bentonit biến tính
Nồng độ urani trong dung dịch trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp so màu (dựa vào đường chuẩn). Các kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.3 và hình 3.3:
Bảng 3.3. Số liệu hấp phụ cân bằng của U(VI) trên Ben-BT
STT C0(mg/l) Ce (mg/l) qe(mg/g) 1 0 0,00 0,00 2 1 0,02 1,96 3 2 0,12 3,86 4 3 0,20 5,60 5 4 0,30 7,40 6 5 0,56 8,88 7 6 1,02 9,96 8 7 2,01 9,98
Thông thường, khi tăng nồng độ U(VI) ban đầu dẫn đến giảm tốc độ khuếch tán ngoài nhưng làm tăng tốc độ khuếch tán nội hạt. Kết quả nghiên cứu với U(VI) thấy răng, dung lượng hấp phụ tăng khi nồng độ U(VI) tăng (từ 0 – 5 mg/l). Tại các nồng độ ion urani thấp, bước hấp phụ xảy ra rất nhanh do có sự chênh lệch khác nhau lớn về nồng độ giữa bề mặt bentonit biến tính và lớp biên làm tăng động lực khuếch tán. Khi C0 > 6 mg/l sự hấp phụ đã đạt tới mức bão hòa.
47
Hình 3.3. Đường cong hấp phụ U(VI) trên Ben-BT
Tại điểm B – điểm ngưỡng hấp phụ bão hòa (hình 3.3), ta có thể tính được khả năng hấp phụ urani của Ben-BT là q = 9,96 (mg/g).
Từ các kết quả trên, sử dụng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Preundlich để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ U(VI) trên bentonit biến tính tại pH = 6 và xác định qmax (hình 3.4)
Hình 3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính của U(VI) trên Ben-BT Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ce/qe theo Ce có dạng tuyến tính với hệ số tương hợp R2
= 0,996. Nếu thừa nhận cách vẽ trên là phù hợp thì phương trình Langmuir dạng tuyến tính có thể viết Ce/qe = 0,099Ce + 0,016
Từ đó có thể xác định được giá trị qmax của quá trình hấp phụ urani trên Ben- BT: qmax = 10,1 (mg/g).
Tương tự như vậy, các số liệu ở bảng 3.3 cũng được thế vào phương trình đẳng nhiệt Freundlich: 0 2 4 6 8 10 12 0 0.5 1 1.5 2 2.5 q e (m g /g ) Ce (mg/l) A y = 0.099x + 0.016 R² = 0.996 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 0.5 1 1.5 2 2.5 C e /q e Ce (mg/l)
48 qF = KFC1/n
dưới dạng logarit: lgqF = lg KF + 1/nlgCe
xây dựng đồ thị biễu diễn mối quan hệ giữa “lgqF và lgCe”
Hình 3.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của U(VI) trên Ben-BT Từ hình 3.5 ta nhận thấy rằng, sự hấp phụ urani trên bentonit biến tính cũng tuân theo khá tốt đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich với R2 = 0,980. Dạng đồ thị hình 3.5 cũng tương tự như dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của urani trên bentonit Jordan [16].
Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich cho thấy tất cả các số liệu thí nghiệm đều nằm trong vùng tuyến tính. Tuy nhiên, đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir phù hợp tốt hơn với mô hình thí nghiệm (với hệ số tương hợp là R2 = 0,996) mô tả các số liệu thực nghiệm tốt hơn là phương trình đẳng nhiệt Freundlich (với hệ số tương hợp là R2 = 0,980).
Đến đây, có một câu hỏi đặt ra là: Tại sao sự hấp phụ ion urani trên vật liệu bentonit biến tính lại vừa tuân theo đẳng nhiệt Langmuir (với giả thiết bề mặt hấp phụ đồng nhất) lại vừa tuân theo đẳng nhiệt Freundlich (bề mặt hấp phụ không đồng nhất)? Theo giải thích từ nghiên cứu [3], bentonit là vật liệu có cấu trúc hình học phức tạp, có hóa học bề mặt không đồng nhất (chứa nhiều tâm hấp phụ): các điện tích âm mạng lưới, các nhóm ≡SOH bề mặt (≡AlOH, ≡SiOH, ≡AlMgOH, … ) nên sự hấp phụ ion urani trên bentonit thường tuân theo phương trình Freundlich.
y = 0.409x + 1.004 R² = 0.980 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 lg q e lgCe
49
Nhưng sự hấp phụ ion urani trên bentonit cũng có các đặc điểm sau: + Mỗi tâm hấp phụ chỉ hấp phụ một tiểu phân hấp phụ
+ Các tiểu phân hấp phụ không có các tương tác ngang vì khoảng cách giữa 2 tâm khá xa nhau.
+ Các tâm hấp phụ có năng lượng khác nhau: tâm điện tích (-) mạng lưới “thu hút” các cation mạnh hơn các nhóm ≡SO- bề mặt. Song, các tâm mạnh này cách xa nhau nên chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau (xét về mặt năng lượng và che chắn hình học).
+ Vì độ che phủ bề mặt của các chất bị hấp phụ rất nhỏ so với bề mặt vốn có của vật liệu hấp phụ. Do đó, lớp hấp phụ là đơn lớp (không đặc khít).
Như vậy, sự hấp phụ ion urani trên bentonit có 3/4 tiêu chí phù hợp với mô hình Langmuir, nên có thể hiểu rằng: sự hấp phụ ion urani trên bentonit biến tính tuân theo hai mô hình Langmuir và Freundlich là hợp lý và khá trùng hợp với thực tế [3].
Kết luận phần hấp phụ urani trên vật liệu bentonit:
- Vật liệu Ben-BT có khả năng hấp phụ tốt đối với urani trong dung dịch - Thời gian hấp phụ đạt cân bằng là 4 giờ
- pH tối ưu cho quá trình hấp phụ là pH = 6
- Khả năng hấp phụ urani cao nhất trên vật liệu Ben-BT là qmax = 10,1 (mg/g) So sánh kết quả của luận văn một số nghiên cứu khác như:
+ Nghiên cứu hấp phụ urani trên bentonit ở tài liệu [24] (qmax = 1,2 mg/g) trong điều kiện: nồng độ urani trong dung dịch ban đầu C0 = 12 (mg/l), pH của dung dịch = 5; thời gian khuấy 4 giờ ở 250C. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Hấp phụ urani trên bentonit Jordan biến tính trong nghiên cứu [18] (qmax = 15 mg/g) ở điều kiện nồng độ ban đầu C0 = 2 mg/l; pH của dung dịch = 3; thời gian khuấy 18 giờ ở 250C.
+ Hoặc urani hấp phụ trên HDTMA – bentonit trong nghiên cứu [11] (qmax = 31,3 mg/g) ở điều kiện nồng độ urani ban đầu trong dung dịch C0 = 10 – 1000 mg/l, pH = 8 – 10, thời gian khuấy là 24 giờ ở 250C. Có lẽ do phương pháp biến tính khác nhau mà có sự khác nhau về dung lượng hấp phụ.
50
+ urani hấp phụ trên zeolit A, qmax = 10,2 mg/g [2].
+ urani hấp phụ trên vật liệu nano oxit sắt từ: vật liệu sản xuất trong nước qmax = 53 mg/g, vật liệu nhập từ Slovakia qmax = 82 mg/g [1].
Các so sánh ở trên cho thấy, các kết quả của luận văn nằm trong phạm vi dung lượng hấp phụ của các loại bentonit khác nhau.
Dựa vào các số liệu thu được với quá trình khảo sát khả năng hấp phụ urani của vật liệu bentonit biến tính, tiến hành khảo sát thêm khả năng hấp phụ thori của vật liệu này.