Tổng hợp vật liệu Mn – UiO – 66 và ứng dụng hấp phụ Pb(II)

Tài liệu nghiên cứu Tổng hợp vật liệu mn uio 66 và ứng dụng hấp phụ pb ii, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

Trường đại học

Đại học Đà Nẵng

Chuyên ngành

Sư phạm Hóa học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

khóa luận tốt nghiệp

2023

55
1
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

MỞ ĐẦU

0.1. Lý do chọn đề tài

0.2. Mục đích nghiên cứu

0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

0.4. Phương pháp nghiên cứu

0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

0.6. Cấu trúc của luận văn

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng

1.1.1. Giới thiệu sơ lược về các kim loại nặng

1.1.2. Nguồn gốc và tác hại của nước nhiễm kim loại nặng đối với sức khỏe con người

1.2. Các phương pháp xử lý ion kim loại nặng trong nước

1.2.1. Phương pháp kết tủa hóa học

1.2.2. Phương pháp trao đổi ion

1.2.3. Phương pháp điện hóa

1.2.4. Phương pháp hấp phụ

1.2.4.1. Khái niệm hấp phụ
1.2.4.2. Hấp phụ trong môi trường nước

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Mn UiO 66 Khám Phá Tiềm Năng Ứng Dụng

Vật liệu Mn-UiO-66 đang nổi lên như một ứng cử viên sáng giá trong lĩnh vực xử lý môi trường, đặc biệt là khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng. Được phát triển từ vật liệu khung kim loại-hữu cơ (MOF) UiO-66, vật liệu này kết hợp những ưu điểm vượt trội về độ xốp, diện tích bề mặt lớn và tính ổn định hóa học cao. Việc biến tính UiO-66 bằng mangan (Mn) hứa hẹn mang lại những đặc tính hấp phụ độc đáo, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc loại bỏ ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Tài liệu nghiên cứu này sẽ đi sâu vào quá trình tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của vật liệu Mn-UiO-66, tập trung vào khả năng hấp phụ ion chì Pb(II), một trong những chất ô nhiễm nguy hiểm nhất đối với sức khỏe con người và môi trường.

1.1. Vật Liệu MOFs Nền Tảng Của Công Nghệ Hấp Phụ Mới

Vật liệu MOFs (Metal-Organic Frameworks) là một lớp vật liệu xốp, có cấu trúc nano, được tạo thành từ các ion kim loại hoặc cụm kim loại liên kết với các phân tử hữu cơ (ligand). Cấu trúc này tạo ra một mạng lưới ba chiều với các lỗ rỗng có kích thước và hình dạng được kiểm soát. MOFs có diện tích bề mặt cực lớn, vượt trội so với các vật liệu xốp truyền thống như zeolite hay than hoạt tính. Theo nghiên cứu, diện tích bề mặt của MOFs có thể đạt từ 2000 đến 6000 m2/g, mở ra khả năng hấp phụ vượt trội. Khả năng tùy chỉnh cấu trúc và thành phần hóa học của MOFs cho phép các nhà khoa học thiết kế vật liệu với khả năng hấp phụ chọn lọc, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ lưu trữ khí đến xúc tác và hấp phụ chất ô nhiễm.

1.2. UiO 66 Vật Liệu MOF Ổn Định Với Tiềm Năng Lớn

UiO-66 (University of Oslo-66) là một loại MOF dựa trên zirconium (Zr) và axit terephthalic (1,4-benzenedicarboxylic acid). UiO-66 nổi tiếng với tính ổn định nhiệt và hóa học cao, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Cấu trúc của UiO-66 bao gồm các cụm Zr6O4(OH)4 liên kết với các ligand terephthalic, tạo thành một mạng lưới ba chiều với các lỗ rỗng có kích thước khoảng 6-8 Å. Tính ổn định và độ xốp cao của UiO-66 khiến nó trở thành một nền tảng lý tưởng để biến tính và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Do đó, việc biến tính UiO-66 bằng các kim loại khác, như mangan (Mn), giúp tăng cường khả năng hấp phụ đối với các chất ô nhiễm cụ thể, đặc biệt là kim loại nặng.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Pb II Cần Giải Pháp Hấp Phụ Hiệu Quả

Ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là chì (Pb(II)), là một vấn đề môi trường nghiêm trọng trên toàn cầu. Pb(II) có thể xâm nhập vào nguồn nước từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm hoạt động khai thác mỏ, sản xuất pin, luyện kim, và xả thải công nghiệp. Khi xâm nhập vào cơ thể, Pb(II) gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe, đặc biệt là đối với trẻ em và phụ nữ mang thai. Các phương pháp xử lý Pb(II) truyền thống như kết tủa hóa học, trao đổi ion và thẩm thấu ngược có nhiều hạn chế về hiệu quả, chi phí và khả năng xử lý triệt để. Do đó, việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả và thân thiện với môi trường là vô cùng cần thiết. Vật liệu Mn-UiO-66 hứa hẹn là một giải pháp tiềm năng để giải quyết thách thức này.

2.1. Nguồn Gốc Và Tác Hại Của Ô Nhiễm Chì Pb II

Chì (Pb(II)) là một kim loại nặng độc hại có thể tồn tại trong môi trường tự nhiên trong thời gian dài. Nguồn gốc của ô nhiễm chì rất đa dạng, bao gồm nước thải từ các khu công nghiệp, mỏ khai thác khoáng sản, sản xuất pin ắc quy, và các sản phẩm sử dụng chì như sơn và ống dẫn nước. Pb(II) tích tụ trong cơ thể thông qua đường hô hấp, tiêu hóa và da. Ngay cả ở nồng độ thấp, Pb(II) gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như tổn thương não, thận, hệ thần kinh, và ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ em. Theo các nghiên cứu, Pb(II) không có ngưỡng an toàn và bất kỳ mức độ phơi nhiễm nào cũng có thể gây hại.

2.2. Giới Hạn Của Các Phương Pháp Xử Lý Pb II Truyền Thống

Các phương pháp xử lý Pb(II) truyền thống như kết tủa hóa học, trao đổi ion, và thẩm thấu ngược có những hạn chế nhất định. Phương pháp kết tủa hóa học thường tạo ra lượng bùn thải lớn, đòi hỏi xử lý tiếp theo và có thể không hiệu quả ở nồng độ Pb(II) thấp. Phương pháp trao đổi ion có chi phí vận hành cao và đòi hỏi quá trình tái sinh vật liệu trao đổi. Phương pháp thẩm thấu ngược có thể loại bỏ Pb(II) hiệu quả, nhưng đòi hỏi áp suất cao và tiêu thụ năng lượng lớn. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường là một nhu cầu cấp thiết.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Mn UiO 66 Quy Trình Tối Ưu Hóa

Quá trình tổng hợp Mn-UiO-66 đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cấu trúc, tính chất và khả năng hấp phụ của vật liệu. Phương pháp nhiệt dung môi là một trong những phương pháp phổ biến và hiệu quả để tổng hợp Mn-UiO-66. Quy trình này thường bao gồm việc trộn các tiền chất chứa Zr và Mn với các ligand hữu cơ trong dung môi phù hợp, sau đó gia nhiệt trong một thời gian nhất định. Các yếu tố như nồng độ tiền chất, tỷ lệ mol Zr/Mn, loại dung môi, nhiệt độ và thời gian phản ứng đều ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của quá trình tổng hợp. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để thu được vật liệu Mn-UiO-66 với khả năng hấp phụ Pb(II) cao.

