Thớ nghiệm nghiờn cứu được tiến hành như sau: Pha dung dịch chứa đồng thời cỏc hợp chất cú nồng độ: 0,1 mgAs(III)/l; 1 mgFe(III)/l; 1 mgMn(II)/l; 2,5 mgNH4
+
/l.
Lấy 100ml dung dịch chứa đồng thời cỏc hợp chất trờn cho vào cốc 250ml, thờm 0,15g vật liệu CeO2-MnOx và khuấy trong 2 giờ. Kết quả thực nghiệm được đưa ra ở bảng 3.23.
Bảng 3.23. Hấp phụ đồng thời NH4+, As(III), Fe(III), Mn(II) trờn vật liệu CeO2-MnOx Chất bị hấp phụ Ci (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất hấp phụ (%) NH4 + 2,50 0,34 86,4 As(III) 0,102 0,026 74,5 Fe(III) 1,005 0,050 95,0 Mn(II) 1,002 0,055 94,5
Từ cỏc kết quả của bảng 3.24 ta thấy: Khi cú mặt đồng thời NH4 +
, As(III), Fe(III), Mn(II) hiệu suất hấp phụ của sắt, mangan đạt ~ 95% và amoni ~ 86%, As(III) ~ 75%. Để hấp phụ amoni và asen cú hiệu quả cao ta cần loại bỏ sơ bộ sắt và mangan (bể lọc cỏt, than).
3.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh hấp phụ amoni, asen của CeO2-MnOx MnOx
3.3.1. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh hấp phụ amoni
Điểm điện tớch khụng (pHPZC) là giỏ trị pH dung dịch mà ở đú bề mặt của vật liệu được cõn bằng về điện tớch õm và dương, mang điện tớch dương khi pH
92
< pHPZC, mang điện tớch õm khi pH > pHPZC. Vỡ vậy, giỏ trị pHPZC của vật liệu tổng hợp CeO2-MnOx được xỏc định bằng thực nghiệm.
Kết quả nghiờn cứu được đưa ra trong được đưa ra trong bảng 3.24, hỡnh 3.56.
Bảng 3.24. Kết quả xỏc định cỏc giỏ trị pH của hệ CeO2-MnOx
pHi 2 3 4 5 6 7 8 10 12
pHf 2,32 3,83 4,82 5,52 6,12 6,38 6,92 8,89 11,42 ∆pH -0,32 -0,83 -0,82 -0,52 -0,12 0,62 1,08 1,11 0,58
Hỡnh 3.56. Đồ thị sự phụ thuộc của ∆pH theo pHi
Sự phụ thuộc của ∆pH theo pHi tuõn theo phương trỡnh bậc 4 với hệ số tương quan R2
= 0,989, chứng tỏ sự tương quan giữa thực nghiệm và lý thuyết tốt. Trờn hỡnh vẽ cho thấy, giỏ trị pHPZC của vật liệu CeO2-Mn2O3 ≈ 6,2.
Ảnh hƣỏng của pH: Thớ nghiệm được tiến hành với dung dịch amoni cú
nồng độ là 1 mg/l, thay đổi pH trong khoảng 4,5ữ8,5. Khối lượng vật liệu là 0,05 g và hỗn hợp khuấy liờn tục trong 90 phỳt. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.25.
93
Bảng 3.25. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ NH4+ trờn CeO2- MnOx
pH 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5
Nồng độ amoni cuối Cf (mg/l) 0,15 0,14 0,12 0,15 0,19 Nồng độ amoni được hấp phụ (mg/l) 0,85 0,86 0,88 0,85 0,81 Dung lượng hấp phụ qi (mg/g) 1,70 1,72 1,76 1,70 1,62
Trong khoảng pH từ 4,5 đến 6,5, pH tăng thỡ khả năng hấp phụ amoni tăng, nhưng khụng đỏng kể, khi pH lớn hơn 6,5, pH tăng khả năng hấp phụ amoni của vật liệu lại giảm. Theo tài liệu [52], điểm điện tớch khụng pHZPC của oxit hỗn hợp xeri-mangan là 6,5, cũn theo kết quả nghiờn cứu của đề tài pHZPC ≈ 6,2. Ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ NH4+ của vật liệu CeO2-MnOx cú thể giải thớch như sau:
Khi pH < pHPZC bề mặt của chất hấp phụ CeO2-MnOx mang điện tớch dương, quỏ trỡnh hấp phụ xảy ra ở pH < 6,5 theo cơ chế trao đổi ion chiếm ưu thế hơn so với cơ chế hỳt tĩnh điện.
