5. Những đóng góp mới của đề tài
3.2.7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Các đường đẳng nhiệt hấp phụ của Cr(VI) trên (Fe/VLHP) được thể hiện thông qua 3 mô hình là: mô hình Langmuir, Sips và Freundlich, các kết quả được chỉ ra tại bảng 3.2, hình 3.9.
Bảng 3.2: Các tham số và hệ số tương quan của các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ hấp thụ Cr(VI)bằng than thủy nhiệt bùn giấy biến tính FeCl3.6H2O
Mô hình Langmuir Mô hình Freundich Mô hình Sips
qm KL R2 KF 1/n R2 qm b n R2
29,82 0,036 0,99805 0,557 0,911 0,9965 29,90 0,00613 0.8264 0.9969
Hình 3.9: Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Cr(VI) bằng than thủy nhiệt
bùn giấy biến tính FeCl3.6H2O
Kết quả tính toán từ 3 mô hình đẳng nhiệt đã được trình bày trong bảng bảng 3.2 và hình 3.9. Có thể thấy rằng cả 3 mô hình hấp phụ đều phù hợp với dữ liệu thực nghiệm với hệ số tương quan cao ( R2) là 0,9980, 0,9965 và 0,9969 cho mô hình Langmuir, Sips và Freundlich tương ứng. Tuy nhiên mô hình Langmuir đã mô tả sự hấp phụ tốt nhất của Cr(VI)bằng (Fe/VLHP), dung lượng hấp phụ cực đại đạt tới 29,82 mg/g. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thường được áp dụng cho quá trình hấp phụ đơn lớp, tất cả các tâm hấp phụ đều ở trạng thái cân bằng và bề mặt là đồng nhất, mỗi phân tử chỉ hấp phụ trên một tâm xác định và các phân tử bị hấp phụ độc lập không tương tác với nhau. Điều này cũng
cho thấy sự hấp phụ Cr(VI)bằng (Fe/VLHP) là hấp phụ khuếch tán hay cơ chế hấp phụ là hấp phụ vật lý xảy ra đơn lớp [2].
Sự hấp phụ Cr(VI) lên bề mặt bằng (Fe/VLHP) là quá trình thuận lợi dựa trên các mô hìnhLangmuir, Freundlich và Sips do giá trị KL = 0,036 < 1, giá trị 1/n và b < 1. Kết quả này cũng tương tự nghiên cứu của tác giả Mai Quang Khuê về hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện [11].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:
Qua việc thu hồi bùn thải giấy của nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ làm vật liệu hấp phụ Cr(VI) trong nước, nghiên cứu có một số kết luận như sau:
Vật liệu hấp phụ được chế tạo từ bùn giấy và biến tính với FeCl3.6H2O là một chất hấp phụ tốt cho sự hấp phụ Cr(VI) từ môi trường nước. Nghiên cứu này cho thấy việc tái chế chất thải rắn (bùn giấy) dưới dạng chất hấp phụ chi phí thấp để loại bỏ Cr(VI) khỏi môi trường nước.
Từ kết quả hấp phụ Cr(VI) trong môi trường nước bởi than thủy nhiệt bùn giấy biến tính ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau cho thấy:
1. Trong quá trình chế tạo than thủy nhiệt biến tính:
- Điều kiện nhiệt độ để chế tạo than thủy nhiệt là 2000C với dung dịch nhiệt phân được sử dụng là NaOH 0,25M.
- Tỷ lệ biến tính thích hợp giữa than thủy nhiệt với FeCl3.6H2O là 15% 2. Trong quá trình đánh giá khả năng hấp phụ Cr(VI) của than thủy nhiệt bùn giấy biến tính:
+ Đã xác định được điểm đẳng điện của than thủy nhiệt biến tính là 4,2. + Xác định được đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của vật liệu hấp phụ được xác định qua ảnh SEM và EDX. Kết quả cho thấy than thủy nhiệt bùn giấy biến tính có sự tăng lên về diện tích bề mặt, kích thước các lỗ xốp, qua đó làm tăng hiệu quả và dung lượng hấp phụ của vật liệu hấp phụ.
+ Điều kiện hấp phụ Cr(VI) phù hợp xảy ra ở pH = 3, thời gian tiếp xúc là 120 phút, nồng độ Cr(VI) ban đầu là 30 mg/l và khối lượng vật liệu thí nghiệm là 0,1g/ 25ml dung dịch.
+ Khả năng hấp phụ tối đa của (Fe/VLHP) với Cr(VI) trong nước được tính toán bởi mô hình Langmuir là 29,82 mg/g.. Đối với mô hình động học hấp phụ, mô hình động học hấp phụ bậc 2 cho kết quả tốt nhất và phù hợp nhất với dữ liệu thực nghiệm để loại bỏ Cr(VI). Ngoài ra các đặc tính của hydrochar bùn giấy biến tính với FeCl3.6H2O là rất hữu ích với việc loại bỏ Cr(VI) khỏi dung dịch nước.
Từ việc nghiên cứu xử lý Cr(VI) trong nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bùn giấy thu hồi, tiến hành thêm các nghiên cứu từ vật liệu trên đối với các ion kim loại khác trong các nguồn thải khác như nước thải mạ điện, thuộc da…
Nghiên cứu thêm các hóa chất để biến tính vật liệu hấp phụ, tính toán tỷ lệ biến tính thích hợp, nhằm đạt hiệu quả cao trong quá trình hấp phụ, tiết kiệm chi phí xử lý, không gây ảnh hưởng tới môi trường.
Nghiên cứu việc tái sử dụng các nguồn chất thải khác trong sản xuất làm vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm mỗi trường.
TIẾNG VIỆT
[1]. Bùi Thị Hoàng Anh, 2016. “Nghiên cứu khả năng xử lý Cr(VI) trong nước bằng vật liệu chế tạo từ lá thông, Trường Đại học dân lập Hải Phòng”. [2]. Cao Thị Mai Hương, Xác định crom trong sinh học bằng phương pháp phổ
hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa.
[3]. Công ty CP giấy Hoàng Văn Thụ , Báo cáo ĐTM dự án đầu tư mở rộng dây truyền sản xuất giấy ximăng công suất 30.000 tấn/năm, 2016.
[4]. Đặng Kim Chi, Hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật- Hà Nội, 2005.
[5].Đặng Thị Hồng Phương, Hà Xuân Linh, Trần Thị Thùy Trang,Nguyễn Thị Kim Ngân, Đỗ Trà Hương, Nguyễn Ngọc Minh, Chế tạo vật liệu tổ hợp tổ hợp Graphene - Bùn đỏ ứng dụng hấp phụ Cr (VI) trong môi trường nước, Tạp chí khoa học và công nghệ - Đại học Thái Nguyên, tập 21, số (3).
[6]. Đặng Ngọc Định, Trương Thị Hương, Phạm Thị Ngọc Mai, Nguyễn Xuân Trung , Nghiên cứu sử dụng vật liệu vỏ trấu biến tính làm vật liệu chiết pha rắn kết hợp với phương pháp F-AAS để xác định lượng vết Crôm. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Tập 20, số 3, 2015.
[7]. Hoàng Lâm, Hóa học vô cơ (tập 1)- Lý thuyết đại cương về hóa học, nhà xuất bản giáo dục, tháng 10 năm 2004.
[8]. Hồ Sỹ Thắng, Giáo trình hóa keo và hấp phụ, NXB giáo dục Việt Nam. [9]. KEOMANY INTHAVONG, Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO bằng
phương pháp hóa siêu âm, nghiên cứu hấp phụ Cr(VI), quang xúc tác xử lý Metylen xanh trong môi trường nước, Đại học Sư phạm- Đại học Thái nguyên.
[10]. Lê Thị Tình, Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trên vỏ trấu và ứng dụng xử lý tách crom khỏi nguồn nước thải, Đại học Khoa học Tự nhiên, 2011. [11]. Mai Quang Khuê, 2015.“Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo từ
bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện, Trường đại học Sư phạm- Đại học Thái nguyên".
[12]. Nguyễn Văn Hùng, Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) bằng bã cà phê, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, 2008.
[13]. Nhan Hồng Quang, Xử lý nước thải mạ điện chrome bằng vật liệu biomass, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 3(32), 2009.
[14]. QCVN 2011, bộ TN&MT.
[15]. Trần Mai Hân, Thu hồi và tái sử dụng Cr(VI) bằng phương pháp điện hóa từ dung dịch, Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 5/2018.
TIẾNG ANH
[16]. D. Ghosh, K.G. Bhattacharyya, (2002), “Adsorption of methylene blue on kaolinite”, Appl. Clay Sci, 269, pp 310 – 314
[17]. Hoang L. P., Van H. T., Nguyen L. H., Mac D. H., Vu T. T., Ha L. T., Nguyen X. C. -Removal of Cr(vi) from aqueous solution using magnetic modified biochar derived from raw corncob. New Journal of Chemistry 43 (2019) 18663–18672.
[18]. Iyer A., Pensini E., Singh A. -Removal of hexavalent chromium from water using hydrochar obtained with different types of feedstock. Canadian Journal of Civil Engineering 47 (2020) 567-583.
[19]. J.M.Salmana, V.O. Njokua,b,B.H. Hameeda; 2011, “Adsorption of pesticides from aqueous solution onto banana stalk activatedcarbon”, Chemical Engineering Journal, 174, pp 41 – 48.
[20]. M. Pandey, B. D. Tripathi, 2016. Synthesis, characterization and application ofzincoxide nano particles for removal of hexavalent chromium. Research on Chemical Intermediates, 1-20.
[21]. M.K. Rai, G. Shahi, V. Meena, R. Meena, S. Chakraborty, R.S. Singh, B.N. Rai, 2016. Removal of hexavalent chromium Cr(VI) using activated carbon prepared from mango kernel activated with H3PO4. Resource-Efficient Technologies, 2, S63-S70.
[22]. P. Banerjee, D. Das, P. Mitra, M. Sinha, S. Dey, S. Chakrabart, 2014. Solar photocatalytic treatment of wastewater with zinc oxide nanoparticles and its
ecotoxicological impact on Channa punctatus –a freshwater fish. Journal of Material and Environmental Science, 5 (4), 1206-1213.
[23]. R. Yua, S. Wanga, D. Wangb, J. Keb, X. Xinga, N. Kumadac, N. Kinomura, 2008. Removal of Cd2+ from aqueous solution with carbon modified aluminum-pillared montmorillonite. Catalysis Today, 135–139.
[24]. Saha P. D., Dey A., Marik P. -Batch removal of chromium (VI) from aqueous solutions using wheat shell as adsorbent: Process optimization using response surface methodology. Desalination and Water Treatment 39 (2012) 95–102.
[25]. S.K. Singh, 2017, Removal Of Hexavalent Chromium Cr (Vi) By Using Sugarcane Bagasse As An Low Cost Adsorbent. Indian Journal of Science Research, 13(1), 73-76.
[26]. T. Ademiluyi, E.O. David-West, Effect of Chemical Activation on the Adsorption of Heavy Metals Using Activated Carbons from Waste Materials. ISRN Chemical Engineering, 1, (2012).
[27]. Y. Zhang, B. Wu, H. Xu, H. Liu, M. Wang, Y. He, B. Pan, 2016. Nanomaterials-enabled water and wastewater treatment, NanoImpact, 3–4, 22–39.
PHỤ LỤC 1. Danh mục bảng biểu
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tạo than thủy nhiệt đối với hiệu suất hấp phụ Cr(VI):
Ảnh hưởng của T0C nung, hiệu suất H% Nhiệt độ Thời gian 200 oC 225 oC 250 oC 5 42,03968254 35,97222222 40,4047619 10 37,92460317 39,32142857 38,5952381 15 28,04365079 39,27380952 36,8531746 30 30,72222222 25,58730159 14,21031746 60 28,84126984 22,98809524 55,6468254
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tạo than thủy nhiệt đối với dung lượng
hấp phụ Cr(VI):
Ảnh hưởng của T 0C nung, dung lượng q(mg/g)
Nhiệt độ Thời gian 200 oC 225 oC 250 oC 5 6,31 5,40 6,06 10 5,69 5,90 5,79 15 4,21 5,89 5,53 30 4,61 3,84 2,13 60 4,33 3,45 8,35
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ biến tính vật liệu với FeCl3.6H2O đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI): Fe/VLHP Thời gian VLHP 5% 10% 15% 5 10,50 17,08 23,17 34,25 10 11,42 24,00 33,25 47,17 15 12,25 33,67 44,27 61,92 30 15,83 37,83 52,25 67,42
60 15,75 43,67 54,58 74,08
90 18,33 44,25 55,92 73,75
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ biến tính vật liệu với FeCl3.6H2O đến dung lượng hấp phụ Cr(VI): Fe/VLHP Thời gian VLHP 5% 10% 15% 5 1,58 2,56 3,48 5,14 10 1,71 3,60 4,99 7,08 15 1,84 5,05 6,64 9,29 30 2,38 5,68 7,84 10,11 60 2,36 6,55 8,19 11,11 90 2,75 6,64 8,39 11,06
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu:
pH Hiệu suất xử lý H(%) Dung lượng hấp phụ q(mg/g)
VLHP Fe/VLHP 15% VLHP Fe/VLHP 15% 2 33,75 82,50 5,06 12,38 3 39,75 83,17 5,96 12,48 4 33,17 79,43 4,98 11,92 5 25,33 76,83 3,80 11,53 6 24,25 74,20 3,64 11,13 7 20,33 67,58 3,05 10,14 8 19,50 67,67 2,93 10,15 9 15,00 56,92 2,25 8,54
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất và dung lượng hấp
Thời gian Hiệu suất xử lý H(%) Dung lượng hấp phụ q(mg/g) VLHP Fe/VLHP1 VLHP Fe/VLHP 5 10,00 39,50 1,50 5,93 10 14,17 49,33 2,13 7,40 15 19,67 53,67 2,95 8,05 30 23,67 60,50 3,55 9,08 60 31,00 69,83 4,65 10,48 90 39,50 71,67 5,93 10,75 120 46,83 75,67 7,03 11,35 150 49,50 77,33 7,43 11,60 180 49,83 78,00 7,48 11,70 240 49,93 79,67 7,49 11,95
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ Cr(VI) đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của vật liệu:
Nồng độ
Cr(mg/l) Hiệu suất xử lý H(%) Dung lượng hấp phụ q(mg/g)
VLHP Fe/VLHP 15% VLHP Fe/VLHP 15% 10 72,70 90,30 3,64 4,52 20 56,50 90,95 5,65 9,10 30 51,80 89,83 7,77 13,48 40 47,13 85,45 9,43 17,09 50 44,74 79,06 11,19 19,77 60 39,62 77,80 11,89 23,34 70 34,43 71,14 12,05 24,90 80 31,00 62,31 12,40 24,93
H.2.1. Thiết bị đo crom tổng ICP–OES H.2.2. Thiết bị đo Cr(VI) UV-VIS
H.2.3. Cân mẫu thí nghiệm H.2.4. Thiết bị đo pH
3. Quá trình thực nghiệm
3.1. Chế tạo VLHP và Fe/VLHP
H.3.2. Nhiệt phân than thủy nhiệt ở 2000C H.3.3. Nghiền nhỏ vật liệu sau
và biến tính bằng FeCl3.6H2O nung về kích thước ≤ 0,2mm
3.2. Tiến hành thí nghiệm
H.3.4.Lắc mẫuhấp phụ Cr(VI)
H.3.6. Đo, chỉnh pH mẫu H.3.7. Đo nồng độ Cr(VI)trên UV-VIS