1068 nghiên cứu biến tỉnh bentonit cổ định và ứng dụng trong xúc tác – hấp phụ luận văn tốt nghiệp

MỞĐẦU Lýdo chọnđề tài Bentonit với thành phần chủ yếu sét smectit với cấu trúc lớp2:1, có cấu trúc mao quản, bề mặt riêng, dung lượng trao đổi ion lớn,độb ề n c h ọ c v h ó a h ọ c c a o n ê n n ó đ ợ c s d ụ n g l m x ú c t c trongcácphảnứng hóa học,chấthấpphụ, chấttrao đổiion,chấtmang Để cải thiện đặc tính, chất lượng bentonit nhằm mở rộng ứngdụng chúng, nghiên cứu tập trung vào việc biến tính bentonitvới nhiều kỹ thuật khác Các hướng nghiên cứu giới cóthể kể là: (i) tổng hợp bentonit trụ chống (pillared bentonite) bằngcác kim loại, oxit kim loại với phương pháp khác [46, 48, 98,115, 145, 150], (ii) tổng hợp vật liệu sét hữu cách hữu hóabentonit[61,62,65,66,75,82],(iii)tổnghợpvậtl i ệ u polyme/bentonit nanocomposit [81, 86, 87] Trong đáng quan tâmnhất vật liệu sét chống tổng hợp cách chèn ion Keggin Al 13,Fe13,… vào khoảng lớp sét sét hữu Ưu điểm sétchống diện tích bề mặt thể tích mao quản lớn nên tính chất hấpphụ xúc tác cải thiện đáng kể so với bentonit chưa biến tính [141],nhưng bề mặt ưa nước nên sét chống hấp phụ yếu hợp chất hữucơ ô nhiễm Trong đó, sét hữu lại hấp phụ tốt chất hữu Xuất phát từ ý tưởng kết hợp hai loại vật liệu mà loại vật liệu mớira đời chèn đồng thời ion kim loại lẫn chất hữu gọi sét vôcơ-hữu (inorganic–organic clay) Tuy nhiên, cịn ítcơngbố loạivậtliệu nàyvềmặttổnghợpcũngnhưứngdụng Nước ta có nguồn tài nguyên bentonit phong phú pháthiện nhiều nơi với trữ lượng lớn: Cổ Định - Thanh Hóa, Di Linh -Lâm Đồng, Tuy Phong - Bình Thuận … Tuy nhiên, bentonit nước tamới khai thác phạm vi nhỏ chủ yếu sử dụng làmvật liệu gốm, vật liệu xây dựng, xử lý môi trường… Do hàm lượngsmectit bentonit nước ta tương đối thấp nên sử dụngtrực tiếp số ngành công nghệ cao mà cần phải làm giàu vàbiến tính cấu trúc, bề mặt vật liệu Mặc dù bentonit sản phẩmbiến tínhtừnóđãđược quantâm nghiêncứunhiềutrên thếg i i , nhưngở V i ệ t N a m v i ệ c n g h i ê n c ứ u b i ế n t í n h b e n t o n i t C ổ Địnhmột cách có hệ thống ứng dụng hiệu loại vật liệu tronghấp phụ xúctác cònrấthạn chế Ngoài ra, với phát triển vượt bậc khoa học công nghệđã thúc đẩy ngành công nghiệp phát triển mạnh,bên cạnh nhữngthành tựu đạt được, xã hội phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm domột số ngành cơng nghiệp tạo