3.1. Phương Pháp Nhiệt Dung Môi Ưu Điểm Và Nhược Điểm

Phương pháp nhiệt dung môi là một kỹ thuật tổng hợp hóa học sử dụng nhiệt độ và áp suất cao trong một dung môi kín để tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano. Ưu điểm của phương pháp này bao gồm khả năng kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt, tạo ra các vật liệu có độ tinh khiết cao, và cho phép tổng hợp các vật liệu khó tan trong điều kiện thông thường. Tuy nhiên, phương pháp nhiệt dung môi cũng có nhược điểm là đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, chi phí vận hành cao, và có thể tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Tổng Hợp Mn UiO 66

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Mn-UiO-66, bao gồm tỷ lệ mol của các tiền chất, loại dung môi sử dụng, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, và tốc độ khuấy trộn. Tỷ lệ mol Zr/Mn ảnh hưởng đến hàm lượng Mn được đưa vào cấu trúc UiO-66. Loại dung môi ảnh hưởng đến độ hòa tan của các tiền chất và sự hình thành của tinh thể. Nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến tốc độ hình thành và kích thước của tinh thể. Tốc độ khuấy trộn ảnh hưởng đến sự đồng nhất của hỗn hợp phản ứng.

IV. Đặc Trưng Vật Liệu Mn UiO 66 Phân Tích Cấu Trúc Và Tính Chất

Để hiểu rõ về cấu trúc, tính chất và khả năng hấp phụ của Mn-UiO-66, việc sử dụng các kỹ thuật đặc trưng vật liệu là rất quan trọng. Các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR) cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, và các nhóm chức hóa học có trên bề mặt vật liệu. Kết quả phân tích từ các kỹ thuật này giúp xác định sự thành công của quá trình tổng hợp, đánh giá chất lượng của vật liệu, và giải thích cơ chế hấp phụ của Mn-UiO-66 đối với Pb(II).

4.1. XRD Xác Định Cấu Trúc Tinh Thể Của Mn UiO 66

Nhiễu xạ tia X (XRD) là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu. Kết quả XRD cho thấy các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc UiO-66, đồng thời có thể xuất hiện các đỉnh mới liên quan đến sự có mặt của Mn trong cấu trúc. Phân tích XRD giúp xác định sự thay đổi cấu trúc tinh thể sau khi biến tính bằng Mn, và đánh giá mức độ kết tinh của vật liệu.

4.2. SEM Phân Tích Hình Thái Bề Mặt Của Vật Liệu

Hiển vi điện tử quét (SEM) là một kỹ thuật được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của vật liệu ở độ phân giải cao. Ảnh SEM cho thấy hình dạng, kích thước và sự phân bố của các hạt Mn-UiO-66. Phân tích SEM giúp đánh giá độ xốp và diện tích bề mặt của vật liệu, cũng như sự phân tán của Mn trên bề mặt UiO-66.

4.3. FT IR Xác Định Các Nhóm Chức Hóa Học

Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR) là một kỹ thuật được sử dụng để xác định các nhóm chức hóa học có trên bề mặt vật liệu. Phổ FT-IR cho thấy các đỉnh hấp thụ đặc trưng cho các liên kết hóa học trong cấu trúc UiO-66 và các nhóm chức liên quan đến Mn. Phân tích FT-IR giúp xác định sự có mặt của Mn trong cấu trúc, cũng như các thay đổi hóa học trên bề mặt vật liệu sau khi biến tính.

V. Ứng Dụng Hấp Phụ Pb II Đánh Giá Hiệu Quả Mn UiO 66

Khả năng hấp phụ Pb(II) của Mn-UiO-66 được đánh giá thông qua các thí nghiệm hấp phụ trong dung dịch nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, bao gồm pH dung dịch, thời gian tiếp xúc, khối lượng vật liệu, nồng độ đầu của Pb(II), và nhiệt độ, được khảo sát để tối ưu hóa hiệu quả hấp phụ. Kết quả thí nghiệm giúp xác định khả năng loại bỏ Pb(II) của Mn-UiO-66, cũng như cơ chế hấp phụ và các thông số động học và nhiệt động liên quan.

5.1. Ảnh Hưởng Của pH Dung Dịch Đến Khả Năng Hấp Phụ

pH của dung dịch có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ Pb(II) của Mn-UiO-66. pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của vật liệu và sự tồn tại của Pb(II) trong dung dịch. Ở pH thấp, Pb(II) tồn tại chủ yếu dưới dạng ion Pb2+, trong khi ở pH cao, Pb(II) có thể kết tủa dưới dạng hydroxit. pH tối ưu cho quá trình hấp phụ Pb(II) thường nằm trong khoảng từ 5 đến 6, nơi mà Pb(II) tồn tại chủ yếu dưới dạng ion Pb2+ và bề mặt Mn-UiO-66 có điện tích âm.

5.2. Khảo Sát Động Học Và Đẳng Nhiệt Hấp Phụ Pb II

Nghiên cứu động học hấp phụ Pb(II) của Mn-UiO-66 giúp xác định tốc độ hấp phụ và cơ chế kiểm soát quá trình. Các mô hình động học như pseudo-first-order và pseudo-second-order được sử dụng để mô tả dữ liệu thực nghiệm. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Pb(II) của Mn-UiO-66 giúp xác định khả năng hấp phụ tối đa của vật liệu. Các mô hình đẳng nhiệt như Langmuir và Freundlich được sử dụng để mô tả dữ liệu thực nghiệm và xác định các thông số hấp phụ.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Hướng Nghiên Cứu Về Mn UiO 66

Nghiên cứu về vật liệu Mn-UiO-66 và ứng dụng hấp phụ Pb(II) cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Kết quả nghiên cứu đã cung cấp thông tin quan trọng về quá trình tổng hợp, đặc trưng và khả năng hấp phụ của Mn-UiO-66. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng nghiên cứu cần được khám phá để tối ưu hóa hiệu quả và mở rộng ứng dụng của vật liệu này trong thực tế. Việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hấp phụ, cải thiện độ ổn định của vật liệu, và phát triển các phương pháp tái sinh vật liệu sau khi sử dụng là những hướng đi đầy hứa hẹn.

6.1. Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Và Tính Chất Của Mn UiO 66

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của Mn-UiO-66 để tăng cường khả năng hấp phụ Pb(II). Các phương pháp như điều chỉnh tỷ lệ mol Zr/Mn, sử dụng các ligand hữu cơ khác nhau, và biến đổi bề mặt vật liệu có thể được áp dụng để cải thiện độ xốp, diện tích bề mặt, và tính chọn lọc của vật liệu.

6.2. Ứng Dụng Mn UiO 66 Trong Xử Lý Nước Thải Thực Tế

Để đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng Mn-UiO-66 trong thực tế, cần tiến hành các thí nghiệm hấp phụ trong nước thải thực tế chứa Pb(II) và các chất ô nhiễm khác. Các yếu tố như sự cạnh tranh hấp phụ, ảnh hưởng của các chất hữu cơ, và độ ổn định của vật liệu trong môi trường thực tế cần được xem xét. Đồng thời, cần phát triển các quy trình tái sinh vật liệu sau khi sử dụng để giảm chi phí và đảm bảo tính bền vững của quá trình xử lý.

24/05/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng 1. Giới thiệu sơ lược về các kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Kim loại nặng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thuỷ quyển (các muối hoà tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng) và sinh quyển (trong cơ thể con người, động thực vật).

Những kim loại này khi đi vào cơ thể động vật hoặc thực vật ngay cả ở dạng vết cũng có thể gây độc hại. Kim loại nặng có thể chia làm 4 nhóm chính dựa trên tầm quan trọng đối với sức khoẻ con người của chúng: + Kim loại cần thiết như Cu, Zn, Co, Cr, Mn và Fe. + Kim loại không cần thiết như Ba, Al, Li và Zr. + Kim loại ít độc hại như Sn, As.

+ Kim loại có tính độc cao như Hg, Cd và Pb. Trong môi trường không khí, kim loại nặng tồn tại ở dạng hơi kim loại. Các hơi kim loại này phần lớn là rất độc, có thể đi vào cơ thể con người và động vật qua đường hô hấp. Trong môi trường đất thì các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạng kim loại nguyên chất, các khoáng kim loại hoặc các ion.

