CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4. Thử nghiệm đánh giá khả năng xử lý ion kim loại Cu2+ của EPS
3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý
Cho 0,11g EPS hấp phụ với 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ ban đầu là 250 mg/L. Hỗn hợp được tiến hành hấp phụ với tốc độ khấy 120 vòng/phút không đổi. pH của dung dịch hấp phụ được thay đổi từ pH = 1-5,5. Kết thúc quá trình hấp phụ, tiến hành lọc xác định nồng độ Cu2+ còn lại trong dung dịch bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử AAS. Từ đó xác định được ảnh hưởng của pH đến lượng hấp phụ của EPS.
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ Cu(II) của vật liệu thu được kết quả như Bảng 3.3
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ của Cu(II)
STT Cu(II) ban đầu
(mg/L) pH Cu(II) sau hấp phụ (mg/L) Hiệu suất hấp phụ (%) 1 250 1.21 200 20 2 250 2.39 200 20 3 250 3.3 170 32 4 250 4.24 12 50 5 250 5.5 11.5 43
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu(II) của EPS
Từ bảng 3.3 và hình 3.7 cho thấy dung lượng hấp phụ tốt nhất của EPS đạt cao nhất khi pH = 4.5 – 5.5. Ở pH thấp, các nhóm chức của EPS bị proton hóa và tích điện dương dẫn đến giảm hiệu quả hấp phụ đồng. Khi pH tăng lên, mật độ điện tích (-) tăng và do đó làm tăng hiệu quả xử lý. Thí nghiệm không thực hiện ở pH cao hơn 5.5 do ở pH cao, Cu sẽ bị kết tủa và khó đánh giá được giữa hiệu quả của quá trình hấp phụ và quá trình kết tủa.
Kết quả thu được cho thấy ở pH = 4.5 EPS được tách bằng phương pháp NaOH kết hợp với HCHO có khả năng hấp phụ Cu (II) tốt nhất, đạt tới 50%.
3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý
Thời gian hấp phụ trao đổi của Cu2+ được khảo sát bằng cách lấy 0,1g vật liệu EPS cho lần lượt vào 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ ban đầu là 250 mg/L. Thực hiện quá trình hấp phụ và trao đổi trong khoảng thời gian khuấy khác nhau lần lượt là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút, 120 phút và 180 phút với tốc độ khuấy cố định là 120 vòng/phút. Kết thúc quá trình hấp phụ, tiến hành lọc xác định cố định nồng độ Cu2+ còn lại trong dung dịch và tính được dung lượng hấp phụ của vật liệu ở Bảng 3.4.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Cu(II) của EPS được tách bằng phương pháp EPS được thể hiện trên Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ Cu(II) của EPS
STT Cu(II) ban đầu (mg/L) Thời gian (phút) Cu(II) sau hấp phụ (mg/L) Hiệu suất hấp phụ (%) 1 250 10 250 0 2 250 20 134,39 48,31 3 250 30 132.01 49,56 4 250 60 123,03 52,68 5 250 90 126,31 51,42 6 250 120 126,57 51,32 7 250 180 126,75 51,25
Từ bảng 3.4 và hình 3.8 ta có thể thấy khi tăng thời gian thực hiện hấp phụ của vật liệu từ 10 đến 60 phút dung lượng hấp phụ trao đổi của vật liệu đối với Cu2+ tăng lên từ 0 mg/L đến 126,97 mg/L. Kết quả cho thấy chỉ sau 60 phút thì khả năng hấp phụ Cu(II) của EPS được tách bằng phương pháp NaOH kết hợp với HCHO gần như bão hòa. Nguyên nhân là do quá trình hấp phụ và trao đổi của EPS cần có thời gian nhất định để các ion Cu2+ có thời gian khuếch tán di chuyển sâu vào cấu trúc bên trong mao quản để thực thiện quá trình hấp phụ, đồng thời khi thời gian tương tác quá lâu, quá trình trung hòa axit bởi một số hợp chất kiềm và cacbonate trong EPS làm tăng pH của dung dịch dẫn đến giảm khả năng hòa tan của ion kim loại Cu2+. Do vậy khi tăng thời gian thực hiện hấp phụ của EPS dung lượng hấp phụ tăng lên. Các kết quả cũng cho thấy khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ của EPS trên 60 phút thì dung lượng hấp phụ của EPS đối với ion Cu2+ có chút giảm nhẹ chứng tỏ thời gian hấp phụ của EPS tại 60 phút đã đạt tới trạng thái cân bằng.
Như vậy trong các quá trình khảo sát tiếp theo ta sẽ lựa chọn pH = 4,5 và thời gian hấp phụ là 60 phút để nghiên cứu.
3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ EPS tới hiệu quả xử lý
Hình 3.9 trình bày kết quả thử nghiệm tách chiết ion kim loại Cu2+ bằng EPS thu tách được ở các nồng độ khác nhau từ 0,02 g EPS đến 0,16 g EPS (thời gian tương tác 60 phút, pH = 4,5, tốc độ khuấy 120 vòng/phút).
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ EPS đến khả năng hấp phụ Cu(II)
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.9 cho thấy, hiệu suất loại bỏ kim loại đạt hiệu quả cao từ từ 104,2 mg Cu/g EPS đến 610 mg Cu/g EPS khi bổ sung thêm lượng EPS dao động từ 0,02 g EPS đến 0,16 g EPS. Hiệu quả xử lý ion kim loại Cu2+ tăng theo bội số lượng EPS được thêm vào thí nghiệm (từ 0,02 g EPS đến 0,09 g EPS). Trong khi đó, hiệu suất của kim loại Cu2+ gần như không có sự chênh lệch nhiều khi tăng nồng độ EPS từ 0,11 g đến 0,16 gam. Như vậy, nồng độ tối ưu để xử lý ion kim loại Cu2+ trong bùn thải của EPS là 0,11 g EPS tương đương loại bỏ được 568,5 mg Cu/g EPS