NGHIÊN cứu xử lý CHẤT NHUỘM màu DIRECT BLACK 22 BẰNG vật LIỆU mgal LDH ZEOLIT (2)

TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 ADSORPTION OF DIRECT BLACK 22 FROM AQUEOUS SOLUTION USING Mg/Al LDH- ZEOLITE Nguyen The Duyen1, Van Huu Tap2*, Do Thuy Tien1, Hoang Trung Kien2, Nguyen Dinh Vinh2, Nguyen Van Quang1 1Hanoi Pedagogical University 2, 2TNU - University of Sciences ARTICLE INFO ABSTRACT In this study, composite materials between Mg/Al Layered Double Hydroxide and natural zeolite (Mg/Al LDH-zeolite) were synthesized by co-precipitation Revised: 27/8/2021 method to remove Direct Black 22 (DB22) in aqueous solution The characteristics of Mg/Al LDH-zeolite were evaluated by scanning electron Published: 27/8/2021 microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), Fourier transform infrared spectra (FTIR) and Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface KEYWORDS area The adsorption process of Mg/Al LDH-zeolite for DB22 was evaluated Absorption through batch experiments to examine various parameters, including solution pH, contact time and initial DB22 concentration The DB22 adsorption Direct Black 22 isotherm and kinetic data on Mg/AlLDH-zeolite were analyzed The results Layered Double show that DB22 could be removed well by using Mg/Al LDH-zeolite due to its Hydroxide large surface area (252.65 m²/g) and functional groups The DB22 adsorption Mg/Al LDH-zeolite capacities of Mg/Al LDH-zeolite reached 27.45 mg/g, at an initial DB22 Zeolite concentration of 150 mg/L, pH = 4, and contact time of 120 The adsorption isotherms of DB22 on Mg/Al LDH-zeolite were described well by Langmuir models with high R2 values (R2 > 0.95) The obtained data also well matched the pseudo-second-order models with R2 values ≥ 0.97 Physisorption through electrostatic attraction and pore filling as the main adsorption mechanism Received: 30/6/2021 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU DIRECT BLACK 22 BẰNG VẬT LIỆU Mg/Al LDH- ZEOLIT Nguyễn Thế Duyến1, Văn Hữu Tập2*, Đỗ Thủy Tiên1, Hồng Trung Kiên2, Nguyễn Đình Vinh2, Nguyễn Văn Quang1 1Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Ngun THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Ngày nhận bài: 30/6/2021 Trong nghiên cứu này, vật liệu tổ hợp hydroxit kép phân lớp Mg/Al zeolit tự nhiên (Mg/Al LDH-zeolit) tổng hợp phương pháp đồng kết tủa nhằm loại bỏ chất nhuộm màu Direct Black 22 (DB22) khỏi Ngày đăng: 27/8/2021 dung dịch nước Đặc điểm bề mặt vật liệu Mg/Al LDH-zeolit đánh giá kính hiển vi điện tử quét (SEM), phép đo phổ tán xạ lượng tia X (EDX), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) diện tích bề mặt riêng TỪ KHÓA Brunauer – Emmett – Teller (BET) Các thí nghiệm hàng loạt thực Direct Black 22 để đánh giá ảnh hưởng pH dung dịch, thời gian tiếp xúc nồng độ DB22 ban đầu đến khả hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Dữ liệu Hấp phụ đẳng nhiệt động học hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit phân Vật liệu tổ hợp tích Kết rằng, Mg/Al LDH-zeolit có khả hấp phụ DB22 nhờ Zeolit diện tích bề mặt riêng lớn (252,65 m²/g) nhóm