1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Polyanilin (PANi) là một trong số ít polyme dẫn điện có nhiều ứng dụng nhất bởi có

khả năng dẫn điện tốt, bền cơ học và môi trường, thuận nghịch điện hóa cao và dễ tổng

hợp. Vì vậy PANi đã và đang được quan tâm lựa chọn để lai ghép với các vật liệu khác

nhằm tạo ra vật liệu mới có khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các lĩnh vực khác

nhau, đặc biệt là lĩnh vực hấp phụ kim loại nặng từ môi trường nước. PANi lai ghép với

phụ phẩm nông nghiệp (PPNN) nhằm tạo ra vật liệu hấp phụ mới là vấn đề thời sự trên

thế giới nhờ có nhiều ưu điểm là tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, phù

hợp với đặc điểm kinh tế ở các nước có nền nông nghiệp phát triển, đặc biệt là Việt Nam.

PPNN ở nước ta cũng mang tính đặc thù riêng nhờ khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Tuy nhiên

hướng nghiên cứu này là mới và chưa được khai thác ở Việt Nam.

Do vậy tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu sinh của mình là: “Nghiên cứu tổng hợp

compozit PANi và các phụ phẩm nông nghiệp để xử lý các kim loại nặng Pb (II), Cr

(VI) và Cd (II)”.

2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án:

Mục tiêu nghiên cứu:

Tổng hợp và khảo sát đặc tính của các compozit trên cơ sở PANi lai ghép với một

số PPNN như: mùn cưa, vỏ lạc, vỏ đỗ, vỏ trấu và rơm bằng phương pháp hóa học.

Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng: Cr (VI), Pb (II), Cd (II) ra khỏi dung

dịch nước thông qua khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như: nồng độ ban đầu chất bị

hấp phụ, pH, thời gian, bản chất của chất hấp phụ; Làm rõ cơ chế hấp phụ, nhiệt

động học và mô hình hấp phụ các ion kim loại nặng trên vật liệu compozit từ đó

nghiên cứu ứng dụng trong thực tế.

Nội dung nghiên cứu:

Tổng hợp vật liệu compozit PANi-PPNN (mùn cưa, vỏ đỗ, vỏ lạc, rơm, vỏ trấu).

Phân tích đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu thông qua các phương pháp: phổ

hồng ngoại IR, đo độ dẫn điện, phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM, kính

hiển vi điện tử truyền qua TEM, X – Ray, phân tích nhiệt vi sai, xác định diện tích bề

mặt (BET).

Khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại Cr (VI), Pb (II), Cd (II) của vật liệu

compozit theo các yếu tố: thời gian, pH, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ và bản

chất của vật liệu compozit.

Khảo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich.

Khảo sát mô hình động học hấp phụ của vật liệu và nhiệt động học quá trình hấp

phụ cũng như cơ chế hấp phụ các ion trên vật liệu compozit.

Bước đầu thăm dò nghiên cứu, xử lý các ion kim loại nặng trên một số mẫu thực.

Nghiên cứu hấp phụ động thông qua các yếu tố: thời gian, nồng độ ban đầu chất bị

hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ, từ đó nghiên cứu một số mô hình hấp phụ động

2

của Cr (VI) trên compozit PANi – vỏ lạc.

3. Điểm mới của luận án:

Lần đầu tiên đã nghiên cứu tổng hợp và sàng lọc thành công một số vật liệu

compozit PANi–PPNN như: PANi – vỏ lạc, PANi – vỏ đỗ và PANi – rơm theo

phương pháp hóa học. Các vật liệu compozit có kích cỡ nanomet và cấu trúc dạng

sợi. Trong đó compozit PANi – vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt nhất, với dung

lượng hấp phụ Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) cực đại đạt tương ứng 90,91; 196,08 và

140,85 mg/g; thời gian đạt cân bằng hấp phụ từ 30 ÷ 40 phút.

Đã nghiên cứu và thiết lập được mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và xác định được các

tham số trong mô hình; quá trình hấp phụ của Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) trên các

vật liệu compozit đã tổng hợp đều tuân theo phương trình động học hấp phụ bậc 2,

đây là quá trình tự diễn biến (∆G0 < 0 ).

Đã nghiên cứu và thiết lập được mô hình Thomas, Yoon-Nelson, Bohart –Adam áp

dụng cho quy trình xử lý Cr (VI) trên compozit PANi – vỏ lạc, xác định được các

tham số trong mô hình để áp dụng trong thực tiễn, điều kiện tối ưu cho quy trình tại

tốc độ dòng chảy 0,5 ml/phút, nồng độ ban đầu 4,97 mg/l và chiều cao cột hấp phụ 0,8

cm đạt hiệu suất cao nhất (32,5%).

4. Bố cục luận án:

Luận án gồm 117 trang với 44 bảng, 73 hình vẽ và đồ thị. Kết cấu của luận án: Mở đầu

(2 trang), Chương 1 Tổng quan (36 trang), Chương 2 Thực nghiệm và phương pháp nghiên

cứu (09 trang), Chương 3 Kết quả và thảo luận (60 trang), Kết luận (01 trang), Phần Danh

mục các công trình khoa học đã công bố (2 trang), Những đóng góp mới của luận án (1

trang), Tài liệu tham khảo (08 trang) với 105 tài liệu.

NỘI DUNG LUẬN ÁN

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

Tổng quan về vật liệu compozit: khái niệm, phân loại, tính chất, ứng dụng; công

nghệ chế tạo vật liệu compozit nói chung.

Tổng quan về công nghệ chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở PANi và PPNN.

Tổng quan về đặc điểm quá trình hấp phụ trên vật liệu PANi – PPNN: các khái

niệm cơ bản, phương trình hấp phụ đẳng nhiệt, động học hấp phụ, động lực hấp

phụ; hiện trạng nghiên cứu ứng dụng vật liệu compozit PANi – PPNN làm chất hấp

phụ sử dụng trong lĩnh vực xử lý môi trường.

CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Các loại vật liệu để tổng hợp vật liệu compozit PANi – PPNN, bao gồm: các

PPNN (mùn cưa, rơm, vỏ lạc, vỏ đỗ, vỏ trấu) và anilin.

Các ion kim loại nặng: chì (II), cadmi (II) và crom (VI)

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ tĩnh và động của vật liệu hấp phụ

2.2. Hóa chất – Thiết bị, dụng cụ

3

Các hóa chất cơ bản dùng để tổng hợp vật liệu và pha chế các dung dịch nghiên

cứu gồm: C6H5NH2, (NH4)2S2O8, Cd(NO3)2, Pb(NO3)2, K2CrO4, HCl (Merk, Đức)

Thiết bị tổng hợp vật liệu và nghiên cứu hấp phụ bao gồm: máy khuấy từ, bơm hút

chân không, máy lắc, máy li tâm, cân phân tích và các thiết bị khác.

2.3. Thực nghiệm:

Tổng hợp vật liệu compozit PANi-PPNN (mùn cưa, vỏ lạc, vỏ đỗ, rơm, vỏ trấu)

bằng phương pháp hóa học.

Nghiên cứu khả năng hấp phụ tĩnh của vật liệu compozit đã tổng hợp đối với Cr

(VI), Pb (II), Cd (II).

Nghiên cứu hấp phụ động đối với Cr (VI).

2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu xác định cấu trúc và hình thái học của vật liệu

(phương pháp phổ hồng ngoại, phương pháp hiển vi điện tử (SEM, TEM), nhiễu xạ

tia X, xác định diện tích bề mặt BET, đo độ dẫn điện; phân tích nhiệt);

Phương pháp xác định nồng độ của chất (phổ hấp thụ nguyên tử AAS).

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả nghiên cứu tổng hợp các vật liệu compozit PANi – PPNN

Vật liệu compozit PANi – PPNN được tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Sản

phẩm thu được ở dạng muối và trung hòa. Hiệu suất chuyển hóa anilin trong quá trình

tổng hợp được tính toán dựa trên cơ sở khối lượng của PANi đã hình thành so với khối

lượng monome sử dụng ban đầu.

3.1.1. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi giữ cố định tỉ lệ monome/PPNN

Bảng 3.1. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi tổng hợp các vật liệu compozit

PANi –PPNN dạng muối (tỉ lệ monome/PPNN là 1/1)

Hiệu suất chuyển hóa anilin khi tổng hợp vật liệu compozit dạng trung hòa thấp

hơn dạng muối, một phần do PANi không chứa gốc Cl- sẽ nhẹ hơn và một phần nhỏ bị

mất đi trong quá trình xử lý vật liệu để chuyển sản phẩm từ dạng muối sang dạng trung

hòa.

