ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
BẰNG VẬT LIỆU NANO COMPOZIT POLYANILIN
- NHÔM OXIT
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019



A-GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nền công nghiệp ngày càng phát triển thì nguy cơ ô nhiễm môi
trường nước ngày càng cao, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm kim loại nặng.
Ô nhiễm kim loại nặng trong nước gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến
môi trường sống của các sinh vật sống nói chung và con người nói
riêng. Vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp nhằm loại bỏ chúng
ra khỏi nguồn nước là vấn đề rất cấp bách hiện nay.
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở
dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở
dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn, dẫn đến
sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm. Ở hàm lượng nhỏ một
số kim loại nặng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người và
sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi có hàm lượng lớn chúng
lại có độc tính cao và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.

Các kim loại nặng đi vào cơ thể qua con đường hô hấp, tiêu
hóa và qua da. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và
trong nhiều trường hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt
sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH, -SCH 3 của
các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở
quá trình tổng hợp protein của cơ thể.
Nhôm oxit được biết đến như một chất hấp phụ truyền thống
với các ion kim loại nặng. Nhôm oxit cũng được biến tính với nhiều
vật liệu khác nhau nhằm tăng dung lượng hấp phụ và ứng dụng của
nó trong thực tế. Một trong những vật liệu được lựa chọn để biến tính
với nhôm oxit là polyanilin (PANi), đây là một polyme dẫn dễ tổng
hợp lại thân thiện với môi trường. Việc kết hợp giữa polyanilin và
nhôm oxit ngoài việc tăng dung lượng hấp phụ còn hướng đến khả
năng tái sử dụng vật liệu nhờ những đặc tính riêng của polyanilin.
Tuy nhiên hướng nghiên cứu ở Việt Nam còn ít được quan tâm
nghiên cứu.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi lựa chọn và thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm một số kim loại
nặng trong môi trường nước bằng vật liệu nano compozit polyanilin
- nhôm oxit”.
1


2. Đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các loại vật liệu: polyanilin,
nhôm oxit, compozit dạng polyanilin – nhôm oxit; Các ion kim loại
nặng: Cr (VI) và Pb (II).
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu nano compozit PANi – nhôm oxit.

- Phân tích và xác định các đặc trưng cấu trúc vật liệu thông
qua phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp kính hiển vi
điện tử quét (SEM) và phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray)
- Đánh giá và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
loại bỏ ion Cr (VI) và Pb (II) trong môi trường nước của vật liệu đã
tổng hợp.
- Nghiên cứu mô hình hấp phụ và động học quá trình hấp phụ
ion Cr (VI) và Pb (II) trên vật liệu compozit PANi – nhôm oxit.
3. Những đóng góp mới của luận văn
Đã tổng hợp thành công vật liệu nano compozit polyanilin –
nhôm oxit bằng phương pháp hóa học. Vật liệu compozit có kích cỡ
nanomet và cấu trúc dạng sợi. Vật liệu này có khả năng hấp phụ các
ion kim loại nặng Cr (VI) và Pb (II) trong môi trường nước với dung
lương hấp phụ cực đại tương ứng bằng 48,31 mg/g và 44,05 mg/g.
4. Bố cục của luận văn
Luận văn có 54 trang bao gồm:
Mở đầu: 2 trang
Chương 1: Tổng quan 28 trang
Chương 2: Thực nghiệm 6 trang
Chương 3: Kết quả và thảo luận 17 trang
Kết luận: 1 trang
Phần tài liệu tham khảo 5 trang

2


B-NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Nội dung cơ bản gồm các nội dung sau:
1.1. Tổng quan về một số chất độc hại trong nước

1.2. Tổng quan về vật liệu compozit polyanilin - nhôm oxit
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về vật liệu
hấp phụ Cr (VI), Pb (II).
1.4. Tổng quan về phương pháp hấp phụ
1.5. Các phương pháp nghiên cứu
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Các loại vật liệu: polyanilin, nhôm oxit, compozit dạng
polyanilin - nhôm oxit
- Các ion kim loại nặng: Cr (VI) và Pb (II)
- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu
hấp phụ: thời gian hấp phụ, môi trường pH, nồng độ ban đầu chất
bị hấp phụ.
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu
- Phương pháp tổng hợp vật liệu
- Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu: FT-IR, SEM,
XRD
- Phương pháp phân tích hàm lượng Cr (VI) và Pb (II); AAS,
UV-Vis
- Phương pháp xử lý số liệu: sử dụng các phần mềm Exel, Origin
2.2. Thiết bị và hóa chất
2.2.1. Thiết bị và dụng cụ
+ Hệ thống máy đo UV-Vis Jasco V- 770 (Nhật Bản); máy phổ
hấp thụ nguyên tử AAS
+ Cân phân tích.
+ Máy khuấy từ.
+ Tủ sấy, bình hút ẩm, tủ hút.
3



+ Các loại pipet, pipet man, bình định mức, cốc thuỷ tinh, ống
đong, phễu,…
2.2.2. Hóa chất
Bảng 2.1. Các hóa chất cần dùng
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên hóa chất
Axit clohidric
Muối amonipesunfat
Anilin
Axit photphoric
Muối Kalicromat
Axeton
Methanol
Thuốc thử
Điphenylcacbazit

Nhôm clorua
Saccarozo
Chì nitrat
Axit nitric

Công thức hóa học
HCl 37%
(NH4)2S2O8
C6H5NH2
H3PO4
K2CrO4
C3H6O
CH3OH
C13H14N4O4

Xuất Xứ
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc
Trung Quốc

AlCl3
C12H22O11
Pb(NO3)2
HNO3


Trung Quốc
Trung Quốc
Merck, Đức
Merck, Đức

2.3. Tổng hợp vật liệu nano compozit PANi – Al2O3
2.3.1. Tổng hợp vật liệu Al2O3
Vật liệu Al2O3 được tổng hợp bằng phương pháp sol – gel, sử
dụng sacrozo được để làm chất kết dính: Trộn đều 10g nhôm clorua
AlCl3 tinh khiết với 3 g saccarozo (C 12H22O11) trong chén nung và
nung ở nhiệt độ 850 oC trong thời gian 8 giờ. Sau khi để nguội lò, ta
thu được một hợp chất màu trắng, chính là nhôm oxit . Vật liệu này
được sử dụng để tổng hợp vật liệu compozit PANi – Al 2O3.
2.3.2. Tổng hợp vật liệu compozit PANi – Al2O3
Vật liệu compozit PANi – Al2O3 được tổng hợp trong môi
trường axit HCl 1M, chất oxi hóa là amonipersunfat.
Cho 1,02 g nhôm oxit Al2O3 vào cốc chứa 40 mL dung dịch
HCl 1M. Hệ được đặt vào trong chậu thủy tinh đựng hỗn hợp đá
muối để làm lạnh. Kiểm tra để nhiệt độ dung dịch đảm bảo từ 0 ÷ 5
0
C. Thêm từ từ 4,56 g amonipersunfat vào cốc phản ứng dưới điều
kiện có khuấy. Nhỏ từ từ aniline vào hỗn hợp trên với tỉ lệ số mol
nhôm oxit : anilin là 1 : 2. Sau khoảng 10 phút, dung dịch trong cốc
bắt đầu xuất hiện màu xanh, đó là thời điểm các polyme hình thành,
rồi chuyển sang màu xanh đen. Tiếp tục cho phản ứng tiến hành trong
4


thời gian 8 giờ ở nhiệt độ từ 0 ÷ 5 0C trên máy khuấy từ, tiếp tục để hỗn
hợp qua đêm cho quá trình polyme hóa được xảy ra hoàn toàn.

