Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và ứng dụng trong phân tích kim loại nặng

Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và ứng dụng trong phân tích xác định kim loại nặng, mang lại giải pháp hiệu quả cho môi trường.

• Tác giả: Ngô Thị Mai Việt
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và khả năng ứng dụng trong phân tích xác định các kim loại nặng
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• I. PHẦN I: MỞ ĐẦU
• II. PHẦN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT HẤP PHỤ
• 1.2. Giới thiệu một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên
• 1.3. Giới thiệu về vật liệu đá ong
• 1.4. Giới thiệu một số kim loại nặng
• 1.5. Giới thiệu chung
• 1.6. Độc tính sinh học của đồng, chì, cadimi, coban và niken
• 1.7. Một số phương pháp xác định lượng vết ion kim loại nặng
• 1.7.1. Các phương pháp quang phổ
• 1.7.2. Các phương pháp sắc kí
• 1.8. Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng
• 1.8.1. Phương pháp cộng kết
• 1.8.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng
• 1.8.3. Phương pháp chiết pha rắn
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu thành phần hoá học
• 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc
• 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu quá trình hấp thu
• 2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu khả năng hấp thu
• 2.3.5. Hoá chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát đá ong tự nhiên
• 3.2. Chuẩn bị đá ong
• 3.3. Phân tích thành phần hoá học của đá ong
• 3.4. Các tính chất hoá lý và khả năng hấp thu của đá ong
• 3.5. Biến tính đá ong tự nhiên thành vật liệu hấp thu
• 3.6. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt
• 3.7. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photphat
• 3.8. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và đất hiếm xeri
• 3.9. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính
• 3.9.1. Nghiên cứu thành phần của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính
• 3.9.2. Nghiên cứu cấu trúc của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính
• 3.10. Nghiên cứu khả năng hấp thu của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính
• 3.10.1. Nghiên cứu khả năng hấp thu hơi nước
• 3.10.2. Nghiên cứu khả năng hấp thu xanh – metylen
• 3.10.3. Nghiên cứu khả năng hấp thu các ion kim loại nặng của vật liệu bằng phương pháp tĩnh
• 3.10.4. Nghiên cứu khả năng hấp thu các ion kim loại nặng của vật liệu M6 theo phương pháp động
• III. PHẦN III: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính chất hấp thu của đá ong trong phân tích kim loại nặng

Đá ong, hay còn gọi là laterite, là một loại vật liệu tự nhiên có khả năng hấp thu tốt các ion kim loại nặng. Nghiên cứu về tính chất hấp thu của đá ong không chỉ giúp hiểu rõ hơn về khả năng của nó trong việc xử lý ô nhiễm môi trường mà còn mở ra hướng đi mới trong phân tích kim loại nặng. Việc sử dụng đá ong trong phân tích kim loại nặng có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và hiệu quả.

1.1. Đá ong và vai trò của nó trong môi trường

Đá ong là một loại khoáng sản phổ biến ở Việt Nam, có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, giúp nó có khả năng hấp thu tốt các chất ô nhiễm. Việc nghiên cứu đá ong không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tận dụng nguồn tài nguyên tự nhiên sẵn có.

1.2. Tính chất vật lý và hóa học của đá ong

Tính chất vật lý của đá ong như độ xốp, diện tích bề mặt và cấu trúc hóa học quyết định khả năng hấp thu của nó. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng đá ong có thể hấp thu hiệu quả các ion kim loại nặng như Cu, Pb, Cd, và Ni.

II. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng và thách thức trong phân tích

Ô nhiễm kim loại nặng đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trong môi trường hiện nay. Các kim loại nặng như chì, cadimi, và đồng có thể gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc phân tích chính xác hàm lượng kim loại nặng trong môi trường là rất cần thiết nhưng cũng gặp nhiều thách thức.

2.1. Tác động của kim loại nặng đến sức khỏe con người

Kim loại nặng có thể tích tụ trong cơ thể và gây ra nhiều bệnh tật nghiêm trọng. Việc hiểu rõ tác động của chúng giúp nâng cao nhận thức và tìm ra giải pháp hiệu quả hơn trong việc xử lý ô nhiễm.

2.2. Thách thức trong việc phân tích kim loại nặng

Phân tích kim loại nặng thường gặp khó khăn do hàm lượng thấp và sự phức tạp trong mẫu môi trường. Các phương pháp hiện tại có thể tốn kém và không hiệu quả, do đó cần tìm kiếm các giải pháp mới.

III. Phương pháp nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong

Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định khả năng hấp thu mà còn tối ưu hóa điều kiện để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.1. Phương pháp tĩnh trong nghiên cứu hấp thu

Phương pháp tĩnh cho phép xác định khả năng hấp thu của đá ong đối với các ion kim loại nặng trong điều kiện không thay đổi. Kết quả từ phương pháp này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp thu.

3.2. Phương pháp động trong nghiên cứu hấp thu

Phương pháp động giúp mô phỏng quá trình hấp thu trong điều kiện thực tế hơn. Nghiên cứu này cung cấp thông tin về tốc độ và hiệu quả hấp thu của đá ong.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của đá ong

Kết quả nghiên cứu cho thấy đá ong có khả năng hấp thu tốt các ion kim loại nặng. Việc ứng dụng đá ong trong phân tích kim loại nặng không chỉ giúp cải thiện chất lượng môi trường mà còn tiết kiệm chi phí.

4.1. Khả năng hấp thu của đá ong đối với các ion kim loại nặng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng đá ong có khả năng hấp thu cao đối với các ion như Cu2+, Pb2+, và Ni2+. Điều này mở ra cơ hội sử dụng đá ong trong các ứng dụng xử lý ô nhiễm.