Trong đó, đáng ý chất thảitừcácnhàmáylọchóadầu,dệtnhuộm,dượcphẩm,chấtdẻo,sơn,mỹphẩm, thuốc trừ sâu Hậu nguồn nước bị ô nhiễm cácchất hữu khó phân hủy sinh học (phenol dẫn xuất, thuốcnhuộm ) kim loại nặng ( Cd, Pb,A s , H g ) Đ ể c ả i t h i ệ n t ì n h trạngơnhi ễmcácchấ thữ u cơ, kim loạinặ ng ,hư ớng nghiê ncứucủacácnhàkhoahọclàsửdụngvậtliệuthiênnhiêncógiáthànhthấp,dễ kiếm bentonit bentonit biến tính làm chất hấp phụ Do đó,việc sử dụng vật liệu biến tính bentonit Việt Nam đem lại lợiích kinhtếrấttolớn Vì lí trên, chúng tơi chọn đề tài:“Nghiên cứu biếntínhbentonitCổ Địnhvà ứngdụng trongxúctác-hấpphụ” Mục đích vànhiệm vụnghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit hữu cơ, bentonit vô vàbentonit lai hợp hữu cơ– v ô c V ậ t l i ệ u t ổ n g h ợ p đ ợ c ứ n g d ụ n g hấp phụ As(V), phenol đỏ xúc tác cho phản ứng benzyl hóap-xylen Nhữngđóng gópmớicủaluận án - Nghiên cứu họ vật liệu smectit Việt Nam Đó nontronitCổ Định –Thanh Hóa - Lần đầu tiên, chế,động học vànhiệt động học quátrình hấp phụ As(V), phenol đỏ vật liệu bentonit biến tính đượcthảo luận cách chi tiết So với vật liệu bentonit biến tính kháchiệnnay,vậtliệuFebentonit,Al-bentonitđượccơng bốcód u n g lượnghấp phụ As(V) cao - Vật liệu Fe-bentonit tổng hợp chất xúc tác tốt cho phản ứngalkyl hóa hợp chất thơm với độ chọn lọc độ chuyển hóa cao.ĐiểmnổibậtcủaluậnánlàxácđịnhđượcmơhìnhLangmuirHinshewood phù hợp với mơ hình động học phản ứng benzyl hóap-xylentrên xúctácFe-bentonit - Các trình hấp phụ xúc tác xảy tâm Fe vàAl3+được phân tán cấu trúc nontronit nontronit biếntínhbằngCTAB.Nhiệtđộnghọcvàđộnghọccủacácqtrìnhđềuxảy tâm hoạt động bề mặt thành mao quản trungbìnhvà bề mặt ngồi(góc,gờ,cạnh, )của vậtliệunontronit Bốcục luậnán Nộidungluậnángồm140trang,42bảng,86hình,14sơđồ,152tàiliệutha mkhảo.Bốcụccủaluậnánnhưsau: Mở đầu:2 trang Chương1.Tổngquantàiliệu:30trang Chương2.Nộ i d u n g , phư ơn g pháp n g hi ê n c ứ u t h ự c n ghi ệ m : 19trang Chương3.Kếtquảvàthảoluận:84trang Chương4 Kếtluậncáckếtquảđạtđược:2trang 3+ CHƢƠNG1.TỔNGQUAN Trongp h ầ n n y tác giả đãtrình bàytổngquan cácvấnđề sau: 1.1 Giớithiệuvềvật liệukhoángsét 1.2 Sét hữucơ 1.3 Khốngséttrụchống 1.4 Hấpphụasentrênvật liệubentonit vàbentonit biếntính 1.5 Hấpphụphenolđỏtrênvậtliệu bentonit vàbentonitbiếntính 1.6 Phảnứ n g b e n z y l h ó a F r i e d e l C r a f t s c c h ợ p c h ấ t t h m t r ê n c c xúctác khác CHƢƠNG2.N ỘIDUN G, P HƢ Ơ N G PHÁPN G H I Ê N CỨ UVÀTHỰCNGHIỆM 2.1 MỤCTIÊU Tổng hợp vật liệu bentonit hữu cơ, bentonit vô cơ, bentonitlai hợp hữu - vô để ứng dụng hấp phụ As(V), phenol đỏ vàxúctác cho phảnứngbenzylhóap-xylen 2.2 NỘIDUNG - TinhchếbentonitCổĐịnh,nghiêncứuthànhphần,cấutrúcvàtín hchấtcủa bentonitCổ Định - Tổnghợpv ậ t l i ệ u C T A B - b e n t o n i t , F e bentonit,Fe-CTAB- bentonit,Al-bentonitvàAl-CTAB-bentonit - Nghiên cứu hấp phụ As(V) dung dịch nước vậtliệu bentonit biến tính: lựa chọn chất hấp phụ, ảnh hưởng pH cơchếhấpphụ,độnghọc nhiệtđộnghọc trình hấpphụ - Nghiên cứu hấp phụ phenol đỏ dung dịch nước vậtliệubentonitbiếntính - Nghiênc ứ u t í n h c h ấ t x ú c t c c ủ a v ậ t l i ệ u b e n t o n i t b i ế n t í n h trongphảnứngalkylhóa Friedel-Crafts 2.3 PHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2.3.1 Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu:Nhiễu xạ tia X (XRD),phổ hồng ngoại (IR), hiển vi điện tử quét (SEM), tán xạ lượngtia X (EDX), đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ 77K, phân tíchnhiệt (TG-DTA) 2.3.2 Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng:Quang phổ hấp thụnguyên tử (AAS), phổ tử ngoại- k h ả k i ế n ( U V - V i s ) , s ắ c k ý k h í k ế t hợpvớikhốiphổ (GC-MS) 2.3.3 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ:sử dụng hai mơ hình đẳngnhiệt hấpphụ:Langmuir Freundlich 2.3.4 Nghiên cứu động học hấp phụ:sử dụng mơ hình động họchấp phụ biểukiến bậc bậc 2.4 THỰCNGHIỆM - Tinhchếbentonit Cổ Định - Tổnghợp vật liệu CTAB-bentonit - Tổnghợpvật liệuFe-bentonit vàFe-CTAB-bentonit - Tổnghợpvậtliệu Al-bentonit vàAl-CTAB-bentonit - Nghiên cứu hấp phụ As(V) dung dịch nước vật liệuFe-bentonit,Fe-CTAB-bentonit,Al-bentonit,Al-CTAB-bentonit - NghiêncứusựhấpphụphenolđỏtrongdungdịchnướctrênvậtliệuCT AB-bentonit,Fe-CTAB-bentonit,Al-CTAB-bentonit - Nghiêncứup h ả n ứ n g a l k y l hóaFriedel-Crafts xúc tácFe-bentonit Chƣơng3.KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 3.1 THÀNHPHẦN,CẤUTRÚCVÀTÍNHCHẤTCỦABENTONITCỔ ĐỊNH 3.1.1 ThànhphầnhóahọcvàcấutrúccủabentonitCổĐịnh Quak h ả o s t t h n h p h ầ n h ó a h ọ c v c ấ u t r ú c c ủ a b e n t o n i t C ổ Địnhtinhchế,chúngtơicókếtluậnsau:bentonitCổĐịnh(ThanhHóa) dạng sét lớp smectit 2:1 thuộc nhóm nontronit, có cơngthứchóa học củađơn vịcấu trúc cơbảnnhưsau:  X0,64 IV (Si7,9Al0,1) (Fe3,02Al0,44Mg0,54) VIO 20(OH)4( ) 3.1.2 MộtsốtínhchấthóalýđặctrƣngcủabentonitCổĐịnh 3.1.2.1 Phổ XRD Sau tinh chế, thạch anh cao lanh bị loại bỏ gần hoàntoàn, cịn lại chủ yếu nontronit (hình 3.1) Các kết hình 3.2chứngt ỏ r ằ n g b e n t o n i t C ổ Đ ị n h c ó c ấ u t r ú c h ì n h h ọ c k i ể u s m e c t i t , lớp sét có khoảng cách (14,4 Å - 9,6 Å)5 Å Khoảng cáchđótạora mạngvimao quảncủasét, đặctrưngchovậtliệu nontronit (001) 15,4 10 K MMT Q BC§-TN 20 30 40 50 60 9,6 N-600 9,9 N-400 14,4 N-2d Q K (001) Cãờngđộ(tùychọn) 14,3 Cãờngđộ(tùychọn) 14,4 N 10 2Theta(®é) N 20 30 40 50 60 2Theta(®é) Hình 3.1.Giản đồ XRD Hình 3.2.Giản đồ XRD củacácmẫu BCĐ-T, N-2dv N củacácmẫu Ntrướcvà sau khinung 3.1.2.2 PhổhồngngoạiIR CácpichấpthụđặctrưngtrongphổIRcủamẫuNđượctrìnhbàyởbảng3.5: Bảng 3.5.Các pichấp thụđặc trưngtrongphổ IRcủamẫu N Daođộng Al-FeOH Fe-FeOH H-OH Si-O Fe-FeOH (biếndạng) Al-FeOH IR(cm-1) 3549 3414 1638 9641111 816 675 3.1.2.3 Đẳngnhiệthấpphụ N2,77K Tính chất bề mặt vàc ấ u t r ú c m a o q u ả n c ủ a b e n t o n i t C ổ Đ ị n h nghiên cứu phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ N2ở 77K(hình3.4) Sau tinh chế, vật liệu giàu sét smectit2 : h n , t í n h c h ấ t b ề mặt N cải thiện (SBET,Smic,SextvàVpđều tăng lên)).SBETcủabentonit trướcvàsau khitinh chếđược xácđịnh là7 , v 114,44m2/g (a) (b) BCé-TN N BCé-TN N dV/dD (cm3.g-1.nm-1) 120 Lãợnghấpphụ(cm /g,STP) 150 90 60 0,04 0,02 30 0,00 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 10 15 20 Đãờngkínhmaoquản(nm) ỏpsuấttãơngđối(P/P) Hỡnh 3.4.ng ng nhit hp ph - kh hp phụ nitơ (a) đườngphânbốmaoquản (b)củacácmẫu BCĐ-TNvà N 3.1.2.4 Điểmđiệntíchkhơng Kết pHPZCcủa BCĐ-TN, N xác định 6,9; 7,3.Nhưvậy,sựtinhchếđãloạibỏcátthạchanh,caolanh và“lộ”raởbềmặt ngồi nhiềunhómchức≡Al-OHvà≡Fe-OHhơn,nênpHPZCcủa NlớnhơnsovớiBCĐ-TN 3.1.2.5 Dunglượngtraođổi ion Bảng 3.6.Giá trị CEC mẫu bentonit Cổ Địnhtrướcvà sau khitinh chế Mẫu BCĐ-TN N-2d N CEC(mđl/100g) 52,4 60,7 73,3 3.1.2.6 PhântíchnhiệtTG-DTA Đường cong TG DTA mẫu bentonit trước sau tinhchế (hình 3.6) tương tự Điểm khác biệt mẫu N xuất picthunhiệtở778oC(quychoqtrìnhtáchnhómOHcủalớpaluminosilicat),cịnmẫuBCĐTNkhơngthấyxuấthiệnpicthunhiệt rõr n g Đ i ề u n y c h ứ n g t ỏ b e n t o n i t t i n h c h ế t h n h p h ầ n c h ủ y ế u l NONTnên nhiệtđộphá vỡcấu trúcNONTthấp TG6,0 mg DTA uV0 (a) (b) -10 5,6 N N -20 5,2 -30 BCÐ-TN BCÐ-TN -40 4,8 -50 200 400 600 800 1000 200 400 600 800 1000 o NhiƯt®é(C) o NhiƯt®é(C) (001) 1,5C1N Cãờngđộ(tùychọn) 1,0C1N 0,8C1N 0,4C1N Cãờngđộ(tùychọn) Hỡnh3.6.Gin TGv DTAcamu BCĐ-TNvàN 3.2.TỔNGHỢPVẬTLIỆUCTAB-BENTONIT (001) 1,5C3N/S 1,0C3N/S 0,4C1N/S 0,5C2N/S 0,4C2N/S 0,5C3N/S 0,1C1N N 10 20 30 40 50 2Theta(®é) Hình 3.8.Giản đồ XRD cácmẫu CTAB-bentonit tổng hợptheo phương pháp trao đổi ionvớinhữnghàmlượngCTABkhác N 10 20 30 2Theta(®é) Hình 3.9.Giản đồ XRD cácmẫu CTAB-bentonit tổng hợptheo phương pháp trao đổi ion cósựhỗ trợcủasiêm với hàmlượngCTABkhácnhau 40 TừkếtquảnghiêncứuvềtổnghợpvậtliệuCTAB,chúngtơinhậnthấy, so với phương pháp trao đổi ion có hỗ trợ siêu âm phươngpháptraođổiionđơngiảnhơnnhưnglạithuđượcvậtliệuCTABbentonit có cấu trúc lớp trật tự (hình 3.8 hình 3.9).Điềukiệnbiếntínhtốiưu:hàmlượngCTABsửdụnglà0,4g,nồngđộhuyềnphù bentonit1,0%;nhiệtđộthựchiệnqtrìnhbiếntínhlà50oC Vớisực ó mặt c CTAB, trongbấtkỳ điềuki ệnt ổnghợpnào, p iccủad001đều có cường độ cao mẫu N Như vậy, CTAB đã“tập hợp” hạt N nhỏ thành hạt lớn có cấu trúc trật cáctiểu phânCTABhấpphụ(liênkết)vớicáctâmđiệntíchâmở“gờ”ngồi hạtnhỏtạothànhhạtlớn sơ đồ 3.2 Sựsắp xếp tiểu phân CTAB khoảng lớp sét có thểlà lớp, hai lớp, chuyển tiếp giả ba lớp đơn lớp loại parafintùy thuộcvào phương pháp tổng hợp, hàm lượng CTAB đưavàobentonit Cơ chế hình thành cấu trúc vật liệu CTAB-bentonit đượcminhhọa ởsơ đồ 3.3 + 0,96nm 1,44nm Ca2+M g 2+Ca 2+ + + + + + liênkÕt + + + CTAB + + + -CHx-CHx- + + 0,1C1N0 , C N / S 0,8C1N,1,0C1N + + + + + 1,5C1N,0,4C2N/S,0,5C2N/S + + + + 28,6o + 1"h¹t"lín 2"h¹t"nhá Sơ đồ 3.2.Sơ đồ minh họa vai tròcủaCTAB 0,4C1N1,0C3N/S 0,4C1N/S CTAB Sơ đồ 3.3.Cơ chế đề nghị hìnhthànhcấutrúcvậtliệu CTAB-bentonit Cấut r ú c m a o q u ả n c ủ a v ậ t l i ệ u C T A B bentonitđượcxácđịnh 3.4 TỔNG HỢP VẬT LIỆU Al-BENTONIT VÀAl-CTAB-BENTONIT 3.4.1 TổnghợpvậtliệuAl-bentonit Quak h ả o s t c c y ế u t ố ả n h h n g đ ế n c ấ u t r ú c v ậ t l i ệ u A l n bentonitnhư n ồn g độb e nt oni t , tỉl ệ m ol  /n 3v t h i gi a n l àm n O A l đượcH kếtquảsau: già dungdịchtạoratrụchống, chúngtôithu -Đ ể c h è n đ ợ c i o n K e g g i n A l 13v o k h o ả n g g i ữ a c c l p c ủ a NONT,tỉ lệmol n  /n và2,4v nồngđộhuyềnphùbentonit OH 32 , n A l 1,0 % - Thời gian làm già dung dịch tạo trụ chống không ngày,nếu lâu ion Keggin Al 13sẽ phân hủy thành tiểu phân kháccókích thước bé Hình3.32trìnhbàyđường đẳng nhiệt hấp phụ -khử hấp N phụ nitơ cácmẫu N, 2Al1N 2,4Al1N Al-bentonit tổng hợpởđiềukiện:huyềnphùbent onit %, thời gian làmgiàd u n g d ị c h t o r a trụ chống1ng ày , n/nn 120 Lãợnghấpphụ(cm /g,STP) 150 90 60 30 0,0 OH 2,0 (mẫu Al 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 o ỏpsuấttãơngđối(P/P) 2Al1N), Hỡnh3.32.ngngnhithpph n/nn 2,4 (mu OH Al khửhấpphụnitơ(a)củacácmẫuN,2Al1 2,4Al1N) Nvà2,4Al1N Diện tích bề mặt tính theo phương trình BET hai mẫu 2Al1Nvà 2,4Al1N 152 170,13 m 2/g Sự tăng diện tích bề mặtcủa mẫu Al-bentonitchủ yếu diện tích vi mao quản tăng từ44,72m2/g(N) lên92,84m2/g(2Al1N)và 119,61 m2/g(2,4Al1N) 3.4.2 TổnghợpvậtliệuAl-CTAB-bentonit TừkếtquảXRD(hình 3.37,3.38),chúngtôirútramộtsốkếtluậnsau: khoảngcáchcơbảnd001của vật liệu tăng chèn tiểuphân CTAB cation Al13vào khoảng lớp NONT, cấutrúccủavậtliệuAl-CTABbentonit phụthuộcvàophươngpháptổng hợp hàm lượng CTAB đưa vàobentonit Sự chèn tiểu phânCTABvàokhoảnggiữacáclớpNONTvàsauđó,chèncáccationAl13(phươngpháp1)sẽthuđượcvật liệuAl-CTAB-bentonitcóđộtrậttựcao chèn đồng thời tiểu phân CTAB cation Al13vàobentonit(phươngpháp2).NhờcómặtCTABtrongvậtliệuAlCTAB-bentonit mà cấutrúccủa NONT khụngbsp ỏngk (001) 19,8 (001) 19,4 19,9 2Al1,0CN Cãờngđộ(tùychọn) Cãờngđộ(tùychọn) 1,5CN2Al 1,0CN2Al 19,9 0,8CN2Al 18,2 0,4CN2Al 14,4 2Al0,8CN 18,8 2Al0,4CN 15,4 0,1CN2Al N 2Al0,1CN N 14,4 14,4 19,1 10 20 30 40 50 60 2Theta(®é) 10 20 30 40 2Theta(độ) 30 Lãợnghấpphụ(cm /g,STP) Hỡnh3.37.GinXRDcacỏcm Hỡnh 3.38.Gin đồ XRD ẫuAl-CTAB-bentonit với cácmẫuAl-CTABhàmlượng CTABkhác bentonitvớihàmlượngCTAB khác theophươngpháp1 theophương pháp2 Cấu trúc hai mẫu 0,4CN2Al 0,8CN2Al nghiên cứusâuhơnbằngđường đẳng nhiệthấpphụv k h h ấ p p h ụ N 2n h hình 3.43 Bảng 3.15.Các thơng số đặctrưng cho tính chất bề mặt của0,4CN2Alvà0,8CN2Al SBET Vp 0,4CN2Al Mẫu 0,8CN2Al (m2/g) (cm3/g) 0,4CN2Al 5,07 0,028 0,8CN2Al 10,07 0,11 VậtliệuAl-CTABbentonittổng hợp có cu trỳc mao ỏpsuấttãơngđối(P/P ) qunnhng b mt riờng rt thấp Hình 3.43.