3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ Alizarin vàng GG
Cân chính xác 1,0 gam than hoạt tính, than hoạt tính đã biến tính bằng dung dịch HNO3, H2O2 (AC0, AC1, AC2) vào trong bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG có nồng độ 50 mg/l tại các pH khác nhau (7, 8, 10, 12) đem lắc trong thời gian 60 phút. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH của dung dịch về 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ Alizarin vàng GG còn lại trong dung dịch. Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.11 và hình 3.21
Bảng 3.11Ảnh hƣởng pH tới khả năng hấp phụ alizarin vàng GG pH Alizarin vàng GG 7 8 10 12 AC0 ABS 0,683 0,485 0,497 0,546 CS (mg/l) 14,95 15,49 15,90 17,46 Tải trọng h/p 3,505 3,451 3,410 3,254 AC1 ABS 0,436 0,460 0,519 0,559 CS (mg/l) 6,95 7,34 8,29 8,94 Tải trọng h/p 4,305 4,266 4,171 4,106 AC2 ABS 0,335 0,347 0,384 0,408 CS (mg/l) 10,65 11,05 12,22 12,99 Tải trọng h/p 3,935 3,895 3,778 3,701
Hình 3.24 Sự phụ thuộc khả năng hấp phụ vào pH
Từ giá trị của đồ thị nhận thấy rằng cả 3 loại than hoạt tính, than hoạt tính biến tính (AC0,AC1, AC2) hấp thụ Alizarin vàng GG tốt nhất tại pH = 7.
Bản thân Alizarin vàng GG chỉ tồn tại trong môi trƣờng bazơ bởi trong môi trƣờng axit Alizarin vàng GG bị thủy phân tạo thành kết tủa.Khi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của pH tới khả năng hấp phụ Alizarin vàng GG với các vật liệu, chúng tôi tiến hành khảo sát từ môi trƣờng trung tính trở lên. Sở dĩ pH hấp phụ Alizarin vàng GG tốt nhất ở giá trị 7 do khi pH của dung dịch tăng lên, nồng độ OH- tăng lên, có thể đã xuất hiện sự tranh chấp hấp phụ gốc OH- và Alizarin vàng GG lên các tâm hoạt động của các vật liệu. Hơn nữa mức độ cồng kềnh (kích thƣớc trong không gian) của Alizarin vàng GG khá lớn so với OH- nên hiệu quả xử lí sẽ giảm đi.
3.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Cân 1,0 gam than hoạt tính (AC0, AC1, AC2) vào trong bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG nồng độ 50 mg/l tại pH của dung dịch bằng 7 đem lắc trong các thời gian khác nhau (15, 30, 60, 90, 120, 150phút). Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH của dung dịch về 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại.
Bảng 3.12 Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ tới tải trọng hấp phụ alizarin vàng GG Thời gian Alizarin vàng R 15p 30p 60p 90p 120p 150 AC0 ABS 0,629 0,527 0,683 0,268 0,267 0,274 CS (mg/l) 30,24 25,25 14,95 12,73 12,66 13,00 Tải trọng h/p 1,976 2,475 3,505 3,727 3,734 3,700 AC1 ABS 0,578 0,426 0,436 0,422 0,425 0,449 CS (mg/l) 27,74 20,37 6,95 6,72 6,77 7,16 Tải trọng h/p 2,226 2,963 4,305 4,328 4,323 4,284 AC2 ABS 0,609 0,478 0,335 0,332 0,336 0,354 CS (mg/l) 29,26 22,89 10,65 10,55 10,69 11,28 Tải trọng h/p 2,074 2,711 3,935 3,945 3,931 3,872
Từ giá trị biểu diễn trên đồ thị chúng tôi nhận thấy rằng than hoạt tính AC0 đạt trạng thái cân bằng hấp phụ Alizarin vàng GG trong thời gian 90 phút. Hai vật liệu than biến tính (AC1, AC2) hấp thụ Alizarin vàng GG cần thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ ngắn hơn là 60 phút.
3.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu
Cân chính xác 1,0 gam mỗi loại than hoạt tính, than hoạt tính biến tính trong dung dịch HNO3 2M, H2O2 10% (AC0, AC1, AC2) vào trong bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG trong các nồng độ ban đầu khác nhau ( 5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 mg/l) tại pH của dung dịch bằng 7 đem lắc trong thời gian 60 phút đối với vật liệu AC0, thời gian 90 phút đối với 2 loại vật liệu AC1, AC2. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điêù chỉnh pH về 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại.
Bảng 3.13 Ảnh hƣởng của nồng độ Alizarin vàng GG ban đầu đến tải trọng hấp phụ Nồng độ đầu Alizarin vàng GG 5 10 20 30 50 70 100 AC0 ABS 0,005 0,038 0,271 0,453 0,980 0,358 0,600 CS (mg/l) 0,01 0,54 4,29 7,23 15,73 28,45 48,02 Q (mg/g) 0,499 0,946 1,571 2,277 3,427 4,155 5,198 Cs/q 0,020 0,571 2,731 3,175 4,590 6,847 9,238 AC1 ABS 0,006 0,035 0,246 0,435 0,435 0,246 0,357 CS (mg/l) 0,01 0,49 1,18 3,89 6,95 19,42 28,37 Q (mg/g) 0,499 0,951 1,882 2,611 4,305 5,058 7,163 Cs/q 0,020 0,515 0,627 1,489 1,614 3,839 3,961 AC2 ABS 0,006 0,043 0,158 0,370 0,665 0,346 0,481 CS (mg/l) 0,01 0,61 2,47 5,89 10,65 27,51 38,39 Q (mg/g) 0,499 0,939 1,753 2,411 3,935 4,249 6,161 Cs/q 0,020 0,649 1,409 2,442 2,706 6,474 6,231
Từ kết quả trên bảng trên chúng tôi dựng đồ thị theo phƣơng trình Langmuir biến đổi (2-7). Đồ thị có dạng đƣờng thẳng tuyến tính nhƣ trên hình 3.21, 3.22, 3.23. Tính toán tải trọng hấp phụ cực đại tƣơng tự nhƣ mục 3.3.1.3.
Hình 3.26 Sự phụ thuộc CS/q vào CS đối với alizarin vàng GG của than hoạt tính AC0
Tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính đối vớiAlizarin vàng GG là
g mg tg q 5,52 / 181 , 0 1 1 max
Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu AC1 đối vớiAlizarin vàng GG là g mg tg q 7,25 / 138 , 0 1 1 max
Hình 3.28 Sự phụ thuộc CS/q vào CS đối với alizarin vàng GG của vật liệu AC2
Tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính đối vớiAlizarin vàng GG là
g mg tg q 6,10 / 164 , 0 1 1 max
Từ các giá trị tải trọng hấp phụ cực đại phẩm màu Alizarin vàng GG của các vật liệu nhận thấy: than sau khi biến tính (AC1, AC2) có khả năng hấp phụ tốt hơn so với than hoạt tính thƣờng.
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp chúng tôi thu đƣợc một số kết quả chính nhƣ sau.
1. Đã tiến hành tổng hợp thành công 2 vật liệu: than hoạt tính biến tính bằng dung dịch HNO3 2M với thời gian ngâm lắc 16h (AC1), than hoạt tính biến tính trong dung dịch H2O2 10% với thời gian ngâm lắc 12h (AC2).
2. Đã đánh giá một số đặc trƣng cấu trúc của các vật liệu đã tổng hợp. Diện tích bề mặt than hoạt tính biến tính AC1, AC2 giảm so với than hoạt tính. Bề mặt gồ ghề, tăng mật độ lỗ xốp. Nghiên cứu bề mặt bằng phổ hồng ngoại, cho thấy trên bề mặt than biến tính có chứa nhóm chức cacboxylic (- COOH), là nhóm chức tạo ra các tâm hoạt động có thể tham gia quá trình hấp phụ phẩm màu trong nƣớc.
3. Đã tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu trên các vật liệu
- Vật liệu than hoạt tính AC0 hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam tại pH của dung dịch bằng 4, Alizarin vàng GG tại pH bằng 7 với thời gian hấp phụ 90 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt là 6,41; 6,32; 5,52 mg/g.
- Vật liệu than hoạt tính biến tính trong dung dịch HNO3 (AC1) hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam tại pH của dung dịch bằng 4, Alizarin vàng GG tại pH bằng 7 với thời gian hấp phụ 60 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt là 9,80; 9,34; 7,25 mg/g.
- Vật liệu than hoạt tính biến tính trong dung dịch H2O2 (AC2) hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam tại pH của dung dịch bằng 2, Alizarin vàng GG tại pH bằng 7 với thời gian hấp phụ 60 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt là 7,94; 7,75; 6,10 mg/g.
Các kết quả nghiên cứu quá trình biến tính than hoạt tính đều thực hiện ở nhiệt độ thƣờng, dung lƣợng hấp phụ phẩm màu tốt hơn so với than hoạt tính thƣờng, dễ dàng thực hiện trong điều kiện không quá phức tạp, khả năng ứng dụng thực tiễn tốt, phục vụ cho nhu cầu sử dụng thực tế của ngƣời dân.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Phạm Nguyên Chƣơng (Chủ biên) (2002), Hóa Kỹ Thuật, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
2. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí, Tập hai, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
3. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Nhƣ Tại (2003), Cơ sở hóa học hữu cơ, NXB Giáo dục, Hà Nội.
4. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
5. Hữu Trƣợng, Hoàng Thị Lĩnh (1995), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
6. Bansal R.C., Goyal M.(2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group,USA.
7. Barmagan B., Ozedemir, Turan and Celik MS. (2003), “The removal of reactive azo dyes by natural and modified zeolites”, Journal of Chemical Technology and Biotechnol 78, p.725-732.
8. Biniak S. (1997), “The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups”, Carbon, Vol. 35(12), pp.1799- 1810.
9. Chen J. P. (2003), “Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption”, Carbon, Vol 41, pp. 1979 – 1986.
10.Chingombe P., Saha B., Wakeman R.J.(2005), “Surface modification and characterisationof a coal-based activated carbon”,Carbon, 43,pp. 3132– 3143.
11.Duk Jong Joo, Won Sik Shin, Jeong-Hak Choi, Sang June Choi, MyungChul Kim, Myung Ho Han, Tae Wook Han and Young-Hun Kim (2005), “Decolorization of reactive dyes using inorganic coagulants and synthetic polymer”, Dyes and Pigments, Vol. 73, No. 3, pp. 59-64.
12. Edwin Vasu (2008), “Surface Modification of Activated Carbon for Enhancement of Nickel(II) Adsorption”, Journal of Chemistry, Vol. 5, No.4, pp. 814-819.
13.Elodie Guivarch, Stephane Trevin, Claude Lahite, Mehmet A.Oturan (2003), “Degradation of azo dyes in water by Electro – Fenton Process”, Environ Chem Lett, Vol 1, pp 38 – 44.
14.Figuiredo J.L, Pereira M.F.R, Freitas M.M.A, Mórtão J.J (1999),
00000”Modification of the surface chemistry of activated carbons”, Carbon,
0000037, pp.1379–1389.
15.Kocjan (1996), “Silicagel modified with some sulfonated chelating reagents”, Chemical Analitical, Vol 41, No.4, pp.501-519.
16.Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K.(2003), “Importance of activated carbon’s oxygen surface functional groups on elemental mercury adsorption”, Fuel, 82, pp.451–457.
17.Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L.( 2007), “Activated carbon with excellent chromium(VI) adsorption performance prepared by acid–base surface modification”,Journal of Hazardous Materials, 141, pp. 315–319. 18.Luiz C.A. Oliveira, Rachel. V.R.A. Rios, José D. Febris, V. Garg, Karim
Sapag, Rochel M. Lago, “Activated carbon/iron oxyde magnetic composites for the adsorption of contaminants in water”, Carbon, 40, pp.2177-2183.
19.Marsh Harry, Rodriguez - Reinoso Francisco (2006), Activated Carbon,
Elsevier, Spain.
20. Matsumoto Masafumi et al(l994), “Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment”, Carbon, Vol. 32 (I), pp. 111-118.
21. Mei S.X., et al(2008), “Effect of surface modification of activated carbon on its adsorption capacity for NH3”, J China Univ Mining & Technol,
Vol.18 (2), pp. 0261–0265.
22.Milonjic.S.K., et al(1975), “The Heat of immersion of natural magnetite in aqueous solutions”, Thermochimica Acta, 11, pp. 261-266.
23.Minghua Zhou, Qinghong Yu, Lecheng Lei, Geoff Barton (2007), “Electro- Fenton method for the removal of methyl red in an efficient electrochemical system”, Separation and Purification Technology 57, pp. 380 – 387.
24.Moreno C. (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wetoxidation”, Carbon, 38, pp. 1995–2001.
25.Na Yang, Shenmin Zhu, Di Zhang, Shi Xu (2008), “Synthesis and properties of magnetic Fe3O4 - activated carbon nanocomposite particles for dye removal”, Materials Letters 62, P.645-647.
26.Park Geun Il, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung(2002), “Effect of Two-step Surface Modification of Activated Carbon on the Adsorption Characteristics of Metal Ions in Wastewater”, Carbon Science, Vol. 3(4), pp. 219-225.
27.Shao Bin Wang (2008), “ A comparative study of Fenton and Fenton – like reaction kinetics in decolourisation of waste water”, Dyes and Pigments, Vol 76, pp 714 – 720.
28.Shen Wenzhong, Liand Zhijie, Liu Yihong(2008), “Surface Chemical Functional Groups Modification of Porous Carbon”, Recent Patents on Chemical Engineering, 1, pp.27-40.
29.Tao XU, XiaoqinLiu (2008), “Peanut Shell Activated Carbon: “Characterization, Surface Modification and Adsorption of Pb2+
from Aqueous Solution”,Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(3), pp. 401- 406.
30.Tran Hong Ha, Thai Ba Cau, La Van Binh (2000), “Adsorption of uranium on silicagel packed column”, Journal of chemistry, Vol.38, No.1, pp. 80-83.
31.Trotman E. R. (1984), Dyeing and chemical technology of textile fibres,
32.Vassileva P., Tzvetkova P., Nickolov R. (2008), “Removal of ammonium ions from aqueous solutions with coal-based activated carbons modified by oxidation”, Fuel, 88, pp. 387–390.
33.Venkataraman K (1979), The analytical chemistry of synthetic dyes, Leningrad, Russia.
PHỤ LỤC Một số hợp chất azo thƣờng gặp
* Hợp chất metyl da cam
-Tên quốc tế : Natri para-dimetylaminoazobenzensunfonat. -Công thức phân tử : C14H14N3NaO3S
-Khối lƣợng phân tử :327,34đvc -Công thức cấu tạo:
-Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc loại thuốc nhuộm axít, là một chất bột tinh thể màu da cam, độc, không tan trong dung môi hữu cơ, khó tan trong nƣớc nguội, nhƣng dễ tan trong nƣớc nóng, d = 1,28 g/cm3
, nhiệt độ nóng chảy trên 3000C. Nó là hợp chất màu azo do có chứa nhóm mang màu -N=N-, có tính chất lƣỡng tính với hằng số axit Ka = 4.10-4.
-Khoảng pH chuyển từ màu đỏ sang vàng: 3,0 -4,4; pKa= 3,8 -Hệ số hấp thụ mol = 26.900
-Do có cấu tạo mạch cacbon khá phức tạp và cồng kềnh, liên kết - N=N-và vòng benzen khá bền vững nên metyl da cam rất khó bị phân huỷ.
-Trong môi trƣờng kiềm và trung tính,metyl da cam có màu vàng là màu của anion:
-Trong môi trƣờng axit, phân tử metyl da cam kết hợp với proton H+chuyển thành cation màu đỏ:
- Metyl da cam thƣờng đƣợc sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ nhƣ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong
môi trƣờng axit, ngoài ra cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê.
* Hợp chất metyl đỏ
- Tên quốc tế : axit para – dimetylaminoazobenzoic -Công thức phân tử : C15H15N3O2
- Công thức cấu tạo:
-Khối lƣợng phân tử: 269,34đvc
-Là chất bột màu đỏ, ít tan trong nƣớc, độ tan xấp xỉ 0,1 g/l -Khoảng chuyển màu của metyl đỏ là 4,2 -6,3, pKa = 5,2
-Metyl đỏ thuộc loại thuốc nhuộm axit do có một nhóm –COOH và chứa mộtliên kết –N=N–trong phân tử, trong công nghiệp metyl đỏ thƣờng đƣợc sử dụngđể nhuộm các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ nhƣ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trƣờng axit.
-Metyl đỏ có tính độc, nếu nhiễm độc metyl đỏ có thể gây ra các bệnh về da, mắt, đƣờng hô hấp, đƣờng tiêu hoá.
* Hợp chất Alizarin vàng R:
- Tên quốc tế :natri 2-hydroxy-5 - [(E) -2 (3-nitrophenyl) diazen-1-yl] benzoate
- Công thức phân tử : C13H8N3NaO5 - Công thức cấu tạo :
-Khối lƣợng phân tử: 309,21đvc
- Thuốc nhuộm Alizarin vàng GG là chất bột màu vàng, tan trong nƣớc. -Khoảng chuyển màu của alizarin vàng R là pH = 10– 12.