VLHP

Khối

lượng

Anilin (g)

Khối lượng

compozit (g)

Khối lượng

PANi (g)

Hiệu suất

chuyển hóa

anilin (%)

PANi – mùn cưa

4,65

8,03 3,38 72,69

PANi – vỏ lạc 7,86 3,21 69,03

PANi – vỏ đỗ 7,36 2,71 58,28

4

Bảng 3.2. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi tổng hợp các vật liệu compozit

PANi – PPNN dạng trung hòa (tỉ lệ monome/PPNN là 1/1)

3.1.2. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi thay đổi tỉ lệ monome/PPNN

Bảng 3.3. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi tổng hợp các vật liệu compozit PANi-vỏ trấu

Tỉ lệ

Anilin/vỏ trấu

Khối lượng

anilin (g)

Khối lượng

compozit (g)

Khối lượng

PANi (g)

Hiệu suất chuyển

hóa anilin (%)

1:1

0,93

1,60 0,67 72,04

1:2 2,44 0,58 62,37

1:3 3,09 0,30 32,26

1:4 3,88 0,16 17,20

Bảng 3.4. Hiệu suất chuyển hóa anilin khi tổng hợp các vật liệu compozit PANi-vỏ lạc

Tỉ lệ

Anilin/vỏ lạc

Khối lượng

anilin (g)

Khối lượng

compozit (g )

Khối lượng

PANi (g)

Hiệu suất chuyển

hóa anilin (%)

1:1

0,93

1,75 0,82 88,17

1:2 2,55 0,69 74,19

1:3 3,20 0,41 44,09

1:4 4,08 0,36 38,71

Kết quả cho thấy khi tăng PPNN thì hiệu suất chuyển hóa anilin trong quá trình

tổng hợp compozit đều giảm, bất kể ta chọn loại PPNN nào. Tuy nhiên hiệu suất

chuyển hóa anilin là cao hơn khi sử dụng PPNN là vỏ lạc. Nguyên nhân có thể do cấu

trúc vỏ lạc xốp hơn nên tạo cơ hội thuận lợi cho quá trình polyme hóa so vỏ trấu.

3.2. Khảo sát một số đặc trƣng cấu trúc vật liệu compozit PANi – PPNN

3.2.1. Kết quả khảo sát bằng phổ hồng ngoại IR

3.1.1.1. PANi dạng trung hòa với các PPNN khác nhau

Wavenumber (cm-1)

Ad

sorp

tion

coef

fici

ent

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.09

0.06

0.03

0.00

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

3451.51

2917.08

1825.39

1731.91 1654.93

1605.44

1462.48 1333.26

1223.29

1052.83

783.14

725.66

678.93

599.19

505.71

478.22

A

b

s

o

r

b

a

n

c

e

Wavenumbers(cm-1

)

(a)

0.00

0.06

0.12

0.18

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ad

sorp

tion

co

effi

cien

t

Wavenumber (cm-1)

3438.91

3268.45

3041.17

2927.53

1584.54

1499.95

1301.68

1156.28

1119.27

944.79

825.83

646.07

601.13

(b)

Wavenumber (cm-1)

Ad

sorp

tion

coef

fici

ent

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.016

0.012

0.080

0.040

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.16

3330.72

2931.99

1695.92

1663.35 1595.26

1435.37 1334.70

1165.94

816.56

511.60

718.85

594.50

1047.51 479.03

Wavenumbers(cm-1

)

A

b

s

o

r

b

a

n

c

e

(c)

0.000

Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của mùn cưa (a), PANi (b) và compozit PANi-mùn cưa (c)

VLHP

Khối

lượng

Anilin (g)

Khối lượng

compozit (g)

Khối lượng

PANi (g)

Hiệu suất

chuyển hóa

anilin (%)

PANi – mùn cưa

4,65

7,68 3,03 65,18

PANi – vỏ lạc 6,98 2,33 50,11

PANi – vỏ đỗ 6,98 2,33 50,11

5

Signals

(cm-1

)

(a) (b) (c)

Binding

3430 3444 O-H

2903,1057 C-H-O

1636 1630 C=C

1032 1025 C-O

3438, 3268 3385 N-H

3041,2927 2925 C – H aromatic

1584 1596 Quinoid

1499 1492 Benzoid

1301 1328 –N=quinoid=N–

1156 1163 C–N+ group

825 824 N-H group

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ad

sorp

tion c

oeff

icie

nt

Wavenumber (cm-1)

3430,41

2903,41

1739,42

1635,79

1506,85

1428,53

770,46 708,32

609,97 1335,27

1032,15

1265,32

(a)

3444,64

2924,87

1740,16

1630,79

1596,88

1492,54 1328,22

1163,89

1025,65

824,81 629,18

545,72

454,43

Ad

sorp

tion c

oeff

icie

nt

Wavenumber (cm-1)

0.00

0.04

0.08

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

(c)

0.00

0.06

0.12

0.18

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ad

sorp

tion c

oeff

icie

nt

Wavenumber (cm-1)

3438.91

3268.45

3041.17

2927.53

1584.54

1499.95

1301.68

1156.28

1119.27

944.79

825.83

646.07

601.13

(b)

Benzoid

Quinoid

3444,64

2924,87

1740,16

1630,79

1596,88

1492,54 1328,22

1163,89

1025,65

824,81 629,18

545,72

454,43

Ad

sorp

tion c

oef

fici

ent

Wavenumber (cm-1)

0.00

0.04

0.08

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

(c)

Wavenumber (cm-1

) Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của vỏ lạc (a), compozit PANi-vỏ lạc (c)

0.00

0.04

0.08

0.12

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0.16 3428.99

2914.37

1650.14

1427.37 1380.03

1240.80

1070.94

1040.31

759.07

675.54

480.62

Adso

rpti

on

coef

fici

ent

s o r

ban

c

e

Wavenumber (cm-1)

(a)

1739.20

0.00

0.02

0.04

0.06

0.07

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

3413.42

2904.59 1740.58

1650.70

1590.78

1464.94

1375.0

6 1240.24

1030.52

847.76

724.92

667.99

608.07

497.22

Wavenumber

(cm-1)

(c)

Ad

sorp

tion

coef

fici

ent

s o r

ban

c

e

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của rơm (a), compozit PANi-rơm (c)

3422,20

33

2927,94

33

1725,14

33

1641,98

33

1465,56

33 1367,27

33

1150,13

33

1057,29

33

815,35

33

689,42

33

580,97

33

515,44

33

0.00

0.10

0.20

0.30

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ad

sorp

tion

co

eff

icie

nt

Wavenumber (cm-1)

(a)

0.00

0.04

0.08

0.12

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Ad

sorp

tion c

oeff

icie

nt

Wavenumber (cm-1)

3385,16

2932,86

1584,15

1492,79

1639,98

1310,07

1107,04

1025,83

830,41

690,83

635,00

541,10

462,43

(c)

Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của vỏ trấu (a), compozit PANi-vỏ trấu (c)

Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của vỏ đỗ (a), compozit PANi-vỏ đỗ (c)

Tiến hành phân tích phổ hồng ngoại của các vật liệu trên các PPNN là vỏ trấu,

mùn cưa, vỏ đỗ, vỏ lạc và rơm cho thấy phổ hồng ngoại của vật liệu compozit đi từ

PANi dạng trung hòa tổng hợp bằng phương pháp hóa học đều xuất hiện các dải phổ

đặc trưng cho cả PANi và vật liệu PPNN. Điều này chứng tỏ các vật liệu PANi – PPNN

đã tổng hợp đều tồn tại ở dạng compozit, trong đó PANi ở dạng trung hòa.

(c)

6

Bảng 3.7 đến 3.11. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của PANi, PPNN và compozit

Số sóng (cm-1) Nhóm chức

PANi Mùn

cưa

Vỏ

lạc

Vỏ

trấu

Vỏ

đỗ

Rơm PANi -

mùn cưa

PANi -

vỏ lạc

PANi-

vỏ trấu

PANi -

vỏ đỗ

PANi -

rơm

3451 3430 3422 3422 3429 3450 3400

3444 3450 3417 3413 O-H

2917

1057

2903

1057

2927

1057

2929 COH

1654 1636 1641 1665 1562

1663 1630 1639 1659 C=C

1052 1032 1057 1012

1161

1047 1025 C-O

2914 C-H

1739 1740 C=O nhóm este

trong hemicellulose

1650 1650 H-O-H trong nước

1427 1380

C=C vòng thơm

trong lignin

1070

1040

1030 C-O trong cellulose,

hemicellulose và lignin

3438 3268

3330 3385 3385, 3300

3417, 3240

3413 3300

N-H

3041

2927

2932 2985 2932 2936 2904 C – H vòng thơm

1584 1595 1596 1584 1568 1590 Benzoid

1499 1435 1492 1492 1488 1464 Quinoid

1301 1334 1328 1370 1286 1375 -N=quinoid=N–

1156 1165 1163 1159 1252 1125 Nhóm C–N+

3.2.1.2. PANi dạng muối với các PPNN khác nhau

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của compozit PANi – mùn cưa (a), PANi – vỏ lạc (b),

PANi – vỏ đỗ (c) và PANi (d)

Quá trình hình thành PANi dạng trung hòa và dạng muối tồn tại trong các vật liệu

(a)

7

compozit này có thể được mô tả theo quá trình sau:

Bảng 3.12. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của compozit PANi –PPNN dạng muối

Số sóng (cm-1

) Nhóm chức

PANi-mùn cưa PANi-vỏ lạc PANi-vỏ đỗ PANi

3431 3437 3417 O-H

2920 2939 2927 C-H

1106, 1064 1107, 1019 1100, 1090 C-O

3431 3437, 3252 3417, 3240 3438, 3268 N-H

2929 2939 2927 2938 C – H vòng thơm

1569 1580 1568 1581 Benzoid

1459 1490 1488 1499 Quinoid

1293 1301 1286 1301 –N=quinoid=N–

1231 1246 1242 1239 Nhóm C–N+

607 611 570 599 Cl-

Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy vật liệu PANi – PPNN đã được tổng hợp

thành công bằng phương pháp hóa học. Vật liệu thu được tồn tại ở dạng compozit,

trong đó dạng trung hòa để nghiên cứu hấp phụ cation và dạng muối để hấp phụ anion.