4.2. Ứng dụng đá ong trong phân tích môi trường

Đá ong có thể được sử dụng như một vật liệu hấp phụ trong các phương pháp phân tích hiện đại, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc xác định kim loại nặng trong môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu đá ong

Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong mở ra nhiều triển vọng cho việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Việc phát triển và ứng dụng đá ong trong phân tích môi trường có thể mang lại nhiều lợi ích cho cả khoa học và kinh tế.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy đá ong có khả năng hấp thu tốt các ion kim loại nặng, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

5.2. Triển vọng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình biến tính đá ong để nâng cao khả năng hấp thu, từ đó mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học của tác giả Ngô Thị Mai Việt với đề tài "Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và khả năng ứng dụng trong phân tích xác định các kim loại nặng" được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2010. Công trình tập trung vào việc nghiên cứu cơ sở lý hóa, phương pháp biến tính đá ong tự nhiên nhằm nâng cao dung lượng hấp thu và ứng dụng làm pha tĩnh trong chiết pha rắn (SPE) để làm giàu, xác định lượng vết các ion kim loại nặng trong nước bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Sự phát triển của sản xuất công nghiệp và nông nghiệp làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng (đồng, chì, cadimi, coban, thủy ngân...) trong môi trường nước. Do hàm lượng của các kim loại này trong các đối tượng nước tự nhiên thường rất nhỏ, việc xác định trực tiếp bằng các thiết bị phân tích hiện đại gặp nhiều khó khăn và chi phí cao. Việc nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích thông qua các kỹ thuật tách, làm giàu sử dụng nguồn vật liệu mới có hiệu quả cao, đơn giản, dễ thực hiện và tiết kiệm chi phí là một yêu cầu thực tiễn cấp bách.

Đá tổ ong (laterite) là nguồn khoáng liệu tự nhiên phổ biến và có trữ lượng lớn tại Việt Nam, sở hữu độ xốp tương đối cao và diện tích bề mặt riêng lớn nhờ chứa các oxit sắt, nhôm và silic. Tuy nhiên, trước thời điểm nghiên cứu, các công trình chuyển hóa và ứng dụng đá ong làm vật liệu hấp phụ phục vụ phân tích hóa học và xử lý môi trường tại Việt Nam còn rất hạn chế.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và biến tính đá ong để tạo ra vật liệu có tính hấp thu tốt, ứng dụng trong phân tích xác định các kim loại nặng và xử lý môi trường. Các mục tiêu cụ thể được văn bản xác định gồm:

1. Nghiên cứu đá ong và biến tính đá ong thành chất hấp thu các ion kim loại nặng.
2. Xác định một số đặc trưng vật lý về hấp thu của đá ong tự nhiên và các mẫu đá ong biến tính.
3. Xác định dung lượng hấp thu các ion kim loại nặng của đá ong trước và sau khi biến tính.
4. Nghiên cứu khả năng ứng dụng của đá ong biến tính trong việc làm giàu, xác định các ion kim loại nặng và xử lý nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Khoáng liệu đá ong tự nhiên thu thập tại huyện Thạch Thất, Hà Nội; các mẫu đá ong biến tính; các ion kim loại nặng gồm $Cu^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Cd^{2+}$, $Co^{2+}$, và $Ni^{2+}$.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về không gian và mẫu: Khảo sát mẫu khoáng tại khu vực Thạch Thất (Hà Nội); áp dụng phương pháp phân tích trên hệ mẫu nước giả định phòng thí nghiệm và các mẫu nước thực tế.
  • Về kỹ thuật: Nghiên cứu các quy trình biến tính vật liệu bằng chất hoạt động bề mặt, muối vô cơ ($Fe^{3+}$, $SiO_3^{2-}$, $PO_4^{3-}$) và nguyên tố đất hiếm (Xeri); khảo sát quá trình hấp phụ tĩnh và động (cột SPE); kết hợp phân tích bằng phương pháp F-AAS và ICP-MS.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Văn bản luận án đã tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến vật liệu hấp phụ, độc tính sinh học của kim loại nặng, các phương pháp phân tích công cụ và kỹ thuật làm giàu mẫu.

Các hướng nghiên cứu trước được luận án điểm lại

1. Nghiên cứu về vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên và chất thải

Tác giả đã tổng hợp các nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, chất thải công nghiệp và khoáng sét tự nhiên làm vật liệu hấp phụ:

• Phụ phẩm nông nghiệp: Nguyễn Văn Nội và cộng sự sử dụng vỏ trấu biến tính để hấp phụ $Cu^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Ni^{2+}$; Nguyễn Thy Phương dùng $HNO_3$ oxy hóa than sọ dừa để hấp phụ $Ni^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Cr^{3+}$; Abdel Nasser và cộng sự dùng $HNO_3$ biến tính lõi ngô để hấp phụ xanh-metylen; Kadirvelu sử dụng than hoạt tính từ xơ dừa để hấp phụ $Hg(II)$ với dung lượng đạt 154 mg/g; Qingge Feng và cộng sự nghiên cứu tro vỏ trấu hấp phụ $Pb^{2+}$ (9,86 mg/g) và $Hg^{2+}$ (3,05 mg/g).
• Chất thải công nghiệp: Đặng Xuân Tập dùng $NaOH$ chuyển hóa tro bay nhiệt điện Phả Lại thành vật liệu hấp phụ $Co^{2+}$ (410,50 mg/g), $Ni^{2+}$ (408,32 mg/g), $Hg^{2+}$ (478,69 mg/g) và $Pb^{2+}$ (471,57 mg/g); Panday và cộng sự khảo sát tro bay hấp phụ $Cu$ với dung lượng 1,39 mg/g.
• Polyme sinh học: Cheung và McKay khảo sát chitosan hấp phụ $Pb^{2+}$; các nghiên cứu khác khảo sát hạt xốp chitosan kích thước 1 mm và 3 mm hấp phụ $Cd^{2+}$ đạt dung lượng lần lượt là 518 mg/g và 188 mg/g; Nguyễn Xuân Trung và cộng sự nghiên cứu chitosan biến tính xử lý kim loại nặng trong nước.
• Khoáng vật tự nhiên: Zeolit tự nhiên và khoáng sét được tác giả tổng hợp dung lượng hấp phụ theo số liệu công bố:

Loại vật liệu	$Cd^{2+}$ (mg/g)	$Cr^{3+}$ / $Cr(VI)$ (mg/g)	$Co^{2+}$ (mg/g)	$Ni^{2+}$ (mg/g)	$Zn^{2+}$ (mg/g)	$Cu^{2+}$ (mg/g)	$Pb^{2+}$ (mg/g)
Clinoptilolite	2,40	0,00 / 2,40	1,42	0,48	0,50	1,64	1,60
Charbazite philipsite	-	0,25 / -	-	0,56	0,04	0,37	-
Smectites	0,72	-	-	-	4,98	-	0,68
Kaolinite	0,32	-	-	-	1,25	-	0,12
Bentonite	1,41	- / 0,57	-	-	4,54	-	-

• Vật liệu đá ong: Frederick Partey và cộng sự khảo sát khả năng hấp phụ asen trên đá ong tự nhiên; Trần Hồng Côn (Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN) biến tính đá ong để hấp phụ asen đạt dung lượng khoảng 60 mg/g.

2. Nghiên cứu phương pháp xác định và làm giàu lượng vết kim loại nặng

• Phương pháp xác định: Quang phổ UV-Vis với thuốc thử dithizon xác định $Cu$ (bước sóng 535 nm), $Pb$ (510 nm), $Cd$ (518 nm) có giới hạn phát hiện 0,05 ppm, hoặc thuốc thử NaDDC (440 nm); phổ phát xạ nguyên tử ICP-AES (Stratis xác định lượng vết $Pb, Cd, Cu$ trong mật ong và đường ở mức ppb); phổ hấp thụ nguyên tử AAS/GF-AAS (Sibel Saracoglu và cộng sự; Serife Tokalioglu và cộng sự đạt LOD từ 0,006 - 0,277 ppm; Tomoharu Minami và cộng sự; S. Lin xác định $Pb, Cd$ trong sữa; Pilar Vinas và cộng sự; Lương Thúy Quỳnh và cộng sự; Lê Lan Anh; Phạm Luận và cộng sự; Phạm Thị Thu Hà; Nguyễn Thị Quyên); phổ khối plasma cảm ứng ICP-MS (Kyue-Hyung Lee và cộng sự; Nguyễn Ngọc Sơn); sắc ký lỏng HPLC (Nguyễn Văn Ri và cộng sự; Qiufen Hu và cộng sự); điện di mao quản mixen xác định $Pb$ trong nước bọt với LOD 11,4 ppb.
• Phương pháp tách và làm giàu: Kỹ thuật cộng kết với $Cu(OH)_2$ (Mustafa Soylak), $Sc(OH)_3$ (Tomoharu Minami), $Bi(DDC)_3$ (Hirotoshi Sato); chiết lỏng - lỏng; chiết pha rắn (SPE) với các loại pha tĩnh thương mại và biến tính như silica gắn N-propylsalcylaldimine (Khaled S. Abou-El-Sherbini), hạt nhựa Ambersorb 563 phủ PAN (Ibrahim Narin), than hoạt tính phủ thuốc thử dithiocacbamat (Hasan Cesur làm giàu 400 lần; Porlada Daorattanachar; Soylak và Dogan), nhựa Amberlite XAD-16 (Serife Tokalioglu), nhựa Chromosorb 102 (Saracoglu và cộng sự), silica phủ 8-hydroxyquinolin (Azeredo), pha đảo C-18 (Bortolli), oxit vô cơ $TiO_2$ phân chia $Cr(III)/Cr(VI)$ (S. Taner).

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù đá ong là nguồn tài nguyên dồi dào, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào việc dùng đá ong để hấp phụ asen hoặc chỉ dừng lại ở ứng dụng vật liệu xây dựng thô. Chưa có công trình nào nghiên cứu một cách toàn diện về quy trình biến tính đá ong kết hợp đa thành phần (muối sắt, silicat, photphat và nguyên tố đất hiếm Xeri) nhằm mục đích chuyển hóa cấu trúc bề mặt, tạo tâm hoạt động để hấp thu các cation kim loại nặng ($Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$), đồng thời chế tạo cột chiết pha rắn (SPE) từ chính nguồn đá ong biến tính để ứng dụng trong quy trình phân tích kiểm nghiệm môi trường nước.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết hấp phụ: Quá trình tích lũy chất tan từ pha lỏng lên bề mặt pha rắn dựa trên tương tác vật lý (lực van der Waals, nhiệt hấp phụ 2-6 kcal/mol, xảy ra nhanh, tính đặc thù thấp) và hấp phụ hóa học (liên kết hóa học, nhiệt hấp phụ $> 22\text{ kcal/mol}$, xảy ra chậm hơn, có tính chọn lọc cao). Quá trình bị chi phối bởi bản chất dung môi, độ xốp mao quản, diện tích bề mặt riêng và nhiệt độ.
• Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ:
  • Mô hình Langmuir: Mô tả quá trình hấp phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất không có tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ.
  • Mô hình Freundlich: Mô tả quá trình hấp phụ đa lớp trên bề mặt không đồng nhất với các tâm năng lượng khác nhau.
• Nguyên lý chiết pha rắn (SPE): Quá trình phân tách động gồm 4 giai đoạn nối tiếp: hoạt hóa cột chiết, nạp mẫu hấp phụ, rửa tráng loại bỏ tạp chất nền và giải hấp chất phân tích bằng dung môi/axit thích hợp. Luận án tổng hợp các nhóm pha tĩnh chiết pha rắn như sau:

Tên vật liệu / Nhóm chức	Cấu trúc hóa học	Cơ chế chiết chủ đạo
C-18	$-(CH_2)_{17}CH_3$	Pha đảo
C-8	$-(CH_2)_7CH_3$	Pha đảo
C-2	$-CH_2-CH_3$	Pha đảo
Cyclohexyl	$-(CH_2)_2\text{-cyclohexyl}$	Pha đảo
Phenyl	$-(CH_2)_3\text{-phenyl}$	Pha đảo
Cacbon	Cấu trúc mạng cacbon	Pha đảo
Styren-divinylbenzen	Polyme đồng trùng hợp	Pha đảo
Cyano	$-(CH_2)_3CN$	Pha thường
Amino	$-(CH_2)_3NH_2$	Pha thường + Trao đổi ion
Diol	$-(CH_2)_3OCH_2CH(OH)CH_2(OH)$	Pha thường
Silicagel	$-SiOH$	Pha thường
Florisil	$Mg_2SiO_3$	Pha thường
Alumina	$Al_2O_3$	Pha thường
Cacboxylic axit	$-(CH_2)COOH$	Trao đổi ion
Aromatic sunfonic axit	$-(CH_2)_3\text{-phenyl-}SO_3H$	Trao đổi ion

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án kết hợp các phương pháp phân tích hóa học, hóa lý và phân tích cấu trúc vật lý:

• Xác định thành phần hóa học:
  • Chuẩn độ thể tích: Xác định hàm lượng $Al$ và $Fe$ sau khi phá mẫu.
  • Phương pháp khối lượng: Xác định hàm lượng $Si$.
  • Khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS): Sử dụng thiết bị Elan 9000 II (PerkinElmer) kết hợp vô cơ hóa ướt bằng vi sóng để xác định lượng vết các nguyên tố ($Cu, Pb, Co, Ni, Mn, Ce, P$).
• Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng bề mặt vật liệu:
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Thiết bị JSM 5410, LV Jeol nhằm khảo sát hình thái bề mặt và độ xốp.
  • Phân tích nhiệt vi sai và trọng lượng (TG-DTA): Thiết bị đa năng Labsys18 (Setaram) để kiểm tra độ bền nhiệt.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Siemens D5005 xác định cấu trúc tinh thể và pha vô định hình.
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Thiết bị FT-IR Spectrum GX (PerkinElmer) để nhận dạng các liên kết và nhóm chức bề mặt.
  • Đo diện tích bề mặt riêng: Phương pháp hấp phụ đa phân tử Brunauer – Emmett – Teller (BET).
  • Xác định điện tích bề mặt: Phương pháp chuẩn độ xác định điểm điện tích không.
• Nghiên cứu quá trình hấp thu:
  • Hấp thu xanh-metylen và hơi nước: Đánh giá khả năng hấp phụ bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis và cân khối lượng.
  • Hấp thu tĩnh các ion kim loại nặng: Khảo sát dung lượng hấp thu cân bằng, thiết lập các thông số phương trình Langmuir và Freundlich.
  • Hấp thu động: Khảo sát trên cột chiết pha rắn (SPE) tự chế tạo, lập đường cong đâm xuyên, khảo sát thể tích phân đoạn, khả năng rửa giải và tái sử dụng vật liệu.
  • Kỹ thuật F-AAS: Đo nồng độ các ion kim loại ($Cu, Pb, Cd, Co, Ni$) trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6800 (Shimadzu) ở chế độ ngọn lửa.

Nguồn vật liệu và hóa chất

• Đá ong tự nhiên: Khai thác tại huyện Thạch Thất, Hà Nội.
• Hóa chất chuẩn: Dung dịch chuẩn gốc $Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$ nồng độ 1000 ppm trong $HNO_3\text{ 0,5 M}$ của hãng Merck (Đức).
• Muối và dung môi: $Cu(NO_3)_2\cdot 3H_2O\text{ (99,5%)}$, $Pb(NO_3)_2\text{ (99%)}$, $Cd(NO_3)_2\cdot 4H_2O\text{ (99%)}$, $Co(NO_3)_2\cdot 6H_2O\text{ (99%)}$, $Ni(NO_3)_2\cdot 6H_2O\text{ (98%)}$, $HNO_3\text{ 65%}$ (Merck), muối $Na_3PO_4\cdot 12H_2O$, $Na_2SiO_3\cdot 9H_2O$, $Fe(NO_3)_3\cdot 9H_2O$, $CeO_2\text{ (98%)}$, $Ce(OH)_4\text{ (99%)}$, Trilon, CTAB, EDTA.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về chất hấp phụ, cơ chế hấp phụ vật lý và hóa học, phân loại và ứng dụng của các vật liệu hấp phụ thương mại cũng như vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (phụ phẩm nông nghiệp, tro bay, khoáng sét, zeolit, chitosan và đá ong). Chương 1 cũng trình bày chi tiết về tính chất hóa học và độc tính sinh học của 5 kim loại nặng ($Cu, Pb, Cd, Co, Ni$), làm rõ các bệnh lý nguy hiểm do kim loại nặng gây ra như tổn thương gan thận (bệnh Wilson do đồng), suy giảm trí tuệ và ức chế tổng hợp máu (do chì), tổn thương xương và ung thư (do cadimi), độc tính của cacbonylniken. Đồng thời, chương này tổng quan các phương pháp quang phổ (UV-Vis, AES, AAS, ICP-MS), phương pháp sắc ký (HPLC, điện di mao quản) và các kỹ thuật làm giàu mẫu (cộng kết, chiết lỏng-lỏng, chiết pha rắn SPE), làm tiền đề cho việc lựa chọn giải pháp công nghệ của luận án.

