bent-TH và sét hữu cơ
a) Khảo sát ảnh hưởng của pH
Cách tiến hành: chuẩn bị 13 bình tam giác có dung tích 100 ml, cho vào bình
0,05 gam bent-TH và 50 ml dung dịch metylen xanh có nồng độ ban đầu 50 mg/l. Các mẫu được điều chỉnh pH từ 1 ÷ 13 bằng dung dịch NaOH 0,1M hoặc HCl 0,1M; lắc đều trong khoảng thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, xác định nồng độ metylen xanh còn lại.
Tiến hành tương tự như trên đối với sét hữu cơ tổng hợp.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng hấp phụ metylen xanh của bent-TH và sét hữu cơ được trình bày trên bảng 2.3 và hình 2.8.
Bảng 2.3. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ metylen xanh vào pH của bent-TH và sét hữu cơ
Mẫu pH Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) H (%) Bent-TH 1 50 41,36 8,64 17,27 2 50 40,07 9,93 19,86 3 50 37,95 12,05 24,09 4 50 36,84 13,16 26,32 5 50 34,98 15,02 30,05 6 50 36,03 13,97 27,94 7 50 38,38 11,62 23,25 8 50 38,91 11,09 22,18 9 50 40,27 9,73 19,47 10 50 40,04 9,96 19,92 11 50 40,19 9,81 19,61 12 50 40,69 9,31 18,62 13 50 41,45 8,55 17,09 Sét hữu cơ 1 50 41,54 8,46 16,91 2 50 39,04 10,96 21,92 3 50 37,41 12,59 25,18 4 50 36,16 13,84 27,67 5 50 33,69 16,31 32,63 6 50 30,98 19,02 38,04 7 50 24,54 25,46 50,93 8 50 17,33 32,67 65,35 9 50 10,37 39,63 79,26 10 50 9,06 40,94 81,88 11 50 11,53 38,47 76,94 12 50 12,42 37,58 75,16 13 50 13,11 36,89 73,78
Hình 2.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH dung dịch đến dung lượng hấp phụ metylen xanh của bent-TH và sét hữu cơ
Kết quả khảo sát cho thấy sự hấp phụ metylen xanh của bent-TH và sét hữu cơ phụ thuộc lớn vào pH. Cụ thể như sau:
Đối với bent-TH: khi tăng pH dung dịch từ 1 đến 5 thì dung lượng hấp phụ tăng từ 8,64 tới 15,02 mg/l; tiếp tục tăng pH từ 5 ÷ 13 thì dung lượng hấp phụ giảm.
Đối với sét hữu cơ: khi tăng pH dung dịch từ 1 ÷ 10 thì dung lượng hấp phụ tăng, đặc biệt khi pH > 7 dung lượng hấp phụ tăng đột ngột và lớn nhất ở pH bằng 10, sau đó dung lượng hấp phụ giảm khi pH tăng từ 10 ÷ 13.
Như vậy, đối với bent-TH ở pH=5 và với sét hữu cơ ở pH=10 thì dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất. Ở pH thấp hơn xảy ra sự proton hóa nhóm amin bậc 3 trong phân tử metylen xanh làm giảm khả năng hấp phụ., ở pH lớn hơn 5 đối với bent-TH và lớn hơn 10 đối với sét hữu cơ khả năng hấp phụ cũng giảm xuống, có thể do kiềm đã làm thay đổi cấu trúc của khoáng sét bentonit do trong thành phần có SiO2 và Al2O3.
Từ các kết quả trên chúng tôi chọn pH bằng 5 (bent-TH) và pH bằng 10 (sét hữu cơ) cho các thí nghiệm tiếp theo.
b) Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Cách tiến hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình 0,05 gam bent-TH và 50ml dung dịch metylen xanh có nồng độ ban đầu 50mg/l và điều chỉnh pH của hỗn hợp bằng 5. 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, chỉnh pH dung dịch về khoảng 7-8, sau đó xác định nồng độ metylen xanh còn lại.