Đường đẳng nhiệt sovới bentonitban đầu hấpphụvàkhửhấpphụN2(a) 20 10 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 o của0,4CN2Al và0,8CN2Al 3.5 NGHIÊNC Ứ U SỰ H Ấ P P H Ụ As ( V ) T R O N G D U N G D Ị C H NƢỚC TRÊN VẬT LIỆU FeBENTONIT,Fe-CTAB-BENTONIT,Al-BENTONIT,Al-CTABBENTONIT 3.5.1 Lựac h ọ n c h ấ t h ấ p p h ụ v x c đ ị n h đ i ể m đ i ệ n t í c h k h ô n g củavậtliệu đãlựa chọn Từ kết nghiên cứu hiệu suất hấp phụ As(V) loạivậtliệuFe-bentonit,Fe-CTAB-bentonit,Al-bentonit,Al-CTABbentonit,c h ú n g t ô i c h ọ n đ ợ c c c m ẫ u , F e N , , F e C N , , A l N và0,4CN2Alchocácnghiêncứutiếptheo.pHPZCcủacácm ẫ u 0,3F eN,0,3FeCN,2,4Al1N,0,4CN2Alxácđịnhđ ợ c l ầ n l ợ t l 3,1;4,7 ;4,8;6,3 Cáck ế t q u ả p h â n t í c h v ề m ố i q u a n h ệ g i ữ a c c t h a m s ố q u a n trọngchosựhấpphụAs(V)củacácvậtliệu0,3FeN,0,3FeCN,2,4Al1N 0,4CN2Al cho biết hấp phụ As(V) chủ yếu thựchiện bề mặt hạt huyền phù NONT (bề mặt maoquản trung bình, gờ, cạnh hạt sở , chứa tâm sắt vànhơm áilực As(V)) 3.5.2 ẢnhhƣởngcủapHvàcơchếhấpphụ 0,3FeN 0,3FeCN 2,4Al1N 0,4CN2Al 16 qe (mg.g ) -1 12 4 10 pH Hình 3.46 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ As(V) trênmẫu0,3FeN,0,3FeCN(Co(As)= 12,98mg/nl),2,4Al1N(Co(As)=16,84 mg/nl)và 0,4CN2Al(Co(As)=8,46 mg/nl)(T =303K, m=0,05 g,t =4 h) Kết nghiên cứu (hình 3.46) cho thấy: pH tối ưu cho trìnhhấp phụ As(V) hai mẫu 2,4Al1N, 0,4CN2Al 4,0 hai mẫu0,3FeN,0,3FeCNlà 3,0 Cơ chế hấp phụ: Từ kết nghiên cứu nhận thấy phản ứnghấp phụ As(V) vật liệu 0,3FeN, 0,3FeCN, 2,4Al1N và0,4CN2Alxảyratheocơchếtạoracácp h ứ c hấpphụbềmặttheokiểutraođổi phốitửvàtươngtáctĩnhđiện 3.5.3 ĐộnghọccủaquátrìnhhấpphụAs(V)trênvậtliệuFebentonit,Fe-CTAB-bentonit,Al-bentonitvàAl-CTAB-bentonit 3.5.3.1 Ảnhhưởngcủathời giantiếpxúc Kết nghiên cứu hấp phụ As(V) vật liệu 0,3FeN,0,3FeCN(Co(As)=11,95mg/l,pH=3,0)và2 , A l N , , C N A l (Co(As)= , m g / l,pH=4,0)ở283K,293K, 303Kvà313Kt h e o thờig i a n c h ỉ r a r ằ n g qu t r ì n h h ấ p ph ụ A s ( V ) đ t c â n b ằ n g s a u 80 -240phút 3.5.3.2 Mơhìnhđộng họccho qtrìnhhấp phụAs(V) Các tham số động học phương trình động học bậc bậc 2được tóm tắt bảng 3.18 Mơ hình động học biểu kiến bậc phù hợptốt vớicácsốliệu thựcnghiệm 3.5.3.3 Ảnhhưởngcủanhiệtđộ -3,5 (b) (a) -5,0 -4,0 -5,5 -4,5 lnk2 lnk2 -6,0 -5,0 -6,5 -5,5 -7,0 -6,0 0,3FeN R2 = 0,952 0,3FeCN R2 = 0,973 -7,5 -6,5 2,4Al1N R2 = 0,924 0,4CN2Al R2 = 0,900 -8,0 -7,0 0,0032 0,0033 0,0034 1/T(K-1) 0,0035 0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 1/T(K -1) Hình3.55.Sựphụthuộclnk2vào1/n TcủasựhấpphụAs(V)trênvậtliệu0,3FeN,0,3FeCN,2,4Al1 Nvà0,4CN2Al TừphươngtrìnhArrhénius,tínhđượcnănglượnghoạthóacủaqtrìnhh ấ p p hụ As(V) vật liệu khảo sát , F e N (80,29kJ/mol),0,3FeCN(42,03kJ/mol),2,4Al1N( , kJ/mol)và 0,4CN2Al(42,27kJ/mol) Bảng 3.18.Các tham số phương trình động học biểu kiến bậc 1,bậc2củaquátrìnhhấpphụAs(V)trênvậtliệu0,3FeN,0,3FeCN,2,4Al1N 0,4CN2Al nhiệtđộkhác 0,3FeN T(K) 283 293 303 313 0,3FeCN T(K) 283 293 303 313 2,4Al1N T(K) 283 293 303 313 0,4CN2Al T(K) 283 293 303 313 qe( tn) (mg/g) 14,38 14,42 14,42 14,44 qe( tn) (mg/g) 13,89 13,92 14,02 14,5 qe( tn) (mg/g) 18,47 20,75 20,80 21,05 qe( tn) (mg/g) 9,04 9,93 10,02 8,58 Phươngtrìnhđộnghọcbậc1 qe(tt) k1(phútR2 (mg/g) 1) 0,010 15,19 0,942 0,013 12,44 0,977 0,027 9,80 0,962 0,021 6,57 0,992 Phươngtrìnhđộnghọcbậc1 qe(tt) k1(phút-1) R2 (mg/g) 0,006 10,92 0,956 0,010 11,36 0,983 0,006 9,44 0,892 0,024 10,06 0,899 Phươngtrìnhđộnghọcbậc1 qe(tt) k1(phútR2 (mg/g) 1) 1,6.10-3 16,35 0,956 1,9.10-3 13,01 0,948 7,0.10-3 8,56 0,949 9,0.10-3 7,09 0,752 Phươngtrìnhđộnghọcbậc1 qe(tt) k1(phút-1) R2 (mg/g) -2 1,6.10 3,8.10-2 0,8.10-2 1,7.10-2 6,48 6,39 3,46 2,01 SE 1,85 4,55 11,81 19,57 SE 7,67 6,02 11,38 8,37 SE 19,68 19,33 30,97 33,30 SE 0,947 11,20 0,99 8,65 0,889 14,49 0,992 13,89 Phươngtrìnhđộnghọcbậc2 qe(tt) k2(g/mg.phút) (mg/g) R 0,35.10-3 21,14 0,924 0,68.10-3 19,80 0,973 4,20.10-3 15,53 0,999 7,30.10-3 14,97 0,998 Phươngtrìnhđộnghọcbậc2 qe( tt) k2(g/mg.phút) (mg/g) R -3 SE 1,42 1,17 1,27 1,38 SE 0,62.10 17,54 0,925 1,47.10-3 16,95 0,977 2,01.10-3 14,08 0,938 3,71.10-3 15,87 0,996 Phươngtrìnhđộnghọcbậc2 qe(tt) k2(g/nmg.phút) (mg/g) R 1,76 1,73 3,07 1,25 1,0.10-3 22,22 0,984 2,9.10-3 22,22 0,998 4,2.10-3 20,83 0,992 5,8.10-3 21,28 0,996 Phươngtrìnhđộnghọcbậc2 qe( tt) k2(g/mg.phút) (mg/g) R 2,03 1,75 4,69 3,67 -3 3,8.10 12,2.10-3 13,5.10-3 24,6.10-3 10,10 10,42 10,00 8,77 0,992 0,998 0,990 0,999 SE SE 0,71 0,92 2,12 1,29 qe(tn)l DLHPcân bằngtínhtheo nồngđộđầu vànồngđộ cânbằng qe(tt)l DLHPcânbằngtính theo phươngtrìnhđộnghọc 3.5.4 Đẳngnhiệt hấpphụ Kết nghiên cứu cho thấy đẳng nhiệt hấp phụ As(V) vậtliệu khảo sát tuân theo mô hình Langmuir Sự hấp phụ As(V) cácvật liệu nghiên cứu xảy bề mặt mao quản rộngcủa hạt vật liệu Dung lượng hấp phụ As(V)cực đại (qm) cácmẫu2,4Al1N,0,3FeN,0,4CN2Al,0,3FeCNxácđịnhl ầ n l ợ t l 35,7 mg/g, 18,98 mg/g, 17,86 mg/g, 15,63 mg/g Các thơng số nhiệtđộngcủa qtrình hấp phụđượctrình bàyở bảng3.21