3. TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC NANO TRấN
5.2. Vật liệu nano Fe3O4/CS trong hấp phụ kim loại nặng
Hiện nay, vấn đề ụ nhiễm nguồn nước đang là thỏch thức của Việt Nam cũng như nhiều nước trờn thế giới. Đặc biệt, kim loại nặng trong nước được đỏnh giỏ là một trong cỏc nhúm tỏc nhõn độc hại nhất đối với mụi trường và con người. Do đú, một nhiệm vụ đặt ra đối với cỏc nhà khoa học hiện nay là tỡm ra cỏc phương phỏp hiệu quả để loại bỏ kim loại trong nước. Một trong những phương phỏp thường được sử dụng là phương phỏp hấp phụ, đặc biệt, gần đõy, việc sử dụng cỏc chất hấp phụ kớch thước nano đó đem lại nhiều hiệu quả to lớn. Tuy nhiờn, một trong cỏc nhược điểm của phương phỏp này là khú thu hồi được chất hấp phụ sau khi xử lý. Trong nghiờn cứu này, chỳng tụi sử dụng vật liệu Fe3O4/CS làm chất hấp phụ ion kim loại trong
80
nước với mục đớch kết hợp khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt của chitosan và tớnh chất từ của Fe3O4 sau khi hấp phụ kết thỳc cú thể dựng nam chõm để loại bỏ khỏi dung dịch hấp phụ một cỏch dễ dàng.
Một số khỏi niệm và lý thuyết về hấp phụ [7]
Quỏ trỡnh hấp phụ đẳng nhiệt
Cỏc số liệu thực nghiệm thu được khi nghiờn cứu quỏ trỡnh hấp phụ thường được mụ tả bằng cỏc phương trỡnh đẳng nhiệt, trong luận ỏn này, chỳng tụi lựa chọn đường đẳng nhiệt Langmuir.
Phương trỡnh đẳng nhiệt cho bởi :
q = qm.KL .Ce
1+KLCe (5.1)
Trong đú: Ce - nồng độ cõn bằng của ion kim loại trong dung dịch (mg/l); q - lượng ion kim loại đó bị hấp phụ (mg/g);
qm - hằng số biểu thị dung lượng hấp phụ, cũn được gọi là độ phủ đơn lớp bề mặt (mg/g);
KL - hằng số đặc trưng cho nhiệt hấp phụ (l/mg); Phương trỡnh Langmuir chỉ ra hai tớnh chất đặc trưng của hệ:
Khi nồng độ dung dịch rất nhỏ, tức KLCe<< 1, ta cú: q = qmKLCe
Như vậy lượng ion kim loại bị hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch cõn bằng
Khi nồng độ dung dịch đủ lớn, KLCe>> 1, ta cú: q→qm
Như vậy theo mụ hỡnh hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thỡ lượng cấu tử bị hấp phụ đầu tiờn tăng tuyến tớnh theo nồng độ dung dịch, sau đú mức độ tăng này giảm dần và đến một nồng độ đủ lớn thỡ lượng cấu tử bị hấp phụ sẽ đạt một giỏ trị khụng đổi nếu tiếp tục tăng nồng độ, chứng tỏ bề mặt chất hấp phụ đó được làm bóo hoà bởi một đơn lớp cỏc phõn tử bị hấp phụ.
Phương trỡnh đẳng nhiệt Langmuir cú thể chuyển về dạng tuyến tớnh:
1 q = K 1 L.qmìC1 e +q1 m Hoặc: Ce q = K 1 L.qm + Ce qm (5.2)
81
Vậy, nếu phương trỡnh đẳng nhiệt Langmuir mụ tả đỳng cỏc kết quả thực nghiệm thỡ đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ce/qe theo Ce phải là đường thẳng cú hệ số gúc là 1/(KLqm). Từ đú cú thể dễ dàng xỏc định được hằng số Langmuir KL và qm.
Lý thuyết động học hấp phụ
Một đặc trưng quan trọng của quỏ trỡnh hấp phụ là tốc độ hấp phụ. Tốc độ hấp phụ cú thể được xỏc định qua cỏc phương trỡnh:
a) Phương trỡnh bậc nhất biểu kiến của Lagergren dạng tổng quỏt
dqt
dt = k(qe− qt) (5.3)
Trong đú: qe,qt - dung lượng hấp phụ tại thời điểm cõn bằng và thời điểm t ; k - hằng số tốc độ hấp phụ của quỏ trỡnh hấp phụ bậc nhất;
Dạng tớch phõn của phương trỡnh với điều kiện biờn t = 0 → t và qt = 0 → qt
ln(qe− qt) = ln(qe) − k. t (5.4)
Biểu diễn ln(qe – qt) phụ thuộc t ta cú đồ thị mụ tả động học hấp phụ bậc nhất biểu kiến.
b) Phương trỡnh bậc hai biểu kiến:
Nếu tốc độ hấp phụ tuõn theo quy luật động học bậc hai, phương trỡnh động học hấp phụ bậc hai biểu kiến được mụ tả:
dqt
dt = k2(qe − qt)2 (5.5)
Với k2 là hằng số tốc độ hấp phụ của quỏ trỡnh hấp phụ bậc hai biểu kiến Dạng tuyến tớnh của phương trỡnh với điều kiện biờn t = 0→t và qt = 0→qt
t
qt = k 1
2.qe2 +q1
e ì t (5.6)
Biểu diễn t/qt theo t ta cú đồ thị mụ tả động học hấp phụ bậc hai biểu kiến. Cỏc thớ nghiệm hấp phụ được thực hiện bằng cỏch pha cỏc dung dịch chứa nồng độ xỏc định Ni(II), Pb(II) và Cr(VI). Sau đú thay đổi lượng chất hấp phụ, thực hiện cỏc thớ nghiệm hấp thụ, xỏc định nồng độ chất trước và sau hấp phụ. Trờn cơ sở đú xỏc định cỏc mụ hỡnh hấp phụ, xỏc định cỏc thụng số của quỏ trỡnh hấp phụ.