Với mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ta cĩ phương trình: 𝑞𝑒 = 𝐾𝐹. 𝐶𝑒𝑛
Trong đĩ KFlà hằng số hấp phụ Freundlich, 1/n là cường độ hấp phụ, nĩ thể hiện sự phân bố tương đối của năng lượng và tính khơng đồng nhất của các tâm hấp phụ.
Viết dưới dạng tuyến tính ta cĩ:
log𝑞𝑒 = 𝑛. log𝐶𝑒 + 𝑙𝑜𝑔𝐾𝐹
Hình 3.16 cho thấy sự phụ thuộc log𝑞𝑒vào log𝐶𝑒, trong đĩ n và KF cĩ thể suy ra từ hệ số gĩc và giao với trục tung của đồ thị.
Hình 3.17. Sự phụ thuộc 𝒍𝒐𝒈𝒒𝒆vào 𝒍𝒐𝒈𝑪𝒆 trong mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 2.10 2.15 2.20 2.25 log q e logCe Equation y = a + b*x Weight No Weightin Residual Sum of Squares 6.88056E-4 Pearson's r 0.98397 Adj. R-Squar 0.96184
Value Standard Err
E Intercept 2.0670 0.01185
Hình 3.16 cho thấy khi thiết lập theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich, ta thấy độ tuyến tính của đường thẳng kém hơn rất nhiều so với mơ hình Langmuir, với R chỉ là 0,98397 so với 0,9998 đối với phương trình Langmuir. Do đĩ, mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được áp dụng cho sự hấp phụ MB của BFC.
Từ đĩ các thơng số khác được tính tốn thể hiện trên Bảng 3.7.
Bảng 3.7. Các thơng số từ thực nghiệm theo các mơ hình hấp phụ Langmuir và Frieundlich
Mơ hình đường đẳng nhiệt Thơng số
Langmuir b 0,62 qmax (mg/g) 181,82 R2 0,9998 Freundlich n 9,79 k 95,13 R2 0,9682
Tính tốn được dung lượng hấp phụ cực đại qmax = 181,82 mg/g. So sánh với các nghiên cứu trước cho thấy, qmax của BFC cao hơn nhiều so với các vật liệu của cơng trình khác (bảng 2.10), cho thấy tiềm năng ứng vật liệu làm vật liệu hấp phụ trong xử lí MB cũng như các chất ơ nhiễm khác.
Bảng 3.8. So sánh qmax của BFC và một số vật liệu hấp phụ khác
STT VLHP qmax
(mg/g) TLTK
1 VLHP1: Bã mía + fomanđehit 1:5 58,55
[8] VLHP2: Bã mía : H2SO4 tỉ lệ 1:1 90,90
2 Vật liệu hấp phụ chế tạo từ đài sen 109,89 [4] 4 Vật liệu tro trấu biến tính bằng acid citric 95,59 [5] 5 Vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp từ tro trấu 20,41 [3] 6 Vật liệu biến tính từ mùn cưa gỗ sồi 38,46 [21]
KẾT LUẬN
1. Vật liệu Fe3O4/bentonit nanocomposite (BFC) đã chế tạo thành cơng bằng phương pháp kết tủa dưới sự hỗ trợ của siêu âm ứng dụng hấp phụ MB trong mơi trường nước.
2. Hình thái bề mặt của vật liệu được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy vật liệu composite của bentonit và Fe3O4 (BFC) trong đĩ Fe3O4 đã phân nhỏ kích thước của bentontit từ vài micromet xuống cịn vài trăm nanomet. Cấu trúc của vật liệu được xác định bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ FTIR cho thấy các đặc trưng của vật liệu BFC cĩ ở cả ở vật liệu bentonit và Fe3O4. Tính chất từ của vật liệu được đo bằng phương pháp đo từ kế mẫu rung cho thấy tính chất từ mạnh của vật liệu. Diện tích bề mặt riêng được xác định bằng phương pháp hấp phụ khí nitơ BET cho thấy diện tích bề mặt riêng của BFC lớn hơn hẳn của vật liệu thành phần.