Chương 2: Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày 4 mục tiêu cụ thể và 5 nội dung nghiên cứu chi tiết của đề tài. Tác giả mô tả toàn bộ quy trình phân tích thành phần hóa học (chuẩn độ thể tích đối với Al, Fe; phân tích khối lượng đối với Si; phá mẫu vi sóng và đo ICP-MS đối với các nguyên tố vết). Chương này cũng quy định các phương pháp thực nghiệm vật lý hiện đại phục vụ khảo sát cấu trúc vật liệu (SEM, XRD, FT-IR, TG-DTA, BET, đo điện tích bề mặt) và thiết lập mô hình tính toán dung lượng hấp phụ tĩnh, động theo phương trình Langmuir và Freundlich. Cuối chương là danh mục chi tiết các trang thiết bị phân tích chính như máy AAS AA-6800 (Shimadzu), ICP-MS Elan 9000 II (PerkinElmer), máy nhiễu xạ XRD Siemens D5005, máy FT-IR Spectrum GX và các hóa chất tinh khiết sử dụng.

Chương 3: Thực nghiệm, kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được trong toàn bộ quá trình nghiên cứu:

1. Khảo sát và tiền xử lý đá ong tự nhiên: Đá ong Thạch Thất được rửa sạch, ngâm trong dung dịch EDTA 0,005 M trong 24 giờ để loại bỏ tạp chất ion kim loại bám trên bề mặt, rửa bằng nước cất, sấy ở $110^\circ\text{C}$, nghiền rây phân loại kích thước hạt ($0,2 - 0,6\text{ mm}$ và $< 0,2\text{ mm}$), ký hiệu là mẫu $M_0$ (đá ong thô). Thành phần chính của $M_0$ được xác định gồm các oxit của Si, Fe, Al cùng lượng nhỏ Mn, Ti, kim loại kiềm và kiềm thổ.
2. Quy trình biến tính đá ong:
   • Biến tính bằng chất hoạt động bề mặt: Sử dụng Trilon (tạo mẫu $M_1$) và CTAB (tạo mẫu $M_2$) ở nồng độ 10%, thể tích 10 ml tác dụng với 25 g $M_0$ (đã hoạt hóa bằng $HCl\text{ 1 M}$), thủy nhiệt ở $60^\circ\text{C}$ trong 24 giờ và nung tại $600^\circ\text{C}$.
   • Biến tính bằng dung dịch muối vô cơ và đất hiếm: Sử dụng phối hợp $Fe(NO_3)_3$, $Na_2SiO_3$, $Na_3PO_4$ nhằm đưa nhóm chức photphat ($PO_4^{3-}$) lên bề mặt, kết hợp bổ sung muối Xeri (Ce) để tạo ra các hệ vật liệu biến tính $M_3, M_4, M_6$ và mẫu đối chứng tổng hợp từ hóa chất tinh khiết $M_3(0), M_4(0), M_5(0)$.
3. Đặc trưng cấu trúc và hình thái:
   • Kết quả SEM, XRD, FT-IR, TG-DTA và BET cho thấy vật liệu đá ong sau biến tính có sự phát triển rõ rệt về độ xốp, diện tích bề mặt riêng tăng lên, xuất hiện các pic phổ hồng ngoại đặc trưng cho các nhóm chức mới gắn trên bề mặt và duy trì độ bền nhiệt ổn định.
4. Khảo sát khả năng hấp thu tĩnh:
   • Đo phổ F-AAS xác định nồng độ kim loại, xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ cho các mẫu $M_0, M_1, M_2, M_3, M_4, M_5(0), M_6$.
   • Xử lý số liệu thực nghiệm theo mô hình Langmuir và Freundlich, xác định dung lượng hấp phụ cực đại ($q_{max}$) và tỷ số tăng cường hấp phụ $M_i/M_0$. Kết quả cho thấy mẫu $M_6$ (đá ong biến tính với $Fe, Si, P$ và Xeri) đạt dung lượng hấp thu cao vượt trội đối với cả 5 ion $Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$.
5. Khảo sát khả năng hấp thu động trên cột chiết pha rắn (SPE) nhồi vật liệu M6:
   • Chế tạo cột chiết pha rắn từ vật liệu $M_6$, khảo sát dung lượng hấp phụ động và dung lượng hấp phụ động thực qua đường cong đâm xuyên của từng ion riêng rẽ và hỗn hợp 5 ion kim loại.
   • Thiết lập điều kiện giải hấp tối ưu, đánh giá khả năng tái sử dụng vật liệu (khảo sát tái sử dụng lần 1 và lần 2).
   • Kiểm chứng phương pháp trên mẫu nước giả định đạt hiệu suất thu hồi cao; ứng dụng làm giàu và xác định thành công lượng vết các ion kim loại trong các mẫu nước thực tế, đối chiếu so sánh độ tin cậy với các phương pháp phân tích tiêu chuẩn.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

