Hấp phụ phân tử Là quá trình hấp phụ mà trong đó cấu trúc phân tử của chất bị hấp phụ về cơ bản không thay đổi cấu trúc điện tử trƣớc và sau khi hấp phụ. Quá trình đó thƣờng xảy ra với phân tử trung hòa.  Hấp phụ Polime Hấp phụ polyme trên chất rắn chủ yếu là do tƣơng tác vật lý, lực vandecvan của nhóm –CH2 trong mạch với chất hấp phụ. Do lực tƣơng tác này có tính cộng hợp nên khả năng hấp phụ cuả polyme mạch dài cao hơn polyme mạch ngắn cùng loại. 1.3.4. Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải khỏi các hợp chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý cục bộ. Khi trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân hủy bằng con đƣờng sinh học và thƣờng có tính độc cao. Tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất và cấu trúc của chất tan, nhiệt độ của nƣớc, loại và tính chất các chất hấp phụ. Trong trƣờng hợp tổng quát , quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn : - Di chuyển chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt hạt hấp phụ 10 - Thực hiện quá trình hấp phụ - Di chuyển chất bên trong hạt hấp phụ 1.3.5. Sự hấp phụ của ion kim loại Pb2+ Sự hấp phụ của ion Pb2+đƣợc nghiên cứu bằng nhiều vật liệu khác nhau nhƣ : than gỗ hoạt tính, đất sét, chất rắn oxit…..Khả năng hấp phụ của ion kim loại này rất tốt có thể lên tới hơn 90% trong những điều kiện xác định. Phƣơng pháp hấp phụ đối với Pb đƣợc coi là phƣơng tiện quan trọng trong quản lý nồng độ của ion Pb2+ trong nƣớc cũng nhƣ trong nƣớc thải. 1.4. CHIẾT TÁCH XENLULO TỪ VỎ QUẢ SẦU RIÊNG 1.4.1. Sầu riêng [14] 1.4.1.1.Tên gọi Sầu riêng là loại cây ăn quả thuộc chi Durio (chi sầu riêng) đƣợc biết đến rộng rãi tại Đông Nam Á, ngƣời Khmer gọi là turen và ngƣời Mã Lai - Nam Dƣơng gọi là Djoerian (về sau viết là Doerian). Ngày nay hầu hết các quốc gia trên thế giới gọi loài cây/trái này là Durian hoặc có ký ngữ khác nhƣng phát âm tƣơng tự nhƣ chữ Hình 1.1. Cây sầu riêng Durian. 1.4.1.2. Hình thái học Cây sầu riêng có thể cao tới 40 mét. Lá luôn xanh, đối xứng hình êlip đến hình thuôn dài từ 10-18 cm. Hoa nở từng chùm từ 3-30 trên cành lớn và thân, mỗi hoa có đài hoa và 5 (ít khi 4 hay 6) cánh hoa. Trái sầu riêng chín sau 3 tháng sau khi thụ phấn. Trái có thể dài tới 40 cm và đƣờng kính 30 cm, nặng từ 1 đến 5 kg. Trái có thể mọc trên thân cây cành. Sầu riêng có thể có trái sau khi trồng 4 tới 5 năm. Màu của trái có thể từ xanh sang nâu, hình dạng thuôn đến tròn. Bên ngoài có lớp vỏ cứng bao với gai nhọn, và mùi nồng đặc trƣng tỏa từ thịt bên trong. Nhiều ngƣời xem đó là thơm, nhƣng có ngƣời cho đó là thối. Cả hai kết quả phẩm bình, tuy mâu thuẫn nhƣng đều có lý. Trong trái sầu riêng 11 chín, theo các chuyên gia hóa học, có hơn 100 chất, trong đó có một số thuộc ête (ether) thơm, và một số ête thối, có thành phần lƣu huỳnh. Thơm hay thối là kết quả của khứu giác cá nhân: tiếp nhận ête thơm trƣớc tiên, hay tiếp nhận ête thối trƣớc tiên mà thôi. 1.4.1.3. Vỏ quả sầu riêng Là phần bỏ đi từ quả sầu riêng. Trong 1quả sầu riêng phần vỏ chiếm tới 60 – 70% khối lƣợng quả. Hình 1.2. Vỏ quả sầu riêng Vỏ quả sầu riêng tuy là phần bỏ nhƣng cũng rất nhiều công dụng đáng kinh ngạc. - Chữa bệnh Theo Đông y vỏ quả sầu riêng có vị đắng, tính ấm, có tác dụng ích khí, tiêu thực, cầm mồ hôi, làm ấm phổi để chữa ho, thƣờng đƣợc dùng làm thuốc bổ khí, chữa đầy bụng, khó tiêu, ho do hàn, cảm sốt. Ngày dùng 15 - 20g, thái nhỏ nấu nƣớc uống. - Trong phân tích xử lý nước thải Cũng đƣợc ứng dụng rất nhiều trong việc chiết tách làm vật liệu hấp phụ : dầu tràn, kim loại nặng ... 1.4.2. Thành phần hóa học của vỏ quả sầu riêng [1], [3], [7], [11] Trong vỏ quả sầu riêng có hai thành phần cấu trúc cơ bản là xenlulo chiếm khoảng 80% và lignin chiếm khoảng 20 % . Chúng khác nhau về trọng lƣợng phân tử, cấu trúc, tính chất hóa học … 1.4.2.1 Xenlulo Xenlulo là dạng tinh bột đại phân tử, đƣợc chia làm hai loại: loại phi dung tính và khả dung tính. - Tính chất vật lý Xenlulo là chất rắn dạng sợi, có màu trắng, không mùi, không vị. Có tính bền vững cơ học cao, chịu đƣợc nhiệt độ đến 200oC mà không bị phân hủy. Tỷ trọng lúc
- Xem thêm -