T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008<br />
<br />
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC<br />
TRÊN VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA<br />
VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG<br />
Hoàng Ngọc Hiền, Lê Hữu Thiềng (Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên)<br />
<br />
1. Mở đầu<br />
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã dẫn tới sự<br />
tăng nhanh hàm lượng các ion kim loại nặng trong các nguồn nước thải. Đã có nhiều công trình<br />
nghiên cứu nhằm tìm ra phương pháp tách loại các ion kim loại trong môi trường nước. Trong<br />
đó, việc tận dụng các phụ phNm nông nghiệp làm vật liệu để hấp phụ các ion kim loại nặng đang<br />
được nhiều người quan tâm[1],[2].<br />
Nước ta là một nước nông nghiệp, do vậy nguồn phụ phNm nông nghiệp khá lớn. Một<br />
trong những phụ phNm nông nghiệp có số lượng lớn là bã mía. Cùng với sự phát triển mạnh của<br />
ngành mía đường, hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng lớn bã mía. Bã mía chiếm<br />
khoảng 26,8-32% lượng mía ép, bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozơ, 24%<br />
hemixenlulozơ, và 22-25% lignin [3]. Các thành phần hữu cơ này có khả năng biến đổi để tạo ra<br />
các tâm hấp phụ để hấp phụ các cation kim loại nặng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng bã<br />
mía ứng dụng vào xử lí môi trường còn ít được quan tâm. Để góp phần vào việc tìm kiếm các<br />
vật liệu hấp phụ sẵn có, rẻ tiền cho việc xử lí môi trường, trong công trình này chúng tôi nghiên<br />
cứu khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (VLHP) chế tạo từ bã mía đối với ion Ni2+ và thử sử<br />
dụng VLHP này để xử lí một mẫu nước thải có chứa ion Ni2+.<br />
2.Thực nghiệm<br />
2.1. Dụng cụ hoá chất<br />
- Các hoá chất được sử dụng để nghiên cứu có độ tinh khiết PA.<br />
- Nồng độ ion Ni2+ được xác định bằng phương pháp đo quang với thuốc thử<br />
đimetylglyoxim và được đo trên máy UV 1700 Phamaspec (Shimadzu - Nhật Bản).<br />
- pH của dung dịch được xác định bằng máy đo pH 900 Precisa (Thuỵ Sĩ).<br />
- Máy lắc, máy nghiền bi, tủ sấy; các loại pipet, buret, bình tam giác,…<br />
2.2.Chế tạo vật liệu hấp phụ<br />
Bã mía được xử lí sơ bộ bằng cách ngâm trong nước cất 3-4 giờ, rửa sạch sau đó sấy khô<br />
ở 1000C trong 24 giờ. Bã mía khô được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, rây và rửa bột bã mía<br />
thu được bằng nước cất nóng trong 1 giờ, sấy khô ở 1000C; cuối cùng được rửa bằng dung môi<br />
n-hexan/etanol (1:1) trên hệ thống sohxlet trong 4 giờ. Bã mía sau khi nghiền nhỏ, rửa và sấy<br />
khô được hoạt hoá bằng anhydrit succinic thu được VLHP.[2]<br />
2.3 Khảo sát dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+<br />
Cân chính xác 0,5g VLHP cho vào cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, thêm vào đó 50ml<br />
dung dịch Ni2+, lắc đều trong 2 giờ. Lọc thu lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni2+ còn lại. Từ đó<br />
tính dung lượng hấp phụ của VLHP đối với Ni2+ theo công thức:<br />
q=<br />
<br />
122<br />
<br />
C0 − Cf<br />
.V<br />
m<br />
<br />
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008<br />
<br />
Trong đó: C0, Cf là nồng độ Ni2+ trước và sau hấp phụ (mg/l); m là khối lượng VLHP<br />
(gam); V là thể tích dung dịch (lit). Kết quả được chỉ ra ở bảng 1.<br />
Bảng 1. Dung lượng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+<br />
Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ (mg/l)<br />
168,400<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ (mg/l)<br />
2,840<br />
<br />
Dung lượng hấp phụ (mg/g)<br />