2.4. Pha chế dung dịch
- Pha dung dịch HCl: Lấy 83 mL HCl 37% cho vào bình định
mức 1000 mL, thêm nước cất đến vạch định mức thu được HCl 1M.
- Pha dung dịch H3PO4: Lấy 70 mL axit photphoric (H3PO4, ρ
=1,69 g/mL) cho vào 100 mL nước thu được dung dịch H 3PO4 e ghi
rõ nồng độ axit thu được
- Pha dung dịch Cr (VI): Pha dung dịch Cr (VI) nồng độ 1000
mg/L: cân một lượng chính xác 3,7380g tinh thể K2CrO4 cho vào bình
định mức 1000 mL có chứa sẵn 100 mL dung dịch HCl 10%, lắc cho
tan, rồi định mức bằng nước cất.
Từ dung dịch Cr (VI) 1000 mg/L ở trên, tiến hành pha các
dung dịch Cr (VI) có nồng độ khác nhau để nghiên cứu.
- Pha thuốc thử diphenylcacbazit (DPC): Hòa tan 1g
diphenylcacbazit (C13H14N4O) trong 100ml axeton C3H6O và axit hóa
bằng một giọt axit axetic đặc. Bảo quản trong bình nâu, ở tủ lạnh nhiệt độ
4oC. Dung dịch này bền hai tuần.
- Pha dung dịch Pb (II) nồng độ 1000 mg/l: cân một lượng
chính xác 1,598g tinh thể Pb(NO3)2 cho vào bình định mức 1000 ml
có chứa sẵn 200 ml dung dịch HNO 3 10%, lắc cho tan, để nguội, định
mức bằng nước cất.
Từ dung dịch này, tiến hành pha thành các dung dịch Pb (II) có
nồng độ khác nhau để nghiên cứu.
2.5. Xác định nồng độ Cr (VI) và Pb (II)
2.5.1. Xác định nồng độ Cr (VI) bằng phương pháp trắc quang
2.5.2. Xác định nồng độ Pb (II) bằng phương pháp AAS
2.6. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) của vật
liệu nano compozit PANi - Al2O3
2.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
2.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
2.6.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp

phụ
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu compozit PANi - Al2O3
3.1.1. Kết quả phân tích FT-IR

5


Kết quả phân tích phổ FT - IR của PANi trong hình 3.1 cho
thấy: tại các vị trí hấp thụ ν = 2904,80 cm -1; 2980,02 cm-1 và 3199,91
cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C – H trong phân tử
PANi. Pic tại 2353,16 cm-1 tương ứng với dao động của nhóm amin N
– H không bão hòa. Pic tại các vị trí 1452,40 cm -1; 1543,05 cm-1;
1645,28 cm-1 tương ứng với dao động liên hợp của C = C. Pic tại ν =
1280,73 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị của C – N thơm. Pic tại
các vị trí ν = 779,24 cm -1; 869,90 cm-1; 948,98 cm-1 tương ứng với
dao động biến dạng của C – H. Các giá trị này đều đặc trưng cho các
liên kết trong phân tử PANi [28].
Trong phổ FT – IR của vật liệu PANi – Al 2O3 (hình 3.2), ngoài
các pic đặc trưng cho các liên kết của PANi còn xuất hiện các dải hấp
thụ nhẹ từ 428,20 cm-1 đến 690,52 cm-1 đặc trưng cho liên kết của Al
– O trong Al2O3 [28]. Chứng tỏ, vật liệu đã có sự tồn tại của Al 2O3 để
tạo vật liệu dạng composite. Sự tồn tại của Al 2O3 trong vật liệu đã
làm cho vị trí các pic đặc trưng cho PANi bị dịch chuyển nhẹ. Cụ thể:
Pic tại ν = 2904,80 cm-1; 2978,09 cm-1 3206, 62 cm-1 tương ứng với
dao động hóa trị của nhóm C - H. Pic tại các vị trí ν = 1656,85 cm-1;
1552,70 cm-1; 1448,54 cm-1 tương ứng với liên kết liên hợp của C=C.
Pic ở các vị trí ν = 1226,73 cm-1; 1284,59 cm-1 tương ứng với dao
động hóa trị của C – N thơm. Pic tại các vị trí ν = 786,96 cm-1;
873,75 cm-1 tương ứng với dao động biến dạng của C – H.

Điều này chứng tỏ, vật liệu compozit PANi – Al 2O3 đã được
tổng hợp thành công bằng phương pháp hóa học.

