1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA



NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: PHẠM THỊ THẢO LY
Lớp: 09CHP
1. Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ ion Cu 2+ , Pb2+ trong
nước.
2. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất
- Nguyên liệu: Vỏ chuối.
-Dụng cụ: Máy khuấy từ IKA (Đức), phễu lọc Puchner, máy đo pH, máy xay
sinh tố, tủ sấy, lị nung, cân phân tích và các dụng cụ thí nghiệm khác như:
cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình định mức, bình tam giác, bình nón, chén
sứ, ống đong, pipet, buret…
-Hóa chất: Acid citric, acid sulfuric, sodium hydroxide (Trung Quốc)
CuSO4 .5H2 O, Pb(NO3 )2 và các hóa chất thông dụng khác.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính vỏ chuối.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ acid citric.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian biến tính.

- Nghiên cứu các đặc tính hóa lý của vỏ chuối chưa biến tính và biến tính.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cu 2+, Pb2+ của vỏ
chuối biến tính.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dến khả năng hấp phụ.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả năng hấp
phụ.
4. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS LÊ TỰ HẢI


2
5. Ngày giao đề tài: 4/2012
6. Ngày hoàn thành:
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS LÊ TỰ HẢI

PGS.TS LÊ TỰ HẢI

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 20 tháng 5 năm 2013.
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


3

LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành khóa luận này, ngồi sự cố gắng của bản thân, em đã nhận
được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS Lê Tự Hải và các thầy cơ trong
Khoa Hóa – trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Tự Hải là người đã trực tiếp giao
đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong khoa và các
thầy cô giáo phụ trách phịng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em
hồn thành khóa luận này.
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013.
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Thảo Ly


4
DANH MỤC VIẾT TẮT

AAS (Atomic Absorption Spectrometry): Phổ hấp phụ nguyên tử.
IR (InfraRed Spectrum): Phổ hồng ngoại .
SEM (Scanning Electron Microscope): Kính hiển vi điện tử quét.


5

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

.............................................................................................................................. 8

1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................... 8
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................................... 8

3. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................................... 8
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................... 9
4.1. Đối tượng nghiên cứu: Vỏ chuối ................................................................................. 9
4.2. Phạm vi nghiên cứu:...................................................................................................... 9
5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................................. 9
5.1. Nghiên cứu lí thuyết ...................................................................................................... 9
5.2. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................................. 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................. 10
1.1. Giới thiệu về cây chuối ................................................................................................ 10
1.1.1. Nguồn gốc và cấu tạo .............................................................................................. 10
1.1.2. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối của Thế giới và Việt Nam ............... 11
1.1.3. Thành phần cấu tạo của vỏ chuối ........................................................................ 12
1.1.4. Ứng dụng của vỏ chuối ............................................................................................ 15
1.2. Acid citric và cellulose................................................................................................. 15
1.2.1. Acid citric .................................................................................................................. 15
1.2.2. Cellulose ...................................................................................................................... 17
1.3. Phản ứng este hóa ........................................................................................................ 19
1.3.1. Khái niệm chung ...................................................................................................... 19
1.3.2. Cơ chế phản ứng este hóa ...................................................................................... 19
1.4. Giới thiệu sơ lược về một số kim loại nặng ............................................................ 20
1.4.1. Khái quát chung ........................................................................................................ 20
1.4.2. Giới thiệu sơ lược về kim loại nặng: đồng, chì ................................................... 20


6
1.5. Hấp phụ ion kim loại nặng trong nước ................................................................... 23
1.5.1. Các khái niệm ............................................................................................................ 23
1.5.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ....................................................... 25
1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ................................................... 29
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................... 31

2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .................................................................................... 31
2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ................................................................................................... 31
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu .............................................................................. 31
2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 31
2.2.1. Thu gom và xử lý mẫu vỏ chuối ............................................................................ 31
2.2.2. Biến tính vỏ chuối bằng acid citric ....................................................................... 33
2.2.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ......................................... 34
2.2.4. Khảo sát một số tính chất vật lý của vỏ chuối biến tính và chưa biến tính [2] ... 37
2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ion kim loại nặng
(Cu (II), Pb(II)) của vỏ chuối bi ến tính .......................................................................... 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 41
3.1. Độ ẩm và hàm lượng tro của vỏ chuối .................................................................... 41
3.1.1. Xác định độ ẩm của vỏ chuối ................................................................................. 41
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính vỏ chuối .................... 42
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid ................................................................................. 42
3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng ............................................................................... 43
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính ....................................................................... 44
3.3. Xác định các đặc tính hóa lý của vỏ chuối chưa biến tính và biến tính ........... 46
3.3.1. Phổ hồng ngoại của vỏ chuối chưa biến tính và vỏ chuối biến tính .............. 46
3.3.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của vỏ chuối chưa và biến tính.......... 49
3.3.3. Diện tích bề mặt riêng của vỏ chuối chưa và biến tính .................................... 50


