Từ kết quả và đồ thị cho thấy thời gian hấp phụ tốt nhất của vật liệu với amoni là 120 phút (2h). Sau thời gian trên vật liệu sẽ giải hấp phụ. Các thí nghiệm tiếp theo sẽ áp dụng thời gian hấp phụ là 2h.
3.3.3. Khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại của vật liệu với amoni
3.3.3.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC-1.
Kết quả nghiên cứu dung lượng hấp phụ amoni của 7 mẫu AC-1 với các dd NH4+ có nồng độ từ 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kết quả như sau:
Bảng3.12: Kết quả khảo sát dung lƣợng hấp phụ cực đại của vật liệu AC-1 với amoni Co Cf Q Cf/Q 5 3,8 0,24 15,8333 10 6,8 0,64 10,625 20 16 0,8 20 30 25,8 0,84 30,7143 50 45,7 0,86 53,1395 70 65,7 0,86 76,3953 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 C ad s (pp m ) t (h)
Hình 3.9 Đồ thị phƣơng trình langmuir của AC-1 với amoni
Từ đồ thị cho thấy ta có thể xác định tải trọng hấp phụ cực đại: Qmax = 1/1,0459 = 0,95611 (mg/g)
Kết quả khảo sát cho thấy dung lượng hấp phụ amoni của than hoạt tính biến tính khá thấp. Điều đó cho phép dự đốn q trình ơxi hóa bề mặt than hoạt tính chưa cải thiện được khả năng hấp phụ amoni của vật liệu, do đó chúng tơi tiếp tục tiến hành khảo sát với vật liệu AC-2, AC-3.
3.3.3.2. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC2
Kết quả nghiên cứu 7 mẫu AC-2 có tỉ lệ Mn 3% với các dung dịch amoni có nồng độ từ 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kết quả như sau:
Bảng3.13: Kết quả khảo sát langmuir của vật liệu AC-2 với amoni
Co Cf Q Cf/Q 10 5,4 0,92 5,869565 20 10,3 1,94 5,309278 30 18,2 2,36 7,711864 40 27,9 2,42 11,52893 50 38,1 2,38 16,0084 60 48,1 2,38 20,21008 y = 1.045x + 5.898 R² = 0.982 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 Cf/Q Cf (ppm)
Hình 3.10 Đồ thị phƣơng trình langmuir của AC-2 với amoni
Từ đồ thị cho thấy ta có thể xác định tải trọng hấp phụ cực đại: Qmax = 1/0,358 = 2,7933 (mg/g)
Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ amoni cực đại của vật liệu AC-2 có tỉ lệ Mn(IV) cao gấp 3 lần so với AC-1. Điều đó cho thấy q trình đưa thêm MnO2 lên trên bề mặt than sau khi oxi hóa đã làm tăng khả năng hấp phụ amoni của vật liệu. Dung dịch thu được sau q trình hấp phụ vẫn trong suốt, khơng có vẩn đục và cũng khơng đổi màu. Điều đó cho thấy MnO2 không bị rửa trôi sau quá trình hấp phụ, độ ổn định của vật liệu được duy trì trong suốt thời gian lắc liên tục.
3.3.3.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC-3
Kết quả nghiên cứu 7 mẫu AC-3 có tỉ lệ Mn(IV) 3% + TiO2 với các dd amoni có nồng độ từ 1mg/l, 5mg/l, 10mg/l, 15mg/l, 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l cho kết quả như sau:
Bảng3.14: Kết quả khảo sát langmuir của vật liệu AC-3 với amoni
Co Cf Q Cf/Q 20 14,5 1,1 13,18182 40 28,6 2,28 12,54386 60 45,6 2,88 15,83333 70 55,4 2,92 18,9726 80 65,2 2,96 22,02703 90 75,7 2,86 26,46853 y = 0.358x + 2.275 R² = 0.969 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 Cf/Q Cf (ppm)
Hình 3.11 Đồ thị phƣơng trình langmuir của AC-3 với amoni
Từ đồ thị cho thấy ta có thể xác định tải trọng hấp phụ cực đại Qmax = 1/0,2228 = 4,488 (mg/g)
Như vậy, qua khảo sát dung lượng hấp phụ amoni dưới dạng NH4+
của các vật liệu AC-1, AC-2, AC-3 cho thấy khả năng hấp phụ amoni của vật liệu AC-3 là tốt nhất (Qmax = 4,488 mg/g). Điều này có thể dự đoán là do bề mặt của vật liệu AC- 3 có các tâm hấp phụ là thêm MnO2 và TiO2 gắn lên trên bề mặt than hoạt tính đã làm tăng khả năng hấp phụ amoni của vật liệu AC-3. Kết quả là dung lượng hấp phụ cực đại của AC-3 cao gấp 2 lần so với AC-2 và cao gấp 4 lần so với AC-1.
y = 0.222x + 7.586 R² = 0.889 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80
KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào việc biến tính bề mặt than hoạt tính bằng chất oxi hóa mạnh và đưa thêm Mn(IV)và TiO2 lên trên bề mặt than sau khi biến tính để hy vọng tạo ra vật liệu có các tâm hấp phụ mạnh hơn và đã thu được những kết quả cơ bản như sau:
1. Đã tiến hành oxi hóa bề mặt khử của than hoạt tính Trà Bắc bằng dung dịch KMnO4 trong môi trường axit H2SO4, nhằm biến bề mặt khử của than của than hoạt tính thành bề mặt ơxi hóa, chuyển từ dạng bề mặt kị nước thành bề mặt ưa nước (vật liệu AC -1).
2. Đã tiến hành nghiên cứu, mang MnO2 lên bề mặt than sau khi biến tính. Đã tạo được các vật liệu có hàm lượng Mn tương ứng là 1%, 2%, 3%, 4% và5% (vật liệu AC-2).
3. Đã đưa thêm TiO2 lên bề mặt than hoạt tính đã biến tính bằng Mn(IV) với hàm lượng khác nhau thu được vật liệu AC-3.
4. Tiến hành nghiên cứu, đánh giá đặc tính của các vật liệu như: diện tích bề mặt riêng (BET), hình thái bề mặt (SEM).
5. Đã tiến hành khảo sát, xác định tải trọng hấp phụ asen của các vật liệu AC-1, AC-2, AC-3 lần lượt là: 6,92mg/g; 9,524 mg/g; 15,625 mg/g ở điều kiện thường, thời gian cân bằng là 4h. Xác định được tải trọng hấp phụ amoni của các vật liệu tương ứng là: 0,956mg/g; 2,793 mg/g; 4,488 mg/g trong điều kiện thường, thời gian cân bằng là 2h. Kết quả trên cho thấy vật liệu than hoạt tính biến tính có khả năng hấp phụ các chất độc hại dưới dạng anion tốt hơn so với hấp phụ cation.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lí, Nhà xuất bản Đại học Quốc
gia Hà Nội, Hà Nội.
2. Phạm Nguyên Chương (2002), Hóa Kỹ Thuật, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
3. Đặng Thị Thanh Lộc (2010): Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm nhà máy
nước Pháp Vân – Hà Nội bằng biện pháp sinh học với vật liệu màng ngập nước trên mơ hinh pilot, Khóa luận tốt nghiệp, K24 Khoa Môi Trường, Đại Học Khoa
Học Huế.
4. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí. Tập hai.
Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội.
5. Đào Chánh Thuận (2007), Trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi amoni trên nhựa cationit, đồ án tốt nghiệp, K07, lớp công nghệ môi
trường, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
6. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
Tài liệu tiếng Anh
7. Bansal R.C., Goyal M.(2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor &
Francis Group,USA.
8. Biniak S.(1997), “The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups”, Carbon, Vol. 35(12), pp.1799-1810.
9. Cerovic. Lj. S, Milonjic.S.K, Todozovic.M.B, Trtanj. M.I, PogoZhev. Yu. S, (2007), “Point of zero charge of different carbides”, Colloids and surfaces A, 297, pp.1 – 6.
10. Chen J. P. (2003), ”Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption”, Carbon, 41, pp. 1979–1986. 11. Chingombe P., Saha B., Wakeman R.J. (2005), “Surface modification and characterisation of a coal-based activated carbon”, Carbon, 43, pp. 3132–3143. 12. Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas M.M.A., Orfao J.J.M.( 1999), “Modification of the surface chemistry of activated carbons”, Carbon, 37,
13. Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K.(2003), “Importance of activated carbon’s oxygen surface functional groups on elemental mercury adsorption”, Fuel, 82,
pp.451–457.
14. Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco(2006), Activated Carbon,
Elsevier, Spain.
15. Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L.( 2007), “Activated carbon with excellent chromium(VI) adsorption performance prepared by acid–base surface modification”, Journal of Hazardous Materials, 141, pp. 315–319.
16. Matsumoto Masafumi et al(l994), “Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment”, Carbon, Vol. 32 (I), pp. 111-118.
17. Mei S.X., et al(2008), “Effect of surface modification of activated carbon on its adsorption capacity for NH3”, J China Univ Mining & Technol, Vol.18(2), pp. 0261–0265.
18. Milonjic. S.K., Ruvarac. A.L. (1975), “The Heat of immersion of natural magnetite in aqueous solutions”, Thermochimica Acta, 11(3), pp. 261-266.
19. Moreno C. (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation”, Carbon, 38, pp. 1995–2001.
20. Park Geun Il, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung(2002), “Effect of Two-step Surface Modification of Activated Carbon on the Adsorption Characteristics of Metal Ions in Wastewater”, Carbon Science, Vol.
3(4), pp. 219-225.
21. Reynolds Tom D., Richards Paul A(1996),Unitoperations and processes in
environmental engineering, PSW, USA.
22. Shen Wenzhong, Liand Zhijie, Liu Yihong(2008), “Surface Chemical Functional Groups Modification of Porous Carbon”, Recent Patents on Chemical Engineering, 1(1), pp.27-40.
23. Tao XU, Xiaoqin Liu(2008), “Peanut Shell Activated Carbon: Characterization, Surface Modification and Adsorption of Pb2+ from Aqueous Solution”, Chinese
Journal of Chemical Engineering, 16(3), pp. 401- 406.
24. Vassileva P., Tzvetkova P., Nickolov R. (2008), “Removal of ammonium ions from aqueous solutions with coal-based activated carbons modi fied by oxidation”,
Fuel, 88(2), pp. 387–390.
25. Vasu A.dwin(2008), “Surface Modification of Activated Carbon for Enhancement of Nickel(II) Adsorption”, Journal of Chemistry, 5(4), pp. 814-819.
26. Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddine(2007), “Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions ”,
Separation and Purification Technology, 52(3), pp. 403–415.
27. Tran Hong Ha, Thai Ba Cau, La Van Binh (2000), “Adsorption of uranium on silicagel packed column”, Journal of chemistry, Vol.38, No.1, pp. 80-83.