6


Hình 3.1. Phổ FT- IR của PANi

Hình 3.2. Phổ FT – IR của PANi – nhôm oxit
3.1.2. Kết quả phân tích XRD
Kết quả nhiễu xạ tia X của vật liệu Al2O3 cho thấy, trên giản đồ
nhiễu xạ tia X xuất hiện 3 đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho Al 2O3 dạng
gamma tại các vị trí 2θ: 37,54 o; 46,05o và 67,06o [22, 29, 30]. Ngoài
ra trên giản đồ còn tồn tại các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho Al 2O3 dạng
delta. Điều này chứng tỏ Al2O3 đã tổng hợp bao gồm 2 dạng γ -Al2O3
và δ -Al2O3.
Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu PANi, Al 2O3 và
PANi – Al2O3 trên hình 3.4 cho thấy, trên giản đồ nhiễu xạ tia X của
PANi – Al2O3 ngoài các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của PANi tại vị trí
2θ: 15o; 25,80o; 27,01o [13], còn có sự xuất hiện các đỉnh đặc trưng
cho Al2O3 tại các vị trí 2θ: 37,55 o; 46,03o; 66,99o. Điều này chứng tỏ
đã tổng hợp thành công vật liệu dạng compozit PANi - Al 2O3.

7


Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M2

600


500

Lin (Cps)

400

300

100

d=1.393

d=1.970

d=2.406

200

0
10

20

30

40

50

60


70

80

2-Theta - Scale
File: QuyTN M2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 m
00-016-0394 (D) - Aluminum Oxide - delta-Al2O3 - Y: 33.40 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 7.94300 - b 7.94300 - c 23.50000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I (0) - 32 - 1482.64 00-048-0367 (D) - Aluminum Oxide - gamma-Al2O3 - Y: 37.18 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 -

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Al2O3

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Al2O3, PANi và PANi – Al2O3
3.1.3. Kết quả phân tích đặc điểm hình thái học

8


Kết quả phân tích ảnh SEM của vật liệu PANi (Hình 3.5a) cho
thấy PANi tồn tại ở dạng sợi ngắn, không đồng đều có chỗ kết đám,
một số thì tồn tại dạng sợi ngắn riêng rẽ. Dạng sợi ngắn của PANi có
đường kính khoảng 50 ÷ 60 nanomet. Trong khi đó Al2O3 (hình 3.5b)
tồn tại ở dạng đám nano, bề mặt vật liệu khá xốp.

(a)
(b)
Hình 3.5. Ảnh SEM của PANi (hình a) và Al2O3 (hình b)
Kết quả phân tích ảnh SEM của PANi – Al 2O3 (hình 3.6) cho
thấy vật liệu tồn tại này ở dạng sợi ngắn, kết đám. Trên bề mặt vật
liệu có hình thành các lỗ xốp, trên bề mặt vật liệu còn có những chỗ
sáng có thể là do có sự tồn tại của Al 2O3. Những sợi vật liệu PANi –

Al2O3 có độ dài khoảng 200 ÷ 300 nanomet.

(a)
(b)
Hình 3.6. Ảnh SEM của PANi – Al2O3
3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định các ion
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn xác định ion Cr (VI) bằng phương pháp
trắc quang UV - Vis
Kết quả xác định độ hấp thụ quang của các mẫu chuẩn ion Cr
(VI) được thể hiện trong bảng 3.1 và hình 3.7.
Bảng 3.1. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ ion Cr (VI)

9


Nồng độ Cr(VI) (mg/L)
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5

Độ hấp thụ – Abs
0,0945
0,1640
0,1790
0,2601
0,3502
0,4315


Hình 3.7. Đường chuẩn xác định ion Cr (VI) bằng phường pháp
trắc quang
Phương trình hồi quy tuyến tính giữa mật độ quang và nồng độ
ion Cr (VI) có hệ số tương quan R2 = 0,9997 gần đến 1. Do vậy có
thể sử dụng đường chuẩn này để xác định nồng độ Cr (VI) của các
mẫu phân tích.
3.2.2. Xây dựng đường chuẩn xác định Pb bằng phương pháp phổ hấp
thụ nguyên tử AAS
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ chì
C
Độ hấp thụ - Abs
(mg/L)
0
0
1
0,0096
2
0,0180
5
0,0450
8
0,0699
10
0,0865
15
0,1265

10



Hình 3.8. Đường chuẩn xác định Pb bằng phương pháp AAS
Phương trình hồi quy tuyến tính giữa độ hấp thụ và nồng độ
của chì có hệ số tương quan cao, R2 = 0,9994, gần đến 1. Do vậy có
thể sử dụng đường chuẩn này để xác định nồng độ của chì trong các
mẫu phân tích.
3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên
PANi – Al2O3
3.3.1. Ảnh hưởng của pH
Tiến hành thí nghiệm như mục 2.6.1, các kết quả được thể hiện
trong bảng 3.3 và hình 3.9.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ và pH đến hiệu
suất hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi – Al2O3
pH
1
2
3
4
5
6

Cr (VI)
C0 = 14,32 mg/L
Ce
q
H
(mg/L)
(mg/g)
(%)
1,87

12,45
86,92
0
14,32
100
0
14,32
100
0
14,32
100
0
14,32
100
0
14,32
100

11

Pb (II)
C0 = 16,75 mg/L
Ce
q
H
(mg/L)
(mg/g)
(%)
10,12
6,63

39,55
9,81
6,94
41,42
4,52
12,23
73,01
7,75
9,00
53,73
7,84
8,91
53,18
7,94
8,81
52,59


Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) và
Pb (II) trên PANi – Al2O3
Trong khoảng giá trị pH nghiên cứu nhận thấy:
Với sự hấp phụ ion Cr (VI) trên PANi – nhôm oxit: Hiệu suất
hấp phụ ion Cr (VI) tại các giá trị pH = 1 ÷ 6 đều rất cao (H > 85 %),
chứng tỏ khả năng hấp phụ ion Cr (VI) của vật liệu PANi – nhôm
oxit tốt ở môi trường axit. Ở giá trị pH = 2 ÷ 6, hiệu suất hấp phụ đều
đạt 100%, hiệu suất hấp phụ giảm khi pH = 1.
Với sự hấp phụ ion Pb (II) trên PANi – nhôm oxit: Hiệu suất
hấp phụ ion Pb (II) tăng từ 39,55 % lên 73,01 % khi pH tăng từ 1 đến
3; khi pH tiếp tục tăng lên 6, hiệu suất hấp phụ giảm xuống 52,59 %.
Tại pH = 3, hiệu suất hấp phụ đạt giá trị cực đại.

Hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) trên PANi – nhôm oxit lớn hơn
ion Pb (II), phần nào đã chứng tỏ khả năng compozit PANi – nhôm
oxit hấp phụ ion Cr (VI) tốt hơn so với hấp phụ ion Pb (II).
Để thuận lợi cho việc khảo sát các ảnh hưởng khác trong
nghiên cứu, chúng tôi lựa chọn pH = 2 và pH =3 lần lượt là giá trị pH
tối ưu để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo cho quá trình hấp phụ
ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi – nhôm oxit.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tại các khoảng thời gian hấp
phụ khác nhau ở cùng một nồng độ ban đầu, kết quả được thể hiện
trong bảng 3.4 và hình 3.10.
12


Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp
phụ ion Cr(VI) và Pb (II) của PANi – Al2O3
Thời
gian
(phút)
5
10
40
60
80
120

Cr (VI)
C0 = 32,93 mg/L
Ct
q

(mg/L)
(mg/g)
6,85
26,08
6,20
26,73
3,15
29,78
2,39
30,54
1,89
31,04
1,72
31,21

H
(%)
79,21
81,19
90,44
92,75
94,27
94,79

Pb (II)
C0 = 16,75 mg/L
Ct
q
H
(mg/L)

(mg/g)
(%)
10,12
6,63
39,58
9,45
7,30
43,58
5,12
11,63
69,43
4,03
12,72
75,94
4,02
12,73
76,00
4,01
12,74
76,06

Hình 3.10. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) và Pb
(II) vào thời gian
Nhận xét: Trong các khoảng thời gian nghiên cứu ta thấy:
Dung lượng và hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) của vật
liệu compozit PANi – Al2O3 tăng dần theo thời gian. Trong thời gian
khảo sát hấp phụ từ 5 ÷ 120 phút, hiệu suất hấp phụ tăng từ
79,2141% đến 94,7921 % với quá trình hấp phụ ion Cr (VI); tăng từ
39,58 % đến 76,06 % với quá trình hấp phụ ion Pb (II).
Trong khoảng thời gian từ 80 phút đến 120 phút với hấp phụ

ion Cr (VI), từ 60 ÷ 120 phút với hấp phụ ion Pb (II) quá trình hấp
phụ gần như đạt đến trạng thái cân bằng, hiệu suất hấp phụ tăng
không đáng kể, đường biểu diễn gần như ở dạng nằm ngang song
song với trục hoành (hình 3.9).

13


Do vậy, chúng tôi chọn thời điểm t = 80 phút và t = 60 phút
tương ứng với các ion Cr (VI), Pb (II) là thời điểm đạt cân bằng hấp
phụ và dung lượng hấp phụ tại thời điểm t = 120 phút của vật liệu
compozit PANi – Al2O3 làm dung lượng hấp phụ cân bằng (q e) để
nghiên cứu mô hình động học hấp phụ.
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến dung lượng và hiệu
suất hấp phụ ion Cr(VI) và Pb (II) trên PANi – Al2O3
STT
1
2
3
4
5
6

Co
(mg/L)
13,37
14,32
14,64
18,63

21,59
23,17

Cr (VI)
Ce
q
(mg/L) (mg/g)
1,40
11,97
1,77
12,55
1,79
12,85
2,25
16,38
2,89
18,70
3,21
19,96

H
(%)
89,54
87,62
87,78
87,91
86,59
86,14

Co

(mg/L)
9,89
16,75
19,76
30,25
39,99
48,68

Pb (II)
Ce
q
(mg/L) (mg/g)
2,23
7,66
4,03
12,72
5,25
14,51
9,5
20,75
15,13
24,86
19,34
29,34

H
(%)
77,46
75,94
73,43

68,59
62,17
60,27

Hình 3.81. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ion Cr (VI) đến dung
lượng và hiệu suất hấp phụ trên PANi – nhôm oxit

Hình 3.92. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ion Pb (II) đến dung
14


lượng và hiệu suất hấp phụ trên PANi – nhôm oxit
Nhận xét:
Kết quả trong bảng 3.5 và hình 3.11 cho thấy, khi nồng độ ban
đầu của ion Cr (VI) tăng từ 13,37 mg/L đến 23,17 mg/L thì hiệu suất
hấp phụ giảm từ 89,54 % xuống 86,14 %, dung lượng hấp phụ tăng từ
11,97 mg/g đến 19,96 mg/g.
Khi nồng độ ban đầu của ion Pb (II) tăng từ 9,89 mg/L đến
48,68 mg/L thì hiệu suất hấp phụ giảm từ 47,46 % xuống 60,27 %;
dung lượng hấp phụ tăng từ 7,66 mg/g đến 29,34 mg/g (bảng 3.5 và
hình 3.12).
Điều này chứng tỏ, khi nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ
tăng thì hiệu suất hấp phụ giảm, dung lượng hấp phụ tăng. Kết quả
này cùng trùng với các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ
ban đầu chất bị hấp phụ trong nhiều nghiên cứu [20 – 22, 27, 32].
3.3.4. Khảo sát mô hình động học hấp phụ
Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ, chúng
tôi tiến hành nghiên cứu động học hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) của vật
liệu hấp phụ compozit PANi – Al2O3 theo mô hình động học bậc 1 và
bậc 2. Kết quả được thể hiện trong các hình 3.13, 3.14 và bảng 3.6.


Hình 3.103. Phương trình động học tuyến tính bậc 1 của quá trình
hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi – Al2O3
15


Hình 3.114. Phương trình động học tuyến tính bậc 2 của quá trình
hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi - Al2O3
Bảng 3.6. Các tham số trong mô hình động học bậc 1, 2 của PANi
– Al2O3 theo thời gian
Ion
Cr
(VI)
Pb (II)

Mô hình động học bậc 1
qe
k1
R2
(mg/g) (phút-1)

qthực
(mg/g)

Mô hình động học bậc 2
qe
k2
R2
(mg/g) (g/mg.phút)


nghiệm

7,12

0,0435

0,9810

31,22

31,65

0,0182

0,9999

3,99

-0,0005

0,8810

12,74

13,64

0,0106

0,9981


Nhận xét: Kết quả trong bảng 3.6 cho thấy:
Đối với quá trình hấp phụ Cr (VI): Các hệ số tương quan R 2
khi nghiên cứu động học quá trình hấp phụ Cr (VI) trên PANi – Al 2O3
là khá lớn, đều gần đến 1. Giá trị R 2 của mô hình động học bậc 2 (R 2
= 0,9999) lớn hơn so với mô hình động học bậc 1 (R2 = 0,9810).
Tuy nhiên, khi so sánh giá trị dung lượng hấp phụ tại thời điểm
cân bằng tính theo mô hình và theo thực nghiệm của vật liệu PANi –
Al2O3, ta thấy qe theo mô hình động học bậc 2 là 31,6456 (mg/g) sát
với giá trị thực nghiệm hơn (qthực nghiệm = 31,2164 mg/g).
Điều này chứng tỏ, quá trình hấp phụ ion Cr (VI) trên vật liệu
16


PANi –Al2O3 phù hợp hơn với mô hình động học bậc 2.
Tương tự, đối với quá trình hấp phụ ion Pb (II) trên PANi Al2O3, các hệ số tương quan R 2 trong mô hình động học bậc 2 lớn
hơn mô hình động học bậc 1; giá trị dung lượng hấp phụ cân bằng
trong mô hình động học bậc 2 là 13,64 mg/g sát với giá trị thực
nghiệm hơn (q e = 12,74 mg/g) so với q e tính theo mô hình động
học bậc 1 (qe = 3,99 mg/g). Điều này chứng tỏ, quá trình hấp phụ
ion Pb (II) trên vật liệu PANi –Al 2O3 phù hợp hơn với mô hình
động học bậc 2.
Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc 2, do vậy có
thể xác định được năng lượng hoạt động hóa học của quá trình hấp phụ
theo công thức (3.1) [17, 20, 27, 31]:
Ea = RT [ln (k2qe2) - ln k2]
(3.1)
Trong đó: Ea: Năng lượng hoạt động hóa học (kJ/mol), R: Hằng số
khí (8,314 J/mol), T: Nhiệt độ tuyệt đối (K);
Kết quả cho thấy năng lượng hoạt động hóa học quá trình hấp phụ
ion Cr (VI) và Pb (II) trên composite PANi – Al 2O3 ở 30 0C lần lượt

bằng 17,41 kJ/mol và 13,17 kJ/mol. Giá trị này đều nằm trong khoảng từ
5 ÷ 25 kJ/mol, do vậy quá trình hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên
composite PANi – Al2O3 là hấp phụ vật lý [17, 20, 27, 31]
Kết quả tính toán Ea với quá trình hấp phụ 2 ion cũng cho thấy, năng
lượng hoạt động hóa học của Cr (VI) lớn hơn của Pb (II) chứng tỏ quá trình
hấp phụ ion Pb (II) trên PANi – Al2O3 dễ dàng hơn so với quá trình hấp phụ
ion Cr (VI); điều này cũng trùng hợp với kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của
thời gian hấp phụ khi thời gian đạt cân bằng hấp phụ của ion Pb (II) nhanh
hơn so với ion Cr (VI).
3.3.5. Khảo sát mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất bị
hấp phụ, chúng tôi tiến hành khảo sát sự hấp phụ ion Cr (VI) và Pb
(II) trên compozit PANi – Al 2O3 theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir, Freundlich. Kết quả được thể hiện trong các hình 3.15,

17


3.16 và bảng 3.7.

Hình 3.125. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng tuyến
tính quá trình hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi – Al2O3

Hình 3.136. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich dạng tuyến
tính quá trình hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi – Al2O3
Bảng 3.2. Các thông số trong các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt

18



Langmuir và Freundlich
Ion
Cr (VI)
Pb (II)

Mô hình hấp phụ Langmuir
qmax
KL
R2
(mg/g)
48,31
4,63
0,9692
44,05
10,52
0,9896

Mô hình hấp phụ Freundlich
KF
n
R2
(mg/g)
1,64
9,484
0,9753
1,68
5,188
0,9841

Độ phù hợp của mô hình Freundlich còn được thể hiện qua hệ

số n tính toán từ mô hình, nếu n nằm trong khoảng từ 1 ÷ 10 thì mô
hình phù hợp với thực nghiệm [19, 23].
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc tính chất của mô hình hấp phụ vào tham
số RL [22]
RL
Tính chất của mô hình
RL> 1
Bất thuận lợi
RL = 1
Đường thẳng
0 < RL< 1
Thuận lợi
RL = 0
Không thuận lợi
Nhận xét:
Kết quả tính toán cho thấy RL có giá trị nằm trong khoảng thuận
lợi từ 0,0065 ÷ 0,0159 khi nồng độ ban đầu của ion Cr (VI) tăng từ
13,37 ÷ 32,93 mg/L ; từ RL = 0,0095 ÷ 0,0044 khi nồng độ ban đầu của
ion Pb (II) tăng từ 9,89 ÷ 48,68 mg/L; hệ số N theo mô hình hấp phụ
Freundlich cũng nằm trong khoảng thuận lợi của quá trình hấp phụ, n =
1 ÷ 10; Điều này chứng tỏ sự hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) của vật liệu
compozit theo 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir
đều là các mô hình thuận lợi cho sự hấp phụ.
Kết quả xử lý theo 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich cho thấy hệ số tương quan R2 của VLHP đều rất cao, đều lớn
hơn 0,96.
Điều này chứng tỏ, quá trình hấp phụ các ion Cr (VI) và Pb (II)
tuân theo cả 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo Langmuir của ion Cr (VI) và
Pb (II) trên PANi – Al2O3 lần lượt là 48,31 mg/g và 44,05 mg/g, hằng

số Freundlich của quá trình hấp phụ ion Cr (VI) và Pb (II) lần lượt là
9,4842 mg/g và 5,188 mg/g.

19


Kết quả tính toán các giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max
và hằng số Freundlich KF đều cho thấy, các giá trị này ứng với quá
trình hấp phụ ion Cr (VI) đều lớn hơn so với quá trình hấp phụ ion Pb
(II), điều này chứng tỏ khả năng hấp phụ ion Cr (VI) trên PANi - Al 2O3
tốt hơn so với khả năng hấp phụ ion Pb (II) của vật liệu hấp phụ.
KẾT LUẬN
1. Đã tổng hợp thành công vật liệu Al 2O3 theo phương pháp sol
– gel và vật liệu nano compozit PANi – Al 2O3 theo phương pháp hóa
học. Cấu trúc của các vật liệu đã được chứng minh bằng phương
pháp FT-IR và XRD. Al2O3 tồn tại chủ yếu ở dạng delta và gamma;
PANi – Al2O3 tồn tại ở dạng sợi, có chiều dài từ 200 ÷ 300 nm.
2. Đã xây dựng được đường chuẩn để xác định nồng độ của ion
Cr (VI) theo phương pháp trắc quang trong khoảng nồng độ từ 0 ÷ 2,5
mg/L; đường chuẩn để xác định nồng độ ion Pb (II) bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử AAS trong khoảng nồng độ chì từ 0 ÷ 15 mg/L.
3. Vật liệu compozit PANi – Al2O3 có khả năng hấp phụ ion Cr
(VI) và Pb (II) trong môi trường nước. Hiệu suất hấp phụ ion Cr (VI) đạt
kết quả tối ưu tại pH = 2÷ 6, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là t = 80
phút, dung lượng hấp phụ tăng khi nồng độ ban đầu của Cr (VI) tăng.
Hiệu suất hấp phụ ion Pb (II) đạt kết quả tối ưu tại pH = 3, thời
gian đạt cân bằng hấp phụ là t = 60 phút, dung lượng hấp phụ tăng
khi nồng độ ban đầu của Pb (II) tăng.
4. Quá trình hấp phụ của ion Cr (VI) và Pb (II) trên
compozit PANi – Al 2O3 phù hợp với mô hình động học bậc 2, quá

trình hấp phụ là hấp phụ vật lý.
5. Sự hấp phụ của ion Cr (VI) và Pb (II) trên compozit PANi –
Al2O3 tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
Dung lượng hấp phụ cực đại của ion Cr (VI) và Pb (II) trên PANi –
Al2O3 tính theo phương trình Langmuir là 48,31 mg/g và 44,05 mg/g.

20