6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.6.1.2. Ảnh hưởng của pH
pH ảnh hưởng đến tính chất bề mặt của chất hấp phụ và các loại ion trong dung dịch nên được xem là một trong những thông số quan trọng nhất kiểm soát quá trình hấp phụ ion kim loại. Điểm đẳng điện tích không (pHPZC) của vật liệu màng được xác định tại các pH khảo sát thể hiện trên Hình 3.41. PDA có chứa nhóm hydroxyl và amine, chúng có thể được proton hóa trong một phạm vi pH rộng nên làm tăng điện tích bề mặt [84] làm cho giá trị pHPZC của các màng CA/PDA và màng CA/PDA-AgMnO2 tăng lên vùng trung tính. Ở pH < pHPZC thì bề mặt vật liệu tích điện dương và ở pH > pHPZC thì bề mặt vật liệu tích điện âm. Điện tích bề mặt màng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phân tách theo lý thuyết loại trừ Donan và quá trình hấp phụ các ion kim loại trong nước.
Hình 3. 41. Đồ thị biểu diễn giá trị pHPZC của các vật liệu màng chế tạo
Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ và pH của dung dịch Cr(VI) được thể hiện trên Hình 3.42. Dựa vào đồ thị Hình 3.42, ta thấy dung lượng hấp phụ Cr(VI) của các màng nghiên cứu giảm khi pH tăng. Ta biết rằng Cr2O72- là thành phần chính trong dung dịch ở pH thấp, HCrO4- tồn tại trong dung dịch lên đến pH = 8 và CrO42-
bắt đầu xuất hiện ở pH cao và đây là ion duy nhất ở pH = 10 trở lên [96]. Các màng chế tạo đều có pHPZC lớn hơn 5, khi ở pH dưới 5, các nhóm amine của PDA cũng như các nhóm OH trên bề mặt vật liệu được proton hóa nên bề mặt vật liệu tích điện dương. Sự hấp phụ ion Cr2O72- vào lớp chọn lọc PDA, MnO2 và PDA/Ag-MnO2
được cho là do lực hút tĩnh điện giữa anion và bề mặt tích điện dương. Theo Hình 3.42a, dung lượng hấp phụ với Cr(VI) của các màng giảm khi pH dung dịch tăng lên, điều này là do điện tích dương bề mặt vật liệu giảm dần khi pH dung dịch tăng lên. Chúng tôi chọn pH = 3,5 cho các nghiên cứu tiếp theo về khả năng hấp phụ Cr(VI) của các màng vì giá trị pH này dung lượng hấp phụ vẫn còn trong vùng hấp phụ tối ưu và phù hợp với pH nước thải thực tiễn.
Theo Hình 3.42b, ta thấy dung lượng hấp phụ cực đại tại pH = 5,4. Các trạng thái chính của chì trong dung dịch nước bao gồm Pb(II), Pb(OH)+, Pb(OH)2, Pb(OH)3− và Pb(OH)42− [82]. Khi pH < 6, Pb(II) là dạng cơ bản, sự kết tủa của ion Pb(II) trong dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chì trong môi trường, sự kết tủa này xảy ra ở các giá trị pH cao hơn 7. Khi các giá trị pH tăng lên dẫn đến các nhóm hydroxyl trên bề mặt của màng cũng tăng lên, tức là tăng các tâm hoạt động của chất hấp phụ cho sự tương tác với ion Pb(II). Hơn nữa, điện tích bề mặt chất hấp phụ âm hơn ở các giá trị pH cao hơn. Tại các giá trị pH cao hơn 5,4 sự hình thành các phức hydroxo của ion chì ở các dạng Pb(OH)2 và ion PbOH+ và chúng cạnh tranh với các ion chì trong sự tạo phức với các nhóm chức của màng làm giảm dung lượng hấp phụ của các màng. Vì vậy pH = 5,4 được chọn để khảo sát các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3. 42. Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Cr(IV) (a) và Pb(II) (b) vào pH của các màng chế tạo. (Co(Cr(VI)) = 5,04 ppm, mmàng =0,01 g; Co(Pb(II)) = 96,42 ppm,
mmàng = 0,1 gam).