STT Chỉ tiêu Đơn vị Phƣơng pháp Kết quả
M1.1 M1.2 M1.3 1 Cd mg/l TCVN 6665: 2011 <0.001 <0.001 <0.001 2 Cu 0.002 0.004 0.003 3 Ni 0.002 0.007 0.002 4 Pb 0.007 0.006 0.005 5 Zn 0.043 0.171 0.025
Từ các kết quả thu được, chúng tôi thấy rằng hàm lượng các kim loại trên có trong các dung dịch ngâm vật liệu là rất nhỏ, khơng có khả năng gây ơ nhiễm ra mơi trường nước cần xử lí. Vì vậy có thể thấy rằng vật liệu chúng tôi đang tiến hành nghiên cứu là sạch và có thể được tiếp tục tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp hấp phụ tĩnh.
3.2.3. Đặc tính hình thái bề mặt (SEM) của vật liệu Fe(OH)3
Kính hiển vi qt điện tử (SEM) là cơng cụ chính để xác định đặc tính hình thái bề mặt và các tính chất vật lý cơ bản của bề mặt hấp phụ. Phương pháp này rất hữu ích để xác định hình dạng hạt, độ rỗng và sự phân bố kích cỡ thích hợp của chất hấp phụ. Dưới đây là ảnh chụp SEM của chất thải rắn cơng nghiệp Sắt (III) hydroxit được thể hiện ở Hình 3.8
Hình 3.8. Ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử (SEM) của chất thải rắn Sắt(III) hydroxit hydroxit
Dựa vào các ảnh SEM cho trong Hình 3.8, có thể thấy vật liệu của chúng tơi có bề mặt thơ ráp với kích thước hạt trung bình khoảng vài chục nm, phù hợp với kết quả XRD ở Mục 3.2.1. Bề mặt vật liệu có độ xốp cao, các lỗ xốp này sẽ cho diện tích bề mặt riêng cao, thuận lợi cho việc sunfua bị giữ lại trong các lỗ xốp và hấp phụ dễ dàng. Như vậy, chất thải rắn Sắt (III) hydroxit có thể được xem như là một vật liệu hứa hẹn để hấp phụ và loại bỏ sunfua trong nước.
3.2.4. Phát hiện nhóm chất hấp phụ dựa vào phổ hồng ngoại IR
Phổ hồng ngoại của vật liệu bùn thải sắt hydroxit trước và sau khi hấp phụ S2- được cho trong Hình 3.9.
Trên cả 2 phổ hồng ngoại đều xuất hiện vùng phổ rộng với cường độ mạnh trong khoảng từ 2700 đến 3700 cm-1 và 1 đỉnh ở 1435 cm-1 đặc trưng cho các dao
động kéo dãn và uốn cong của liên kết OH trong phân tử H2O. Các vạch trong vùng từ 400 đến 1100 cm-1 đặc trưng cho các dao động của liên kết giữa Fe và O.
So sánh 2 phổ của vật liệu trước và sau khi hấp phụ S2- thấy khơng có sự thay đổi nhiều. Tuy nhiên trên phổ của vật liệu hấp phụ S2-, cường độ của đỉnh 1433,11 cm-1 mạnh hơn tương đối nhiều cho thấy sự tạo thành nước sau khi hấp phụ. Đồng thời xuất hiện 2 đỉnh mới ở 1124,55 cm-1 và 1024,20 cm-1 tương ứng với dao động của liên kết giữa S và Fe, cho thấy có sự hấp phụ lưu huỳnh lên bề mặt vật liệu, có thể tuân theo cơ chế sau: >Fe-OH + HS- → FeS-
+ H2O
3.3. Khảo sát quá trình hấp phụ tĩnh
3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
pH là yêu tố có thể gây ảnh hưởng lớn đến quá trình hấp phụ S2- của vật liệu. Ảnh hưởng của môi trường pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu đã được khảo sát với 50mL dung dịch sunfua có nồng độ 50 ppm và pH được điều chỉnh từ 3 đến 8 bằng HCl hoặc NaOH loãng. Kết quả được cho trong bảng 3.9 và hình 3.10:
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
pH Abs Co (mg/L) Cm (mg/L) qe (mg/g) 3 0,127 50 5,85 11,04 4 0,118 50 5,35 11,16 5 0,112 50 5,00 11,25 6 0,116 50 5,25 11,19 7 0,134 50 6,25 10,94 8 0,155 50 7,45 10,64
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Qua khảo sát khả năng hấp phụ ở các pH khác nhau, chúng tôi nhận thấy khi pH tăng từ 5 đến 8 dung lượng hấp phụ có xu hướng giảm tuy nhiên chênh lệch này là không đáng kể (giảm 5,4%), do đó có thể kết luận pH không ảnh hưởng quá nhiều đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Điều này có thể giải thích thơng qua sự ảnh hưởng của pH lên sự phân bố các ion trên bề mặt vật liệu.Ở pH thấp, nồng độ H+ cao, bề mặt vật liệu mang điện tích dương, các ion sunfua mang điện tích âm bị hấp phụ lên bề mặt vật liệu bởi lực hút tĩnh điện. Ngược lại ở pH cao, khi nồng độ H+ thấp, các ion OH- làm bề mặt vật liệu mang điện tích âm, lực đẩy giữa OH– và S2- làm giảm khả năng hấp phụ lên vật liệu của S2-. Tuy nhiên trong thí nghiệm của chúng tơi, khi tăng pH khả năng hấp phụ S2-
giảm không đáng kể có thể là do trên bề mặt vật liệu của chúng tơi có thể tồn tại các cation khác như Cu2+, Mg2+ vừa trung hịa bớt điện tích âm trên bề mặt vừa có khả năng hấp phụ các ion S2- (tạo thành muối không tan).
Mặc dù ở pH = 5, dung lượng hấp phụ của vật liệu là lớn nhất, nhưng do chênh lệch không đáng kể giữa khả năng hấp phụ của vật liệu ở các pH, và để phù hợp với các điều kiện thí nghiệm với các mẫu thực tế, chúng tôi lựa chọn sử dụng pH = 6 là pH phù hợp cho các thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng
Khả năng hấp phụ ion sunfua của vật liệu bị ảnh hưởng bởi một yếu tố nữa là thời gian. Để tìm ra thời gian hấp phụ tối ưu tại đó vật liệu hấp phụ sunfua là tốt nhất, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ với 50 ml dung dịch sunfua có nồng độ 50ppm trong các khoảng thời gian hấp phụ khác nhau từ 0,5 đến 6 giờ. Kết quả được chỉ ra trong Bảng 3.10 và Hình 3.11:
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian đạt cân bằng lên dung lƣợng hấp phụ của vật liệu
Thời gian (giờ) Abs Co (mg/L) Cm (mg/L) qe (mg/g)
0,5 0,447 50 12,15 9,46 1,0 0,331 50 8,80 10,30 2,0 0,188 50 4,67 11,33 3,0 0,114 50 2,55 11,86 4,0 0,068 50 1,22 12,20 5,0 0,077 50 0,75 12,31 6,0 0,081 50 0,80 12,30
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ.
Khi thời gian hấp phụ S2- tăng, dung lượng hấp phụ cũng tăng tương ứng. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian lên dung lượng hấp phụ là các đường cong
đơn, mượt và liên tục đến khi bão hòa, cho thấy sự bao phủ đơn lớp của sunfua trên bề mặt chất hấp phụ. Có thể quan sát thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 5 giờ, tại dung lượng hấp phụ hầu như không tăng nữa và đạt cân bằng. Tuy nhiên do dung lượng hấp phụ tại thời gian hấp phụ là 4 giờ không khác nhiều với thời gian hấp phụ 5 giờ nên để tiết kiệm thời gian trong các thí nghiệm tiếp theo, chúng tơi sẽ chọn thời gian hấp phụ là 4 giờ.
3.3.3. Nghiên cứu các mơ hình động học về hấp phụ động học tĩnh
Các thông số động học cung cấp thông tin quan trọng cho quá trình hấp phụ, giúp lựa chọn điều kiện hấp phụ tối ưu. Hơn nữa, các cơ chế khuếch tán có thể được tìm hiểu từ các mơ hình động học. Các mơ hình giả bậc 1, giả bậc hai đã được phân tích từ đó mơ hình phù hợp nhất sẽ được lựa chọn dựa trên hệ số tương quan hồi quy tuyến tính, R2.
3.3.3.1. Mơ hình giả bậc 1
Mơ hình động học giả bậc 1 được sử dụng rộng rãi để dự đoán hấp thụ động học. Hằng số tốc độ kI có thể thu được từ độ dốc của đồ thị log (qe - qt) với thời gian, được thể hiện trong Hình 3.12. Các qt, kI và R2 tính được cho trong Bảng 3.11.