Tiến hành tương tự như trên với sét hữu cơ tổng hợp ở pH bằng 10. Kết quả được trình bày trên bảng 2.4 và hình 2.9.
Bảng 2.4. Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào thời gian
Mẫu Thời gian
(phút) Ci(mg/l) Cf(mg/l) q(mg/g) H (%) Bent-TH 15 50 45,74 4,26 8,53 30 50 43,96 6,04 12,08 45 50 41,74 8,26 16,52 60 50 38,42 11,58 23,16 75 50 34,52 15,48 30,96 90 50 34,07 15,93 31,86 115 50 33,83 16,17 32,34 150 50 33,51 16,49 32,98 Sét hữu cơ 15 50 43,58 6,42 12,84 30 50 29,26 20,74 41,48 45 50 15,44 34,56 69,12 60 50 8,97 41,03 82,06 75 50 8,65 41,35 82,70 90 50 8,48 41,52 83,04 115 50 8,74 41,26 82,52 150 50 8,52 41,48 82,96
Hình 2.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian
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 30 ÷ 60 phút hiệu suất hấp phụ tăng tương đối nhanh và dần ổn định sau 90 phút. Bent-TH đạt hiệu suất hấp phụ cực đại ở 75 phút. Sét hữu cơ tổng hợp đều đạt hiệu suất hấp phụ cực đại ở 60 phút.
Do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ metylen xanh của sét hữu cơ là 60 phút và bent-TH là 75 phút.
c) Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bent-TH và sét hữu cơ điều chế
Cách tiến hành: Chuẩn bị 8 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào bình khối lượng bent-TH 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 metylen xanh có nồng độ ban đầu 50mg/l. Điều chỉnh pH của hỗn hợp bằng 5. 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, chỉnh pH dung dịch về khoảng 7-8 xác định nồng độ metylen xanh còn lại.
Tiến hành tương tự như trên đối với sét hữu cơ tổng hợp ở pH bằng 10 thời gian lắc 60 phút.
Kết quả được trình bày trên bảng 2.5 và hình 2.10.
Bảng 2.5. Ảnh hưởng của khối lượng bent-TH, sét hữu cơ tổng hợp đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ metylen xanh
Mẫu Khối lượng (g) Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) H (%)
Bent-TH 0,02 50 42,04 19,90 15,92 0,03 50 40,84 15,26 18,32 0,04 50 38,86 13,93 22,28 0,05 50 35,75 14,25 28,5 0,06 50 35,59 12,01 28,82 0,07 50 35,71 10,21 28,58 0,08 50 35,05 9,34 29,90 0,10 50 34,76 7,62 30,48 Sét hữu cơ 0,02 50 28,35 54,13 43,3 0,03 50 20,16 49,73 59,68 0,04 50 13,49 45,64 73,02 0,05 50 8,76 41,24 82,48 0,06 50 8,61 34,49 82,78 0,07 50 8,36 29,74 83,28 0,08 50 8,25 26,09 83,50 0,10 50 8,06 20,97 83,88
Hình 2.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bent-TH, sét hữu cơ điều
chế đến dung lượng hấp phụ metylen xanh
Từ kết quả của bảng 2.5 và hình 2.10 cho thấy: Khi khối lượng vật liệu hấp phụ tăng thì hiệu suất hấp phụ metylen xanh tăng nhưng dung lượng hấp phụ giảm. Trong khoảng khối lượng vật liệu hấp phụ tăng 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 metylen xanh trong dung dịch và trên bề mặt chất rắn.
Do vậy chúng tôi lựa chọn khối lượng của bent-TH, sét hữu cơ tổng hợp là 0,05 gam để tiến hành các khảo sát tiếp theo.
d) Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ metylen xanh
Cách tiến hành: Chuẩn bị 12 bình tam giác có dung tích 100ml, cho vào mỗi
bình 0,05gam bent-TH và 50ml dung dịch metylen xanh 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 5 và lắc trong cùng khoảng thời gian 75 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem mẫu li tâm để loại bỏ chất rắn, chỉnh pH dung dịch về khoảng 7-8, xác định nồng độ metylen xanh còn lại.
Tiến hành tương tự như trên đối với sét hữu cơ tổng hợp ở pH của hỗn hợp bằng 10, lắc trong khoảng thời gian 60 phút.
Bảng 2.6. Ảnh hưởng của nồng độ metylen xanh ban đầu đến dung lượng 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-TH 50 30,28 19,72 1,54 39,44 100 61,25 38,75 1,58 38,75 150 103,54 46,46 2,23 30,97 200 148,27 51,73 2,87 25,87 250 194,32 55,68 3,49 22,27 300 239,82 60,18 3,99 20,06 350 286,67 63,33 4,53 18,09 400 334,25 65,75 5,08 16,44 450 382,38 67,62 5,65 15,03 500 430,45 69,55 6,19 13,91 600 526,21 73,79 7,13 12,30 700 624,73 75,27 8,30 10,75 Sét hữu cơ 50 8,82 41,18 0,21 82,36 100 16,58 83,42 0,20 83,42 150 25,86 124,14 0,21 82,76 200 40,77 159,23 0,26 79,615 250 62,89 187,11 0,34 74,84 300 86,36 213,64 0,40 71,21 350 117,25 232,75 0,50 66,50 400 148,97 251,03 0,59 62,76 450 186,34 263,66 0,71 58,59 500 226,55 273,45 0,83 54,69 600 311,86 288,14 1,08 48,02 700 399,62 300,38 1,33 42,91
Hình 2.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ metylen xanh ban đầu đến khả năng hấp phụ metylen xanh của bent-TH và sét hữu cơ điều chế
Nhận xét: Từ kết quả bảng 2.6 và hình 2.11 cho thấy trong khoảng nồng độ
khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của metylen xanh thì dung lượng hấp phụ đều tăng, còn hiệu suất hấp phụ giảm. Điều này phù hợp với lý thuyết.
e) Khảo sát dung lượng hấp phụ metylen xanh theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Từ kết quả ở bảng 2.6 đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của bent-TH và sét hữu cơ được thể hiện trên các hình 2.12, 2.13, 2.14, 2.15.
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ metylen xanh của bent-TH
Hình 2.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của sét hữu cơ điều chế đối với metylen xanh
Hình 2.15. Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đối với sự hấp phụ metylen xanh của sét hữu cơ điều chế
Từ phương trình tuyến tính Langmuir hình 2.13 và hình 2.15 chúng tôi tính được các thông số cân bằng hấp phụ như sau:
Bảng 2.7: Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại và hằng số Langmuir b của bent- TH và sét hữu cơ điều chế
Mẫu Bent-TH Sét hữu cơ
Dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 86,21 333,33
Hằng số Langmuir b 0,01 0,02
Nhận xét: Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir mô tả khá tốt sự hấp phụ của bent-TH và sét hữu cơ điều chế đối với metylen xanh, 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-TH bằng HTPB có khả năng hấp phụ metylen xanh tốt hơn nhiều so với bent-TH. 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 metylen xanh 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 HTPB/bent-TH 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 19,079Å lớn hơn bent-TH (16,108Å) ở góc 2θ cực đại khoảng 4,6o.
- Hàm lượng (%) cation hữu cơ xâm nhập trong sét hữu cơ khoảng 15,36%. - Sét hữu cơ điều chế có cấu trúc lớp và độ xốp cao.
3. Đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của sét hữu cơ tổng hợp với bent-TH, trong phần thực nghiệm sử dụng 50 ml metylen xanh có nồng độ ban đầu là 50 g/ml. Kết quả trong điều kiện khảo sát cho thấy:
+ pH hấp phụ tối ưu là 5 (bent-TH) và 10 (sét hữu cơ).
+ Thời gian đạt cân bằng hấp phụ bent-TH là 75 phút và sét hữu cơ là 60 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 metylen xanh của bent-TH 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-TH và sét hữu cơ điều chế đối với metylen xanh lần lượt là 86,21 (bent-TH) và 333,33 (sét hữu cơ) và hằng số Langmuir tương ứng là: 0,01 (bent-TH) và 0,02 (sét hữu cơ) .
