Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

3.2. Động học quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Các tham số động học của quá trình hấp phụ rất khó xác định vì q trình

hấp phụ khá phức tạp, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Do đó, hiện nay người

ta thường ứng dụng các phương trình động học hình thức để xác định các

hằng số tốc độ biểu kiến [5]. Trong phần này, hai mơ hình động học được

dùng để khảo sát sự hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y là: phương trình động học

biểu kiến bậc nhất và phương trình động học biểu kiến bậc hai.

* Mơ hình động học bậc nhất

Dựa vào số liệu thực nghiệm biểu diễn ln (q e - qt) theo t, ta được đồ thị

mô tả động học hấp phụ bậc nhất biểu kiến của q trình hấp phụ Cu(II) lên

MCM-41Y như mơ tả ở hình 3.2.



Hình 3.2. Đồ thị mơ tả động học hấp phụ bậc nhất biểu kiến của quá

trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Các tham số động học của phương trình động học hấp phụ bậc nhất biểu

kiến được ghi trên bảng 3.1 sau:

Bảng 3.1. Một số tham số của phương trình động học bậc nhất biểu kiến

của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Nồng độ



Dạng phương trình



(mg/L)



động học



170

317

365

420



y = -0,0198x + 4,5229

y = -0,0161x + 4,9224

y = -0,0127x + 4,6495

y = -0,013x + 4,9304



q1LT



q2TN



R2

0,9362

0,8908

0,8739

0,8889



k1

(phút-1)

0,0198

0,0161

0,0127

0,0130



q1LT



2

qTN



(mg/g)

92,10

137,33

104,53

138,43



(mg/g)

115,50

199,75

226,75

266,50



: giá trị DLHP cân bằng tính theo phương trình động học.

: giá trị DLHP cân bằng tính theo nồng độ đầu và nồng độ cân bằng.



Từ đồ thị ở hình 3.2 và kết quả ở bảng 3.1 cho thấy các hệ số tương quan

R2 khá lớn. Tuy nhiên, các giá trị DLHP tính theo phương trình động học bậc

nhất và các giá trị tính từ nồng độ Cu(II) ban đầu cũng như hằng số tốc độ k 1

chênh lệch nhau nhiều nên quá trình hấp phụ Cu(II) bằng MCM-41Y có thể

khơng tn theo phương trình động học biểu kiến bậc nhất. Kết quả này cũng

phù hợp với nghiên cứu của các tác giả [12, 14, 21, 22] khi nghiên cứu động

học quá trình hấp phụ Cu(II) lên các vật liệu khác nhau.

*Mơ hình động học bậc hai

Biểu diễn (t/qt) theo t, ta được đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai

biểu kiến của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y ở hình 3.3.

Hình 3.3. Đồ thị mô tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá

trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Các tham số động học của phương trình động học hấp phụ bậc hai biểu

kiến được ghi trên bảng 3.2 sau:

Bảng 3.2. Một số tham số của phương trình động học bậc hai biểu kiến

của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Nồng

độ

(mg/L)



Dạng phương trình

động học



k2

R



2



(g/mg.phút



1

LT



q



)



(mg/g)



q2TN

(mg/g

)



0,997

170



y = 8,1.10-3x + 0,1872



2

0,999



3,50.10-4



123,46



115,5

199,7



317



y = 4,8.10-3x + 0,0743



6

0,999



3,10.10-4



208,33



5

226,7



365



y = 4,2.10-3x + 0,0631



6

0,999



2,80. 10-4



238,10



5

266,5



420



y = 3,6.10-3x + 0,0524



3



2,47. 10-4



277,78



0



Từ đồ thị biểu diễn ở hình 3.3 và kết quả ở bảng 3.2 cho thấy hệ số tương

quan R2 rất lớn (~1), đồng thời có sự tương đồng giữa các giá trị DLHP tính



theo phương trình động học bậc hai và các giá trị tính từ nồng độ Cu(II) ban

đầu, bên cạnh đó hằng số tốc độ k 2 cũng chênh lệch ít. Kết quả chứng tỏ

phương trình động học bậc hai biểu kiến có thể mơ tả phù hợp quá trình hấp

phụ Cu(II) lên MCM-41Y. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của các

tác giả [12, 14, 18, 20, 21] khi nghiên cứu động học quá trình hấp phụ Cu(II)

lên các vật liệu khác nhau.