chức bề mặt vật Hydroxit kép phân lớp liệu tổ hợp Dung lượng hấp phụ DB22 cực đại Mg/Al LDH-zeolit đạt 27,45 mg/g nồng độ DB22 ban đầu 150 mg/L, pH = thời gian tiếp xúc 120 phút Sự hấp phụ DB22 lên Mg/Al LDH-zeolit phù hợp với mơ hình động học bậc với R2 cao (R2 > 0,95) mơ hình đẳng nhiệt Langmuir với R2 > 0,97 Cơ chế hấp phụ DB22 lên Mg/Al LDH-zeolit chủ yếu hấp phụ bề mặt thông qua lực hút tĩnh điện lấp đầy lỗ rỗng Ngày hoàn thiện: 27/8/2021 DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4715 * Corresponding author Email: tapvh@tnus.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 259 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 Giới thiệu Trong ngành dệt may, việc cố định thuốc nhuộm vào vải đạt phần (50-68%), tạo nước thải có độ màu cao [1] Thuốc nhuộm tổng hợp phân loại thành nhiều nhóm khác thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm anthraquinon, thuốc nhuộm triarylmethine, thuốc nhuộm phtalocyanin, v.v [2] Trên thực tế cho thấy, chất màu sử dụng lĩnh vực dệt nhuộm thuốc nhuộm azo (khoảng 70%), đặc trưng diện liên kết đôi hai nguyên tử nitơ (-N = N-) [3] Thuốc nhuộm azo sản phẩm phụ phân hủy yếm khí chúng gây đột biến, gây ung thư độc hại môi trường Màu sắc cao ức chế q trình quang hợp vùng nước [1], [4] Bên cạnh đó, thuốc nhuộm azo cịn sử dụng rộng rãi chất phụ gia ngành công nghiệp khác nhựa, giày da ngành công nghiệp giấy [5] Direct Black 22 (DB22) thuốc nhuộm azo anion phổ biến sử dụng nhuộm sợi xenlulo bông, len, visco, tơ nhân tạo giấy Nồng độ DB22 cao nước thải hủy hoại môi trường khả gây ung thư độc tính, hàm lượng hữu màu sắc cao DB22 [5] Do đó, DB22 cần xử lý trước thải môi trường Hiện nay, có nhiều phương pháp để khử màu phân hủy thuốc nhuộm đông tụ, lọc, điện hóa, q trình oxy hóa fenton phương pháp quang xúc tác…[6] Bên cạnh đó, việc nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp hấp phụ vật liệu mới, chi phí thấp vấn đề quan tâm nghiên cứu Zeolit tự nhiên thuộc dịng khống chất aluminosilicat coi chất hấp phụ hiệu để cố định chất gây ô nhiễm nước đất chúng có dung tích trao đổi cation (CEC) cao, tồn phong phú tự nhiên [7] Đặc biệt, hydroxit kép phân lớp (LDHs) kết hợp với zeolit trở thành chất hấp phụ hấp dẫn cao để loại bỏ chất ô nhiễm, bao gồm chất ô nhiễm cation anion từ nước nước thải [8] Mặc dù có nhiều ưu điểm nghiên cứu sử dụng LDHs tổng hợp với zeolit (Mg/Al LDH-zeolit) làm chất hấp phụ thuốc nhuộm nói chung DB22 nói riêng chưa quan tâm nghiên cứu Trong nghiên cứu này, vật liệu Mg/Al LDH-zeolit tổng hợp phương pháp đồng kết tủa sử dụng làm chất hấp phụ DB22 nước thải Đánh giá khả hấp phụ DB22 vật liệu Mg/Al LDH-zeolit thông qua khảo sát yếu tố ảnh hưởng pH, thời gian hấp phụ nồng độ DB22 ban đầu Từ ước tính dung lượng hấp phụ DB22 cực đại Mg/Al LDH-zeolit Vật liệu phương pháp 2.1 Nguyên vật liệu Các hóa chất sử dụng bao gồm: Al(NO3)3.9H2O; Mg(NO3)2.6H2O (Merck), độ >99% DB22 (công thức phân tử C44H32N13Na3O11S3) cung cấp công ty Thiên Tân – Trung Quốc Cấu trúc hóa học DB22 trình bày hình Dung dịch DB22 pha nước siêu sạch, dung dịch gốc có nồng độ 150 mg/L tương đương nồng độ TOC: 41,5 mg/L Zeolit tự nhiên có kích thước hạt nhỏ mm mua từ Nito Funka Kogyo K.K (Nhật Bản) 2.2 Tổng hợp vật liệu Mg/Al LDH-zeolit Mg/Al LDH-zeolit tổng hợp phương pháp đồng kết tủa Trong cốc 400 mL, 100 mL dung dịch chứa 0,01 mol Al(NO3)3 0,02 mol Mg(NO3)2 trộn với lượng zeolit định tính theo tỷ lệ khối lượng LDH/zeolit 3:7 với thời gian phản ứng 4h nhiệt độ 80oC pH = 11 máy khuấy từ Sau đó, chất rắn thu được tách khỏi chất lỏng, rửa sạch, làm khô bảo quản túi nhựa [9] 2.3 Đặc điểm Mg/Al LDH-zeolit Thể tích lỗ rỗng diện tích bề mặt Mg/Al LDH-zeolit xác định phương pháp Brunauer – Emmett – Teller (BET) sử dụng thiết bị SA 3000 (Coulter, USA) Các nhóm chức bề http://jst.tnu.edu.vn 260 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 mặt vật liệu xác định cách sử dụng máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR-6300 hoạt động dải số sóng 4000–500 cm-1 Tính chất hóa lý vật liệu Mg/Al LDH-zeolit xác định máy quang phổ tán xạ lượng tia X (S-4800 - Hitachi, Nhật Bản) với kính hiển vi điện tử quét (SEM) Điểm đẳng điện (pHPZC) thu từ điểm giao đường cong ΔpH với pHi trục hồnh [10] Hình Cấu trúc hóa học Direct Black 22 Hình Ảnh SEM Mg/Al LDH-zeolit (a) phổ EDX zeolit (b), phổ EDX Mg/Al LDH-zeolit (c) 2.4 Thí nghiệm hấp phụ Để đánh giá khả hấp phụ DB22 vật liệu Mg/Al LDH-zeolit, hàng loạt thí nghiệm hấp phụ theo mẻ thực bình tam giác 50 mL nhiệt độ phòng (25 ± 2°C) Tiến hành khảo sát khả hấp phụ DB22 vật liệu Mg/Al LDH-zeolit điều kiện ảnh hưởng của: pH dung dịch chất nhuộm màu, thời gian hấp phụ nồng độ DB22 ban đầu điều kiện giá trị điều kiện điều chỉnh theo thang, giá trị khác cố định với hàm lượng chất hấp phụ 1,0 g/L; nồng độ DB22 ban đầu 150 mg/L tương đương nồng độ tổng cacbon hữu (TOC) 41,5 mg/L Các điều kiện khảo sát bao gồm: pH (3÷11), thời gian hấp phụ (10÷360 phút), nồng độ TOC ban đầu (6,25 ÷ 100 mg/L) Các thí nghiệm hấp phụ thực máy lắc với tốc độ 120 vòng/phút nhiệt độ phòng (25 ± 2°C) Sau hấp phụ, lắng, lọc xác định nồng độ DB22 thông qua giá trị nồng độ TOC dung dịch trước sau hấp phụ Giá trị nồng độ TOC xác định phương pháp oxi hoá điều kiện nhiệt độ cao 1200oC giàu oxy thiết bị Multi T/N (Model: Multi N/C 3100) phịng thí nghiệm Khoa Tài ngun Mơi trường – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Ngun Từ tính dung lượng hấp phụ TOC http://jst.tnu.edu.vn 261 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 theo phương trình (1) hiệu suất hấp phụ TOC theo phương trình (2) Mỗi thí nghiệm lặp lại lần, lấy kết trung bình để đánh giá Số liệu phân tích phần mềm Excel, đồ thị mơ hình hấp phụ thực phần mềm Origin 2019 Số liệu đồ thị trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (C −C )V (1) q = o me H= (Co −Ce ) Co × 100% (2) Trong đó: q: dung lượng hấp phụ vật liệu (mg/g); Co: nồng độ TOC ban đầu (mg/L); Ce: nồng độ TOC lại sau hấp phụ (mg/L); m: khối lượng chất hấp phụ (g); V: thể tích dung dịch DB22 (L) Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Đặc điểm bề mặt vật liệu Hình ảnh SEM vật liệu (hình 2a) hình thái bề mặt Mg/Al LDH-zeolit có cấu trúc khơng đồng nhất, dạng hạt có nhiều lỗ rỗng, xốp Kết đo diện tích bề mặt riêng vật liệu cho thấy tương đồng với quan sát hình ảnh SEM với diện tích bề mặt Mg/Al LDH-zeolit 252,65 m²/g, thể tích lỗ rỗng: 0,13 cm³/g kích thước hạt: 12,31 nm Với kết cho thấy, vật liệu Mg/Al LDH-zeolit có khả hấp phụ chất hữu tốt nhờ lỗ rỗng bề mặt Để đánh giá độ tinh khiết vật liệu, phổ EDX zeolit Mg/Al LDH-zeolit xác định thể hình 2b, 2c Kết hình 2b cho thấy, thành phần zeolit bao gồm phần tử C (18,18%), O (56,85%), Na (1,25%), Al (3,91%), Si (17,51%), Ca (0,86%), K (0,62%) Fe (0,83%) Kết EDX mẫu vật liệu Mg/Al LDH-zeolit (hình 2c) xác nhận với đóng góp phần tử xuất thành phần zeolit bao gồm C (10,87%), O (58,80%), Na (1,10%), Si (11,39%), Ca (0,7%), Fe (0,8%) xuất thêm phần tử Mg (10,09%) Phần tử Al (6,26%) xuất với % khối lượng tăng 1,6 lần Kết EDX chứng tỏ vật liệu Mg/Al LDH-zeolit chế tạo thành công phương pháp đồng kết tủa Hình Phổ FTIR Mg/Al LDH-zeolit trước sau hấp phụ DB22 http://jst.tnu.edu.vn 262 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 Xác định phổ hồng ngoại biến đổi (FTIR) hỗ trợ việc xác định định tính cấu trúc hóa học nhóm chức có bề mặt vật liệu nghiên cứu Từ kết phổ hồng ngoại (hình 3) cho thấy, Mg/Al LDH-zeolit xuất nhóm chức như: dao động nhóm O-H vị trí 3460 cm-1; dao động nhóm C=C vị trí 1646 cm-1; dao động vị trí 1369 cm-1; 1215 cm-1 1020 cm-1 xác định dao động nhóm C-O Sự xuất nhóm -CH vị trí 860 cm-1; 801 cm-1; 693 cm-1 628 cm-1 xuất Mg/Al LDH-zeolit Dao động vị trí 553 cm-1 xuất Mg/Al LDH-zeolit xác định kéo dài liên kết Al-O Mặt khác, Mg/Al LDH-zeolit xuất dao động mạnh vị trí 1020 cm-1, chứng minh cho chế độ uốn khung Si – Al Qua hình cho thấy, bề mặt Mg/Al LDH-zeolit sau hấp phụ DB22, dao động đặc trưng Mg/Al LDH-zeolit không thấy xuất thêm dao động khác Điều chứng tỏ q trình hấp phụ DB22 khơng tạo liên kết Điểm đẳng điện (pHPZC) giá trị đóng vai trị quan trọng q trình hấp phụ loại ion từ dung dịch lên bề mặt chất rắn Kết xác định pHPZC vật liệu Mg/Al LDH-zeolit cho thấy bề mặt vật liệu có tính kiềm yếu (pHpzc = 8,15) Khi giá trị pH dung dịch < pHPZC, bề mặt vật liệu compozit tích điện dương nên hấp phụ anion tốt Ngược lại, pH dung dịch > pHPZC, bề mặt vật liệu compozit tích điện âm, kết hấp phụ cation tốt [10] Giá trị pHPZC sở để giải thích rõ chế trình hấp phụ DB22 để xác định giá trị pH tối ưu cho trình hấp phụ DB22 nước vật liệu Mg/Al LDH-zeolit 3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit 3.2.1 Ảnh hưởng pH Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý DB22 Mg/Al LDH-zeolit Hình Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu xử lý DB22 Mg/Al LDH-zeolit Độ pH dung dịch yếu tố quan trọng nghiên cứu hấp phụ để loại bỏ chất hữu kim loại nặng mơi trường nước ảnh hưởng lớn đến dạng hấp phụ chiếm ưu điện tích bề mặt chất hấp phụ dung dịch Do đó, pH dung dịch DB22 khảo sát khoảng từ 3÷11 Kết hình cho thấy, tăng giá trị pH dung dịch dung lượng hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit có xu hướng giảm dần, dung lượng hấp phụ cao pH = với q = 17,92 mg/g tương ứng với hiệu suất xử lý TOC đạt 86,37% Điều giải thích sau: Mg/Al LDH-zeolit có giá trị pHPZC 8,15 cho thấy điện tích bề mặt vật liệu dương giá trị pH dung dịch thấp giá trị pHPZC (8,15) Hơn nữa, DB22 dung dịch tồn dạng anion Do đó, DB22 dung dịch lúc bị hút tĩnh điện bề mặt tích điện dương Mg/Al LDH-zeolit nên dung lượng hấp phụ cao pH 8, khả hấp phụ giảm mạnh gia tăng điện tích âm bề mặt vật liệu nên lực hút tĩnh điện bề mặt Mg/Al LDH-zeolit anion DB22 giảm, mơi trường kiềm khả hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit thấp Điều chứng tỏ rằng, chế hấp phụ DB22 lên Mg/Al LDH-zeolit chủ yếu hấp phụ bề mặt thông qua lực hút tĩnh điện bề mặt Mg/Al LDH-zeolit tích điện dương với thuốc nhuộm azo anion lấp đầy lỗ rỗng Kết tương tự kết nghiên cứu tác giả khác cụng b Tỏc gi Aye Dinỗer v cng s (2019) cho thấy giá trị pH = tối ưu hấp phụ chất nhuộm màu reactive black vỏ trứng [11] Giá trị pH = pH hấp phụ tối ưu nghiên cứu hấp phụ chất nhuộm màu reactive red 21 (RR21) than sinh học từ vỏ bưởi biến tính Fe3O4 [12] 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Từ kết hình kết luận rằng, thời gian hấp phụ có ảnh hưởng đáng kể đến khả hấp phụ DB22 lên bề mặt Mg/Al LDH-zeolit Trong khoảng thời gian từ 10÷120 phút đầu dung lượng hấp phụ DB22 vật liệu tăng tương đối nhanh (hiệu suất xử lý TOC tăng từ 24,6% đến 89,52%) dần ổn định khoảng thời gian 120÷300 phút Kết cho thấy t = 120 phút, dung lượng hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit 18,58 mg/g với hiệu suất xử lý TOC 89,52% Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt phân tử chất bị hấp phụ hấp phụ bề mặt chất hấp phụ di chuyển ngược lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc chất hấp phụ chất bị hấp phụ, thời gian ngắn chưa đủ đến trung tâm hoạt động bề mặt chất hấp phụ “lấp đầy” DB22 Ngược lại, thời gian dài lượng chất bị hấp phụ tích tụ bề mặt chất hấp phụ nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước lớn nên hiệu hấp phụ gần không tăng dần đạt đến trạng thái cân Kết cho thấy, thời gian hấp phụ tối ưu cho nghiên cứu 120 phút 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ DB22 ban đầu Kết hình cho thấy, nồng độ dung dịch ban đầu cao hiệu suất xử lý TOC DB22 giảm, ngược lại dung lượng hấp phụ DB22 lại tăng Kết phù hợp với phương trình (1) (2) Có thể giải thích sau: nồng độ DB22 ban đầu thấp trung tâm hoạt động bề mặt Mg/Al LDH-zeolit chưa lấp đầy DB22 nên hiệu suất hấp phụ vật liệu cao Do đó, tăng nồng độ DB22 hiệu suất hấp phụ vật liệu giảm Tuy nhiên, đến thời điểm đó, trung tâm che phủ DB22 bề mặt Mg/Al LDH-zeolit trở nên bão hòa Kết nghiên cứu phù hợp với kết nghiên cứu trước công bố Degermenci cộng (2019) giảm hiệu xử lý Reactive blue 19 than sinh học từ râu ngơ tăng nồng độ ban đầu [13] Hình Ảnh hưởng nồng độ DB22 ban đầu đến hiệu xử lý DB22 Mg/Al LDH-zeolit http://jst.tnu.edu.vn 264 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 3.3 Mơ hình động học hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Mơ hình động học bậc 1, bậc Elovich sử dụng để phân tích liệu thí nghiệm cho mơ hình động học thể qua phương trình (3), (4) (5) Từ mơ hình này, liệu chạy phần mềm Origin 2019 để có giá trị trình bày bảng ln (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 ) = 𝑙𝑛𝑞𝑒 − 𝑘1 𝑡 (3) 𝑡 1 = 𝑘 𝑞2 + 𝑞 𝑡 (4) 𝑞 𝑡 𝛽 𝑒 𝑒 𝑞𝑡 = ln(1 + 𝛼𝛽𝑡) (5) Trong đó, qt (mg/g) qe (mg/g) dung lượng hấp phụ tương ứng thời điểm t (phút) thời điểm cân trình hấp phụ Giá trị k1 (phút-1) and k2 (g.mg-1.phút-1) số tốc độ phương trình động học bậc bậc tương ứng;  (mg/g.phút) tốc độ hấp phụ ban đầu  (g/mg) số hấp phụ mơ hình Elovich Dựa vào kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit, mơ hình động học bậc 1, động học bậc mơ hình Elovich xác lập Kết thể hình Kết bảng cho thấy: Các hệ số tương quan R2 phương trình động học bậc bậc trình hấp phụ DB22 cao (R2 > 0,959) Khi so sánh giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân (qm) tính theo mơ hình theo thực nghiệm cho thấy giá trị qm theo mơ hình động học bậc bậc có giá trị gần với giá trị thực nghiệm Như q trình hấp phụ phù hợp với mơ hình động học bậc bậc so với mơ hình Elovich Điều chứng tỏ rằng, q trình hấp phụ DB22 lên Mg/Al LDH-zeolit phù hợp với mơ hình động học bậc 2: tốc độ hấp phụ vật liệu thời điểm t phụ thuộc vào bình phương dung lượng hấp phụ, nghĩa tốc độ hấp phụ giảm nhanh tiến tới cân 3.4 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Đường đẳng nhiệt hấp phụ mơ hình tốn học mơ tả phân bố hàm lượng DB22 nước, dựa giả định liên quan đến đồng nhất/ không đồng vật liệu hấp phụ Dựa vào khảo sát ảnh hưởng nồng độ DB22 đến hiệu xử lý Mg/Al LDH-zeolit, xây dựng mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich để tính tốn thơng số động học hấp phụ Kết thể hình bảng Bảng Các thông số mơ hình động học hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Mơ hình động học bậc qm,cal k1 R2 (mg/g) (phút -1) 18,77 0,02913 0,9911 Mơ hình động học bậc qm,cal k2 R2 (mg/g) (g/mg.phút) 20,95 0,0018 0,9649 α 1,9523 Mơ hình Elovich β R2 0,2529 0,8906 qe,exp (mg/g) 18,66 Bảng Các thơng số mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Mơ hình Langmuir Mơ hình Freundlich qe,exp(mg/g) qm(mg/g) KL(L/mg) R2 KF (mg/g) 1/n R2 25,24 27,45 0,0154 0,9743 1,6856 0,6151 0,9392 Sự phù hợp lý thuyết thực nghiệm mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit định dựa yếu tố: Hệ số tương quan R2 giá trị thực nghiệm mơ hình đề xuất; Hệ số n mơ hình đẳng nhiệt Freundlich: 0,1 < 1/n < thuận lợi cho trình hấp phụ [14]; Tham số Langmuir RL: < RL < dạng thuận lợi, với RL = 1/(1+KLCo) [15] Từ kết thu bảng 2, nhận thấy hệ số tương quan R2 cao cho hai mơ hình Langmuir Freundlich (R2 > 0,90); giá trị tham số cân RL hệ số 1/n nằm khoảng thuận lợi cho trình hấp phụ Như vậy, hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt http://jst.tnu.edu.vn 265 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 Langmuir Frendlich mơ hình thuận lợi mơ tả trình hấp phụ BD22 lên Mg/Al LDHzeolit, với giả định bề mặt hấp phụ xảy lớp đơn lớp bề mặt hấp phụ xảy đồng [15] Hình Mơ hình động học hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Hình Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit Quá trình hấp phụ BD22 lên Mg/Al LDH-zeolit tuân theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Frendich Khi so sánh với kết nghiên cứu tác giả khác cho thấy, sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý chất nhuộm màu azo cho hiệu xử lý cao Cụ thể, sử dụng lò phản ứng kỵ khí (UASB) để xử lý DB22 hiệu suất xử lý COD DB22 đạt 59 78% [16] Sử dụng chất xúc tác xỉ kẽm (Zn-S) cho q trình ozon hóa DB22 cho hiệu suất xử lý COD lớn đạt 76% [17] Bằng cách sử dụng lị phản hàng loạt theo trình tự kỵ khí hiếu khí - yếm khí để loại bỏ DB22 dung dịch, kết cho thấy hiệu xử lý COD thuốc nhuộm cao 76% [18] Kết luận Trong nghiên cứu này, từ zeolit tự nhiên hydroxit kép phân lớp Mg/Al chế tạo thành công vật liệu tổ hợp Mg/Al LDH-zeolit phương pháp đồng kết tủa Vật liệu Mg/Al LDHzeolit có khả hấp phụ DB22 với hiệu suất xử lý TOC lên tới 92% Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit tìm điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ pH = thời gian hấp phụ 120 phút Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mơ hình thuận lợi mơ tả q trình hấp phụ DB22 Mg/Al LDHzeolit, với hệ số tương quan R2 cao (R2 > 0,97) Quá trình hấp phụ DB22 Mg/Al LDHzeolit phù hợp với mơ hình động học bậc Cơ chế hấp phụ DB22 Mg/Al LDH-zeolit chủ yếu hấp phụ bề mặt thông qua lực hút tĩnh điện lấp đầy lỗ rỗng Sử dụng phương pháp hấp phụ cho hiệu suất xử lý TOC DB22 cao hẳn phương pháp khác phương pháp vi sinh, phương pháp ozon hóa Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ từ nguồn kinh phí khoa học công nghệ Bộ Giáo dục Đào tạo cho đề tài mã số B.2020-SP2-01 Chủ trì thực Trường Đại học Sư phạm Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] A B Dos Santos, F J Cervantes, and J B.van Lier, “Review paper on current chnologies for decolourisation of textile wastewaters: perspectives for anaerobic biotechnology,” Bioresour Technol., vol 98, pp 2369-2385, 2007 [2] F Gửkỗen and T A Özbelge, “Enhancement of biodegradability by continuous ozonation in acid red151 solutions and kinetic modeling,” Chem Eng J., vol 114, pp 99-104, 2005 http://jst.tnu.edu.vn 266 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 259 - 267 [3] A Ö Yildirim, Ş Gül, O Eren, and E Kuşvuran, “A comparative study of ozonation, homogeneous catalytic ozonation, and photocatalytic ozonation for C.I reactive red 194 azo dye degradation,” Clean - Soil, Air, Water., vol 39, pp 795-805, 2011 [4] F P Van der Zee and S Villaverde, “Combined anaerobic-aerobic treatment of azo dyes - a short review of bioreactor studie,” Water Res., vol 39, pp 1425-1440, 2005 [5] F Fahmi, C Z A Abidin, and N R Rahmat, “Multi-stage ozonation and biological treatment for removal of azo dye industrial effluen,” Int J Environ Sci Dev., vol 1, pp 193-198, 2013 [6] S P Ghuge and A K Saroha, “Catalytic ozonation of dye industry effluent using mesoporous bimetallic Ru-Cu/SBA-15 catalyst,” Process Saf Environ Prot., vol 118, pp 125-132, 2018 [7] S Bashir, M Shaaban, Q Hussain, S Mehmood, J Zhu, Q Fu, O Aziz, and H Hu, “Influence of organic and inorganic passivators on Cd and Pb stabilization and microbial biomass in a contaminated paddy soil,” Soils Sediments, vol 18, pp 2948-2959, 2018 [8] Y Yuan, X Zhang, Y Lei, Y Jiang, Z Xu, S Zhang, J Gao, and S Zhao, “Nitrogen removal by modified zeolites coated with Zn-layered double hydroxides (Zn-LDHs) prepared at different molar ratios,” J Taiwan Inst Chem Eng., vol 87, pp 73-82, 2018 [9] V M Dang, H T Van, D V Nguyen, T M H Duong, T B H Nguyen, T T Nguyen, T N H Tran, T K Hoang, T P Tran, L H Nguyen, and M N Chu, “Enhancement of exchangeable Cd and Pb immobilization in contaminated soil using Mg/Al LDH-zeolite as an effective adsorbent,” RSC Advances, vol 11, no 28, pp 17007-17019, 2021 [10] M Kosmulski, “The pH dependent surface charging and points of zero charge VII Update,” Adv Colloid Interface Sci., vol 251, pp 115-138, 2018 [11] A Dinỗer, M Sevildik, and T Aydemir, “Optimization, isotherm and kinetics studies of the adsorption of azo dyes on eggshell membrane,” Int J Chem Technol., vol 3, no 1, pp 52-60, 2019 [12] V H Nguyen, H T Van, V Q Nguyen, X V Dam, L P Hoang, and L T Ha, “Magnetic Fe3O4 Nanoparticle Biochar Derived from Pomelo Peel for Reactive Red 21 Adsorption from Aqueous Solution,” Journal of Chemistry, vol 2020, pp 1-12, 2020 [13] G D Degermenci, N De˘ germenci, V Ayvao ˘ glu, E Durmaz, ˘D Çakır, and E Akan, “Adsorption of reactive dyes on lignocellulosic waste; characterization, equilibrium, kinetic and thermodynamic studies,” J Cleaner Production, vol 225, pp 1220-1229, 2019 [14] Y S Ho and G McKay, “A Comparison of chemisorption kinetic models applied to pollutant removal on various sorbents,” Process Saf Environ Prot., vol 76, no 4, pp 332-340, 1998 [15] Y S Ho and C C Wang, “Pseudo-isotherms for the sorption of cadmium ion onto tree fern,” Process Biochem., vol 39, no 6, pp 761-765, 2004 [16] J R S Carvalho, F M Amaral, L Florencio, M T Kato, T P Delforno, and S Gavazza, “Microaerated UASB reactor treating textile wastewater: The core microbiome and removal of azo dye Direct Black 22,” Chemosphere, vol 242, 2020, Art no 125157 [17] N T Hien et al., “Heterogeneous catalyst ozonation of Direct Black 22 from aqueous solution in the presence of metal slags originating from industrial solid wastes,” Separation and Purification Technology, vol 233, 2020, Art no 115961 [18] M Osmar, B Rhayssa, H Fernando, F Lourdinha, T K Mario, and G Savia, “Coupling intermittent micro-aeration to anaerobic digestion improves tetra-azo dye Direct Black 22 treatment in sequencing batch reactors,” Chemical Engineering Research and Design, vol 146, pp 369-378, 2019 http://jst.tnu.edu.vn 267 Email: jst@tnu.edu.vn ... kết nghiên cứu tác giả khác cho thấy, sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý chất nhuộm màu azo cho hiệu xử lý cao Cụ thể, sử dụng lò phản ứng kỵ khí (UASB) để xử lý DB22 hiệu suất xử lý COD DB22... dụng LDHs tổng hợp với zeolit (Mg/Al LDH- zeolit) làm chất hấp phụ thuốc nhuộm nói chung DB22 nói riêng chưa quan tâm nghiên cứu Trong nghiên cứu này, vật liệu Mg/Al LDH- zeolit tổng hợp phương... trúc hóa học Direct Black 22 Hình Ảnh SEM Mg/Al LDH- zeolit (a) phổ EDX zeolit (b), phổ EDX Mg/Al LDH- zeolit (c) 2.4 Thí nghiệm hấp phụ Để đánh giá khả hấp phụ DB22 vật liệu Mg/Al LDH- zeolit, hàng