5. Phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu than bùn ở ngồi nước
Khi sử dụng than bùn làm vật liệu hấp phụ để xử lý ion kim loại nặng, chất hữu cơ, hầu hết các tác giả đều xử lý bằng nhiệt và hoạt hĩa trong mơi trường acid H2SO4, HCl hoặc H3PO4. Sau xử lý, khả năng hấp phụ của vật liệu chế tạo từ than bùn tăng lên đáng kể bởi hệ thống mao quản đã được khơi thơng, tạo ra nhiều loại nhĩm chức cĩ khả năng trao đổi tốt trên bề mặt, tăng độ bền cơ học, giảm ái lực với nước. Nghiên cứu xác định thời gian phản ứng đạt cân bằng, tìm quy luật động học, nhiệt động học hấp phụ và tính tốn các đại lượng hấp phụ như hằng số tốc độ, hằng số cân bằng, dung lượng, hiệu suất hấp phụ [17, 18, 20, 36, 37, 38, 39, 40].
Nhĩm tác giả Kalmykova Y. [41] sử dụng than bùn tự nhiên, sấy ở 50 oC, khơng hoạt hĩa để hấp phụ ion kim loại nặng, dung lượng hấp phụ đối với ion Cu2+, Pb2+, Ni2+, Cd2+, Zn2+ lần lượt là 25,02; 24,81; 24,17; 23,50 và 22,63 mg/g, kết quả này tương đương với khống sét tự nhiên khơng hoạt hĩa. Nghiên cứu của Gabaldon C. và cộng sự [40] khi sấy than bùn ở 110 oC (diện tích bề mặt 1,3 m2/g, kích thước hạt từ 0,5 - 2,0 mm), sau đĩ hấp phụ Cd2+ trong nước, tùy thuộc vào lượng than bùn sử dụng mà dung lượng hấp phụ dao động trong khoảng từ 6,93 - 23,64 mg/g.
Theo kết quả nghiên cứu của Chukhareva N. [42] trên than bùn vùng Tomsk, khi xử lý bằng nhiệt, sẽ làm tăng hàm lượng acid humic cũng như các phần khơng thủy phân cĩ trong than bùn. Hàm lượng carbon và nitơ cũng tăng lên. Dung lượng hấp phụ các ion kim loại nặng và chất màu tăng theo chiều tăng của hàm lượng acid humic.
Tùy thuộc vào nguồn gốc của than bùn, phương pháp xử lý mà thành phần cũng như dung lượng hấp phụ của chúng khác nhau đáng kể. Theo sự so sánh của Bartczak P. [25], dung lượng hấp phụ cân bằng (qe) của than bùn đối với ion Ni2+ ở các nước như sau: Brazil (14,0 mg/g), Ireland (11,42 mg/g), Ba Lan (14,0
mg/g). Đối với sự hấp phụ Pb2+, dung lượng hấp phụ cũng khác nhau khá nhiều: Brunei (14,97 mg/g), Ba Lan (20,0 mg/g). Theo kết quả tính tốn từ phương trình đẳng nhiệt Langmuir [25], nếu được hoạt hĩa và xử lý nhiệt trong điều kiện thích hợp, dung lượng hấp phụ cực đại (qm) với ion Pb2+ cĩ thể đạt tới 79,68 mg/g (than bùn Indonesian) và 82,31 mg/g (than bùn Ba Lan). Với ion Cd2+, giá trị qm cĩ thể đạt tới 61,27 mg/g (than bùn Ba Lan, carbon chiếm 47,1%, hydro chiếm 6,4%, nitơ chiếm 2,8%, lưu huỳnh chiếm 0,9%). Than bùn cịn cĩ khả năng hấp phụ tốt chất màu phẩm nhuộm và xanh methylen với dung lượng hấp phụ cao [37, 39].
Về mặt động học hấp phụ, các cơng trình nghiên cứu ở trên đều cho thấy quá trình hấp phụ ion kim loại trên vật liệu than bùn tuân theo phương trình động học biểu kiến bậc 2. Quá trình đẳng nhiệt hấp phụ ion kim loại trên vật liệu than bùn thường được mơ tả tốt bởi phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (tốt hơn so với phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich).