Nghiên cứu khả năng hấp phụ cr(iii) và cr(vi) trong môi trường nước bằng vật liệu lá thông ba lá tại đà lạt

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 45 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(III) và Cr(VI) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU LÁ THÔNG BA LÁ TẠI ĐÀ LẠT Huỳnh Phương Thảoa*,[.]

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(III) Cr(VI) TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU LÁ THÔNG BA LÁ TẠI ĐÀ LẠT Huỳnh Phương Thảoa*, Lê Thị Phương Thanha, Nguyễn Văn Hạa, Nguyễn Ngọc Tuấnb, Đỗ Tâm Nhânb a Khoa Hóa học, Trường Đại học Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam b Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam *Tác giả liên hệ: Email: thaohp@dlu.edu.vn Tóm tắt Trong cơng trình này, nghiên cứu hấp phụ Cr(III) Cr(VI) dung dịch nước vật liệu thông ba thu Đà Lạt Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ pH dung dịch, thời gian khuấy nồng độ đầu Cr(III) Cr(VI) nghiên cứu Kết cho thấy khả hấp phụ Cr(III) Cr(VI) đạt hiệu tốt pH=6 pH=3, thời gian đạt cân hấp phụ 180 phút Cr(III) Cr(VI) Động học hấp phụ tuân theo phương trình động học bậc hai dung lượng hấp phụ cực đại tính tốn từ mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Cr(III) 9.46 mg/g Cr(VI) 10.78 mg/g Từ khóa: kim loại nặng; thơng; vật liệu hấp phụ 45 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 STUDY ON ADSORPTION OF Cd2+ IONS FROM AQUEOUS SOLUTIONS ONTO PINUS KESIYA Huynh Phuong Thaoa*, Le Thi Phuong Thanha, Nguyen Van Haa, Nguyen Ngoc Tuanb, Đo Tam Nhanb a The Facculty of Chemistry, Dalat University , Lamdong, Vietnam b The Nuclear Research Institute, Lamdong, Vietnam Abstract This paper presents the results obtained from using pine leaves to remove Cr (III) and Cr (VI) from aqueous solutions The experimental studies showed the different optimum conditions including pH 6, 180 for Cr(III), pH 3, 180 for Cr(VI) Freundlich and Langmuir isotherm models were used to describe the adsorption behaviour of Cr (III) and Cr (VI) ions onto pine leaves The maximum adsorption capacities (q max) estimated from the Langmuir isotherm model were 9.46 mg/g for Cr(III) and 10.78 mg/g for Cr(VI) Adsorption mechanism was explored by Pseudo first-order and Pseudo second-order kinetic models, and it was found that the process followed second order kinetics The study concluded that P kesiya can be a good adsorbent for removing Cr (III) and Cr (VI) ions from aqueous solutions Keywords: adsorption materials; heavy metals; Pine leaf 46 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, với tốc độ công nghiệp hóa thị hóa nhanh, Việt Nam phải đổi mặt với nguy ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nhiễm kim loại nặng thải từ ngành công nghiệp, làng nghề, mốt đe dọa đến môi trường ảnh hưởng đến hệ sinh thái sức khỏe cộng đồng Hiện nhiều nhà máy, xí nghiệp khơng có có hệ thống xử lý không đạt chuẩn đưa nước thải không đạt tiêu chuẩn xả thải vào môi trường Mặt khác không đơn vị xả thải hay quan quản lý tính đến khả tiếp nhận nguồn nước Đặc biệt nước thải công nghiệp ngành khí, điện tử có hàm lượng kim loại nặng lớn, vượt tiêu chuẩn cho phép Các kim loại nặng thuỷ ngân (Hg), asen(As),chì (Pb), Crôm (Cr), gây độc cho thể người động thực vật dù hàm lượng vết Trong môi trường, crôm (Cr) thường tồn dạng Cr(III) Cr(VI) tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa khử nước mà crôm tồn dạng nhiều Trong crơm gây độc tồn dạng crơm hóa trị VI, cịn crơm hóa trị III lại dạng vi lượng cần thiết cho thể [1,2] Có nhiều phương pháp khác sử dụng để tách ion kim loại nặng khỏi mơi trường nước như: phương pháp hóa lý (hấp phụ, trao đổi ion,…), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học… Trong đó, phương pháp hấp phụ phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương pháp khác vật liệu làm chất hấp phụ tương đối phong phú, không đắt tiền, thân thiện với mơi trường khơng phải bổ sung hóa chất vào dịng thải nên không gây ảnh hưởng thứ cấp tới môi trường mà cịn thu hồi kim loại Trong năm gần đây, việc nghiên cứu loại bỏ kim loại nước vật liệu có nguồn gốc sinh học hướng nghiên cứu [3] Một số vật liệu giá thành thấp tiến hành nghiên cứu nhiều quốc gia nhằm xử lý kim loại nặng nước kết mang lại hiệu tốt Dựa hướng nghiên cứu địa thuân lợi Đà Lạt, chọn thông ba làm vật liệu hấp phụ để tiến hành cho việc nghiên cứu Mặt khác, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu thông ba để xử lý kim loại nặng nước thải Việt Nam cịn quan tâm Bài báo đưa kết nghiên cứu khả hấp phụ ion Cr(III) Cr(VI) nước vật liệu thông ba Đà Lạt PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thiết bị, hóa chất  Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6800 có đèn catơt rỗng Cr hấp thụ bước sóng Cr = 357,9nm  Cân phân tích có độ nhạy 10-5 hãng Satorius, máy khuấy từ gia nhiệt model IKA, máy đo pH Inolab 730  Axit nitric HNO3 (d=1,35g/ml) nồng độ 65%, NaOH, K2Cr2O7 tinh khiết 47 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 phân tích, dung dịch gốc Cr(NO3)3 1000ppm  2.2 Các ống nghiệm polyetylen (P.E) đựng mẫu Chuẩn bị vật liệu Lá thơng sử dụng q trình nghiên cứu thông ba Pinus kesiya Royle ex Gordon thu thập thành phố Đà Lạt thuộc tỉnh Lâm Đồng Lá thơng khơ rửa để loại bỏ hồn tồn bụi chất bẩn bám dính, tiến hành ngâm nước ngày Sau rửa lại nước cất đến nước rửa khơng có màu nâu đục, thao tác nhằm loại bỏ màu thơng gây ảnh hưởng đến q trình xử lý sau Mẫu thơng cắt nhỏ với kích thước khoảng cm, tiến hành sấy khô nhiệt độ 80oC khối lượng không đổi (24 giờ), sau mẫu nghiền nhỏ rây để có kích thước khoảng sau: 125 μm < d ≤ 212 μm, mẫu đựng lọ plastic, vặn chặt bảo quản nhiệt độ phịng, nơi khơ thống, 2.3 Phương pháp nghiên cứu Cân 0,5g vật liệu cho vào bình tam giác 100mL có chứa sẵn 50mL dung dịch ion kim loại có nồng độ ban đầu Co Tiến hành khuấy nhiệt độ phịng (250C) với tốc độ 150 vịng/phút, sau lọc dung dịch đem xác định nồng độ ion kim loại dung dịch sau hấp phụ máy phổ hấp thụ nguyên tử Hàm lượng ion kim loại bị hấp phụ (milligram) gram vật liệu xác định cách sử dụng phương trình sau đây: 𝑞= ( ) (1) Hiệu suất hấp phụ tình cơng thức: A% = ( - ) (2) × 100 Trong đó, q hàm lượng ion kim loại bị hấp phụ (mg/g) trạng thái cân bằng, Co Ce nồng độ ban đầu nồng độ cân (mg/L) tương ứng V thể tích dung dịch (L) m khối lượng (g) vật liệu hấp phụ sử dụng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng pH dung dịch Kết thể Hình cho thấy, hiệu suất hấp phụ Cr(III) Cr(VI) lớn điều kiện pH = pH=3 48 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 Hình Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ vật liệu thông Đối với Cr(III): Ở pH thấp, lượng H+ dung dịch lớn chúng cạnh tranh với ion kim loại vị trí hoạt động bề mặt vật liệu hấp phụ, kết làm giảm hấp phụ ion kim loại pH tăng, lượng H+ dung dịch giảm điều dẫn đến gia tăng số lượng vị trí có sẵn cho ion kim loại để hút bám làm tăng khả hấp phụ [3,4] Đối với Cr(VI): Ở pH thấp Cr(VI) tồn chủ yếu dạng HCrO 4- Cr2O72-, xảy lực hút tĩnh điện bề mặt thơng tích điện dương dạng ion Cr(VI) tích điện âm nên hấp phụ Cr(VI) xảy pH thấp thuận lợi Ở pH cao, dung lượng hấp phụ thông Cr(VI) giảm cạnh tranh dạng ion Cr(VI) tích điện âm với ion OH- dung dịch lực đẩy tĩnh điện bề mặt thơng tích điện âm với dạng ion Cr(VI) tích điện âm Kết phù hợp với số nghiên cứu hấp phụ Cr(III) Cr(VI) số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên [3,5] 3.2 Xác định thời gian đạt cân hấp phụ Kết thể Hình cho thấy sau khoảng 180 phút Cr(III) Cr(VI), đường biểu diễn phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào thời gian có xu hướng tăng chậm, gần không đổi sau giảm, điều chứng tỏ hấp phụ vật liệu ổn định đạt đến cân hấp phụ Do đó, thời gian tiếp xúc 180 phút lựa chọn để thực nghiên cứu 49 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 Hình Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào thời gian hấp phụ 3.3 Nghiên cứu động học trình hấp phụ Qua kết trên, chúng tơi xây dựng hai phương trình động học biểu kiến bậc bậc hai sau: (3) 𝑙𝑛(𝑞 − 𝑞 ) = 𝑙𝑛𝑞 − 𝑘 𝑡 = + (4) t Trong qe qt dung lượng hấp phụ thời điểm cân thời điểm t (mg/g), k1 số tốc độ biểu kiến bậc (phút-1), k2 số tốc độ biểu kiến bậc hai (g/mg/phút) Kết khảo sát động học hấp phụ Cr(III) Cr(VI) vật liệu thông thể Bảng Bảng Các tham số động học hấp phụ Cr(III) Cr(VI) thông Động học bậc qe,exp (mg/g) Động học bậc Chất bị hấp phụ R2 qe, cal (mg/g) k1 (phút-1) R2 qe, cal (mg/g) k2 (g/mg.phút) Cr(III) 0.9416 1.6402 0.0189 3.70 0.9967 3.9683 0.0160 Cr(VI) 0.8991 3.1038 0.0253 4.55 0.9986 4,8239 0.0147 Từ Bảng 1, nhận thấy hấp phụ Cr(III) Cr(VI) vật liệu thông khảo sát nhiệt độ phịng, giá trị R2 từ phương trình động học bậc hai lớn so với giá trị R2 từ phương trình động học bậc Giá trị q e (mg/g) tính tốn từ phương trình động học bậc hai gần với q e thực nghiệm so phương trình động học bậc [6,7] Như vậy, kết luận mơ hình hấp phụ biểu kiến bậc hai mơ tả tốt cho q trình hấp phụ Cr(III) Cr(VI) lên vật liệu thông [8] 50 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC THƯỜNG NIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT NĂM 2018 3.4 Nghiên cứu cân hấp phụ đẳng nhiệt Nghiên cứu cân hấp phụ đẳng nhiệt tiến hành với nồng độ đầu khác Cr(III) Cr(VI) Các yếu tố ảnh hưởng khác pH, thời gian khuấy, lượng chất hấp phụ 0,5 g giữ nguyên không đổi suốt q trình tiến hành thí nghiệm Mơ hình đường đẳng nhiệt Langmuir: = + (5) C Trong đó, qe (mg/g) lượng chất tan bị hấp phụ thời điểm cân thí nghiệm, qmax (mg/g) lượng chất tan bị hấp phụ cực đại ứng với trường hợp tất tâm bề mặt chất hấp phụ bị chiếm, K L số hấp phụ Langmuir (L/mg), Ce nồng độ chất bị hấp phụ pha lỏng thời điểm cân (mg/L) Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich (FR): quan hệ dung lượng hấp phụ cân nồng độ cân chất bị hấp phụ biểu diễn phương trình với dạng tuyến tính theo phương trình: (6) logq = logC + log K Trong đó, KF số Freundlich 1/n hệ số đặc trưng cho tính khơng đồng bề mặt chất hấp phụ KF 1/n tính tốn từ độ dốc giao điểm với trục tung đồ thị biểu diễn quan hệ theo lnC e Kết thực nghiệm nghiên cứu phụ thuộc dung lượng hấp phụ vật liệu hấp phụ vào hàm lượng ion kim loại Cr(III) Cr(VI) trình bày Bảng Bảng Các tham số đẳng nhiệt hấp phụ ion Cr (III) Cr (VI) vật liệu thông ba Giá trị tham số Ion kim loại Mơ hình Langmuir Mơ hình Freundlich qmax KL R KF n R2 Cr(III) 9.46 0.0474 0.9978 2.0235 3.4977 0.8886 Cr(VI) 10.78 0.1671 0.9916 3.5826 4.3440 0.8293 Sự hấp phụ Cr(III) Cr(VI) vật liệu hấp phụ từ thông miêu tả tốt theo mơ hình, điều thể hệ số hồi quy phương trình cao Tuy nhiên hệ số hồi quy phương trình Langmuir lớn so với hệ số hồi quy phương trình Frendlich, chứng tỏ hấp phụ Cr(III) Cr(VI) theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir phù hợp so với mơ hình Frendlich [9,10] Từ phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính, xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ thông qmax = 9.46 mg/g Cr(III) qmax = 10.78 mg/g Cr(VI) 51 ... nặng nước kết mang lại hiệu tốt Dựa hướng nghiên cứu địa thuân lợi Đà Lạt, chọn thông ba làm vật liệu hấp phụ để tiến hành cho việc nghiên cứu Mặt khác, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu thông ba. .. nặng nước thải Việt Nam cịn quan tâm Bài báo đưa kết nghiên cứu khả hấp phụ ion Cr(III) Cr(VI) nước vật liệu thông ba Đà Lạt PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thiết bị, hóa chất  Máy quang phổ hấp thụ... nghiên cứu phụ thuộc dung lượng hấp phụ vật liệu hấp phụ vào hàm lượng ion kim loại Cr(III) Cr(VI) trình bày Bảng Bảng Các tham số đẳng nhiệt hấp phụ ion Cr (III) Cr (VI) vật liệu thông ba Giá