Và nó có thể đi vào cơ thể con người và động vật qua đường tiêu hoá khi người và động vật tiêu thụ các loại thực vật. Trong môi trường nước thì kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất. Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất. Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó.

Do đó, kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn, uống. Nguồn gốc và tác hại của nước nhiễm kim loại nặng đối với sức khỏe con người Các quá trình sản xuất công nghiệp, quá trình khai khoáng, quá trình tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm là các nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước. Thêm vào đó, các hợp chất của kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như quá trình tạo màu và nhuộm, ở các sản phẩm của thuộc da, cao su, dệt, giấy, luyện kim, mạ điện và nhiều ngành khác cũng là nguồn đáng kể 5 gây ô nhiễm kim loại nặng. Khác biệt so với nước thải ngành công nghiệp, nước thải sinh hoạt thường có chứa trong nó một lượng kim loại nhất định bởi quá trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn hoặc Pb của đường ống hoặc bể chứa.

Sự tồn tại của kim loại nặng trong nước thải sinh hoạt còn do các tác nhân trong các mỹ phẩm dùng để trang điểm, rửa mặt. Một vài hoá chất được sử dụng trong nông nghiệp cũng làm gia tăng ô nhiễm kim loại nặng như: Cu được thêm vào thức ăn cho lợn và được bài tiết ra một lượng lớn bởi các loài động vật. Kim loại nặng nói chung là chất độc hại hoặc rất độc hại đối với các động vật sống dưới nước và nhiều loài động vật khác. Nghiên cứu ảnh hưởng, hậu quả của kim loại nặng trong nước tới sinh thái thường gặp những cản trở bởi thực tế là các tạp chất ô nhiễm khác luôn luôn có mặt, do đó khó có thể xác định được mức độ ô nhiễm hay hậu quả của các kim loại có trong nước thải gây nên với môi trường sinh thái.

Đối với con người một số các kim loại khi tồn tại một hàm lượng nhất định trong cơ thể con người sẽ có ích, tuy nhiên khi nồng độ các kim loại này lớn hoặc thấp hơn mức cho phép thì nó sẽ là chất độc gây rối loạn trong cơ thể con người và tạo ra các bệnh nguy hiểm như rối loạn cơ quan thần kinh, phá huỷ gan, thận hoặc gây ra các bệnh ung thư [10, 11] 1. Các phương pháp xử lý ion kim loại nặng trong nước 1. Phương pháp kết tủa hóa học Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước thải với các kim loại cần tách ở độ pH thích hợp. Qúa trình này sẽ tạo hợp chất kết tủa và nó được tách khỏi nước bằng phương pháp lắng.

Cơ chế của kết tủa hóa học thể hiện ở phương trình sau: M2+ + 2(OH)- → M(OH)2 Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxide bằng cách trung hòa đơn giản các chất thải. Tùy thuộc vào kim loại, độ pH được điều chỉnh để lượng chất kết tủa được lớn nhất mà vẫn không gây độc hại. Phương pháp này đơn giản và rẻ tiền nhưng ở những với nồng độ kim loại cao thì xử lý không triệt để, tạo ra bùn thải khi loại, khó điều chỉnh pH. Có nhiều tài liệu đã sử dụng phương pháp kết tủa hóa học để xử lý các kim loại nặng trong nước thải sinh hoạt bằng các tác nhân khử FeSO4, NaHSO3 và tác nhân kết tủa là NaOH, Na2CO3.

Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion dùng ionic là nhựa hữu cơ tổng hợp các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion. Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột Cationic và Anionic. Quá trình trao đổi ion bởi các vật liệu nhựa này không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và nó cũng không bị hòa tan. Phương pháp này có ưu điểm là khả năng trao đổi lớn, làm sạch nước, tách hoàn toàn các kim loại nặng ra khỏi nước như: Cd, Hg, Cu, Mn,… hiệu quả xử lý kim loại cao nhưng chi phí xử lý cao.