3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của BFC đối với MB bằng phương pháp hấp phụ tĩnh, kết quả thu với thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 60 phút, pH tối ưu là 7,0. Khối lượng vật liệu hấp phụ là 0,8g/L. Quá trình hấp phụ MB là hấp phụ vật lý tuân theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại qmax = 181,82 mg/g.
CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐỀN ĐỀ TÀI
1. Đỗ Trà Hương, Nguyễn Phương Chi, Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Đức Thành, Nguyễn Quốc Dũng, Vilaykone Phakaxoum, Nguyễn Anh Tiến, (2019), “Hấp phụ methylene xanh trong nước sử dụng vật liệu tổ hợp nano Fe3O4/bentonit chế tạo bằng phương pháp hoạt hĩa siêu âm”, TẠP CHÍ HĨA HỌC, 57(4e1,2) 181-187.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Hồng Hải, N. H. Hai, N. H. Luong, N. N. Long, N. Chau, N. D. Phu, S. Theerdhala, A. Gedanken, Proc. Natl. Conf. Solid State Phys. V, Vungtau, Vietnam (2007), 140 (Vietnamese).
2. Lưu Việt Hùng, 2018, “Chế tạo vật liệu nano bentonite bằng phương pháp bĩc tách siêu âm ứng dụng xử lý Mn(II) trong mơi trường nước”, luận văn thạc sỹ - Khoa hĩa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. 3. Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, Trần Hữu Bằng, Đặng Thị Thanh Lê, 2015, “Điều chế vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ metylen xanh trong nước”, Tạp chí hĩa học, 53 (4), 491-496.
4. Nguyễn Thùy Linh (2017), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam của vật liệu hấp phụ chế tạo từ đài sen”, Luận văn thạc sỹ khoa học vật chất, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
5. Hồ Sỹ Thắng (2016), “Nghiên cứu xử lý chất ơ nhiễm trong nước thải nơng nghiệp của tro trấu biến tính bằng acid citric”, Tạp chí phân tích Hĩa, Lý và Sinh học, 22 (3), 34-39.
6. Bùi Văn Thắng (2011), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonite biến tính, ứng dụng hấp phụ photpho trong nước”, đề tài khoa học và cơng nghệ cấp bộ, mã số B2010-20-23.
7. Bùi Văn Thắng, Trần Việt Dũng, Trần Thị Xuân Mai (2019), “Nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite lai vơ cơ/hữu cơ và ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) trong nước”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, 61 (6), 11-16.
8. Lê Hữu Thiềng, Ngơ Thị Lan Anh, Đào Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Thúy, 2011, “Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh trong dung dịch nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, 78(02), 45-50.
9. Ai, Zhang C., and Chen Z. (2011), “Removal of methylene blue from aqueous solution by a solvothermal-synthesized graphene/magnetite composite”, J. Hazard. Mater., vol. 192, no. 3, pp. 1515-1524.
10. Akgül M. and Karabakan A. (2011), “Promoted dye adsorption performance over desilicated natural zeolite”, Microporous mesoporous Mater., vol. 145, no. 1-3, pp. 157-164.
11. Ayawei N., Angaye S. S., Wankasi D. , and Dikio E. D.(2015), “Synthesis, characterization and application of Mg/Al layered double hydroxide for the degradation of congo red in aqueous solution”, Open J. Phys. Chem., vol. 5, no. 03, p. 56.
12. Ayawei N., Ekubo A. T., Wankasi D., and Dikio E. D. (2015), “Adsorption of congo red by Ni/Al-CO3: equilibrium, thermodynamic and kinetic studies”, Orient. J. Chem., vol. 31, no. 3, pp. 1307-1318.
13. Boparai H. K., Joseph M., and O’Carroll D. M. (2011), “Kinetics and thermodynamics of cadmium ion removal by adsorption onto nano zerovalent iron particles”, J. Hazard. Mater., vol. 186, no. 1, pp. 458-465.
14. Bulut Y. and Karaer H. (2015), “Adsorption of methylene blue from aqueous solution by crosslinked chitosan/bentonite composite,” J. Dispers. Sci. Technol., vol. 36, no. 1, pp. 61-67.
15. Chang J., Ma J., Ma Q., Zhang D., Qiao N., Hu M., Ma H. (2016), “Adsorption of methylene blue onto Fe3O4/activated montmorillonite nanocomposite”, Appl. Clay Sci., vol. 119, pp. 132-140, doi: 10.1016/j.clay.2015.06.038.
16. Cottet L. , Almeida C. A. P. , Naidek N. , Viante M. F. , Lopes M. C., and Debacher N. A. (2014), “Adsorption characteristics of montmorillonite clay modified with iron oxide with respect to methylene blue in aqueous media”,
Appl. Clay Sci., vol. 95, pp. 25-31.
Interface Sci., vol. 93, no. 1-3, pp. 135-224.
18. Dai H. and Huang H. (2016), “Modified pineapple peel cellulose hydrogels embedded with sepia ink for effective removal of methylene blue”,
Carbohydr. Polym., vol. 148, pp. 1-10.
19. Dashamiri S., Ghaedi M., Asfaram A., Zare F., and Wang S. (2017), “Multi-response optimization of ultrasound assisted competitive adsorption of dyes onto Cu(OH)2-nanoparticle loaded activated carbon: central composite design”, Ultrason. Sonochem., vol. 34, pp. 343-353. 20. Du Q., Sun J., Li Y., Yang X., Wang X., Wang Z., Xia L.(2014), “Highly
enhanced adsorption of congo red onto graphene oxide/chitosan fibers by wet-chemical etching off silica nanoparticles”, Chem. Eng. J., vol. 245, pp. 99-106.
21. El-Latif M. A., Ibrahim A. M., and El-Kady M. F. (2010), “Adsorption equilibrium, kinetics and thermodynamics of methylene blue from aqueous solutions using biopolymer oak sawdust composite”, J. Am. Sci., vol. 6, no. 6, pp. 267-283.
22. Feddal I., Ramdani A., Taleb S., Gaigneaux E. M., Batis N., and Ghaffour N. (2014), “Adsorption capacity of methylene blue, an organic pollutant, by montmorillonite clay”, Desalin. Water Treat., vol. 52, no. 13-15, pp. 2654-2661.
23. Foo K. Y. and Hameed B. H. (2010), “Insights into the modeling of adsorption isotherm systems,” Chem. Eng. J., vol. 156, no. 1, pp. 2-10. 24. Gao S., Liu L., Tang Y., Jia D., Zhao Z., and Wang Y. (2016), “Coal
based magnetic activated carbon as a high performance adsorbent for methylene blue”, J. Porous Mater., vol. 23, no. 4, pp. 877-884.
25. Gil A., F. Assis C. C. , Albeniz S. , and Korili S. A. (2011), “Removal of dyes from wastewaters by adsorption on pillared clays”, Chem. Eng. J., vol. 168, no. 3, pp. 1032-1040.
of phenol and chlorophenols onto granular activated carbon: Part I. Two- parameter models and equations allowing determination of thermodynamic parameters”, J. Hazard. Mater., vol. 147, no. 1-2, pp. 381-394.
27. Hubbe M. A., Park J., and Park S. (2014), “Cellulosic substrates for removal of pollutants from aqueous systems: A review. Part 4. Dissolved petrochemical compounds”, BioResources, vol. 9, no. 4, pp. 7782-7925, . 28. Hu L., Yang Z., Cui L., Li Y., Ngo H. H., Wang Y., Wei Q., Ma H., Yan L., Du B. (2016), “Fabrication of hyperbranched polyamine functionalized graphene for high-efficiency removal of Pb (II) and methylene blue”,
Chem. Eng. J., vol. 287, pp. 545-556.
29. Knaebel K. S. (2011), “Adsorbent selection”, Accessed on, vol. 6, no. 8. 30. Kodama R. H. , Makhlouf S. A. , and Berkowitz A. E. (1997), “Finite size
effects in antiferromagnetic NiO nanoparticles”, Phys. Rev. Lett., vol. 79, no. 7, p. 1393.
31. Lee J. W., Choi S. P. , Thiruvenkatachari R. , Shim W. G. , and Moon H. (2006), “Evaluation of the performance of adsorption and coagulation processes for the maximum removal of reactive dyes”, Dye. Pigment., vol. 69, no. 3, pp. 196-203, doi: 10.1016/j.dyepig.2005.03.008.
32. Lee S. M. and Tiwari D. (2012), “Organo and inorgano-organo-modified clays in the remediation of aqueous solutions: An overview”, Appl. Clay Sci., vol. 59, pp. 84-102.
33. Lin S., Song Z., Che G., Ren A., Li P., Lin C., Zang T. (2014), “Adsorption behavior of metal-organic frameworks for methylene blue from aqueous solution”, Microporous mesoporous Mater., vol. 193, pp. 27-34.
34. Lou Z., Zhou Z., Zhang W., Zhang X. (2015), “Magnetized bentonite by Fe3O4 nanoparticles treated as adsorbent for methylene blue removal from aqueous solution: Synthesis, characterization, mechanism, kinetics and regeneration”, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., vol. 49, pp. 199-205.
“Adsorption of dyes onto activated carbon cloths: Approach of adsorption mechanisms and coupling of ACC with ultrafiltration to treat coloured wastewaters”, Sep. Purif. Technol., vol. 31, no. 1, pp. 3-11.
36. Mittal H., Ballav N., and Mishra S. B. (2014), “Gum ghatti and Fe3O4
magnetic nanoparticles based nanocomposites for the effective adsorption of methylene blue from aqueous solution”, J. Ind. Eng. Chem., vol. 20, no. 4, pp. 2184-2192.
37. Mohan S. V., Bhaskar Y. V., and Karthikeyan J. (2004), “Biological decolourisation of simulated azo dye in aqueous phase by algae Spirogyra species”, Int. J. Environ. Pollut., vol. 21, no. 3, pp. 211-222, 2004.
38. Mohapatra S. , Pramanik N., Mukherjee S. , Ghosh, S. K. and Pramanik P. (2007), “A simple synthesis of amine-derivatised superparamagnetic iron oxide nanoparticles for bioapplications”, J. Mater. Sci., vol. 42, no. 17, pp. 7566-7574.
39. Nuengmatcha P., Chanthai S., Mahachai R., and Oh W.-C. (2016), “Sonocatalytic performance of ZnO/graphene/TiO2 nanocomposite for degradation of dye pollutants (methylene blue, texbrite BAC-L, texbrite BBU-L and texbrite NFW-L) under ultrasonic irradiation”, Dye. Pigment., vol. 134, pp. 487-497.
40. Odom I. E. (1984), “Smectite clay minerals: properties and uses”,
Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A, Math. Phys. Sci., vol. 311, no. 1517, pp. 391-409.
41. Ozkaya T., Toprak M. S., Baykal A., Kavas H., Kưseoğlu Y., and Aktaş B. (2009), “Synthesis of Fe3O4 nanoparticles at 100 C and its magnetic characterization”, J. Alloys Compd., vol. 472, no. 1-2, pp. 18-23.
42. Peters T. and Werner U. (1995), “Developments in Waste-Water Treatment Technology”, Brennstoff-Warme-Kraft, vol. 47, no. 3, pp. Ba14-Ba21.
straw: preparation, characterization and its application for methylene blue adsorption”, Water Resour. Ind., vol. 7, pp. 23-37.
44. Polubesova T. , Chen Y. , Navon R., and Chefetz B. (2008), “Interactions of hydrophobic fractions of dissolved organic matter with Fe3+-and Cu2+- montmorillonite”, Environ. Sci. Technol., vol. 42, no. 13, pp. 4797-4803. 45. Ravikumar K., Deebika B., and Balu K. (2005), “Decolourization of aqueous
dye solutions by a novel adsorbent: Application of statistical designs and surface plots for the optimization and regression analysis”, J. Hazard. Mater., vol. 122, no. 1-2, pp. 75-83.
46. SenthilKumar P., Ramalingam S., Abhinaya R.V, Kirupha S.D., Vidhyadevi T., and Sivanesan S. (2012), “Adsorption equilibrium, thermodynamics, kinetics, mechanism and process design of zinc (II) ions onto cashew nut shell”, Can. J. Chem. Eng., vol. 90, no. 4, pp. 973-982.
