Đặt vấn đề Việc tận dụng chất thải, phụ phẩm của ngành nông nghiệp để xử lý ô nhiễm môi trường không những đem lại những lợi ích về kinh tế, xã hội mà còn có ý nghĩa trong bảo vệ môi trường. Đặc biệt nghiên cứu xử lý kim loại nặng (Cu, Zn, Pb…) trong nước thải bằng vật liệu hấp phụ có giá thành thấp, thân thiện với môi trường được tận dụng từ phụ phẩm công nghiệp là vấn đề được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Chuối là một trong những sản phẩm nông nghiệp có diện tích công tác và sản lượng lớn nhất nước ta. Theo số liệu của Tổng cục thống kê năm 2009, diện tích chuối ở nước ta 115.565 ha, sản lượng lượng xấp xỉ là 1.153 tấn và chủ yếu chỉ được tiêu thụ trong nước (Agro Việt, 2011).
Do đó, lượng vỏ chuối thải ra ở nước ta cũng không nhỏ. Gustavo Castro (2011) công bố kết quả nghiên cứu về lợi ích của vỏ chuối trong việc tách các ion Cu2+ và Pb 2+ ra khỏi môi trường nước thải. Ở nước ta, nếu vỏ chuối được ứng dụng để xử lý các ion Cu2+ và Pb2+ trong nước sẽ mang lại lợi ích không nhỏ về mặt kinh tế, xã hội và môi trường. Nhận thấy được lợi ích trong việc tận dụng vỏ chuối làm nguồn nguyên liệu xử lý các ion kim loại nặng trong đó có Cu2+ mà đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nước của vỏ chuối” được thực hiện.
Mục tiêu của đề tài Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong môi trường nước của vỏ chuối. Đánh giá khả năng hấp phụ ion Cu2+ của vỏ chuối. Ý nghĩa của đề tài Tìm được nguyên liệu sinh học có khả năng tách ion Cu 2+ ra khỏi môi trường nước một cách hiệu quả, ít tốn kém chi phí và thân thiện với môi trường. Phạm vi nghiên cứu Do điều kiện còn hạn chế và thời gian có hạn, nên đề tài chỉ giới hạn ở mức độ khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ của vỏ chuối.
2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về kim loại đồng (Cu) 2.1 Cấu tạo Cấu hình electron của nguyên tử Cu: 1s22s22p63s23p63d 104s1 Cấu trúc mạng tinh thể của Cu có dạng lập phương tâm diện đặc khít, do đó liên kết trong đơn chất của Cu rất bền vững [11].2 Tính chất vật lí Đồng là kim loại màu đỏ, có độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Khối lượng riêng: 8920 kg/m3 Khối lượng nguyên tử: 63,546 đ.C Nhiệt dung riêng: 380 J/kg.độ Điểm nóng chảy: 1357,6 K Điểm sôi: 2840 K [11] 2.3 Tính chất hóa học Đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu. Trong các phản ứng hóa học, chủ yếu đồng bị oxy hóa tạo thành Cu2+.
Đồng có khả năng phản ứng với : + Một số phi kim: O2, Cl2, Br, S… + Acid H2SO4 đặc cho khí SO2. + HNO3 cho NO2 hay NO. + Dung dịch muối: Ag+, Fe3+… [11] 3 2.4 Hàm lượng Cu trong nước tự nhiên và nước thải công nghiệp Trong nước tự nhiên, hàm lượng Cu thường không đáng kể, dao động trong khoảng từ 0,001 mg/L – 1 mg/L. Hàm lượng Cu trong nước thải của các nhà máy, xí nghiệp: + Nhà máy sản xuất Pb – Zn: Hàm lượng Cu trong nước thải khoảng từ 0,4 – 0,8 mg/L.
