TCC và CFX
Sự ảnh hưởng của pH dung dịch có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Sự hình thành điện tích bề mặt trên chất hấp phụ và sự ion hóa hấp phụ trong dung dịch là hai yếu tố bị chi phối bởi giá trị pH vì chúng kiểm soát tương tác tĩnh điện giữa chất hấp phụ và chất hấp phụ [67].
Trong thí nghiệm này, các giá trị pH khác nhau trong khoảng 2–10 được khảo sát và quan sát sự thay đổi về dung lượng hấp phụ của TCC và CFX (pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH 1M và HCl 1M).
Từ hình 3.7, khả năng hấp phụ tốt nhất của CFX trên 4 vật liệu là tại pH4 và đạt dung lượng hấp phụ cao nhất lần lượt là NFOC600 = 26.67mg/g, NFOC700 = 33.33 mg/g, NFOC800 = 99.67 mg/g, NFOC900 = 110.33 mg/g. Ở các giá trị pH > pH4 thì hiệu quả hấp phụ là không đáng kể. Tương tự, tại giá trị pH3 khả năng hấp phụ TCC với dung lượng hấp phụ cao nhất lần lượt của 4 vật liệu là 11.67mg/g (NFOC600), 56.67 mg/g (NFOC700), 87 mg/g (NFOC800), 118.67 mg/g (NFOC900).
Từ các kết quả trên, giá trị pH của dung dịch hấp phụ lần lượt là pH3 cho kháng sinh TCC và pH4 cho kháng sinh CFX được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.
Hình 3. 7. Ảnh hưởng của giá trị pH đến khả năng hấp phụ
3.2.3. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ TCC và CFX
Từ hình 3.8 và 3.9, khi liều lượng vật liệu tăng từ 0.05 - 0.2 g/L, thì dung lượng hấp phụ dung dịch kháng sinh CFX và TCC của các vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900 giảm, tuy nhiên hiệu suất hấp phụ thì tăng lần lượt như sau:
Đối với kháng sinh CFX (hình 3.6): NFOC600 hiệu suất hấp phụ tăng từ 30% lên 35%, NFOC700 hiệu suất hấp phụ tăng từ 36,5% xuống 65,32%, NFOC800 hiệu suất hấp phụ tăng từ 55.1% lên 68.67%, NFOC900 hiệu suất hấp phụ tăng từ 67.17% lên 74.20% mặc dù dung lượng hấp phụ giảm dần.
Đối với kháng sinh TCC (hình 3.7): NFOC600 hiệu suất hấp phụ tăng từ 16.38% lên 22.33%, NFOC700 hiệu suất hấp phụ tăng từ 30.89% xuống 46,5%, NFOC800 hiệu suất hấp phụ tăng từ 33.05% lên 64.17%, NFOC900 hiệu suất hấp phụ tăng từ 41.09% lên 78% dù dung lượng hấp phụ giảm.
Có thể thấy rằng việc tăng khả năng loại bỏ kháng sinh khi tăng lượng chất hấp phụ là do tăng số lượng các tâm hấp phụ (adsorption sites) của 4 vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900 trong dung dịch nước.
Tuy nhiên, việc loại bỏ kháng sinh CFX và TCC không có lợi khi sử dụng quá nhiều lượng chất hấp phụ. Điều này có thể thay đổi tính chất vật lý của chất rắn/lỏng (tức là độ nhớt), làm cho dễ gây ra sự kết tụ làm giảm tổng diện tích bề mặt vật liệu dẫn đến giảm hấp phụ. Dung lượng hấp phụ của 4 vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900 với 2 kháng sinh đều đạt giá trị tốt nhất tại 0.1 g/L. Vì vậy, lựa chọn hàm lượng của vật liệu là 0.1 g/L cho những khảo sát tiếp theo.
Hình 3. 9. Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ đối với kháng sinh TCC
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX
Dựa vào hình 3.10, khi tăng thời gian hấp phụ thì dung lượng hấp phụ tăng nhanh và dần đạt đến trạng thái cân bằng từ 180 phút cho TCC và CFX đối với cả 4 vật liệu NFOC900, NFOC800, NFOC700 và NFOC600. Tại thời điểm bắt đầu, quá trình hấp phụ TCC và CFX của cacbon xảy ra nhanh do diện tích bề mặt tiếp xúc bên ngoài lớn. Khi diện tích bề mặt của cacbon đạt đến trạng thái bão hòa các phân tử kháng sinh đi vào những khe hở của hạt hấp phụ và được hấp phụ bởi bề mặt bên trong. Tiến trình này xảy ra trong một thời gian dài, tại thời gian 180 phút, quá trình hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng cho TCC và CFX. Vì thế, thời gian 180 phút được chọn sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo đối với cả 2 kháng sinh CFX và TCC.
Hình 3. 10. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ
3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của kháng sinh đến khả năng hấp phụ
Ảnh hưởng của nồng độ đến sự hấp phụ kháng sinh trên 4 vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900 lần lượt được khảo sát từ 5 đến 60 mg/L đối với CFX và TCC.
Kết quả hình 3.11 và hình 3.12 cho thấy dung lượng hấp phụ tăng dần khi tăng nồng độ kháng sinh ban đầu. Đối với cả 2 kháng sinh TCC và CFX thì tốc độ hấp phụ tăng gần như tuyến tính. Dung lượng hấp phụ CFX đạt cực đại xấp xỉ lần lượt là NFOC900 = 422.68 mg/g, NFOC800 = 389.33 mg/g, NFOC700 = 337.33 mg/g và NFOC600 = 172 mg/g và dung lượng hấp phụ của TCC đạt cực đại xấp xỉ lần lượt là NFOC900 = 422 mg/g, NFOC800 = 344 mg/g, NFOC700 = 204 mg/g và NFOC600 = 130 mg/g.
Đối với kháng sinh TCC hiệu suất hấp phụ ở nồng độ 20 mg/L cho thấy vật liệu đạt hiệu suất hấp phụ cao nhất lần lượt là NFOC900 = 80.34%, NFOC800 = 76.69%, NFOC700 = 65.9% và NFOC600 = 23.06%.
Đối với kháng sinh CFX hiệu suất hấp phụ ở nồng độ 30 mg/L cho thấy vật liệu đạt hiệu suất hấp phụ cao nhất lần lượt là NFOC900 = 75.64 %, NFOC800 = 74.65%, NFOC700 = 67.86% và NFOC600 = 49.7%.
Qua thí nghiệm này, kết luận rằng nồng độ hấp phụ cao nhất của kháng sinh TCC và CFX lần lượt là 20 mg/L và 30 mg/L. Hai giá trị nồng độ này được chọn sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.
NFOC600 NFOC700
NFOC800 NFOC900
Hình 3. 12. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của kháng sinh TCC Từ những kết quả thí nghiệm trên, vật liệu NFOC900 luôn có giá trị dung lượng hấp phụ cao nhất so với các vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 nên chúng tôi chọn vật liệu NFOC900 để tiến hành nghiên cứu các mô hình độ học, tối ưu hóa quá trình hấp phụ kháng sinh CFX và TCC, độ bền của vật liệu và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
3.3. KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH ĐẲNG NHIỆT VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