Nghiên cứu hấp phụ xanh Metylen trong nước bằng đá ong biến tính

Header Page of 145 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN BỀN NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ XANH METYLEN TRONG NƯỚC BẰNG ĐÁ ONG BIẾN TÍNH Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ Mã số: 60 44 01 14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - Năm 2015 Footer Page of 145 Header Page of 145 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Phản biện 1: PGS.TS Trần Thị Xô Phản biện 2: TS Trần Mạnh Lục Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ khoa học Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 145 Header Page of 145 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện có nhiều phương pháp áp dụng nhằm loại bỏ tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước, phương pháp có ưu, nhược điểm riêng, hấp phụ phương pháp ứng dụng rộng rãi số ưu điểm phương pháp mang lại Trong dân gian, theo kinh nghiệm người khoan giếng vùng (trong lòng đất) có đá ong nguồn nước hơn, mùi khó chịu Cũng vùng có đá ong, người dân dùng đá ong làm thành giếng nước giếng Chính vậy, chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ xanh metylen nước đá ong biến tính”, nhằm mục đích chế tạo vật liệu hấp phụ khảo sát số điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ vật liệu để tìm vật liệu có tính ứng dụng cao thực tế Mục tiêu nghiên cứu - Biến tính đá ong số phương pháp để tạo vật liệu hấp phụ tốt ứng dụng xử lý nhiều hợp chất hữu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa đề tài Bố cục luận văn Footer Page of 145 Header Page of 145 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XANH METYLEN 1.1.1 Cấu trúc tính chất 1.1.2 Lịch sử nghiên cứu 1.1.3 Ứng dụng 1.1.4 Tác hại 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP PHỤ 1.2.1 Khái niệm a Hấp phụ b Giải hấp phụ c Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 1.2.2 Cân hấp phụ 1.2.3 Dung lượng hấp phụ cân 1.2.4 Hiệu suất hấp phụ 1.2.5 Sự hấp phụ môi trường nước 1.2.6 Các loại vật liệu hấp phụ 1.2.7 Quá trình hấp phụ động cột 1.2.8 Các mô hình trình hấp phụ a Mô hình động học hấp phụ b Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 1.3 KHÁI NIỆM LATERITE 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Quá trình laterite hóa 1.3.3 Các dạng kết vón a Kết vón tròn b Kết vón tổ ong c Kết vón xi măng Footer Page of 145 Header Page of 145 d Kết vón giả 1.3.4 Các dạng đá ong a Đá ong tròn b Đá ong tổ ong c Đá ong kết xi măng d Đá ong giả 1.3.5 Tình hình lateite hóa Việt Nam 1.3.6 Ứng dụng laterrite Footer Page of 145 Header Page of 145 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 2.1.1 Hóa chất 2.1.2 Dụng cụ 2.1.3 Thiết bị 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Định lượng xanh metylen nước 2.2.2 Lựa chọn vật liệu 2.2.