CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Kết quả khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng bùn đỏ
* Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit biến tính
Kết quả giá trị mật độ quang của dung dịch xanh methylen sau khi hấp phụ với các nồng độ axit HCl khác nhau được thể hiện trong bảng 3.6:
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến quá trình hấp phụ
C(M) A (mật độ quang) C0 (ppm) Ccb (ppm) q (mg/g) H %
0.1 1,7445 15 7,78 7,22 48,13
0.2 1,6712 15 7,45 7,55 50,33
0.3 1,4580 15 6,49 8,51 56,73
0.4 1,3528 15 6,01 8,99 59,93
0.5 1,4703 15 6,54 8,46 56,40
0.6 1,4011 15 6,23 8,77 58,47
0.7 1,7122 15 7,63 7,37 49,13
0.8 1,7184 15 7,66 7,34 48,93
Hình 3.6. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nồng độ axit đến giá trị mật độ quang
Hình 3.7. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nồng độ axit đến hiệu suất hấp phụ
Nhận xét: Từ kết quả được trình bày ở bảng 3.6 và hình 3.6, 3.7 cho thấy khi tăng nồng độ của axit biến tính thì hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng (từ 0,1M đến 0,4M ). Tuy nhiên, càng tăng nồng độ của axit biến tính thì hiệu suất lại giảm (0,4M đến 0,5M), sau đó đạt cân bằng (từ 0,7M đến 0,8M).
Giải thích
- Khi tăng nồng độ của axit làm quá trình biến tính tăng, axit clohidric tấn công lên bề mặt bùn đỏ làm bán kính của hạt bùn càng bé, tăng diện tích tiếp xúc bề mặt quá trình hấp phụ tăng (khoảng từ 0,1M đến 0,4M). Tuy nhiên, có mối liên hệ giữa thời gian hấp phụ và diện tích bề mặt hấp phụ giữa vật hấp phụ và vật bị hấp phụ, bán kính càng nhỏ làm cho khả năng khuếch tán của xanh methylen lên bề mặt bùn đỏ càng khó và lâu đạt hiệu quả khi chỉ xét trong khoảng 30 phút. Vì vậy khi càng tăng nồng độ của axit thì khả năng hấp phụ lại giảm và đạt trạng thái cân bằng.
- Trong bùn đỏ có chứa Si-O- (SiO2) với nguyên tử oxy tiếp xúc trên bề mặt bùn đỏ và có thể hấp phụ proton (H+). Khi biến tính bằng axit clohidric thì H+ sẽ tấn công lên bề mặt bùn đỏ ở các tâm SiO2 tạo ra các tâm hoạt động -OH (SiOH), các tâm hoạt động này có khả năng tạo liên kết hiđro với phân tử xanh methylen (có chứa N), bởi vậy khi tăng nồng độ axit (tăng nồng độ H+) thì khả năng hấp phụ xanh methylen càng tăng (khoảng từ 0,1M đến 0,4M). Tuy nhiên lượng H+ tăng lên nhất định các tâm hấp phụ -OH thì tiếp tục tấn công vào -OH để tạo thành Si-OH2
+ có tác dụng đẩy đối với xanh methylen, làm khả năng hấp phụ xanh methylen của bùn đỏ giảm (khoảng từ 0,4M đến 0,5M) và sau đó đạt trạng thái cân bằng (từ 0,7M trở về sau).
Tóm lại, quá trình biến tính có thể được biểu diễn dưới sơ đồ sau:
–Si–OH2+
–Si–OH –Si–O–
Do đó chọn nồng độ axit HCl biến tính là 0,4M ứng với hiệu suất là 59,93%
để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
–H+ +H+
–H+ +H+
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng thời gian biến tính đến quá trình hấp phụ
Giá trị mật độ quang của dung dịch xanh methylen sau khi hấp phụ với thời gian biến tính bùn đỏ bằng axit HCl 0,4M khác nhau được thể hiện dưới bảng 3.7:
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến quá trình hấp phụ Thời gian biến tính
(phút)
A (giá trị mật độ quang)
C0 (ppm) Ccb (ppm) q (mg/g) H %
10 1,3933 15 6,19 8,81 58,73
20 1,3931 15 6,19 8,81 58,73
30 1,2068 15 5,36 9,64 64,27
40 1,2044 15 5,34 9,66 64,40
50 1,1690 15 5,18 9,82 65,47
60 1,2136 15 5,39 9,61 64,07
70 1,2251 15 5,44 9,56 63,73
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng thời gian biến tính đến giá trị mật độ quang
Hình 3.9. Đồ thị biễu diễn sự ảnh hưởng thời gian biến tính đến hiệu suất hấp phụ
Nhận xét: Từ kết quả được trình bày ở bảng 3.7 và hình 3.8, hình 3.9 cho thấy khi tăng thời gian biến tính bùn đỏ thì hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng (10 phút đến 50 phút). Tuy nhiên, càng tăng thời gian biến tính thì hiệu suất lại giảm (50 phút đến 60 phút), sau đó hiệu suất đạt cân bằng (60 phút đến 70 phút).
Giải thích
- Khi tăng thời gian biến tính bùn đỏ của axit clohidric thì làm cho quá trình biến tính tăng lên, axit clohidric tấn công lên trên bề mặt bùn đỏ làm cho bán kính của hạt bùn càng bé làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt quá trình hấp phụ tăng (10 phút đến 50 phút). Tuy nhiên tương tự như đối với nồng độ, có mối liên hệ giữa thời gian hấp phụ và diện tích bề mặt hấp phụ giữa vật hấp phụ (ở đây là bùn đỏ) và vật bị hấp phụ (xanh methylen), khi bán kính càng nhỏ làm cho khả năng khuếch tán của xanh methylen lên bề mặt bùn đỏ càng khó và lâu đạt hiệu quả vì vậy khi càng tăng thời gian biến tính bùn đỏ thì khả năng hấp phụ lại giảm và đạt trạng thái cân bằng (50 phút trở về sau).
- Mặt khác, tăng thời gian biến tính làm khả năng tấn công của H+ lên bề mặt bùn đỏ ở các tâm SiO2 tạo ra các tâm hoạt động -OH (SiOH) tăng, các tâm hoạt động này có khả năng tạo liên kết hiđro với phân tử xanh methylen (có chứa N), bởi vậy khi tăng thời gian biến tính thì khả năng hấp phụ xanh methylen càng tăng (10 phút đến 50 phút). Tuy nhiên lượng H+ tăng lên lượng nhất định các tâm hấp phụ - OH thì tiếp tục tấn công vào -OH để tạo thành Si-OH2
+ có tác dụng đẩy đối với xanh methylen, làm khả năng hấp phụ xanh methylen của bùn đỏ giảm và sau đó đạt trạng thái cân bằng (60 phút trở về sau).
Do đó chọn thời gian biến tính bùn đỏ là 50 phút ứng với hiệu suất là 65,47%
để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
3.4. Một số đặc trưng cấu trúc của bùn đỏ ban đầu và bùn đỏ biến tính