5. Phương pháp nghiên cứu
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ phosphate trong dung dịch đầu vào
môi trường hấp phụ
Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nồng độ dung dịch đầu vào được thực nghiệm với các giá trị là 1 ppm, 5 ppm, 20 ppm, 40 ppm, 80 ppm và của yếu tố nhiệt độ môi trường hấp phụ ở các nhiệt độ 20 oC, 30 oC, 40 oC, trong cùng điều kiện về thời gian hấp phụ (60 phút), khối lượng vật liệu nano flowerlike oxit sắt là 0,02 g và pH của dung dịch nhiễm phosphate ≈ 5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ion phosphate đầu vào và nhiệt độ môi trường hấp phụ đến khả năng hấp phụ là giá trị trung bình của ba lần thí nghiệm hoàn toàn ngẫu nhiên ở mỗi giá trị của nồng độ dung dịch đầu vào và nhiệt độ môi trường hấp phụ khảo sát và được trình bày ở Bảng 3.4. Kết quả các số liệu khảo sát ở Bảng 3.4 đã được xử lí, tính toán và biểu diễn bởi Hình 3.8.
Bảng 3.4. Dung lượng hấp phụ phosphate theo nồng độ dung dịch đầu vào và nhiệt độ môi trường hấp phụ
Nồng độ dung dịch đầu vào (ppm) Dung lượng hấp phụ ở 20 oC (mgPO43-/g oxide sắt) Dung lượng hấp phụ ở 30 oC (mgPO43-/g oxide sắt ) Dung lượng hấp phụ ở 40 oC (mgPO43-/g oxide sắt ) 1 3,987±0,17 5,553±0,23 4,921±0,31 5 13,218±0,22 21,479±0,18 18,534±0,27 20 28,735±0,16 22,665±0,33 29,166±0,34 40 60,416±0,42 41,091±0,20 27,155±0,18 80 220,901±0,29 259,873±0,25 258,077±0,32
47
Hình 3.8. Ảnh hưởng khối lượng của nồng độ phosphate trong dung dịch đầu vào và nhiệt độ môi trường hấp phụ
Dung lượng hấp phụ ở 20 o C Dung lượng hấp phụ ở 30 o C Dung lượng hấp phụ ở 40 o C
Nồng độ phosphate trong dung dịch (ppm) Dun g lượn g hấp phụ (mg PO 4 3 - /g oxid e sắt)
48
Từ kết quả thí nghiệm trên đồ thị ở Hình 3.8 cho thấy, dung lượng hấp phụ ion phosphate của vật liệu nano flowerlike oxide sắt tỉ lệ thuận với sự biến thiên về nồng độ ion phosphate ban đầu và nhiệt độ dung dịch phản ứng. Khi nồng độ ban đầu và nhiệt độ dung dịch phản ứng tăng thì dung lượng hấp phụ cũng tăng theo, nguyên nhân là khi nồng độ ion phosphate ban đầu càng cao, các ion này trở nên dày đặc, tạo thuận lợi cho sự tương tác giữa các ion này với vật liệu, thúc đẩy sự tiếp xúc và bắt giữ anion của oxide sắt. Tương tự, khi nhiệt độ môi trường tăng lên, các ion phosphate trong dung dịch trở nên linh động, tần số va chạm giữa vật liệu với ion phosphate càng lớn, do đó khả năng các ion phosphate bị bắt giữ bởi oxide sắt cũng nhiều hơn.
3.2.5. So sánh khả năng hấp phụ phosphate trong nước thải của vật liệu nano flowerlike oxide sắt với vật liệu nhựa anion nano flowerlike oxide sắt với vật liệu nhựa anion
Khảo sát khả năng hấp phụ phosphate trong nước của vật liệu nano flowerlike oxide sắt với vật liệu nhựa anion được thực nghiệm trong điều kiện nhiệt độ môi trường hấp phụ là nhiệt độ phòng (≈ 30 oC) với thời gian hấp phụ là 60 phút, khối lượng vật liệu hấp phụ là 0,02 g đối với nước thải sinh hoạt. Kết quả khảo sát là giá trị trung bình của ba lần thí nghiệm ngẫu nhiên đối với các vật liệu khảo sát và được trình bày ở Bảng 3.5. Kết quả số liệu khảo sát ở Bảng 3.5 đã được xử lí, tính toán và biểu diễn bởi Hình 3.9.