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu a Khảo sát so sánh số quy trình biến tính đá ong (Laterite) b Điều chế vật liệu ĐOBTHH tối ưu Đá ong tự nhiên 9500C Đá ong biến tính nhiệt Hạt 0,5-1mm Hỗn hợp dd FeCl3 + KMnO4 Đá ong biến tính (ĐOBTHH) NaOH Vật liệu ngâm Sấy khô Hình 2.1 Quy trình điều chế đá ong biến tính hóatẩm học 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng phương pháp quy hoạch thực nghiệm 2.2.4 Phương pháp khảo sát đặc trưng hóa lý đá ong tự nhiên đá ong biến tính a Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) b Phương pháp xác định bề mặt riêng theo BET c Phương pháp kính hiển vi điện tử quyét (SEM) Footer Page of 145 Header Page of 145 d Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) e Xác định điểm đẳng điện vật liệu 2.2.5 Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen nước đá ong biến tính hóa học a Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ b Khảo sát ảnh hưởng pH c Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ rắn/lỏng d Khảo sát ảnh hưởng nồng độ 2.4.6 Hấp phụ cột 2.4.7 Giải hấp tái sinh vật liệu Footer Page of 145 Header Page of 145 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN XANH MEHTYLEN Từ số liệu thực nghiệm bảng 3.1, xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 1.2 y = 0.2361x - 0.0593 R² = 0.9951 Mật độ quang A 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Nồng độ C Hình 3.1 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen Phương trình thu được: 𝑦 = 0,2361𝑥 − 0,0593 Trong đó: y - giá trị mật độ quang A x - nồng độ dung dịch xanh metylen (ppm) 3.2 NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ĐÁ ONG 3.2.1 So sánh loại đá ong biến tính theo cách khác Từ thí nghiệm so sánh khả hấp phụ vật liệu tiến hành với loại đá ong biến tính khác (VL_1, VL_2, VL_3, VL_4) đá ong tự nhiên (VL_0) thu kết trình bày bảng sau Footer Page of 145 Header Page of 145 Bảng 3.2 Kết hấp phụ vật liệu Vật liệu Ce (ppm) H (%) qe (mg/g) VL_1 79.2567 20.7433 0.3112 VL_2 68.9463 31.0537 0.4658 VL_3 41.7242 58.2758 0.8741 VL_4 39.1835 60.8165 0.9123 Dựa vào kết cấu bề mặt, thành phần hóa học của đá ong, nhận thấy thân đá ong loại vật liệu có khả hấp phụ trao đổi ion Tuy nhiên kết thực nghiệm cho thấy đá ong tự nhiên có nhược điểm lớn cho vào nước, phần sét có đá ong có cấu trúc không bền, dễ tan làm đục nước Điều khiến cho nước sau trình xử lý có màu vàng, khó lọc, đồng nghĩa với việc sau xử lý ta đưa vào nước lượng sắt lớn Nên không xác định nồng độ xanh metylen sau hấp phụ Vì đá ong tự nhiên không thích hợp để sử dụng làm vật liệu hấp phụ Kết thí nghiệm so sánh cho thấy rằng, vật liệu VL_4 có hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ cao Từ đó, chọn vật liệu VL_4 để thực bước tối ưu hóa quy trình biến tính để thu vật liệu có dung lượng hấp phụ cao 3.2.2 Các bước thực toán quy hoạch Với mục tiêu tìm điều kiện biến tính đá ong tối ưu để thu vật liệu có khả hấp phụ cao nhất, tiến hành tối ưu hóa hàm mục tiêu dung lượng hấp phụ - Chọn yếu tố ảnh hưởng + Z1: Nồng độ dung dịch FeCl3 KMnO4, M + Z2: Thời gian ngâm tẩm, phút + Z3: Tỉ lệ thể tích FeCl3/KMnO4 Footer Page of 145 Header Page 10 of 145 Chọn hàm mục tiêu Y: Dung lượng hấp phụ (Y  max) Phương trình biểu diễn mối quan hệ có dạng Y = f(Z1, Z2, Z3) - Chọn miền khảo sát Dung lượng hấp phụ ĐOBTHH phụ thuộc vào ba yếu tố với miền khảo sát sau: + Nồng độ dung dịch FeCl3 KMnO4: 0,1  1M + Thời gian ngâm tẩm: 30  90 phút + Tỉ lệ thể tích FeCl3/KMnO4: 1,5/1  0,5/1 (V/V) Từ xây dựng điều kiện theo bảng 3.2 Bảng 3.3 Điều kiện thí nghiệm chọn Các mức Các yếu tố ảnh hưởng Z1, M Z2, phút Z3 Mức (+1) 90 1,5/1 Mức sở (0) 0,55 60 1/1 Mức (-1) 0,1 30 0,5/1 Khoảng biến thiên 0,45 30 0,5/1 - Chọn phương án quy hoạch trực giao cấp I (TYT 2k) thực nghiệm yếu tố toàn phần mức, k yếu tố ảnh hưởng Phương trình hồi quy có dạng: Y = b0+b1x1+b2x2+b3x3+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+b123x1x2x3 (3.1) Trong đó: x1: Nồng độ dung dịch FeCl3 KMnO4; x2: Thời gian ngâm tẩm; x3: Tỉ lệ thể tích FeCl3/KMnO4 - Tổ chức thí nghiệm trực giao cấp I Để nhanh chóng tiến tới miền tối ưu, tiến hành 11 thí nghiệm, điều kiện chọn bảng 3.2 Trong số thí nghiệm phương án N = 2k = (k = 3), số thí nghiệm tâm Kết thí nghiệm được ghi bảng 3.5 Footer Page 10 of 145 Header Page 12 of 145 10 Bảng 3.6 Tính mức chuyển động mức yếu tố Các tiêu Z1 Z2 Z3 Mức sở 0.55 60 Khoảng biến thiên (j) 0.45 30 0.5 Hệ số bj 0,1357 0,0250 -0,0293 bj.j 0,0611 0,7500 -0,0147 Bước chuyển động j 0.1 1,2282 -0,0240 Làm tròn j 0.1 -0.02 Tổ chức thí nghiệm leo dốc: Từ kết bước chuyển động j bảng 3.5, tổ chức thí nghiệm leo dốc, xuất phát từ tâm thực nghiệm theo hướng chọn Kết thể bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết thí nghiệm theo hướng leo dốc đứng Thí nghiệm Các yếu tố ảnh hưởng Z1 Z2 Z3 Hàm mục tiêu (TN tâm) 0,55 0,65 60 61 1/1 0,98/1 1,0652 1,1622 0,75 0,85 62 63 0,96/1 0,94/1 1,2167 1,2441 0,95 64 0,92/1 1,1903 Kết bảng 3.7 cho thấy thí nghiệm có dung lượng hấp phụ cao (qe = 1,2441 mg/g), tương ứng với nồng độ dung dịch FeCl3 KMnO4 0,85M, thời gian ngâm 63 phút, tỉ lệ dung dịch FeCl3/KMnO4 0,94/1 3.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ CỦA ĐÁ ONG TỰ NHIÊN VÀ ĐOBTHH HÓA HỌC 3.3.1 Xác định điểm đẳng điện vật liệu Đồ thị xác định điểm đẳng điện (ĐĐĐ) vật liệu Footer Page 12 of 145 Header Page 13 of 145 11 trình bày hình 3.2 pHbđ - pHcb -1 10 11 12 -2 -3 pHbđ Hình 3.2 Đồ thị xác định ĐĐĐ vật liệu Từ hình 3.2 cho phép xác định điểm đẳng điện vật liệu hấp phụ pI = 7,8 Từ kết điểm đẳng điện vật liệu có giá trị pH dung dịch nghiên cứu cho ta biết bề mặt vật liệu hấp phụ tích điện dương hay âm (khi pH dung dịch nghiên cứu nhỏ pI bề mặt vật liệu hấp phụ tích điện dương ngược lại) 3.3.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu ĐOTN Footer Page 13 of 145 Hình 3.4 Ảnh SEM vật liệu đá ong nung Header Page 14 of 145 12 Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu sau biến tính Qua kết hình ảnh chụp bề mặt vật liệu độ phân giải khác cho thấy bề mặt vật liệu đá ong tự nhiên có khe mao quản so với vật liệu ĐOBTHH Hình 3.3 cho thấy, khoáng sét tạp chất hữu bám vào bề mặt vật liệu đá ong tự nhiên, làm bít khe hỡ mao quản làm giảm diện tích tiếp xúc vật liệu chất bị hấp phụ Đá ong sau nung 9500C thời gian thiêu kết hết phần sét quặng đồng thời đốt cháy tạp chất hữu thể hình 3.4 Hình ảnh bề mặt vật liệu ĐOBTHH thấy vật liệu biến tính xốp hơn, có nhiều khe mao quản làm tăng diện tích tiếp xúc vật liệu chất bị hấp phụ Từ kết hình ảnh cho thấy phù hợp với kết thí nghiệm so sánh vật liệu phần 3.2.1 3.3.4 Kết hấp phụ BET Diện tích bề mặt riêng vật liệu xác định theo phương pháp hấp phụ đa phân tử BET Kết trình bày bảng 3.8 Footer Page 14 of 145 Header Page 15 of 145 13 Bảng 3.8 Diện tích bề mặt riêng vật liệu Vật liệu Diện tích bề mặt riêng (S) ĐOTN ĐOBTHH Tính theo BET (m /g) 15,1071 97,85 3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METYLEN TRONG NƯỚC CỦA ĐOBTHH 3.4.1 Xác định thời gian đạt cân hấp phụ Kết hình 3.11 cho thấy, tốc độ hấp phụ xanh metylen xảy nhanh khoảng 120 phút đầu, sau tốc độ giảm dần theo thời gian Sau khoảng thời gian 120 phút, nồng độ xanh metylen dung dịch không giảm nữa, nằm mức cân Chứng tỏ sau khoảng 120 phút, cân hấp phụ thiết lập Như vậy, thời gian 120 phút chọn làm thời gian cho nghiên cứu hấp phụ 90 80 H% 70 60 H% 50 40 Phút 30 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ 3.4.2 Ảnh hưởng pH Tiến hành thí nghiệm thực pH ban đầu khác nhau, khoảng từ – 10, thời gian 120 phút Hiệu suất hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH pH khác minh hoạ hình 3.12 Footer Page 15 of 145 Header Page 16 of 145 14 90 H% 80 70 H% 60 50 40 12 pH 10 Hình 3.12 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ xanh metylen Như Hình 3.12, pH có ảnh hưởng đáng kể đến khả hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH Trong mẫu nghiên cứu hiệu suất hấp phụ xanh metylen thay đổi nhanh khoảng pH từ – Trong đó, pH tăng từ -10 hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ Giá trị pH tốt chọn cho trính hấp phụ xanh metylen nước ĐOBTHH 6.0 để thực trình nghiên cứu 3.4.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn/lỏng Dung lượng hấp 15 Hiệu suất H% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 H% qe 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Khối lượng chất hấp phụ (g) Hình 3.13 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ xanh metylen Footer Page 16 of 145 Header Page 17 of 145 15 Đồ thị cho thấy hiệu suất hấp phụ xanh metylen tăng khối lượng chất hấp phụ tăng (từ 28,4837 % lên 85,1532 %) gia tăng diện tích bề mặt vật liệu nên xanh metylen dễ dàng bị hấp phụ vật liệu Hiệu suất hấp phụ tăng nhanh lượng chất hấp phụ tăng từ 0,2 (g) đến 1,0 (g), sau tỉ lệ tăng không đáng kể từ liều lượng 1,2 (g) trở Tuy nhiên lượng xanh metylen hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ giảm khối lượng chất hấp phụ tăng Phân tích tương quan liều lượng chất hấp phụ dung lượng hấp phụ cho thấy mối tương quan nghịch Do đó, tăng khối lượng chất hấp phụ cao lợi cho trình hấp phụ Vì vậy, với 100 ml dung dịch xanh metylen 100ppm cần hấp phụ, chọn khối lượng chất hấp phụ 1,0 gam, hay tỉ lệ rắn/lỏng 1/100 3.4.4 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch xanh metylen ban đầu Quá trình hấp phụ tiến hành với nồng độ xanh metylen ban đầu khác nhau, điều kiện pH = 6, thời gian hấp phụ 120 phút tỉ lệ rắn/lỏng tương ứng 1/100 Kết thể bảng 3.12 Phân tích hồi quy Ce /qe Ce mô hình Langmuir hồi quy lnqe lnCe mô hình Freundlich a Mô hình Langmuir Dung lượng hấp phụ qe 12 10 y = 4.9541ln(x) - 5.7472 R² = 0.9934 10 15 20 25 Nồng độ cân (ppm) 30 Hình 3.14 Sự phụ thuộc qe vào nồng độ xanh metylen Footer Page 17 