7
3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cu2+, Pb2+ của vỏ
chuối biến tính ...................................................................................................................... 52
3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ......................................................... 52
3.4. 2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khả năng hấp phụ ................................ 53
3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ chuối bi ến tính đến khả năng hấp phụ ..................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 58

1. Kết luận ............................................................................................................................ 58
2. Kiến nghị ........................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 59


8

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, phát triển kinh tế, phát triển xã hội phải gắn liền với việc bảo vệ
mơi trường, bởi vì mơi trường là nền tảng của sự phát triển.
Nền kinh tế Việt Nam trong những năm qua đã có nhiều thay đổi đáng kể và
đang có xu hướng phát triển. Tuy nhiên, mặt trái của sự phát triển là tình trạng ơ
nhiễm, suy thối mơi trường đang tồn đọng q lớn và có xu hướng ngày càng gia
tăng. Vì vậy làm thế nào để vừa phát triển kinh tế - xã hội vừa bảo vệ môi trường là
một trong những vấn đề được các nhà quản lý và toàn thể người dân quan tâm.
Chuối là loại trái cây nhiệt đới được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia và vùng
miền trên thế giới, đồng thời cũng chiếm một tỷ trọng đáng kể trong thương mại rau
quả của toàn cầu. Nghiên cứu cho thấy chuối có khả năng hấp phụ ion kim loại
nặng trong nước như Cu, Pb, Ni, Hg, Cd, As... Nếu các kim loại này tồn tại với một
lượng lớn vượt quá tiêu chuẩn cho phép sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe
con người.
Với mục tiêu tìm một phụ phẩm nơng nghiệp có khả năng hấp phụ ion kim
loại trong nước, trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi chọn sản phẩm là vỏ chuối
với nội dung “ Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ ion Cu2+, Pb 2+ trong
nước ”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Phương pháp biến tính vỏ chuối nhằm tạo ra vật liệu hấp phụ mới có khả
năng hấp phụ cao đối với các ion kim loại trong nước, tạo ra hướng phát triển mới
trong việc xử lý ion kim loại bằng vỏ chuối.

3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vỏ chuối đối với ion Cu2+, Pb2+ trong
nước.
- Biến tính vỏ chuối tạo ra vật liệu hấp phụ ion Cu2+, Pb2+ trong nước.
- Ứng dụng làm vật liệu hấp phụ.


9
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.1. Đối tượng nghiên cứu: Vỏ chuối
4.2. Phạm vi nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp hóa học để biến tính vỏ chuối. Khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình biến tính và q trình hấp phụ của vỏ chuối biến tính, từ đó so
sánh khả năng hấp phụ với vỏ chuối chưa biến tính.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Nghiên cứu lí thuyết
Tổng quan tài liệu về:
- Tìm hiểu thực tế về vỏ chuối
- Các phương pháp xác định nồng độ.
- Quá trình hấp phụ ion kim loại nặng trong nước.
5.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp vật lý
- Thu gom và xử lý mẫu vỏ chuối
- Xác định độ ẩm tồn phần
- Tro hóa
- Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR).
- Chụp ảnh SEM, đo diện tích bề mặt (BET)
Phương pháp hóa học
- Phản ứng este hóa: biến tính chuối bằng acid citric
- Phương pháp AAS xác định nồng độ ion kim loại trong nước



10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về cây chuối
1.1.1. Nguồn gốc và cấu tạo [9]
Chuối (danh pháp khoa học: Musa paradisiaca. L). Họ Chuối (danh pháp
khoa học: Musaceae) là một họ thực vật một lá mầm thuộc bộ gừng (Zingiberales).
1.1.1.1. Về mặt thực vật học
Cây chuối là loài thân thảo lớn nhất . Cây thường mọc lên thẳng và hơi vững,
lá chuối ra theo hình xoắn, mọc xen và có thể kéo dài 2,7 – 3,5 m và rộng 40 60 cm. Hoa chuối lưỡng tính, có phác hoa dạng gié tạo thành buồng chuối ở tận
ngọn. Có rất nhiều hoa trong một buồng, có thể lên tới 19 ngàn hoa. Hoa s ắp thành
hai hàng tạo thành nải chuối.
Quả chuối ra thành nải treo, mỗi tầng (gọi là nải) trung bình khoảng 14 – 16
quả, và mỗi buồng có khoảng 5 – 20 nải. Các nải nhìn chung gọi là một buồng, nặng
30 – 50 kg. Một quả trung bình nặng 125 g, trong số đó vào khoảng 75% là nước và
25% là chất khơ. Mỗi quả riêng có vỏ dai chung quanh thịt mềm ăn được. Vỏ và thịt
đều ăn được ở dạng tươi hay đã qua chế biến. Quả chuối thường có nhiều sợi (gọi là
bó libe) nằm giữa vỏ và thịt. Chuối chứa nhiều vitamin B6, vitamin C và kali.
1.1.1.2. Nguồn gốc của loài thực vật
Loài chuối được thuần hóa ở Đơng Nam Á. Nhiều lồi chuối dại vẫn còn
mọc lên ở New Guinea, Malaysia, Indonesia, và Philippines. Gần đây, di tích về
khảo cổ học và môi trường tại đầm lầy Kuk ở tỉnh Cao nguyên Tây, Papua New
Guinea gợi ý rằng chuối được trồng ở đấy bắt đầu trễ nhất năm 5000 TCN, nhưng
có thể từ 8000 TCN. Khám phá này có nghĩa rằng cao nguyên New Guinea là nơi
mà chuối được thuần hóa đầu tiên.
Ngày nay, chuối được trồng chủ yếu ở các nước nhiệt đới, nhiều nhất là ở
châu Á và Trung Mỹ, trong đó đáng kể là Philippines, Malaysia, Trung Quốc (Hải
Nam), Việt Nam, Panama, Hawaii, Úc....



11
1.1.1.3. Về đặc điểm sinh thái
Chuối là cây ưa khí hậu nóng, độ ẩm khoảng (70 – 80%) và lượng mưa bình
thường (130–150 mm mỗi tháng) là đáp ứng yêu cầu nước của cây, những vùng có
mùa khơ thì cần phải tưới nước cho cây bởi người ta ước tính giống chuối tiêu trồng
2500 cây/ha thì mỗi tháng tiêu thụ khoảng 2000 m 3 nước, nhiệt độ thích hợp khoảng
25 đến 30 0C. Ở nhiệt độ quá thấp (5 – 60 C) chuối bị vàng hoặc chết. Đất trồng chuối
phải mềm kết cấu thuần nhất, khơng có tầng cứng sỏi đá gần mặt đất, đất phải nhiều
mùn, xốp, giữ nước và cũng cần thoát nước vào mùa mưa. Độ pH thích hợp từ 4,8
đến 8. Nói chung, cây chuối khơng ké n đất, ở nước ta vùng nào trồng chuối cũng
được.
1.1.2. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối của Thế giới và Việt Nam
1.1.2.1. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối trên thế giới
Cây chuối thích hợp với khí hậu nhiệt đới, chuối được trồng chủ yếu ở những
nước đang phát triển. Khoảng 98% sản lượng chuối của thế giới được trồng ở
những nước đang phát triển và được xuất khẩu tới các nước phát triển. Vào năm
2004, tổng cộng có 130 nước xuất khẩu chuối. Trong đó thì Ấn Độ, Ecuado, Braxin
và Trung Quốc chiếm một nửa của toàn thế giới. Điều này càng ngày càng tăng lên
cho thấy sự tập trung hóa về phân phối chuối trên toàn thế giới.
Bảng 1.1. Sản lượng chuối một số quốc gia trên thế giới, năm 2009
Các nước

Sản lượng chuối
(triệu tấn)

Phần trăm

Ấn độ


18,239

23,0%

Braxin

7,137

9,0%

Ecuador

7,137

9,0%

Trung Quốc

6,344

8,0%

Philippin

6,344

8,0%

Indonesia


4,758

6,0%

Bờ Biển Ngà

2,379

3,0%

Các nước khác

26,962

34%


12
1.1.2.2. Tình hình sản xuất và xuất khẩu chuối ở Việt Nam [11]
Ở nước ta, chuối là loại trái cây có diện tích và sản lượng cao. Với diện tích
chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng
khoảng 1,4 triệu tấn. Do đặc điểm là loại cây ngắn ngày, nhiều công dụng và ít tốn
diện tích nên chuối được trồng ở rất nhiều nơi trong các vườn cây ăn trái và hộ gia
đình. Nước ta sản xuất hàng năm từ năm 2000 – 2005 khoảng 1,2 triệu tấn các loại
chuối, tương đương với Thái Lan 1.3 triệu tấn, nhưng sau xa Ấn Độ 11 triệu tấn ,
Brasil 6.4 triệu , Ecuador 5 triệu, Trung Quốc 4.8 triệu, Philippin 3.5 triệu, Costa
Rica 2.1 triệu, Mexico 1. 8 triệu …
Bảng 1.2. Theo số liệu thống kê rau, quả Việt Nam từ năm 2001 đến năm 2005
Năm

2001
2002
2003
2004
2005
Diện tích (ha)

101.300

96.000

99.340

102.091

103.400

1.080.400

1.097.700

1.281.805

1.353.811

1.354.000

Sản lượng
chuối (tấn)


Xuất khẩu chuối bắt đầu phát triển vào năm 1968, nhưng vẫn chiếm tỉ trọng
nhỏ trong sản xuất chuối hàng năm, chuối được xuất sang thị trường Liên Xô cũ,
các nước Đông Âu, tuy nhiên thị trường này không ổn định. Năm 1982 xuất khẩu
chuối lớn nhất đạt 20.000 tấn. Ngày nay, xuất khẩu chuối chủ yếu qua thị trường
Trung Quốc, Mỹ, EU, Trung Đông, Nhật và một số nước khác.
1.1.3. Thành phần cấu tạo của vỏ chuối [12]
Vỏ chuối là một chất xơ được tìm thấy giữa lớp vỏ quả ngoài cứng hơn và
lớp vỏ quả trong mềm. Các màu sắc tự nhiên của vỏ chuối thay đổi từ màu xanh đến
màu vàng cuối cùng là màu nâu tối, tùy thuộc vào sự đa dạng và sự trưởng thành
của các quả. Các sợi vỏ chuối đàn hồi, mềm dẻo và kháng khuẩn tốt...


13
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của vỏ chuối theo trọng lượng khô/100gam
Thành phần

Đơn vị khối lượng/100g

Phần trăm %(kl/kl)

Độ ẩm (Moisture)

1.71 (g)

1,17%

Protein

0.9 (g)


0,9%

Tro (ash)

12.90 (g)

12,9%

Carbohydrate

37,07 (g)

37,07%

Ion Iron

0.01 (g)

0,01%

Phosphorus

0.14566 (g)

0,14566%

Ion Calcium

0.16654 (g)


0,16654%

Tổng carotenes (Total carotenes)

0.00312 (g)

0,00312%

Beta – carotene

0.00186 (g)

0,00186%

Vitamin C

0.00179 (g)

0,00179%

Tannin

1.114 (g)

1,114%

Oxalate

0.000089 (g)


0,000089%

Acid phytic

0.06931 (g)

0,06931%

Xơ khơng hịa tan (Insoluble fibre)

41,8 (g)

41,8%

Xơ hòa tan (soluble dietary fibre)

4,13 (g)

4,13%

Bảng 1.4. Thành phần carbohydrate trong vỏ chuối khô
Thành phần Carbohydrate

Hàm lượng
mmol.L-1

Glucose

2,4


Fructose

6,2

Sucrose

2,6

Starch

1,2

Cellulose

8,4

Phần trăm (%)

Lignin

6 – 12 (%)

Pectin

10 – 21 (%)

Hemicellulose

6,4 – 9,4 (%)



14
Các sợi xơ chuối khơng hịa tan chiếm khoảng 41,8 % tồn bộ trọng lượng
khơ của vỏ chuối. Thành phần của sợi xơ chuối bao gồm cellulose, hemicellulose,
các polyphenolic, lignin và một số thành phần khác. Cellulose chiếm phần lớn trọng
lượng trong vỏ chuối đó l à polisaccarit do c ác mắc xích glucose [C6H7 O2(OH)3] nối
với nhau bằng liên kết 1,4 – glycozit. Phân tử khối của xenlulose rất lớn từ 10000
đến 150.000 đvC.
Lignin là một loại polime được tạo bởi các mắc xích phenylpropan. Lignin
giữ vai trị là chất kết nối giữa cellulose và hemicellulose (cũng là một polisaccarit
như cellulose nhưng số mắc xích nhỏ hơn, các mắc xích mang thêm nhóm thế
axetyl và metyl), quyết định về độ cứng của vỏ chuối cũng một phần cho màu sắc tự
nhiên của vỏ chuối.

Hình 1.1. Lớp cắt ngang của vỏ chuối
a: lớp ngoài; b: lớp bên trong; e: lớp biểu bì tế bào; st: lổ thốt
Mặt cắt ngang của vỏ chuối gồm các sợi chồng chéo lên nhau và được đóng
gói chặt chẽ với nhau để giữ các tế bào lại với nhau để tạo nên cấu trúc tổ ong lục
giác. Các lớp bên trong là xốp và mềm so với các lớp bên ngồi. Các sợi có đường
kính trong khoảng 3 đến 5μm, độ dày của sợi khoảng 3 mm, chiều dài sợi khoảng
77 mm, chiều cao giữa các sợi khoảng 12 mm, độ dày giữa các lớp là 0.05 – 0.6
mm. tạo nên một vật liệu đàn hồi hoàn hảo với áp lực khoảng 140 Gpa.


15
1.1.4. Ứng dụng của vỏ chuối
Vỏ chuối dùng trong việc xử lý chất thải, đặc biệt là xử lý kim loại nặng có
trong nguồn nước uống, nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp.
Vỏ chuối được dùng trong lĩnh vực y học, có tác dụng chữa bệnh cao như
bệnh táo bón, bệnh dạ dày, kháng khuẩn, kháng nấm....

Than vỏ chuối được dùng trong lĩnh vực chất đốt, ngoài ra vỏ chuối còn làm
sạch các vết bẩn trên vật dụng, răng và một số ứng dụng quan trọng khác.
1.2. Acid citric và cellulose
1.2.1. Acid citric [19]
1.2.1.1. Cấu tạo phân tử
Tên quốc tế là acid 2-hydroxypropan-1,2,3-tricacboxylic, cịn có tên khác là
acid 3-hydroxypentanedioic acid 3-cacboxylic hay Citrat hidro hay E330.
Công thức phân tử: C6H8O7, thường tồn tại dạng ngậm 1 phân tử nước
C6 H8O7.H2O
Công thức cấu tạo:

1.2.1.2. Tính chất vật lý
Ở nhiệt độ phòng, acid citric là chất bột kết tinh màu trắng. Tỷ trọng 1,665
g/cm³, nóng chảy ở nhiệt độ 153 °C, sơi ở 175 °C. Tan tốt trong nước, trong 100ml
có thể hịa tan 133g acid citric ở 20 0C. Nó có thể tồn tại dưới dạng khan (không
chứa nước) hay dưới dạng ngậm một phân tử nước (monohydrat). Dạng khan kết
tinh từ nước nóng, trong khi dạng monohydrat hình thành khi acid citric kết tinh từ
nước lạnh. Dạng monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung nóng tới
trên 74 °C. Acid citric cũng hòa tan trong etanol khan tuyệt đối (76 phần acid citric
trên mỗi 100 phần etanol) ở 15 °C.