+ Nhà máy sản xuất Sn: Hàm lượng Cu trong nước thải 0,1 mg/L + Nhà máy sản xuất Mo – W: Hàm lượng Cu trong nước thải từ 1 – 1,5 mg/L + Đối với nhà máy quặng Cu, hàm lượng Cu trong nước thải có thể lên đến 100 mg/L [6].5 Tính độc của Cu Khi hàm lượng Cu trong cơ thể người là 10 g/kg thể trọng có thể gây tử vong, liều lượng từ 60 – 100 mg/L có thể gây buồn nôn. Với cá, hàm lượng Cu là 0,002 mg/L có đến 50% số lượng cá thí nghiệm chết. Với khuẩn lam khi hàm lượng Cu là 0,01 mg/L làm chúng chết. Đối với thực vật thì hàm lượng Cu là 0,1 mg/L đã gây độc, khi hàm lượng Cu là 0,17 – 0,20 mg/L gây độc cho củ cải đường, cà chua, đại mạch [9].1 Nồng độ giới hạn của kim loại Cu trong công nghiệp và nước sinh hoạt Giá trị giới hạn (mg/L) Tên chỉ tiêu Nước thải công nghiệp Nước sinh hoạt Hàm lượng đồng 2 1 (Nguồn: QCVN 24 của Bộ TNMT, 2009) 2.
Tổng quan về vật liệu hấp phụ 2.1 Phân loại, nguồn gốc của cây chuối Cây chuối có tên khoa học là: Musa paradisiaca L. Thuộc chi: Musa Họ: Musaceae Bộ: Zingiberales Chuối có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới ở Đông Nam Á [12].2 Đặc điểm hình thái của cây chuối Ước tính có khoảng 300 giống chuối hiện được trồng trên thế giới. Tuy có nhiều giống chuối nhưng về mặt hình thái chúng đều có cấu tạo cơ bản giống nhau về các đặc điểm sau: Là loại cây có thân ngầm, gọi là củ chuối. Thân chỉ là thân giả do các bẹ lá cấu tạo thành, cao trung bình khoảng 3 – 5 m.
Lá lớn, mọc xen, hình xoắn có thể dài 2,7 m, rộng 60 cm. Nụ trổ ở ngọn rồi tạo thành buồng. Trong buồng chứa rất nhiều hoa nhỏ có thể đếm lên đến 19 ngàn hoa. Hoa xếp thành 2 hàng tạo thành nải chuối, mỗi buồng có 3 – 20 nải, nặng 30 – 50 kg.
Các hoa đực nằm ở nải trên ngọn, không sinh sản, còn được gọi là bắp chuối, còn ở gần cọng của nụ là hoa lưỡng phái. Hoa có 5 tiểu nhụy, bầu noãn 3 tâm 5 bì tạo thành 3 buồng, mỗi buồng có nhiều tiểu noãn, vòi nhụy duy nhất với nuốm hình chùy. Hoa chuối có tính ấm, có vị chua mặn. Chuối là giống vô tính.
Người ta thường sử dụng chồi non để trồng. Chồi con được hình thành từ những mầm ngủ mọc trên thân ngầm của chuối. Các giống chuối ở Việt Nam Nhóm chuối tiêu gốm có 3 loại: lùn, nhỏ, cao. Đặc điểm là quả nhỏ nhưng rất thơm ngon.
Nhóm chuối Tây (chuối sứ, chuối xiêm): gồm các giống chuối tây hồng, tây phấn, tây sứ, được trồng phổ biến ở nhiều nơi, cây cao sinh trưởng khỏe, không kén đất, chịu hạn tốt, quả to, vị ngọt đậm nhưng kém thơm hơn so với các loại khác. Chuối bom: được trồng phổ biến ở Đông Nam Bộ, trái có thể được dùng ăn tươi hay có thể làm chuối sấy. Chuối ngự: có chiều cao từ 2,5 – 3 m, trái nhỏ, màu vỏ sáng đẹp, thịt quả chắc, vị thơm đặc biệt. Chuối ngốp có 2 loại: cao và thấp, có chiều cao từ 3 – 5 m.
Trái tương đối lớn, vỏ dầy, có màu nâu đen khi chín, thịt quả nhão, hơi chua. Chuối La Ba: được trồng ở xã La Ba, Phú Sơn, Lâm Hà vào đầu thập niên 50 và chỉ sau một thời gian ngắn đã trở nên nổi tiếng bởi quả có màu váng óng, dẻo, ngọt và đặc biệt có mùi hương rất thơm. Đây là thương hiệu chuối hàng đầu Việt Nam. Phân loại các mức độ chín của quả chuối Dựa trên màu sắc của vỏ quả chuối, có thể chia thành 7 mức độ chín: + Mức 1: Vỏ quả chuối có màu xanh đậm.
+ Mức 2: Vỏ chuối có màu xanh sáng. + Mức 3: Vỏ quả chuối có màu xanh vàng. 6 + Mức 4: Vỏ chuối có màu vàng xanh. + Mức 5: Vỏ chuối đã vàng, nhưng cuống và phần đuôi vẫn còn xanh.
+ Mức 6: Vỏ vàng hoàn toàn. + Mức 7: Vỏ vàng có đốm nâu. (Nguồn: https://www.1: Các mức độ chín của quả chuối Ứng dụng của chuối về giá trị dinh dưỡng và chữa bệnh Trong chuối có 3 loại đường thiên nhiên là glucose – fructose – sucrose được kết hợp với chất xơ khiến cho nó có khả năng làm tăng năng lượng ngay tức thời cho cơ thể. Vì vậy chỉ cần ăn 2 quả chuối là có khả năng cung cấp năng lượng cho người chơi thể thao với cường độ cao hay căng thẳng trong suốt 90 phút.
Về dinh dưỡng nếu mang trái chuối so sánh với trái táo thì ta có thể kết luận như sau: Trong chuối có hàm lượng chất đạm (protein) gấp 4 lần so với trong táo, chất carbohyrate gấp 2 lần, phospho gấp 3 lần, vitamin A và chất sắt gấp 5 lần. Còn các chất khoáng và các sinh tố khác gấp 2 lần. Ngoài việc cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng kể trên thì chuối còn có tác dụng chữa bệnh và chính điều này khiến ta phải thêm chuối vào danh sách thực phẩm hàng ngày của chúng ta. Cụ thể như: suy sụp tinh thần, thiếu máu, huyết áp, táo bón…[12] 7 Thành phần hóa học của vỏ chuối [13] + Hàm lượng chất khô (dry matter): 14,08 g/100g + Hàm lượng protein thô (crude protein): 7,87 g/100g + Hàm lượng chất béo thô (crude fat): 11,60 g/100g + Hàm lượng cellulose thô (crude fibre): 7,68 g/100g + Hàm lượng tro tổng (total ash): 13,44 g/100g + Hàm lượng carbohydrate: 59,51 g/100g Thành phần khoáng [13] + Calcium: 7 mg/100g + Natri: 34 mg/100g + Photpho: 40 mg/100g + Kali: 44 mg/100g + Fe: 0.43mg/100g + Magie: 26 mg/100g + Lưu huỳnh: 12 mg/100g + Acid ascorbic: 18mg/100g 2.
Quá trình hấp phụ 2.1 Khái niệm hấp phụ Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất lỏng hay khí bị hút trên bề mặt chất rắn xốp. Chất lỏng hay khí gọi là chất bị hấp phụ (adsorbent), chất rắn gọi là chất hấp phụ (adsorbate). Quá trình hấp phụ xảy ra do sự tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà hấp phụ được chia thành 2 loại: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
8 Hấp phụ vật lý: + Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (phân tử, nguyên tử, ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Waals yếu, đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. + Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và các phân tử của chất hấp phụ không tạo liên kết hóa học với nhau mà chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt của chất hấp phụ [1].