of 145 C /qe (g/L) Header Page 18 of 145 16 y = 0.046x + 1.29 R² = 0.966 2.7 2.5 2.3 2.1 1.9 1.7 1.5 15 25 Nồng độ cân (ppm) 35 Hình 3.15 Sự phụ thuộc C/qe vào C mô hình Langmuir Qua đồ thị hình 3.14 3.15 ta thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả tương đối xác hấp phụ xanh metylen vật liệu hấp phụ ĐOBTHH, thông qua hệ số tương quan hai đại lượng qe Ce r = 0,9967, hệ số xác định trình hồi quy R2=0,9934 Từ phân tích hồi quy ta tính hệ số phương trình Langmuir sau: 𝐶 = 0,046𝐶 + 1,29 𝑞 𝑒 (3.4) Từ phương trình (1.5) (3.4) ta tính dung lượng hấp phụ cực đại qmax = 21,739 (mg/g) số mô hình Langmuir KL = 0,0357 (L/mg) Để xác định trình hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH có phù hợp với dạng hấp phụ đơn lớp theo mô tả mô hình Langmuir hay không, đánh giá mức độ phù hợp thông qua tham số cân RL (equilibrium parameter) Tham số RL tính sau: 𝑅𝐿 = Footer Page 18 of 145 1+𝐾𝐿 𝐶𝑂 (3.5) Header Page 19 of 145 17 Dựa vào tham số RL theo bảng phân loại 3.13 để đánh giá mức độ phù hợp mô hình hấp phụ Langmuir ĐOBTHH Bảng 3.13 Phân loại phù hợp mô hình đẳng nhiệt tham số RL Giá trị RL Dạng mô hình đẳng nhiệt RL> Không phù hợp RL= Tuyến tính < RL< Phù hợp RL= Không thuận nghịch Từ giá trị tham số RL tính toán đồ thị hình 3.16, ta thấy giá trị khoảng từ 0,1772 – 0,3183 nhỏ nên xác định mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir phù hợp với trình hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH 0.35 0.3 RL 0.25 0.2 0.15 50 70 90 110 130 150 C0 Hình 3.16 Tham số cân RL b Mô hình Freundlich Từ kết tính toán thu hệ số phương trình Freundlich từ trình hồi quy lnqe theo lnCe sau: lnqe = 0,6579lnCe + 0,229 Footer Page 19 of 145 Header Page 20 of 145 18 Từ phương trình (1.11) (3.6) ta tính số hấp phụ Freundlich KF = 2,8729 (mg/g)(L/mg)1/n giá trị số n = 1,5199 Hệ số tương quan lnqe lnCe r = 0,9885 hệ số xác định R2 = 0,9772 Bảng 3.16 So sánh hai mô hình hấp phụ Langmuir Freundlich vật liệu hấp phụ ĐOBTHH Mô hình Langmuir KL qmax (L/mg) (mg/g) 0,0357 21,739 R2 0,9934 Mô hình Freundlich KF (mg/g)(mg/L)1/n 2,8729 n R2 1,5199 0,9772 Từ kết bảng 3.16 cho thấy hệ số xác định R2 mô hình Langmuir mô hình Freundlich gần tương đương (0,9934 0,9772) Như vậy, xác định trình hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH tuân theo hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich, xanh metylen hấp phụ đơn lớp vật liệu hấp phụ hấp phụ điều kiện bề mặt vật liệu không đồng 3.4.5 Cơ chế hấp phụ giả định Hình ảnh chụp bề mặt vật liệu đá ong tự nhiên cho thấy bề mặt có lỗ xốp hạt nhỏ đính bề mặt vật liệu gốc Quan sát ảnh chụp bề mặt vật liệu đá ong sau hoạt hóa với nồng độ FeCl3 KMnO4 0.85M, thấy xuất chuỗi hạt nhỏ kích thước cỡ 100nm Những chuỗi hạt hidroxit sắt oxit mangan cố định lên bề mặt vật liệu mà hình ảnh chụp bề mặt vật liệu đá ong nung So sánh khả hấp phụ xanh metylen loại vật liệu cho thấy, vật liệu chọn làm vật liệu so sánh lấy từ đá ong tự nhiên khả hấp phụ không cao, theo trường hợp xảy tượng hấp phụ vật lý (xanh metylen bị bẫy Footer Page 20 of 145 Header Page 21 of 145 19 lỗ xốp vật liệu) mà tượng hấp phụ hóa học (vì đá ong loại đá