Hình 3.23. Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình Langmuir
Dựa vào đồ thị ta có tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu với As là:
3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ As của quặng pyrolusit khi biến tính bằng phương pháp hóa học
* Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit biến tính bằng HCl, HNO3, H2SO4
Với vật liệu M-1 nung ở 5000C với tốc độ gia nhiệt 50C/phút (M-1/500/5) cho hiệu quả hấp phụ As tốt nhất nên ta chọn vật liệu đem biến tính tiếp bằng axit.
Lấy 1g M-1/500/5 ngâm với các dung dịch axit HCl, HNO3, H2SO4 với các nồng độ lần lượt là 0,1M; 0,5M; 1M; 2M; 5M trong 12 giờ sau đó rửa bằng nước cất, điều chỉnh đến pH=7 và phơi khơ. Sau đó đem hấp phụ asen, kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.11 và hình 3.24.
Bảng 3.11. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1/500/5 sau khi đã biến tính bằng các loại axit khác nhau
Nồng độ Co(ppm)
Ct(ppm) q(mg/g)
HCl HNO3 H2SO4 HCl HNO3 H2SO4
0,1 10 5,05 6,62 4,1 0,5 0,34 0,59
0,5 10 4,56 4,82 7,95 0,54 0,52 0,21
1 10 4,44 4,06 4,55 0,56 0,59 0,55
2 10 2,84 3,79 4,29 0,72 0,62 0,57
Hình 3.24. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1/500/5 sau khi đã biến tính bằng các loại axit khác nhau
Từ đồ thị ta nhận thấy sử dụng axit HCl 2M cho hiệu quả hấp phụ asen tốt hơn 2 axit cịn lại, do HCl có khả năng hịa tan cả mangan và sắt trong quặng tạo thành Mn2+ và Fe 3+ sau đó lại phủ lên trên bề mặt quặng 1 lớp Mn(OH)2 và FeOOH giúp cho khả năng hấp phụ As của quặng được tốt hơn, trong khi đó HNO3, và H2SO4 khơng thể hịa tan được Mangan trong quặng, hơn nữa H2SO4 cũng có thể làm thụ động sắt trong quặng, do đó khả năng hấp phụ khi biến tính bằng 2 axit trên sẽ không tốt bằng axit HCl
Tuy nhiên trong quy trình vừa trình bày ở trên, sau khi axit hóa, ta lại đem rửa sạch bằng nước nên một lượng lớn mangan và sắt sau khi bị hịa tan sẽ bị rửa trơi, làm giảm thành phần của cả 2 chất trong quặng cũng như làm bề mặt quặng bị trơ, do vậy khả năng hấp phụ asen của quặng sẽ bị giảm.
Đề xuất phương pháp khắc phục: Sau khi axit hóa ta sẽ sử dụng NaOH dư kết tủa lại lượng Mn2+ và Fe3+ đang bị hịa tan, sau đó mới rửa sạch bằng nước cất, như vậy sẽ giảm thiểu được tối đa lượng quặng bị mất trong quá trình rửa, cùng với đó tạo một lớp giàu Mn(OH)2 và FeOOH phủ lên bề mặt vật liệu làm tăng khả năng hấp phụ.
Nồng độ (ppm) Q(mg/g)
* Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu biến tính bằng Zr(IV)
+ So sánh khả năng hấp phụ asen của các loại vật liệu khi biến tính bằng Zr(IV) Lấy 10g các loại vật liệu {M-1, M-500/5, M-1/500/5/HCl} được ngâm trong 200ml dd Zr(IV) 0,1M, đem lắc trong 5 giờ, sau đó cho thêm 2ml dd NH3 ( nhỏ đến khi pH= 4 – 6), lắc trong 1 giờ, để lắng, lọc, rửa, đem sấy ở 500C trong 12 giờ (Ký hiệu vật liệu tương ứng M-1/Zr, M-1/500/5/Zr, M-1/500/5/HCl/Zr). Đem các mẫu quặng hấp phụ As, kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen của các vật liệu được biến tính bằng Zr(IV)
Mẫu Co(ppm) Ct(ppm) q(mg/g)
M-1/Zr 10 1,27 0,87
M-500/5/Zr 10 1,03 0,9
M-1/500/5/HCl/Zr 10 0,79 0,92
Từ kết quả thực nghiệm trên ta thấy, khi vật liệu đã được biến tính bằng HCl 2M, biến tính tiếp bằng Zr thì khả năng hấp phụ asen là tốt nhất. Do vậy ta dùng vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr để khảo sát các ảnh hưởng tiếp theo.
+ Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr
Lấy 0,5g vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr đem lắc trong dung dịch asen 10ppm ở pH=7, trong các khoảng thời gian 0h, 1h, 3h, 4h, 5,5h, 6,5h, 7,5h, 8,5h, 9h, kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.13 và hình 3.25.
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr M-1/500/5/HCl/Zr h(giờ) Co(ppm) Ct(ppm) q(mg/g) 0 10 9,907 0,019 1 10 3,226 1,355 3 10 1,899 1,620 4 10 2,025 1,595 5.5 10 1,577 1,685 6.5 10 1,485 1,703 7.5 10 1,669 1,666 8.5 10 0,92169 1,816 9 10 1,301 1,740
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu M- 1/500/5/HCl/Zr
h(giờ) q(mg/g)
Từ kết quả ở trên ta thấy trong khoảng thời gian từ 0 đến 1 giờ nồng độ asen giảm khá nhanh, và đến 3 giờ nồng độ asen gần như không thay đổi. Như vậy khi sử dụng vật liệu hấp phụ asen ta chỉ cần tiến hành trong khoảng thời gian 2 giờ
+ Khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu
Như ta thấy với mẫu M-1/500/5/HCl/Zr thời gian hấp phụ nên tiến hành là 2 giờ. Với mục đích loại bỏ asen trong nước bị ô nhiễm nhằm mục đích phục vụ sinh hoạt nên trong các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi chỉ tiến hành ở pH 6 đến 8.
Lấy 0,5g vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr lắc trong 100ml dung dịch asen có nồng độ ban đầu khác nhau, sau 2 giờ xác định lượng asen cịn lại trong dung dịch từ đó tính được tải trọng hấp phụ của vật liệu, kết quả thực nghiệm được biểu diễn trong bảng 3.14, hình 3.26 và hình 3.27.
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr
Co(ppm) Ct(ppm) q(mg/g) Ct/q 1 0,017 0,197 0,089 5 0,645 0,871 0,740 10 1,358 1,728 0,786 20 5,307 2,939 1,804 40 12,052 5,930 2,032 50 8,919 8,216 1,086 100 37,497 12,5 2,999 200 136,141 12,772 10,660