Bảng 3.5. Dung lượng hấp phụ phosphate trong nước thải của vật liệu nano flowerlike oxide sắt và vật liệu nhựa anion(Akulite-A420)
Vật liệu hấp phụ Dung lượng hấp phụ (mgPO43-/g vật liệu)
Nanoflower oxide sắt 25,989±0,27
49
Hình 3.9. So sánh dung lượng của vật liệu nano flowerlike oxide sắt với vật liệu nhựa anion (nhựa akulite-A420)
Từ kết quả phân tích Hình 3.8 cho thấy vật liệu nano flowerlike oxide sắt và vật liệu nhựa anion Akulite-A420 đều có khả năng hấp phụ ion phosphate. Tuy nhiên dung lượng hấp phụ phosphate có sự chênh lệch khá lớn giữa vật liệu nano flowerlike oxide sắt và vật liệu nhựa anion Akulite. Trong đó, dung lượng hấp phụ phosphate của vật liệu nano flowerlike oxide sắt đạt 25,989 mgPO43-/g vật liệu, Dun g lượ ng hấp phụ (mg PO4 3- /g vật liệu ) Vật liệu
50
dung lượng hấp phụ phosphate của vật liệu nhựa Akulite-A420 chỉ đạt 8,373 mgPO43-/g nhựa Akulite (dung lượng hấp phụ ion phosphate của vật liệu nano flowerlike oxide sắt cao gấp khoảng 3,1039 lần dung lượng hấp phụ ion phosphate của vật liệu nhựa Akulite-A420). Điều này có thể khẳng định nano flowerlike oxide sắt là một vật liệu có khả năng hấp phụ cao đối với ion phosphate. Bên cạnh đó, phương pháp tổng hợp lại đơn giản, chi phí thấp, môi trường pH thuận lợi và không gây độc hại cho môi trường nên có thể nói vật liệu nano flowerlike oxide sắt là một vật liệu hấp phụ tiềm năng và có thể ứng dụng để xử lí nước thải trong thực tế.
51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nội dung của luận văn đã nghiên cứu vật liệu nano flowerlike oxide sắt được tạo ra bằng phương pháp nhỏ giọt và phân tích các đặc trưng FTIR, XRD, SEM và diện tích bề mặt riêng của vật liệu là 25 m2/g cho thấy sự thành công của phương pháp chế tạo vật hấp phụ nano flowerlike oxide sắt là đơn giản, nhưng mang lại hiệu quả cao.
Từ các kết quả đã thí nghiệm, cho thấy rằng các yếu tố thích hợp cho quá trình hấp phụ phosphate bằng vật liệu nano flowerlike oxide sắt:
+ Thời gian hấp phụ khoảng 60 phút + Môi trường dung dịch hấp phụ có pH ≈ 5
+ Khối lượng của vật liệu hấp phụ nano flowerlike oxide sắt tối ưu là khoảng 0,02 g với 50 mL dung dịch phosphate 15,251 ppm
+ Dung lượng hấp phụ tăng dần khi nhiệt độ môi trường hấp phụ tăng và nồng độ phosphate ban đầu tăng.
Áp dụng vật liệu nano flowerlike oxide sắt đã tổng hợp để xử lý phosphate trong nước thải sinh hoạt, dung lượng hấp phụ đạt 25,989 mgPO43-/g oxide sắt, trong cùng điều kiện thí nghiệm về thời gian, pH, thể tích, khối lượng vật liệu hấp phụ, nhiệt độ môi trường hấp phụ và nồng độ phosphate ban đầu thì dung lượng hấp phụ của vật liệu nano flowerlike oxide sắt cao hơn gấp 3,1039 lần dung lượng hấp phụ của vật liệu nhựa akulite.
Do đó, vật liệu nano flowerlike oxide sắt có thể được coi là một dạng vật liệu hấp phụ có đầy tiềm năng để triển khai ứng dụng xử lí nước thải trong thực tế.
2. Kiến nghị
Tiếp tục khảo sát tổng hợp vật liệu hấp phụ oxide sắt có diện tích bề mặt riêng và khả năng hấp phụ cao hơn nữa.
52
Tiếp tục nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng của các ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ và quy luật động học hấp phụ của vật liệu nano flowerlike oxide sắt đối với quá trình hấp phụ ion phosphate.
Tiếp tục nghiên cứu áp dụng vật liệu nano flowerlike oxide sắt để xử lý nước thải thủy sản hay nguồn nước chứa nhiều chất dinh dưỡng trong thực tế.
53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thị Liên Hương, Đỗ Mạnh Cường (2015), “Tầm quan trọng của nước sạch đối với đời sống con người”. Tạp chí Môi trường Tổng cục môi trường, (8). [2] Cô Thị Kính, Phạm Việt Nữ, Lê Anh Kha, Lê Văn Chiến (2012), “Nghiên cứu
hiệu quả xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bằng đất đỏ bazan trong phòng thí nghiệm”. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 23a, 11-19. [3] Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và phốt pho. Hà Nội,
Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
[4] P.S. Lau, N.F.Y. Tam, Y.S. Wong (1997), “Wastewater nutrients (N and P) removal by carrageenan and alginate immobilized chlorella vulgaris”,
Environ. Technol, 18, 945-951.
[5] X. Xu, B.Y. Gao, W.Y. Wang (2009), “Adsorption of phosphate from aqueous solutions onto modified wheat residue: Characteristics, kinetic and column studies”. Colloids Surf B Biointerfaces, 70, 46-52.
[6] Anjali Gupta, M. Y., and Nalini Sankararamakrishnan (2013), “Chitosan - and Iron - Chitosan-Coated Sand Filters: A Cost-Effective Approach for Enhanced Arsenic Removal”. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52, 2066-
2072.
[7] Cao, C.-Y., J. Qu, et al. (2012), “Low-Cost Synthesis of Flowerlike α-Fe2O3 Nanostructures for Heavy Metal Ion Removal: Adsorption Property and Mechanism”. Langmuir, 28 (9): 4573-4579.
[8] Lê Hoàng Việt, Nguyễn Hữu Chiếm, Huỳnh Long Toản và Phan Thanh Thuận (2013), “Xử lý nước dưới đất ô nhiễm arsenic qui mô hộ gia đình”. Tạp chí
Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 25 (Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công
54
[9] Nguyễn Trung Thành, Vũ Thị Đan Thanh, Phan Phước Toàn (2014), “Giải pháp thích hợp để loại bỏ asen trong nước ngầm tại các vùng nông thôn Việt Nam”.
Tạp chí Khoa học trường Đại học Cần Thơ, 33 101-108.
[10] Addo Ntim, S. and S. Mitra (2011), “Removal of Trace Arsenic To Meet Drinking Water Standards Using Iron Oxide Coated Multiwall Carbon Nanotubes”. Journal of Chemical & Engineering Data, 56 (5), 2077-2083 [11]. Nguyễn Trung Thành (2015), “Tổng hợp vật liệu FexMnyOz/tro trấu với hàm
lượng sắt tẩm cao hấp phụ asen từ nước ngầm”. Tạp chí Khoa học trường Đại
học Cần Thơ, Vol 37, 16-24.
[12] Prasanta Kumar Raul (2014), “Iron oxide hydroxide nanoflower assisted removal of arsenic from water”. Materials Research Bulletin, 49, 360–368 [13] Liyun Feng, Minhua Cao, Xiaoyu Ma, Yongshuang Zhu, Changwen Hu
(2012), “Superparamagnetic high-surface-area Fe3O4 nanoparticles as adsorbents for arsenic removal”. J. Hazard. Mater, 217, 439−446.
[14]. Y. Yao, et al. (2012), “Synthesis, characterization, and adsorption properties of magnetic Fe3O4 graphene nanocomposite”. Chemical Engineering Journal, 184, 326-332.
[15] Nguyễn Trung Thành (2017), “Đặc trưng và khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu FexOy/tro trấu”. Tạp chí Khoa học trường Đại học An Giang, Vol. 15 (3), 61-69.
[16] Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Loan, Võ Quang Mai (2011), “Chế tạo vật liệu cát thạch anh phủ nano oxit β–MnO2 và γ–Fe2O3 để hấp phụ asen”. Tạp chí Hóa học, T.49 (3A), 6 – 10.