trơ, thành phần chủ yếu gồm Fe2O3, SiO2 Al2O3 nên không xảy tương tác oxit vật liệu với kim loại sắt mangan, nhóm OH- O2- linh động, không tạo bề mặt hoạt động) Vật liệu ĐOBTHH có khả hấp phụ xanh metylen tăng đột ngột, do: - Xảy tượng hấp phụ vật lý: Hidroxit sắt oxit mangan tạo thành từ phản ứng hóa học có kích thước nhỏ cố định phân tán bề mặt vật liệu tỉ lệ diện tích thể tích tăng mạnh làm xuất hiệu ứng bề mặt dẫn đến làm tăng khả hấp phụ vật liệu - Hấp phụ hóa học: Quá trình hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào chất bề mặt chất hấp phụ chất chất bị hấp phụ Dung dịch xanh metylen nồng độ 100ppm có giá trị pH = 5,02, môi trường tiến hành hấp phụ (pH = 6) xanh metylen tồn dạng anion, nên khả hấp phụ định dạng tồn hidroxit bề mặt Do có trao đổi ion trình hấp phụ: trao đổi nhóm OH- đính sắt O2- đính mangan oxit với anion xanh metylen có mặt dung dịch - Lực Van Der Waals:Các nguyên tử S N phân tử xanh metylen có hiệu ứng điện tích - tương tác tĩnh điện với Fe(OH)2+ dẫn đến việc giữ lại Xanh metylen bề mặt vật liệu (Fe(OH)2+ tạo thành kết tủa pH = – 7) 3.4.6 Hấp phụ xanh metylen phương pháp hấp phụ cột Quá trình hấp phụ động thực để nghiên cứu khả xử lý xanh metylen vật liệu Vật liệu sử dụng để nghiên cứu vật liệu ĐOBTHH có tải trọng hấp phụ cực đại 21,739 mg/g Khối lượng chất hấp phụ 5g nhồi vào cột có đường Footer Page 21 of 145 Header Page 22 of 145 20 kính 1cm, chiều cao cột nhồi 5,8cm Tốc độ dòng chảy thay đổi 0,5ml/phút; 1,0 ml/phút; 1,5 ml/phút; 2,0 ml/phút; 2,5 ml/phút Sau cho 10 lít dung dịch xanh metylen nồng độ 10ppm, pH dung dịch chảy qua cột hấp phụ, tiến hành xác định nồng độ xanh metylen lại dung dịch Kết thể hình 3.19 82 81.8 81.6 H% 81.4 81.2 81 0.5 1.5 Tốc độ dòng chảy 2.5 Hình 3.19 Biểu diễn phụ thuộc H% vào tốc độ dòng chảy Từ hình 3.19 cho thấy, tốc độ dòng chảy tốt chọn 1,0ml/phút Với tốc độ dòng chảy 1,0ml/phút hiệu suất hấp phụ 81,858% Điều cho thấy vật liệu có triển vọng lớn việc sử dụng để xử lý nước 3.4.7 Kết giải hấp tái sinh vật liệu Tiến hành hấp phụ xanh metylen với điều kiện hấp phụ tốt chọn từ thí nghiệm trên, thu kết sau: Nồng độ xanh metylen lại : 16,5415 (ppm) Nồng độ xanh metylen hấp phụ : 83,4585 (ppm) Footer Page 22 of 145 Header Page 23 of 145 21 Hiệu suất hấp phụ 83,4585% Sau tiến hành giải hấp HCl 0,1M , NaOH 0,1M bước mục 2.4.6 Kết thu bảng 3.19: Bảng 3.19 Hiệu suất giải hấp HCl, nước cất NaOH STT Nồng độ đầu Nồng độ giải (ppm) hấp (ppm) Hiệu suất (%) HCl NaOH HCl NaOH HCl NaOH 83,459 83,459 78.257 60.412 93.768 72.385 5,202 23,047 0.0237 0.4092 0,289 1,776 Qua thực nghiệm cho thấy trình giải hấp xanh metylen HCl 0,1M NaOH 0,1M đạt kết tốt Với 100ml HCl giải hấp xanh metylen đạt hiệu suất 93,768 %, với NaOH hiệu suất 72,385% Tiến hành giải hấp lần 2, kết cho thấy xanh metylen không bị tách Cả hai dung dịch có khả giải hấp Tuy nhiên, dung dịch HCl có khả giải hấp cao so với dung dịch NaOH Nguyên nhân do: tương tác điện tích bề mặt vật liệu dạng ion tồn dung dịch, có trao đổi ion nhóm OH- O2- với anion xanh metylen dung dịch Khi môi trường pH nhỏ, ion H+ cạnh tranh với OH-, O2và anion xanh metylen làm khả trao đổi