bent-BT và sét hữu cơ tổng hợp
a) Khảo sát ảnh hưởng của pH
Cách ti n hành: Chuẩn bị 13 bình tam giác có dung tích 100 ml, cho vào mỗi
bình 0,05 gam bent-BT và 50 ml dung dịch phenol đỏ ở nồng độ ban đầu là 50 mg/l. Điều chỉnh pH lần lượt đạt các giá trị là 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13. Các mẫu được lắc đều cùng khoảng thời gian 50 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại sau mỗi khoảng thời gian trên.
Tiến hành tương tự như trên với sét hữu cơ tổng hợp. Kết quả được trình bày trên bảng 2.3 và hình 2.9.
Hình 2.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH dung dịch
Bảng 2.3. Sự phụ thuộc của dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ vào pH của bent-BT và sét hữu cơ
Mẫu pH Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) H (%) Bent-BT 1 50 44,97 5,03 10,06 2 50 43,21 6,79 13,58 3 50 39,86 10,14 20,29 4 50 36,62 13,38 26,76 5 50 37,34 12,66 25,32 6 50 38,91 11,09 22,17 7 50 39,82 10,18 20,36 8 50 40,07 9,93 19,85 9 50 40,93 9,07 18,14 10 50 41,22 8,78 17,56 11 50 41,83 8,17 16,35 12 50 41,98 8,02 16,04 13 50 42,98 7,02 14,04 Sét hữu cơ 1 50 47,81 2,19 4,38 2 50 45,33 4,67 9,34 3 50 38,67 11,33 22,66 4 50 34,95 15,05 30,10 5 50 31,02 18,98 37,96 6 50 27,38 22,62 45,24 7 50 20,64 29,36 58,72 8 50 9,05 40,95 81,90 9 50 11,28 38,72 77,44 10 50 14,75 35,25 70,5 11 50 16,87 33,13 66,26 12 50 17,32 32,68 65,36 13 50 18,11 31,89 63,78
Kết quả khảo sát cho thấy sự hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ phụ thuộc lớn vào pH. Cụ thể như sau:
Đối với bent-BT: khi tăng pH dung dịch từ 1 đến 4 thì dung lượng hấp phụ tăng từ 5,03 tới 13,38 mg/l; tiếp tục tăng pH từ 4 ÷ 13 thì dung lượng hấp phụ giảm.
Đối với sét hữu cơ: khi tăng pH dung dịch từ 1 ÷ 8 thì dung lượng hấp phụ tăng, đặc biệt khi pH > 7 dung lượng hấp phụ tăng đột ngột và lớn nhất ở pH bằng 8, sau đó dung lượng hấp phụ giảm khi pH tăng từ 8 ÷ 13. Khi pH nhỏ hơn điều kiện tối ưu thì nó sẽ bị proton hóa.
Từ các kết quả trên chúng tôi chọn pH bằng 4 (bent-BT) và pH bằng 8 (sét hữu cơ) cho các thí nghiệm tiếp theo.
b) Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Cách ti n hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình
0,05 gam bent-BT và 50 ml dung dịch phenol đỏ có nồng độ ban đầu 50 mg/l và điều chỉnh pH của hỗn hợp bằng 4. Các mẫu được lắc đều trong khoảng thời gian lần lượt là: 15, 30, 45, 60, 75, 90, 115, 150 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại.
Tiến hành tương tự như trên với sét hữu cơ tổng hợp ở pH của hỗn hợp bằng 8. Kết quả được trình bày trên bảng 2.4 và hình 2.10.
Bảng 2.4. Sự phụ thuộc của dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian Mẫu Thời gian (phút) Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) H (%)
Bent-BT 15 50 44,21 5,79 11,58 30 50 42,65 7,35 14,7 45 50 40,25 9,75 19,5 60 50 37,84 12,16 24,32 75 50 35,93 14,07 28,14 90 50 35,52 14,48 28,96 115 50 35,06 14,94 29,88 150 50 34,22 15,78 31,56 Sét hữu cơ 15 50 40,15 9,85 19,70 30 50 31,06 18,94 37,88 45 50 23,66 26,34 52,68 60 50 11,85 38,15 76,3 75 50 8,34 41,66 83,32 90 50 8,11 41,89 83,78 115 50 7,65 42,35 84,7 150 50 7,31 42,69 85,38
Hình 2.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian
đến dung lƣợng hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế
Kết quả khảo sát cho thấy: khi tăng thời gian hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ tăng, đặc biệt trong khoảng thời gian từ 15 ÷ 60 phút hiệu suất hấp phụ tăng tương đối nhanh và dần ổn định sau 75 phút. Cả bent-BT và sét hữu cơ đều đạt hiệu suất hấp phụ cực đại ở 75 phút.
Do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ tổng hợp và bent-BT đều là 75 phút.
c) Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bent-BT và sét hữu cơ điều chế
Cách ti n hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình khối lượng bent-BT lần lượt là: 0,02 g; 0,03 g; 0,04 g; 0,05 g; 0,06 g; 0,07 g; 0,08 g; 0,10 g; và 50ml dung dịch phenol đỏ có nồng độ ban đầu 50mg/l. Điều chỉnh pH của hỗn hợp bằng 4. Các mẫu được lắc đều trong khoảng thời gian 75 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại.
Tiến hành tương tự như trên đối với sét hữu cơ điều chế ở pH của hỗn hợp bằng 8, lắc trong khoảng thời gian 75 phút.
Bảng 2.5. Ảnh hƣởng của khối lƣợng bent-BT, sét hữu cơ đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ phenol đỏ
Mẫu Khối lƣợng (g) Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%) Bent-BT 0,02 50 42,22 19,45 15,56 0,03 50 41,04 14,93 17,92 0,04 50 39,08 13,65 21,84 0,05 50 36,92 13,08 26,16 0,06 50 36,54 11,22 26,92 0,07 50 36,14 9,9 27,72 0,08 50 35,42 9,11 29,16 0,10 50 35,11 7,45 29,78 Sét hữu cơ 0,02 50 19,96 75,1 60,08 0,03 50 16,34 56,1 67,32 0,04 50 12,76 46,55 74,48 0,05 50 7,84 42,16 84,32 0,06 50 7,42 35,48 85,16 0,07 50 7,21 30,56 85,58 0,08 50 7,23 26,73 85,54 0,10 50 7,08 21,46 85,84
Hình 2.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của khối lƣợng bent-BT, sét hữu cơ tổng hợp đến dung lƣợng hấp phụ phenol đỏ
Từ kết quả của bảng 2.6 và hình 2.11 cho thấy:
Khi khối lượng vật liệu hấp phụ tăng thì hiệu suất hấp phụ phenol đỏ tăng nhưng dung lượng hấp phụ giảm. Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ từ 0,02 ÷ 0,05 gam, hiệu suất hấp phụ tăng nhanh và đạt cực đại tại 0,05 gam. Điều này có thể lí giải là do sự tăng lên của diện tích bề mặt và số vị trí các tâm hấp phụ. Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ từ 0,06 ÷ 0,10 gam, hiệu suất hấp phụ tăng lên không nhiều do sự cân bằng nồng độ phenol đỏ trong dung dịch và trên bề mặt chất rắn.
Do vậy chúng tôi lựa chọn khối lượng của bent-BT, sét hữu cơ điều chế là 0,05 gam để tiến hành các khảo sát tiếp theo.
d) Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phenol đỏ
Cách tiến hành: Chuẩn bị 12 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào mỗi
bình 0,05gam bent-BT và 50ml dung dịch phenol đỏ ở các nồng độ ban đầu lần lượt là: 50mg/l; 100mg/l; 150mg/l; 200mg/l; 250mg/l; 300mg/l; 350mg/l; 400mg/l; 450mg/l; 500mg/l; 600mg/l; 700mg/l. Các hỗn hợp được điều chỉnh pH bằng 4 và lắc trong cùng khoảng thời gian 75 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ phenol đỏ còn lại.
Tiến hành tương tự như trên đối với sét hữu cơ điều chế ở pH của hỗn hợp bằng 8, lắc trong khoảng thời gian 75 phút.
Kết quả được trình bày trên bảng 2.6 và hình 2.12.