3.2.2. Kết quả đo độ dẫn điện

Bảng 3.13. Kết quả độ dẫn điện của PANi và các vật liệu compozit dạng muối

(tỉ lệ monome/PPNN 1/1)

Vật liệu PANi PANi-mùn cưa PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi-rơm

Độ dẫn điện

χ (S/cm) 0,06 1,63.10

-3 1,30.10

-3 1,90.10

-3 1,86.10

-3

Các compozit dạng trung hòa là các chất không dẫn điện, nên chỉ có compozit dạng

muối mới được xác định độ dẫn. Kết quả cho thấy, độ dẫn điện của PANi lớn gấp 31 ÷

46 lần so với các vật liệu compozit, điều này có thể giải thích do các PPNN là vật liệu

không dẫn điện, khi có thêm PPNN vào thành phần của vật liệu thì độ dẫn điện của vật

liệu giảm đi nhiều lần.

3.2.3. Phân tích hình thái học

3.2.3.1. Compozit từ PANi dạng trung hòa

So sánh ảnh SEM trên hình 3.10 của 3 vật liệu thấy rằng : vỏ lạc tồn tại ở dạng thớ

dài, xốp và xếp chồng lên nhau kích thước trong vùng µm (a); PANi ở dạng sợi, đường

kính cỡ 15 ÷ 30 nm (b) ; compozit ở dạng sợi, đường kính nằm trong vùng kích thước

nanomet và lớn hơn so với sợi PANi là nhờ có lớp màng PANi bao bọc vỏ lạc.

(3.1)

8

Hình 3.10. Ảnh SEM của vỏ lạc (a, PANi (b) và

compozit PANi - vỏ lạc (c)

Trên ảnh TEM (hình 3.11) của compozit cũng cho thấy

PANi (màu sáng) đã phủ lên toàn bộ bề mặt và các hốc

nhỏ của vỏ lạc (màu thẫm) một lớp mỏng kích cỡ

nanomet.

Kết quả tương tự cũng thu được khi phân tích hình

thái học của các vật liệu compozit PANi – vỏ trấu,

PANi – mùn cưa, PANi – vỏ đỗ và PANi – rơm.

3.2.3.2. Compozit từ PANi dạng muối

Kết quả phân tích ảnh SEM của vật liệu

compozit tổng hợp từ PANi dạng muối (hình 3.18) cho thấy PANi – mùn cưa và PANi

– vỏ lạc tồn tại ở dạng sợi với đường kính khoảng 20 ÷ 30 nm; trong khi đó PANi – vỏ

đỗ tồn tại ở dạng tấm và các sợi ngắn với đường kính khoảng 40÷50 nm.

Hình 3.18. Ảnh SEM của compozit PANi- mùn cưa (a), PANi- vỏ lạc (b) và PANi – vỏ đỗ (c)

Hình 3.19. Ảnh TEM của compozit PANi – mùn cưa (a), PANi – vỏ lạc (b) và PANi – vỏ đỗ (c)

Từ các kết quả phân tích ảnh SEM và TEM đã khẳng định vật liệu tổng hợp từ PANi

Hình 3.11. Ảnh TEM của

compozit PANi –vỏ lạc

(c)

(a) (b

)

) (a) (b) (c)

(a)

( c )

( b )

9

dạng trung hòa và dạng muối đều tồn tại ở dạng compozit bao gồm PANi và PPNN,

trong đó PANi đã bao phủ lên các PPNN một lớp mỏng kích cỡ nanomet; compozit có

cấu trúc dạng sợi với kích cỡ khoảng 10 ÷ 50 nm.

3.2.4. Kết quả nhiễu xạ tia X

Từ các kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X trên hình 3.21 cho thấy PANi (b)

có pic ở vị trí góc 2θ > 25 0

và vỏ lạc (c) 2θ = 22 0, cả hai đều có cấu trúc vô định hình.

Compozit PANi-vỏ lạc (a) đã xuất hiện pic của vỏ lạc và có sự mở rộng chân pic nhờ sự

có mặt của PANi.

Các kết quả tương tự cũng được tìm thấy

khi phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X của các

compozit PANi – mùn cưa, PANi – vỏ đỗ, PANi

– rơm, PANi – vỏ trấu. Điều này chứng tỏ vật

liệu có cấu tạo từ PANi và PPNN được tổng hợp

thành công bằng phương pháp hóa học và chúng

đều tồn tại ở dạng compozit.

3.2.5. Kết quả phân tích nhiệt vi sai

Kết quả phân tích nhiệt vi sai cho thấy nhiệt

độ phân hủy của PANi riêng rẽ cao hơn hẳn so

với vật liệu compozit PANi – PPNN. Các PPNN

có mặt trong vật liệu compozit có nhiệt độ phân

hủy thấp hơn hẳn so với PANi, trong đó thấp

nhất là vỏ lạc (2030C), cao nhất là vỏ đỗ

(284,410C). PANi trong các compozit có nhiệt

độ phân hủy không khác nhau nhiều (trong

khoảng 300 ÷ 342 0C), trong đó thấp nhất là PANi – vỏ đỗ (322,58

0C) và cao nhất là

compozit PANi – vỏ trấu (349,640C).

Bảng 3.14. Nhiệt độ phân hủy của các vật liệu compozit dạng trung hòa

Vật liệu Nhiệt độ phân hủy (

0C)

PPNN PANi

PANi - 380

Compozit PANi/vỏ trấu 265 342

Compozit PANi/vỏ lạc 221 335,65

Compozit PANi/mùn cưa 230 329,14

Compozit PANi/rơm 240 332,44

Compozit PANi/vỏ đỗ 284,41 322,58

300,0

0

0,0

0

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

(a)

(c)

2θ degree

Inte

nsi

ty C

ps

(b)

Hình 3.21. Giản đồ nhiễu xạ tia X

của PANi - Vỏ lạc (a), PANi (b)

và Vỏ lạc (c)

10

Bảng 3.15. Nhiệt độ phân hủy của các vật liệu compozit dạng muối

Vật liệu Nhiệt độ phân hủy (

0C)

PPNN PANi

PANi - 380

Compozit PANi/vỏ đỗ 210 310,04

Compozit PANi/vỏ lạc 203 341,64

Compozit PANi/mùn cưa 277,99 349,64

3.2.6. Đo diện tích bề mặt riêng (BET)

Kết quả phân tích đường hấp phụ và nhả hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu compozit

PANi– vỏ lạc cho thấy đây thuộc dạng đường loại 3 theo phân loại của IUPAC. Như vậy

theo lý thuyết thì vật liệu compozit này có cấu trúc lỗ xốp dạng macro và có khả năng hấp

phụ yếu. Sự phân bố đường kính mao quản nằm chủ yếu trong khoảng 0 ÷ 40 nm và đạt

cực đại tại 30 nm. Diện tích bề mặt riêng của mẫu compozit PANi –vỏ lạc chỉ đạt 2

m2/g.Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu hấp phụ thu được ở phần sau cho thấy khả năng hấp

phụ của PANi-vỏ lạc rất cao nhờ cấu trúc đa dạng đặc biệt của PANi.

Hình 3.28: Đường hấp phụ và nhả hấp phụ

đẳng nhiệt của vật liệu compozit PANi-vỏ lạc

Hình 3.29. Đường phân bố

đường kính mao quản 3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu

3.3.1. Nghiên cứu hấp phụ tĩnh

3.3.1.1. Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ

Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ cho thấy:

Khả năng hấp phụ của vật liệu dạng compozit lớn hơn hẳn các PPNN tương ứng.

