Đang tải... (xem toàn văn)
Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich phù hợp mô tả quá trình hấp phụ As(V) và As(III) bởi các dạng vật liệu nano oxide sắt. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu, cũng như việc điều chế dễ dàng, giá thành thấp của FeOOH, làm cho nó trở thành chất hấp phụ hấp dẫn và đầy hứa hẹn trong việc xử lý arsen trong nước ngầm.
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 1, SỐ 6, 2017 Dung lượng hấp phụ cực đại γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3và α-Fe2O3 dạng nano As(V) As(III) Nguyễn Đình Trung Trường Đại học Đà Lạt Email: trungnd@dlu.edu.vn (Bài nhận ngày 03 tháng 06 năm 2017, nhận đăng ngày 16 tháng 08 năm 2017) TÓM TẮT 63,75 88,99 mg/g, cao so với γ-Fe2O3 γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 α-Fe2O3 α-Fe2O3 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dạng nano sử dụng làm vật liệu hấp phụ As(V)và Freundlich phù hợp mơ tả q trình hấp phụ As(III) điều chế phương pháp đồng As(V) As(III) dạng vật liệu nano oxide kết tủa Từ phổ XRD ảnh chụp SEM xác định sắt Dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu, dạng γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 việc điều chế dễ dàng, giá thành thấp α-Fe2O3, vật liệu nano có kích thước từ 15FeOOH, làm cho trở thành chất hấp phụ hấp 30 nm Tại pH = 6,0 dung lượng hấp phụ cực đại dẫn đầy hứa hẹn việc xử lý arsen α-FeOOH As(V) As(III) nước ngầm 77, 28 78,65 mg/g, γ-FeOOH Từ khóa: Arsen; hấp phụ; γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 nano MỞ ĐẦU Ngày biến đổi khí hậu, số vùng tỉnh Lâm Đồng mùa nắng thường kéo dài dẫn đến mùa khô số vùng thiếu nước Để đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt, dân số vùng thiếu nước tự khoan giếng khai thác nước ngầm.Trong tự nhiên, ô nhiễm arsen nước ngầm đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng Arsen chứng minh có liên quan tới gia tăng tỉ lệ bệnh ung thư da, bàng quang, gan phổi khu vực có nhiễm [1-3] Arsen tồn nước ngầm phổ biến dạng vô hữu cơ, dạng vô arsen có độc tính cao dạng hữu [4] Ngồi ra, As(III) có độc tính cao As(V) đồng thời khó bị loại bỏ hồn tồn khỏi nước ngầm [5, 6].Khi nước ngầm bị ô nhiễm arsen vấn đề phổ biến, để xử lý loại bỏ arsen khỏi nước ngầm, ngày có nhiều phương pháp nghiên cứu hấp phụ [7, 8], trao đổi ion [9, 10], thẩm thấu ngược [11,12], keo tụ [13, 14] xử lý sinh học [15, 16] Trong số đó, phương pháp hấp phụ cho phương pháp hiệu kinh tế Ngày nhiều loại vật liệu hấp phụ nghiên cứu để loại bỏ arsen vật liệu hấp phụ sinh học, khống oxide, than hoạt tính loại nhựa polymer [17-19] Tính chất hấp phụ vật liệu nano ứng dụng để xử lý môi trường, ngày ý nghiên cứu sử dụng Trong cơng trình cơng bố tập trung chủ yếu vào việc làm arsen [20, 21] Cả hai dạng As(III) As(V) bị hấp phụ mạnh vật liệu nano (là oxide kim loại) hấp dung lớn vật liệu nano arsen Nano oxide sắt vật liệu dễ điều chế đồng thời có tính hấp phụ arsen tốt, theo cơng trình nghiên cứu Tang cộng (2011) hấp dung tối đa αFe2O3 As(III) 95mg/g, As(V) 47mg/g Theo cơng trình nghiên cứu S R Chowdhury cộng (2010) hấp dung hỗn hợp nano (Fe3O4- α-Fe2O3) As(III) Trang 237 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCE, VOL 1, ISSUE 6, 2017 As(V) 80 µmol/g [22] Cơng trình nghiên cứu Mohammad Mosaferi cộng (2014) cho thấy hấp dung nano sắt kim loại As(III) 12,2 mg/g As(V) 14 mg/g [23] Hiện tại, nước có vài cơng trình nhóm tác giả Lưu Minh Đại cơng bố ứng dụng nano oxide sắt dạng nano để hấp phụ arsen [2426] Tuy nhiên, nhóm cơng trình tổng hợp nano oxide sắt công nghệ đốt cháy gel Trong khuôn khổ báo này, bổ sung thêm phương pháp tổng hợp dạng nano oxide sắt phương pháp kết tủa-đồng kết tủa hóa học Đây phương pháp đơn giản, chi phí thấp, dễ tiến hành đồng thời so sánh dung lượng hấp phụ cực đại dạng nano oxide kim loại tổng hợp arsen VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Dung dịch chuẩn gốc As(V) As(III) 1000 mg/L (Merck), dung dịch dùng cho nghiên cứu As(V) As(III) điều chế từ muối Na2HAsO4·7H2O As2O3 (Merk), HNO3 (0,01– 0,5 N) NaOH (0,01–1N) dùng để chỉnh pH cần thiết Na2CO3, NH4OH, FeCl2.4H2O (P.A) Trung Quốc Xác định arsen dung dịch thiết bị AA 7000 - HVG1 Shimadzu, phân tích, xử lý số liệu, vẽ đồ thị phần mềm Originlab 8.5.1 Điều chế oxide kim loại dạng nano (γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 hệ thiết bị mơ tả Hình Trong suốt q trình điều chế γ-FeOOH γ-FeOOH nhiệt độ phản ứng trì 25 oC, tốc độ khuấy 1200 vòng phút, trì pH dung dịch tùy theo quy trình điều chế Hình Thiết bị điều chế nano oxide sắt Máy đo pH với điện cực thủy tinh để kiểm sốt pH; Bình phản ứng; Máy khuấy từgia nhiệt; Thiết bị nhỏ giọt để điều chỉnh pH; Thiết bị sục khơng khí (với tốc độ sục khí điều chỉnh được) Bình rửa khí dung dịch rửa khí NaOH 40% Điều chế γ-FeOOH: Hòa tan 12g FeCl2 4H2O 300 mL nước cất (lọc qua giấy lọc có kết tủa), sục khí nitrogen 10 phút để đuổi oxygen khơng khí có dung dịch, chỉnh pH hệ phản ứng đến giá trị 6,5–6,8 có kết tủa màu xanh đen Dùng NH4OH hay NaOH (1N) từ thiết bị nhỏ giọt để ổn định pH hệ thống 6,5–6,8 suốt trình vừa sục khí tốc độ dòng L/phút, vừa Trang 238 khuấy tốc độ 1200 vòng/phút nhiệt phản ứng 25 oC Tủa màu xanh đen bình phản ứng chuyển sang màu vàng cam sau thời gian phản ứng, kết thúc trình phản ứng khoảng 20 phút, ly tâm10 phút tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa sấy sản phẩm (γ-FeOOH ) dùng cho nghiên cứu Điều chế γ-Fe2O3: sử dụng quy trình đến giai đoạn kết thúc phản ứng (sau 20 phút) bổ TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 1, SỐ 6, 2017 sung vào bình phản ứng 50 mL CH3CH2OH sau chỉnh pH đến khuấy thêm 15 phút, chỉnh nhiệt độ bình phản ứng lên 90 oC tiếp tục khuấy vòng h Lúc này, bình phản ứng, hỗn hợp phản ứng chuyển từ màu vàng cam sang màu đen, kết thúc phản ứng, ly tâm với thời gian 10 phút tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa sấy sản phẩm (γ-Fe2O3) dùng cho nghiên cứu Điều chế α-FeOOH: Hòa tan 3g FeCl2 4H2O 300 mL nước cất (lọc qua giấy lọc có kết tủa) sau thêm vào bình phản ứng 33 mL dung dịch NaHCO3 1N, pH 7,5 hệ phản ứng trì suốt q trình vừa sục khí với tốc độ dòng 2L/phút, vừa khuấy tốc độ 1.200 vòng/phút nhiệt độ phản ứng 25 oC, phản ứng kết thúc sau 30 phút kết tủa màu xanh đen chuyển thành màu vàng lợt, ly tâm 10 phút tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa sấy sản phẩm α-FeOOH) sử dụng cho nghiên cứu Điều chế α-Fe2O3: Theo phương pháp Điều chế α-FeOOH nhiên, đến kết thúc trình (30 phút) bổ sung 50 mL CH3CH2OH vừa khuấy vừa đun hỗn hợp đồng thời tiếp tục sục khí h nhiệt độ 90 oC hỗn hợp phản ứng chuyển từ màu vàng nhạt sang màu đỏ sậm (ly tâm 10 phút tốc độ 10.000 vòng/phút, rửa sấy hỗn hợp sản phẩm αFe2O3 Fe3O4) sử dụng cho nghiên cứu Tách loại Fe3O4 khỏi hỗn hợp (α-Fe2O3 Fe3O4) nam châm Xác định phổ XRD vật liệu chụp thiết bị nhiễu xạ Scintag-XDS-2000 với bước sóng Cu Kα (λ=1.54059) góc độ quét 2θ 44,9oC Hình thái vật liệu (SEM) chụp máy Hitachi H-7500 Nghiên cứu hấp dung cực đại vật liệu: Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại loại vật liệu nghiên cứu điều kiện pH 6.0 arsen (vì nguồn nước ngầm Lâm Đồng nằm dãy 5,8–7,5) tiến hành sau; Cân 0,1g chất hấp phụ cho vào bình tam giác 250 mL thêm vào 100 mL dung dịch As(V) hay As(III) với dãy nồng độ từ 40 đến 1000 mg/L tùy theo điều kiện nghiên cứu Nồng độ ion thiết bị nghiên cứu không điều chỉnh suốt trình hấp phụ.Bình hấp phụ đậy kín lắc máy lắc (IKA HS 260 basic USA) với tốc độ 180 vòng/ phút,liên tục 24 để đảm bảo trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, nhiệt độ thực trình hấp phụ nhiệt độ phòng (25 o C), pH trì pH= 6.0 pH ban đầu điều chỉnh đến giá trị pH=6.0 dung dịch HNO3 NaOH (0,01 N) sau kiểm tra điều chỉnh sau khoảng thời gian Sau 24 h phản ứng, tất mẫu ly tâm phút (universal 320Germany) 10.000 vòng/ phút sau lọc qua màng lọc 0,45 µm dịch lọc phân tích arsen AA 7000 - HVG1 Shimadzu Quy trình thực để nghiên cứu hấp dung cực đại vật liệu hấp phụ nghiên cứu Hàm lượng arsen hấp phụ tính thay đổi nồng độ ban đầu hàm lượng lại arsen trong dung dịch khối lượng vật liệu hấp phụ Hàm lượng arsen bị hấp phụ tính theo cơng thức sau: q= V(𝐶𝑖 -𝐶𝑒 ) B Trong q hàm lượng arsen bị hấp phụ, hay dung lượng hấp phụ vật liệu (mg/g chất hấp phụ); Ci Ce nồng độ kim loại trước sau hấp phụ tương ứng, V thể tích dung dịch, B khối lượng vật liệu hấp phụ sử dụng Nghiên cứu mơ hình hấp phụ Để nghiên cứu mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu hấp phụ, điều kiện thực 25 oC pH=6.0 dãy nồng độ đầu As(III) As(V) (40–1000 mg/L) theo quy trình mơ tả Phương trình hấp phụ Langmuir qe = qm bCe + bCe Trong qe lượng As(V) As(III) bị hấp phụ vật liệu (mg/g), qm dung lượng hấp phụ Trang 239 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCE, VOL 1, ISSUE 6, 2017 cực đại As(V) As(III) Ce nồng độ đầu trình hấp phụ đạt cân (mg/L) b số tỷ lệ: hấp phụ/giải hấp (Hình 2) thấy có xuất pick (*) pick tạp γ-Fe2O3, đối chiếu với phổ XRD γ-Fe2O3 Trong trình tổng hợp γFeOOH có chuyển hóa từ dạng γ-FeOOH sang dạng γ-Fe2O3 với hàm lượng nhỏ Từ Hình cho thấy dạng nano hình que (nano-rod) γFeOOH γ-Fe2O3 điều kiện chụp, kích thước dạng nano γ-Fe2O3 nhỏ γFeOOH bán kính phân tử γ-FeOOH lớn Dạng nano hình que tổng hợp sử dụng NH4OH để tổng hợp, dung dịch phản ứng bổ sung 0,1N dung dịch NaCl điều chỉnh pH NaOH chúng có dạng hình lập phương Phương trình hấp phụ Freunlich 1/n qe = KCe Với qe lượng As(V) As(III) bị hấp phụ vật liệu (mg/g), K, n số hấp phụ đạt trạng thái cân KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tính chất vật liệu hấp phụ Để xác định tính chất vật liệu sử dụng cho nghiên cứu phổ XRD SEM loại vật liệu thể hình sau: Để điều chế dạng γ-FeOOH tinh khiết, khí sục vào bình phản ứng định phải lọc qua bình rửa khí để loại bỏ CO2 Khi nghiên cứu phổ XRD γ-FeOOH 5500 7000 6500 5000 119 * 5500 4500 -Fe2O3 FeOOH 6000 FeOOH 5000 Fe2O3 4000 206 412 4500 120 4000 * * 111 3500 200 220 115 012 * 231 3000 3500 3000 10 20 30 40 50 60 70 Theta (coupled Two Theta/Theta) WL=1.54060 80 10 20 30 40 50 60 Hình Phổ XRD γ-FeOOH γ-Fe2O3 Ảnh SEM γ-FeOOH Ảnh SEM γ-Fe2O3 Hình Ảnh SEM γ-FeOOH γ-Fe2O3 Trang 240 70 Theta (coupled Two Theta/Theta) WL=1.54060 80 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 1, SỐ 6, 2017 Khi nghiên cứu phổ XRD α -FeOOH (Hình 4) thấy có xuất pick (*) pick tạp α-Fe2O3, đối chiếu với phổ XRD α-Fe2O3 Trong q trình tổng hợp αFeOOH có chuyển hóa từ dạng α-FeOOH sang dạng α-Fe2O3 trình oxy hóa với hàm lượng nhỏ Từ Hình cho thấy dạng nano α-FeOOH vàα-Fe2O3 điều kiện chụp, kích thước vật liệu kích thước nano Kích thước α-Fe2O3 nhỏ α-FeOOH Khi tổng hợp α-FeOOH suốt q trình sục khí khơng cần phải rửa khí để loại bỏ CO2 6000 6500 104 6000 5500 111 5500 5000 110 4500 5000 * -Fe2O3 FeOOH FeOOH * 4000 110 * * 221 116 4000 151 130 3500 -Fe2O3 4500 024 012 214 300 113 3500 018 3000 3000 2500 2500 10 20 30 40 50 60 70 80 Theta (coupled Two Theta/Theta) WL=1.54060 10 20 30 40 50 60 70 80 (coupled Two Theta/Theta) WL=1.54060 Hình Phổ XRD α -FeOOH α -Fe2O3 Ảnh SEM α-FeOOH Ảnh SEM α -Fe2O3 Hình Ảnh SEM α-FeOOH α-Fe2O3 Qua kết nghiên cứu cho thấy sản phẩm tổng hợp dạng vật liệu có kích thước nano (Hình Hình 5), kích thước trung bình 30nm, riêng với hai dạng γ-Fe2O3 α-Fe2O3 có kích thước nhỏ từ 15–20 nm Từ phổ XRD cho thấy tổng hợp dạng FeOOH có lẫn tạp chất xuất pick tạp γ-Fe2O3 tổng hợp γ-FeOOH lẫn tạp α-Fe2O3 tổng hợp αFeOOH, nguyên nhân trình tổng hợp pH dung dịch có xu hướng giảm suốt q trình phải có điều chỉnh pH liên tục, thời điểm thêm dung dịch kiềm vào để ổn định pH dung dịch điều kiện phản ứng có thay đổi cục bề mặt tiếp xúc, từ phổ XRD cho thấy γ-Fe2O3 α-Fe2O3 sản phẩm tương đối tinh khiết Hấp dung cực đại vật liệu Từ số liệu thực nghiệm, sử dụng phần mềm Originlab 8.5.1 xử lý, phân tích số liệu, xây dựng đồ thị Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu hấp phụ γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 As(V) As(III) thể theo Hình Trang 241 60 100 55 90 50 80 45 70 40 35 qe sorption As(V) capacity of FeOOH qe(mg/g) qe (mg/g) SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCE, VOL 1, ISSUE 6, 2017 Langmuir isotherm Freundlich isotherm 30 60 50 qe sorption As(III) capacity of -FeOOH Langmuir isotherm Freudlich isotherm 40 25 30 20 20 200 400 600 800 1000 100 200 (A) Ce(mg/L) 300 400 500 600 700 800 (B) Ce(mg/L) Hình Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) (A) As(III) (B) lên chất hấp phụ γ-FeOOH 55 45 50 40 45 40 qe (mg/g) qe (mg/g) 35 30 qe sorption As(V) capacity of -Fe2O3 25 35 qe sorption As(III) capacity of -Fe2O3 30 Langmuir isotherm Freudlich isotherm 