16
1.2.1.3. Tính chất hóa học
Acid citric là một acid hữu cơ yếu. Acid citric có tất cả các tính chất của các
acid cacboxylic khác: làm q tím hóa đỏ; phản ứng với kim loại, với oxit kim loại,
với bazơ, với muối và phản ứng este hóa .....
Tính acid của acid citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl -COOH, mỗi
nhóm carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat. Các muối citrat
dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch acid.

Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất
là muối canxi citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó
ion citrat có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo
quản và làm mềm nước.
Khi bị nung nóng trên 175 °C, nó bị phân hủy để giải phóng điơxít cacbon và
nước. Acid citric là một trong chuỗi các hợp chất tham gia vào oxi hóa sinh lý các
chất béo, protein và cacbohydrat thành điơxít cacbon và nước. Chuỗi các phản ứng
hóa học này là trung tâm của gần như mọi phản ứng trao đổi chất và là nguồ n của
hai phần ba năng lượng có nguồn gốc từ thực phẩm trong các sinh vật bậc cao.
1.2.1.4. Trạng thái tự nhiên
Acid citric tồn tại trong một loạt các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả của
chi Citrus (cam, chanh tây, bưởi, chanh ta, quít, bưởi .. .). Các lồi chanh có hàm
lượng cao acid citric; có thể tới 8% khối lượng khô trong quả.
1.2.1.5 . Điều chế
Trong kỹ thuật sản xuất này, công nghệ sản xuất acid citric là từ các mẻ cấy
nấm Aspergillus niger, chúng

được nuôi trong môi trường chứa sucrose hay

glucose để sinh ra acid citric. Nguồn đường là nước ngâm ngô cô đặc, nước rỉ
đường, tinh bột ngô thủy phân hay các dung dịch đường rẻ tiền khác. Sau khi nấm
được lọc ra khỏi dung dịch được tạo thành, acid citric được cô lập bằng kết tủa nó
với vơi tơi (hydroxit canxi) để tạo ra muối citrat canxi, từ đó acid citric được sinh ra
bằng xử lý muối này với acid sulfuric.
Ngoài ra acid citric còn được tách từ sản phẩm lên men của nước lèo bằng
cách dùng một dung dịch hydrocacbon của một bazơ hữu cơ Trilaurylamin để chiết.


17
Sau đó tách dung dịch hữu cơ bằng nước.

1.2.1.6. Ứng dụng
Năm 2007, tổng sản lượng sản xuất acid citric trên khắp thế giới là khoảng
1.700.000 tấn. Trên 50% sản lượng này được sản xuất tại Trung Quốc. Trên 50%
được sử dụng như là chất tạo độ chua trong các loại đồ uống và khoảng 20% trong
các ứng dụng thực phẩm khác, 20% cho các ứng dụng chất tẩy rửa và 10% cho các
ứng dụng phi thực phẩm khác như hóa mỹ phẩm và cơng nghiệp hóa chất. Đặc biệt,
acid citric sử dụng phổ biến để biến tính các vật liệu lignocellulose bằng phản ứng
este hóa nhằm nâng cao hiệu suất hấp phụ các ion kim loại nặng trong nước.
1.2.2. Cellulose
1.2.2.1 Cấu trúc phân tử
Cellulose là một polisaccarit, có phân tử lượng: 1.000.000 đến 2.400.000. Có
cơng thức chung là (C6 H10O5)n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000 – 14000.
Mỗi phân tử cellulose gồm những đường đa được cấu tạo từ các liên kết glucose.
Các phân tử glucose nối với nhau ở vị trí ß-1,4 bằng cầu nối oxi. Mỗi phân tử
cellulose có thể cấu tạo từ 200 -1000 phân tử glucose.
Cellulose có dạng hình sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành
chùm nhờ các liên kết hidro giữa các nhóm –OH. Mạch cellulose xếp đối song song
tạo thành các sợi có đường kính 3,5nm. Mỗi phân tử cellulose chứa khoảng 8000
gốc monosaccarit
Cellulose có tính chất của 1 tinh thể crystal và có tính khúc xạ kép vì do cấu tạo mà
phân tử có tính định hướng không gian 3 chiều sắp xếp song song với nhau.

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử cellulose


18
1.2.2.2. Tính chất vật lý
Cellulose không tan trong nước và các dung môi hữu cơ nhưng tan trong
dung dịch nước Svayde ( Cu(OH)2 trong NH3), acid vô cơ mạnh như HCl, HNO3 ...
và một số dung dịch muối như ZnCl2, PbCl2. Cellulose ngun chất khó nhuộm

màu, trong phịng thí nghiệm thường nhuộm đỏ cellulose bằng Carmin alune hay đỏ
Congo. Cellulose có phản ứng màu đặc sắc: ngâm mẫu vào dung dịch acid mạnh
H3 PO4/ H2SO4/ ZnCl2, cellulose bị thủy giải thành hydro – cellulose, chất này gặp
Iodine sẽ có màu xanh.

Hình 1.3. Phản ứng màu của cellulose với Iod
1.2.2.3. Tính chất hóa học
Tác dụng với dung dịch acid vô cơ và hữu cơ ( phản ứng este hóa).
Ví dụ như đun nóng cellulose trong hỗn hợp acid nitric đặc và acid sulfuric
đặc thu được cellulose nitrate
H 2 SO4 ,t
[C6 H7O2(OH)3 ]n+3nHNO3 
 [C6H7O2(ONO2 )3]n + 3nH2 O
o

Do cellulose được cấu tạo bởi các mắc xích (ß) - (D)-Glucose liên kết với
nhau bằng liên kết 1,4 – Glucoside, do vậy liên kết này thường khơng bền. Đun
nóng cellulose trong dung dịch acid vơ cơ đặc nó bị thủy phân tạo ra các glucose
 o

H ,t
[C6 H10 O5]n +nH2O 
 nC6H12O6


19
1.2.2.4. Trạng thái tự nhiên
Cellulose là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, tạo nên bộ
khung của cây. Cellulose là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên chiếm
khoảng 50% cacbon hữu cơ của khí quyển.

Cellulose chiếm khoảng 50% trong gỗ, các sợi bơng vải có thể chứa cellulose
ngun chất 100%. Trung bình cellulose chiếm từ 40-50% vách tế bào. Ngồi ra
cellulose cịn có trong vi khuẩn và vài động vật bậc thấp.
1.2.2.5 . Ứng dụng
Cellulose có ý nghĩa kinh tế rất lớn vì tất cả hàng dệt có nguồn gốc thực vật
và giấy đều trích từ cellulose có vách tế bào thực vật. Những nguyên liệu chứa
cellulose như bông đay gai gỗ thường được dùng trực tiếp (kéo sợi dệt vải, xây
dựng, làm đồ gỗ) hoặc chế biến thành giấy.
Cellulose là nguyên liệu sản xuất tơ nhân tạo: tơ visco, tơ đồng amoniac, tơ
axetat, thuốc súng khơng khói và chế tạo phim ảnh. Ngày nay cellulose dùng chế
tạo các sản phẩm hữu cơ có giá trị.
1.3. Phản ứng este hóa
1.3.1. Khái niệm chung
Phản ứng este hóa là phản ứng giữa rượu đơn chức hoặc đa chức với axít hữu
cơ đơn chức hoặc đa chức. Phản ứng xẩy ra thuận nghịch và có xúc tác H2SO4 đặc,
to
H2 SO4 ,t
1. R(COOH)x + xR'OH 
 R(COOR')x + xH2O
o

H2 SO4 ,t
2. xRCOOH + R'(OH) x 
 R'(OOCR)x + xH2O
o

H2 SO4 ,t
3. yR(COOH)x + xR'(OH)y 
 Ry(COO)xyR'x + xyH2O
o


1.3.2. Cơ chế phản ứng este hóa
Phản ứng este hóa của một acid hữu cơ với ancol xảy ra theo cơ chế cộng
AN, nhưng khác với cơ chế AN của cacbonyl thuần túy ở chổ tác nhân cộng vào sinh
ra sản phẩm không bền, biến thành sản phẩm thế.


20
1.4. Giới thiệu sơ lược về một số kim loại nặng
1.4.1. Khái quát chung
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên tử lượng cao và
thường có độc tính đối với sự sống. Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô
nhiễm môi trường. Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên hoặc từ
hoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp),
nông nghiệp và hàng hải...
Có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có
một số hợp chất có thể hồ tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do
độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể
phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất. Sau đó qua
nhiều giai đoạn khác nhau đi vào chuỗi thức ăn của con người. Khi đã nhiễm vào cơ
thể, kim loại nặng có thể tích tụ lại trong các mơ. Đồng thời với q trình đó cơ thể
lại đào thải dần kim loại nặng. Nhưng các nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim
loại nặng thường nhanh hơn tốc độ đào thải rất nhiều.
1.4.2. Giới thiệu sơ lược về kim loại nặng: đồng, chì
1.4.2.1. Đồng (Cu)
Đồng (M = 63,54) là kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm IB, chu kì 4, ơ 29 trong
bảng tuần hồn. Cấu hình electron của nguyên tử đồng là [Ar]3d 104s1. Trong các
hợp chất, đồng có số oxi hóa +1 và +2. Đồng có hai đồng vị bền là Cu63 và Cu65
a. Tính chất
Đồng có màu đỏ, mềm, dẻo, dễ dát mỏng và kéo sợi. Đồng có độ dẫn điện

(5,959x107/Ω·m) và dẫn nhiệt rất cao (401W/mK). Độ dẫn điện của đồng giảm
nhanh nếu có lẫn tạp chất. Do vậy dây dẫn điện là đồng có độ tinh khiết tới 99,99%.
Khối lượng riêng của đồng là 8,98 g/cm³, điểm nóng chảy 1083 0C (1356 K), điểm
sơi 2567 0 C (2840 K).
0
Trong dãy điện hóa, đồng có thể điện cực chuẩn ECu
= +0,34V, đứng sau
2
/ Cu

cặp oxi hóa khử 2H+/H2. Đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu.


