t (phỳt) 0 50 100 150 200 250 qt (mg g -1 ) 30 45 60 75 90 105 BiACZ3 ACZ3-600-2 PT BKB2 Hỡnh 3.2.Động học hấp phụ MB trờn mẫu ACZ3-600-2 và BiACZ3 tại 30oC, nồng độ đầu 200 mg L-1 (Đường nột liền được tớnh theo phương trỡnh động học BKB2)
Methylen blue được xem là chất mụ hỡnh dựng để đỏnh giỏ khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ của THT [86]. Vỡ vậy để so sỏnh hiệu quả hấp phụ của cỏc mẫu, luận ỏn đó nghiờn cứu tớnh chất hấp phụ MB của hai mẫu THT tổng hợp theo hai quy trỡnh khỏc nhau.
Trờn hỡnh 3.2 giới thiệu sự biến đổi lượng MB bị hấp phụ trờn hai mẫu THT theo thời gian tiếp xỳc tại 30oC, nồng độ MB ban đầu 200 mg L-1. Từ đõy nhận thấy, trong khoảng thời gian đầu tiếp xỳc (60 phỳt đối với mẫu BiACZ3, 30 phỳt đối với mẫu ACZ3-600-2) qt tăng nhanh theo t. Sau đú, qt tiếp tục tăng nhưng với tốc độ chậm dần và tiến tới trạng thỏi hấp phụ cõn bằng.
Bảng 3.2. Giỏ trị qe,TN và cỏc tham số của phương trỡnh động học BKB2 đối với sự hấp phụ MB trờn cỏc mẫu BiACZ3 và ACZ3-600-2
Mẫu qe,TN (mg g1) Tham số của phương trỡnh BKB2 R2 ARE(%)
BiACZ3 97,00 qe (mg g1) 96,90 0,9999 0,46 k2103 (g mg1phỳt1) 1,972 h(mg g1phỳt1) 18,5 k2qe (phỳt-1) 0,191 ACZ3-600-2 99,49 qe (mg g1) 99,01 0,9999 0,26 k2103 (g mg1phỳt1) 38,21 h(mg g1phỳt1) 374,5 k2qe (phỳt-1) 3,783
Kết quả sử dụng cỏc phương trỡnh động học biểu biến bậc 1 (BKB1) và biểu kiến bậc 2 (BKB2) để mụ tả số liệu thực nghiệm cho thấy phương trỡnh động học BKB2 phự hợp nhất để mụ tả số liệu thực nghiệm hấp phụ trờn hai mẫu nghiờn cứu. Kết quả này cũng giống với kết quả thu được của cỏc tỏc giả khỏc khi nghiờn cứu sự hấp phụ MB trờn THT được tổng hợp từ một số nguồn nguyờn liệu khỏc như hạt quả chà là [17], vỏ quả đậu [52], củ cải đường [78].
Cỏc tham số của phương trỡnh động học BKB2 tương ứng với cỏc mẫu được túm tắt trong bảng 3.2. Từ cỏc tham số của phương trỡnh này tớnh được tốc độ đầu
hấp phụ MB (h) theo cụng thức (3.1) và tốc độ tiến tới trạng thỏi cõn bằng k2qe. Cỏc giỏ trị này cũng được túm tắt trong bảng 3.2.
2 2 e
h k q (3.1)
Từ bảng 3.2 nhận thấy, với cựng nồng độ đầu 200 mg L-1, hằng số tốc độ hấp phụ biểu kiến k2, tốc độ đầu và tốc độ tiến tới trạng thỏi cõn bằng k2qe đối với sự hấp phụ MB trờn mẫu ACZ3-600-2 lần lượt là 38,2110-3 g mg1 phỳt1, 374,5 mg g1 phỳt1 và 3,783 phỳt-1đều lớn hơn nhiều lần so với sự hấp phụ MB trờn mẫu BiACZ3 (1,97210-3 g mg1 phỳt1, 18,5 mg g1 phỳt1 và 0,191 phỳt-1). Điều này cú thể được giải thớch là do mẫu ACZ3-600-2 chứa nhiều mao quản trung bỡnh hơn mẫu BiACZ3 nờn quỏ trỡnh di chuyển cỏc phõn tử MB trờn bề mặt mẫu này dễ dàng hơn.
Từ bảng 3.2 cũng nhận thấy, cỏc giỏ trị qe tớnh theo phương trỡnh BKB2 đối với cả hai mẫu THT nghiờn cứu đều rất gần giỏ trị qe,TN tương ứng và qe,TN của mẫu ACK3-600-2 (99,49 mg g-1) lớn hơn qe,TN của mẫu BiACZ3 (97,00 mg g-1). Điều này cho thấy với cựng nồng độ đầu 200 mg L-1, mẫu ACZ3-600-2 cú khả năng hấp phụ MB tốt hơn mẫu BiACZ3. Để so sỏnh thờm, cõn bằng hấp phụ MB trờn hai mẫu này cũng đó được nghiờn cứu.