Trong số ba ion kim loại sử dụng để nghiên cứu hấp phụ trên các VLHP đã chế

tạo thì hiệu suất hấp phụ Cd (II) là kém nhất (< 50%); trong khi hiệu suất hấp phụ

Cr (VI) và Pb (II) khá cao (> 70%)

Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các compozit đối với Cr (VI) và Cd (II) trong

khoảng 40 ÷ 120 phút, đối với Pb (II) là khoảng 30 ÷ 60 phút khi sử dụng PANi –

mùn cưa, PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ.

3.3.1.2. Ảnh hƣởng của pH

Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ của các ion Cr (VI),

Cd (II) và Pb (II) trên các vật liệu compozit cho thấy:

11

Khả năng hấp phụ các ion Cr (VI), Cd (II) và Pb (II) của vật liệu compozit đều

phụ thuộc vào môi trường hấp phụ.

Khả năng hấp phụ ion Cr (VI) của PANi – vỏ đỗ và PANi – vỏ lạc tốt nhất ở pH

= 1, của PANi – mùn cưa ở pH = 3.

Khả năng hấp phụ Cd (II) và Pb (II) của các compozit đạt hiệu suất cao nhất ở môi

trường pH = 6 tương ứng. Vì thế các nghiên cứu tiếp theo đã chọn các môi trường

này để tiến hành hấp phụ.

3.3.1.3. Ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi nồng độ ban

đầu của dung dịch tăng thì dung lượng hấp phụ các ion kim loại nặng của các vật liệu

compozit đều tăng.

Hình 3.34 và 3.35. Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào nồng độ ban đầu Cr (VI)(a), Pb

(II) (b) và Cd (II) (c) trên các vật liệu compozit (tỉ lệ monome : PPNN (1:1))

Ở nồng độ ban đầu nhỏ (C0 < 40 mg/l), đường biểu diễn sự phụ thuộc của C0 vào q

có xu hướng tăng nhanh, tuy nhiên khi nồng độ ban đầu lớn (C0 > 40 mg/l) đường biểu

diễn này có xu hướng tăng chậm lại.

3.3.1.4. Ảnh hƣởng của vật liệu hấp phụ

Ảnh hưởng của tỉ lệ monome/PPNN

0.0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8

PANi

PANi-VL 1/1

PANi-VL 1/2

PANi-VL 1/3

PANi-VL 1/4

pH

% h

ấp p

hụ

0.0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8

PANi

PANi-VL 1/1

PANi-VL 1/2

PANi-VL 1/3

PANi-VL 1/4

% h

ấp p

hụ

pH Hình 3.36. Sự phụ thuộc pH của các compozit PANi-vỏ lạc có tỉ lệ monome/vỏ lạc thay

đổi. Thời gian hấp phụ: 40 phút, lượng vật liệu hấp phụ: 20 mg, bên trái (a): hấp phụ

Pb (II) (Co = 15,02 mg/l), bên phải (b): hấp phụ Cd (II) (Co = 19,49 mg/l) Có thể nhận thấy, sự hấp phụ Cd (II) và Pb (II) của compozit PANi – vỏ lạc không

chỉ phụ thuộc vào pH mà còn bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ monome/vỏ lạc khi tổng hợp vật

liệu. Phần trăm hấp phụ Cd (II) và Pb (II) đạt khá lớn tại pH ở môi trường axit yếu (pH

= 5 và 6 tương ứng), khi tỉ lệ monome/vỏ lạc thay đổi từ 1/1 đến 1/4 thì phần trăm hấp

phụ của các ion cũng tăng; cực đại hấp phụ Cd (II) tại pH = 5 và Pb (II) tại pH = 6 với

12

tỉ lệ monome/vỏ lạc là 1/4.

Kết quả tương tự cũng thu được khi nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ monome/PPNN

trên PANi – vỏ trấu. Khả năng hấp phụ Pb (II) tốt nhất tại tỉ lệ monome/vỏ lạc 1/4 đối

với compozit PANi – vỏ lạc và 1/1 đối với compozit PANi – vỏ trấu.

Bảng 3.16. Hấp phụ Cr (VI) trên PANi-vỏ lạc có tỉ lệ monome/vỏ lạc thay đổi (pH =2)

Khả năng hấp phụ Cr (VI) trên PANi – vỏ lạc (ở dạng muối) với tỉ lệ 1/1 là tốt nhất

(bảng 3.16).

Ảnh hưởng của PPNN (cùng tỉ lệ)

Với Pb (II): Ở nồng độ ban đầu nhỏ (C0 < 20 mg/l) khả năng hấp phụ của compozit

PANi – vỏ lạc là lớn nhất; ở nồng độ lớn (C0 > 20 mg/l), khả năng hấp phụ của

compozit PANi – mùn cưa là lớn nhất.

Với Cd (II): Khả năng hấp phụ của các compozit ổn định hơn, ở các nồng độ nghiên

cứu, compozit PANi – vỏ lạc đều có khả năng hấp phụ lớn nhất.

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50

Co (mg/l)

% h

ấp p

hụ

PANi- mùn cưa

PANi-rơm

PANi-vỏ lạc

PANi-vỏ trấu

(a)

(b)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0

20

40

60

80

100

% h

ấp p

hụ

Co (mg/l)

PANi- mùn cưa

PANi-rơm

PANi-vỏ lạc

PANi-vỏ trấu

Hình 3.40. Khả năng hấp phụ Pb (II) (a) và Cd (II) (b) trên các compozit

chế tạo ở cùng tỉ lệ monome/PPNN 1/2

Với Cr (VI): Kết quả cho thấy, ở cùng một tỉ lệ monome/ PPNN, với các PPNN khác

nhau thì khả năng hấp phụ Cr (VI) cũng khác nhau, tuy nhiên sự sai khác này không

đáng kể (bảng 3.17).

Bảng 3.17. Hấp phụ Cr (VI) trên một số compozit có cùng

tỉ lệ monome/PPNN (pH =2)

Monome/Vỏ lạc Co (mg/l) C (mg/l) % hấp phụ qe (mg/g)

1/1 5,65 3,20 43,36 32,67

1/2 5,65 3,47 38,58 29,07

1/4 5,65 4,73 16,28 12,67

Loại compozit C0

(mg/l)

Tỉ lệ monome/ PPNN 1/1

C (mg/l) % hấp phụ qe (mg/g)

PANi-vỏ lạc 5,65 3,20 43,36 32,67

PANi-vỏ trấu 3,19 43,54 32,80

Tỉ lệ monome/ PPNN ½

PANi-vỏ lạc 5,65 3,47 38,58 29,07

PANi-vỏ trấu 3,50 38,05 28,67

13

3.3.1.5. Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt

Dựa vào kết quả khảo sát khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng theo nồng độ trên

các vật liệu compozit, mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich đã được xác

lập để tính toán các thông số động học hấp phụ. Kết quả được thể hiện trong hình 3.41

với sự hấp phụ ion Cr (VI) (dạng phương trình tương tự được xây dựng với ion Pb (II)

và Cd (II)) và bảng 3.18.

Từ kết quả nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt, tham số RL được xác định theo

công thức 1.7, từ đó xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của RL vào nồng độ ban đầu chất bị

hấp phụ C0, kết quả được thể hiện trên hình 3.44.

(1.7)

Trong đó: RL: tham số cân bằng, C0: Nồng độ ban đầu (mg/l), KL: Hằng số Langmuir (l/mg)

Kết quả cho thấy, tham số RL phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ C0,

C0 càng tăng thì RL càng dần đến 0, tức là khi nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng thì

mô hình càng có xu thế tiến dần đến mô hình không thuận lợi.

Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban

đầu chất bị hấp phụ (phần 3.3.1.3), khi nồng độ ban đầu của chất bị hấp tăng thì dung

lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng có xu hướng giảm dần.

Hình 3.41. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (a) và Freundlich (b) dạng

tuyến tính quá trình hấp phụ Cr (VI) của các vật liệu compozit (tỉ lệ monome/PPNN =

1/1, pH = 3 với PANi – mùn cưa, pH = 1 với PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ)

Hình 3.44. Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của Cr(VI) (a),

Pb(II) (b) và Cd (II) (c) trên các vật liệu compozit

Sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm của mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của các ion

kim loại trên các vật liệu compozit được quyết định dựa trên 3 yếu tố:

0.0

0.2

0.4

0.6

0 20 40 60 80

RL

Co (mg/l)

PANi-MCPANi-VLPANi-VĐ

(a)

14

Hệ số tương quan R2 giữa các giá trị thực nghiệm và mô hình đề xuất.

Hệ số n trong mô hình đẳng nhiệt Freundlich: 1 < n < 10 sẽ thuận lợi cho quá

trình hấp phụ.

Tham số Langmuir RL: 0 < RL < 1 sẽ là dạng thuận lợi.

Từ các kết quả thu được trong bảng 3.18, nhận thấy các hệ số tương quan R2 khá

cao cho cả 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt (R2 > 0,85); các giá trị hệ số n và tham số RL

đều nằm trong khoảng thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Do đó mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Langmuir và Freundlich đều là các mô hình thuận lợi để mô tả quá trình hấp phụ

của Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) trên vật liệu compozit.