Như vậy sét hữu cơ điều chế có khả năng hấp phụ metylen xanh tốt hơn rất nhiều so với bent-TH.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
1. Đỗ Trà Hương, Trần Thúy Nga (2014), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ màu metylen xanh bằng vật liệu bã chè”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 19, số 4, tr.27-32.
2. Thân Văn Liên (2005), “Nghiên cứu quy trình xử lí, sản xuất bentonit Việt Nam thành bentonit xốp”, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài hợp tác theo nghị định thư
với Hàn Quốc.
3. Nguyễn Trọng Nghĩa (2008), “Điều chế nanoclay từ khoáng bentonit Việt Nam và khảo sát ứng dụng trong sản xuất sơn”, Báo cáo tổng kết kết quả đề tài khoa học
và công nghệ cấp Bộ, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Hưng Yên.
4. Nguyễn Trọng Nghĩa (2010), “Điều chế nanoclay từ khoáng bentonit Việt Nam và khảo sát ứng dụng của chúng”, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên. 5. Dương Thị Bích Ngọc, Nguyễn Thị Mai Lương, Nguyễn Thị Thanh, (2013) “Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm metylen xanh của vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngô và vỏ ngô”, Tạp chí khoa học và công nghệ Lâm nghiệp, tập 2, tr.77-81.
6. Nguyễn Thị Nguyệt (2016), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh, metyl da cam và metyl đỏ của quặng sắt biến tính và thử nghiệm xử lý môi trường”,
Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường ĐHSP Thái Nguyên.
7. Phạm Thị Hà Thanh (2012), “Nghiên cứu điều chế nano compozit polime/bentonit - DMDOA, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội.
8. 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 Hóa học, 48(4A), tr.303-306.
9. Ngô Thị Mai Việt (2015), Nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh và metyl da cam của vật liệu đá ong biến tính, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 20 (4), tr.303-310.
10.Bùi Xuân Vững, Ngô Văn Thông (2015), “Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh bằng vật liệu bã cà phê từ tính”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 20(3), tr.370-376.
II. Tiếng Anh
11.Alexandre M., Dubois P. (2000), “Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials”, Materials Science and Engineering, 28, pp.1-63.
12.Belarbi, H., and M. H. Al-Malack (2010), “Adsorption and stabilization of phenol by modified local clay”, International Journal of Environmental Research, 4.4,
pp.855-860.
13.Bhattacharya S.S., Mandot Aadhar (2014), “Studies on Preparation and analysis of Organoclay Nano Particles”, Research Journal of Engineering Sciences, V3(3), pp.10-16
14.Chureerat Prahsarn, Nanjaporn Roungpaisan, Nattaphop Suwannamek, Wattana Klinsukhon, Hiromichi Hayashi, Kazunori Kawasaki and Takeo Ebina (2014), “Influence of molecular structure of quanternary phosphonium salts on Thai bentonite intercalation”, Clays and Clay Minerals, V.62, pp.13-19.
15.Maria Flávia Delbem, Ticiane S. Valera, Francisco R. Valenzuela-Diaz e Nicole R. Demarquette (2010), “Modification of a brazilian smectite clay with different quaternary ammonium salts”, Quim. Nova, V. 33, N. 2, pp.309-315.
16.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.
17.Hasmukh A.Patel, RajeshS.Somani, Hari C.Bajai and Rakha ksh V.Jasra (2007), “Synthesis and characterization of organic bentonit using Gujarat and Rajasthan clays”, Current Science, V.92, pp.1004-1008.
18.Haydn H. Murray (2007), “Occurrences, Processing and Applications of Kaolins, Bentonites, Palygorskitesepiolite, and Common Clays”, Applied Clay Mineralogy,
pp.8-128.
19.Lee, J. Y., & Lee, H. K. (2004), “Characterization of organobentonite used for