1. Về mặt khoa học và lý luận:
   • Luận án đã làm rõ thành phần hóa học, đặc tính cấu trúc tinh thể, độ xốp, điện tích bề mặt và cơ chế hấp thu kim loại nặng của đá ong tự nhiên khu vực Thạch Thất (Hà Nội).
   • Đã nghiên cứu và làm sáng tỏ cơ chế biến tính bề mặt đá ong khi kết hợp đồng thời các hợp chất của sắt, silicat, photphat và nguyên tố đất hiếm Xeri; chứng minh việc tạo liên kết gắn nhóm $PO_4^{3-}$ và tâm hoạt động Xeri giúp tăng cường diện tích bề mặt và dung lượng trao đổi/hấp phụ ion kim loại.
   • Xác lập hệ thống thông số nhiệt động học hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich đối với 5 cation kim loại nặng ($Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$) trên các hệ vật liệu đá ong biến tính khác nhau.
2. Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
   • Đã xây dựng thành công quy trình công nghệ điều chế vật liệu hấp thu $M_6$ từ nguồn nguyên liệu đá ong tự nhiên sẵn có, giá thành thấp.
   • Chế tạo thành công cột chiết pha rắn (SPE) nạp vật liệu $M_6$, ứng dụng hiệu quả trong việc làm giàu lượng vết các ion kim loại nặng với hệ số làm giàu cao và hiệu suất thu hồi đạt tiêu chuẩn phân tích.
   • Xây dựng hoàn chỉnh quy trình phân tích định lượng lượng vết $Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$ trong môi trường nước bằng phương pháp F-AAS kết hợp làm giàu trên cột SPE-$M_6$.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Ứng dụng vật liệu đá ong biến tính $M_6$ trong việc chế tạo các cột lọc, thiết bị xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng ở quy mô thực tế nhờ ưu thế về nguồn nguyên liệu rẻ tiền và quy trình tổng hợp đơn giản.
• Triển khai áp dụng quy trình chiết pha rắn SPE-$M_6$ kết hợp F-AAS tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường nhằm giảm chi phí phân tích so với việc đo trực tiếp trên các hệ thiết bị đắt tiền (như GF-AAS hoặc ICP-MS).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Phạm vi đối tượng khoáng liệu khảo sát trong văn bản tập trung vào nguồn đá ong thu thập tại huyện Thạch Thất, Hà Nội; chưa khảo sát mở rộng đối với các mỏ đá ong có thành phần khoáng vật khác tại miền Trung hay các tỉnh lân cận.
• Nghiên cứu tập trung vào 5 cation kim loại nặng ($Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$), chưa mở rộng đánh giá đối với các kim loại độc hại dạng anion phức tạp hoặc các chất ô nhiễm hữu cơ đồng thời trong cùng một hệ mẫu.
• Thử nghiệm động được tiến hành ở quy mô cột chiết pha rắn phòng thí nghiệm phân tích, chưa xây dựng mô hình pilot công nghiệp xử lý nước thải liên tục lưu lượng lớn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Khảo sát mở rộng khả năng biến tính trên các nguồn đá ong thuộc các địa tầng địa chất khác nhau nhằm kiểm tra tính ổn định của quy trình công nghệ.
• Nghiên cứu khả năng hấp phụ đồng thời kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ ô nhiễm, cũng như các dạng tồn tại hóa học khác nhau (speciation) của nguyên tố.
• Thử nghiệm mở rộng quy mô sản xuất vật liệu $M_6$ và thiết kế các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Luận án cung cấp nguồn tư liệu khoa học có giá trị thực tiễn cho nhiều đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường và Khoa học vật liệu: Tham khảo phương pháp luận biến tính khoáng vật tự nhiên, các kỹ thuật phân tích cấu trúc vật liệu rắn (SEM, BET, XRD, FT-IR, TG-DTA) và phương pháp xử lý số liệu đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Langmuir và Freundlich.
• Cán bộ phân tích tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm môi trường: Tham khảo quy trình chế tạo cột chiết pha rắn SPE từ vật liệu biến tính $M_6$, quy trình tách, làm giàu và các điều kiện đo F-AAS tối ưu để xác định hàm lượng vết các kim loại nặng $Cu, Pb, Cd, Co, Ni$.
• Các nhà nghiên cứu công nghệ môi trường và xử lý nước thải: Sử dụng dữ liệu dung lượng hấp phụ và các thông số động học của vật liệu đá ong biến tính làm cơ sở thiết kế các mô hình lọc nước giá rẻ cho cộng đồng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn đá ong tự nhiên trong luận án được thu thập từ đâu và được tiền xử lý như thế nào trước khi biến tính?
Mẫu đá ong tự nhiên được thu thập tại huyện Thạch Thất, Hà Nội. Trước khi biến tính, đá ong được rửa sạch và ngâm trong dung dịch EDTA 0,005 M trong 24 giờ nhằm loại bỏ hoàn toàn các ion kim loại tồn tại sẵn trên bề mặt, sau đó lọc, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô ở $110^\circ\text{C}$ rồi nghiền rây lấy các cấp hạt ($0,2 - 0,6\text{ mm}$ và $< 0,2\text{ mm}$), ký hiệu là mẫu đá ong thô $M_0$.

2. Tác giả đã sử dụng những phương pháp nào để biến tính đá ong tự nhiên thành vật liệu hấp thu?
Tác giả đã áp dụng hai hướng biến tính chính:

• Hướng thứ nhất: Biến tính bằng chất hoạt động bề mặt (sử dụng Trilon 10% tạo mẫu $M_1$ và CTAB 10% tạo mẫu $M_2$) sau khi hoạt hóa bằng $HCl\text{ 1 M}$, thủy nhiệt ở $60^\circ\text{C}$ và nung ở $600^\circ\text{C}$.
• Hướng thứ hai: Biến tính bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối vô cơ $Fe(NO_3)_3$, $Na_2SiO_3$, $Na_3PO_4$ và muối đất hiếm Xeri (tạo ra các hệ vật liệu $M_3, M_4, M_6$).

3. Mẫu vật liệu nào thể hiện khả năng hấp thu kim loại nặng tốt nhất và được lựa chọn để chế tạo cột chiết pha rắn (SPE)?
Mẫu vật liệu biến tính $M_6$ (được biến tính từ đá ong với dung dịch muối sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và đất hiếm xeri) thể hiện dung lượng hấp thu vượt trội đối với cả 5 ion kim loại nặng ($Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$), có độ bền cấu trúc cao và được lựa chọn làm pha tĩnh trong cột chiết pha rắn (SPE).

4. Những phương pháp phân tích công cụ hiện đại nào được sử dụng xuyên suốt luận án để nghiên cứu thành phần, cấu trúc và khả năng hấp thu của vật liệu?
Luận án sử dụng phối hợp các thiết bị:

• Phân tích thành phần và cấu trúc: Khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS Elan 9000 II), kính hiển vi điện tử quét (SEM JSM 5410), nhiễu xạ tia X (XRD Siemens D5005), quang phổ hồng ngoại (FT-IR Spectrum GX), phân tích nhiệt vi sai (Labsys18 Setaram), phương pháp BET xác định diện tích bề mặt.
• Phân tích hấp thu và định lượng kim loại: Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS AA-6800 Shimadzu) và quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Ngô Thị Mai Việt đã giải quyết thành công bài toán biến tính khoáng liệu đá ong tự nhiên tại Thạch Thất (Hà Nội) thành vật liệu hấp thu đa chức năng có dung lượng hấp thu cao đối với các ion kim loại nặng $Cu^{2+}, Pb^{2+}, Cd^{2+}, Co^{2+}, Ni^{2+}$. Bằng việc kết hợp các kỹ thuật phân tích hóa lý hiện đại (SEM, XRD, FT-IR, TG-DTA, BET, ICP-MS), công trình đã chứng minh cơ chế hình thành tâm hoạt động photphat và xeri trên nền khung silicat - oxit sắt của đá ong. Trên cơ sở vật liệu biến tính tối ưu $M_6$, tác giả đã chế tạo thành công cột chiết pha rắn (SPE) và xây dựng quy trình làm giàu kết hợp đo F-AAS có độ tin cậy cao để xác định lượng vết kim loại nặng trong môi trường nước. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi thiết thực trong việc khai thác nguồn khoáng sản tự nhiên sẵn có phục vụ quan trắc môi trường và công nghệ xử lý nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của sản xuất công nghiệp và nông nghiệp, cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. T heo đó, môi trường đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, trong đó có sự ô nhiễm các kim loại nặng. Các kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Co, Hg…) khi xâm nhập vào cơ thể đều gây độc hại cho sức khoẻ con người [4, 15, 34, 50, 62, 78]. Bởi vậy, việc phân tích hàm lượng của chúng trong các đối tượng môi trường, để từ đó đánh giá chất lượng môi trường là việc làm hết sức cần thiết.

Hàm lượng các kim loại nặng có trong nước thường rất nhỏ, khó có thể xác định trực tiếp chúng ngay cả bằng các thiết bị phân tích hiện đại, nên chi phí phân tích rất tốn kém. Vì lẽ đó, cần nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích các kim loại nặng bằng phương pháp làm giàu sử dụng nguồn vật liệu mới đạt hiệu quả cao, đơn giản, dễ thực hiện và đặc biệt phải kinh tế [22]. Bởi vậy, các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học [37, 38, 39, 46, 54, 64, 68, 91]. Đá tổ ong (thường gọi là đá ong, tên tiếng Anh là laterite) là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có tính hấp phụ vì: độ xốp tương đối cao, bề mặt riêng lớn, nhưng việc nghiên cứu, ứng dụng và chuyển hoá đá ong thành vật liệu hấp phụ hầu như chưa được nghiên cứu nhiều.

Chính vì vậy, việc chuyển hoá đá ong thành chất hấp phụ có ý nghĩa đặc biệt cả về khoa học và kinh tế, vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có, vừa tạo ra được vật liệu có ứng dụng trong phân tích và trong xử lí môi trường. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Xuất phát từ những ý nghĩa quan trọng đó, chúng tôi đã chọn đề tài luận án là: “Nghiên cứu tính chất hấp thu của đá ong và khả năng ứng dụng trong phân tích xác định các kim loại nặng”. Mục tiêu của đề tài là: xác định khả năng và các điều kiện tối ưu để chuyển hoá đá ong thành chất hấp thu, có thể sử dụng để làm sạch môi trường và ứng dụng trong phân tích để xác định các kim loại nặng kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] PHẦN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT HẤP PHỤ 1. Chất hấp phụ. Cơ sở và ứng dụng [19, 77] Chất hấp phụ (adsorbent) là những chất có bề mặt tiếp xúc lớn, có khả năng hút các chất khí hay chất tan trong pha lỏng lên bề mặt. Khả năng hấp phụ của mỗi chất tuỳ thuộc vào bản chất, điện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ, nhiệt độ, pH và bản chất của chất tan.

Quá trình tích lũy vật chất lên bề mặt chất hấp phụ gọi là sự hấp phụ. Chất được tích lũy lên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp. Đó là quá trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.

Tuỳ theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà có sự hấp phụ vật lý và sự hấp phụ hoá học. + Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực vandecvan giữa các phân tử chất hấp phụ và các phân tử chất bị hấp phụ. Liên kết trong hấp phụ vật lý thường rất yếu và dễ bị phá vỡ. + Hấp phụ hoá học được tạo nên do ái lực (liên kết) hoá học giữa chất hấp phụ với chất bị hấp phụ.

Liên kết trong hấp phụ hoá học bền, khó bị phá vỡ hơn hấp phụ vật lý. Hấp phụ hoá học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hoá học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học, người ta đưa ra một số tiêu chuẩn sau: + Nhiệt hấp phụ: Đối với hấp phụ vật lý, lượng nhiệt toả ra là 2-6 kcal/mol còn đối với hấp phụ hoá học, lượng nhiệt thường lớn hơn 22 kcal/mol nên hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp còn hấp phụ 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hoá học có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hơn. + Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử do đó xảy ra nhanh, ngược lại hấp phụ hoá học xảy ra chậm hơn.

+ Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hoá học còn hấp phụ hoá học đòi hỏi phải có ái lực hoá học, do đó hấp phụ hoá học mang tính đặc thù rõ rệt. Quá trình hấp phụ các chất tan trong dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: + Ảnh hưởng của dung môi: Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu và ngược lại. Vì vậy, đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi nước sẽ tốt hơn so với dung môi hữu cơ. + Ảnh hưởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: Thông thường các chất phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, còn chất không phân cực lại dễ hấp phụ trên bề mặt không phân cực.

Khi giảm kích thước của mao quản trong chất hấp phụ thì sự hấp phụ từ dung dịch thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực kích thước mao quản không cản trở sự đi vào của phân tử chất bị hấp phụ. Nếu kích thước mao quản của chất hấp phụ bé hơn kích thước phân tử của chất bị hấp phụ thì sự hấp phụ bị cản trở (có thể không xảy ra sự hấp phụ). Dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ. Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ càng lớn thì phần tiếp xúc giữa chất tan và chất hấp phụ càng lớn, chất tan lưu lại trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều.

Như vậy độ xốp và diện tích bề mặt chất hấp phụ là các yếu tố vật lý quan trọng của quá trình hấp phụ. + Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch thường giảm, nhưng ở mức độ thấp hơn so với hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với cấu tử hoà tan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng lên thì khả năng hấp phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trong dung dịch tăng lên. Với mục đích hấp phụ thì việc lựa chọn chất hấp phụ phải dựa trên đường đẳng nhiệt hấp phụ.

Việc tính toán đường đẳng nhiệt hấp phụ dựa trên các phản ứng giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ; dựa vào cấu trúc hay kích thước của chất hấp phụ. Để mô tả sự ảnh hưởng cơ bản giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta đưa ra các yếu tố sau. Đây cũng chính là các yếu tố để mô tả chất hấp phụ. Thứ nhất là năng lượng phản ứng thế.

Thứ hai là nhiệt hấp phụ. Thứ ba là sự ảnh hưởng của các thông số của chất bị hấp phụ (độ phân cực, mô men lưỡng cực và mô men tứ cực). Thứ tư là dựa trên các yếu tố: độ phân cực, điện tích, lực vandecvan, kích thước lỗ xốp và hình dạng của chất hấp phụ. Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng của các chất hấp phụ.

Các chất hấp phụ có tính thương mại như than hoạt tính (activated carbon), zeolites, silica gel hay nhôm oxit hoạt tính (activated alumina) được ứng dụng rộng rãi trong tách các kim loại, các chất hữu cơ ở dạng khí và lỏng (bảng 1. Ứng dụng của các chất hấp phụ ----------------------------------------------------------------------------------------- Chất cần tách Chất hấp phụ ----------------------------------------------------------------------------------------- Normal paraffins/isoparaffins Zeolite N2/O2 Zeolite O2/N2 Carbon molecular sieve CO,CH4, CO2, N2, Ar, NH3/H2 Activated carbon followed by zeolite H2O/ethanol Zeolite ----------------------------------------------------------------------------------------- 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. (Tiếp) ----------------------------------------------------------------------------------------- Gas Purification H2O/olefin-natural gas, air… Silica, alumina, zeolite CO2/C2H4, natural gas. Zeolite, carbon molecular sieve Hydrocarbons, halogenated organics, Activated carbon, silicalite solvents/vent streams Sulfur compounds/natural gas, Zeolite, activated alumina hydrogen… SO2/vent streams Zeolite, activated carbon Odors/air Silicalite Liquid Bulk Separations Normal paraffins/isoparaffin, Zeolite aromatics p-xylene/o-xylene, m-xylene Zeolite Fructose/glucose Zeolite Liquid Purifications H2/organics, oxygenated organics… Silica, alumina, zeolite Organics, halogenated organics, Activated carbon, silicalite oxygenated organics./H2O-water purification Inorganics (As, Cd, Cr, Cu, Se, Pb, Activated carbon F, Cl, radionuclides…)/H2O-water purification Odor and taste bodies/ H2O Activated carbon Sulfur compounds/organics Zeolite, alumina Drug detoxification in the body Activated carbon ----------------------------------------------------------------------------------------- 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Giới thiệu một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên Cho đến nay đã có nhiều nhà khoa học công bố các công trình nghiên cứu của mình về các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên hay các vật liệu có nguồn gốc từ sản phẩm thải của các ngành kinh tế. Những vật liệu này có thể là các sản phẩm thải của ngành nông nghiệp như lõi ngô, vỏ trấu, vỏ và xơ dừa, lõi cây ôliu, khuynh diệp, cây đậu, cây côca, cây hồ đào, vỏ cây cọ… Các sản phẩm thải của ngành công nghiệp như than tro bay hay các khoáng liệu thuần tuý tự nhiên như đất sét, zeolit [70, 88, 90, 92]., các quặng phốt phát, phốt phát tổng hợp [38, 64]… hay các sản phẩm phụ của quá trình chế biến hải sản như vỏ tôm, vỏ cua. Nhìn chung, các vật liệu trên ít khi được sử dụng trực tiếp làm vật liệu hấp phụ mà thường phải qua một quá trình biến đổi hoá lý nào đó, nhằm tạo bề mặt có khả năng hấp phụ tốt. Các tác nhân dùng để biến tính các vật liệu đó thường là các axit như HNO3, H2SO4 [20], các chất oxi hoá như H2O2, H2S2O8.

hoặc các axit hữu cơ hay NaOH [26, 66]. Chẳng hạn, khi biến tính vỏ trấu bằng các tác nhân hoá học, tác giả Nguyễn Văn Nội và cộng sự [32] đã thu được một vật liệu có khả năng hấp phụ khá tốt các ion kim loại Cu2+, Pb2+ và Ni2+. Tác giả [26] đã sử dụng NaOH để chuyển hoá than tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại thành chất hấp phụ các ion kim loại nặng. Sau khi sử dụng axit nitric làm tác nhân oxi hoá than sọ dừa Việt Nam, tác giả Nguyễn Thy Phương đã nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Ni2+, Cu2+ , Zn2+, Cr3+ trên loại vật liệu này [20].