Các kết quả này cho phép xác lập mô hình hấp phụ đẳng nhiệt của Pb (II) và Cd (II)

trên các vật liệu compozit khác với sự thay đổi tỉ lệ monome/PPNN cũng như thay đổi

PPNN. Kết quả được chỉ ra trong bảng 3.18 ÷ 3.20.

Bảng 3.18. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich của các vật liệu compozit tỉ lệ monome/PPNN 1/1 Ion

kim loại

Vật

liệu

Mô hình Langmuir Mô hình Freundlich

Phương trình dạng tuyến tính

R2 qmax

(mg/g) KL

(l/mg) Phương trình

dạng tuyến tính R2 n

KF

(mg/g)

Cr (VI)

PANi -

MC

y = 0,0111x

+ 0,0503 0,9965 90,09 0,22

y = 0,3574x

+ 1,3708 0,9114 2,80 23,50

PANi - VL

y = 0,011x + 0,0869

0,9970 90,91 0,13 y = 0,6075x + 1,0903

0,9896 1,65 12,32

PANi -

VĐ

y = 0,0173x

+ 0,2065 0,9971 57,80 0,08

y = 0,5613x

+ 0,841 0,9961 1,78 6,94

Pb

(II)

PANi - VĐ

y = 0,0459x + 0,035

0,9907 24,39 1,17 y = 0,4026x

+ 0,9305 0,9523 2,48 8,52

PANi -

MC

y=0,0101x

+ 0,5928 0,9289 99,01 0,02

y = 0,7178x

+ 0,436 0,9798 1,39 2,73

PANi - VL

y = 0,0379x + 0,0281

0,9900 26,39 1,35 y = 0,4227x

+ 0,9841 0,8499 2,37 9,63

Cd (II)

PANi –

VĐ

y = 0,0275x

+ 1,0321 0,9176 36,36 0,03

y = 0,5235x

+ 0,4126 0,9883 1,91 1,27

PANi-MC

y = 0,0194x + 0,6213

0,9914 51,55 0,03 y = 0,5837x

+ 0,5042 0,9793 1,71 1,16

PANI-

VL

y = 0,0421x

+ 0,5947 0,9813 23,75 0,07

y = 0,3042x

+ 0,7345 0,9937 3,29 0,41

Kết quả cụ thể:

- Với Cr (VI): Quá trình hấp phụ Cr(VI) của compozit 1/1: PANi – vỏ lạc, PANi – mùn

cưa và PANi – vỏ đỗ phù hợp với cả 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich; Theo đó dung lượng hấp phụ Cr (VI) cực đại của các compozit PANi – mùn

cưa, PANi – vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ lần lượt là 90,09mg/g; 90,91 mg/g và 57,80 mg/g.

- Với Pb (II): Dựa vào hệ số tương quan R2 (R

2 = 0,73 ÷ 0,99 ) cho thấy: Quá trình

hấp phụ Pb (II) trên PANi và các compozit PANi – rơm 1/2, PANi – vỏ trấu 1/2, PANi

– vỏ đỗ 1/1; PANi – vỏ lạc 1/1, PANi – vỏ lạc 1/4 đều phù hợp với cả hai mô hình hấp

phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich (R2 = 0,84 ÷ 0,99), trong khi trên compozit

PANi – mùn cưa 1/2 chỉ phù hợp với mô hình Freundlich (R2 = 0,86).

15

- Với Cd (II): Dựa vào hệ số tương quan R2 ((R

2 = 0,68÷0,99) cho thấy: Quá trình

hấp phụ Cd (II) trên các compozit tỉ lệ 1/1 (PANi – vỏ đỗ, PANi – vỏ lạc, PANi – mùn

cưa), PANi – mùn cưa 1/2, PANi – vỏ lạc 1/4 phù hợp với cả hai mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Langmuir và Freundlich, trong khi trên PANi (R2 = 0,84 ÷ 0,99), PANi – rơm 1/2 và

PANi – vỏ trấu 1/2 chỉ phù hợp hơn với mô hình Langmuir (R2 = 0,85; 0,89).

Bảng 3.19. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich của một số vật liệu compozit đối với Pb (II)

Vật liệu

compozit Mô hình Langmuir Mô hình Freundlich

Vật

liệu

Tỉ

lệ

Phương trình

dạng tuyến tính R

2

qmax

(mg/g)

KL

(l/mg)

Phương trình

dạng tuyến tính R

2 NF

KF

(mg/g)

PANi 1/0 y = 0,0068x

+ 0,0109 0,9958 147,66 0,62

y = 0,3096x

+ 1,7079 0,9089 3,23 51,04

PANi

–rơm 1/2

y = 0,0046x

+ 0,0195 0,9738 217,39 0,24

y = 0,2885x

+ 1,8521 0,9925 3,47 71,14

PANi-

MC 1/2

y = 0,0033x

+ 0,0224 0,7337 303,03 0,15

y = 0,3296x

+ 1,8989 0,8646 3,03 79,23

PANi

–VT 1/2

y = 0,0076x

+ 0,0004 0,9724 131,58 19,00

y = 0,2992x

+ 1,7251 0,8835 3,34 53,10

PANi -

VL 1/4

y = 0,0051x

+ 0,015 0,9725 196,08 0,34

y = 0,5147x

+ 1,9685 0,9627 1,94 93,00

.

Bảng 3.20. Các thông số trong mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich của một số vật liệu compozit đối với Cd (II)

Vật liệu

compozit Mô hình Langmuir Mô hình Freundlich

Vật

liệu

Tỉ

lệ

Phương trình

dạng tuyến tính R

2

qmax

(mg/g)

KL

(l/mg)

Phương trình

dạng tuyến tính R

2 NF

KF

(mg/g)

PANi 1/0 y = 0,0081x

+ 0,0252 0,8946 123,46 0,32

y = 0,1731x

+ 1,7866 0,6792 5,78 61,18

PANi –

rơm 1/2

y = 0,0072x

+ 0,0534 0,8569 138,89 0,13

y = 0,3749x

+ 1,5065 0,7915 2,67 32,10

PANi –

MC 1/2

y = 0,0057x

+ 0,0516 0,9508 175,44 0,11

y = 0,4168x

+ 1,5196 0,9705 2,40 33,08

PANi –

VT 1/2

y = 0,0063x

+ 0,028 0,8895 158,73 0,23

y = 0,2806x

+ 1,7259 0,6244 3,34 53,91

PANi –

VL 1/4

y = 0,0071x

+ 0,0087 0,9964 140,85 0,82

y = 0,609x

+ 1,7998 0,9756 1,64 63,07

So sánh giá trị dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) với các công trình khác đã công bố

thấy rằng:

- Với ion Cr (VI): qmax thu được đều lớn hơn, ngoại trừ vật liệu Magnetic-

Poly(divinylbenzene vinylimidazole) đạt qmax = 123,5 mg/l, nhưng thời gian cân bằng

hấp phụ lại rất lâu (t = 5h), trong khi compozit PANi – PPNN chỉ cần 50 phút.

16

- Với ion Pb (II): qmax trong công trình này cũng lớn hơn nhiều so với các công

trình khác. Mặc dù chất hấp phụ CuO (dạng oval) có qmax = 115 mg/l – khá lớn, nhưng

thời gian để đạt cân bằng hấp phụ cũng rất lớn t = 4h, do vậy đây cũng chưa phải giải

pháp hiệu quả nhất.

- Với ion Cd (II): qmax trong công trình này cũng lớn hơn nhiều so với các công

trình khác. Tuy nhiên nó vẫn thấp hơn so với chất hấp phụ là sắt nguyên tử Fe(nZVi)

(qmax = 769,2 mg/g; thời gian đạt cân bằng hấp phụ quá lớn t = 12h). Nhưng nếu sử

dụng Fe0 làm vật liệu hấp phụ Cd (II) sẽ phải xử lý lượng bùn thải khá lớn sau hấp phụ

3.3.1.6. Nghiên cứu mô hình động học hấp phụ của các vật liệu compozit

Từ các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng khả năng hấp phụ các ion kim loại Cr (VI),

Pb (II) và Cd (II) trên các compozit theo thời gian, mô hình động học hấp phụ bậc 1 và

bậc 2 của các compozit được xác lập. Kết quả được thể hiện trong hình 3.45 đối với sự

hấp phụ Cr (VI) (dạng phương trình tương tự cũng được xây dựng với ion Pb (II) và Cd

(II)) và bảng 3.21 ÷ 3.23.

