CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.5. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TỪ QUẶNG PYROLUSIT
2.5.1. Quặng pyrolusit tự nhiên
Các mẫu quặng pyrolusit có thành phần chính là sắt và mangan, với hàm lượng khác nhau có nguồn gốc từ Cao Bằng.
Các mẫu quặng được nghiền nhỏ qua rây với kích thước từ 0,15 – 0,5mm, sau đó được rửa sạch, để khơ tự nhiên, giữ lại để đem hấp phụ As.
2.5.2. Quặng pyrolusit tự nhiên biến tính bằng nhiệt
Lấy mẫu quặng pyrolusit tự nhiên ở trên đem nung trong lò nung ở các nhiệt độ khác nhau 3000C, 5000C, 7000C, 9000C, với tốc độ gia nhiệt 50C/phút, 100C/phút, 150C/phút trong 2 giờ, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm.
2.5.3. Quặng pyrolusit biến tính bằng phương pháp hóa học * Quặng pyrolusit biến tính bằng các loại axit. * Quặng pyrolusit biến tính bằng các loại axit.
Lấy mẫu quặng đã được biến tính bằng nhiệt ở trên đem ngâm với các dung dịch axit ở các nồng độ khác nhau, trong thời gian 12 giờ sau đó rửa bằng nước cất, điều chỉnh pH và phơi khô.
* Quặng pyrolusit biến tính bằng Zr(IV)
Các mẫu quặng tự nhiên, quặng được biến tính bằng nhiệt, biến tính bằng axit được ngâm trong dung dịch Zr (IV), sau đó cho thêm dung dịch NH3, lắc, để lắng, lọc, rửa, đem sấy. Thu được các mẫu quặng đã được đính Zr.
2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ As của vật liệu. 2.5.4.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ 2.5.4.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ
Lấy 1g vật liệu cần nghiên cứu cho vào các bình tam giác chứa 100ml dung dịch asen có nồng độ ban đầu là 10ppm. Lắc trong các khoảng thời gian 30 phút đến 240 phút. Đem lọc dung dịch và xác định nồng độ asen còn lại trong dung dịch bằng phương pháp thủy ngân bromua.
Tải trọng hấp phụ: Là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ
q = (Co – Ct).V/m(mg/g) Trong đó:
q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g) V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
Co: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l)
Ct: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/g)
2.5.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Lấy 1g vật liệu cần nghiên cứu cho vào các bình tam giác chứa 100ml dung dịch asen có nồng độ ban đầu là 10ppm. pH của dung dịch được điều chỉnh từ 2-12, lắc đến khi đạt cân bằng. Đem lọc dung dịch và xác định nồng độ asen còn lại trong dung dịch bằng phương pháp thủy ngân bromua.
2.5.4.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu
* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Để khảo sát quá trình hấp phụ ở nhiệt độ không đổi người ta thường sử dụng các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. Trong đó phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được sử dụng rất phổ biến. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập dựa trên các điều kiện sau:
- Bề mặt hấp phụ đồng nhất.
- Các phân tử hấp phụ đơn lớp lên bề mặt chất hấp phụ.
- Mỗi một phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm chỗ của một trung tâm hoạt động bề mặt.
- Tất cả các trung tâm hoạt động liên kết với các phân tử với cùng một ái lực. - Khơng có tương tác qua lại giữa các phân tử chất bị hấp phụ.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir :
l m r C b bC C C . 1 .
Trong đó:
Cr là tải trọng hấp phụ (mg/g).
Cm là tải trọng hấp phụ cực đại tính theo lý thuyết (mg/g). Cl là nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/L). b là hằng số.
Trong một số trường hợp, giới hạn phương trình Langmuir có dạng : - Khi b.Cl << 1 thì Cr = Cm.b.Cl mơ tả vùng hấp phụ tuyến tính. - Khi b.Cl>> 1 thì Cr = Cm mơ tả vùng hấp phụ bão hồ.
- Khi nồng độ chất hấp phụ nằm trung gian giữa hai khoảng nồng độ trên thì đường biểu diễn phương trình Langmuir là một đường cong.
Hình 2.7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt langmuir
Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương trình đường thẳng: m l m r l C C C b C C . 1
Đường biểu diễn Cl/Cr phụ thuộc vào Cl là đường thẳng có độ dốc x=1/Cm và cắt trục tung tại điểm 1/b.Cm
Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu :
tg
Cm 1
Hình 2.8. Đồ thị để xác định các hằng số trong phương trình langmuir
* Quy trình tiến hành:
Lấy 1g vật liệu cần nghiên cứu cho vào các bình tam giác chứa 100ml dung dịch asen có nồng độ ban đầu từ 1 - 100ppm. Điều chỉnh pH trong khoảng tối ưu, lắc cho đến khi đạt cân bằng hấp phụ. Đem lọc dung dịch và xác định nồng độ asen còn lại trong dung dịch bằng phương pháp thủy ngân bromua.