Hạt chitosan CH1 Hạt chitosan CH2 Hạt chitosan CH3 Hạt chitosan CH4
Từ các nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Drimaren Red CL-5B của hạt chitosan khâu mạch, có thể kết luận rằng tốc độ hấp phụ màu cũng như hiệu suất khử màu mẫu nước của hạt chitosan khâu mạch bức xạ tốt hơn rất nhiều so với hạt chitosan khâu mạch ion thông thường. Hàm lượng VLHP tối ưu dùng trong nghiên cứu này là 1 g/L đối với cả 4 loại VLHP khảo sát. pH tối ưu của mẫu nước thải là 6, đây cũng là giá trị pH chuẩn được dùng để xác định độ hấp phụ quang bằng quang phổ tử ngoại – khả kiến. Thời gian để đạt hấp phụ cân bằng khoảng 72 giờ và tốc độ hấp phụ TNHT tăng không đáng kể khi nhiệt độ dung dịch tăng từ nhiệt độ phòng đến 35C.
4.3 Khả năng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch ở điều kiện tối ƣu
Từ kết quả thu được ở phần trên, chúng tôi đã khảo sát kỹ hơn dung lượng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch với liều 40 kGy (CH3) đối với Drimaren Red CL-5B ở 30C và pH = 6. Hình 26 cho thấy lượng thuốc nhuộm CL-5B gần như bị hấp phụ hoàn toàn sau 72 giờ xử lý bằng vật liệu CH3. Sau đó, tiếp tục để hấp phụ thêm đến khi tổng thời gian hấp phụ đạt 120 giờ, lúc này kết quả đo độ mầu dung dịch sau khi hấp phụ trên máy UV/Vis LAMBDA 35 cho kết quả 79 Pt-Co (trong khi ở mẫu chuẩn: độ mầu là 20640 Pt-Co). Hình 27 cho ta thấy phổ hấp phụ của của dung dịch CL-5B 0,2 g/L sau khi hấp phụ bằng CH3 trong 120 giờ ở điều kiện tối ưu.
Kết quả này hứa hẹn khả năng ứng dụng vật liệu này trong thực tiễn xử lý nước thải dệt nhuộm có sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính này. Tuy nhiên, để có thể thành
Hình 26. Phổ hấp phụ của dung dịch CL-5B 0,2 g/L
công trong thực tiễn, cần xét tới sự hấp phụ cạnh tranh của các hợp chất màu hữu cơ khác có trong nước thải theo mơ hình hấp phụ khuếch tán trong lịng vật liệu như đề cập trong chương I.
Hình 27. Phổ hấp phụ của dung dịch CL-5B 0,2 g/L sau khi hấp phụ bằng CH3 trong 120 giờ ở điều kiện tối ưu
4.4 Nghiên cứu khả năng giải hấp phụ
Để tạo ra chất hấp phụ hiệu quả trong việc loại bỏ chất nhuộm, chất hấp phụ mang thuốc nhuộm sau quá trình hấp phụ cần phải tái sử dụng được nhiều lần. Đặc biệt đối với chất hấp phụ tạo được từ chitosan dù là một polyssacharide tự nhiên song giá thành vẫn cao hơn so với các chất hấp phụ đạt được từ chất thải [23]. Bên cạnh đó, khả năng tái sử dụng thuốc nhuộm cũng là một thông số cần thiết khi xem xét hiệu quả kinh tế của quá trình xử lý nước. Vì vậy, cần đánh giá khả năng giải hấp phụ và tái sử dụng vật liệu nhiều lần.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng 500 mL dung dịch NaOH 0,1M ở pH=11 để giải hấp phụ, vì đây là tác nhân giải hấp phụ hiệu quả đối với chitosan
Hình 28. Ảnh hiển
vi điện tử quét hạt chitosan CH3 sau khi hấp phụ thành công thuốc nhuộm (tại các độ phóng đại khác nhau)
bão hòa chất bị hấp phụ như đã được đề cập [18]. Sau 72 giờ hấp phụ, quá trình giải hấp phụ được tiến hành trong 60 phút. Có thể thấy rằng thuốc nhuộm Drimaren Red CL-5B được giải hấp rất nhanh, song chúng tôi chọn thời gian 60 phút để đảm bảo chắc chắn đạt cân bằng. Sau khi giải hấp hạt chitosan được dùng lại để hấp phụ mẫu nước chứa 0,2 g/L thuốc nhuộm như trong các nghiên cứu về hấp phụ để đánh giá khả năng tái sử dụng. Vật liệu hấp phụ CH3 đã được lựa chọn, sau mỗi bước, VLHP được rửa sạch bằng nước cất 2 lần để trung hòa. Nghiên cứu này được thực hiện với 5 chu kỳ hấp phụ và giải hấp phụ liên tiếp.
Hình 29 chỉ ra mức độ hấp phụ và giải hấp phụ của CH3 đối với thuốc nhuộm Drimaren Red CL-5B sau 5 chu kỳ thực nghiệm liên tiếp. Có thể thấy rằng hạt chitosan khâu mạch vẫn còn giữ được khả năng hấp phụ khá tốt, trong khi giải hấp phụ giảm rất nhanh, chỉ còn 61% giải hấp phụ sau 3 chu kỳ và dưới 30% sau chu kỳ thứ 5. Khoảng 81% thuốc nhuộm vẫn bị hấp phụ vào chu kỳ thứ 5, điều đó chứng tỏ vật liệu chitosan có khả năng tái sử dụng đến 5 chu kỳ. Tuy nhiên, do hiệu quả giải hấp thấp dưới 50% nên để tái sử dụng một cách hiệu quả trong thực tế chỉ nên sử dụng liên tiếp 3 chu kỳ. So sánh với nghiên cứu của một số tác giả khác về khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ bằng chitosan đối với TNHT Reactive Black 5, có thể thấy rằng VLHP của họ có thể tái sử dụng đến 6 chu kỳ, thậm chí hiệu quả hấp phụ vẫn cịn khá cao trên 80% sau 10 chu kỳ thực nghiệm. Điều này có thể là do sự khác biệt về tích chất thuốc nhuộm, cũng như nguồn gốc và phương pháp điều chế chitosan. Mặc dù không được như kỳ vọng, nghiên cứu này cũng cho thấy khả năng giải hấp rất nhanh của hạt chitosan bão hòa thuốc nhuộm và khả năng tái sử dụng của chúng sau các chu kỳ hấp phụ và giải hấp phụ.