3.3. Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Để tìm mối liên hệ giữa DLHP và nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm

cân bằng qua đó đánh giá khả năng hấp phụ của chất hấp phụ, so sánh khả

năng hấp phụ của các chất hấp phụ khác nhau hoặc có thể tính tốn dung

lượng hấp phụ cực đại, chúng tơi tiến hành nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt của

q trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y. Có hai mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ

được khảo sát là mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Vì vậy, mơ hình

đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y cũng được khảo sát dựa trên hai mơ

hình đó.

Bảng 3.3. Các tham số của mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) lên

MCM-41Y

C0

(mg/l)

170

317

365

420



Ce

(mg/l)

54,50

117,25

138,25

153,50



qe

(mg/g)

115,50

199,75

226,75

266,50



1/Ce



1/qe



ln Ce



ln qe



1,83.10-2

8,53.10-3

7,23.10-3

6,51.10-3



8,66.10-3

5,01.10-3

4,41.10-3

3,75.10-3



3,9982

4,7643

4,9291

5,0337



4,7493

5,2971

5,4238

5,5854



Trên cơ sở số liệu ở bảng 3.3, xây dựng đồ thị biễu diễn phụ thuộc của

1/qe theo 1/Ce và ln Ce theo ln qe ta được đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

(hình 3.4) và đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (hình 3.5).

Hình 3.4. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y



Hình 3.5. Đồ thị đẳng nhiệt Freundlich hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Các thơng số nhiệt động của mơ hình Langmuir và mơ hình Freundlich

đối với sự hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y được tính tốn và trình bày ở bảng

3.4.

Bảng 3.4. Thơng số nhiệt động của quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Đẳng nhiệt Langmuir

KL (L/mg) Qm (mg/g)

R2

3,5389.10-3

714,29

0,9917



Đẳng nhiệt Freundlich

KF

n

R2

5,2662

1,2994

0,9885



Từ kết quả ở hình 3.4 và 3.5 cho thấy cả hệ số tương quan của mơ hình

đẳng nhiệt Langmuir (0,9917) và hệ số tương quan của mơ hình đẳng nhiệt

Freundlich (0,9885) đều tương đối cao chứng tỏ quá trình hấp phụ Cu(II) tn

theo cả hai mơ hình đẳng nhiệt. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của tác

giả [16, 21], khác với các nghiên cứu của các tác giả [12, 15] và được trình

bày ở bảng 3.5.

Bảng 3.5. So sánh mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ của một số

nghiên cứu khác

Vật liệu



Mơ hình đẳng nhiệt



R2



TLTK



Hạt nano cacbon



Langmuir

Freundlich



RL = 0,997

RF = 0,992



[16]



Nhựa SK112H



Langmuir

Freundlich



RL = 0,9860

RF = 0,9797



[21]



Đất sét tự nhiên

(RS, RY, TS)



Langmuir



Than hoạt tính



Langmuir

Langmuir

Freundlich



MCM-41Y



RL(RS) = 0,9891

RL(RY) = 0,9946

RL(TS) = 0,9893

RL = 0,990

RL = 0,9917

RF = 0,9885



[12]

[15]

Khóa

luận này



Sự phù hợp cao của hai mơ hình đẳng nhiệt chứng tỏ đã xảy ra sự hấp

phụ đơn lớp và bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất. Kết quả này phù hợp

với nghiên cứu của tác giả [23]. Giá trị 1/n nằm trong khoảng (0,1; 1) cho thấy

quá trình hấp phụ là thuận lợi. Dung lượng hấp phụ cực đại là 714,29 mg/g,



cao hơn so với các nghiên cứu của các tác giả [2, 14, 18] và được trình bày ở

bảng 3.6.

