Đang tải... (xem toàn văn)
Ô nhiễm asen là vấn đề môi trường được nhiều nhà khoa học quan tâm bởi độc tính và khả năng gây ung thư của chúng. Trong bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp với khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu diatomite biến tính bằng các oxide sắt với mangan (FeMn/diatomite).
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As(III) CỦA VẬT LIỆU DIATOMITE ĐƯỢC BIẾN TÍNH BẰNG LƯỠNG OXIDE SẮT VÀ MANGAN Huỳnh Trường Ngọ1, Trần Thị Anh Thư2, Trần Thanh Tâm Toàn3, Mai Xuân Tịnh3, Đinh Quang Khiếu3* Chi cục An to|n vệ sinh thực phẩm tỉnh Thừa Thiên Huế Trường THPT Chuyên Hùng Vương, tỉnh Gia Lai Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế * Email: dinhquangkhieu@gmail.com Ngày nhận bài: 17/4/2018; ngày hoàn thành phản biện: 14/5/2018; ngày duyệt đăng: 8/6/2018 TÓM TẮT Trong b|i b{o n|y, trình b|y kết nghiên cứu tổng hợp v| khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính c{c oxide sắt v| mangan (FeMn/diatomite) Kết cho thấy vật liệu n|y có khả hấp phụ/oxy hóa As(III) cao Ảnh hưởng pH v| lực ion Na2CO3 Na3PO4 khảo s{t Đ}y l| loại vật liệu tiềm để xử lý asen mơi trường nước Từ khóa: Asen, As(III), diatomite, biến tính MỞ ĐẦU Ơ nhiễm asen vấn đề môi trường nhiều nhà khoa học quan tâm độc tính khả g}y ung thư chúng Tổ chức Y tế giới cơng bố tình trạng nhiễm asen số quốc gia Trung Quốc, Mỹ, Bangladesh, Mexico, Đ|i Loan, Chile, Argentina, Việt Nam… *1] Asen tìm thấy nước dạng oxo-anion hai trạng th{i oxy hóa l| As(III) v| As(V) ho c dạng kết hợp ch ng (asen h u cơ) Độc tính asen phụ thuộc lớn v|o th|nh ph n hóa học ch ng v| theo chu i asen h u As(V) As(III) *2-4] C{c phương ph{p xử lý kim loại n ng nước bao gồm phương ph{p kết tủa, c{c phương ph{p động học điện hóa (electrokinetic methods), phương ph{p trao đổi ion vài kỹ thuật kh{c nghiên cứu chi tiết [5] M i phương ph{p có ưu điểm nhược điểm hiệu chi phí Phương ph{p kết tủa có hiệu loại bỏ kim loại cao, tỏ khơng hiệu loại bỏ kim loại nồng độ thấp C{c phương ph{p điện hóa có hiệu loại bỏ kim loại n ng nồng độ thấp khơng hiệu chi phí Phương ph{p hấp phụ 35 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide cho phương ph{p đ y hứa hẹn với hiệu xử lý cao, dễ vận hành chi phí thấp Do đó, việc tìm chất hấp phụ phù hợp nhà khoa học đ c biệt quan tâm Nh ng yêu c u c n thiết chất hấp phụ giá thành thấp, dễ sử dụng, dung lượng hấp phụ cao có khả t{i tạo Các vật liệu sử dụng để hấp phụ bao gồm khống chất vơ đất sét, zeolit, đ{ ong, than hoạt tính, diatomit; chất h u chitin/chitosan, alginat; c{c oxit vô hoạt tính: nano oxit sắt, nano oxit silictro bay… *6-7] Các nghiên cứu tìm kiếm, biến tính vật liệu tự nhiên làm chất hấp phụ kim loại n ng v| nhà khoa học v| ngo|i nước quan tâm [8-10] Trong nghiên cứu chúng tơi trình bày kết nghiên cứu biến tính vật liệu diatomite lưỡng oxit sắt mangan (Fe/Mn-diatomite) khả hấp phụ As(III) vật liệu Ảnh hưởng loại muối thường g p môi trường đến khả hấp phụ vật liệu thảo luận PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất thiết bị phân tích Bột diatomit tự nhiên (Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, tỉnh Ph Yên, Việt Nam) C{c dung dịch As(V), As(III) nồng độ 1000 ppm pha từ dung dịch gốc (Merck, Đức) Phổ XPS đo m|y Shimadzu Kratos AXISULTRA DLD spectrometer Sử dụng nguồn ph{t tia X với bia Al, ống ph{t l|m việc 15 kV - 10 mA C{c dải lượng liên kết hiệu chỉnh c{ch chuẩn nội với pic C 1s (ở 284,6 eV) v| sử dụng ph n mềm ph}n t{ch phổ CasaXPS Asen đo phương ph{p quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) máy máy AA6800, Shimazu, Nhật Bản 2.2 Tổng hợp vật liệu Tổng hợp vật liệu diatomite biến tính oxit sắt (Fe/diatomite) Biến tính diatomit muối Fe(II) thực theo quy trình đơn giản sử dụng diatomit với dung dịch FeSO sau khuấy 2,5 gam diatomit 500 mL dung dịch FeSO 0,025 M nhiệt độ phòng cho tiếp x c với khơng khí Mẫu sau lọc, rửa nước cất v| sấy khô qua đêm 60 0C, bảo quản v| sử dụng Tổng hợp vật liệu diatomite biến tính oxit mangan (Mn/diatomite) C}n h n hợp gồm 2,1 gam diatomit, 2,212 gam (NH 4)2S2O8 1,85 gam KMnO4 cho v|o cốc 100 mL Thêm v|o h n hợp 30 mL nước cất, lắc Cho h n hợp v|o bình teflon đ t bình thủy nhiệt (bình thép khơng gỉ để bảo vệ) Thực qu{ trình thủy nhiệt tủ sấy nhiệt độ 90 0C thời gian 12 36 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) Sau lấy ra, để nguội đến nhiệt độ phòng Lọc rửa kết tủa cẩn thận nhiều l n nước cất Mẫu sau lọc sấy 60 0C 24 giờ, bảo quản mẫu v| sử dụng (ký hiệu l| Mn-diatomite) Tổng hợp vật liệu diatomite biến tính oxit sắt mangan (Fe/Mn-diatomite) Vật liệu Fe/Mn-diatomite) tổng hợp với tỷ lệ nồng độ mol dung dịch hai muối FeSO4:KMnO4 = 5:1, cố định pH dung dịch phản ứng pH = (dùng dung dịch NaOH 0,1 M ho c HCl 0,01 M để điều chỉnh) Chuẩn bị c{c dung dịch FeSO4 nồng độ 0,125 M v| dung dịch KMnO 0,025 M NaOH (0,1 M): (i) lấy 7,5 mL dung dịch FeSO l n lượt chuẩn bị cho v|o c{c bình nón có sẵn 2,0 gam diatomit khơ, khuấy h n hợp m{y khuấy từ 30 ph t (ii) từ buret thêm từ từ 7,5 mL dung dịch KMnO (0,025 M) NaOH (0,1 M) v|o h n hợp trên, điều chỉnh pH h n hợp đến pH = dung dịch HCl v| dung dịch NaOH, tiếp tục khuấy h n hợp 30 ph t (iii) gạn lọc h n hợp lấy chất rắn (dung dịch sau rửa có mơi trường trung tính), sấy khơ chất rắn 60 0C 12 giờ, nung mẫu 350 0C 2.3 Nghiên cứu hấp phụ As(III) Trong nghiên cứu, ch ng tơi sử dụng hai mơ hình phổ biến để nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ l| Langmuir v| Freundlich Ngồi ra, mơ hình Freundlich biến đổi (modified Freundlich) dạng phi tuyến sử dụng để tính tốn Phương trình đẳng nhiệt Langmuir phi tuyến có dạng qe dạng tuyến tính [11]: 1 qe qm qm K LCe qm K L K LCe (1) (2) đó, qe l| dung lượng hấp phụ thời điểm c}n (mg/g); Ce l| nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch thời điểm c}n (mg/L); qm l| dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp (mg/g); KL l| số hấp phụ Langmuir Hồi qui tuyến tính 1/qe với 1/Ce từ phương trình tuyến tính, từ c{c gi{ trị độ dốc v| đoạn cắt với trục tung ta tính qm KL Phương trình đẳng nhiệt Freundlich phi tuyến có dạng: tuyến tính có dạng [11]: ln qe ln K F ln Ce n (3) (4) đó, n l| hệ số dị thể v| KF l| số Freundlich, n KF phụ thuộc nhiệt độ Hồi qui tuyến tính lnqe theo lnCe theo phương trình từ gi{ trị độ dốc v| đoạn cắt với trục tung ta tính c{c gi{ trị n KF 37 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide Mơ hình Freundlich biến đổi phi tuyến có dạng [12]: qe K F Ce 1 1 n (5) Đẳng nhiệt hấp phụ As(III) v| As(V) thực c{c pH kh{c (từ 3,5 đến 9) Chuẩn bị 10 bình nón có khối lượng vật liệu hấp phụ tăng d n từ 0,01; 0,025; 0,04; 0,13; 0,145 gam, thêm v|o m i bình dung dịch asen có nồng độ v| pH x{c định Lắc h n hợp 24 tốc độ 240 vòng/ph t để đảm bảo hấp phụ đạt c}n Dung dịch sau lắc ly t}m loại bỏ ph n rắn v| x{c định nồng độ asen Để nghiên cứu ảnh hưởng lực ion Chuẩn bị dãy dung dịch tích 50 mL, chứa c{c muối c n khảo s{t ảnh hưởng có nồng độ từ đến 100 mg/L nồng độ x{c định asen Cho v|o m i bình 0,1 gam vật liệu, lắc h n hợp 24 với tốc độ 240 vòng/ph t Dung dịch sau lắc ly t}m loại bỏ ph n rắn v| x{c định nồng độ asen Kết thảo luận 3.1 Đặc trưng thành phần vật liệu Fe-Mn/diatomite Kết đo EDX Fe-Mn/diatomite tổng hợp điều kiện tỷ lệ mol Fe/Mn = pH = cho thấy tỷ lệ mol Mn/Fe = 0,08 Bảng Phân tích nguyên tố EDX Fe-Mn/diatomite tổng hợp điều kiện pH = tỷ lệ mol Mn/Fe khác Ký hiệu mẫu Al (%) Si(%) Ti(%) Mn(%) Fe(%) Tỷ lệ mol Mn Fe Fe-Mn/D65 9,33 75,41 0,37 0,95 12,38 0,08 ± 0,0 Trạng th{i oxy hóa c{c oxit biến tính nghiên cứu phổ XPS (hình 1và Bảng 2) Kết cho thấy h n hợp c{c axit Fe3+/Fe2+ Mn4+/Mn3+ hình th|nh bề m t diatomite (a) (b) Hình Phổ XPS lõi Fe2p3/2 (a) Mn2p3/2 (b) mẫu Fe-Mn/D tổng hợp tỉ lệ mol Fe/Mn = pH = Bảng Th|nh ph n trạng th{i oxy ho{ sắt v| mangan Fe-Mn/diatomite tổng hợp c{c tỉ lệ mol Fe/Mn = pH = 38 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tỷ lệ mol Fe/Mn Fe-Mn/diatomite Fe2+ 25,64 Fe3+ 74,36 Mn3+ 23,64 Tập 12, Số (2018) Mn4+ 76,36 3.1 Sự hấp phụ/oxy hóa As(III) thành As(V) vật liệu Fe-Mn/diatomite Việc biến tính n}ng cao đ{ng kể khả hấp phụ As(III) diatomite Trong điều kiện thí nghiệm, kết nghiên cứu cho thấy vật liệu FeMn/diatomite có hiệu suất hấp phụ (64%) lớn 10 l n so với diatomit Phú Yên chưa biến tính (6,0%) v| cao nhiều so với diatomit biến tính khác Fe-diatomite (8,8%), Mn-diatomite (12,6%) Vật liệu Fe-Mn/diatomite sau hấp phụ As(III) (để loại bỏ khả oxy hóa oxy khơng khí, mẫu thí nghiệm được sục khí nitơ liên tục q trình hấp phụ) phân tích thành ph n bề m t phổ XPS để x{c định trạng thái oxy hóa asen trước sau hấp phụ Hình trình bày kết phổ XPS lõi nguyên tố Fe, Mn As Kết bảng cho thấy bề m t Fe-Mn/diatomite sau hấp phụ As(III) tạo hai dạng As(V) As(III) với tỷ lệ tương đương nhau, đó, th|nh ph n trạng thái oxy hóa Fe2p3/2 Mn2p3/2 thay đổi so với ban đ u Trong bề m t Fe-Mn/diatomite sau hấp phụ As(V) dạng As(V) tồn chủ yếu Điều cho thấy, As(III) bị oxy hóa thành As(V) vật liệu Fe-Mn/diatomite Hiện tượng hấp phụ/oxy hóa As(III) quan sát số tác giả nghiên cứu hấp phụ As(III) MnO2 [13], Fe2O3-MnO2/diatomit [14], Fe2O3-MnO2/Zeolit [15] 39 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide (a) (b) (e) (c) (d) (f) Hình Phổ XPS lõi Fe2p, Mn2p As3d vật liệu Fe-Mn/diatomite sau hấp phụ As(III) As(V), Điều kiện thí nghiệm (ĐKTN): m = 0,1 g, Vdd = 50 mL, thời gian lắc 24 h, [As(V)]= 30 mg/L; [As(III)]= 30 mg/L, nhiệt độ = 25 0C Bảng Phổ XPS lõi Fe2p Mn2p As3d vật liệu sau hấp phụ As(III), As(V) Fe2p3/2 Trạng th{i oxy hóa Fe-Mn/diatomite sau hấp phụ As(V) Fe-Mn/diatomite sau hấp As(III) Fe2+ Mn2p3/2 Fe3+ Mn3+ Mn4+ As3d5/2 As3+ As5+ - 45,10 eV (100%) 709,04 eV (17,78%) 710,78 eV 642,03 eV 645,74 eV (82,22%) (78,14%) (21,86%) 708,00 eV (58,25%) 710,04 eV 641,30 eV 644,04 eV 44,41 eV 45,36 eV (41,75%) (49,98%) (50,02%) (54,31%) (45,69%) Một điều thú vị l| As(III) có độc tính As(V) nhiều v| thơng thường hấp phụ As(V) dễ d|ng hấp phụ As(III) vật liệu [9], [14] Sự tự oxy hóa As(III) thành As(V) đóng góp ph n đến khả hấp phụ As(III) vật liệu n|y T{c nh}n oxy hóa As(III) cho MnO2 [15], [16] Các phản ứng tương tự xảy bề m t Fe-Mn/diatomite theo đề nghị tác giả [15], [16] sau: 40 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) MnO2 + H3AsO3 + 2H+ = Mn2+ + H3AsO4 + H2O (6) 2Mn-OH + H3AsO4 = (MnO)2 AsOOH + 2H2O (7) MnO2 + Mn2+ + H2O = 2MnOOH* (8) 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ As(III) Fe-Mn/diatomite vật liệu % Hấp phụ As(III) Khơng nh ng điện tích bề m t số lượng tâm hấp phụ đóng vai trò quan trọng mà pH dung dịch ảnh hưởng đ{ng kể vào khả hấp phụ As(III) As(V) trình b|y hình Kết cho thấy hiệu suất hấp phụ As(III) tăng pH tăng 80 70 60 50 40 30 20 10 1.56 2.9 4.99 8.3 10.4 Hình Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ As(III) ĐKTN: m = 0,1 g, Vdd = 50 mL, [As(III)] = 30 mg/L, thời gian lắc 24 h, nhiệt độ = 25 0C Điểm đẳng điện vật liệu Fe-Mn/diatomite mơi trường có chất điện ly NaCl 0,1 M pH = 4,5 Dạng tồn As(III) pH = đến chủ yếu H3AsO3, pH > dạng anion H2AsO3- chiếm ưu Nghiên cứu g n đ}y Knoerr [20] cho thấy hấp phụ As(III) sắt (III) hydroxyt xảy tạo thành phức c u nội thơng qua qu{ trình trao đổi phối tử liên quan đến nhóm -OH -OH Trên sở d kiện nhiệt động học, Clifford cộng [17] tính to{n số phản ứng Kr phức tạo thành FeH2AsO3 FeHAsO l n lượt 104 2,2x104 Các phản ứng sau FeOH + H3AsO3 FeH2AsO3 + H2O (9) FeOH + H2AsO3- FeHAsO3- + H2O (10) Hằng số phản ứng cao giải thích cho lực lớn dạng anion As(III) với bề m t âm lực đẩy tĩnh điện Lý giải thích cho vật liệu Fe-Mn/diatomite có khả hấp phụ As(III) tăng pH môi trường tăng Ảnh hưởng pH đến hấp phụ As(III) khác tùy thuộc vào loại vật liệu Xu v| cộng [18] nghiên cứu khả hấp phụ As(III) c{c loại đất sét kh{c Kết cho thấy 41 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide dung lượng hấp phụ tăng, pH tăng từ đến Trong đó, vật liệu lai zirconium polyacryamide [19], dung lượng hấp phụ giảm pH tăng Đối với oxit sắt vơ định hình v| goethit, dung lượng hấp phụ As(III) tăng đến pH = sau giảm pH tiếp tục tăng Trong dung lượng hấp phụ As(III) lại tăng mạnh pH tăng từ đến 10 3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ Đẳng nhiệt hấp phụ nghiên cứu nhiệt độ phịng pH khác Ba mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich, Freundlich biến đổi dạng phi tuyến sử dụng nghiên cứu pH ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ asen, nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ thực pH khác từ 3,5-9,5 Kết trình bày Bảng cho thấy mơ hình Freundlich biến đổi có hệ số x{c định R2 cao, mơ hình mơ tả tốt kết thực nghiệm Số liệu thực nghiệm tn theo mơ hình Freundlich bề m t vật liệu Fe-Mn/diatomite gồ ghề, có nh ng t}m lượng bề m t khác Bảng Các tham số mơ hình hấp phụ As(III) khác theo pH Thông số pH qm (mg/g) KL SSE R2 Thông số pH KF N qm (mg/g) SSE R2 Thông số pH KF N qm (mg/g) SSE R2 3,5 6,31 0,506 5,636 0,846 3,5 0,025 0,537 11,42 7,332 0,800 3,5 0,025 0,349 11,42 7,332 0,800 Langmuir phi tuyến As(III) 5,0 20,69 0,027 2,520 0,809 Freundlich phi tuyến As(III) 5,0 0,175 0,784 12,15 0,138 0,990 Freundlich biến đổi As(III) 5,0 0,170 0,437 12,22 0,139 0,996 42 6,8 21,04 0,064 13,717 0,802 9,5 29,30 0,029 15,45 0,636 6,8 2,756 2,078 13,44 10,697 0,802 9,5 0,082 0,574 25,18 1,052 0,975 6,8 2,756 0,675 14,87 10,697 0,960 9,5 0,021 0,310 31,40 8,001 0,973 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) Các công bố nghiên cứu đẳng nhiệt theo pH không nhiều Jeppu cộng [21] sử dụng mơ hình đẳng nhiệt Langmuir-Freundlich biến đổi để nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ As(V) Chúng thử vận dụng mô hình n|y, số liệu thực nghiệm nghiên cứu n|y khơng tương thích với mơ hình Langmuir-Freundlich (R2 < 0,4) Tuy vậy, kết thực nghiệm phù hợp với nghiên cứu Jeppu [21], trường hợp As(III) pH tăng dung lượng hấp phụ tăng Điều n|y giải thích ph n nghiên cứu ảnh hưởng pH 3.4 Ảnh hưởng lực ion Trong nghiên cứu n|y c{c muối điện ly phổ biến tồn với As(III) As(V) dung dịch nghiên cứu bao gồm Na2CO3 Na3PO4 nghiên cứu % Hấp phụ As(III) Ảnh hưởng lực ion Na2CO3 As(III) 80 70 60 50 40 30 20 10 Nồng độ CO (mg/L) 32- 10 20 40 60 80 100 Nồng độ Na2CO3 (mg/L) pH đ u pH sau ΔpH 4,65 3,92 0,73 10 20 40 60 80 100 6,90 8,38 9,14 9,36 9,66 9,81 4,43 4,99 6,58 7,27 7,80 7,99 2,47 3,39 2,56 2,09 1,86 1,82 Hình Ảnh hưởng lực ion Na2CO3 đến qu{ trình hấp phụ As(III) Lực ion Na2CO3 ảnh hưởng nhiều đến độ chuyển hóa hấp phụ asen Độ chuyển hóa hấp phụ As(III) tăng từ 31% đến 71% nồng độ Na 2CO3 tăng từ đến 100 mg/L trình b|y hình Trong trường hợp n|y, lực ion có t{c động mạnh đến khả hấp phụ Ion CO32- hấp phụ cạnh tranh v| thay đổi đ{ng kể pH nồng độ Na2CO3 thay đổi (Hình 4) Khi tăng nồng độ CO32- từ đến 100 mg/L, pH tăng từ 4,65 đến 9,81 (bảng 4) v| khuynh hướng hấp phụ xảy trường hợp ảnh hưởng pH Trong trường hợp n|y việc tăng lực ion dẫn đến tăng pH môi trường tăng khả hấp phụ tạo phức c u nội phương trình (9 10) - Ảnh hưởng lực ion Na3PO4 Lực ion Na3PO4 ảnh hưởng đến khả hấp phụ As(III), độ chuyển hóa hấp phụ tăng từ 30% đến 39% h|m lượng phosphat tăng từ đến 100 mg/L (Hình 5) 43 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide % Hấp phụ As(III) 50 Nồng độ PO (mg/L) 43- 40 30 20 10 20 40 60 80 100 10 0 10 20 40 60 80 100 Nồng độ Na3PO4 (mg/L) As(III) pH đ u pH sau 3,30 3,88 3,96 4,74 6,05 6,50 6,72 3,63 3,72 4,08 4,26 4,65 4,77 4,85 ΔpH 0,33 -0,16 0,12 -0,48 -1,40 -1,73 -1,87 Hình Ảnh hưởng lực ion Na3PO4 đến qu{ trình hấp phụ asen Khi nồng độ muối Na3PO4 tăng pH tăng ion PO43- có tính kiềm (Hình 5) Đa số c{c trường hợp pH dung dịch giảm sau hấp phụ Lý lực ion Na3PO4 Na2CO3 ảnh hưởng v| có t{c động tăng khả hấp phụ As(III), ch ng chưa rõ Tuy nhiên, ch ng đồng ý với c{c t{c giả [22-23], cho có nhiều t}m Fe-OH Mn-OH có chọn lọc hấp phụ kh{c Như vậy, hiểu trường hợp n|y t}m hấp phụ không chọn lọc ion (As(III)) nghiên cứu Theo mơ hình hấp phụ chọn lọc loại anion (specific adsorption) cho xảy m t phẳng hấp phụ (adsorption plane) nằm gi a lớp Sterm lớp khuếch tán bề m t vật liệu Sự biến đổi số ion bề m t khuếch tán ảnh hưởng đến bề m t hấp phụ ảnh hưởng đến đến hấp phụ anion Khi tăng pH, bề m t điện tích âm bề m t m t phẳng hấp phụ tích điện t}m Điện tích bề m t FeMn/diatomite tăng ion }m tăng, điều kiện n|y ion đối lớp khuếch tán (ion Na+) cation tăng theo giảm khoảng cách gi a bề m t vật liệu v| tăng nồng độ chất điện ly Do số cation m t phẳng hấp phụ tăng nên bề m t hấp phụ âm tăng khả hấp phụ As(III) So s{nh khả hấp phụ asen vật liệu nghiên cứu với số vật liệu công bố trước đ}y *24-25] cho thấy vật liệu Fe-Mn/diatomite có khả hấp phụ cao As(III), đ c biệt khả hấp phụ/oxy hóa chuyển hóa As(III) có độc tính cao th|nh As(V) có độc tính thấp hơn, l|m cho vật liệu n|y có nhiều tiềm ứng dụng công nghệ xử lý nước KẾT LUẬN Tóm lại, vật liệu Fe-Mn/diatomite có khả hấp phụ cao As(III) Trong qu{ trình hấp phụ As(III) xảy oxy hóa As(III) th|nh As(V) Mn(IV) Khả hấp phụ asen tu}n theo hai chế tạo phức c u nội v| c u ngoại gi a c{c anion nhóm hydroxyl (Mn-OH, Fe-OH) Khả hấp phụ As(III) tăng pH 44 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) dung dịch tăng, ngược lại khả hấp phụ As(V) lại giảm pH dung dịch tăng Lực ion Na2CO3 Na3PO4 tăng khả hấp phụ As(III) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mandal B.K., Suzuki K.T (2002), Arsenic round the world: a review, Talanta, 58, pp 201-235 [2] Cullen W.R., Reimer K.J (1989), Arsenic speciation in the environment, Chem Rev, 89, pp 713-764 [3] Kartinen E.O., Jr, Martin C.J (1995), An overview of arsenic removal processes, Desalination, 103, pp 79-88 [4] Raven K.P., Jain A., Loeppert R.H (1998), Arsenite and Arsenate Adsorption on Ferrihydrite: Kinetics, Equilibrium, and Adsorption Envelopes, Environ Sci Technol., 32, pp 344-349 [5] Barakat M.A (2011), New trends in removing heavy metals from industrial wastewater, Arabian Journal of Chemistry, (4), pp 361-377 [6] Fogg A.G (1994), Adsorptive stripping voltammetry or cathodic stripping voltammetry methods of accumulation and determination in stripping voltammetry, Analytical Proceeding Including Analytical Communication, 31, pp 313-317 [7] Jang J.H., Dempsey B.A (2008), Coadsorption of arsenic (III) and arsenic (V) onto hydrous ferric oxide: effects on abiotic oxidation of arsenic (III), extraction efficiency, and model accuracy, Environmental Science & Technology, 42 (8), pp 2893-2898 [8] Bakr H.E.G.M.M (2010), Diatomite: Its Characterization, Modifications and Applications, Asian Journal of Materials Science, (3), pp 121-136 [9] Chang F., Qu J., Liu H., Liu R., Zhao X (2009), Fe–Mn binary oxide incorporated into diatomite as an adsorbent for arsenite removal: Preparation and evaluation, Journal of Colloid and Interface Science, 338, pp 353-358 [10] Wu C.-C., Wang Y.-C., Lin T.-F., Tsao H.-L., Chen P.-C (2005), Removal of arsenic from waste water using surface modified diatomite, Chin Inst Environ Eng., 15 (4), pp 255261 [11] Tosun I (2012), Ammonium removal from aqueous solutions by clinoptilolite: determination of isotherm and thermodynamic parameters and comparison of kinetics by the double exponential model and conventional kinetic models, Int J Environ Res Public Health, (3), pp 970-84 [12] A.S., Sakaria P.L., Vasudevan M., Pawar R.R., Sudheesh N., Bajaj H.C., Mody H.M (2012), Adsorption of an anionic dye from aqueous medium by organoclays: equilibrium modeling, kinetic and thermodynamic exploration, RSC Advances, (23), pp 8663 [13] Du Y., Zheng G., Wang J., Wang L., Wu J., Dai H (2014), MnO nanowires in situ grown on diatomite Highly efficient absorbents for the removal of Cr(VI) and As(V), Microporous and Mesoporous Materials, 200, pp 27-34 45 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide [14] Kong S., Wang Y., Zhan H., Yuan S., Yu M., Liu M (2014), Adsorption/Oxidation of Arsenic in Groundwater by Nanoscale Fe-Mn Binary Oxides Loaded on Zeolite, Water Environment Research, 86 (2), pp 147-155 [15] Manning B.A., Fendorf S.E., Bostick B., Suarez D.L (2002), Arsenic(III) Oxidation and Arsenic(V) Adsorption Reactions on Synthetic Birnessite, Environ Sci Technol., 36, pp 976-981 [16] Nesbitt H.W., Canning G.W., Bancroft G.M (1998), XPS study of reductive dissolution of 7Å-birnessite by H3AsO3, with constraints on reaction mechanism, Geochimica et Cosmochimica Acta, 62 (12), pp 2097-2110 [17] Clifford D.A., Lin C.C (1991), Arsenic (III) and arsenic(V) Removal from drinking water in San Ysidro, New Mexico, USEPA Project Summary, EPA/600/S2-91/011 [18] Xu R., Wang Y., Tiwari D., Wang H (2009), Effect of ionic strength on adsorption of As(III) and As(V) on variable charge soils, Journal of Environmental Sciences, 21 (7), pp 927-932 [19] Mandal S., Sahu M.K., Patel R.K (2013), Adsorption studies of arsenic(III) removal from water by zirconium polyacrylamide hybrid material (ZrPACM-43), Water Resources and Industry, 4, pp 51-67 [20] Knoerr R., Brendlé J., Lebeau B., Demais H (2013), Preparation of ferric oxide modified diatomite and its application in the remediation of As(III) species from solution, Microporous and Mesoporous Materials, 169, pp 185-191 [21] Jeppu G.P., Clement T.P (2012), A modified Langmuir-Freundlich isotherm model for simulating pH-dependent adsorption effects, J Contam Hydrol, 129-130, pp 46-53 [22] Hiemstra H., Van Riemsdijk W.H (1999), Surface Structural Ion Adsorption Modeling of Competitive Binding of Oxyanions by Metal (Hydr)oxides, Journal of Colloid and Interface Science, 210, pp 182-193 [23] Zeng H., Fisher B., Giammar D.E (2008), Individual and Competitive Adsorption of Arsenate and Phosphate To a High-Surface-Area Iron Oxide-Based Sorbent, Environ Sci Technol., 42, pp 147-152 [24] Chammui Y., Sooksamiti P., Naksata W., Thiansem S., Arqueropanyo O.-a (2014), Removal of arsenic from aqueous solution by adsorption on Leonardite, Chemical Engineering Journal, 240, pp 202-210 [25] Samsuri A.W., Sadegh-Zadeh F., Seh-Bardan B.J (2013), Adsorption of As(III) and As(V) by Fe coated biochars and biochars produced from empty fruit bunch and rice husk, Journal of Environmental Chemical Engineering, (4), pp 981-988 46 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 12, Số (2018) THE REMOVAL OF ARSENITE FROM AQUEOUS SOLUTION USING IRON AND MAGANESE BINARY OXIDE MODIFIED DIATOMITE Huynh Truong Ngo1, Tran Thi Anh Thu2, Tran Thanh Tam Toan3, Mai Xuan Tinh3, Dinh Quang Khieu3* Sub-Department of Food Hygiene and Safety, Thua Thien Hue province Hùng Vương Gifted High School, Gia Lai Province Faculty of Chemistry, University of Sciences, Hue University * Email: dinhquangkhieu@gmail.com ABSTRACT In the present paper, the synthesis and the arsenite adsorption onto the iron and manganese binary oxide modified diatomite (Fe-Mn/diatomite) were demonstrated The results showed that these materials exhibited the high oxidation/adsorption efficiency of arsenite The effect of ion strength such as Na2CO3 and Na3PO4, and pH on the arsenite adorption was addressed FeMn/diatiomite is as a potential adsorbent for removal of arsenite from aqueous solution Keywords: Aarsenite, As(III), diatomite, modified Huỳnh Trường Ngọ sinh ngày 01/6/1978 Th|nh phố Huế Năm 2000, ông tốt nghiệp cử nh}n chuyên ng|nh Hóa học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Năm 2005, tốt nghiệp cử nh}n tiếng Anh (hệ chức thứ hai) Trường Đại học sư phạm, Đại học Huế Năm 2008, tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ng|nh Hóa học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2009 đến nay, công t{c Chi cục An to|n vệ sinh thực phẩm Thừa Thiên Huế Lĩnh vực nghiên cứu vệ sinh an to|n thực phẩm, hóa học Trần Thị Anh Thư sinh ngày 08/12/1982 Th|nh phố Huế Bà tốt nghiệp cử nh}n chuyên ng|nh Hóa học Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ng|nh Hóa lý thuyết v| Hóa lý Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện nay, bà công t{c Trường Trung học Phổ thông Chuyên Hùng Vương, tỉnh Gia Lai 47 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide Trần Thanh Tâm Tồn sinh ngày 25/04/1991 tỉnh Thừa Thiên Huế Năm 2013, ông tốt nghiệp cử nh}n chuyên ng|nh Hóa học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Năm 2015, tốt nghiệp Thạc sĩ Hóa học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2016, ông l| Nghiên cứu sinh ng|nh Hóa học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Mai Xuân Tịnh sinh ngày 27/07/1963 Thành phố H| Tĩnh Ông tốt nghiệp Cử nhân – Kỹ Sư – Cơng nghệ chun ngành Hóa học năm 1987 Trường Đại học Hóa Cơng nghệ Tinh vi Lomonosov, Maxcơva, Liên Bang Nga, tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ng|nh Hóa học năm 1997 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Hiện ơng Giảng viên Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: sản phẩm thiên nhiên & vật liệu chức Đinh Quang Khiếu giảng dạy v| nghiên cứu Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Ông phong học h|m Phó gi{o sư năm 2015 Lĩnh vực nghiên cứu: tổng hợp vật liệu tiên tiến v| ứng dụng x c t{c, hấp phụ, cảm biến khí v| cảm biến điện hóa 48 ... loại vật liệu Xu v| cộng [18] nghiên cứu khả hấp phụ As(III) c{c loại đất sét kh{c Kết cho thấy 41 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide dung lượng hấp phụ tăng,... nghiên cứu chúng tơi trình bày kết nghiên cứu biến tính vật liệu diatomite lưỡng oxit sắt mangan (Fe/Mn -diatomite) khả hấp phụ As(III) vật liệu Ảnh hưởng loại muối thường g p môi trường đến khả hấp. .. khả hấp phụ As(III), độ chuyển hóa hấp phụ tăng từ 30% đến 39% h|m lượng phosphat tăng từ đến 100 mg/L (Hình 5) 43 Nghiên cứu khả hấp phụ As(III) vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxide % Hấp