Bảng 2.6. Ảnh hƣởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến dung lƣợng và hiệu suất hấp phụ của sét hữu cơ
Mẫu Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) Cf/q (g/l) H (%) Bent-BT 50 39,05 10,95 3,57 21,90 100 84,26 15,74 5,35 15,74 150 129,73 20,27 6,40 13,51 200 177,41 22,59 7,85 11,30 250 225,16 24,84 9,06 9,94 300 274,29 25,71 10,67 8,57 350 322,97 27,03 11,95 7,72 400 371,56 28,44 13,06 7,11 450 421,75 28,25 14,93 6,28 500 470,64 29,36 16,03 5,87 600 568,86 31,14 18,27 5,19 700 668,24 31,76 21,04 4,54 Sét hữu cơ 50 9,54 40,46 0,24 80,92 100 19,08 80,92 0,24 80,92 150 30,87 119,13 0,26 79,42 200 41,65 158,35 0,26 79,175 250 62,35 187,65 0,33 75,06 300 89,64 210,36 0,43 70,12 350 121,67 228,33 0,53 65,24 400 156,87 243,13 0,65 60,78 450 192,35 257,65 0,75 57,26 500 230,66 269,34 0,86 53,87 600 307,58 292,42 1,05 48,74 700 400,05 299,95 1,33 42,85
Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ phenol đỏ ban đầu đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế
Nhận xét: Từ kết quả bảng 2.7 và hình 2.12 cho thấy trong khoảng nồng độ
khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của phenol đỏ thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm. Điều này phù hợp với lý thuyết.
Vì phenol là chất chỉ thị pH sau các giai đoạn khảo sát thì dung dịch trước khi được đo hấp phụ quang xác định nồng độ còn lại chúng tôi đều điều chỉnh pH về pH ban đầu khi xây dựng đường chuẩn.
e) Khảo sát dung lượng hấp phụ phenol đỏ theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ kết quả ở bảng. 2.6 đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của bent-BT và sét hữu cơ được thể hiện trên các hình 2.13, 2.14, 2.15, 2.16
Hình 2.14. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ phenol đỏ của bent-BT
Hình 2.15. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ đối với phenol đỏ
Hình 2.16. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf
đối với sự hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ tổng hợp
Từ phương trình tuyến tính Langmuir hình 2.14 và hình 2.15 chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như sau:
Bảng 2.7. Giá trị dung lƣợng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b của bent- BT và sét hữu cơ điều chế
Mẫu Bent-BT Sét hữu cơ
Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 36,36 344,83
Hằng số Langmuir b 0,009 0,016
Nhận xét: Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir mô tả khá tốt sự hấp phụ của bent-BT và sét hữu cơ tổng hợp đối với phenol đỏ, điều này được thể hiện qua hệ số hồi qui của các phương trình khá cao (đều lớn hơn 0,99).
Sét hữu cơ tạo thành sau khi biến tính bent-BT bằng TEOS có khả năng hấp phụ phenol đỏ tốt hơn nhiều so với bent-BT. Điều này được thể hiện qua dung lượng hấp phụ cực đại của sét hữu cơ rất cao. Như vậy quá trình hấp phụ của sét hữu cơ điều chế đối với phenol đỏ là thuận lợi.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu, chúng tôi đã thu được một số kết quả sau:
1. Đã tổng hợp được sét hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ 50oC, tỉ lệ khối lượng TEOS/bent-BT là 0,5, pH phản ứng bằng 9, thời gian phản ứng 4 giờ.
2. Đã nghiên cứu cấu trúc của sét hữu cơ điều chế bằng các phương pháp: phương pháp nhiễu xạ tia X, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp hiển vi điện tử quét. Kết quả thu được như sau:
- Sét hữu cơ điều chế có giá trị d001 bằng 19,022Å lớn hơn bent-BT (15,375Å) ở góc 2θ cực đại khoảng 4,7o
. Hàm lượng (%) chất hữu cơ xâm nhập trong sét hữu cơ khoảng 22,07%.
- Sét hữu cơ tổng hợp có cấu trúc lớp và độ xốp cao.
3. Đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol đỏ của sét hữu cơ tổng hợp với bent-BT. Kết quả trong điều kiện khảo sát cho thấy:
+ Nồng độ của phenol đỏ là 50 ppm và thể tích là 50 ml. + pH hấp phụ tối ưu là 4 (bent-BT) và 8 (sét hữu cơ).
+ Thời gian đạt cân bằng hấp phụ bent-BT và sét hữu cơ là 75 phút.
+ Khối lượng vật liệu hấp phụ bằng 0,05 gam thì dung lượng hấp phụ là lớn nhất. 4. Đã mô tả quá trình hấp phụ phenol đỏ của bent-BT và sét hữu cơ điều chế theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của bent-BT và sét hữu cơ điều chế đối với phenol đỏ lần lượt là 36,36 (bent-BT) và 344,83 (sét hữu cơ) và hằng số Langmuir tương ứng là: 0,009 (bent-BT) và 0,016 (sét hữu cơ) .
Như vậy sét hữu cơ điều chế có khả năng hấp phụ phenol đỏ tốt hơn rất nhiều so với bent-BT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Diệu Cẩm (2010), Nghiên c u bi n tính bentonit và ng dụng để hấp phụ và xúc tác phân hủy các hợp chất pheno trong nước b ô nhiễm, Luận
án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 2. Từ Đức Hà (2011), Nghiên c u tính chất củ vật i u compozit ch tạo từ c o su
thiên nhiên và sét bi n tính, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm, Đại học
Thái Nguyên.
3. Chu Thị Hiền (2018), Nghiên c u điều ch sét h u cơ từ bentonit B nh Thuận
với propyltriphenyl photphoni bromu và bước đầu thăm dò ng dụng, Luận
văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
4. Thân Văn Liên (2006), “Nghiên cứu công nghệ chế tạo monmorillonit từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu cho nanoclay”, Báo cáo tổng k t đề tài kho học cấp Nhà nước, Viện Công nghệ xạ hiếm, Hà Nội.
5. Nguyễn Thị Tố Loan, Nguyễn Quang Hải (2014), “Nghiên cứu khả năng xúc tác phân hủy phenol đỏ của vật liệu nano ZnO pha tạp Ce và Mn”, Tạp chí Phân
tích Hó , Lý và Sinh học, tập 19, số 4, tr.39-43.
6. Nguyễn Trọng Nghĩa (2011), Điều ch sét h u cơ từ khoáng bentonite B nh Thuận và khảo sát khả năng ng dụng củ chúng, Luận án Tiến sĩ Hóa học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
7. Phạm Thị Hà Thanh (2012), Nghiên c u điều ch nano compozit polime/bentonit - DMDOA, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
8. Đoàn Văn Thành (2012), Nghiên c u các đặc trưng và khả năng ng dụng trong dược hó củ một số oại bentonit Vi t N m, Luận văn thạc sĩ, Trường
9. Hồ Văn Thành, Ngô Thị Minh Huệ (2015), “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu Ti-MCM-48 và khảo sát khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa phenol đỏ”, Tạp chí Hó học, 53(4), tr.419-424..
10. Bùi Văn Thắng (2012), Nghiên c u điều ch , tính chất củ vật i u bentonit bi n
tính và ng dụng hấp phụ photpho trong nước, Luận án tiến sĩ, Viện năng lượng
nguyên tử Việt Nam.
11. Bùi Văn Thắng, Trần Việt Dũng, Trần Thị Xuân Mai (2019), “Nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite lai vô cơ/hữu cơ và ứng dụng xử lý phenol đỏ, Mn(II) trong nước”, Tạp chí Kho học và Công ngh Vi t N m, 61(6), tr.11-16.
12. Lý Thị Thêm (2015), “Nghiên cứu điều chế sét hữu cơ từ bentonit Trung Quốc với tetrađecyltrimetyl amoni bromua trong môi trường ancol – nước và bước đầu thăm dò ứng dụng ”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
13. Trần Thị Văn Thi, Trần Hải Bằng, Lê Quốc Toàn (2009), “Nghiên cứu xử lí dung dịch phenol và phenol đỏ trong nước bằng phản ứng oxi hóa trên Fe-SBA- 15”, Tạp chí kho học, Đại học Huế, số 50, tr.125-133.
14. Nghiêm Xuân Thung, Lê Thanh Sơn, Phạm Thị Hà Thanh, Nguyễn Thị Ngọc Tú (2010), “Khảo sát quá trình điều chế sét hữu cơ từ bentonit (Bình Thuận) và đimetylđioctađecyl amoni clorua”, Tạp chí Hó học, 48(4A), tr.303-306.
15. Ngô Thị Mai Việt, Nguyễn Thị Hoa (2017), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen và phenol đỏ của quặng apatit Lào Cai”, Tạp chí Phân tích Hó , Lý
và Sinh học, tập 22, số 2, tr.124-131.
Tiếng Anh
16. Abdullah N. A. , Othaman R. , Othaman I. , Jon N. , Baharum A. (2012), “Studies on the adsorption of phenol red dye using silica-filled ENR/PVC beads”, Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences, Vol. 3 (5), pp. 845 - 850.
17. Hasmukh A. Patel, Rajesh S. Somani, Hari C. Bajaj (2007), “Preparation and characterization of phosphonium montmorillonite with enhanced thermal stability”, Applied Clay Science, V.35, Issues 3-4, pp.194-200.
18. Hu Z., He G., Liu Y., Dong C., Wu X., Zhao W. (2013), “Effects of surfactant