Bảng 3.6. So sánh DLHP cực đại của một số nghiên cứu khác

Vật liệu

Vỏ lạc



Cac bon hoạt tính

chế tạo từ bã nho



Nano oxit sắt từ

được chức năng hóa

bởi nhóm amin



MCM-41Y



Điều kiện thực nghiệm

mVLHP = 1000 mg

CCu(II) = 5,58 ÷ 399,76 mg/L

VCu(II) = 50 mL

pH = 4 ÷ 5

T = 298 K

mVLHP = 100 mg

CCu(II) = 10 ÷ 100 mg/L

VCu(II) = 50 mL

pH = 5

T = 318 K

mVLHP = 2,5 mg

CCu(II) = 1 ÷ 18 mg/L

VCu(II) = 25 mL

pH = 6

T = 298 K

mVLHP = 250 mg

CCu(II) = 170 ÷ 317 mg/L

VCu(II) = 250 mL

T = 303 K



Qm (mg/g)



TLTK



7,67



[2]



43,47



[14]



28,7



[18]



714,29



Khóa luận

này



3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ

Yếu tố nhiệt độ cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình hấp phụ Cu(II) lên

MCM-41Y. Tùy thuộc vào bản chất quá trình hấp phụ là hấp phụ vật lí hay

hóa học mà ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ là khác nhau. Vì

vậy, chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp

phụ Cu(II) lên MCM-41Y. Q trình được mơ tả ở mục 2.4.2.2 và kết quả

được trình bày ở hình 3.6 sau:

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn DLHP Cu(II) (420 mg/L) lên MCM-41Y

ở các nhiệt độ khác nhau

Từ kết quả ở hình 3.6 cho thấy DLHP Cu(II) tăng theo chiều nhiệt độ từ

20 đến 50 0C. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của các tác giả [16, 19].



Kết quả này là do khi tăng nhiệt độ, vận tốc các ion Cu(II) tăng, từ đó tăng

cường sự tương tác giữa ion Cu(II) với MCM-41Y, đồng thời số lượng ion

Cu(II) nhận đủ năng lượng để tương tác với bề mặt của MCM-41Y cũng tăng

lên. Mặc khác, khi nhiệt độ tăng cũng có thể gây nên hiệu ứng trương nở cấu

trúc bên trong của vật liệu làm cho các ion Cu(II) xâm nhập sâu và nhiều hơn

[16].

Như kết quả đã trình bày ở mục 3.2, quá trình hấp phụ Cu(II) bằng

MCM-41Y tn theo mơ hình động học bậc hai. Vì vậy ở đây mơ hình động

học bậc hai biểu kiến được sử dụng để đánh giá các thơng số liên quan. Kết

quả được trình bày ở hình 3.7 và bảng 3.7.

Hình 3.7. Đồ thị mơ tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến của quá

trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y ở các nhiệt độ khác nhau

Bảng 3.7. Một số tham số của phương trình động học bậc hai biểu kiến

biểu diễn quá trình hấp phụ Cu(II) (420 mg/L) lên MCM41-Y

ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ

(K)

293

303

313

323



1/T



R2



3,413.10-3

3,300.10-3

3,195.10-3

3,096.10-3



0,997

0,9994

0,9999

1



k2

(g/mg.phút)

1,17.10-4

2,20.10-4

3,70.10-4

5,17.10-4



ln k2

-9,0517

-8,4217

-7,9007

-7,5684



Từ kết quả ở hình 3.7 và bảng 3.7 cho thấy quá trình hấp phụ Cu(II) lên

MCM-41Y ở các nhiệt độ khác nhau tuân theo phương trình động học bậc hai

biểu kiến. Đồng thời khi nhiệt độ tăng thì giá trị hằng số tốc độ k 2 tăng.

Quá trình hấp phụ Cu(II) bằng MCM-41Y tuân theo phương trình động

học bậc hai biểu kiến và giả thiết hằng số tốc độ k 2 phụ thuộc vào nhiệt độ

theo phương trình Arrhenius thì:



ln k2 =-



Ea 1

. +ln k0

R T



Trong đó: Ea là năng lượng hoạt hóa của q trình hấp phụ, k 0 là hằng số.

Từ các giá trị ở bảng 3.7, biểu diễn sự phụ thuộc của ln k 2 vào 1/T thu

được đồ thị ở hình 3.8.

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln k2 vào 1/T của quá trình

hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y

Do đó phương trình Arrhenius có dạng:

ln k2= -4719,9.1/T + 7,1088

Thay số vào ta tính được giá trị năng lượng hoạt hóa của q trình hấp

phụ:



Ea=



4719,9.1,987

=9,3784 (Kcal/mol)

1000



Năng lượng hoạt hóa của q trình hấp phụ xấp xỉ 9,4 Kcal/mol chứng tỏ

quá trình hấp phụ Cu(II) lên MCM-41Y chủ yếu mang bản chất hấp phụ hóa

học. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của các tác giả [18, 19]. Như vậy

Cu(II) hấp phụ lên vật liệu MCM-41Y theo cơ chế trao đổi ion.



KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

* Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài, chúng tơi có thể rút ra một số kết

luận như sau:

1. Đã đánh giá khả năng hấp phụ Cu(II) lên vật liệu MCM-41Y. Kết quả

cho thấy khi tăng nồng độ Cu(II) hoặc nhiệt độ thì khả năng hấp phụ tăng.

Khả năng hấp phụ của vật liệu MCM-41Y tốt hơn nhiều so với vật liệu MCM41.

2. Vật liệu MCM-41Y hấp phụ tốt Cu(II) trong dung dịch nước với dung

lượng hấp phụ cực đại là 714,29 mg/g. Quá trình hấp phụ Cu(II) bằng MCM41Y tuân theo phương trình động học bậc hai biểu kiến và phù hợp cả hai mơ

hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.

3. Q trình hấp phụ chủ yếu mang bản chất hấp phụ hóa học với năng

lượng hoạt hóa là 9,3784 (Kcal/mol).

Từ các kết quả trên có thể thấy rằng vật liệu MCM-41Y là một vật liệu

tiềm năng trong việc xử lý nước ô nhiễm đồng.

* Kiến nghị

Trên đây là một số kết quả bước đầu trong phạm vi một khóa luận tốt

nghiệp, nếu có điều kiện đề tài có thể mở rộng theo các hướng sau:

1. Tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu sự hấp phụ của vật liệu MCM-41Y đối

với các kim loại nặng khác như asen, chì, cadmi,… và các chất hữu cơ gây ô

nhiễm.

2. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu sau khi đã hấp phụ cũng như

ảnh hưởng của các ion kim loại nặng khác đến quá trình hấp phụ đồng.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Nguyễn Thị Ngọc Ánh (2015), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mao quản trung



bình MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu, Khóa luận tốt nghiệp, Khoa Hóa

học, Đại học Sư phạm Huế.

[2]. Nguyễn Thùy Dương (2009), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim

loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý mơi trường,

Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa phân tích, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư

phạm, Đại học Thái Nguyên.

[3]. Trần Văn Đức (2012), Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu 2+ và Zn2+

trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa

hữu cơ, Khoa Hóa học, Đại học Đà Nẵng.

[4]. Nguyễn Thị Ngọc Hà (2016), Nghiên cứu tổng hợp chất xúc tác trên nền vật

liệu MCM-41 với nguồn silic từ tro trấu, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa lý

thuyết và hóa lý, Khoa hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế.

[5]. Lê Thị Diệu Lan (2013), Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen trên vật liệu Al –

CTAB – Betonit, Khóa luận tốt nghiệp, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư

phạm, Đại học Huế.

[6]. Trần Thị Ngọc Ngà (2013), Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu 2+ và Pb2+

trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa

hữu cơ, Khoa Hóa học, Đại học Đà Nẵng.

[7]. Hồng Nhâm (2005), Hóa học vơ cơ tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục

[8]. Nguyễn Thị Hồng Sương (2015), Nghiên cứu tinh thể hóa vật liệu mao quản

trung bình MCM-41, Luận văn thạc sĩ khoa học Hóa vơ cơ, Khoa Hóa học,

trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.

[9]. Trịnh Thị Thanh (2012), Độc học môi trường và sức khỏe con người, NXB

Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

[10].

Huỳnh Thị Thảo Trang, Phan Hoàng Minh Duy (2013), Nghiên cứu

loại bỏ ion Cu2+ trong nước thải bằng Sargassum Mcclurei, Bản tin Khoa học

và giáo dục, Trường Đại học Yersin, Đà Lạt.

[11].

Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong

hóa học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

Tiếng Anh



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×