Ce (mg L-1) 0 25 50 75 100 125 150 175 qe (m g g -1 ) 75 100 125 150 175 200 225 250 BiACZ3 ACZ3-600-2 Túth
Trờn hỡnh 3.3 giới thiệu cỏc đường đẳng nhiệt hấp phụ MB trờn cỏc mẫu ACZ3-600-2 và BiACZ3 tại 30oC. Từ đõy nhận thấy đối với cả hai mẫu, qe đều tăng theo Ce. Điều này chứng tỏ trong điều kiện nghiờn cứu sự hấp phụ MB trờn cỏc mẫu THT chưa đạt đến bóo hũa.
Kết quả sử dụng cỏc phương trỡnh đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich và Túth để mụ tả cõn bằng hấp phụ cho thấy sự hấp phụ MB trờn cả hai mẫu THT đều được mụ tả tốt nhất bằng phương trỡnh Túth. Điều này chứng tỏ sự hấp phụ MB trờn cỏc mẫu này là hấp phụ đơn lớp ở nồng độ cõn bằng Ce nhỏ và hấp phụ đa lớp ở Ce lớn hơn. Cỏc tham số của phương trỡnh Túth tương ứng được túm tắt trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Cỏc tham số của phương trỡnh Túthđối với sự hấp phụ MB trờn mẫu ACZ3-600-2 và BiACZ3 tại 30oC
Mẫu Tham số RMSE R2 ARE (%)
BiACZ3 qmTh (mg g-1) 208,43 5,87 0,9823 2,36 mTh Th 1 K L mg 10,465 mTh 0,376 ACZ3-600-2 qmTh (mg g-1) 232,43 4,69 0,9837 2,35 mTh Th 1 K L mg 1,418 mTh 0,683
Từ bảng 3.3 nhận thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại tớnh theo phương trỡnh Túth của mẫu ACZ3-600-2 là 232,43 mg g-1, lớn hơn của mẫu BiACZ3 (208,43 mg g-1). Như vậy mặc dự mẫu BiACZ3 cú bề mặt riờng (1410 m2 g-1) lớn hơn mẫu ACZ3-600-2 (1383 m2 g-1) nhưng khả năng hấp phụ MB của mẫu BiACZ3 lại nhỏ hơn. Điều này cho thấy dung lượng hấp phụ MB của THT khụng chỉ được quyết định bởi bề mặt riờng mà cũn bị chi phối bởi lượng mao quản trung bỡnh. Mẫu ACZ3-600-2 chứa nhiều mao quản trung bỡnh hơn nờn cú khả năng hấp phụ MB tốt hơn mẫu BiACZ3.
Từ sự so sỏnh cỏc mẫu THT tổng hợp với ZnCl2 theo quy trỡnh một giai đoạn và quy trỡnh hai giai đoạn nhận thấy:
i) Quy trỡnh một giai đoạn cần lượng ZnCl2 nhiều hơn so với quy trỡnh hai giai đoạn (do quy trỡnh 2 giai đoạn đó loại bỏ một phần nước và cỏc chất dễ bay hơi ở giai đoạn 1, khi chưa cần dựng ZnCl2). Tuy nhiờn vỡ cú thể thu hồi được ZnCl2 để tỏi sử dụng nờn lượng ZnCl2 khụng phải là yếu tố đúng vai trũ quan trọng trong việc lựa chọn quy trỡnh. Bờn cạnh đú quy trỡnh 1 giai đoạn cần thời gian ngắn hơn, tiờu tốn ớt năng lượng hơn (do khụng cần giai đoạn than húa).
ii) THT tổng hợp với quy trỡnh 1 giai đoạn chứa chủ yếu mao quản trung bỡnh nờn cú tốc độ hấp phụ MB nhanh hơn nhiều lần, cú dung lượng hấp phụ MB cao hơn so với THT tổng hợp theo quy trỡnh 2 giai đoạn. Đứng trờn quan điểm ỏp dụng thực tế thỡ vật liệu cú dung lượng hấp phụ lớn hơn, thời gian đạt cõn bằng nhanh hơn sẽ cú nhiều ưu thế hơn.
Vỡ vậy với định hướng dựng để hấp phụ cỏc chất hữu cơ gõy ụ nhiễm mụi trường cú kớch thước phõn tử lớn mà điển hỡnh là thuốc nhuộm hoạt tớnh RR 195, luận ỏn đó lựa chọn quy trỡnh một giai đoạn để tổng hợp THT với tỏc nhõn ZnCl2. Cỏc kết quả trỡnh bày ở phần tiếp theo chỉ tập trung vào kết quả nghiờn cứu trờn cỏc mẫu THT tổng hợp theo quy trỡnh này.
Như đó trỡnh bày trong phần thực nghiệm, luận ỏn đó tổng hợp được 10 mẫu THT với tỏc nhõn ZnCl2 theo quy trỡnh một giai đoạn và 10 mẫu THT với tỏc nhõn KOH theo quy trỡnh hai giai đoạn trong cỏc điều kiện khỏc nhau về tỉ lệ khối lượng tỏc nhõn hoạt húa: khối lượng nguyờn liệu, nhiệt độ hoạt húa và thời gian hoạt húa. Đặc trưng húa lớ và khả năng hấp phụ của cỏc mẫu đó được nghiờn cứu. Cỏc kết quả thu được sẽ được trỡnh bày ở cỏc phần tiếp theo.
3.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐĐẶC TRƯNG HểA LÍ CỦA THAN HOẠT TÍNH 3.2.1. Phổ tỏn xạnăng lượng tia X