Phương pháp điện hóa Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại nặng và cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Đặt điện thế vào bình điện phân để tạo ra một dòng điện. Các cation chuyển dịch về phía cathode và anion chuyển về phía anode. Phương pháp này đơn giản, dễ sử dụng nhưng tiêu hao năng lượng lớn, chi phí cao, chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại cao.

Phương pháp hấp phụ 1. Khái niệm hấp phụ Sự hấp phụ là hiện tượng bề mặt nhằm thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ, nhằm giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ. Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.

Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 g chất hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Phân loại hấp phụ: Dựa vào bản chất của lực hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực vật lý (lực tương tác phân tử), còn hấp phụ hoá học gây ra bởi lực hoá học(lực của liên kết hoá học).

- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion.) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ. Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học (không hình thành các liên kết hoá học) 7 mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ.

Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn - Hấp phụ hoá học: Hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoá học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liên kết phối trí. Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ. Nhiệt hấp phụ hoá học lớn, có thể đạt tới giá trị 800 kJ/mol Giải hấp: quá trình giải phóng chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ.

Là quá trình ngược lại với hấp phụ. Hấp phụ trong môi trường nước Hấp phụ trong môi trường nước thường diễn ra khá phức tạp. Vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác là nước, chất hấp phụ, chất bị hấp phụ. Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh và có chọn lọc giữa chất bị hấp phụ và dung môi.

Thông thường, nồng độ chất tan trong dung dịch là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phần tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Các chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy phân tử nước để chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Điều này xảy ra khi tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ mạnh hơn tương tác giữa chất hấp phụ và nước Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ đối với chất bị hấp phụ còn phu thuộc vào tính tương đồng về độ phân cực giữa chúng. Chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều phân cực hoặc không phân cực thì sự hấp phụ xảy ra tốt hơn.

Hấp phụ trong môi trường nước còn bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường. Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi bản chất của chất bị hấp phụ. Các chất có tính acid yếu hay base yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân ly, tích điện âm, dương hoặc trung hòa. Ngoài ra sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức.

Tóm lại hấp phụ trong môi trường nước có cơ chế phức tạp do yếu tố hấp phụ hỗn hợp, sự biến đổi bản chất hóa học của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ vào môi trường. Ngoài ra, độ xốp, sự phân bố lỗ xốp, diện tích bề mặt, kích thước mao quản, cũng ảnh hưởng tới sự hấp phụ [12].

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Tổng hợp vật liệu Mn – UiO – 66 và ứng dụng hấp phụ Pb(II)" cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc phát triển vật liệu hấp phụ hiệu quả cho việc loại bỏ ion chì (Pb(II)) trong nước. Bài viết không chỉ trình bày quy trình tổng hợp vật liệu Mn – UiO – 66 mà còn phân tích khả năng hấp phụ của nó, từ đó mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước. Độc giả sẽ tìm thấy những thông tin quý giá về tính chất và ứng dụng của vật liệu này, giúp nâng cao hiểu biết về công nghệ xử lý nước và bảo vệ môi trường.

Để mở rộng thêm kiến thức, bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan như Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng xử lý một số ion kim loại nặng cu2 pb2 và cd2 bằng hạt hấp phụ hydroxyapatit, nơi nghiên cứu khả năng xử lý các ion kim loại nặng khác. Ngoài ra, tài liệu Luận văn thạc sĩ hóa học nghiên cứu sự hấp phụ cuii bằng vật liệu zeolitmcm41 được tổng hợp với nguồn silic từ tro trấu cũng sẽ cung cấp thêm thông tin về các vật liệu hấp phụ khác. Cuối cùng, bạn có thể tìm hiểu thêm về Nghiên cứu hấp phụ nitrat nitrit trên vật liệu than hoạt tính được biến tính bề mặt bằng aptes, một nghiên cứu khác về khả năng hấp phụ của vật liệu trong xử lý nước. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các phương pháp và vật liệu trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước.