4. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT CHITOSAN KHÂU MẠCH BỨC XẠ
4.2.2 Ảnh hưởng của pH môi trường
Trong nghiên cứu này, lượng VLHP được giữ ở 1 g/L và pH của dung dịch mẫu chứa Drimaren Red CL-5B được điều chỉnh bằng NaOH 0,01M và HCl 0,01M đến các giá trị tương ứng trong khoảng từ 6 9. Trong quá trình hấp phụ, mẫu nước được kiểm tra và điều chỉnh lại giá trị pH mỗi 6 giờ một.
Bảng 9. Ảnh hưởng của pH đến độ màu TNHT sau xử lý
pH
Mẫu CH1 Mẫu CH2 Mẫu CH3 Mẫu CH4
Chỉ số màu Pt- Co sau xử lý Hiệu suất xử lý màu, % Chỉ số màu Pt- Co sau xử lý Hiệu suất xử lý màu, % Chỉ số màu Pt- Co sau xử lý Hiệu suất xử lý màu, % Chỉ số màu Pt- Co sau xử lý Hiệu suất xử lý màu, % 6 15752 23,68 6235 69,79 4024 80,50 4823 76,63 7 17097 17,17 8258 59,99 4981 75,87 5194 74,84 8 17795 13,78 9041 56,19 5576 72,98 6360 69,19 9 18673 9,53 11249 45,49 6973 66,22 8509 58,77
Chỉ số màu Pt-Co của mẫu nước và hiệu suất xử lý màu đã được xác định bằng quang phổ tử ngoại – khả kiến. Kết quả về sự ảnh hưởng của pH mẫu nước đến hiệu suất khử màu của các VLHP sau 24 giờ được trình bày trên bảng 9. Kết quả cho thấy hiệu suất khử màu cao nhất đạt được ở pH 6. Như đề cập trong chương I, pH của dung dịch nhuộm đóng vai trò quan trong trong toàn bộ quá trình hấp phụ và đặc biệt là ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ đối với TNHT. Nghiên cứu về ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp phụ một số TNHT như RB5 đã cho thấy hiệu suất hấp phụ cao nhất đạt được trong khoảng pH thấp [16]. Hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm cao đạt được trong môi trường axit có thể là do tương tác tĩnh điện hình thành giữa chất nhuộm tích điện âm và chitosan tích điện dương [43].
50
Giá trị pKa của chitosan phụ thuộc vào mức DD và độ trung hòa của các nhóm amin. Dưới pH 6.5, hầu hết các nhóm amin sẽ bị proton hóa và sự proton hóa các nhóm amin này là cần thiết để lôi kéo các nhóm sulfon tích điện âm của thuốc nhuộm. Như vậy, giá trị pH càng axit thì khả năng hấp phụ càng tốt. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng tôi chỉ sử dụng pH 6 để chắc chắn rằng các mẫu VLHP bằng hạt chitosan, đặc biệt là hạt chitosan khâu mạch ion (CH1) không bị thủy phân trong môi trường axit. Chúng tôi cũng dự kiến sẽ nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các môi trường pH thấp hơn đối với việc loại bỏ hợp chất màu của chitosan khâu mạch bức xạ trong thời gian tới.
Ảnh hưởng của pH đến chỉ số màu Pt-Co của dung dịch thuốc nhuộm xử lý bằng VLHP được thể hiện trên Hình 23. Có thể nhận thấy rằng độ màu dung dịch sau xử lý bằng VLHP tăng theo giá trị pH từ 6 đến 9, nghĩa là hiệu suất hấp phụ màu của hạt chitosan đối với CL-5B giảm khi tăng giá trị pH dung dịch. Kết quả cũng chỉ ra hiệu quả hấp phụ của hạt chitosan đối với thuốc nhuộm CL-5B ở giá trị pH 6 là rất tốt, độ màu dung dịch sau hấp phụ thấp, khoảng 4024 Pt-Co tương ứng với mẫu CH3, tiếp theo là mẫu CH4 (4823 Pt-Co) và CH2 (6235 Pt-Co). Đó là do ở những giá trị pH thấp những amin tự do trong chitosan thu nhận proton và ion hóa dương tính, hình thành các nhóm –NH3+, do đó làm tăng lực hút tĩnh điện giữa các phân tử thuốc nhuộm và chất hấp phụ. Lúc này polyme sinh học có khả năng đặc biệt “hút” và gắn chặt thuốc nhuộm có tính anion (như thuốc nhuộm hoạt tính) vào nó.
0 5000 10000 15000 20000 pH 6 pH 7 pH 8 pH 9 Độ m àu s au x ử lý ( P t- C o ) pH
Hình 23. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ thuốc nhuộm
Hạt chitosan CH1 Hạt chitosan CH2 Hạt chitosan CH3 Hạt chitosan CH4
51
Các kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong các nghiên cứu của Chious và cộng sự (2003) 12. Tuy nhiên chỉ số màu của dung dịch được hấp phụ bằng CH1 giảm không nhiều (15752 Pt-Co so với 20640 của dung dịch ban đầu). Điều này có thể lý giải do VLHP CH1 là loại hạt khâu mạch ion có mức khâu mạch kém hơn nhiều so với các hạt khâu mạch bức xạ như ở các mẫu VLHP còn lại.
Giá trị pH ban đầu của môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình tương tác tĩnh điện giữa các phần tử thuốc nhuộm, đặc biệt ở pH 6 đã cho thấy hiệu quả xử lý mầu rất tốt ở tất cả các mẫu. Nhưng khi tăng pH từ 7 đến 9, hiệu suất hấp phụ của các mẫu thử nghiệm đã bị giảm đi đáng kể, xảy ra ở cả hạt chiếu xạ và hạt không chiếu xạ. Vì vậy, để đảm bảo cho quá trình hấp phụ đạt hiệu suất cao nhất cần xác định được khoảng pH thích hợp, tuy nhiên việc hạ pH xuống qua thấp có thể ảnh hưởng đến độ bền của hạt chitosan.
Ngoài ra, ta có thể nhận thấy không phải là hạt chitosan chiếu xạ càng cao thì khả năng xử lý thuốc nhuộm càng tốt, điển hình là khả năng hấp phụ thuốc nhuộm ở mẫu CH3 (chiếu xạ 40 kGy) tốt hơn mẫu CH4 (chiếu xạ 60 kGy) và CH2 (chiếu xạ 20 kGY), tạo ra cách biệt hẳn so với mẫu không chiếu xạ (CH1). Tuy nhiên khác biệt là không quá lớn khi xử lý mẫu nước bằng hạt chitosan đạt được với liều chiếu xạ 60 kGy (CH4) và 40 kGy (CH3). Từ kết quả này, chúng tôi đã chọn pH 6 làm giá trị pH tối ưu để đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện thực nghiệm khác. Đây cũng là giá trị pH thích hợp để đo độ hấp thụ quang của thuốc nhuộm bằng quang phổ tử ngoại – khả kiến.