47. Singh S., Barick K. C., and Bahadur D. (2011), “Surface engineered magnetic nanoparticles for removal of toxic metal ions and bacterial pathogens”, J. Hazard. Mater., vol. 192, no. 3, pp. 1539-1547.
48. Sivakumar P. and Palanisamy P. N. (2009), “Adsorption studies of basic Red 29 by a non-conventional activated carbon prepared from Euphorbia antiquorum L”, Int. J. Chem. Tech. Res, vol. 1, no. 3, pp. 502-510.
49. Song C., Wu S., Cheng M., Tao P., Shao M., and Gao G. (2014), “Adsorption studies of coconut shell carbons prepared by KOH activation for removal of lead (II) from aqueous solutions”, Sustainability, vol. 6, no. 1, pp. 86-98.
50. Shooto N. D., Ayawei N., Wankasi D., Sikhwivhilu L., and Dikio E. D. (2016), “Study on cobalt metal organic framework material as adsorbent for lead ions removal in aqueous solution”, Asian J. Chem., vol. 28, no. 2, p. 277.
basic dye using activated carbon prepared from oil palm shell: batch and fixed bed studies”, Desalination, vol. 225, no. 1-3, pp. 13-28.
52. Travis C. C. and Etnier E. L. (1981), “A survey of sorption relationships for reactive solutes in soil”, J. Environ. Qual., vol. 10, no. 1, pp. 8-17. 53. Vereda F., Vicente J. De , and Hidalgo-Alvarez R. (2013), “Oxidation of
ferrous hydroxides with nitrate: A versatile method for the preparation of magnetic colloidal particles”, J. Colloid Interface Sci., vol. 392, pp. 50-56 54. Vijayakumar R., Koltypin Y., Felner I., and Gedanken A. (2000),
“Sonochemical synthesis and characterization of pure nanometer-sized Fe3O4 particles”, Mater. Sci. Eng. A, vol. 286, no. 1, pp. 101-105.
55. Vinothkannan M., Karthikeyan C., Kim A. R., and Yoo D. J. (2015), “One-pot green synthesis of reduced graphene oxide (RGO)/Fe3O4
nanocomposites and its catalytic activity toward methylene blue dye degradation”, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc., vol. 136, pp. 256-264.
56. Wu S. ,Zhao X., Li Y., Zhao C., Du Q., Sun J., Wang Y., Peng X., Xia Y., Wang Z. (2013), “Adsorption of ciprofloxacin onto biocomposite fibers of graphene oxide/calcium alginate”, Chem. Eng. J., vol. 230, pp. 389-395. 57. Wu X.-L. , Shi Y., Zhong S., Lin H., and Chen J.-R. (2016), “Facile synthesis
of Fe3O4-graphene@ mesoporous SiO2 nanocomposites for efficient removal of Methylene Blue”, Appl. Surf. Sci., vol. 378, pp. 80-86.
58. Xu H., Zeiger B. W., and Suslick K. S. (2013), “Sonochemical synthesis of nanomaterials”, Chem. Soc. Rev., vol. 42, no. 7, pp. 2555-2567.
59. Yan H., Yang H., Li A., and Cheng R. (2016), “pH-tunable surface charge of chitosan/graphene oxide composite adsorbent for efficient removal of multiple pollutants from water”, Chem. Eng. J., vol. 284, pp. 1397-1405. 60. Yao Y., Miao S., Liu S., Ping L., Sun H., and Wang S. (2012), “Synthesis,
O4@graphene nanocomposite”, Chem. Eng. J., vol. 184, pp. 326-332. 61. Yao Y., Miao S., Yu S., Ma L. P., Sun H., and Wang S. (2012), “Fabrication
of Fe3O4/SiO2 core/shell nanoparticles attached to graphene oxide and its use as an adsorbent”, J. Colloid Interface Sci., vol. 379, no. 1, pp. 20-26.
62. Zaghouane-Boudiaf H., Boutahala M., Sahnoun S., Tiar C., and Gomri F. (2014), “Adsorption characteristics, isotherm, kinetics, and diffusion of