[17] Nguyễn Trung Thành (2016). “Tổng hợp các hạt nano từ nước phèn sắt và ứng dụng hấp phụ asen từ nước ngầm”. Tạp chí Khoa học - Đại học Huế, tập 117 (3), 181-189.
55
[18] Hoàng Nhâm (2006), Hóa học vô cơ - Tập 2. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. [19] M. Naushad, G. Sharma, A. Kumar, S. Sharma, A.A. Ghfar, A. Bhatnagar, F.J.
Stadler, M. R. Khan (2018), “Efficient removal of toxic phosphate anions from aqueous environment using pectin based quaternary amino anion exchanger”. International Journal of Biological Macromolecules, 106, 1-10 [20] Xin Liu, Lingfan Zhang (2015), “Removal of phosphate anions using the
modified chitosan beads: Adsorption kinetic, isotherm and mechanism studies”. Powder Technology, 227, 112-119
[21] A. Sowmya, S. Meenakshi (2013), “An efficient and regenerable quaternary amine modified chitosan beads for the removal of nitrate and phosphate anions”. J. Environ Chem Eng, 1, 906-915.
[22] C. Vohla, M. Koiv, H.J. Bavor, F. Chazarenc, U. Mander (2011), “Filter materials for phosphorus removal from wastewater in treatment wetlands-A review”. Ecol. Eng., 37, 70-89.
[23] P. Delaney, C. McManamon, J.P. Hanrahan, M.P. Copley, J.D. Holmes, M.A. Morris (2011), “Development of chemically engineered porous metal oxides for phosphate removal”, J. Hazard. Mater., 185, 382-391.
[24] Đào Ngọc Nhiệm, Nguyễn Thị Hà Chi, Đoàn Trung Dũng, Nguyễn Đức Văn, Dương Thị Lịm (2016), “Nghiên cứu hấp phụ anion photphat (PO43-) từ dung dịch bằng oxit hỗn hợp CeO2-Al2O3”. Tạp chí Hóa học, 54(3), 387-390
[25] L. Zhanga, L. Wana, N. Changb, J. Liua, C. Duana, Q. Zhoua, X. Li, X. Wang (2011), “Removal of phosphate from water by activated carbon fiber loaded with lanthanum oxide”. Journal of Hazardous Materials 190, 848–855.
[26] Đỗ Khắc Uẩn (2009), “Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tủa photphat trong nước thải có độ kiềm thấp”, Tạp chí Khoa học và công nghệ trường Đại
56
[27] Bùi Quốc Thắng, Trần Quốc Trị (2011), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonite biến tính, ứng dụng hấp phụ phốt pho trong nước”, Báo cáo tổng kết
đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ Đại học Đồng Tháp.
[28] L. Liberti A. Lopez R. Passino (1984), “Application of selective ion exchange to recover MgNH4PO4 from sewage”. Studies in Environmental Science, Vol 23,513-523.
[29] Wei‐Gang Yi, Kwang Victor Lo(2003), “Phosphate recovery from greenhouse wastewater”. J.Environ. Sci. Heal. , Part B Vol 38, 501–509
[30] E. Galarneau, R. Gehr (1997), “Phosphorus removal from wastewater: experimental and theoretical support for alternative mechanism”. Wat. Res.,
Vol 31, No.2 328-338.
[31] Hồ Sỹ Thắng (2015), Hóa keo và Hấp phụ. Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, TP. Hồ Chí Minh, 117-148.
[32] S H Chien, W R Clayton (1980), “Application of Elovich equation to the kinetics of phosphate release and sorption on soils”. Soil Sci. Soc. Am. J., Vol 44, 256-268.
[33] Nguyễn Hoàng Hải. Các hạt nano kim loại (Mettallic nanoparticles). Tạp chí
vatlyvietnam.org.
[34] Nguyễn Bảo Ngọc, Hoàng Thị Đông Quỳ, Nguyễn Thái Ngọc Uyên (2017), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite từ tính chitosan/Fe3O4”. Tạp chí
phát triển Khoa học và Công nghệ, Vol 20 (4), 157-162
[35] Đỗ Quang Ngọc, Hoàng Kim Kiệt, Hoàng Thị Nụ, Nguyễn Duy Thiện, Đỗ Thị Hương Giang, Nguyễn Minh Hoàng, Lê Tuấn Tú (2017), “Nghiên cứu chế tạo hạt nano CoP bằng phương pháp điện hóa siêu âm”. Hội nghị Vật lý Chất rắn
57
[36]. Hồ Sỹ Thắng (2011), “Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu SBA-16 ứng
dụng làm chất hấp phụ và xúc tác”. Luận án Tiến sĩ hóa học, Đại học Huế,
Thừa Thiên - Huế.
[37] Đinh Quang Khiếu (2017), Giáo trình các phương pháp đặc trưng vật liệu hấp
phụ và xúc tác. Nhà xuất bản Đại học Huế, Thừa Thiên – Huế.
[38] Nguyễn Thị Lê Hiền, Đinh Thị Mai Thanh (2006), “Chế tạo bột -Fe2O3 kích thước nanomet bằng phương pháp kết tủa hóa học”. Tạp chí khoa học, 697-700. [39] Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh, Trần Quốc Việt, Trần Thái Hòa,
Nguyễn Đức Cường, Phan Tứ Quí (2009), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit sắt bằng phương pháp thủy nhiệt”. Tạp chí khoa học, 50, 65-70.
[40] Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thường (2007), “Nghiên cứu tổng hợp nano sắt băng phương pháp hoá học”. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học
Tự nhiên và Công nghệ, 23, 253-256
[41] Parfitt L, Atkinson J, Smart CSt (1975), “The mechanism of phosphate fixation by iron oxides”. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 39, 837–841.
[42] Robert A. Berner (1973), “Phosphate removal from sea water by adsorption on volcanogenic ferric oxides”. Earth and Planetary Science Letters, 18, 77- 86 [43] Le Zenga, Xiaomei Lia, Jindun Liub (2004), “Adsorptive removal of phosphate
from aqueous solutions using iron oxide tailings”. Water Research, 38, 1318– 1326.
[44] Seo YoungYoon,Chang GuLee, Jeong Ann Park, Jae Hyun Kim, Song Bae Kim, Sang Hyup Lee, Jae Woo Choi (2014), “Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies for phosphate adsorption to magnetic iron oxide nanoparticles”. Chemical Engineering Journal, Vol 236, 341-347
[45] O. K. Borggaard, S. S. Jdrgensen, J. P. Moberg, B. R. Lange (1990), “Influence of organic matter on phosphate adsorption by aluminium and iron oxides in sandy soils”, Journal of Soil Science, 41(3), 443-449
58
[46] Nguyễn Thị Huệ, Nguyễn Thị Hương Giang, Vũ Văn Tú (2015), “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu từ quặng tự nhiên để xử lý photphat trong nước thải hóa chất và phân bón”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 20 (3), 309-313
[47] D. Predoi (2007), “A study on iron oxide nanoparticles coated with dextrin Obtained by coprecipitation”. Journal of Nanomaterials and Biostructures,
Vol. 2(1), 169-173
[48] Shen, M., H. Cai, et al. (2012). “Facile one-pot preparation, surface functionalization, and toxicity assay of APTS-coated iron oxide nanoparticles”. Nanotechnology, 23(10), 105601
[49] Geetu Sharma and Pethaiyan Jeevanandam (2013), “Synthesis of self-assembled prismatic iron oxide nanoparticles by a novel thermal decomposition route”. RSC.
Adv., 3(1), 189-200
[50] Hồ Thị Tuyết Trinh, Mai Thanh Tâm, Hà Thúc Huy (2015), “Tổng hợp vật liệu hạt nano oxit sắt từ trên nền graphen”. Tạp chí phát triển KH &CN, Vol 18 (3), 166-176
[51] Hồ Sỹ Thắng (2017), “Nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải nông nghiệp của tro trấu biến tính bằng acid citric”. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và
Sinh học, 22 (3), 34-39
[52] Hồ Sỹ Thắng, Phạm Đình Dũ (2017), “Biến tính diatomit bằng oxit mangan và ứng dụng hấp phụ ion Cu(II) trong môi trường nước”. Tạp chí phân tích Hóa,