6. Bố cục luận văn
3.4.7. Kết quả giải hấp và tái sinh của vật liệu
Tiến hành hấp phụ xanh metylen với các điều kiện hấp phụ tốt nhất được chọn từ các thí nghiệm trên. Nồng độ ban đầu là 100ppm, pH = 6, thời gian hấp phụ 120 phút, tỉ lệ rắn/lỏng là 1/100, thu được kết quả như sau:
Nồng độ xanh metylen còn lại : 16,5415 (ppm) Nồng độ xanh metylen đã hấp phụ : 83,4585 (ppm) Hiệu suất hấp phụ là 83,4585%
Với dung dịch xanh metylen 100ppm có giá trị pH = 5,02 và giá trị điểm đẳng điện của vật liệu pI = 7,8, sự ảnh hưởng của pH đến điện tích bề mặt vật liệu và dạng tồn tại của xanh metylen trong dung dịch được thể hiện trong bảng 3.18.
Bảng 3.18. Sự ảnh hưởng của pH đến điện tích bề mặt vật liệu và dạng tồn tại của xanh metylen trong dung dịch
pH 5,02 7,8
Điện tích bề mặt vật
liệu + + -
Dạng tồn tại của xanh
metylen trong dung dịch Cation Anion Anion Từ bảng 3.18 cho thấy, pH trong khoảng từ 5,02 – 7,8 bề mặt vật liệu tích điện tích dương (+), còn xanh metylen tồn tại trong dung dịch dưới dạng là anion. Vì điện tích của bề mặt vật liệu và xanh metylen trong dung dịch trái dấu nhau nên hiệu suất hấp phụ cao. Trong khoảng pH < 5,02 bề mặt vật liệu tích điện tích dương (+), còn xanh metylen tồn tại trong dung dịch dưới dạng
là cation cũng như trong khoảng pH > 7,8 thì bề mặt vật liệu tích điện tích âm (-), còn xanh metylen tồn tại trong dung dịch dưới dạng là anion. Khi đó bề mặt vật liệu và xanh metylen trong dung dịch cùng dấu nhau nên xảy ra tương tác đẩy làm giảm hiệu suất hấp phụ. Do đó, chúng tôi chọn tác nhân giải hấp cho vật liệu là dung dịch HCl 0,1M (pH < 5,02) và dung dịch NaOH 0,1M (pH > 7,8) để tiến hành giải hấp.
Tiến hành quá trình giải hấp bằng HCl 0,1M , NaOH 0,1M như các bước trong mục 2.4.6. Kết quả thu được như bảng 3.19
Bảng 3.19. Hiệu suất giải hấp của HCl, NaOH
STT
Nồng độ đầu (ppm)
Nồng độ giải hấp
(ppm) Hiệu suất (%) HCl NaOH HCl NaOH HCl NaOH 1 83,459 83,459 78.257 60.412 93.768 72.385
2 5,202 23,047 0.0237 0.4092 0,289 1,776
Qua thực nghiệm cho thấy quá trình giải hấp xanh metylen bằng HCl 0,1M và NaOH 0,1M đạt kết quả khá tốt. Với 100ml HCl đã có thể giải hấp được xanh metylen đạt hiệu suất 93,768 %, còn với NaOH thì hiệu suất là 72,385%. Tiến hành giải hấp lần 2, kết quả cho thấy hầu như xanh metylen không bị tách ra.
Khả năng giải hấp của dung dịch HCl và NaOH có thể là do:
+ Khi cho vật liệu sau hấp phụ vào dung dịch HCl 0,1M thì ion H+ sẽ cạnh tranh với xanh metylen trên bề mặt vật liệu, giải phóng xanh metylen vào dung dịch (vì ở pH < 5,02, xanh metylen tồn tại dưới dạng cation).
+ Khi cho vật liệu sau hấp phụ vào dung dịch NaOH 0,1M thì ion OH- cũng sẽ cạnh tranh với xanh metylen trên bề mặt vật liệu (vì ở pH > 7,8, xanh metylen tồn tại dưới dạng anion) giải phóng xanh metylen vào dung dịch.
HCl có khả năng giải hấp cao hơn so với dung dịch NaOH. Nguyên nhân là do: ngoài sự tương tác giữa điện tích trên bề mặt vật liệu dạng ion tồn tại trong dung dịch, còn có sự trao đổi ion giữa nhóm OH- và O2- với các anion của xanh metylen trong dung dịch. Khi môi trường pH nhỏ, ion H+ sẽ cạnh tranh với cả OH-, O2- và các anion của xanh metylen làm mất khả năng trao đổi ion trong quá trình hấp phụ.
Vật liệu sau khi được giải hấp gọi là vật liệu tái sinh (VLTS). Chúng tôi tiến hành hấp phụ xanh metylen đối với vật liệu tái sinh. Với 100ml dung dịch xanh metylen 100ppm, pH = 6 được cho vào bình tam giác có chứa các vật liệu tái sinh, đặt lên máy lắc với tốc độ 170 vòng/phút trong thời gian 120 phút. Xác định nồng độ dung dịch xanh metylen sau hấp phụ. Kết quả như sau: Bảng 3.20. Kết quả hấp phụ của VLTS Nồng độ đầu (ppm) VLTS bằng HCl VLTS bằng NaOH C H% C H% 100 24,508 75,492 45,878 54,122
Vật liệu có khả năng tái sinh tốt. Hiệu suất hấp phụ sau khi tái sinh đạt 75,492% đối với tái sinh bằng HCl và bằng 54,122% đối với NaOH. Qua kết quả cho thấy, giải hấp và tái sinh vật liệu bằng dung dịch HCl cho hiệu suất cao. Như vậy, ĐOBTHH có nhiều khả năng trong việc tái sử dụng để hấp phụ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Nghiên cứu khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen trong nước bằng vật liệu đá ong biến tính thu được một số kết quả như sau:
- Đã nghiên cứu, xây dựng quy trình chuyển hoá khoáng vật đá ong thành chất hấp phụ bằng phương pháp biến tính hoá - lý: sấy, nung, tăng diện tích lỗ xốp, tăng các trung tâm hấp phụ và kích thích hoạt tính hấp phụ. Tối ưu hóa quá trình, đưa ra được điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính với nồng độ của dung dịch FeCl3 và KMnO4 là 0,85M, thời gian ngâm 63 phút, tỉ lệ của dung dịch FeCl3/KMnO4 là 0,94/1.
- Kết quả nghiên cứu các vật liệu bằng phương pháp SEM và BET cho thấy, vật liệu ĐOBTHH có độ xốp, nhiều khe rỗng mao quản và diện tích bề mặt riêng lớn hơn so với ĐOTN.
- Khảo sát và xác định pH tối ưu cho sự hấp phụ xanh metylen của vật liệu hấp phụ: Đối với vật liệu hấp phụ đá ong biến tính giá trị pH thích hợp cho sự hấp phụ xanh metylen là pH = 6.
- Khảo sát và xác định được thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh metylen là 120 phút.
- Tỉ lệ rắn lỏng tốt nhất được xác định trong thí nghiệm này là 1/100 - Quá trình hấp phụ xanh metylen bằng ĐOBTHH phù hợp với cả hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, cho thấy xanh metylen hấp phụ đơn lớp trên vật liệu hấp phụ và hấp phụ trong điều kiện bề mặt vật liệu không đồng nhất. Dung lượng hấp phụ cực đại tính được từ phương trình Langmuir là 21,739 mg/g.
- Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu: Với 100ml HCl 0,1M đã giải hấp được xanh metylen đạt hiệu suất 78.257% . Vật liệu có khả năng tái sinh cao, hiệu suất hấp phụ sau khi tái sinh đạt 75,492%.
Như vậy, việc sử dụng vật liệu hấp phụ đá ong biến tính trong quá trình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm xanh metylen tỏ ra có nhiều ưu điểm.Vật liệu không những rẻ tiền, không độc hại mà còn có khả năng tách loại xanh metylen khá tốt.
Với những thuận lợi trên đây đã mở ra một triển vọng khả quan cho việc nghiên cứu việc sử dụng đá ong - nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên, dễ khai thác, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường, góp phần vào quá trình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm nhằm thực hiện mục tiêu phát triển bền vững của nước ta trong giai đoạn “công nghiệp hóa – hiện đại hóa”.
2. KIẾN NGHỊ
- Tiếp tục nghiên cứu quá trình biến tính các tác nhân khác nhau lên đá ong để làm vật liệu hấp phụ nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu sẵn có ở nước ta.
- Nghiên cứu hấp phụ các hợp chất hữu cơ khác nhau bằng ĐOBTHH. - Dùng ĐOBTHH để xử lý các mẫu nước thải ô nhiễm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Lê Huy Bá (2007), Sinh Thái Môi Trường Đất, ĐH quốc gia TP HCM, TP HCM.
[2] Lê Văn Cát, Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước thải,
NXB thống kê, Hà Nội.
[3] Vũ Thị Minh Châu (2007), Nghiên cứu sử dụng Laterit (Đá ong) biến tính làm vật liệu hấp phụ xử lý kim loại nặng trong nước thải làng nghề đúc (Văn Môn – Bắc Ninh), luận văn thạc sĩ, ĐHKHTN- ĐHQG TP HCM.
[4] Nguyễn Thị Kim Dung, Nguyễn Thị Như Ngọc, Đoàn Hà Huyền, (2011), “Tổng hợp vật liệu mangan dioxit kích cỡ nanomet trên chất mang laterit và nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu với asen”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, số 25 –1/2011. [5] Lê Thanh Hải (2006), Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Asen trên cở
sở cố định hydroxit sắt trên các sợi polyme chitosan, Khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học, Trường ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội.
[6] Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV -Vis, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[7] Nguyễn Đình Huề (2000), Hóa Lí, NXB GD.
[8] Nguyễn Xuân Huy (2012), Nghiên cứu ứng dụng hấp phụ một số hợp chất hữu cơ trong nước bằng vật liệu SBA-15 biến tính, luận văn thạc sĩ khoa học Hóa hữu cơ, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng.
[9] Nguyễn Thị Ngọc (2011), Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng nano MnO2 - FeOOH mang trên Laterit (đá ong biến tính),
luận văn thạc sĩ khoa học Hóa phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQG Hà Nội, Hà Nội.
[10] Nguyễn Văn Phổ, Phạm Tích Xuân,Hoàng Thị Tuyết Nga, Vũ Mạnh Long, (2007), “Một số nét đặc trưng của các thành tạo laterit vùng ven rìa đồng bằng sông Hồng” , Tạp chí các Khoa học về Trái Đất,12-2007.
[11] Nguyễn Văn Thanh (2012), Nghiên cứu biến tính xơ dừa Tam Quan để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ một số hợp chất hữu cơ trong nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Đà nẵng.
[12] Lê Thu Thủy (2005), Nghiên cứu cố định MnO2 vô định hình kích thước cỡ nano làm vật liệu hấp phụ xử lý Asen trong môi trường nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN.
[13] Nguyễn Minh Tuyển (2005), Quy hoạch thực nghiệm, Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[14] Ngô Thị Mai Việt, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Thắng, Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu, Chu Đình Kính (2007), “Khảo sát khả năng hấp phụ của các cation Pb(II), Cd(II), Cu(II), Ni(II) và Co(II) trên đá ong biến tính”, Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và Sinh học, T – 12, số 3, trang 14 – 19.
Tiếng Anh
[15] Aksu Z (2004), “Application of biosorption for the removal of organic pollutants: a review”. Process Biochem. 2005;40(3-4):997–1026. doi: 10.1016/j.procbio.2004.04.008.
[16] Altenor S, Carene B, Emmanuel E, Lambert J, Ehrhardt JJ, Gaspard S (2009), “Adsorption studies of methylene blue and phenol onto vetiver roots activated carbon prepared by chemical activation”, J
Hazard Mat. 2009;165(1-3):1029–1039. doi: 10.1016/j.jhazmat. 2008.10.133.
[17] Attia AA, Girgis BS, Fathy NA (2006), “Removal of methylene blue by carbons derived from peach stones by H3PO4 activation: batch and column studies”, Dyes Pigments. 2008;76(1):282–289. doi: 10.1016/j.dyepig.2006.08.039.
[18] Baccar R, Blánquez P, Bouzid J, Feki M, Sarrà M (2010), “Equilibrium, thermodynamic and kinetic studies on adsorption of commercial dye by activated carbon derived from olive-waste cakes”, Chem Eng J. 2010;165(2):457–464. doi: 10.1016/j.cej.2010.09.033.
[19] Chandra TC, Mirna M, Sudaryanto Y, Ismadji S (2007), “Adsorption of basic dye onto activated carbon prepared from durian shell: studies of adsorption equilibrium and kinetics”, Chem Eng J. 2007;127(1- 3):121–129. doi: 10.1016/j.cej.2006.09.011.
[20] Demirbas E, Kobya M, Sulak M (2008), “Adsorption kinetics of a basic dye from aqueous solutions onto apricot stone activated carbon”, Bioresource Technol. 2008;99(13):5368–5373. doi: 10.1016/j.biortech.2007.11.019.
[21] Deng H, Yang L, Tao G, Dai J (2008), “Preparation and characterization of activated carbon from cotton stalk by microwave assisted chemical activation—application in methylene blue adsorption from aqueous solution”, J Hazard Mat. 2009;166(2):1514–1521. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.12.080.
[22] M. Djebbar, F. Djafri, M. Bouchekara, and A. Djafri (2011), “Adsorption of phenol on natural clay”, African Journal of Pure and Applied Chemistry, Vol. 6(2), pp. 15-25, 15 January, 2012.
[23] Foo K, Hameed B (2011), “Preparation of activated carbon from date stones by microwave induced chemical activation: application for methylene blue adsorption”, Chem Eng J. 2011;170(1):338–341. doi: 10.1016/j.cej.2011.02.068.
[24] Foo K, Hameed B (2011), “Preparation of oil palm (Elaeis) empty fruit bunch activated carbon by microwave-assisted KOH activation for the adsorption of methylene blue”, Desalination. 2011;275(1- 3):302–305. doi: 10.1016/j.desal.2011.03.024.
[25] Han R, Ding D, Xu Y, Zou W, Wang Y, Li Y, Zou L (2008), “Use of rice husk for the adsorption of Congo red from aqueous solution in column mode”, Bioresource Technol. 2008;99(8):2938–2946. doi: 10.1016/j.biortech.2007.06.027.
[26] Kumar PS, Ramalingam S, Sathishkumar K (2011), “Removal of methylene blue dye from aqueous solution by activated carbon prepared from cashew nut shell as a new low-cost adsorbent”,
Korean J Chem Eng. 2011;28(1):149–155. doi: 10.1007/s11814- 010-0342-0.
[27] Yanhui Li, Qiuju Du, Tonghao Liu, Xianjia Peng, Junjie Wang, Yanzhi Xia, Linhua Xia (2013), “Comparative study of methylene blue dye adsorption onto activated carbon, graphene oxide, and carbon nanotubes”, Chemical Engineering Research and Design, Volume 91, Issue 2, February 2013, Pages 361-368.
[28] Kenji Okitsu, Masaki Iwatani, et al… (2009), “Sonochemical reduction of permanganate to manganese dioxide: The effects of H2O2 formed in the sonolysis of water on the rates of reduction”,
[29] Shashikant R. (2012), “Adsorption studies of phenol on laterite and black cotton soil”, East India pipe CO., volume 2012-13, number 1, April 2012.
Trang Web
[30] http://thongtinkhcndaklak.vn:81/kqncvn2012/Bao_ve_moi_truong/Toan _van/8830.pdf.
f2 Mức có nghĩa P 0.20 0.10 0.05 0.02 0.01 0.005 0.001 1 3.078 6.314 12.71 31.82 63.66 127.3 636.6 2 1.886 2.92 4.303 6.965 9.925 14.09 31.6 3 1.638 2.353 3.182 4.541 5.841 7.453 12.92 4 1.533 2.132 2.776 3.747 4.604 5.598 8.61 5 1.476 2.015 2.571 3.365 4.032 4.773 6.869 6 1.44 1.943 2.447 3.143 3.707 4.317 5.959 7 1.415 1.895 2.365 2.998 3.499 4.029 5.408 8 1.397 1.86 2.306 2.896 3.355 3.833 5.041 9 1.383 1.833 2.262 2.821 3.25 3.69 4.781 10 1.372 1.812 2.228 2.764 3.169 3.581 4.587 11 1.363 1.796 2.201 2.718 3.106 3.497 4.437 12 1.356 1.782 2.179 2.681 3.055 3.428 4.318 13 1.35 1.771 2.16 2.65 3.012 3.372 4.221 14 1.345 1.761 2.145 2.624 2.977 3.326 4.14 15 1.341 1.753 2.131 2.602 2.947 3.286 4.073 16 1.337 1.746 2.12 2.583 2.921 3.252 4.015 17 1.333 1.74 2.11 2.567 2.898 3.222 3.965 18 1.33 1.734 2.101 2.552 2.878 3.197 3.922 19 1.328 1.729 2.093 2.539 2.861 3.174 3.883 20 1.325 1.725 2.086 2.528 2.845 3.153 3.85 21 1.323 1.721 2.08 2.518 2.831 3.135 3.819 22 1.321 1.717 2.074 2.508 2.819 3.119 3.792 23 1.319 1.714 2.069 2.5 2.807 3.104 3.768 24 1.318 1.711 2.064 2.492 2.797 3.091 3.745 25 1.316 1.708 2.06 2.485 2.787 3.078 3.725 26 1.315 1.706 2.056 2.479 2.779 3.067 3.707 27 1.314 1.703 2.052 2.473 2.771 3.057 3.69 28 1.313 1.701 2.048 2.467 2.763 3.047 3.674 29 1.311 1.699 2.045 2.462 2.756 3.038 3.659 30 1.31 1.697 2.042 2.457 2.75 3.03 3.646 40 1.303 1.684 2.021 2.423 2.704 2.971 3.551
1000 1.282 1.646 1.962 2.33 2.581 2.813 3.3 1.282 1.645 1.96 2.326 2.576 2.807 3.291
1 2 3 4 5 6 8 12 24 ∞ 1 4052 5000 5403 5625 5764 5859 5981 6106 6235 6366 2 98.5 99 99.17 99.25 99.3 99.33 99.37 99.42 99.46 99.5 3 34.12 30.82 29.46 28.71 28.24 27.91 27.49 27.05 26.6 26.13 4 21.2 18 16.69 15.98 15.52 15.21 14.8 14.37 13.93 13.46 5 16.26 13.27 12.06 11.39 10.97 10.67 10.29 9.888 9.466 9.02 6 13.75 10.93 9.78 9.148 8.746 8.466 8.102 7.718 7.313 6.88 7 12.25 9.547 8.451 7.847 7.46 7.191 6.84 6.469 6.074 5.65 8 11.26 8.649 7.591 7.006 6.632 6.371 6.029 5.667 5.279 4.859 9 10.56 8.022 6.992 6.422 6.057 5.802 5.467 5.111 4.729 4.311 10 10.04 7.559 6.552 5.994 5.636 5.386 5.057 4.706 4.327 3.909 11 9.646 7.206 6.217 5.668 5.316 5.069 4.744 4.397 4.021 3.602 12 9.33 6.927 5.953 5.412 5.064 4.821 4.499 4.155 3.78 3.361 13 9.074 6.701 5.739 5.205 4.862 4.62 4.302 3.96 3.587 3.165 14 8.862 6.515 5.564 5.035 4.695 4.456 4.14 3.8 3.427 3.004 15 8.683 6.359 5.417 4.893 4.556 4.318 4.004 3.666 3.294 2.868 16 8.531 6.226 5.292 4.773 4.437 4.202 3.89 3.553 3.181 2.753 17 8.4 6.112 5.185 4.669 4.336 4.102 3.791 3.455 3.084 2.653 18 8.285 6.013 5.092 4.579 4.248 4.015 3.705 3.371 2.999 2.566 19 8.185 5.926 5.01 4.5 4.171 3.939 3.631 3.297 2.925 2.489 20 8.096 5.849 4.938 4.431 4.103 3.871 3.564 3.231 2.859 2.421 21 8.017 5.78 4.874 4.369 4.042 3.812 3.506 3.173 2.801 2.36 22 7.945 5.719 4.817 4.313 3.988 3.758 3.453 3.121 2.749 2.305 23 7.881 5.664 4.765 4.264 3.939 3.71 3.406 3.074 2.702 2.256 24 7.823 5.614 4.718 4.218 3.895 3.667 3.363 3.032 2.659 2.211 25 7.77 5.568 4.675 4.177 3.855 3.627 3.324 2.993 2.62 2.169 26 7.721 5.526 4.637 4.14 3.818 3.591 3.288 2.958 2.585 2.131 27 7.677 5.488 4.601 4.106 3.785 3.558 3.256 2.926 2.552 2.097 28 7.636 5.453 4.568 4.074 3.754 3.528 3.226 2.896 2.522 2.064 29 7.598 5.42 4.538 4.045 3.725 3.499 3.198 2.868 2.495 2.034 30 7.562 5.39 4.51 4.018 3.699 3.473 3.173 2.843 2.469 2.006 40 7.314 5.179 4.313 3.828 3.514 3.291 2.993 2.665 2.288 1.805 60 7.077 4.977 4.126 3.649 3.339 3.119 2.823 2.496 2.115 1.601 120 6.851 4.787 3.949 3.48 3.174 2.956 2.663 2.336 1.95 1.381 ∞ 6.635 4.605 3.782 3.319 3.017 2.802 2.511 2.185 1.791 1
1 2 3 4 5 6 12 24 ∞ 1 161.4 199.5 215.7 224.6 230.2 234 243.9 249.1 254.3 2 18.51 19 19.16 19.25 19.3 19.33 19.41 19.45 19.5 3 10.13 9.552 9.277 9.117 9.014 8.941 8.745 8.639 8.526 4 7.709 6.944 6.591 6.388 6.256 6.163 5.912 5.774 5.628 5 6.608 5.786 5.41 5.192 5.05 4.95 4.678 4.527 4.365 6 5.987 5.143 4.757 4.534 4.387 4.284 4 3.842 3.669 7 5.591 4.737 4.347 4.12 3.972 3.866 3.575 3.411 3.23 8 5.318 4.459 4.066 3.838 3.688 3.581 3.284 3.115 2.928 9 5.117 4.257 3.863 3.633 3.482 3.374 3.073 2.901 2.707