Hình 3.45. Phương trình động học hấp phụ Cr(VI) dạng tuyến tính bậc 1 (a) và bậc 2

(b) của các vật liệu compozit (tỉ lệ monome/PPNN = 1/1)

Bảng 3.21. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu compozit

Vật liệu

compozit

Mô hình động học bậc 1

qtn

(mg/g)

Mô hình động học bậc 2

Phương trình

dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k1

(phút-1)

Phương trình

dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k2

(g/mg.

phút)

PANi-

MC

y = -0,0167x

+ 0,9558 0,9139 9,04 0,04 48,02

y = 0,0206x

+ 0,0351 0,9999 48,54 0,01

PANi-

VL

y = -0,0218x

+ 1,0628 0,9818 11,56 0,05 36,13

y = 0.0271x

+ 0,0691 0,9999 36,90 0,01

PANi-

VĐ

y = -,0154x

+ 0,656 0,8353 4,53 0,04 45,62

y = 0,0218x

+ 0,0205 1,000 45,87 0,02

-1.5

-0.5

0.5

1.5

0 20 40 60 80 100

lg (

qe-

qt)

t phút)

PANi-MC

PANi-VL

PANi-VĐ

(a)

0

1

2

3

0 20 40 60 80 100 120

t/q

t (p

hú

t.g

/mg

)

t (phút)

PANi-MC

PANi-VL

PANi-VĐ

(b)

17

Bảng 3.22. Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Pb(II) của các vật liệu compozit

Vật liệu

compozit

Mô hình động học bậc 1 qtn

(mg/g) Mô hình động học bậc 2

Phương trình

dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k1

( phút-1)

Phương

trình dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k2

(g/mg.

phút)

PANi-

MC

y = -0,0064x

+ 0,4236 0,8847 2,65 0,01 4,90

y = 0,1994x

+ 2,391 0,9772 5,02 0,02

PANi-

VL

y = -0,0203x

+ 0,4343 0,9481 2,72 0,05 19,91

y = 0.0498x

+ 0,0537 1,0000 20,08 0,05

PANi-

VĐ

y = -0,0064x

+ 0,2392 0,9593 1,73 0,01 18,72

y = 0,0535x

+ 0,0669 0,9996 18,69 0,04

Bảng 3.23 Các tham số trong mô hình động học hấp phụ Cd (II) của các vật liệu compozit

Vật liệu

compozit

Mô hình động học bậc 1

qtn

(mg/g)

Mô hình động học bậc 2

Phương trình

dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k1

(phút-1)

Phương trình

dạng

tuyến tính

R2 qe

(mg/l)

k2

(g/mg.

phút)

PANi-

MC

y = -0,0141x

+ 1,0607 0,8845 11,51 0,03 31,15

y = 0,0313x

+ 0,1438 0,9977 31,95 0,01

PANi-

VL

y = -0,0063x

+ 0,96 0,8157 9,12 0,01 42,10

y = 0,0245x

+ 0,0258 0,9987 40,82 0,02

PANi-

VĐ

y = -0,0056x

+ 1,1747 0,9664 14,96 0,01 41,05

y = 0,0258x

+ 0,0627 0,9950 38,76 0,01

Kết quả cho thấy các hệ số tương quan R2 trong phương trình động học dạng tuyến tính

quá trình hấp phụ các ion kim loại Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) của các vật liệu hấp phụ

compozit khá lớn (R2 > 0,81). Đối với tất cả các quá trình hấp phụ của các vật liệu hấp phụ

đã tổng hợp đều có giá trị R2 của mô hình động học bậc 2 lớn hơn so với bậc 1 (R

2 > 0,97).

Mặt khác, so sánh giá trị dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (qe) tính theo

mô hình và theo thực nghiệm của các vật liệu compozit, ta thấy qe theo mô hình động

học bậc 2 sát với các giá trị thực nghiệm hơn.

Điều này chứng tỏ sự hấp phụ các ion Cr (VI), Pb (II), Cd (II) của các vật liệu

compozit tỉ lệ compozit/PPNN = 1/1: PANi – mùn cưa, PANi - vỏ lạc và PANi - vỏ đỗ

phù hợp hơn với mô hình động học bậc 2. Tốc độ hấp phụ của vật liệu tại thời điểm

t phụ thuộc vào bình phương dung lượng đã hấp phụ của vật liệu hấp phụ.

Sự hấp phụ của các ion kim loại Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) đều tuân theo mô hình

giả động học bậc 2, do đó có thể áp dụng công thức 1.22 để xác định năng lượng hoạt

động quá trình hấp phụ (Ea) của hệ.

18

Ea = RT (ln h – ln k2) (1.22)

Trong đó: h = k2qe2 phản ánh tốc độ hấp phụ ban đầu khi qt/t tiến dần đến 0; k2: hằng số

tốc độ hấp phụ theo mô hình động học bậc 2 (g/mg.phút), T là nhiệt độ tuyệt đối (K); R

là hằng số khí (R = 8,314 J/mol.K).

Bảng 3.24. Giá trị năng lượng hoạt động quá trình hấp phụ của các ion kim loại trên

các vật liệu compozit tại 300C (tỉ lệ monome/PPNN = 1/1)

Ion kim loại Vật liệu compozit h k2 (g/mg.phút) Ea (kJ/mol)

Cr (VI) PANi – vỏ lạc 14,472 0,01 18,179

PANi – mùn cưa 28,490 0,01 19,560

Pb (II) PANi – vỏ lạc 6,954 0,01 18,687

PANi – mùn cưa 6,954 0,01 17,453

Cd (II) PANi – vỏ lạc 18,622 0,05 15,114

PANi – mùn cưa 0,414 0,02 8,124

Kết quả giá trị Ea được thể hiện trong bảng 3.24 cho thấy, giá trị năng lượng hoạt

động quá trình hấp phụ của các ion trên các vật liệu compozit đều nhỏ hơn 25 kJ/mol,

như vậy về mặt lý thuyết thì quá trình hấp phụ giữa các ion kim loại và vật liệu

compozit là quá trình hấp phụ vật lý, với sự khuếch tán ngoài đóng vai trò chính.

3.3.1.7. Nghiên cứu nhiệt động học tiêu chuẩn quá trình hấp phụ

Áp dụng công thức xác định năng lượng tự do tiêu chuẩn theo công thức (1.23), kết quả

xác định hằng số k0 và giá trị ∆G0 được thể hiện trên hình 3.49 và bảng 3.25.

∆G0 = - RT lnk0 (1.23)

Hằng số k0 được xác định từ phương trình phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs khi Cs

tiến dần đến 0. Trong đó: Ce: nồng độ cân bằng trong dung dịch (mmol/ml), Cs: nồng độ

pha rắn tại thời điểm cân bằng (mmol/g), R: hằng số khí (8,314 J/mol.K); T: nhiệt độ

tuyệt đối (K).

Hình 3.49. Sự phụ thuộc của ln (Cs/Ce) vào Cs của Cd (II)và Pb (II) trên các compozit

tại nhiệt độ 300C (tỉ lệ monome/PPNN = 1/1)

Kết quả cho thấy, sự hấp phụ Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) trên các vật liệu compozit

có năng lượng tự do tiêu chuẩn ∆G0 < 0. Điều này chứng tỏ, tại điều kiện chuẩn, quá

19

trình hấp phụ các ion này là quá trình tự diễn biến.

So sánh giá trị ∆G0 quá trình hấp phụ của các ion trên các compozit ta thấy: sự hấp

phụ Cr (VI) trên PANi - mùn cưa xảy ra dễ dàng hơn PANi - vỏ lạc; sự hấp phụ Pb (II)

và Cd (II) trên PANi – vỏ lạc dễ dàng hơn so với PANi – mùn cưa; trong các ion: Cr

(VI), Pb (II), Cd (II) thì sự hấp phụ Pb (II) trên các compozit PANi – vỏ lạc và PANi –

mùn cưa dễ dàng hơn so với sự hấp phụ các ion Cr (VI) và Cd (II).

Bảng 3.25 . Giá trị ∆G0 quá trình hấp phụ các ion kim loại trên các vật liệu compozit

(tỉ lệ monome/PPNN = 1/1)

Ion kim loại Vật liệu compozit k0 ∆G0 (kJ/mol)

Cr(VI) PANi – vỏ lạc 12,520 -6,367

PANi – mùn cưa 13,234 -6,506

Pb(II) PANi – vỏ lạc 14,874 -8.894

PANi – mùn cưa 10,380 -6.801

Cd(II) PANi – vỏ lạc 11,656 -5,943

PANi – mùn cưa 10,583 -6,187

3.3.1.8. Cơ chế hấp phụ các ion kim loại trên vật liệu compozit

Hình 3.50 . Đồ thị biểu diễn quá trình khuếch tán của Cr (VI) trên compozit PANi –

vỏ lạc (1:1) (a) và PANi – mùn cưa (1:1) (b)

Nghiên cứu cơ chế hấp phụ của các ion kim loại trên các vật liệu hấp phụ compozit

bằng cách phân tích quá trình khuếch tán từ trong lòng dung dịch đến bề mặt vật liệu

hấp phụ nhờ xây dựng mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ qt phụ thuộc vào căn bậc

2 của thời gian hấp phụ theo phương trình (1.24).

qt = kt t0,5

+ B (1.24)

Trong đó: kt: hằng số tốc độ khuếch tán (mg g-1

phút0,5

); B: hằng số

Kết quả thể hiện trên hình 3.50 và bảng 3.26 cho thấy, sự hấp phụ được phân thành

3 giai đoạn rõ rệt, tương tự như tài liệu đã công bố:

Giai đoạn 1 : Khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt chất hấp phụ.