Khi pH > pHPZC bề mặt của chất hấp phụ mang điện tớch õm quỏ trỡnh hấp phụ theo cơ chế hỳt tĩnh điện chiếm ưu thế hơn so với cơ chế trao đổi ion.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ: Cỏc dung dịch amoni cú nồng độ ban đầu 1 mg/l, pH6,5, được khuấy trộn với 0,05 g vật liệu kớch thước nanomet liờn tục trong 90 phỳt và nhiệt độ hấp phụ được thay đổi trong khoảng từ 10oC đến 40oC. Kết quả được chỉ ra trong bảng 3.26, hỡnh 3.57.
Bảng 3.26. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ NH4+ trờn CeO2-MnOx
94 T(oC) Ci (mg/l) Cf (mg/l) qbh (mg/g) 10 1,00 0,42 1,16 20 1,00 0,24 1,52 30 1,00 0,11 1,78 40 1,00 0,05 1,9
Thay cỏc kết quả bảng 3.26 vào phương trỡnh: lnKđ = + ; Kđ =
(∆H, ∆S là biến thiờn entanpi và entropi trong quỏ trỡnh hấp phụ; T: nhiệt độ Kenvin (0
K); R: hằng số khớ R=8,314 J/mol.K) để xõy dựng sự phụ thuộc lnKđ vào 1/T (hỡnh 3.57).
Hỡnh 3.57. Sự phụ thuộc lnKđ vào 1/T trờn hệ hấp phụ NH4+ trờn CeO2-MnOx
Dung lượng hấp phụ NH4+
tăng khi nhiệt độ tăng từ 10 đến 400 C, do quỏ trỡnh hấp thụ là thu nhiệt. Nhiệt hấp phụ của hệ Qhp = ∆H, từ hỡnh 3.57 tớnh được nhiệt hấp phụ của hệ trong điều kiện khảo sỏt là Qhp=64,58 kJ/mol. Kết quả này cho phộp nhận định rằng quỏ trỡnh hấp phụ cú bản chất hoỏ học.
95
Ảnh hƣởng của Fe(III): Thớ nghiệm được tiến hành với dung dịch amoni cú nồng độ là 1 mg/l, nồng độ của Fe(III) thay đổi trong khoảng từ 5 mg/l đến 10 mg/l, khối lượng vật liệu là 0,05 g, được khuấy liờn tục trong 90 phỳt, pH = 6,5. Kết quả thớ nghiệm được đưa ra trong bảng 3.27.
Bảng 3.27. Ảnh hưởng của Fe(III)đến khả năng hấp phụ NH4+
trờn CeO2- MnOx
Nồng độ Fe(III) ban đầu (mg/l) 0 5 7,5 10
Nồng độ amoni cuối Cf (mg/l) 0,12 0,19 0,23 0,26 Nồng độ amoni được hấp phụ (mg/l) 0,88 0,81 0,77 0,74 Dung lượng hấp phụ qi (mg/g) 1,76 1,62 1,54 1,48
Khi nồng độ Fe(III) tăng thỡ khả năng hấp phụ amoni của vật liệu giảm, hiện tượng này cú thể giải thớch là do hiện tượng hấp phụ cạnh tranh của amoni và ion sắt.
Ảnh hƣởng của Mn(II): Thớ nghiệm được tiến hành với dung dịch amoni cú nồng độ là 1 mg/l, nồng độ của Mn(II) thay đổi trong khoảng 5 mg/l đến 10 mg/l, khối lượng vật liệu là 0,05 g và được khuấy liờn tục trong 90 phỳt, pH = 6,5. Kết quả thớ nghiệm được đưa ra trong bảng 3.28.
Bảng 3.28. Ảnh hưởng của ion Mn(II) đến khả năng hấp phụ NH4+trờn
CeO2-MnOx
Nồng độ Mn2+ ban đầu (mg/l) 0 5 7,5 10
Nồng độ amoni cuối Cf (mg/l) 0,12 0,18 0,21 0,25 Nồng độ amoni được hấp phụ (mg/l) 0,88 0,82 0,79 0,75 Dung lượng hấp phụ qi (mg/g) 1,76 1,64 1,58 1,5
96
Cũng giống như ảnh hưởng của Fe(III), khi nồng độ Mn(II) tăng khả năng hấp phụ của amoni giảm, hiện tượng này cũng được lý giải là do sự hấp phụ cạnh tranh của ion amoni và ion Mn(II)..
Ảnh hƣởng của ion SO42-
: Thớ nghiệm được tiến hành với dung dịch amoni cú nồng độ là 1 mg/l, nồng độ của anion SO4