16,556<br />
<br />
2.4 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ<br />
Lấy 7 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP, thêm vào đó 50ml<br />
dung dịch Ni2+, lắc trên máy lắc trong các khoảng thời gian khác nhau từ 10 ÷ 120 phút. Lọc thu<br />
lấy nước lọc, xác định nồng độ Ni2+ còn lại. Kết quả được chỉ ra ở bảng 2 và hình 1.<br />
Bảng 2. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ<br />
Thời gian<br />
(phút)<br />
10<br />
20<br />
40<br />
60<br />
80<br />
100<br />
120<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ trước hấp<br />
phụ (mg/l)<br />
168,40<br />
168,40<br />
168,40<br />
168,40<br />
168,40<br />
168,40<br />
168,40<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ sau<br />
hấp phụ (mg/l)<br />
4,08<br />
3,38<br />
4,00<br />
2,86<br />
2,80<br />
2,80<br />
2,78<br />
<br />
Dung lượng hấp<br />
phụ (mg/g)<br />
16,43<br />
16,47<br />
16,53<br />
16,55<br />
16,56<br />
16,56<br />
16,56<br />
<br />
Dung lượng hấp phụ (mg/g)<br />
<br />
16.580<br />
16.560<br />
16.540<br />
16.520<br />
16.500<br />
16.480<br />
16.460<br />
16.440<br />
16.420<br />
0<br />
<br />
20<br />
<br />
40<br />
<br />
60<br />
<br />
80<br />
<br />
100<br />
<br />
120<br />
<br />
140<br />
<br />
T hời gian (phút )<br />
<br />
Hình 1. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ theo thời gian<br />
<br />
Qua bảng 2 và hình 1 chúng tôi thấy, trong khoảng thời gian khảo sát 10 ÷ 120 phút: từ<br />
10 đến 60 phút dung lượng hấp phụ tăng nhanh, từ 60 phút trở đi dung lượng hấp phụ tăng chậm<br />
và tương đối ổn định. Do đó, chúng tôi chọn thời gian 60 phút để nghiên cứu tiếp theo.<br />
2.5 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ<br />
Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch<br />
2+<br />
Ni có pH khác nhau trong khoảng từ 1,47 ÷ 6,24. Tiến hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả<br />
được chỉ ra ở bảng 3 và hình 2.<br />
Bảng 3. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ<br />
pH<br />
1,47<br />
2,40<br />
4,06<br />
5,10<br />
6,24<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ<br />
(mg/l)<br />
172,60<br />
172,00<br />
177,40<br />
182,00<br />
184,80<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ<br />
(mg/l)<br />
15,34<br />
8,26<br />
4,26<br />
4,36<br />
7,12<br />
<br />
Dung lượng hấp phụ<br />
(mg/g)<br />
15,726<br />
16,374<br />
17,314<br />
17,764<br />
17,768<br />
<br />
123<br />
<br />
Dung lượng hấp phụ (mg/g)<br />
<br />
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008<br />
18<br />
17.5<br />
17<br />
16.5<br />
16<br />
15.5<br />
0<br />
<br />
1<br />
<br />
2<br />
<br />
3<br />
<br />
4<br />
<br />
5<br />
<br />
6<br />
<br />
7<br />
<br />
pH<br />
<br />
Hình 2. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào pH<br />
<br />
Kết qủa ở bảng 3 và hình 2 cho thấy, khả năng hấp phụ của VLHP đối với Ni2+ tốt nhất<br />
trong khoảng pH từ 5 ÷ 6. Do đó, chúng tôi chọn giá trị pH trong khoảng này để N/C tiếp theo.<br />
2.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Ni2+ đến dung lượng hấp phụ<br />
Lấy 5 cốc thuỷ tinh dung tích 100ml, cho vào mỗi cốc 0,5g VLHP và 50ml dung dịch<br />
Ni2+ có nồng độ khác nhau trong khoảng từ 56 ÷ 754mg/, các dung dịch có pH = 5,0. Tiến<br />
hành sự hấp phụ trong 60 phút. Kết quả được chỉ ra ở bảng 4.<br />
Bảng 4. Ảnh hưởng của nồng độ Ni2+ đến dung lượng hấp phụ<br />
Nồng độ Ni2+ trước hấp phụ C0<br />
(mg/l)<br />
56,00<br />
192,00<br />
293,00<br />
412,00<br />
754,00<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ sau hấp phụ Cf<br />
(mg/l)<br />
0,38<br />
11,60<br />
22,74<br />
61,00<br />
162,00<br />
<br />
Dung lượng hấp phụ<br />
q (mg/g)<br />
5,57<br />
18,04<br />
27,03<br />
35,10<br />
59,20<br />
<br />
Kết quả ở bảng 4 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, từ 56 ÷ 754ppm, khi nồng độ<br />
tăng dung lượng hấp phụ tăng. N/C khả năng hấp phụ của VLHP theo mô hình đẳng nhiệt<br />
Langmuir (dạng tuyến tính), chúng tôi thu được kết quả ở hình 3.<br />
<br />
Cf/q (g/l)<br />
<br />
4<br />
<br />
y = 0.0153x + 0.4165<br />
<br />
3<br />
<br />
R2 = 0.9292<br />
<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0<br />
<br />
50<br />
<br />
100<br />
<br />
150<br />
<br />
200<br />
<br />
Cf (mg/l)<br />
<br />
Hình 3. Đường đẳng nhiệt Langmuir<br />
<br />
Từ kết quả hình 3, chúng tôi tính được dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP đối với<br />
2+<br />
ion Ni là:<br />
qmax = 65,36(mg/g)<br />
2.7. Thử xử lí một mẫu nước thải chứa Ni2+ của nhà máy mạ điện Quốc phòng<br />
Nước thải của nhà máy được lấy tại bể nước thải của phân xưởng mạ điện. Mẫu nước thải<br />
sau khi gạn, lọc qua giấy lọc có pH = 5,10 (giá trị pH này nằm trong khoảng pH tốt nhất cho sự hấp<br />
phụ đã khảo sát ở trên). Tiến hành sự hấp phụ trong điều kiện đã khảo sát ở trên thu được kết quả:<br />
124<br />
<br />
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008<br />
<br />
Nồng độ Ni2+ trong mẫu nước thải trước hấp phụ: 17,0mg/l.<br />
Nồng độ Ni2+ còn lại sau hấp phụ: 2,3mg/l.<br />
Hiệu suất hấp phụ đạt: 85,47%.<br />
3. Kết luận<br />
3.1 Đã chế tạo được VLHP từ bã mía.<br />
3.2 Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Ni2+. Kết quả cho thấy:<br />
- Thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 60 phút.<br />
- pH tốt nhất cho sự hấp phụ: 5 ÷ 6.<br />
- Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 56 ÷ 754mg/l, khi nồng độ Ni2+ tăng dung lượng hấp<br />
phụ tăng. Và dung lượng hấp phụ cực đại là: qmax = 65,36mg/g.<br />
3.3 Đã thử dùng VLHP để hấp phụ ion Ni2+ trong nước thải của nhà máy mạ điện Quốc<br />
phòng. Kết quả cho thấy có thể dùng VLHP chế tạo từ bã mía để tách loại ion Ni2+ trong nước thải<br />
Tóm tắt<br />
Công trình này nghiên cứu khả năng hấp phụ của VLHP chế tạo từ bã mía đối với ion<br />
Ni2+ trong môi trường nước. Kết quả cho thấy VLHP này có khả năng hấp phụ tốt ion Ni2+ và có<br />
thể ứng dụng để xử lí môi trường.<br />
Summary<br />
Investigation of the adsorption abilities of Ni2+ ions in aqueous solution on chemically<br />
modified sugarcane bagasse and using for environmental treatment.<br />
This work investigates of the adsorption abilities of Ni2+ ions in aqueous solution on<br />
chemically modified sugarcane bagasse. The results have shown that adsorption materials<br />
derived from modified sugarcane bagasse has good absorption of Ni2+ ions in aqueous solution.<br />
It is possible to use this abssorption materials in environmenttal treatment.<br />
<br />
Tài liệu tham khảo<br />
[1]. Karuppanna Periasamy, Chinnaiya Namasivayam, Process development for removal and<br />
recovery of cadmium from wastewater by a low-cost adsorbent: Adsorption rates and equilibrium<br />
studies, Ind. Eng. Chem. Res, 1994, 33, 317-320.<br />
[2]. Osvaldo Karnitz Jr, L.V.A. Gurgel, J.C.P. de Melo, V.R. Botaro, T.M.S. Melo, R.P.de<br />
Freitas Gil and L.F. Gil, Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically<br />
modified sugarcane bagasse, Bioresource Technology, 98, 2007, 1291-1297.<br />
[3].Yong-Jae Lee, Oxidation of sugarcane bagasse using a combination of hypochlorite and<br />
peroxode, The Department of Food Science, 2005.<br />
<br />
125<br />
<br />