3.3.3.1. Ảnh hưởng của các thông số quan trọng đến hiệu suất hấp phụ amoni Ảnh hưởng của pH:
Hiệu suất hấp phụ amoni của CAB/CGA và CAB ở các giá trị pH khác nhau được đưa ra trên Hình 3.40. Các kết quả chứng tỏ rằng pH ảnh hưởng không nhiều đến hiệu suất hấp phụ amoni trên vật liệu. Khả năng hấp phụ amoni của vật liệu CAB/CGA cao và gần như không đổi trong khoảng pH 4 ÷ 8. Ở vùng pH thấp hơn
(pH 2 ÷ 4), hiệu suất hấp phụ suy giảm tương đối nhanh. So sánh với vật liệu CAB thì CAB/CGA hấp phụ tốt và ổn định trong vùng pH rộng hơn, mở rộng về vùng pH thấp. Điều này cũng có thể dự đoán được dựa trên giá trị PZC của vật liệu: PZC của CAB/CGA nằm ở vùng pH thấp hơn nhiều so với CAB. Hiệu suất hấp phụ cao trong khoảng pH rộng là một lợi thế lớn của vật liệu khi áp dụng trong thực tế.
Hình 3.40. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH của dung dịch
Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc:
Hình 3.41a và 3.41b là các đường động học hấp phụ và đồ thị ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu, ứng với ba dung dịch có nồng độ đầu khác nhau (Co = 25; 50; 100 mg/l). N ồn g độ a m on i (m g/ l) 120 (a) H iệ u s u ất (% ) 90 (b) 80 Thời gian (Phút)
Hình 3.41. Đường động học hấp phụ (trái) và ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu (phải)
Kết quả trên Hình 3.41 chỉ ra rằng hiệu suất hấp phụ tăng nhanh trong thời gian 5 phút tiếp xúc đầu tiên, tức là tốc độ hấp phụ rất cao. Tiếp tục tăng thời gian, tốc độ hấp phụ giảm dần và đạt cân bằng sau khoảng 30 phút tiếp xúc. Đặc biệt, với dung dịch có Co = 25 mg/l và hàm lượng pha rắn 1,5mg/l, chỉ sau 30 phút nồng độ cân bằng đã đạt dưới ngưỡng an toàn về amoni ([NH4+
-N] < 3 mg/l.
Từ các số liệu thực nghiệm xây dựng đồ thị động học hấp phụ giả bậc nhất và bậc hai đưa ra trên Hình 3.42a và 3.42b, tương ứng.
lo g( qe - q t) 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian ( phút) 1 (b) t/ q t
Hình 3.42. Động học hấp phụ giả bậc nhất (a) và bậc hai (b) với Co= 50 mg/l Từ các đồ thị động học, xác định được các hệ số của phương trình động học hấp phụ (Bảng 3.29). Như vậy phương trình động học giả bậc hai là tương đối phù hợp với các số liệu thực nghiệm động học hấp phụ.
Bảng 3.29. Các hệ số của phương trình động học hấp phụ với Co=50 mg/l Động học giả bậc nhất
Phương trình Y= -0,019x + 0,754
Đẳng nhiệt hấp phụ amoni:
Kết quả thực nghiệm đẳng nhiệt hấp phụ amoni được đưa trong Bảng 3.30. Trên cơ sở kết quả này, xây dựng các đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Langmuir (Hình 3.43a) và Freundlich (Hình 3.43b) và xác định các thông số của hai mô hình đẳng nhiệt (Bảng 3.31).
Chỉ số R2 = 0,990 của mô hình Langmuir gần với giá trị R2 = 0,994 của mô hình Freundlich. Điều này có thể do vật liệu chưa đạt được độ che phủ tối đa. Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại tạm tính theo phương trình Langmuir là qmax = 125 mg [NH4+
-N]/g vật liệu. Dung lượng hấp phụ như vậy là rất cao so với vật liệu CAB (52,63 mg N/g) và các vật liệu hấp phụ amoni đã được công bố như đã được trình bày trong phần tổng quan [130-132].
Bảng 3.30. Số liệu thực nghiệm đẳng nhiệt hấp phụ amoni trên CAB/CGA
Co (mg/l) 25,0 37,5 50,0 62,5 87,5 100,0
Bảng 3.31. Các thông số của hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
n
3.3.3.2. So sánh khả năng hấp phụ amoni của CAB, CAB/CGA và CAB/CGAtt
Để đánh giá hiệu quả của kỹ thuật in dấu phân tử, mẫu vật liệu tương tự CAB/CGA nhưng không sử dụng kỹ thuật in dấu phân tử (mẫu CAB/CGAtt) đã được tổng hợp. Nghiên cứu hấp phụ amoni được tiến hành đồng thời trên ba vật liệu CAB, CAB/CGA và CAB/CGAtt để so sánh, kết quả thể hiện trên Hình 3.44.
q
(m
g/
g)
Hình 3.44. Đường động học hấp phụ trên ba vật liệu
Quan sát Hình 3.44 thấy rằng dung lượng hấp phụ của ba vật liệu sắp xếp theo thứ tự: CAB/CGA > CAB > CAB/CGAtt. So với CAB, dung lượng hấp phụ của CAB/CGAtt còn thấp hơn. Sự có mặt của mạng xen kẽ CGA làm cho vật liệu có độ trương nở thấp dẫn đến giảm khả năng hấp phụ của vật liệu. Hơn nữa, khi đưa thêm mạng xen kẽ không chứa nhóm COO- vào vật liệu, số lượng nhóm COO- có trong một đơn vị khối lượng vật liệu sẽ giảm, cũng góp phần làm giảm dung lượng
Ngoài ra có thể nhận thấy hai vật liệu có mạng CGA xen kẽ đều có thời gian đạt cân bằng lâu hơn vật liệu CAB (không có mạng xen kẽ). Nguyên nhân cũng là do độ trương nở thấp của các vật liệu mạng xen kẽ gây nên trở lực khuếch tán cao, làm cho tốc độ hấp phụ giảm.