21
Khi đốt nóng, đồng khơng cháy trong khí oxi mà tạo thành màng CuO màu
đen bảo vệ không cho đồng tiếp tục bị oxi hóa. Nếu tiếp tục đốt nóng ở nhiệt độ cao
hơn (800 – 1000 0 C), một phần CuO ở lớp bên trong oxi hóa Cu thành Cu2O màu đỏ.
Trong khơng khí khơ, đồng khơng bị oxi hóa vì có màng oxit bảo vệ. Nhưng
trong khơng khí ẩm, với sự có mặt của CO2, đồng bị bao phủ bởi màng cacbonat
bazơ màu xanh CuCO3.Cu(OH)2.
Với acid HCl, H2 SO4 lỗng, đồng khơng tác dụng, nhưng với sự có mặt của
oxi trong khơng khí thì tại nơi tiếp xúc giữa đồng, dung dịch acid và khơng khí,
đồng bị oxi hóa thành muối đồng (II): 2Cu + 4HCl + O 2 → 2CuCl2 + 2H2O
Đồng bị oxi hóa dễ dàng trong H2SO4 đặc nóng và HNO3. Những kim loại
đứng sau đồng trong dãy điện hóa (Ag, Hg,… ) dễ bị đồng đẩy ra khỏi muối. [6]
b. Ứng dụng
Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt,
vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm:
- Dây điện, que hàn, tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa.
- Đúc tượng, cuộn từ của nam châm điện, động cơ điện, động cơ hơi nước,

rơle điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện.
- Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lị vi ba. Bộ dẫn
sóng cho các bức xạ vi ba.
- Là một thành phần trong tiền kim loại, gốm kim loại, thủy tinh m àu, các
loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau. Làm bề mặt tĩnh sinh học
trong các bệnh viện hay các bộ phận của tàu thủy để chống hà.
- Các hợp chất của đồng (dung dịch Fehling) được ứng dụng hóa học trong
phân tích .
c. Vai trò sinh học và độ độc
Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các loài động, thực vật bậc cao.
Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym và là kim loại trung tâm của chất
chuyên chở oxi hemocyanin. Máu của cua móng ngựa (cua vua) Limulus
polyphemus sử dụng đồng thay vì sắt để chuyên chở oxi. Đồng được vận chuyển


22
chủ yếu trong máu bởi protein trong huyết tương gọi là ceruloplasmin. Đồng được
hấp thụ trong ruột non và được vận chuyển tới gan bằng liên kết với albumin.
Tuy nhiên, hợp chất của đồng với hàm lượng lớn là những chất độc, có khả
năng gây chết người. Đồng trong nước với nồng độ lớn hơn 1 mg/lít có thể tạo vết
bẩn trên quần áo hay các đồ vật được giặt giũ trong nước đó. Nồng độ an tồn của
đồng trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, nhưng nằm
trong khoảng 1,5 - 2 mg/lít. [9]
1.4.2.2. Chì (Pb)
Chì (M = 207) là kim loại thuộc phân nhóm p, thuộc nhóm IVA , chu kì 6, ơ
82 trong bảng tuần hồn. Cấu hình electron của ngun tử chì là [Xe] 4f 14 5d10 6s2
6p2. Trong các hợp chất, đồng có số oxi hóa +2 và +4. Chì có 6 đồng vị là
205 Pb, 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb, 210 Pb

204 Pb,


. [6]

a. Tính chất
Chì là chất rắn có màu trắng ánh kim xám, mềm, dẻo, dễ dát mỏng và kéo
sợi. Chì có điện trở suất 208nΩm và độ dẫn nhiệt (35,3W/mK). Khối lượng riêng
của chì là 11,34 g/cm³, điểm nóng chảy 327,46 0C (600,61 0K), điểm sơi 1749 0 C
(2022 K).
Các dạng oxi hóa khác nhau của chì dễ dàng bị khử thành kim loại.
Chì kim loại chỉ bị oxi hóa ở bề ngồi trong khơng khí tạo thành một lớp chì
ơxít mỏng, chính lớp ơxít này lại là lớp bảo vệ chì khơng bị ơxi hóa tiếp. Chì kim
loại khơng phản ứng với các acid sulfuric hoặc clohydric. Nó hịa tan trong acid
nitric giải phóng khí nitơ ơxít và tạo thành dung dịch chứa Pb(NO3)2.
3Pb + 8H+ + 8NO3 - → 3Pb2+ + 6NO3- + 2NO + 4H2O
Chì (II) ơxít cũng hịa tan trong các dung dịch hydroxit kim loại kiềm để tạo
thành muối plumbit tương ứng.
PbO + 2OH− + H2O → Pb(OH)42Clo hóa các dung dịch muối trên sẽ tạo ra chì có trạng thái ôxi hóa +4.
Pb(OH)42- + Cl2 → PbO2 + 2Cl− + 2H2 O
Chì diơxit là một chất oxi hóa mạnh. Muối clo ở trạng thái ơxi hóa này khó
được tạo ra và dễ bị phân hủy thành chì(II) clorua và khí clo. Muối iodua và bromua