Giai đoạn 2: Khuếch tán từ bề mặt chất hấp phụ vào trong phân tử.

Giai đoạn 3: Xảy ra sự hấp phụ thực sự.

1

2 3

qt (

mg/

g)

1

2 3

20

Dựa vào hằng số khuếch tán ở các giai đoạn, ta có thể nhận thấy, giai đoạn 1 được

thể hiện rất rõ ràng, quá trình này xảy ra nhanh với hằng số tốc độ khuếch tán lớn. Giai

đoạn 2 diễn ra từ từ, chậm hơn giai đoạn 1; giai đoạn 3 thường diễn ra rất chậm, hằng

số khuếch tán nhỏ nhất, đây chính là giai đoạn quyết định quá trình hấp phụ ion kim

loại của vật liệu.

Kết quả tương tự cũng thu được khi nghiên cứu cơ chế hấp phụ của ion Pb (II) và

Cd (II) trên compozit PANi– vỏ trấu, PANi – vỏ đỗ.

Bảng 3.26. Các thông số động học trong quá trình hấp phụ ion kim loại

trên một số vật liệu compozit

Ion

kim

loại

Giai

đoạn

PANi-MC PANi-VL

ki

(mg.g-1

.

phút 0,5

)

B R2

ki

(mg.g-1

.

phút 0,5

)

B R2

Cr(VI)

1 16,677 0 1 12,152 6.10-15

1

2 2,295 34,211 0,8949 5,426 10,515 1

3 0,433 43,409 0,9190 0,387 32,141 0,9350

Cd(II)

1 0,948 4.10-16

1 77,198 3.10-15

1

2 0,547 0,6881 0,9596 16,631 12,212 1

3 0,403 0,4514 0,9919 0,0636 19,238 0,9749

Pb(II)

1 9,986 0 1 12,343 0 1

2 2,970 11,980 0,9083 1,533 31,157 0,8210

3 1,0236 20,309 0,8815 0,2385 37,638 1

3.3.1.9. Khảo sát khả năng hấp phụ của một số vật liệu compozit trên mẫu thực

Các mẫu nghiên cứu được thu thập bao gồm các mẫu nước thải thuộc phạm vi ảnh

hưởng của nhà máy Kẽm điện phân Sông Công, thị xã Sông Công, tỉnh Thái Nguyên.

Bảng 3.30. Kết quả tách loại ion Cd (II) ra khỏi nước thải của nhà máy

Kẽm điện phân – Sông Công Thái Nguyên của các vật liệu compozit

Mẫu C0

(mg/l)

PANi – vỏ lạc PANi – vỏ đỗ PANi – mùn cưa

C

(mg/l)

H

(%)

C

(mg/l)

H

(%)

C

(mg/l)

H

(%)

M1

0,019 - 100 - 100 0,006 68,42

M2 0,268 0,056 79,03 0,077 71,25 0,164 38,77

M3 0,108 - 100 - 100 - 100

M4 0 Không xử lý

M5 0 Không xử lý

(Dấu " - ” hấp phụ hoàn toàn)

21

Kết quả phân tích mẫu nước thải của nhà máy Kẽm điện phân Sông Công trước và sau

khi xử lý bằng vật liệu compozit PANi dạng muối đã chế tạo (bảng 3.30) cho thấy: hàm

lượng Cd (II) trước khi xử lý khá cao và vượt tiêu chuẩn cho phép của nước thải công

nghiệp nhiều lần và sau khi xử lý đều giảm rõ rệt.

Khi sử dụng vật liệu compozit PANi vỏ lạc và PANi – vỏ đỗ để loại bỏ ion Cd (II)

ra khỏi mẫu M1 và M3 ta thấy Cd (II) đã được loại bỏ hoàn toàn ra khỏi nước thải. Do

vậy có thể sử dụng cho mục đích cấp nước dùng trong sinh hoạt. Đối với mẫu M2 nồng

độ Cd (II) cũng giảm đáng kể nhưng vẫn lớn hơn 0,01 mg/l, đạt tiêu chuẩn cho phép

của nước thải công nghiệp ở mức 2 (0,01 < C < 0,5) – cho phép dùng cho các hoạt

động nông nghiệp. Vì vậy có thể tiếp tục hấp phụ lần 2 để loại bỏ ion Cd (II) đến mức

cho phép cần thiết.

Khi sử dụng compozit PANi - mùn cưa làm vật liệu hấp phụ, ion Cd (II) đã bị loại

bỏ hoàn toàn ra khỏi mẫu M3. Với mẫu M1 và mẫu M2 thì nồng độ giảm đi rõ rệt và

đạt tiêu chuẩn cho phép của nước thải công nghiệp ở mức 2.

Kết quả nghiên cứu tương tự cũng được xác định khi sử dụng compozit PANi – vỏ

đỗ, PANi – mùn cưa, PANi – vỏ lạc loại bỏ Pb (II) và Cr (VI) ra khỏi các mẫu nước thải.

Từ kết quả xử lý các ion Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) bằng các vật liệu compozit cho

thấy: có thể sử dụng các vật liệu này để hấp phụ các ion kim loại nặng có trong nước thải

khu công nghiệp. Để nâng cao hiệu quả hấp phụ của VLHP, có thể tiến hành hấp phụ

nhiều lần để hấp phụ hoàn toàn và có thể sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Trong các vật liệu compozit, compozit PANi – vỏ lạc có khả năng hấp phụ tốt hơn

PANi – vỏ đỗ và PANi – mùn cưa.

3.3.2. Nghiên cứu hấp phụ động

Qua tiến hành nghiên cứu hấp phụ tĩnh quá trình hấp phụ các ion kim loại Cr (VI), Pb

(II), Cd (II) trên vật liệu compozit nhận thấy rằng quá trình hấp phụ này diễn ra theo mô

hình hấp phụ đẳng nhiệt, nhiệt động học và cơ chế hấp phụ đều tương tự như nhau. Do vậy,

trong luận án của mình tôi đã chọn ion Cr (VI) để xác lập mô hình hấp phụ động đối với

compozit PANi – vỏ lạc (tỉ lệ 1/1). Đây là vật liệu compozit được tổng hợp từ PANi và vỏ

lạc có độ ổn định cao hơn so với các PPNN khác.

Từ đó tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các

yếu tố: thời gian hấp phụ, tốc độ dòng chảy, khối

lượng chất hấp phụ và xác định động học quá trình

hấp phụ theo các mô hình hấp phụ.

3.3.2.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ

dòng chảy

Kết quả thể hiện trên hình 3.56 cho thấy khi

tốc độ dòng chảy càng nhỏ thì nồng độ Cr (VI)

xuất hiện ở lối ra cột hấp phụ trong thời gian

càng lớn và nồng độ càng thấp. Điều này có thể

được giải thích như sau: khi tốc độ dòng chảy

nhỏ, thời gian tiếp xúc giữa vật liệu hấp phụ

Hình 3.56. Đường cong thoát của

Cr (VI) tại các tốc độ dòng chảy

khác nhau, nồng độ ban đầu của

Cr(VI) C0 = 4,97 mg/l

22

compozit PANi – vỏ lạc và chất bị hấp phụ Cr (VI) lớn làm tăng khả năng hấp phụ Cr

(VI) trên PANi – vỏ lạc dẫn đến hiệu suất hấp phụ của cột hấp phụ tăng lên. Vì vậy tốc

độ dòng Q = 0,5 ml/phút đã được chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ

Tiến hành thí nghiệm ở nồng

độ Cr (VI) ban đầu 4,97 và 9,99

mg/l, pH = 1, tốc độ dòng chảy Q =

0,5 ml/phút. Kết quả thực nghiệm

trên hình 3.57 cho thấy, khi nồng

độ ban đầu tăng thì lượng Cr (VI)

tương ứng sau khi ra khỏi cột hấp

phụ ở cùng một thời điểm tăng, thời

gian hoạt động của cột hấp phụ

giảm.

3.3.2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của khối lƣợng chất hấp phụ

Tiến hành thí nghiệm với các khối

lượng chất hấp phụ 0,05 g; 0,08 g và

0,1 g ở nồng độ Cr (VI) ban đầu 4,97

mg/l, pH = 1, tốc độ dòng chảy Q =

0,5 ml/phút.

Kết quả thực nghiệm trên hình

3.58. cho thấy, khi khối lượng chất

hấp phụ tăng thì lượng Cr (VI) tương

ứng sau khi ra khỏi cột hấp phụ ở

cùng một thời điểm giảm

3.3.2.4. Nghiên cứu động học hấp phụ theo các mô hình hấp phụ động

Hình 3.59. Phương trình động học Thomas (a) Yoon – Nelson (b) và Bohart-Adam (c)

dạng tuyến tính tại các tốc độ dòng chảy khác nhau, nồng độ Cr (VI) ban đầu Co = 4,97

mg/g, H = 0,8 cm.

Hình 3.57. Đường cong thoát của Cr(VI) tại

các nồng độ ban đầu khác nhau, tốc độ dòng

chảy Q = 0,5 ml/phút

Hình 3.58. Ảnh hưởng của khối lượng vật

liệu hấp phụ đến đường cong thoát của

Cr(VI), Q = 0,5 ml/phút, C0 = 4,97 mg/l

23

Kết quả cho thấy, các phương trình thực nghiệm có hệ số tương quan khá cao (R2 >

0,85), chứng tỏ sự hấp phụ Cr (VI) của compozit PANi – vỏ lạc phù hợp với cả ba mô

hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart - Adam. Các tham số trong cả ba mô hình (KT,

q0, KYN, τ, KB, N0) đều phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, nồng độ ban đầu và khối lượng

(chiều cao) chất hấp phụ PANi – vỏ lạc.

Bảng 3.33. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ theo tốc độ dòng

chảy, nồng độ Cr(VI) ban đầu và chiều cao cột hấp phụ

Biến số Thomas Yoon-Nelson

Co

(mg/l)

Q

(ml/

phút)

H

(cm)

KT

(ml/phút/

mg)

qo

(mg/g) R

2

KYN

(phút-1

)

τ

(phút) R

2

9,99 0,5 0,8 0,12 150,91 0,869 0,12.10-2

3018,3 0,869

4,97 0,5 0,8 0,62 51,08 0,928 0,31.10-2

2053,1 0,928

4,97 1,0 0,8 1,05 65,39 0,911 0,52.10-2

1320,4 0,911

4,97 2,0 0,8 1,20 104,69 0,856 0,60.10-2

1046,9 0,856

4,97 0,5 0,6 0,58 70,51 0,921 0,29.10-2

2031,3 0,921

4,97 0,5 0,4 0,54 100,31 0,912 0,26.10-2

2017,4 0,912

Bảng 3.34. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Bohart-Adam theo

tốc độ dòng chảy, nồng độ Cr(VI) ban đầu và chiều cao cột hấp phụ

Biến số Bohart-Adam

Co

(mg/l)

Q

(ml/phút)

H

(cm)

KB

(l/mg.phút)

N0

(mg/l) R

2

9,99 0,5 0,8 0,12.10-3

188,64 0,864

4,97 0,5 0,8 0,62.10-3

63,72 0,926

4,97 1,0 0,8 1,03.10-3

83,51 0,913

4,97 2,0 0,8 1,22.10-3

127,95 0,856

4,97 0,5 0,6 0,58.10-3

84,13 0,919

4,97 0,5 0,4 0,54.10-3

125,28 0,909

Theo mô hình Thomas, dung lượng hấp phụ cực đại q0 tăng khi tốc độ dòng chảy,

nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ và chiều cao cột hấp phụ tăng.

Theo mô hình Yoon – Nelson, thời gian (τ) tại thời điểm nồng độ Cr (VI) thoát ra

đạt 50% tăng khi nồng độ ban đầu của Cr (VI) và chiều cao cột hấp phụ tăng; tốc độ

dòng chảy giảm.

Theo mô hình Bohart – Adam, giá trị nồng độ chất bị hấp phụ bão hòa (N0) tăng khi

nồng độ ban đầu Cr (VI) và tốc độ dòng chảy tăng; chiều cao cột hấp phụ giảm.

Từ kết quả nghiên cứu theo mô hình động học, thời gian hoạt động của cột hấp phụ

theo mô hình Bohart – Adam được xác định, từ đó xác định độ dài tầng chuyển khối

24

theo công thức (3.2) dưới đây:

( 3.2 )

Trong đó: tb: thời gian tại Ce = 2%.C0 (phút); ts: thời gian tại Ce = 90%.C0 (phút);

L: độ dài tầng chuyển khối (cm)

Bảng 3.35. Độ dài tầng chuyển khối L

Co

(mg/l)

Q

(ml/phút)

H

(cm)

tb

(phút) ts (phút) L (cm) η (%)

9,99 0,5 0,8 609 5689 0,71 10,71

4,97 0,5 0,8 788 2764 0,54 32,50

4,97 1,0 0,8 584 1773 0,57 28,75

4,97 2,0 0,8 388 1392 0,58 27,86

4,97 0,5 0,6 681 2794 0,45 24,38

4,97 0,5 0,4 566 2835 0,32 19,98

Kết quả trong bảng 3.35 cho thấy, thời gian hoạt động của cột hấp phụ khá lớn, đạt

từ 6,5 ÷ 13,1 giờ, mặc dù lượng chất hấp phụ sử dụng ít (50÷100 mg). Điều này chứng

tỏ vật liệu compozit PANi – vỏ lạc rất thích hợp để làm vật liệu hấp phụ loại bỏ Cr (VI)

ra khỏi môi trường nước.

Kết quả xác định độ dài tầng chuyển khối (L) và hiệu suất sử dụng cột hấp phụ (η)

cho thấy, giá trị η tỉ lệ nghịch với nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, tốc độ dòng chảy và tỉ

lệ thuận với chiều dài cột hấp phụ. Có nghĩa là thời gian sử dụng cột hấp phụ càng lớn khi

tốc độ dòng chảy và nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ nhỏ, chiều dài cột hấp phụ lớn. Tại

điều kiện tốc độ dòng chảy 0,5 ml/phút, nồng độ ban đầu 4,97 mg/l, chiều cao cột hấp phụ

0,8 cm hiệu suất sử dụng cột hấp phụ lớn nhất.

KẾT LUẬN

1. Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi trên các PPNN là mùn cưa, vỏ lạc,

vỏ đỗ, vỏ trấu và rơm bằng phương pháp hóa học. Cấu trúc và tính chất của vật liệu

compozit được khẳng định bằng các phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc cho

thấy: vật liệu compozit tồn tại ở dạng sợi với kích cỡ 10 ÷ 50 nm; các vật liệu

compozit có nhiệt độ phân hủy nhỏ hơn so với PANi riêng rẽ, sự có mặt của các

PPNN đã làm giảm độ dẫn điện của compozit dạng muối xuống 31÷ 46 lần so với

PANi riêng rẽ; compozit có cấu trúc dạng lỗ xốp với diện tích bề mặt riêng nhỏ (2

m2/g đối với PANi-vỏ lạc).

2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của các ion kim loại nặng Cr (VI), Pb (II) và Cd (II)

trên các compozit đã tổng hợp cho thấy: Khả năng hấp phụ Cr (VI) trên các

compozit tốt nhất ở môi trường axit mạnh (pH ≤ 3), hấp phụ Pb (II) và Cd (II) tốt

nhất ở môi trường axit yếu (pH = 5 - 6); thời gian đạt cân bằng hấp phụ t = 30 ÷ 40

phút; dung lượng hấp phụ tăng khi nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ tăng; Hiệu suất

.

s b

s

t tL H

t

25

hấp phụ phụ thuộc vào bản chất của chất hấp phụ.

3. Sự hấp phụ các ion kim loại Cr (VI), Pb (II) và Cd (II) trên các vật liệu compozit tuân

theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Quá trình hấp phụ tuân

theo mô hình động học hấp phụ bậc 2: Tốc độ hấp phụ của vật liệu tại thời điểm t phụ

thuộc vào bình phương dung lượng đã hấp phụ của vật liệu hấp phụ; đây là quá trình

hấp phụ vật lý (Ea < 25 kJ/mol) và tự diễn biến ở điều kiện tiêu chuẩn với ∆G0 < 0.

4. Các vật liệu đã tổng hợp có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng Cr (VI), Pb

(II) và Cd (II) trong mẫu thực với hiệu suất khá cao, trong đó, PANi-vỏ lạc có

khả năng hấp phụ các ion này tốt hơn PANi-vỏ đỗ và PANi-mùn cưa.

5. Quá trình hấp phụ Cr (VI) trên PANi – vỏ lạc tuân theo mô hình động học Thomas,

Yoon-Nelson, Bohart-Adam. Thời gian hoạt động của cột hấp phụ tăng khi tốc độ

dòng chảy và nồng độ ban đầu Cr (VI) nhỏ, chiều dài cột hấp phụ lớn. Hiệu suất sử

dụng cột hấp phụ lớn nhất tại điều kiện tốc độ dòng chảy 0,5 ml/phút, nồng độ ban

đầu 4,97 mg/l và chiều cao cột hấp phụ 0,8 cm là 32,5%.