5. Những đóng góp mới của đề tài
3.2.2. Xác định điểm đẳng điện của than thủy nhiệt bùn giấy biến tính
Xác định pHpzc (điểm đẳng điện) của than thủy nhiệt bùn giấy biến tính (Fe/ VLHP) nhằm tìm ra giá trị pH mà ở đó các hạt trung hoà về điện gọi là điểm trung hoà điện tích. Tại pH > pHpzc phương trình: M-OH + OH-→ MO- + H2O chiếm ưu thế và bề mặt các hạt mang điện tích âm, kết quả hấp phụ các cation tốt hơn. Trong khi đó, tại pH < pHpzc, phương trình: M-OH + H+ → M-OH2+ chiếm ưu thế, tạo các hạt mang điện tích dương, kết quả hấp phụ các anion tốt hơn.
Kết quả xác định pHpzc đối với than thủy nhiệt bùn giấy biến tính với FeCl3.6H2O ở tỷ lệ 15% được thể hiện ở hình 3.3:
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn đường đẳng điện của than thủy nhiệt bùn giấy biến
tính (Fe/ VLHP)
Qua đồ thị hình 3.4, có thể thấy pHi - pHj = 0 khi pH là 4,2 cho thấy điểm đẳng điện của của than thủy nhiệt bùn giấy biến tính (Fe/ VLHP) là 4,2. Điều này cho thấy ở pH < 4,2 thì bề mặt (Fe/ VLHP) mang điện tích dương, ở pH > 4,2 thì bề mặt (Fe/ VLHP) mang điện tích âm và tại điểm đẳng điện thì bề mặt (Fe/
-1.56 0.5 1.5 3.21 4.8 6.5 y = 0.8189x - 3.4387 R² = 0.9911 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 2 4 6 8 10 12 14 p Hi - p Hj pHi
VLHP) không mang điện tích. Việc xác định pHpzc giúp dự đoán được cơ chế hấp phụ Cr(VI) của vật liệu (Fe/ VLHP).
3.2.3. Ảnh hưởng của pH
Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pH của môi trường. Sự thay đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi bản chất của chất bị hấp phụ, các nhóm chức bề mặt, thế oxy hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó. Vì vậy, pH luôn là yếu tố đầu tiên và quan trọng ảnh hưởng tới tất cả các quá trình xử lý. Việc xác định được giá trị pH tối ưu cho quá trình này là không thể thiếu. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của than thủy nhiệt bùn giấy biến tính được trình bày ở bảng 3.5 – phụ lục 1 và hình 3.5. Điều kiện thí nghiệm: nồng độ ban đầu Cr(VI): 30mg/l, liều hấp phụ: 0,1g/ 25ml, thời gian hấp phụ: 60 phút, (q: dung lượng hấp phụ (mg/g), H: hiệu suất xử lý (%))
Hình 3.5.Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp
Từ kết quả thể hiện ở hình 3.5 ta thấy pH có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ Cr(VI)của vật liệu. Ở giá trị pH = 3 cho thấy hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ là cao nhất, đối với vật liệu Fe/VLHP 15% hiệu suất hấp phụ đạt tới 83,17% và dung lượng hấp phụ đạt 12,48 mg/g. Hiệu suất và dung lượng hấp phụ giảm dần khi tăng pH từ 3 đến 9. Điều này cho thấy:
Trong khoảng pH thấp bề mặt Fe/VLHP tích điện dương, khi giá trị pH tăng nồng độ ion OH- cũng tăng dần, trong dung dịch lúc này sẽ xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion Cr(VI) mang điện tích âm và ion OH-. Mặt khác giá trị năng lượng tự do quá trình hấp phụ các dạng tồn tại của ion Cr(VI) (HCrO4-, CrO42-) tại gía trị pH khác nhau là khác nhau. Trong khoảng pH = 1- 6, Cr(VI) tồn tại chủ yếu ở dạng HCrO4- sau đó chuyển dần sang dạng CrO42- khi pH tăng. Vì vậy sự hấp phụ dạng HCrO4- thuận lợi hơn dạng CrO42- khi ở cùng nồng độ hay việc loại bỏ Cr(VI) tại các giá trị pH thấp chủ yếu là do sự hấp phụ của HCrO4- (19).
Trong môi trường pH thấp, bề mặt của vật liệu hấp phụ bị proton hóa dẫn đến tích điện dương, trong khi dạng tồn tại Cr(VI) chủ yếu là các anion HCrO4-
do đó xảy ra lực hấp dẫn tĩnh điện giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Sự hấp phụ ở môi trường pH thấp còn được giải thích bởi cơ chế khử trực tiếp Cr(VI)thành Cr(III) theo phương trình:
HCrO4- + 7H+ + 3e → Cr3- + 4H2O (3.1)
Khi pH tăng, sự có mặt của ion OH- gây ra tương tác tĩnh điện đẩy giữa chúng với các ion cromat và dicromat, làm cản trở quá trình hấp phụ các ion này lên bề mặt vật liệu hấp phụ.
Như vậy có thể thấy khi ở môi trường pH thấp, hiệu suất hấp phụ sẽ cao hơn. Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả đã công bố về hấp phụ Cr(VI) trong nước bằng các vật liệu hấp phụ khác. Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Đặng Ngọc Định và cộng sự nghiên cứu đã xử lý Cr(VI)trên vật liệu hấp phụ vỏ trấu biến tính, tác giả đã tiến hành nghiên cứu trên giải pH 1-7, nồng độ Cr(VI)ban đầu 0,09 mg/l. Kết quả cho thấy pH tối ưu cho quá trình hấp phụ của vật liệu này là 1, hiệu suất đạt 98,15%, thời gian tối ưu 420 phút và khối lượng vật liệu 1gam [6].
Rai và cộng sự [21], nghiên cứu sử dụng than hoạt tính từ hạt xoài được biến tính với H3PO4 40% tại nhiệt độ nhiệt phân 600oC trong 1 giờ để loại bỏ Cr(VI). Dung lượng hấp phụ Cr(VI) lớn nhất đạt 7,8 mg/l tại pH=2, nhiệt độ 35oC. Trong nghiên cứu này, khi pH = 3 thì hiệu suất hấp phụ Cr(VI) là cao nhất và ổn định nhất. Như vậy pH = 3 được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.