ion trình hấp phụ Vật liệu sau giải hấp gọi vật liệu tái sinh (VLTS) Chúng tiến hành hấp phụ xanh metylen vật liệu tái sinh Với 100ml dung dịch xanh metylen 100ppm, pH = cho vào bình tam giác có chứa vật liệu tái sinh, đặt lên máy lắc với tốc độ 170 vòng/phút thời gian 120 phút Xác định nồng độ dung dịch xanh metylen sau hấp phụ Kết sau Footer Page 23 of 145 Header Page 24 of 145 22 Bảng 3.20 Kết hấp phụ VLTS Nồng độ VLTS HCl VLTS NaOH đầu (ppm) C H% C H% 100 24,508 75,492 45,878 54,122 Vật liệu có khả tái sinh tốt Hiệu suất hấp phụ sau tái sinh đạt 75,492% tái sinh HCl 54,122% NaOH Qua kết cho thấy, giải hấp tái sinh vật liệu dung dịch HCl cho hiệu suất cao Như vậy, ĐOBTHH có nhiều khả việc tái sử dụng để hấp phụ Footer Page 24 of 145 Header Page 25 of 145 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nghiên cứu khảo sát khả hấp phụ xanh metylen nước vật liệu đá ong biến tính thu số kết sau: - Đã nghiên cứu, xây dựng quy trình chuyển hoá khoáng vật đá ong thành chất hấp phụ phương pháp biến tính hoá - lý: sấy, nung, tăng diện tích lỗ xốp, tăng trung tâm hấp phụ kích thích hoạt tính hấp phụ Tối ưu hóa trình, đưa điều kiện tối ưu cho trình biến tính với nồng độ dung dịch FeCl3 KMnO4 0,85M, thời gian ngâm 63 phút, tỉ lệ dung dịch FeCl3/KMnO4 0,94/1 - Kết nghiên cứu vật liệu phương pháp SEM BET cho thấy, vật liệu ĐOBTHH có độ xốp, nhiều khe rỗng mao quản diện tích bề mặt riêng lớn so với ĐOTN - Khảo sát xác định pH tối ưu cho hấp phụ xanh metylen vật liệu hấp phụ: Đối với vật liệu hấp phụ đá ong biến tính giá trị pH thích hợp cho hấp phụ xanh metylen - Khảo sát xác định thời gian đạt cân hấp phụ xanh metylen 120 phút - Tỉ lệ rắn lỏng tốt xác định thí nghiệm 1/100 - Quá trình hấp phụ xanh metylen ĐOBTHH phù hợp với hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich, cho thấy xanh metylen hấp phụ đơn lớp vật liệu hấp phụ hấp phụ điều kiện bề mặt vật liệu không đồng Dung lượng hấp phụ cực đại tính từ phương trình Langmuir 21,739 mg/g - Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu: Với Footer Page 25 of 145 Header Page 26 of 145 24 100ml HCl 0,1M giải hấp xanh metylen đạt hiệu suất 78.257% Vật liệu có khả tái sinh cao, hiệu suất hấp phụ sau tái sinh đạt 75,492% Như vậy, việc sử dụng vật liệu hấp phụ đá ong biến tính trình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm xanh metylen tỏ có nhiều ưu điểm.Vật liệu rẻ tiền, không độc hại mà có khả tách loại xanh metylen tốt Với thuận lợi mở triển vọng khả quan cho việc nghiên cứu việc sử dụng đá ong - nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên, dễ khai thác, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường, góp phần vào trình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm nhằm thực mục tiêu phát triển bền vững nước ta giai đoạn “công nghiệp hóa – đại hóa” KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu trình biến tính tác nhân khác lên đá ong để làm vật liệu hấp phụ nhằm sử dụng có hiệu nguồn nguyên liệu sẵn có nước ta - Nghiên cứu hấp phụ hợp chất hữu khác ĐOBTHH - Dùng ĐOBTHH để xử lý mẫu nước thải ô nhiễm Footer Page 26 of 145 ... độ xanh metylen Phương trình thu được: