Bài viết tiến hành nghiên cứu Thạch Khoán, Phú Thọ được nghiên cứu để đánh giá khả năng giảm thiểu nồng độ ion Cd2+ trong môi trường nước. Để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu, mời các bạn cùng tham khảo bài viết.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu khả xử lý ion Cd2+ môi trường nước haloysit khu vực Thạch Khốn, Phú Thọ Bùi Hồng Bắc1,2,* , Võ Thị Hạnh2,3 , Lê Thị Duyên2,3 , Nguyễn Thị Thanh Thảo1 , Khương Thế Hùng1 , Đỗ Mạnh An1 , Trịnh Thế Lực2 TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Khu vực Thạch Khốn, Phú Thọ khu vực có tiềm lớn nguồn nguyên liệu kaolin phong hóa từ đá pegmatit thuộc phức hệ Tân Phương Kaolin có chất lượng tốt sử dụng nhiều lĩnh vực ứng dụng truyền thống làm men gốm sứ, gạch cao cấp Tuy nhiên, việc sử dụng nguyên liệu xử lý ô nhiễm môi trường nước hạn chế Trong nghiên cứu này, kaolin tự nhiên khu vực Thạch Khoán với tỉ lệ haloysit dạng ống chiếm khoảng 87% nghiên cứu sử dụng hấp phụ ion Cd2+ môi trường nước Các yếu tố pH, thời gian tiếp xúc, khối lượng chất hấp phụ nồng độ ban đầu Cd2+ nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng tới trình hấp phụ ion Cd2+ nguyên liệu Kết điều kiện pH0 6,5 nhiệt độ phòng (25o C), với 16 g/L bột hấp phụ haloysit nồng độ ban đầu Cd2+ 30 mg/L, hấp phụ Cd2+ đạt cân sau khoảng 50 phút tiếp xúc hiệu suất đạt 86,31 % Q trình hấp phụ tn theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại 2,75 mg/g tuân theo phương trình động học hấp phụ giả bậc Kết cho thấy, vật liệu tự nhiên haloysit khu vực nghiên cứu chưa xử lý biến tính có tiềm sử dụng loại bỏ ion kim loại nặng nguồn nước ô nhiễm cần nghiên cứu mở rộng Từ khoá: Haloysit, cấu trúc dạng ống, xử lý mơi trường, Thạch Khốn, Cd2+ Bộ mơn Tìm kiếm - Thăm dò, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Trung tâm Phân tích, Thí nghiệm Cơng nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Bộ mơn Hóa học, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Việt Nam Liên hệ Bùi Hoàng Bắc, Bộ mơn Tìm kiếm - Thăm dị, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Trung tâm Phân tích, Thí nghiệm Công nghệ cao, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Email: buihoangbac@humg.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 13-12-2020 • Ngày chấp nhận: 17-3-2021 • Ngày đăng: 05-6-2021 DOI : 10.32508/stdjsee.v5i1.551 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license GIỚI THIỆU Haloysit khoáng vật thuộc nhóm kaolin (gồm có khống vật kaolinit, dickit, nacrit haloysit) phát năm 1982 Công thức hóa học haloysit ngậm nước Al2 Si2 O5 (OH)4 2H2 O (với khoảng cách mặt mạng tinh thể d = 10 Å) dạng khử nước Al2 Si2 O5 (OH)4 (khoảng cách d = Å) Haloysit tồn nhiều dạng hình thái khác dạng ống, dạng cầu dạng lớp Tuy nhiên, haloysit dạng ống cho phổ biến nhất, khống vật kaolinit, dickit nacrit chủ yếu có hình thái dạng lớp Kích thước khống vật haloysit dạng ống điển hình xác định có đường kính ngồi 30-50 nanomet (nm), đường kính 1-30 nm chiều dài trung bình từ 100-2000 nm Bề mặt ống haloysit cấu thành nhóm siloxane (O-Si-O bề mặt ống nhóm aluminol (Al-OH) Trước đây, kaolin nói chung thường sử dụng lĩnh vực truyền thống làm gốm sứ, giấy, sơn, cao su, gạch chịu lửa, Trong năm gần đây, có đặc tính ưu việt cấu trúc siêu nhỏ dạng ống, khơng độc, độ bền học cao… có giá thành rẻ so với nano carbon dạng ống nên haloysit nhà khoa học quan tâm áp dụng nhiều lĩnh vực ứng dụng khác dược phẩm, y học, thực phẩm, vật liệu cao cấp, nông nghiệp, môi trường Trong lĩnh vực xử lý môi trường, số công trình nghiên cứu sử dụng haloysit dạng ống chưa biến tính để hấp phụ ion kim loại nặng nước đem lại hiệu định 5,6 Dong (2012) sử dụng haloysit để hấp phụ ion Zn2+ môi trường nước Kết với điều kiện thí nghiệm dung dịch ban đầu 10 mg L−1 , pH 2-9 dung lượng hấp phụ đạt tới 9,87 mg.g−1 Nghiên cứu khả hấp phụ ion Co2+ sử dụng haloysit, Li (2013) cho thấy dung lượng hấp phụ đạt khoảng mg.g−1 với pH nghiên cứu khoảng 3-11 Tuy nhiên, nghiên cứu trên, nguyên liệu haloysit dạng ống sử dụng nguyên liệu thương phẩm, mua công ty thương mại nên có độ tinh khiết cao giá mua cao nhiều so với kaolin tự nhiên Khu vực Thạch Khoán, Phú Thọ ghi nhận khu vực có tiềm nguyên liệu kaolin 7–9 Hiện tại, nguồn nguyên liệu kaolin chủ yếu khai thác sử dụng công nghiệp gốm sứ Với việc xác định tồn khoáng vật haloysit dạng ống với tỉ lệ đáng kể kaolin khu vực mở ứng Trích dẫn báo này: Bắc B H, Hạnh V T, Duyên L T, Thảo N T T, Hùng K T, An D M, Lực T T Nghiên cứu khả xử lý ion Cd2+ môi trường nước haloysit khu vực Thạch Khoán, Phú Thọ Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 5(1):312-322 312 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 dụng khác ngồi ứng dụng làm gốm sứ truyền thống, góp phần nâng cao hiệu kinh tế nguyên liệu khoáng Trong báo này, haloysit vùng nghiên cứu Thạch Khoán, Phú Thọ nghiên cứu để đánh giá khả giảm thiểu nồng độ ion Cd2+ môi trường nước VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Mẫu xử lý mẫu Mẫu haloysit nghiên cứu lấy sau công đoạn tuyển mỏ kaolin Láng Đồng, Thạch Khoán, Phú Thọ Các mẫu sau trộn tách lọc sử dụng phương pháp sàng rây ướt có kích cỡ mắt lưới 32 µ m Mẫu mắt sàng gạn lọc đem sấy khô nhiệt độ 60◦ C Mẫu sau khô sử dụng để thí nghiệm phân tích bước Để kiểm tra tồn haloysit mẫu, phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp đo phổ tán xạ lượng tia X (EDS) (Quanta 450 - FEI Trường Đại học Mỏ - Địa chất) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) (máy EM 1010 - Jeol Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương) sử dụng Thành phần haloysit mẫu xác định theo phương pháp đề xuất Churchman & Theng (1984) 10 Theo phương pháp độ lớn vị trí peak 10 Å Å kết phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho mẫu nghiên cứu trước sau tẩm chất hóa học Formamide (FA) (Cơng thức CH3 NO) thời gian định khoảng 30 phút có thay đổi Sự thay đổi chất FA vào cấu trúc dạng ống khoáng vật haloysit, khống vật kaolinit gần khơng bị ảnh hưởng Do vậy, thành phần haloysit (α ) hỗn hợp với kaolinit xác định sau: α = [I10 /(I10 +I7 ]*100% Trong I10 , I7 độ lớn đỉnh vị trí d ~ 10 Å Å sau tẩm chất Formamide 10 Phân tích XRD tiến hành máy D5005 Siemens Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội Thực nghiệm khả xử lý ion Cd2+ nước vật liệu haloysit Xác định pHPZC vật liệu haloysit Giá trị pH mà bề mặt haloysit trung hịa điện tích (pHPZC ) xác định phương pháp đo độ lệch pH Trong phương pháp 0,25 g nguyên liệu haloysit cho vào 50 mL dung dịch KCl 0,01 M có pH ban đầu (pH0 ) khác nhau, điều chỉnh dung dịch HCl 0,01 M NaOH 0,01 M Hỗn hợp sau khuấy máy khuấy tốc độ 800 vòng/phút 30 phút Cuối cùng, lọc lấy dung dịch 313 xác định lại pH (pHs ) nước lọc, từ tính ∆pH vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi △pH theo pH0 Giá trị pHPZC pH0 ∆pH = △pH = pH0 − pHs (1) Hấp phụ ion Cd2+ Khả hấp phụ Cd2+ haloysit nghiên cứu cách cho lượng nguyên liệu haloysit nghiên cứu vào bình chứa 50 ml dung dịch giả thải chứa ion Cd2+ điều kiện cần nghiên cứu Dung dịch giả thải chuẩn bị phịng thí nghiệm, sử dụng muối Cd(NO3 )2 4H2 O hòa tan vào nước nồng độ khác nhau, dung dịch điều chỉnh pH dung dịch HCl 0,01 M NaOH 0,01 M Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ như: thời gian tiếp xúc, pH, khối lượng chất hấp phụ, nồng độ dung dịch Cd2+ ban đầu khảo sát theo số liệu Bảng Thực nghiệm tiến hành cách cho lượng nguyên liệu haloysit vào bình chứa 50 ml dung dịch Cd2+ có nồng độ ban đầu thay đổi từ 20 ÷ 80 mg/L, thời gian hấp phụ biến đổi từ 10 ÷ 120 phút, pH dung dịch khảo sát từ 2,95 ÷ 7,5, khối lượng bột haloysit thay đổi 0,3 ÷ g Hỗn hợp sau khuấy máy khuấy từ với tốc độ 800 vòng/phút Sau hấp phụ, lọc tách chất rắn, lấy phần dung dịch để định lượng ion Cd2+ lại phương pháp khối phổ cảm ứng Plasma (ICP-MS) (thiết bị Thermo Scientific iCAP Q Trường Đại học Mỏ - Địa chất) Dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ xác định phương trình (2) (3)11 Q = (C0 − C) V/m (2) H = (C0 − C) 100/C0 (3) Trong đó: Q (mg/g) H (%) dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ C0 (mg/L) C (mg/L) nồng độ ion Cd2+ ban đầu lại sau hấp phụ V thể tích dung dịch hấp phụ (L) m khối lượng bột haloysit (g) Khả hấp phụ Cd2+ bột haloysit tính tốn dựa đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 11,12 Phương trình tuyến tính Langmuir: Ce Ce = + Q Qm KL Qm (4) Phương trình tuyến tính Freundlich: LnQ = LnKF + LnCe n (5) Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 Bảng 1: Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ ion Cd2+ haloysit STT Thời gian tiếp xúc (phút) pH dung dịch giả thải Khối lượng chất hấp phụ (g/L) Nồng độ dung dịch Cd2+ ban đầu (mg/L) 10 20 20 10 30 30 14 40 40 5,5 16 50 50 18 60 60 6,5 20 70 70 - 80 80 - - - 100 - - - 10 120 - - - Với Ce (mg/L) nồng độ ion Cd2+ trạng thái cân bằng, Q (mg/g) dung lượng hấp phụ trạng thái cân bằng, Qm (mg/g) dung lượng hấp phụ cực đại, KL số Langmuir, KF n số Freundlich Động học trình hấp phụ nghiên cứu theo hai mơ hình động học: mơ hình giả bậc (phương trình 6) mơ hình giả bậc (phương trình 7) 11 : ln (Qe − Qt ) = lnQe − k1 t (6) ( ) t/Qt = t/Qe + 1/ k2 /Q2e (7) Trong đó, Qe dung lượng hấp phụ trạng thái cân (mg/g), Qt dung lượng hấp phụ thời điểm t (mg/g), k1 k2 số tốc độ bậc (phút−1 ) bậc (g/mg/phút) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc điểm vật liệu haloysit Hình ảnh phân tích SEM chụp nguyên liệu haloysit sấy khô cho thấy mẫu phân tích có khống vật dạng hình que nằm chồng lẫn lên tạo thành lớp (Hình 1) Ngồi ra, kết phân tích thành phần sử dựng đầu dị EDS ghi nhận có mặt ngun tố khống vật gồm Al Si, tương ứng với cơng thức hóa học khống vật nhóm kaolin (Al2 Si2 O5 (OH)4 nH2 O) Các kết nghiên cứu tồn khoáng vật haloysit dạng ống trong mẫu nghiên cứu Kết phân tích XRD cho mẫu haloysit hai trường hợp trước sau tẩm chất formamide (Hình 2) Kết cho thấy độ lớn đỉnh vị trí 10 Å thay đổi lớn sau tẩm chất formamide Điều chất formamide xâm nhập vào cấu trúc dạng ống haloysit, kaolinit gần khơng bị ảnh hưởng vị trí đỉnh 7,2 Å giữ nguyên Tỉ lệ haloysit mẫu xác định khoảng 87% (α = [586,4/(586,4+85)] *100% = 87,3%) Xác định pH PZC vật liệu haloysit Sự biến đổi △pH theo pH0 giới thiệu Hình Từ đồ thị nhận thấy △pH = giá trị pH0 5,99 Điều có nghĩa pHPZC (giá trị pH bề mặt trung hịa điện tích) hạt haloysit 5,99 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Cd2+ bột haloysit Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất dung lượng hấp phụ Cd2+ bột haloysit theo thời gian thể Hình Kết cho thấy thời gian tiếp xúc tăng, dung lượng hiệu suất hấp phụ tăng Trong khoảng thời gian khảo sát, dung lượng hiệu suất hấp phụ tăng nhanh 20 phút đầu, sau tăng chậm gần ổn định từ 50 phút trở hấp phụ tiến tới trạng thái cân Do vậy, thời gian 50 phút lựa chọn cho nghiên cứu Ảnh hưởng pH Việc loại bỏ ion Cd2+ phụ thuộc nhiều vào pH dung dịch pH làm thay đổi tính chất bề mặt chất hấp phụ Từ giá trị pHPZC = 5,99, tiến hành khảo sát pH xung quanh 5,99, để tránh tượng tạo kết tủa Cd(OH)2 môi trường kiềm (pH > 7,5), ảnh hưởng pH khảo sát điều kiện pH ≤ 7,5 Kết theo dõi biến thiên dung 314 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 Hình 1: Kết phân tích hình ảnh SEM (A) phổ EDS (B) vật liệu haloysit Hình 2: Kết phân tích XRD cho mẫu ngun liệu haloysit trước (A) sau tẩm chất formamide (B) lượng hiệu suất hấp phụ bột haloysit theo pH giới thiệu Hình Kết cho thấy, khoảng pH khảo sát, hiệu suất dung lượng hấp phụ tăng pH tăng Điều giải thích mơi trường axit, haloysit bị proton hóa bề mặt hạt tích điện dương nên làm giảm số lượng tâm hấp phụ hạt xảy hấp phụ cạnh tranh ion H+ ion Cd2+ làm giảm khả hấp phụ Khi pH > pHPZC bề mặt hạt tích điện âm, thuận lợi cho hấp phụ ion dương Cd2+ Vì vậy, chọn pH khoảng pH = 6,0 ÷ 7,5 Tuy nhiên, để thuận lợi cho trình xử lý xử lý với lượng lớn, pH tự nhiên (≈ 6,5), chọn cho nghiên cứu 315 Ảnh hưởng khối lượng haloysit Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng bột haloysit đến dung lượng hấp phụ hiệu suất xử lý Cd2+ 50 mg/L thể Hình Khi khối lượng tăng từ đến 14 g/L, dung lượng hấp phụ giảm nhanh từ 4,41 xuống 2,29 mg/g hiệu suất hấp phụ tăng từ 52,96 đến 64,19 % Khi khối lượng chất hấp phụ tăng từ 16 đến 20 g/L, dung lượng giảm dần chậm từ 2,03 xuống 1,78 mg/g hiệu suất hấp phụ tăng đến 71,19 % hấp phụ tiến tới trạng thái cân Để thu dung lượng hiệu suất hấp phụ đồng thời cao sử dụng lượng chất hấp phụ khoảng 10 ÷ 16 g/L Tuy nhiên, haloysit vật liệu có sẵn tự nhiên, giá thành rẻ nên sử dụng lượng chất hấp phụ nhiều với mục đích đạt hiệu Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái đất Mơi trường, 5(1):312-322 Hình 3: Sự biến đổi △pH theo pH0 Hình 4: Sự biến đổi dung lượng hiệu suất hấp phụ theo thời gian mHaloysit = 10 g/L; C0 = 50 mg/L; pH0 = 6,5; T = 25 o C 316 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái đất Mơi trường, 5(1):312-322 Hình 5: Sự biến đổi dung lượng hiệu suất hấp phụ theo pH dung dịch ban đầu mHaloysit = 10 g/L C0 = 50 mg/L; t = 50 phút; T = 25o C suất hấp phụ cao khối lượng haloysit 16 g/L lựa chọn để nghiên cứu xử lý Cd2+ Ảnh hưởng nồng độ Cd2+ ban đầu Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion Cd2+ ban đầu đến dung lượng hiệu suất hấp phụ thể Hình Khi nồng độ Cd2+ tăng, dung lượng hấp phụ tăng dần hiệu suất hấp phụ giảm dần Để đạt hiệu suất dung lượng hấp phụ đồng thời cao, nồng độ Cd2+ thích hợp lựa chọn khoảng 30 ÷ 50 mg/L để đạt hiệu suất cao (86,31%) nồng độ Cd2+ 30 mg/L lựa chọn cho thí nghiệm Hiệu suất xử lý cao nghiên cứu khả hấp phụ ion Cd2+ kaolinit dạng chưa biến tính khác nghiên cứu Michael (1997) 13 (hiệu suất đạt 25-45%) Prashant (2004) 14 (hiệu suất đạt 50-60%) Điều cho thấy rằng, haloysit với cấu trúc dạng ống có khả hấp phụ Cd2+ tốt kaolinit dạng Ngoài ra, hiệu suất hấp phụ Cd2+ haloysit nghiên cứu cao với loại nguyên liệu khác than hoạt tính (hiệu suất đạt 66-85%) 15 bùn thải mỏ sắt (hiệu suất đạt 9,8 - 56,3 %) 16 317 Nghiên cứu đường đẳng nhiệt hấp phụ Tiến hành hấp phụ Cd2+ điều kiện tối ưu nghiên cứu: 16 g/L bột haloysit với thời gian hấp phụ 50 phút pH0 = 6,5 nồng độ Cd2+ ban đầu thay đổi từ 20 đến 80 mg/L, nhiệt độ phịng (25 C) Sau đó, xác định nồng Cd2+ lại trạng thái cân (Ce ), từ tính giá trị lnCe , lnQ tỉ số Ce /Q, kết tóm tắt Bảng Dựa vào kết Bảng để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (theo phương trình 4) Freundlich (phương trình 5), kết thể Hình 8a Hình 8b Trên sở đường đẳng nhiệt hấp phụ tính số thực nghiệm Langmuir Freundlich tương ứng Kết tính tốn đưa Bảng Kết thu cho thấy, hấp phụ Cd2+ haloysit mơ tả theo hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Tuy nhiên, theo mơ hình Langmuir cho kết tốt (R2 = 0,9852) so với mô hình Freundlich (R2 = 0,9426) chế hấp phụ ion Cd2+ lên vật liệu haloysit chủ yếu đơn lớp Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Mơi trường, 5(1):312-322 Hình 6: Ảnh hưởng khối lượng haloysit đến dung lượng hiệu suất hấp phụ Cd2+ : C0 = 50 mg/L; pH0 = 6,5; t = 50 phút; T = 25 o C Hình 7: Ảnh hưởng nồng độ ban đầu Cd2+ đến dung lượng hiệu suất hấp phụ: mhaloysit = 16 g/L; pH0 = 6,5; t = 50 phút; T = 25 o C 318 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 Bảng 2: Các giá trị lnCe , lnQ, Ce /Q nồng độ Cd2+ ban đầu khác C0 (mg/L) Ce (mg/L) LnCe Q (mg/g) LnQ Ce /Q (g/L) 20 2,13 0,76 1,12 0,11 1,91 30 4,11 1,41 1,62 0,48 2,54 40 10,50 2,35 1,84 0,61 5,69 50 17,60 2,87 2,02 0,71 8,69 60 22,10 3,10 2,37 0,86 9,33 70 32,64 3,49 2,34 0,85 13,98 80 37,96 3,64 2,63 0,97 14,45 Hình 8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+ 25o C theo Langmuir (a) Freundlich (b) Bảng 3: Các số thực nghiệm Qm , KL , KF , n phương trình Langmuir Freundlich Langmuir Freundlich Qm KL R2 n KF R2 2,75 0,24 0,9852 3,82 1,00 0,9426 Động học trình hấp phụ Dựa vào kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới dung lượng hấp phụ Cd2+ điều kiện: nồng độ Cd2+ ban đầu 30 mg/L; 10 g/L haloysit pH = 6,5 nhiệt độ phòng (25o C) Từ xây dựng đồ thị phương trình động học hấp phụ giả bậc (theo phương trình 6) bậc hai (theo phương trình 7), kết thể Hình Dựa vào đồ thị thu Hình tính số tốc độ hấp phụ (k) dung lượng hấp phụ trạng thái cân (Qe ) Kết tính toán giới thiệu Bảng Giá tri Qe tính theo phương trình động học hấp phụ giả bậc (1,33 mg/g) khác xa giá trị Qe xác định từ thực nghiệm (2,91 mg/g) Trong Qe tính theo phương trình động học hấp phụ giả bậc (3,09 mg/g) không khác nhiều so với Qe xác 319 định từ thực nghiệm, đồng thời hệ số hồi quy R2 = 0,9988 ≈ Kết chứng tỏ trình hấp phụ Cd2+ haloysit tuân theo phương trình động học hấp phụ giả bậc Hằng số tốc độ hấp phụ xác định 0,048 g/mg/phút KẾT LUẬN Kết phân tích hình ảnh SEM-EDS cho thấy nguyên liệu kaolin tự nhiên khu vực Thạch Khoán, Phú Thọ sử dụng nghiên cứu có tồn khoáng vật haloysit dạng ống Dựa kết phân tích XRD sau mẫu tẩm chất formamide, tỉ lệ haloysit xác định chiếm khoảng 87% Kết nghiên cứu xử lý ion Cd2+ nguyên liệu mơi trường nước cho thấy q trình hấp phụ Cd2+ chịu ảnh hưởng định yếu Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Mơi trường, 5(1):312-322 Hình 9: Mơ tả số liệu thực nghiệm phương trình động học hấp phụ giả bậc (a) giả bậc (b) Bảng 4: Các giá trị k Qe tính theo phương trình động học giả bậc giả bậc hai Phương trình động học giả bậc Phương trình động học giả bậc hai Qe thực nghiệm (mg/g) Qe (mg/g) k1 (phút-1) R2 Qe (mg/g) k2 (g/mg/phút) R2 1,33 0,042 0,9189 3,09 0,048 0,9988 tố pH, thời gian tiếp xúc, khối lượng chất hấp phụ nồng độ ban đầu Cd2+ Trong điều kiện pH0 6,5 nhiệt độ phòng (25o C), với 16 g/L bột hấp phụ haloysit nồng độ ban đầu Cd2+ 30 mg/L, hấp phụ Cd2+ đạt cân sau khoảng 50 phút tiếp xúc hiệu suất đạt 86,31% Quá trình hấp phụ Cd2+ haloysit tn theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại 2,75 mg/g tuân theo phương trình động học hấp phụ giả bậc Kết cho thấy, vật liệu tự nhiên haloysit khu vực nghiên cứu chưa xử lý biến tính có tiềm sử dụng loại bỏ ion kim loại nặng nguồn nước ô nhiễm Tuy nhiên, để ứng dụng môi trường thực tế với nhiều loại ion khác cần có nghiên cứu sâu việc biến tính ngun liệu khống nhằm nâng cao hiệu suất hấp phụ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT SEM (Scanning Electron Microcospy): Kính hiển vi điện tử quét EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy): Phổ tán sắc lượng tia X TEM (Transmission electron microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD (X-ray diffraction): Nhiều xạ tia X ICP-MS (Inductively coupled plasma mass spectrometry): Phương pháp khối phổ cảm ứng Plasma 2,91 XUNG ĐỘT LỢI ÍCH Nhóm tác giả cam đoan khơng có xung đột lợi ích cơng bố báo ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ Tập thể tác giả tham gia vào trình thực địa, lấy mẫu, thí nghiệm phân tích mẫu Quá trình viết thảo, sửa chữa thảo tác giả Bùi Hoàng Bắc, Võ Thị Hạnh Lê Thị Duyên thực LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 105.99-2017.317 TÀI LIỆU THAM KHẢO Berthier P Analyse de l’haloysite Ann Chim Phys 1826;32:332–335 Joussein E, et al Halloysite clay minerals - a review Clay Miner 2005;40:383–426 Available from: https://doi.org/10 1180/0009855054040180 Guimaraes L, et al Structural, electronic, and mechanical properties of single-walled halloysite nanotube models Journal of Physical Chemistry C 2010;114:11358–11363 Available from: https://doi.org/10.1021/jp100902e Yuan P, et al Properties and applications of halloysite nanotubes: Recent research advances and future prospects Appl Clay Sci 2015;112-113:75–93 Available from: https://doi.org/ 10.1016/j.clay.2015.05.001 Dong Y, et al Removal of Zn(II) from aqueous solution by natural halloysite nanotubes Radioanal Nucl Chem 2012;292:435–443 Available from: https://doi.org/10.1007/ s10967-011-1425-z 320 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 5(1):312-322 Li J, et al Removal of Zn(II) from aqueous solution by natural halloysite nanotubes J Radioanal Nucl Chem 2013;295:431– 438 Available from: https://doi.org/10.1007/s10967-0121823-x Bac BH, Dung NT Finding of halloysite nanotubes in Lang Dong kaolin deposit, Phu Tho province Tạp chí CÁC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT 2016;34(3):275–280 Available from: https: //doi.org/10.15625/0866-7187/37/4/8058 Bac BH, Dung NT, et al Distribution and Characteristics of Nanotubular Haloysites in the Thach Khoan Area, Phu Tho, Vietnam Minerals 2018;8(290):1–13 Available from: https: //doi.org/10.3390/min8070290 Bắc BH, et al Đặc điểm khống vật đặc tính lý hóa khống vật haloysit có cấu trúc dạng ống mỏ Hang Dơi, Thạch Khốn, Phú Thọ Tạp chí Cơng nghiệp Mỏ 2018;5:80– 86 10 Churchman GJ, Theng BKG Interactions of halloysites with amides: Mineralogical factors affecting complex formation Clay Miner 1984;19:161–175 Available from: https://doi.org/ 10.1180/claymin.1984.019.2.04 11 Neha G, Atul K, et al Adsorption studies of cationic dyes onto Ashoka (Saraca asoca) leaf powder Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2012;43(1):125–131 Available 321 from: https://doi.org/10.1016/j.jtice.2012.01.008 12 Mobasherpour I, Salahi E Comparative of the removal of Pb2+, Cd2+ and Ni2+ by nano crystallite hydroxyapatite from aqueous solutions: Adsorption isotherm study Arabian Journal of Chemistry 2012;5(4):439–446 Available from: https: //doi.org/10.1016/j.arabjc.2010.12.022 13 Michael JA Adsorption of cadmium(II) on kaolinite Colloids and Surfaces, A: Physicochemical and Engineering Aspects 1997;126:137–147 Available from: https://doi.org/10.1016/ S0927-7757(96)03990-8 14 Prashant S, Balwant S, Michael JA Competitive adsorption of cadmium (II) onto kaolinite as affected by pH 3rd Australian New Zealand Soils Conference 2004;p 1–6 15 Ilyas S, et al Bioremoval of heavy metals from recycling industry electronic waste by a consortium of moderate thermophiles: process development and optimization, Journal of Cleaner Production 2014;70:194–202 Available from: https: //doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.02.019 16 Hải NT, et al Đánh giá khả xử lý đồng thời As, Cd Pb điều kiện lọc qua hạt vật liệu chế tạo từ bùn thải mỏ sắt Bản Cn, tỉnh Bắc Kạn Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường 2016;32(2S):198–205 Science & Technology Development Journal – Science of The Earth & Environment, 5(1):312-322 Research article Open Access Full Text Article Study on the ability to remove Cd2+ ions in water environment by using halloysite mixture from Thach Khoan area, Phu Tho Bui Hoang Bac1,2,* , Vo Thi Hanh2,3 , Le Thi Duyen2,3 , Nguyen Thi Thanh Thao1 , Khuong The Hung1 , Do Manh An1 , Trinh The Luc2 ABSTRACT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Department of Exploration Geology, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Thach Khoan, Phu Tho area is the area with great potential for weathered kaolinite source from pegmatites of the Tan Phuong complex This kaolin has quite good quality and is used in many traditional applications such as high quality ceramic glaze, high-grade bricks However, the use of this material in the treatment of water pollution is still limited In this study, the natural kaolin material from Thach Khoan area, Phu Tho province with about 87% amount of tubular halloysites was used to remove Cd2+ ion from water The factors of pH, contact time, the adsorbent weight, and initial concentration of Cd2+ were studied to access their effects on the Cd2+ ion adsorption process using this raw material The results indicated that under the conditions of pH0 of 6.5 and at room temperature (25o C), with 0.8 g of halloysite powder and Cd2+ initial concentration of 30 mg/L, the adsorption of Cd2+ could reach equilibrium after 50 minutes with an efficiency of 86.31% The adsorption process follows the Langmuir adsorption isotherm model with the maximum monolayer adsorption capacity of 2.75 mg/g and follows the second-order pseudo-adsorption kinetic equation The results show that the natural halloysite material without treatment has the potential in using to remove heavy metal ions in polluted water and needs to be studied further Key words: Halloysite, tubular structure, environmental treatment, Thach Khoan, Cd2+ Centre for Excellence in Analysis and Experiment, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Department of Chemistry, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Correspondence Bui Hoang Bac, Department of Exploration Geology, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Centre for Excellence in Analysis and Experiment, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Email: buihoangbac@humg.edu.vn History • Received: 13-12-2020 • Accepted: 17-3-2020 • Published: 05-6-2020 DOI : 10.32508/stdjsee.v5i1.551 Copyright © VNU-HCM Press This is an openaccess article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license Cite this article : Bac B H, Hanh V T, Duyen L T, Thao N T T, Hung K T, An D M, Luc T T Study on the ability to remove Cd2+ ions in water environment by using halloysite mixture from Thach Khoan area, Phu Tho Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 5(1):312-322 322 ... nghiên cứu để đánh giá khả giảm thiểu nồng độ ion Cd2+ môi trường nước VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Mẫu xử lý mẫu Mẫu haloysit nghiên cứu lấy sau công đoạn tuyển mỏ kaolin Láng Đồng, Thạch Khoán, Phú Thọ. .. (1) Hấp phụ ion Cd2+ Khả hấp phụ Cd2+ haloysit nghiên cứu cách cho lượng nguyên liệu haloysit nghiên cứu vào bình chứa 50 ml dung dịch giả thải chứa ion Cd2+ điều kiện cần nghiên cứu Dung dịch... haloysit khu vực nghiên cứu chưa xử lý biến tính có tiềm sử dụng loại bỏ ion kim loại nặng nguồn nước ô nhiễm Tuy nhiên, để ứng dụng môi trường thực tế với nhiều loại ion khác cần có nghiên cứu