23
của chì(IV) khơng tồn tại. Chì dioxit hịa tan trong các dung dịch hydroxit kim loại
kiềm để tạo ra các muối plumbat tương ứng.
PbO2 + 2OH− + 2H2O → Pb(OH)6 2Chì cũng có trạng thái ơxi hóa trộn lẫn giữa +2 và +4, đó là chì đỏ (Pb3O4 ).
Chì dễ dàng tạo thành hợp kim đồng mol với kim loại natri, hợp kim này phản ứng
với các alkyl halua tạo thành các hợp chất cơ kim của chì như tetraethyl chì.
b. Ứng dụng:
Chì là thành phần chính tạo nên ắc quy, sử dụng cho xe.

Chì được sử dụng như chất nhuộm trắng trong sơn.
Chì sử dụng như thành phần màu trong tráng men đặc biệt là tạo màu đỏ và
vàng.
Chì dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân.
Chì thường được sử dụng trong nhựa PVC
c. Vai trị sinh học và độ độc
Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh. Đặc biệt là ở trẻ
em và có thể gây ra các chứng rối loạn não và máu. Ngộ độc chì chủ yếu từ đường
thức ăn hoặc nước uống có nhiễm chì, nhưng cũng có thể xảy ra sau khi vơ tình
nuốt phải các loại đất hoặc bụi nhiễm chì hoặc sơn gốc chì.
Tiếp xúc lâu ngày với chì hoặc các muối của nó hoặc các chất oxi hóa mạnh
(như PbO2) có thể gây bệ nh thận, và các cơn đau bất thường giống như đau bụng.
Đối với phụ nữ mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị xẩy thai. Tiếp
xúc lâu dài và liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ở nam giới. Thuốc giải
hoặc điều trị nhiễm độc chì là dimercaprol và succimer.
1.5. Hấp phụ ion kim loại nặng trong nước
1.5.1. Các khái niệm
1.5.1.1. Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng –
rắn, khí- lỏng, lỏng – lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử ở
pha khác, nằm tiếp xúc với nó.


24
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi bề mặt pha thể tích đến tập trung trên
bề mặt chất hấp phụ.
Thơng thường, q trình hấp phụ là q trình tỏa nhiệt.
Tùy theo bản chất lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người
ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực

Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này
yếu, dễ bị phá vỡ. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất
hấp phụ và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ. Trong thực tế
sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới
giữa chúng khơng rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại cả quá trình vật lý và quá trình
hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp, xảy ra q trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả
năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên. [4], [7]
1.5.1.2. Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải
hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các hóa chất bất lợi đối với quá trình hấp phụ.
Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể sử dụng lại nên nó
mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế. [1]
1.5.1.3. Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ
khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang
(hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ
trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang
càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì
quá trình hấp phụ đạt cân bằng. [4], [7]
1.5.1.4. Dung lượng hấp phụ cân bằng (q)
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị
khối lượng chất hấp phụ ở trang thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và
nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức:
q

(C0  C f ).V
m

(1.1)



25
1.5.1.5.Hiệu suất hấp phụ (H%)
Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch chất bị hấp phụ trên nồng
độ dung dịch ban đầu. Hiệu suất hấp phụ được tính theo cơng thức:
H (%) 

C0  C f
.100
C0

(1.2)

Trong đó:
C0 : Nồng độ của dung dịch trước khi hấp phụ (mg/l)
Cf : Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l)
Ccb: Nồng độ của dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng hấp phụ (mg/l)
q : Dung lương hấp phụ cân bằng (mg/g)
H : Hiệu suất hấp phụ (%)
V: Thể tích dung dịch đem hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
1.5.2. Các mô hình cơ bản của q trình hấp phụ
1.5.2.1. Mơ hình đợng học hấp phụ
Đối với hệ hấp phụ lỏng – rắn, quá trình động học hấp phụ xảy ra theo các
giai đoạn chính sau:
- Khuếch tán của các chất hấp phụ từ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ.
- Khuếch tán bên trong hạt hấp phụ.
- Giai đoạn hấp phụ thực sự: các phần tử bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm
hấp phụ.
Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết

định tồn bộ quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong mơi trường nước,
q trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trị quyết định.
Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:
v=

dx
dt

(1.3)

1.5.2.2. Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt
Có thể mơ tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường
đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời