Khảo Sát Khả Năng Hấp Phụ Đồng và Niken Của Zeolite 4A

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp sư phạm hóa học khảo sát khả năng hấp phụ đồng và niken của zeolite 4a điều chế từ tro, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Hoàng Thị Oanh
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Khảo Sát Khả Năng Hấp Phụ Đồng và Niken Của Zeolite 4A
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ ZEOLITE, ZEOLITE 4A
• 1.2. GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI ĐỒNG, KIM LOẠI NIKEN
• 1.3. SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC BỞI KIM LOẠI NẶNG
• 1.4. GIỚI THIỆU VỀ HIỆN TƯỢNG HẤP PHỤ
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. ĐIỀU CHẾ ZEOLITE 4A TỪ TRO TRẤU
• 3.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ĐỒNG CỦA ZEOLITE 4A
• 3.2.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Cu
• 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
• 3.2.3. Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu đến quá trình hấp phụ
• 3.2.5. Ảnh hưởng của lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ
• 3.2.6. So sánh khả năng hấp phụ Cu của zeolite 4A và than hoạt tính
• 3.2.7. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Cu theo Langmuir
• 3.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ NIKEN
• 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Ni
• 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
• 3.3.3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
• 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni đến quá trình hấp phụ
• 3.3.5. Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ
• 3.3.6. So sánh khả năng hấp phụ Ni của zeolite 4A và than hoạt tính
• 3.3.7. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Ni theo Langmuir
• 3.4. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỒNG, NIKEN CỦA ZEOLITE 4A Ở NỒNG ĐỘ TƯƠNG TỰ NƯỚC THẢI XI MẠ ĐIỆN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Zeolite 4A và khả năng hấp phụ

Zeolite 4A là một loại vật liệu hấp phụ quan trọng, được biết đến với khả năng hấp phụ ion kim loại nặng như đồng và niken. Vật liệu này có cấu trúc mạng lưới anion cứng chắc, cho phép nó tương tác hiệu quả với các ion trong dung dịch. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của zeolite 4A không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp.

1.1. Zeolite 4A Đặc điểm và cấu trúc

Zeolite 4A có cấu trúc lỗ xốp nhỏ, với tỷ lệ Si/Al từ 0,7 đến 1. Cấu trúc này cho phép zeolite 4A hấp phụ các ion kim loại nặng hiệu quả, nhờ vào khả năng trao đổi ion và tính chọn lọc cao.

1.2. Tầm quan trọng của khả năng hấp phụ

Khả năng hấp phụ của zeolite 4A đối với ion đồng và niken rất quan trọng trong việc xử lý nước thải. Việc loại bỏ các ion này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

II. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng

Ô nhiễm nguồn nước do kim loại nặng như đồng và niken đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nguồn nước bị ô nhiễm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để loại bỏ các ion này là rất cần thiết.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước

Các hoạt động công nghiệp, đặc biệt là ngành mạ điện, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước bởi kim loại nặng. Nước thải từ các nhà máy chứa hàm lượng cao các ion kim loại, gây ra nguy cơ cho sức khỏe cộng đồng.

2.2. Tác động của ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng có thể gây ra nhiều bệnh tật cho con người, bao gồm các vấn đề về gan, thận và hệ thần kinh. Ngoài ra, nó cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật và động vật trong môi trường nước.

III. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của zeolite 4A

Nghiên cứu khả năng hấp phụ của zeolite 4A được thực hiện thông qua các phương pháp như xác định dung lượng hấp phụ và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Các thí nghiệm này giúp đánh giá hiệu quả của zeolite 4A trong việc loại bỏ ion đồng và niken.

3.1. Phương pháp xác định dung lượng hấp phụ

Dung lượng hấp phụ của zeolite 4A được xác định thông qua các thí nghiệm hấp phụ ion đồng và niken trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy zeolite 4A có khả năng hấp phụ cao đối với các ion này.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Các yếu tố như pH, nồng độ ion và thời gian tiếp xúc đều ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của zeolite 4A. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể nâng cao hiệu quả hấp phụ.

IV. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ đồng và niken

Kết quả nghiên cứu cho thấy zeolite 4A có khả năng hấp phụ đồng và niken hiệu quả, với dung lượng hấp phụ cao. Các thí nghiệm cho thấy rằng zeolite 4A có thể loại bỏ một lượng lớn ion kim loại nặng trong nước thải, góp phần cải thiện chất lượng nước.

4.1. So sánh khả năng hấp phụ giữa zeolite 4A và than hoạt tính

Kết quả cho thấy zeolite 4A có khả năng hấp phụ tốt hơn so với than hoạt tính trong việc loại bỏ ion đồng và niken. Điều này mở ra cơ hội sử dụng zeolite 4A như một giải pháp hiệu quả trong xử lý nước thải.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của zeolite 4A

Zeolite 4A có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp loại bỏ các ion kim loại nặng và cải thiện chất lượng nước. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng hấp phụ của zeolite 4A đối với ion đồng và niken đã chỉ ra rằng vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của zeolite 4A trong các lĩnh vực khác.

5.1. Tương lai của zeolite 4A trong xử lý nước

Với khả năng hấp phụ vượt trội, zeolite 4A có thể trở thành một giải pháp quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp có nguy cơ ô nhiễm cao.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần thực hiện thêm các nghiên cứu về khả năng hấp phụ của zeolite 4A đối với các ion kim loại khác và trong các điều kiện môi trường khác nhau để đánh giá toàn diện hiệu quả của vật liệu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIÁO DUC VA DAO TẠO TRUONG DAI HOC SU PHAM TP. HO CHi MINH sow KHOA LUAN TOT NGHIEP SU PHAM HOA HOC KHAO SÁT KHẢ NANG HAP PHU DONG VA NIKEN CUA ZEOLITE 4A DIEU CHE TU TRO TRAU % Gido viên hướng dan: TS. Phan Thị Hoang Oanh s% Sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Oanh F THU VIỆN_. Trướng Har roc Su-Pham TP.

HO-CHI-MINH TP. Hỗ Chi Minh. tháng 5/2015 LỜI CẢM ON Lời đâu tiên của khóa luận này, tôi xin chan thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới có Phan Thị Hoàng Oanh Cỏ là người đã trực tiếp hướng dân. định hưởng vd tận tình giúp đỡ tôi trong suốt qua trình thực hiện dé tai.

Nhớ sự động viên. quan tam cua có đã giúp tôi có thêm động lực và niém tin vượt qua khó khăn, hoàn thành: tốt khỏa luận. Tói xin gửi lời cảm ơn tới (at ca thay cô bộ môn Hóa lý, Công nghệ- môi trường. Hữu cơ và V6 cơ đã nhiệt tình giúp đồ.

tao điều kiện giáp tôi hoàn thành đúng tiền độ cua khỏa luận. Tói cũng xin gửi lời tri dn tat ca các thay có đã giảng day, giúp đỡ tôi trong suốt chang đường đại học. Va cuỗi cùng là lời cảm ơn chân thành tới gia đình, những người ban đã luôn gắn bó và đẳng hành. bên cạnh tôi.

Vi những yeu tô khách quan cũng như kinh nghiệm. hiểu biết của bản than vẫn còn hạn chế nên khóa luận này không tránh khỏi những sai sot, Tôi xin ghi nhận những lời góp ý, nhận xét quý báu của thay cô cũng như bạn bè dé khóa luận hoàn thiện hon. Một lân nữa xin chân thành cảm on tắt ca! Thành phố Hà Chi Minh, ngày 8 thang Š nằm 2015 Hoàng Thị Oanh MỤC LỤC TEEN ne | CHƯƠNG'!. TING CUA isis sac cases satiate aca 2 1.

GIỚI THIỆU VE ZEOLITE, ZEOLITE 4A. TQ là Ee OCR 0394) Ù»4i48GiE2030011101))40G86012440058800108gã6 2 1.2 RAS = «ss gu na trnUnirn n5 Scersusceisd@xtdb: 3 1,2. GIỚI THIỆU VE KIM LOẠI DONG, KIM LOẠI NIKEN. Kilts Boge ÔN 2c(22/24266%251227cG6000/20020212/22/20/2020/166/6646054á643666) a 1.2 BI NI HD su oe ng 2s seced sa 2o 9616sxes6ssnsckoyeseo 5 1.

SỰO NHIEM NGUON NƯỚC BOI KIM LOẠI NANG. 6 HE He Vai trò của nước. Sự ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng,. GIỚI THIỆU VE HIỆN TƯỢNG HAP PHỤ.

Nhiệt động học của quá trình hắp phy. Phương trình đẳng nhiệt hắp phụ. 555-5555 S2S2seccssere 8 CHƯƠNG 2. NOI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỬU.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp xác định dung lượng hap phụ. Phương pháp trắc quang xác định nồng độ (U/V-Vis).

DỰNG CỤ, THIET BỊ VÀ HÓA CHẮÁT. Dụng cụ, thiết DI: ce snes 12 2. | R NẾ ND ÔN UNQGRREEDENDDDROODDOUANNOUADDEEDUAODODNOUEENNG, 12 CHUONG 3. KET QUA THỰC NGHIEM VÀ THAO LUẬN %3 13 3.1, DIEU CHE ZEOLITE 4A TU TRO TRẢU.

ĐỘ BEN pH CUA ZEOLITE 4A (ác66cc62022622002ã12-L66 15 33 CAC YEU TO ANH HUONG TOL QUA TRINH HAP PHU DONG CUA ZEOLITE 4A. Xây dựng đường chuẩn xác định nông độ Cu”".2, Anh hướng của thời gian đến quá trình hắp phụ. Anh hưởng của pH tới quá trình hap phụ. Anh hưởng của nồng độ Cu" đến quá trình hap phụ.5, Anh hướng của lượng zeolite 4A tới quá trình hap phy.

So sánh kha nang hap phụ Cu?" cua zeolite 4A va than hoạt tính. Phương trình dang nhiệt hap phy CuỶ" theo Langmuir. CÁC YEU TO ANH HƯỚNG DEN QUÁ TRÌNH HAP PHỤ ya Cae hele yf | DI Nga. Xây dựng đường chuẩn xác định ndng độ Ni?*.

Ảnh hưởng của thời gian đến quá trinh hắp phụ. Ảnh hưởng của pH đến quá trinh hap phụ.44, Ảnh hướng của ndng độ Ni?* đến quá trình hắp phụ. Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quả trình hắp phụ. So sánh khả nang hap phụ Ni** của zeolite 4A va than hoạt tỉnh.

Phương trình dang nhiệt hap phụ Ni?" theo Langmuir. KHA NANG HAP PHU ĐÔNG, NIKEN CUA ZEOLITE 4A Ở NONG ĐỘ TƯƠNG TỰ NƯỚC THAI XI MA ĐIỆN. Mẫu nước chứa kim loại đẳng .2, Mẫu nước chứa kim loại niken.-2- 2-52 +szccecccccseey 38 CHƯƠNG 4. KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

CHÚ c1 Km mẽ. CS 6s na SA. KIÊN NHI {:G11222002G2220G3620iGG2200006/0980020000/0010GGSẠE nữ) n1: EE ` oo ` n1) DANH MỤC BANG BIEU Bang 1. Các chi số ô nhiễm kim loại nặng của nước thai mạ điện.

Bang tinh toán các thông số tế bào mạng (a). Giá trị mật độ quang của các dung địch chuẩn Cư?" CER 6z 16 Bang 4. Anh hướng của thời gian tới quá trình hap phụ Cw. Anh hưởng của pH tới qua trình hấp phụ Cư`'.

Anh hưởng của nẵng độ Cu** tới quá trình hap phụ CwẺ. Ảnh hưởng của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hap phụ Cư”. Tông kết các điêu kiện hap phụ Cư) củazeoll 4A 33 Bảng 9. So sánh khả năng hấp phụ Cư” của zeolite 4A và than hoat tinh — — 24 Bảng 10.

Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hap phụ Langmuir. Giá trị mật độ quang của các dung dich chuẩn NẺ*". Ảnh hưởng của thời gian tới hấp phụ NÊ". Ảnh hưởng của pH tới quá trình hấp phụ N?".

Ảnh hưởng của nông độ NỈ" tới quá trình hắp phụ NẺ. Ảnh hường của khối lượng zeolite 4A tới quá trình hấp phụ NP* — 33 Bảng 16. Tổng kết các điêu kiện hap phụ NỀ" của zeolite 4A. So sánh khả năng hắp phụ Ni** của zeolite 4A và than hoạt tính.

Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Giá trị mật độ quang các dung dịch chuẩn của đẳng. 36 Bảng 20: Két quả mẫu 1 và mẫu 2 của đẳng. SG SCN GRC 38 Bảng 21.

Giá trị mật độ quang các dung dịch chuẩn của niken. Kết quả mẫu 1 và mẫu 2 xác định niken.40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Cấu trúc zeolite 44. Các vị trí ion Na" trong vòng tam oxi của zeolite 44.

Đường hap phụ đẳng nhiệt. Dang tuyến tính của phương trình Langmuir. Hình ảnh sản phẩm zeolite 4A tông hợp. Kết quả XRD của zeolite 4A đã tông hgp.

Đường chuân xác định nông độ Cư°'. Mối quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hap phụ Cư°. Mỗi quan hệ giữa pH và hiệu suất hap phụ Cư`". Mối quan hệ giữa nông độ Cưˆ" và hiệu suất hấp ph, — —— 2! Hình 3.

Mối quan hệ giữa nông độ Cu’ và dung lượng hap ph, — — 2! Hình 3. Méi quan hệ giữa khối lượng zeolite 4A và hiệu suất hắp phụ Cư”. Dé thị biéu diễn phương trình đăng nhiệt Langmuir của Cụ?*. Đường chuẩn xác định nồng độ NÈ”.

Méi quan hệ giữa thời gian và hiệu suất hdp phụ NÈ. Mắi quan hệ giữa pH và hiệu suất hdp phụ /NÈ". Mối quan hệ giữa nồng độ NP và hiệu suất hấp phụ NÈ`. Mối quan hệ giữa nông độ N?* và dung lượng hắp phụ.

Mối quan hệ giữa khối lượng zeolite 4A và hiệu suất hdp phụ NP*. Đô thị biéu điễn phương trình đăng nhiệt Langmuir của NỈ". Đường chuẩn xác định nông độ ion đẳng,. Đường chuẩn xác định nồng độ ion niken.

39 MO DAU Nước đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người cũng như các sinh vật khác. hiện nay các nguồn nước đứng trước mỗi đe dọa của su 6 nhiễm kim loại nặng do nước thải công nghiệp, nước thai sinh hoạt. thuốc trừ sâu hóa hoc, 6 nhiễm phỏng xạ. Các kim loại nặng chủ yếu như đồng (Cu), niken (Ni),.

có chức nang sinh học đối với cơ thé sống. nhưng nó có thẻ tích lũy vả tro nên độc hại với sức khỏe ở ham lượng vượt quá mức cho phép. Việc chiết, tách ion kim loại nặng từ dung dịch nước đã trở thanh van dé dang quan tắm của các nha nghiên cứu trên thé giới. Gan đây nhiều kỹ thuật khác nhau đã được sử đụng dé loại bó ion kim loại nang, phương pháp thông thưởng được su dụng gồm trao đôi ion, thâm thấu ngược.

nhưng không được đánh giá cao do côn nhiêu hạn chế về pH, giá thành. Trong thời gian gần đây, nhiều chất hấp phụ thay thế được sử dụng dé loại bỏ ion kim loại nặng như dat sét, than hoại tính, zeolite. Từ nhiều thập niên trước, zeolite - ray phân từ đã trở thành mật hàng có thị trưởng rộng lớn trên thé giới. đáp img nhu cầu của nhiễu lình vực.

Đến nay nước ta đang đi vào thời kỳ phát triển mạnh, nhất là về dầu khí, sản xuất nhiên liệu sạch, các nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất, công nghiệp dược phẩm và bảo vệ môi trường. Thị trường zeolite chắc chắn được mé rộng ngay trên đắt nước ta. Số lượng zeolite tự nhiên và tổng hợp đã biết hiện nay lên đến hàng tram, nhưng có những img dụng thực tế thi chi dưới một chục. Những zeolite được sử dụng nhiều nhất là zeolite A, zeolite X, zeolite Y.

Zeolite 4A từ tro trấu đã được điều chế thành công bởi phòng thi nghiệm Hóa lý trường Dai học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, song nghiên cứu các ứng dụng vẫn còn chưa khai thác hết. Do đó, những nghiên cứu sâu về khả năng hấp phụ kim loại nặng, đặc biệt là đồng và niken để img dụng loại bỏ các ion nay trong nước thải công nghiệp là rất cần thiết. Với ý nghĩa thiết thực trên, chúng tôi chọn dé tai: “KHAO SÁT KHẢ NANG HAP PHY DONG VÀ NIKEN CUA ZEOLITE 4A DIEU CHE TỪ TRO TRAU”. GIỚI THIỆU VE ZEOLITE, ZEOLITE 4A 1.

Zeolite Zeolite là tên chung dé chi một họ vật liệu khoảng vô co có cùng thành phan là aluminosilicate. Nó có cấu trúc mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp vả các kénh/mao quan chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trống. Các khoang trong chứa các ion có thé trao đôi được (Na".) vả có thé giờ, trao đôi thuận nghịch với các phân tử bên ngoài xim nhập vảo Công thức chung của zeolite [a M20. yO hoặc Mun[(AlO2)4SiO2) |.

Trong đó: n là hóa trị của kim loại M. Don vị cau trúc cơ bản của zeolite là các tử diện silica (SiOa]* và tứ diện alumina [AlO¿]“ nỗi với nhau qua các định chung, tạo thành các cầu nỗi oxi. Khi tat cả cúc oxi trong tứ diện silica đều được dùng chung thì tử điện silica sẽ trung hòa điện. Sự thay thé Si(IV) bằng AI(IL) làm xuất hiện trong cấu trúc zeolite một điện tích âm.

Các cation đương như là K*, Na", Ca?*. sẽ đi vào cấu trúc zeolite để trung hòa điện [7]. Zeolite là một loại chất hap phụ cd bề mặt phát triển va hệ thông cửa số cứng chắc có kích thước phân tử. Vì bé mặt trong của zeolite phát triển hơn bể mặt ngoài nhiều lằn, nên hiện tượng hap phụ chủ yếu xảy ra trên bé mặt trong, tức là các phân tử bị hấp phụ phải đi qua được cửa sô của zeolite.