25 Langmuir isotherm Freundlich isotherm 20 20 200 400 600 800 1000 (A) Ce (mg/L) 200 400 600 800 1000 (B) Ce (mg/L) Hình Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) (A) As(III) (B) lên chất hấp phụ γ-Fe2O3 Thông qua phương trình hấp phụ đẳng nhiệt mơ tả Hình từ liệu phân tích thơng qua mơ hình thực nghiệm, thơng số q trình hấp phụ theo mơ hình Langmuir Freundlich As(V) As(III) vật liệu hấp phụ γ-FeOOH γ-Fe2O3 pH= 6,0 thể Bảng Từ kết phân tích Bảng cho thấy hai mơ hình Langmuir Freundlich phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ As(V) As(III) vật liệu hấp phụ γ-FeOOH γ-Fe2O3, giá trị R2 mơ hình Langmuir từ 0,88 đến 0,92 Khi đạt trạng thái cân bằng, giá trị (b) tỷ lệ hấp phụ/giải hấp trình nhỏ từ 0,02–0,03 chứng tỏ trình đạt trạng thái cân bằng, dung lượng hấp phụ cực Trang 242 đại γ-FeOOH pH= 6,0 As(V) As(III) 63,75 88,99 mg/g γ-Fe2O3 As(V) As(III) 44,41 54,39 mg/g cách tương ứng Giá trị R2 mơ hình Freudlich từ 0,85 đến 0,98, giá trị 1/n mơ hình Freudlich nhỏ phù hợp (Bảng 1) Hình thái γ-FeOOH γ-Fe2O3 dạng hình que (Hình 3) có kích thước nano.Kích thước γ-Fe2O3 nhỏ γ-FeOOH nhiên hấp dung cực đại hai dạng As(V) As(III) vật liệu γ-FeOOH cao γ-Fe2O3, đồng thời dung lượng hấp phụ cực đại γ-FeOOH As(III) cao so với As(V) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 1, SỚ 6, 2017 Bảng Các thơng số phương trình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) As(III) vật liệu hấp phụ γ-FeOOH γ-Fe2O3 pH= 6,0 Vật liệu hấp phụ γ-FeOOH pH= 6,0 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dạng arsen qm (mg/g) b (L/mg) As(V) 63,75 0,02 As(III) 88,99 0,02 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Dạng arsen KF (L/mg) 1/n As(V) 9,88 0, 27 As(III) 16,95 0,26 Vật liệu hấp phụ γ-Fe2O3 pH= 6,0 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dạng arsen qm (mg/g) b (L/mg) As(V) 44,41 0,03 As(III) 54,39 0,02 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Dạng arsen KF (L/mg) 1/n As(V) 14,48 0,17 As(III) 11,75 0,23 R2 0,92 0,89 R2 0,93 0,98 R2 0,88 0,91 R2 0,85 0,89 Quá trình hấp phụ đẳng nhiệt chất hấp phụ α-FeOOH, α-Fe2O3 As(V) As(III) pH=6,0 thể qua Hình 8A, 8B, 9A 9B 80 90 80 70 70 qe (mg/g) qe (mg/g) 60 50 40 qe sorption As(V) capacity of -FeOOH 50 qe sorption As(III) capacity of -FeOOH 40 Langmuir isotherm Freudlich isotherm 30 60 Langmuir isotherm freundlich isotherm 30 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 (A) Ce (mg/L) 400 500 600 700 800 900 1000 (B) Ce (mg/L) Hình Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) (A) As(III) (B) lên chất hấp phụ α-FeOOH 45 45 40 40 35 qe (mg/g) qe (mg/g) 35 30 qe sorption As(V) capacity of -Fe2O3 25 Langmuir isotherm Freudlich isotherm 30 25 qe sorption As(III) capacity of -Fe2O3 Langmuir isotherm Freudlich isotherm 20 20 200 400 600 (A) Ce (mg/L) 800 1000 200 400 600 800 1000 (B) Ce (mg/L) Hình Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) (A) As(III) (B) lên chất hấp phụ α-Fe2O3 Trang 243 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCE, VOL 1, ISSUE 6, 2017 Từ thơng số q trình hấp phụ theo mơ hình Langmuir Freundlich As(V) As(III) vật liệu hấp phụ α-FeOOH α-Fe2O3 pH= 6,0 thể Bảng Thông qua số liệu phân tích thể Bảng 2, hai mơ hình Langmuir Freundlich phù hợp để mơ tả trình hấp phụ As(V) As(III) vật liệu hấp phụ α-FeOOH α-Fe2O3 với As(V) As(III) 77,28 78,65 mg/g γ-Fe2O3 As(V) As(III) 44,54 44,35 mg/g Giá trị R2 mơ hình Freudlich từ 0,82 đến 0,93, giá trị 1/n mơ hình Freudlich ln nhỏ phù hợp (Bảng 2) Hình thái α-FeOOH α -Fe2O3 dạng lập phương (Hình 5) có kích thước nano Kích thước α-Fe2O3 nhỏ α-FeOOH nhiên hấp dung cực đại hai dạng As(V) As(III) vật liệu α -FeOOH cao α-Fe2O3, dung lượng hấp phụ cực đại α-FeOOH As(III) As(V) không khác biệt nhiều Giá trị R2 mơ hình Langmuir từ 0,89 đến 0,95, đạt trạng thái cân bằng, giá trị (b) tỷ lệ hấp phụ/giải hấp trình nhỏ từ 0,03–0,04 chứng tỏ trình đạt trạng thái cân Dung lượng hấp phụ cực đại α-FeOOH pH= 6,0 đối Bảng Các thơng số phương trình hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) As(III) vật liệu hấp phụ α-FeOOH α-Fe2O3 pH= 6,0 Vật liệu hấp phụ α-FeOOH pH= 6.0 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dạng arsen qm (mg/g) b (L/mg) As(V) 77,28 0,04 As(III) 78,65 0,03 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Dạng arsen KF (L/mg) 1/n As(V) 23,15 0,19 As(III) 20,29 0,22 Vật liệu hấp phụ α-Fe2O3 pH= 6.0 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dạng arsen qm (mg/g) b (L/mg) As(V) 44,54 0,03 As(III) 44,35 0,03 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Dạng arsen KF (L/mg) 1/n As(V) 15,02 0,17 As(III) 13,90 0,18 Qua kết nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu hấp phụ γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 α-Fe2O3 As(V) As(III), q trình hấp phụ tn theo mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich Dung lượng hấp phụ cực đại As(V) As(III) dạng FeOOH cao so với dạng Fe2O3 điều kiện nghiên cứu, dung lượng hấp phụ cực đại As(III) dạng γ-FeOOH cao hơnα-FeOOH KẾT LUẬN Trang 244 R2 0,95 0,93 R2 0,87 0,93 R2 0,89 0,90 R2 0,82 0,84 Đã tổng hợp γ-FeOOH, α-FeOOH, γFe2O3 α-Fe2O3 với kích thước từ 15-30nm làm vật liệu hấp phụ Quá trình hấp phụ As(V) As(III) loại vật liệu, tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Dung lượng hấp phụ cực đại As(V) As(III) dạng FeOOH cao so với dạng Fe2O3 điều kiện nghiên cứu Dung lượng hấp phụ cực đại α-FeOOH As(V)và As(III) 77,28 78,65 mg/g; γ-FeOOH 63,75 88,99 mg/g Vậy loại vật liệu nano dạng FeOOH loại vật liệu tiềm việc xử lý nước bị nhiễm bẩn arsen TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 1, SỐ 6, 2017 Lời cảm ơn: Chúng xin chân thành cảm ơn Bộ GD&ĐT cấp kinh phí cho nghiên cứu này, cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Đà Lạt tạo điều kiện để thực đề tài nghiên cứu The maximum absorption capacities of γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 and α-Fe2O3 nanoparticles for As(V) and As(III) Nguyen Dinh Trung Da Lat University ABSTRACT FeOOH for As(V) and As(III) were 77.28 and 78.65 mg/g; and γ-FeOOH were 63.75 and 88.99 mg/g respectively and higher than those of γ-Fe2O3 and α-Fe2O3 at pH= 6.0 The adsorption data accorded with Langmuir and Freundlich isotherms The high adsorption capability and good performance on other aspects make the FeOOH nano particles being a promising adsorbent for the removal of As(V) and As(III) from groundwater γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 and α-Fe2O3 nanoparticle adsorbents for As(V) and As(III) removal were prepared by a chemical coprecipitation method In the XRD diagrams the oxides appeared in the form of γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 and α-Fe2O3 These typical SEM images of the prepared samples were shown, which reveal that the nanoparticles were about 15 –30 nm The maximum adsorption capacities of αKeywords:arsen; sorption; γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 nano TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S.Y.Tsai, H.Y.Chou, H.W.The, C.M.Chen, C.J Chen, The effects of chronic arsenic exposure from drinking water on the neurobehavioral development in adolescence, Neuro Toxicology, 24, 747–753(2003) [2] C.H Tseng, C.K Chong, C.P Tseng, Y.M Hues, H.Y Chiou, C.C Tseng, C.J Chen, Long term arsenic exposure and ischemic heart disease in arseniasis hyperendemic villages in Taiwan, Toxicology Letters, 137, 15–21(2003) [3] C.H Tseng, T.Y Tai, C K Chong, C.P Tseng, M.S Lai, B.J Lin, H.Y Chiou, Y.M Hsueh, K.H Hsu, C.J Chen, Long term arsenic exposure and incidence of non-insulindependent diabetes mellitus: a cohort study in arseniasis-hyperendemic villages in Taiwan, Environmental Health Perspectives, 108, 847– 851(2000) [4] R.A Yokel, S.M Lasley, D.C Dorman, The speciation of metals in mammals influences [5] [6] [7] [8] their toxico kinetics and toxico dynamics and therefore human health risk assessment, Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B, Critical Reviews, 9, 1, 63–85 (2006) F.C Knowles, A.A Benson, The Biochemistry of Arsenic, Trends in Biochemical Sciences, 8, 5, 178–180 (1983) N.E Korte, Q Fernando, A review of arsenic (III) in groundwater, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 21, 1, 1–39 (1991) H Zhu, Y Jia, X Xu, H Wang, Removal of arsenic from water by supported nano zerovalent iron on activated carbon, Journal of Hazardous Materials, 172, 2–3, 1591–1596 (2009) A Sperlich, A.Werner, A Genz, G Amy, E Worch, M Jekel, Breakthrough behavior of granular ferric hydroxide (GFH) fixed-bed adsorption filters: modeling and experimental Trang 245 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL: NATURAL SCIENCE, VOL 1, ISSUE 6, 2017 [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] approaches, Water Research, 39, 6, 1190–1198 (2005) X.L Wu, L Wang, C.L Chen, A.W Xu, X.K Wang, Water-dispersible magnetite–graphene– LDH composites for efficient arsenate removal, Journal of Materials Chemistry, 21, 43, 17353– 17359 (2011) J Kim, M.M Benjamin, Modeling a novel ion exchange process for arsenic and nitrate removal, Water Research, 38, 8, 2053–2062 (2004) I Akin, G Arslan, A Tor, Y Cengeloglu, M Ersoz, Removal of arsenate [As(V)] and arsenite [As(III)] from water by SWHR and BW-30 reverse osmosis, Desalination, 281, 88– 92 (2011) R.Y Ning, Arsenic removal by reverse osmosis, Desalination, 143, 3, 237–241 (2002) A Zouboulis, I Katsoyiannis, Removal ofarsenates from contaminated waterby coagulation-direct filtration, Separation Science and Technology, 37, 12, 2859–2873 (2002) M.B Baskan, A Pala, A statistical experiment design approach for arsenic removal by coagulation process using aluminumsulfate, Desalination, 254, 1–3, 42–48 (2010) T.M Gihring, G.K Druschel, R.B Mc Cleskey, R.J Hamers, J.F Banfield, Rapid arsenite oxidation by Thermus aquaticus and Thermus thermophilus: field and laboratory investigations, Environmental Science and Technology, 35, 19, 3857–3862 (2001) E.O Omoregie, R.M Couture, P Van Cappellen, C.L Corkhill, J.M Charnock, Arsenic bioremediation by biogenic iron oxides and sulfides, Applied and Environmental Microbiology, 79, 14 (2013) M.M Benjamin, R.S Sletten, R.P Bailey, T Bennett, Sorption and filtration ofmetals using iron-oxide-coated sand, Water Research, 30, 11, 2609–2620 (1996) Trang 246 [18] L Dambies, T Vincent, E Guibal, Treatment of arsenic-containing solutions using chitosan derivatives: uptake mechanism and sorption performances, Water Research, 36, 15, 3699– 3710 (2002) [19] D Mohan, C.U Pittman, Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents, critical review, Journal of Hazardous Materials, 142, 1–2, 1–53 (2007) [20] H.J Bates, D Heil, Removal of arsenic from ground water by mangnese dioxide- coated sand, J.Environ Envi., 126, 12, 1160–1172 (2000) [21] J.G Hering, P Y Chen, Arsenic removal from drinking water during coagulation,J Environ Eng., 123, 8, 800–807(1997) [22] S.R Chowdhury, Arsenic and chromium removal by mixed magnetite-maghemite nanoparticles and effect of phosphate on removal, Journal of Environmental Management, 91, 11,2238–2247(2010) [23] M Mohammad, N Sepide, K Alireza, N Simin and A H Ahmad, Removal of Arsenic (III, V) from aqueous solution by nanoscale zero-valent iron stabilized with starch and carboxymethyl cellulose, J Environmental Health Science & Enginering, 12, 74, 2–10 (2014) [24] Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Tổng hợp γ-Fe2O3 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel nghiên cứu khả hấp phụ sắt, mangan, arsen, Tạp chí Hóa học, T.47, 6A, 260–264 (2009) [25] Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Nghiên cứu khả hấp phụ arsen vật liệu nanoγFe2O3, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, T.14, 4, 155–159 (2010) [26] Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano γ- Fe2O3 hấp phụ arsen, sắt mangan, Tạp chí Hóa học, T.48, 4A, 180–184 (2010) ... -Fe2O3 dạng lập phương (Hình 5) có kích thước nano Kích thước α-Fe2O3 nhỏ α-FeOOH nhiên hấp dung cực đại hai dạng As(V) As(III) vật liệu α -FeOOH cao α-Fe2O3, dung lượng hấp phụ cực đại α-FeOOH As(III). .. nhiệt Langmuir Freundlich Dung lượng hấp phụ cực đại As(V) As(III) dạng FeOOH cao so với dạng Fe2O3 điều kiện nghiên cứu Dung lượng hấp phụ cực đại α-FeOOH As(V )và As(III) 77,28 78,65 mg/g; γ-FeOOH... 0,17 As(III) 13,90 0,18 Qua kết nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu hấp phụ γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 α-Fe2O3 As(V) As(III), q trình hấp phụ tn theo mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich Dung lượng hấp