pH C0 (ppm) Cp(ppm) qp(mg/g)
4 9,4 7,53 0,09
6 9,4 5,29 0,20
8 9,2 5,29 0,19
10 9,4 7,18 0,11
Từ kết quả thu đƣợc ta thấy ở khoảng pH 6-8, quặng laterit tự nhiên cho kết quả hấp phụ tốt nhất. Điều này sẽ thuận lợi cho việc áp dụng xử lí photphat trong thực tế.
3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ
Cho 1g Laterit tự nhiên lắc với 50 ml dung dịch photphat nồng độ ban đầu 10 ppm (Co), lắc trong các khoảng thời gian từ 15 đến 240 phút. Để lắng, lọc bằng giấy lọc băng xanh, phân tích nồng độ photphat còn lại trong dung dịch bằng phƣơng pháp trắc quang. Tính tốn lƣợng ion hấp phụ trên vật liệu. Kết quả thu đƣợc thể hiện trong bảng 3.5 và hình 3.4.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ photphat của laterit tự nhiên
Thời gian (phút) 15 30 45 60 90 120 150 180 210 240 qp(mg/g) 0,007 0,076 0,13 0,17 0,18 0,18 0,18 0,188 0,18 0,18
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ photphat của Laterit tự nhiên
Từ kết quả thu đƣợc, ta thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu Laterit tự nhiên ở 90 phút. Từ các thí nghiệm sau, thời gian hấp phụ của vật liệu thô đƣợc chọn là 90 phút.
3.1.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ PO43- của Laterit
Cho 1g laterit tự nhiên lắc với 50 ml dung dịch photphat ở các nồng độ 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 ppm với pH tối ƣu, lắc trong 90 phút, để lắng, lọc bằng giấy lọc băng xanh, phân tích nồng độ photphat cịn lại trong dung dịch bằng phƣơng pháp trắc quang. Tính tốn lƣợng ion hấp phụ trên vật liệu. Kết quả thu đƣợc nhƣ
bảng 3.6 và thể hiện trên hình 3.5
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ photphat của laterit
Nồng độ ban đầu C0 (ppm) Nồng độ sau hấp phụ Cp (ppm) Tải trọng qp (mg/g) Cp /qp lnCp qp 5 1,67 0,166 10,05 0,51 -1,79 10 5,12 0,24 20,98 1,63 -1,41 20 11,67 0,41 28,03 2,45 -0,87 30 17,87 0,60 29,50 2,88 -0,50 40 23,22 0,83 27,68 3,14 -0,17 60 39,77 1,01 39,33 3,68 0,01 80 58,56 1,07 54,65 4,07 0,06 100 78,39 1,08 72,57 4,36 0,07
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới quá trình hấp phụ photphat của laterit tự nhiên
Hình 3.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của laterit tự nhiên
Từ kết quả thực nghiệm trên ta nhận thấy hệ số tin cậy R2 của đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir lớn hơn hệ số tin cậy R2
của đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich. Nên quá trình hấp phụ của vật liệu laterit tự nhiên tuân theo đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Tải trọng hấp phụ cực đại của laterit tự nhiên là:
qmax = 1/0,715 = 1,4 (mg/g)
3.2. Khảo sát điều kiện biến tính Laterit để chế tạo vật liệu hấp phụ As 3.2.1. Ảnh hƣởng của nồng độ axit HCl
Để khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit HCl hoạt hóa vật liệu tới khả năng hấp phụ As tiến hành nhƣ sau: lấy 1g vật liệu vào 5 bình, lắc nhẹ trong 50 ml dung dịch As có nồng độ 1 ppm và dung dịch ở pH trung tính trong thời gian 300 phút, lọc và phân tích nồng độ As còn lại trong dung dịch. Nồng độ axit HCl hoạt hóa 0,1M; 0,5M; 1M; 3M; 6M đƣợc kí hiệu lần lƣợt là A1, A2, A3, A4, A5.
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl biến tính tới khả năng hấp phụ As Vật liệu Co(mg/l) Ca(mg/l) qa(mg/g) A1 1 0,47 0,027 A2 1 0,45 0,028 A3 1 0,39 0,031 A4 1 0,32 0,034 A5 1 0,35 0,033
Từ đồ thị ta thấy, ở nồng độ HCl 3M khả năng hấp phụ As là cao nhất. Vì vậy các thí nghiệm tiếp theo sẽ chọn HCl nồng độ 3M để hoạt hóa Laterit.
3.2.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Lantan clorua.
Để khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng La(III) gắn lên vật liệu đã đƣợc hoạt hóa tới khả năng hấp phụ As tiến hành nhƣ sau: Lấy mỗi loại vật liệu 1g lắc nhẹ trong 50ml dung dịch As có nồng độ 1 ppm ở pH 6 - 7 trong thời gian 300 phút để yên quan sát dung dịch, để lắng, lọc và phân tích nồng độ của As còn lại trong dung dịch. Hàm lƣợng La(III) ngâm tẩm 1%, 2%, 3%, 4%, 5% đƣợc kí hiệu lần lƣợt là : B1, B2, B3, B4, B5
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng La(III) ngâm tẩm đến khả năng hấp phụ As của vật liệu Vật liệu Co(mg/l) Ca(mg/l) qa(mg/g) B1 1 0,29 0,036 B2 1 0,25 0,038 B3 1 0,15 0,043 B4 1 0,16 0,041 B5 1 0,17 0,040
Hình 3.9. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Lantan ngâm tẩm đến khả năng hấp phụ As của vật liệu
Từ hình trên có thể thấy vật liệu B3 tƣơng ứng với hàm lƣợng Lantan ngâm tẩm là 3% với các vật liệu hàm lƣợng La(III) > 3% dung lƣợng thay đổi không
nhiều, dung lƣợng hấp phụ của vật liệu đã gắn La(III) (B3) đối với As đạt 0,043 mg/g, gấp 1,26 lần so với vật liệu chƣa gắn La(III) (A4). Vậy từ đây các nghiên cứu khác sẽ khảo sát với vật liệu B3. Từ đó, điều kiện tối ƣu để biến tính Laterit là sấy vật liệu thô ở 100oC trong 24h, ngâm vật liệu trong dung dịch HCl 3M trong 4h, thêm tiếp lƣợng La(III) gắn lên vật liệu là 3% ngâm trong 4h, trung hòa dung dịch bằng NaOH, thử pH 6 - 7, ngâm 8h, rồi đem rửa sấy ở 65 oC trong 6h. Ta tiến hành biến tính một lƣợng 100 g vật liệu B3 để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
3.3. Đặc trƣng cấu trúc của vật liệu
3.3.1. Bề mặt vật liệu biến tính qua kính hiển vi điện tử quét SEM
Tiến hành chụp mẫu vật liệu trƣớc và sau khi biến tính ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau:
Hình 3.10. Laterit trước khi biến tính Hình 3.11. Laterit sau khi biến tính
Bề mặt vật liệu sau khi biến tính có độ gồ ghề hơn, có nhiều khe hơn, có thể diện tích bề mặt tăng lên so với diện tích bề mặt chƣa biến tính, trên bề mặt có lớp màng đƣợc cho là của Latan(III) lên sắt(III) hidroxit.
3.3.2. Kết quả xác định thành phần theo phƣơng pháp EDX
Mẫu vật liệu Laterit tự nhiên và Laterit biến tính bằng La(III) đƣợc phân tích bằng phƣơng pháp EDX cho kết quả lần lƣợt nhƣ sau:
Hình 3.12. Phổ EDX của Laterit tự nhiên.